Linea Ampère: curva di capability ed effetti di rete
I software della linea Ampère 2024 (Ampère, Ampère Professional, Ampère Evolution), finalizzati al calcolo di rete elettrica, potenziano ed estendono una funzionalità che permette di tracciare la curva di capability di un impianto cogenerativo: tale documento è necessario ai fini dell’allaccio alla rete di distribuzione e normalmente richiesto dall’ente di fornitura.
Il software permette di simulare tutti i punti di lavoro dei generatori e calcolare le principali grandezze elettriche dell’impianto sul punto di connessione; la registrazione dei possibili punti di lavoro e la corrispondente potenza reattiva erogabile, definisce la curva di capability dell'impianto. Tale curva tiene conto della rete interna, di competenza del produttore, realizzata fino al punto di consegna, comprensiva di tutte le apparecchiature che la costituiscono.
La nuova versione Ampère Evolution consente una rappresentazione avanzata della curva, nella quale il software tiene conto dell’influenza dei parametri longitudinali e trasversali della rete, ossia le resistenze, le induttanze e le capacità presenti, così come le perdite a carico dei trasformatori. Inoltre, se presenti nella rete, saranno considerate le utenze capacitive e induttive utilizzate per la compensazione automatica delle potenze reattive, definite come banco di condensatori e reattori shunt. La rappresentazione avanzata della curva di capability, conforme agli allegati A.17 e A.68 di Terna, è particolarmente dedicata a impianti eolici e fotovoltaici di elevata potenza ed estensione, ove non è più possibile trascurare l’apporto della rete locale.
Ancora una volta Electro Graphics supporta il progettista elettrico con un software performante, in continua evoluzione, per affrontare con tranquillità le nuove esigenze che la tecnica e l’evoluzione normativa richiedono.
Curva di capability
Il software permette di simulare tutti i punti di lavoro dei generatori e calcolare le principali grandezze elettriche dell’impianto sul punto di connessione con l’ente di fornitura; la registrazione dei possibili punti di lavoro e la corrispondente potenza reattiva erogabile, definisce la curva di capability dell'impianto.
Tale curva tiene conto della rete interna, di competenza del produttore, realizzata fino al punto di consegna, comprensiva di tutte le apparecchiature che la costituiscono. Se sono presenti dei carichi, sarà compito del progettista escluderli o no prima di eseguire il calcolo.
Rappresentazione Base o Avanzata
La curva di capability può essere determinata secondo un modello base, in funzione delle curve di ciascun generatore e l’influenza dei soli carichi presenti nella rete utente; tale funzionalità è disponibile per le versioni Standard e Professional del software Ampère.
Con la rappresentazione Avanzata della curva, il software tiene conto dell’influenza dei parametri longitudinali e trasversali della rete utente, ossia le resistenze, le induttanze e le capacità presenti. Anche le perdite a carico dei trasformatori entrano nel computo avanzato. In più, se presenti nella rete, saranno considerate le utenze capacitive e induttive utilizzate per la compensazione automatica delle potenze reattive, definite come Banco di condensatori e Reattori shunt. La rappresentazione Avanzata è disponibile in Ampère Evolution, ed è indicata per impianti eolici e fotovoltaici di elevata potenza ed estensione, ove non è più possibile trascurare l’apporto della rete utente.
Associare una Curva di capability ai generatori
Selezionare un generatore o un convertitore, accedere alla finestra Modifica dati utenza e poi eseguire il comando Proprietà utenza. Nell’ultima riga, è presente una lista Tipo curva, contenente le tipologie di curve di capability gestite dal software. A seconda del tipo di curva, possono essere disponibili fino a due limiti di fattore di potenza: Limite fattore di potenza erogazione/capacitivo e Limite fattore di potenza assorbimento/induttivo.
La scelta dei Parametri standard, imposta i limiti secondo quanto riportato nella norma CEI 0-16. Le tipologie di curva sono le seguenti:
• Generatore sincrono
• Generatore asincrono (semicircolare limitata, assorbimento/induttivo)
• Generatore eolico doubly fed (rettangolare)
• Generatore eolico doubly fed (semicircolare limitata)
• Generatore eolico Full Converter (rettangolare)
• Inverter, P < 400 kW (rettangolare)
• Inverter, P < 400 kW (semicircolare limitata)
• Inverter, P >= 400 kW (semicircolare)
• Inverter, P >= 400 kW (semicircolare limitata)
• Inverter, P <= 11,08 kW (triangolare)
• Inverter bidirezionale (rettangolare)
• Inverter bidirezionale (triangolare)
• Sistema di accumulo, inverter bidirezionale
Calcolo della Curva di capability Base (Ampère e Ampère Professional)
Dopo aver assegnato le curve di capability a tutti i generatori, convertitori, sistemi di accumulo, si può procedere al calcolo della curva. Accedere alla finestra Fornitura e dalla scheda Dati generali, selezionare Curva di capability.
