Quali sono i vantaggi di un sistema di monitoraggio centralizzato per gli impianti HVDC?

ibaPDA funge da backbone centrale di monitoraggio e garantisce una visibilità completa su tutti i processi rilevanti all’interno di un sistema HVDC. Il suo valore risiede nell’acquisizione e nella sincronizzazione continua dei dati provenienti dai sistemi di controllo, dagli schemi di protezione e dai dispositivi di misura. Dal punto di vista tecnico, i dati provenienti da più fonti vengono aggregati tramite fibra ottica ed elaborati con un’elevata risoluzione temporale, creando un quadro operativo completo. In pratica, questa visibilità centralizzata consente una valutazione più rapida delle condizioni, migliora la diagnostica e aiuta gli operatori a mantenere una trasmissione di energia stabile ed efficiente.

Perché l'acquisizione di dati ad alta frequenza è fondamentale per l'analisi degli eventi transitori della rete elettrica?

Con ibaPDA, i dati possono essere campionati a frequenze fino a 100 kHz per canale — in futuro, addirittura a 500 kHz con ibaMAQS e a 1 MHz tramite ibaNet-E — rendendo pienamente osservabili gli eventi transitori ultraveloci. Il vantaggio principale è l’analisi precisa di fenomeni dinamici quali le operazioni di commutazione o le condizioni di guasto. Dal punto di vista tecnico, i segnali vengono registrati a intervalli molto brevi e memorizzati con la massima risoluzione in base alle condizioni di trigger. In pratica, questa fine granularità temporale consente agli ingegneri di ricostruire con precisione eventi su scala di millisecondi, permettendo di prendere decisioni ben informate per stabilizzare e ottimizzare le prestazioni della rete.

Quali opzioni esistono per analizzare contemporaneamente la qualità dell'energia e i dati di processo?

ibaPDA consente l'acquisizione integrata delle misurazioni grezze e dei parametri calcolati relativi alla qualità dell'energia, quali armoniche, flicker e fattori di distorsione. Il vantaggio consiste nel poter correlare direttamente questi parametri con il funzionamento dell'impianto. Dal punto di vista tecnico, i dati energetici sincronizzati con la rete vengono allineati ai segnali di processo sincronizzati nel tempo e archiviati centralmente. Utilizzando ibaAnalyzer, questi set di dati possono essere esaminati in dettaglio. In pratica, ciò consente agli operatori di individuare le cause alla radice delle fluttuazioni di qualità e di attuare azioni mirate per migliorare la qualità dell’energia e l’affidabilità del sistema.

Qual è lo scopo della registrazione dei dati basata su eventi e trigger nel monitoraggio della rete?

ibaPDA utilizza trigger configurabili per acquisire e memorizzare in modo selettivo gli eventi rilevanti. Il vantaggio principale è che vengono conservati solo i dati significativi con una risoluzione temporale completa, evitando volumi eccessivi di dati. Dal punto di vista tecnico, sono le condizioni predefinite a determinare quando i dati memorizzati nel buffer vengono estratti e salvati in file. In pratica, questo approccio semplifica notevolmente l’analisi, garantendo che gli incidenti critici siano documentati in modo completo e immediatamente accessibili senza dover ricorrere a un filtraggio dei dati che richiede molto tempo.

Che ruolo svolge la sincronizzazione dei dati nell'analisi dei sistemi complessi di trasmissione dell'energia elettrica?

ibaPDA garantisce una sincronizzazione temporale precisa tra più fonti di dati, compreso il supporto per standard quali il PTP (IEEE 1588). Ciò assicura che tutti i segnali possano essere analizzati su una linea temporale unificata. Da un punto di vista tecnico, le misurazioni provenienti da diverse origini vengono allineate ed elaborate in modo coerente. Nelle applicazioni reali, ciò consente una correlazione accurata tra segnali di controllo, valori elettrici ed eventi di rete, rendendo trasparenti le interazioni complesse. Questa capacità è essenziale nei sistemi HVDC per comprendere il comportamento dinamico e mantenere la stabilità a lungo termine del sistema.

