Le telecomunicazioni nel controllo e protezione della GD: il progetto Milano Wi-Power

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1 Le telecomunicazioni nel controllo e protezione della GD: il progetto Milano Wi-Power M. Delfanti, D. Falabretti, M. Merlo, V. Olivieri - Dipartimento di Energia Politecnico di Milano M. Ambroggi - Thytronics S.p.a. Forum Telecontrollo Reti Acqua Gas ed Elettriche Roma - ottobre

2 Obiettivo del progetto Milano Wi-Power Hosting capacity della rete di Distribuzione: limiti di trasferimento dell energia nelle reti di distribuzione MT Affidabilità e sicurezza nella gestione della GD Il progetto Milano Wi-Power (MWP) Implementare sistemi di comunicazioni tra: - relè di cabina primaria - relè di interfaccia della GD

3 Hosting capacity e vincoli di rete: Indagine per l Autorità per l energia elettrica e il gas Disponibili molti studi in letteratura: impiego di modelli di rete; conclusioni difficilmente generalizzabili; approccio di ottimizzazione. Studio proposto: impiego di un vasto campione di reti reali; ampia valenza statistica; approccio hosting capacity. Obiettivo dell analisi: Determinazione della massima quantità di GD connettibile nelle reti del campione in accordo con i seguenti vincoli tecnici: variazioni lente di tensione; variazioni rapide di tensione; limiti di transito delle linee; contributo alle correnti di cortocircuito; inversione di flusso verso la rete AT.

4 Campione di reti MT impiegato CAMPIONE ANALIZZATO: RETI MT o o o o o o o % del totale sistema di distribuzione nazionale dati forniti dai maggiori distributori appartenenti a diverse zone geografiche rappresentative di aree urbane e rurali circa nodi circa linee Taglia trasformatore AT/MT [MVA] Numero di reti

5 Variazioni rapide di tensione Per almeno il % del tempo, tensione in tutti i punti di consegna compresa nell intervallo ±% (EN ). Data la presenza dei trasformatori MT/BT e delle linee BT range di esercizio MT dal +% al -% / -%. Per gli utenti attivi (generatori diffusi), variazioni rapide associabili ai transitori di inserzione in parallelo e disconnessione. Per generatori rotanti connessi alla rete senza interposizione di convertitori statici: potenzialmente alla messa in parallelo; con più probabilità per distacco repentino; Per generatori connessi alla rete per mezzo di inverter: solo in caso di distacco repentino. Entità delle variazioni rapide di tensione fortemente dipendente dalla potenza di cortocircuito nel nodo di connessione. Valori NON VINCOLANTI per le variazioni rapide di tensione (EN ): % della tensione nominale.

6 Limiti di transito Sono in relazione alla tipologia del conduttore (sezione, materiale, tipo dell eventuale isolamento). A Fattori determinanti per la quantità di GD connettibile in un nodo: potenza prelevata, o iniettata in rete, dall utenza e dalla GD connessa nel nodo in questione; tensione nominale della rete; transito di corrente sul tratto di linea a monte.

7 Massima GD compatibile con i tre vincoli Potenza installabile elevata su una grande percentuale di nodi del campione!

8 Correnti di cortocircuito La GD incrementa le correnti di cortocircuito rispetto al caso di rete puramente passiva: non superare la tenuta dei componenti (limite di sbarra). Il contributo alla corrente della GD di un feeder può causare scatti intempestivi della protezione in CP, linea A, in caso di ctocto sulla linea B (limite di linea). Potenza installabile minima su ciascuna rete:, MVA in caso di generatori connessi alla rete con convertitori statici;, MVA in caso di generatori rotanti, connessi senza interposizione di convertitori statici.

9 Inversione di flusso Inversione di flusso: situazione in cui la potenza attiva fluisce dalla rete di distribuzione MT verso la rete AT; ritenuta tollerabile per il % del tempo (CEI -).

10 Conclusione dell analisi Buona capacità di accoglimento della GD nelle reti di distribuzione nazionali. Problemi posti dal vincolo dell inversione di flusso ovviabile rivedendo: i sistemi di protezione/automazione della sezione AT delle CP rendendo più selettive ed efficaci le protezioni per la disconnessione degli impianti di GD dalla rete (DDI). Hosting Capacity rilevata: MW per % dei nodi Il progetto Milano Wi-Power

11 Milano Wi-Power (MWP): obiettivo del progetto Esplorare ed Implementare i sistemi di comunicazione tra: - relè di cabina primaria (MASTER) - protezioni di interfaccia della GD (SLAVE) * Internet pubblica * Wi-Fi * Wi-Max * Power Line Carrier * Fibra ottica Definire in quali scenari e contesti geografici può essere impiegata una soluzione o una combinazione di soluzioni per la comunicazione

