Seconda Università degli Studi di Napoli

Seconda Università degli Studi di Napoli
Giornate Scientifiche di Ateneo 2010
COMPENSAZIONE DELLA POTENZA REATTIVA IN SOTTOSTAZIONI FERROVIARIE
25kV/50Hz MEDIANTE L'IMPIEGO DI IMPEDENZE ATTIVE
Raimondo G. (1), Luc Lowinsky A. (2), Ladoux P. (3), Marino P. (1)
(1) Seconda Università di Napoli, Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione, Via Roma 29, 81031, Aversa - CE
(2) SNCF - Société Nationale des Chemins de fer Français , Direction de l'Ingénierie - 6, avenue François Mitterrand 93574 La Plaine Saint-Denis France
(3) Université de Toulouse - INPT, UPS, CNRS LAPLACE (Laboratoire Plasma et Conversion d'Energie), ENSEEIHT, 2, rue Charles Camichel - BP 7122 F31071 Toulouse Cedex 7 - France
Parole chiave: Potenza Reattiva, Impedenza attiva, AC-Choppers
La tematica di ricerca affrontata è rivolta ai metodi di compensazione della potenza reattiva in ambito ferroviario. In sistemi di
trazione con catenaria a 25kV/50Hz di vecchia generazione, come in Francia, quando il servizio trasporto è attuato per la
maggior parte da locomotive dotate di convertitori a tiristori, a causa del basso fattore di potenza di questi ultimi, è inevitabile la
compensazione della potenza reattive nelle sottostazioni di alimentazione al fine di non essere soggetti a penali da parte del
fornitore dell'energia elettrica.
In molti casi, la compensazione è svolta mediante l'impiego di sistemi fissi realizzati con filtri LC, dimensionati in modo da
avere un comportamento capacitivo alla frequenza fondamentale e caratterizzati da una frequenza di risonanza situata in una
banda in cui lo spettro della corrente di catenaria è privo di armoniche. In tal caso, risulta impossibile variare la potenza reattiva
fornita e quando l'intensità del traffico si riduce, vi è la possibilità di avere una sovra-compensazione con il pericolo di avere
sovratensioni di catenaria che possono superare i 29kV, limite massimo ammissibile.
In letteratura sono presenti varie topologie di convertitori per la realizzazione di sistemi di compensazione variabile della potenza
reattiva. In sistemi elettrici come quelli ferroviari, in cui le potenze in gioco sono elevate, e quindi dove le perdite nei convertitori
rappresentano costi ingenti per il gestore della rete ferroviaria, risulta interessante la ricerca di soluzioni a basse perdite. Alcuni
lavori[1][2], hanno dimostrato che i convertitori AC/AC di tipo PWM AC-Chopper sono caratterizzati da un buon
comportamento in termini di power losses nei semiconduttori rispetto ad altre soluzioni come ad esempio gli STATCOM basati
su Voltage Source Inverter.
Nel presente lavoro di ricerca, svolto tra una collaborazione tra la Seconda Università degli Studi di Napoli e l'Institut National
Polytechnique de Toulouse, si propone una tecnica innovativa di compensazione della potenza reattiva basata su convertitori di
tipo AC-Chopper e in particolare sulla realizzazione di impedenze attive, ovvero strutture circuitali che si comportino alla
frequenza di rete come impedenze il cui modulo è controllabile. La soluzione si presenta altamente conveniente per la Società
Nazionale delle Ferrovie Francesi (SNCF) sia in termini di costi di realizzazione, in quanto consente la riutilizzazione dei filtri
LC già esistenti, sia in termini di costi di funzionamento legati alle perdite nei semiconduttori.
La topologia proposta viene applicata ad un caso reale di una sottostazione da 60MVA situata a Revest (Francia). Per la SNCF
questa sottostazione necessita di un incremento della potenza del sistema di compensazione passivo già installato, a seguito del
forte aumento del traffico registrato negli ultimi tempi. La ricerca si pone l'obiettivo di installare un sistema di compensazione
controllato della potenza reattiva, basato AC-Choppers funzionanti in modalità PWM, che garantisca oltre alla compensazione
della potenza reattiva, anche la parziale stabilizzazione della tensione di catenaria al variare del carico.
Nel lavoro viene definita una metodologia per il dimensionamento e viene riportata una analisi basata sullo studio analitico e con
simulazioni che validano il principio di funzionamento e il buon comportamento in frequenza del sistema, dovendo esso lavorare
in una rete altamente distorta.
Infine, vengono riportati i risultati sperimentali ottenuti su un prototipo da 1.2MVAR nel centro prove della SNCF a Vitry
(Parigi). Tali risultati validano il principio di funzionamento del sistema proposto.
[1] L. Lowinsky, P. Ladoux, Y. Chéron, S. Alvarez, "3 MVAR Single Phase STATCOM based on AC Chopper Topologyµ. PCIM
2008 - Nurnberg (Germany), May 2008.
[2] C. Haederli, P. Ladoux, T. Meynard "Variable DC-Link Voltage Source Inverter for Reactive Power Compensation in Single Phase
25kV AC Railway Systemsµ, PCIM'07 -Nuremberg (Germany), May 2007
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