MAURIZIO DELFANTI PIER FRANCO LIONETTO: CEI CT 316 IL CONTROLLORE CENTRALE DI IMPIANTO: LO STATO DELL'ARTE NEI LAVORI DEL CEI CT 316

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1 MAURIZIO DELFANTI PIER FRANCO LIONETTO: CEI CT 316 IL CONTROLLORE CENTRALE DI IMPIANTO: LO STATO DELL'ARTE NEI LAVORI DEL CEI CT 316

2 Il contesto/ Risorse per il dispacciamento: partecipazione delle FRNP alla gestione del sistema Le risorse per il dispacciamento, oltre che dalle unità convenzionali, possono essere fornite direttamente da: Fonti Rinnovabili Non Programmabili (FRNP) connesse alla RTN; Generazione Distribuita (GD, FRNP e non) connessa alle reti di distribuzione; carico MT e BT; sistemi di accumulo dell utente, del TSO o del DSO. Queste nuove risorse per il dispacciamento possono suddividersi in funzione dei servizi che sono in grado di fornire; in particolare requisiti/obblighi di natura tecnica servizi che le FRNP e la GD dovrebbero garantire per connettersi alla rete, per un funzionamento del complessivo sistema sicuro ed affidabile alcune prescrizioni già fornite (Grid Code; CEI 0-16; CEI 0-21); servizi di mercato servizi necessari a gestire le congestioni della rete rilevante, a predisporre adeguata capacità di riserva, e a garantire l equilibrio tra immissioni e prelievi anche in tempo reale 2

3 Il contesto/ Dispacciamento Centralizzato Esteso Modello 1 DCO 354/13 TSO Unità di produzione AAT/AT Clienti finali AAT/AT Unità di produzione da FRNP AAT/AT UdD (per unità GD MT e BT fino a 10 MW) UdD (per clienti finali MT e BT) Responsabile del rispetto degli impegni fisici e della presentazione di offerte su MSD Responsabile del rispetto degli impegni fisici e della presentazione di offerte su MSD DSO Servizi locali (chiamata diretta) Unità GD MT e BT Clienti finali MT e BT Il mercato è gestito come ad oggi da TSO abilitando i punti di dispacciamento di produzione e consumo, come nuovamente definiti con l introduzione delle FRNP e della GD Il DSO verifica che i limiti di transito in fase di programmazione e in tempo reale dovuti alla partecipazione della GD su MSD siano compatibili con la capacità della rete locale: concede (o meno) l abilitazione alla fornitura delle risorse per la GD di una CP; ma non si verifica mai se rete dimensionata in fit&forget Il DSO può richiedere alla GD, su chiamata diretta, alcuni servizi locali (es. regolazione tensione, non sempre in conflitto con i servizi di sistema) 3

4 Il contesto/ dalla regolazione alle prescrizioni tecniche ACER (on behalf of EC) ENTSO-E issues CODES CENELEC issues EuroNorm (EN) AEEGSI CEI 0-16 &

5 Il mandato da parte dell Autorità DCO 298/16 - introduzione In questo contesto tra i molteplici aspetti che l'autorità è chiamata ad approfondire sono da segnalare: La definizione delle modalità di accesso e partecipazione al Mercato per il Servizio di Dispacciamento (MSD) per il tramite degli Utenti del Dispacciamento o di opportuni intermediari (aggregatori); La definizione della figura dell'aggregatore e la fattibilità di possibili modelli di mercato in cui tale figura possa anche non coincidere con l'utente del Dispacciamento (UdD) La definizione di un'appropriata Interfaccia tra Terna (responsabile del Dispacciamento) e l Aggregatore, tra l Aggregatore e i gestori delle unità di produzione e di consumo (clienti, produttori, prosumer), nonché tra i predetti soggetti e le imprese distributrici (DSO) 5

