Nowadays, distribution networks are evolving thanks to the implementation of innovative Smart Grid solutions, aimed to the optimal network management both in real-time and planning operations. Decentralization and digitalization of the electric system are convergent trends for the enhancement of grid efficiency and integration of Renewable Energy Sources (RES) into the electric grid. The objective of the thesis is to analyse the impact of Distributed Generation (DG) on distribution networks, and to evaluate the benefits of real-time methods and Smart Grid solutions for their optimal management. Firstly, the state of the art of Italian distribution network and Smart Grid architecture is presented, deploying its network automation, protection, and control systems. Therefore, analysis of the effects of DG is provided, focusing on the issues related to the reverse energy flow, the protection systems, and the overvoltages along the feeder. Furthermore, the impact of RES on the electricity market and the feasibility studies for the connection of DG on the distribution grid are briefly evaluated. Subsequently, the possibility of network reconfiguration is considered, providing the fundamentals of the reconfiguration and the optimization problem. Algorithms to minimize energy losses and to enhance Hosting Capacity for Decentralized Energy Resources (DERs) penetration into the grid are proposed. As this work is supported by the IEEE Power and Energy Society and Schneider Electric under the national scholarship “IEEE – PES Italy Scholarship Award (IPISA) Fund”, a brief overview of the architecture and functionalities of Schneider Electric’s Decentralized Energy Resource Management System (DERMS), dedicated to optimal management of DERs, is presented. Finally, a Medium Voltage (MV) distribution network benchmark, with passive and active configuration, is designed on DIgSILENT software. Different load and generation profiles are modelled to create several realistic scenarios, varying the load demand or the generation rate of the DGs. Daily quasi-dynamic simulations are performed to estimate the network response before and after the DG connection to the grid. A comparison of the transformer loading and the voltage profile along the feeder is realized for each scenario to highlight the effects of the DG connection on the grid. Further results are retrieved comparing the total energy losses and line loadings for each scenario.

Oggi, le reti di distribuzione stanno evolvendo grazie all'implementazione di soluzioni innovative di Smart Grid, finalizzate alla gestione ottimale della rete sia in tempo reale che in fase di pianificazione. La decentralizzazione e la digitalizzazione del sistema elettrico sono tendenze convergenti, mirate al miglioramento dell'efficienza della di rete e all'integrazione delle Fonti di Energia Rinnovabile (FER) nella rete elettrica. L'obiettivo della tesi è analizzare l'impatto della Generazione Distribuita (GD) sulle reti di distribuzione e valutare i vantaggi dei metodi in tempo reale e delle Smart Grid per la loro gestione ottimale. In primis, è presentato lo stato dell'arte della rete di distribuzione e l'architettura Smart Grid italiane, spiegando i sistemi di automazione, protezione e controllo di rete presenti. Quindi, è proposta un’analisi degli effetti della GD, focalizzata sulle criticità relative all’inversione del flusso di energia, ai sistemi di protezione, e alle sovratensioni lungo feeder. Inoltre, vengono brevemente valutati l'impatto delle FER sul mercato dell'energia elettrica e gli studi di fattibilità per il collegamento della GD sulla rete di distribuzione. Successivamente, è considerata la possibilità di riconfigurazione della rete, fornendo i fondamentali dei problemi di riconfigurazione e ottimizzazione. Degli algoritmi per minimizzare le perdite di energia e migliorare la Hosting Capacity per la integrazione di risorse energetiche decentralizzate (DER) nella rete. Essendo questo lavoro corroborato dal supporto di IEEE Power and Energy Society e di Schneider Electric, come risultato della borsa di studio nazionale "IEEE - PES Italy Scholarship Award (IPISA) Fund", è presentata una breve panoramica dell'architettura e delle funzionalità del Decentralized Energy Resource Management System (DERMS) di Schneider Electric, dedicato alla gestione ottimale delle DER. Infine, è stato progettato un benchmark di una rete di distribuzione in media tensione (MT) sul software DIgSILENT, sia con una configurazione di rete passiva che attiva. Alcuni profili di carico e generazione sono stati ipotizzati in modo da creare diversi scenari realistici, variando la domanda dei carichi o il tasso di generazione della GD. Sono state eseguite delle simulazioni quasi-dinamiche giornaliere per stimare la risposta della rete prima e dopo la connessione della DG alla rete. Un confronto tra il carico del trasformatore e il profilo di tensione lungo feeder viene realizzato per evidenziare gli effetti della connessione DG sulla rete. Ulteriori risultati vengono ricavati confrontando le perdite totali di energia e i carichi di linea di ogni scenario.

