Relazione scientifica Info. Università Università degli Studi di Napoli "Parthenope" Dipartimento Indirizzo

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1 Unità di NAPOLI PARTHENOPE Info Università Università degli Studi di Napoli "Parthenope" Dipartimento Indirizzo Dipartimento di Ingegneria Centro Direzionale Is. C4, Napoli Sito Responsabile di Unità Pierluigi Caramia Responsabile web Antonio Bracale Composizione Nome Cognome Ruolo Bracale Antonio Ricercatore Caramia Pierluigi Professore Associato Mottola Fabio Assegnista/contrattista

2 Temi di ricerca Produzione e Fonti Rinnovabili Metodi probabilistici per la previsione sul breve periodo della potenza attiva producibile da impianti eolici e fotovoltaici La crescente penetrazione nei sistemi elettrici di impianti Generazione Distribuita caratterizzati da fonti primarie incerte, l evoluzione delle reti di distribuzione verso le cosiddette reti intelligenti e la liberalizzazione dei mercati dell energia elettrica determinano un crescente interesse verso le metodologie che consentono di effettuare previsioni della potenza producibile da tali impianti di produzione. L attività di ricerca dell unità nel biennio ha riguardato, il problema della previsione della potenza attiva producibile, sul breve periodo, da impianti fotovoltaici ed eolici e la valutazione dell errore di previsione mediante l uso di indici capaci di portare in conto anche il valore economico dell energia. I risultati dell attività di ricerca sono riportati nelle pubblicazioni di seguito elencate. - A. Bracale, P. Caramia, G. Carpinelli, AR. Di Fazio, G. Ferruzzi (2013). A Bayesian Method for Short-Term Probabilistic Forecasting of Photovoltaic Generation in Smart Grid Operation and Control. ENERGIES, vol. 6, p A. Bracale, G. Carpinelli, AR. Di Fazio, S. Khormali (2014). Advanced, Cost-Based Indices for Forecasting the Generation of Photovoltaic Power. Int. J. of Emerging Electric Power Systems. doi /ijeeps A. Bracale, G. Carpinelli, R. Rizzo, A. Russo(2014): Advanced Method and Cost-based Indices for Probabilistic Forecasting the Generation of Renewable Power. IET 3rd Renewable Power Generation Conference, Naples Trasmissione e Super Grid Metodi per la determinazione della portata limite delle linee aeree di trasmissione basato su indici probabilistici Normalmente la portata delle linee aeree con conduttori nudi è determinata mediante metodi deterministici che assicurano un ampio margine di sicurezza in quanto prendono a riferimento le condizioni ambientali più gravose; tuttavia, ciò può comportare, nel caso di condizioni ambientali favorevoli, un utilizzo delle linee di trasmissione molto al di sotto della potenziale portata limite oppure, nel caso di condizioni ambientali particolarmente sfavorevoli, un rischio elevato di superare il limite termico. Il monitoraggio in tempo reale delle condizioni ambientali e l introduzione di metodi probabilistici per la valutazione delle principali variabili del problema sono, pertanto, alla base di molti lavori scientifici della recente letteratura. In questo ambito è stato messo a punto un nuovo metodo per la determinazione della portata limite delle linee aeree di trasmissione basato su un indice probabilistico (su base oraria): l Hourly Expected Per unit Rating (HEPR). Tale metodo richiede il monitoraggio, su base oraria, delle principali variabili che influenzano il limite termico del conduttore (temperatura ambiente, velocità e direzione del vento); tali variabili sono modellate mediante modelli Bayesiani.

