Il corso 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 di trasmissione dell'energia elettrica in Alta Tensione. Vengono trattati approfonditamente 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 dinamico in condizioni di guasto. Gli argomenti sono sviluppati con un'impostazione applicativa orientata alle problematiche del sistema elettrico nazionale e dei sistemi elettrici industriali.

I contenuti trattati intendono fornire conoscenze e capacità di comprensione relative ai modelli e 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. Nel dettaglio, gli obiettivi minimi del corso 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;
- capacità di implementare il modello di una rete di trasmissione su almeno un software applicativo;
- conoscenza dei principi di funzionamento e dell'architettura dei sistemi di controllo della frequenza e della tensione;
- capacità di risolvere problemi operativi con l'uso di software applicativi attraverso l'impiego delle variabili di controllo della rete;
- comprensione fisica dei principali fenomeni dinamici nei sistemi elettrici;
- capacità di impiegare modelli dinamici semplificati utilizzati nelle applicazioni impiantistiche.

Le conoscenze e abilità richieste come prerequisiti per il corso riguardano:
- nozioni di base di calcolo matriciale, elettrotecnica, principi dei 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, e della dinamica delle macchine elettriche;
- abilità nell'uso di supporti informatici di base (editor di testi e foglio elettronico).

1. Struttura e modello dei componenti dei sistemi di trasmissione (12 ore)
Struttura delle reti elettriche di trasmissione, interconnessioni, stato del neutro. Modello delle linee elettriche, condizioni di funzionamento di linee con estremo ricevente non controllato e controllato. Limiti di trasmissione delle linee. Esempi di calcolo per reti a due nodi. Modello dei trasformatori. Trasformatori di controllo. Modello dei carichi. Modello dei sistemi di generazione, vincoli e canali di regolazione attivo e reattivo. Trasmissione flessibile in corrente alternata (FACTS). Sistemi di trasmissione ad alta tensione in corrente continua (HVDC).
2. Analisi delle reti di trasmissione (12 ore)
Costruzione della matrice delle ammettenze nodali per reti magliate senza e con mutui accoppiamenti. Classificazione dei nodi e delle variabili di rete. Equazioni di load-flow e loro soluzione con i metodi di Gauss-Seidel e di Newton-Raphson. Load-flow disaccoppiato e load-flow in 'corrente continua'. Load-flow nei sistemi con slack distribuito. Analisi di sensitività.
3. Analisi dei disservizi nel sistema di trasmissione (6 ore)
Calcolo delle correnti di cortocircuito in una rete. Aspetti generali e modelli. Matrice delle impedenze nodali: significato dei termini e tecniche di costruzione. Calcolo delle correnti di cortocircuito trifase in reti magliate. Calcolo delle correnti di cortocircuito trifase. Applicazioni del metodo delle componenti simmetriche per guasti dissimmetrici. Studio dei disservizi. Fattori di distribuzione derivati dalla matrice delle impedenze nodali.
4. Introduzione allo studio dei fenomeni dinamici (3 ore)
Transitori elettromagnetici, elettromeccanici e di frequenza media. Punto di equilibrio, analisi alle piccole e grandi variazioni, dinamica dei fenomeni lenti e veloci. Modelli approssimati.
5. Regolazione della frequenza e della potenza attiva (9 ore)
Equazione meccanica dei generatori. Regolazione di velocità di un gruppo in funzionamento isolato. Dinamica degli impianti di produzione (gruppi termoelettrici e idroelettrici). Regolazione primaria, regolazione secondaria, regolazione delle potenze esportate.
6. Dinamica delle macchine rotanti (12 ore)
Dinamica del motore asincrono: richiami sulla trasformazione di Park, modelli semplificati, applicazioni impiantistiche (corto circuito, avviamento, distacco). Dinamica della macchina sincrona: avvolgimenti di smorzamento, circuiti equivalenti e parametri dinamici, modelli semplificati, comportamento in corto circuito.
7. Regolazione della tensione e della potenza reattiva (6 ore)
Modello dei componenti per la regolazione della tensione (sistemi di eccitazione degli alternatori, compensatori sincroni, induttori e condensatori, FACTS); regolazione primaria e secondaria della tensione.
8. Stabilità per piccole e grandi perturbazioni (9 ore)
Stabilità alle piccole perturbazioni, autovalori del sistema linearizzato. Stabilità alle grandi perturbazioni, bacino di attrazione dei punti di equilibrio. Valutazione della stabilità transitoria con il criterio delle aree. Provvedimenti per migliorare la stabilità transitoria. Controllo in emergenza per grandi perturbazioni.

Esercitazioni di calcolo (12 ore): modello dei componenti per sistemi di trasmissione; calcoli su sistemi a due nodi e tre nodi; calcolo dei flussi di potenza e delle correnti di cortocircuito nelle reti magliate.
Laboratorio informatico (21 ore): studio al calcolatore di una rete di trasmissione: calcolo dei flussi di potenza e delle correnti di cortocircuito; simulazione e analisi di fenomeni dinamici.

Libri di riferimento:
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.
E.Carpaneto, G.Chicco, R.Napoli, Esercizi sui sistemi elettrici di trasmissione, Politeko, Torino, gennaio 2008.
V.Cataliotti, "Impianti elettrici", vol. 2, Flaccovio, Palermo.
F.Iliceto, "Impianti elettrici", vol. 1, Patron, Bologna, ISBN 978-8855517256.

Altro materiale:
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.
F.Piglione, Appunti di Trasmissione dell'energia elettrica, 2005, disponibili sul portale della didattica.

L'esame è costituito da una prova scritta di teoria e dalla discussione orale di una delle esercitazioni svolte. La valutazione finale quantifica il livello complessivo delle conoscenze e competenze raggiunto tenendo conto delle varie parti del programma svolto.