6 Il mandato da parte dell Autorità DCO 298/16 - introduzione Fatte queste premesse e con particolare riferimento al problema delle interfacce fra l Aggregatore e i gestori delle unità di produzione e di consumo, nonché tra questi soggetti e le imprese distributrici (DSO), la Direzione Mercati dell Autorità con il documento DCO 298/16 ha richiesto al CEI di definire, previa inchiesta pubblica, le specifiche tecniche del controllore d impianto da installarsi presso impianti di produzione connessi alle reti MT e BT. 6

7 Il mandato da parte dell Autorità DCO 298/16 - introduzione Come viene definito questo Controllore di Impianto? Come un dispositivo in grado, al tempo stesso, di ricevere segnali da soggetti diversi dal produttore (p.e. l aggregatore) traducendoli in movimentazioni dell impianto di produzione sulla base di logiche condivise fra il produttore e il corrispondente UDD inviare segnali contenenti informazioni sullo stato di funzionamento reale dell impianto di produzione (osservabilità). 7

8 Il mandato da parte dell Autorità DCO 298/16 - introduzione Quale è lo scopo di questi segnali sullo stato di funzionamento reale dell'impianto? Essi dovrebbero essere utilizzati dall UDD (e da questi inviati a Terna in forma aggregata) ai fini della partecipazione a MSD (conferma della movimentazione dell'impianto secondo le logiche richieste); dal DSO per poter disporre di informazioni utili all esercizio della propria rete (migliorando e integrando l osservabilità della stesa). 9

9 Il mandato da parte dell Autorità DCO 298/16 - introduzione Il CCI potrebbe diventare uno strumento obbligatorio nel caso di nuove installazioni & nel caso di partecipazione a MSD. Ancora l'autorità ritiene necessario che le caratteristiche tecniche di tale strumento siano normate dal CEI (come per inverter e SPI), al fine di: Renderlo inter-operabile con i sistemi delle diverse imprese distributrici; non debba essere sostituito ogni volta che dovesse cambiare l UDD, tutelando i produttori e favorendo la concorrenza. 10

10 11 Architettura generale di sistema TSO DSO DG, ma anche TSO Aggregatore DG Local Center TSO Center Local Center TSO Control Infrastructure Aggregator Control Center Aggregator Control Center Gatew. conc. Gatew. conc. RTU RTU RTU RES-NP plant connected to TN interconnected to Aggregator AS direct acquisition DSO control Center RTU Plant connected to TN AS direct acquisition RTU Plant connected to TN Transmission network Gatew. conc. Gatew. conc. DSO Center Distribution network DG plant connected to MV or LV network coordinated by Aggregator CCI CCI CCI Local Center Local Center DG plant connected to MV or LV network CCI CCI CCI DSO Control Infrastructure

11 L'AUTORITA', IL CEI CT 316 e LA TF 8 Nell'ambito dei suoi lavori il CT 316 aveva già istituito la TF 8 con lo scopo di definire le specifiche funzionali di un controllore centrale di impianto il cui scopo principale era quello di costituire l'interfaccia fra DSO e impianto di produzione visto come generatore equivalente nel Punto di Connessione alla Rete Alla luce dei nuovi orientamenti dell'autorità relativamente alla revisione del MSD è venuto semplice estendere i compiti della TF alle nuove richieste. 12

12 Il CEI CT 316 e la TF 8 Convenor: Componenti: Pier Franco Lionetto (CEI) Gianpatrizio Bianco (e-distribuzione) Fabio Zanellini (Siemens) Alberto Curioni (SICES) Claudio Francescon/Antonio Rossi/Francesco Baccino (ABB) Diana Moneta (RSE) Filippo Roveggio (Eurotest) Andrea Zampieri (Creiven) Paolo Cavallanti (Omron) Roberto Turri (unipd); Valeria Olivieri (PoliMI); Andrea Battu (Schneiderelectric) Emanuele Renzetti (Senvion) 13

