1 impatto della generazione diffusa sulle reti di distribuzione

IMPATTO DELLA GENERAZIONE DIFFUSA
SULLE RETI DI DISTRIBUZIONE
Andrea Silvestri
Marco Merlo
Maurizio Delfanti
Generazione Diffusa (GD)
2
Direttiva 2003/54/CE
Generazione diffusa: l’insieme degli impianti di generazione con potenza
nominale inferiore a 10 MW e connessi, di norma, alla rete di distribuzione.
Delibera ARG/elt 99/08
Il servizio di connessione alle reti di distribuzione deve essere erogato:
• a livello BT nel caso di richieste di connessione per PIR fino a 100 kW;
• a livello MT nel caso di richieste di connessione per PIR fra 100 kW e 6 MW.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
1
Impatto della Generazione Diffusa sulle reti
elettriche di distribuzione MT
3
o VARIAZIONI LENTE DI TENSIONE
o VARIAZIONI RAPIDE DI TENSIONE
o INCREMENTO DELLE CORRENTI DI CORTOCIRCUITO
o PORTATE A REGIME E LIMITI DI TRANSITO
o PROTEZIONI DA CORTOCIRCUITO E LIMITI ASSOCIATI
o INVERSIONE DEL FLUSSO DI POTENZA SUL TRAFO AT/MT
o FENOMENO DELL’ ”ISOLA INDESIDERATA”
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Campione di reti MT analizzato (I)
4
CAMPIONE RACCOLTO DALL’AEEG NEL 2006
RETI ESCLUSIVAMENTE RADIALI
RETE
LINEA
Collegamento “linea”
L [km], R[Ω], X[Ω], S[Ω]
Collegamento “trafo”
vcc %, Pcu [kW]
Taglia trafo CP:
16-25-40-63
MVA
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
2
Campione di reti MT analizzato (II)
5
CAMPIONE ANALIZZATO: 318 RETI MT
o 8% del totale sistema di distribuzione nazionale
o diversi distributori italiani
53
43
o diverse zone geografiche
o rappresentative di aree urbane e rurali
39
58
o 59864 nodi di cui 6841 Clienti MT
37
o numero medio di feeder pari a 6 (1÷23)
o
Taglia trasformatore AT/MT [MVA]
16
25
40
63
Numero di reti
74
194
49
1
53
13
o potenza di trasformazione AT/MT: 8057 MVA
o energia annua assorbita (stima) : 18 TWh circa
22
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Ipotesi aggiuntive:
stima curve di carico
6
o Fattore di potenza dei carichi costante e pari a 0,9.
o Determinazione delle curve cumulate di variazione del carico per un
intero anno di esercizio: suddivisione secondo 2 tipologie di utente.
utente
o Determinazione dei coefficienti di contemporaneità e utilizzo.
Cliente MT
Trasformazione MT/BT
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
3
Modalità di analisi:
VSC e load flow dedicato
7
o Setpoint di sbarra MT opportunamente prefissato.
MODELLO DI LOAD
FLOW DEDICATO
o Generatori iniettano solo potenza attiva (cosφ 1 CEI 11-20).
o GD simulata installando sulla rete un solo generatore per volta:
potenza crescente fino al limite di 10 MW.
MW
o Analisi di tipo nodale attraverso calcoli di load flow relativamente a
ciascuna delle condizioni di carico.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Impatto della Generazione Diffusa sulle reti
elettriche di distribuzione
o VARIAZIONI LENTE DI TENSIONE
o VARIAZIONI RAPIDE DI TENSIONE
8
Impatto sulla
Power Quality
o INCREMENTO DELLE CORRENTI DI CORTOCIRCUITO
o PORTATE A REGIME E LIMITI DI TRANSITO
o PROTEZIONI DA CORTOCIRCUITO E LIMITI ASSOCIATI
o INVERSIONE DEL FLUSSO DI POTENZA SUL TRAFO AT/MT
o FENOMENO DELL’ ”ISOLA INDESIDERATA”
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
4
Regolazione di tensione
9
Il valore di tensione in tutti i punti di consegna deve essere compreso, per almeno il 95%
del tempo, nell’intervallo ±10% (EN 50160).
Data la presenza dei trafo MT/BT e delle linee di distribuzione in BT il range di esercizio
della MT spazia
p
dal +10% al -4% / -5%.
