Scheda programma d'esame
POWER SYSTEM QUALITY AND RELIABILITY
DAVIDE POLI
Academic year2018/19
CourseELECTRIC ENGINEERING
Code330II
Credits12
PeriodSemester 1 & 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
AFFIDABILITÀ DEI SISTEMI ELETTRICI PER L'ENERGIAING-IND/33LEZIONI60
DAVIDE POLI unimap
QUALITÀ DEI SISTEMI ELETTRICI PER L'ENERGIAING-IND/33LEZIONI60
DAVIDE POLI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Lo studente che completa con successo il corso avrà una buona conoscenza dei principali aspetti della Power Quality e delle problematiche inerenti l'affidabilità dei sistemi elettrici.

Knowledge

The student who successfully completes the course will gain a good knowledge of the main aspects of power quality and power system reliability.

Modalità di verifica delle conoscenze

Durante la prova orale lo studente deve essere in grado di dimostrare la sua conoscenza del materiale del corso e la sua capacità di discuterne i contenuti utilizzando una terminologia appropriata.

Metodi:

     Prova orale finale

Assessment criteria of knowledge

During the oral exam the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the course material and to assess his/her demonstrated ability to discuss the main course contents using the appropriate terminology.

Methods:

  • Final oral exam
Capacità

Saper individuare ed analizzare le problematiche di Power Quality di un impianto, nonché adottare i più comuni metodi di mitigazione.

Saper valutare l'affidabilità di un sistema elettrico e saper definire strategie di difesa e ripristino opportune.

Skills

To be able to identify and analyze the power quality problems of a power system or plant, adopting the most common mitigation methods.

To be able to assess the reliability of a power system and to define proper defense and restoration strategies.

Modalità di verifica delle capacità

Durante le sessioni di laboratorio informatico, verranno realizzati piccoli progetti per capire come utilizzare il software DigSilent.

Assessment criteria of skills

During the computer lab sessions, small projects will be carried out in order to understand how to use the DigSilent software..

Comportamenti

Lo studente potrà acquisire e sviluppare sensibilità alle problematiche di power quality e di affidabilità dei sistemi elettrici per l'energia.

Behaviors

Students will develop a good awareness of power quality and reliability issues related to power systems.

Modalità di verifica dei comportamenti

Mediante discussioni in aula ed esercitazioni.

Assessment criteria of behaviors

Through classroom discussions and exercises.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenza della struttura e del funzionamento dei sistemi elettrici per l'energia. Capacità di analisi dei sistemi elettrici per l'energia, con particolare riferimento al load flow e al calcolo delle correnti di corto circuito.

Prerequisites

Knowledge of the structure and functioning of power systems. Ability to analyse a power system, with particular reference to load flow studies and to the calculation of short-circuit currents.

Corequisiti

Per poter comprendere al meglio i contenuti del modulo di Affidabilità (2° periodo), è consigliabile aver seguito al 1° periodo il corso di Gestione dei sistemi elettrici.

Co-requisites

In order to better understand the contents of the Reliability module (2nd period), students are kindly suggested to attend the lectures of "Gestione dei sistemi elettrici" (1st year, 1st period).

Prerequisiti per studi successivi

E'consigliabile aver seguito questo corso prima di affrontare l'insegnamento di "Controllo dei sistemi elettrici di produzione e trasmissione" (in particolare il modulo di Dinamica e controllo dei sistemi elettrici).

Prerequisites for further study

Students are suggested to attend the lectures of this course before approaching the study of "Control of production and transmission power systems" (in particular the module of Dynamics and control of power systems).

Indicazioni metodologiche

Didattica frontale

Frequenza: non obbligatoria

Attività didattiche:

     lezioni ed esercitazioni in classe
     partecipazione alle discussioni
     lavoro di gruppo

Metodi di insegnamento:

     lezioni
     Apprendimento basato sulle attività / sui problemi / sull'indagine
     laboratorio informatico

Teaching methods

Delivery: face to face

Attendance: Not mandatory

Learning activities:

  • attending lectures
  • participation in discussions
  • group work

 

Teaching methods:

  • Lectures
  • Task-based learning/problem-based learning/inquiry-based learning
  • laboratory

 

Programma (contenuti dell'insegnamento)

Modulo di qualità

Introduzione al corso. Qualità di prodotto e di sistema.

Topologie di rete e risvolti sulla continuità di alimentazione.

Manovre. Apparecchiature di manovra e interruzione.

Rassegna ed analisi dei principali schemi utilizzati in AT MT BT.

Esercitazione di calcolo delle correnti di corto circuito.

Problematiche di apertura dell'arco elettrico.

Sistemi di protezione.

Classificazioni del carico ai fini della continuità. Alimentazione d'emergenza.

Metodi e dispositivi per incrementare la continuità di esercizio.

Regolazione di tensione

Problematiche di energizzazione. Buchi di tensione.

Inquinamento armonico: cause, effetti e metodi di quantificazione e mitigazione.

Esercitazione sul calcolo della distorsione armonica della tensione.

Testo integrato sulla qualità e norma CEI EN 50160

Modulo di affidabilità

Introduzione al corso. Inquadramento ed ambito della sicurezza di sistema.

Stati di funzionamento di un sistema elettrico.

I grandi disservizi elettrici: tipologie, natura e cause. Problematiche di adequacy e di risposta alle contingency.

