ITTO20101076A1 - Metodo per la gestione delle dinamiche di consumo e/o produzione dienergia elettrica e relativo dispositivo - Google Patents

Description

“METODO PER LA GESTIONE DELLE DINAMICHE DI CONSUMO E/O PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA E RELATIVO DISPOSITIVOâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un metodo per la gestione delle dinamiche di consumo e/o produzione di energia elettrica e relativo dispositivo.

Sono noti nell’arte dispositivi elettronici di misurazione dell’energia elettrica che campionano l’energia elettrica ad alta risoluzione temporale per ottenere valori istantanei di corrente e di tensione, nonché per accumulare le quantità di energia, e trasmetterli in rete ad intervalli regolari di tempo (metodo “time-driven†). In questo modo viene scambiato un certo volume di dati tra i dispositivi suddetti ed un elaboratore centrale posto nella rete stessa.

La quantità di energia elettrica misurata può essere espressa come la somma aritmetica di valori istantanei moltiplicati per il tempo di osservazione come dalla formula:

t t

<E =>òV(t)<×>I(t ) dt »Ã¥[V(t<i>)<×>I(t<i>)<× D>t ] ,

dove V(ti) à ̈ il valore istantaneo di tensione al tempo ti, mentre I(ti) à ̈ il valore istantaneo di corrente al tempo t, e Dt = [ti– ti-1].

I dispositivi elettronici digitali di misurazione dell’energia elettrica utilizzano la suddetta formula discreta per calcolare i valori di energia istantanea che forniscono in uscita. La precisione del calcolo numerico nello spazio discreto viene preservata da un’alta frequenza di campionamento.

Vari tipi di dispositivi di misurazione dell’energia elettrica sono noti e disponibili sul mercato. Un esempio di tali dispositivi sono i contatori elettronici GEM della società italiana ENEL utilizzati nel sistema “Telegestore†. Tipicamente un dispositivo di misurazione dell’energia elettrica comprende un modulo analogico per rilevare corrente e tensione, un microchip, un codice software che esegue i conteggi in digitale implementato nel microchip, un alimentatore, un modulo di comunicazione per la trasmissione in rete dei valori misurati e mezzi di memoria.

I dispositivi di misurazione dell’energia elettrica di arte nota sono disponibili ed utilizzati per rilevare esclusivamente i dati di consumo elettrico oppure esclusivamente i dati di produzione elettrica presso i siti dei clienti della compagnia elettrica a cui il dispositivo di misurazione à ̈ associato. Il dispositivo di misurazione dell’energia elettrica à ̈ di proprietà della compagnia elettrica e nessun accesso ai dati in tempo reale viene concesso all’utente. I dispositivi elettronici di misurazione dell’energia elettrica misurano in tempo reale i consumi della potenza istantanea, li totalizzano e salvano i valori consolidati (scatti) nella memoria locale del dispositivo elettronico di misurazione, rendendo persistenti detti valori così come sono registrati e senza ulteriore elaborazione.

I valori locali vengono poi trasmessi alla compagnia elettrica per la fatturazione e l’allineamento dei dispositivi elettronici di misurazione. Solitamente ciò avviene in modalità “time-driven†, cioà ̈ in base a predeterminati istanti temporali. Per sincronizzare i dispositivi elettronici di misurazione remoti e quelli conservati presso la compagnia elettrica, vi à ̈ una fase di trasmissione dati alla compagnia elettrica utilizzando protocolli di comunicazione standard, principalmente “in differita†. La trasmissione dati può avvenire in modalità “push†o “pull†, ossia spontaneamente oppure su richiesta.

I valori misurati sono incrementali, sono campionati di norma ogni 10-20 minuti, e sono utilizzati per scopi di fatturazione. La scelta della finestra di tempo à ̈ individuata per contenere i volumi di dati da trasmettere, rendendoli compatibili con la fatturazione, ma ciò li rende inutilizzabili per le operazioni di equilibrio di carico (“load balancing†) in tempo reale. Ad esempio, il Telegestore in Italia effettua il campionamento dei dati consolidando la misurazione ogni 15 minuti.

Sono anche noti dispositivi che misurano i fasori (“Phasor Measurement Unit†o PMU) e che operano in tempo reale inviando i valori digitalizzati dei vettori di energia. Ciò avviene in una perfetta sincronia dei tempi utilizzando dispositivi GPS che limitano il loro utilizzo ad ubicazioni dove siano visibili i satelliti, e cioé per applicazioni “outdoor†.

