Rivista AEIT set-ott 2020

AEIT Giovani tita dalla presenza dei generatori sincroni (ad es., di gruppi termoelettrici e idraulici) che, per le lo- ro caratteristiche costruttive, contribuiscono alla stabilità e alla qualità della rete erogando alcuni o tutti i servizi ausiliari attivi e reattivi necessari a preservarla. In particolare, essi sono in grado di contrastare le variazioni di frequenza modifican- do la loro velocità di rotazione, cedendo o as- sorbendo potenza inerziale (cinetica), supportan- do la frequenza nei primissimi istanti a seguito di uno sbilanciamento nel rapporto generazione-ca- rico. Inoltre, i generatori sincroni possono rego- lare l’iniezione e l’assorbimento di potenza reat- tiva entro precisi limiti, stabiliti dalle cosiddette curve di capability . Infine, essi erogano correnti di guasto molto elevate (4 - 6 volte la propria cor- rente nominale), grazie alle proprie lunghe co- stanti di tempo termiche. Pertanto, i generatori sincroni a oggi rappresentano i principali attori che partecipano al corretto funzionamento del sistema elettrico. D’altro canto, i convertitori statici, utilizzati per la generazione da fonti rinnovabili o per la ricarica dei veicoli elettrici, non sono automaticamente in grado di erogare tutti questi servizi ausiliari. Essi operano infatti a potenza costante (massima po- tenza generabile dalla sorgente o potenza di rica- rica richiesta) e, come generatori, contribuiscono solo alla regolazione di tensione, tramite precise curve di capability stabilite dalle norme tecniche. Tuttavia, i convertitori statici non contribuiscono alla corrente di corto circuito, non possiedono ca- ratteristiche inerziali (masse rotanti) utili alla rego- lazione della frequenza e non compensano le ar- moniche di tensione presenti nella rete, ma anzi spesso le generano essi stessi. Pertanto, nell’ottica di una sostanziale decarbo- nizzazione del settore energetico e di una mag- giore penetrazione dei convertitori statici nella re- te (sia come carichi, sia come generatori), sarà necessario adottare nuove strategie di controllo per questi convertitori. Un nuovo paradigma: il compensatore sincrono virtuale A oggi, la risposta alla maggiore penetrazione di convertitori statici nella rete è duplice. Da un lato, gli operatori di rete (Terna in Italia) introducono norme tecniche più restrittive, richiedendo ai ge- neratori statici ben precisi contributi al supporto della rete. Dall’altro, procede l’installazione di im- pianti di compensazione e supporto basati su compensatori sincroni e sistemi di accumulo per la regolazione di frequenza. Tuttavia, queste solu- zioni richiedono da una parte l’introduzione di nuovi algoritmi di controllo, che non necessaria- mente si adattano al tradizionale funzionamento della rete elettrica, dall’altra onerosi investimenti negli affidabili e prevedibili compensatori sincroni. Una promettente idea per risolvere le sfide dell’inte- grazione dei convertitori in rete è il concetto del compensatore sincrono virtuale [16]. Come si può intuire, questo concetto prevede che il convertitore elettronico di potenza (ad es., di interfaccia a un si- stema di accumulo) venga controllato in modo da e- mulare le prestazioni statiche e dinamiche di un compensatore sincrono e contribuisca quindi alla stabilità e alla qualità della fornitura elettrica. Questo concetto è stato proposto nella veste di generatore sincrono virtuale a partire dal 2007 [17], pensato per l’interfacciamento di fonti rinnovabili alla rete. Tutta- via, nulla osta all’applicarlo anche per carichi signi- ficativi come le future stazioni di ricarica rapida, in grado di gestire flussi di potenza bidirezionali. A fronte quindi di un investimento limitato, si potreb- be sfruttare appieno il parco di stazioni di ricarica rapida come compensatori sincroni, virtualmente e- liminando l’aggravio sulla rete e anzi contribuendo al corretto funzionamento del sistema elettrico. L’idea di base è quindi di individuare e implemen- tare le funzionalità più utili dei compensatori sin- croni reali, ottenendone le medesime prestazioni. Ecco che il convertitore di interfaccia con la rete si trasforma come mostrato in figura 5: una sor- settembre/ottobre 2020 33 Figura 5 Schema a blocchi funzionale del compensatore sincrono virtuale per controllare una stazione di ricarica connessa alla rete π