Droop control per microreti isolate : modello e ottimizzazione del sistema. Disaccoppiamento P-Q, analisi e dimensionamento dell'impedenza virtuale

RES- renewable energy sources have been widely exploited and distributed generation has caused a new concept about the electrical grid. The interest and the research about Smart-Grid are due to this new concept, and the possibility to create small standalone AC grid, achieving some advantages, leads to the microgrid analysis. One of the main aims of this work is to implement a method in order to control paralleled converters in microgrid. A solution is “droop control method”, which permits stable operations and a correct active and reactive power sharing between static converters, without introducing control wire interconnections. The droop method presents also some drawbacks. In this work, first of all, a dinamic model of the system is presented and a stability analysis is done. Some improvements are implemented in order to achieve good stability performances. Then, one big problem of the droop method is faced: decoupling between active and reactive power. Droop method is based on the assumption of a purely inductive output impedance. In this way, active and reactive power are decoupled, as in big electric power system, and the operations are correctly performed. Unfortunately, this assumption is not always verified. In low voltage microgrid, connected to a small unit, there are cables and transformers with very resistive parameters. The assumption is not valid and the operations can be affected by some problems. In this work, some solutions for this problem are presented, testing their efficacy. First, some alternative droop configurations are implemented, in order to obtain correct operations even in case of resistive impedance. Then, a virtual impedance is introduced in the control loop in order to obtain an inductive output impedance. Finally, design methods for the virtual impedance are investigated.

L’enorme sviluppo dello sfruttamento di energie rinnovabili distribuite sul territorio (generazione distribuita) ha costretto a rivedere il paradigma ben consolidato di rete elettrica tradizionale. L’interesse e la ricerca per le così dette Smart-Grid si inserisce proprio in questa ottica. In particolare, la possibilità di esercire piccole reti in isola, con alcuni conseguenti vantaggi, porta all’analisi delle microreti. Uno degli scopi primari di questo lavoro è implementare un metodo stabile per il controllo dei convertitori statici in parallelo in una microrete. Una soluzione valida si trova nel Droop Control, il quale permette di funzionare in maniera stabile e di ripartire correttamente le erogazioni di potenza tra le varie unità, senza introdurre canali di comunicazione aggiuntivi. Il droop control presenta però anche alcuni problemi. Dopo aver modellizzato il sistema, si fa un’analisi di stabilità e si cerca, con alcuni accorgimenti, di rendere il sistema stabile, in maniera robusta. In seguito, ci si focalizza su un grosso problema del droop control: il disaccoppiamento tra potenza attiva e reattiva. Il metodo di controllo si basa sull’ipotesi di impedenza puramente induttiva in uscita dal convertitore. In questo modo, potenza attiva e reattiva sono disaccoppiate, come accade per i grossi sistemi elettrici, e tutto funziona correttamente. Purtroppo, però, quest’ipotesi non viene sempre verificata. Soprattutto in microreti in BT, a valle di unità di potenza modesta, le linee e i trasformatori possono avere parametri molto resistivi, non verificando l’ipotesi di base e creando problemi nel funzionamento. Nel presente lavoro si cercano soluzioni a questo problema, verificandone l’efficacia. Dapprima, si implementano alcune configurazioni alternative del droop control allo scopo di far funzionare in maniera corretta il sistema anche senza verificare l’ipotesi sull’impedenza. In seguito, come altra soluzione, si introduce un’impedenza virtuale nell’anello di controllo allo scopo di incrementare il comportamento induttivo dell’impedenza di uscita. Si approfondiscono, inoltre, alcuni metodi di dimensionamento di tale impedenza.