Oggi, le reazioni alla rete elettrica degli impianti sono calcolate secondo la DACHCZ prima della loro connessione alla rete di distribuzione. In termini di misurazione, la conformità ai valori limite non viene quasi mai verificata, o solo in modo semplificato. Nell’ambito di un programma pilota e dimostrativo (P+D) dell’Ufficio federale dell’energia (UFE), è stato determinato il metodo ottimale per il monitoraggio continuo del contributo dei singoli impianti alla distorsione di tensione.

L’aumento della generazione distribuita e delle nuove tecnologie dei dispositivi (ad esempio, i veicoli elettrici) sta portando a un profondo cambiamento delle reti elettriche. Inoltre, le reti future sono caratterizzate da una potenza di cortocircuito inferiore e più volatile, il che rende più probabile che il degrado della qualità della rete e della tensione abbia un impatto significativamente maggiore sul funzionamento efficiente e stabile rispetto al passato. Tuttavia, molti studi e test sul campo si limitano all’efficienza e alla stabilità alla frequenza di rete e non considerano affatto o solo in modo insufficiente l’influenza delle ripercussioni sulla rete.

Quasi tutte le installazioni per la generazione, il consumo o l’accumulo di energia elettrica causano una retroazione di rete. I dispositivi con elettronica di potenza, ad esempio, generano armoniche e i dispositivi collegati a una o due fasi generano asimmetrie. Ciò riduce la qualità della corrente e della tensione e può interferire con il funzionamento di altri dispositivi e sistemi. Pertanto, è importante quantificare in modo affidabile la compatibilità di rete di un impianto per garantire un funzionamento affidabile ed efficiente della rete e per soddisfare i requisiti di compatibilità elettromagnetica.

Oggi, l’effetto di retroazione degli impianti sulla tensione di rete viene calcolato prima della loro connessione alla rete sulla base di valori empirici e linee guida. La verifica metrologica del rispetto dei valori limite non viene effettuata affatto o solo attraverso procedure basate su ipotesi semplificative. Questo può portare a disturbi inaspettati durante il funzionamento di un impianto, che compromettono il funzionamento della rete. D’altro canto, già in fase di progettazione vengono richieste misure correttive eventualmente costose (ad esempio, filtri), che in realtà non sarebbero state necessarie quando l’impianto era in funzione.

Applicando nuovi metodi e indici, il progetto iREF Grid ha determinato un metodo per monitorare costantemente il contributo di un singolo impianto alla distorsione della tensione. Attraverso misurazioni complete e sistematiche in collaborazione con nove gestori di rete svizzeri, sono stati valutati diversi metodi ed è stato identificato il metodo ottimale. In questo modo è possibile determinare con maggiore precisione le interazioni (ad esempio gli effetti di compensazione) per poter identificare in modo affidabile gli impianti con perturbazioni di rete inammissibilmente elevate o per evitare investimenti in misure correttive non necessarie. Ciò contribuisce in modo sostenibile a un uso più efficiente dell’infrastruttura di rete, a un’integrazione più efficace delle nuove tecnologie e a un funzionamento più affidabile delle reti future. I risultati forniscono inoltre un importante contributo al miglioramento delle linee guida e degli standard.

Obiettivi del progetto e domande

I limiti di emissione delle interferenze per un impianto vengono calcolati nella fase di pianificazione utilizzando metodi tratti da linee guida e standard pertinenti (ad esempio, le linee guida DACHCZ per la valutazione delle perturbazioni di rete). Questi metodi si basano su ipotesi e semplificazioni, che di solito portano a valori limite piuttosto conservativi che non utilizzano in modo efficiente la capacità di assorbimento delle reti per quanto riguarda gli effetti di retroazione della rete e sono spesso difficili da rispettare per i clienti e solo con investimenti più elevati. I limiti di emissione possono essere espressi come tensioni o correnti. I valori limite di tensione sono spesso così bassi che non possono essere verificati affatto o solo con difficoltà attraverso una misurazione dopo la messa in funzione dell’impianto. Pertanto, oggi la conformità ai valori limite specificati viene spesso valutata misurando la corrente corrispondente nel punto di connessione (PCC). In pratica, questa misurazione spesso non viene effettuata affatto o solo per un breve periodo di tempo (ad esempio, da alcuni giorni a una settimana) direttamente dopo la messa in servizio dell’impianto.

