Valutazione dell'efficacia delle misure di soppressione delle sovratensioni transitorie in diverse topologie di parchi eolici utilizzando l'interruttore automatico SF6

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13655 (2023) Citare questo articolo

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In letteratura sono stati utilizzati vari schemi di mitigazione delle sovratensioni per la soppressione delle sovratensioni di commutazione nei parchi eolici. Tuttavia, la valutazione di come l’efficacia di queste tecniche di mitigazione varierebbe al variare della topologia del parco eolico è ancora un territorio inesplorato. Lo scopo principale di questo documento è studiare l'efficacia di quattro schemi di mitigazione durante l'utilizzo dell'interruttore SF6, vale a dire; L'induttanza intelligente R-L, il circuito smorzatore R-C, il condensatore di sovratensione e il resistore di pre-inserimento (PIR) sono stati studiati in quattro diverse topologie di parchi eolici; topologie ad anello radiale, ad anello singolo, ad anello bifaccia e a stella. Le topologie erano basate su un vero e proprio parco eolico situato a Zaafrana, in Egitto. I risultati hanno mostrato che l’induttanza R–L è lo schema più efficace per tutte le topologie, seguito rispettivamente dagli schemi PIR, snubber R–C e condensatori di sovracorrente. La loro percentuale di riduzione della sovratensione variava dal 62 all'84% per l'induttanza R–L, dal 33–67% per il PIR, dall'8–25% per i circuiti smorzatori R–C e dal 4–15% per i condensatori di sovratensione. Inoltre, è stato dimostrato che il cambiamento della topologia del parco eolico non ha influenzato l'ordine di efficacia degli schemi di mitigazione, tanto che R–L è rimasto il più efficace e il condensatore di sovracorrente il meno efficace per tutte le topologie.

Il duplice problema derivante dalla vasta scala del mercato energetico, dovuto alla crescente domanda di energia elettrica oltre alla diminuzione dell’offerta di riserve di combustibile fossile, ha portato ad una rapida dipendenza dalle fonti energetiche rinnovabili. Una delle principali fonti utilizzate a livello globale è l'energia eolica, che porta a indagini eccessive sulle prestazioni e sulla protezione dei parchi eolici. Tuttavia, la struttura dei parchi eolici differisce da quella delle centrali elettriche convenzionali poiché impiega un gran numero di trasformatori di potenza, cavi sotterranei che si estendono per lunghe distanze e algoritmi di controllo che impongono frequenti operazioni di commutazione1. Generalmente, i parchi eolici sono costituiti da diversi elementi elettrici e meccanici come torri eoliche, turbine, cavi sotterranei, trasformatori e dispositivi di protezione. Le connessioni tra questi elementi potrebbero essere costruite in varie topologie con quattro topologie principali ampiamente conosciute e cioè; Le topologie sono la topologia radiale, la topologia ad anello a lato singolo (SSR), la topologia ad anello a doppio lato (DSR) e la topologia a stella2.

Le frequenti commutazioni inducono una sovratensione transitoria il cui effetto distruttivo è amplificato dalla presenza di trasformatori di potenza e dei cavi MT che formano un circuito RLC risonante3. Questo effetto distruttivo ha portato a guasti di isolamento nei parchi eolici4. Le conseguenti perdite dovute a questi guasti hanno portato i ricercatori a studiare l'impatto delle sovratensioni transitorie nei parchi eolici5,6,7. I punti salienti della letteratura riguardanti lo studio dell'impatto delle sovratensioni nei parchi eolici e le misure di soppressione impiegate per mitigare le sovratensioni sono riepilogati nella Tabella 1. Il focus principale dell'indagine si è concentrato su articoli recenti negli ultimi cinque anni. Per tale motivo, la tabella analizza la maggior parte degli articoli dal 2019 al 2023, con un totale di 18 pubblicazioni negli ultimi cinque anni e 3 pubblicazioni negli anni precedenti.

Nella tabella sono riportati i diversi argomenti studiati in letteratura per quanto riguarda l'analisi transitoria all'interno degli impianti eolici. Tuttavia, l’impatto della scelta della tecnica di soppressione più adatta rispetto alla topologia del parco eolico non era stato studiato prima. Tale argomento è molto importante in quanto il grado di gravità delle sovratensioni di commutazione (SOV) dipende principalmente dalla topologia del parco eolico3,19,20. Pertanto, il problema principale che questo documento si propone di affrontare è quello di indagare la misura di soppressione più adatta per ciascuna topologia di parco eolico. Pertanto, i contributi di questo articolo saranno:

Studio e investigazione dell'impatto di diverse topologie di parchi eolici (radiale, DSR, SSR e stella) sul SOV transitorio. Tale confronto è stato raramente trattato in letteratura con poche pubblicazioni come riferimento 3 che trattavano solo questo punto.