Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto

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1 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto Smart grids: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione Bolzano, 9 novembre 2012

2 Sommario Presentazione di Selta SpA Obiettivi progetto Smart Grid Funzioni rete Smart Il progetto A.S.SE.M. Cabina primaria Logica cabina primaria WAN di impianto Utenti attivi Cabine secondarie Time schedule Evoluzione Conclusioni 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 2

3 SELTA in Italia Headquarters Cadeo (PC) Reti per Utility Automazione Ferroviaria Sede di Tortoreto (TE) Enterprise Communications Reti per l Accesso Stabilimento produttivo - Colonnella (TE) 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto

4 Le aree di business RETI PER UTILITY: sistemi per l automazione ed il telecontrollo delle reti e telecomunicazioni per reti di servizio. AUTOMAZIONE FERROVIARIA: sistemi di segnalamento e sicurezza del traffico ferroviario. COMUNICAZIONI PER LE IMPRESE: piattaforme full- IP e IP-PBX, orientate alla Unified Communications ; applicazioni integrate multimediali. RETI DI ACCESSO: soluzioni per reti di accesso NGAN in tecnologia FTTx e soluzioni broadband in tecnologia xdsl 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto

5 Il know-how SELTA a vantaggio delle Smart Grid automazione delle stazioni AT (Terna ed estero) con apparati di controllo, monitoraggio e protezione conformi agli standard IEC ed IEC telecontrollo, protezione e regolazione per cabine di distribuzione primaria e secondaria; partecipazione ai progetti sperimentali per le future soluzioni ENEL (POI-P3 e pannelli serie A3) sistemi SCADA telecomunicazione su fibra ottica, rame o elettrodotto. 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto

6 Evoluzione dell architettura RETI TRADIZIONALI Dal controllo centralizzato Da flussi di energia tendenzialmente monodirezionali (dal centro alla periferia) Dalla limitata capacità di interazione dei centri di controllo con i carichi e con la micro-generazione Dall attuale rigidità della domanda SMART GRID al controllo distribuito degli apparati di rete. a flussi di energia bidirezionali. alla possibilità di interagire con i carichi ed i produttori alla contrattazione real-time dell energia. 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto

7 Obiettivi progetto Smart Grid Evitare la possibilità di funzionamento in isola, sia in caso di apertura degli interruttori di linea MT posti nelle CP sia in caso di disconnessione della rete nazionale Miglioramento degli indicatori di qualità del servizio (continuità, affidabilità ed efficienza) Costante monitoraggio della rete, che da passiva si è trasformata in attiva, per regolare la fluttuazione dei parametri caratteristici 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 7

8 Generalità A.S.SE.M. SpA, interamente controllata dal comune, gestisce la rete di servizi gas, energia elettrica e ciclo idrico integrato Progetto pilota a San Severino Marche per controllo e gestione impianti di generazione diffusa (GD) Utenti Attivi coinvolti nel progetto: tre impianti idroelettrici (480, 330 e 270 kw) e tre impianti fotovoltaici (100, 1700 e 9 kw) 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 8

9 Cuore del progetto Cabina Primaria Colotto sovrintende la totalità della rete MT dell azienda Due semisbarre di e 41 km 8500 utenti BT per 35.5 MW 40 utenti MT per 8.5 MW Cabina MT opera a 20 kv, connessa alla rete AT Terna a 132 kv nominali 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 9

10 Cuore del sistema Sistema di Logica della Cabina Primaria (LCP) Basato su pc industriale dotato di HMI che interagisce con il sistema SCADA e con i sistemi di regolazione e controllo di Terna (AT) Monitoraggio e regolazione verso il campo, costituito da protezioni di linea e altri apparati di controllo degli impianti di generazione diffusa 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 10

11 Rete di comunicazione WAN con funzionalità VPN, consente lo scambio dati tra gli apparati di impianto (cabine secondarie, utenti attivi e cabine lungo linea) e la logica di cabina primaria Realizzata tramite tre diverse infrastrutture dedicate al progetto Smart Grid: Fibra ottica Ponte radio WiFi Rete mista DSL e3g/gprs 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 11

