Sviluppo ed implementazione di algoritmi per la misura di sincrofasori in reti elettriche attive di distribuzione

Negli ultimi anni si è sviluppato il concetto di misura su vasta area (Wide Area Monitoring System – WAMS) che ha aperto nuove prospettive nel monitoraggio e nella gestione dei sistemi elettrici di grandi dimensioni (e.g. Mediterranean ring). Tale tecnica risulta, però, di interesse anche nel caso in cui il sistema elettrico oggetto del monitoraggio sia costituito da una rete di distribuzione in presenza di generazione distribuita (di seguito indicate come reti attive). La possibilità di conoscere i fasori sincronizzati delle tensioni in diversi punti della rete consente, infatti, di fornire misure estremamente utili per la cosiddetta stima dello stato di tali reti. La conoscenza in tempo reale dello stato delle reti attive di distribuzione risulta infatti di fondamentale importanza per l’implementazione dei cosiddetti Distribution Management Systems (DMS) in grado di implementare diversi algoritmi di gestione sia della rete sia delle risorse di produzione in essa presenti.
L’oggetto di questa tesi è la misura di sincrofasori realizzata tramite lo sviluppo di una unità dedicata attraverso la messa a punto l’implementazione di algoritmi di analisi su un sistema basato sulla architettura combinata DSP (Digital Signal Processor) – FPGA (Field-programmable Gate Array). Tale sistema risulta infatti in grado di monitorare, acquisire ed elaborare grandezze caratteristiche (in genere le tensioni di un nodo del sistema) in maniera autonoma (sistema embedded).
L’hardware nel quale sono stati implementati gli algoritmi sviluppati è quello della National Instruments denominato CompactRio.
Nella tesi viene dapprima affrontato l’analisi del regime stazionario di un sistema elettrico in presenza di generazione attraverso lo studio del problema del load-flow. Successivamente, si illustrano i principi generali dei DMS per la gestione di reti attive di distribuzione che si appoggiano sull’utilizzo di stimatori dello stato che fanno riferimento alla disponibilità di misure sincronizzate. Viene poi illustrato il concetto di sincrofasore, assieme ai relativi parametri caratteristici, tramite l’illustrazione delle parti principali dell’IEEE Std. C37.118 IEEE Standard for Synchrophasors for Power Systems. Viene successivamente descritto l’algoritmo di stima dei sincrofasori e la relativa implementazione sul sistema precedentemente menzionato.