Con l’aumento dello sviluppo della nostra società, c’è stata una maggiore domanda di carichi di energia elettrica sia su scala industriale che su scala domestica. All’aumentare del numero, è anche imperativo gestire correttamente il carico, poiché un errore si traduce altrimenti in fluttuazioni di frequenza e cadute di tensione. Un’efficace strategia di regolamentazione è disponibile sotto forma di “controllo automatico della generazione” (AGC) e di sistemi di “regolazione automatica della tensione” (AVR). La funzione principale del sistema AGC è di valutare e rettificare la potenza e la frequenza elettrica.
Lo scopo principale di un sistema di energia elettrica è produrre, trasmettere, controllare e assimilare la potenza. Uno dei componenti principali di questo sistema include i generatori. Quando un generatore tradizionale è collegato a una turbina, è in grado di produrre energia elettrica, ed in questo caso il principio di conversione è da meccanica a elettrica. I pannelli fotovoltaici, invece, sono in grado di produrre elettricità sfruttando il cosiddetto “effetto fotoelettrico”.
I diversi sistemi di generazione possono essere collegati in modo radiale o interconnesso. Il modello interconnesso è quello più utilizzato con la linea di collegamento utilizzata per il trasferimento di potenza. Questo modello ha il vantaggio di supportare un approvvigionamento di emergenza e anche dell’utilizzo economico del sistema. Il controllo del sistema elettrico è necessario e viene realizzato utilizzando delle piccole aree di controllo e il controllo automatico della generazione.
In una rete di energia elettrica, il cosiddetto “controllo automatico della generazione” (AGC) è un sistema per regolare la potenza in uscita di più generatori in diverse centrali elettriche, in risposta alle variazioni del carico. Infatti, dato che una rete elettrica richiede che la generazione e il carico siano strettamente bilanciati momento dopo momento, sono necessari frequenti aggiustamenti all’uscita dei generatori. Il controllo automatico della generazione è controllato da computer tramite software.
Un esempio di una centrale a carbone che segue solo in modo molto rozzo (v. Potenza di uscita dell’impianto) la richiesta di adeguamento di generazione proveniente dal software di controllo automatico della generazione (AGC).
L’equilibrio può essere valutato semplicemente misurando e monitorando la frequenza del sistema: se aumenta, viene generata più energia di quella utilizzata, il che fa accelerare tutte le macchine nel sistema; se invece la frequenza del sistema è in diminuzione, allora sul sistema è presente più carico di quanto possa fornire la generazione istantanea, il che fa rallentare tutti i generatori. Il controllo automatico della generazione (AGC) è dunque importante in una moderna rete energetica.
Lo scopo del controllo automatico di generazione (AGC) è il monitoraggio delle variazioni di carico mantenendo la frequenza del sistema, gli interscambi della linea di collegamento ed i livelli di generazione ottimali vicini ai valori pianificati (o specificati) . Quando diverse utility sono interconnesse, ciascuna eseguirà il proprio AGC indipendentemente dalle altre. Questo sistema di controllo decentralizzato ha funzionato abbastanza bene fin dalla sua introduzione negli anni Cinquanta.
Così l’AGC è un vero predecessore degli approcci recenti della moderna “teoria del controllo gerarchico”. Il successo del controllo automatico di generazione è legato a due importanti considerazioni. La prima è legato al fatto che il controllo del feedback tende quasi sempre a stabilizzare e regolare il sistema controllato. E il secondo è dovuto al design intelligente dell’AGC da parte dei suoi creatori, tale da garantire la corretta risposta allo stato stazionario dell’intero sistema.
Dal momento che la risposta transitoria dipenderà dalla dinamica di generatori, carichi e dai parametri di controllo del feedback, i progettisti originali del controllo automatico di generazione (AGC) dovevano dipendere molto da modelli semplificati in fase di progettazione e sulla risposta effettiva del sistema, per mettere a punto i parametri del sistema di controllo. L’avvento negli anni Sessanta della moderna teoria del controllo ha fatto ben poco per cambiare queste pratiche di grande successo.
