Regolazione di frequenza a salire realizzata con impianti fotovoltaici

Abstract

La tesi analizza la possibilità di impiegare impianti fotovoltaici a supporto della regolazione primaria di frequenza. La crescente penetrazione di installazioni a fonti rinnovabili, caratterizzate da un comportamento aleatorio e spesso interfacciate alla rete tramite convertitori elettronici, procede in parallelo alla dismissione delle grandi centrali sincrone, storicamente garanti di inerzia meccanica. Ne deriva l’esigenza di valutare l’impatto di tali trasformazioni sulla stabilità del sistema e di introdurre soluzioni in grado di preservare la continuità del servizio e la sicurezza operativa. Le fonti d’energia non programmabili hanno finora contribuito ai servizi di rete in misura limitata. In un contesto di inerzia calante e variabilità della generazione crescente diventa quindi strategico abilitare anche il fotovoltaico alla regolazione di frequenza attraverso schemi di controllo dedicati. Il seguente elaborato si concentra sulla possibilità di fornire servizi di regolazione di frequenza da parte di impianti fotovoltaici, focalizzando l’analisi sulla regolazione primaria di frequenza. L’obiettivo del lavoro è progettare e validare uno schema di controllo in grado di riservare un margine di potenza, da cui attingere in caso di necessità. Lo sviluppo prevede un modello basato su approssimazioni della curva potenza-tensione, tipicamente non lineare negli impianti fotovoltaici, per ridurre la complessità computazionale ma mantenendo accuratezza e precisione nei risultati. L’architettura è implementata nei software di calcolo e simulazione MATLAB/Simulink e sottoposta a scenari di simulazione con profili realistici sia di irraggiamento/temperatura sia di disturbi di frequenza.

This thesis investigates the capability of employing photovoltaic systems to support primary frequency regulation. The increasing adoption of renewable energy sources, characterized by random behavior, and typically interfaced with the grid through power electronic converters, coincides with the gradual decommissioning of large synchronous power plants, which have historically provided mechanical inertia. This transition raises concerns about the impact of these transformations on the power system stability and highlights the need for solutions that can preserve service continuity and operational security. So far, non-dispatchable energy sources have provided a limited support to grid services. In a context of declining inertia and growing generation variability, it becomes strategically important enabling photovoltaic systems to participate in frequency regulation through dedicated control strategies. This work focuses on the ability of photovoltaic plants to deliver frequency-control services, with particular emphasis on the analysis of primary frequency regulation. The aim is to design and validate a control scheme capable of maintaining a power reserve that can be activated when required. The proposed approach relies on a model based on approximations of the power-voltage curve, typically non-linear in photovoltaic plants, to reduce computational complexity, but preserving precision and accuracy in the results. The architecture is implemented in MATLAB/Simulink and tested under simulation scenarios with different irradiance and temperature profiles, as well as frequency-disturbance events.