Sviluppo di una Microrete per Simulazione Real Time = Development of a Microgrid for Real Time Simulation

La diffusione delle fonti di energia rinnovabile rappresenta il contributo principale alla lotta ai cambiamenti climatici. L’obiettivo dichiarato dall’UE è raggiungere la neutralità climatica entro il 2050 e sta spingendo attraverso un pacchetto legislativo denominato "Fit-for-55 " affinché tutti gli stati membri si allineino nella direzione prefissata. Prevedendo un aumento progressivo dei consumi elettrici, dovuti principalmente alla consistente spinta sull’elettrificazione delle tecnologie, diventano importanti i concetti di autoconsumo ed efficienza energetica. Per questo motivo sono nati diversi incentivi per la creazione di comunità energetiche con la generazione distribuita da fonti rinnovabili. I vantaggi di queste soluzioni sono molteplici, dal punto di vista ambientale fino a quello economico. Lo sviluppo delle comunità energetiche richiede la diffusione di una rete più smart ed efficiente. Le microreti rappresentano la distribuzione locale con al loro interno la generazione distribuita e sistemi di controllo intelligenti. Tuttavia, un aumento della penetrazione della generazione distribuita può provocare criticità in rete, come sovratensioni difficili da gestire con i sistemi di controllo tradizionali e l’aumento delle correnti cortocircuito che potrebbero non essere compatibili con la scelta dei dispositivi di protezione. In questo contesto è di grande rilevanza essere in grado di prevedere il comportamento delle microreti in presenza della generazione distribuita. Il metodo più efficace è la costruzione di modelli di simulazione il più vicino possibile alla realtà. In questa tesi è stato scelto di creare un gemello digitale (Digital Twin) di una microrete in bassa tensione per effettuare simulazioni real time. É stato utilizzato il simulatore RTDS, realizzato da RTDS Technologies Inc e localizzato all’interno dell’Energy Center Lab in collaborazione con Politecnico di Torino. La microrete analizzata è una porzione di rete di distribuzione reale della città di Manchester. Lo scopo è rappresentare l’ultima porzione di una comunità energetica. In una prima fase dell’elaborato sono state svolte delle simulazioni al fine di validare il modello di rete creato attraverso il software RSCAD di RTDS. In particolare, è stata fatta un’analisi a steady state delle tensioni e correnti al variare del profilo di carico giornaliero, riportando un confronto con misurazioni reali. In seguito, è stata condotta un’analisi dei guasti di cortocircuito in diversi punti della rete, comparando i risultati ottenuti nelle simulazioni in tempo reale con quelli ricavati dal metodo analitico presentato nelle norme. Infine, è stato presentato il modello dinamico e il controllo di un impianto mini idroelettrico connesso alla microrete. Con le simulazioni effettuate è stato possibile verificare il funzionamento del sistema sia in presenza della rete principale, ma principalmente il funzionamento in isola, garantendo la continuità del servizio con gli standard ottimali di alimentazione. Il modello presentato può essere utilizzato per progetti futuri di co simulazione e coinvolgere un maggior numero di risorse hardware per rappresentare porzioni di rete più estese. Inoltre, il modello può essere arricchito con la progettazione di un sistema di controllo dei dispositivi di protezione ed effettuare simulazioni hardware-in-the-loop per il collaudo dei componenti fisici reali.