Sviluppo di uno stimatore di energia per un sistema di accumulo al piombo

The State-of-Energy (SoE) is a very important index for the efficient management of storage system and is necessary for the planning of the resources in the electrical system. Many articles present SoE estimators for the batteries of electric vehicles; with this thesis it is developed an energy estimator for a storage system that performs ancillary services to the electrical network. The SoE estimator developed considers all the entire storage system, not only the battery, so it is taken into account the energy lost, by the AC/DC converter, which assume a significant importance, the charge or discharge current is low. The SoE estimator and the procedure adopted could be implemented on every kind of electrochemical technology. In particular, it was decided to consider leads batteries because they are the most established technology, the safest and they have an extensive distribution network and disposal. The SoE estimator developed is based on a battery electric model whose parameters are evaluated by a parameterization test on the entire battery. The AC/DC converter has been considered as a "black box" and characterized through a measurement campaign throughout its operational range. The entire work is supported by the experimental results obtained in the laboratories of RSE, which validate the high precision of the estimator to predict the energy that the storage system is able to deliver or absorb at a given active and reactive power profile. With the estimator developed, the system operator will manage efficiently the entire system integrating renewable sources in the best way.

Lo State-of-Energy (SoE) è un indicatore molto importante per la gestione efficiente di un accumulo ed è indispensabile per la pianificazione delle risorse di un sistema elettrico. La letteratura si è occupata per la maggior parte di stimare il SoE per le batterie dei veicoli elettrici, invece con questo lavoro di tesi si è realizzato uno stimatore dell’energia per un sistema di accumulo che svolge servizi ancillari alla rete. Lo stimatore realizzato non stima l’energia disponibile ai morsetti di batteria, ma ai morsetti dell’intero sistema di accumulo, in modo da tenere conto delle perdite dallo stadio di conversione che assumono un’importanza rilevante quando il regime di scarica o carica è basso. Lo stimatore realizzato e la procedura adottata sono implementabili su qualsiasi tecnologia di accumulo elettrochimico; in particolare si è deciso di studiare in modo approfondito gli accumuli al piombo perché sono quelli, per ora, più diffusi, più sicuri e con una rete di distribuzione e smaltimento capillare. Lo stimatore realizzato si basa su un modello elettrico della batteria i cui parametri sono ricavati da prove di parametrizzazione sull’intera batteria. Lo stadio di conversione è stato trattato come una “black box” e caratterizzato attraverso una campagna di misure che considera tutto il suo range di funzionamento. L’intero lavoro è supportato dai risultati sperimentali ottenuti nei laboratori di RSE, che validano l’elevata precisione dello stimatore nel prevedere l’energia che il sistema di accumulo è in grado di erogare o assorbire dato un profilo di potenza attiva e reattiva da rispettare ai suoi morsetti. Tramite uno stimatore di questo tipo il gestore della rete potrà usare in modo più efficiente l’intero sistema integrando meglio le fonti di energia rinnovabili.