Caldon – GUSEE.

À
LA RICERCA DELL’UNIVERSITÀ
ITALIANA SUI SISTEMI ELETTRICI
DEL FUTURO
Roberto Caldon
Gruppo Universitario Sistemi Elettrici per l’Energia
22 Unità di Rice ca
Ricerca
123 Strutturati:
Strutturati
3 PE
5 PO
PO-FR
FR
46 PO
1 PS
32 PA
29 RC
1 RT
11 RL
Nel 2008/09
Circa 880
Pubblicazioni
Settori di ricerca
Settori di ricerca
1.Produzione dell’energia elettrica
2.Trasmissione e mercato dell’energia elettrica
3.Distribuzione dell’energia elettrica
4.Utilizzazione dell’energia elettrica
5.Tecnologie e componenti elettrici
Settori di ricerca
PRODUZIONE
DELL’ENERGIA
ELETTRICA
AQ
BA
BV
BO
CA
Cas
CT
CS
FI
GE
MI
NA
NA2
PD
PA
PV
PI
RC
Roma
SA
TO
TS
TRASMISSIONE
E MERCATO
DELL’ENERGIA
ELETTRICA
DISTRIBUZIONE
DELL’ENERGIA
ELETTRICA
UTILIZZAZIONE
DELL’ENERGIA
ELETTRICA
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
TECNOLOGIE E
COMPONENTI
ELETTRICI
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Partecipazione a:
Partecipazione a:
 Progetti Europei (Dispower, Address,..)
 Programma operativo nazionale “Ricerca e
competitività” (PON)
competitività
 Progetti di Ricerca e Sviluppo di Interesse
Generale per il Sistema Elettrico (CCSE)
 Progetti di Ricerca di Interesse Nazionale (PRIN)
Collaborazioni con Enti di Ricerca:
Enti di Ricerca:
RSE
CNR
Politecnico
Milano
Università
Napoli - F. II°
Università
Cagliari
g
Politecnico
Milano
Università
Genova
Università
Padova
Enel Ricerca/ Ing. e Innovaz
ENEA
Università
Palermo
Università
Pisa
Università
Bologna
Università
Cagliari
Università
Catania
U i
Università
ità
G
Genova
Università
Napoli 2
Università
Padova
Università
Pisa
Collaborazioni con ll’industria:
industria:
 Aziende
A i d El
Elettriche
tt i h
(Nazionali e Locali)
 Aziende
A iende Costruttrici
Costr ttrici
SISTEMI ELETTRICI PER LL’ENERGIA
ENERGIA
Economia del
mercato elettrico
Energia e sviluppo
sostenibile
Elettronica
2000
Calcolo di sistemi a
grandi dimensioni
Affidabilità
‘90
Applicazioni
dell’ICT
2005
‘80
‘70
Controlli automatici
Impianti Elettrici
2010
Smart
S
at
Grids
A che fine l
A che fine l’innovazione
innovazione del
del
Sistema Elettrico ?
Per:
• una effettiva liberalizzazione del mercato
elettrico;
?
• permettere ll’integrazione
integrazione delle fonti rinnovabili
di energia;
• realizzare il coinvolgimento dell
dell’utenza
utenza nella
gestione del carico.
SMART GRIDS
ovvero come rendere intelligente il sistema elettrico
ovvero come rendere intelligente il sistema elettrico
p
g
Aspetti
regolatori
e riflessi sul
mercato
Misura di correnti, tensioni, flussi
di potenza,
temperature,
Sensori
pressioni, ….
Onde
convogliate PLC, onde
Infrastruttura
radio fibre ottiche,
radio,
ottiche home area
Comunicazioni
network HAN, ….
HVDC, FACTS, OLTC, parallelo
Sistema
di reti in isola, reset
livelli didi
tarature p
protezioni,attuatori
….
Optimal
O
ti l Power
P
Fl
Flow,
IInterarea
t
oscillation
damping,
Algoritmi
di Distribution
Systemcontrollo
Management, Demand
Side Management, Voltage
Control, Reconfiguration ….
