Convertitori statici per la gestione dell'energia da fonti rinnovabili Convertitori statici per la gestione dell'energia da fonti rinnovabili Convertitori statici per la gestione dell'energia da fonti rinnovabili Marco Liserre [email protected]Marco Liserre [email protected]
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Convertitori statici per la gestione dell'energia da fonti rinnovabiliConvertitori statici per la gestione dell'energia da fonti rinnovabili
Convertitori statici per la gestione dell'energia da fonti
RIF F. Blaabjerg, R. Teodorescu, M. Liserre, A. V. Timbus, “Overview of Control and Grid Synchronization for Distributed Power Generation Systems”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, October 2006, vol. 53, no. 5, pp. 1398-1408.
Convertitori statici per la gestione dell'energia da fonti rinnovabiliConvertitori statici per la gestione dell'energia da fonti rinnovabili
Contenuti della lezione� Breve introduzione alla generazione distribuita e alle fonti rinnovabili
� Convertitori per sistemi fotovoltaici� Configurazione dei sistemi fotovoltaici
� L’elettronica di potenza nei sistemi fotovoltaici
Y. Xue, L. Chang, S. B.j Kjær, J. Bordonau, and T. Shimizu, “Topologies of Single-Phase Inverters for Small Distributed Power Generators: An Overview”, IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 19, no. 5, 2004.
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buco di tensione salto di fase cambio di frequenza
RIF V. Kaura, V. Blasko, Operation of a phase locked loop system under distorted utility conditions, IEEE Transactions on Industry Applications, Volume 33, Issue 1, Jan.-Feb. 1997 pp. 58 – 63
Se-Kyo Chung, A Phase Tracking System for Three Phase Utility Interface Inverters, IEEE Transactions on Power Electronics, VOL. 15, NO. 3, May 2000, pp. 431-438
P. Rodriguez, A. Timbus, R. Teodorescu, M. Liserre and F. Blaabjerg, “Flexible Active Power Control of Distributed Power Generation Systems During Grid Faults”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, October 2007, vol. 54, no. 5, pp. 2583-2592.
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Controllo di corrente del convertitore
� L’obiettivo è realizzare una strategia di controllo che combini i vantaggi di una compensazione armonica con la necessità di assicurare un buon inseguimento di corrente
� Lo standard IEEE 1547 indica un limite del 5 % per il fattore di totale distorsione armonica della corrente con un limite del
4 % per ciascuna armonica dispari dalla 3a alla 9a
2 % per ciascuna armonica dispari dalla 11a alla 15a
armonica con la necessità di assicurare un buon inseguimento di corrente
gv
v∗∗∗∗gi
dG ( s ) fG ( s )PIG ( s )i∗∗∗∗
e
v∗∗∗∗ idG ( s ) fG ( s )P RESG ( s )++++
i∗∗∗∗
e
PI P+RES
RIF D.N. Zmood, D.G. Holmes, G.H. Bode, “Frequency-domain analysis of three-phase linear current regulators”, IEEE Trans. on Ind. App., vol. 37, pp. 601-610, March-April 2001.
R. Teodorescu, F. Blaabjerg, M. Liserre and P. Chiang Loh, “A New Breed of Proportional-Resonant Controllers and Filters for Grid-Connected Voltage-Source Converters” IEE proceedings on Electric Power Applications, Vol. 153, No. 5, September 2006, pp. 750 – 762.
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La norma CEI 11-20 costituisce il riferimento pergli schemi di collegamento alla rete degli impiantidi produzione che convertono ogni forma dienergia utile in energia elettrica in correntealternata definendo i compiti spettanti aidispositivi di protezione:
Se la potenza reattiva erogata dall’invertitore ènulla la frequenza nel sistema in isola si porta alvalore di risonanza del carico RLC. Nel caso lapotenza reattiva non sia nulla
risulta
QQQ DGload ∆−=
(%)P∆
(%)P∆(%)Q∆
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Non Detection Zone (NDZ)
Zona in cui non è possibile rilevare l’islanding perché le variazioni delle grandezze monitorate sono troppo piccole e non distinguibili dai disturbi di rete
Test to verify immunity of the method (no false trip) to frequency variation
RIF A. Pigazo, M. Liserre, R. A. Mastromauro, V. M. Moreno, A. Dell’Aquila, “Wavelet-Based Islanding Detection in Grid-Connected PV Systems”, IEEE Transactions on Industrial Electronics.
M. Liserre, A. Pigazo, A. Dell’Aquila, V. Moreno “An Anti-Islanding Method for Single-Phase Inverters Based on a Grid Voltage Sensorless Control”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, October 2006, vol. 53, no. 5, pp. 1418-1426.
