Sistemi di conversione dell'energia elettrica di tipo "faul tolerant" per Smart Grid e azionamenti elettrici

Le "smart grid" sono il più utile ed efficiente mezzo per integrare la generazione basata su energie rinnovabili. L'uso diffuso di tecnologie basate sull'elettronica di potenza fornirà al sistema elettrico del futuro caratteristiche di connessione flessibile e di alto rendimento interfacciando i diversi soggetti coinvolti nelle "smart grid": produttori, sistemi di immagazzinamento energetico e carichi. Si contribuirà alla sicurezza della rete elettrica e si concorrerà a realizzare un sistema funzionante in condizioni operative differenti quali stand-alone, microrete o cluster. Nel primo caso, il produttore di energia è disconnesso dalla rete elettrica e alimenta un carico isolato. In caso di funzionamento in microrete diversi produttori, sistemi di immagazzinamento energetico e carichi sono connessi in un'isola controllata che può interagire con la rete elettrica o con altre isole. Nel caso del cluster alcuni produttori connessi alla rete elettrica, funzionano in maniera coordinata tra loro formando un produttore virtuale, di potenza cumulata di entità significativa, che comunichi con il gestore della rete elettrica. Anche i carichi locali possono contribuire alla regolazione della potenza prodotta migliorando la stabilità della rete elettrica o fornendo un sistema di immagazzinamento indiretto della energia (per esempio sistemi di condizionamento possono immagazzinare l'energia nel fluido freddo/caldo). In caso di funzionamento stand-alone gli utenti possono adattare il loro consumo, qualora condizioni di emergenza rendano necessario alimentare alcuni carichi in maniera continuativa (per esempio ospedali). Nel caso di sistemi di energia rinnovabile o operazione in microrete, i sistemi di immagazzinamento di energia possono essere presenti a diversi livelli di potenza, offrendo fornitura a breve, medio o lungo termine. Infine, dato che è possibile prevedere la presenza di reti a diversi livelli di potenza basate su diverse tecnologie quali corrente continua o alternata, monofase o multifase, la connessione di questi sistemi, tramite trasmissione ad alta tensione in continua o alternata quali HVDC o FACTS, renderà possibile trasferire più potenza garantendo la stabilità dinamica con meno problemi di servitù di passaggio rispetto ai sistemi tradizionali di trasmissione dell'energia. La gestione di un flusso di potenza bidirezionale da parte di sistemi di trasmissione flessibili e il controllo della potenza reattiva si baserà sull'uso di sistemi di conversione energetica bidirezionale che utilizzano la modulazione a larghezza di impulsi PWM. Nello scenario descritto tutti i soggetti sono chiamati a cambiare modalità di funzionamento e si dovrebbero riconfigurare per rispondere a richieste specifiche: prima tra tutte un elevato rendimento e la sicurezza. E' necessario che i sistemi elettronici di potenza rispondano alle richieste in termini di alta densità di potenza, alta affidabilità e operazione flessibile. L'interfaccia alle smart-grid dei diversi soggetti dovrà configurarsi come un sistema di conversione intelligente e interattivo con gli altri sistemi di conversione. Infatti, sia la presenza di diverse reti autonome e interattive, sia una elevata penetrazione nel sistema elettrico di fonti di energia rinnovabile caratterizzate da una produzione di energia stocastica, potrebbe mettere a dura prova la stabilità del sistema elettrico, richiedendo al sistema di conversione energetica di essere attivo e cooperativo al fine di preservarla. Inoltre i protocolli per scambiare energia in maniera bidirezionale saranno ulteriormente sviluppati e richiederanno sistemi di conversione intelligenti per applicarli. Il progetto di ricerca proposto analizzerà sistemi di conversione energetica intelligenti e interattivi nell'ambito della loro struttura e del loro controllo con attenzione al rendimento e alla affidabilità. Sarà sviluppato un algoritmo di controllo in grado di rilevare la condi