A causa delle interazioni tra la rete e l’impianto, la corrente misurata è costituita da due componenti: una causata dalla rete (responsabilità del gestore di rete) e una causata dall’impianto (responsabilità del cliente). Gli effetti di compensazione intenzionali o accidentali, così come la scarsa simultaneità dell’emissione di disturbi da parte di diversi impianti, possono portare a un’influenza negativa o addirittura positiva sul corrispondente parametro di qualità della tensione minore di quanto suggerirebbe la corrente misurata. Una valutazione troppo conservativa del contributo di un impianto può portare a un uso inefficiente della capacità di assorbimento disponibile o all’installazione non necessaria di misure di mitigazione. Soprattutto nel caso della compensazione casuale, il contributo dell’impianto può cambiare significativamente nel tempo a causa di cambiamenti sul lato della rete (ad esempio, cambiamento dello stato di commutazione o sostituzione di un trasformatore) o sul lato del cliente (ad esempio, sostituzione di apparecchiature o espansione dell’impianto).

Un dispositivo per la quantificazione metrologica continua del contributo di un impianto alla qualità della tensione, che tenga conto delle sfide descritte, non esisteva finora, ma è urgentemente necessario per una corretta determinazione delle ripercussioni sulla rete di un impianto. Ciò è confermato anche dalle discussioni in corso nei gruppi di lavoro internazionali e tra clienti e gestori di rete. Soprattutto quando la potenza misurata supera i limiti predefiniti, non esiste un quadro chiaro su come determinare l’effettivo contributo alla riduzione della qualità dell’energia in modo trasparente per entrambe le parti.

L’obiettivo del progetto iREF-Grid è stato quello di sviluppare e convalidare un metodo per valutare in modo continuo il contributo di un impianto alle armoniche di tensione e la sua implementazione di prova in uno strumento di qualità dell’energia esistente (classe A). L’applicabilità di alcuni metodi e indici promettenti è stata testata e valutata, tra l’altro, in termini di semplicità, trasparenza ed efficacia, attraverso estese prove sul campo con diversi gestori di rete svizzeri. I risultati delle misurazioni sono stati analizzati e discussi con i gestori di rete al fine di individuare il metodo migliore per determinare con precisione il contributo di un impianto alla riduzione della qualità della tensione. Questo porterà a un utilizzo più efficiente delle capacità di hosting delle reti future in termini di armoniche e asimmetrie, tenendo conto anche della crescente variabilità temporale della capacità di hosting. Inoltre, sono state sviluppate linee guida per la valutazione del contributo di un impianto alle armoniche della rete, che sono state incorporate nella revisione delle linee guida DACHCZ per la valutazione della retroazione della rete.

In linea di principio, il dispositivo di misura può essere applicato non solo a sistemi con più dispositivi, ma anche a singoli dispositivi come caricatori per veicoli elettrici o inverter fotovoltaici. Può essere utilizzato in tutti i livelli di rete, dove la precisione dei trasformatori di corrente e tensione utilizzati deve essere garantita per la misurazione delle armoniche (comportamento di trasmissione dipendente dalla frequenza).

Verifica metrologica nel DACHCZ

Finora, la prova metrologica della conformità ai valori limite non è stata fornita affatto o solo per mezzo di semplici procedure basate su una serie di ipotesi semplificative. Nell’attuale D-A-CH-CZ (3a edizione 2021), si fa riferimento a questo argomento nel capitolo 2.9 Misurazione e vengono trattati il tipo e l’ambito della misurazione, nonché la procedura di misurazione secondo la norma IEC 61000-4-30. La Figura 1 serve a comprendere meglio la classificazione della verifica metrologica nella valutazione della connessione.