1. 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
Forum Telecontrollo Reti Acqua Gas ed Elettriche
Torino, 3-4 novembre 2011

2. Introduzione
Serie di guasti su un sistema di generazione
Ricerca delle cause
• 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

3. Smart grid, un futuro idilliaco?
• Smart grid
• Generazione distribuita
• Fonti rinnovabili
• Attenzione alle facili illusioni!!!!!!!!

4. 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
• Instabilità del sistema
• Perturbazioni significative in caso di guasti

5. Reti MT estese con generazione
• Ridotta potenza di cortocircuito
• Eolico
• Linee lunghe
• Fotovoltaico
• Carichi ridotti
• Biomasse
• 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

6. Buco di tensione
Guasto fase - fase
4
x 10
3000
5
4
torque current
4
2000
3 Test A/C/E 1km
Test B/D/F 1km
voltage
3
1000
2
2
Torque [p.u.]
Current [A]
Voltage [V]
0
1
1
0
-1000
0
-1
-2000
-1
-2 Perturbazione della
-3000
-2
-3
9.95 10 10 10.1 10.05 10.2 10.1 10.3 10.15 10.4 10.2 10.5 10.25 10.6 10.3 10.7 10.3510.8 10.410.9
coppia elettromagnetica del
9.95 10 10.05 10.1 10.15 10.2 10.25 10.3 10.35 10.4
Time [S][S]
Time
Time [S] generatore
Corrente di macchina
Tensione SSE 20 kV

7. Esempio di connessione MT
Step-up
SSE MT
torque current
Test B/D/F 1km
Test A/C/E 1km
voltage
Rete AT
Possibili guasti
Grandezze di interesse
Generatore ed ausiliari

8. 4
Oscillazione di coppia 1
2F 20kV
3F 20kV
1F terra 150kV
3 2F 150kV
2F terra 150kV
3F 150kV
3F terra 150kV
Coppia elettromeccanica [p.u.]
2
1
0
-1
-2
10 10.05 10.1 10.15
Tempo [s]
In relazione a diversi tipi di guasto sulla rete AT ed MT

9. Oscillazione di coppia 2
4
Guasto bifase su rete MT picco positivo
Guasto bifase su rete MT picco negativo
Guasto trifase su rete MT picco positvo
Picco massimo di coppia e.m. durante il corto circuito [p.u.]
3 Guasto trifase su rete MT picco negativo
2
1
0
-1
-2
-3
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Posizione del guasto sulla rete MT [km]
In relazione alla posizione ed alla tipologia di guasto MT

10. Registrazione evento distruttivo
Rottura del giunto
Guasto fase-fase
Guasto verso terra

11. Protezioni tradizionali
Massima intensità dell’oscillazione già nel primo ciclo < 20 ms
E’ necessario intervenire nell’arco di qualche ms
Risposta del
Comunicazione (IEC 61850) Apertura interruttore
relè
>40 ms 100 ms 50÷70 ms
Le protezioni attualmente in uso non garantiscono tempi di
intervento adeguati a questo tipo di eventi!!!!

12. 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
E’ necessario sviluppare nuove tecnologie del architetture di in quanto la
Possibilità di sottodimensionare tutte le parti e/o sistema protettoprotezione in
grado di di corto circuito con dispositivi ad un valoreintervenire basso rispetto ai
corrente sostituire i relè viene limitata in grado di molto più più rapidamente
sistemi tradizionali (effetto perde completamente il vantaggio dell’uso degli SCB
(qualche ms), altrimenti si di limitazione)

13. 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
4
x 10
4
SORGENTE
3
INVERTER 2
DC 1
Tensione [V]
0
-1
-2
Controllo -3
-4
15.48 15.49 15.5 15.51 15.52 15.53 15.54 15.55
Tempo [s]

14. Irrobustimento dell’infrastruttura
Funi di guardia sulla rete di distribuzione MT

15. Conclusione
Generazione distribuita
Affidabilità e disponibilità
Protezioni tradizionali ridotta degli impianti di
generazione
Condizioni di rete particolari
Irrobustimento dell’infrastruttura
Sviluppo di nuove strategie di protezione
Sviluppo di nuovi dispositivi di protezione
Integrazione dei sistemi (comunicazione)