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IL CONTROLLO DELLA TENSIONE E DELLA GENERAZIONE DI POTENZA REATTIVA.

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Presentazione sul tema: "IL CONTROLLO DELLA TENSIONE E DELLA GENERAZIONE DI POTENZA REATTIVA."— Transcript della presentazione:

1 IL CONTROLLO DELLA TENSIONE E DELLA GENERAZIONE DI POTENZA REATTIVA

2 OBIETTIVO E E P, Q V circ. monofase equivalente di sequenza diretta Mantenere la tensione V sullutenza costante in MODULO al variare della potenza assorbita dal carico e al variare delle condizioni di equilibrio della restante parte della rete.

3 EQUILIBRIO ELETTRICO SU UN GENERICO NODO DI CARICO RX I P, Q E V Ipotesi: sistema lineare, quindi la rete che alimenta lutenza viene modellata mediante lequivalente di Thevenin (seq.dir.) I V RI jXI E E = V + RI +jXI E dipende dallo stato della rete, R e X dal suo assetto. E, R, X, P e Q variano nel tempo, quindi V tende a fare altrettanto!

4 Ci interessa: V = |E| - |V| I V RI jXI E V V V V= RI cos XI sen Se piccolo, allora Questa ipotesi è normalmente verificata perché si esercisce il sistema in modo che a regime gli angoli tra le tensioni siano piccoli, così da assicurare la stabilità del sistema anche a seguito di perturbazioni. Quindi è possibile stimare il modulo di V come segue: |V| |E| - (RI cos XI sen

5 EQUAZIONE DELLA TENSIONE IN p.u. Basi scelte: potenza nominale e tensione nominale dellutenza. Lequazione per la stima del modulo di V diventa (nellipotesi che V V n ): v e – (rp + xq) Le variazioni del modulo della tensione in p.u. sono, quindi, così stimabili: v e – (rp + xq)

6 CASI PARTICOLARI Se r e x possono essere considerati costanti nellorizzonte temporale analizzato: v e – (r p + x q) Se inoltre r << x (p.es.linee aeree AT ma non nei cavi MT & BT) e p q : v e –x q In una rete prevalentemente reattiva, con assorbimenti di potenza attiva e reattiva dello stesso ordine di grandezza, esiste un forte legame fra i flussi di Q e le c.d.t.

7 MEZZI DI REGOLAZIONE DELLA TENSIONE Compensazione di x q mediante e v e –x q Mantenere costante il modulo della V (e V V n, evitando sia sovratensioni che sottotensioni) significa minimizzare v, mediante: Riduzione delle reattanze della rete Riduzione della potenza reattiva transitante nei componenti il sistema elettrico

8 RIDUZIONE DELLE REATTANZE DELLA RETE Rinforzo della rete mediante laggiunta di ulteriori componenti. Sistemi di regolazione della tensione con lobiettivo di mantenere costante il suo modulo in alcuni nodi della rete.

9 x L =0.3 p.u. x s =1 p.u. x t =0.1 p.u. x tot = 1.4 p.u. (con una sola linea) x tot = 1.25 p.u. (con due linee in parallelo) RINFORZO DELLA RETE

10 A SOLUZIONI DI QUESTO TIPO SI OPPONGONO: Ragioni sostanzialmente economiche… … a meno che il rinforzo del sistema con laggiunta di nuovi componenti non sia giustificato da altri motivi (p.es. incremento dellaffidabilità, diminuzione delle perdite ecc.)

11 SISTEMI DI REGOLAZIONE DELLA TENSIONE Hanno lobiettivo di mantenere costante il modulo della tensione in opportuni nodi della rete, elettricamente vicini ai carichi. Sono certamente più economici di soluzioni che prevedono il rinforzo della rete.

12 ESEMPIO: REGOLAZIONE DELLA TENSIONE AI MORSETTI DEL GENERATORE (regolazione primaria di V) V mantenuta costante (grazie a un sistema di regolazione) x l =0.3 p.u. x t =0.1 p.u. x s =1. p.u.

13 con regolazione della tensione: x tot = 0.4 p.u. in assenza di regolazione: x tot = 1.4 p.u. x s =1. p.u. x t =0.1 p.u.x L =0.3 p.u. f.e.m. costante in assenza di regolazione f.e.m. tenuta costante da un regolatore ideale

14 Esempio

15 Equivalente di sequenza diretta: Reattanze sincrone TrasformatoriLinee Carichi V sotto esame

16 SISTEMA SENZA REGOLAZIONE Z vista Si cortocircuitano le f.e.m interne alle macchine

17 SISTEMA CON REGOLAZIONE AI MORSETTI DEI GENERATORI Si cortocircuitano le f.e.m ai morsetti dei generatori Z vista

18 SISTEMA CON REGOLAZIONE A VALLE DEI TRASFORMATORI Z vista Si cortocircuitano le f.e.m a valle dei trasformatori

19 REGOLAZIONE COMPENSATA Nel caso in cui vi siano generatori che alimentano carichi mediante lunghe linee di trasmissione, è possibile, a partire dalla misura di tensione e di corrente in partenza alla linea (e quindi in prossimità del generatore), stimare la tensione ad unopportuna distanza (es. a metà linea) e utilizzare tale valore come set point di un sistema di regolazione. V V mis - X L I q In tal caso, si riduce ulteriormente limpedenza equivalente del sistema. (Attenzione al dosaggio dellazione di compound, altrimenti si rischiano sovratensioni alla partenza della linea!)

