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Il sistema di monitoraggio dei buchi di tensione del progetto Smart Grid A.S.SE.M.

Davide FalabrettiPolitecnico di Milano – Dipartimento di Energia

Trento – 27 maggio 2016

Convegno AEIT-TAA, 27/5/16, Trento

Il Progetto Smart Grid A.S.SE.M.

Il progetto Smart Grid A.S.SE.M. è una delle 7 sperimentazioni incentivatedall’Autorità per l’Energia Elettrica il Gas e il Sistema Idrico ai sensi dellaDelibera ARG/elt 39/10.

Il progetto è realizzato sulla rete MT di San Severino Marche (MC).

Utente attivo Tipologia Tensione Linea

Potenza contrattuale

[kW]UA1 Idroelettrico MT L1V 860UA2 Idroelettrico MT L4R 330UA3 Fotovoltaico MT L1V 2320UA4 Fotovoltaico MT L5R 1700UA5 Fotovoltaico MT L1R 900UA6 Fotovoltaico MT L1R 900UA7 Fotovoltaico MT L1R 900UA8 Fotovoltaico MT L1R 900UA9 Fotovoltaico MT L1V 850

UA10 Fotovoltaico MT L1V 850UA11 Fotovoltaico BT L1V 99

Siti coinvolti:• Centro di controllo A.S.SE.M.• Cabina Primaria Colotto

132/20 kV (2 TR 25 MVA)• 1 Centro Satellite MT/MT• 6 Cabine Secondarie• 11 Utenti Attivi

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Il protocollo IEC 61850 è impiegato per scambiare segnali in tempo reale tragli apparati di protezione, controllo e monitoraggio del Progetto.


Il sistema di comunicazione

• Rete mobile LTE• Wi-Fi• Fibra ottica

Impianto VettoreUA 1 Fibra otticaUA 2 Rete mobile + Wi-FiUA 3 Rete mobile + Wi-FiUA 4 Fibra otticaUA 5 Fibra otticaUA 6 Fibra otticaUA 7 Fibra otticaUA 8 Fibra otticaUA 9 Rete mobile + Wi-Fi

UA 10 Rete mobile + Wi-FiUA 11 Rete mobile


Nel Progetto si sono sviluppate una serie di funzionalità innovative:

• telescatto della Generazione Diffusa con logica fail-safe;

• gestione dei guasti con selettività logica tra CP e Centro Satellite;

• monitoraggio e telecomando Cabine Secondarie in tempo reale;

• monitoraggio immissioni della GD in tempo reale;

• regolazione della tensione con logica centralizzata;

• limitazione/modulazione potenza attiva della GD in emergenza;

• monitoraggio innovativo buchi di tensione Del. ARG/elt 198/11.

Finalità del Progetto & monitoraggio dei buchi di tensione MT

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I DSO sono tenuti a monitorare la qualità della tensione alle sbarre MT di CPcon apparecchiature di misura (qualimetri) conformi alla norma EN 61000-4-30.

Del. 646/15/R/eel(ex Del. ARG/elt 198/11)


Monitoraggio dei buchi di tensione MTQuadro normativo-regolatorio Del. 646/15/R/eel 1/3

Una Apparecchiatura di Misura (AdM) della qualità della tensione si intendemessa in servizio quando un sistema centrale di monitoraggio è in grado diacquisire con continuità i dati monitorati.

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Per ogni AdM, il DSO è tenuto a registrare i buchi di tensione, secondo laseguente classificazione:a) relativamente a ciascun buco di tensione registrato:

i. numero progressivo dell’evento;ii. indicazione delle tensioni interessate dall’evento;iii. istante di inizio;iv. durata del buco di tensione;v. tensione residua;vi.origine del buco di tensione. AT, MT, fittizio

b) a livello di semisbarra MT, separatamente per origine dei buchi di tensione:i. tabella di sintesi dei buchi di tensione (formato CEI EN 50160);ii. numero buchi di tensione più severi rispetto alla soglia di immunità classe 2;iii. numero buchi di tensione più severi rispetto alla soglia di immunità classe 3.