Più di un semplice registratore di guasti: il sistema di misura iba monitora uno dei più grandi installatori HVDC d'Europa

Potere transfrontaliero

Un collegamento HVDC da 700 milioni di euro tra Francia e Spagna

Per conto delle società di servizi Réseau de Transport d'Électricité (RTE), in Francia, e Red Eléctrica de España (REE), in Spagna, Siemens ha costruito due stazioni di conversione dal 2010 al 2015 - una a Baixas, in Francia, e una a Santa Llogaia, in Spagna - per un costo di 700 milioni di euro. La società di progetto Inelfe (Interconnexion Electrique France Espagne) è stata costituita per supervisionare la costruzione.

Le due stazioni utilizzano convertitori per trasformare la corrente alternata trifase in corrente continua, che viene poi trasmessa su un cavo sotterraneo da 320 kV a corrente continua lungo 65 chilometri. Alla stazione ricevente, la corrente continua viene riconvertita in corrente alternata e regolata per adattarsi ai parametri della rete locale, come la frequenza e l'angolo di fase. Questa interconnessione senza soluzione di continuità di due reti nazionali ha effettivamente raddoppiato la capacità di trasmissione tra Spagna e Francia. L'installazione contribuisce ad alleviare la congestione della più ampia rete di trasmissione elettrica europea.

Per Siemens, il progetto è anche una dimostrazione della tecnologia HVDC Plus, che trasmette energia a ±320 kV utilizzando convertitori a sorgente di tensione (VSC) in un design compatto di convertitore modulare multilivello (MMC). A differenza dei tradizionali convertitori a commutazione di linea basati su tiristori, la tecnologia HVDC Plus utilizza IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors), consentendo l'autocommutazione e la creazione di forme d'onda di tensione in uscita arbitrarie. In questo modo il sistema è in grado di ripartire autonomamente, ovvero di ripristinare un segmento di rete dopo un'interruzione, senza dipendere da una rete esterna.

Inoltre, questi convertitori offrono funzioni di controllo e protezione veloci che contribuiscono a una maggiore stabilità della rete.

Una partnership di lunga data

Per monitorare costantemente le operazioni HVDC, Siemens utilizza il sistema di misura modulare e scalabile di iba in tutte le sue installazioni HVDC. Il sistema viene utilizzato sia come registratore digitale di guasti che per monitorare i sistemi di controllo dei sistemi elettrici ausiliari delle stazioni di conversione e per analizzare la qualità dell'energia.

"Per il successo dell'innovazione, le partnership a lungo termine sono essenziali. Sono più redditizie dei risparmi a breve termine ottenuti con nuovi fornitori apparentemente più economici", spiega Martin Haushofer, Key Expert in DC Hardware Engineering per i sistemi HVDC di Siemens. "Questo si è dimostrato particolarmente vero nella nostra collaborazione con iba".

Come un registratore di volo, il sistema iba registra i valori dei sistemi di controllo Pluscontrol e SIMATIC TDC di Siemens, nonché i segnali dei trasformatori di corrente e tensione. Oltre a catturare i dati elettrici grezzi, il sistema fornisce ora metriche avanzate sulla qualità dell'energia, come armoniche, interarmoniche, flicker, fattore di cresta e distorsione armonica totale.

Il sistema di misura è in grado di gestire disturbi che superano di gran lunga i livelli di corrente nominale. Supporta misure di 1 A in condizioni nominali e fino a 100 A durante gli eventi di sovraccarico, con una risoluzione di 16 bit in entrambi i casi. Quando si verifica un guasto, i dati vengono registrati con piena risoluzione temporale in base a un trigger. Ciò consente un'analisi precisa dei disturbi della rete e di altri eventi. Se necessario, è possibile aggiungere registrazioni a lungo termine e reportistica personalizzata e basata su standard. Poiché il sistema acquisisce anche i valori digitali dal sistema di controllo, è ideale per monitorare il convertitore e la logica di controllo.

"Si tratta di una funzione critica, poiché l'impianto HVDC deve adattarsi continuamente alle mutevoli condizioni della rete in entrambi i Paesi e si basa su un controllo preciso", spiega Maria Dimitsanti, specialista in sistemi di trasmissione dell'energia presso iba. Il sistema non solo deve regolare continuamente la sua produzione per soddisfare la domanda, ma deve anche essere in grado di invertire rapidamente la direzione del flusso di energia.

