ICT e SmartGrid. Massimiliano Chiandone

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1 ICT e SmartGrid Massimiliano Chiandone

2 Sommario Introduzione Nuove Architetture dei Sistemi Elettrici Motivazioni, requisiti, caratteristiche Comunicazioni Dispositivi Un esempio Applicazioni Conclusioni

3 Sistema Elettrico Tradizionale

4 Modello Concettuale Smart Grid NIST Conceptual Model: IEEE Smart Grid, [online] framework.

5 Crescita generazione distribuita Direttive anti effetto serra Efficienza energetica : RI 2 Aumenta la Generazione Distribuita Nuove tecnologie Mercati aperti Crescita domanda, intensità energetica, penetrazione elettrica Affrancarsi dalle sorgenti fossili Modulare il carico Infrastrutture Power quality Affidabilità: 99.97% reliable

6 Problemi imposti dalla generazione distribuita system faults levels stability reverse power flow steady state voltage rise power quality protection systems thermal rating of equipment

7 Vantaggi della nuova architettura Tempi di installazione Affidabilità Minori infrastrutture richieste Minori perdite Minori costi Nuove funzionalità GUNGOR et al.: SURVEY ON SMART GRID POTENTIAL APPLICATIONS AND COMMUNICATION REQUIREMENTS (2013)

8 Comunicazione bidirezionale Guizani et alt. Cognitive radio based hierarchical communications infrastructure for smart grid

9 La nuova rete elettrica

10 Quale rete

11 La nuova rete Evoluzione più che rivoluzione Struttura a livelli (trasmissione, distribuzione, utilizzatori) rimane ma è affiancata da una struttura logica differente Struttura della comunicazione affiancata alla struttura di potenza Vari mezzi fisici di trasmissione delle informazioni Coesistenza di protocolli

12 Caratteristiche e requisiti della Smart Grid

13 La nuova rete

14 Applicazioni e Requisiti Y. Yan, Y. Qian, H. Sharif, and D. Tipper, A survey on smart grid communication infrastructures: Motivations, requirements and challenges, Q.Yang, J.A. Barria, and T. C. Green, Communication infrastructures for distributed control of power distribution networks, -2011

15 IP

16 Comunicazione si basa su IP I protocolli TCP/IP non sono nati per l automazione (del sistema elettrico) Affidabilità Ridondanza Controllo del traffico Separazione delle reti Sicurezza Real-time

17 Modello di riferimento per le comunicazioni Reference Model for Communication between Open Systems (ISO 7948), 1978

18 Ethernet e IP IEEE 802 Fino a 100 Gbps Molti supporti fisici IP Da v4 a v6 Molti SO TCP (o UDP) su IP che a sua volta va su Ethernet

19 Alcuni motivi del successo (Pacchetti invece di circuiti) Comunicazioni fra reti differenti Pacchetti di lunghezza variabile Gestire il fallimento Sequenze Controllo del flusso Gestione degli errori Gestione delle connessioni Vinton G. Cerf, Robert E. Kahn A Protocol for Packet Network Intercommunication, 1974

20 Citazione In a few years, men will be able to communicate more effectively through a machine than face to face. J. C. R. Licklider, Robert W. Taylor The Computer as a Communication Device, 1968

21 TCP/IP Reti distinte che vivono in autonomia Comunicazione basata sul al meglio possibile QoS Black-box: Gateway e router Nessun controllo centralizzato Controllo del flusso si adatta ai mezzi fisici Indirizzamento globale

22 Caratteristiche Latenza + Jitter Data rate Sicurezza Throughput Range (distanza) Disponibilità

23 Tecnologie di trasmissione Wired Power Line Communications fiber optic, DSL, coaxial cable copper Wireless ZigBee, WLAN, WiMAX, Cellular Ponti radio satellite

24 Kuzlu et alt.:assessment of Communication Technologies and Network Requirements for Different Smart Grid Applications

25 IEC Modello concettuale Comunicazione fra IED Real-time e non real-time Ethernet TCP/IP La normativa italiana 0-16 e Non ancora definito ma molto probabile l utilizzo di IEC-61850: GOOSE arriva all inverter?

26 Sempre nel modello generale

27 Quali dispositivi Processore Memoria Sensori Sistema di comunicazione GPP - microcontrollori - DSP

28 Funzionalità richieste Algoritmo controllo I/O Digitale ed analogico Filtraggio Logica di controllo HMI Comunicazione (Simulazione) Ridondanza

29 Schema funzionale

30 Piattaforma hardware Protocolli di comunicazione GPP: IA-32 (x86, x ) RTOS: Linux + RTAI + RTAI-Lab I/O: schede PCI Esempio: 156 doubles alla 156 doubles alla frequenza di 100 Hz.

31 Test comunicazione

32 Vantaggi di queste piattaforme Hardware Economicità Reperibilità Scalabilità Software Amministrazione standard Tool di sviluppo software di alto livello Sicurezza Architettura Open

33 Regolazione secondaria della tensione

34 SART: Sistema Automatico per la Regolazione della Tensione

35 Test sperimentali

36 Sistema di controllo eccitazione generatori sincroni

37 Conclusioni I sistemi elettrici stanno cambiando Forte introduzione di ICT: implementazione, test e simulazione. Convergenza fra sistemi di calcolo e sistemi di comunicazione. Ethernet sembra aver prevalso su molti altri protocolli IP è diventato un protocollo fondamentale Introduzione di nuovi Point of Failure Le tecnologie cambiano le metodologie di progettazione Le discipline scientifiche ed ingegneristiche si intersecano: più la formazione di base è vasta e solida e più facile è interfacciarsi con altri studiosi Nuovi ruoli per le ICT

38 Grazie per l attenzione! Massimiliano Chiandone

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