[email protected] Roma, Univ. Roma 3- Facoltà Ingegneria, 27 febbraio 2008
Marino SfornaTERNA – Direzione Sicurezza Aziendale
Funzione Risk Management
Caratteristiche e criticità dei
sistemi elettrici di potenza
Gestione del sistema elettricoProgrammazione: gestione indisponibilità impianti e
fabbisogno.
Dispacciamento: gestione flussi energia e bilanciamento produzione fabbisogno.
Ingegneria e gestione impiantiManutenzione
Sviluppo della rete elettricaStudi di Pianificazione impianti.
Costruzione degli impianti.
I principali compiti di TERNA
Terna è proprietaria di oltre il 98% della Rete di Trasmissione Nazionale e possiede e gestisce: 39427 km di linee:
• a 400 kV: 9812 km• a 230 kV: 9773 km • a 132-150 kV: 19842 km
362 stazioni diTrasformazionee Smistamento
La consistenza della rete elettrica di TERNA
FIUMESANTO S/E
CODRONGIANOS
SELARGIUS
CAGLIARI SUD
RUMIANCA
SORGENTE
PATERNO’
CHIAROMONTE G.
RIZZICONI
ROSSANOLAINO
MATERA
GALATINA 400 kV dcline
BRINDISI
TARANTO N.
BARI OVEST
ANDRIAFOGGIA
BENEVENTOPATRIA
LARINO
TERAMO
CEPRANO
LATINA
VALMONTONEROMA s.
TORVALDALIGA s.TORVALDALIGA n.
MONTALTO c.le
ROSARA
CANDIA
FANO
S.GIACOMO
TAVARNUZZE
CALENZANO
ACCIAIOLOLIVORNO
LA SPEZIA
VADO LIGURE
S.MARTINO xxFORLI’
RAVENNA C..COLUNGAMARTIG.
CARPI
RUBIERA
PARMAFERRARA
LA CASELLA
VIGNOLECASTELN.
MAGLIANO
VILLARODIN
CASANOVAPIOSSASCO
LEINI’
PLANAIS
REDIPUGLIAUDINE O.
CORDIGNANO
VEDEL.SANDRIGO
VENEZIA N.
DOLOCAMINADRIA
ALBERTVILLE
LAVORGO
SOAZZA
DIVACCIA
DUGALE
ROCCA
PIASTRA
TRINO N.
TURBIGO
RONCOV.
EDOLO
S:FIORANO
OSTIGLIACAORSO
ROSEN
PORTO TOLLE
P. CORSINI
MONFALCONE
PIOMBINO
VILLAVALLE
PRESENZANO
ISAB
SARLUX
BARGI
200 kV c.c.
F.SANTO carbone
S.Teresa
BONIFACIO
BASTIA
LUCCIANA EDF
SUVERETO
ROMA n.
FEROLETOSCANDALE
PATERNO’
CHIAROMONTE G.
MONTECORVINOSTRIANO
S.SOFIA
GARIGLIANO S.MARIA C.V.
VILLANOVA
PIETRAFITTA
ABBADIAS.BARBARA
MARGINONE
S.DAMASOPIACENZA
RONDISSONETAVAZZ.
VENAUS
MERCALLO
ROBBIA
CentraliStazione elettrica 380Stazione elettrica in costruzione
Linea in semplice ternaLinea in doppia ternaLinea in costruzioneLinea 200 kV c.c.
