marino.sforna@terna.itwww.terna.it 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

I principali compiti di TERNA

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

E’ “saltata” una linea!

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

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

Mitigazione Vulnerabilità:Sicurezza esercizio / Economia esercizio

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

FINEFINE