13 La TF 8 prepara l Allegato O: Oggetto Controllore Centrale di Impianto (CCI): apparato che coordina il funzionamento dei diversi elementi costituenti l'impianto affinché l impianto stesso operi, nel suo complesso, in maniera da soddisfare le richieste del Distributore e dell Aggregatore al punto di connessione (PdC) con la rete. Il controllore di impianto consente di presentare alla rete e/o al mercato l impianto come costituito da un singolo generatore equivalente Scopo Definire la specifica funzionale del CCI stabilendo i requisiti minimi che il controllore deve rispettare perchè l'impianto da esso controllato risponda a quanto già oggi richiesto dalla Norma CEI 016 Perchè possa consentire l'accesso e la partecipazione al MSD 14

14 La TF 8 prepara l Allegato O: Campo di Applicazione Nuove connessioni di impianti di produzione di potenza complessiva uguale o superiore a 1000 kw (produzione + accumulo) facoltà di adozione per connessioni esistenti, o per nuove connessioni di impianti di minore potenza. Il CCI non deve svolgere alcuna funzione di protezione: queste funzioni devono essere svolte da dispositivi autonomi come specificato nella CEI 0-16 Il CCI non deve svolgere alcuna funzione di regolazione primaria di frequenza in presenza di transitori di sovra- o sotto-frequenza: tale funzione è demandata alla singola unità di generazione e di accumulo. Il CCI non assolve alle funzioni di distacco delle unità di generazione/accumulo, occorre pertanto il dispositivo prescritto da allegato M della norma CEI

15 Contenuto dell Allegato O Indice Definizioni Caratteristiche principali del Controllore Modalità di funzionamento del controllore Prestazioni funzionali (obbligatorie, opzionali) Schema generale del sistema Monitoraggio dell'impianto: Caratteristica poligonale di impianto, Misure per la stima dei flussi di potenza della rete MT, Misure per l osservabilità della rete MT, Misure opzionali per la partecipazione al MSD, Segnali relativi allo stato dell impianto Descrizione e caratteristiche delle Funzioni Obbligatorie: Regolazione di Tensione, Limitazione della Potenza attiva, Partecipazione ai piani di difesa Descrizione delle Funzioni Opzionali: Presa di carico in avviamento, Presa di carico in caso di ri-connessione, Partecipazione al Mercato dei Servizi di Dispacciamento Compatibilità e priorità fra le funzioni di regolazione del CCI Schemi di installazione Principali caratteristiche tecniche: Interfacce di comunicazione, Ingressi di misura, Alimentazione, Aggiornamento firmware, Orologio interno e sincronizzazione, Autodiagnostica Data logger Prove 16

16 Caratteristiche principali del controllore: Il sistema delle Interfacce: il Distributore l'aggregatore gli elementi costituenti l'impianto Le unità funzionali: unità di interscambio di informazioni con il Distributore e l Aggregatore unità di interscambio di informazioni con l'utente unità di acquisizione grandezze al PdC (misure e segnali) unità di elaborazione unità di regolazione degli elementi di impianto unità di interscambio di informazioni con gli elementi di impianto unità di memorizzazione (data logger). La separazione in unità funzionali è indicativa: nella realizzazione del controllore esse possono essere tutte o in parte integrate fra loro. Il CCI può essere integrato (funzionalità aggiuntiva) in un altro apparato d impianto (es. controllore di unità). 17

17 Schema generale del sistema CCI Schema delle interfacce Lafigura rappresenta i servizi funzionali per la comunicazione del CCI La figura non indica la possibilità di intercomunicazione non regolata fra gli attori interconnessi 18

18 Dettaglio dello schema generale delle interfacce 19

19 Prestazioni funzionali del Controllore (riferimento alle grandezze al PdC) Prestazioni funzionali obbligatorie partecipazione alla regolazione della tensione nel punto di connessione alla rete partecipazione alla limitazione della potenza attiva per valori di tensione prossimi al 110% di Un e su comando esterno del DSO Prestazioni funzionali opzionali Prestazioni per la gestione dell'impianto avviamento e ri-avviamento dell'impianto con una presa di carico a gradiente specificato riconnessione dell'impianto dopo distacco dalla rete, a frequenza e tensione stabilizzata gestione ottimizzata dell'impianto dal punto di vista energetico o criterio scelto dall utente Prestazioni per altre funzioni Partecipazione al Mercato dei Servizi di Dispacciamento, in previsione della possibile partecipazione a tale Mercato degli impianti connessi alla rete MT tramite soggetti intermediari (Aggregatori) 20

