Controllo e Gestione delle Reti

POWER SYSTEM

Un power system è una rete di componenti elettriche usata per fornire, trasmettere ed usare energia elettrica.

È un grande sistema interconnesso che opera secondo una compagnia strategica basato sullo piano basato di giornale status e su di controllo sempre tutto sulla generazione, trasmissione e consumo dell'energia.

STRUTTURA DI UN POWER SYSTEM

Tutti i power system hanno le stesse caratteristiche di base.

• Hanno un sistema trifase AC operando a frequenza costante.
• Usano macchine sincrone per la generazione di elettricità.
• Il motore principale converte energia primaria in energia meccanica che è a sua volta convertito in energia elettrica da generatori sincroni.
• Trasmettono energia su grandi distanze.

Un power system è tipicamente strutturato come segue:

• GENERAZIONE
• SISTEMA DI TRASMISSIONE
• SISTEMA DI SOTTO-TRASMISSIONE
• SISTEMA DI DISTRIBUZIONE
• CONSUMATORI

(Trasformatori modulari (aumentano la tensione))

GS HVDC HV HV SUBTRANSMISSION HV HV LV INDUSTRIAL CUSTOMER PRIMARY SUBSTATION SMALL INDUSTRIAL CUSTOMER SMALL GS

È costituito dai generatori BULK POWER SYSTEM

SUBTRANSMISSION AND DISTRIBUTION SYSTEM

Distribuzione dell’energia

POWER SYSTEM CONTROL

Un power system buono deve avere i seguenti fondamentali requisiti:

• 1. Bilanciamento tra domanda e offerta.
• 2. Il sistema deve essere capace di fornire il carico e scaricare delle alimentazioni. Si deve tenere presente che l'energia elettrica non può essere accumulata in grandi quantità.
• 3. Per accumulare energia, si usano SPINNING RESERVE (risorse rotanti). Il bilanciamento deve essere gestibile sia per la potenza attuale che per la potenza richiesta.

POTENZA ATTIVA

Potenza che viene realmente consumata, energia che può essere accumulata sulle tensioni.

POTENZA REATTIVA

Energia che non serve unico scopo - quello di mantenere la tensione ai livelli nominali.

• Deve essere in grado di generare energia al minor costo e con il minimo impatto ecologico.

Un power system deve successivamente soddisfare i seguenti requisiti ulteriori:

• 1. La frequenza del sistema deve essere costante.
• 2. Il voltaggio sulle alte rive deve essere costante s/s tollerabile.
• 3. Garantito livello minimo di affidabilità.

SISTEM GENERATION CONTROL

Frequenza | Flussi di potenza e scambio dei generatori

• PROGRAMMA (Schedule) - SISTEM GENERATION CONTROL
• Generating Unit Controls
• Prime Mover and Shaft Power
• Generator

Excitation system and control

Field Current

Electrical Power for cells schedule di desideri

Transmission Control

Frequenza | Flussi di scambio | Potenza del generatore

DEFINIZIONE DI VARIABILI

I(t) = I cos ωt

V(t) = V cos (ωt + Φ)

POTENZA ISTANTANEA:

P(t) = V(t) I(t) = VI cos ωt cos (ωt + Φ) =

    = VI cos Φ + VI₂ cos (2ωt + Φ)

FATTORE DI POTENZA

= VI₂ cos Φ + VI₂ cos (2ωt + Φ)

POTENZA ATTUA: potenza media assorbita dal bipolo

P(t) = VI₂ cos Φ + VI₂ cos (2ωt + Φ) =

  = VI₂ cos Φ + VI₂ [cos 2ωt cos Φ - sin 2ωt sin Φ] =

  = VI₂ cos Φ (1 + cos 2ωt) - VI₂ sin Φ sin 2ωt

POTENZA ATTIVA _P

potenza effettivamente assorbita dal bipolo in un periodo (potenza media)

P = VI₂ cos Φ

POTENZA REATTIVA _Q

potenza assorbita dalla componente complessa del circuito

P = VI cos φ

P = _(EV/X) sin δ

cos δ = √(1 - sin² δ)

Q = √(_(EV/X)² - P²) - V²/X

le coppie P - δ e Q - V sono fortemente connesse fra loro.

SENDING END

I_r ≠ I_s poi di corrente si perde verso terra

f. energia dissipata sotto forma chimica è funzione della corrente.

x. dipende dal campo magnetico che si crea con l'interazione tra il flusso interno di corrente del filo e quella degli altri fili conduttori.

g. perdita di corrente dovuta agli isolanti del filo.

d. è data da differenza di potenziale tra i fili.

