Modellizzazione, analisi e ottimizzazione di una microrete con droop control : studio del funzionamento in regime squilibrato e deformato

The study proposed in this thesis analyzes the penetration of renewable energy sources in relation to small autonomous electrical systems (microgrids); specifically, this work aims to develop control techniques in order to regulate those electrical systems and make them stable. In particular we looked for control diagrams in which there isn’t any communication system due to the fact that we wanted to achieve the greatest flexibility in the grids under examination. The Droop Control, which is based on a frequency and voltage drop characteristic at the output of each inverter, emulates the primary regulation of transmission grid; in this way it is possible to control power flows inside the grid. This control guarantees the load distribution we wanted between the units but, on the other hand, it introduces low frequency and damping modes which can produce some instability in the system. Some scientific studies have been conducted about sensitivity’s analyses which let the researchers identify the origin of each eigenvalue; moreover these analyses help us identify some possible solutions in order to design controllers whose aim is to improve the system stability. As a result of these investigations, software’s simulations (which were realized in the numerical computing environment MATLAB and in the data flow graphical programming language tool Simulink) have been proposed in order to validate theoretical studies. Finally, innovative methods for the compensation of unbalanced loads and harmonics component are proposed .

Lo studio proposto in questa tesi analizza la penetrazione della generazione distribuita (GD), relativamente a microreti funzionanti in isola, con lo scopo di sviluppare tecniche di controllo per la regolazione e la stabilità dei sistemi descritti. Si ricercano schemi di controllo nei quali, tra le diverse unità di generazione connesse in parallelo, non sussistano sistemi di comunicazione, questo al fine di ottenere la massima flessibilità per le microreti studiate. Il droop control, basato su un’opportuna caratteristica discendente della frequenza e della tensione in uscita ad ogni inverter, emula la regolazione primaria dei sistemi di trasmissione garantendo il controllo dei flussi di potenza. Il controllo ripartisce il carico tra le diverse unità, ma introduce modi oscillatori a basso smorzamento che possono creare instabilità nel sistema. Studi relativi ad analisi di sensitività permettono di identificare l’origine di ciascun autovalore e stabiliscono possibili soluzioni per la progettazione di controllori per il miglioramento della stabilità del sistema. A seguito di tali indagini sono proposte simulazioni software, svolte in ambiente Matlab/Simulink, con le quali vengono validati gli studi teorici. Si valutano, infine, metodi innovativi per la compensazione dei disturbi di rete quali carichi squilibrati e componenti armoniche.