RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Sviluppo sostenibile della generazione da fonti rinnovabili nei sistemi elettrici liberalizzati: aspetti tecnici, economici e gestionali.

Università di riferimento

Università degli Studi di CASSINO - INGEGNERIA INDUSTRIALE - CASSINO(FR)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Pierluigi CARAMIA

Descrizione

PIANO DELLE ATTIVITA' ED OBIETTIVI DELLA RICERCA L'attività dell'Unità di Ricerca riguarderà lo studio dell'impatto della produzione distribuita da fonte rinnovabile sui sistemi di distribuzione in MT e BT. In particolare si affronteranno le seguenti due tematiche. a) LA QUALITA' DELLA TENSIONE NEI SISTEMI DI DISTRIBUZIONE IN PRESENZA DI GENERAZIONE DA FONTE RINNOVABILE La ricerca affronterà due aspetti dell'impatto della produzione distribuita da fonte rinnovabile sulla qualità della tensione dei sistemi di distribuzione. L'obiettivo è di studiare e sperimentare tecniche innovative che permettano di valutare ed eventualmente migliorare la qualità della tensione nella rete di distribuzione quando si connettono gli impianti di produzione da fonte rinnovabile. In primo luogo, studi precedenti hanno dimostrato che la produzione distribuita può avere un impatto negativo sui profili delle tensioni della rete di distribuzione. Tale impatto deve essere analizzato mediante studi di load-flow su base probabilistica nel caso d'impianti di produzione da fonti rinnovabili, poiché essi sono caratterizzati da una disponibilità aleatoria. In particolare, un problema rilevante nei sistemi di distribuzione in MT è l'interazione tra l'impianto di produzione e la regolazione della tensione realizzata nelle stazioni AT/MT agendo sul variatore sotto carico del rapporto di trasformazione dei trasformatori. Utilizzando i risultati di studi recentemente svolti dall'Unità di Ricerca relativi a tecniche innovative di controllo della tensione nei sistemi elettrici, si indagherà sulla possibilità di introdurre tecniche di controllo adattativo per la regolazione di tensione nelle stazioni AT/MT, le quali permettano un'azione di regolazione che porti in conto l'immissione aleatoria di potenza attiva e reattiva nel sistema di distribuzione da parte di impianti di produzione da fonte rinnovabile. Un secondo aspetto legato all'impatto della generazione distribuita da fonte rinnovabile sulla qualità dell'alimentazione riguarda lo studio dei seguenti fenomeni: - buchi di tensione, causati dalle brusche variazioni di corrente che si hanno quando si connettono o sconnettono le unità di generazione; - distorsione delle forme d'onda, dovute alla presenza dei convertitori statici che tipicamente connettono i generatori alla rete di distribuzione; - dissimmetrie, dovute alla presenza dei generatori monofase. Inoltre, quando i generatori sono direttamente connessi alla rete di distribuzione, essi possono influenzare sia i livelli di distorsione sia la severità dei buchi di tensione dovuti ai guasti. Infatti, i generatori sincroni e quelli asincroni modificano le impedenze alle armoniche di interesse e contribuiscono a modificare i profili delle tensioni armoniche in tutti i nodi della rete di distribuzione, quando sono presenti carichi non lineari o tempo varianti. Inoltre, la presenza dei condensatori di rifasamento, necessari quando ci sono generatori asincroni, possono generare risonanze di tipo parallelo e,quindi, eventuali sovratensioni. Infine, tali generatori contribuiscono alle correnti di corto circuito e possono, conseguentemente, modificare l'estensione delle aree affette dai buchi nonché la loro severità. La generazione distribuita, inoltre, può anche soffrire per la presenza di livelli di distorsione preesistente alla sua presenza; basti pensare agli effetti nocivi causati dalle dissimmetrie nel funzionamento delle macchine generatrici. Infine, si deve considerare che i generatori distribuiti possono contribuire al miglioramento dei livelli di power quality, come conseguenza dell'aumento dei livelli della potenza di corto circuito dovuto alla loro presenza. Con riferimento alle problematiche sopra esposte, le attività di ricerca potranno avvalersi dell'esperienza già maturata dai componenti dell'Unità in tema di studi probabilistici (si veda il punto 1.6) alla fondamentale, alle armoniche anche in condizioni dissimmetriche. Gli obiettivi che saranno perseguiti sono: 1)approntamento di strumenti di simulazione alla fondamentale ed alle armoniche di sistemi di distribuzione con generazione distribuita in presenza di condizioni di funzionamento simmetriche e dissimmetriche che siano in grado di portare in conto l'aleatorietà delle fonti primarie; 2)comparazione dei livelli di qualità attesi per scenari caratterizzati da diverse allocazioni e/o tipologie di generazione distribuita; 3)individuazione di strategie per il miglioramento della qualità dell'alimentazione delle reti di distribuzione in presenza di generazione distribuita. La ricerca si concentrerà, inoltre, sugli aspetti connessi agli apparati in tecnica elettronica utilizzati negli impianti ibridi di produzione, in cui sono presenti contemporaneamente o sistemi di conversione da diverse tipologie di fonti rinnovabili e sistemi di accumulo, o sistemi di conversione da fonte rinnovabile e da fonte convenzionale. Saranno, a tal