Sviluppo di dispositivi di misura innovativi di potenza, energia e power quality per la gestione delle Smart Grid attraverso un'opportuna infrastruttura di comunicazione

La completa integrazione della generazione distribuita (GD) nei sistemi elettrici di potenza è una delle sfide più importanti nel prossimo futuro. Infatti, una delle vie maggiormente percorribili per raggiungere l'obiettivo 20-20-20 dell’Unione Europea (20% di riduzione delle emissioni di gas serra, 20% di aumento dell'efficienza energetica, 20% incremento delle fonti rinnovabili entro il 2020) è l'aumento della GD, specie nelle reti di distribuzione, mediante lo sfruttamento delle fonti di energia rinnovabili disponibili in modo diffuso sul territorio. Ciò implica un ripensamento radicale della gestione delle reti elettriche e dei relativi sistemi di controllo e comunicazione. Infatti, le reti elettriche sono ancora oggi essenzialmente caratterizzate da un controllo centralizzato, con flussi di potenza unidirezionali verso reti di distribuzione passive e con una quantità limitata di funzioni intelligenti e di automazione. Viceversa, l’integrazione della GD implica la trasformazione dei tradizionali sistemi di distribuzione passivi in reti attive ed intelligenti (smart grids), caratterizzate da flussi di energia bidirezionali e dalla presenza di sistemi di misura e comunicazione distribuiti, capaci di realizzare le opportune azioni di monitoraggio, automazione, protezione e controllo della rete. Tuttavia le reti di distribuzione sono molto sensibili ai problemi connessi alla diffusione della GD, che riguardano non solo la possibilità di inversione dei flussi di energia, ma anche numerose problematiche tecniche quali variazioni di tensione e di frequenza, aumento delle correnti di corto circuito, problemi di power quality, aumento dei disturbi in rete (quali ad esempio la distorsione armonica) e possibili fenomeni di funzionamento in isola (“islanding”). In tali sistemi sono perciò necessari nuovi strumenti e strategie di misura e sistemi di comunicazione bidirezionali, al fine di implementare non solo semplici funzioni (quali ad esempio la disconnessione della GD nel caso di islanding indesiderato), ma anche funzioni più complesse quali la gestione del funzionamento di porzioni di rete in isola in presenza di guasti in altre parti della rete (islanding non più indesiderato ma gestibile in sicurezza), riconfigurazione della topologia della rete, controllo in remoto della GD per consentirne la partecipazione alla regolazione di tensione e di frequenza. È chiaro quindi che l'evoluzione degli sistemi di misura e comunicazione rappresenta un passo fondamentale; essi infatti hanno un ruolo fondamentale non solo per le funzioni tipiche dello smart metering (telelettura dei consumi energetici, scambio di informazioni tra consumatori, distributori e produttori, integrazione con le case intelligenti, ecc.), ma anche per nuove funzioni di gestione, monitoraggio, protezione e controllo delle future smart grids. In questa ottica, gli attuali sistemi di misura e comunicazione risultano carenti. Per quanto riguarda le misure, è del tutto evidente la necessità di nuovi strumenti e metodi per la diagnostica e il monitoraggio delle reti attive e per l’implementazione di tutte le funzioni di cui si è detto sopra e che sono ad oggi non presenti. Un ulteriore problema è altresì quello di garantire la corretta riferibilità metrologica nella misura dell'energia e della potenza elettrica anche in presenza di condizioni di funzionamento non ideali (ossia non perfettamente sinusoidali ed equilibrate). Infatti, la qualità della tensione in una smart grid può essere influenzata negativamente da una serie di disturbi, tra i quali la già citata distorsione armonica, i cui livelli sono in aumento a causa degli inverter utilizzati dalla GD e la proliferazione di carichi non lineari. Pertanto, i sistemi di misura, nel loro normale funzionamento, possono trovarsi in condizioni molto diverse da quelle nominali e per le quali sono attualmente progettati e verificati. Queste esigenze non trovano pieno riscon