Alcune tematiche di Ricerca affrontate Alcune
tematiche di Ricerca affrontate
dalle Unità GUSEE :
• Distribution Management Systems (DMS).
• Reti multi-vettore energetico.
• Valutazione degli scenari regolatori dei nuovi sistemi di distribuzione.
• Pianificazione e sviluppo di sistemi di distribuzione attivi.
• Monitoraggio, automazione e sistemi di protezione innovativi per le Smart Grids.
• Automazione e riconfigurazione delle reti di distribuzione.
•
Il problema della Power Quality in presenza della generazione distribuita.
•
Energy Management System (EMS).
• Comunicazioni su reti MT (controllo della GD) e su reti BT (controllo dei carichi).
•
Integrazione dello storage elettrico nelle reti di distribuzione.
•
Misura di Sincrofasori (Wide Area Monitoring, Protection, and Control).
•
…………
Distribution Management Systems - DMS
((Algoritmi,
go
,a
architetture,
c e u e, p
prototipi)
oo p)
Unità di:
Bologna, Cagliari, Cassino, Catania, Genova, Milano, Napoli 2, Padova, …..
Gestione e controllo delle reti attive di
distribuzione
Voltage
regulation
(OLTC)
Real-time
measurements
Operation
conditions
P and Q flows
from DG and
storages
State
Estimator
Responsive
loads
Switch
status
Network data,
Pseudomeasurements
Constraints
and contracts
Network
Reconfiguration
Insieme a:
• Sistemi per la gestione del passaggio in isola intenzionale
• Sistemi di protezione innovativi
• Adeguati
Ad g ti sistemi
i t i di comunicazione
i i
trasp. 13
Controllo della tensione sulle reti MT
Load Pseudomeasurements
Network
data
Local measures:
• MV side voltages VMV
• Power flow PA QA Pi Qi
Distribution
Distribution
State
State Estimation
Estimation
Standard deviation
of estimated
voltages σi
Estimated
voltages
Vi
OLTC
Contracts &
Constraints
Feeder A reactive
controller
TAP
reference
Active
OLTC
management
Feeder B reactive
controller
Feeder ith reactive
controller
Feeder Feeder
A
ith
Remote measures:
• Voltages Vj
φA
DGs connected to
Feeder A
φB
φi
The Coordinated Controller
Primary Substation
DGs connected to
Feeder B
DGs connected to
Feeder ith
Sviluppo di algoritmi per la stima dello
stato in reti di distribuzione
start
Analysis of (NV* +1) available voltage
measures (starting scenario)
Analysis of DGs and loads knowledge
(levels of uncertainty)
Defining the location target
SE to evaluate the higher
uncertainty in the MV system
with NV* measures
NADD = 0
The measurement
set verifies the uncertainty
target?
no
NADD = NADD + 1
Locate NADD measurements
minimizing the higher variance
moment in the MV network
SE to evaluate the higher
uncertainty in the MV system
with (NV* +1+ NADD) measures
yes
end
Ottimizzatore per la gestione di reti attive
di Distribuzione
Dimostratore Smart Grid in MT
Architettura SCADA/DMS
/
per
p Dimostratore
Infrastrutture e tecnologie di
comunicazione per le Smart Grid
Valutazione degli scenari regolatori
e
Pianificazione
Pi
ifi i
e sviluppo
il
di sistemi
i t i di
distribuzione attivi
Unità di:
g
, Milano,, Palermo,, …..
Cagliari,
valutazione degli scenari regolatori con
riferimento allo sviluppo del sistema
Metodologie multiobiettivo per
considerare i molteplici
“stakeholder” del sistema
1
1
6
6
8
24
25
2
CHP
34
5
26
9
10
11
28
30
31
19
CHP
34
36
TG
35
21
23
22
34 5
20
7
9
10
11
12
27
15
14
32
33
37
38
39
CHP
13
29
2
26
12
27
8
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25
7
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28
30
31
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a)
19
CHP
34
TG
35
37
38
39
15
14
32
33
18
13
29
21
23
22
20
b)
16
17
18
Modifica delle strategie di pianificazione
di rete per tener conto delle opportunità
derivanti dalla gestione intelligente
della rete
Integrazione ottimale dello
g elettrico”
“storage
(quantità e posizione) nelle reti di distribuzione
.