proposito, confrontate diverse configurazioni possibili dei sistemi multistadio in tecnica elettronica di interfaccia con la rete e s'indagherà sulle tecniche di controllo più adatte a perseguire contemporaneamente due obiettivi: quello di massimizzare la produzione di energia da fonte rinnovabile e quella di contribuire ad un miglioramento della qualità della tensione rispetto a fenomeni quali i buchi e le interruzioni di breve e brevissima durata. b) AFFIDABILITA' DEI SISTEMI DI DISTRIBUZIONE IN PRESENZA DI GENERAZIONE DA FONTE RINNOVABILE Oggi le reti di distribuzione sono generalmente esercite in una configurazione radiale che non prevede né la configurazione magliata né il funzionamento in isola di una porzione della rete alimentata da uno o più impianti di produzione distribuita. Di conseguenza, se si tiene conto che la classica analisi di affidabilità dei sistemi di distribuzione assume che la missione sia l'alimentazione dei carichi e che gli indici affidabilistici tipicamente utilizzati sono orientati agli utilizzatori, l'inserimento della produzione distribuita da fonte rinnovabile finisce per non avere un impatto significativo sull'affidabilità dei sistemi di distribuzione. Gli argomenti e gli obiettivi della ricerca sono, quindi, duplici. In primo luogo, si rivisiteranno le classiche metodologie di analisi di affidabilità dei sistemi di distribuzione. Infatti, nell'ottica della liberalizzazione del mercato dell'energia, la missione del sistema di distribuzione va estesa considerando come utenti connessi alla rete non sono solo gli utilizzatori ma anche gli impianti di produzione ed, in particolare, gli impianti che utilizzano le fonti rinnovabili e che hanno priorità di accesso alla rete. E' quindi necessario introdurre indici affidabilistici che meglio descrivano la nuova missione del sistema di distribuzione, portando in conto anche valutazioni relative alla producibilità degli impianti di produzione da fonte rinnovabile. L'analisi di affidabilità adotterà necessariamente un approccio probabilistico a causa della natura aleatoria delle fonti rinnovabili. In secondo luogo, la ricerca indagherà la possibilità di ottenere un miglioramento dell'affidabilità in termini sia dell'alimentazione dei carichi che della producibilità degli impianti adottando nuove tecniche di gestione dei sistemi di distribuzione. In particolare si verificherà, principalmente mediante gli studi di load-flow e le simulazioni numeriche, la possibilità di funzionamento dei sistemi di distribuzione in configurazioni debolmente magliate e in isole di rete alimentate da impianti di produzione da fonte rinnovabile. A tal fine si dovranno assumere adeguate configurazioni degli impianti di produzione da fonte rinnovabile che prevedano opportune interfacce verso la rete. RISORSE Per la realizzazione della ricerca, l'unità utilizzerà algoritmi e strumenti di calcolo precedentemente sviluppati in ambiente Unix (su piattaforma Ptolemy, un ambiente di CAD per lo sviluppo di software orientato ad oggetti) e Matlab per gli studi di load-flow applicati a reti di distribuzione con configurazioni radiali o debolmente magliate ed in presenza di impianti di produzione distribuita. Tali algoritmi saranno utilizzati per l'analisi di qualità e di affidabilità su base probabilistica, previsti nei due filoni di ricerca sopra descritti. Si utilizzeranno alcune apparecchiature già disponibili (cfr. 2.6) opportunamente potenziate. In particolare, per lo sviluppo di controlli adattativi per la regolazione di tensione nelle stazioni AT/MT, prima si utilizzerà la simulazione "fuori linea" in ambiente MATLAB/SIMULINK e quindi si svilupperanno regolatori "in linea" interfacciati con il simulatore digitale in tempo reale dei sistemi elettrici (RTDS con software PSCAD). A tal fine si prevede l'acquisto di personal computer per la simulazione fuori linea e per lo sviluppo in linea dei controllori nonché il potenziamento della stazione RTDS per la risoluzione delle reti di distribuzione (cfr. 3.1 alla voce materiale inventariabile). Infine, per lo studio dell'impatto degli impianti ibridi di produzione sulla qualità della tensione si utilizzeranno i sistemi di conversione statica, le piattaforme di sviluppo SW per il controllo digitale di sistemi di conversione (Dspace 1102 e 1103), l'emulatore del nodo di rete trifase ed il misuratore digitale ad 8 canali DL708E della Yokogawa, disponibili nel laboratorio di Sistemi Elettrici (cfr. 2.6). RISULTATI PREVISTI I principali risultati che si prevede di ottenere dalle attività di ricerca sono i seguenti: - strumenti di simulazione alla fondamentale ed alle armoniche di sistemi di distribuzione con generazione distribuita in presenza di condizioni di funzionamento simmetriche e dissimmetriche; - algoritmi per la stima della severità dei buchi di tensione in presenza di generazione distribuita; -configurazioni e controlli innovativi di sistemi in tecnica elettronica per l'interfaccia con la rete degli impianti ibridi di produzione. - strumenti di analisi affidabilistica su base probabilistica dei sistemi di distribuzione con configurazioni radiali o debolmente magliate, in presenza di generazione da fonte rinnovabile. - controlli adattativi per la regolazione della tensione nei sistemi di distribuzione in presenza di generazione da fonte rinnovabile.