Classe delle lauree in:
Corso di laurea Magistrale
Anno accademico:
Ingegneria Elettrica (LM-28)
in Ingegneria Elettrica
2013 - 2014
Tipo di attività
Ambito disciplinare:
Settore scientifico
CFU:
formativa:
Ingegneria Elettrica
disciplinare: Sistemi Elettrici
12
Caratterizzante
per l’Energia (ING-IND/33)
Titolo
Codice
dell’insegnamento:
Tipo di insegnamento:
Anno:
Semestre:
dell’insegnamento:
Sistemi Elettrici per
Obbligatorio
Primo
Secondo
2332
l’Energia (CDP)
DOCENTE:
Prof. Michele Antonio TROVATO (PO)
ARTICOLAZIONE IN TIPOLOGIE DIDATTICHE:
L’insegnamento comprende 84 ore di lezioni teoriche (10,5 CFU), 24 ore di esercitazioni (1,5 CFU).
PREREQUISITI:
Metodi di analisi delle reti elettriche, impianti elettrici, macchine elettriche.
OBIETTIVI FORMATIVI:
Il corso si propone di fornire agli allievi gli strumenti per comprendere i principi di funzionamento di un sistema
elettrico di potenza in regime permanente e perturbato e le relative metodologie di gestione e controllo.
CONTENUTI:
1. Struttura di un sistema elettrico di potenza e problematiche di esercizio; rappresentazione dei principali
componenti in regime permanente. [4 ore]
2. Studio del sistema elettrico in regime permanente: obiettivi e ipotesi generali, l'approccio nodale, eq.ni
generali di load flow, variabili di sbarra, classificazione dei nodi, eq.ni di load flow in coordinate polari e
cartesiane, risoluzione delle eq.ni di load flow, metodo di Newton, fast decoupled load flow, metodo del
load flow in corrente continua, multi-area load flow; distributed slack-bus load flow; organizzazione dei
dati; programmi di load flow commerciali, esercitazioni numeriche. [12 ore]
3. Costi di produzione dell’energia elettrica: costi a preventivo, costi a consuntivo, corporate financing e
project financing, costi esterni, costo industriale di produzione del kWh, esempi numerici. [4 ore]
4. Dispacciamento economico e cenni di unit commitment: costo orario di produzione, consumo orario di
energia termica, formulazione matematica del problema di dispacciamento economico, soluzione con
perdite costanti con metodo grafico e iterativo, formule delle perdite di trasmissione, dispacciamento
economico con vincoli sui transiti, diagrammi di carico orari, vincoli tecnici delle unità generatrici, costi di
start-up e shut-down, soluzione generale del problema di unit commitment, esercitazioni numeriche. [8
ore].
5. Nozioni di microeconomia: generalità, nozioni di teoria del consumatore (il concetto di utilità, funzioni di
domanda Hicksiane e Marshalliane, surplus del consumatore), nozioni di teoria dell’impresa (obiettivi
dell’impresa, funzione costo di produzione, massimizzazione del profitto, surplus del produttore),
equilibrio del mercato di un bene (ipotesi di concorrenza perfetta, condizioni di equilibrio del mercato,
efficienza paretiana, interpretazione grafica, tipologie delle offerte di acquisto e di vendita, definizione del
social welfare, massimizzazione del social welfare, esempli numerici. [6 ore]
6. Mercati dell’energia elettrica: obiettivi della liberalizzazione dell’industria elettrica, linee generali di
passaggio ad un regime di libero mercato, tipologie di mercati dell’energia (borsa dell’energia, contratti
bilaterali, modelli ibridi, tipi di offerte di vendita e di acquisto, meccanismi d’asta, regole del mercato),
modelli di mercati dell’energia basati sulla borsa: market clearing price con offerte a gradini e lineari,
congestioni di rete, zonal pricing, node-zone pricing, nodal pricing con vincoli di rete, esercitazioni
numeriche. [8 ore]
7. Modelli dinamici delle unità generatrici: equ.ni generali della macchina sincrona in variabili di fase,
trasformazione alle variabili dqo, applicazione dei valori relativi, circuiti equivalenti e parametri standard,
analisi delle condizioni di funzionamento tipiche (eq.ni della macchina in regime permanente e calcolo dei
valori di regime, transitorio a seguito di corto circuito trifase franco), modello dell’ottavo ordine nei flussi e
nelle f.e.m, ipotesi semplificative, modello del quarto ordine e rappresentazione di macchine a poli
salienti, modello linearizzato; Sistemi di eccitazione e controllo della tensione (obiettivi del controllo,
tipologie di sistemi di eccitazione, rappresentazione dinamica della regolazione della tensione); Controllo
della velocità (regolatori di velocità e modelli di turbina, schemi a blocchi); rappresentazione completa di
una unità generatrice per studi di stabilità transitoria. [8 ore]
8. Rappresentazioni dei carichi: modelli dinamici di carichi asincroni elementari e di carichi asincroni
aggregati, rappresentazione di carichi aggregati attraverso modelli algebrici esponenziali e polinomiali
con dipendenza dalla tensione e dalla frequenza [2 ore]
9. La stabilità dei sistemi elettrici di potenza: requisiti di funzionamento del sistema elettrico, dinamiche
tipiche e principali azioni di controllo, classificazione della stabilità (stabilità degli angoli di rotore, della
tensione e della frequenza), stati di funzionamento del sistema elettrico, analisi della sicurezza