CHARGING CURRENT

Corrente uscita dal condensatore per cortocircuito.

Più la distanza tra le due estremità grande meno sarà la perdita di energia dovuta al condensatore.

Più le linee sono curve alle terre più la perdita di energia da condensatore sarà elevata.

lunghezza della linea

LONG LINE EQUATION

[ |Vs| cos R x ϑ |VR| | |IR| ]

Z_c = impedanza caratteristica della linea

γ: Costante di propagazione

cos R x = (e^+x + e^-x) / 2

sin R x = (e^+x - e^-x) / 2

• APPROSSIMAZIONE 1

sinβE ≅ βE   cosβE ≅ 1 → per βE molto piccole

Q_R ≅ _VR/^X (V_Scosδ_SR - V_R)

→ stesso problema trattato trovando max cosδ_SR e due potenz con solo e riduttanza

• APPROSSIMAZIONE 2

cosδ_SR ≅ 1 → per tagli di sinusoidale si darà a qualcosa δ_SR molto piccolo

Q_R ≅ _VR/^X (V_S - V_R)

V_S = costante

At sending end...

Q_S = _VS/ZcsinβE (V_ScosβE - V_Rcosδ_SR)

• APPROSSIMAZIONE 1

Q_S ≅ _VS/^X (V_S - V_Rcosδ_SR)

• APPROSSIMAZIONE 2

Q_S ≅ _VS/^X (V_S - V_R)

y_i matrice che racchiude al suo interno le conoscenze delle celle e i parametri che lo caratterizzano

MATRICE DELLE AMMETTENZE SIMMETRICA

I = yV

[ I₁ ] [ y₁ y₁ y_1N ] [ V₁ ] [ . ] [ . . . ] [ V ] [ . ] = [ . . . ] [ . ] [ . ] [ . . . ] [ . ] [ I_N ] [ y_N1 y_N y_NN ] [ V_N ]

matrice delle tensioni di nodo vettore delle tensioni di nodo

Esistono due regole che permettono lo scrittura della matrice delle ammettenze senza scrivere n² equazioni per ogni nodo.

1. Le ammettenze degli elementi connessi tra il nodo i-esimo e il riferimento vienne aggiunto ogni elemento di matrice del posto (i, i).
2. Le ammettenze degli elementi connessi tra due nodi i e j vengono aggiunte ogni elemento di matrice (i, i), e (j, j) e sottratti agli elementi di posto (i, j) e (j, i).

Ex.

Se c'è Ammettenze in uso di deparamento

ammettenza delle linee

Se non c’è, ammettenze connesse direttamente ed eventuale spazio solo con 2

1 3 y 12 + y 13, 3 y 12 y 13 [ - ] 12 [ - y 3 ]

y 12, y + y [ y 23, - y 32 ]

y 13 [ - ] 23 [ y 23 + y 32 ]

Ex.

P-V BUS

LOAD BUS

SLACK BUS

• NUMERO DI EQUAZIONI: 8
• NUMERO DI NODI DI CARICO: 2
• NUMERO DI P-V NODI: 1
• NUMERO DI NODI SLACK: 1
• VARIABILI SPECIFICATE: 8
• NON NOTE VARIABILI DI STATO: 5
• ALTRE VARIABILI: 3

• 8 EQUAZIONI:
• P₁ = P₁ (V₁, V₂, V₃, V_u, δ₁, δ₂, δ₃, δ_u)
• Q₁ = Q₁ (V₁, V₂, V₃, V_u, δ₁, δ₂, δ₃, δ_u)
• P₂ = P₂
• Q₂ = Q₂
• P₃ = P₃
• Q₃ = Q₃
• P_u + P_u
• Q_u = Q_u

INPUT: P₁, P₂, Q₂, P₃, Q₃, V₁, V_u, δ_u

VAR. NON NOTE: V₂, V₃, δ₁, δ₂, δ₃, Q₁, P_u, Q_u

METODI DI RISOLUZIONE DEL PROBLEMA DI POWER FLOW ANALYSIS

Supponiamo che la rete sia Bianca, nel modo seguente (anni 60)

• Generatore
• UHV - ULTRA HIGH VOLTAGE (Altissimo tenore)
• HV - HIGH VOLTAGE
• MV - MEDIUM VOLTAGE
• LV - LOW VOLTAGE

Ogni trasformazione tra i livelli avviene in una cabina