Scopo principale della presente invenzione à ̈ pertanto quello di indicare un metodo per la gestione delle dinamiche di consumo e/o produzione di energia elettrica e relativo dispositivo che sia atto a trasmettere ad un destinatario, ad esempio ad una compagnia elettrica, una quantità ridotta di dati relativi ad una utenza di energia elettrica associata al dispositivo.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di indicare un metodo per la gestione delle dinamiche di consumo e/o produzione di energia elettrica e relativo dispositivo che sia in grado di misurare l’energia elettrica consumata e/o quella prodotta da un utente.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di indicare un metodo per la gestione delle dinamiche di consumo e/o produzione di energia elettrica e relativo dispositivo che permetta ad un utente del dispositivo di essere a conoscenza in tempo reale di eventuali consumi eccessivi di energia elettrica in base alla propria tipologia di utenza.

Questi ed altri scopi dell’invenzione vengono ottenuti con un metodo per la gestione delle dinamiche di consumo e/o produzione di energia elettrica e relativo dispositivo come rivendicato nelle unite rivendicazioni che costituiscono parte integrante della presente descrizione.

In sintesi, la presente invenzione descrive un metodo per la gestione delle dinamiche di consumo e/o produzione di energia elettrica basato su un tradizionale dispositivo di misurazione dell’energia elettrica modificato e programmato diversamente per ottenere una nuova funzionalità di monitoraggio e di gestione delle dinamiche elettriche, estendendo o sostituendo la tradizionale modalità di conteggio dell’energia elettrica consumata.

Le dinamiche elettriche sono quelli di sola produzione (Producer), e/o di solo consumo (Consumer), e/o di produzione e consumo contemporaneamente (Prosumer).

Il dispositivo secondo l’invenzione presenta gli stessi ingressi analogici di un contatore elettronico tradizionale, ma sostituisce virtualmente un contatore della produzione di energia elettrica ed un contatore del consumo di energia elettrica.

Il dispositivo elettronico secondo l’invenzione può presentare un’interfaccia utente, ad esempio uno schermo LCD, che consente di visualizzare le dinamiche di consumo.

Il dispositivo secondo l’invenzione può altresì presentare un segnalatore acustico e/o ottico delle dinamiche di consumo che possono provocare il distacco della fornitura di energia elettrica, ad esempio nel caso di superamento della massima potenza contrattuale.

Il dispositivo secondo l’invenzione opera in tempo reale ed in continuo. Invece di un tradizionale approccio “time-driven†, in cui i dati vengono trasmessi dal contatore ogni determinato periodo di tempo, esso utilizza un approccio “event-driven†, in cui i dati vengono trasmessi unicamente al verificarsi di un certo evento. Operando con valori scalari, non viene impiegato alcun dispositivo GPS. L’eventuale sincronizzazione del dispositivo oggetto della presente invenzione avviene tramite la rete.

Gli eventi vengono trasmessi in rete non più ad intervalli prestabiliti di tempo (ad esempio ogni 15 minuti), oppure a “scatti†(kWh) compiuti come nel caso del contatore tradizionale, ma fornendo i dati relativi alle dinamiche significative con le tempistiche compatibili con la regolazione real-time in base “event-driven†, ovvero quando questi accadono. In altre parole, un evento si verifica quando la misura fuoriesce da una certa “banda di oscillazione†consentita.

Il dispositivo secondo la presente invenzione invia gli eventi in modalità “push†. Inoltre resta anche compatibile con le modalità di gestione pre-esistenti, ovvero resta a disposizione della rete per schemi di gestione AMM/AMR (Autonated Meter Reading and Management). Questo approccio permette di analizzare e trasmettere le dinamiche di consumo elettrico.

A differenza di un dispositivo di misurazione intelligente di tipo tradizionale (“smart meter†), in aggiunta ai procedimenti già programmati nel microcodice per implementare la funzione di misurazione (“metering†), il metodo oggetto della presente invenzione indica un procedimento per rilevare le dinamiche di produzione/consumo dell’energia elettrica. La funzionalità comprende la comparazione dei valori attuali consolidati di corrente e di tensione con alcuni valori rilevati nel passato recente, ovvero nei momenti di tempo ti-n, …, ti-2, ti-1.

Non viene quindi trasmessa la quantità di energia elettrica misurata come valore assoluto, ma vengono trasmesse le variazioni relative solo se superiori ad una certa soglia.

La soglia à ̈ impostata ad un valore fisso; tuttavia, essa può essere anche essere variabile, ad esempio in percentuale rispetto alle quantità misurate.

