Robust, Asynchronous and Distributed Algorithms for Control and Estimation in Smart Grids

A partire dalla seconda metà del XX secolo, i continui cambiamenti climatici, il crescente tasso di inquinamento ed il connesso desiderio di una maggior indipendenza energetica, hanno spinto molti governi ad intensificare gli investimenti in tecnologie dedicate allo sviluppo energetico. Conseguentemente, si è potuto assistere e si sta tuttora assistendo ad un profondo rinnovamento della struttura fisica della rete elettrica a livello di produzione, trasmissione e distribuzione dell'energia. L'investimento nello sviluppo di tecnologie dedicate alla generazione di energia da fonti rinnovabili, come il fotovoltaico, l'eolico, l'idroelettrico e le biomasse, si è rivelata una strategia comune e vincente al fine di affrontare contemporaneamente le problematiche di natura ambientale e economica. Di particolare successo si è dimostrato lo sviluppo dei cosiddetti microgeneratori, ovvero generatori di dimensioni ridotte se confrontati con i classici impianti di produzione. Questi possono essere facilmente dislocati nei pressi dei diretti utilizzatori dell'energia elettrica (consumers) ed interfacciati alla rete elettrica di distribuzione attraverso particolari dispositivi elettronici, chiamati inverters, dando così vita a quella che è comunemente chiamata rete di fonti distribuite di energia (Distributed Energy Resources DERs). La diffusione di generatori di questo tipo oltre a permettere una distribuzione capillare dell'energia, comporta la nascita di una nuova figura economica nota come prosumer (prosumer = producer + consumer): l'utilizzatore può decidere di diventare parzialmente responsabile della produzione di energia tramite i micro-generatori, diventando a sua volta produttore (producer). E' facilmente intuibile l'impatto che una figura di questo genere avrebbe in un processo di liberalizzazione del mercato economico dell'energia, il quale non sarebbe più regolato da pochi grandi produttori ma, piuttosto, basato sulla sinergia e l'equilibrio di una moltitutdine di piccoli produttori/consumatori (prosumers). Un tale scenario energetico risulta in contrasto con l'attuale struttura fisica della rete elettrica. Quest'ultima è stata infatti pensata e progettata per permettere un flusso di energia di tipo top-down in cui, a partire dal produttore, l'energia giunge al consumatore in maniera unidirezionale. Una rete elettrica dominata da prosumers prevederebbe invece un flusso energetico di tipo bottom-up, il quale partendo dal basso, risale per essere eventualemente redistribuito. Al fine di permettere lo sviluppo di un mercato liberalizzato e popolato di prosumers, è necessaria un'oculata progettazione e controllo degli inverters attraverso i quali i micro-generatori si interfacciano alla rete. Questo lavoro di tesi si occupa di alcuni degli aspetti fondamentali da considerare durante la gestione ottimale di una rete elettrica. Durante il lavoro, si è posta particolare attenzione allo sviluppo di tecniche di controllo ed algoritmi di natura distribuita ovvero che necessitano solo uno scambio di informazione locale tra gli agenti costituenti le rete. Tale classe di algoritmi di ottimizzazione e controllo risultano intrinsecamente adatti ad essere implementati e sfruttati in sistemi complessi e di larghe dimensioni come le reti elettriche.