Stazione elettrica 220
Il sistema elettrico italianoRete a 400 kV Austria
Svizzera
Francia
Grecia
Slovenia
Blocco Turchia Blocco Mashreg
UCTE & Maghreb
Paesi asincroni
BH
FY
YO
GR
BG
RO
SH
TK
EGLY
JO
IRK
SY
IE
LI
AS
IRN
DZ
TN
MA
FR
ES
IT
CZBE DE
PL
ATHU
SK
GB
PT
NL
CH
HRSL
L
FuturaNon operativa
Non operativa
Non operative
Il contesto elettrico europeo
L'ENERGIA ELETTRICA NON PUO' ESSERE IMMAGAZZINATA LA PRODUZIONE DEVE VARIARE CONTINUAMENTE PER SEGUIRE
L’ANDAMENTO DEL FABBISOGNO
L'ENERGIA ELETTRICA NON PUO' ESSERE IMMAGAZZINATA LA PRODUZIONE DEVE VARIARE CONTINUAMENTE PER SEGUIRE
L’ANDAMENTO DEL FABBISOGNO
Il Dispacciamento dell’energia elettrica
FABBISOGNOFABBISOGNO PRODUZIONE + IMPORT
PRODUZIONE + PRODUZIONE + IMPORTIMPORT
Frequenza=50 Hz
Andamento giornaliero del fabbisogno di energia elettrica
OREMartedì 2° settimana dicembre
IDROIDRO--POMPAGGIOPOMPAGGIOIDROIDRO--SERBATOIOSERBATOIOIDROIDRO--MODULATAMODULATATERMICO CONV.TERMICO CONV.ESTEROESTEROIDROIDRO--FLUENTEFLUENTEGEOTERMICOGEOTERMICO
Domenica 4° settimana dicembre
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 2402 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 240
GWGW
55.015 MWh 18:00
40.635 MWh 19:00
5452 50484644424038363432302826242220181614121086420
55
GWGWGW
GEN FEB MAR APR MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC GEN FEB MAR APR MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC
Curva cronologica del fabbisogno orario
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
* MIN 20,9 GW28-03-2005 h 04:00
MAX 55.0 GW20-12-2005 h 18:00
*
MWh
Euro
/MW
h
Offerte di Produzione Offerte di consumo
Prezzo di equilibrio
Curva di offerta Curva di domanda
Determinazione di quantità e prezzi di equilibriosul mercato del giorno prima dell’energia
Quantitàdi equilibrio
Il Mercato del Giorno Prima: prezzo di equilibrio
ALBERTVILLE
AIROLO
SOAZZA
DIVACCIA
Slovenia
DUGALE
NOGAROLEROCCA MALCONTENTA
PIASTRA
TRINO N.
TURBIGO
RONCOV.EDOLO
S:FIORANO
OSTIGLIACAORSO
ROSEN
PORTO TOLLE
PORTO CORSINI
MONFALCONE
PIOMBINO
VILLAVALLE
PRESENZANO
ATI
ISAB
SARLUX
BARGI
VILLARODIN
Centrali
Stazione elettricaStazione elettrica in costruzioneLinea in semplice ternaLinea in doppia ternaLinea in costruzione
200 kV c.c.
Sezioni Critiche (Zone di Mercato) e Poli limitatiSvizzera Austria
Francia
FIUME SANTO
CODRONGIANOS
VILLASORSELARGIUS
CAGLIARI SUD
RUMIANCAPORTOSCUSO
SORGENTE
PATERNO’
CHIAROMONTE G.
RIZZICONI
FEROLETOSCANDALE
ROSSANOLAINO
MATERA
GALATINA Linea a 400 kV c.c.
Grecia
BRINDISI
TARANTO N.
BARI OVEST
ANDRIAFOGGIA
MONTECORVINOSTRIANO
BENEVENTO
PATRIA S.SOFIA
S.MARIAC.V.GARIGLIANO
LARINO
VILLANOVA
TERAMO
CEPRANO
LATINA
VALMONTONEROMA S.
ROMATORVALDALIGA S.
TORVALDALIGA N .MONTALTO
ROSARA
CANDIA
FANO
S.GIACOMO
SUVERETO
PIAN DELLASPERANZA
TAVARNUZZE
CALENZANOPOGGIO A CAIANO
MARGINONE
ACCIAIOLOLIVORNO
LA SPEZIA
VADO LIGURE
S.MARTINOFORLI’
RAVENNA C.COLUNGAMARTIGNONE
S.DAMASOCARPI
RUBIERA
PARMAFERRARA
LA CASELLA
VIGNOLE
CASTELNUOVO
MAGLIANO
VENAUSACC.FERRERO
CASANOVA
PIOSSASCO
LEINI’RONDISSONE
PLANAIS
REDIPUGLIA
UDINEOVEST
CORDIGNANO
SALGAREDAVEDELAGO
SANDRIGO
VENEZIA N.
