IT202100017042A1 - DOUBLE FEEDING FLYWHEEL SYSTEM WITH CAPACITY TO DELIVER A DOUBLE INERTIAL, NATURAL AND SYNTHETIC CONTRIBUTION, AND RELATIVE INNOVATIVE OPERATING LOGIC - Google Patents

DOUBLE FEEDING FLYWHEEL SYSTEM WITH CAPACITY TO DELIVER A DOUBLE INERTIAL, NATURAL AND SYNTHETIC CONTRIBUTION, AND RELATIVE INNOVATIVE OPERATING LOGIC Download PDF

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IT202100017042A1
IT202100017042A1 IT102021000017042A IT202100017042A IT202100017042A1 IT 202100017042 A1 IT202100017042 A1 IT 202100017042A1 IT 102021000017042 A IT102021000017042 A IT 102021000017042A IT 202100017042 A IT202100017042 A IT 202100017042A IT 202100017042 A1 IT202100017042 A1 IT 202100017042A1
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IT
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frequency
controlled
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electrical
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Francesco Palone
Marco Pietrucci
Luca Buono
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Terna S P A
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J3/28Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/30Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using dynamo-electric machines coupled to flywheels
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
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    • H02P9/26Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
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    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:

?SISTEMA A VOLANO A DOPPIA ALIMENTAZIONE CON CAPACITA' DI EROGAZIONE DI UN DOPPIO CONTRIBUTO INERZIALE, NATURALE E SINTETICO, E RELATIVA LOGICA DI FUNZIONAMENTO INNOVATIVA? ?DUAL FEEDING FLYWHEEL SYSTEM WITH CAPACITY TO DELIVER A DOUBLE INERTIAL, NATURAL AND SYNTHETIC CONTRIBUTION, AND RELATIVE INNOVATIVE OPERATING LOGIC?

SETTORE TECNICO DELL?INVENZIONE TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

La presente invenzione ? relativa, in generale, ad un sistema di supporto alla stabilit? di una rete elettrica e, pi? specificatamente, a: The present invention ? relative, in general, to a system of support to the stability? of an electrical network and, more? specifically, to:

? un sistema a volano a doppia alimentazione (comunemente noto nel settore tecnico di riferimento con il nome inglese ?Flywheel Doubly-Fed System? o, alternativamente, ?Flywheel Double-Fed System?) per accumulare/cedere energia elettrica da/a una rete elettrica; e ? a dual-feed flywheel system (commonly known in the reference technical sector under the English name ?Flywheel Doubly-Fed System? or, alternatively, ?Flywheel Double-Fed System?) for accumulating/transferring electrical energy from/to an electrical grid ; And

? una relativa innovativa logica di funzionamento grazie alla quale il sistema a volano a doppia alimentazione ? in grado di erogare un doppio contributo inerziale, naturale e sintetico, in modo tale da aumentare la stabilit? di una rete elettrica. ? a relative innovative operating logic thanks to which the dual power flywheel system? able to deliver a double inertial contribution, natural and synthetic, in such a way as to increase the stability? of an electrical network.

STATO DELL?ARTE STATE OF ART

Com?? noto, l?evoluzione del sistema elettrico verso un sistema sempre pi? ricco di sorgenti di energia elettrica da fonte rinnovabile ha incentivato la crescita di sistemi di accumulo dell?energia per far fronte alle fluttuazioni di potenza attiva, contribuendo al bilancio delle potenze e alla stabilit? della frequenza di rete. In questo contesto, differenti tipologie di sistemi di accumulo sono state sviluppate nel tempo, tra cui i sistemi di accumulo cinetico. How?? known, the evolution of the electrical system towards a system increasingly? rich in sources of electricity from renewable sources, has encouraged the growth of energy storage systems to deal with active power fluctuations, contributing to the power balance and stability? of the network frequency. In this context, different types of storage systems have been developed over time, including kinetic storage systems.

In particolare, il principio di funzionamento di un sistema di accumulo cinetico si basa essenzialmente sulla conversione dell?energia elettrica in energia cinetica e viceversa. Qualunque sia la tipologia del sistema di accumulo cinetico, i componenti necessari per effettuare la suddetta conversione energetica reversibile includono tipicamente: In particular, the operating principle of a kinetic storage system is essentially based on the conversion of electrical energy into kinetic energy and vice versa. Regardless of the type of kinetic storage system, the components required to perform the aforementioned reversible energy conversion typically include:

? una macchina elettrica (ovvero un motore/generatore elettrico) per la trasformazione dell?energia elettrica in energia cinetica e viceversa; ? an electric machine (or an electric motor/generator) for the transformation of electric energy into kinetic energy and vice versa;

? un volano (in inglese ?flywheel?) accoppiato alla macchina elettrica per accumulare energia cinetica e per cedere l?energia cinetica accumulata; e ? a flywheel (in English ?flywheel?) coupled to the electric machine to accumulate kinetic energy and to release the accumulated kinetic energy; And

? un convertitore bidirezionale che consente di controllare i parametri principali del motore elettrico (i.e., frequenza di alimentazione e tensione) al fine di variare la velocit? di rotazione del volano e rendere il sistema di accumulo cinetico controllabile nelle fasi di carica e scarica dell?energia. ? a bidirectional converter that allows you to control the main parameters of the electric motor (i.e., power supply frequency and voltage) in order to vary the speed? rotation of the flywheel and make the kinetic accumulation system controllable in the energy charge and discharge phases.

Un esempio di sistema di accumulo cinetico del suddetto tipo ? descritto nella domanda internazionale WO 2019/185753 A1, la quale concerne un sistema direttamente collegato ad una rete di distribuzione o trasmissione elettrica, in cui una macchina elettrica asincrona a doppia alimentazione e a velocit? variabile ? accoppiata ad un volano. An example of a kinetic storage system of the aforementioned type? described in international application WO 2019/185753 A1, which concerns a system directly connected to an electrical distribution or transmission network, in which an asynchronous electrical machine with dual power supply and speed? variable ? coupled to a flywheel.

In particolare, il sistema secondo WO 2019/185753 A1 ? progettato per supportare una rete elettrica trifase e per operare come accumulatore di energia ed include una macchina elettrica asincrona il cui rotore interagisce con un volano, in cui detta macchina elettrica asincrona ? alimentata, da un lato, da una rete elettrica trifase e, dall?altro lato, con una corrente elettrica trifase di frequenza variabile. In particular, the system according to WO 2019/185753 A1 ? designed to support a three-phase electrical network and to operate as an energy accumulator and includes an asynchronous electric machine whose rotor interacts with a flywheel, in which said asynchronous electric machine ? powered, on one side, by a three-phase electric network and, on the other side, with a three-phase electric current of variable frequency.

Pi? nel dettaglio, il rotore della macchina elettrica asincrona ? alimentato con una corrente elettrica trifase di frequenza variabile erogata attraverso un convertitore di frequenza collegato alla rete elettrica trifase. Pi? in detail, the rotor of the asynchronous electric machine? supplied with a three-phase electric current of variable frequency delivered through a frequency converter connected to the three-phase electric network.

Inoltre, il sistema secondo WO 2019/185753 A1 ? configurato per implementare un controllo tempo-potenza della carica/scarica dell?energia, in cui l?accumulo o il rilascio di potenza ? regolato in accordo con la frequenza di rete misurata ed ? controllato in accordo con il gradiente della velocit? di rotazione. Furthermore, the system according to WO 2019/185753 A1 ? configured to implement a time-power control of the charge/discharge of energy, in which the accumulation or release of power? adjusted in accordance with the measured network frequency and ? controlled in accordance with the gradient of the speed? of rotation.

