Controllo predittivo di reti radiali con generazione distribuita

In the transformation and innovation process of the electric system, one of the most interesting developments is Distributed Generation, that is the diffusion of small generators in LV and MV networks. This fact can cause problems in distribution networks, such as voltage raising and reversal power flow. To cope with these problems, many control schemes have been designed to control reactive powers and voltages at networks’ nodes. In the literature, many control schemes have been proposed, but all these techniques are based on models and mathematical tools valid only in sinusoidal steady state conditions and not suitable for an accurate system description during the transient conditions. In this Thesis, the simulation model of a MV distribution network composed by two feeder with DG is developed in Simulink-Simscape environment and is subsequently used to analyze different control schemes. This model has been developed by describing the network elements by means of dynamics equations and the electrical variables in terms of the Park transformation. This approach allows one to extend the validity of model to transient conditions, and not only in sinusoidal steady state conditions. Many control schemes are developed in the Thesis, all of them refer to the coordinate control of the tap changer in the primary substation and of the DG involved in the reactive powers and voltages control along the feeders of the network. The first technique allows to regulate the reactive power along each feeder with PI regulators, while the others control schemes are based on predictive techniques. Initially, a predictive centralized controller that is presented, then it is replaced by two regulators located at the beginning of the feeders. The performance of different control schemes are compared and the advantages of predictive control schemes in terms of versatility in control objectives and actions are shown.

Nell’ambito del processo di trasformazione e innovazione del sistema elettrico, uno dei temi di maggior interesse è quello della generazione distribuita, ossia dell’installazione di generatori di piccola taglia nelle reti di BT e MT. Questo può causare problemi lungo le reti, come l’innalzamento delle tensioni o l’inversione dei flussi di potenza. Per ovviare a questi problemi vengono progettate tecniche di controllo per la regolazione delle tensioni ai nodi della rete e per il controllo delle potenze reattive. In letteratura sono presenti molteplici tecniche di controllo, che però si basano su modelli e strumenti matematici validi in condizione di regime sinusoidale permanente e non adatte alla descrizione del sistema durante i transitori. In questo lavoro di Tesi viene sviluppato in ambiente Simulink-Simscape il modello di una rete di distribuzione MT, composta da due feeder e utilizzata poi per lo studio delle architetture di controllo. Questo modello è stato sviluppato basandosi sulle equazioni dinamiche dei vari elementi della rete e sulla rappresentazione delle varie grandezze elettriche con l’ausilio della trasformata di Park. Tale approccio ha permesso di non limitare la validità del modello della rete in condizione di regime sinusoidale permanente, ma di estenderla anche ai transitori elettrici. All’interno della Tesi vengono poi presentate diverse strutture di controllo, che 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. La prima di queste strutture prevede la regolazione della potenza reattiva di ciascun feeder attraverso l’utilizzo di regolatori di tipo PI, mentre gli altri schemi di controllo si basano su tecniche di tipo predittivo. Inizialmente viene proposto un regolatore predittivo centralizzato, poi sostituito da due regolatori predittivi situati all’inizio dei due feeder. Le prestazioni dei diversi schemi di controllo sono tra loro confrontate evidenziando i vantaggi dello schema di controllo predittivo in termini di versatilità nelle azioni e negli obiettivi di controllo.