Aumentare la Hosting Capacity delle reti di distribuzione con

Aumentare la
Hosting Capacity delle reti di
distribuzione
con investimenti
Smart selettivi
Michele Salaris, Gianluca Sapienza
Enel Distribuzione – Tecnologie di Rete
Politecnico di Milano,
28 Settembre 2015
Generazione Distribuita
Rete Enel Distribuzione – Anno 2014
[MW]
Potenza connessa (per anno) [MW]
[MW]
12.000
30.000
10.000
25.000
8.000
20.000
6.000
15.000
4.000
10.000
2.000
5.000
0
0
BT
MT
Potenza connessa (cumulativa) [MW]
> 25 GW, 63 % FV
20 %
59 %
21 %
BT
AT
Idraulica
MT
AT
Non rinnovabili
4%
8%
10%
15%
Biomasse &
rifiuti
63%
FV
Eolica
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investimenti Smart selettivi – Politecnico di Milano – 28 Settembre 2015
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2
Generazione Distribuita
Flusso energetico netto dal TSO (Giugno 2010->2014)
35.000
32.500
30.000
[MW]
Lavorativo
Sabato
Domenica
27.500
25.000
22.500
20.000
17.500
15.000
12.500
10.000
5.000
00:15
01:15
02:15
03:15
04:15
05:15
06:15
07:15
08:15
09:15
10:15
11:15
12:15
13:15
14:15
15:15
16:15
17:15
18:15
19:15
20:15
21:15
22:15
23:15
00:15
01:15
02:15
03:15
04:15
05:15
06:15
07:15
08:15
09:15
10:15
11:15
12:15
13:15
14:15
15:15
16:15
17:15
18:15
19:15
20:15
21:15
22:15
23:15
00:15
01:15
02:15
03:15
04:15
05:15
06:15
07:15
08:15
09:15
10:15
11:15
12:15
13:15
14:15
15:15
16:15
17:15
18:15
19:15
20:15
21:15
22:15
23:15
7.500
2010
2011
2012
2013
2014
Diminuzione flusso energetico netto dovuto alla GD
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3
Effetto della Generazione Distribuita
Hosting Capacity ed Esercizio delle Rete
• La Generazione Distribuita (GD) incrementa la tensione a causa delle iniezioni di potenza attiva.
• La tensione lungo linea può superare il valore di sbarra in Cabina Primaria (CP).
• Impatto su Hosting Capacity ed Esercizio a causa delle tensioni “elevate”
20,8285
20,7407
20,7384
20,7275
20,7198
20,7129
20,7059
20,6685
20,556
20,5491
20,4101
20,2962
20,2932
20,1899
20,1862
20,1446
20,0936
20,0899
20,0654
20,0609
20,2
20,0564
20,4
20,0533
20,6
20,2919
MV busbar
20,8
20,5444
21
20,6156
• I tradizionali metodi di controllo della sbarra MT di CP possono fallire a causa delle inversioni di potenza attiva.
Soluzione Enel:
20
Infrastruttura di
Controllo della
Tensione per
Smart Grids
19,8
19,6
GD lungo linea
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4
Infrastruttura per il Controllo della Tensione
Progetto Isernia
Progetto Isernia:
Schema di rete
semplificato per il
controllo della tensione
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5
Sistema di Telecontrollo
STM – DMS: sguardo alla situazione nazionale
28 Centri Operativi di Esercizio (COE), equipaggiati da STM (SCADA) + DMS (motore di calcolo
elettrico)
STM + DMS
AT
TSO
MT
CP
MV
Corporate system /
Intranet
LV
CS
Sistemi e dispositivi realizzati secondo gli standard ed il know-how aziendale.
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6
Infrastruttura per il Controllo della Tensione
Come funziona?
È basato su tre strategie indipendenti ma cooperanti:
1.
Controllo Ottimizzato Tensione di Sbarra MT (Cabina Primaria). Il set-point ottimale è calcolato dal
Distribution Management System (DMS) ed attuato dallo SCADA (STM).
2.
Controllo Locale di Tensione Volt/VAr (livello Cliente). Ogni impianto controllabile MT (ICM) regola in
modo autonomo la potenza reattiva al punto di scambio, in funzione della tensione misurata dall’RGDM
nel medesimo punto.
3.
Controllo Centralizzato di Tensione (livello linea MT). In caso di tensione fuori limite (inefficacia delle
altre strategie), i nodi problematici inviano una richiesta di “SOS” al DMS, il quale pone in regolazione gli
impianti in prossimità elettrica.
Sistema modulare, flessibile e scalabile
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7
Controllo Ottimizzato Tensione Sbarra MT
Come funziona?
Il set-point ottimale di tensione è calcolato a livello centrale dal DMS, ed attuato in campo dal DMS.
Lato Campo
Lato Centro
0
V opt
DV7500
0
Vopt
P,Q
P,Q
P, Q
t
t
t
TPT2020
STM + DMS
1. Misure real-time di CP
1. Curve di carico storiche
Load/Generation
data
+
RGDM
Smart Meter
3. Misure real-time di CS
2. Previsioni meteo – MAGO
Infrastruttura completamente digitale, basata sullo standard IEC61850.
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8
Controllo Ottimizzato Tensione Sbarra MT
Attivazione funzione su STM – Progetto Isernia
Finestra STM per l’abilitazione del Controllo Tensione Sbarra MT (programma di regolazione
“P3”) e vista topologica della CP Carpinone
Attivazione funzione interamente da remoto
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9
Controllo Ottimizzato Tensione Sbarra MT
Protocollo di servizio – registrazione eventi
Sistema
osservabile in
tempo reale.
