Modellazione e Tecniche di Progettazione di Power System Stabilizer per il Miglioramento della Stabilità Transitoria

Abstract

Il sistema energetico sta attraversando un profondo cambiamento legato all’acquisita sensibilità sui temi della sostenibilità energetica, con un conseguente aumento delle sorgenti rinnovabili e avvio di una significativa decarbonizzazione. In particolare, l’evoluzione del mix di generazione verificatosi negli ultimi anni ha inciso significativamente sull’inerzia di sistema e sul suo margine di adeguatezza. La crescente diffusione degli impianti alimentati da fonti rinnovabili, con la loro tipica aleatorietà di funzionamento e spesso interfacciati in rete tramite apparati elettronici, è andata di pari passo con il progressivo spegnimento dei grandi gruppi di produzione termoelettrici, dotati di generatori sincroni di grande taglia in grado di contribuire alla stabilità della frequenza grazie alle loro masse rotanti. Diventa quindi sempre più importante per i gestori di rete valutare l’impatto che questi cambiamenti hanno sulla stabilità del sistema e studiare possibili soluzioni. Risulta infatti necessario compensare eventuali deficit di affidabilità mediante interventi specifici, quali l'ampliamento delle reti tramite nuove interconnessioni e maglie, la costruzione di impianti di accumulo idrico ed elettrochimico per contribuire alla regolazione istantanea di frequenza e tensione, e l'aumento di gruppi di generazione a gas, tra altre misure infrastrutturali. Parallelamente, non si possono trascurare soluzioni tecnologiche, comprese quelle digitali, che possono essere implementate in tempi più brevi. Tra queste, spiccano i compensatori sincroni, che aumentano l'inerzia della rete e la corrente di cortocircuito per garantire il corretto funzionamento dei sistemi di protezione, la risposta rapida dei generatori nella regolazione primaria e l'uso di inverter grid forming (Grid Forming Inverter-GFMI) che forniscono “inerzia sintetica” come contributo virtuale emulante la risposta inerziale dei grandi generatori rotanti.

The energy system is undergoing a profound change linked to the acquired sensitivity to energy sustainability issues, resulting in an increase in renewable sources and the beginning of significant decarbonization. In particular, the evolution of the generation mix in recent years has significantly affected system inertia and its adequacy margin. The increasing spread of plants powered by renewable sources, with their typical operational randomness and often interfaced in the network through electronic devices, has gone hand in hand with the progressive shutdown of large thermoelectric production groups, equipped with large synchronous generators capable of contributing to frequency stability thanks to their rotating masses. It therefore becomes increasingly important for network operators to assess the impact these changes have on system stability and study possible solutions.

It is indeed necessary to compensate for any reliability deficits through specific interventions, such as expanding networks through new interconnections and loops, building hydroelectric and electrochemical storage plants to contribute to instantaneous frequency and voltage regulation, and increasing gas generation groups, among other infrastructural measures. At the same time, technological solutions, including digital ones, which can be implemented more quickly, cannot be overlooked. Among these, synchronous compensators stand out, which increase the inertia of the network and the short-circuit current to ensure the correct functioning of protection systems, the rapid response of generators in primary regulation, and the use of grid-forming inverters (Grid Forming Inverter-GFMI) that provide "synthetic inertia" as a virtual contribution emulating the inertial response of large rotating generators.