Modellistica, simulazione e controllo della tensione di reti attive

In the transformation and innovation process of the electrical system, one of most interesting themes is the rapid increase in Distributed Generation (DG), that is the diffusion of medium and small generators in medium and low voltage distribution networks. This fact requires the development of new control and network management techniques to cope with a different power flow distribution. Many schemes of secondary voltage control, that are able to cope with this new situation, have been proposed in the literature. However all these techniques are based on models and mathematical tools valid only in sinusoidal steady state condition, as the representation of the electrical variables in terms of phasors. In this Theses, a simple test network model is developed in the Simulink-Simscape environment for the study of voltage control in medium voltage networks with distributed generation. This model has been developed describing the network elements with dynamic equations and the representation of the electrical variables in terms of their corresponding Park transformation components. This approach allows one to extend the validity of the analysis performed on this model to electrical transient conditions. Then, two different secondary voltage control schemes are developed, the validity of which has been verified on the considered model. Both the structures refer to coordinate control of the tap changer in the primary substation and of the DG involved in the reactive power or voltage regulation along the different feeders of the network. While the first structure uses PI regulators for the reactive power regulation along each feeder, the second one is based on a predictive controller. The performance of the two controllers are compared and the advantages, due to the use of a predictive controller, in terms of freedom in the choice of control actions, of the achievable performance and of the priority which can be assigned to each objective, are shown.

Nell’ambito del processo di trasformazione e innovazione del sistema elettrico, uno dei temi di maggior interesse è quello della diffusione della Generazione Distribuita (GD), ossia di generatori di piccola o media taglia nelle reti di distribuzione in media e bassa tensione. Questo fenomeno richiede che vengano progettate nuove tecniche di controllo e di gestione della rete per far fronte ad una diversa distribuzione dei flussi di potenza. In letteratura vengono proposti diversi tipi di controllo secondario della tensione in grado di far fronte a questa nuova situazione. Tutte le tecniche di controllo presentate si basano, però, su modelli e strumenti matematici validi in condizioni di regime sinusoidale permanente, come ad esempio la rappresentazione in termini fasoriali delle grandezze elettriche, e non adatti alla descrizione del comportamento del sistema durante i transitori. In questo elaborato di Tesi viene sviluppato il modello di una semplice rete di prova in ambiente Simulink-Simscape orientato allo studio di diversi metodi di controllo di tensione in reti di media tensione (MT) dotate di generazione distribuita. Questo modello è stato sviluppato basandosi sulle equazioni dinamiche dei vari elementi della rete e sulla rappresentazione delle varie grandezze elettriche nelle relative componenti della trasformata di Park. Tale approccio ha permesso di non limitare la validità delle analisi svolte per questo modello di rete controllata a condizioni di regime sinusoidale permanente, ma di estenderla anche ai transitori elettrici. All’interno dell’elaborato vengono poi presentate due diverse strutture di controllo secondario della tensione, la cui validità è stata verificata sul modello considerato. Entrambe queste strutture fanno riferimento a schemi di controllo coordinato tra l’azione del variatore sottocarico presente in cabina primaria e quella dei GD coinvolti nella regolazione della potenza reattiva o della tensione lungo i diversi rami della rete. Mentre però la prima di queste strutture prevede, per la regolazione della potenza reattiva lungo ciascun feeder della rete, l’utilizzo di regolatori PI, la seconda si basa sull’utilizzo di un controllore predittivo. Le prestazioni ottenute con questi due diversi controlli vengono confrontate tra loro e sono evidenziati i vantaggi derivanti dall’utilizzo del controllore predittivo in termini di maggiore libertà nella scelta delle azioni di controllo, degli obiettivi che è possibile perseguire e del grado di priorità che è possibile assegnare a ciascuno di questi.