Misura ad alta velocità: 20.000 campioni al secondo

Il cuore della configurazione di monitoraggio è il sistema di acquisizione dei dati di processo ibaPDA, che si collega tramite fibra ottica alle unità di conversione analogico-digitale e alle schede di acquisizione dei segnali del sistema di controllo. I dati provenienti da varie fonti confluiscono in ibaPDA grazie alle sue ampie capacità di connettività.

"Il sistema iba si distingue dai registratori di guasti convenzionali per la sua integrazione diretta con il sistema di controllo Siemens", spiega Dimitsanti. Gli utenti possono raggruppare i segnali correlati in base all'argomento o alla funzione e definire i trigger che indicano al sistema quando salvare i dati in modo permanente su file .dat invece di bufferizzarli temporaneamente. Con il software di analisi ibaAnalyzer, gli utenti possono identificare le correlazioni e indagare sulle cause di guasti e deviazioni della qualità dell'energia. Una sfida fondamentale: molti guasti nei sistemi HVDC durano solo frazioni di secondo. Per questo motivo ibaPDA opera con elevate frequenze di campionamento, fino a 20 kHz, ovvero 20.000 misure al secondo per segnale. Utilizzando i convertitori AD compatibili di iba, è possibile raggiungere frequenze di campionamento fino a 100 kHz. Ciò consente un'analisi approfondita di eventi transitori della durata di soli millisecondi. Grazie alle funzioni di allarme integrate, gli operatori possono essere avvisati in tempo reale e reagire immediatamente. È inoltre possibile generare statistiche a lungo termine per ottimizzare le prestazioni del sistema.

Misure EEQ garantite secondo EN50160

Gli operatori di rete devono garantire la qualità dell'energia elettrica in conformità allo standard europeo EN50160. Con l'aumento della quota di fonti energetiche decentralizzate e rinnovabili, aumentano anche le fluttuazioni nella disponibilità di energia, che possono compromettere la stabilità della rete. Una scarsa qualità dell'energia può danneggiare i dispositivi elettronici sensibili e causare costosi guasti al sistema.

Il sistema iba supporta la conformità alla norma EN50160 registrando i valori grezzi e calcolati della qualità dell'energia elettrica (EEQ) nel database centrale ibaPDA. In questo modo gli utenti possono eseguire valutazioni complete, comprendere il comportamento del sistema e risalire alle cause principali di guasti o problemi di qualità. Speciali meccanismi di sincronizzazione allineano i dati EEQ sincroni alla rete con i parametri di processo sincroni nel tempo. Di conseguenza, le metriche della qualità dell'energia possono essere correlate alle modalità operative del sistema HVDC.

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Sostenere un'alimentazione europea stabile

Impianti HVDC come quello gestito da Inelfe pongono le basi per un mercato europeo dell'energia elettrica solido e integrato. Consentendo le interconnessioni transfrontaliere, questi sistemi aiutano a mitigare la congestione e a bilanciare le fluttuazioni locali nella produzione e nel consumo di energia.

La tecnologia VSC-MMC aumenta la sicurezza e l'affidabilità della rete. Inoltre, fornisce un grado di protezione contro le oscillazioni ad ampio raggio, altrimenti difficili da controllare nel sistema elettrico europeo interconnesso.

Per il successo dell'innovazione, le partnership a lungo termine sono essenziali. Ciò si è dimostrato particolarmente vero nella nostra collaborazione con iba.

Martin Haushofer
Esperto chiave di ingegneria hardware, Siemens Energy

Funzioni usate

In questa storia di successo sono state utilizzate le seguenti funzioni del sistema iba.

Sincronizzazione temporale e supporto agli standard
- Supporto completo per gli orologi Grandmaster comuni che utilizzano PTP (IEEE 1588 e IEC 61850-9-3)
- Sincronizzazione dei dati indipendente dalla fonte dei dati
Attivazione e memorizzazione dei dati
- Definizioni di trigger ed eventi liberamente configurabili
- Durata di conservazione flessibile con tempi pre e post trigger configurabili
Visualizzazione e analisi
Monitoraggio della qualità dell'alimentazione
- Reporting personalizzabile o basato su standard (ad esempio, EN 50160)
Comunicazione e interfacce
- L'interfaccia IEC 61850 supporta MMS, GOOSE, valori campionati e trasferimento di file
Hardware e conformità
- Ingressi I/O isolati galvanicamente conformi a IEC 61000-6-5
- Velocità di campionamento fino a 100 kHz