12 Funzioni rete Smart 1. Telescatto per incrementare l affidabilità del Sistema di Protezione di Interfaccia (SPI) 2. Selettività logica tra Cabina Primaria e Cabina di Smistamento per una nuova gestione dei guasti 3. Regolazione della tensione mediante modulazione della potenza reattiva di GD 4. Limitazione/modulazione della potenza attiva immessa da parte di ciascuna unità di generazione diffusa 5. Monitoraggio/controllo della rete MT e delle iniezioni da GD per ricavare dati differenziati e potenziare le possibilità di regolazione di Terna (migliore controllo della RTN) 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 12

13 Telescatto In caso di intervento di SPL, esso invia un segnale di telescatto alle SPI della GD sottesa, scongiurando il rischio che i generatori possano continuare ad alimentare la porzione di rete rimasta in isola. La funzione di Keep-Alive configura le soglie di intervento di SPI. 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 13

14 Telescatto In caso di avvenuta separazione dalla RTN, il Dispositivo di Segnalamento Perdita Rete invia apposito messaggio alla LCP che a sua volta ordina, tramite tutti i SPL sottesi, il telescatto della GD connessa alla rete 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 14

15 Selettività logica Obiettivo è l isolamento della parte di rete affetta da guasto, evitando lo scatto dell interruttore MT in CP Il SPL (di CSM) in corrispondenza del guasto ne rileva la presenza e invia un messaggio di inibizione al SPL in CP; inoltre distacca solo la GD a valle. Se una protezione risulta isolata, essa torna ad operare con la selettività cronometrica 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 15

16 Regolazione innovativa della tensione La Hosting Capacity è limitata dalla sopraelevazione di tensione che la GD determina nel punto di connessione alla rete => si implementa una regolazione della tensione tramite la GD La regolazione della tensione deve inoltre permettere di mantenere sulla rete MT valori di tensione tollerabili (media dei valori efficaci non superiore al 110%) => si può operare (in modo globale) sulla sbarra MT tramite le posizioni del Variatore Sotto Carico oppure puntualmente sulla GD tramite set-point di cosφ. Ulteriore beneficio deriva dalla possibilità di controllare la produzione di potenza reattiva su rete MT 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 16

17 Limitazione/modulazione della potenza attiva In condizioni di temporanee limitazioni al transito sulla rete/linea di distribuzione cui la GD è sottesa, è possibile modulare/limitare la potenza attiva iniettata da ciascuna GD e comandarne il distacco forzato Il controllo delle iniezioni attive delle GD può essere asservito a un comando in emergenza erogato da Terna per particolari emergenze della RTN 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 17

18 Monitoraggio/controllo della rete MT e delle iniezioni da GD Monitoraggio in tempo reale di alcuni parametri caratteristici della GD connessa alla rete A.S.SE.M., con l impiego di contatori di produzione, di contatori generali utente o di analizzatori di rete Gestione efficace di reti con elevata presenza di GD, nella prospettiva di un dispacciamento locale a cura del distributore Efficace strumento di interfaccia con Terna Registrazione dei parametri di qualità del servizio di distribuzione offerto da A.S.SE.M 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 18

19 Architettura di sistema ASSEM BCU I/O I/O I/O Stato protezioni Linee AT Stato protezioni TR AT Stato altri pannelli Postazione HMI Sala controllo Scada DMS LAN IEC RAT V S C SNTP Pannelli DV 9xx Morsettiere BCU SPL 1 Linea Cannuciaro SPL 2 Linea S.Paolo SPL n Feeder Cab. Contro DV 910 DV 920 DV 917 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 19

20 Architettura di supervisione SrvOracle SrvScada A SrvScada B Workstation 1 Workstation 2 WAN LAN DEL TELECONTROLLO IEC IEC HMI SISTEMA DI COMUNICAZIONE NPORT REPERIBILE (DSL/WIFI) MODEM GSM GSM Prot. IEC C.P. STCE-BCU C.S.M. STCE-BCU C.S. 1 5 U.A. 1 6 UTENTI COINVOLTI NEL PROGETTO SMART GRID UP 1 UP n UTENTI NON COINVOLTI NEL PROGETTO SMART GRID 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 20

