IL CONTROLLO DELLA TENSIONE E DELLA GENERAZIONE DI POTENZA REATTIVA

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IL CONTROLLO DELLA TENSIONE E DELLA GENERAZIONE
DI POTENZA REATTIVA
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OBIETTIVO
mantenere la tensione V sullutenza costante in
modulo al variare della potenza
assorbita dalla stessa e al variare delle
condizioni di equilibrio della restante parte
della rete.
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EQUILIBRIO ELETTRICO
Ipotesi sistema lineare, quindi modellazione
della rete alimentante lutenza con lequivalente
di Thevenin
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DV E - V
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 V _at_ E -(RI cosj
XI senj)
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EQUAZIONE DELLA TENSIONE IN p.u.
Basi potenza nominale dellutenza, tensione
nominale.
Lequazione per la stima del modulo di V
diventa nellipotesi che V_at_ Vn v _at_ e (rp
xq)
Le variazioni di tensione in p.u. sono, quindi,
stimate da Dv _at_ De D( rp xq)
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MEZZI DI REGOLAZIONE DELLA TENSIONE

• Riduzione delle reattanze della rete.
• Riduzione della potenza reattiva transitante nei
  componenti il sistema elettrico.

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RIDUZIONE DELLE REATTANZE DELLA RETE

• Rinforzo della rete mediante laggiunta di
  ulteriori componenti.
• Sistemi di regolazione della tensione con
  lobiettivo di mantenere costante la tensione in
  alcuni nodi della rete.

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RINFORZO DELLA RETE
xt0.1 p.u.
xl0.3 p.u.
xs1 p.u.
9
A SOLUZIONI DI QUESTO TIPO SI OPPONGONO ........

• Ragioni sostanzialmente economiche
• A meno che il rinforzo del sistema con laggiunta
  di altri componenti non sia giustificato da altri
  motivi (incremento dellaffidabilità, diminuzione
  delle perdite ecc.)

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SISTEMI DI REGOLAZIONE DELLA TENSIONE

• Hanno lobiettivo di mantenere costante la
  tensione in opportuni nodi della rete, vicini
  elettricamente ai carichi.
• Sono certamente più economici di soluzioni che
  prevedono il rinforzo della rete.

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ESEMPIO REGOLAZIONE DELLA TENSIONE AI MORSETTI
DEL GENERATORE
xt0.1 p.u.
xs1. p.u.
xl0.3 p.u.
V costante
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xl0.3 p.u.
xs1. p.u.
xt0.1 p.u.
in assenza di regolazione xt 1.4 p.u.
con regolazione della tensione xt 0.4 p.u.
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3.2
3.1
3
4
4.2
1
1.1
2.1
2
4.1
14
2
4
3
1
4.2
3.1
1.1
2.1
3.2
4.1
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SISTEMA SENZA REGOLAZIONE
2
4
3
1
4.2
3.1
1.1
2.1
3.2
4.1
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SISTEMA CON REGOLAZIONE AI MORSETTI DEI
GENERATORI
2
4
4.2
3
1
3.1
1.1
3.2
2.1
4.1
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SISTEMA CON REGOLAZIONE A VALLE DEI
TRASFORMATORI
2
4
1
3
4.2
3.1
1.1
2.1
3.2
4.1
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REGOLAZIONE COMPENSATA

• Nel caso in cui vi siano generatori che
  alimentano carichi mediante lunghe linee di
  trasmissione è possibile partire dalla misura di
  tensione e corrente in partenza alla linea (e
  quindi in prossimità del generatore) calcolare la
  tensione ad opportuna distanza ed utilizzare
  tale valore come set point da mantenere
  costante mediante opportuno sistema di
  regolazione. In tal caso si riduce ulteriormente
  limpedenza equivalente del sistema.

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LA REGOLAZIONE DELLA TENSIONE IN UN GENERATORE
SINCRONO
20
SCHEMA GENERALE DELLA REGOLAZIONE
Attuat.
Rete
Vrif
-
Reg.

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vecc
Vmis
Vrif
reg.
attuat.
altern

-
22
IL PROCESSO

• Può essere schematizzato approssimativamente con
  un sistema del primo ordine che tiene conto della
  dinamica del circuito di eccitazione e
  considerando puramente algebriche le relazioni
  tra f.e.m. generata e tensione risultante nel
  nodo di interesse.