12 Milano Wi-Power (MWP): contesto normativo Norma CEI -: La PI è richiesta agli Utenti attivi per separare la generazione dalla rete pubblica MT in caso di apertura dell interruttore di linea del Distributore, evitando: che la GD alimenti guasti o un isola indesiderata che la richiusura automatica dell interruttore del Distributore (tempo di attesa - ms) avvenga in discordanza di fase con la generazione. Per il relè PI la norma CEI - richiede: Obiettivo MWP: ~ ms tra scatto protezione del Distributore e telescatto della PI minima/massima tensione e frequenza (-->-<), a due soglie commutabili Massima tensione omopolare (N) MWP Protezione contro perdita di rete (allo studio)

13 Limiti dell attuale PI Regolazioni tipiche dell attuale PI: ), Un, s ), Un, s <), Hz, s >), Hz, s Regolazioni ad elevata sensibilità ) Diversi utenti sono soggetti a scatti intempestivi della PI per guasti esterni ) In situazioni di emergenza della RTN (es. blackout) la GD viene distaccata! ) Per quanto sensibili siano le regolazioni, la PI non può distaccare la GD se P c~p g Attuale PI non affidabile

14 Logica di funzionamento della PI del Milano Wi-Power Per guasto in linea la protezione del Distributore trasmette il messaggio di telescatto (intertrip) alla PI, che provvede al distacco della GD ) GD di disconnette anche se P c~p g ) La GD rimane connessa per blackout sulla RTN

15 ogica di funzionamento della PI el Milano Wi-Power Regolazioni PI con sistema di comunicazione integro (soglie a minor sensibilità, es. - Hz) Regolazioni PI in mancanza di comunicazione (commutazione soglie all attuale sensibilità, Hz, Hz) ) Riduzione del numero di scatti intempestivi della PI SISTEMA AFFIDABILE

16 Primi obiettivi: Comunicazione tra CP e GD su rete internet Nella prima fase di sperimentazione l applicazione di rete delle protezioni utilizza una messaggistica proprietaria (HP semplificativa), ma la comunicazione avviene con protocollo standard TCP/IP (Non è Master/Slave: ogni dispositivo comunica in completa autonomia). L utilizzo del protocollo IEC è previsto in una fase più avanzata del progetto. Possibili criticità: cyber security; disponibilità della comunicazione; tempi di ritardo della comunicazione.

17 Primo obiettivo: evidenziare le possibili criticità della comunicazione internet Cyber security: - sono disponibili protocolli di comunicazione: Protocollo proprietario; Protocollo IEC ; Protocollo ModbusTcp; udp / multicast / broadcast. Predefinito livello di security Affidabilità/Disponibilità del sistema di protezione: - logica fail-safe implementata nel relè: se la comunicazione cade, il relè torna ad una logica di funzionamento locale (la stessa di oggi) Predefinito livello di reliability Tempo di ritardo nella comunicazione: - solo con fasi di test

18 Primo obiettivo: evidenziare le possibili criticità della comunicazione internet Relè Installato c/o Politecnico di Milano (SLAVE) PC (MASTER) km da PoliMi (in Brianza) PC (MASTER) km da PoliMi (Piacenza) PC (MASTER) km da PoliMi (Milano) Inviare stringhe da byte ogni s tra MASTER e SLAVE Registrare tempo di risposta

19 Primo obiettivo: evidenziare le possibili criticità della comunicazione internet un esempio il % dei pacchetti è arrivato a destinazione con successo il tempo di invio dell informazione e della conferma di arrivo è < ms in tutti i casi km > della lunghezza massima delle linee di MT la GD è fatta di moltissime unità: approccio probabilistico R e s p o n s e tim e [m s ] Samples Test di comunicazione bi-direzionale; caso su km di distanza

20 Caso studio: linea MT AA a kv Musocco-Bovisa (Milano) PS AA MUSOCCO > km POLITECNICO DI MILANO

21 Conclusioni e sviluppi futuri La transizione verso le reti attive (smart grid) richiede una rivoluzione nella concezione delle reti elettriche e delle reti dati I singoli vettori di comunicazione (PLC, Fibra ottica, Wi-Fi) consentiranno di adattare, in ogni contesto, le esigenze ai costi Miglioramenti conseguibili/nuove funzioni: Qualità del servizio Scatti intempestivi Selettività logica Sicurezza dell impianto Islanding Economicità Integrazione con il mercato elettrico / Distributed energy management

22 Il progetto Milano Wi-Power (MWP) AA SELTA THYTRONIC ERSE Grazie per l attenzione