L?energia cinetica che un sistema di accumulo cinetico ? in grado di accumulare e cedere dipende dalle velocit? massime e minime ammissibili per tale sistema, nonch? dalla sua inerzia equivalente (i.e., inerzia del volano inerzia del rotore ??) secondo la seguente espressione matematica: The kinetic energy that a kinetic storage system ? able to accumulate and yield depends on the speed? maximum and minimum admissible for this system, as well as? by its equivalent inertia (i.e., flywheel inertia rotor inertia ??) according to the following mathematical expression:

Molti sistemi di accumulo cinetico attualmente in commercio mirano ad incrementare l?energia cinetica Many kinetic storage systems currently on the market aim to increase kinetic energy

portando il volano a velocit? elevate, tipicamente maggiori di 10.000 giri/minuto, mediante l?impiego di motori a magneti permanenti. In questo caso, il volano pu? presentare una inerzia minore, ovvero minore massa e dimensioni in accordo alla seguente espressione: bringing the flywheel to speed? high speeds, typically greater than 10,000 rpm, through the use of permanent magnet motors. In this case, the flywheel can? present a lower inertia, i.e. lower mass and dimensions according to the following expression:

La presenza di un volano che ruota ad alta velocit? comporta perdite per attrito volvente elevate, essendo queste proporzionali al quadrato della velocit?. In particolare, nella periferia del volano la velocit? tangenziale pu? assumere valori tali da compromettere la stabilit? termica del volano. Per questi motivi, le soluzioni attualmente in commercio prevedono tipicamente la realizzazione dell?intero sistema di accumulo cinetico (volano motore elettrico) all?intero di un involucro tenuto sotto vuoto. The presence of a flywheel that rotates at high speed? involves high rolling friction losses, these being proportional to the square of the speed. In particular, in the periphery of the flywheel, the speed? ring road can? assume values such as to compromise the stability? flywheel thermal. For these reasons, the solutions currently on the market typically provide for the construction of the entire kinetic accumulation system (electric motor flywheel) inside a vacuum-sealed casing.

Inoltre, molti sistemi di accumulo cinetico attualmente in commercio prevedono l?alimentazione del circuito statorico del motore elettrico mediante un convertitore bidirezionale (ad esempio di tipo inverter) per il controllo della velocit? del motore. La variazione di velocit? del volano mediante il controllo del motore effettuato dal convertitore consente di accumulare/cedere energia elettrica da/verso la rete elettrica. Nonostante il sistema di accumulo cinetico presenti una massa rotante e, quindi, una sua inerzia intrinseca, a causa della presenza di uno stadio di conversione statica dell?energia elettrica a monte (convertitore bidirezionale), la rete di trasmissione elettrica si interfaccia con il sistema di accumulo cinetico al pari di un sistema di accumulo elettrochimico, ovvero un sistema privo di inerzia intrinseca o naturale. Pertanto, le soluzioni note del suddetto tipo, in caso di variazione di frequenza sulla rete elettrica, non consentono l?erogazione di un contributo in potenza derivante dall?inerzia intrinseca o naturale della massa rotante, ma consentono di offrire solamente un contributo in potenza derivante da un?inerzia sintetica ottenibile mediante azioni di controllo da parte del convertitore statico. Inoltre, i sistemi di accumulo cinetico del suddetto tipo, poich? sono in grado di fornire solamente inerzia sintetica mediante azioni di controllo del convertitore statico, presentano un tempo di risposta legato ai ritardi delle funzioni di trasferimento degli anelli di misura della frequenza di rete e di regolazione. Considerando, ad esempio, un tempo di circa 500 ms necessario per riuscire ad ottenere una stima attendibile della derivata della frequenza di rete (o ROCOF, acronimo di ?Rate Of Change Of Frequency?), si ? quindi necessariamente vincolati a questa costante di tempo prima di poter attuare una regolazione di inerzia sintetica con un sistema di accumulo cinetico completamente basato su inverter. Furthermore, many kinetic storage systems currently on the market provide for the power supply of the stator circuit of the electric motor by means of a bidirectional converter (for example of the inverter type) for speed control. of the engine. The speed variation? of the flywheel through the engine control carried out by the converter allows to accumulate/transfer electric energy from/to the electric network. Although the kinetic storage system has a rotating mass and, therefore, its intrinsic inertia, due to the presence of a static conversion stage of the electrical energy upstream (bidirectional converter), the electrical transmission network interfaces with the system of kinetic accumulation like an electrochemical accumulation system, i.e. a system without intrinsic or natural inertia. Therefore, the known solutions of the aforementioned type, in the event of a frequency variation on the electric network, do not allow the supply of a power contribution deriving from the intrinsic or natural inertia of the rotating mass, but allow only a power contribution deriving from by a synthetic inertia obtainable through control actions by the static converter. Furthermore, the kinetic accumulation systems of the aforementioned type, since? they are able to supply only synthetic inertia through control actions of the static converter, they have a response time linked to the delays of the transfer functions of the loops measuring the network frequency and regulation. Considering, for example, a time of about 500 ms necessary to be able to obtain a reliable estimate of the network frequency derivative (or ROCOF, acronym of ?Rate Of Change Of Frequency?), yes ? therefore necessarily bound to this time constant before being able to implement a synthetic inertia regulation with a kinetic accumulation system completely based on inverters.

OGGETTO E RIASSUNTO DELL?INVENZIONE SUBJECT AND SUMMARY OF THE INVENTION

Alla luce di quanto spiegato in precedenza, la Richiedente ha sentito la necessit? di condurre una ricerca molto approfondita al fine di cercare di sviluppare un innovativo sistema di accumulo cinetico che fosse in grado di superare i suddetti limiti tecnici delle soluzioni attualmente note, giungendo in tal modo al concepimento della presente invenzione. In the light of what has been explained above, has the Applicant felt the need? to conduct very thorough research in order to try to develop an innovative kinetic accumulation system which was capable of overcoming the aforementioned technical limits of the currently known solutions, thus arriving at the conception of the present invention.

Pertanto, uno scopo della presente invenzione ? quello di fornire un innovativo sistema di accumulo cinetico che sia in grado di superare i limiti tecnici delle soluzioni di tipo noto. Therefore, an object of the present invention is that of providing an innovative kinetic accumulation system which is capable of overcoming the technical limits of solutions of the known type.

Inoltre, un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di fornire un innovativo sistema di supporto alla stabilit? di una rete elettrica, pi? specificatamente un sistema a volano a doppia alimentazione per accumulare/cedere energia elettrica da/a una rete elettrica, che sia in grado di erogare un doppio contributo inerziale, naturale e sintetico, in modo tale da aumentare la stabilit? di rete. Furthermore, a further object of the present invention ? to provide an innovative stability support system? of an electrical network, more? specifically a dual power flywheel system for accumulating/transferring electrical energy from/to an electrical grid, which is capable of providing a double inertial contribution, natural and synthetic, so as to increase stability? of network.

Questi ed altri scopi sono raggiunti dalla presente invenzione in quanto essa ? relativa ad un sistema per supportare la stabilit? di una rete elettrica tramite accumulo/rilascio di energia elettrica da/verso detta rete elettrica, secondo quanto definito nelle rivendicazioni allegate. These and other purposes are achieved by the present invention in that it on a system to support the stability? of an electrical network by accumulation/release of electrical energy from/to said electrical network, as defined in the attached claims.

In particolare, il sistema secondo la presente invenzione comprende: In particular, the system according to the present invention comprises:

? una macchina elettrica asincrona che include un rotore provvisto di un circuito rotorico accessibile e uno statore provvisto di un circuito statorico; ? an asynchronous electric machine including a rotor provided with an accessible rotor circuit and a stator provided with a stator circuit;

? un volano accoppiato al rotore; ? a flywheel coupled to the rotor;

? un convertitore statico; e ? a static converter; And

? mezzi elettronici di controllo; ? electronic control means;

in cui: in which:

? il circuito statorico ? collegato alla rete elettrica per essere alimentato da quest?ultima; ? the stator circuit ? connected to the mains to be powered by the latter;

? il convertitore statico ? collegato tra la rete elettrica e il circuito rotorico ed ? controllabile per fornire a detto circuito rotorico un?alimentazione elettrica con frequenza e tensione regolabili; ? the static converter ? connected between the mains and the rotor circuit and ? controllable to supply said rotor circuit with an electrical supply having an adjustable frequency and voltage;

? la macchina elettrica asincrona ? configurata per - assorbire energia elettrica dalla rete elettrica convertendo l?energia elettrica assorbita in energia cinetica e accumulando detta energia cinetica per mezzo del volano e ? the asynchronous electric machine? configured to - absorb electrical energy from the electrical grid by converting the absorbed electrical energy into kinetic energy and accumulating this kinetic energy by means of the flywheel and

- cedere energia elettrica alla rete elettrica convertendo l?energia cinetica accumulata per mezzo del volano in energia elettrica e fornendo quest?ultima alla rete elettrica; e - transfer electricity to the electricity grid by converting the kinetic energy accumulated by means of the flywheel into electricity and supplying the latter to the electricity grid; And

? i mezzi elettronici di controllo sono configurati per - ricevere dati di misura indicativi di una frequenza misurata della rete elettrica, ? the electronic control means is configured to - receive measurement data indicative of a measured frequency of the electrical network,

- determinare, sulla base dei dati di misura ricevuti, valori di ROCOF indicativi di una derivata della frequenza misurata della rete elettrica e - determine, on the basis of the measurement data received, ROCOF values indicative of a derivative of the measured frequency of the electrical network and