Il consumo dell’energia non à ̈ quasi mai costante. Le variazioni dell’energia elettrica accadono nel tempo, possono essere positive o negative, possono essere grandi o piccole. Normalmente il sistema elettrico locale (power system) si trova nello stato stabile (steady-state). Le variazioni dinamiche possono alterare lo stato steady-state del sistema, e quindi diventano importanti per il controllo automatico del sistema (SCADA).

Secondo l’invenzione, le variazioni di quantità di energia elettrica poste sotto osservazione possono essere di due tipi: veloci e lente.

Un processo dinamico può superare la soglia prestabilita mostrando un “trend veloce†. In alternativa o in aggiunta, un processo dinamico può presentare una serie abbastanza lunga di piccole variazioni (positive, negative, o di segno alternato), la cui somma nel frattempo potrebbe restare limitata oppure il cui massimo modulo potrebbe diventare sufficientemente grande da superare la soglia prestabilita.

Queste piccole variazioni possono oscillare attorno ad un certo valore senza mai uscire dagli intorni prestabiliti, oppure possono mostrare una variazione rilevante dopo un certo tempo, accumulando piccoli contributi individuali verso il lato positivo o verso il lato negativo.

Il concetto della “Dinamica Elettrica rilevante†(DE o “digital energy†) viene definito come l’evento di superamento di una soglia prestabilita Î ́DEdurante un certo intervallo di tempo – più o meno lungo - affinché questa possa diventare rilevante per determinare la transizione di stato di un sistema elettrico, ovvero comportare la perdita di stato stabile in un sistema elettrico locale.

In sostanza si tratta di osservare e conteggiare in tempo reale i valori di quantità di energia, aggiungendo il monitoraggio della velocità (derivata prima) e del trend al fine di accorgersi di superamento dei valori delle soglie prestabilite, monitorando la cosiddetta “banda†o “canale†di oscillazione.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione sono oggetto delle allegate rivendicazioni che si intendono parte integrante della presente descrizione.

Gli scopi suddetti risulteranno maggiormente chiari dalla descrizione dettagliata del metodo per la gestione delle dinamiche di consumo e/o produzione di energia elettrica e relativo dispositivo con particolare riferimento alle Figure allegate in cui:

- la Figura 1 illustra uno schema a blocchi di un dispositivo di misurazione dell’energia elettrica secondo l’invenzione;

- la Figura 2 illustra un diagramma di flusso di un metodo per la gestione delle dinamiche di consumo e/o produzione di energia elettrica secondo l’invenzione;

- la Figura 3 illustra un esempio di metacodice che implementa il metodo del diagramma di flusso di Figura 2;

- le Figure 4a e 4b rappresentano rispettivamente due grafici che illustrano vantaggiosi aspetti del metodo oggetto della presente invenzione rispetto all’arte nota.

Con riferimento alla Figura 1, viene illustrato un dispositivo 1 per la misurazione di energia elettrica comprendente: una sorgente 3 di un segnale di energia elettrica da misurare; un circuito digitale di misurazione 5 comprendente un microchip integrato con microprocessore a bordo; una unità di comunicazione 7 per trasmettere messaggi ad una rete 15, preferibilmente di tipo powerline in quanto à ̈ necessario utilizzare un protocollo che assicuri l’arrivo tempestivo dei messaggi al destinatario; mezzi 9 per rilevare una tensione ed una corrente elettrica; mezzi di memoria 11; mezzi di alimentazione 19 del dispositivo 1; ed una interfaccia utente (non rappresentata), ad esempio uno schermo LCD.

I mezzi 9 per rilevare una tensione ed una corrente elettrica comprendono un sensore o modulo analogico che à ̈ preferibilmente costituito da una bobina di Rogowski, oppure da un trasformatore di corrente, oppure da uno shunt resistivo, oppure da un divisore di tensione resistivo, oppure da altro sensore idoneo.

Il dispositivo 1 per la misurazione di energia elettrica può inoltre comprendere mezzi di segnalazione 17, in particolare un avvisatore acustico, oppure ottico, oppure un display (ad esempio di tipo LED, LCD, od altro).

Con riferimento alla Figura 2, viene ora illustrato un metodo 100 per la gestione delle dinamiche di consumo e/o produzione di energia elettrica secondo l’invenzione.

