il progetto Milano Wi-Power

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1 22 Aprile Roma Verso infrastrutture intelligenti per le utility Telecomunicazioni innovative nel controllo e protezione della GD: D. Falabretti,, G. Monfredini, V. Olivieri, M. Pozzi Dipartimento di Energia Politecnico di Milano il progetto Milano Wi-Power

2 Sommario: 2 Richiami sulla Hosting Capacity della rete di distribuzione Motivazioni ed Obiettivi del progetto Milano Wi-Power Descrizione del progetto Milano Wi-Power Comunicazione innovativa fra CP e GD Caso di studio: Rete A2A CP Milano Musocco Risultati Sperimentali Confronto fra le logiche tradizionali e il sistema proposto Conclusioni e sviluppi futuri

3 Hosting capacity e vincoli di rete: Indagine per l Autorità per l energia elettrica e il gas 3 isponibili 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 Hosting Capacity della rete di distribuzione in MT 4 Potenza installabile elevata su una grande percentuale di nodi del campione!

5 Inversione di flusso 5 Situazione in cui la potenza attiva fluisce dalla rete di distribuzione MT verso la rete AT ritenuta tollerabile per il 5% del tempo (CEI 0-16). Affidabilità e sicurezza della rete in presenza di GD

6 Conclusione dell analisi 6 Buona capacità di accoglimento della GD nelle reti di distribuzione nazionali. Problemi posti dal vincolo dell inversione di flusso ovviabili: riprogettando 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: 3 MW per 85% dei nodi Il progetto Milano Wi-Power

7 Milano Wi-Power (MWP): obiettivi del progetto 7 Il progetto Milano Wi-Power (MWP) Affidabilità e sicurezza nella gestione della GD Implementare sistemi di comunicazioni tra: relè di cabina primaria relè di interfaccia della GD Verifica sperimentale delle prestazioni associate a diversi vettori di comunivazione A2A SELTA THYTRONIC ERSE

8 Milano Wi-Power (MWP): obiettivi del progetto 8 Esplorare ed Implementare i sistemi di comunicazione tra: relè di protezione in cabina primaria del Distributore (MASTER) relè di protezione 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

9 Milano Wi-Power (MWP): contesto normativo 9 Norma CEI 0-16: 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 0-16 richiede: minima/massima tensione e frequenza ( >-81<), a due soglie commutabili Massima tensione omopolare (59N) Protezione contro perdita di rete (allo studio) Obiettivo MWP: ~100 ms tra scatto protezione del Distributore e telescatto della PI Obiettivo MWP: Utilizzare un vettore ICT per migliorare le prestazioni della PI

10 Limiti dell attuale PI 10 Regolazioni tipiche dell attuale PI: 27) 0,7 Un 0,3 s 59) 1,2 Un 0,05 s 81<) 49,7 Hz 0,05 s 81>) 50,3 Hz 0,05 s Regolazioni ad elevata sensibilità 1) Diversi utenti sono soggetti a scatti intempestivi della PI per guasti esterni 2) In situazioni di emergenza della RTN (es. blackout) la GD viene distaccata! 3) Per quanto sensibili siano le regolazioni, la PI non può distaccare la GD se P c~p g Attuale PI non affidabile

11 Logica di funzionamento della PI del Milano Wi-Power 11 Per guasto in linea la protezione del Distributore trasmette il messaggio di telescatto (intertrip) alla PI, che provvede al distacco della GD 1) GD disconnette anche se P c~p g 2) La GD rimane connessa per blackout sulla RTN 3) Riduzione del numero di scatti intempestivi della PI

12 Logica di funzionamento della PI del Milano Wi-Power 12 Regolazioni PI con sistema di comunicazione integro (soglie a minor sensibilità, es Hz) Regolazioni PI in mancanza di comunicazione (commutazione soglie all attuale sensibilità 49,7 Hz 50,3 Hz) SISTEMA AFFIDABILE

13 Primi obiettivi: evidenziare le possibili criticità della comunicazione internet 13 Cyber security: - sono disponibili protocolli di comunicazione: Protocollo proprietario; Protocollo IEC 61850; 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:

