Temi di ricerca attualmente in corso:
- Sistemi elettrici ed inverter polifase.
- Generazione e condizionamento dell'energia
fotovoltaica.
- Convertitori multilivello.
1. Sistemi elettrici ed inverter polifase
Nella configurazione inverter-motore il numero delle fasi
dell'inverter e del motore può assumere il significato di
"variabile interna" per il sistema. Questo parametro può quindi
essere utilizzato per incrementare drasticamente la potenza massima
dell'inverter che, a parità di caratteristiche limite degli
interruttori statici, aumentata in modo proporzionale al numero
delle fasi. Ciò consente di realizzare convertitori di grossa
taglia (dell'ordine dei MW) anche con IGBT standard dal costo
modesto. Per quanto riguarda gli strumenti matematici, si è
rivelato particolarmente utile l'estensione del metodo dei vettori
di spazio ai sistemi multifase. In particolare, sono state
dettagliatamente descritte trasformazioni ed antitrasformazioni,
mettendone in evidenza le correlazione con le corrispondenti
componenti simmetriche di Fortescue, relative al caso particolare
di regime sinusoidale, e con la trasformata discreta di Fourier
(DFT). Con riferimento allo studio della macchina multifase,
l'impiego dei vettori di spazio consente di evidenziare in modo
sintetico ed elegante le simmetrie e le proprietà di accoppiamento
tra le diverse fasi. Per quanto riguarda gli inverter, l'impiego
dei vettori di spazio consente l'estensione della modulazione
vettoriale (SVM) anche per la configurazione multifase. In questo
caso è necessario riferirsi a più vettori, uno per ciascuna delle
sequenze del sistema multifase.
2. Generazione e condizionamento dell'energia
fotovoltaica
L'attività di ricerca riguarda la sintesi di metodologie di
regolazione MPPT e l'individuazione di nuove configurazioni di
convertitori per massimizzare efficienza di conversione e
flessibilità dei sistemi fotovoltaici grid-connected. Nel caso di
impianti di grossa taglia, tipicamente collegati alla rete trifase,
è possibile elaborare opportunamente l'apprezzabile ripple
introdotto dal convertitore (chopper o inverter) che estrae
l'energia dai pannelli, essendo le frequenze di commutazione
relativamente modeste. L'inverter trifase può svolgere in questo
caso anche la funzione di filtro attivo, contribuendo alla
cosiddetta Power Quality della rete elettrica con l'erogazione di
potenza reattiva per il rifasamento e/o la compensazione delle
armoniche di corrente dovute a carichi non lineari. Nel caso di
impianti di piccola potenza, con elevate frequenze di commutazione
basso ripple residuo, è stato proposto l'utilizzo delle
oscillazioni a 100 Hz introdotte sul bus dc a causa della
connessione con la rete monofase a 50 Hz. Per aumentare la
flessibilità del sistema è stata inoltre proposta una struttura di
conversione modulare basata su unità di generazione a doppio
pannello, completamente indipendenti le une dalle altre
(stand-alone), collegate in parallelo al bus dc dell'inverter di
rete. Ogni unità è dotata di convertitore buck-boost (o fly-back)
per regolare dinamicamente la tensione di lavoro dei due pannelli
verso il punto di massima potenza. Tale configurazione consente di
trasferire l'energia fotovoltaica prodotta verso il bus dc comune,
mantenuto ad una prefissata tensione di esercizio dall'inverter di
rete, operante in modalità di filtro attivo. In questo caso la
tecnica MPPT proposta è basata sul raffronto della tensione o della
corrente dei due pannelli, i cui punti di lavoro sono volutamente
leggermente spaiati.
3. Convertitori multilivello
Grazie all'utilizzo dei convertitori multilivello è possibile
aumentare il range di tensione, e quindi di potenza, utilizzando
una opportuna combinazione di componenti che singolarmente
gestirebbero tensioni, e quindi potenze, relativamente modeste.
Inoltre, la forma d'onda della tensione di uscita assume il tipico
andamento a gradini, che consente di ottenere un basso contenuto
armonico anche con modeste frequenze di commutazione. La principali
problematiche introdotta dalle configurazioni multilivello
consistono nelle relativamente complesse strutture di potenza e
logiche di protezione, che esulano dalle efficienti e consolidate
soluzioni utilizzate per gli inverter trifase tradizionali. Per
ovviare a questi inconvenienti, è stata studiata una configurazione
di inveter multilivello ottenuta dalla combinazione di due inverter
standard con una macchina trifase a sei morsetti (la cosiddetta
disposizione open-winding). In particolare, è stato considerato il
caso di alimentazioni separate, che presenta diversi vantaggi:
assenza di componenti omopolari di corrente e sfruttamento ottimale
della tensione dc senza circuiteria aggiuntiva; possibilità di
funzionamento con un inverter singolo in caso di guasto o
malfunzionamento dell'altro inverter o dell'altra alimentazione, se
pur a prestazioni ridotte. L'attività di ricerca ha portato
all'individuazione di una tecnica di modulazione innovativa che
consente di regolare la ripartizione di potenza tra i due inverter
ed al tempo stesso ottenere in una uscita una forma d'onda di
tensione multilivello ottimale (distribuita su soli tre livelli
adiacenti per ogni ciclo di commutazione).