Il software avvierà la procedura di calcolo, che potrà durare anche più secondi in funzione della dimensione della rete e del numero di utenze con curva di capability associata.
Se la rete è gestita a multiprogetto, il software automaticamente esegue un calcolo globale includendo curve di capability presenti anche in file secondari; al termine del calcolo appare una lista di comandi di stampa.
Un esempio di curva è riportato nella figura che segue.
Alcune valutazioni: la potenza reattiva erogata ha segno positivo, per cui l’impianto nel quadrante di destra del grafico si comporta da capacitivo, mentre a sinistra da induttivo. Nella parte sottostante del documento è riportata la lista delle utenze aventi curve di capability attive viste dalla fornitura. Se nella rete è presente un convertitore con curva di capability, essa ‘nasconde’ ulteriori utenze con curva collegate a valle, poiché il funzionamento della prima comanda su tutta la catena.
Nota. L’immagine rappresenta la risultante dei punti di lavoro possibili di quattro generatori, senza effetti associabili ai elementi di rete. Lo si vede facilmente dalle rette verticali della curva, perfettamente perpendicolari, mentre l’effetto induttivo delle linee elettriche comporta una pendenza verso sinistra dei tratti verticali delle curve di capability.
Calcolo Curva di capability Avanzata (Ampère Evolution)
A seguito dell’assegnazione delle curve di capability per ciascun generatore o inverter presente nell’impianto, prima di eseguire il calcolo della Curva di capability nel punto di consegna, occorre verificare di aver attivato il calcolo avanzato nella finestra Proprietà del software.
Aprire la finestra di dialogo Proprietà, e selezionare la scheda Elementi di rete; essa presenta l’importante opzione Considera gli elementi longitudinali e trasversali per il calcolo del Load Flow. Le note della finestra forniscono molte informazioni relativamente agli effetti dell’opzione attivata.
Trascurare le potenze attive e reattive dissipate nelle linee e non tener conto delle correnti capacitive sono un’ipotesi di calcolo ampiamente applicata nel dimensionamento delle linee elettriche di distribuzione in bassa e media tensione. Come in tutti gli studi dei modelli fisici, ogni approssimazione possiede il suo campo di validità, oltre il quale l’errore compiuto non è più trascurabile. Similmente, impianti eolici e fotovoltaici di grandi dimensioni e potenza, necessitano un dettaglio maggiore per descrivere le potenze attive e reattive in gioco e trasmesse alla rete del distributore.
La scheda presenta i valori di capacità di esercizio medi per le linee aeree, in media e bassa tensione. Il progettista può intervenire a livello globale ed anche su singola utenza, ad esempio se il costruttore del cavo fornisce l’esatta capacità di esercizio. Pertanto è sufficiente aprire la scheda Dati linea della finestra Dati utenza e inserire il valore di Capacità di esercizio espresso in pF/m.
Dopo aver impostato le curve di capability e attivato il calcolo avanzato, è tempo di avviare lo studio della Curva di capability nel punto di consegna. Aprire la finestra Fornitura e accedere alla scheda Curva di capability. Il progettista ha a disposizione varie opzioni per personalizzare il documento che racchiude la Curva di capability, la lista dei generatori coinvolti e il campionamento dei valori di potenza attiva (P) e reattiva (Q) della curva.
Lo studio fa proprio lo stile e le linee di riferimento degli allegati A.17 Impianti eolici e A.68 Impianti fotovoltaici di Terna.
In fase di stampa, attraverso il riquadro Opzioni è possibile:
• Considerare Banchi di Condensatori BC e Reattori Shunt RS, per attivare la compensazione reattiva automatica delle utenze capacitive e induttive installate nell’impianto.
• Visualizzare limiti minimi e massimi a varie percentuali di potenza attiva; i gestori di rete richiedono il rispetto di determinate proporzioni tra la potenza reattiva Q e la potenza attiva P da parte dei generatori e dell’impianto nel suo insieme;
• Aggiungere la tabella punti di capability e riportare i valori campionati della curva, fornendo i risultati effettivi della simulazione senza doverli ricavare dalla curva stessa.