- controllare il funzionamento del convertitore statico sulla base dei valori di ROCOF determinati. Pi? nello specifico, secondo la presente invenzione, nel caso in cui si verifichi una variazione della frequenza della rete elettrica: - check the operation of the static converter on the basis of the determined ROCOF values. Pi? specifically, according to the present invention, in the event that there is a variation in the frequency of the electrical network:

? la macchina elettrica asincrona ? configurata per fornire immediatamente una risposta inerziale naturale non controllata a detta variazione della frequenza, assorbendo potenza attiva dalla rete elettrica in caso di un incremento della frequenza o erogando potenza attiva alla rete elettrica in caso di una riduzione della frequenza; e ? the asynchronous electric machine? configured to immediately provide an uncontrolled natural inertial response to said frequency variation, absorbing active power from the electric grid in the event of a frequency increase or delivering active power to the electric grid in the event of a frequency reduction; And

? i mezzi elettronici di controllo sono configurati per - determinare un dato valore di ROCOF relativo a detta variazione della frequenza e, ? the electronic control means are configured to - determine a given ROCOF value relating to said frequency variation and,

- una volta determinato detto dato valore di ROCOF, iniziare a controllare il funzionamento del convertitore statico in modo tale che la macchina elettrica asincrona inizi a erogare una risposta inerziale sintetica controllata in cui la potenza attiva assorbita/erogata ? modulata in funzione del dato valore di ROCOF determinato e della risposta inerziale naturale non controllata gi? fornita. - once said ROCOF value has been determined, start checking the operation of the static converter so that the asynchronous electric machine starts to deliver a controlled synthetic inertial response in which the absorbed/delivered active power ? modulated according to the given value of ROCOF determined and the natural inertial response is not controlled already? provided.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Per una migliore comprensione della presente invenzione, alcune forme preferite di realizzazione, fornite a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, verranno ora illustrate con riferimento ai disegni allegati (non in scala), in cui: For a better understanding of the present invention, some preferred embodiments, provided purely as an explanatory and non-limiting example, will now be illustrated with reference to the attached drawings (not to scale), in which:

? la Figura 1 illustra schematicamente un sistema a volano a doppia alimentazione secondo una forma preferita di realizzazione della presente invenzione; e ? Figure 1 schematically illustrates a dual fuel flywheel system according to a preferred embodiment of the present invention; And

? le Figure 2-5 mostrano grafici di esempio del funzionamento del sistema a volano a doppia alimentazione di Figura 1. ? Figures 2-5 show example graphs of the operation of the dual fuel flywheel system of Figure 1.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI FORME PREFERITE DI REALIZZAZIONE DELL?INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED FORMS OF CARRYING OUT THE INVENTION

La seguente descrizione viene fornita per permettere ad un tecnico del settore di realizzare ed usare l?invenzione. Varie modifiche alle forme di realizzazione presentate saranno immediatamente evidenti a persone esperte ed i generici principi qui divulgati potrebbero essere applicati ad altre forme realizzative ed applicazioni senza, per?, per questo uscire dall?ambito di tutela della presente invenzione come definito nelle rivendicazioni allegate. The following description is provided to enable a person skilled in the art to make and use the invention. Various modifications to the embodiments presented will be immediately apparent to skilled persons and the generic principles disclosed herein could be applied to other embodiments and applications without, however, thereby departing from the scope of protection of the present invention as defined in the attached claims.

Pertanto, la presente invenzione non deve essere intesa come limitata alle sole forme realizzative descritte e mostrate, ma le deve essere accordato il pi? ampio ambito di tutela in accordo con le caratteristiche definite nelle rivendicazioni allegate. Therefore, the present invention must not be understood as limited only to the embodiments described and shown, but must be granted as much as possible. broad scope of protection in accordance with the characteristics defined in the attached claims.

La presente invenzione concerne un sistema per supportare la stabilit? di una rete elettrica tramite accumulo/rilascio di energia elettrica da/verso detta rete elettrica. In particolare, il sistema secondo la presente invenzione ? basato su un?architettura di accumulo cinetico di tipo a volano a doppia alimentazione e, pertanto, nel seguito verr? chiamato, per brevit? e per semplicit?, sistema FDF (dove l?acronimo FDF sta per ?Flywheel Doubly Fed?). The present invention relates to a system for supporting stability? of an electrical network by accumulation/release of electrical energy from/to said electrical network. In particular, the system according to the present invention ? based on an architecture of kinetic accumulation of type to flywheel to dual feeding and, therefore, in the following it will come? called, for brevity? and for simplicity?, FDF system (where the acronym FDF stands for ?Flywheel Doubly Fed?).

In Figura 1 ? illustrato schematicamente un sistema FDF (indicato nel complesso con 1) secondo una forma preferita di realizzazione della presente invenzione. In Figure 1 ? schematically illustrated an FDF system (indicated as a whole by 1) according to a preferred embodiment of the present invention.

In particolare, il sistema FDF 1 include: In particular, the FDF 1 system includes:

? una macchina elettrica asincrona 11 (convenientemente, un motore asincrono trifase) che include un rotore 111 provvisto di un circuito rotorico accessibile (in particolare, accessibile rispetto alle macchine asincrone a gabbia di scoiattolo dove il rotore ? cortocircuitato) e uno statore 112 provvisto di un circuito statorico; ? an asynchronous electric machine 11 (conveniently, a three-phase asynchronous motor) which includes a rotor 111 provided with an accessible rotor circuit (in particular, accessible with respect to squirrel cage asynchronous machines where the rotor is short-circuited) and a stator 112 provided with a stator circuit;

? un volano 12 accoppiato al rotore 111, in cui detto volano 12 pu? essere direttamente accoppiato al rotore 111 oppure attraverso un organo meccanico (ovvero un meccanismo) di trasmissione della velocit? di rotazione (ad esempio con rapporto di trasmissione della velocit? di rotazione fisso o variabile); ? a flywheel 12 coupled to the rotor 111, in which said flywheel 12 can? be directly coupled to the rotor 111 or through a mechanical organ (or a mechanism) of transmission of the speed? of rotation (for example with a fixed or variable transmission ratio of the rotation speed);

? un convertitore statico 13; e ? a static converter 13; And

? mezzi elettronici di controllo 14. ? electronic means of control 14.

Il circuito statorico ? collegato ad una rete elettrica 2 (convenientemente, una rete elettrica trifase ? e.g., una rete di trasmissione/distribuzione elettrica) per essere alimentato da quest?ultima. Convenientemente, il circuito statorico pu? essere collegato alla rete elettrica 2 attraverso uno o pi? trasformatori 3. The stator circuit? connected to an electrical network 2 (conveniently, a three-phase electrical network ? e.g., an electrical transmission/distribution network) to be powered by the latter. Conveniently, the stator circuit can? be connected to the mains 2 through one or more? transformers 3.

Il convertitore statico 13 ? collegato tra la rete elettrica 2 e il circuito rotorico ed ? controllabile per fornire a detto circuito rotorico un?alimentazione elettrica con frequenza e tensione regolabili. Convenientemente, il convertitore statico 13 pu? essere collegato alla rete elettrica 2 attraverso detto/i trasformatore/i 3. The static converter 13 ? connected between the electrical network 2 and the rotor circuit and ? controllable to supply said rotor circuit with an electrical power supply with adjustable frequency and voltage. Conveniently, the static converter 13 pu? be connected to the mains 2 through said transformer(s) 3.

La macchina elettrica asincrona 11 ? configurata per: ? assorbire energia elettrica dalla rete elettrica 2 convertendo l?energia elettrica assorbita in energia cinetica e accumulando detta energia cinetica per mezzo del volano 12; e The asynchronous electric machine 11 ? configured for: ? absorbing electrical energy from the electrical network 2 by converting the electrical energy absorbed into kinetic energy and accumulating said kinetic energy by means of the flywheel 12; And

? cedere energia elettrica alla rete elettrica 2 convertendo l?energia cinetica accumulata per mezzo del volano 12 in energia elettrica e fornendo quest?ultima alla rete elettrica 2. ? transferring electric energy to the electric grid 2 by converting the kinetic energy accumulated by means of the flywheel 12 into electric energy and supplying the latter to the electric grid 2.

