CdSINGEGNERIA ELETTRICA
Codice967II
CFU12
PeriodoAnnuale
LinguaItaliano
Al termine del corso, lo studente avrà acquisito conoscenze specialistiche in merito ai principali aspetti della Power Quality, alle più tipiche problematiche di affidabilità dei sistemi elettrici per l'energia e ai più usuali sistemi di alimentazione di veicoli elettrici e ferroviari.
The student who successfully completes the course will gain a good knowledge of the main aspects of power quality, power system reliability and electric mobility.
Durante la prova orale lo studente sarà chiamato a dimostrare la sua conoscenza dei contenuti del corso, illustrandoli e discutendoli con una terminologia appropriata.
Metodi:
Prova orale finale
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
Saper individuare, analizzare e quantificare le problematiche di Power Quality di un impianto, selezionando i più idonei strumenti di mitigazione.
Saper valutare l'affidabilità di un sistema elettrico e suggerire opportune strategie di adeguatezza e sicurezza.
Saper affrontare le principali problematiche riguardanti la mobilità elettrica.
Being able to identify and analyze the power quality problems of a power system or plant, adopting the most common mitigation methods.
Being able to assess the reliability of a power system and to define proper adequacy and security strategies.
Being able to tackle the main issues regarding electric mobility.
Durante le sessioni di laboratorio informatico, verranno realizzati piccoli progetti utilizzando i software DigSilent e Modelica. Questa attività non darà luogo a una valutazione dei singoli studenti, ma consentirà un primo feedback sulla maturazione complessiva della classe.
Durante l'esame orale finale, potranno essere proposti casi studio da analizzare sia qualititivamente che numericamente.
During the computer lab sessions, small projects will be carried out in order to understand how to use DigSilent and Modelica.
Lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità alle problematiche di qualità, sostenibilità e sicurezza dei sistemi elettrici per l'energia, nonché alle principali questioni riguardanti la mobilità elettrica.
Lo studente potrà sviluppare capacità di lavoro in gruppo e di approfondimento autonomo successivo dei temi di qualità e affidabilità dei sistemi elettrici e mobilità sostenibile.
Students will develop a good awareness of power quality and reliability issues related to power systems, as well as to electric mobility.
Mediante discussioni in aula, esercitazioni e l'esame finale orale.
Through classroom discussions and exercises.
Conoscenza della struttura, del funzionamento e dei principali modelli statici 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.
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.
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
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
Modulo di qualità (6 CFU)
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 (3 CFU)
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. Metodi Montecarlo (cenni).
Criteri decisionali e valore economico dell'energia non fornita.
Esempi di applicazione degli indici di rischio alla pianificazione o alla verifica di adeguatezza di un sistema di produzione, trasmissione e distribuzione.
Operational planning, gestione in tempo reale ed emergenze (cenni).
Dispositivi dell’elettronica di potenza al servizio del sistema di trasmissione e distribuzione.
Modulo di mobilità sostenibile (3 CFU)
Introduzione al modulo
La ricarica dei veicoli elettrici
Esercitazione analisi energetica EVs
Infrastrutture di ricarica degli EVs
Esercitazione sulla ricarica
Il traffico ferroviario
Sistemi di alimentazione ferroviaria DC
Sistemi di alimentazione ferroviaria 2x25 kV
Aspetti costruttivi sistemi di alimentazione
Esercitazione sistema ferroviario DC
Esercitazione sistema ferroviario 2x25 kV
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.
Power system 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. Monte Carlo methods (notes).
Decision-making. Economic value of Expected Unserved Energy.
Examples of application of risk indices to the planning or operation of production, transmission and distribution systems.
Operational planning, real time control and emergency operation (notes).
Power electronics and transmission systems.
Sustainable mobility
Introduction
Charging of Electric Vehicles (EVs)
Tutorial: EVs energy analysis
EVs charging infrastructure
Tutorial: EV Charging
Rail traffic
DC railway power systems
2x25-kV railway power systems
Construction aspects of power supply systems
Tutorial: DC railway system
Turtrial: 2x25-kV railway system
Gran parte del materiale discusso a lezione è disponibile su questo sito web:
http://www2.ing.unipi.it/~a009608/ (poi Materiale didattico)
(raggiungibile anche dalla pagina web Unimap del docente)
Most of slides discussed during the lectures are available on this web site:
http://www2.ing.unipi.it/~a009608/ (then Materiale didattico)
Also reachable from teacher's Unimap webpage:
https://unimap.unipi.it/cercapersone/dettaglio.php?ri=437
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Esame orale.
Final oral exam.
http://www2.ing.unipi.it/~a009608/
poi: Materiale didattico
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Then: Materiale didattico