New flexibility services in LV distribution grids

Distributed generation (DG) is becoming increasingly critical for modern power systems, leading to growing concerns regarding system unbalances, congestions and need for timely connections in distribution grids. The DGs units entering the grid at MV and LV levels change power system architecture and the way in which they work, and many distribution networks are becoming active networks. Today is power systems need to face new challenges, such as reverse power flows from the MV to HV level, increased volatility of net demand and peak demand fluctuations in times of higher variability of DG. This final work focuses on new models that are being implemented to change the structure and organization of power systems, to exploit DG resources to cope with the issues depicted above. By means of these new models, both TSOs and DSOs will have the opportunity to make efficient use of the services that DG technologies may offer. Flexibility services in distribution networks are crucial in the contemporary energy context characterized by an increase in production from renewable sources, such as solar and wind. These sources are dependent on atmospheric conditions and can generate power intermittently, creating fluctuations in energy availability. Unlike traditional power plants, which have been predominantly used to date, production from renewable sources does not provide any degree of control. On the contrary, however, this technology allows for extremely faster power regulation which opens the door to a new concept of flexibility, defined as "Local Flexibility ". The ability to vary generation power is defined with the term "Dynamic Response ", indicating the variation in power with respect to time. In traditional power plants, the DR of synchronous generators was the reference for the review of grids codes, contemplating both technical and regulatory. Synchronous generators offer low performance due to the high inertia of the machine and low precision. Changing network codes based on power regulation performance would open the doors to a new regulation concept and, consequently, to the entry of other systems such as renewables and ESS "Energy Storage System". The research can be contextualized within the framework of virtual power plants (VPPs), a concept that has been implemented in Italy through Terna’s pilot projects, initiated following the publication of decree 300/2017/R/eel. This study focuses on a case study involving a Virtual Enabled Mixed Unit (UVAM), representative of an aggregate comprising 3000 residential units and a commercial entity. Emphasizing the importance of leveraging numerous low-capacity units to achieve significant power flexibility, this analysis emphasizes the coordination required among these units, managed by a new market entity known as the aggregator. Thanks to the concept of aggregations, new market models are under study to offer flexibility from RES at distribution level. In order to study new market models, projects shared between 12 countries (including Italian framework like “RomaFlex project” ) have been promoted in Europe which developed advanced managements platforms to unlock he shouted flexibility and realize an open and non- discriminatory market.

La generazione distribuita (DG) e i conseguenti crescenti squilibri del sistema, congestioni e necessità di connessioni tempestive nelle reti di distribuzione sono questioni sempre più critiche per i moderni sistemi elettrici. Le unità DG che entrano nella rete a livello MT e BT modificano l’architettura del sistema energetico e il modo in cui funzionano, e molte reti di distribuzione stanno diventando reti attive. I sistemi energetici odierni devono affrontare nuove sfide, come i flussi di energia inversi dal livello MV a quello HV, la maggiore volatilità della domanda netta e le fluttuazioni della domanda di picco in tempi di maggiore variabilità della DG. Questo lavoro finale si concentra sui nuovi modelli che vengono implementati per cambiare la struttura e l’organizzazione dei sistemi di potere, per sfruttare le risorse della DG per far fronte alle questioni sopra descritte. Attraverso questi nuovi modelli, sia i TSO che i DSO avranno l'opportunità di utilizzare in modo efficiente i servizi che le tecnologie DG possono offrire. I servizi di flessibilità nelle reti di distribuzione sono cruciali nel contesto energetico contemporaneo caratterizzato da un aumento della produzione da fonti rinnovabili, come solare ed eolico. Queste fonti dipendono dalle condizioni atmosferiche e possono generare energia in modo intermittente, creando fluttuazioni nella disponibilità di energia. A differenza delle centrali elettriche tradizionali, finora utilizzate prevalentemente, la produzione da fonti rinnovabili non prevede alcun grado di controllo. Al contrario, però, questa tecnologia consente una regolazione della potenza estremamente più rapida che apre le porte ad un nuovo concetto di flessibilità, definito “Flessibilità Locale”. La capacità di variare la potenza di generazione è definita con il termine “Risposta Dinamica”, indicando la variazione della potenza rispetto al tempo. Nelle centrali elettriche tradizionali, il DR dei generatori sincroni ha costituito il riferimento per la revisione dei codici di rete, sia dal punto di vista tecnico che normativo. I generatori sincroni offrono basse prestazioni a causa dell'elevata inerzia della macchina e della bassa precisione. La modifica dei codici di rete in base alle prestazioni della regolazione elettrica aprirebbe le porte a un nuovo concetto di regolamentazione e, di conseguenza, all'ingresso di altri sistemi come le rinnovabili e l'ESS "Energy Storage System". La ricerca può essere contestualizzata nell'ambito degli impianti elettrici virtuali (VPP), concetto implementato in Italia attraverso i progetti pilota di Terna, avviati a seguito della pubblicazione del decreto 300/2017/R/eel. Il presente studio si concentra su un caso di studio che coinvolge un'Unità Mista Virtuale Abilitata (UVAM), rappresentativa di un aggregato comprendente 3000 unità residenziali e un'entità commerciale. Sottolineando l’importanza di sfruttare numerose unità a bassa capacità per ottenere una significativa flessibilità energetica, questa analisi sottolinea il coordinamento richiesto tra queste unità, gestite da una nuova entità di mercato nota come aggregatore. Grazie al concetto di aggregazione, sono allo studio nuovi modelli di mercato per offrire flessibilità dalle FER a livello di distribuzione. Per studiare nuovi modelli di mercato, in Europa sono stati promossi progetti condivisi tra 12 paesi (incluso il framework italiano come il “progetto RomaFlex”) che hanno sviluppato piattaforme gestionali avanzate per sbloccare la flessibilità e realizzare un mercato aperto e non discriminatorio.