Criteri di sicurezza statica: approcci deterministici e probabilistici. Ambiti e tempistiche d'impiego.

Esercitazione al calcolatore (Digsilent): costruzione di una rete test e verifiche di sicurezza statica "N-1".

Richiami di calcolo delle probabilità e statistica.

Disponibilità dei componenti. Processi stocastici, modelli di Markov.

Affidabilità del sistema. Indici di rischio. Calcolo analitico diretto.

Calcolo degli indici di rischio mediante strumenti di simulazione. Metodi Montecarlo. Applicazione all’analisi dei sistemi elettrici.

Esempi di applicazione degli indici di rischio alla pianificazione o alla verifica di adeguatezza di un sistema di produzione, trasmissione e distribuzione. Applicazione alla definizione probabilistica della Net Transfer Capability.

Applicazione degli indici di rischio all'operational planning in ambiente liberalizzato. Problematiche di impiego della riserva operativa.

Prescrizioni ENTSO e simulazione dell'attivazione della riserva II e III a seguito di eventi in tempo reale.

Problematiche di monitoraggio dello stato del sistema. Stima dello stato.

Esercitazione con software Montecarlo.

Verifiche di sicurezza in tempo reale ed azioni correttive. Natura, causa e criticità delle principali contingenze in tempo reale.

Gestione dell'emergenza. Piani di difesa.

Blackout e Piani di Riaccensione. Vantaggi dell’interconnessione. Esercitazione di calcolo con Crystal Ball.

Dispositivi dell’elettronica di potenza al servizio del sistema di trasmissione e distribuzione.

Impatto della generazione da fonti rinnovabili non programmabile e di vaste flotte di auto elettriche sull'affidabilità del sistema. Le Smart Grids.

Syllabus

Power Quality

Product quality and system quality.

Network topologies and implications on the continuity of power supply.

Switchgears and circuit breakers.

Review and analysis of main schemes used in HV, MV, LV.

Exercise: calculation of short-circuit currents.

Electric arc.

Protection systems.

Load classification for continuity purposes. Emergency power supply.

Methods and devices to increase the continuity of supply.

Voltage regulation.

Energizations. Voltage dips.

Harmonics: causes, effects and methods of quantification and mitigation.

Exercise: calculation of the voltage THD.

Power quality regulation and technical standard CEI EN 50160.

 

Reliability

Framework and scope of power system reliability. Security vs safety.

Operating states of a power system.

Large-scale power failures: types, nature and causes. Load curtailment vs blackout.

Steady-state security criteria: deterministic and probabilistic approaches.

Computer lab: application of "N-1" criterion to a 4-nodes power system.

Review of probability and statistics.

Availability of components. Stochastic processes, Markov models.

System reliability. Risk indices. Direct analytical calculation.

Calculation of risk indices using simulation tools. Montecarlo methods. Application to the analysis of power systems.

Examples of application of risk indices to the planning or operation of production, transmission and distribution systems. Application to the probabilistic assessment of Net Transfer Capability.

Application of risk indices to the Operational Planning in a deregulated context. Operating reserve.

ENTSO-E prescriptions and simulation of the activation of reserve II and III following real-time events.

Power system monitoring. State estimation.

Exercise with Montecarlo software.

Real-time security check and corrective actions. Nature, cause and evolution of the main real-time contingencies.

Emergency operation. Defense plans.

Blackout and Restoration Plans. Benefits of interconnecting power systems on.

Power electronics and transmission systems.

Impact of non-programmable renewable sources and large fleets of electric vehicles on the reliability of power systems. Smart Grids.

Bibliografia e materiale didattico

Gran parte del materiale discusso a lezione è disponibile su questo sito web:

https://www.dropbox.com/sh/k9ejwfmhwuyc2kw/AABRsoFC8XWkrwss3RQ0Co6Ia?dl=0

(raggiungibile anche dalle pagine web dei docenti su www.ing.unipi.it)

Bibliography

Most of slides discussed during the lectures are available on this web-site:

https://www.dropbox.com/sh/k9ejwfmhwuyc2kw/AABRsoFC8XWkrwss3RQ0Co6Ia?dl=0

also reachable from Teachers' homepages on www.ing.unipi.it

Indicazioni per non frequentanti

Gran parte del materiale discusso a lezione è disponibile su questo sito web:

https://www.dropbox.com/sh/k9ejwfmhwuyc2kw/AABRsoFC8XWkrwss3RQ0Co6Ia?dl=0

(raggiungibile anche dalle pagine web dei docenti su www.ing.unipi.it)

Non-attending students info

Most of slides discussed during the lectures are available on this web-site:

https://www.dropbox.com/sh/k9ejwfmhwuyc2kw/AABRsoFC8XWkrwss3RQ0Co6Ia?dl=0

also reachable from Teachers' homepages on www.ing.unipi.it

Modalità d'esame

Esame orale.

Assessment methods

Final oral exam.

Altri riferimenti web

http://www2.ing.unipi.it/~a009608/

https://www.dropbox.com/sh/k9ejwfmhwuyc2kw/AABRsoFC8XWkrwss3RQ0Co6Ia?dl=0

 

Additional web pages

http://www2.ing.unipi.it/~a009608/

https://www.dropbox.com/sh/k9ejwfmhwuyc2kw/AABRsoFC8XWkrwss3RQ0Co6Ia?dl=0

Updated: 05/10/2018 14:37