+10%
+10%
T
TENSIONE
+10%
margine
-10%
-10%
Trasmissione
&
Subtrasmissione
Distribuzione primaria
Distribuzione
secondaria
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Variazioni lente di tensione
10
Possibili problemi, in assenza di GD, sono legati a :
• a carichi alti, l’elevato flusso di potenza (corrente) che attraversa le
dorsali determina in genere una forte caduta di tensione su di esse,
esse
facendo sì che la tensione di alimentazione sia inferiore alla nominale;
• a carichi bassi, l’effetto delle capacità parassite, combinato con
cadute di tensione molto modeste, potrebbe dare luogo a tensioni più
TENSIONE
elevate rispetto al range consentito.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
5
Metodologia di analisi (I)
11
o E’ implementata l’azione di un variatore sotto carico al fine di
mantenere la tensione sulla sbarra MT ad un opportuno setpoint.
o In assenza di GD non sono state rilevate violazioni nei vincoli (di
tensione) contrattuali.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Metodologia di analisi (II):
simulazione della presenza di GD
12
o Il profilo di tensione del feeder attivo è disaccoppiato dai profili di
tensione dei rimanenti feeder, pur connessi alla medesima sbarra.
o La presenza di GD potrebbe invertire i flussi di potenza: si hanno
cadute di tensione negative.
o Innalzamenti del regime di tensione, anche ben al di sopra dei valori
tollerabili (+10%).
o Limite
Li it di GD installabile
i t ll bil in
i un nodo:
d valore
l
di potenza
t
attiva
tti erogata
t
da un generatore installato nel nodo che innalza la tensione sul punto
d’installazione ad un valore pari al 110% della nominale.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
6
Metodologia di analisi (III):
simulazione della presenza di GD
13
~
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Parametri rilevanti ai fini della potenza
installabile
14
o Distanza elettrica
GD installabile aumenta al diminuire della distanza elettrica.
o Carico elettrico
•
a livello di feeder: l’entità e la distribuzione del carico
GD installabile “aumenta” all’aumentare del carico nel nodo esaminato (e a
valle di questo).
• a livello di sistema: la condizione di carico considerata
Al minimo carico si rilevano tensioni maggiori: GD installabile “diminuisce”.
o Tensione nodale prima della connessione
GD installabile ridotta per i feeder con carico ridotto alimentati da sbarre su
cui è stato impostato un setpoint di tensione molto elevato.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
7
Parametri rilevanti ai fini della potenza
installabile
POTENZA
POTENZA
POTENZA
+10%
TENSIONE
+10%
15
+10%
~
margine
‐10%
10%
‐10%
10%
Trasmissione
&
Subtrasmissione
Distribuzione primaria
Distribuzione secondaria
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Risultati:
variazioni lente di tensione
16
65%
60%
55%
Percentuale di nodi sul totalee
50%
45%
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
> 10,0
9,5
10,0
9,0
8,5
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0%
Potenza installabile [MW]
Il vincolo considerato non è particolarmente stringente.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
8
17
9,5
10,0
9,0
8,5
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
100%
95%
90%
85%
80%
75%
70%
65%
60%
55%
50%
45%
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
0,0
Percentuale di nodi sul to
otale
Risultati:
variazioni lente di tensione
Potenza installabile [MW]
Il vincolo considerato non è particolarmente stringente.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Impatto della Generazione Diffusa sulle reti
elettriche di distribuzione MT
o VARIAZIONI LENTE DI TENSIONE
o VARIAZIONI RAPIDE DI TENSIONE
18
Impatto sulla
Power Quality
o INCREMENTO DELLE CORRENTI DI CORTOCIRCUITO
o PORTATE A REGIME E LIMITI DI TRANSITO
o PROTEZIONI DA CORTOCIRCUITO E LIMITI ASSOCIATI
o INVERSIONE DEL FLUSSO DI POTENZA SUL TRAFO AT/MT
o FENOMENO DELL’ ”ISOLA INDESIDERATA”
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
9
Variazioni rapide di tensione
GD maggiore con Scc maggiore
19
o Utenti passivi
Le variazioni rapide sono associate ad alterazioni improvvise del
carico (accadono di frequente nelle installazioni industriali).
o Utenti attivi (Generatori Diffusi)
Le variazioni rapide sono associabili ai transitori di inserzione in
parallelo e disconnessione.
