Strategie di controllo e di limitazione per un dispositivo elettronico di compensazione

This master thesis, developed in RSE, aims to achieve a study of the control and protection strategies for an electronic compensating device that represent the interface between the Low Voltage (LV) electrical distribution grid and a superconducting storage system and it is the object of the research project DRYSMES4GRID which has planned to verify its feasibility between the realization of a prototype. The control and protections logics have been implemented in a model of the device that has already been developed by RSE and they have been tested through digital simulation realized with the software ATPdraw. The work starts from the description of the relevant disturbances that can interfere with the distribution network and from the possible uses that a superconducting storage system can have to compensate, through electronic interface systems, some of the disturbances presented. We then proceed to the description of the chopper control strategies and, in particular, of the inverter control strategies capable of realizing the required compensating functions. The logic for limiting the inverter current, the voltage and current regulators and the protection system for detecting the internal faults of the portion of the network protected by the compensator and of the device itself are also presented. Once all the control logics and protection system have been analyzed, the results are shown, obtained from digital simulations, relating to different operating conditions. The performance of the compensation device is therefore shown in presence of unbalanced and distorting loads during steady state operating conditions. Furthermore, the behavior of the compensator, of the limitation logics and of the protection device implemented in internal fault and overload conditions is analyzed.

La presente tesi svolta in RSE si pone come obbiettivo lo studio delle strategie di controllo e di protezione per un dispositivo elettronico di compensazione che costituisce l’interfaccia tra la rete di distribuzione di Bassa Tensione (BT) e un sistema di accumulo superconduttivo, oggetto del progetto di ricerca DRYSMES4GRID che intende verificarne la fattibilità tramite la realizzazione di un prototipo. Le logiche di controllo e protezione sono state implementate in un modello del dispositivo di compensazione già sviluppato da RSE e sono state testate tramite simulazioni digitali eseguite con il software ATPdraw. La tesi si articola partendo dalla descrizione dei principali disturbi che possono interessare la rete di distribuzione e dai possibili impieghi che può avere un sistema di accumulo superconduttivo per compensare, tramite sistemi elettronici di interfaccia, alcuni dei disturbi presentati. Si procede poi alla descrizione delle strategie di controllo del chopper e, nello specifico, dell’inverter in grado di realizzare le funzioni di compensazione richieste. Sono presentate anche le logiche di limitazione della corrente d’inverter, dei regolatori di tensione e corrente e il sistema di protezione per il rilevamento dei guasti interni alla porzione di rete protetta dal compensatore e al dispositivo stesso. Una volta analizzate tutte le logiche del sistema di controllo e di protezione, sono mostrati i risultati, ottenuti dalle simulazioni digitali, relativi a differenti condizioni di funzionamento. Si mostrano quindi le prestazioni del dispositivo di compensazione in presenza di carichi squilibrati e distorcenti in condizioni di funzionamento a regime. Inoltre, si analizza il comportamento del compensatore, delle logiche di limitazione e del dispositivo di protezione implementati in condizioni di guasto interno e di sovraccarico.