Integrazione degli impianti fotovoltaici nella rete elettrica

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1 Integrazione degli impianti fotovoltaici nella rete elettrica G. Simioli Torna al programma

2 Indice degli argomenti Considerazioni introduttive Quadro normativo - Norma CEI Isola indesiderata - Prove in impianto

3 RETE ELETTRICA MT/BT progettata e gestita: per un ESERCIZIO RADIALE (senza magliature in MT e BT) con carichi presenti sostanzialmente PASSIVI, ovvero flusso di potenza UNIDIREZIONALE (dalla rete al livello di tensione superiore a quello inferiore) con livello delle correnti di corto circuito sostanzialmente determinato dalla rete al livello di tensione superiore PROTEZIONI, AUTOMATISMI e SISTEMI di CONTROLLO/REGOLAZIONE progettati per un sistema rete con le caratteristiche sopraddette

4 Quadro normativo e criteri di connessione Norma CEI Impianti di produzione di energia elettrica e gruppi di continuità collegati a reti di I e II categoria. IV Edizione Aspetti principali Criteri di collegamento alla rete Criteri di protezione Criteri di sicurezza (contatti indiretti e stato del neutro) Criteri di installazione Prescrizioni circa l avviamento degli impianti di produzione

5 Campo di applicazione della Norma CEI /1 Il campo di applicazione della Norma CEI riguarda: impianti in installazione fissa, mobile o trasportabile di potenza superiore a 1 kw, che convertono ogni forma di energia utile in energia elettrica, collegati in parallelo alle reti pubbliche di I e II categoria in modo normale, di breve durata, oppure funzionanti in isola su rete del produttore.

6 Campo di applicazione della Norma CEI /2 Gli impianti considerati sono i seguenti: 1) con riferimento alla fonte di energia motore a combustione interna o esterna, motore a espansione, motore eolico, motore idraulico, motore elettrico; celle a combustibile, accumulatore elettrochimico, celle fotovoltaiche. 2) con riferimento alla macchina elettrica generatori sincroni, generatori asincroni, convertitori c.c./c.a., convertitori c.a./c.c., convertitori c.a./c.a.

7 Criteri di collegamento alla rete - Generalità Il funzionamento di impianti di produzione in isola su carichi privilegiati è consentito qualunque sia il sistema. Il funzionamento di impianti di produzione in parallelo alla rete pubblica di I categoria è consentito ad impianti di produzione con macchine rotanti di tipo asincrono non autoeccitate e ad impianti di produzione con macchine statiche (convertitori elettronici a semiconduttori) che funzionino con fattore di potenza unitario. Sono ammessi impianti statici monofase solo di potenza inferiore a 5 kva. Il funzionamento di impianti di produzione in parallelo ad una rete pubblica di II categoria è consentito per qualsiasi impianto di produzione trifase.

8 Criteri di collegamento alla rete - Verifiche /1 La potenza complessiva della GD deve essere compatibile con i criteri di esercizio della rete. La corrente di corto circuito non deve superare il potere di apertura e chiusura degli interruttori presenti rete. Tipicamente gli impianti PV forniscono un apporto limitato alle correnti di cto cto (max 2 In). Deve essere garantita la selettività del sistema di protezione esistente anche dopo l inserimento del/i nuovo/i generatore/i. Rispetto altre tipologie di GD, impianti PV hanno meno impatto sul sistema di protezione.

9 Criteri di collegamento alla rete - Verifiche /2 Devono essere verificati i profili di tensione e le correnti circolanti nelle linee. Possibili criticità per allacciamenti nelle parti terminali (con impedenza più elevata) di linee lunghe. La qualità della tensione deve rimanere inalterata (in termini di variazioni di tensione, armoniche e flicker). L introduzione di PV non deve comportare, in termini di contenuto armonico e di fluttuazioni di tensione, il superamento del livello di compatibilità delle reti.

10 Criteri di collegamento alla rete - Verifiche /3 Il fattore di potenza di funzionamento della GD al punto di consegna deve essere tale da consentire un normale esercizio della rete. CEI attuale prevede il funzionamento a cosϕ=1 Il distributore può concordare un piano di scambio di potenza reattiva tra GD e rete in relazione alle caratteristiche degli impianti di generazione e della rete stessa. Attualmente non possibile per gli impianti PV.

11 Criteri di collegamento alla rete - Schemi di collegamento /1 Lo schema di collegamento assolve alle funzioni: a) Avviamento, esercizio, arresto dell impianto in condizioni normali. b) Arresto del generatore in presenza di guasti o funzionamenti anomali nell impianto di produzione. c) Intervento coordinato dei dispositivi del generatore e della rete del produttore per guasti durante funzionamento in isola.

12 Criteri di collegamento alla rete - Schemi di collegamento /2 d) Intervento coordinato dei vari dispositivi di collegamento per guasti o funzionamenti anomali interni alla rete del produttore durante il funzionamento in parallelo. e) Distacco dell impianto di produzione nel caso di guasti o funzionamenti anomali della rete o per aperture intenzionali dell interruttore della rete pubblica.

13 Criteri di collegamento alla rete - Schemi di collegamento /3 Dispositivo generale Dispositivo di interfaccia Dispositivo del generatore

14 Criteri di collegamento alla rete - Schemi di collegamento /4 Ogni dispositivo dello schema di connessione, ovvero il dispositivo generale, quello di interfaccia e quello del generatore, sarà composto da uno o più organi elettromeccanici e/o da specifici componenti elettrici. Ognuno di questi dispositivi sarà azionato da specifiche protezioni, in relazione alla tipologia dell impianto di produzione dell energia, ovvero se lo stesso è destinato al funzionamento in parallelo con la rete pubblica, al funzionamento in isola su rete del produttore o al funzionamento breve di parallelo. I diversi dispositivi e le protezioni su essi agenti, devono essere coordinati.

