Controllo di inverter nei sistemi di distribuzione di energia distribuita in presenza di perturbazioni dissimmetriche della rete

Nowadays, distributed power generation systems (DPGS) coming from renewable energy sources are constantly increasing, as well as the inverters used for their interfacing to the grid. For this reason, the issue of converter control is more topical than ever. In particular, this thesis paper takes into account the problems that occur in the regulation as a result of dissimmetric disturbances of the network. In fact, classical control systems doesn’t allow to adjust the inverse sequence components that are typically created in such situations, making it not possible to correctly regulate and saturate the current generated by the converter. Moreover, this can cause the inverter disconnection and, as a result, a null contribute to the short-circuit current, which can lead to not reaching the threshold value necessary for the intervention of the protections at the point of failure. The first part of the discussion focuses on a general overview of the traditional control systems used in DPGS, focusing in particular on control based on rotating synchronous axes dq, implemented so far on converters owned by the company Engie EPS, where the thesis activity was carried out. The behaviour of this control method during an asymmetric perturbation of the network is described in detail, highlighting the contingencies that need to be resolved in the study. Once the problem has been framed, the possible solutions currently present in the literature concerning network synchronization system, reference calculation, controllers and saturation are illustrated, showing their merits and defects, first from the mathematical point of view and then from that of the simulations. The latter are carried out using the Simulink program, based on the model of the C-BESS900 inverter, used by the company to interface their storage systems within a micro-network, on which the new proposals are implemented. Finally, to give solidity to the thesis, the methodology that best suits to be processed within a microcontroller is selected and the firmware that governs it using Microchip program is written, in order to be able to carry out physical tests on the test benches. The aim of the work is therefore to assess whether the proposed strategies constitute an effective solution to the inverter control problem during asymmetric disturbances both theoretically and from the point of view of industrial application.

Oggigiorno, i sistemi di generazione di energia distribuita (DPGS) proveniente da fonti di energia rinnovabile sono in continuo aumento, così come di conseguenza anche gli inverter usati per il loro interfacciamento alla rete. Per questo motivo, il tema del controllo dei convertitori è più che mai attuale. In particolar modo, in questo elaborato di tesi vengono prese in considerazione le problematiche che sopraggiungono nella regolazione in seguito a perturbazioni dissimmetriche della rete. I sistemi di controllo classici, infatti, non consentono di regolare le componenti di sequenza inversa che si vengono tipicamente a creare in tali situazioni, facendo sì che non sia possibile regolare e saturare correttamente la corrente generata dal convertitore. Inoltre, questo può causare la disconnessione dell’inverter e, di conseguenza, un contribuito alla corrente di cortocircuito nullo, che può portare a non raggiungere il valore di soglia necessario per l’intervento delle protezioni nel punto di guasto. La prima parte della trattazione si concentra su una panoramica generale dei sistemi di regolazione tradizionali utilizzati nei DPGS, soffermandosi particolarmente sul controllo basato su assi sincroni rotanti dq, implementato finora sui convertitori di proprietà dell’azienda Engie EPS, dove è stata svolta l’attività di tesi. Viene dunque descritto nel dettaglio il comportamento di tale metodo di controllo durante una perturbazione asimmetrica della rete, evidenziando le contingenze che necessitano di essere risolte nello studio. Una volta inquadrato il problema, si procede ad illustrare le possibili soluzioni presenti attualmente nella letteratura riguardanti sistema di sincronizzazione alla rete, calcolo dei riferimenti, controllori e saturazione, mostrandone pregi e difetti, dapprima dal punto di vista matematico e in seguito da quello delle simulazioni. Quest’ultime vengono svolte utilizzando il programma Simulink, basandosi sul modello dell’inverter C-BESS900, usato dall’azienda per interfacciare i loro sistemi di accumulo all’interno di una micro-rete, sul quale vengono implementate le nuove proposte. Per dare solidità alla tesi, in ultimo, è selezionata la metodologia che più si addice ad essere processata all’interno di un microcontrollore e viene scritto il firmware che lo governa utilizzando il programma Microchip, al fine di poter effettuare test fisici sui banchi prova. L’obbiettivo del lavoro è quindi quello di valutare se le strategie proposte costituiscano una effettiva soluzione alla problematica del controllo dell’inverter durante perturbazioni dissimmetriche sia teoricamente che dal punto di vista dell’applicazione industriale.