dell’esercizio e criteri di sicurezza; metodologie per la valutazione della stabilità transitoria: simulazione
nel dominio del tempo, metodi diretti e metodi basati sull’apprendimento automatico; simulazione nel
dominio del tempo: modello non lineare del sistema elettrico, impostazione generale di uno studio di
stabilità transitoria (valutazione delle condizioni iniziali, rappresentazione di perturbazioni tipiche),
soluzione partizionata con integrazione esplicita, soluzione simultanea con integrazione implicita; modelli
semplificati per l’analisi della stabilità transitoria (modelli con angoli di rotore assoluti, relativi, riferiti al
centro d’inerzia), esercitazioni numeriche; Stabilità alle piccole perturbazioni: formulazione del modello
linearizzato di un sistema elettrico di potenza, rappresentazione di un’area interconnessa e di un sistema
multiaree, valutazione della stabilità alle piccole perturbazioni, rappresentazione nel dominio della
frequenza complessa, esercitazioni numeriche. [12 ore]
10. Regolazione della frequenza: problematica generale del controllo frequenza-potenza, programmazione
dell’esercizio in un sistema elettrico verticalmente integrato o liberalizzato; il controllo della velocità per
una singola unità generatrice (risposta ad una variazione di carico, variazione del carico con la
frequenza, variazioni di frequenza in assenza di controllo di velocità, schema a blocchi linearizzato della
regolazione di velocità, modelli dinamici delle turbine e dei sistemi di adduzione, criteri generali della
regolazione di velocità, caratteristiche statiche di regolazione frequenza-potenza, modello dinamico di
un’unità generatrice per studi di regolazione frequenza-potenza); modello del sistema elettrico per studi
di regolazione di frequenza; la regolazione primaria di frequenza in un sistema isolato (schema a blocchi
della regolazione primaria, effetti della regolazione primaria); la regolazione secondaria di frequenza in
un sistema elettrico isolato (schema a blocchi, effetti della regolazione secondaria, ripartizione tra le unità
generatrici); controllo frequenza-potenza (ipotesi generali, schema a blocchi della regolazione frequenzapotenza di n aree interconnesse, criterio di autonomina delle aree, condizioni di autonomia statica, errore
d’area); esercitazioni numeriche. [10 ore]
11. Il controllo delle tensioni e delle potenze reattive: necessità della regolazione della tensione; mezzi di
regolazione disponibili e organizzazione del controllo in un moderno sistema elettrico; relazioni tra le
variazioni delle tensioni e delle potenze reattive (matrici di sensibilità, potenza di cortocircuito);
regolazione primaria di tensione (funzionamento dei gruppi in sovra- e sotto-eccitazione, controllo
dell'eccitazione); criteri generali della regolazione secondaria della tensione. [6 ore]
12. L'analisi di sicurezza: funzioni principali della sicurezza (monitoraggio, valutazione e controllo della
sicurezza); organizzazione dell'analisi della sicurezza in un centro di controllo; funzioni base per la
valutazione della sicurezza (processore topologico, stima dello stato, valutazione del modello esterno,
selezione delle contingenze, valutazione delle contingenze, procedure di valutazione della sicurezza
basate sul modello statico e sul modello dinamico del sistema, azioni di controllo correttive, azioni di
controllo preventive; cenni sui dispositivi PMU per applicazioni Wide-Area di monitoraggio e controllo del
sistema elettrico. [4 ore]
METODI DI INSEGNAMENTO:
Lezioni ed esercitazioni in aula supportate da presentazioni digitali, tutoraggio in forma di assistenza
individuale, eventuali visite tecniche guidate a varie tipologie di impianti di generazione e centri di controllo.
CONOSCENZE E ABILITÀ ATTESE:
Al termine del corso gli allievi conosceranno a fondo le metodologie di analisi del comportamento di un
sistema elettrico in regime permanente o perturbato ed i principali criteri con i quali si supervisiona e si
controlla un grande sistema elettrico.
SUPPORTI ALLA DIDATTICA:
PC, software di simulazione Matlab, software specifici per l’analisi dei sistemi elettrici (Cyme, Neplan, Power
World, Psat), 1 videoproiettore, dispense su argomenti principali.
CONTROLLO DELL’APPRENDIMENTO E MODALITÀ D’ESAME:
Esame orale.
TESTI DI RIFERIMENTO PRINCIPALI:
• P. Kundur, Power System Stability and Control, EPRI Power System Engineering Series, McGraw-Hill,
Inc., 1994.
• R. Marconato, Electric power Systems, Vol. 1-3, CEI-Italian Electrotechnical Committee, 2003.
• A. Gomez-Exposito, A. J. Conejo, C. Cañizares, Electric Energy Systems – Analysis and Operation, CRC
Press, 2009
nd
• A. J. Wood, B. F. Wollenberg, Power Generation, Operation and Control, John Wiley and Sons, Inc., 2
Edition, 1996.
ULTERIORI TESTI SUGGERITI:
Dispense e presentazioni a cura del docente.
ALTRE INFORMAZIONI:
Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell'Informazione, Politecnico di Bari (http://dee.poliba.it)
Stanza docente 1° piano del Dipartimento, tel. 080 596 3244, e-mail: [email protected].
