Lo scopo della tesi è quello di realizzare modelli di regolazione di frequenza di un impianto idroelettrico partecipando ad un progetto di tesi del dipartimento nucleare DENG di modellizzazione su Dymola, software con linguaggio Modelica. Dymola permette di avere un approccio multi-ingegneristico e quindi ben si presta a realizzare modelli energetici interconnettibili tra di loro; è dunque possibile aggiungere altri impianti di generazione ai modelli di regolazione di frequenza realizzati. Nel compimento di tutti i modelli è stato preso in considerazione l’impianto idroelettrico Susqueda in Spagna appartenente al Gruppo Endesa. I modelli sono stati realizzati partendo da prime semplificazioni, per poi tener conto di dinamiche più complesse. Il sistema di adduzione, infatti, è stato prima semplificato idealmente con solo la condotta forzata, per poi aggiungere di modello in modello l’effetto del pozzo piezometrico, di attriti, di propagazione di onde elastiche e non linearità. Nel primo capitolo è esposta la teoria alla base della regolazione di frequenza, ed è spiegato lo schema di regolazione successivamente realizzato nei modelli. Il secondo e terzo capitolo trattano la teoria alla base dei modelli, rispettivamente, lineare e non lineare del sistema di adduzione dell’impianto idroelettrico. Mentre nel quarto capitolo vengono trattati i regolatori di velocità e il loro ruolo in regolazione, insieme alla realizzazione di un’analisi di stabilità per un impianto idroelettrico in modalità islanding. L’ambiente di Dymola è sintetizzato nel quinto capitolo. I risultati dei modelli di adduzione vengono analizzati separatamente nel capitolo sei, con l’analisi delle risposte in potenza meccanica nel tempo a seguito di variazioni alla valvola in turbina. Nell’ultimo capitolo si fondono i modelli di regolazione e dei sistemi di adduzione dell’impianto idroelettrico, inoltre è mostrato un modello combinato di regolazione dell’idroelettrico con un impianto nucleare in rete. Sono esposti i risultati dell’analisi di stabilità svolta sul case study e i risultati della regolazione dell’impianto idroelettrico a seguito di una variazione di potenza dei carichi tramite l’analisi della risposta nel tempo di potenza meccanica e frequenza di rete.
The aim of the thesis is the realization of frequency regulation models for hydroelectric power plant participating to thesis group project of Nuclear Section of DENG on modelling in Dymola, a software based on Modelica language. Dymola allows a multi-engineering approach and so is ideal to realize interconnected energy models; hence, it is possible to add other power plants to the frequency regulation models realized. The identification of all Dymola models has been performed for Susqueda power plant, hydroelectric generating unit of Endesa Group in Spain. The models have been realized starting from the simplest case, and then more complex dynamics have been considered. The adduction system was, at first, ideally approximated with only penstock, then, model by model, the effects of surge tank, friction, propagation of elastic waves and nonlinearity were added. The first chapter deals on the theory of frequency regulation and explains the control loop scheme that has been used in the models. The second and third chapter discuss the theoretical background of, respectively, linear and nonlinear model of the hydroelectric adduction system. Chapter four explains speed regulators and their role in frequency regulation, along with how to realize a stability analysis for hydroelectric power plant in islanding operation. Dymola software is briefly analyzed in chapter five. Each one of adduction system models is examined in chapter six, through the analysis of time response of the mechanical power after variation of gate in turbine. The last chapter combines the models of frequency regulation and adduction system of hydroelectric powerplant; furthermore, the model of frequency regulation has been connected with the Dymola model of nuclear power plant. It presents the results for stability analysis of the case study, and analyzes the results of frequency regulation of hydro unit after power load variation through the time response of mechanical power and frequency of the grid.
Modelling of frequency control in hydroelectric power plants
Sagripanti, Alessia
2020/2021
Abstract
Lo scopo della tesi è quello di realizzare modelli di regolazione di frequenza di un impianto idroelettrico partecipando ad un progetto di tesi del dipartimento nucleare DENG di modellizzazione su Dymola, software con linguaggio Modelica. Dymola permette di avere un approccio multi-ingegneristico e quindi ben si presta a realizzare modelli energetici interconnettibili tra di loro; è dunque possibile aggiungere altri impianti di generazione ai modelli di regolazione di frequenza realizzati. Nel compimento di tutti i modelli è stato preso in considerazione l’impianto idroelettrico Susqueda in Spagna appartenente al Gruppo Endesa. I modelli sono stati realizzati partendo da prime semplificazioni, per poi tener conto di dinamiche più complesse. Il sistema di adduzione, infatti, è stato prima semplificato idealmente con solo la condotta forzata, per poi aggiungere di modello in modello l’effetto del pozzo piezometrico, di attriti, di propagazione di onde elastiche e non linearità. Nel primo capitolo è esposta la teoria alla base della regolazione di frequenza, ed è spiegato lo schema di regolazione successivamente realizzato nei modelli. Il secondo e terzo capitolo trattano la teoria alla base dei modelli, rispettivamente, lineare e non lineare del sistema di adduzione dell’impianto idroelettrico. Mentre nel quarto capitolo vengono trattati i regolatori di velocità e il loro ruolo in regolazione, insieme alla realizzazione di un’analisi di stabilità per un impianto idroelettrico in modalità islanding. L’ambiente di Dymola è sintetizzato nel quinto capitolo. I risultati dei modelli di adduzione vengono analizzati separatamente nel capitolo sei, con l’analisi delle risposte in potenza meccanica nel tempo a seguito di variazioni alla valvola in turbina. Nell’ultimo capitolo si fondono i modelli di regolazione e dei sistemi di adduzione dell’impianto idroelettrico, inoltre è mostrato un modello combinato di regolazione dell’idroelettrico con un impianto nucleare in rete. Sono esposti i risultati dell’analisi di stabilità svolta sul case study e i risultati della regolazione dell’impianto idroelettrico a seguito di una variazione di potenza dei carichi tramite l’analisi della risposta nel tempo di potenza meccanica e frequenza di rete.| File | Dimensione | Formato | |
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