20 Priorità tra funzioni di regolazione Le funzioni di regolazione che non sono mutuamente esclusive (ad es. quelle che agiscono sulla potenza attiva) possono essere potenzialmente attuabili in contemporanea: deve allora essere prevista una priorità di esecuzione, meglio se definita a logica variabile, al fine di permettere la eventuale modifica dell'ordine delle stesse. In allegato O sono state previsti appropriati indici di priorità: più è basso l indice più alta è la priorità 21

21 Priorità tra funzioni di regolazione Qualora venga richiesta l attivazione di una funzione mentre è attiva una funzione non compatibile è stata prevista la seguente logica: se la nuova funzione ha priorità esecutiva maggiore o uguale viene attivata quest ultima e disattivata l altra (e viceversa se ha priorità minore quest ultima non viene attivata. Se sono attive due funzioni fra loro compatibili qualora vengano raggiunti limiti tecnici dell impianto il controllore eseguirà prima la funzione con priorità maggiore e nei limiti di capability residui la seconda Se una grandezza elettrica non è soggetta ad alcuna funzione di regolazione essa si porta alle condizioni di funzionamento nominali definite per l impianto. 22

22 Modalità operativa del CCI per le funzioni di regolazione. Anello rapido (regolazione impianto) Anello lento (analisi curve di regolazione) 23

23 Anello di regolazione rapida e anello di regolazione lenta Per anello di regolazione rapida si intende quella parte del sistema di regolazione preposta a definire lo specifico punto di lavoro di ogni singolo elemento di impianto controllato dal controllore fine di ottenere al PdC il punto di lavoro richiesto (atteso) all impianto Il punto di lavoro richiesto viene veicolato all ingresso dell anello di regolazione rapida o direttamente attraverso un comando esterno (Set point) o indirettamente come comando in uscita risultante dall anello di regolazione lenta. L anello di regolazione lenta è quella parte del sistema di regolazione preposta a calcolare il punto di lavoro atteso al PdC quando l impianto è chiamato a partecipare al controllo della tensione attraverso le curve di regolazione previste dalla norma CEI 016 In conclusione il punto di lavoro atteso viene definito attraverso una delle tre seguenti modalità: stabilito dall utente con uno specifico Set-Joint di potenza attiva P o di potenza reattiva Q imposto da un set point esterno di Potenza attiva P o di potenza reattiva Q calcolato dall anello di regolazione lenta come risultato di Q=Q(V) o cosfi= cosfi(p) 24

24 Dinamica dell'anello di regolazione rapida L'anello di regolazione rapida deve coordinare i singoli elementi d impianto sottesi assicurando all'intero impianto i tempi di assestamento massimi (Ts) non superiori a : TsP = 60 s per variazioni del set point interno di potenza attiva di qualsiasi entità, TsQ = 10 s per variazioni del set point interno di potenza reattiva di qualsiasi entità. Il tempo di assestamento Ts è l intervallo di tempo che intercorre dall istante To di applicazione del nuovo set-point all istante in cui la grandezza controllata al PdC rientra stabilmente in una fascia di tolleranza pari al ±5% rispetto al valore atteso. Il CCI e l impianto da esso coordinato possono essere realizzati in modo da raggiungere il valore atteso in tempi inferiori ai massimi qui prescritti. Per la verifica del raggiungimento del valore atteso da parte dell anello di regolazione rapida, si devono utilizzare i stessi criteri di verifica del tempo di assestamento ad un comando di riduzione di potenza e il tempo di risposta ad una variazione a gradino del livello assegnato, rispettivamente per la potenza attiva e reattiva.

