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REGOLAZIONE DELLA FREQUENZA E DELLA
TENSIONE
Indagine sul parco di produzione elettrica italiano
Giuseppe Dell’Olio, Marino Sforna
GRTN S.p.A., Direzione Rete
Pagina 1
Direzione Rete
Documenti di riferimento
[1]
GRTN, 'Regole tecniche di connessione…', GU n. 265, 13
dicembre 2001.
[2]
GRTN, 'Regole per il dispacciamento', vers.1.1, 9 agosto
2002.
[3]
AEEG, Delibera n. 95/01, 'Condizioni per l'erogazione del
pubblico servizio di dispacciamento...'.
Pagina 2
Direzione Rete
Segue-Documenti di riferimento
[4]
Decreto legislativo 16 marzo 1999, n. 79, di attuazione della
direttiva 96/92/CE recante norme comuni per il mercato interno
dell’energia elettrica.
[5]
Ministero dell’Industria, del Commercio e dell’Artigianato,
direttiva del 21 gennaio 2000, “Direttive per la società
Gestore
di trasmissione nazionale di cui all’art. 3, comma 4,
del
decreto legislativo 16 marzo 1999, n.79”.
[6]
GME, 'Disciplina del mercato elettrico ...', 2001.
Pagina 3
Direzione Rete
Segue-Documenti di riferimento
[7]
UCPTE: 'Regles du jeu relatives aux réglages primarie et
secondaire de la fréquence e de la puissance dans l'UCPTE',
1998.
[8]
CEI, Norma 11-32, 'Impianti di produzione di energia elettrica
connessi a sistemi di III categoria' , 2000.
[9]
GRTN, 'Partecipazione alla regolazione di frequenza...', 2000.
[10]
GRTN, 'Partecipazione alla regolazione di tensione', 2000.
Pagina 4
Direzione Rete
Caratteristiche del campione di
gruppi esaminato
z
z
Circa 530 gruppi;
Potenza:
– Minima: 10 MVA;
– Massima: 750 MVA;
– Media: 115 MVA.
z
z
Potenza totale: 60.000 MVA;
Dati raccolti durante il 2001.
Pagina 5
Direzione Rete
Regolazione della Frequenza
Secondo le indicazioni UCTE [7], recepite dal
GRTN, viene effettuata in tre fasi successive :
– Regolazione primaria;
– Regolazione secondaria;
– Regolazione terziaria.
Ciascuna è caratterizzata da
intervento ed una finalità propri.
un
tempo
di
Pagina 6
Direzione Rete
,
Frequenza: regolazione
primaria
Servizio OBBLIGATORIO.
Gruppi interessati (RD, 5.1.1.2):
Tutti i gruppi collegati a reti con obbligo di connessione
di terzi, eccettuati:
– Gruppi di potenza <10 MVA;
– Gruppi alimentati da fonti rinnovabili non programmabili;
– Gruppi idrici (anche se non ad acqua fluente), quando
sussistano particolari condizioni idrologiche.
Pagina 7
Direzione Rete
Frequenza: regolazione primaria
z
Scopo: Ristabilire l'equilibrio di potenza sulla rete;
z
di tipo proporzionale (RJPS, A-1)
z
viene effettuata automaticamente da ciascun
regolatore.
Pagina 8
Direzione Rete
Frequenza: regolazione primaria
z
arresta la variazione della frequenza;
z
agisce entro 15-30 s (a seconda della gravità
dell’evento) (RJPS, C-1.5);
z
occorre che i gruppi dispongano, al momento del
disservizio, di una adeguata "riserva di regolazione
primaria".
Pagina 9
Direzione Rete
Frequenza: regolazione primaria
La UCTE prescrive (RJPS, C-1.5) che l’intera riserva di
regolazione primaria sia attivata interamente entro un
tempo massimo pari a:
• 15 secondi dal disservizio per disservizi inferiori a 1500 MW;
• variabile linearmente tra quindici e trenta secondi per squilibri
compresi tra 1500 e 3000 MW.
Pagina 10
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
49
45
41
37
33
29
25
21
17
13
9
5
0
1
Potenza di regolazione (MW)
Curva di risposta della
regolazione primaria
Direzione Rete
Tempo di dispiegamento (s)
Pagina 11
Direzione Rete
Frequenza: regolazione primaria
Dopo l’intervento della regolazione primaria, nuova
situazione di regime:
– la riserva complessiva di regolazione primaria è stata
consumata (in tutto o in parte);
– la frequenza ha un valore inferiore a quello di programma
(regolaz. Proporzionale).
