Smart grid solutions for resilience improvement

Due to extreme weather events and frequent cyber-attacks, the electricity distribution system is increasingly prone to blackouts, ie interruptions in the supply of electricity. As these phenomena are expected to increase, the concept of resilience has to be introduced in order to cope with network failures. Resilience is defined as the ability of an electrical network to withstand the adverse effects of extraordinary external events and to continue to serve customer or to restore the supply as soon as possible. This thesis work studies the methodologies for improving the resilience of networks. In particular, two approaches were explored: the passive approach and the active approach. For the simulations the IEEE test network of 34 Bus was used modelling it through Simulink. In the first group of simulations no changes were made to the loads connected to the network; since the presence of single-phase and unbalanced loads due to overvoltages in some buses, in the second group of simulations these imbalances were eliminated. In order to analyze how to improve the resilience through the passive approach, openings were made in some sections of the network with consequent reclosure between different buses and the network was strengthened, doubling the cables of the main ridge. As for the active approach, the connection of a Smart Grid to an end of the line was simulated. The results of the simulations showed that the best solution coincides with a combination of the two approaches. In fact, the lower values of total loss and the lower overvoltages occur when you have a Smart Grid connected to the end of the network, the network is strengthened and you have peculiar openings and subsequent reconfigurations. This confirms what has been previously studied in the literature, namely that both technically and economically the optimal solution corresponds to the simultaneous use of active and passive approaches.

A causa degli eventi meteo estremi e degli attacchi informatici sempre più frequenti il sistema elettrico di distribuzione è sempre più spesso soggetto a black out, ovvero ad interruzioni nella fornitura di energia elettrica. Poiché si è previsto un aumento di questi fenomeni, per far fronte ai guasti nelle reti è necessario introdurre il concetto di resilienza. La resilienza è la capacità del sistema di reagire agli eventi pertur¬batori secondo due aspetti distinti: l’assorbimento dei disturbi, con un potenziale di assorbimento che permette al sistema di adattarsi, mani¬festando una degradazione funzionale graduale al crescere della severità degli eventi; il recupero rapido dai disturbi, con un potenziale di recupero che permette di limitare il disservizio all’utenza. In questo lavoro di tesi si sono studiate le metodologie per il miglioramento della resilienza delle reti. In particolare si sono approfonditi due approcci: l’approccio passivo e l’approccio attivo. Per le simulazioni si è utilizzata la rete test IEEE da 34 Bus modellizzandola tramite Simulink. Nel primo gruppo di simulazioni non sono state apportate modifiche ai carichi connessi alla rete; poiché la presenza di carichi monofase e sbilanciati causa delle sovratensioni in alcuni nodi, nel secondo gruppo di simulazioni questi sbilanciamenti sono stati eliminati. Per analizzare come migliorare la resilienza tramite l’approccio passivo sono state effettuare aperture in alcuni tratti di rete con conseguenti richiusure tra diversi nodi e si è rafforzata la rete, raddoppiando i cavi della dorsale principale. Per quanto riguarda l’approccio attivo si è simulata la connessione di una Smart Grid ad un capo della linea. Dai risultati delle simulazioni è emerso che la soluzione migliore coincide con una combinazione dei due approcci. Infatti i valori minori di perdite di carico e le sovratensioni minori si verificano quando si ha una Smart Grid connessa all’estremità della rete, la rete è rafforzata e si hanno particolari aperture e successive riconfigurazioni. Questo conferma quanto precedentemente studiato dalla letteratura, ovvero che sia dal punto di vista tecnico che dal punto di vista economico la soluzione ottimale corrisponde al contemporaneo utilizzo di approcci attivi e passivi.