DOLOCAMIN
ADRIA
RFX
Esempio di limiti di transito dei flussi tra zone
SLOVENIA
AUSTRIAFRANCIA + SVIZZERA
600÷350
430
2206.500
4.80
0
2.200
300
1.600 ÷ 2.300500
CNCCNC
MILANOMILANO
FIRENZEFIRENZE
CAGLIARICAGLIARI
PALERMOPALERMO
RomaRoma
CCI 1 : Scorzè
CTI 1 : Dolo
CCI 2 : Torino
CTI 2 : Rondissone
CTI 3 : Bari Ovest
1 CNC – Centro Nazionale di Controllo (scada)1 CNC – Centro Nazionale di Controllo (scada)
3 CCI – Centro di Controllo di Area (scada)3 CCI – Centro di Controllo di Area (scada)
5 CR - Centro di Ripartizione (remote connect.)5 CR - Centro di Ripartizione (remote connect.)
CCI 3 - Napoli
3 CTI – Centro di Teleconduzione (scada)3 CTI – Centro di Teleconduzione (scada)
I Centri di Supervisione, Controllo e Teleconduzione
Stazioni ElettricheCentrali Elettriche
SCTI NETICCP
SIA-C
Architettura del controllo del sistema elettricoArchitettura del controllo del sistema elettrico
Centri di Supervisione e
Controllo TERNACentri di Teleconduzione
TERNA
CCI 1
RTU IEC104
RTU :TIC1000STO-ESTU-X
Rete di Distribuzione ElettricaImpianti di Generazione
Centro di Controllo Rete
Estera
GW
CTI 1 CTI 2 CTI 3
CCI 2 CCI 3
FICNC Pascal
MI CA RM PA
Electronic HighwayICCP
TCP/IPIEC104
P. to Point Link
TIC1000
SIA-R 1-22 SIA-R
I Componenti del Sistema di Controllo e Conduzione I Componenti del Sistema di Controllo e Conduzione
REMOTE TERMINAL UNITS che acquisiscono dati da :• 362 Stazioni Elettriche• 600 Centrali Elettriche di Produzione (costituite da 1200 generatori)• 1000 Cabine della Rete di Distribuzione ad alta tensione
24 NODI CONCENTRATORI basati su sistemi di mercato• Acquisiscono i dati dalle RTU con protocollo IEC 870-5-104 (e altri protocolli proprietari)• Distribuiscono i dati ai Centri SCADA via IEC-TASE 2 (ICCP)
1 CENTRO SCADA NAZIONALE (CNC) con un sistema di controllo proprietario • Acquisisce solo una parte di tutti i dati del sistema elettrico (rete a 380/220 kV e le centrali maggiori).• Gestisce le Regolazioni principali e i servizi di sistema.
CENTRI SCADA di AREA basati su piattaforme di mercato.3 CENTRI DI SUPERVISIONE DI AREA (CCI) : 380/220/150/132 Kv and generation
• 5 CENTRI DI SUPERVISIONE DI AREA che sono connessi ai sistemi SCADA dei CCI3 CENTRI DI TELECONDUZIONE (CTI) di tutta la rete di trasmissione ad alta tensione.
GATEWAYS1 GW dedicato allo scambio con i Centri di Controllo Esteri1 Nodo Concentratore (SIA-C): esegue il front-end tra i sistemi di mercato CCI/CTI e il sistema proprietario del CNC
Vulnerabilità: La rete di comunicazione.
La rete di comunicazione per il controllo e la difesa del sistema elettrico deve essere
un servizio acquisito da uno o piùProvider o deve essere di proprietà?
Vulnerabilità: Adeguatezza della generazione
Il funzionamento del sistema elettrico èintrinsecamente instabile. La stabilità èmantenuta dai generatori che, quindi,
devono avere delle idonee caratteristiche e prestazioni.