I mezzi elettronici di controllo 14 sono configurati per: The electronic control means 14 are configured for:

? ricevere dati di misura indicativi di una frequenza misurata della rete elettrica 2; ? receiving measurement data indicative of a measured frequency of the electrical network 2;

? determinare, sulla base dei dati di misura ricevuti, valori di ROCOF indicativi di una derivata della frequenza misurata della rete elettrica 2; e ? determining, on the basis of the received measurement data, ROCOF values indicative of a derivative of the measured frequency of the electrical network 2; And

? controllare il funzionamento del convertitore statico 13 sulla base dei valori di ROCOF determinati. ? check the operation of the static converter 13 on the basis of the determined ROCOF values.

La presente invenzione concerne, in particolare, una innovativa logica di funzionamento per l?erogazione di un doppio contributo inerziale, naturale e sintetico, da parte del sistema FDF 1. The present invention concerns, in particular, an innovative operating logic for the delivery of a double inertial contribution, natural and synthetic, by the FDF 1 system.

Infatti, secondo la presente invenzione, nel caso in cui si verifichi una variazione della frequenza della rete elettrica 2: In fact, according to the present invention, if there is a variation in the frequency of the electrical network 2:

? la macchina elettrica asincrona 11 ? configurata per fornire immediatamente una risposta inerziale naturale non controllata a detta variazione della frequenza, assorbendo potenza attiva dalla rete elettrica 2 in caso di un incremento della frequenza o erogando potenza attiva alla rete elettrica 2 in caso di una riduzione della frequenza; e ? the asynchronous electric machine 11 ? configured to immediately provide an uncontrolled natural inertial response to said frequency variation, absorbing active power from the electrical network 2 in the event of a frequency increase or delivering active power to the electrical network 2 in the event of a frequency reduction; And

? i mezzi elettronici di controllo 14 sono configurati per ? the electronic control means 14 are configured for

- determinare un dato valore di ROCOF relativo a detta variazione della frequenza e, - determine a given ROCOF value related to said frequency variation and,

- una volta determinato detto dato valore di ROCOF, iniziare a controllare il funzionamento del convertitore statico 13 secondo una predefinita logica di controllo in modo tale che la macchina elettrica asincrona 11 inizi a erogare una risposta inerziale sintetica controllata in cui la potenza attiva assorbita/erogata ? modulata in funzione del dato valore di ROCOF determinato e della risposta inerziale naturale non controllata gi? fornita. - once said ROCOF value has been determined, start controlling the operation of the static converter 13 according to a predefined control logic so that the asynchronous electric machine 11 starts to deliver a controlled synthetic inertial response in which the absorbed/delivered active power ? modulated according to the given value of ROCOF determined and the natural inertial response is not controlled already? provided.

Infatti, a seguito di eventi che determinano una variazione della frequenza di rete, nei primi istanti la velocit? del rotore 111 pu? considerarsi costante (i.e., In fact, following events that determine a variation of the network frequency, in the first instants the speed? of the rotor 111 can? consider oneself constant (i.e.,

. Pertanto, se l?evento determina un incremento . Therefore, if the event causes an increase

della frequenza di rete (ossia un aumento di che indica la velocit? di sincronismo), il sistema FDF 1, che si trova a lavorare nel tratto lineare della caratteristica meccanica di Figura 2, risponde in modo stabile assorbendo potenza attiva (i.e., dove indica lo scorrimento). Se, invece, l?evento determina una riduzione della frequenza di rete (ossia una riduzione di , il sistema FDF 1 risponde in modo stabile erogando potenza attiva (i.e., of the network frequency (i.e. an increase of which indicates the synchronism speed), the FDF 1 system, which is working in the linear section of the mechanical characteristic of Figure 2, responds in a stable way by absorbing active power (i.e., where it indicates scrolling). If, on the other hand, the event causes a reduction in the grid frequency (i.e. a reduction of ), the FDF 1 system responds in a stable way by supplying active power (i.e.,

Il sistema FDF 1 presenta una risposta in potenza dovuta all?inerzia naturale che consente di avere tempi di risposta rapidi alle variazioni della frequenza di rete e un comportamento intrinsecamente stabile. The FDF 1 system has a power response due to natural inertia which allows for rapid response times to mains frequency variations and intrinsically stable behaviour.

La presenza del convertitore statico 13 per l?alimentazione del circuito rotorico consente di variare in modo controllato la velocit? del rotore 111 / lo scorrimento e, quindi, la potenza scambiata con la rete elettrica 2 in funzione dell?errore di frequenza. I mezzi elettronici di controllo 14 possono essere convenientemente configurati per generare una famiglia di caratteristiche statiche come da Figura 3, a ciascuna delle quali ? associata una inerzia sintetica differente. The presence of the static converter 13 for feeding the rotor circuit allows the speed to be varied in a controlled way. of the rotor 111 / the slip and, therefore, the power exchanged with the electrical network 2 as a function of the frequency error. The electronic control means 14 can be conveniently configured to generate a family of static characteristics as in Figure 3, each of which ? associated with a different synthetic inertia.

Nel seguito verr? descritta in dettaglio l?innovativa logica di funzionamento del sistema FDF 1 che consente l?integrazione dei due contributi inerziali (naturale e sintetico) erogabili da detto sistema FDF 1. In the following will come? described in detail the innovative operating logic of the FDF 1 system which allows the integration of the two inertial contributions (natural and synthetic) which can be supplied by said FDF 1 system.

1. Funzionamento della macchina elettrica asincrona 11 1. Operation of the asynchronous electric machine 11

In Figura 2 ? riportata la caratteristica meccanica statica della macchina elettrica asincrona 11 (i.e., coppia elettromagnetica in funzione della velocit? di rotazione In Figure 2 ? reported the static mechanical characteristic of the asynchronous electric machine 11 (i.e., electromagnetic torque as a function of the rotation speed

del rotore 111, per un dato valore della velocit? di sincronismo ricordando che la potenza elettrica assorbita/erogata ? proporzionale alla coppia elettromagnetica e alla velocit? di rotazione del rotore 111. of the rotor 111, for a given value of the speed? of synchronism, remembering that the electric power absorbed/delivered ? proportional to the electromagnetic torque and speed? of rotation of the rotor 111.

L?andamento dello stato di carica (o ?State Of Charge? - SOC) del sistema FDF 1 ? funzione della velocit? di rotazione otore 111. In particolare, passando da The trend of the state of charge (or ?State Of Charge? - SOC) of the FDF 1 system? speed function? of rotation otor 111. In particular, passing from

(SOC 0%) (SOC 100%), il sistema FDF 1 accelera (SOC 0%) (SOC 100%), the FDF 1 system accelerates

caricandosi; viceversa, il sistema FDF 1 decelera scaricando in rete l?energia cinetica accumulata. charging; conversely, the FDF 1 system decelerates by discharging the accumulated kinetic energy into the network.

Convenientemente, il convertitore statico 13 utilizzato per l?alimentazione del circuito rotorico pu? essere di tipo ?Active Front End? (AFE) in modo tale da consentire la regolazione della frequenza e della corrente sul circuito rotorico. Tale regolazione pu? essere convenientemente implementata mediante un controllo vettoriale, che permette di controllare la coppia elettromagnetica agendo sulle componenti di corrente lungo l?asse diretto e in quadratura della corrente. Tale regolazione consente, infatti, una variazione controllata della coppia elettromagnetica al traferro e, quindi, un controllo della potenza assorbita/erogata dal sistema FDF 1. In assenza di variazioni della frequenza di rete (i.e., con frequenza statorica costante), i mezzi elettronici di controllo 14, dedicati ala controllo del convertitore statico 13, possono convenientemente imporre una variazione della coppia elettromagnetica al traferro tramite una corrispondente variazione della frequenza e dell?ampiezza della tensione di alimentazione fornita dal convertitore statico 13 al circuito rotorico. Conveniently, the static converter 13 used to supply the rotor circuit can? be of type ?Active Front End? (AFE) in such a way as to allow the regulation of the frequency and the current on the rotor circuit. This regulation can be conveniently implemented through a vector control, which allows to control the electromagnetic torque by acting on the current components along the direct axis and in quadrature of the current. In fact, this regulation allows a controlled variation of the electromagnetic torque at the air gap and, therefore, a control of the power absorbed/supplied by the FDF 1 system. In the absence of variations in the network frequency (i.e., with constant stator frequency), the electronic means of control 14, dedicated to the control of the static converter 13, can conveniently impose a variation of the electromagnetic torque to the air gap through a corresponding variation of the frequency and of the amplitude of the supply voltage supplied by the static converter 13 to the rotor circuit.

