Primary frequency regulation implemented on home appliances

The penetration of non-programmable renewable sources in the electricity production system is leading to various problems in the management of electricity grids. One of these is related to the fact that they are not able to guarantee a primary frequency regulation adequate to the network requirements. The result is a reduction of the available primary reserve. The objective of this thesis project is to increase it by controlling domestic loads. Thanks to the collaboration between the companies Elettrotecnica ROLD S.r.l. and Abb S.p.A., I have started to design in the laboratories of the latter a device that can be associated to a generic non-vital household appliance that is able to control its pause and start status in relation to the value of the network frequency that is being measured. For this type of control has been adapted an Ekip UP Pro produced by Abb and as programming language has been used the Custom Logic, always developed by Abb. To demonstrate the goodness of the control logic that has been implemented in the device and then also the proper functioning of the overall system, have been identified two model appliances of different nature and were conducted tests on them, which have finally given positive results both as regards the control on the primary regulation, both for the discretion towards the end user who uses the appliance. In order to increase the ease of management of the electrical network and to improve the quality of its parameters, an integrative software tool was also proposed to help the end user in the management of programmable appliances, advising on their start-up time. To program this tool, I used Python, a high-level language. The work I done so far does not intend to be a point of arrival, but it is proposed to be only the first step towards the construction of a new product that can make futuristic household appliances active parts in the primary frequency regulation.

La penetrazione delle fonti rinnovabili non programmabili nel sistema di produzione dell'energia elettrica sta comportando problematiche di varia natura nella gestione delle reti elettriche. Una di queste è legata al fatto che esse non riescono a garantire una regolazione primaria di frequenza adeguata ai requisiti di rete, con conseguente riduzione della riserva primaria disponibile. L'obiettivo di questo progetto di tesi è quello di aumentarla controllando i carichi domestici. Grazie alla collaborazione tra le compagnie Elettrotecnica ROLD S.r.l. e Abb S.p.A., ho iniziato a progettare nei laboratori di quest'ultima un dispositivo associabile a un elettrodomestico non vitale generico che sia capace di controllarne il suo stato di pausa e avvio in relazione al valore che si sta misurando della frequenza di rete. Per questo tipo di controllo si è adattato un Ekip UP Pro prodotto dalla Abb e come linguaggio di programmazione si è utilizzato il Custom Logic, sviluppato sempre dalla Abb. Per dimostrare la bontà della logica di controllo che si è implementata nel dispositivo e quindi anche il corretto funzionamento del sistema complessivo, si sono individuati due elettrodomestici modello di diversa natura e sono stati condotti dei test su di essi, i quali hanno dato infine esito positivo sia per quanto concerne il controllo sulla regolazione primaria, sia per la discrezione nei confronti dell'utente finale che utilizza l'elettrodomestico. Per aumentare la facilità della gestione della rete elettrica e per migliorarne la qualità dei suoi parametri, si è inoltre proposto uno strumento software integrativo che aiuti l'utente finale nella gestione degli elettrodomestici programmabili, consigliandone il loro tempo di avvio. Per la sua programmazione ho utilizzato Python, un linguaggio ad alto livello. Il lavoro che ho fin qui condotto non intende per nulla essere un punto di arrivo, ma si propone invece di essere solo il primo passo verso la costruzione di un nuovo prodotto che possa rendere avveniristicamente gli elettrodomestici delle parti attive nella regolazione primaria di frequenza.