RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

VULNERABILITA' DEI SISTEMI ELETTRICI NEL MERCATO ELETTRICO COMPETITIVO

Università di riferimento

Politecnico di BARI - ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA - BARI(BA)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Massimo LA SCALA

Descrizione

L'attività sarà suddivisa in due fasi che fanno riferimento a metodi diagnostici per l'identificazione di gravi disturbi oltre il confine dell'area di controllo, e altre due fasi relative allo sviluppo di programmi per la realizzazione del Dynamic Islanding.

Fase 1
Metodologie per il monitoraggio delle condizioni dinamiche di funzionamento della rete di trasmissione

I recenti blackout hanno dimostrato l'importanza del monitoraggio delle condizioni dinamiche di funzionamento di un sistema elettrico specialmente nel caso in cui esso operi in prossimità dei propri limiti di stabilità. Un approccio possibile consiste nella supervisione on-line della dinamica tramite l'analisi spettrale di alcune variabili in condizioni transitorie. La tecnologia WAMS (Wide Area Measurement System) permette di considerare architetture in grado di misurare durante l'evoluzione stessa di un transitorio alcune grandezze con una risoluzione temporale sufficientemente elevata da catturare le informazioni necessarie ad individuare lo smorzamento dei principali modi di oscillazione legati ai transitori elettromeccanici. In questa fase del progetto, si propone una metodologia basata sull'uso della trasformata Wavelet. L'uso della trasformata Wavelet permette di superare i limiti della FFT (Fast Fourier Transform) nel caso di analisi di segnali non-stazionari [1]. L'obiettivo è quello di monitorare la distribuzione tempo-frequenza dell'energia associata ai modi elettromeccanici. I vantaggi che si prevedono di ottenere sono il riconoscimento di disturbi nel sistema in esame ed eventualmente nei sistemi esterni ad esso interconnessi, individuare la natura delle oscillazioni, supervisionare i cambiamenti delle condizioni di funzionamento della rete. L'approccio proposto potrebbe costituire anche un efficace funzione di MMI (Man Machine Interface) grazie al modo sintetico con cui i risultati dell'analisi vengono presentati. Sarà esaminata anche la possibilità di integrare l'interfaccia grafica con applicazioni destinate all'addestramento degli operatori dei Centri di Controllo (OTS – Operator Training Simulator). L'approccio potrà essere integrato da algoritmi per la localizzazione dell'origine del disturbo.

Fase 2
Identificazione di parametri di rete e degli equivalenti esterni finalizzati alla analisi di sicurezza dinamica del sistema elettrico

Il rapporto preliminare UCTE sul blackout italiano del settembre 2003 evidenzia la necessità, per ogni area di controllo, di conoscere con sufficiente approssimazione gli equivalenti esterni di rete, i parametri del sistema elettrico esterno e gli eventuali cambiamenti, dovuti a guasti o a manovre non preventivate, relativi alla porzione di rete non direttamente controllata. Sulla base della esperienza legata al blackout italiano, sarà analizzata l'influenza del Cross Border Trading sulla sicurezza del sistema nazionale con una particolare attenzione agli aspetti legati al Tracing dei flussi di energia elettrica.

Procedure di programmazione non-lineare sono già state provate con successo in [2] per la soluzione di problemi analoghi. L'idea di base è minimizzare la distanza tra la traiettoria misurata e quella ottenuta attraverso simulazioni nel dominio del tempo rispetto ai parametri che è necessario stimare.

In questo progetto, sarà realizzato un algoritmo di ottimizzazione che permetta l'identificazione di tutti i parametri necessari per la valutazione di equivalenti dinamici del sistema elettrico esterno. Lo stesso approccio potrà essere utilizzato per diagnosticare la presenza di gravi problemi sulla rete di trasmissione esterna al sistema in esame. Il metodo utilizzerà un approccio dinamico e l'uso di misure realizzate tramite PMU (Phasor Measurement Units).

Lo stesso algoritmo di ottimizzazione potrà essere generalizzato per stimare qualsiasi parametro legato al modello dinamico del sistema elettrico oggetto dello studio. Pertanto, esso potrà essere utilizzato non solo per la rappresentazione degli equivalenti esterni di rete ma anche per l'aggiornamento dei parametri dinamici di tutto il sistema elettrico al fine di garantire una base di dati sufficientemente affidabile da poter essere utilizzata per la valutazione delle azioni di controllo in un ambiente del tipo Dynamic Security Assement (DSA).