Mitigazione Vulnerabilità: I Servizi di Rete
Continuità e la Qualità dell’alimentazione elettrica →servizi di sistema da parte dei generatori.I generatori devono essere idonei allo svolgimento dei servizi → Regole.Le Regole devono essere non discriminatorie →istituzione di servizi economici per il grado di sicurezza e qualità programmati.
Alcuni servizi sono:• Regolazione di Frequenza e Potenza.• Regolazione di Tensione.• Riaccensione.• (Bilanciamento, Interrompibilità, Telescatto).
La perdita di un qualsiasi elemento di rete (linea, trasformatore,
gruppo di produzione, ecc.) non deve provocare disalimentazioni di
utenza e sovraccarichi sui restanti elementi di rete.
Regola applicata in tutte le reti europee
A seguito dello scatto di un collegamento, le correnti sulle restanti
linee possono raggiungere transiti superiori (di circa il 20%) a quelli
ammessi.
Occorre, in tal caso, effettuare re-dispacciamenti di produzione per
riportare tali transiti (in tempi dell’ordine di 10-20 min) ai valori
ammessi.
Mitigazione Vulnerabilità: Criterio di Sicurezza N-1
STATO NON NORMALE
(vincoli di sicurezza e/o qualità violati)
Brown outo Black out
Stati di funzionamento di un sistema elettrico
STATO DI ALLERTA- violazione dei limiti operativi dei componenti del sistema el.
E/O
- frequenza di rete e/o potenze di scambio non a programma
E/O
- previsione di mancato rispetto del bilanciamento di rete
Riaccensione
STATO DI EMERGENZA -Necessità di azioni immediate sul sistema elettrico.
-Intervento automatico dei sistemi di difesa
disturbo
dist
urbo
STATO NORMALE (rispetto dei vincoli di sicurezza e qualità)
- rispetto dei limiti operativi di trasmissione e generazione
- frequenza di rete e potenze di scambio ai valori di programma
- rispetto previsionale del bilanciamento di rete
STATO NORMALE SICURO
Lo stato rimarrebbe normale anche in caso di fuori servizio
di un qualsiasi componente del sistema
ripristino
disturboripristino
La Regolazione della Frequenza
49
49,1
49,2
49,3
49,4
49,5
49,6
49,7
49,8
49,9
50
50,1
50,2
0.27
.00
0.28
.00
0.29
.00
0.30
.00
0.31
.00
0.32
.00
0.33
.00
0.34
.00
0.35
.00
0.36
.00
0.37
.00
0.38
.00
0.39
.00
0.40
.00
0.41
.00
0.42
.00
0.43
.00
0.44
.00
0.45
.00
0.46
.00
Frequenza di un sistema elettrico isolato per perdita di produzione e intervento del distacco automatico di parte del carico e della maggiore potenza prodotta dalle rimanenti unità di produzione per regolazione primaria e secondaria locale.
