Seminario AEIT «I piani di emergenza e la resilienza del sistema elettrico»

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1 Seminario AEIT «I piani di emergenza e la resilienza del sistema elettrico» Generazione Distribuita e resilienza della rete elettrica Alessandro Pasino Selta SpA Università di Trento Venerdì 24 marzo 2017

2 Generazione Distribuita AEEGSI «monitoraggio degli impianti di generazione distribuita per l anno 2014» 2

3 Generazione Distribuita AEEGSI «monitoraggio degli impianti di generazione distribuita per l anno 2014» 3

4 Generazione Distribuita come «problema» Dimensionamento della rete (hosting capacity). Controllo dei profili di tensione lungo i feeder MT. Modalità di funzionamento delle protezioni, su reti diventate attive. Potenziale alimentazione dei guasti da parte della DG. Potenziale funzionamento in isola. Stabilità della rete in presenza di generazione non programmabile. 4

5 e come risorsa per la stabilità del sistema elettrico Microgrid Generazione Distribuita è prossima all utenza, cioè alla richiesta di energia. Questo consente di organizzare la rete come un insieme di microgrid. Bilanciamento "locale" fra generazione/accumulo e carico. Virtual Power Plant Raggruppare un insieme di risorse distribuite in un VPP consente di avvicinarsi alla flessibilità oggi riscontrabile sulla generazione tradizionale, concentrata in grandi impianti (facilmente misurabili e controllabili). L insieme delle risorse distribuite può essere così coinvolto nella fornitura di servizi di rete finalizzati ad assicurare una maggior qualità della fornitura ed una maggiore stabilità del sistema. 5

6 Coinvolgimento della GD nella gestione del sistema elettrico L'operatività sulla rete sarà condivisa fra le grandi centrali ed i generatori distribuiti, aggregati a formare VPP per facilitarne l'integrazione nel sistema fisico (e nel mercato). Impegno di AEEGSI, DSO e di tutti gli attori coinvolti, per individuare le soluzioni tecniche. Nascita di nuovi attori (come l'aggregatore). Aumento dell intelligenza distribuita. Aumento della capacità di comunicazione e scambi informativi fra gli attori coinvolti (TSO, DSO, DER, ) 6

7 Coinvolgimento della GD nella gestione del sistema elettrico Aumento dell intelligenza distribuita Dispositivo che, posto fisicamente presso il produttore/prosumer, ha la possibilità di agire in real-time, con funzioni di controllo e monitoraggio. Funzioni rivolte alla gestione di tutte le risorse energetiche distribuite (DER), che comprendono generatori, accumulo e carichi. Aumento della capacità di comunicazione La disponibilità di sistemi di comunicazione, con tempi di latenza e throughput adeguati, può consentire di ripartire gli obiettivi, indicati dal centro per il VPP, sull insieme delle risorse distribuite. Ma può assicurare anche una migliore conoscenza del punto di lavoro dell intera rete di distribuzione, condizione indispensabile per attuare le scelte corrette sugli algoritmi di regolazione. 7

8 Intelligenza distribuita sulla rete Attività sperimentali e nascita del «gestore delle risorse distribuite». Fra le altre cose, assolve ai compiti oggi in fase di definizione nella CEI-016. Svolge funzioni di monitoraggio e di regolazione. Regolazioni autonome, secondo curve. Regolazioni asservito, su comando dal centro. STCE-R «gestore DER» IEC61850 per interfacciamento verso il centro Modbus-RTU / Modbus-TCP per interfacciamento ai PLC di impianto Disponibilità di I/O per interfacciamenti non protocollari agli impianti 8

9 Intelligenza distribuita sulla rete Funzioni di monitoraggio misure di produzione, accumulo e carico, stato dei gruppi di generazione Modulazione della potenza reattiva regolazione di tensione Modulazione della potenza attiva regolazione secondaria potenza/frequenza Limitazione della potenza immessa dai singoli generatori Teledistacco della generazione telescatto antiisola partecipazione ai Piani di Difesa Distacco e/o alleggerimento dei carichi STCE-R «gestore DER» 9

