Integrazione di generazione eolica e accumulo dell'energia in una microrete isolata. Un caso reale di studio

This thesis was developed as part of a training course with a company; the object of study was a hybrid microgrid already designed and built by the company itself. In the present case, the integration of wind power generation in the microgrid was analyzed, considering problems and possible solutions. We studied the characteristics of the network classified as weak because of the limited short circuit power and low reactance to resistance ratio. % equivalent The problems of wind power generation in weak networks for various technologies of wind turbines were analyzed. The problems mainly consist in voltage stability, power fluctuations and turbine overspeed. We have also investigated the dependence on network parameters of these issues. Energy and economic evaluations have been carried out through HOMER to quantify investments, costs of the plant and power flows. Later we developed a Simulink model of the whole system to perform dynamic simulations of the functioning of the system itself. The model was validated by tests on one of the turbines that will be installed have been validated by the model. It was identified as a possible solution to install a power storage system (BESS) connected to the network through controlled droop inverter. Through the model of the system validated by the tests and an inverter model produced by the company, we simulated the starting conditions of turbines in different conditions and generation periods with highly variable wind to assess the effects of the presence of BESS and of inverter on the system stability. The controlled droop inverter allows to manage the flow of reactive and active power using the accumulation system. Thanks to that you can control the level of voltage by adjusting the reactive power flow and absorb the fluctuations in active power introduced by the wind source, optimizing the operation of traditional generation; using the accumulation system you can also optimize the production of energy from various sources.

Questo lavoro di tesi è stato sviluppato nell’ambito di un tirocinio in azienda; l’oggetto dello studio è una microrete ibrida già progettata e realizzata dall’azienda stessa. Nella fattispecie si è studiata l’integrazione della generazione eolica nella microrete stessa, valutando le problematiche e le possibili soluzioni. Si sono studiate le caratteristiche della rete in oggetto categorizzabile come rete debole a causa della limitata potenza di cortocircuito e basso rapporto tra la reattanza e resistenza equivalenti. Si sono analizzate le problematiche della generazione eolica in reti deboli per diverse tecnologie di aerogeneratori. Le problematiche consistono essenzialmente in: stabilità della tensione, sovravelocità delle turbine e fluttuazione della potenza. Inoltre si è indagata la dipendenza dai parametri di rete di queste problematiche. Si è effettuata una valutazione energetica ed economica attraverso il programma HOMER per quantificare gli investimenti, i costi dell’impianto e i flussi di potenza. Successivamente si è sviluppato un modello in ambiente Simulink dell’intero impianto per effettuare simulazioni dinamiche circa il funzionamento dell’impianto stesso. Attraverso le prove su uno dei generatori eolici che verranno installati è stato validato il modello. Si è individuata come possibile soluzione l’installazione di un sistema di accumulo dell’energia (BESS) connesso alla rete tramite inverter controllati in droop. Attraverso il modello dell’impianto validato dalle prove e un modello dell’inverter prodotto dall’azienda, si sono simulate le condizioni di avviamento delle turbine nelle diverse condizioni e periodi di generazione con vento molto variabile per valutare gli effetti della presenza del BESS e dell’inverter sulla stabilità del sistema. L’inverter controllato in droop permette infatti di gestire i flussi di potenza reattiva e attiva sfruttando il sistema di accumulo. Grazie a ciò è possibile controllare il livello di tensione regolando il flusso di potenza reattiva e assorbire le oscillazioni di potenza attiva introdotte dalla fonte eolica, ottimizzando il funzionamento della generazione tradizionale; sfruttando il sistema di accumulo è possibile inoltre ottimizzare la produzione di energia dalle varie fonti.