Obiettivi Formativi

Il corso si pone in primo luogo l'obiettivo di fornire conoscenze e competenze relative ai sistemi di generazione da fonte eolica e fotovoltaica e sulle molteplici interazioni esistenti tra fonti energetiche rinnovabili ed il sistema elettrico. Gli studenti svilupperanno inoltre durante il corso la capacità di applicare tali conoscenze alla progettazione ed alla simulazione di convertitori per sistemi di generazione da fonte rinnovabile, nonché quella di valutare autonomamente le caratteristiche e le prestazioni dei convertitori e dei relativi sistemi di controllo. Ulteriori obiettivi del corso sono quello di affinare le capacità comunicative degli studenti, per metterli in grado di intendere ed utilizzare compiutamente il linguaggio tecnico di un settore multidisciplinare come quello delle energie rinnovabili, e quello di sviluppare in essi un’autonoma capacità di aggiornamento in un campo caratterizzato da rapida e costante evoluzione tecnologica.

Learning Goals

The course primarily aims to provide knowledge and skills relating to wind and photovoltaic generators and the multiple interactions between renewable energy sources and the electrical system. During the course, students will develop the ability to apply this knowledge to the design and simulation of converters for wind and photovoltaic generation systems, as well as to independently assess the characteristics and performance of power converters and their control systems. Further objectives of the course are those to enable the students to understand and fully use the technical language of a multidisciplinary sector such as that of renewable energies, and to develop in them an autonomous self-learning ability in a field characterized by rapid and constant technological evolution.

Metodi didattici

Il corso, al fine di raggiungere gli obiettivi formativi previsti, si svolge prevalentemente attraverso lezioni frontali, esercitazioni numeriche e simulazioni svolte in aula. Tutte le attività sono svolte con supporto di slide delle lezioni. Sono inoltre previste esercitazioni sperimentali in laboratorio, seminari e visite guidate.

Teaching Methods

In order to achieve the expected learning objectives, the course mainly takes place through lectures, guided exercises and simulations accomplished in the classroom. All activities are carried out with the support of lecture slides. Practical based lessons in laboratory, workshops and offsite educational visits are also scheduled.

Prerequisiti

Basi teoriche di elettronica, elettronica di potenza e controlli automatici.

Prerequisites

Theoretical bases of electronics, power electronics and control systems.

Verifiche dell'apprendimento

L’esame è di tipo orale. Durante l’esame gli studenti sono preliminarmente tenuti a presentare una relazione su un progetto assegnato dal docente. Se la valutazione sul progetto è positiva, si procede al colloquio nel quale gli studenti devono rispondere a quesiti su argomenti trattati durante corso. Parametri di valutazione dell’esame sono il livello di conoscenza degli argomenti, la capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza, la capacità di ragionamento critico, la qualità ed efficacia dell’esposizione e la padronanza del linguaggio tecnico. La valutazione dell’esame è in trentesimi.

Assessment

The final exam consists in an oral test. In the exam, students are required to present a report on a project assigned by the teacher. If the evaluation of the project is positive, the exams can proceed with questions about the topics covered during the course. Evaluation parameters of the exam are the level of knowledge of the topics, ability to discursively organize knowledge, critical reasoning skills, quality and effectiveness of the presentation and expertise in using the technical language. The exam is graded out of thirty.

Programma del Corso

Reti di trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica. Generazione distribuita. Stabilità e regolazione delle reti elettriche. Mercato elettrico. Smart-grid, micro-grid, virtual power plant. CONVERTITORI E DISPOSITIVI ELETTRONICI DI POTENZA AVANZATI – Convertitori a due livelli e multilivello. Convertitori soft switching. Convertitori a matrice. Tecniche di modulazione PWM digitali. Dispositivi di potenza al Silicio, Carburo di Silicio e Nitruro di Gallio. IMPIANTI EOLICI – Tipi di aerogeneratori. Alternatori. Regolazione della potenza e della velocità. Iniezione in rete di potenza reattiva. Convertitori statici di potenza fullscale e partial-scale. Controllo lato generatore, controllo lato rete. Anti-islanding. MPPT. IMPIANTI FOTOVOLTAICI: Celle fotovoltaiche. Moduli, stringhe e campi fotovoltaici. Impianti grid-connected e ad isola. Strutture ad inverter centralizzato, convertitore di stringa, moduli AC e moduli DC. Sistemi con accumulo integrato. Convertitori di potenza a singolo e doppio stadio, con o senza trasformatore di isolamento, per connessione a rete monofase ed a rete trifase. Il problema delle correnti di terra. Filtri. Anti-islanding. MPPT. SISTEMI DI ACCUMULO DELL’ENERGIA: Accumulo centralizzato e diffuso. Tipi di batterie. Convertitori per pacchi di batterie. Battery Management System. Second life. V2G. Fuel cells funzionamento e tipologie. Convertitori per stack di fuel cells. Sistemi ibridi con accumulo. SISTEMI ELETTRONICI DI POTENZA PER LA TRASMISSIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA: FACTS, HVDC. SIMULAZIONE DI CONVERTITORI DI POTENZA.

Course Syllabus

RENEWABLE ENERGY SOURCES – Generation of electricity from RES. Electricity transmission and distribution grids. Distributed generation. Grid stability and control. Electricity market. Smart-grids, micro-grids, virtual power plants. ADVANCED POWER CONVERTERS AND DEVICES - Two-level and multi-level converters. Soft-switching converters. Matrix converters. Digital PWM modulation techniques. Silicon, Silicon Carbide and Gallium Nitride power devices. WIND POWER PLANTS - Types of wind turbines. AC generators. Power and speed regulation. Reactive power injection into the grid. Full-scale and partial-scale static power converters. Generator side control, grid side control. Anti-islanding. MPPT. PHOTOVOLTAIC SYSTEMS: PV cells. Modules, strings and photovoltaic arrays. Grid-connected and stand-alone systems. Centralized inverter structures, string converters, AC modules and DC modules. PV systems with storage. Single and two stage power converters, with or without isolation transformer, for connection to singlephase and three-phase mains. Earth currents issue. Filters. Anti-islanding. MPPT. ENERGY STORAGE SYSTEMS: Centralized and distributed storage. Batteries. Power converters for battery packs. Battery Management System. Second life. V2G. Fuel cells. Fuel cell stack power converters. Hybrid systems with storage. POWER ELECTRONIC SYSTEMS FOR THE TRANSMISSION OF ELECTRICITY: FACTS, HVDC. SIMULATION OF POWER CONVERTERS.