SMART GRIDS and ADVANCED POWER DISTRIBUTION

Lo studente acquisirà competenze per interagire efficacemente con gli Operatori del Sistema Elettrico, utilizzando la terminologia corretta (sia in Italiano che in Inglese) e mostrando conoscenze appropriate ed aggiornate, per discutere le questioni di base riguardanti le Smart Grid e la gestione delle Risorse Energetiche Rinnovabili (RES) distribuite.

In particolare, questo avverrà attraverso approfondimenti sulle strutture di reti elettriche di distribuzione, funzioni, metodi di analisi, nonché criteri di protezione, controllo e automazione delle reti pubbliche in Media e Bassa Tensione (MT e BT), sia per reti "tradizionali" che "avanzate", cioè secondo il paradigma innovativo delle "Smart Grids".

Tale paradigma è concepito principalmente per l'integrazione ottimale dei sistemi di Generazione Distribuita da RES e dei Sistemi di Accumulo dell'Energia Elettrica. 

Lo studente diventerà, inoltre, consapevole dell'evoluzione tecnologica in corso e dell'impatto di tale evoluzione sui sistemi elettrici “intelligenti” presenti e futuri, comprese le tecnologie di Comunicazione a supporto dei paradigmi innovativi in corso di implementazione, come ad esempio delle infrastrutture di ricarica dei Veicoli Elettrici, delle strategie di coinvolgimento attivo dell'Utenza (Clienti Finali), nonché dell'ottimizzazione delle interazioni tra reti di Trasmissione e di Distribuzione, nell'ottica specifica dello Sviluppo Sostenibile e della Decarbonizzazione del Sistema.

L'insegnamento prevede sia lezioni frontali sia esercitazioni con software specifici, mirate a mettere in pratica i contenuti delle nozioni teoriche e a sviluppare le relative competenze.

Conoscenze di base di Elettrotecnica, con specifico riferimento alla conoscenza delle leggi relative ai campi elettrici ed elettromagnetici, all'analisi dei circuiti elettrici radiali e magliati, in corrente continua ed alternata sinusoidale (in regime stazionario e transitorio), nonché al funzionamento del Sistema Elettrico di Potenza, sia monofase che trifase, simmetrico ed equilibrato e non.

Conoscenza delle principali Macchine Elettriche (Trasformatori di Potenza, Macchine Sincrone, Asincrone e Convertitori Elettronici di Potenza) e dei loro principi di funzionamento e modellazione di base.

Conoscenze acquisite tramite il Corso seguito nell'anno accademico precedente (primo anno): "Electric Power Utilization and Safety".

Nozioni di base relative ai Mercati dell’Energia Elettrica.

La frequenza del Corso non è obbligatoria ma la si consiglia fortemente, poichè il Corso prevede, oltre alle lezioni teoriche, esercitazioni numeriche e attività di gruppo, incluse visite tecniche.

1. Struttura e Regolamentazione delle Reti di Distribuzione Italiane

• Strutture delle Reti di Distribuzione di Media e Bassa Tensione (MT e BT) Italiane.
• Il paradigma della Generazione Distribuita: “perché” le Smart Grids.
• Regolamentazione sulla Qualità del Servizio Elettrico.
• ARERA, Evoluzione della Regolamentazione, Meccanismi incentivanti e Indicatori di Continuità.
• Reti di Distribuzione MT e BT Pubbliche “Tradizionali” Passive: Panoramica Internazionale e Nazionale su Strutture e Criteri di Esercizio delle Reti di Distribuzione di MT e BT.

2. Metodo Generalizzato per il Calcolo della Corrente di Cortocircuito nelle Reti Elettriche

• Trasformazioni di variabili utilizzate nello studio nei Sistemi Elettrici di Potenza: Trasformazione ai Componenti Simmetrici (CS).
• Introduzione al metodo di calcolo analitico generale delle correnti di corto circuito nelle reti e metodologia di analisi.
• Guasti simmetrici e Definizione di Potenze di corto circuito, Nodi forti, deboli, elettricamente vicini e lontani.
• Guasti Dissimmetrici: Guasto Monofase a Terra (GMT).

3.  Stato del Neutro nelle Reti di Distribuzione MT

• Modalità di Connessione a Terra del Neutro.
• Influenza dello Stato del Neutro sul regime di GMT.
• Protezioni Direzionali di Terra contro il GMT (Codice ANSI: 67N).

4. Protezioni “tradizionali” (Standard A2) in Cabina Primaria nelle Reti di Distribuzione contro Sovraccarico, Corto Circuito e GMT nelle Reti Italiane gestite in modo radiale da e-distribuzione SpA.

