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Le reti intelligenti - Smart Grids a che punto siamo

Un ottimizzatore per la gestione di Smart Grids, reti elettriche di distribuzione attive

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Atti di convegni o presentazioni contenenti case history
Intervento al convegno mcTER Cogenerazione 2010 Verona

Pubblicato
da Alessia De Giosa




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Estratto del testo
Le reti intelligenti - Smart Grids: a che punto siamo' Alberto Borghetti Università di Bologna www.lisep.ing.unibo.it http://www.oe.energy.gov/DocumentsandMedia/SGSRMain_090707_lowres.pdf TRASMISSIONE AAT 220-380kV TRASMISSIONE AT
132-150 kV
Lunghezza 25 km
CABINE AT/MT
132-150 kV/ 15-20kV
Numero di linee per trasformatore 5-10
DISTRIBUZIONE BT
400 V
Lunghezza 0.6 km
DISTRIBUZIONE MT
15-20 kV
Lunghezza 10 km '' schema ad anello aperto
CABINA MT/BT
15-20 kV/0.4 kV
Schema radiale
Generazione centralizzata Generazione
distribuita
Carichi MT Carichi BT Carichi AT TRASMISSIONE AAT 220-380kV TRASMISSIONE AT
132-150 kV
Lunghezza 25 km
CABINE AT/MT
132-150 kV/ 15-20kV
Numero di linee per trasformatore 5-
DISTRIBUZIONE BT
400 V
Lunghezza 0.6 km
DISTRIBUZIONE MT
15-20 kV
Lunghezza 10 km '' schema ad anello aperto
CABINA MT/BT
15-20 kV/0.4 kV
Schema radiale
TRASMISSIONE AAT 220-380kV TRASMISSIONE AT
132-150 kV
Lunghezza 25 km
CABINE AT/MT
132-150 kV/ 15-20kV
Numero di linee per trasformatore 5
TRASMISSIONE AAT 220-380kV TRASMISSIONE AT
132-150 kV
Lunghezza 25 km
CABINE AT/MT
132-150 kV/ 15-20kV
Numero di linee per trasformatore
DISTRIBUZIONE BT
400 V
Lunghezza 0.6 km
DISTRIBUZIONE MT
15-20 kV
Lunghezza 10 km '' schema ad anello aper
CABINA MT/BT
15-20 kV/0.4 kV
Schema radiale
Generazione centralizzata Generazione
distribuita
Carichi MT Carichi BT Carichi AT Generazione centralizzat Generazione
distribuita
Carichi MT Carichi BT Carichi AT Centrali Struttura del sistema
elettrico Cabina primaria AT/MT Ramo MT Nodo MT Legenda Cabina primaria AT/M Ramo MT Nodo MT Legenda Cabina primaria Ramo MT Nodo MT Legenda Ai carichi in bassa tensione Carico a MT Carico a MT Carico a MT AT/MT Sezionatore
NO
MT/BT MT/BT Ai carichi in bassa tensione Carico a MT Carico a M Carico a MT AT/MT Sezionatore
NO
MT/BT MT/BT Nodo di dorsale Nodo cabina primaria Rete Satellite Feeder Principale Feeder satellite Nodo di dorsale Nodo cabina primari Rete Satellite Feeder Principale Feeder satellite switching station secondary substation switch-disconnector fused switch-disconnector Feeder pi n ci pal e switching station secondary substation switch-disconnector fused switch-disconnect Feeder pi n ci pal e Configurazione
delle reti di
distribuzione in
MT radiale ad anello satellite a) Reti a congiungenti pure Connessione di emergenza b) Reti a congiungenti spurie Connessione di emergenza Nodo MT laterale Nodo MT dorsale Nodo cabina primaria Legenda a) Reti a congiungenti pure Connessione di emergenza b) Reti a congiungenti spurie Connessione di emergenza Nodo MT laterale Nodo MT dorsale Nodo cabina primari Legenda Nodo di dorsale Nodo di laterale Nodo con GD Nodo cabina primaria Legenda Lato magliatura (rete magliata) Lato magliatura in emergenza Lato ordinario Nodo di dorsale Nodo di laterale Nodo con GD Nodo cabina primaria Legenda Lato magliatura (rete magliat Lato magliatura in emergenz Lato ordinario a congiungenti MT/BT Sezionatore
NO
Sezionatore
NO
AT/MT MT/BT MT/BT MT/BT MT/B AT/MT MT/BT Confgurazioni delle reti
in BT Radiali Ad anello Rete a maglia MT bt MT bt MT MT MT bt c) banking in linea b) banking ad anello a) banking a maglia MT bt MT bt MT MT MT bt c) banking in linea b) banking ad anello a) banking a maglia SAIFI
SAIDI
CAIDI
CAIFI
MAIFI PQ DISTRIBUTION
MANAGEMENT
SYSTEM


