Progetto e simulazione di un Data
Gateway per reti di telesupervisione di
INDICE
1 Introduzione alle Energie Rinnovabili
1.1 Introduzione ... 5
1.2 Domanda ed offerta di energia elettrica ... 8
2 L’energia eolica
2.1 Cenni storici ... 202.2 Introduzione alla risorsa eolica ... 23
2.3 Principi fisici ... 30
2.4 Tecniche di stima della risorsa eolica ... 35
2.5 Obbiettivi della ricerca ... 42
2.6 Principi di funzionamento delle tecnologie attuali ... 46
2.6.1 Limiti teorici invalicabili: il Teorema di Betz ... 46
2.6.2 Il principio aerodinamico della portanza ... 48
2.6.3 Il principio della resistenza ... 50
2.6.4 Conversione aerodinamico-maccanica: il Rotore ... 51
2.6.5 Cenni sulle correnti alternate ... 52
2.6.6 Conversione meccanica-elettrica: il Generatore ... 56
2.7 Soluzioni costruttive ... 62
2.8 Introduzione ai sistemi di controllo di una Wind Farm ... 66
2.9 Cenni su tecnologie ad asse verticale ... 68
2.10 Disturbi elettromagnetici ... 71
3 Il Controllo di una Wind Farm
3.1 Automazione di processi: i sistemi SCADA ... 79
3.1.1 Introduzione al concetto di SCADA ... 79
3.1.2 Caratteristiche di un sistema SCADA ... 81
3.1.3 Data Acquisition ... 82
3.1.4 Data Communication ... 83
3.1.5 Data presentation ... 86
3.1.6 Control ... 88
3.2 Infrastruttura di un sistema SCADA per impianti eolici ... 89
3.2.1 Struttura del sistema ... 89
3.2.2 Il controllo di turbina ... 92
3.2.3 Switches centrali ... 95
3.2.4 Topologia di rete ... 96
3.3 Dialogo con il centro di teleconduzione remoto ... 101
3.4 Cenni sulla coesistenza tra processi di telesupervisione e di telecontrollo ... 104
3.5 Collocazione del nostro Gateway sul mercato: l’esigenza di un sistema aperto e scalabile ... 106
3.6 Sviluppo del Gateway: Il protocollo IEC 60870-5-104 ... 108
3.6.1 Introduzione al protocollo IEC 60870-5-104 ... 108
3.6.2 L’unità informativa elementare: l’Application Protocol Data Unit (APDU) ... 111
3.6.3 Protezione contro perdita e duplicazione dei messaggi ... 115
3.6.4 Procedure di test della connessione ... 120
3.6.6 Inizializzazione delle stazioni ... 123
3.6.7 Struttura completa del pacchetto informativo ... 124
3.7 Sviluppo del Gateway: il linguaggio OPC Data Access ... 141
3.7.1 Introduzione ad OPC ... 141
3.7.2 OPC Data Access Server ... 145
3.7.3 Gestione di eventi ed allarmi in OPC ... 146
3.8 Sviluppo del Gateway: il protocollo MODBUS ... 147
3.8.1 Introduzione ... 147
3.8.2 Descrizione generale del protocollo MODBUS ... 149
3.8.3 Costruzione di un messaggio di request ... 152
3.8.3 Costruzione di un messaggio di response ... 155
4 Progetto e Realizzazione del Data Gateway
4.1 Introduzione all’ambiente MS Visual Basic ... 1564.2 Sviluppo in ambiente Visual Basic, STEP 1: Predisposizione di un sistema Client-Server ad una sessione di scambio dati basata sulla pila protocollare IP/TCP/IEC 60870-5-104 ... 158
4.3 Definizione del database: la scelta di MS SQL Server ... 173
4.4 Sviluppo in ambiente Visual Basic, STEP 2: Implementazione di una sessione di scambio dati di tipo request/reply basata sulla pila protocollare IP/TCP/IEC 60870-5-104 ... 178 4.5 Sviluppo in ambiente Visual Basic, STEP 3:
Perfezionamento delle funzionalità del server IEC 60870-5-104 .... 211
4.6 Sviluppo in ambiente Visual Basic, STEP 4: Integrazione dell’interfaccia Client OPC Data Access 2.0 sul Wind Data Gateway ... 224
4.7 Sviluppo in ambiente Visual Basic, STEP 5: Integrazione del client IEC 60870-5-104 nel Wind-Data- Gateway ... 232
4.8 Sviluppo in ambiente Visual Basic, STEP 6: Integrazione delle interfacce Client Modbus TCP e Server Modbus TCP nel Wind-Data-Gateway ... 242
