L’evoluzione delle reti di distribuzione, resa necessaria dall’integrazione sempre più diffusa di fonti rinnovabili, richiede una transizione verso le Smart Grid, che utilizzano tecnologie avanzate per gestire in modo efficiente, affidabile e sostenibile il sistema elettrico. Per supportare questa trasformazione, è prima di tutto fondamentale migliorare l’osservabilità della rete di distribuzione installando nuovi strumenti di misura, quali le Phasor Measurement Unit (PMU), dispositivi di misura fasoriali e sincronizzati, e sviluppare strumenti per stimare in tempo reale lo stato della rete.

In uno scenario di elevata diffusione delle fonti rinnovabili, la conoscenza dello stato è fondamentale per poter gestire la rete nonostante la complessità e variabilità introdotta dalla generazione distribuita.

A tale scopo, l’obiettivo triennale dell’attività di ricerca è lo sviluppo e la sperimentazione in un ambiente reale di metodi di stima dinamica dello stato della rete. I tradizionali stimatori statici risultano infatti inadeguati per gestire reti caratterizzate da dinamiche complesse e rapide ed è fondamentale sviluppare metodi evoluti per la stima dello stato della rete elettrica. Considerando questo obiettivo, il documento illustra lo sviluppo di metodi di stima dinamica per le reti di distribuzione, focalizzandosi sulle reti in bassa tensione.

Questi metodi, basati sul filtro di Kalman, sono stati validati sia in simulazione che tramite test sperimentali presso la Distributed Energy Resources Test Facility di RSE. In particolare, grazie all’attività svolta in collaborazione con l’Università degli studi di Cagliari, sono state sviluppate diverse varianti dell’algoritmo per affrontare differenti scenari. In particolare, sono stati sviluppati tre stimatori dinamici: i) uno che utilizza esclusivamente misure delle PMU e considera la frequenza come input esterno; ii) uno che include la frequenza come variabile di stato per aumentare la precisione; iii) uno che integra misure da diverse fonti e gestisce rapide variazioni di carico e generazione, verificando la compatibilità con le incertezze.

Tali metodi di stima dinamica sono stati validati prima in ambiente di simulazione e quindi verificati sperimentalmente per mezzo della Distributed Energy Resources Test Facility di RSE. I metodi hanno dimostrato di offrire stime più accurate e meno influenzate dal rumore rispetto agli stimatori statici. In particolare, sono stati in grado di seguire con precisione le variazioni lente di potenza, nonché dinamiche più complesse, come le variazioni a gradino.

La stima della fase è stata significativamente migliorata grazie all’inclusione della frequenza tra le variabili di stato. Inoltre, i test hanno evidenziato una ridotta sensibilità a misure errate, grazie alla capacità predittiva degli stimatori dinamici. Infine, è stata confermata la possibilità di implementare in tempo reale questi metodi, che presentano tempi di esecuzione inferiori ai 10 millisecondi.

Gli stimatori dinamici si confermano essenziali per gestire le moderne smart grid grazie ai significativi vantaggi, quali l’integrazione di diverse tipologie di misure, una maggiore accuratezza nella stima e una ridotta sensibilità a errori di misura. La flessibilità dei metodi sviluppati e i bassi requisiti di disponibilità delle misure li rendono adatti a reti con reporting rate variabili. Infine, la possibilità di implementare questi metodi in tempo reale li rende una soluzione praticabile per le moderne reti di distribuzione.