DAGLI INVERTER INTELLIGENTI ALLA SMART GRID

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1 technology focus DAGLI INVERTER INTELLIGENTI ALLA SMART GRID Contributo allo sviluppo della caratterizzazione sperimentale delle Smart Grids Alessandro Zuccato, CREI-Centro Ricerca Elettronica Industriale Veneto Fiera di Verona, 6 Maggio 2011

2 Contributo allo sviluppo della caratterizzazione sperimentale delle Smart Grids Claudia Imposimato Ricerca Sistema Energetico Andrea Zampieri Alessandro Zuccato Centro Ricerca Elettronica Industriale Veneto CREI Ven

3 Caratterizzazione delle Smart Grid La progressiva diffusione dei sistemi di generazione distribuita pone nuove necessità per la definizione di appropriate regole tecniche. Attualmente esiste un elevato numero di standard, non sempre adeguato ai nuovi scenari che si stanno delineando Per alcuni aspetti, ci sono vere e proprie carenze normative Gli investimenti a lungo termine richiedono stabilità e sicurezza che trovano fondamento in un insieme chiaro ed applicabile di norme atte a fornire una base certa per un futuro investimento sostenibile: è assolutamente necessario fornire ai soggetti interessati tali riferimenti.

4 Caratterizzazione delle Smart Grid Aspetti normativi fondamentali Comunicazione Sicurezza

5 Smart Grid - Requisiti generali Anche le Smart Grid devono soddisfare ai requisiti richiesti per altri sistemi quali: EMC SAFETY

6 EMC Compatibilità Elettromagnetica

7 EMC principi generali La compatibilità elettromagnetica è un prerequisito per tutte le applicazioni e per tutti i prodotti, tra cui anche le Smart Grid La progettazione e il funzionamento delle Smart Grid dovrà rispettare i requisiti stabiliti dalla serie IEC x IEC (LV) Compatibility levels for low-frequency conducted disturbances and signalling in public low-voltage power supply systems IEC (MV) Compatibility levels for low-frequency conducted disturbances and signalling in public medium-voltage power supply systems La conoscenza dei disturbi attesi sulla rete consente lo sviluppo dei limiti di emissione e dei livelli di immunità

8 IEC (LV) Sistemi pubblici di distribuzione, < 420 V (monofasi) o < 690 V (trifasi) 50Hzo 60Hz Range di frequenza: da 0 a 9 khz (fino a 148,5 khz limitatamente ai sistemi di segnalazione sulla rete di alimentazione) Fenomeni presi in esame: Fluttuazioni di tensione e flicker Armoniche (fino alla 50 ) Distorsione di tensione (armoniche superiori alla 50 ) Buchi di tensione e brevi interruzioni Sbilanciamento nelle tensioni Sovratensioni transitorie Variazioni nella frequenza di rete Componenti continue Segnali sulla rete

9 IEC (MV) Sistemi pubblici di distribuzione, tensione tra 1 kv e 35 kv 50Hzo 60Hz Range di frequenza: da 0 a 9 khz (fino a 148,5 khz limitatamente ai sistemi di segnalazione sulla rete di alimentazione) Fenomeni presi in esame: Fluttuazioni di tensione e flicker Armoniche (fino alla 50 armonica) Interarmoniche (fino alla 50 armonica) Distorsione di tensione (armoniche superiori alla 50 ) Buchi di tensione e brevi interruzioni Sbilanciamento nelle tensioni Sovratensioni transitorie Variazioni nella frequenza di rete Componenti continue Segnali sulla rete

10 EMC: norme armonizzate in Europa Norme generiche, emissione: IEC (ambiente residenziale e industriale leggero), IEC (ambiente industriale) Norme generiche, immunità: IEC (ambiente residenziale e industriale leggero), IEC (ambiente industriale) Apparecchiature per la tecnologia dell informazione: CISPR 22 (futura CISPR 32) per aspetti di emissione, CISPR 24 (futura CISPR 35) per aspetti di immunità

11 Emissione: disturbi verso la rete Limiti di armoniche (LV) IEC (fino a 16 A) IEC (da 16 A a 75 A) Limiti di fluttuazioni di tensione e flicker (LV) IEC (fino a 16 A) IEC (da 16 A a 75 A) IEC/TS (correnti superiori a 75 A) Trasmissione dei segnali sulle reti elettriche (LV) IEC Limiti di armoniche e interarmoniche (MV) IEC/TR Limiti di fluttuazioni di tensione (MV) IEC/TR Connessione di carichi sbilanciati (MV) IEC/TR

12 Emissione: fenomeni verso la rete Normativa da definire - 1 Limiti non stabiliti per intervallo di frequenza tra 2 khz e 150 khz Metodi non stabiliti per intervallo di frequenza tra 2 khz e 9 khz Discussione in atto per le PLC

