Smart grid 4 novembre
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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
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
• Attenzione alle facili illusioni!!!!!!!!
Smart grid, un futuro idilliaco?
• Smart grid
• Generazione distribuita
• Fonti rinnovabili
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
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
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.]
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
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
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
Registrazione evento distruttivo
Guasto fase-faseGuasto verso terra
Rottura del giunto
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
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
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
]
Irrobustimento dell’infrastruttura
Funi di guardia sulla rete di distribuzione MT
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)