• Generatori rotanti connessi alla rete senza interposizione di
convertitori statici: potenzialmente alla messa in parallelo;
con maggior probabilità in caso di distacco repentino;
• Generatori connessi alla rete per mezzo di inverter: solo distacco
repentino.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Metodologia di analisi
20
Determinazione della massima generazione connettibile ad un nodo
della rete, in modo da causare una variazione rapida di tensione nel
nodo stesso non superiore a un valore definito.
definito
EN 50160 ”Voltage characteristics of electricity supplied by public
distribution systems”.
In condizioni normali di esercizio una variazione rapida della tensione
generalmente non supera il 4% di Uc, ma una variazione fino al 6% di Uc
con una breve
b
d t può
durata
ò aver luogo
l
alcune
l
volte
lt all giorno
i
i talune
in
t l
circostanze.
Le analisi condotte hanno quindi investigato i limiti conseguenti a
variazioni rapide di tensione pari al 4% e al 6% della nominale.
Metodologia basata su due successivi calcoli di load flow
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
10
Parametri rilevanti ai fini della potenza
installabile
21
o Distanza elettrica del nodo in esame dalle sbarre MT.
o Variazione di potenza assorbita in rete (entità e collocazione).
∆Urapida α Rcc&∆P + Xcc&∆Q
o La GD installabile in un nodo della rete è tanto più elevata quanto
maggiore è la potenza di cortocircuito al nodo medesimo
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Risultati:
(variazioni rapide di tensione limitate al 4%)
22
35%
25%
20%
15%
10%
5%
> 10,0
9,5
10,0
9,0
8,5
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0%
0,0
Percentuale di nodi sul to
otale
30%
Potenza installabile [MW]
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
11
23
9,5
10,0
9,0
8,5
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
100%
95%
90%
85%
80%
75%
70%
65%
60%
55%
50%
45%
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
%
5%
0%
0,0
Percentuale di nodi sul tottale
Risultati:
(variazioni rapide di tensione limitate al 4%)
Potenza installabile [MW]
Il vincolo al 4% risulta sensibilmente limitante in termini di
generazione massima installabile nei vari nodi del campione di reti.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Risultati:
(variazioni rapide di tensione limitate al 6%)
24
50%
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
> 10,0
10,0
9,5
9,0
8,5
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0%
0,0
Percentuale di nodi sul to
otale
45%
Potenza installabile [MW]
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
12
25
9,5
10,0
9,0
8,5
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
100%
95%
90%
85%
80%
75%
70%
65%
60%
55%
50%
45%
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
%
5%
0%
0,0
Percentuale di nodi sul tottale
Risultati:
(variazioni rapide di tensione limitate al 6%)
Potenza installabile [MW]
L’indicazione del 6% risulta meno limitante in termini di
generazione massima installabile nei vari nodi del campione di reti.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Conclusioni:
variazioni di tensione
26
Le variazioni lente non costituiscono un vincolo stringente.
Le variazioni rapide
p
limitano la p
potenza installabile, in funzione:
o in modo prevalente, della resistenza a monte del nodo d’installazione;
o in via trascurabile, del carico installato in rete, del setpoint del
trasformatore di CP e della reattanza di cortocircuito.
La criticità di tale vincolo è maggiormente rilevante a fondo linea.
I valori del 4 o del 6% sono descrittivi di situazioni che generalmente
accadono
sulle
reti
di
media
tensione
(EN
50160):
più appropriata l’analisi condotta assumendo un limite del 6%.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
13
Impatto della Generazione Diffusa sulle reti
elettriche di distribuzione MT
27
o VARIAZIONI LENTE DI TENSIONE
o VARIAZIONI RAPIDE DI TENSIONE
o INCREMENTO DELLE CORRENTI DI CORTOCIRCUITO
o PORTATE A REGIME E LIMITI DI TRANSITO
o PROTEZIONI DA CORTOCIRCUITO E LIMITI ASSOCIATI
o INVERSIONE DEL FLUSSO DI POTENZA SUL TRAFO AT/MT
o FENOMENO DELL’ ”ISOLA INDESIDERATA”
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Incremento delle correnti di cortocircuito
La
GD
aumenta
le
correnti
28
di
cortocircuito
(rispetto al caso di rete puramente passiva).
Il limite alla potenza connettibile è dato dal margine esistente tra i livelli
attuali di ctocto sulle reti e la tenuta elettromeccanica dei componenti.
