Applicazioni

Un microgriglia è un gruppo decentrato di fonti di energia elettrica e carichi che di norma opera connesso e sincronizzato con la griglia tradizionale a vasta area, ma può anche disconnettersi per passare alla "modalità isola" - e funzionare autonomamente come dettano le condizioni fisiche o economiche. In questo modo, una microgriglia può integrare efficacemente varie fonti di generazione distribuita (DG), in particolare le Fonti Energetiche Rinnovabili (RES) - energia elettrica rinnovabile, e può fornire energia di emergenza, commutando tra modalità isola e connessa.

Esistono molti tipi di microreti. In base alle applicazioni e alle dimensioni, possono essere classificati come Microreti per Campus o Istituzionali, Microreti Comunitarie, Microreti Remote Senza Rete, Microreti per Basi Militari e Microreti Commerciali e Industriali (C&I). In termini di strutture elettriche, includono microreti AC, microreti DC e microreti ibride AC/DC.

Una microrete è in grado di operare in modalità connessa alla rete e autonoma, gestendo la transizione tra le due. Le microreti offrono un'opzione per bilanciare la necessità di ridurre le emissioni di carbonio mentre continuano a fornire energia elettrica affidabile nei periodi in cui le fonti rinnovabili di energia non sono disponibili. Le microreti offrono anche sicurezza energetica e riducono il tempo di interruzione dell'energia negli eventi di maltempo severo e disastri naturali.

Le microgriglie e, in generale, l'integrazione di unità di risorse energetiche distribuite (DER) introducono numerosi sfide operative che devono essere affrontate. I flussi di potenza bidirezionali e i problemi di stabilità sono tra i principali. Le interazioni tra le unità di generatori di energia distribuita possono creare oscillazioni locali, richiedendo un'analisi approfondita della stabilità per piccole perturbazioni. Inoltre, le transizioni tra le modalità di funzionamento collegate alla rete e isolate (indipendenti) in una microgriglia possono causare instabilità transitorie. Recentemente, studi hanno dimostrato che l'interfaccia di una microgriglia a corrente continua (DC) può risultare in una struttura di controllo significativamente più semplice, una distribuzione dell'energia più efficiente e una maggiore capacità di trasporto di corrente per le stesse classificazioni delle linee.

Una tipica struttura di microgriglia ibrida[1]

Un microgriglia ibrida tipica ha la struttura mostrata sopra. I componenti principali della microgriglia sono convertitori bidirezionali AC/DC e DC/DC. Per motivi di sicurezza e affidabilità, i convertitori devono essere isolati, in modo che l'eventuale guasto di un carico o di una sorgente di energia non propaghi il problema alla linea di alimentazione/griglia.

Convertitore Bidirezionale a Ponte Attivo Doppio

Convertitore da PV a Griglia DC

convertitore AC/DC Bidirezionale a 2 Livelli

La maggior parte dei convertitori AC/DC e DC/DC connessi alla rete devono funzionare con un flusso di energia bidirezionale, il che richiede un dispositivo di commutazione che funga da switch attivo in una direzione del flusso di energia, ma che operi come diodo o MOSFET sincrono nell'altra direzione del flusso di energia. I MOSFET a base di SiC, con un diodo interno ad anodo libero da recupero inverso quasi nullo, rappresentano un'opzione ideale per queste applicazioni, specialmente per le topologie di commutazione forzata. Per i convertitori AC/DC trifasi bidirezionali, la topologia Vienna non è più valida. La topologia AC/DC trifase a 2 livelli diventa una scelta preferita grazie alla sua semplicità. I MOSFET a base di SiC non solo consentono molte topologie bidirezionali in questo campo di applicazione, ma le loro caratteristiche di commutazione superiori rendono le soluzioni più efficienti, compatte e persino meno costose con l'ulteriore riduzione del prezzo del SiC.

[1] Chendan Li, Sanjay Kumar Chaudhary, Josep M. Guerrero "Analisi del flusso di potenza per microgriglie ibride AC-DC a bassa tensione controllate con droop e con impedenza virtuale", 2014 IEEE PES General Meeting | Conference & Exposition