Una rete elettrica interconnessa “intelligente”
Prima dell’uso del controllo di generazione automatico, una unità di generazione elettrica in un sistema veniva regolata manualmente per controllare il bilanciamento tra generazione e carico al fine mantenere la frequenza del sistema al valore desiderato. Le unità rimanenti venivano controllate con lo smorzamento della velocità per condividere il carico in proporzione. Con i sistemi automatici, molte unità di un sistema possono partecipare alla regolazione, riducendo l’usura di una singola unità.
Laddove la rete ha interconnessioni vincolanti con aree di controllo adiacenti, il controllo automatico della generazione aiuta a mantenere gli scambi di potenza sulle linee di collegamento ai livelli programmati. Con sistemi di controllo basati su computer e ingressi multipli, un sistema di controllo di generazione automatico (AGC) può prendere in considerazione aspetti come le unità più economiche da regolare, il coordinamento di impianti di generazione termici, idroelettrici e di altro tipo, etc.
Una rete elettrica può avere molti tipi di generatori e di carichi. I generatori devono venire controllati da software di controllo automatico della generazione (AGC) per mantenere stabile il funzionamento globale del sistema.
Infatti, l’obiettivo di un dispacciamento economico dell’energia elettrica è di ridurre al minimo i costi operativi totali in un’area determinando in che modo la potenza effettiva prodotta da ciascuna unità di generazione soddisferà un determinato carico. Le unità generatrici hanno costi diversi per produrre un’unità di energia elettrica e incorrono in costi diversi per le perdite nel trasmettere energia al carico. Un algoritmo di dispacciamento economico ottimizza di continuo tali variabili.
Il software in questione verrà pertanto eseguito ogni pochi minuti per selezionare la combinazione di setpoint di potenza dell’unità di generazione elettrica che riduce al minimo i costi complessivi, soggetti in particolare ai limiti della trasmissione o della sicurezza del sistema contro i guasti. Ulteriori restrizioni possono essere imposte, ad esempio, dalla fornitura idrica di generazione idroelettrica oppure dalla disponibilità – intrinsecamente variabile – di energia solare ed eolica.
La necessità di un design AGC per una singola unità di generazione elettrica e il modello di rete interconnesso sono piuttosto imperativi. Un certo numero di approcci sono disponibili in questo senso e quelli principali sono: sistema di accumulo dell’energia (applicabile nel caso di sistemi di stoccaggio pompati, batterie, etc.); strategia di controllo (regola la migliore risposta dinamica). L’implementazione hardware di queste strategie avviene tramite controller normali o “intelligenti”.
I tre obiettivi principali del controllo di generazione automatico (AGC) includono: il mantenere la frequenza il più vicino possibile al valore nominale; il mantenimento del livello appropriato di potenza di interscambio; il mantenimento della generazione economica dell’unità. Tali obiettivi sono raggiunti a livello hardware tramite l’impiego di controller Proportional Integral (PI) e attraverso i controller intelligenti che utilizzano algoritmi intelligenti come Fuzzy Logic, Reti Neurali Artificiali, etc.
I controller PI (Proportional Integral) attivano il punto di riferimento del carico fino a quando la deviazione di frequenza è uguale a zero e la potenza reale è al valore predeterminato. I controller Fuzzy Logic, invece, sono considerati un sistema esperto e anche un sostituto per i controller PI del passato. Il loro vantaggio competitivo risiede nell’avere una migliore risposta dinamica regolatoria per l’AGC. Questo software è il risultato dell’intuizione umana e quindi è in grado di agire in modo intelligente.
La principale via di implementazione del controllo di generazione automatico (AGC) comporta l’utilizzo di una posizione centrale. La premessa è trasmettere con la telemetria le informazioni da quella posizione centrale. La regolazione è svolta in digitale e gli stessi canali di telemetria sono utilizzati per la trasmissione. Le informazioni necessarie possono includere: uscita in megawatt unitaria per tutte le unità impegnate; flusso in megawatt (dei sistemi vicini); frequenza del sistema.
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