Capitolo 6

Capitolo 6

Modellazione dell’impianto

In base alla considerazioni svolte nel Capitolo 5, la rete più idonea per l’allacciamento dell’impianto eolico alla rete MT Enel è quella strutturata in semianello(figura 6.1). Punto di consegna L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L11 L1 2 L1 3 WT1 WT2 WT3 WT4 WT5 WT6 WT7 WT8 WT9 WT10 WT11

I componenti del sistema oggetto di studio sono:

- Aerogeneratori (Pn =850 kW, Vn=690 V)

- linee MT(15 kV) in cavo (sez. 50 mm2 e 240 mm2)*

- trasformatori (Pn =1000 kVA, 690V/15000V, xcc=0.06 p.u.)

- rete di distribuzione (Pcc=325 MVA,Vn=15 kV)

Per poter effettuare l’analisi del sistema proposto è necessario disporre dei modelli di sequenza, diretta, inversa, omopolare della struttura rappresentata [8]. Il modello di sequenza del sistema si ottiene connettendo tra loro i corrispondenti modelli dei singoli componenti. In questo capitolo vengono presentati i modelli di sequenza dei singoli componenti e dell’intero sistema, modelli che verranno poi utilizzati (al capitolo 7) per il calcolo delle correnti di guasto.

6.1 Modellazione delle linee

Parametri dei circuiti di sequenza per linee in cavo a 15 kV :

Rdd=Rii [Ω/km] Roo= 10 Rdd [Ω/km] Ldd=Lii [mH/km] Loo=2 Ldd [mH/km] Cdd=Cii [nF/km] Coo= (0.6÷0.7)Cdd [nF/km]

Le sezioni dei cavi dell’impianto e i rispettivi parametri di sequenza diretta sono riportati in tabella 6.1 .

Tabella 6.1:Parametri di sequenza diretta per cavi MT (15 kV) Sezione (mm2) Rddl (Ω/km) Lddl (mH/km) Cddl (nF/km) 50 0.494 0.39 170 240 0.0966 0.30 290

Circuiti di sequenza diretta e inversa

I circuiti equivalenti alla sequenza diretta e inversa delle linee sono identici (figura 6.2) ;in entrambi si trascurano le ammettenze trasversali rispetto alle impedenze longitudinali.

a) b)

Figura 6.2: Modello equivalente alla sequenza diretta(a) e inversa(b) del generico tratto di linea

Circuito alla sequenza omopolare

Cool = 0.6Cddl

Figura 6.3: Modello equivalente alla sequenza omopolare

Ld _l

Rdd_l d Rii_l Lii_l

Roo

Loo

Coo

/2

Coo

/2

6.2 Modellazione dei trasformatori

Si trascurano le perdite di energia che avvengono all’interno dei trasformatori: le modellazioni seguenti sono costituite solo da elementi reattivi. Nei circuiti equivalenti si tiene conto solo della reattanza di cortocircuito che assume un unico valore per le tre sequenze:

xdd = xi i= x00 = 0.06 p.u.

Circuito equivalenti alla sequenza diretta e inversa

Si considerano circuiti equivalenti alla sequenza diretta e inversa uguali come struttura e come parametri (figura 6.4).

x_ddt (x_iit)

K

Figura 6.4: Modello equivalente di sequenza diretta e inversa del trasformatore

Nel presente caso si trascura lo sfasamento su correnti e tensioni di fase causato dal differente tipo di collegamento del primario e del secondario (stella-triangolo,figura 6.5). Infatti, poiché primario e secondario hanno

collegamenti di tipo diverso si sarebbe dovuto considerare per quanto riguarda la sequenza diretta(inversa), uno sfasamento di 30°(-30°),in anticipo (in ritardo) tra grandezze di fase primarie e secondarie.

Circuito alla sequenza omopolare

BT MT

Figura 6.5:Tipo di collegamento degli avvolgimenti del trasformatore

Con gli avvolgimenti connessi come in figura 6.5 il circuito equivalente dei trasformatori alla sequenza omopolare risulta essere il seguente:

K x_oot

BT _MT

6.3 Modellazione del generatore elettrico degli

aerogeneratori

Ai fini dei calcoli di cortocircuito(fase subtransitoria del fenomeno), il generatore elettrico può essere modellato, in termini di sequenza diretta, con una forza elettromotrice (e”) in serie con una reattanza interna (x”), in termini di sequenza inversa con la sola reattanza x”. Non è necessario considerare il modello alla sequenza omopolare della macchina in quanto esso risulta sconnesso dal resto sistema per via della presenza dei trasformatori che non consentono il passaggio di correnti omopolari.