3 Nuovi metodi ed indici per la valutazione dei livelli di inquinamento armonico nelle reti in presenza di forme d onda non stazionarie Nei sistemi di potenza la presenza di carichi sorgenti di disturbi può causare distorsioni delle forme d onda di corrente e tensione ed, in alcuni casi, la non stazionarietà di tali forme d onda si traduce in variazioni nel tempo delle componenti spettrali, sia in termini di ampiezza che di frequenza. L attività di ricerca ha riguardato la messa a punto di: a) metodi ibridi che permettono una valutazione accurata di forme d onda non stazionarie con ridotto onere computazionale; b) un metodo probabilistico per l'analisi armonica di un sistema elettrico multi-convertitore caratterizzato da ridotti sforzi computazionali. Elenco pub: - L. Alfieri, G. Carpinelli, A. Bracale, P. Caramia (2013). Advanced Methods for the Assessment of Time Varying Waveform Distortions Caused by Wind Turbine Systems. EEEIC L. Alfieri, G. Carpinelli, A. Bracale, P. Caramia (2013). Waveform distortion assessment in power systems with a new threestep sliding-window method, EEEIC L. Alfieri, A. Bracale, G. Carpinelli (2015). New ESPRIT-based Method for an Efficient Assessment of Waveform Distortions in Power Systems. Electric Power Sys. Research - L. Alfieri, A. Bracale, G. Carpinelli (2015): DFT-parametric methods for an accurate and fast assessment of waveform distortions caused by adjustable speed drives. Intern. Trans. on Electrical Energy Systems. - P. Caramia, G.Carpinelli, A. Russo, P. Varilone (2014). Point Estimate Schemes for Probabilistic Harmonic Power Flow, ICHQP Analisi deterministica e probabilistica in regime permanente ed in regime di corto circuito delle reti elettriche di distribuzione in presenza di generazione distribuita La presenza della GD introduce nuovi problemi nell analisi delle reti di distribuzioni che richiedono modifiche nelle metodologie da applicare per la loro risoluzione. In questo settore, l attività di ricerca ha riguardato: a) la proposta di un nuovo metodo per la valutazione delle correnti di corto circuito in reti in cui è presente la generazione fotovoltaica; b) la proposta di un nuovo metodo di analisi probabilistica di una rete di distribuzione in cui sono presenti sia impianti eolici che impianti solari di tipo fotovoltaico; c) un confronto critico delle metodologie deterministiche e probabilistiche per l analisi in regime permanente delle reti di distribuzione con impianti eolici. - A. Bracale, P. Caramia, G. Carpinelli, A. R. Di Fazio (2015) Modelling the there-phase short-circuit contribution of photovoltaic systems. Sottomesso a IEEE Trans on Power Delivery. - G. Carpinelli, P. Caramia, P. Varilone (2015) Multi-linear Monte Carlo Simulation Method for Probabilistic Load Flow of Distribution Systems with Wind and PV Generation Systems, Renewable Energy-Elsevier Ltd, - P. Caramia, G. Carpinelli, A. Proto, P. Varilone (2013) Deterministic Approaches for the Steady-State Analysis of Distribution Systems with Wind Farms. Hand. of Wind Power Systems, Springer - A. Bracale, G. Carpinelli, A. Russo, AR. Di Fazio (2013) Probabilistic Approaches for the Steady-State Analysis of Distribution Systems with Wind Farms. Hand. of Wind Power Systems, Springer

4 Strategie di pianificazione ed esercizio di Smart Grid e Micro Grid L evoluzione delle reti di distribuzione verso le cosiddette reti intelligenti, la liberalizzazione dei mercati dell energia elettrica, l incertezza della produzione da fonte rinnovabile e delle potenze assorbite dai carichi determinano un crescente interesse verso metodologie che consentono di pianificare e gestire in modo ottimale il funzionamento di Smart/MicroGrids. Obiettivo della ricerca è stato l individuazione di metodi per la gestione di Smart Grid. - A. Bracale, P. Caramia, G. Carpinelli, AR. Di Fazio, P. Varilone(2013). A bayesian-based Approach for a Short-Term Steady- State Forecast of a Smart Grid. IEEE Trans. on Smart Grid. - A. Bracale, P. Caramia, G. Carpinelli, E. Mancini, F. Mottola (2015): Optimal control strategy of a DC micro grid, Int. Journal of Electrical Power and Energy Systems - A. Bracale, P. Caramia, F. Mottola (2015): A Cost Minimization Strategy for the Control of Hybrid AC-DC Microgrids in Industrial Systems, ICCEP. - A. Bracale, J. Barros, A. S. Cacciapuoti, G. Chang, E. Dall Anese: Guest editorial introduction to the special issue on advanced signal processing techniques and telecommunications network infrastructures for smart grid analysis, monitoring, and management EURASIP Journal - P. Caramia, G. Carpinelli, F. Mottola D. Proto(2014): Exponential weighted method and a compromise programming method for multi-objective operation of plug-in vehicle aggregators in microgrids, Int. Journal of Electrical Power and Energy Systems Metodi per l analisi in regime permanente dei sistemi elettrici dissimmetrici In letteratura numerosi lavori scientifici affrontano il problema della analisi in regime permanente di un sistema elettrico trascurando gli squilibri dei carichi e le dissimmetrie degli altri componenti. Di conseguenza, il sistema è tipicamente studiato attraverso una modellazione monofase. In realtà, gli squilibri dei carichi e le dissimmetrie degli altri componenti non sempre sono trascurabili, come quando sono presenti sistemi elettrici di trazione monofase o forni ad arco; ben noti, poi, sono gli squilibri dei carichi allacciati alle reti di distribuzione e le dissimmetrie introdotte dalle linee monofase e bifase. La valutazione delle condizioni di funzionamento a regime in questi casi richiede una rappresentazione in trifase dell intero sistema. Nell ambito di questa tematica sono stati pubblicati lavori che riguardano la stabilità della tensione; in particolare, è stato proposto un nuovo modello di ottimazione, esteso poi al campo probabilistico, che utilizza i Complementarity Constraints per portare in conto gli effetti della limitazione della potenza reattiva erogata dai generatori. - G. Carpinelli, P. Caramia, P. Varilone, A. Russo (2015) Voltage Stability in Unbalanced Power Systems: a new Complementarity Constraints-based approach. Accettato su IET Generation, Transmission. & Distribution. - P. Caramia, G. Carpinelli, P. Varilone (2013): Voltage Stability Analysis in Unbalanced Three-phase Power Systems with Complementarity Constraints, EEEIC 2013 Conference