Al passo 102 vengono inizializzati i parametri utilizzati per calcolare le seguenti quantità, il cui significato verrà meglio chiarito nel seguito:

- “Eprev†: quantità di energia misurata nel periodo precedente;

- “Ei†: quantità di energia misurata nel periodo corrente;

- “ΔEprev†: variazione misurata nel periodo precedente;

- “ΔEi†: variazione misurata nel periodo corrente;

- “sum†: somma delle piccole variazioni fino al periodo corrente.

Al passo 102 viene anche fissato ad una costante il valore di soglia Î ́DE, il quale determina l’ampiezza di una banda di oscillazione ammissibile, e quindi anche la soglia di filtraggio di piccole variazioni tali da essere ritenute individualmente irrilevanti.

Diverse scelte sono possibili per il valore di soglia Î ́DEche può essere rappresentato da una costante fissa oppure da una percentuale predeterminata della quantità di energia misurata.

Nel contesto residenziale, possibili valori della soglia Î ́DEsono ad esempio i valori 50, 100, e 200 Wh (wattora).

Per ogni specifico utilizzo del metodo oggetto della presente invenzione, la scelta del valore di soglia Î ́DEpuò essere fatta empiricamente osservando una collezione di curve di carico già acquisite nel passato, oppure utilizzando strumenti avanzati di ottimizzazione quale il “soft computing†.

Il ruolo del valore di soglia Î ́DEà ̈ quello di impostare il compromesso tra la sensibilità dello strumento e la capacità di compressione del volume dei dati da trasmettere.

Il criterio di scelta del valore di soglia Î ́DEcorretto à ̈ la preservazione di ogni ciclo nomotetico (ripetitivo) nonché miglior filtraggio degli eventi stocastici ritenuti “di disturbo†, quali ad esempio l’accensione delle lampadine a basso consumo energetico o simili, non rilevanti ai fini del cambio di stato del sistema energetico.

Assumendo come esempio un’abitazione civile con lampadine (che assorbono 7, 11, 15 e 18 Wh ciascuna), televisori ed altri simili piccoli elettrodomestici, e la predominanza di apparecchi “energivori†quali un sistema di condizionamento dell’aria (che assorbe 2 kWh), un ferro da stiro (che assorbe 2 kWh), una lavatrice (che assorbe 2 kWh per il riscaldamento e 300 Wh per i motori), una lavastoviglie (che assorbe 2kWh per il riscaldamento e 120 Wh per motori e pompe), un frigorifero (che assorbe 120 Wh) e simili dispositivi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria, la soglia Î ́DEcorretta à ̈ quella maggiore del consumo di ogni singola lampadina ma inferiore alla potenza assorbita dai motori della lavatrice, della lavastoviglie e del frigorifero, e quindi ad esempio 99 Wh.

Il suddetto valore di soglia Î ́DEpuò anche essere fissato dinamicamente utilizzando tecniche di auto-apprendimento intelligente descritte nella letteratura scientifica.

Al passo 104 viene incrementato il contatore i di una unità.

Al passo 106 il dispositivo 1 per la misurazione di energia elettrica misura e totalizza “k†valori istantanei del flusso di energia elettrica ed in particolare i valori istantanei di tensione elettrica Vied i valori istantanei di corrente elettrica Ii. Allo stesso passo vengono calcolati anche i valori istantanei di energia elettrica Ei= Vi∙ Ii∙ Δt, dove Δt = ti– ti-1, ossia un intervallo temporale tra due istanti di tempo consecutivi.

Il valore Eià ̈ calcolabile utilizzando il metodo numerico utilizzato nello spazio k

discreto e cioà ̈ come Ei=Ã¥[V(t<i>)<×>I(t<i>)<× D>t ] , in cui i valori Eisono consolidati i= 0

ogni k cicli (50 Hz di corrente alternata in Europa o 60 Hz in alcuni altri Paesi), ed in cui il valore di k à ̈ preferibilmente compreso tra 5 e 10.

A differenza delle PMU che operano sui fasori, il dispositivo oggetto della presente invenzione opera con valori scalari, e quindi deve totalizzare le somme usufruendo del calcolo integrale.

Trattandosi di funzioni periodiche di periodo w, le somme integrali devono essere comparabili. Ad esempio ciò può avvenire monitorando i momenti di tempo corrispondenti al cambio segno (“zero-cross†), oppure allungando il periodo di integrazione a multipli del periodo w.

Tuttavia, il valore di k deve rimanere compatibile con la funzione di controllo del sistema, permettendo la reazione dell’utente prima che si verifichi una conseguenza per lui negativa, ad esempio un fenomeno di frequenza sotto regime (“under-frequency†).