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Contenuti della lezione� Breve introduzione alla generazione distribuita e alle fonti rinnovabili
� Convertitori per sistemi fotovoltaici� Configurazione dei sistemi fotovoltaici
� L’elettronica di potenza nei sistemi fotovoltaici
Convertitore proposto da Verteco per l’upgrade di Convertitore proposto da Verteco per l’upgrade di impianti con generatore asincrono da 600 kW usando un impianti con generatore asincrono da 600 kW usando un
convertitore backconvertitore back--toto--back da 300 kWback da 300 kW
�� riduzione dello stress meccanicoriduzione dello stress meccanico
�� controllo potenza reattiva senza banchi controllo potenza reattiva senza banchi di condensatoridi condensatori
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Generatore sincrono
� intervallo completo di regolazione di velocità
� è possibile far a meno del variatore di velocità per adattare la velocità (in caso si usi il generatore multipolare –aumento ingombro e peso - )
Intervallo di potenza:Intervallo di potenza:da 0.6 MW a 4.5 MWda 0.6 MW a 4.5 MW
Mercato:Mercato:16 % (senza variatore di velocità)16 % (senza variatore di velocità)
raddrizzatore a diodi + chopper
o
invertitore
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da “WindBlatt 02/03”da “WindBlatt 02/03”
turbina Enercon da turbina Enercon da 300 kW con generatore 300 kW con generatore sincrono multipolare sincrono multipolare istallata in Antartideistallata in Antartide
Prokon NordProkon NordGeneratore sincrono a magneti Generatore sincrono a magneti permanenti surface mounted e a permanenti surface mounted e a flusso radialeflusso radiale
Convertitore NPC della Convertitore NPC della ABB o Convertem 3 kVABB o Convertem 3 kV
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�
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Esempio 3 Jonica Impianti Jonica Impianti Mini turbina eolicaMini turbina eolica
RIF Josep M. Guerrero, Luis García de Vicuña, José Matas, Miguel Castilla, and Jaume Miret, “ A Wireless Controller to Enhance Dynamic Performance of Parallel Inverters in Distributed Generation Systems” IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 19, NO. 5, SEPTEMBER 2004, 1205-1213.
gridgrid formingforming droopdroop controlcontrol
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RIF S. Heier, “Grid integration of wind energy conversion systems”, Wiley, 2006
Z. Lubosny “Wind Turbine Operation in Electric Power Systems Advance Modeling” Springer, Berlin - Heidelberg, 2003, Hardcover, 259 pages, ISBN 3-540-40340-X.
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Low voltage ride-through
Capacità del sistema eolico di tollerare buchi di tensione (generalmente causati da guasti sulla rete) senza disconnettersi:
• in passato: non richiesto
• recentemente (Germania, Spagna, ecc): non disconnetersi
• ultimamente (Australia, Quebec, Spagna ecc): tollerare tensione nulla, controllare l’iniezione di corrente anche durante il buco di tensione e iniettare potenza reattiva
Guasti Buco visto al bus 1 Buco visto al bus 2trifase tipo A tipo A
monofase tipo B tipo Cbifase a terra tipo E tipo F
fase-fase tipo C tipo D
Guasti Buco visto al bus 1 Buco visto al bus 2trifase tipo A tipo A
monofase tipo B tipo Cbifase a terra tipo E tipo F
fase-fase tipo C tipo D
GuastiGuasti Buco visto al bus 1Buco visto al bus 1 Buco visto al bus 2Buco visto al bus 2trifasetrifase tipo Atipo A tipo Atipo A
monofasemonofase tipo Btipo B tipo Ctipo Cbifase a terrabifase a terra tipo Etipo E tipo Ftipo F
fase-fasefase-fase tipo Ctipo C tipo Dtipo D
aVr
bVr
cVr
aVr
bVr
cVr
bVr
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� i sistemi eolici devono essere tolleranti ai guasti per un breve periodo di tempo
� non ci sono speciali specifiche riguardo la potenza
� quando la tensione è troppo bassa è richiesto ai sistemi eolici di grossa taglia di passare al controllo della tensione tramite generazione di potenza reattiva
� la capacità dei sistemi eolici di superare i buchi di tensione dipende anche dal dimensionamento dell’invertitore che connette il sistema alla rete e dal sistema di immagazzinamento capacitivo in continua (se ridotto la conversione è quasi-diretta)
� ma è il controllo il vero responsabile della LVRT
RIF A. V. Timbus, P. Rodriguez, R. Teodorescu, M. Liserre, and F Blaabjerg, Flexible Active Power Control of Distributed Power Generation Systems Running on Faulty Grid, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2007.
ML1
Diapositiva 58
ML1 as it is necessary to deliver the output power, which is constant and in the worst case reaches the rated power level, without having the ASD operating in the overmodulation range due to insufficient dc-link voltage. The limitations in operation are given by the semiconductor voltage and current ratings, which cannot be exceeded.Marco Liserre; 27/10/2004
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