Modellizzazione di microreti isolate con generatori sincroni per l'analisi di guasti asimmetrici

Fault analysis in isolated microgrid with synchronous generators in Simulink.

Il lavoro prevede inizialmente una parte di ricerca sulla bibliografia esistente sull’argomento della gestione del neutro e dei guasti. Dallo studio bibliografico si sono individuate le tematiche che più si adattano al contesto delle microreti, andandole ad approfondire con simulazioni in ambiente MATLAB/Simulink. Per effettuare un’analisi di guasti simmetrici e soprattutto asimmetrici si è scelto di modellizzare in Simulink un inverter voltage controlled e un generatore sincrono all’interno di una microrete. I modelli predefiniti di macchina sincrona contenuti in libreria Simulink non sono adeguati alla simulazione di guasti asimmetrici, poiché non è possibile modificare il collegamento del centro stella: si è reso quindi necessario uno studio approfondito sulla modellizzazione di generatori sincroni. Viene introdotto il modello Voltage Behind Reactance VBR, che verrà comparato con il modello qd0: l’interfaccia tra il sistema di equazioni di stato della macchina e la rete fisica elettrica avviene tramite generatori controllati, di corrente nel modello qd0 e di tensione nel modello VBR, principale motivo per l’introduzione di quest’ultimo nella trattazione Dopo la validazione dei modelli attraverso vari test si sono fatte diverse prove di guasti in condizioni di gestione del neutro differenti. I risultati delle simulazioni vengono riportati sotto forma di grafici nel dominio del tempo e analizzati in modo critico. Quello che ci si aspetta come risultato dello studio è una maggiore conoscenza di come si manifestano e si evolvono i fenomeni di guasto nelle microreti e le problematiche che li caratterizzano (bassa potenza di corto-circuito, individuazione del tipo di guasto, gestione del neutro). La tesi è composta da 6 capitoli in cui sono stati trattati i seguenti argomenti: • Capitolo 1 - Introduzione. In questo capitolo viene fornita un’introduzione teorica essenziale sugli argomenti che verranno in seguito trattati e simulati. Essi sono: studio dei guasti attraverso i componenti di sequenza di Fortesque, correnti di cortocircuito e trasformatore zig-zag di messa a terra. • Capitolo 2 - Gestione del Neutro in una Microrete e Inverter. Viene studiata la gestione del neutro all’interno di una microrete, rifacendosi sia alla gestione nelle reti di distribuzione bt che alla gestione in reti isolate tramite ATS (Automatic Transfer Switch) tripolari o quadripolari. Viene spiegato brevemente la struttura dell’inverter voltage controlled e la sua possibile modellizzazione ai circuiti di sequenza durante i guasti. • Capitolo 3 - Modelli del Generatore Sincrono. Viene trattato l’argomento del generatore sincrono, focalizzandosi sul modello classico qd0 , con l’aggiunta delle equazioni relative alla componente omopolare, e sul modello Voltage Behind Reactance (VBR). • Capitolo 4 - Analisi di Guasti in Presenza di Generatori Sincroni. Vengono riportati i risultati delle simulazioni ottenute con i due modelli a parità di condizioni esterne su controlli, regolatori e rete, e vengono messi a confronto. Le prove effettuate sono di vario tipo (steady-state, risposta a scalino di riferimento, guasti), funzionali sia per la validazione dei modelli che per lo studio vero e proprio dei guasti in diverse situazioni di gestione del neutro. • Capitolo 5 - Analisi di Guasti in Microrete. In quest’ultimo capitolo di trattazione viene analizzata una microgrid con generatore sincrono e inverter voltage controlled, in varie modalità di gestione del neutro. La messa a terra è gestita tramite centro stella del generatore, trasformatore di inverter o trasformatore di messa a terra zig-zag • Capitolo 6 - Conclusioni. Si riassumono i risultati dello studio e vengono proposte delle considerazioni su possibili ampliamenti di questo lavoro.