15 Criteri di collegamento alla rete - Schemi di collegamento /5 Gli impianti di produzione destinati al funzionamento in parallelo alla rete pubblica di I categoria e che prevedono l impiego di un convertitore elettronico c.c./c.a. trifase per la connessione alla rete, devono avere la separazione galvanica tra la parte c.c. dell impianto di generazione e la rete c.a.. La prescrizione comporta l adozione di un trasformatore posto tra il convertitore statico e la rete c.a.. L obiettivo di tale soluzione circuitale è evitare che possibili componenti in c.c. presenti nella tensione o nella corrente generate dal convertitore diano luogo a fenomeni di saturazione nei trasformatori della rete pubblica.

16 Criteri di collegamento alla rete - Coordinamento dei dispositivi di protezione

17 Criteri di collegamento alla rete - Protezioni e dispositivo di interfaccia /1 Particolare importanza, in materia di sicurezza, riveste il dispositivo di interfaccia,, ovvero l organo elettromeccanico che, se comandato all apertura dalle relative protezioni di interfaccia,, esegue la funzione e), Distacco dell impianto di produzione nel caso di guasti o funzionamenti anomali della rete o per aperture intenzionali dell interruttore della rete pubblica. Il dispositivo di interfaccia impedisce il possibile instaurarsi di fenomeni di isola indesiderata.

18 Criteri di collegamento alla rete - Protezioni e dispositivo di interfaccia /2 Allo stesso tempo le protezioni che agiscono sul dispositivo di interfaccia non essere soggette a scatti intempestivi a fronte di eventi di rete che non comportano la perdita perdita della rete stessa (buchi di tensione).

19 Criteri di collegamento alla rete - Protezioni che agiscono sul disp. interfaccia - Rete II categoria

20 Criteri di collegamento alla rete - Protezioni che agiscono sul disp. interfaccia - Rete I categoria

21 Possibili future variazioni della norma CEI Possibilità di funzionamento a cosϕ diverso da 1. 1 Possibilità di concordare un piano di scambio di potenza reattiva tra distributore e produttore. Possibilità di collegare un impianto PV senza trasformatore di connessione ma con limitazioni sulla max Icc erogabile.

22 Isola indesiderata - Prove in campo Obiettivi Analisi del comportamento di un impianto di produzione (Adrano - Catania) composto da più convertitori statici autocommutati,, monofase e trifase, con fonte primaria di tipo fotovoltaico,, taglia di potenza da qualche kw sino 20 kw circa, connessi in parallelo alla rete elettrica di distribuzione in presenza di funzionamenti anomali o guasti della stessa. Valutazione dell efficacia delle cosiddette protezioni di interfaccia interne implementate nei convertitori statici c.c./c.a., che non sono le protezioni unificate dalla società di distribuzione per l allacciamento di autoproduttori alla rete stessa di distribuzione

23 Isola indesiderata - Prove in campo Prove I convertitori, funzionanti in parallelo tra loro ed in presenza di diverse tipologie di carichi (sia passivi che attivi), sono stati sottoposti a tipici eventi di rete quali: interruzioni dell alimentazione di rete,, allo scopo di verificare la possibilità di funzionamenti anomali di isola indesiderata durante le quali il sistema di generazione potrebbe rimanere in esercizio qualora vi sia un equilibrio tra la potenza generata e potenza richiesta dal carico; buchi di tensione,, di differenti durate e profondità, allo scopo di verificare il comportamento dei generatori in corrispondenza di funzionamenti anomali della rete che non comportano la perdita della rete stessa.

24 Configurazione per le interruzioni Configurazione per buchi di tensione

25 Isola indesiderata - Prove in campo Protezioni interne di interfaccia dei convertitori - Campi di taratura Tutti i convertitori in prova sono dotati di protezioni di interfaccia del tipo minima-massima tensione e minima-massima frequenza con tarature diverse tra loro. I campi di taratura implementati nelle protezioni dei convertitori presenti durante le prove sono i seguenti: Minima tensione -15 % -10 % rispetto alla nominale Massima tensione +6 % +10 % rispetto alla nominale Minima frequenza Massima frequenza -0.2 Hz o 2 Hz rispetto alla nominale +0.2 Hz o +2 Hz rispetto alla nominale

26 Interruzione di rete

27 Buchi di tensione

28 Isola indesiderata - Prove in campo Prove di interruzione della rete principale Non si sono ottenuti fenomeni di isola indesiderata,, sia per le configurazioni di prova di tipo monofase che trifase. Lo spegnimento dei convertitori c.c./c.a. dei campi fotovoltaici a fronte dell evento di rete avviene in tempi variabili (entro 200 ms). Il comportamento durante il transitorio di rete di ogni singolo convertitore è legato sia alle modalità di controllo/protezione dello stesso. Durante i transitori conseguenti alla perdita della rete non si sono riscontrate sovratensioni eccessive.

29 Isola indesiderata - Prove in campo Prove di buchi di tensione nella rete principale Il comportamento dei diversi convertitori a fronte dei buchi di tensione non è uniforme, ma fortemente dipendente dalle metodologie di controllo e protezione. Quasi tutti i convertitori monofase hanno presentato tempi di spegnimento massimi di poco superiori al centinaio di millisecondi a fronte dell evento di rete. Con buchi di tensione di profondità elevata, i tempi di spegnimenti sono risultati essere anche dell ordine dei millisecondi. Torna al programma

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