– Il transito di potenza sulle linee di interconnessione ha un
valore diverso da quello di programma.
Pagina 12
Direzione Rete
Frequenza: regolazione
secondaria
(“Regolazione frequenza-potenza”)
– È di tipo “proporzionale-integrale”.
– Ristabilisce la frequenza di programma.
– Ristabilisce il valore concordato per la potenza in transito
sulle interconnessioni.
– Viene effettuata da un regolatore automatico centralizzato.
– Agisce entro i 15 min successivi al ripristino dell’equilibrio.
Pagina 13
Direzione Rete
Frequenza: regolazione
secondaria
Obbligo di formulare offerte.
Gruppi interessati (RD, 5.1.2.2):
z
I gruppi “abilitati”, eccettuati:
– Gruppi non in grado di offrire la “quantità minima
negoziabile”;
– Gruppi indisponibili;
– Gruppi alimentati da fonti rinnovabili non programmabili;
– Gruppi idroelettrici (anche non ad acqua fluente), quando
sussistano particolari condizioni idrologiche.
Pagina 14
Direzione Rete
Frequenza: regolazione
secondaria
z
I gruppi che partecipano alla regolazione
secondaria devono disporre di una “riserva di
regolazione secondaria”, che si aggiunge alla riserva
di regolazione primaria ed è distinta da essa.
z
La banda di regolazione secondaria deve essere
almeno pari:
– Al 15% della potenza efficiente (gruppi idrici);
– Al 6% della potenza efficiente, con il minimo di 10 MW (gruppi
termici).
Pagina 15
Direzione Rete
Frequenza: regolazione terziaria
z
Ripristina le riserve di regolazione secondaria dei vari
gruppi.
z
Di solito non richiede l’impiego di dispositivi
automatici.
Pagina 16
Direzione Rete
Frequenza: regolazione terziaria
Riserva a salire
(RD, 5.1.3.1)
– 5 min;
– 15 min;
– 60 min.
Riserva a scendere
(RD, 5.1.3.1)
– 5 min;
– 15 min.
Pagina 17
Direzione Rete
Frequenza: regolazione terziaria
Obbligo di formulare offerte per ciascuna tipologia.
Gruppi interessati (RD, 5.1.3.2):
z
I gruppi “abilitati”, eccettuati:
– Gruppi indisponibili;
– Gruppi alimentati da fonti rinnovabili non programmabili;
– Gruppi idroelettrici (anche non ad acqua fluente), quando
sussistano particolari condizioni idrologiche.
Pagina 18
Direzione Rete
Frequenza: caratteristiche dei
regolatori
99
92
85
78
71
64
57
50
43
36
29
22
15
8
56
55
54
53
52
51
50
49
48
47
1
Frequenza di rete (Hz)
Regolatore con statismo s=5%
Carico di turbina (%)
Pagina 19
Direzione Rete
Minimo statismo impostabile
Risultati indagine
Requisiti GRTN
z
Statismo minimo non
superiore al 2% (RC, 5.10).
z
80% dei gruppi esaminati è
conforme;
z
75% della potenza
corrispondente è conforme;
z
I gruppi di potenza < 150 MVA
hanno tendenzialmente
regolatori migliori (basso
statismo minimo).
Pagina 20
Direzione Rete
6
Minimo statismo
impostabile (%)
5
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100
Percentuale gruppi (%)
Minimo statismo impostabile
Tratto scuro: n. gruppi (%)
Tratto chiaro: potenza gruppi (%)
Pagina 21
Direzione Rete
Frequenza: caratteristiche dei
regolatori
Def: Zona di insensibilità del complesso grupporegolatore (RJPS, A - 3).
È definita dai valori limite di frequenza tra i quali il
regolatore, a causa dei propri limiti di prestazione, non
agisce.
Def: Banda morta del complesso gruppo-regolatore
(RJPS, A - 3).
È definita dai valori limite di frequenza, impostati
volontariamente, tra i quali il regolatore non agisce.
Pagina 22
Direzione Rete
Zona di insensibilità
Risultati indagine
Requisiti GRTN
z
z
Gruppi già in servizio: zona di
insensibilità non superiore a
± 20 mHz;
Nuove installazioni: zona di
insensibilità non superiore a
± 10 mHz.
z
85 [87]% dei gruppi esaminati
è conforme;
z
95 [97]% della potenza
corrispondente è conforme;
z
I gruppi di potenza < 240 MVA
hanno tendenzialmente
regolatori migliori (piccola
zona di insensibilità).