21 Cabina Primaria Scada DMS BCU RAT SPL n LAN IEC SNTP BCU LAN IEC Cabina Smistamento SPL1 L. Scuole SPL2 L. PortaR. SPL3 L. Corsciano SPL4 L. Osped. SPL5 L. Quadro SPL6 L. Feeder 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 21

22 Apparati di telecontrollo BCUSelta in cabina Colotto e in cabina Contro per monitoraggio e controllo tramite acquisizioni cablate e per realizzazione di logiche Protocollo IEC /11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 22

23 Apparati di telecontrollo PC Panel 17 per garantire la manovra sulla cabina al personale in intervento locale Protezioni di linea e di sbarra MT e protezioni di interfaccia utente attivo sostituite con protezioni innovative (protocollo IEC 61850) Pannello per regolazione VSC sostituito con regolatore innovativo (protocollo IEC 61850) 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 23

24 Apparati di telecontrollo B A Tensione di Sbarra 4/20mA IMS 1 IMS 2 IMS 3 IMS 4 Morsettiera CPU 3000 PLC Open PCS Per le funzioni di regolazione è previsto l apparato SeltaSTCE-KD IEC AC DC Servizi C Interfaccia Seriale / Eth Protocollo ModBus D GD PLC CGU CGD 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 24

25 STCE-KD IEC A. Controllo e monitoraggio degli IMS e RG-DAT, tramite morsettiera dedicata. Utilizzo tipico nelle cabine secondarie o lungo linea, da vedersi come nuova realizzazione di UP ENEL 2000 B. Acquisizione misura tensione di sbarra tramite convertitore connesso a TV di sbarra con ingresso a corrente impressa. Utilizzo in CS, lungo linea e presso UA C. Regolazione generatore tramite connessione ModBus. L apparato STCE-KD invia un set point di controllo al cos φ del generatore D. Acquisizione dati contatori tramite protocollo ModBus 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 25

26 WAN di impianto Switch Sbarra Rossa Patch Panel Patch Panel Switch BCU Colotto Switch SCADA DMS Multimodale Monomodale Switch Sbarra Verde Fibra ottica: collega CP Colotto, CSM Contro e linea MT Cannucciaro Switch BCU Contro Switch Sbarra Contro Ponte radio WiFi: connette tra loro 4 siti Rete mista DSL e 3G/GPRS: raggiunge tutti i siti coinvolti n Nome impianto Tipo F.O. WiFi 3G/GPRS - DSL 1 COLOTTO E CONTRO CP SI SI SI 2 ASSEM PATRIMONIO UA / MT SI SI 3 SICIT UA / MT SI SI 4 AGROSERVICE UA / MT SI SI 5 ENEL GreenPower UA / MT SI 6 SIS UA / MT SI 7 CAMBERTONI ENRICO UA / BT SI 8 CANNUCCIARO CS SI SI 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 26

27 Logica di Cabina Primaria Realizzata da: Connessione real-time frale protezioni poste in CP, che consente di selezionare i guasti della sbarra satellite Connessione real-time tra LCP e UA, che permette teledistacco generatore, raccolta misure elettriche e regolazione cos φ generatore DigSilentPowerFactory, che integra le funzionalità di Scada/DMS ed include sviluppo di algoritmi e logiche complessi 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 27

28 Logica di Cabina Primaria Valori di misura e Stati IMS rete MT Set-Point Regolazione rete MT Config GIPE Fe IEC Dati di Configurazione Rete MT Dati Real-Time Rete MT Scada DMS expert DB Real-Time Gateway Isa DB Oracle DigSilent Power Factory 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 28

29 Teledistacco Caratteristiche della funzione: Keep-Alive: con perturbazioni transitorie di frequenza sulla rete e keep-alive presente la SPI si trova in soglie permissive ed evita distacco generatore dalla rete MT, per fenomeni di breve durata. Altrimenti soglie strette a tutela della GD. Guasto: la SPL invia un goose di teledistacco alla SPI. Disconnessione generatore in t < 400 ms Test: messaggio di test da SCADA che simula l intervento di SPL, il conseguente invio del goose di teledistacco e l intervento di test in SPI. In questo modo si possono determinare le prestazioni delle WAN. 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 29