25 Dinamica dell'anello di regolazione lenta L'anello di regolazione lenta lavora attraverso le curve di regolazione. Esso deve operare con una dinamica caratterizzata da un Tempo di ciclo DT impostabile fra 10 s e 600 s. Il valore deve essere impostato attraverso i parametri di funzionamento del CCI Il valore di default per il Tempo di ciclo è: 60 s

26 Monitoraggio: flussi di potenza e stato dell impianto Il CCI deve essere predisposto di base (CEI 016) per acquisire e trasmettere: misure delle principali grandezze elettriche dell impianto (P,Q,V) al PdC; misure di P e Q delle diverse unità di generazione, aggregate per fonte primaria (solare, eolico, accumulo, altre fonti ecc.). Le misure di P, Q e V relative al PdC devono essere aggregate secondo quanto previsto dalla EN paragrafo classe S (tempo aggregazione 10 min). Il CCI deve essere predisposto anche per acquisire e trasmettere le informazioni relative allo stato dell impianto, e alla modalità operativa nella quale si trova lo stesso CCI stato operativo complessivo dell impianto (On/Off) stato operativo delle unità di generazione (On/Off) stato operativo delle unità di accumulo (On/Off) modalità operativa di funzionamento dell impianto (funzioni di regolazione) Ogni variazione significativa dello stato degli elementi d impianto deve essere acquisita dal CCI e resa disponibile all interfaccia esterna per la notifica in un tempo massimo di 3 s dall evento. 27

27 Monitoraggio per l osservabilità della rete MT Il CCI deve essere predisposto per acquisire e trasmettere misure istantanee delle principali grandezze elettriche dell impianto (P,Q,V) al punto di connessione (PdC). Esse devono essere ottenute a partire da campioni di tensione e corrente misurati alla frequenza fondamentale su un intervallo di misura di 200ms e aggregati secondo quanto previsto dalla norma EN paragrafo classe S con tempo di aggregazione pari a 3 s, Esse devono essere complete di marca temporale ed indicazione di qualità. Il dato di misura istantaneo deve essere reso disponibile con periodicità di 20 s La scadenza di ogni periodo deve essere sincrona con gli istanti a 00, 20, 40 s di ogni minuto 28

28 Partecipazione al Mercato dei Servizi di Dispacciamento I servizi sottesi ai meccanismi del Mercato per il Servizio di Dispacciamento sono: Servizi di Bilanciamento; Regolazione terziaria di potenza Regolazione secondaria di potenza Ciascuno dei tre servizi ha requisiti specifici, descritti nel Codice di Rete; la validazione dell'idoneità dell'impianto a fornire determinati servizi deve avvenire attraverso appropriati test, non oggetto dell allegato. Per la partecipazione dell impianto al MSD tramite soggetto Aggregatore, il CCI deve implementare al suo interno alcune funzionalità specifiche: una funzione in grado di ricevere ed elaborare un comando esterno di Set- Point di Potenza Attiva (P) opportuni servizi logici per la comunicazione (diretta o indiretta) con l Aggregatore secondo standard IEC61850 misure al PdC per il monitoraggio dell impianto con frequenza prescritta 29

29 Partecipazione al Mercato del Dispacciamento: la funzione di Set-Point di P La funzione Set-Point di Potenza Attiva, una volta attivata a seguito di comando esterno, obbliga l impianto, nei limiti tecnici della capability dei suoi elementi, ad immettere al PdC il valore di potenza attiva richiesta. La funzione opera attraverso la regolazione della potenza immessa in rete dalle diverse unità di generazione presenti nell'impianto. Se l'impianto è dotato di sistema di accumulo, la regolazione della potenza attiva in immissione può essere conseguita anche attraverso la modulazione della potenza attiva da parte del sistema di accumulo, se compatibile con il suo stato di carica. L'architettura del controllore centrale di impianto può anche essere predisposta a tal fine. In ogni caso, il CCI deve portare la potenza attiva al PdC al valore richiesto entro il tempo prescritto di 60 s