• Standard dei Sistemi Protettivi della Rete di Distribuzione: A1, A2 e A3 secondo e-distribuzione SpA.
• Protezioni in Cabina Primaria (AT/MT) e lungo linea (Centri Satellite): DRA (Dispositivo di Richiusura Automatica); Protezioni di Massima Corrente (ANSI CODE: 51); Protezione Direzionale di Terra (ANSI CODE: 67N).
• Selettività e descrizione delle relative soglie di intervento.
• Introduzione di Telecontrollo e Automazione delle Reti di Distribuzione in Italia.
• Selezione Automatica del Tronco Guasto di Linea MT Mediante Unità Periferiche: Prime Tecniche di Automazione implementate nelle Reti di Enel Distribuzione e definite nel documento DK 4517, 2002.
• Esempi di Selezione del Guasto con le prime tecniche di automazione implementate: FRG, FNC, FRG su Linea con Recloser e “FNC veloce”.
• Trend di evoluzione dell’Automazione della Rete di Distribuzione.

5. Cabina Primaria “classica” e Digitalizzazione per l’implementazione delle Smart Grids

• Cabina Primaria – Architettura di Tipo A2 (pannelli protezioni di linea, DAN, RAT per VSC, pannelli protezione trasformatore, protezioni attive di linea).
• Strutture, Componenti e Protezioni di base per le Sezioni AT e MT.
• Passaggio allo Standard dei Sistemi Protettivi A3 secondo e-distribuzione SpA.
• La Logica “Smart Grids”: integrazione delle RES e miglioramento qualità del servizio.
• Digitalizzazione della Rete di Distribuzione: Cabine Primarie e Secondarie.
• In Cabina Primaria – Schema architettura protezioni A3
•  RTU Digitale (TPT2020)
• Pannelli di Protezione e Controllo (DV7203 e DV7500)
• Protocollo IEC61850.
• Schema dell’architettura delle protezioni.
• TPT2020 e comunicazione con lo SCADA dell’STM (Sistema di Telecontrollo della MT).
• Distribution Management System (DMS) – uno dei server dell’STM.
• In Cabina Secondaria (Struttura, Componenti, Regole di Connessione degli Utenti MT attivi e passivi – Norma CEI 0-16).
• IED 61850: Protezione RGDM, Pannello DV7300, CCI - Controllore Centrale di Impianto per utenti produttori (Allegati O e T della CEI 0-16).
• RTU di CS: modelli UP2008 e UP2015 (protocollo IEC 60870-5-104).
• RGDM, come server 61850, ed evoluzione dell’automazion.
• Concetto di Cabina Primaria Estesa e Comunicazioni “always-on”.
• Client 61850 in Cabina Secondaria: UP2020.
• Client 61850 in Cabina Primaria: TPT2020.

6. Criteri di Regolazione della Tensione nelle reti di distribuzione MT e BT “tradizionali” introdotti da ENEL Distribuzione SpA 

• Criteri descritti nel documento “ENEL DK 4455” (Marzo 1993).
• Inapplicabilità dei criteri tradizionali in presenza di generazione distribuita ed in ottica Smart Grid.

 7._Generazione Distribuita e impatto sulla gestione della rete elettrica 

• Esame delle principali problematiche tecniche che richiedono l’evoluzione verso le Smart Grids.

8. Criteri di Regolazione Avanzata della Tensione nelle reti evolute gestite da e-distribuzione SpA

• REGV-1: regolazione avanzata attuata sul VSC della sezione di trasformazione del trasformatore AAT/MT o AT/MT.
• REGV-2: regolazione avanzata attuata sul VSC della sezione di trasformazione del trasformatore AAT/MT o AT/MT, integrata con attivazione del controllo locale di regolazione di tensione dell’Utente.

 9. Protezione, Telecontrollo e Automazione Avanzati nelle Reti di Distribuzione Smart

• Architetture Generali per le Tecniche di Automazione Evolute nelle reti di e-distribuzione.
• Tipologie di automazione smart:
• “Funzione Selettività Logica” (FSL)
• “Smart Fault Selection” (SFS)
• Esperimento Regolatorio di ARERA (SFS entro 5 s): “Self Healing Automation” (SHA)
• Evoluzione dell’Esperimento Regolatorio: dalla SHA alla SHA-fast (entro 1 s).

    1.      “Smart Grids: Fundamentals and Technologies in Electric Power Systems of the Future”, Authors: Bernd M. Buchholz, Zbigniew A. Styczynski (Germany). Publisher: Springer (2nd edition, 2021).

    2.   “Power System Analysis and Design”, Authors: J.D. Glover, T.J. Overbye, A.B. Sarma, A.B. Birchfield. Publisher: Cengage, U.S.A. (7th edition, 2022).

    3.     “Electric Power Systems”, Vol. I e II. Author: Roberto Marconato. Publisher: CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano), Italy (2nd Edition).

    4.        Materiale didattico fornito dal docente (in Italiano e in Inglese).

    5.        Norme CEI, CENELEC e IEC (in Italiano e in Inglese).

NB. Non esistono testi commerciali che trattano in modo completo il contenuto del Corso.

La verifica dell’apprendimento viene di norma effettuata tramite una prova orale in presenza.

Gli elementi rilevanti ai fini della valutazione dell'apprendimento da parte dello studente sono: 

- la correttezza delle risposte;

- la completezza delle informazioni fornite;

- la padronanza del linguaggio tecnico utilizzato.

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