Smart Grids Computational Tools

AAF2249 Smart Grids Computational Tools

È un laboratorio 3 CFU (che corrispondono a 30 ore di didattica frontale ed a 45 ore di studio individuale) erogato nel 1° primo semestre del 2° anno della Laurea Magistrale in Ingegneria dell'Energia Elettrica (LM-28).

In questo laboratorio, configurato come altre attività formativo (AAF), gli studenti acquisiranno le necessarie competenze teoriche e pratiche per utilizzare OpenDSS, che un software open source per la simulazione dei sistemi elettrici di potenza, principalmente utilizzato per la simulazione delle reti elettriche di distribuzione. Questo software, sviluppato dall'Electric Power Research Institute (EPRI), supporta quasi tutte le analisi nel dominio della frequenza (sia in stato stazionario che dinamico) comunemente eseguite sulle reti elettriche di distribuzione. Può essere vantaggiosamente impiegato per effettuare diverse tipologie di analisi a supporto della modernizzazione delle reti, dell'inclusione della generazione distribuita da fonte energetica rinnovabile non programmabile, della connessione dei sistemi di ricarica dei veicoli elettrici e, più in generale, della transizione verso le future "smart grids". Alla fine del corso, ogni studente dovrà presentare un progetto (sviluppato durante il laboratorio), che, se valutato positivamente, gli permetterà di ottenere l'idoneità e con essa l'attribuzione dei 3 CFU.

Informazioni generali

Risultati di apprendimento attesi

Gli obiettivi principali di questo laboratorio e i risultati attesi alla termine del corso sono:

- - acquisire competenze teoriche e pratiche per utilizzare il software gratuito e multipiattaforma OpenDSS (sviluppati dall'Electric Power Research Institute, EPRI), che è uno strumento completo per la simulazione delle reti di distribuzione;
  - imparare a modellare i principali componenti dei sistemi elettrici di potenza ed in particolare quelli delle reti elettriche di distribuzione, implementando questi modelli in ambiente OpenDSS;
  - e, al termine del corso, essere in grado di studiare con OpenDSS le reti di distribuzione mediante simulazioni statiche e dinamiche, per effettuare diverse tipologie di analisi a supporto della modernizzazione delle reti, dell'inclusione della generazione distribuita da fonte energetica rinnovabile non programmabile, della connessione dei sistemi di ricarica dei veicoli elettrici e, più in generale, della transizione verso le future smart- e micro-grids.

Prerequisiti

Per comprendere gli argomenti, le simulazioni ed i progetti proposti in questo laboratorio, sono imprescindibili le conoscenze di base sui sistemi elettrici di potenza e sulle macchine elettriche. La frequenza del corso Smart Grids Analysis and Design è fortemente consigliata: infatti, in questo laboratorio troveranno applicazione pratica molti concetti, metodi di analisi e modelli di simulazione, riguardanti le reti di distribuzione, le smart- e le micro-grid.

Programma

Prima parte: breve introduzione all'installazione ed all'uso del software OpenDSS; esecuzione e discussione di alcuni esempi applicativi riguardanti le reti elettriche di distribuzione.

Seconda parte: implementazione in ambiente OpenDSS di un caso studio relativamente ad una configurazione minima di rete elettrica di distribuzione, ai fini di mostrare le principali analisi che possono essere eseguite con OpenDSS, e quali risultati si possono ottenere.

Terza parte: a titolo di esempio del progetto che dovranno presentare gli studenti, verrà descritta, step by step, l'implementazione, in ambiente OpenDSS, di un caso studio relativo ad una dorsale di media tensione di una reale rete elettrica di distribuzione; verranno altresì mostrate le analisi da effettuare e discussi i risultati ottenuti.

Modalità di valutazione

Al termine di questo laboratorio non è prevista un prova finale con l'assegnazione di un voto, ma semplicemente l'attribuzione di una idoneità che, una volta ottenuta, consentirà l'attribuzione di 3 CFU previsti. L'idoneità sarà ottenuta dopo l'approvazione del progetto, che consiste in uno studio relativo all'analisi di una tipica configurazione di rete di distribuzione (o, in alternativa, di una smart o micro grid). Il progetto sarà sviluppato utilizzando il software studiato durante le ore di laboratorio; consisterà in uno o più script che eseguiranno l'analisi della rete e mostreranno o tracceranno tutti i risultati. Il progetto (cioè tutti gli script che eseguono l'analisi) dovrà essere consegnato via e-mail una settimana prima della data prevista su infostud. Gli script devono essere adeguatamente commentati, in modo da facilitare la comprensione di tutti i modelli implementati per eseguire l'analisi della rete. Tutti gli script, che fanno parte del progetto assegnato, saranno eseguiti e testati per verificarne la funzionalità e la correttezza, nel rispetto della soluzione del problema. Se il progetto supera la verifica e viene approvato, i 3 CFU saranno immediatamente attribuiti registrando l'esito positivo su infostud. In caso contrario, cioè se l'esito della verifica è negativo, il candidato dovrà ripresentare il progetto dopo aver integrato le eventuali mancanze e/o corretto tutti gli errori segnalati.

Esempi di domande di esame

Nella terza parte verrà dettagliatamente discusso un caso studio, che costituirà l'archetipo dei progetti che gli studenti dovranno sviluppare in autonomia ed in ambiente OpenDSS; per ottenere l'idoneità ed il riconoscimento dei 3 CFU, il modello dovrà essere eseguibile e fornire risultati coerenti; il progetto verrà assegnato agli studenti durante il corso, in modo tale che sia possibile svilupparlo in parallelo al caso studio proposto durante la terza parte del corso.

Testi adottati

Tutto il materiale didattico messo a disposizione degli studenti (i.e., presentazioni, appunti, manuali, libri ecc.) coprirà integralmente gli argomenti proposti in classe, e sarà liberamente scaricabile da questa pagina: tutte le presentazioni delle lezioni potranno essere direttamente scaricate cliccando sul link nella colonna Materiale della sezione Calendario delle lezioni; il materiale didattico aggiuntivo potrà essere liberamente scaricato dalla sezione Ulteriore materiale didattico sempre di questa pagina; tutti i software utilizzati saranno open source.

Modalità di svolgimento

Il laboratorio si articola su 30 ore di didattica frontale, di cui: 10 ore saranno impiegate per introdurre gli studenti all'uso del software open source OpenDSS; 10 ore saranno invece utilizzate per implementare e discutere un caso studio; ed infine, 10 ore verranno utilizzate per illustrare come sviluppare il progetto che sarà valutato ai fini dell'attribuzione dell'idoneità, e durante queste ore gli studenti potranno incominciare ad implementare, in parallelo all'esempio sviluppato in classe, anche il progetto loro assegnato.

Modalità di frequenza

La frequenza è prevista ma non è obbligatoria. Tuttavia, trattandosi di un laboratorio, la frequenza è fortemente consigliata, poiché in classe si acquisiranno quelle competenze pratiche ed operative che consentiranno di sviluppare in modo adeguato il progetto assegnato.

Assegnazione tesi

Sono disponibili diversi temi, elencati nella pagina Tesi di questo sito. Le tesi potranno essere a carattere compilativo o "sperimentale". In quest'ultimo caso potranno essere svolte o presso i DSO o presso la nostra Facoltà, e richiederanno lo sviluppo o di apparati sperimentali o di modelli di simulazione, quest'ultimi realizzati prevalentemente mediante i software studiati in questo laboratorio e/o durante il corso Smart Grids Analysis and Design.