Analisi dell'impatto della regolazione di potenza reattiva sulle perdite di potenza attiva nei parchi eolici

Abstract

Negli ultimi anni, l’integrazione delle fonti rinnovabili, in particolare dell’energia eolica, nella rete elettrica `e cresciuta in modo significativo. In Italia, i nuovi ob- blighi normativi introdotti da Terna, in vigore da gennaio 2025, richiedono che gli impianti basati su inverter connessi alle reti ad alta ed altissima tensione forniscano servizi di regolazione del profilo di tensione e dei flussi di potenza reattiva sulla Rete di Trasmissione Nazionale (RTN). Questi obblighi mirano a migliorare la stabilit`a e l’affidabilit`a della rete, e viene riconosciuto un compenso forfettario per coprire le perdite di potenza attiva legate all’erogazione di questo servizio, a seguito di autocertificazione e test congiunti con Terna. Questa tesi presenta un caso di studio condotto in collaborazione con ERG S.p.A., focal- izzato sull’implementazione e la verifica di strategie di controllo della potenza reattiva in un parco eolico esistente. In particolare, lo studio analizza il funzion- amento di un dispositivo di controllo automatico capace di modulare continu- amente la potenza reattiva secondo uno schema Q = f (∆V ), in cui l’uscita di potenza reattiva dipende dinamicamente dallo scostamento di tensione al punto di allaccio alla rete. Per analizzare il comportamento del parco eolico in queste condizioni, `e stato sviluppato un modello dettagliato in Simulink accoppiato con il software MATLAB. Il modello utilizza dati storici SCADA, inclusi la potenza attiva prodotta e la tensione al PCC, e fornisce in uscita la potenza reat- tiva che il parco eolico dovrebbe erogare in ciascun istante. Questo permette di confrontare la previsione del modello con la potenza reattiva effettivamente mis- urata, validando la rappresentazione della logica di controllo. In aggiunta, `e stato sviluppato un modello di analisi di load flow per studiare le perdite di potenza attiva nella rete. I risultati del load flow sono risultati accurati e hanno consen- tito di valutare l’impatto della rego

In the recent years, the integration of renewable energy sources, particularly wind power, into the electricity grid has grown significantly. In Italy, new reg- ulatory obligations introduced by Terna, effective from January 2025, require inverter-based power plants connected to high and extra-high voltage networks to provide services for voltage profile control and reactive power flows on the Transmission Network (TN). These obligations aim to enhance the stability and reliability of the grid, and a flat-rate compensation is provided to cover active power losses related to the provision of this service, following self-certification and joint testing with Terna. This thesis presents a case study conducted in col- laboration with ERG S.p.A., focusing on the implementation and verification of reactive power control strategies applied to an existing wind farm. In particular, the study investigates the operation of an automatic control device capable con- tinuously modulating reactive power according to a Q = f (∆V ) scheme, where the reactive power output of the entire plant depends dynamically on the voltage deviation at the Point of Common Coupling (PCC). To analyze the behavior of the wind farm under these conditions, a detailed Simulink model coupled with MATLAB software was developed. The model takes historical SCADA (Su- pervisory Control And Data Acquisition) data, including active power output of the plant and PCC voltage, and outputs the reactive power that the wind fam should provide at each instant. This allows comparison between the model’s prediction and the actual measured reactive power, validating the representation of control logic. In addition, a Load Flow (LF) analysis model was developed, with DIgSILENT PowerFactory, to study active power losses in the network. The load flow results were found to be accurate and enabled the assessment of the impact of reactive power regulation on overall losses. Economic evaluations were performed by comparing scena