Impatto della Connessione di un Elettrolizzatore PEM da 100 MW sulla Stabilità dell'Angolo di Carico

Abstract

La presente tesi si propone di studiare l’impatto della connessione di un elet- trolizzatore a membrana elettrolitica da 100 MW sulla rotor angle stability di una porzione di rete belga situata nella regione Vallonia. Il sistema elettrico belga sta infatti subendo un’elevata integrazione multi-vettoriale dovuta all’inserimento di fonti di energia rinnovabile e carichi flessibili e altamente non lineari con lo scopo di soddisfare gli obiettivi europei sul clima. È quindi necessario studiare quali sono gli impatti di questi dispositivi sulla stabilità della rete. In particolare il mio lavoro si è concentrato sullo studio dell’impatto degli elettrolizzatori sulla stabilità dell’angolo di carico dei generatori sincroni. Per farlo mi sono concentrato sulla stabilità ai piccoli segnali, chiamata anche Small Signal Stability. Ho considerato un esempio di riferimento semplificato e ho sviluppato un modello state-space multi macchina lineare ed un Modello Matlab/Simulink. Ho poi eseguito simulazioni su entrambi i modelli nell’ambiente Matlab. Ho poi considerato la stabilità transitoria cioè la stabilità dell’angolo di rotore quando soggetto a grandi disturbi. Ho considerato l’intera porzione di rete belga presa sotto esame e ho costruito un modello dettagliato in Matlab/Simulink. I risultati di simulazione mostrano che la connessione dell’elettrolizzatore da 100 MW non ha alcun impatto sulla stabilità dell’angolo di carico ai piccoli segnali, mentre migliora la resilienza del sistema quando soggetto a grandi disturbi come guasti sulle linee di trasmissione.

The present thesis aims to study the impact of the connection of a 100 MW PEM electrolyzer on rotor angle stability of a portion of the Belgian grid located in the Walloon region. The belgian electric power system is in fact experiencing an high multi-vectorial integration of renew- able energy sources and highly non linear loads such as electrolyzer in order to meet the European objectives on climate. It’s then necessary to study which are their impacts on the grid stability. In particular my work has been focused on the study of the impacts of these devices on the rotor angle stability of the synchronous generators. In order to do that I’ve first concentrated on the stability under small disturbances, also named Small Signal Stability. I’ve considered a simplified grid benchmark and I have developed a Matlab/Simulink and a state space multi-machine linearized model. I’ve then run simulations in the Matlab and Simulink environment using both models. I’ve then considered the transient stability i.e the system rotor angle stability under large disturbances. I’ve taken into account the complete grid portion and I’ve built a Matlab/Simulink detailed model. Simulation results show that the 100 MW Electrolyzer connection has no impact on the steady state stability, while it enhances the system strength when subjected to large disturbances such as faults on the transmission lines.