6Monitoraggio dei buchi di tensione MTQuadro normativo-regolatorio Del. 646/15/R/eel 2/3

In esito all’attività del Tavolo di lavoro sulla qualità della tensione(AEEGSI, DSO, Terna, RSE, PoliMI) si è convenuto, in una prima fase(2016-2023), di assoggettare a pubblicazione comparativa i soli buchi di tensioneche ricadono al di sotto della soglia di immunità classe 3, ovvero gli eventi:• gravi, rispetto ai quali l’utente non ha possibilità di immunizzarsi;• rispetto ai quali l’architettura di monitoraggio in essere fornisce

risultati attendibili.


7Monitoraggio dei buchi di tensione MTQuadro normativo-regolatorio Del. 646/15/R/eel 3/3

Determinazione 18 febbraio 2016 n. 5/2016 - DIUC: Modalità e formati per latrasmissione all’Autorità dei dati relativi ai buchi di tensione registrati dalle impresedi distribuzione alle semisbarre MT di Cabina Primaria: Dal 1 gennaio 2016, i dati relativi ai buchi di tensione e all’anagrafica delle

semisbarre MT sono trasmessi dai DSO all’Autorità, per il tramite dell’RSE,previo scambio informativo con Terna.

Finalità: pubblicazione comparativa + comunicazione agli utenti MT

Le AdM devono essere installate da Gestori di rete su ogni semisbarra MT diCabina Primaria, situata in:a) in una cabina primaria AAT/MT o AT/MT;b) in una stazione di trasformazione AAT/MT o AT/MT;c) in un impianto di produzione con trasformazione AAT/MT o AT/MT a due o tre

avvolgimenti.

Solo i Distributori di riferimento sono tenuti al monitoraggio della tensione


ZTRXextEZL1

ZL2

ZL3

Sistema di monitoraggio dei buchi di tensione MTPrincipio di funzionamento 1/3

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ZTR

XextICC

ICC

ICC

≃Vn

Le sovracorrenti che si manifestano all’occorrenza di un guasto(cortocircuto trifase o bifase) sulla rete MT o presso gli utenti fluisconodal sistema AT verso il punto di guasto, determinando unbuco di tensione.

ZL1 ZL2 ZL3

Tutti gli utenti sottesi allasemisbarra coinvolta sonosoggetti al disturbo (Vres).

Gli utenti sullalinea guastapercepiscono unbuco di tensionepiù profondo deglialtri (VL), e ingenere unainterruzione.

Vres

ICC

ZTRXext

ZgEZL1

ZL2

VTRVext

VL

ZL3



9

ICC

ZTR

Xext

ZL1 ZL2 ZL3

In caso di guasto AT, entrambe le semisbarre MT sonocoinvolte nel buco di tensione.

Le tensioni residuerilevate dalle AdMsulle due sbarre(Vres1 e Vres2) sonocirca uguali fraloro (il grado didiversità è funzionedella posizione deirispettivi OLTC).

Vi è una stretta correlazione tra buchi di tensione con origine MT e sovracorrenti Ma le sovracorrenti possono essere rilevate dalle protezioni del DSO!

Contestualmente all’evento di tensione con origine AT,non sono rilevate sovracorrenti sulla rete MT.

Vres1

ICC

ZTR1Xext

Zg

E

ZTR2Vext

ZL1

Vres2



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Un guasto a terra sulla rete MT (neutro isolato/compensato) determina:• correnti omopolari sulla linea guasta e sulle linee sane dovute alle capacità

(alcune decine di Ampere) protezioni direzionali (67N);• tensione omopolare in tutti i nodo della rete MT (59N).

Un guasto a terra in AT causa invece correnti analoghe aquelle di cortocircuito (neutro efficacemente a terra).

Esempio:Neutro isolato

L’esercizio delle reti MT a neutroisolato/compensato previene il passaggiodelle componenti omopolari da monte avalle del TR AT/MT, e viceversa.

L’avviamento delle protezioni MT59N/67N contestualmente allaregistrazione di un buco di tensione,senza l’attivazione delle protezioni dimassima corrente di fase, indica chel’evento è fittizio (saturazione TV).