20 LA REGOLAZIONE DELLA TENSIONE IN UN GENERATORE SINCRONO

21 SCHEMA GENERALE DELLA REGOLAZIONE Rete Può essere interpretata sia come opportuna variazione della f.e.m. a vuoto sul nodo, sia come riduzione della X di Thevenin. Reg. Attuat. V rif + -

22 reg.attuat.proc. V mis + - V rif v ecc

23 IL PROCESSO In prima analisi, può essere schematizzato con un sistema del primo ordine, che tenga conto della sola dinamica del circuito di eccitazione, considerando puramente algebriche le relazioni tra f.e.m. generata e tensione risultante nel nodo di interesse. G(s)= G(0) 1+s ecc

24 LATTUATORE Dinamo coassiale regolata mediante leccitazione Sistema brushless costituito da una piccola macchina sincrona ad indotto rotante, con ponte raddrizzatore a diodi (anchesso rotante) Eccitatrice statica costituita da un ponte raddrizzatore a tiristori (alimentata dalla rete stessa o da una sorgente autonoma).

25 IL CONTROLLORE E il sistema intelligente che comanda lattuatore. Le tecniche di sintesi del controllore sono quelle classiche oggetto del corso di controlli automatici.

26 Regolazione secondaria di tensione E una forma di controllo centralizzato (regolazione darea), più lento di quello primario Ha lo scopo di realizzare un soddisfacente profilo di tensione sulla rete. Il regolatore secondario va ad agire sui set point dei regolatori primari di opportuni alternatori, in modo da regolare le tensioni su alcuni nodi pilota In Italia è svolta dai vari CRC macroregionali, sotto la supervisione di TERNA.

27 TRASFORMATORI A RAPPORTO VARIABILE N2N2 N1N1 m = N 1 /N 2 2° METODO PER COMPENSARE LE C.D.T AGENDO SUI TERMINI E Si varia (a vuoto o a carico) il n° di spire di uno dei 2 avvolgimenti (in genere lato AT) Può essere unazione manuale o automatica Comporta variazioni discontinue della f.e.m. a vuoto

28 ALTRO MEZZO PER DIMINUIRE LE REATTANZE DELLA RETE Adozione di capacità connesse in serie (compensazione serie delle linee)

29 ADOZIONE DELLA COMPENSAZIONE SERIE x L =0.3 p.u. x s =1 p.u. x t =0.1 p.u. x tot = 1.4 p.u. (con una sola linea) x tot = 1.25 p.u. (con due linee in parallelo) Caso già analizzato:

30 COMPENSAZIONE SERIE xCxC xLxL xCxC x = x L - 2 x C

31 OSSERVAZIONE 1 La compensazione serie viene normalmente indicata come percentuale della reattanza induttiva complessiva della linea compensata. Ad esempio, una compensazione serie del 20% si ottiene ponendo in serie alla linea una o più capacità che hanno una reattanza capacitiva complessiva pari al 20% della reattanza di linea. E ovvio che in tal modo la reattanza equivalente viene diminuita del 20%.

32 OSSERVAZIONE 2 La percentuale di compensazione serie normalmente adottata non supera il 50%. Al crescere della compensazione capacitiva serie, si possono verificare fenomeni indesiderati che vanno evitati.

33 MEZZI PER LA RIDUZIONE DELLA POTENZA REATTIVA TRANSITANTE NEI COMPONENTI IL SISTEMA Banchi di condensatori (o, dualmente, reattanze shunt) ad inserzione controllata Macchine sincrone funzionanti come compensatori Reattori saturabili e capacità Reattori controllati e capacità (S.V.C.) Regolazione discreta Possibilità di regolazione continua

34 PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO P, Q QcQc P, Q-Q c Si tratta essenzialmente di produrre in loco almeno una parte della potenza reattiva richiesta dal carico Si ricordino inoltre i vantaggi tecnico-economici del rifasamento

35 LUOGHI A TENSIONE IN ARRIVO COSTANTE SUL PIANO P,Q DEL CARICO P Q L E Z IaIa VaVa QcQc Q = Q L - Q c posto

36 Q P LUOGHI A TENSIONE COSTANTE SUL PIANO P,Q caratteristica del carico |V La f.e.m. a vuoto E è scelta in modo che le variazioni di tensione avvengano il più possibile in maniera simmetrica attorno al valor nominale. Diagrammi circolari in arrivo Archi approssimabili a rette se si trascurano i termini r p, nonché la differenza fra E e la sua proiezione su V. Ma si sottostima la c.d.t.