Real-time methods for distribution networks optimization with renewable energy sources

PENNIELLO, GIUSEPPE
2019/2020

Abstract

Nowadays, distribution networks are evolving thanks to the implementation of innovative Smart Grid solutions, aimed to the optimal network management both in real-time and planning operations. Decentralization and digitalization of the electric system are convergent trends for the enhancement of grid efficiency and integration of Renewable Energy Sources (RES) into the electric grid. The objective of the thesis is to analyse the impact of Distributed Generation (DG) on distribution networks, and to evaluate the benefits of real-time methods and Smart Grid solutions for their optimal management. Firstly, the state of the art of Italian distribution network and Smart Grid architecture is presented, deploying its network automation, protection, and control systems. Therefore, analysis of the effects of DG is provided, focusing on the issues related to the reverse energy flow, the protection systems, and the overvoltages along the feeder. Furthermore, the impact of RES on the electricity market and the feasibility studies for the connection of DG on the distribution grid are briefly evaluated. Subsequently, the possibility of network reconfiguration is considered, providing the fundamentals of the reconfiguration and the optimization problem. Algorithms to minimize energy losses and to enhance Hosting Capacity for Decentralized Energy Resources (DERs) penetration into the grid are proposed. As this work is supported by the IEEE Power and Energy Society and Schneider Electric under the national scholarship “IEEE – PES Italy Scholarship Award (IPISA) Fund”, a brief overview of the architecture and functionalities of Schneider Electric’s Decentralized Energy Resource Management System (DERMS), dedicated to optimal management of DERs, is presented. Finally, a Medium Voltage (MV) distribution network benchmark, with passive and active configuration, is designed on DIgSILENT software. Different load and generation profiles are modelled to create several realistic scenarios, varying the load demand or the generation rate of the DGs. Daily quasi-dynamic simulations are performed to estimate the network response before and after the DG connection to the grid. A comparison of the transformer loading and the voltage profile along the feeder is realized for each scenario to highlight the effects of the DG connection on the grid. Further results are retrieved comparing the total energy losses and line loadings for each scenario.
MAURI, MICHELA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
6-giu-2020
2019/2020
Oggi, le reti di distribuzione stanno evolvendo grazie all'implementazione di soluzioni innovative di Smart Grid, finalizzate alla gestione ottimale della rete sia in tempo reale che in fase di pianificazione. La decentralizzazione e la digitalizzazione del sistema elettrico sono tendenze convergenti, mirate al miglioramento dell'efficienza della di rete e all'integrazione delle Fonti di Energia Rinnovabile (FER) nella rete elettrica. L'obiettivo della tesi è analizzare l'impatto della Generazione Distribuita (GD) sulle reti di distribuzione e valutare i vantaggi dei metodi in tempo reale e delle Smart Grid per la loro gestione ottimale. In primis, è presentato lo stato dell'arte della rete di distribuzione e l'architettura Smart Grid italiane, spiegando i sistemi di automazione, protezione e controllo di rete presenti. Quindi, è proposta un’analisi degli effetti della GD, focalizzata sulle criticità relative all’inversione del flusso di energia, ai sistemi di protezione, e alle sovratensioni lungo feeder. Inoltre, vengono brevemente valutati l'impatto delle FER sul mercato dell'energia elettrica e gli studi di fattibilità per il collegamento della GD sulla rete di distribuzione. Successivamente, è considerata la possibilità di riconfigurazione della rete, fornendo i fondamentali dei problemi di riconfigurazione e ottimizzazione. Degli algoritmi per minimizzare le perdite di energia e migliorare la Hosting Capacity per la integrazione di risorse energetiche decentralizzate (DER) nella rete. Essendo questo lavoro corroborato dal supporto di IEEE Power and Energy Society e di Schneider Electric, come risultato della borsa di studio nazionale "IEEE - PES Italy Scholarship Award (IPISA) Fund", è presentata una breve panoramica dell'architettura e delle funzionalità del Decentralized Energy Resource Management System (DERMS) di Schneider Electric, dedicato alla gestione ottimale delle DER. Infine, è stato progettato un benchmark di una rete di distribuzione in media tensione (MT) sul software DIgSILENT, sia con una configurazione di rete passiva che attiva. Alcuni profili di carico e generazione sono stati ipotizzati in modo da creare diversi scenari realistici, variando la domanda dei carichi o il tasso di generazione della GD. Sono state eseguite delle simulazioni quasi-dinamiche giornaliere per stimare la risposta della rete prima e dopo la connessione della DG alla rete. Un confronto tra il carico del trasformatore e il profilo di tensione lungo feeder viene realizzato per evidenziare gli effetti della connessione DG sulla rete. Ulteriori risultati vengono ricavati confrontando le perdite totali di energia e i carichi di linea di ogni scenario.
Tesi di laurea Magistrale
File allegati
File Dimensione Formato  
Tesi_Penniello.pdf

non accessibile

Descrizione: Testo della tesi
Dimensione 3.46 MB
Formato Adobe PDF
3.46 MB Adobe PDF   Visualizza/Apri

I documenti in POLITesi sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/165558