Fase 3
Separazione controllata della rete in macroaree definite su base dinamica

Saranno studiati metodi che consentono di determinare, sulla base di misure ottenibili dalla tecnologia WAMS e con riferimento ad un orizzonte temporale di real-time, una decomposizione del sistema elettrico in sub-sistemi in cui le macchine interagiscono fortemente all'interno di ciascuno di essi e debolmente con gruppi di macchine afferenti agli altri sub-sistemi. Questa condizione permette di individuare anche a fronte di grandi modifiche strutturali della rete un comportamento il più possibile coerente delle macchine contenute all'interno di ciascun sub-sistema. Possono essere anche individuati i cluster di macchine che tendono a diventare critici e che a fronte di grandi perturbazioni possono portare all'instabilità del sistema stesso.

Al fine di ridurre al minimo il disagio dell'utenza in condizioni di emergenza e ripristino saranno definite alcune condizioni in grado di contrarre l'impatto della stessa decomposizione in ciascuna macroarea, laddove tale strategia debba essere attuata. Un ruolo decisivo è svolto dalla riserva effettivamente disponibile nel momento in cui si debba ricorrere al "islanding". Sulla base delle risorse disponibili in termini di riserva sarà possibile individuare le macroaree su cui effettuare tale azione di controllo. Un ulteriore aspetto che verrà analizzato in questo ambito, riguarda il contributo della generazione distribuita in termini di supporto per l'individuazione delle macroaree. Si provvederà allo sviluppo di un algoritmo per l'identificazione dinamica delle macroaree.

Sarà, inoltre, obiettivo del progetto individuare l'architettura di controllo più idonea per realizzare tramite sistemi di protezione dedicati la funzione di "islanding".

Fase 4
Metodologie di Dynamic Islanding per il controllo in emergenza del sistema Italiano

In condizioni di emergenza, l'uso di misure in tempo reale effettuate durante la fase evolutiva del fenomeno collassate, permette di definire anche azioni di controllo response-based che possono prevedere oltre l'uso della riserva e del distacco dei carichi anche azioni di controllo coordinate che coinvolgano attuatori veloci quali FACTS e HVDC link. Sarà anche considerata la possibilità di operare un distacco rapido delle unità adibite a pompaggio. Per questo caso particolare, al fine di valutare l'effettiva fattibilità ed efficacia di tale azione di controllo, saranno presi in esame anche i vincoli derivanti dal transitorio idraulico conseguente ad una rapida manovra. Una metodologia di ottimizzazione dinamica nel non lineare sviluppata per il controllo correttivo della sicurezza [3, 4, 5] potrà essere utilizzata come base di partenza per la realizzazione di una procedura che consenta il raggiungimento di questo obiettivo di ricerca.

Un ulteriore sviluppo della precedente fase, consiste nella progettazione di un software in grado di definire le isole, secondo l'approccio del islanding dinamico, sulla base di criteri mirati al contenimento del danno. Ad integrazione della fase di decomposizione in tempo reale nell'ambito di ciascuna macroarea è possibile usare tecniche di controllo in emergenza che coinvolgano tutti i dispositivi veloci di attuazione disponibili sulla rete di trasmissione (FACTS, HVDC, RAS, etc.).

In tutte le fasi del progetto, il Responsabile Scientifico terrà riunioni con il Coordinatore Nazionale e le altre Unità di ricerca con cadenza orientativamente trimestrale per valutare congiuntamente lo stato di avanzamento di tutte le attività.

[1] O. Cocozza, M. Dicorato, M. La Scala, R. Sbrizzai, "A multiresolution analysis to supervise power system oscillations", Proc. of Conf. on Power Engineering, LESCOPE 2000, Halifax (Canada), 23-26 luglio 2000, pp.141-145.
[2] E. De Tuglie , M. Dicorato, M. La Scala, F. Torelli, "Dynamic parameter estimation for dynamic security assessment", Proc. of 2nd Probabilistic Methods Applied to Power Systems (PMAPS) 2002, 22-26 settembre, Napoli, Italia, pp. 603-608.
[3] S. Bruno, E. De Tuglie, M. La Scala, P. Scarpellini, "Dynamic security corrective control by UPFCs", IEEE - Transactions on Power Systems, vol. 16, No. 3, pp. 490-97, agosto 2001.
[4] A. Bose, M. Bronzini, S. Bruno, M. De Benedictis, M. La Scala, "Load Shedding Scheme for Response-based Control of Transient Stability", IREP Symposium 2004 - Bulk Power System Dynamics and Control, Cortina D'Ampezzo, 22-27 agosto 2004.
[5] A. Bose, S. Bruno, M. De Benedictis, M. La Scala, "A Dynamic Optimization Approach for Wide-Area Control of Transient Phenomena", CIGRÈ General Meeting, Parigi, 29 agosto - 3 settembre 2004.