Seguono infine i comandi di regolazione per guidare lo studio, che in ultima istanza è la ricerca dell’inviluppo dato da tutte le combinazioni dei possibili punti di lavoro dell’insieme dei generatori.
Regolazioni
La regolazione sincrona va scelta quando si ha uniformità di tipologie di generatori nell’impianto e, di conseguenza, per tutti esiste una curva comune di capability. Il software simula che i generatori vengano regolati tutti con lo stesso angolo di lavoro, percorrendo in sincronia un angolo giro coprendo i quattro quadranti del piano di potenza.
La regolazione asincrona, invece, è preferibile nelle situazioni miste, ossia parti di impianto con diverse curve di capability associate ai rispettivi generatori. Il software regola i generatori indipendentemente uno dall’altro, cercando di coprire l’area di lavoro più grande possibile.
Per ultima, è disponibile una regolazione alla qualità di tracciamento della curva: in pratica si regola la densità dei campioni e dei punti di calcolo. Si consiglia di iniziare con qualità Bassa nella fase iniziale di test per decidere quali informazioni visualizzare, per poi aumentare fino a ottenere un risultato soddisfacente per la stampa.
Determinazione della curva di capability avanzata
Il pulsante Curva di capability avvia lo studio alla fine del quale compare la lista dei comandi di stampa.
Appare subito chiaro l’effetto della rete elettrica sulla forma della curva, con la tipica flessione dei tratti verticali verso la potenza reattiva Q negativa, ossia in assorbimento.
Inoltre, all’aumentare della potenza erogata P, la potenza corrispondente reattiva tende verso sinistra, ossia diminuisce la potenza reattiva capacitiva per l’aumento della potenza induttiva dovuta alle linee elettriche dell’impianto e ai trasformatori. La potenza capacitiva assorbita dalla rete si può ritenere indipendente dalla potenza erogata o assorbita ma costante e dovuta alle lunghezze delle linee.
Nel grafico compaiono ulteriori elementi che indicano le capacità delle simulazioni permesse dal software. Per far fronte all’effetto induttivo, negli impianti reali sono utilizzati strumenti di rifasamento automatico, simulabili dal software con la creazione di utenze di tipo Reattore Shunt e Banco di condensatori.
Normalmente per gli impianti eolici è richiesto al produttore di assicurare una capacità di erogazione di potenza reattiva compresa tra il 20 ed il 35% della potenza attiva. Dalla figura si può vedere che a 700 kW avviene il distacco di un Reattore Shunt, il quale è utilizzato per compensare la potenza capacitiva della rete quando si lavora a bassi carichi.
Salendo di potenza, la capacità di erogare potenza reattiva capacitiva viene limitata dall’aumento di potenza induttiva richiesta dalla rete all’aumentare delle correnti in gioco, oltre alle perdite di potenza attiva dovute alle resistenze di linea. Pertanto, a 1800 kW è impostata l’inserzione di un Banco di condensatori, necessaria per garantire la capacità di fornire potenza reattiva capacitiva.
I punti di distacco ed inserzione sono indicati ciascuno da una fascia, dovuta al valore di isteresi non nulla impostata nei dati delle due utenze di compensazione: tale valore ha validità solamente grafica.
La fascia inferiore di colore grigio rappresenta l’area in cui il sistema di produzione non garantisce una fornitura corretta e precisa del valore di potenza reattiva richiesta, ossia un’area incerta. Il software cerca quindi di rispondere il più possibile alle direttive riportate negli Allegati A.17 e A.68 di Terna, riferimento per le condizioni generali di connessione alle reti AT per centrali eoliche e fotovoltaiche.
Il documento Curva di capability, dopo il grafico, riporta la lista dei generatori coinvolti nello studio, con i valori di potenza nominale e quelli dei limiti di fattore di potenza in erogazione/capacitivo e in assorbimento/induttivo.
Segue la lista degli elementi di Compensazione reattiva coinvolti nella simulazione, ossia quelli regolati ad intervenire all’interno dell’intervallo di potenza attiva totale fornita dai generatori. I dati riportati sono la potenza di inserzione, la potenza di isteresi e la potenza reattiva inserita o distaccata.
Se attivata tra le opzioni, il documento si chiude con una lista di Punti curva Capability, riportando la curva discretizzata in punti P,Q, potenza attiva e reattiva positiva e negativa. I punti possono essere utilizzati per simulazioni ulteriori o report personalizzati. La numerosità dei punti dipende dalla Qualità di tracciamento selezionata nella finestra di partenza.
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