Effetto della Regolazione Primaria della Frequenza
72,08%Distribuzione entro ± σ
0,022085Deviazione Standard σ
50,00136Frequenza media
2.416.733Totale campioni
Distribuzione % dei Valori di Frequenza della Rete Elettrica Nazionale
0
1
2
3
49,9
00
49,9
10
49,9
20
49,9
30
49,9
40
49,9
50
49,9
60
49,9
70
49,9
80
49,9
90
50,0
00
50,0
10
50,0
20
50,0
30
50,0
40
50,0
50
50,0
60
50,0
70
50,0
80
50,0
90
Minacce: Eventi di disturbo per l’esercizio
Deficit di Produzione
Centrale La Casella
Fiume Po Estate 2003
Minacce: Eventi di disturbo per l’esercizio
Guasti permanenti dei componenti
(Autotrasformatore distrutto da
una fulminazione atmosferica)
Minacce: Eventi di disturbo per l’esercizio
Rottura sezionatore per sovraccarico – (black out in Svezia, estate 2003)
PERTURBAZIONEPERTURBAZIONE
AUMENTO DELLA AUMENTO DELLA PRODUZIONEPRODUZIONE
RIDUZIONE DEL RIDUZIONE DEL CONSUMOCONSUMO
AVVIAMENTO DI AVVIAMENTO DI GRUPPI IN GRUPPI IN
RISERVA FREDDARISERVA FREDDARIDUZIONE DELLA RIDUZIONE DELLA
TENSIONETENSIONE
APPLICAZIONE DEI APPLICAZIONE DEI CONTRATTI CONTRATTI
PARTICOLARIPARTICOLARI
ATTUAZIONE DI ATTUAZIONE DI PROVVEDIMENTI PROVVEDIMENTI
PREORDINATIPREORDINATI
DEFICIT DI PRODUZIONE RISPETTO AL DEFICIT DI PRODUZIONE RISPETTO AL CONSUMOCONSUMO
RICHIESTA DI RICHIESTA DI SOCCORSO DA SOCCORSO DA
ALTRE RETIALTRE RETI
Incidenti ad evoluzione lenta
PERTURBAZIONEPERTURBAZIONE
CADUTA DELLA CADUTA DELLA TENSIONE E/O TENSIONE E/O
SOVRACCARICHISOVRACCARICHIOSCILLAZIONE OSCILLAZIONE
DELLA RETEDELLA RETECADUTA DELLA CADUTA DELLA
FREQUENZAFREQUENZA
INTERVENTI INTERVENTI AUTOMATICI O AUTOMATICI O
MANUALIMANUALIINTERVENTI INTERVENTI AUTOMATICIAUTOMATICI
ADEGUAMENTO DEL ADEGUAMENTO DEL CARICO CARICO
(TELEDISTACCHI)(TELEDISTACCHI)
STIMOLAZIONE STIMOLAZIONE DELLA DELLA
PRODUZIONEPRODUZIONE
ADEGUAMENTO ADEGUAMENTO DEL CARICO DEL CARICO
(EQUILIBRATORI)(EQUILIBRATORI)SEPARAZIONE DEI SEPARAZIONE DEI GRUPPI TERMICI GRUPPI TERMICI
(ISOLE DI CARICO)(ISOLE DI CARICO)
Incidenti ad evoluzione rapida
• A "significant equipment failure'' at an electric substation in West Miami-Dade County Tuesday afternoon caused a nearby nuclear reactor to shutdown, triggering waves of power outages from Key West as far north as Daytona Beach and Tampa.
• Spokeswoman estimated 700,000 customers were affected, adding that most will have power restored no later than 5:30 p.m.
• Sixty intersections in Broward County were without power at the height of the outage, said …..• Although the blackout hit as a cold front moved into the area and triggered massive storms in some
areas, the events are not connected, FPL said.• The Nuclear Regulatory Commission said that the two FPL nuclear reactors at Turkey Point about
25 miles south of downtown Miami automatically shut down around 1:09 p.m. Two other power plants farther north in the state, the Crystal River reactor and St. Lucie twin reactors, continued to operate, although officials at those two facilities noticed the grid disturbance.
• "We don't know whether the grid disturbance caused the units to shut down or that their shut down caused the grid disturbance,"
• The outages have no connection to terrorism, Homeland Security Department said. No foul play was suspected, Miami-Dade County Mayor said.
• "There are no safety concerns. The reactors shut down as designed," said Clark. He said both reactors continued to have offsite power. He said two coal-burning power plants at Turkey Point also shut down.
• Driving continued to be a problem Tuesday afternoon, with drivers having trouble.• The impact was hardly felt by air travelers……. airports are operating on engine-driven generators.• A railroad signal in the Boca Raton area was briefly affected by the outage, causing delays for one
southbound Tri-Rail commuter train around 1 p.m., said Allen Yoder, Tri-Rail's safety and security director. No other disruptions in service were reported due to the outage, Yoder said.