14 Primi obiettivi: evidenziare le possibili criticità della comunicazione internet 14 Definizione di segnali di presenza rete e telescatto (61850-GOOSE) tra MASTER e SLAVE GOOSE (Generic Object Oriented Substation) - servizi multicast ad alta velocità Apparati sincronizzati tramite NTP Server / GPS Misura tempi di comunicazione (campionamento 10 [s] su intervalli mensili)

15 Primi obiettivi: Definizione dei protocolli di comunicazione 15 Adozione, estesa, del protocollo di comunicazione IEC Sfruttamento di un tunneling VPN (livello 2) Si rimarca la necessità di definire/completare un protocollo standard per le SmartGrid SOTTOSTAZIONE- ESTESA Estensione del sistema di supervisione e protezione in CP verso la GD Rete VPN

16 Caso studio: linea MT A2A a 23 kv Musocco-Bovisa (Milano) 16 PS A2A MUSOCCO > 3 km POLITECNICO DI MILANO

17 Caso studio: linea MT A2A a 23 kv Musocco-Bovisa (Milano) Risultati sul campo: Rete Internet pubblica Tempo(ms) Tentativi (17/02/ :37:57:505-18/02/ :46:49:120) Rete VPN (livello 2) In realtà densamente popolate è ragionevole la disponibilità di una WAN/xDSL le cui prestazioni possono già essere adeguate per l applicazione MWP

18 Caso studio: linea MT A2A a 23 kv Musocco-Bovisa (Milano) Risultati sul campo: Rete Internet pubblica + Wi-Fi Tempo(ms) Tentativi (17/02/ :37:57:505-18/02/ :46:49:120) Interpretazione dei dati: Target messaggio di tele-scatto, inviato dal relè in CP, viene recepito dalla PI-MWP in un tempo minore di 200 ms TASSO DI AFFIDABILITA MISURATO = ~ 96%

19 Confronto fra i sistemi di protezione tradizionali e la soluzione proposta: simulazione Monte Carlo 19 Approccio probabilistico per la simulazione di eventi Metodo Monte Carlo: genera eventi di transizione (eventi di guasto, tasso di manutenzione su linee, interruttori, trasformatori, etc.) per tutto il tempo di vita del sistema; -Guasto trifase transitorio; -Guasto trifase permanente; -Guasto monofase transitorio. Calcoli di Load Flow permettono di fotografare la situazione dei transiti prima e dopo un evento (simulando aperture di protezioni di linea e/o richiusure);

20 Confronto fra i sistemi di protezione tradizionali e la soluzione proposta 20 Stima efficienza sistema tradizionale con metodo Monte Carlo

21 Confronto fra i sistemi di protezione tradizionali e la soluzione proposta 21 Stima efficienza sistema tradizionale in presenza di comunicazione avanzata

22 Confronto fra i sistemi di protezione tradizionali e la soluzione proposta: simulazione Monte Carlo 22 [% ore/anno] equilibrio caricogenerazione Affidabilità Le attuali logiche di su protezione una sono sistema state concepite Affidabilità rispetto a reti passive, configurazione linea a cui corrispondono tradizionale affidabilità sistema elevate MWP 0 1 Assenza GD L introduzione di un 1 sistema di comunicazione 0,999 introduce 0,999 un tasso di errore che si è dimostrato 5 essere ridotto 0,949 0, ,902 0, ,854 0, ,810 0,998 All aumentare del 25 comportamento attivo 0,751 della rete le logihe 0,999 tradizionali riducono sensibilmente 30 la loro affidabilità, 0,710 viceversa 0,997I sistemi di 35 0,639 0,997 comunicazione avanzata 40 mantengono 0,586 una prestazione 0,994 praticamente costante. 45 0,562 0, ,488 0,995

23 Conclusioni e sviluppi futuri 23 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 Integrazione con il mercato elettrico e con il sistema Regolazioni P & Q Esercizio in isola intenzionale