Time-stamp
Misura di
tensione
Cabina
Primaria
Sbarra
Set-point di
tensione
Conferma
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10
Controllo Ottimizzato Tensione Sbarra MT
Dispositivi di Cabina Primaria
Dispositivo DV7500
TPT2020 RTU
Protezione integrata di
trasformatore. Telaio unificato per
coppia di trasformatori.
Unità connettori
DV7500:
Regolatore+protezione
AT+protezione MT
Unità di
Elaborazione
IEC61850
3 pannelli in 1
Moduli remoti
Alimentatore
Cabina Primaria Digirale (eliminazione connessioni filate), semplificazione impiantistica
significativa
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11
Controllo Locale di Tensione Volt/VAr
Come funziona?
Ogni impianto controllabile MT (ICM) regola in modo autonomo la potenza reattiva al punto di scambio, in
funzione della tensione misurata dall’RGDM nel medesimo punto. L’Interfaccia di Regolazione dell’Energia
(IRE) attua i comandi verso i componenti di impianto regolabili.
Lato CS Enel
Lato Cliente
RGDM
Impianto Controllabile MT (ICM)
IRE
• ModBus
IEC61850
• Filato
•…
Misura di tensione al
punto di scambio
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IRE – controllore di
impianto
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Regolazione Q/cosfi
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Controllo Centralizzato di Tensione
Come funziona?
In caso di tensione fuori limite (inefficacia delle altre strategie), i nodi problematici inviano una richiesta di “SOS”
al DMS, il quale pone in regolazione gli impianti in prossimità elettrica.
Il sistema minimizza le richieste di
regolazione.
STM + DMS
Nodi j-esimi
La regolazione è automatica, ma
regolazioni manuali in telecomando
sono comunque possibili.
Verso altri ICM
Nodi i-esimi
RGDM
Lato Centro
IRE
Impianto Controllabile MT (ICM)
Lato Campo
• ModBus
• Filato
Allarmi di tensione (SOS)
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IRE – controllore di
impianto
•…
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Regolazione Q
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13
Controllo Centralizzato di Tensione
Altre funzioni – Regolazione della Potenza Attiva
Possibilità di limitare P in telecomando, dal Centro Operativo.
Lato Centro
STM
Esercizio in
emergenza/dispacciamento della
generazione; è possibile limitare la
generazione per evitare la completa
disconnessione.
Lato Campo
Verso altri ICM
IRE
Impianto Controllabile MT (ICM)
• ModBus
• Filato
IRE – controllore di
impianto
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•…
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Regolazione P
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Infrastruttura per il Controllo della Tensione
Piattaforme Real-Time di Test – Smart Grid Lab Milano
Apparati di Campo
SCADA e DMS
“Grid in a building”
d
Infrastruttura di test “Hardware-inthe-loop fully real-time”
MVB
c
e
I Tr VB
CN
VCN
a
b
Rete simulata, prelevata dai DB aziendali
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Controllo Tensione Sbarra MT
Progetto Isernia
Progetto Isernia:
Schema di rete
semplificato per il
controllo della tensione
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Infrastruttura per il Controllo della Tensione
Risultati di campo – Progetto Isernia – Tensione di Sbarra MT
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Infrastruttura per il Controllo della Tensione
Risultati di campo – Progetto Isernia – Hosting Capacity
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18
Infrastruttura per il Controllo della Tensione
Sviluppo su larga scala – osservazioni
Funzionalità
Necessità di
investimento
Necessità di
evoluzioni
regolatorie per
coinvolgimento
produttori
Impianti da equipaggiare
Note
Controllo
Ottimizzato
Tensione di Sbarra
MT
Si
No
• Cabina Primaria
• SCADA+DMS già operativi in tutti i
COE, secondo lo stato dell’arte e
l’unificazione
Controllo Locale di
Tensione Volt/VAr
Si
Si
• Cabina Secondaria
• Lato Cliente
• Necessità di comunicazione
Distributore-Cliente
• Installazione IRE lato Cliente
Controllo
Centralizzato di
Tensione
Si
Si
• Cabina Secondaria
• Lato Cliente
• Infrastruttura di
telecomunicazione
• Necessaità comunicazione always-on
• Necessità di comunicazione
Distributore-Cliente
• Installazione IRE lato Cliente
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19
Infrastruttura per il Controllo della Tensione
Conclusioni
• L’Infrastruttura per il Controllo della Tensione è basata su algoritmi modulari ed unificati, facile quindi da
sviluppare su larga scala. Il sistema è orientato all’Esercizio.
• La comunicazione tra apparati è basata su standard di comunicazione, come l’IEC61850
• Le funzionalità sono altamente standardizzate su requisiti specificati dall’azienda, grazie al know-how interno;
esse sono testate tramite le piattaforme Real-Time dell’Enel Smart Grid Lab.
• I dispositivi di campo semplificano notevolmente le architetture di cabina, grazie ad alti livelli di integrazione
• Pilastri dell’infrastruttura sono: SCADA STM, DMS e dati dagli Smart Meters (contatori elettronici), presenti in
Enel Distribuzione come stato dell’arte.
• L’Esercizio reale in campo sta confermando i risultati attesi, osservati nel Progetto Isernia.
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