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LATTUATORE

• Dinamo coassiale regolata mediante leccitazione
• Sistema brushless costituito da una macchina
  sincrona ad indotto rotante con ponte
  raddrizzatore a diodi anchesso rotante
• Eccitatrice statica costituita da un ponte
  raddrizzatore a tiristori.

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ALTRI MEZZI PER DIMINUIRE LE REATTANZE DELLA RETE

• Adozione di capacità connesse in serie
  (compensazione serie delle linee)

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ADOZIONE DELLA COMPENSAZIONE SERIE
xt0.1 p.u.
xl0.3 p.u.
xs1 p.u.
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COMPENSAZIONE SERIE
xC
xC
xL
x xL- 2 xC
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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.
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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.
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MEZZI PER LA RIDUZIONE DELLA POTENZA REATTIVA
TRANSITANTE NEI COMPONENTI IL SISTEMA

• Banchi di condensatori ad inserzione controllata
• Macchine sincrone funzionanti come
  compensatori
• Reattori saturabili e capacità
• Reattori controllati e capacità (S.V.C.)

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PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
P, Q
P, Q-Qc
Qc
31
MEZZI PER LA RIDUZIONE DELLA POTENZA REATTIVA
TRANSITANTE NEI COMPONENTI IL SISTEMA CON
POSSIBILITA DI REGOLAZIONE CONTINUA

• Compensatori sincroni
• Reattori controllati e capacità.

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COMPENSATORI SINCRONI
Xs
33
COMPENSATORI SINCRONI(funzionamento in
sovraeccitazione)
E
Xs
I
V

E
V
-
I
34
COMPENSATORI SINCRONI(funzionamento in
sottoeccitazione)
Xs
V
E
I
35
I COMPENSATORI SINCRONI NECESSITANO OVVIAMENTE DI
UN SISTEMA DI REGOLAZIONE DELLA POTENZA REATTIVA
EROGATA (O ASSORBITA !) DEL TIPO PRECEDENTEMENTE
DESCRITTO.
36
REATTORI SATURABILI
F
i
37
TENSIONE FLUSSO E CORRENTE IN UN REATTORE
SATURABILE
F
I
V
qwt
38
CARATTERISTICA TENSIONE CORRENTE IN UN REATTORE
SATURABILE
V
I
39
REATTORI SATURABILI E CAPACITA
V
IL
IC
I
40
I SISTEMI A REATTORI SATURABILI E CAPACITA SONO
AUTOREGOLANTI E NON HANNO QUINDI NECESSITA DI
UN SISTEMA DI REGOLAZIONE DELLA POTENZA REATTIVA
41
REATTORI CONTROLLATI A TIRISTORI (S.V.C.)
1
1
42
POTENZA REATTIVA ASSORBITA DAI REATTORI
CONTROLLATI
Q
a (rad)
43
REATTORI CONTROLLATI A TIRISTORI (S.V.C.)
1
1
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POTENZA REATTIVA ASSORBITA DAI REATTORI
CONTROLLATI E CAPACITA IN PARALLELO
Q
QC
a (rad)
45
I SISTEMI A REATTORI CONTROLLATI A TIRISTORI
(SVC) NECESSITANO OVVIAMENTE DI UN SISTEMA DI
REGOLAZIONE DELLANGOLO DI COMMUTAZIONE a E
QUINDI DELLA POTENZA REATTIVA EROGATA O
ASSORBITA.
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I COMPENSATORI STATICI COSTITUISCONO UN SISTEMA
TRIFASE USUALMENTE COLLEGATO A TRIANGOLO
1
2
3
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TRASFORMATORI A RAPPORTO VARIABILE
N1
N2
m N1 /N2
48
EFFETTI DELLUTILIZZO DI UN TRASFORMATORE A
RAPPORTO VARIABILE
49
ESEMPIO DI UTILIZZO DI UN TRASFORMATORE A
RAPPORTO VARIABILE
P, Q
R
m1
50
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), i regolatori dei dispositivi di
  compensazione ora descritti non sono in grado di
  intervenire tempestivamente.