I limiti alla corrente di cortocircuito sono un reale vincolo alla
installazione di GD. La connessione di un nuovo impianto è preceduta
dalla valutazione della corrente di ctocto complessiva: rispetto delle
caratteristiche elettromeccaniche dei componenti esistenti.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
14
Metodologia di analisi
29
o La tensione nominale della rete viene ipotizzata pari a 15 kV.
o Trafo di CP:
• An pari a 16, 25 e 40 MVA;
• Vcc pari a 13%, 14,5% e 15,5%.
o Tenuta elettromeccanica pari a 12,5 kA.
o Si applica una maggiorazione del 20% alla Icc calcolata per tenere
conto dei motori e di altre possibili imprecisioni nei calcoli.
o L’apporto alla Icc da parte della GD è applicato direttamente alle
sbarre di cabina primaria (ipotesi cautelativa).
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Determinazione delle correnti di cortocircuito
risultanti
An [MVA]
•
Vcc [%]
Vn [kV]
Icc [kA]
Iccm [kA]
Icu [kA]
30
Margine Icc_GD [kA]
16
13
15
4,74
5,69
12,5
6,82
25
14,5
,
15
6,64
,
7,96
,
12,5
,
4,54
,
40
15,5
15
9,93
11,92
12,5
0,58
Icc è la corrente di cortocircuito alle sbarre MT del trasformatore
dovuta al contributo della rete AT.
•
a medesima
edes a co
corrente
e te d
di co
cortocircuito
toc cu to maggiorata
agg o ata de
del 20%.
0%
Iccm è la
•
Icu è la tenuta dei componenti.
•
Margine Icc_GD =
Icu - Icc rappresenta la quantità di corrente di
cortocircuito che può fornire la GD da installare in rete.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
15
GD installabile senza superare la tenuta
dei componenti (con convertitori statici)
31
Contributo limitato a 1,5÷2 volte rispetto alla loro corrente nominale.
An
Margine In
Margine An
GD al limite termico del trasformatore
Vincolo più critico
16
3,41
88,53
12,8
12,8
25
2,27
58,93
20,0
20,0
40
0,29
7,54
32,0
7,54
•
Margine In è la corrente erogabile dalla GD supponendone la corrente
nominale pari al 50% della corrente di cortocircuito [kA].
•
Margine An è la GD installabile per non superare la tenuta dei componenti
[MVA].
•
Limite termico del trasformatore è la quantità limite di GD installabile per non
determinare un'inversione di flusso verso la rete AT superiore al 60% della
An del trafo AT/MT.
•
Vincolo più critico è il limite più stringente tra il limite relativo all'inversione
di flusso ed il limite relativo alle correnti di cortocircuito [MVA].
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
GD installabile senza superare la tenuta
dei componenti (senza convertitori statici)
32
In pari al 30% della corrente di cortocircuito.
An
Margine In
Margine An
GD al limite termico del trasformatore
Vincolo più critico
16
2,27
59,02
12,8
12,8
25
1,51
39,28
20,0
20,0
0,19
5,02
32,0
5,02
40
•
Margine In è la corrente erogabile dalla GD supponendone la corrente
nominale pari al 30% della corrente di cortocircuito [kA].
•
Margine An è la GD installabile per non superare la tenuta dei componenti
[MVA].
•
Limite termico del trasformatore è la quantità limite di GD installabile per non
determinare un'inversione di flusso verso la rete AT superiore al 60% della
An del trafo AT/MT.
•
Vincolo più critico è il limite più stringente tra il limite relativo all'inversione
di flusso ed il limite relativo alle correnti di cortocircuito [MVA].
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
16
Conclusioni:
incremento delle correnti di cortocircuito
33
o Il vincolo relativo alla Icc è trattato per ciascuna rete nel suo
complesso (ipotesi conservativa).
o La limitazione risultante è da intendersi alla totale GD che è possibile
sottendere a ciascun trafo AT/MT.
o Le analisi hanno evidenziato limiti generalmente poco vincolanti:
• per trasformatori con taglie da 16 e da 25 MVA è più stringente il
limite legato alla potenza nominale del trasformatore;
• per trasformatori di grande taglia (40 MVA e oltre) le sollecitazioni
dovute al cortocircuito divengono vincolanti ma il limite di GD
installabile risulta comunque elevato (superiore ai 5÷7 MVA).