ICC


Qualimetro

Al trasformatore AT/MT

Sbarre MT

TV

TA

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Nel progetto A.S.SE.M. sono anche monitorate lecorrenti lato MT trasformatore (misurapotenze/energie transitanti, oscilloperturbografia,campionamento correnti di guasto, ecc.).

Le AdM (standard/innovative) rilevano le 3 tensioni di fase alle sbarre MT di CPattraverso i TV installati con finalità di protezione (TV induttivi, fase-terra).

Sistema di monitoraggio dei buchi di tensione MTArchitettura 1/2

Sincronizzazione GPS (incertezza ≤ 20 ms)

Sistema di monitoraggio standard (Specifiche RSE): Ideato quale miglior compromesso tra prestazioni e impatto

su CP esistenti (logica locale; comunicazione previstasolo in particolari casi: altri AdM, protezioni TR, ecc).

Sistema di monitoraggio innovativo: L’AdM sfrutta la comunicazione protocollareIEC 61850 con le protezioni di CP(superamento soglie di protezione) perraccogliere informazioni utili all’attribuzionedell’origine ai buchi di tensione.


Sistema di monitoraggio dei buchi di tensione MTArchitettura 2/2

Protezioni monitorate:• relè di linea MT

o maxI di faseo direzionali di terra

• TR/sbarra MTo maxI di faseo maxV omopolare

• maxI di fase AT trasformatore

• maxI di fase montante AT (predisposizione)

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Tutti i dati acquisiti localmente sono storicizzati e rielaborati dal sistema centrale,installato nel centro di controllo A.S.SE.M.

Per lo scambio delle informazioni non è richiesto alcun cablaggio aggiuntivo:è impiegata la LAN Ethernet esistente (presente nel progetto A.S.SE.M. e in tuttele CP realizzate secondo i più recenti standard costruttivi).


13Attribuzione dell’origineCabine primarie multisbarra – Logica standard

La logica di attribuzione dell’originedel sistema di monitoraggio standard inCP multisbarra si basa su due criteri.• Calcolo della seconda armonica:

se il valore efficace della II armonica superail 10% della tensione misurata su tutte e3 le fasi per almeno 3 campioni consecutivi,l’evento è un buco di tensione fittizio.

• Criterio del confronto: se su semisbarre diCP adiacenti sono rilevati nello stessoistante buchi di tensione aventicaratteristiche simili, si assume che questiabbiano origine AT:

• Tensione residua ≤ 10%• Durata ≤ 500 ms• Inizio evento ≤ 70 ms

Registrazione di un buco di tensione

Buco fittizio

Origine: AT

Origine: MT

Rilevata II armonica?

Buco su sbarra MT adiacente?


14Attribuzione dell’origineCabine primarie multisbarra – Logica Smart Grid A.S.SE.M.


Origine: MT

Buco fittizio

Origine: AT

Origine: MT

Buco su sbarra MT adiacente?

Avviamento protezioni 50/51?

Avviamento protezioni 59N/67N?

La logica Smart Grid A.S.SE.M. perCP multisbarra attribuisce:• origine MT agli eventi per i quali si è avuto

l’avviamento di almeno una protezione dimassima corrente di fase del DSO (50/51);

• l’etichetta di evento fittizio ai buchi ditensione durante i quali si è registratol’avviamento di una protezione contro iguasti a terra (59N/67N);

• origine AT agli eventi di tensione per i qualiil criterio del confronto è risultato positivo.

In caso di anomalia (registrazione di un eventodi tensione senza avviamento di protezioni eesito negativo del criterio del confronto),l’evento (in ottica cautelativa) è attribuitoal DSO (origine MT).


15Attribuzione dell’origineCabine primarie monosbarra 1/2

In CP monosbarra (criterio del confronto non applicabile), il DSO, in funzionedella propria situazione impiantistica, può decidere se adottare, in alternativa:

1. il criterio del confronto tra CP limitrofe (la differenza delle tensioni residuelimite è elevata a 40% Un; inoltre è richiesta la disponibilità di informazioni daparte di Terna sulla configurazione della rete AT);

2. il criterio basato sul segnale di avviamento delle protezioni dimassima corrente del trasformatore AT/MT di CP.