Tra queste opzioni viene effettuata la scelta computazionalmente più economica, ovvero la somma integrale in k cicli, dove k à ̈ preferibilmente compreso tra 5 e 10.

Il periodo di integrazione appare sufficientemente lungo per rendere comparabili le somme e consente ad un sistema di controllo di reagire tempestivamente.

Una seconda considerazione nella scelta del parametro k à ̈ legata ai volumi di dati scambiati ed alla possibilità di controllo. Scegliendo il valore k=10, la frequenza massima dei messaggi DE in Europa sarà di 0,2 secondi (il valore k=50 porterebbe la frequenza massima ad 1 secondo e cosi via). Si stima che in questo modo il metodo di tipo “event-driven†secondo la presente invenzione presenti i volumi dati scambiati, simili a quelli di tipo “time-driven†attualmente in uso, ad intervalli di tempo superiori (ad esempio ad intervalli di 15 minuti nel metering attuale).

Al passo 108 viene calcolata una variazione ΔEi, dove ΔEi= (Ei- Eprev)/Δt, dove Eprevà ̈ il valore di energia istantanea calcolata all’istante di tempo t-1, oppure al ciclo precedente.

Al passo 110 il parametro “sum†viene aumentato del valore ΔEicalcolato al passo 108, in modo da ottenere una somma accumulata di valori.

Al passo 112 viene verificato se il valore assoluto di una singola variazione ΔEià ̈ maggiore della soglia predefinita Î ́DE(trend veloce). In caso positivo il diagramma di flusso salta al passo 116, altrimenti prosegue al passo 114.

Al passo 114 viene verificato se il valore assoluto del parametro “sum†, ossia la somma di piccole variazioni, à ̈ maggiore della soglia predefinita Î ́DE(trend lento). In caso negativo il diagramma di flusso salta al passo 104. In caso positivo, prosegue al passo 116.

Al passo 116, viene trasmesso un messaggio nella rete 15 da parte del dispositivo 1 di misurazione di energia elettrica. Infatti, se la variazione descritta nei passi 112 e 114 Ã ̈ maggiore della soglia Î ́DE, allora vuol dire che esiste una dinamica che potrebbe impattare sullo stato a regime del sistema elettrico locale, di cui il dispositivo 1 Ã ̈ parte.

Il formato del messaggio elettronico può variare a seconda dell’implementazione concreta. Tuttavia, il messaggio deve almeno contenere: - un attributo che indica l’identità di un nodo remoto della rete 15, ad esempio l’identificativo del dispositivo 1;

- un riferimento temporale del momento di misura, o “timestamp†;

- un’informazione sui valori di energia elettrica che hanno innescato la trasmissione del messaggio, come ad esempio una delle coppie di attributi: (Eprev, Ei); (Eprev, ΔEi); (ΔEi, Ei).

La modalità “push†, ossia la trasmissione di dati dal dispositivo 1 alla rete 15, consente vantaggiosamente di controllare il sistema di cui il dispositivo 1 à ̈ parte. Grazie al riferimento temporale presente nel messaggio, i messaggi possono essere ordinati lungo una linea del tempo ed essere elaborati da un server del gestore in modalità “stateless†. È a questo fine che nel messaggio sono previsti almeno due valori di energia elettrica instantanea, uno precedente ed uno corrente, perché legati dalla formula Ei= Eprev+ΔEi, sufficiente per ricostruire il terzo valore della formula.

Il messaggio può inoltre contenere:

- un attributo che indica il destinatario del messaggio (singolo destinatario in unicast, un gruppo nel groupcast, oppure tutti nel broadcast);

- un attributo di variazione che indica il tipo variazione che ha innescato il messaggio; se il messaggio à ̈ stato innescato dal test del passo 112, allora l’attributo di variazione à ̈ “veloce†; se il messaggio à ̈ stato innescato dal test di passo 114, allora l’attributo di variazione à ̈ “lento†.

Le informazioni contenute nel messaggio sono opportunamente valutate dal gestore della rete 15, oppure da altri nodi facenti parte della rete operata dal gestore della rete 15 in quanto utili ai fini di controllo (SCADA) od altro.

Una volta trasmesso il messaggio, i parametri “sum†ed il contatore “i†vengono posti al valore zero, mentre il parametro “ΔEprev†viene posto al valore “ΔEi†ed il parametro “Eprev†viene posto all’ultimo valore “Ei†.

Un esempio di meta codice che implementa il metodo 100 Ã ̈ illustrato in Figura 3.