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Impatto della Generazione Diffusa sulle reti
elettriche di distribuzione MT
34
o VARIAZIONI LENTE DI TENSIONE
o VARIAZIONI RAPIDE DI TENSIONE
o INCREMENTO DELLE CORRENTI DI CORTOCIRCUITO
o PORTATE A REGIME E LIMITI DI TRANSITO
o PROTEZIONI DA CORTOCIRCUITO E LIMITI ASSOCIATI
Problemi
legati alle
protezioni
di linea
o INVERSIONE DEL FLUSSO DI POTENZA SUL TRAFO AT/MT
o FENOMENO DELL’ ”ISOLA INDESIDERATA”
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
17
Portate a regime e limiti di transito:
metodologia di analisi
35
o Potenza installabile per limiti di transito su una linea: quantità di GD
connettibile in un nodo della rete senza superare la In dei conduttori.
o La massima corrente che può circolare in ciascun tratto di rete è
ritenuta pari a 250 A, valore assunto cautelativamente come
regolazione standard delle protezioni da sovracorrente in CP.
o Attenzione a: dorsali/derivazioni
250 A
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Parametri rilevanti ai fini della potenza
installabile
36
Fattori determinanti per la quantità di GD connettibile in un nodo:
o la potenza prelevata, o iniettata in rete, dall’utenza e dalla GD
connessa nel nodo in questione;
o la tensione nominale della rete (a cui il nodo è sottoposto);
Tensione nominale [kV]
Percentuale di nodi del campione
Potenza installabile minima [MW]
9
0,50%
3,74
10
3,47%
4,16
15
44,26%
6,24
20
50,55%
8,31
22
0,80%
9,15
23
0,42%
9,56
o il transito di corrente sul tratto di linea a monte del nodo stesso.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
18
Risultati:
portate a regime e limiti di transito
37
Percentuale di nodi sul to
otale
25%
20%
15%
10%
5%
10,0
> 10,0
9,5
9,0
8,5
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0%
Potenza installabile [MW]
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
38
10,0
9,5
9,0
8,5
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
100%
95%
90%
85%
80%
75%
70%
65%
60%
55%
50%
45%
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
0,0
Percentuale di nodi sul totaale
Risultati:
portate a regime e limiti di transito
Potenza installabile [MW]
La GD installabile in accordo con i vincoli di transito è
elevata, considerando portate standard e tratti dorsali.
.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
19
Impatto della Generazione Diffusa sulle reti
elettriche di distribuzione MT
39
o VARIAZIONI LENTE DI TENSIONE
o VARIAZIONI RAPIDE DI TENSIONE
o INCREMENTO DELLE CORRENTI DI CORTOCIRCUITO
o PORTATE A REGIME E LIMITI DI TRANSITO
o PROTEZIONI DA CORTOCIRCUITO E LIMITI ASSOCIATI
Problemi
legati alle
protezioni
di linea
o INVERSIONE DEL FLUSSO DI POTENZA SUL TRAFO AT/MT
o FENOMENO DELL’ ”ISOLA INDESIDERATA”
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Protezioni da cortocircuito e limiti associati:
metodologia di analisi
40
L’eccessivo contributo alla corrente della GD di un feeder potrebbe dare
scatti intempestivi della protezione (I>>; I>>>) in CP (linea A),
in caso di cortocircuito su una linea diversa (linea B).
La GD installabile su ogni linea, senza causare scatti intempestivi,
è determinata differenziando le reti per tensione nominale.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
20
GD installabile su ogni linea per
legati alle protezioni da cortocircuito
vincoli
41
Vn [kV]
Ip [kA]
In1 [A]
In2 [A]
An1 [MVA]
An2 [MVA]
15
0,6
300
200
7,80
5,20
20
0,6
300
200
10,39
6,93
• Ip è la regolazione della protezione I>> in CP sulla partenza di ogni
linea (assunta cautelativamente pari a 600 A).
• In1 è la corrente nominale della GD connettibile (con inverter).
• In2 è la corrente nominale della GD connettibile (no inverter).
• An1 è la potenza nominale della GD connettibile (con inverter).
• An2 è la potenza nominale della GD connettibile (no inverter).