10 Capacità di comunicazione Attività sperimentali e test sulla rete 4G (LTE) e su terminali DLC. La connettività diventa elemento fondamentale per la gestione della GD. Questo suggerisce l adozione di un certo grado di «diversity». Soluzione «Distribution Line Carrier», che utilizza come vettore le linee elettriche MT. Garantisce la raggiungibilità di tutti i punti di interesse dell impianto ed il completo controllo di questa comunicazione vitale da parte del DSO. SDLC terminale onda convogliata su rete MT Elevato grado di «diversity» rispetto alla rete dell operatore: Percorsi indipendenti Gestione indipendente 10

11 Capacità di comunicazione Il dispositivo SDLC opera, secondo lo standard G3-PLC, alle frequenze delle soluzioni NarrowBand-PLC High Data Rate, e può impiegare le bande CENELEC (fino 150 Khz) o una estensione della banda (fino a 490 Khz). Elevata portata, con la possibilità di scavalco di diverse Cabine Secondarie. Throughput adeguato alle necessità delle Smart-Grid Cenelec-A FCC Sottoportanti Spazio fra sottoportanti 1562 Hz 4686 Hz Simbolo OFDM 695 us 231 us Intervallo di guardia Bit-rate lorda 55 us 18.3 us 44 Kb/s (8PSK) 4.5 Kb/s (ROBO) 187 Kb/s (8PSK) 21 Kb/s (ROBO) SDLC terminale onda convogliata su rete MT 11

12 Pilot Italiano in val Aurina Cabina Primaria Molini di Tures Rete MT: KW su 22 impianti Rete BT: 846 KW su 75 impianti 12

13 Pilot Italiano in val Aurina Cabina Primaria Molini di Tures 13

14 Pilot Italiano in val Aurina Aggregazione per equivalentazione Non solo il nominale installato, ma anche il punto di lavoro, lo stato dei gruppi di generazione e la capability dinamica. Misure, stime e dati metereologici. Regolazione di tensione Il TSO dispaccia dei setpoint verso la rete di distribuzione, vista come un VPP. Regolazione secondaria potenza/frequenza Anche sulla regolazione della potenza attiva, si coinvolge un sottoinsieme di generatori, allocati sulla rete del DSO, per ottenere un contributo al bilanciamento della rete. 14

15 Aggregazione per equivalentazione 15

16 Regolazione di tensione 16

17 Regolazione secondaria potenza/frequenza 17

18 Requisiti sul canale di comunicazione Dimensionamento del canale fra Centro di controllo e generazione Distribuita Servizi, sul «gestore DER», che producono traffico. Impianti coinvolti Modalità Protocollo Da GD a Centro Stati (*) GD misurabile/controllabile Unicast Report IEC61850 Potenza attiva al PdC GD misurabile/controllabile Unicast Report IEC61850 Potenza reattiva al PdC GD misurabile/controllabile Unicast Report IEC61850 Tensione al PdC GD misurabile/controllabile Unicast Report IEC61850 Potenza attiva della generazione GD misurabile/controllabile Unicast Report IEC61850 Potenza reattiva della generazione GD misurabile/controllabile Unicast Report IEC61850 Da Centro a GD Stati / configurazioni (**) GD misurabile/controllabile Unicast Comandi IEC61850 Modulazione potenza reattiva GD misurabile/controllabile Unicast Setpoint IEC61850 Modulazione potenza attiva GD coinvolta nella FRR Unicast Setpoint IEC61850 Teledistacco GD misurabile/controllabile Unicast / Multicast GOOSE IEC61850 (*) anomalie, stati gruppi di generazione, stato protezioni, stato delle regolazioni (**) anomalie, abilitazioni 18

