Supporto di frequenza nelle reti elettriche a bassa inerzia: Sviluppo e prototipazione di controllo per l'emulazione di inerzia da parte di generatori eolici

Abstract

Questa tesi presenta le attività di modellizzazione e prototipizzazione che sono state svolte per ottenere il controllore PoC-SMARTWIND, in grado di far emulare un comportamento inerziale ai generatori eolici. I generatori eolici spontaneamente non hanno un comportamento inerziale a causa del tipo di collegamento alla rete di potenza, ma in essi è presente una massa rotante dotata di inerzia e grazie a questo controllore sono in grado di fornire un supporto inerziale nella prima fase di un transitorio di frequenza. Questo controllore sviluppato ha in particolare due caratteristiche che lo differenziano dai tradizionali controllori per l’emulazione di inerzia. La prima è che il valore di inerzia sintetica scelto non è fisso ma varia in base alla velocità del rotore, per evitare il rischio di mandare la turbina in stallo. La seconda è che il recupero di velocità della turbina a seguito della fase di supporto è controllato e non vengono seguite le dinamiche naturali del sistema. Nel Capitolo 1 sono presentate sia una breve introduzione riguardo alla regolazione di frequenza e all’inerzia sintetica sia una breve panoramica sui generatori eolici. Nel Capitolo 2 è presentato il controllore SMARTWIND, mostrando le logiche che ne determinano il funzionamento e la sua realizzazione pratica. Nel Capitolo 3 viene mostrata la modellizzazione di tutto il sistema di potenza in cui il controllore deve essere inserito. Questa modellizzazione è necessaria per poter in seguito validare il funzionamento del controllore. Nel Capitolo 4 invece vengono mostrate le simulazioni effettuate, divise in tre gruppi. Il primo gruppo contiene i test effettuati per la validazione del modello; il secondo i test per la validazione del controllore in logica Hardware In the Loop; il terzo contiene invece alcune simulazioni off-line svolte per verificare il comportamento del controllore a seguito di alcune modifiche che sono state fatte su di esso.

This thesis presents the development and prototyping activities made to obtain the PoC-SMARTWIND controller. This controller makes wind generators able to have an inertial behavior. Wind generators spontaneously do not present an inertial behavior caused by the type of connection they have with the grid, but they have a rotating mass and kinetic energy stored inside. This controller makes wind generators able to provide inertial support, especially in the first phase of a frequency transient. This developed controller has two peculiar characteristics that make it different from traditional controllers for inertial emulation. The first is that the synthetic inertia value is not constant but varies according to the rotor speed, to avoid the risk of turbine’s stall. The second is that the speed recovery after the support phase is controlled, not following the natural dynamics of the system. In Chapter 1 a brief introduction about frequency regulation and synthetic inertia and a short overview about wind generators are presented. In Chapter 2 PoC-SMARTWIND controller is presented, showing the logics that determinate his behavior and his practical realization. In Chapter 3 the models used for representing all the power system in which the controller is inserted are shown. These models are necessary for the validation of the controller’s functioning made in Chapter 4. In Chapter 4 the results of the made simulations are shown, divided in three groups. The first group contains the tests made for model’s validation; the second includes the tests made for controller’s validation in Hardware In the Loop logic; the third one contains some off-line simulations made to verify controller’s behavior after some changes that were made on this.