In base alla considerazioni riportate al capitolo 4(paragrafo 4.6) si considera x”=0.2 p.u. e" x" T

Figura 6.8: Modello equivalente di sequenza diretta(tasto T aperto)e inversa (T chiuso) del generatore elettrico degli aerogeneratori

6.4 Modellazione della rete di distribuzione

La potenza di corto circuito della rete MT Enel nel punto di consegna dell’ energia è pari a 325 MVA.

La rete è modellata alla sequenza diretta con un generatore di tensione ideale con in serie una impedenza puramente reattiva (Xccr=V2n/Pcc=0.69 ). Alla

sequenza inversa la rete è schematizzata con la sola reattanza Xccr. Ω

V

Xccr T

Figura 6.8: Modello equivalente di sequenza diretta(tasto T aperto)e inversa (T chiuso) della rete di distribuzione.

Poiché non si conosce la corrente di guasto monofase a terra della rete Enel nel punto di consegna(sbarra MT della centrale del Sestaione), nel calcolo delle correnti dovute a cortocircuiti dissimmetrici, il circuito alla sequenza omopolare della rete di distribuzione si considera disconnesso dal sistema (in questo modo si trascura l’impedenza omopolare della rete di distribuzione e quindi non si considera il contributo alla corrente di guasto dato dalle correnti capacitive di richiusura che circolano sulle linee della rete di distribuzione in partenza dalla sbarra). L’ipotesi è cautelativa in quanto per un guasto monofase a terra su una linea della rete di allacciamento dell’ impianto eolico (figura 6.9), la corrente di guasto calcolata con l’approssimazione precedente,

risulta essere sottostimata rispetto a quella che si avrebbe considerando anche le correnti capacitive di richiusura (Ior) delle linee MT della rete di

distribuzione. Impianto eolico SBARRA MT SESTAIONE

A

Linee MT (rete di distribuzione)

Figura 6.9: Circuito equivalente alla sequenza omopolare:guasto monofase a terra sulla rete di allacciamento dell’impianto eolico.

6.5 Modello in p.u. di sequenza del sistema

Il modello di sequenza del sistema in p.u. è costruito assumendo i seguenti valori base:

Pb= 1000 kVA

Vb1 = 690 V

Vb2 =15000 V

La potenza base è la potenza nominale del trasformatore di ogni aerogeneratore; le tensioni sono state scelte in relazione alle due zone in cui può essere scomposto il sistema(figura 6.10).

690 V 15000 V

Figura 6.10: rappresentazione unifilare con indicazione delle zone a differente tensione nominale ai fini della conversione in p.u

Modello in p.u. di sequenza diretta , inversa e omopolare del sistema* z6 z9 z2 z3 z4 z5 z1 z11 xcc z xccr z12 z13 xd 1 2 3 4 5 6 7 8 9 z7 z8 xcc x_cc x_cc

Figura 6.11:Circuito equivalente alla sequenza diretta e inversa( generatori chiusi in corto)

* i valori (in p.u.) dei parametri elettrici di sequenza dei componenti dell’impianto sono riportati in Appendice 2

Rete Enel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 L₆ L7 L8 L9 L12 L13 L L11 L1 L₂ L₃ L4 L₅

6.5.1 Matrici delle impedenze di cortocircuito in termini di sequenza

Le matrici delle impedenze nodali di cortocircuito delle tre reti di sequenza, ],

[ ], [ ],

[Zdd Zii Zoo possono essere ottenute per inversione delle corrispondenti matrici delle ammettenze di cortocircuito (cfr.Appendice 2):

1 ] [ ] [Zdd = Ydd − 1 ] [ ] [Z_ii = Y_ii − 1 ] [ ] [Zoo = Yoo −

Dall’analisi delle componenti delle matrici delle ammettenze di cortocircuito (cfr. Appendice 2), si rileva che in ogni nodo della rete di allacciamento l’impedenza di cortocircuito alla sequenza omopolare è in valore assoluto, molto più grande di quella alla sequenza diretta (Z_oo)_hh >> (Z_dd)_hh e quindi per la rete in questione il guasto più gravoso è quello trifase [8].