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PORTALE DELLA DIDATTICA

Sistemi elettrici di potenza

01NKVNC

A.A. 2022/23

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettrica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 76
Esercitazioni in laboratorio 24
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Carpaneto Enrico Professore Associato ING-IND/33 76 0 24 0 13
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/33 10 B - Caratterizzanti Ingegneria elettrica
2022/23
L'insegnamento si colloca nell'area di apprendimento dei sistemi elettroenergetici e ha lo scopo di fornire le nozioni fondamentali per la comprensione e l'analisi dei fenomeni statici e dinamici nei sistemi elettrici e in particolare nei sistemi di trasmissione dell'energia elettrica in alta tensione. Vengono trattati la struttura e il modello dei sistemi di trasmissione, le tecniche di analisi delle reti in condizioni stazionarie, i sistemi di controllo della frequenza e della tensione, il comportamento in condizioni di guasto. Gli argomenti sono sviluppati con un'impostazione applicativa orientata alle problematiche e alle caratteristiche del sistema elettrico italiano ed europeo.
The course belongs to the learning area of Electroenergetic systems and is aimed at providing the fundamental notions for the understanding and analysis of the steady-state and dynamic phenomena in power systems, in particular in high voltage transmission systems. The contents refer to the structure and model of transmission systems, numerical techniques for load-flow calculations in steady-state conditions, frequency and voltage control systems, and behaviour in fault conditions. The topics are developed with an application focus, orientated towards the issues referred to the Italian and European power systems.
I contenuti trattati intendono fornire conoscenze e capacità di comprensione relative ai fenomeni fisici, ai modelli e alle tecniche numeriche di soluzione delle reti elettriche di trasmissione in condizioni normali e di guasto, al funzionamento dinamico e al controllo dei sistemi elettrici. Dal punto di vista applicativo, le capacità da acquisire rientrano in quelle indicate per l'area di apprendimento sistemi elettroenergetici. Gli obiettivi minimi riguardano: - capacità di risolvere circuiti esemplificativi delle problematiche delle reti elettriche di trasmissione in condizioni normali e di guasto; - capacità di scrivere correttamente le equazioni di calcolo dei flussi di potenza nelle reti di trasmissione; - conoscenza delle tecniche numeriche impiegate per la soluzione delle equazioni delle reti di trasmissione; - conoscenza dei principi di funzionamento e dell'architettura dei sistemi di controllo della frequenza e della tensione; - comprensione fisica dei principali fenomeni dei sistemi elettrici.
The course contents aim at providing knowledge and understanding skills referred to the physical phenomena, to the models and to the numerical techniques for the power systems in normal and fault conditions, as well as power system dynamics and control. On the application side, knowledge and understanding aspects refer to the ones indicated for the Electroenergetic systems learning area. The minimum objectives of the course include: - ability to solve simple circuits representative of the problems characterising the power systems in normal and fault conditions; - ability to correctly formulate and handle power system models and equations; - knowledge of the numerical techniques for the solution of the power system equations; - knowledge of the principles and architecture of frequency and voltage control systems; - understanding of the physical meaning of the major phenomena occurring in power systems.
Le conoscenze e abilità richieste come prerequisiti riguardano: - nozioni di base di calcolo matriciale, elettrotecnica, controlli automatici; - conoscenza della struttura dei sistemi elettrici di produzione, trasporto e utilizzazione dell'energia elettrica; - conoscenza del comportamento delle macchine elettriche in condizioni normali e di guasto; - conoscenze elementari di programmazione (es. Matlab).
Knowledge and skills required as prerequisites for attending the course refer to: - basic notions of matrix calculations, electrical circuit analysis, automatic control systems; - structure of the electrical systems for electrical energy production, transmission and utilization; - behaviour of electrical machines in normal and fault conditions; - basic programming (e.g., Matlab)
1. Introduzione Generalità sui sistemi elettrici. Richiami di elettrotecnica. Doppi bipoli. Caduta di tensione industriale. Metodo dei valori relativi. Funzioni iperboliche. 2. Componenti del sistema elettrico Linee elettriche: aspetti costruttivi, equazioni, parametri, circuiti equivalenti. Problemi fondamentali della trasmissione: linea a vuoto, a carico caratteristico, con tensione imposta agli estremi, Limiti di trasmissione. Trasmissione in corrente continua. Trasformatori a due avvolgimenti: aspetti costruttivi, impieghi, circuiti equivalenti. Trasformatori a tre avvolgimenti. Generatori sincroni: aspetti costruttivi, comportamento a regime, modelli dinamici, sistemi di eccitazione, curve di capability. Carichi: influenza della tensione, carichi controllati, modelli aggregati. 3. Funzionamento ordinario Modello della rete: grafo, nodi, rami. Strutture di rete. Matrice delle ammettenze e delle impedenze nodali. Equazioni di rete tensioni-potenze (equazioni di load flow). Metodi di soluzione delle equazioni di rete. Modelli e metodi approssimati. Disaccoppiamento attivo / reattivo. Sistema elettrico elementare a 2 nodi: stabilità d’angolo e della tensione. Trasformatori di regolazione. Controllo attivo e reattivo. Vincoli di esercizio. Stati del sistema elettrico. Sicurezza N-1. 4. Regolazione della frequenza e della potenza attiva Regolazione di velocità dei generatori. Regolazione primaria della frequenza. Regolazione secondaria della frequenza. Regolazione della frequenza e delle potenze di aree interconnesse. Controllo della frequenza in emergenza. 5. Analisi dei guasti Introduzione ai guasti. Caratteristiche della corrente di corto circuito. Sorgenti di corto circuito. Comportamento delle macchine rotanti. Modelli dei componenti e della rete. Guasti trifase. Componenti simmetriche. Modelli dei componenti. Guasti dissimmetrici. Guasto a terra e stato del neutro.