Graficamente tale comportamento pu? essere rappresentato come una traslazione ?controllata? della caratteristica meccanica statica verso destra o verso sinistra, a seconda che si voglia imporre un set point di potenza in carica o scarica. Graphically, this behavior can? be represented as a ?controlled? of the static mechanical characteristic to the right or to the left, depending on whether you want to impose a charging or discharging power set point.

A tal riguardo, in Figura 3 viene mostrato un grafico di esempio che, per semplicit?, riporta i soli tratti stabili delle caratteristiche meccaniche. In this regard, Figure 3 shows an example graph which, for simplicity, shows only the stable sections of the mechanical characteristics.

In particolare, nell?esempio di Figura 3 si suppone che il sistema FDF 1 inizialmente lavori nel punto A (punto di equilibrio tra coppia elettromagnetica e coppia meccanica di attrito e ventilazione). Il volano 12 ruota a velocit? a cui corrisponder? un certo valore di energia cinetica immagazzinata o SOC. In particular, in the example of Figure 3 it is assumed that the FDF 1 system initially works in point A (balance point between the electromagnetic couple and the mechanical couple of friction and ventilation). The flywheel 12 rotates at speed? to which correspond? a certain value of stored kinetic energy or SOC.

Supponendo di voler impostare il set point P*, i mezzi elettronici di controllo 14 possono controllare il convertitore statico 13 in modo tale che quest?ultimo alimenti il circuito rotorico con una terna di correnti/tensioni in ampiezza e frequenza differenti; la caratteristica meccanica statica corrispondente risulta traslata verso sinistra rispetto alla caratteristica meccanica statica iniziale. ;Essendo l?inerzia del sistema FDF 1 elevata, la velocit? del rotore 111 non pu? cambiare istantaneamente (i.e., ; costante); il punto di lavoro passa, quindi, da A ad A?, ;a cui corrisponde l?erogazione di P*. Supposing one wishes to set the set point P*, the electronic control means 14 can control the static converter 13 in such a way that the latter feeds the rotor circuit with a triad of currents/voltages with different amplitudes and frequencies; the corresponding static mechanical characteristic is shifted to the left with respect to the initial static mechanical characteristic. ;Since the inertia of the FDF 1 system is high, the speed? of the rotor 111 can not? change instantly (i.e., ; constant); the work point therefore passes from A to A?, which corresponds to the delivery of P*.

Durante il successivo transitorio, il punto di lavoro tender? a riportarsi all?equilibrio con la coppia di carico, decelerando fino al punto A?? e quindi scaricando in rete l?energia cinetica accumulata. During the subsequent transient, will the work point tender? to return to equilibrium with the load torque, decelerating up to point A?? and then discharging the accumulated kinetic energy into the network.

2. Risposta del sistema FDF 1 a variazioni della frequenza di rete 2. FDF 1 system response to grid frequency variations

La logica di funzionamento del sistema FDF 1 descritta nel seguito permette a detto sistema FDF 1 di supportare la rete elettrica 2 durante eventi di frequenza (ossia in caso di variazioni della frequenza di rete) attraverso l?erogazione di un duplice contributo in potenza, ossia tramite l?erogazione di una risposta inerziale naturale immediata e non controllata e di una risposta inerziale sintetica ritardata e controllata. The operating logic of the FDF 1 system described below allows said FDF 1 system to support the electrical network 2 during frequency events (i.e. in the event of variations in the network frequency) through the delivery of a double contribution in power, i.e. through the delivery of an immediate and uncontrolled natural inertial response and a delayed and controlled synthetic inertial response.

A tal riguardo, si consideri: In this regard, consider:

? l?istante in cui si verifica l?evento in frequenza; e ? the instant in which the frequency event occurs; And

? il tempo richiesto per l?elaborazione della misura della derivata della frequenza di rete (i.e., ?Rate Of Change Of Frequency? ? ROCOF) da parte dei mezzi elettronici di controllo 14. ? the time required for the measurement of the network frequency derivative (i.e., ?Rate Of Change Of Frequency? ? ROCOF?) to be processed by the electronic control means 14.

2.1 Risposta inerziale naturale 2.1 Natural inertial response

Quando si verifica una rapida variazione della frequenza di rete rispetto al valore nominale, ossia una variazione della velocit? di sincronismo si ha automaticamente una variazione dello scorrimento definito come: When there is a rapid variation of the network frequency with respect to the nominal value, i.e. a variation of the speed? of synchronism there is automatically a variation of the slip defined as:

Nei primi istanti, la velocit? del rotore 111 pu? considerarsi costante. In the first moments, the speed? of the rotor 111 can? consider yourself constant.

Se l?evento di rete determina un incremento della frequenza di rete (i.e., il sistema FDF 1 risponde in modo stabile assorbendo potenza attiva (carica, comportamento da motore). If the grid event causes an increase in the grid frequency (i.e., the FDF 1 system responds in a stable way by absorbing active power (load, motor behaviour).

Se, invece, l?evento di rete determina una riduzione della frequenza di rete (i.e., il sistema FDF 1 risponde in modo stabile erogando potenza attiva (scarica, comportamento da generatore). If, on the other hand, the grid event causes a reduction in the grid frequency (i.e., the FDF 1 system responds in a stable way by supplying active power (discharge, generator behaviour).

A livello grafico, questo comportamento pu? essere rappresentato considerando che, in caso di variazione di Graphically, this behavior can? be represented considering that, in case of variation of

la caratteristica della macchina elettrica asincrona 11 trasla orizzontalmente (verso sinistra quando avviene una riduzione di verso destra per un incremento di . Il punto di lavoro si sposta sulla nuova caratteristica verticalmente, ossia a costante. the characteristic of the asynchronous electric machine 11 translates horizontally (to the left) when a reduction of to the right occurs for an increase of . The work point moves to the new characteristic vertically, i.e. constant.

A tal riguardo, in Figura 4 viene mostrato un grafico di esempio relativo al caso in cui, a seguito di un disturbo, la frequenza di rete permanga nel valore In this regard, Figure 4 shows an example graph relating to the case in which, following a disturbance, the network frequency remains in the value

Pi? nello specifico, nell?esempio di Figura 4 si suppone che sia costante e che il sistema FDF 1 lavori in A (linea tratto-punto), per cui ? mantenuto in rotazione a velocit? e a scorrimento costante e positivo Pi? specifically, in the example of Figure 4 it is assumed that it is constant and that the FDF 1 system works in A (dash-dot line), so ? kept in rotation at speed? and with constant and positive flow

Il sistema FDF 1 si comporta, quindi, da motore in quanto assorbe potenza per mantenere la velocit? di rotazione. Nell?istante si verifica una riduzione della frequenza di rete a per cui la caratteristica trasla verso sinistra (linea a tratto continuo). Il punto di lavoro trasla perci? in A?, per cui risulta che e (funzionamento da generatore). Il contributo di potenza erogato ? DP1. The FDF 1 system therefore behaves like an engine as it absorbs power to maintain speed? of rotation. In the instant there is a reduction in the grid frequency a for which the characteristic shifts to the left (continuous dotted line). Does the working point translate therefore? in A?, so that e (functioning as generator). The power contribution delivered? DP1.

Tale variazione della potenza assorbita/erogata ? immediata all?avvenire di un evento di frequenza e non controllata. Questo comportamento si presenta per ogni valore di (ossia di SOC) del sistema FDF 1, sempre nei limiti di massima/minima energia immagazzinata e massima/minima potenza della macchina elettrica asincrona 11. This variation of the absorbed/supplied power? immediate to the occurrence of an event of frequency and not controlled. This behavior occurs for each value of (i.e. SOC) of the FDF system 1, always within the maximum/minimum stored energy and maximum/minimum power limits of the asynchronous electric machine 11.

Si pu? dimostrare che l?andamento nel tempo della risposta sar? inoltre di tipo inerziale, ossia il DP1 fornito sar? proporzionale a: Can you? demonstrate that the trend over time of the response sar? also of the inertial type, i.e. the DP1 supplied sar? proportional to:

dove Where

? indica la pendenza del tratto stabile della caratteristica della macchina elettrica asincrona 11 (i.e., un dato di targa, calcolabile come rapporto tra la potenza nominale della macchina e lo scorrimento nominale), ? indicates the slope of the stable section of the characteristic of the asynchronous electric machine 11 (i.e., a data plate, calculable as the ratio between the rated power of the machine and the rated slip),

? indica la derivata della frequenza di rete all?istante e ? indicates the derivative of the grid frequency at instant e

indica l?intervallo di tempo per il quale tale indicates the? time interval for which such

risposta pu? essere sostenuta, in funzione quindi dell?energia cinetica immagazzinata, ovvero SOC e dello stesso DP1. answer can? be sustained, therefore as a function of the stored kinetic energy, i.e. SOC and of the same DP1.