Alcuni contratti commerciali prevedono la limitazione dell’energia massima che può essere consumata da un’utenza elettrica, ad esempio 3 kWh. Vi à ̈ di norma una certa tolleranza del superamento di questo limite, resa nota anche nella documentazione contrattuale. Ad esempio, può essere consentito superare la limitazione dell’energia massima in misura non superiore del 30% per 5 minuti, oppure superare tale limitazione oltre il 30% per non più di 10 instanti di tempo successivi. In questi casi risulta utile avvisare acusticamente l’utente circa il verificarsi di queste condizioni, perché si rischia il distacco dell’utenza dalla rete.

Qualora il dispositivo 1 di misurazione di energia elettrica sia associato ad un’utenza elettrica che prevede la limitazione contrattuale del valore massimo di potenza consentita (ad esempio 3 kWh), e qualora le variazioni ΔEio il parametro “sum†corrispondano o superino valori massimi consentiti per un lasso di tempo pari, ad esempio, alla metà del tempo entro il quale l’azienda elettrica operi il distacco effettivo (nell’esempio 2,5 minuti), il dispositivo 1 di misurazione di energia elettrica avvisa l’utente acusticamente circa il rischio imminente del distacco dell’utenza elettrica, lasciando il tempo sufficiente (nell’esempio 2,5 minuti) per ridurre il consumo.

Quando si verifica una tale condizione, il dispositivo 1 di misurazione dell’energia elettrica può emettere un avviso acustico e/o ottico tramite i mezzi di segnalazione 17, in modo da avvisare l’utente di un possibile imminente distacco di energia elettrica.

Con riferimento alle Figure 4a e 4b, sono illustrati due grafici comparativi. Nel grafico superiore di Figura 4a viene illustrato il comportamento di un dispositivo di misurazione di energia elettrica secondo l’arte nota, in cui il dispositivo di misurazione invia in rete un campione al secondo (3600 campioni all’ora) di valori misurati, dal momento che tali campioni sono misurati con una logica “time driven†, ossia a predeterminati intervalli di tempo; nel grafico inferiore di Figura 4b viene illustrato un dispositivo 1 di misurazione di energia elettrica che implementa il metodo oggetto della presente invenzione, in cui i campioni inviati nello stesso periodo di tempo si riducono drasticamente a 77 (in 4 ore e mezzo) poiché il metodo secondo la presente invenzione prevede l’utilizzo di una logica “event driven†, ossia i valori sono trasmessi solo al verificarsi di determinati eventi, e cioà ̈ quando si verifica una fuoriuscita dei valori misurati dalla banda di oscillazione consentita dDE.

Un elaboratore di rete riceve ed elabora le dinamiche dei dispositivi 1 collegati in rete. L’elaboratore di rete à ̈ in grado di elaborare i dati provenienti da un segmento di rete oppure da un gruppo di nodi di rete al fine del bilanciamento della stessa o per altre finalità di business.

Dalla descrizione effettuata risultano pertanto chiare le caratteristiche della presente invenzione, così come chiari risultano i suoi vantaggi.

Un primo vantaggio della presente invenzione à ̈ che lo scambio di dati tra un dispositivo misuratore di energia elettrica ed un gestore di energia elettrica che gestisce tale dispositivo viene drasticamente ridotto, dal momento che la trasmissione di dati avviene solo in caso di superamento di una soglia tipicamente prestabilita (ad esempio dal gestore di rete, dalla compagnia elettrica o dall’utente del dispositivo).

Un secondo vantaggio della presente invenzione à ̈ che il dispositivo secondo la presente invenzione consente di gestire non solo le dinamiche di energia elettrica consumata da un utente (“consumer†), ma anche le dinamiche dell’energia prodotta (“producer†), le due misure essendo effettuabili simultaneamente (“prosumer†). L’eventuale inversione di flussi comporta unicamente la variazione del segno dei valori scalari misurati. Il sistema può quindi oscillare attorno una situazione di equilibrio determinata dalla banda -dDE< DEi< dDEe gestire in maniera conveniente il tipo di utente misto (“prosumer†).

Il metodo ed il dispositivo oggetto della presente invenzione possono trovare applicazione presso: un gestore della rete di distribuzione dell’energia elettrica a qualsiasi livello (bassa tensione, media tensione oppure alta tensione); una qualsiasi sub-topologia locale; possessori di siti di energie rinnovabili; vari partecipanti della catena del valore nel dominio elettrico.

