Analisi delle correnti di guasto all'interno di un impianto in corrente continua per la connessione di accumuli elettrochimici alla rete

The non-programmability of energy production from renewable sources and of the demand for electricity may cause inefficiencies in the electricity system. The traditional production plants are forced to modulate the generation profile, working in conditions of not optimal performance; the transmission and distribution lines are oversized and the increase in demand requires new investments. Energy storage systems allow to decouple load and production profiles thanks to theso-called “energy shift”. In fact, they can store or release energy according to the needs. Therefore, these systems are necessary to increase the penetration of renewables in the network, fostering their integration into the grid. Moreover, the storage systems are able to provide auxiliary services to the network, further improving efficiency and reliability, such as power factor correction and frequency regulation, allowing in some cases investments deferral. In particular, electrochemical storage systems, present ideal characteristics for the aforementioned services and a flexibility and speed of installation, although the diffusion does not occur due to high costs. In this thesis, we considered an electrochemical storage system connected to a medium voltage network and we wanted to investigate the trends of the fault currents. A common problem with dc systems is the difficulty of interrupting the current in the event of a fault. The design of equipment for circuit protection cannot be separated from a careful analysis of the trends of the fault currents. This work investigates these phenomena through simulations carried out in the Matlab-Simulink environment. Pole-to-pole and pole-to-ground faults on the DC side of the network were evaluated. Moreover, pole-to-ground faults near a subsystems (group of racks) have been analyzed in order to provide fault current values necessary for the design of the disconnectors. These faults have been performed under two different network operating conditions: with the dc-side midpoint connected to the ground and isolated.

La non programmabilità della produzione da fonti rinnovabili e della domanda di energia elettrica è causa di inefficienze nel sistema elettrico. Gli impianti di produzione tradizionale sono costretti a modulare il profilo di generazione in maniera repentina lavorando in condizioni di rendimento non ottimo; le linee di trasmissione e di distribuzione risultano sovradimensionate e l’aumento di domanda richiede nuovi investimenti. I sistemi di accumulo permettono di svincolare i diagrammi di carico e di produzione grazie all’intrinseca proprietà dell’energy shift. Essi possono infatti immagazzinare o rilasciare energia a seconda dell’esigenze con logiche di miglioramento dell’efficienza. Pertanto, questi sistemi sono necessari per incrementare la penetrazione delle rinnovabili nella rete, integrandosi con esse. Inoltre, i sistemi di accumulo sono in grado di fornire servizi ausiliari alla rete, migliorando ulteriormente l’efficienza e l’affidabilita, come il rifasamento e la regolazione di tensione e di frequenza, permettendo in alcuni casi il differimento degli investimenti. In particolare, i sistemi di accumulo elettrochimici, anche noti come BESS, presentano caratteristiche ideali per i suddetti servizi ed una flessibilità e velocità d’installazione, sebbene la diffusione non avvenga a causa di elevati costi e una regolamentazione normativa non efficace. In questo lavoro di tesi si è considerato un impianto di accumulo elettrochimico connesso ad una rete di media tensione e si è voluto indagare sugli andamenti delle correnti di guasto. Una problematica comune dei sistemi in corrente continua è la difficoltà d’interruzione della corrente in caso di guasto. La progettazione di apparati per la protezione dei circuiti non può prescindere da un’attenta analisi degli andamenti delle correnti di guasto. Questo lavoro va ad indagare su tali fenomeni attraverso delle simulazioni svolte in ambiente Matlab-Simulink. Sono stati valutati guasti polo-polo e polo-terra del lato in corrente continua della rete ed inoltre il guasto polo-terra in prossimità di un gruppo in modo da fornire alcuni valori necessari a possibili dimensionamenti dei sezionatori di gruppo. Questi guasti sono stati effettuati in due condizioni differenti d’esercizio di rete: con punto di mezzo connesso a terra ed isolato.