Pagina 23
Zona di
insensibilità (mHz)
Direzione Rete
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
20
40
60
80
100
Percentuale gruppi (%)
Zona di insensibilità
Tratto scuro: n. gruppi (%)
Tratto chiaro: potenza gruppi (%)
Pagina 24
Direzione Rete
Gradiente di potenza
Requisiti GRTN
Raccomandazioni UCTE
z
Turbogas: 8% Peff/min;
z
Vapore, comb. liquido o gas:
8% Peff/min;
z
Gruppi ad olio o gas: 8% Pn al
minuto;
z
Vapore,carb.:2%Peff/min;
z
carbone: 1-4% Pn al minuto;
z
Idrici:1%Peff/s.
z
gruppi in centrali ad accumulo:
1,5-2,5% Pn al secondo.
Pagina 25
Direzione Rete
Gradiente di potenza
Risultati indagine
Requisiti GRTN
z
Turbogas: >= 8% Peff/min;
z
Turbogas: 90% dei gruppi è
sostanzialmente conforme;
z
Vapore, comb. liquido o gas:
>= 8% Peff/min;
z
z
Vapore,carb.:>=2%Peff/min;
Vapore, comb. liquido o gas: 40%
dei gruppi (55% della potenza) è
conforme; sono migliori i gruppi
> 390 MVA;
z
Idrici:>=1%Peff/s
z
Vapore,carb.:35% (63% della
potenza) è conforme;
z
Idrici:80% dei gruppi (85% della
potenza) è conforme.
Pagina 26
Gradiente di poten
(%Peff/min)
Direzione Rete
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
20
40
60
80
100
Percentuale gruppi (%)
Gradiente di potenza (gruppi vap. con
combustibile liquido o gas)
Tratto scuro: n. gruppi (%)
Tratto chiaro: potenza gruppi (%)
Pagina 27
Direzione Rete
Gradiente di poten
(%Peff/sec)
7
6
5
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100
Percentuale gruppi (%)
Gradiente di potenza (gruppi idroelettr.)
Tratto scuro: n. gruppi (%)
Tratto chiaro: potenza gruppi (%)
Pagina 28
Direzione Rete
Tempo di avviamento dopo 96 ore
Risultati indagine
z
I gruppi di taglia limitata hanno tempi di avviamento
inferiori (orientativamente 100 MVA-5 ore);
– Riserva a 60 minuti: 30% dei gruppi (11% della potenza); in
prevalenza, idrici e turbogas;
– Riserva a 15 minuti: 13% dei gruppi (3% della potenza);
soltanto gruppi idroelettrici;
– Riserva a 5 minuti: 4% dei gruppi (1% della potenza).
Pagina 29
Direzione Rete
Tempo di avviamento
30
25
20
15
10
5
0
0
20
40
60
80
100
Percentuale gruppi (%)
Tempo di avviamento dopo 96 ore
Tratto scuro: n. gruppi (%)
Tratto chiaro: potenza gruppi (%)
Pagina 30
Direzione Rete
Regolazione della Tensione
Organizzata su tre livelli gerarchici:
z
z
z
Regolazione primaria;
Regolazione secondaria;
Regolazione terziaria.
Ciascuna è caratterizzata da un’ “area di influenza”.
Pagina 31
Direzione Rete
Tensione: regolazione primaria
z
Agisce a livello di singola centrale di produzione;
z
effettuata localmente ed in maniera autonoma;
z
tensione regolata: ai morsetti dei gruppi (“R.P. di
gruppo”) o sulla sbarra AT di centrale (“R.P. di
centrale”).
Pagina 32
Direzione Rete
, regolazione
Segue – Tensione:
primaria
Servizio OBBLIGATORIO.
Gruppi interessati:
z
z
RP “di gruppo”: tutti i generatori connessi a reti con
obbligo di connessione di terzi (RD, 5.1.5.2).
RP “di centrale”: tutte le centrali con almeno un
gruppo >100 MVA (RD, 5.1.6.2).
Pagina 33
Direzione Rete
Tensione: regolazione secondaria
z
z
z
z
Agisce a livello di “regione” elettrica;
effettuata da tre regolatori centralizzati (RRT);
tensione regolata: sulle sbarre di alcune stazioni AT
(“Nodi Pilota”) della regione;
Vi contribuiscono centrali prossime a ciascun nodo
pilota.