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Domande frequenti (FAQ)

Quali sono i vantaggi di un sistema di monitoraggio centralizzato per gli impianti HVDC?: ibaPDA funge da backbone centrale di monitoraggio e garantisce una visibilità completa su tutti i processi rilevanti all’interno di un sistema HVDC. Il suo valore risiede nell’acquisizione e nella sincronizzazione continua dei dati provenienti dai sistemi di controllo, dagli schemi di protezione e dai dispositivi di misura. Dal punto di vista tecnico, i dati provenienti da più fonti vengono aggregati tramite fibra ottica ed elaborati con un’elevata risoluzione temporale, creando un quadro operativo completo. In pratica, questa visibilità centralizzata consente una valutazione più rapida delle condizioni, migliora la diagnostica e aiuta gli operatori a mantenere una trasmissione di energia stabile ed efficiente.
Perché l'acquisizione di dati ad alta frequenza è fondamentale per l'analisi degli eventi transitori della rete elettrica?: Con ibaPDA, i dati possono essere campionati a frequenze fino a 100 kHz per canale — in futuro, addirittura a 500 kHz con ibaMAQS e a 1 MHz tramite ibaNet-E — rendendo pienamente osservabili gli eventi transitori ultraveloci. Il vantaggio principale è l’analisi precisa di fenomeni dinamici quali le operazioni di commutazione o le condizioni di guasto. Dal punto di vista tecnico, i segnali vengono registrati a intervalli molto brevi e memorizzati con la massima risoluzione in base alle condizioni di trigger. In pratica, questa fine granularità temporale consente agli ingegneri di ricostruire con precisione eventi su scala di millisecondi, permettendo di prendere decisioni ben informate per stabilizzare e ottimizzare le prestazioni della rete.
Quali opzioni esistono per analizzare contemporaneamente la qualità dell'energia e i dati di processo?: ibaPDA consente l'acquisizione integrata delle misurazioni grezze e dei parametri calcolati relativi alla qualità dell'energia, quali armoniche, flicker e fattori di distorsione. Il vantaggio consiste nel poter correlare direttamente questi parametri con il funzionamento dell'impianto. Dal punto di vista tecnico, i dati energetici sincronizzati con la rete vengono allineati ai segnali di processo sincronizzati nel tempo e archiviati centralmente. Utilizzando ibaAnalyzer, questi set di dati possono essere esaminati in dettaglio. In pratica, ciò consente agli operatori di individuare le cause alla radice delle fluttuazioni di qualità e di attuare azioni mirate per migliorare la qualità dell’energia e l’affidabilità del sistema.
Qual è lo scopo della registrazione dei dati basata su eventi e trigger nel monitoraggio della rete?: ibaPDA utilizza trigger configurabili per acquisire e memorizzare in modo selettivo gli eventi rilevanti. Il vantaggio principale è che vengono conservati solo i dati significativi con una risoluzione temporale completa, evitando volumi eccessivi di dati. Dal punto di vista tecnico, sono le condizioni predefinite a determinare quando i dati memorizzati nel buffer vengono estratti e salvati in file. In pratica, questo approccio semplifica notevolmente l’analisi, garantendo che gli incidenti critici siano documentati in modo completo e immediatamente accessibili senza dover ricorrere a un filtraggio dei dati che richiede molto tempo.
Che ruolo svolge la sincronizzazione dei dati nell'analisi dei sistemi complessi di trasmissione dell'energia elettrica?: ibaPDA garantisce una sincronizzazione temporale precisa tra più fonti di dati, compreso il supporto per standard quali il PTP (IEEE 1588). Ciò assicura che tutti i segnali possano essere analizzati su una linea temporale unificata. Da un punto di vista tecnico, le misurazioni provenienti da diverse origini vengono allineate ed elaborate in modo coerente. Nelle applicazioni reali, ciò consente una correlazione accurata tra segnali di controllo, valori elettrici ed eventi di rete, rendendo trasparenti le interazioni complesse. Questa capacità è essenziale nei sistemi HVDC per comprendere il comportamento dinamico e mantenere la stabilità a lungo termine del sistema.