CAPITOLO 3
La procedura token-ring per la
regolazione di rete
Lo scenario in cui ci si aspetta di lavorare nel prossimo futuro è quello di reti elettriche fortemente caratterizzate dalla presenza di generazione distribuita e carichi variabili, insomma di elementi che possono cambiare il proprio stato indipendentemente dal comportamento degli altri. In quest’ottica, lo sviluppo ideale delle reti future dovrà seguire modelli di gestione simili (o quanto meno tendenti) a quelli usati per la rete internet, nella quale ciascun utente è in grado di prelevare e immettere informazioni da qualsiasi nodo, in totale libertà di azione. Questo infatti è lo scopo principale che si pone una procedura così studiata ([14]), che cerca di integrare le necessità della rete con la disponibilità degli utenti presenti, per ottenere la regolazione necessaria.
3.1 Il principio del token-ring
Il metodo esaminato in questa tesi per affrontare il problema della regolazione nelle smartgrids è quello del token ring, ossia la procedura utilizzata nelle reti internet per trasmettere informazioni all’interno di un certo gruppo di unità (reti LAN - local area network), qui di seguito brevemente richiamata.
Un’informazione viene trasmessa da una unità ad un’altra tramite una sorta di messaggio (il token) che viene fatto passare attraverso le macchine che compongono la rete, fino a raggiungere il destinatario, in una struttura ad anello chiuso che termina nel punto in cui il token è stato lanciato.
Inizialmente un computer deve avere il diritto di trasmettere informazioni, a quel punto può impossessarsi del token e caricarlo con i dati, per poi immetterlo nella rete, nella quale sarà presente un secondo computer che ha il diritto di usare il token e successivamente lo restituisce alla rete.A questo punto il token ritorna al mittente iniziale attraverso le altre macchine della rete, allo scopo di comunicare che il messaggio è stato ricevuto. Il token viene quindi svuotato e così un altro utente può impossessarsene per trasmettere.
32 Principio del token-ring nelle reti internet: esempio della comunicazione tra A e C.
Nell’esempio in figura, i computer che compongono la rete sono identificati con le lettere cerchiate, mentre il punto rosso indica il token (messaggio). Quando un computer ha accettato il token, diventa giallo (momento 2), quindi invia il messaggio alla rete, dove esso inizia a circolare. Quando un altro computer ne acquisisce il diritto, utilizza il token (momento 4) per leggere le informazioni contenute e per trasmetterne a sua volta. Ricomincia così il ciclo finchè il destinatario, in questo caso il computer A, riceve il token e lo utilizza (momento 7).
3.1.1 Estensione del principio alla regolazione di reti
elettriche
La struttura appena descritta ricalca (attraverso un’opportuna rete di telecomunicazione sovrapposta alla rete elettrica di potenza) il modello di comportamento che ci si aspetta in una smartgrid, ossia una interazione tra le singole unità che la compongono nella trasmissione di informazioni e quindi di segnali riferiti alle loro manovre. Per esempio si può pensare ad un token che trasmetta la necessità di potenza di regolazione (attiva o reattiva) in una zona della rete, inviato dal gestore di rete (system operator) alla quale è associata una certa remunerazione. I nodi interessati, se in grado di modulare la loro iniezione o assorbimento di potenza, potranno così decidere di fornire il proprio contributo o meno, facendo tornare il segnale all’origine. A questo punto, il gestore valuta se la variazione ottenuta è stata sufficiente a superare la violazione ed eventualmente aumenta la remunerazione per indurre gli utenti a spostare ulteriormente il proprio punto di funzionamento, fino a raggiungere l’obiettivo prefissato.
3.1.2 Semplificazione del problema
Per poter essere efficace e risolvere le violazioni in un tempo breve è necessario riportare la dimensione del problema a un livello inferiore e questo equivale a
33 suddividere la rete nel suo complesso a diverse aree locali che contengono gruppi di nodi coerenti tra loro.
A questo scopo viene adottato nell’algoritmo di regolazione un metodo che si basa sulla distanza elettrica tra i nodi, raggruppandoli quando questa non superi un certo valore soglia impostato.
Il concetto di distanza elettrica può essere spiegato come efficacia che un nodo ha sugli altri all’interno della rete, basandosi sui coefficienti dello Jacobiano, permettendo di riconoscere quali siano gli utenti che con il loro comportamento possono maggiormente influenzare una certa zona della rete rispetto agli altri.
Dal punto della gestione di una struttura così composta si creano quindi diversi livelli di azione, con diversi compiti: avremo infatti il system operator che deve conoscere ogni caratteristica della rete e valutare la necessità di variazioni di potenza; poi ci saranno supervisori locali a cui fanno capo le aree sopra descritte che dovranno mettere in pratica le richieste del system operator agendo sui nodi locali; infine le utenze che potranno decidere se variare la loro produzione e di quanto in base alla remunerazione ricevuta.
Schema di concetto della suddivisione in aree di corrente (in verde) e tensione (in blu) per la circolazione di token locali. Le frecce gialle indicano la comunicazione tra l’area e il gestore di rete.
34 Allo scopo di capire meglio quali saranno gli schemi utilizzati durante le simulazioni effettuate, di seguito è riportato un esempio di rappresentazione di una rete analizzata con la suddivisione in aree (di tensione e corrente):
Aree di tensione e corrente utilizzando l’editor grafico del programma di calcolo
Nell’immagine sopra possiamo vedere con colori diversi le aree di tensione nella rete in oggetto, con evidenziati i nodi pilota interessati, mentre circondati da una linea rossa ci sono i nodi che fanno parte delle aree di corrente.
Area 1 Area 2
Area 3 Area 4
Area 1