Modeling of distributed generators interfaced with power electronics to medium voltage networks : analysis of power quality, fault ride through and protections coordination

The increasing widespread of the Distributed Generators connected to the Medium Voltage and Low Voltage distribution networks has come to point out a series of new phenomena and new issues related to interactions between the networks themselves and new types of generators, mainly interfaced through electronic power converters. The areas involved in these new problems are very different and cover, for example, aspects of Power Quality, network operating and automation, regulation and standardization of service and market. In particular, the study has been oriented toward the analysis of both the harmonic impact into the distribution network due to the interface converters and the effects of the variability of the primary source, typical of renewable energy sources. In addition, in the frame of the recent update of national and international Grid Codes and Standards, it has been evaluated the behavior of distributed generators in case of voltage dips and the possibility that the electronic power devices support the network. This new perspective makes it necessary also to consider new distributed generators control strategies, instead of those currently implemented, for voltage dips overcoming (Fault Ride Through - FRT). Finally, the distributed generation connection to the network implies a critical revision of the network protection coordination even considering a greater level of network automation itself. The analysis has been conducted both through digital simulation in ATPDraw and DIgSILENT environments and experimental activities. The study has been focused on photovoltaic and wind generation but the used method and the obtained results can be extended to every type of distributed generators connected to the network through electronic converters.

La sempre più larga diffusione di generatori distribuiti allacciati alle reti di distribuzione in Media Tensione e Bassa Tensione ha fatto venire alla luce una serie di nuovi fenomeni e nuove problematiche legate alle interazioni tra le reti stesse e le nuove tipologie di generatori, in primo luogo quelli interfacciati mediante convertitori elettronici di potenza. Gli ambiti in cui si riscontrano queste nuove problematiche sono molto vari e coprono, ad esempio, aspetti di qualità della tensione, di esercizio e automazione delle reti, di regolamentazione e standardizzazione del servizio e di mercato. In particolare lo studio si è orientato verso l’analisi sia dell’inquinamento armonico dovuto ai convertitori di interfaccia sia degli effetti della variabilità della fonte primaria, caratteristica tipica delle fonti rinnovabili. Inoltre, alla luce della recente evoluzione normativa nazionale e internazionale, si è valutato il comportamento di questi utenti attivi a fronte di buchi della tensione di rete e la possibilità che i sistemi elettronici di potenza svolgano anche funzioni a sostegno della rete o di gestione di carichi privilegiati. Infine, la connessione della generazione distribuita in rete implica una profonda revisione del coordinamento dei sistemi di protezione anche alla luce dell’aumento del livello dell’automazione della stessa rete. Le analisi sono state svolte sia mediante simulazioni digitali in ATPDraw e DIgSILENT sia con alcune attività sperimentali. Lo studio si è focalizzato sulla generazione fotovoltaica ed eolica ma la metodologia sviluppata e i risultati ottenuti possono essere estesi a qualsiasi tipologia di generatore distribuito connesso alla rete tramite convertitori elettronici.