Enabling of frequency control on distributed generation by CEI 0-16 Power Plant Controller: an analysis of the benefits on system's stability

Starting from the end of the year 2022, the release of the Central Plant Controller (CCI) at the Italian MV level will start. This device is a promising tool to solve the observability problem at the distribution grid level caused by the huge increase of distributed energy resources in Italy. The main function that this device must initially satisfy is the procurement of electrical measurements taken at the delivery points of the generation units towards the distribution system operator (DSO). Many other functions are currently under test. This study aims to test the frequency control function performed by the Italian MV generation units using the Central Plant Controller. The analysis starts with the collection of the Continental Europe synchronous area data using the ENTSO-E Transparency Platform [9] and the last version of the Ten-Year Network Development Plan [11] in order to create current and future critical scenarios on which the CCI frequency control functions could be tested and then continues with the creation of a single-busbar dynamic model of the Continental Europe synchronous grid using the software Digsilent PowerFactory. In this model, the CEI 0-16 [3] frequency control functions are modelled inside the Italian distributed generation differentiated per production type and the reference incident (imbalance event of 3 GW of power) has been applied to each critical scenario to test the benefits of the frequency control functions performed by the Central Plant Controller in Italy. All the simulation results were then collected and analysed in detail. Since this device must be tested before being released on the field, the Milan laboratory of Gridspertise, a company of the Enel Group, allows testing of the Central Plant Controller using a Real-Time Digital Simulator (RTDS). In this study, the Digsilent dynamic model was replicated in RTDS and the CCI frequency control functions were tested on a system split event that occurred on the 8th of January 2021 in Europe. Since a Central Plant Controller with frequency control functions implemented is not present in the market yet, a C language model of the CCI with these functions was created in RTDS to perform the tests. A description of the CCI observability tests which are currently performed in the Gridspertise laboratory of Milan is present in this study too.

A partire dalla fine del 2022, inizierà in Italia il rilascio del Controllore Centrale di Impianto (CCI) in media tensione. Questo dispositivo è uno strumento promettente per risolvere il problema dell'osservabilità a livello di rete di distribuzione causato dall'enorme aumento delle risorse energetiche distribuite in Italia. La funzione principale che tale dispositivo deve inizialmente assolvere è l'acquisizione delle misure elettriche effettuate nei punti di connessione delle unità di generazione distribuita verso il gestore della rete di distribuzione (DSO). Molte altre funzioni sono attualmente in fase di test. Questo studio ha l'obiettivo di testare la funzione di regolazione della frequenza in media tensione in Italia utilizzando il CCI. L'analisi inizia con la raccolta dei dati dell'area sincrona del continente Europeo utilizzando la Piattaforma di Trasparenza ENTSO-E [9] e l'ultima versione del Piano decennale di sviluppo della rete [11] al fine di creare scenari critici attuali e futuri su cui è stato possibile testare le funzioni di regolazione della frequenza del CCI per poi proseguire con la realizzazione di un modello dinamico a sbarra singola della rete sincrona europea utilizzando il software Digsilent PowerFactory. In questo modello, le funzioni di controllo della frequenza descritte nella CEI 0-16 [3] sono modellate all'interno della generazione distribuita italiana differenziata per tipologia di produzione e l'incidente di riferimento (evento di squilibrio di 3 GW di potenza) è stato applicato ad ogni scenario critico per testare i benefici delle funzioni di regolazione della frequenza svolte dal CCI in Italia. Tutti i risultati delle simulazioni sono stati quindi raccolti e analizzati in dettaglio. Poiché questo dispositivo deve essere testato prima di essere installato sul campo, il laboratorio di Milano di Gridspertise, società del gruppo Enel, consente di testare il CCI utilizzando un simulatore a tempo reale (RTDS). In questo studio, il modello dinamico di Digsilent è stato replicato in RTDS e le funzioni di regolazione della frequenza del CCI sono state testate su un evento di separazione del sistema verificatosi l'8 gennaio 2021 in Europa. Poiché non è ancora presente sul mercato un CCI con le funzioni di regolazione della frequenza implementate, in RTDS è stato creato un modello in linguaggio C del CCI con queste funzioni per eseguire i test. In questo studio è presente anche una descrizione dei test di osservabilità sul CCI che attualmente vengono eseguiti nel laboratorio Gridspertise di Milano.