Esempio: Black out in Florida – 26 febbraio 2008
Mitigazioni Minacce: Il Piano di Difesa del sistema elettrico
1. Azioni Preventive: ad es. distacchi manuali.
2. Azioni di Contenimento: ad es. distacchi automatici per le sezioni critiche.
3. Azioni Repressive: alleggerimento automatico del carico in funzione della variazione della frequenza.
Tutte le azioni di controllo automatiche e manuali per:
1. Mantenere il sistema in uno Stato Normale quando sta per evolvere in uno Stato di Emergenza.
2. Riportare in una condizione di Stato Normale il sistema che sia già in Stato di Emergenza.
Sistemi di difesa per Rete Interconnessa
• Controllo Automatico Sezioni critiche
• Telescatto unità di generazione
• Banchi Manovra per distacco del carico
• Distacchi Programmati a Rotazione
• Protezioni
Sistemi di difesa per Rete Isolata
• Alleggerimento automatico del carico
• Telescatto unità di generazione (rete Sicilia)
Mitigazione Minacce: Il Piano di Difesa del sistema elettrico
UNITA’PERIFERICA DISTACCO CARICHI
MISURA DEL CARICO & INFORMAZIONI
AUSILIARIE
COMANDI INTERRUZIONE & RIPRISTINO DEL CARICO
SITO UTENTE INTERROMPIBILE
DOPPIO CANALE DI COMUNICAZIONE
CNC
ST
RETE NAZIONALE
RETE DI COMUNICAZIONE
TERNA
Esempio Sistema di Difesa: Banco Manovra Interrompibili – Architettura e Rete Comunicazione
La sequenza degli eventi il 28 settembre 2003
SLOVENIASLOVENIASLOVENIA
SWITZERLANDSWITZERLANDSWITZERLAND
FRANCEFRANCEFRANCE
AUSTRIAAUSTRIAAUSTRIA
Albertville
RondissoneVillarodin
Venaus
Gorduno
Airolo
Ponte
Pallanzeno
MoerelRiddes
AviseValpelline
CamporossoLe Broc-Carros
Soazza
*BulciagoMusignano
Lavorgo
Sondrio
Robbia
Mese
Lienz
Soverzene
Redipuglia Divaca
Padriciano
7
1 2
3
Mettlen Sils
5-6
8
43.1
Separazione dalla Rete Europea
Planais
3.2
Frequenza 28 9 2003
47,50
45,500
46,000
46,500
47,000
47,500
48,000
48,500
49,000
49,500
50,000
50,500
03:2
4:00
03:2
4:07
03:2
4:14
03:2
4:21
03:2
4:28
03:2
4:35
03:2
4:42
03:2
4:49
03:2
4:56
03:2
5:03
03:2
5:10
03:2
5:17
03:2
5:24
03:2
5:31
03:2
5:38
03:2
5:45
03:2
5:52
03:2
5:59
03:2
6:06
03:2
6:13
03:2
6:20
03:2
6:27
03:2
6:34
03:2
6:41
03:2
6:48
03:2
6:55
03:2
7:02
03:2
7:09
03:2
7:16
03:2
7:23
03:2
7:30
03:2
7:37
03:2
7:44
03:2
7:51
03:2
7:58
ora
Hz
L’andamento della frequenza durante il transitorio
DisservizioSoazza-Sils Separazione dalla
rete europea Distacco della generazione distribuita AT e MT per ~1.700 MW
Perdita di 21 unità di produzione su 50 in servizio per ~3.700 MW
Alleggerimento di carico pari a ~600 MW ogni 0,1 Hz di discesa della frequenza: ~7.000 MW
Alleggerimentopompaggio (3500 MW)
Soglia di distacco generatori Black out
3:25 3:28129 secondi
Frequenza(Roma)
SLOVENIA
FRANCIA
AUSTRIASVIZZERA
Importazione F-CH-A-SL 6.400 MWImportazione Grecia 300 MWCarico disalimentato 23.900 MWEnergia non fornita 177.000 MWhFrequenza min raggiunta 0 Hz
Separazione di rete
Black out totale
Galatina
GRECIAGRECIA
Il black out nazionale del 28/09/2003
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