Calcolo dei flussi di potenza nei sistemi trifase squilibrati per l'implementazione di regolatori di tensione di linea nei sistemi di distribuzione: un caso reale a Milano, Italia.

In the era of energy transition, low-voltage distribution networks are becoming more and more pivotal. However, technical issues related to cables' thermal limit and voltage can arise due to the increasing electrification of end-uses and the spread of distributed generators. On the one hand, voltage stability is a prerequisite for a stable, effective, and efficient power system operation; on the other hand, low-voltage distribution networks are influenced by various types of either single-phase or three-phase customers (industrial, commercial, and residential), resulting in unbalanced power flows, which cannot be overlooked, to have accurate knowledge on the network operation. In this thesis, a real case study is carried out to address the unbalanced issues of a low-voltage feeder in Milano by applying three-phase power flow algorithms to deploy a line voltage regulator to control the feeder voltage profile properly. A three-phase power flow algorithm is being developed using Python to address unbalanced voltage issues and explore possible solutions. Additionally, the thesis examines the compatibility of various algorithms in low-voltage systems to demonstrate their accuracy and stability assessment. The selected algorithm was then used to design the line voltage regulator, and the simulation results were compared with real field data to demonstrate the effects of the proposed network analysis approach. The outcomes of the thesis help improve the accuracy of three-phase unbalanced power flow and lay a foundation for future computations in low-voltage networks.

Nell'era della transizione energetica, le reti di distribuzione a bassa tensione stanno assumendo un ruolo sempre più centrale. Tuttavia, problemi tecnici legati al limite termico dei cavi e alla tensione possono emergere a causa dell'elettrificazione crescente degli usi finali e della diffusione dei generatori distribuiti. Da un lato, la stabilità della tensione è un prerequisito per il funzionamento stabile, efficace ed efficiente del sistema elettrico; dall'altro lato, le reti di distribuzione a bassa tensione sono influenzate da diversi tipi di clienti, sia monofase che trifase (industriali, commerciali e residenziali), risultando in flussi di potenza squilibrati che non possono essere trascurati per ottenere una conoscenza accurata del funzionamento della rete. In questa tesi, viene condotto uno studio di un caso reale per affrontare i problemi di squilibrio di una linea trifase di bassa tensione a Milano, applicando algoritmi per il calcolo dei flussi di potenza trifase al fine di implementare un regolatore di tensione di linea per controllare correttamente il profilo di tensione dell'alimentatore. Viene sviluppato un algoritmo per il calcolo dei flussi di potenza trifase utilizzando Python per affrontare i problemi di squilibrio delle correnti tra le fasi ed esplorare possibili soluzioni. Inoltre, la tesi esamina l’efficacia di alcuni algoritmi nei sistemi a bassa tensione per dimostrarne l'accuratezza e la valutazione della stabilità. L'algoritmo risultato migliore tra quelli esplorati è stato poi utilizzato per dimensionare il regolatore di tensione di linea, e i risultati delle simulazioni sono stati confrontati con dati reali sul campo per dimostrare gli effetti dell'approccio proposto per l'analisi della rete. I risultati della tesi aiutano a migliorare l'accuratezza del calcolo dei flussi di potenza di sistemi trifase squilibrati e pongono le basi per future computazioni nelle reti a bassa tensione.