Compensazione reattiva ottimizzata per reti di distribuzione attive in media tensione con applicazione ad un caso studio reale

This thesis aims to study in detail the techniques for reactive power compensation in medium voltage distribution systems. The case study is the medium voltage grid supplied by a primary substation located in a mountainous area. The local DSO (Distribution System Operator) is implementing measures to decommission overhead lines in favor of cable lines, with the goal of increasing resilience and capacity, as well as improving service quality. However, this has led to a significant increase in the reactive (capacitive) power absorbed by the network, radically changing its characteristics and electrical operation, leading to reactive power flows sometimes comparable to active power flows. These additional flows negatively impact the system by causing significant increases in network losses, voltage regime alterations (reducing service quality), and higher management costs for the DSO, partly due to time-of-use tariffs for reactive power exchanges with the high voltage system. Therefore, the thesis focuses on a comprehensive, annual-based study of the power flows in the medium voltage grid connected to a primary substation as indicated by the DSO, based on real data coming from the plant, in order to evaluate the impact of compensation techniques. Specifically, reactive compensations distributed in low voltage and medium voltage were evaluated, comparing them with the centralized case located in the primary substation, in order to identify the configurations and management strategies optimized from a technical and economic point of view. The study was then formalized as a scientific article and presented at a conference.

Questa tesi ha come scopo quello di studiare nel dettaglio le tecniche di compensazione della potenza reattiva nelle reti di distribuzione in media tensione. Il caso studio è stata la rete MT sottesa ad una cabina primaria sita in ambiente montano. Il locale DSO (distribution system operator) sta attuando degli interventi volti alla dismissione delle linee elettriche aeree a favore di linee in cavo, in ottica di incrementare resilienza e portate, nonché migliorare la qualità del servizio. Per contro ciò ha portato ad aumenti significativi delle potenze reattive (capacitive) assorbite dalla rete stessa, variandone radicalmente le caratteristiche ed il funzionamento elettrico, portando a transiti di potenza reattiva spesse volte paragonabili a quelli attivi. Tali flussi aggiuntivi in rete si ripercuotono negativamente sul sistema come aumenti significativi delle perdite di rete, alterazioni del regime delle tensioni (diminuzione della qualità del servizio) ed aumento dei costi di gestioni sostenuti dal DSO, anche a causa della tariffazione su fascia oraria in qualità di penali di costo per gli scambi reattivi verso la rete di alta tensione. Il lavoro di tesi verte quindi nello studio completo su base annua dei flussi di potenza delle reti MT sottese ad una cabina primaria test indicata dal DSO in relazione ai dati provenienti a consuntivo dall’impianto, al fine di valutare l’impatto delle tecniche di compensazione. Nello specifico si sono valutate compensazioni reattive distribuite in bassa tensione e media tensione, confrontandole con il caso centralizzato in cabina primaria, al fine di identificare le configurazioni e strategie di gestione ottimizzate dal punto di vista tecnico ed economico. Lo studio è stato quindi formalizzato come articolo scientifico e presentato in conferenza.