37 Q P LUOGHI A TENSIONE COSTANTE SUL PIANO P,Q E COMPENSAZIONE DEL CARICO CON REGOLAZIONE CONTINUA caratteristica del carico Erogazione/assorbimento di Q (con regolaz.continua) per compensare le variazioni di carico.

38 Q P LUOGHI A TENSIONE COSTANTE SUL PIANO P,Q ECOMPENSAZIONE DEL CARICO CON REGOLAZIONE DISCRETA caratteristica del carico Erogazione di Q (in quantità discrete) per compensare le variazioni di carico.

39 STRUMENTI PER RIDURRE LA POTENZA REATTIVA TRANSITANTE NEI COMPONENTI DEL SISTEMA, CON POSSIBILITÀ DI REGOLAZIONE CONTINUA Compensatori sincroni Reattori controllati abbinati a capacità

40 COMPENSATORI SINCRONI XsXs E + - V I

41 COMPENSATORI SINCRONI (funzionamento in sovraeccitazione) E V I XsXs E + - V I

42 COMPENSATORI SINCRONI (funzionamento in sottoeccitazione) E V I XsXs E + - V I

43 I COMPENSATORI SINCRONI NECESSITANO OVVIAMENTE DI UN SISTEMA DI REGOLAZIONE DELLA POTENZA REATTIVA EROGATA (O ASSORBITA), DEL TIPO PRECEDENTEMENTE DESCRITTO Attenzione ai limiti di sovra e sottoeccitazione degli alternatori!

44 REATTORI SATURABILI i lim

45 TENSIONE, FLUSSO E CORRENTE ISTANTANEI IN UN REATTORE SATURABILE v(t) t i(t) t lim

46 CARATTERISTICA TENSIONE-CORRENTE (MODULI) IN UN REATTORE SATURABILE I V V lim

47 REATTORI SATURABILI ABBINATI A UNA CAPACITA V ICIC I ILIL ILIL ICIC V

48 ANCORA SUI REATTORI SATURABILI ABBINATI A UNA CAPACITA V I

49 I SISTEMI A REATTORI SATURABILI ABBINATI A CAPACITA SONO AUTO- REGOLANTI E NON HANNO QUINDI NECESSITA DI UN SISTEMA DI REGOLAZIONE DELLA POTENZA REATTIVA

50 REATTORI CONTROLLATI A TIRISTORI (S.V.C. o S.V.S.) 1 1 v i Dispositivo a semiconduttore che intercetta e annulla la corrente per una parte più o meno lunga del periodo, parzializzando così la Q che sarebbe assorbita dalla X

51 REATTORI CONTROLLATI v i t t

52 POTENZA REATTIVA ASSORBITA DAI REATTORI CONTROLLATI Q (rad)

53 REATTORI CONTROLLATI A TIRISTORI (S.V.C.) CON CAPACITA IN PARALLELO 1 1

54 POTENZA REATTIVA ASSORBITA DAI REATTORI CONTROLLATI CON CAPACITA IN PARALLELO QCQC Q (rad)

55 INOLTRE I COMPENSATORI STATICI COSTITUISCONO UN SISTEMA TRIFASE USUALMENTE COLLEGATO A TRIANGOLO 1 2 3

56 I SISTEMI A REATTORI CONTROLLATI A TIRISTORI (SVC) NECESSITANO OVVIAMENTE DI UN SISTEMA DI REGOLAZIONE DELLANGOLO DI CONDUZIONE E QUINDI DELLA POTENZA REATTIVA EROGATA O ASSORBITA.

57 LA FORMA DONDA DELLE CORRENTI ASSORBITE DAI COMENSATORI STATICI NON E IN GENERALE SINUSOIDALE E QUINDI E AFFETTA DA ARMONICHE, CHE DEVONO ESSERE OPPORTUNAMENTE FILTRATE i t

58 COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DI REGOLAZIONE DI TENSIONE A FRONTE DI VARIAZIONI RAPIDE DI PRELIEVO Se la variazione della potenza prelevata dal carico (soprattutto potenza reattiva) è molto rapida (e ciò accade in certi utilizzatori industriali come forni ad arco, saldatrici per punti, …), i regolatori dei dispositivi di compensazione ora descritti non sono in grado di intervenire tempestivamente. Le variazioni rapide di tensione, seppur di minore intensità, sono meno tollerate (soprattutto se ripetute: flicker), sia dai carichi (es. dispositivi elettronici) che dallocchio umano rispetto a quelle lente che avvengono nel corso della giornata. STATCON


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