Unità di:
C li i C
Cagliari,
Catania,
t i G
Genova, Mil
Milano, P
Padova,
d
….
Integrazione di generazione da energie
rinnovabili e sistemi di accumulo energetico
Modelli elettromeccanici sviluppati e validati
in Test Facility :
–
–
–
–
–
–
Modellazione
Turbina eolica
Cella combustibile
Microturbina
Sistema Fotovoltaico
Gruppo diesel
Batteria redox
Integrazione di generazione da energie
rinnovabili e sistemi di accumulo energetico
HV Transmission Network
PV Plant
14
46
HV/MV
Primary
Substation
Fee
de
rB
ede
Fe
rA
18
12
Fee
der
C
32
33
27
19
11
Biogas
Storage
system
22
4
8
Ottimizzazione
13,5
12,0
Power [MW]
Stored Energy [MW
S
Wh]
Power [MW]
10,5
9,0
7,5
6,0
4,5
3,0
1,5
0,0
-1,5 1
-3,0
-4,5
3
5
7
9
11
13
hours
15
17
19
21
23
30,0
27,0
24,0
21,0
18,0
15,0
12,0
9,0
6,0
3,0
0,0
-3,0 1
-6,0
3
5
7
9
11
13
hours
15
17
19
21
23
Integrazione di generazione da energie
rinnovabili e sistemi di accumulo energetico
Impatto auto elettrica
su reti MT e BT
Energy Management System (EMS) e
controllo dei carichi in BT
Unità di:
Cassino, Catania, Genova, L’Aquila, Milano, Torino ….
Monitoraggio in tempo reale dei consumi
Ateneo di Genova
Sensore su uno dei
19 p.ti MT/BT
architettura
EMS decentralizzato per la gestione
negoziata tra distributore e clienti domestici
Sistemi innovativi di monitoraggio,
automazione e controllo
P
Power
Q
Quality
lit iin presenza d
della
ll
generazione distribuita
Unità di:
Cassino, Milano, Napoli, Napoli 2, …
Vulnerabilità delle reti attive ai buchi di tensione
Mi
Misura
di Si
Sincrofasori
f
i
(Wide Area Monitoring, Protection, and Control )
Unità di:
Bari, Benevento, Bologna, ….
Rete di Trasmissione:
Wide Area Measurement System (WAMS)
Rete di distribuzione: ‘smart
smart metering
metering’
mediante ‘phasor measurement units’:
• algoritmi per la stima dei sincrofasori in reti elettriche di distribuzione;
pp
p
• sviluppo e caratterizzazione sperimentale di prototipi di PMU.
Sistema elettrico europeo
• Energia
g fornita 2500 TWh
• Potenza installata 560 GW
((500€/kW = 280G€))
• Sviluppo della rete AT 230.000 km
(0.4M€/km = 90G€)
• Sviluppo della rete MT+BT
circa 5.000.000 km
Come procedere?

Sostenere la collaborazione tra Ricerca (di
base e applicata) e sviluppo industriale
attraverso progetti coordinati.

Messa punto di dimostratori
dimostratori, con il
contributo di Distributori e Aziende
elettriche.
elettriche

Estensione su grande scala delle migliori
soluzioni individuate.
GRUPPO
UNIVERSITARIO
SISTEMI ELETTRICI
PER LL’ENERGIA
ENERGIA
Milano
Torino
Padova
Pavia
Pisa
Cassino
Napoli
Benevento
Salerno
Cagliari
Cosenza
Palermo
Catania
Consorzio
Universitario
En.Si.El