Un utilizzo del metodo secondo la presente invenzione prevede l’impiego di una pluralità di dispositivi posti in rete ed interoperabili tramite il broadcast dei messaggi DE al fine di operare il load balancing proattivo in tempo reale.

Anziché misurare la qualità dell’energia tramite il fenomeno di abbassamento della frequenza a regime (il verificarsi della cosiddetta “under-frequency†, frequenza minore di 50 o 60 Hz nominali), la quale à ̈ una conseguenza di un eccessivo consumo di energia elettrica e non una causa, si misurano su un elaboratore centrale (l’equivalente del PDC nel caso dell’arte nota di misurazione di fasori tramite PMU) le dinamiche individuali dei dispositivi di misurazione di energia elettrica e le loro superposizioni (le loro somme) a qualsiasi livello.

Siccome il metodo oggetto della presente invenzione permette di catturare gli eventi che possono causare lo squilibrio, ovvero “imbalance†della rete (quindi le cause), questa cattura avviene prima che si verifichino le conseguenze (ovvero il fenomeno di “under-frequency†).

Normalmente il flusso di potenza à ̈ diretto da segmenti di alta e media tensione verso i segmenti in bassa tensione nella rete elettrica. Nel caso di generazione distribuita di energia elettrica, essa potrebbe invertire la direzione dei flussi. Ciò potrebbe essere dannoso per gli utenti. Calcolando le dinamiche energetiche in accordo al metodo secondo la presente invenzione, à ̈ computazionalmente più facile accorgersi dello sbilanciamento tra i flussi direzionali in ogni istante. Il sistema si trova nello stato stabile finché non accadono gli eventi cha ne alterano le dinamiche. Le dinamiche sono rilevate tramite il metodo oggetto della presente invenzione. Quindi il sistema à ̈ a conoscenza delle dinamiche in tempo reale e può calcolare l’inversione dei flussi operando le azioni necessarie.

Il metodo oggetto della presente invenzione à ̈ particolarmente vantaggioso per un energy broker che operi sul mercato libero, perché esso rende osservabili le dinamiche di consumo/produzione dell’energia elettrica in tempo reale, rendendo possibile catturare le cause delle dinamiche, anziché analizzarne le conseguenze. Calcolando in anticipo i fabbisogni energetici ed ottimizzando gli acquisti sul mercato liberalizzato, à ̈ vantaggiosamente possibile ottenere risparmi notevoli.

Inoltre à ̈ possibile partizionare dinamicamente un segmento di rete elettrica, al fine di ottenere il suo comportamento energetico desiderato, ad esempio evitando di iniettare energia elettrica nelle dorsali principali (consumo locale totale).

Un ulteriore utilizzo del metodo oggetto della presente invenzione può essere adottato da un sistema di produttori da fonte rinnovabile (solare, o altra fonte simile), che operano autonomamente, in maniera indipendente l’uno dall’altro. Il metodo oggetto della presente invenzione permette vantaggiosamente di rilevare eventi quali cali della produzione (a causa di un fattore meteo quale una nuvola nel caso fotovoltaico da fonte solare od altro agente esterno).

Anziché calcolare separatamente una previsione probabilistica per ogni nodo della rete, il metodo secondo la presente invenzione permette lo sfruttamento della conoscenza estratta utilizzandola per l’ottimizzazione globale. Quindi, il primo nodo affetto da un fenomeno energeticamente negativo può inviare in rete un messaggio avvertendo i nodi vicini. Tale evento viene ricevuto da altri partner della rete al fine di anticipare le decisioni e/o il controllo necessari nell’ottica del calo che sta per verificarsi anche presso detti partner, per via della traslazione spaziale del fenomeno.

L’equilibrio di carico à ̈ attualmente basato su previsioni probabilistiche. Il metodo oggetto della presente invenzione consente di aumentare la precisione delle previsioni per via delle componenti non probabilistiche. La migliore qualità di stima nella previsione di carico consente di ridurre lo squilibrio.

A titolo di esempio, in Italia nel 2009 la produzione da fonte eolica e fotovoltaica era di 66 TWh equivalenti a più di 660 MEuro (a 10 eurocent/kWh). Lo squilibrio stimato pari al 2% può essere ridotto ulteriormente. Utilizzando il metodo oggetto della presente invenzione ed ipotizzando un contributo pari al 50% (perché componenti aleatorie sostituite con termini certi), sarebbe ottenibile un risparmio pari a 0,13 TWh/anno oppure 6,6 MEuro/anno circa.

