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Studio della stabilità a piccole perturbazioni nelle grandi reti elettriche: ottimizzazione del regolamento con un metodo metaeuristico

Da una ventina d'anni, le grandi reti elettriche si trovano costrette a funzionare in piena potenza e, spesso, ai limiti della stabilità. Il miglioramento della stabilità a piccole perturbazioni, in particolare l'ammortizzamento delle oscillazioni interregionali, è quindi divenuto un obiettivo prioritario. Le interazioni tra i generatori di varie regioni e i regolatori utilizzati necessitano di un'ottimizzazione globale delle loro performance: è il miglior modo per assicurare il comportamento ottimale dell'insieme. L'obiettivo del nostro è di assicurare un ammortizzamento massimo dei modi tanto interregionali quanto locali con l'ausilio degli stabilizzatori di potenza (PSS) generalmente utilizzati per l'ammortizzamento dei modi elettromeccanici locali. A tal fine, abbiamo sviluppato un metodo di ottimizzazione globale basato sugli algoritmi genetici e una funzione multiobiettivo utilizzando i parametri di stabilità relativa e assoluta determinati a partire dall'analisi dei valori propri del sistema. Abbiamo analizzato l'influenza dell'aumento progressivo del numero di variabili da ottimizzare simultaneamente (parametri dei PSS, collocamento e numero di questi ultimi). Il metodo che proponiamo consente una regolazione ottimale dei PSS con la migliore localizzazione possibile e un numero ridotto di PSS. Abbiamo proposto inoltre un nuovo metodo di ottimizzazione utilizzando vincoli dinamici adattivi dello spazio di ricerca al fine di migliorare le performance e la rapidità di convergenza di tale algoritmo. Le performance di questi metodi di ottimizzazione sono state valutate sulla rete multimacchina interconnessa New England/New York per analisi dei valori propri del modello lineare del sistema e simulazioni temporali del modello non lineare originale.

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10 INTRODUZIONE GENERALE Da una ventina d’anni, i sistemi di potenza devono far fronte a sfide molto importanti. La liberazione del mercato dell’elettricità crea scenari di funzionamento molto più complessi rispetto al passato. Il permanente aumento della dipendenza elettrica della società implica un funzionamento dei sistemi di potenza al 100% della loro capacità e una sicurezza massimale. Inoltre, la qualità della potenza elettrica è attualmente divenuta una grande preoccupazione per i consumatori e i fornitori. Di conseguenza, sono sempre più necessari rigorosi criteri di sviluppo e di funzionamento. In tali condizioni, la stabilità dei sistemi di potenza diviene una delle maggiori preoccupazioni per i fornitori di elettricità. Questi sistemi devono rimanere stabili per tutte le piccole variazioni in vicinanza dei punti di funzionamento, nonché per condizioni severe. Di conseguenza, nuovi metodi e le nuove tecnologie che consentono di migliorare la stabilità dei sistemi sono oggetto di lavori di ricerca estremamente importanti. Tenendo conto della varietà delle condizioni di funzionamento e della gravità degli incidenti, le apparecchiature di comando attualmente installate sulle reti possono rivelarsi troppo limitate o insufficienti per rispondere in modo efficace alle diverse perturbazioni. Di conseguenza, gli operatori di rete cercano di ottimizzarne il funzionamento pur mantenendo un livello di sicurezza soddisfacente. Un sistema di potenza è un sistema altamente non-lineare funzionante in un ambiente in continua evoluzione: cariche, potenza di generazione, topologia della rete, ecc. Il sistema può quindi essere sottoposto a perturbazioni; la perturbazione può essere debole o importante. Piccole perturbazioni, sotto forma di variazioni di carica, si producono continuamente. Il sistema deve essere in grado di “rispondere” in modo soddisfacente ai bisogni della carica. Il sistema deve anche essere in grado di resistere a numerose perturbazioni di natura severa, come il fulmine, la perdita di un’unità di generazione, un corto circuito su una linea di trasmissione, ecc. In seguito ad una perturbazione transitoria, se il sistema è debole raggiungerà un nuovo stato di equilibrio. Se è instabile, ciò si tradurrà, per esempio, con un progressivo aumento dello scarto tra gli angoli rotore dei generatori o con un progressivo calo delle tensioni dei nodi della rete. Uno stato instabile del sistema potrà condurre a guasti a cascata e ad una disconnessione di gran parte della rete elettrica. Le oscillazioni dei sistemi di potenza sono state predette fin dalla prima installazione di un sistema di potenza. Un sistema avente vari generatori interconnessi tramite una rete di trasporto si comporta come un insieme di masse interconnesse da una rete di molle e presenta modi di oscillazione multipli. L’ammortizzamento delle oscillazioni è sempre stato considerato come un elemento importante per il buon funzionamento dei sistemi di potenza. Una prima soluzione per ammortizzare tali oscillazioni è così scomparsa, ma l’ammortizzamento globale del sistema è sempre rimasto ignorato (Farmer, 2006). Vari punti considerati evidenti in questo momento restano sempre validi: - le oscillazioni a debole frequenza (tra 0.2 e 2 Hz) si producono nei sistemi di potenza a causa dell’insufficienza delle coppie di ammortizzamento che agiscono sui rotori dei generatori;

Traduzione

Traduttore: Marco Casella Contatta »

Composta da 219 pagine.

 

Questa tesi ha raggiunto 409 click dal 28/06/2011.

Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.