Pagina 34
Direzione Rete
Tensione: regolazione secondaria
z
Attualmente, servizio obbligatorio per i soli gruppi che,
alla data di entrata in vigore delle RD, posseggono i
necessari requisiti tecnici;
z
Il GRTN identifica i gruppi che posseggono tali
requisiti.
Pagina 35
Direzione Rete
Vantaggi derivanti dalla
regolazione secondaria di
tensione
z
z
z
Eliminazione dei “ricircoli” di potenza reattiva tra
gruppi di una stessa centrale.
Eliminazione dei “ricircoli” di potenza reattiva tra
centrali di una stessa “area”.
Riduzione delle perdite negli alternatori.
Pagina 36
Direzione Rete
Tensione: regolazione terziaria
z
Agisce a livello nazionale;
z
effettuata da un regolatore centralizzato (RNT);
z
Vi contribuiscono tutte le centrali che partecipano alla
regolazione secondaria.
Pagina 37
Direzione Rete
Massimo errore di regolazione
Risultati indagine
Requisiti GRTN
z
Gruppi termoelettrici: ±0.2%;
z
Gruppi idroelettrici: ±0.5%.
z
Gruppi termoelettrici: 45% dei
gruppi (50% della potenza) è
conforme;
z
I gruppi di potenza superiore a
275 MVA hanno tendenzialmente
regolatori di maggior precisione;
z
Gruppi idroelettrici: la quasi
totalità è conforme.
Pagina 38
Errore max di tensione (%)
Direzione Rete
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
20
40
60
80
100
Percentuale gruppi (%)
Massimo errore di regolazione
(gruppi termoelettrici)
Tratto scuro: n. gruppi (%)
Tratto chiaro: potenza gruppi (%)
Pagina 39
Campo di taratura del “set-point” di
tensione
Direzione Rete
Risultati indagine
Requisiti GRTN
z
z
Minima tens. impostabile:
80% della tensione nominale (ai
morsetti del generatore);
Massima tens. impostabile:
110% della tensione nominale.
z
Minima tens. impostabile:
60% dei gruppi (55% della
potenza) è conforme;
z
Massima tens. impostabile: circa
il 90% dei gruppi è conforme.
z
I gruppi di potenza <135 MVA
hanno tendenzialmente un
campo di taratura più ampio.
Pagina 40
Minima tensione impostabile
sul regolatore(%)
Direzione Rete
110
100
90
80
70
60
50
40
0
20
40
60
80
100
Percentuale gruppi (%)
Minima tensione impostabile
Tratto scuro: n. gruppi (%)
Tratto chiaro: potenza gruppi (%)
Pagina 41
Massima tensione
impostabile sul regolatore (
Direzione Rete
125
120
115
110
105
100
0
20
40
60
80
100
Percentuale gruppi (%)
Massima tensione impostabile
Tratto scuro: n. gruppi (%)
Tratto chiaro: potenza gruppi (%)
Pagina 42
Direzione Rete
Tensione di ceiling
Requisiti GRTN
z
Sistemi di eccitazione statici:
tensione di ceiling >=200%;
z
Altri sistemi di eccitazione (es.:
rotanti): tensione di ceiling
>=160%.
Risultati indagine
z
Sistemi di eccitazione statici:
85% dei gruppi (90% della
potenza) è conforme;
z
Altri sistemi di eccitazione: 75%
dei gruppi è conforme.
Pagina 43
Direzione Rete
Tensione d
ceiling (%)
500
400
300
200
100
0
0
20
40
60
80
100
Percentuale gruppi (%)
Tensione di ceiling (ecc. statiche)
Tratto scuro: n. gruppi (%)
Tratto chiaro: potenza gruppi (%)
Pagina 44
Direzione Rete
Minima tensione di alimentazione
(sistemi di eccitazione statici)
Requisiti GRTN
z
Sistemi di eccitazione già in
esercizio: 30% del valore
nominale;
z
Sistemi di eccitazione di nuova
installazione: 20% del valore
nominale.
Risultati indagine
z
L’85% dei gruppi è conforme al
requisito meno severo;
z
Il 70% dei gruppi è conforme al
requisito più severo.
Pagina 45
Torna al programma
Direzione Rete
Minima tensione di
alimentazione (%)
100
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
100
Percentuale gruppi (%)
Minima tensione alimentazione
(sistemi di eccitazione statici)
Tratto scuro: n. gruppi (%)
Tratto chiaro: potenza gruppi (%)
Pagina 46