Rete AC Fuori Servizio

La struttura della rete in esame ha lo scopo di simulare i problemi che devono essere affrontati dal convertitore durane la riaccensione di un sistema elettrico in isola.

La configurazione comprende i seguenti componenti:

 Carichi collegati nelle vicinanze della stazione di conversione. Uno di essi di potenza 4,2 MW e 2,772 Mvar è rappresentativo dei carichi ausiliari della stazione di conversione. Esso è attivo nel momento in cui viene acceso il convertitore. L’altro carico presente e che viene collegato in rete nelle fasi iniziali della simulazione rappresenta tutti quei carichi dislocati nei dintorni della stazione elettrica.

 Linea in corrente alternata a parametri distribuiti di lunghezza 100 km. Il blocco Simulink utilizzato è lo stesso della linea di trasmissione in corrente continua (sono stati ovviamente adattati i parametri geometrici ed elettrici). La geometria di essi riprende i casi pratici di linea aerea a 230 kV a tre conduttori. L’elettrodotto collega la stazione di conversione all’area di generazione.

 Carico zavorra presente nell’area del generatore da 40 MW e 20 Mvar. Viene inserito in rete una volta energizzata la linea e rappresenta un importante banco prova per verificare il comportamento del convertitore ai gradini di carico.

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L’introduzione di questo oggetto permette di tenere conto degli effetti di energizzazione di linee scariche durante la riaccensione della rete. In effetti quello a cui si assisterà al momento della chiusura degli interruttori di sezionamento della linea è un picco di tensione a fine linea.

Figura 42. Modello Simulink della line AC di collegamento tra stazione di conversione e generatore. Si nota l’interruttore di macchina (Gen Breaker) e i carichi zavorra nei dintorni della stazione VSC

 Centrale termoelettrica. La fase principale del processo di riaccensione è quella di arrivare velocemente al parallelo tra convertitore e centrale termoelettrica e permettere a quest’ultima di seguire la rampa di presa di carico predefinita. Al fine di simulare le incombenze cui deve far fronte il convertitore durante questa delicata fase, sono stati introdotti più oggetti, tutti riconducibili al funzionamento della centrale. Entrando nello specifico, i carichi cui deve sopperire il convertitore sono:

o Carichi ausiliari di centrale con inserzione a gradino. Essi sono modellizzati come un carico unico con interruttore di parallelo. Servono per verificare il comportamento dinamico del convertitore di fronte all’inserzione di un carico gravoso come può essere la reale messa in servizio di un gruppo termoelettrico.

o Pompa acqua alimento di centrale e altri carichi in media tensione di centrale. Si parla di un carico da 10 MW alimentato da un trasformatore

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AT/MT a inserzione diretta e un asincrono MT da 7 MVA ad inserzione diretta senza drive o soft starter. L’avviamento della pompa produce notevole stress sul convertitore a causa del picco di potenza reattiva da fornire allo spunto dell’asincrono.

La sequenza di avviamento dei due componenti sopra descritti corrisponde all’accensione della centrale elettrica.

Il modello dinamico di centrale, che entra in gioco nel momento in cui sono stati alimentati i carichi sopracitati, è stato realizzato attraverso i componenti che sono visibili nella figura seguente

Figura 44. Modello completo di centrale elettrica utilizzato nella simulazione. Figura 43. Modello Simulink dell’asincrono della pompa acqua alimento della

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o Regolatore primario. Comanda l’apertura valvola di turbina in base all’errore tra la velocità della macchina e il riferimento di velocità. Oltre al regolatore primario è presente un nodo di presa di carico a rampa. La rampa è necessaria per permettere la presa di carico del generatore, in modo che possa simulare l’avviamento di centrale e scaricare parzialmente la regolazione del convertitore VSC durante le successive operazioni di riaccensione della rete. Questo accorgimento permette al convertitore di prendere parte alla regolazione di frequenza nel momento in cui vengono inseriti carichi in rete. Come si può vedere dalla figura 44 si è scelto di porre come riferimento per la macchina sincrona un valore di frequenza pari a 1.002 p.u (50.01 Hz). Ciò assicura al generatore, nel momento di parallelo con il convertitore, di avere una velocità rotazionale superiore, in maniera da non essere trascinato e non incorrere in scatti dovuti a protezioni di reverse power.

o Modello dinamico del servomeccanismo valvola che introduce un ritardo di un secondo rispetto al segnale di comando.

o Modello dinamico della turbina e del surriscaldatore composto da una linea algebrica (parte ad alta pressione della turbina) e da una linea con costante di tempo del ritardo alla risposta di 15 secondi. Tale valore è stato scelto in quanto è un valore tipico che si riscontra spesso in letteratura. La potenza complessiva della turbina è 320 MW.

Figura 45. Modello dinamico della turbina a vapore. A ammettenza valvola in p.u.; pm potenza meccanica all'asse della turbina in p.u.

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o Modello di libreria Simulink dell’alternatore da 370 MVA.

o Regolazione del modulo della tensione attuata mediante eccitatrice statica. Il modello implementato è quello utilizzato a lezione. Il blocco di misura osservabile nella figura 46, introduce nella catena di controllo un ritardo con costante di tempo di 20 ms.

o Carico ausiliario di centrale della potenza di 5 MW alimentati dall’alternatore stesso. In realtà il carico da 5 MW è superfluo per lo scopo della simulazione da un punto di vista di sistemi elettrici di potenza. Si rivela invece necessario per il software di simulazione in quanto, i due componenti accoppiati (generatore sincrono e trasformatore) sono modellizzati al loro interno entrambi come generatori di corrente a causa della presenza di induttanze. Il carico si rende necessario per assorbire la differenza di corrente calcolata tra i due elementi in serie dal software (altresì si avrebbe una incongruenza tra valori di corrente erogati da generatori di corrente in serie)

o Trasformatore di centrale. Esso collega il generatore in media tensione alla rete in alternata (modello bus bar) ad alta tensione. Il collegamento degli avvolgimenti è un classico stella a terra/stella a terra 24/400 kV. Vcc%=15

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