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Page 1: Smart grid 4 novembre

Forum Telecontrollo Reti Acqua Gas ed Elettriche Torino, 3-4 novembre 2011

Criticità funzionali per generatori sincroni connessi al sistema di distribuzione

in media tensione

Micaela Caserza Magro

Paolo Pinceti

Maurizio Vanti

Mailab – DINAEL Università degli studi di Genova

Page 2: Smart grid 4 novembre

IntroduzioneSerie di guasti su un sistema di generazione

• Simulazione di sistemi elettrici a generazione distribuita

• Analisi dei guasti

• Analisi degli effetti dei guasti sui generatori rotanti

• Analisi dell’efficacia dei sistemi di protezione esistenti

• Verifica dell’esistenza di soluzioni alternativa

Ricerca delle cause

Page 3: Smart grid 4 novembre

• Attenzione alle facili illusioni!!!!!!!!

Smart grid, un futuro idilliaco?

• Smart grid

• Generazione distribuita

• Fonti rinnovabili

Page 4: Smart grid 4 novembre

I problemi delle smart grid• Sistema di distribuzione MT e BT attivo • Aleatorietà dell’assetto della rete• Generatori di piccola taglia

• Sistema di protezioni complesso

• Numero dei guasti elevato

• Perturbazioni significative in caso di guasti

• Instabilità del sistema

Page 5: Smart grid 4 novembre

Reti MT estese con generazione• Ridotta potenza di cortocircuito• Linee lunghe• Carichi ridotti• Massima frequenza di guasto

• Elevata probabilità di guasti con limitate correnti di corto circuito

• Buchi di tensione in sottostazione

• Valori di tensione tali da non far intervenire le protezioni del generatore

• Perturbazioni propagate al generatore

• Eolico• Fotovoltaico• Biomasse

Page 6: Smart grid 4 novembre

Corrente di macchina

Buco di tensione

9.95 10 10.05 10.1 10.15 10.2 10.25 10.3 10.35 10.4-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

Time [S]

Cu

rre

nt [

A]

9.95 10 10.05 10.1 10.15 10.2 10.25 10.3 10.35 10.4-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5x 10

4

Time [S]

Vo

ltag

e [V

]

Guasto fase - fase

Test B/D/F 1km Test A/C/E 1km

current torque

voltage

Perturbazione della coppia elettromagnetica del generatore

Tensione SSE 20 kV

10 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9-2

-1

0

1

2

3

4

Time [S]

To

rqu

e [p

.u.]

Page 7: Smart grid 4 novembre

Esempio di connessione MT

Test B/D/F 1km Test A/C/E 1km

current torque

voltage Rete AT

SSE MT

Generatore ed ausiliari

Step-up

Possibili guastiGrandezze di interesse

Page 8: Smart grid 4 novembre

Oscillazione di coppia 1

10 10.05 10.1 10.15-2

-1

0

1

2

3

4

Tempo [s]

Co

pp

ia e

lettr

om

ecc

an

ica

[p.u

.]

2F 20kV3F 20kV1F terra 150kV2F 150kV2F terra 150kV3F 150kV3F terra 150kV

In relazione a diversi tipi di guasto sulla rete AT ed MT

Page 9: Smart grid 4 novembre

Oscillazione di coppia 2

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-3

-2

-1

0

1

2

3

4

Posizione del guasto sulla rete MT [km]

Pic

co m

ass

imo

di c

op

pia

e.m

. du

ran

te il

co

rto

circ

uito

[p.u

.]

Guasto bifase su rete MT picco positivoGuasto bifase su rete MT picco negativoGuasto trifase su rete MT picco positvoGuasto trifase su rete MT picco negativo

In relazione alla posizione ed alla tipologia di guasto MT

Page 10: Smart grid 4 novembre

Registrazione evento distruttivo

Guasto fase-faseGuasto verso terra

Rottura del giunto

Page 11: Smart grid 4 novembre

Protezioni tradizionaliMassima intensità dell’oscillazione già nel primo ciclo < 20 ms

E’ necessario intervenire nell’arco di qualche ms

Le protezioni attualmente in uso non garantiscono tempi di intervento adeguati a questo tipo di eventi!!!!

Risposta del relè

Apertura interruttore

>40 ms 50÷70 ms

Comunicazione (IEC 61850)

100 ms

Page 12: Smart grid 4 novembre

Soluzioni innovative - SCB

• Static Circuit Breakers– interruttore costituito da dispositivi a semiconduttore (IGBT,GTO)– Segnale di trip generato dal sistema di controllo– Tempi di intervento pari a 1÷2 ms

SCB

RETE RETE

SENSIBILE

Possibilità di sottodimensionare tutte le parti del sistema protetto in quanto la corrente di corto circuito viene limitata ad un valore molto più basso rispetto ai sistemi tradizionali (effetto di limitazione)

E’ necessario sviluppare nuove tecnologie e/o architetture di protezione in grado di sostituire i relè con dispositivi in grado di intervenire più rapidamente (qualche ms), altrimenti si perde completamente il vantaggio dell’uso degli SCB

Page 13: Smart grid 4 novembre

Soluzioni innovative - DVR• Dynamic Voltage Restorers

– costituito da sistema di accumulo, inverter e sistema di controllo– collegato in serie alla linea che alimenta il sistema da proteggere– genera una forma d’onda complementare tra quella della rete e

quella desiderata

RETE RETE

SENSIBILE

INVERTER SORGENTE

DC

Controllo 15.48 15.49 15.5 15.51 15.52 15.53 15.54 15.55-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4x 10

4

Tempo [s]

Te

nsi

on

e [V

]

Page 14: Smart grid 4 novembre

Irrobustimento dell’infrastruttura

Funi di guardia sulla rete di distribuzione MT

Page 15: Smart grid 4 novembre

ConclusioneGenerazione distribuita

Condizioni di rete particolari

Protezioni tradizionaliAffidabilità e disponibilità ridotta degli impianti di

generazione

Irrobustimento dell’infrastruttura

Sviluppo di nuove strategie di protezione

Sviluppo di nuovi dispositivi di protezione

Integrazione dei sistemi (comunicazione)