Numerose sono le varianti possibili al metodo per la gestione delle dinamiche di consumo e/o produzione di energia elettrica e relativo dispositivo descritto come esempio, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell'idea inventiva, così come à ̈ chiaro che nella sua attuazione pratica le forme dei dettagli illustrati potranno essere diverse, e gli stessi potranno essere sostituiti con degli elementi tecnicamente equivalenti.

Dunque à ̈ facilmente comprensibile che la presente invenzione non à ̈ limitata ad un metodo per la gestione delle dinamiche di consumo e/o produzione di energia elettrica e relativo dispositivo, ma à ̈ passibile di varie modificazioni, perfezionamenti, sostituzioni di parti ed elementi equivalenti senza però allontanarsi dall’idea dell’invenzione, così come à ̈ precisato meglio nelle seguenti rivendicazioni.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la gestione delle dinamiche di consumo e/o produzione di energia elettrica, comprendente i passi di: - campionare un flusso di energia elettrica misurabile tramite un dispositivo di misurazione (1) di energia elettrica appartenente ad una rete (15) di un gestore di energia elettrica; - calcolare ad intervalli regolari una variazione ΔEi= (Ei– Ei-1)/Δt, in cui Eied Ei- 1sono due valori di somme integrali di quantità di energia elettrica consolidate in un determinato numero di cicli e Δt rappresenta un intervallo temporale tra i rispettivi istanti di tempo in cui detti due valori sono ottenuti; - sommare tale variazione (ΔEi) ad analoghe variazioni calcolate in precedenti istanti di tempo in modo da ottenere una somma accumulata di tali variazioni; - trasmettere un messaggio in detta rete (15) da parte di detto dispositivo di misurazione (1) di energia elettrica nel caso in cui detta variazione e/o detta somma accumulata siano superiori ad un predeterminato valore di soglia (Î ́DE).
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto predeterminato valore di soglia (Î ́DE) Ã ̈ un valore costante.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto predeterminato valore di soglia (Î ́DE) à ̈ un valore percentuale di una quantità di energia elettrica misurata.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto determinato numero di cicli à ̈ un valore compreso tra 5 e 10.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto messaggio comprende: - un attributo che indica l’identità di detto dispositivo di misurazione di energia elettrica; - un’informazione sui valori di energia elettrica che hanno innescato la trasmissione di detto messaggio; - un riferimento temporale.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui detto messaggio comprende ulteriormente uno o più destinatari del messaggio e/o il tipo di variazione che ha innescato la trasmissione di detto messaggio.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto dispositivo di misurazione di energia elettrica à ̈ associato ad un’utenza elettrica, e qualora dette variazioni e/o detta somma accumulata siano superiori ad un valore massimo di energia elettrica per un determinato lasso di tempo, tale dispositivo di misurazione provoca il distacco dell’utenza elettrica dalla rete (15).
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui prima di detto distacco, detto dispositivo di misurazione di energia elettrica emette un avviso, in particolare di tipo acustico oppure ottico.
9. 9. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta rete (17) comprende un elaboratore di rete atto a gestire dette dinamiche di consumo e/o produzione, detto elaboratore di rete essendo in grado di elaborare i dati provenienti da un segmento di rete oppure da un gruppo di nodi di rete al fine del bilanciamento della stessa.
10. 10. Dispositivo (1) di misurazione dell’energia elettrica comprendente: - un modulo analogico (9) per rilevare tensione e corrente elettrica; - una unità di comunicazione (7) atta a trasmettere messaggi, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente un circuito digitale di misurazione (5) atto a ricavare valori di tensione e corrente elettrica istantanei ed a calcolare ad intervalli regolari una variazione ΔEi= (Ei– Ei-1)/Δt, in cui Eied Ei-1sono due valori di somme integrali di quantità di energia elettrica consolidate in un determinato numero di cicli e Δt rappresenta un intervallo temporale tra i rispettivi istanti di tempo in cui detti due valori sono ottenuti, ed a sommare tale variazione (ΔEi) ad analoghe variazioni calcolate in precedenti istanti di tempo in modo da ottenere una somma accumulata di tali variazioni; e dal fatto che detta unità di comunicazione (7) trasmette un messaggio in detta rete (15) nel caso in cui detta variazione e/o detta somma accumulata siano superiori ad un predeterminato valore di soglia (Î ́DE).
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, in cui detto modulo analogico (9) comprende una bobina di Rogowski.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui detto messaggio à ̈ trasmesso in detta rete (15) tramite un protocollo di tipo powerline.