Condizionamento della potenza

Attività nel LAME

Sviluppo di strutture di conversione statica e
di algoritmi di controllo per
sistemi di condizionamento della potenza

Sono argomenti di ricerca e sviluppo:

- filtri attivi
- sistemi di interfacciamento tra la rete e sistemi di accumulo (batterie, volani, supercondensatori, ecc…)
- sistemi di interfacciamento tra la rete e sistemi di produzione dell'energia (micro-turbine, pannelli fotovoltaici, celle a combustibile,
- sistemi integrati per il condizionamento della qualità dell'energia e per l'alimentazione di sicurezza ai carichi (UPS)

E' disponibile una postazione per lo sviluppo di tecniche di controllo di strutture di conversione statica da connettere in parallelo alla rete.

Su questa postazione è possibile sviluppare, con grande flessibilità, delle strutture di conversione statica a più stadi ed il relativo sistema di controllo. La postazione è detta anche sistema di prototipazione rapida per strutture di conversione statica.

La struttura hardware del sistema è costituita da due convertitori principali: INVERTER A ed INVERTER B connessi allo stesso bus comune. Vi è inoltre un terzo convertitore che è un interruttore statico ad SCR che consente di separare il sistema dalla rete. Tutti gli interruttori statici sono dimensionati per correnti fino a 125A continuativi e 800 V.

E' presente un sistema di misura e di condizionamento del segnale che può gestire l'acquisizione simultanea fino a 20 grandezze tra tensioni e correnti nelle diverse sezioni della struttura.

Schema di funzionamento

Il quadro di potenza e di controllo

Particolare degli inverter e dell'interruttore
statico

Il sistema di controllo dei convertitori disponibili è basato sull'utilizzo di una scheda dSPACE DS1103, la quale consente l'implementazione rapida di algoritmi di controllo dei convertitori. Il sistema è composto da una parte hardware e da una software.

La parte hardware è a sua volta suddivisibile in due distinti componenti:

- una scheda di elaborazione che viene montata nel case del computer su piastra madre in uno slot ISA tale parte è il cuore del sistema dato che qui sono montati
- un processore Powerpc 333Mhz,
- 128kB di ram
- un DSP Texas Instrument F240
- 16 convertitori ADC da16Bit-4μsec
- 4 convertitori ADC da12Bit-0.8μsec
- 8 convertitori DAC 14Bit-6μsec
- una scheda di interfaccia e segnalazione che è collegata alla scheda di elaborazione dati.

Il software necessario al controllo è composta da due distinti ambienti: l’ambiente di programmazione e sviluppo e l’ambiente di supervisione e controllo.

La programmazione si basa su di un compilatore (RTW/RTI) che “trasforma” gli schemi di Simulink di Matlab in file a linguaggio a più basso livello fino al linguaggio macchina atto a essere caricato sia sul PPC che sul DSP

Il secondo ambiente è invece denominata “Control desk” ed è l’integrazione di più programmi in un’unica suite in cui sono presenti diversi strumenti tra i quali si possono individuare alcune componenti fondamentali :

- un programma che consente la modifica e la visualizzazione delle variabili relative al sistema che sta controllando ricreando un vero e proprio pannello di controllo su cui si può agire con il mouse esattamente come su un pannello fisico (Control Desk),
- un programma che consente di “vedere” il disco rigido e di caricare i file necessari al funzionamento nei processori.

Si può schematizzare tutta la catena hardware del controllo, dalla scheda on–board fino alla piastra madre con lo schema a blocchi della figura a lato.

Catena hardware di controllo

Con questa struttura possono essere creati diversi sistemi per l'interfacciamento con la rete di sorgenti di energia:

- generatori rotanti collegati a turbine,
- pannelli fotovoltaici,
- celle a combustibile

oppure di sistemi di accumulo dell'energia:

- batterie di accumulatori,
- supercondensatori,
- volani, ecc..

I sistemi realizzati in laboratorio su questa postazione consentono di gestire a piacimento un flusso di potenza tra i diversi sistemi di accumulo o produzione dell'energia e la rete, per il miglioramento della qualità e dell'affidabilità dell'energia elettrica (ricerca).

Ad esempio, mediante il sistema di prototipazione rapida per strutture di conversione statica si possono realizzare numerose strutture per l'interfacciamento con la rete di sistemi di accumulo dell'energia, indicate schematicamente nella figura a lato

Possibili impieghi del sistema

Oppure un semplice sistema per l'interfacciamento con la rete monofase di pannelli fotovoltaici mediante convertitore a singolo stadio.

Interfacciamento di pannelli fotovoltaici alla rete

Con il sistema a disposizione in laboratorio si può realizzare anche la funzionalità di filtro attivo. Di seguito sono riportati i risultati di prove sperimentali su filtri attivi realizzati in laboratorio (attività di ricerca sui filtri attivi).

Compensazione di potenza reattiva prodotta da un carico ohmico-induttivo

Compensazione dello squilibrio prodotto da un carico R-L monofase connesso ad una rete trifase

Riduzione delle componenti armoniche della corrente prodotta da un carico distorcente (ponte a diodi)