30 Logica di selettività del guasto Due modalità di funzionamento: Logica selettiva: basata su messaggi GOOSE, limita la zona affetta da guasto e riduce i tempi di intervento sulla linea SPL 4 Rossa Scada DMS BCU LAN IEC LCP SNTP Cronometrica: riproduce l attuale configurazione delle protezioni, attivata automaticamente in caso di problemi di comunicazione. Selettività Guasto LAN IEC Cabina Contro SPL1 L. Scuole SPL2 L. PortaR. SPL3 L. Corsc. SPL4 L. Osped. SPL5 L. Quadro SPL6 L. Feeder 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 30

31 Regolazione di tensione Azioni del sistema di controllo: Regolazione locale dell utente attivo, modificando il valore di cos φ del generatore. Il set di regolazione del cos φ è dinamico se in modalità remota oppure fisso se in modalità di regolazione locale Regolazione VSC, nel caso la regolazione sui singoli utenti attivi non sia sufficiente interviene la regolazione sul trasformatore AT/MT, che diminuisce la tensione sulla rete sottesa 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 31

32 Contatori Da Contatore Generale di Utente e Contatore Generale di Produzione: È possibile calcolare il valore del carico e il valore del generatore sotteso alla linea MT Elaborando dati dettagliati sul singolo utente di produzione si può ottimizzare la presenza di GD nella rete MT e si dispone di un efficace strumento di interfaccia con Terna per migliorare le funzioni di dispacciamento (remoto o locale) 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 32

33 Utenti Attivi 20 kv CDP S N N CS UP STCE-KD CGU SPI NV10 P Rcosφ / RPA I/O GD Cabina Secondaria Locale Contatori Cabina Utente Attivo Architettura gestione innovativa per gli utenti attivi 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 33

34 Cabine Secondarie Selta STCE-KD IEC è l apparato preposto per il controllo e il monitoraggio delle cabine secondarie 20 kv CS 20 kv CS S N N UP STCE-KD S N N UP STCE-KD Cabina Secondaria Cabina Secondaria 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 34

35 Attività presso gli impianti Cabina Primaria: Posa nuovi armadi di fornitura Connessione fibra ottica per LAN Cablaggio morsettiere apparati BCU, RAT, protezioni di linea e di sbarra MT Test funzionale (SAT) Utenti Attivi, prescrizioni generali: Modifiche all impianto di UA per soddisfare le funzioni richieste dal progetto Smart Grid. La funzione di teledistacco è da considerarsi come indispensabile per l adeguamento alle Norme CEI Presenza del sistema di comunicazione per l accesso alla WAN di impianto Adeguamento alla fornitura base per altre funzioni (es. Regolazione) 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 35

36 Time schedule Kick-off meeting 8 mesi Realizzazione 12 mesi Valutazione Il progetto A.S.SE.M si sviluppa su un arco temporale di 20 mesi: Fase di ingegneria, configurazione, collaudo ed installazione (parte standard del progetto): i primi 8 mesi Fase di valutazione (obbligatoria per il trattamento incentivante): i successivi 12 mesi 9/11/2012 Intelligenza della rete al servizio delle fonti rinnovabili un caso concreto 36

37 Evoluzione 1. Ricerca tronco guasto 2. Gestione automatica da DMS della riconfigurazione di rete 3. Gestione della selettività logica radiale 4. Gestione della selettività logica magliata 5. Gestione della selettività logica con SPG 9/11/2012 Intelligenza della rete e capacità di controllo al servizio delle fonti rinnovabili 37

38 Conclusioni 1. E necessario innovare la rete MT per poterla controllare 2. E possibile realizzare le logiche Smart con gli apparati commerciali esistenti 3. Gli interventi dei progetto Smart Grid portano ad un incremento dell affidabilità (meno scatti intempestivi) e della continuità (selettività logica), quindi migliorano la qualità del servizio 4. Le configurazioni degli apparati innovativi, basate su 61850, sono standard e consentono una rapida e sicura estensione del DMS con meccanismi automatizzati da SCADA 5. Le immediate evoluzioni porteranno a gestire la riconfigurazione intelligente della rete MT (IMS, RG-DAT e VLAN) dopo un guasto

39 Grazie per l attenzione