Gestore della rete di trasmissione (TSO) Gestore della rete di distribuzione (DSO) Controllo e gestione delle unità GD allacciate in MT Unit à GD AT MT Unità GD Unità GD Unità GD 9 Modello della rete test Feeder urbani Feeder rurali Urbano 1 Urbano 2 Rurale 2 Rurale 1 Feeder urbani Feeder rurali Urbano 1 Urbano 2 Rurale Rurale 1 10 - Ambiente di calcolo: EMTP-RV presenza di GD (nodi e valori di riferimento): ' Feeder Urbano 01 ' nodo 04: P=3.5 MW; Q=0 Mvar;
' nodo 18: P=0.5 MW; Q=0 Mvar;
' nodo 19: P=3.0 MW; Q=0 Mvar;
' nodo 20: P=5.5 MW; Q=0 Mvar; ' Feeder Urbano 02 ' nodo 21: P=5.0 MW; Q=0 Mvar;
' nodo 23: P=1.0 MW; Q=0 Mvar;
' nodo 31: P=5.0 MW; Q=0 Mvar; ' Feeder Rurale 01 ' nodo 40: P=1.5 MW; Q=0 Mvar;
' nodo 49: P=3.0 MW; Q=0 Mvar;
' nodo 54: P=3.0 MW; Q=0 Mvar; 0.94 0.96 0.98 1 1.02 1.04 1.06 0 1.25 2.5 3.75 5 6.25 Te n si o n e [ p .u .] Lunghezza feeder [km] 1.0051 1.0191 ' URBANO 1 0.925 0.95 0.975 1 1.025 1.05 1.075 0 2.2 4.4 6.6 8.8 11 Te n si o n e [p .u .] Lunghezza feeder [km] 1.0040 1.0675 ' RURALE 1 0.925 0.95 0.975 1 1.025 1.05 1.075 0 4 8 12 16 20 Te n si o n e [p .u .] Lunghezza feeder [km] 1.0040 0.9328 0.94 0.96 0.98 1 1.02 1.04 1.06 0 1.25 2.5 3.75 5 6.25 Te n si o n e [p .u .] Lunghezza feeder [km] 1.0051 1.0191 ' URBANO 2 ' RURALE 2 12 0.94 0.96 0.98 1 1.02 1.04 1.06 0 1 2 3 4 5 V o lta ge (p .u .) Distance from 132/20 kV sub-station (km) Initial voltage profile Optimized voltage profile Allowed range 0.94 0.96 0.98 1 1.02 1.04 1.06 0 1.25 2.5 3.75 5 6.25 V o lta ge (p .u .) Distance from 132/20 kV sub-station (km) Initial voltage profile Optimized voltage profile Allowed range 0.94 0.96 0.98 1 1.02 1.04 1.06 1.08 0 2.2 4.4 6.6 8.8 11 V o lt ag e (p .u .) Distance from 132/20 kV sub-station (km) Initial voltage profile Optimized voltage profile Allowed range 0.925 0.945 0.965 0.985 1.005 1.025 1.045 0 4 8 12 16 20 V o lta ge (p .u .) Distance from 132/20 kV sub-station (km) Initial voltage profile Optimized voltage profile Allowed range ' URBANO 1 ' RURALE 1 ' URBANO 2 ' RURALE 2 Opzione: funzionamento in isola PMU ' misura dei fasori sincronizzati delle tensioni nodali
Caratteristiche peculiari delle reti di distribuzione: elevante impedenze in p.u.l. dei
feeder; ridotti valori di flussi di potenza; elevati valori di distorsione armonica delle
tensione Posizione della forma d''onda (passaggio per lo zero) rispetto all''impulso PPS  = (2/T)*'t 't
1- Analisi FFT: estrazione e ricostruzione della ''fondamentale' a fase nulla









2- Stima della fase attraverso la misura del ritardo tra l''impulso UTC-GPS e lo zero-crossing
della sinusoide














Total VectorError(TVE) :ampiezza della
differenza tra il fasore teorico ed il fasore
vero in per unità rispetto la fasore vero. Riconnessione alla rete La procedura di localizzazione propone l'identificazione del punto
di guasto della rete in base alla correlazione con frequenze
caratteristiche associate ai percorsi delle onde viaggianti originate
da esso. Distribution system AC feeding B US 802 B US 806 B US 808 B US 812 B US 814 BUS 810 Load 810 0.79 km 0.53 km 9.82 km 11.43 km 9.06 km 1 .7 8 k m B US 800 (o b s e rva ti o n p o in t) Percorso 1
Percorso 2 Percorso 3 Percorso 4 Percorso 5 Guasto Esempio: guasto tra i nodi 812 ed 814 dell''IEEE 34-bus distribution system , i p i p p v f n L ' RTU di registrazione automatico di disturbi aperiodici . 24 Sviluppo di sistemi per il monitoraggio

