Synergy between synchronous condensers, STATCOM and supercapacitors to increase power system stability in high renewable energy penetration scenarios

The progressive and massive penetration of renewable energy sources into electrical grids is introducing new critical issues in electrical systems around the world. Due to their non-programmability, combined with the fact that renewable energy plants are devoid of mechanical inertia, there are important repercussions on the stability of the electricity grids, in particular as regards the regulation of the frequency and voltage of the grids. Therefore, the purpose of this thesis is to present the State-of-the-Art relating to some technological solutions capable of supporting the power system stability in scenarios with high penetration of renewable sources. In particular, we will focus on synchronous compensators, STATCOMs and supercapacitors. After a presentation of the technical characteristics of these technologies, their performance and potential will be compared, in order to identify which technology solution may be the most suitable on the basis of different scenarios.

La progressiva e massiva penetrazione di fonti di energia rinnovabile nelle reti elettriche sta introducendo nuove criticità nei sistemi elettrici di tutto il mondo. A causa della loro non programmabilità, unita al fatto che gli impianti di energia rinnovabile sono privi di un’inerzia meccanica, si stanno avendo importanti ripercussioni sulla stabilità delle reti elettriche, in particolare per quanto concerne la regolazione di frequenza e tensione delle reti. Lo scopo di questo lavoro di tesi è dunque quello di presentare lo stato dell’arte relativo ad alcune soluzioni tecnologiche in grado di supportare la stabilità della rete elettrica in scenari ad alta penetrazione di fonti rinnovabili. In particolare, ci si soffermerà sui compensatori sincroni, gli STATCOM e i supercondensatori. Dopo una presentazione delle caratteristiche tecniche di tali tecnologie, ne verranno confrontate le prestazioni e le potenzialità, allo scopo di individuare quale possa essere la soluzione tecnologia più adatta sulla base di diversi scenari.