A tal riguardo, si ritiene utile evidenziare che: In this regard, it is useful to point out that:

? lo stato di carica (o SOC) nell?istante in cui si manifesta l?evento di frequenza (proporzionale al quadrato della velocit? di rotazione in quell?istante e all?inerzia meccanica del sistema FDF 1) rappresenta l?energia cinetica a disposizione per la fornitura della risposta inerziale, ossia la durata per la quale tale risposta pu? essere sostenuta; ? the state of charge (or SOC) at the instant in which the frequency event occurs (proportional to the square of the rotation speed at that instant and to the mechanical inertia of the FDF 1 system) represents the kinetic energy available for the provision of the inertial response, i.e. the duration for which this response can? be supported;

? nel caso di SOC basso, potrebbe verificarsi che la potenza erogata si azzeri (in corrispondenza di prima che sia trascorso il tempo di elaborazione non rendendo quindi possibile l?erogazione dell?ulteriore contributo della risposta inerziale sintetica. ? in the case of a low SOC, it could happen that the supplied power goes to zero (in correspondence with before the processing time has elapsed, thus making it impossible to supply the further contribution of the synthetic inertial response.

2.2 Risposta inerziale sintetica 2.2 Synthetic inertial response

La funzione di erogazione dell?inerzia sintetica pu? essere convenientemente definita attraverso una opportuna legge di controllo che modula la potenza assorbita/erogata dal sistema FDF 1 in funzione del valore misurato della derivata prima della frequenza di rete (ossia del ROCOF). The function of disbursement of? synthetic inertia pu? be conveniently defined through a suitable control law which modulates the power absorbed/supplied by the FDF 1 system as a function of the measured value of the first derivative of the network frequency (ie of the ROCOF).

La legge di controllo pu? essere convenientemente implementata tramite una corrispondente logica di controllo software e/o firmware precaricata sui mezzi elettronici di controllo 14 ed eseguita da questi ultimi quando il sistema FDF 1 ? in funzione. The control law can be conveniently implemented through a corresponding software and/or firmware control logic preloaded on the electronic control means 14 and executed by the latter when the FDF 1 system ? working.

Tuttavia, l?erogazione della risposta inerziale sintetica ? vincolata all?elaborazione della misura di ROCOF (che nel seguito si indicher? come However, the delivery of the synthetic inertial response? bound to the processing of the ROCOF measure (which will be indicated below as

Per calcolare il valore i mezzi elettronici di controllo 14 sono preferibilmente configurati per: To calculate the value, the electronic control means 14 are preferably configured for:

? campionare continuamente la frequenza di rete misurata; ? continuously sample the measured network frequency;

? filtrare la frequenza di rete campionata; e ? filter the sampled network frequency; And

? elaborare i dati cos? ottenuti per calcolare il valore del misurato.? process the data cos? obtained to calculate the measured value.

Si pu? assumere, per semplicit?, che le suddette operazioni di campionamento, filtraggio ed elaborazione richiedano un tempo pari a Can you? assume, for simplicity?, that the aforementioned sampling, filtering and processing operations require a time equal to

Inoltre, a differenza della risposta inerziale naturale, la risposta in potenza di tipo sintetico erogata dal sistema FDF 1 ? controllabile in modulo (sempre nei limiti di potenza ed energia del sistema FDF 1). Furthermore, unlike the natural inertial response, the synthetic type power response provided by the FDF 1 system? controllable in module (always within the power and energy limits of the FDF 1 system).

In particolare, il contributo di risposta inerziale sintetica DP2 pu? essere descritto come: In particular, the contribution of synthetic inertial response DP2 pu? be described as:

? quindi possibile regolare l?ampiezza della risposta inerziale sintetica agendo sul parametro ricordando che, in ogni caso, il valore della risposta inerziale sintetica DP2 ? limitato dalla taglia della macchina elettrica asincrona 11. ? therefore it is possible to regulate the amplitude of the synthetic inertial response by acting on the parameter remembering that, in any case, the value of the synthetic inertial response DP2 ? limited by the size of the asynchronous electric machine 11.

Inoltre, ? importante notare che lo stato di carica nell?istante in cui si avvia la risposta inerziale sintetica DP2 ? i.e., - rappresenta l?energia effettivamente disponibile per l?erogazione di detta risposta inerziale sintetica DP2, per cui il tempo di erogazione di quest?ultima dipende sia da SOC sia dal valore DP2 stabilito. Quindi, regolando opportunamente il parametro si pu? decidere di minimizzare o massimizzare il contributo inerziale sintetico rispetto a quello naturale. Furthermore, ? it is important to note that the state of charge in the instant in which the synthetic inertial response DP2 starts? i.e., - represents the energy effectively available for the delivery of said synthetic inertial response DP2, whereby the delivery time of the latter depends both on the SOC and on the established DP2 value. So, by suitably adjusting the parameter you can? decide to minimize or maximize the synthetic inertial contribution with respect to the natural one.

In Figura 5 viene mostrato un grafico di esempio relativo allo spostamento del punto di lavoro a seguito dell?attivazione della risposta inerziale sintetica (nel I quadrante) e un andamento esemplificativo della risposta in potenza nel tempo (nel II quadrante). Figure 5 shows an example graph relating to the shift of the working point following the activation of the synthetic inertial response (in the first quadrant) and an example trend of the power response over time (in the second quadrant).

In particolare, nell?esempio di Figura 5, a seguito di una riduzione della frequenza di rete da a la risposta inerziale naturale porta il punto di lavoro da A in A?, in cui il sistema FDF 1 eroga la potenza attiva In particular, in the example of Figure 5, following a reduction in the grid frequency from to, the natural inertial response brings the working point from A to A?, in which the FDF 1 system supplies the active power

Tuttavia, il sistema FDF 1 non sta erogando la potenza nominale della macchina elettrica asincrona 11, per cui ? possibile, implementando l?inerzia sintetica, traslare il punto di lavoro in (ossia sulla caratteristica con linea tratteggiata ?fittizia?, poich? non corrispondente ad un?ulteriore riduzione della frequenza di rete), portando in tal modo il sistema FDF 1 ad erogare una potenza attiva However, the FDF system 1 is not delivering the nominal power of the asynchronous electric machine 11, so ? possible, by implementing synthetic inertia, to translate the operating point into (i.e. on the characteristic with the ?fictitious? dashed line, since it does not correspond to a further reduction in the network frequency), thus leading the FDF 1 system to deliver an active power

pari alla potenza nominale equal to the nominal power

Per attivare l?erogazione della risposta inerziale sintetica, possono essere convenientemente definite una o pi? soglie regolabili di ROCOF minimo per cui: To activate the supply of the synthetic inertial response, one or more can be conveniently defined? adjustable minimum ROCOF thresholds for which:

? se non viene attivata l?erogazione della risposta inerziale sintetica ed il sistema FDF 1 continua a erogare il contributo di inerzia naturale DP1 nei limiti di potenza/energia al variare delle condizioni di rete; ? if the supply of the synthetic inertial response is not activated and the FDF 1 system continues to supply the natural inertia contribution DP1 within the power/energy limits as the grid conditions vary;

? se, invece, viene attivata l?erogazione della risposta inerziale sintetica. ? if, on the other hand, the delivery of the synthetic inertial response is activated.

Inoltre, sulla base di Also, based on

? ovvero dello scostamento tra frequenza misurata e valore nominale, ? i.e. the deviation between the measured frequency and the nominal value,

? SOC e ? SOC and

? predefiniti obiettivi della logica di controllo implementata (e.g., massimizzazione o minimizzazione del contributo del sistema FDF 1 a seconda delle condizioni di rete), ? predefined objectives of the implemented control logic (e.g., maximization or minimization of the contribution of the FDF 1 system depending on the network conditions),

il valore del parametro pu? essere convenientemente impostato secondo tre opzioni: the value of the parameter can? be conveniently set according to three options:

a) incremento del contributo inerziale sintetico in potenza DP2 (al massimo fino alla potenza nominale rispetto al contributo inerziale naturale DP1, riducendo al contempo il tempo di erogazione di DP2; a) increase of the synthetic inertial contribution in DP2 power (maximum up to the nominal power with respect to the natural inertial contribution DP1, reducing at the same time the delivery time of DP2;

b) caso limite in cui il sistema FDF 1 eroga un contributo inerziale sintetico DP2 pari alla risposta inerziale naturale DP1; b) extreme case in which the FDF 1 system supplies a synthetic inertial contribution DP2 equal to the natural inertial response DP1;

c) riduzione del contributo inerziale sintetico in potenza DP2 rispetto al contributo inerziale naturale DP1, aumentando al contempo il tempo di erogazione di DP2. c) reduction of the synthetic inertial contribution in power DP2 with respect to the natural inertial contribution DP1, while increasing the delivery time of DP2.