Problematiche:

1. Il criterio del confronto tra CP limitrofe non è applicabile daiDSO titolari di una sola CP, oppure di CP non limitrofe sulla rete AT.

2. L’applicazione del criterio del confronto dipende dall’assetto del sistema AT(scambio informativo Terna/DSO, ecc.).

3. Le soglie di massima corrente del TR AT/MT non consentono di rilevare glieventi causati da sovracorrenti ridotte (1° soglia 120-150% In TR).


16Attribuzione dell’origineCabine primarie monosbarra 2/2


Origine: AT

Origine: MT

Buco fittizio

Origine: AT

Buco su CP limitrofa?

Avviamento protezioni 50/51?

Avviamento protezioni 59N/67N?

Logica Smart Grid A.S.SE.M.


Buco fittizio

Origine: AT

Origine: MT

Origine: AT

Avviamento protezioni 50/51

TR?

Buco su CP limitrofa?

Rilevata II armonica?

Logica standard


17Sensibilità protezioni massima corrente &origine dei buchi di tensione: Approccio e ipotesi

Di interesse valutare la sensibilità delle protezioni 50/51 nel rilevare lesovracorrenti associate ai buchi di tensione.• Logica convenzionale: la protezione MT del trasformatore è impiegata in via

alternativa al metodo del confronto «esteso», o a integrazione dello stesso.• Logica Smart Grid: le sovracorrenti (buchi MT) sono individuate attraverso le

protezioni in partenza a ciascuna linea MT.

Ipotesi di studio:• Pcc = 493 MVA• Tensione nominale rete: 20 kV• Trasformatore AT/MT:

o Vcc = 14.5%, Xcc/Rcc = 10o 1° soglia 50/51: 120% In

• 1° soglia 50/51 linea MT: 250 A

Determinazione della sovracorrente misurata dalle protezioni 50/51in funzione della tensione residua, per diversi scenari di guasto.

Analisi parametrica funzione:• della tipologia di guasto (bifase / trifase)• dell’impedenza di ctocto

Tutti i buchi di tensione con origine MT sono rilevati dalle protezioni 50/51?


18Sensibilità protezioni massima corrente &origine dei buchi di tensione: Risultati 1/2

Guasto Trifase Guasto Bifase

X/R = 1

X/R = 1

Esempio:Vres = 74% Vn Individuazione certa evento solo con TR da 16 MVA

Caso peggiore (X >> R): Iccmax 820 A

Massima sovracorrente misurata in funzione della tensione residua

Le regolazioni tipiche delle protezioni 50/51 consentono di individuarela totalità dei buchi di tensione.


19Sensibilità protezioni massima corrente &origine dei buchi di tensione: Risultati 2/2

Oggi: B3, B4, B5Futuro: + B1, B2 Oggi: A5

Futuro: + A1, A2, A3, A4

L’affinamento delle logiche di attribuzione dell’origine dei buchi di tensione è auspicabile fin da oggi..

..ma diviene essenziale nella prospettiva dell’evoluzione futura della regolazione (dopo il 2023), per la corretta classificazione di TUTTI gli eventi.


Conclusioni 20

Il sistema di monitoraggio dei buchi di tensione sviluppato nel progettoSmart Grid A.S.SE.M.:• consente l’efficace classificazione dei buchi di tensione, a prescindere

dalla configurazione impiantistica di CP (multi/monosbarra, taglia TR, ecc.);• in CP che operano in logica protocollare (IEC 61850)

non richiede nuovi cablaggi;• è basato su logiche che ben si prestano all’integrazione con l’architettura

esistente (II armonica + monitoraggio protezioni 59N/67N, ecc.).

Rappresenta la naturale evoluzione dei sistemi di monitoraggio attuali,pensati per le CP tradizionali.

Evoluzione necessaria per:• l’attribuzione affidabile dell’origine a tutti gli eventi di tensione

(anche meno gravi della soglia di immunità classe 3);• ridurre al minimo gli oneri di gestione del sistema per il DSO (e TSO)

dovuti ai necessari passaggi informativi, eventuali contenziosi, ecc.


[email protected]

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GRAZIE PER L’ATTENZIONE

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