1. Power systems components (22 hours) Per unit method. Electrical lines: equations, parameters, equivalent circuits. Fundamental problems of the power transmission, line with: no load, surge impedance load, assigned voltage at both ends. Two and three windings transformers. Generators. Loads. 2. Normal operation (18 hours) Network structures, nodes and branches. Admittance and impedance matrices. Load-flow equations. Load-flow solution methods. Approximate models and methods. Active / reactive decoupling. Elementary two-node system: angle and voltage stability. Active and reactive flow control. Control transformers. Operating constraints. Power system states. N-1 security. 3. Fault analysis (18 hours) Short circuit current components. Short circuit sources. Rotating machine behaviour. Network and component models. Three-phase faults. Symmetrical components. Asymmetrical faults. Earth fault and earthing systems. 4. Frequency and active power control (18 hours) Generator speed control. Frequency primary control. Frequency secondary control. Frequency and power control with interconnected areas. Emergency control.
Oltre alle lezioni in aula (76 ore), sono previste esercitazioni in laboratorio informatico (24 ore) con l'impiego e lo sviluppo di script Matlab (linee di trasmissione, equazioni di load flow, all’analisi dei guasti) e di modelli SImulink (carichi, generatori sincroni, regolazione della frequenza). Nel caso di erogazione in remoto le esercitazioni vengono svolte con l'uso di fogli Excel, script Matlab e di modelli Simulink preparati dal docente e messi a disposizione degli studenti.
In addition to lectures (76 hours), the course programme includes computer laboratory activities (24 hours) with the development of simple Matlab programs for transmission line analysis, load-flow solution of a 2-node system, symmetrical and asymmetrical fault analysis of a 3-node system.
Sono disponibili le slide preparate per lo svolgimento del corso a distanza (circa 900). Non esiste alcun testo che tratti integralmente gli argomenti del corso. Libri di riferimento: F.Iliceto, "Impianti elettrici", vol. 1, Patron, Bologna, ISBN 978-8855517256. J.J.Grainger, W.D.Stevenson, Power system analysis, McGraw Hill, ISBN 978-0070612938. P.Kundur, Power system stability and control, Tata McGraw Hill, ISBN 978-0070635159. Altri libri: R.Marconato, Electric power systems. Vol.1 - Background and basic components. CEI - Comitato Elettrotecnico Italiano, Milano, ISBN 88-432-0014-3. R.Marconato, Electric power systems. Vol. 2 - Steady-state behaviour controls, short circuits and protection systems. CEI - Comitato Elettrotecnico Italiano, Milano, ISBN 88-432-0025-9. R.Marconato, Electric power systems. Vol. 3 - Dynamic behaviour, stability and emergency controls. CEI - Comitato Elettrotecnico Italiano, Milano, ISBN 978-8843200610.
There is no text covering the whole course topics. Reference textbooks: F.Iliceto, "Impianti elettrici", vol. 1, Patron, Bologna, ISBN 978-8855517256 (in Italian). J.J.Grainger, W.D.Stevenson, Power system analysis, McGraw Hill, ISBN 978-0070612938. P.Kundur, Power system stability and control, Tata McGraw Hill, ISBN 978-0070635159. Other books: R.Marconato, Electric power systems. Vol.1 - Background and basic components. CEI - Comitato Elettrotecnico Italiano, Milano, ISBN 88-432-0014-3. R.Marconato, Electric power systems. Vol. 2 - Steady-state behaviour controls, short circuits and protection systems. CEI - Comitato Elettrotecnico Italiano, Milano, ISBN 88-432-0025-9. R.Marconato, Electric power systems. Vol. 3 - Dynamic behaviour, stability and emergency controls. CEI - Comitato Elettrotecnico Italiano, Milano, ISBN 978-8843200610.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato scritto individuale;
Exam: Written test; Individual essay;
L'esame è costituito da una prova scritta di teoria con 4-6 domande aperte (durata: 2 ore) sugli argomenti delle lezioni (punteggio massimo 27/30) e da un elaborato (script Matlab, modello Simulink) corredato da una presentazione di 12 slide su un argomento scelto in una lista di proposte relative alle esercitazioni (punteggio massimo 3/30). Durante la prova scritta non può essere consultato materiale didattico (appunti, libri, ecc). Il voto finale è la somma del punteggio della prova scritta e del punteggio dell'elaborato. La mancata consegna dell'elaborato comporta una penalizzazione di 3 punti sul voto finale. Le modalità di esame vengono definite dettagliatamente all'inizio del corso nel materiale didattico pubblicato sul portale della didattica e sono valide per i 4 appelli successivi alla conclusione del corso (giugno, luglio, settembre, gennaio).
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Written test; Individual essay;
The exam consists of a written test with theory questions (maximum score 27/30) and the evaluation of one of the computer programs developed during computer laboratory activities (maximum score 3/30). During the written test, teaching material (notes, books, etc) cannot be consulted. The total score is the sum of the scores of the written test and of the computer program. The computer program submission is not mandatory, but it requires the attendance of the computer laboratory activities.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
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