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Confronto con la GD installabile in relazione ai
vincoli sulle protezioni da sovracorrente
42
Vincolo di max I
Vincolo di max I
Vincolo di max I
di regime
di guasto (conv. statici)
di guasto (conv. rotanti)
[MVA]
[MVA]
[MVA]
15
6,50
7,80
5,20
20
8,66
10,39
6,93
Tensione nominale Vn
[[kV]]
GD (con inverter)
GD (macchine rotanti)
massima corrente di regime
massima corrente di guasto
I VALORI DI POTENZA INSTALLABILE SU CIASCUNA LINEA
RISULTANO COMUNQUE MOLTO ELEVATI
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
21
Conclusioni:
problemi legati alle protezioni
43
La quantità di GD installabile dipende fortemente dalla tensione
nominale della rete elettrica in esame.
o Regolazioni delle protezioni da sovraccarico (transiti in linea): fattore
più limitante per la GD solo in prossimità delle sbarre MT di CP.
o Vincoli dovuti dalle soglie di cortocircuito: più elevati rispetto ai limiti
dovuti ai transiti.
LIMITAZIONI DA PROTEZIONI
PER CORRENTI DI REGIME
NON
FACILMENTE
SUPERABILI
LIMITAZIONI DA PROTEZIONI
PER
CORRENTI
DI
CORTOCIRCUITO
POTENZIALMENTE
SUPERABILI
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Conclusioni generali:
Massima GD compatibile con i tre vincoli
44
100%
95%
90%
85%
80%
75%
70%
65%
60%
55%
50%
45%
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
Limiti di transito
Variazioni rapide limitate al 6%
d l
l
Variazioni lente di tensione
9,5
10,0
9,0
8,5
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
Nessun vincolo violato
0,0
Percenttuale di nodi sul totale
Su una grande percentuale di nodi del campione la potenza
tecnicamente installabile è piuttosto elevata
Potenza Installabile [MW]
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
22
Impatto della Generazione Diffusa sulle reti
elettriche di distribuzione MT
45
o VARIAZIONI LENTE DI TENSIONE
o VARIAZIONI RAPIDE DI TENSIONE
o INCREMENTO DELLE CORRENTI DI CORTOCIRCUITO
o PORTATE A REGIME E LIMITI DI TRANSITO
o PROTEZIONI DA CORTOCIRCUITO E LIMITI ASSOCIATI
o INVERSIONE DEL FLUSSO DI POTENZA SUL TRAFO AT/MT
o FENOMENO DELL’ ”ISOLA INDESIDERATA”
Criticità legate a
automazione/SPI GD
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Criticità legate all’automazione di rete:
inversione di flusso
46
Per inversione di flusso si intende la situazione in cui la potenza attiva
fluisce dalla rete di distribuzione MT verso la rete AT.
Criticità legate all’automazione di rete hanno crescente incidenza sulle
reti (e sulle linee) in cui il flusso di potenza, per almeno una data
percentuale delle ore annue di funzionamento, si inverta.
L’intera rete MT sottesa potrebbe funzionare in isola, portando ad
alcune criticità, quali:
• parallelo in condizioni di non sincronismo tra la rete AT e la CP;
• permanenza di un guasto a terra sulle sbarre AT della CP.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
23
Criticità legate all’automazione di rete:
inversione di flusso
47
Inversione dei flussi di potenza
o a livello di interfaccia AT/MT (CP):
possibile
degrado
delle
prestazioni
per
gli
utenti
prestazioni
per
gli
utenti
sottesi all’intera CP.
o a livello di singola linea MT:
possibile
degrado
delle
sottesi alla specifica linea MT.
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Metodologia di analisi
48
• Si determina la curva annua della
3100
potenza per ciascuna delle reti
2900
2700
• Si individua l’intervallo relativo al
[MW]
2500
5% delle ore di funzionamento
2300
2100
Limite
CEI 0-16
• Si determina il valore totale di
GD installabile sull
sull’intero
intero campione
1900
1700
Potenza installabile sul
1297 MW
campione
1500
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Percentuale ore di funzionamento annue
Potenza installabile
4,08 MW
media per rete
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
24
Risultati:
inversione di flusso
49
P
Percentuale di semisbarre sul ttotale
12%
10%
8%
6%
4%
2%
>10,0
10,0
9
9,5
8,5
8
7
7,5
6
6,5
5,5
5
4
4,5
3
3,5
2
2,5
1
1,5
0,5
0,0
0%
Potenza installabile [MW]
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
50
10,0
9,5
9,0
8,5
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
100%
95%
90%
85%
80%
75%
70%
65%
60%
55%
50%
45%
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
0,0
Percentuale di semisbarre sul to
P
otale
Risultati:
inversione di flusso
Potenza installabile [MW]
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
25
Conclusioni:
inversione di flusso
51
o All’aumentare della soglia percentuale di inversione di flusso,
la GD installabile aumenta in maniera non significativa.
