I condensatori sincroni e l'accumulo di energia della batteria formano una potente combinazione per il supporto della rete

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Il declino dell’inerzia del sistema sta creando una grande sfida per le reti elettriche mondiali. È il risultato dello smantellamento delle tradizionali centrali elettriche centralizzate su larga scala, basate in gran parte su generatori sincroni rotanti. Questo declino è accelerato dall’aumento della domanda di energia e dalla penetrazione della generazione basata su inverter da risorse rinnovabili come l’eolico e il solare.

È noto che la ridotta inerzia del sistema porta a una minore stabilità della rete e a una minore resilienza della rete. Spesso però non ci si rende conto che la rimozione dei generatori sincroni provoca anche una diminuzione della corrente di guasto disponibile, con conseguente impatto sui sistemi di protezione a relè esistenti.

La maggiore penetrazione delle energie rinnovabili influisce anche sulla stabilità della rete introducendo potenzialmente nuovi fenomeni come le oscillazioni. Possono anche avere un impatto negativo sulla qualità dell’energia.

Esiste una notevole attività di ricerca e sviluppo focalizzata su nuovi algoritmi e schemi di controllo per evitare problemi di stabilità della rete. Tuttavia, un approccio ibrido basato su una tecnologia esistente e ben collaudata utilizza un SC per il contributo della corrente di guasto e l'inerzia reale insieme a un BESS per il supporto di potenza attiva e frequenza.

La tecnologia degli inverter che seguono la rete è più vecchia, ben consolidata e comune nelle nuove installazioni, soprattutto su scala più piccola. Si basa su una griglia stabile. Una variazione eccessiva del fasore di tensione può causare problemi di controllo dell'inverter. Lo svantaggio principale è che questo tipo di inverter non può connettersi ad una rete instabile o essere utilizzato per un black-start.

In confronto, gli inverter per la formazione di reti sono relativamente nuovi e meno comuni, ma vengono utilizzati in installazioni BESS su larga scala. Questo tipo di inverter può stabilizzare una rete e fornire funzionalità di black-start.

Una sfida particolare delle tecnologie basate su inverter è che possono causare problemi come oscillazioni di potenza e controllo opposto a causa della natura digitale dei loro sistemi di controllo e misurazione.

Al contrario, il funzionamento dell'SC è determinato dalla semplice fisica. Ciò rende l'SC una risorsa stabile e affidabile per il supporto della rete.

Una combinazione di elettronica di potenza e SC è la soluzione migliore per molteplici applicazioni:

L'SC aggiunge un'elevata capacità di sovraccarico grazie alle sue proprietà intrinseche di macchina rotante fisica. Fornisce supporto istantaneo durante un guasto, aumentando la tensione e riducendo l'impatto del calo di tensione.

Dopo aver eliminato il guasto, l'SC può creare una leggera sovratensione poiché non può agire rapidamente per ridurre la corrente di eccitazione. In questo caso, il rapido assorbimento della potenza reattiva da un dispositivo elettronico di potenza come BESS o STATCOM può ridurre questa oscillazione eccessiva di tensione, in modo che la tensione del sistema ritorni più rapidamente al suo stato stazionario.

Il controllo dell'inerzia e della frequenza viene fornito come inerzia reale dall'SC, integrato dal controllo veloce della frequenza, talvolta chiamato inerzia "virtuale", dal BESS. È stato dimostrato che il sistema ibrido offre prestazioni di sistema migliori e un tasso di cambiamento di frequenza inferiore (ROCOF).

La capacità di cortocircuito (rapporto di cortocircuito – SCR) è un aspetto importante della rete elettrica e delle sue funzioni di protezione del relè. Un SC può fornire correnti di cortocircuito molto elevate, pari a diverse volte la corrente nominale. La combinazione dell'SC con un BESS può quindi fornire un grande contributo di corrente di guasto senza la necessità di sovradimensionare l'inverter BESS per gestire la grande corrente che si verifica in scenari di guasto.

La capacità di black-start è fornita dall'inverter di formazione della rete BESS. Innanzitutto viene stabilita la rete locale su cui è sincronizzato l'SC. L'SC aggiunge quindi capacità di corrente di guasto e stabilità di tensione e frequenza man mano che la rete più grande viene riavviata e costruita aggiungendo ulteriore generazione di energia e carichi.

Lo smorzamento delle oscillazioni può essere migliorato avendo un SC collegato alla rete in combinazione con le unità BESS o aggiungendo una funzione di smorzamento delle oscillazioni di potenza (POD) come parte del sistema di regolazione automatica della tensione (AVR) dell'SC.