NI PCI 5112 digitizer
 8-bit  sampling frequency of 100 MS/s  accuracy of ±0.5%  storage capability of 16 MPts Meinberg GPS 168-PCI:
 accuracy of ±250 ns Pearson capacitive voltage divider VD-305A:
 300 kV peak  nominal ratio 10 kV / 1 V  bandwidth 30 Hz - 4 MHz (-3 dB)  rising time 100 ns  accuracy ±1% V-VT #1 V-VT #2 V-VT #3 EDB Controller PC RG213 wave data
multi recorded trigger signal time stamp GPS card DAQ PCI bus RS-232C mother board GPS antenna RG58 25 Verifica sperimentale del
sistema di localizzazione
dei guasti flash event number 15714 62676 64244 4970 1169 44074 date May 15, 2007 June 15, 2007 June 15, 2007 August 9, 2007 May 23, 2008 June 11, 2008 Stroke1 time 14:30:20.627 16:30:20.511 16:41:49.626 02:31:49.484 04:54:04.831 15:32:56. 060 peak current 8.7 kA '' 10.3 kA '' 11.2 kA '' 15.9 kA 33.8 kA 81.2 kA ellipse axes 1200 m and 400 m 400 m and 300 m 400 m and 300 m 400 m and 300 m 300 m and 300 m 400 m and 300 m trigger time delay 9.9 s (Unit 1) 39.2 s (Unit 2) 40.6 s (Unit 1) 2.8 s (Unit 2) 18.2 s (Unit 3) 42.8 s (Unit 1)
''37.7s(Unit 2)
29.9 s (Unit 3) '' 89.5 s (Unit 1) 68.5 s (Unit 1)
50.0 s (Unit 2) 19.80 s (Unit 1) 101.9 s (Unit 2) 39.0 s (Unit 3) 35.4 s (Unit 2) 14.2 s (Unit 3) Stroke 2 time - 16:30:20.566 16:41:49.670 - - - peak current - '' 11.5 kA '' 10.4 kA - - - ellipse axes - 300 m and 300 m 900 m and to 400 m - - - trigger time delay - 31.6 s (Unit 1) 3.6 s (Unit 2) 15.7 s (Unit 3) 23.7 s (Unit 1) '' 0.6 s (Unit 2) 43.5 s (Unit 3) - - - directional relay activation - 16:30:20.57 16:41:49.64 02:31:49.51 04:54:04 - overcurrent relay activation 14:30:20.63 16:30:20.54 16:41:49.65 02:31:49.49 04:54:04 15:32:56. 08 circuit breaker tripping - 16:30:20.66 16.41.49.73 02:31:49.47 04:54:04 - directional relay deactivation - 16.30.20.74 16.41.49.79 02:31:49.55 04:54:04 - overcurrent relay deactivation 14:30:20:74 16.30.20.74 16.41.49.80 02:31:49.57 04:54:04 15:32:56. 11 circuit breaker reclosing - 16.30.21.13 16.41.50.20 02:31:49.97 04:54:04 - LLS event n. 62676-2
't=55 ms
(June 15, 2007)
-11.5 kA 2344 2346 2348 2350 2352 2354 2356 5080 5082 5084 5086 5088 5090 5092 Unit 3 Unit 2 Unit 1 substation 15714 62676 1 2 64244 1 2 4970 1169 44074 km km -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 20.5660 20.5662 20.5664 20.5666 20.5668 20.5670 20.5672 V olt age (k V) Time (s) 50 Per. Media Mobile (phase 1)
50 Per. Media Mobile (phase 2)
50 Per. Media Mobile (phase 3) -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 20.5660 20.5662 20.5664 20.5666 20.5668 20.5670 20.5672 V olt age (k V) Time (s) 50 Per. Media Mobile (-5142.743388) 50 Per. Media Mobile (14251.85358) phase 1
phase 2 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 20.5660 20.5662 20.5664 20.5666 20.5668 20.5670 20.5672 V olt age (k V) Time (s) 50 Per. Media Mobile (Serie1)
50 Per. Media Mobile (Serie2)
50 Per. Media Mobile (Serie3) Unit 1 Unit 2 Unit 3 Attivazione del relé direzionale e
apertura dell''interruttore


-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 20.6838 20.6840 20.6842 20.6844 20.6846 20.6848 20.6850 V olt age (k V) Time (s) 50 Per. Media Mobile (Serie1)
50 Per. Media Mobile (Serie2)
50 Per. Media Mobile (Serie3) Unit 3 Richiusura dell''interruttore -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 21.1468 21.1470 21.1472 21.1474 21.1476 21.1478 21.1480 21.1482 V olt age (k V) Time (s) 50 Per. Media Mobile (Serie1)
50 Per. Media Mobile (Serie2)
50 Per. Media Mobile (Serie3) Unit 3 Emulatore fotovoltaico FC accumulo Carichi controllabili 0 0 ( ) ( , ) ( ) ( , ) t t C t I i t dt SOC C I    ' ' ' 1) 2) 3) 4) Test a) SOCini<SOC* Test b) SOCini>SOC* Rifiuto di carico Alberto Borghetti
Professore associato
alberto.borghetti@unibo.it


Mario Paolone
Ricercatore
mario.paolone@unibo.it
Fabio Napolitano
Collaboratore
fabio.napolitano@mail.ing.unibo.it


Carlo Alberto Nucci
Professore ordinario
carloalberto.nucci@unibo.it
www.lisep.ing.unibo.it


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