Il valore del parametro pu? essere convenientemente variato (ovvero possono essere convenientemente utilizzati differenti predefiniti valori del parametro a seconda che si verifichi un evento di sovrafrequenza o sottofrequenza The parameter value can? be conveniently varied (i.e. different predefined parameter values can be conveniently used depending on whether an overfrequency or underfrequency event occurs

In particolare, durante un evento di sottofrequenza, al fine di sostenere la rete elettrica 2 e ridurre il rischio di blackout, il contributo inerziale sintetico del sistema FDF 1 pu? essere convenientemente massimizzato selezionando l?opzione a); invece, per eventi di sovrafrequenza, tipicamente meno frequenti, pu? essere convenientemente selezionata l?opzione b) o c). In particular, during an underfrequency event, in order to support the electricity grid 2 and reduce the risk of blackouts, the synthetic inertial contribution of the FDF system 1 can be conveniently maximized by selecting option a); instead, for over-frequency events, typically less frequent, pu? option b) or c) should be conveniently selected.

Inoltre, nel caso in cui SOC sia prossimo ai valori limite di 100 % (in caso di evento di sovrafrequenza) o 0% (in caso di evento di sottofrequenza), ? preferibilmente selezionata l?opzione c) al fine di sfruttare il contributo del sistema FDF 1 per il maggior tempo possibile. Also, in case SOC is close to the limit values of 100% (in case of overfrequency event) or 0% (in case of underfrequency event), ? option c) is preferably selected in order to exploit the contribution of the FDF 1 system for the longest possible time.

Peraltro, disponendo di una misura o una stima in tempo quasi reale dell?inerzia della rete elettrica 2 a cui il sistema FDF 1 ? connesso, pu? essere convenientemente selezionata: Moreover, having a measurement or an estimate in almost real time of the inertia of the electrical network 2 to which the FDF system 1 ? connected, can be conveniently selected:

? l?opzione a) nel caso in cui venga rilevato un basso valore di inerzia di rete (ossia un valore di inerzia di rete uguale/inferiore a una prima predefinita soglia di inerzia di rete), al fine di supportare maggiormente la rete elettrica 2 a bassa inerzia; e ? option a) in the event that a low grid inertia value is detected (i.e. a grid inertia value equal to/lower than a first predefined grid inertia threshold), in order to better support the electricity grid 2 a low inertia; And

? l?opzione b) o c) in caso di valori elevati di inerzia di rete (ossia valori di inerzia di rete uguali/superiori a una seconda predefinita soglia di inerzia di rete). ? option b) or c) in case of high network inertia values (ie network inertia values equal to/exceeding a second predefined network inertia threshold).

In tal modo, il contributo inerziale sintetico del sistema FDF 1 ? funzione della risposta inerziale naturale erogata e del valore del ROCOF misurato. In this way, the synthetic inertial contribution of the FDF 1 system ? function of the natural inertial response provided and the measured ROCOF value.

Dalla precedente descrizione, le molteplici caratteristiche innovative e gli innumerevoli vantaggi tecnici della presente invenzione sono immediatamente evidenti per un tecnico del settore. From the previous description, the multiple innovative features and the innumerable technical advantages of the present invention are immediately evident to a person skilled in the art.

A tal riguardo risulta estremamente importante ricordare che i sistemi di accumulo cinetico attualmente noti (siano essi basati sull?impiego di motori a magneti permanenti, di convertitori di tipo inverter per l?alimentazione del circuito statorico, o di macchine elettriche asincrone a doppia alimentazione come, ad esempio, il sistema descritto in WO 2019/185753 A1) sono in grado di fornire solo ed esclusivamente inerzia sintetica e solamente dopo che ? trascorso il tempo necessario per ottenere una stima attendibile della derivata della frequenza di rete, ovvero del ROCOF. In this regard, it is extremely important to remember that the currently known kinetic storage systems (whether they are based on the use of permanent magnet motors, inverter-type converters for powering the stator circuit, or dual power asynchronous electric machines such as , for example, the system described in WO 2019/185753 A1) are able to supply only and exclusively synthetic inertia and only after that ? after the time necessary to obtain a reliable estimate of the derivative of the grid frequency, i.e. of the ROCOF.

Di contro, come spiegato in precedenza, il sistema FDF secondo la presente invenzione ? in grado di erogare un doppio contributo inerziale, ossia un contributo inerziale naturale immediato e incontrollato e un contributo inerziale sintetico ritardato e controllato, riuscendo in tal modo a supportare la stabilit? di una rete elettrica in maniera estremamente pi? efficace ed efficiente. On the other hand, as previously explained, the FDF system according to the present invention ? able to deliver a double inertial contribution, i.e. an immediate and uncontrolled natural inertial contribution and a delayed and controlled synthetic inertial contribution, thus managing to support stability? of an electrical network in an extremely more? effective and efficient.

Inoltre, anche la stessa specifica logica di controllo/regolazione dell?erogazione della risposta inerziale sintetica implementata dal sistema FDF secondo la presente invenzione e descritta nel precedente paragrafo 2.2 risulta assolutamente innovativa rispetto alle soluzioni di tipo noto. Furthermore, the same specific logic for controlling/regulating the delivery of the synthetic inertial response implemented by the FDF system according to the present invention and described in the previous paragraph 2.2 is absolutely innovative with respect to solutions of the known type.

In conclusione, ? importante notare che, bench? l?invenzione sopra descritta faccia particolare riferimento ad esempi di attuazione ben precisi, essa non ? da ritenersi limitata a tali esempi di attuazione, rientrando nel suo ambito tutte quelle varianti, modifiche, semplificazioni o generalizzazioni coperte dalle rivendicazioni allegate. In conclusion, ? important to note that, although? the invention described above makes particular reference to very specific embodiments, it is not? to be considered limited to such examples of embodiment, all those variants, modifications, simplifications or generalizations covered by the attached claims falling within its scope.

Claims (8)