13 Immunità: : fenomeni da rete Armoniche, interarmoniche, trasmissione di segnali IEC (fino a 16 A, frequenze fino a 2 khz - 50 Hz - e 2,4 khz -60Hz) Buchi di rete, brevi interruzioni, variazione di tensione IEC (fino a 16 A) IEC (correnti superiori a 16 A) Fluttuazioni di tensione IEC (fino a 16 A) Onde oscillatorie smorzate non ripetitive (ring wave) IEC Onde oscillatorie smorzate ripetitive (HV, MV) IEC Disturbi condotti di modo comune provenienti dall alimentazione IEC (da 0 a 150 khz) Sbilanciamento nella tensione di alimentazione IEC (fino a 16 A) Variazione della frequenza di rete IEC (fino a 16 A)

14 Immunità: : fenomeni da rete Normativa da definire - 2 Regole limitate ad apparati fino a 16 A: Armoniche, interarmoniche, trasmissione di segnali Fluttuazioni di tensione Sbilanciamento nella tensione di alimentazione Variazione della frequenza di rete Inoltre: Disturbi generati da trasmettitori intenzionali in radiofrequenza: livelli e metodi non stabiliti per frequenze tra 9 khz e 150 khz (la IEC prevede tale range ma attualmente non fornisce metodi / livelli) Assenza di metodi e di livelli per i disturbi condotti impulsivi di modo differenziale provenienti dall alimentazione

15 EMC raccomandazioni IEC 1. Rivedere gli standard al fine di garantire la compatibilità elettromagnetica degli apparati anche nell intervallo di frequenza tra 2 khz e 150 khz (SC 77A, comitati di prodotto) 2. Standardizzare i livelli di compatibilità elettromagnetica per i disturbi in termini di qualità della tensione, per tutti i livelli standard di tensione di reti pubbliche di energia elettrica. Questo significa estendere la serie IEC x per la copertura dei livelli di tensione da 230 V fino alle tensioni più elevate delle reti pubbliche di trasmissione dell energia. 3. Dare indicazioni su come ripartire equamente la capacità delle reti di assorbire le emissioni non lineari di corrente tra le varie utenze connesse in rete (carichi, altre reti). Riferimento alle IEC TR , IEC TR e IEC TR

16 IEC 77A: il DTR IEC Valutazione dei requisiti di emissione e di immunità per sistemi di generazione distribuita connessi alla rete pubblica di bassa tensione DRAFT TECHNICAL REPORT Emissione: Armoniche Sbilanciamento delle fase Variazione delle tensioni e flicker Iniezione corrente continua in rete Sovratensioni di breve durata Immunità: Buchi di rete, brevi interruzioni Variazioni di frequenza Armoniche e interarmoniche

17 SC 77A: DTR IEC Short duration overvoltage Quando l inverter si disconnette dalla rete crea delle sovratensioni che disturbano il funzionamento delle apparecchiature vicine

18 SC 77A: DTR IEC Voltage dips, short interruptions Short dip interrupt Longer dip interrupt

19 Test su inverter di elevata potenza Simulatore PV AC/DC Rete Pubblica Simulatore di rete AC/AC Inverter (EUT) DC/AC

20 Test su inverter: : esempio di sorgenti

21 Test su inverter in camera anecoica

22 Emissione: fenomeni verso la rete

23 Emissione: fenomeni verso la rete

24 Emissione: disturbi irradiati 60.0 Corr PosPk [ dbuv/m] :17: START MHz RBW khz ATTEN 0 db SWT msec STOP GHz VBW MHz

25 Inverter: : tipici problemi La maggior parte dei problemi è riconducibile ad un errato sistema di grounding Emissione inizialmente elevata, tipicamente superiore ai limiti Tecniche di filtraggio fondamentali per rispettare i limiti dei disturbi di tipo condotto Dispositivi veloci producono livelli di emissione superiori Problemi dovuti al recovery dei diodi Minimizzazione dei dissipatori, scelta delle connessioni Snubber non dissipativi Possibile ricorso a tecniche Spread Spectrum (vantaggi nelle bande CISPR A e B ) Uso di tecniche soft-switching Emissioni dei sottosistemi digitali

26 Aspetti di sicurezza

27 Safety: : descrizione Regole per l installazione: famiglia IEC (low-voltage electrical installations) IEC Fundamental principles, assessment of general characteristics, definitions IEC Protection for safety Protection against electric shock IEC Selection and erection of electrical equipment - Isolation, switching and control IEC Selection and erection of electrical equipment - Other equipment - Clause 551: Low-voltage generating sets IEC Requirements for special installations or locations Solar photovoltaic (PV) power supply systems IEC Verification

28 Regole per la sicurezza dei prodotti Inverter per applicazioni fotovoltaiche: IEC Safety of power converters for use in photovoltaic power systems - Part 1: General requirements IEC (draft) Safety of power converters for use in photovoltaic power systems - Part 2: Particular requirements for inverters Apparecchiature per la tecnologia dell informazione: IEC Information technology equipment - Safety - Part 1: General requirements Prevenzione del funzionamento in isola: IEC Test procedure of islanding prevention measures for utility-interconnected photovoltaic inverters

29 Prevenzione funzionamento in isola

30 Prevenzione funzionamento in isola