5 Metodi ed indici per la valutazione dei buchi di tensione nei sistemi elettrici per l energia I buchi di tensione sono considerati uno dei disturbi più severi nell ambito della qualità della tensione. Il problema della loro valutazione e caratterizzazione a seguito di un corto circuito può essere affrontato mediante il metodo delle Posizioni di Guasto. Tale metodo prevede la modellazione del sistema in condizioni di regime di cortocircuito e la risoluzione del relativo sistema di equazioni per ciascun punto di guasto ipotizzato nel sistema; a partire dalle soluzioni ottenute in termini di valore efficace delle tensioni durante il guasto, è possibile costruire la cosiddetta Matrice dei buchi di tensione. Con riferimento a tale tematica, sono stati definiti nuovi strumenti per stimare le prestazioni di una rete di distribuzione in termini di severità dei buchi di tensione ed è stato analizzato il legame tra la potenza di cortocircuito e la robustezza della rete nei confronti dei buchi di tensione. - P. Caramia, P. Varilone, P. Verde, L.Vitale (2014) Tools for Assessing the Robustness of Electrical System against Voltage Dips in terms of Amplitude, Duration and Frequency, (ICREPQ 2014), Cordoba, Spanish - P. Caramia, C. Di Perna, P.Varilone, P.Verde (2015): On the Robustness against Voltage Dips due to Variations of the Short Circuit Power, Accettato per la pubblicazione su "Book on Renewable" by Cambridge

6 Progetti Nome Responsabile scientifico Ente finanziatore Breve descrizione Sedi partner Celle a combustibile e piattaforme di poligenerazione da fonti fossili e rinnovabili - PON Ricerca e Competitività Prof.ssa Maria Giovanna Minutillo MIUR Il progetto ha lo scopo di studiare e sviluppare piattaforme tecnologiche modulari basate sull integrazione di diverse tecnologie di poligenerazione dell energia (elettrica, termica e/o frigorifera) da fonti fossili e rinnovabili. Le piattaforme tecnologiche saranno sviluppate in modo da integrare tutte o parte delle tecnologie di seguito elencate, in funzione delle specifiche dell utenza e del sito di installazione. COELMO, TELCI, ATS, Consorzio SCIRE, FEDERICO II (DETEC), CNR-IM Napoli Altre info Nome Responsabile scientifico Ente finanziatore Breve descrizione Sedi partner Altre info Nome Responsabile scientifico Ente finanziatore Breve descrizione (vuoto) Smart GRID con Sistemi di POLIgenerazione Distribuita POLIGRID - POR Campania FSE finanziato dalla Regione Campania nell ambito delle attività per Sviluppo di reti Resp. locale: Pierluigi Caramia Regione Campania L'obiettivo è la realizzazione di una filiera produttiva regionale in grado di integrare le competenze scientifiche e tecnologiche nel settore delle tecnologie avanzate di generazione. Il piano di interventi sarà orientato alla messa a punto e allo sviluppo di nuove tecnologie in grado di garantire significative riduzioni dei consumi di energia primaria e delle emissioni inquinanti e clima alteranti. Università di Napoli Federico II, Seconda Università di Napoli, Università di Salerno, Università di Benevento, CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche), CIRA (Centro Italiano Ricerche Aerospaziali), COELMO s.r.l., DigiSky s.r.l., CAE S.p.A. (vuoto) MICCA : Micro-grid Ibride in Corrente Continua e Corrente Alternata - PON Ricerca e Competitività Creazione di nuovi Distretti ad Alta Tecnologia e/o Nuove Prof. Andrea Del Pizzo Responsabile locale Antonio Bracale MIUR Il progetto MICCA si pone l obiettivo di sviluppare tecnologie e strategie di gestione e controllo innovative volte all incremento delle prestazioni e delle funzionalità di diversi componenti e sottosistemi di una micro-rete, al miglioramento della qualità della fruizione dell energia elettrica e dell efficienza energetica in generale. Sedi partner Altre info ENEA, Università di Napoli Federico II, Seconda Università di Napoli, Consorzio COMEA, ECU, EuroSoft, Getra Distribution, Getra Power, Polo Tecnologico dell'ambiente PTA, SudGest Ambiente (vuoto)

7 Didattica Corso CFU CdL Gestione degli Impianti Elettrici 6 Ingegneria Gestionale Impianti elettrici Misure e sicurezza elettrica 9 6 Ingegneria Gestionale Magistrale in Ingegneria Gestionale