RIVENDICAZIONI 1. Sistema (1) per supportare la stabilit? di una rete elettrica (2) tramite accumulo/rilascio di energia elettrica da/verso detta rete elettrica (2), comprendente:1. System (1) to support stability? of an electrical network (2) by accumulation/release of electrical energy from/to said electrical network (2), comprising: ? una macchina elettrica asincrona (11) che include un rotore (111) provvisto di un circuito rotorico accessibile e uno statore (112) provvisto di un circuito statorico;? an asynchronous electric machine (11) including a rotor (111) provided with an accessible rotor circuit and a stator (112) provided with a stator circuit; ? un volano (12) accoppiato al rotore (111);? a flywheel (12) coupled to the rotor (111); ? un convertitore statico (13); e? a static converter (13); And ? mezzi elettronici di controllo (14);? electronic control means (14); in cui:in which: ? il circuito statorico ? collegato alla rete elettrica (2) per essere alimentato da quest?ultima;? the stator circuit ? connected to the mains (2) to be powered by the latter; ? il convertitore statico (13) ? collegato tra la rete elettrica (2) e il circuito rotorico ed ? controllabile per fornire a detto circuito rotorico un?alimentazione elettrica con frequenza e tensione regolabili;? the static converter (13) ? connected between the electrical network (2) and the rotor circuit and ? controllable to supply said rotor circuit with an electrical supply having an adjustable frequency and voltage; ? la macchina elettrica asincrona (11) ? configurata per - assorbire energia elettrica dalla rete elettrica (2) convertendo l?energia elettrica assorbita in energia cinetica e accumulando detta energia cinetica per mezzo del volano (12) e? the asynchronous electric machine (11) ? configured to - absorb electrical energy from the electrical grid (2) by converting the absorbed electrical energy into kinetic energy and accumulating said kinetic energy by means of the flywheel (12) and - cedere energia elettrica alla rete elettrica (2) convertendo l?energia cinetica accumulata per mezzo del volano (12) in energia elettrica e fornendo quest?ultima alla rete elettrica (2); e- transferring electrical energy to the electrical network (2) by converting the kinetic energy accumulated by means of the flywheel (12) into electrical energy and supplying the latter to the electrical network (2); And ? i mezzi elettronici di controllo (14) sono configurati per? the electronic control means (14) is configured for - ricevere dati di misura indicativi di una frequenza misurata della rete elettrica (2),- receive measurement data indicative of a measured frequency of the electrical network (2), - determinare, sulla base dei dati di misura ricevuti, valori di ROCOF indicativi di una derivata della frequenza misurata della rete elettrica (2) e- determine, on the basis of the measurement data received, ROCOF values indicative of a derivative of the measured frequency of the electrical network (2) and - controllare il funzionamento del convertitore statico (13) sulla base dei valori di ROCOF determinati;- check the operation of the static converter (13) on the basis of the determined ROCOF values; caratterizzato dal fatto che nel caso in cui si verifichi una variazione della frequenza della rete elettrica (2):characterized by the fact that in the event that there is a variation in the frequency of the electricity network (2): ? la macchina elettrica asincrona (11) ? configurata per fornire immediatamente una risposta inerziale naturale non controllata a detta variazione della frequenza, assorbendo potenza attiva dalla rete elettrica (2) in caso di un incremento della frequenza o erogando potenza attiva alla rete elettrica (2) in caso di una riduzione della frequenza, e? the asynchronous electric machine (11) ? configured to immediately provide an uncontrolled natural inertial response to said frequency variation, by absorbing active power from the electrical network (2) in the event of a frequency increase or by supplying active power to the electrical network (2) in the event of a frequency reduction, And ? i mezzi elettronici di controllo (14) sono configurati per? the electronic control means (14) is configured for - determinare un dato valore di ROCOF relativo a detta variazione della frequenza e,- determine a given ROCOF value related to said frequency variation and, - una volta determinato detto dato valore di ROCOF, iniziare a controllare il funzionamento del convertitore statico (13) in modo tale che la macchina elettrica asincrona (11) inizi a erogare una risposta inerziale sintetica controllata in cui la potenza attiva assorbita/erogata ? modulata in funzione del dato valore di ROCOF determinato e della risposta inerziale naturale non controllata gi? fornita.- once said given ROCOF value has been determined, start checking the operation of the static converter (13) so that the asynchronous electric machine (11) starts to deliver a controlled synthetic inertial response in which the absorbed/delivered active power ? modulated according to the given value of ROCOF determined and the natural inertial response is not controlled already? provided. 2. Il sistema della rivendicazione 1, in cui i mezzi elettronici di controllo (14) sono configurati per attivare l?erogazione della risposta inerziale sintetica controllata solo se il dato valore di ROCOF determinato soddisfa una o pi? predefinite condizioni rispetto ad una o pi? predefinite soglie minime di ROCOF.2. The system of claim 1, wherein the electronic control means (14) is configured to activate the delivery of the controlled synthetic inertial response only if the given ROCOF value determined satisfies one or more? predefined conditions with respect to one or more? predefined minimum ROCOF thresholds. 3. Il sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui i mezzi elettronici di controllo (14) sono configurati per incrementare/ridurre la risposta inerziale sintetica controllata rispetto alla risposta inerziale naturale non controllata riducendo/incrementando il tempo di erogazione di detta risposta inerziale sintetica controllata, oppure far s? che la risposta inerziale sintetica controllata sia uguale alla risposta inerziale naturale non controllata, sulla base di uno/a o pi? dei/delle seguenti parametri/condizioni:3. The system according to claim 1 or 2, wherein the electronic control means (14) are configured to increase/reduce the controlled synthetic inertial response with respect to the uncontrolled natural inertial response by reducing/increasing the delivery time of said inertial response synthetic controlled, or far s? that the controlled synthetic inertial response is equal to the uncontrolled natural inertial response, on the basis of one or more? of the following parameters/conditions: ? uno scostamento tra la frequenza misurata della rete elettrica (2) e un predefinito valore nominale di frequenza di rete, ovvero il verificarsi nella rete elettrica (2) di un evento di sovrafrequenza o di sottofrequenza;? a deviation between the measured frequency of the electrical network (2) and a predefined nominal value of the network frequency, or the occurrence in the electrical network (2) of an over-frequency or under-frequency event; ? un valore attuale di energia accumulata nel sistema (1) nel momento in cui inizia l?erogazione della risposta inerziale sintetica controllata;? a current value of energy accumulated in the system (1) at the moment in which the delivery of the controlled synthetic inertial response begins; ? uno o pi? predefiniti obiettivi operativi del sistema (1);? one or more predefined operational objectives of the system (1); ? uno o pi? valori misurati/stimati di inerzia della rete elettrica (2).? one or more measured/estimated values of inertia of the electric network (2). 4. Il sistema della rivendicazione 3, in cui, se nella rete elettrica (2) si verifica un evento di sottofrequenza, i mezzi elettronici di controllo (14) sono configurati per incrementare la risposta inerziale sintetica controllata rispetto alla risposta inerziale naturale non controllata riducendo il tempo di erogazione di detta risposta inerziale sintetica controllata.The system of claim 3, wherein, if an underfrequency event occurs in the electrical network (2), the electronic control means (14) is configured to increase the controlled synthetic inertial response with respect to the uncontrolled natural inertial response by reducing the delivery time of said controlled synthetic inertial response. 5. Il sistema secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui, se nella rete elettrica (2) si verifica un evento di sovrafrequenza, i mezzi elettronici di controllo (14) sono configurati per ridurre la risposta inerziale sintetica controllata rispetto alla risposta inerziale naturale non controllata incrementando il tempo di erogazione di detta risposta inerziale sintetica controllata, oppure far s? che la risposta inerziale sintetica controllata sia uguale alla risposta inerziale naturale non controllata.The system according to claim 3 or 4, wherein, if an overfrequency event occurs in the electrical network (2), the electronic control means (14) is configured to reduce the controlled synthetic inertial response with respect to the natural inertial response not controlled by increasing the delivery time of said synthetic inertial response controlled, or make s? that the controlled synthetic inertial response is equal to the uncontrolled natural inertial response. 6. Il sistema secondo una qualsiasi rivendicazione 3-5, in cui, se il valore attuale di energia accumulata nel sistema (1) nel momento in cui inizia l?erogazione della risposta inerziale sintetica controllata ? uguale o prossimo a predefiniti valori limite, i mezzi elettronici di controllo (14) sono configurati per ridurre la risposta inerziale sintetica controllata rispetto alla risposta inerziale naturale non controllata incrementando il tempo di erogazione di detta risposta inerziale sintetica controllata.6. The system according to any one of claims 3-5, wherein, if the current value of energy accumulated in the system (1) at the moment in which the delivery of the controlled synthetic inertial response begins? equal to or close to predefined limit values, the electronic control means (14) are configured to reduce the controlled synthetic inertial response with respect to the uncontrolled natural inertial response by increasing the delivery time of said controlled synthetic inertial response. 7. Il sistema secondo una qualsiasi rivendicazione 3-6, in cui, se uno o pi? valori misurati/stimati di inerzia della rete elettrica (2) sono uguali/inferiori a una prima predefinita soglia di inerzia di rete, i mezzi elettronici di controllo (14) sono configurati per incrementare la risposta inerziale sintetica controllata rispetto alla risposta inerziale naturale non controllata riducendo il tempo di erogazione di detta risposta inerziale sintetica controllata.7. The system according to any claim 3-6, wherein, if one or more? measured/estimated values of inertia of the electrical network (2) are equal to/less than a first predefined threshold of network inertia, the electronic control means (14) are configured to increase the controlled synthetic inertial response with respect to the uncontrolled natural inertial response reducing the delivery time of said controlled synthetic inertial response. 8. Il sistema secondo una qualsiasi rivendicazione 3-7, in cui, se uno o pi? valori misurati/stimati di inerzia della rete elettrica (2) sono uguali/superiori a una seconda predefinita soglia di inerzia di rete, i mezzi elettronici di controllo (14) sono configurati per ridurre la risposta inerziale sintetica controllata rispetto alla risposta inerziale naturale non controllata incrementando il tempo di erogazione di detta risposta inerziale sintetica controllata, oppure far s? che la risposta inerziale sintetica controllata sia uguale alla risposta inerziale naturale non controllata. 8. The system according to any claim 3-7, wherein, if one or more? measured/estimated values of inertia of the electrical grid (2) are equal to/exceeding a second predefined grid inertia threshold, the electronic control means (14) are configured to reduce the controlled synthetic inertial response with respect to the uncontrolled natural inertial response increasing the delivery time of said synthetic inertial response controlled, or make s? that the controlled synthetic inertial response is equal to the uncontrolled natural inertial response.
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