30 Partecipazione al Mercato del Dispacciamento: le misure per il monitoraggio Nell ambito della partecipazione dell impianto ai meccanismi del mercato del dispacciamento, sono necessarie misure specifiche della Potenza attiva al PdC che il CCI deve acquisire e trasmettere all Aggregatore, a conferma della movimentazione dell'impianto secondo le logiche richieste. In particolare è importante la misura istantanea della potenza attiva dell impianto (P) al punto di connessione a partire da campioni rilevati su un intervallo di misura di 200ms e aggregati secondo quanto previsto dalla norma EN paragrafo classe S con tempo di aggregazione pari a 3 s. Anche ora tali misure istantanee devono essere complete di marca temporale ed indicazione di qualità. La modalità di trasmissione di queste misure deve avvenire con la stessa periodicità dell aggregazione, ovvero ogni 3 s. La scadenza di ogni periodo è sincrona con gli istanti a 00, 03, 06 ecc. s di ogni minuto

31 Controllore Centrale di impianto: le Interfacce di comunicazione L interfaccia del CCI verso i servizi di comunicazione esterni è realizzata tramite porte fisiche. Il CCI deve permettere di mappare liberamente le interfacce di comunicazione per lo scambio informativo dei servizi logici sulle relative porte fisiche di comunicazione. Ogni servizio logico deve essere caratterizzato da parametri di comunicazione (IP, VLAN, ) tali da poterlo distinguere dagli altri, anche se ospitato sulla stessa porta fisica. L accesso ai servizi logici deve rispondere a criteri di sicurezza (cyber security), definizione esula dalle prescrizioni dell Allegato O. la cui Il CCI non deve attuare funzioni di switch o di bridge rispetto al traffico dati transitante sulle porte fisiche. Ogni porta fisica deve essere realizzata con connettore per moduli Small Form-factor Pluggable (SFP) atto ad ospitare transceiver idonei alle specifiche esigenze. 32

32 Controllore Centrale di impianto: le Interfacce di comunicazione Il CCI deve prevedere almeno tre porte fisiche distinte per: Servizi verso il Distributore: tale porta deve essere predisposta per la comunicazione fisica in fibra ottica ed equipaggiata con un transceiver per fibra ottica standard 100 base FX con connettore doppio LC multimodale 1310 nm Servizi verso il terminale remoto d utente: su questa porta dovranno essere mappati i servizi logici di comunicazione verso il terminale remoto d utente. Tale porta verrà dotata, a cura dell utente e/o del progettista d impianto, del modulo SFP adatto per la connessione Servizi verso l Aggregatore: questa solo se per questa comunicazione si debba utilizzare un canale fisico distinto dai precedenti. In ogni caso l interfaccia di comunicazione verso l Aggregatore deve prevedere un canale logico di comunicazione secondo standard EN Tale canale può essere fisicamente realizzato tramite provider pubblico di servizi di telecomunicazione oppure veicolato tramite il servizio di comunicazione realizzato dal Distributore. 33

33 Conclusioni (poche) e lavoro da fare (parecchio) 34 Il lavoro della TF8 (specifiche CCI, allegato O) e della TF 4 (allegato T) sarà mandato in IP a inizio 2017 pubblicazione in Norma entro marzo 17? L architettura del complessivo sistema TSO aggregatore GD deve essere ancora definita: serve un tavolo di lavoro da istituire a inizio 2017 L architettura del complessivo sistema TSO DSO GD è già definita: gli esperimenti sull osservabilità sono in corso Il CCI potrebbe essere impiegato per rendere disponibili rapidamente e a basso costo alcuni impianti GD per ciascuna cabina primaria di interesse (impianti sentinella) Per esempio, nell attesa di un impiego diffuso ai fini della partecipazione a MSD alcuni produttori (impianti sentinella) potrebbero ricevere il CCI senza costi dal sistema, che ne beneficerebbe immediatamente in termini di osservabilità delle risorse diffuse

34 Ringraziamenti 35 Grazie Maurizio Delfanti Department of Energy - Politecnico di Milano - Chairman of CT CEI 316 Pier Franco Lionetto Chairman of TF 8 CT 316 Controllore Centrale diimpianto