5%
(438 h/anno)
10%
(876 h/anno)
15%
(1314 h/anno)
20%
(1752 h/anno)
Potenza installabile [MW]
1297
1363
1449
1545
Potenza installabile media [MW]
4,08
4,28
4,55
4,86
o L’estensione della soglia limite di ore/anno non porta a sostanziali
aumenti di GD installabile.
o Le ipotesi effettuate rendono i risultati medi conservativi,
conservativi ma…
ma
…in alcune reti, percentuali già oggi superate.
o I valori di GD non possono essere definiti propriamente come “limiti”:
sono superabili mediante opportuni sviluppi di rete (CP).
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
Impatto della Generazione Diffusa sulle reti
elettriche di distribuzione MT
52
o VARIAZIONI LENTE DI TENSIONE
o VARIAZIONI RAPIDE DI TENSIONE
o INCREMENTO DELLE CORRENTI DI CORTOCIRCUITO
o PORTATE A REGIME E LIMITI DI TRANSITO
o PROTEZIONI DA CORTOCIRCUITO E LIMITI ASSOCIATI
o INVERSIONE DEL FLUSSO DI POTENZA SUL TRAFO AT/MT
o FENOMENO DELL’ ”ISOLA INDESIDERATA”
Criticità legate a
automazione/SPI GD
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
26
Criticità legate al SPI dei GD:
isola indesiderata
53
Uno o più impianti di GD continuano ad alimentare una porzione della
rete di distribuzione dopo la disconnessione dal resto del sistema
Il fenomeno dell
dell’islanding
islanding può comportare problemi di varia natura:
•
sulla qualità dell’alimentazione;
•
sulla sicurezza di funzionamento della rete di distribuzione;
•
sulle procedure di ricerca e di selezione dei tratti di linea guasti;
•
sulla ripresa del parallelo con il resto della rete.
Lo studio non raggiunge conclusioni quantitative, ma evidenzia:
• bassa probabilità con GD marginale (situazione attuale)
• possibili criticità con GD significativa (breve/medio periodo)
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
L’uso dei sistemi di comunicazione nelle reti di
distribuzione: il Progetto Milano WiPower
54
Aspetti normativi:
• obbligo di disconnettere GD (anti-islanding, CEI 0-16);
• modifica regolazioni SPI GD mediante comunicazione (CEI 0-16).
OBIETTIVO DEL PROGETTO
Testare le prestazioni di sistemi di comunicazione tra relé di protezione
GESTIONE ATTIVA DELLA RETE ELETTRICA
IN PRESENZA DI GD
scambiare segnali tra CP e GD, per utenti sia MT sia BT
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
27
Milano WiPower: PoliMi (DE; DEI); CESI RICERCA;
A2A; SELTA; THYTRONIC
55
FEEDER
C A B IN A S E C O N D A R IA
M T /B T
t1
LO AD
LO AD
LO AD
C A B IN A P R IM A R IA
A T /M T
R ELE
COMUNICAZIONE
t2
t3
t0
M T /B T
A T /M T
SPI
Cabina Primaria
(A2A Musocco)
DDI
G
GD
((Dip.to
p Energia)
g )
FUNZIONI DA REALIZZARE:
•
•
•
•
•
Attivazione soglie permissive
Attivazione soglie restrittive
Telescatto
Regolazione di tensione
Riconnessione GD a sistema sicuro
SEGNALI DA SCAMBIARE:
•
•
•
•
•
Stato sistema di comunicazione OK
Stato sistema di comunicazione KO
Apertura dell’interruttore in CP dalla rete
Stato di “sistema sicuro”
Livello di reattivo GD
SISTEMA COMUNICAZIONE:
•
•
•
•
La rete internet
La tecnologia PLC
La tecnologia Wi-fi
La tecnologia Wi-max
A. Silvestri, M. Merlo, M. Delfanti
28