Progettazione e sviluppo di uno smart meter per la corretta contabilizzazione dei consumi e la gestione dei flussi di energia nelle smart grid

The research activity performed, has had as its objective the design, implementation and validation of a smart meter for measuring electricity consumption and quality, with the aim of managing energy flows in the nodes of a smart grid. A smart meter was developed and experimentally validated, able to manage the bidirectional energy flows between the different nodes of the grid, both considering the possible accumulations from renewable sources and the energy demands, and at the same time monitoring the quality of the electricity transiting in the grid. To achieve the aim, the state of the art related to smart grids, smart metering, and power quality measurement has been studied in depth, and an analysis was carried out on the measurement methods used for the acquisition of voltage and current signals, to be processed for power calculation. Following this, a Real Time acquisition device was chosen, with which the programming and development of the code on the LabVIEW platform was carried out for the realization of the smart meter. Measurement metrics were defined for power calculation and analysis of energy quality parameters and the instrument was calibrated. Regarding the concept of smart grid and management of energy flows, where the synchronization of the measurement devices distributed in the network is important, a good part of the work was dedicated to the study of synchronization protocols and to the application of the Precision Time Protocol to smarts meter made. Furthermore, an automatic station for management and control the grid was designed and tested, from which it is possible to monitor and interact with different smart meters simultaneously and to know their position in the network Another part of the research activity carried out concerns the analysis of the behavior of different types of loads in the presence of a sinusoidal and distorted supply, with the aim of defining innovative measurement metrics. To carry out these studies, an automatic station has been realized that allows you to check the instruments, perform measurements and save data.

L’attività di ricerca svolta, ha avuto come obiettivo la progettazione, realizzazione e validazione di uno smart meter per la misura dei consumi e della qualità dell’energia elettrica, finalizzata alla gestione dei flussi di energia nei nodi di una smart grid. Per risolvere alcune problematiche della nascente smart grid, tra cui la gestione dei flussi di energia, che sono diventati bidirezionali, e richiedono un’attenzione maggiore per realizzare una distribuzione ottima dell’energia, è stato sviluppato e validato sperimentalmente uno smart meter in grado di gestire i flussi di energia tra i diversi nodi della rete, sia considerando i possibili accumuli da fonte rinnovabile sia le richieste di energia, e allo stesso tempo monitorare la qualità dell’energia elettrica. Per raggiungere l’obiettivo è stato approfondito lo stato dell’arte relativo alle smart grid, allo smart metering, alla misura della power quality, alla definizione delle metriche di misura, ed è stato condotto un approfondimento sulle problematiche di gestione della rete. Per svolgere le attività di progettazione è stata scelta una scheda di acquisizione Real Time, con cui è stata svolta l’attività di programmazione e sviluppo del codice, su piattaforma LabVIEW, per la realizzazione dello smart meter. Nel contesto della smart grid e della gestione dei flussi di energia, è importante la sincronizzazione dei dispositivi di misura distribuiti nella rete. È stata dedicata una buona parte, dell’attività di ricerca, alla sincronizzazione degli smart meter, con l’obiettivo di sviluppare la stazione automatica di controllo della rete, da cui è possibile monitorare e interagire con diversi smart meter simultaneamente e conoscere la loro posizione nella rete, in modo da poter gestire in modo ottimale i flussi di energia. Un'altra problematica affrontata riguarda la contabilizzazione dei consumi di energia elettrica. La seconda parte, dell’attività di ricerca, è stata dedicata all’analisi del comportamento di diverse tipologie di carichi in presenza di regime sinusoidale e distorto, con lo scopo di definire delle metriche di misura innovative. Per eseguire questi studi è stata realizzata una stazione automatica che permette di controllare gli strumenti, eseguire le misure e salvare i dati.