19 Requisiti sul canale di comunicazione Dimensionamento del canale fra Centro di controllo e generazione Distribuita Servizi, sul «gestore DER», che producono traffico. Periodicità Latenza sub-second Da GD a Centro Stati (*) Su evento + ciclico (GI) a 10 minuti // Potenza attiva al PdC 20 secondi per osservabilità // Potenza reattiva al PdC 20 secondi per osservabilità // Tensione al PdC 20 secondi per osservabilità // Potenza attiva della generazione 20 secondi per osservabilità / 3 secondi per FRR // Potenza reattiva della generazione 20 secondi per osservabilità // Da Centro a GD Stati / configurazioni (**) Su evento + ciclico (GI) a 10 minuti // Modulazione potenza reattiva 1m (corretto profilo e imposizione dal TSO) // Modulazione potenza attiva 8 secondi // Teledistacco Su evento con Keep alive a 200 ms Tac = 100ms (*) anomalie, stati gruppi di generazione, stato protezioni, stato delle regolazioni (**) anomalie, abilitazioni 19

20 Requisiti sul canale di comunicazione Dimensionamento del canale fra Centro di controllo e generazione Distribuita Servizi, sul «gestore DER», che producono traffico. Da GD a Centro Valutazione throughput Potenza attiva al PdC Potenza reattiva al PdC Tensione al PdC Potenza attiva della generazione Potenza reattiva della generazione 5 misure ogni 20 secondi / 3 secondi (200 Byte per MMS su G3-PLC) Da Centro a GD Modulazione potenza reattiva Modulazione potenza attiva 1 setpoint ogni 60 secondi / 1 setpoint ogni 8 secondi (160 Byte per MMS su G3-PLC) Si considera un sito con carico e generazione, ma con una sola tipologia di fonte primaria 20

21 Requisiti sul canale di comunicazione Ipotesi di impiego G3-PLC Frame G3-PLC con MMS IEC61850 PHY Frame MAC Frame 6LowPAN Payload G3 MAC frame PHY / MAC G3-PLC frame header IP Payload IP Network IP header TCP Payload TCP Transport TCP header MMS Payload MMS Application IEC

22 Requisiti sul canale di comunicazione Ipotesi di impiego G3-PLC Use Cases Numero di DER Periodicità (secondi) MMS su G3-PLC (Byte) Frame G3-PLC, con ACK, PRE e TG (Byte) Bit rate richiesta (bps) DER misurato 10 5 misure DER misurato e regolato in tensione 10 5 misure setpoint misure DER misurato e regolato in tensione ed in potenza 10 1 setpoint setpoint

23 Risultati sperimentali - LTE UMTS / LTE CP DER DER Latenza 30 ms, comprensivi router (RTT 10ms) Throughput di decine di Mbps (upload 80Mbps) Aadvanced LTE 5G? DER 23

24 Risultati sperimentali - DLC CP DER DER Tratta in cavo di 2.3 Km, con 5 Cabine. Verificato il superamento delle Cabine intermedie, con la bit-rate lorda massima di circa 200 Kbps. Latenza e bit-rate netta sono sensibilmente influenzate dalla frammentazione e dalla concorrenza sul mezzo condiviso. DER Con 5 pckt/s (misure/setpoint) la latenza media è dell ordine dei 30 ms. 24

25 Conclusioni Contributo della Generazione Distribuita alla resilienza della rete Può contribuire, in quanto vicina alla richiesta di energia, grazie all organizzazione della rete in un insieme di microgrid. Bilanciamento "locale" fra generazione/accumulo e carico. Può contribuire se opportunamente coinvolta nella fornitura di servizi di rete (qualità della fornitura e stabilità del sistema). Gestione della GD come un VPP. In entrambi i casi un aspetto fondamentale è il controllo. Nel caso del VPP occorrono nuove funzionalità nei dispositivi periferici ed un adeguato canale di comunicazione. Assicurare una adeguata consapevolezza del punto di lavoro della rete. Attuare le regolazioni dal centro verso la periferia Esistono già più soluzioni che consentono di garantire la connettività richiesta. 25

26 Generazione Distribuita e resilienza della rete elettrica Grazie per l attenzione Alessandro Pasino a.pasino@selta.it 26