RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Individuazione di nuove metodologie e realizzazione di strumentazione innovativa per la qualificazione metrologica di misuratori di energia elettrica operanti anche in regime non sinusoidale

Università di riferimento

Università degli Studi "Mediterranea" di REGGIO CALABRIA - INFORMATICA, MATEMATICA, ELETTRONICA E TRASPORTI - ()

Responsabile dell'Unità di ricerca

Claudio Roberto Maria De Capua

Descrizione

Il progetto di ricerca interuniversitaria, di cui fa parte la presente Unità Operativa, ha come obiettivo la caratterizzazione metrologica e taratura di misuratori di potenza ed energia. In questo ambito, il compito specifico della Unità di Ricerca è quello dell'ottimizzazione delle procedure di conferma metrologica della strumentazione di misura operante in regime non sinusoidale. Il programma di ricerca prevede una durata complessiva di 24 mesi, durante la quale le attività saranno articolate nelle seguenti quattro fasi:

1. Sviluppo di un modello analitico finalizzato alla definizione delle caratteristiche metrologiche ottimali del sistema di misura.
Le procedure attualmente esistenti in letteratura forniscono pratiche linee guida per la determinazione delle specifiche di progetto, ma spesso tali specifiche non sono correlate con l'effettivo impiego del sistema o con gli obiettivi finali del processo di misurazione. Dunque, risulta necessario un approfondimento metodologico volto allo sviluppo di un modello analitico che consenta la definizione delle caratteristiche metrologiche richieste al sistema di misura operante in regime non sinusoidale. A tale scopo sarebbe utile individuare il tipo di legame funzionale esistente tra l'incertezza del sistema di misura ed alcuni parametri interni (sezione di condizionamento analogico, sezione di campionamento e di conversione analogico/digitale, sezione di elaborazione numerica, etc.) che ne caratterizzano il funzionamento. Così facendo diviene possibile prevedere la variazione dell'incertezza di misura in funzione di una variazione del valore che tali parametri assumono. È fondamentale, in questo caso, saper opportunamente riconoscere il contributo di incertezza di ciascuna sezione e come questa si propaga attraverso il sistema di misura; in caso contrario, si correrebbe il rischio di sprecare risorse economiche alla ricerca di componenti ad elevate prestazioni senza raggiungere le specifiche desiderate. Ciò significa che, fissata l'incertezza di misura tollerata, la procedura ottimizzata suggerisce la modalità ottimale di configurazione parametrica del sistema di misura anche in considerazione del costo del sistema di misura stesso. Considerato l'elevato numero di parametri in gioco e la necessità di attivare una certa combinazione di regole decisionali, potrebbe essere vantaggioso utilizzare una metodologia basata su un approccio di tipo fuzzy.
In questa fase, dunque, si procederà allo sviluppo di un modello analitico che consenta la definizione delle caratteristiche metrologiche richieste al sistema di misura per operare entro desiderati livelli di confidenza in presenza di regime non sinusoidale. In accordo con quanto previsto dalla vigente normativa, un modello statistico consentirà in fase di progetto di determinare le specifiche più opportune che il sistema di misura deve presentare onde garantire prefissate prestazioni. La qualificazione del disegno del sistema è ottenuta stimando la massima incertezza di misura che lo stesso al più deve possedere per garantire un livello tollerabile di attendibilità e consistenza sui dati da esso forniti, in accordo ai desiderati obiettivi di qualità da perseguire ed in funzione dei parametri che ne caratterizzano il funzionamento. Inoltre, tale modello, dovrà tenere in considerazione la variazione delle caratteristiche metrologiche definite in presenza di disturbi elettromagnetici esterni (presenza di disturbi EMC condotti o radiati quali distorsione armonica e interarmonica, flicker, sag, etc.) in quanto tali parametri esterni determinano un decadimento delle prestazioni della strumentazione di misura.

2. Ottimizzazione delle procedure di conferma metrologica dei misuratori di energia.
Ogni strumento o dispositivo di misura è soggetto ad un inevitabile declino delle proprie prestazioni col passar del tempo, sicché, allo scopo di garantirne l’attendibilità dei risultati forniti è necessario eseguire periodicamente test e tarature. Un processo di taratura consente di testare se lo strumento si trovi o meno in uno stato di ‘in-tolleranza’ entro accettabili livelli, a seconda dell’obiettivo di qualità che si intende perseguire. Sistematiche e metodiche tarature consentono di tenere sotto controllo l’incertezza strumentale. Se da un lato ciò permette di garantire l’affidabilità dello strumento, dall’altro comporta costi significativi e non sempre sostenibili. Pertanto, risulta importante la determinazione di intervalli di taratura cosiddetti ‘ottimi’, ovvero che consentano di ridurre, durante l’intervallo di mantenimento, l’occorrenza di possibili stati di ‘fuori-tolleranza’.
Questa fase, dunque, sarà dedicata allo sviluppo ed ottimizzazione di una procedura per la determinazione degli intervalli di taratura per misuratori di energia. Nello specifico verrà adottato un innovativo e metodico approccio per la stima degli intervalli ‘ottimi’ di taratura. Scopo della procedura è qualificare la conferma metrologica della strumentazione considerata attraverso la determinazione degli intervalli di mantenimento più appropriati. In questo modo, in accordo ad un desiderato target di affidabilità strumentale da garantire, sarà possibile ridurre l’evenienza di uno stato di ‘fuori-tolleranza’ entro accettabili livelli. Al fine di conseguire l’ottimizzazione della procedura saranno valutati i rischi riguardanti la decisione da assumere sullo stato operativo dello strumento, determinando così l’impatto dell’incertezza di taratura sulla stima del tempo di mantenimento, in conformità con quanto previsto dagli Standard del settore e le linee guida della serie ISO-9000 per l’assicurazione della qualità.

3. Verifica sperimentale delle procedure di ottimizzazione sviluppate.
In questa fase si procederà con la verifica sperimentale dei modelli e delle procedure di ottimizzazione realizzate. Per tale scopo verrà messo a punto uno strumento di misura riconfigurabile, basato su tecnologia FPGA, dotato di un’architettura programmabile, tale da consentire misure di potenza ed energia in presenza di condizioni non sinusoidale, ed attraverso il quale i modelli e le procedure saranno testati nelle diverse condizioni operative. In particolare, verranno approfondite le condizioni operative relative ai sistemi elettrici di alimentazione in presenza di carichi non lineari di diverso tipo (azionamenti elettronici di motori a commutazione forzata, azionamenti elettronici di motori a commutazione naturale, unità UPS, climatizzatori dotati di inverter PWM,...) per verificare se, ed in che modo, regimi non sinusoidali differenti, per intensità e per tipo, influenzano in modo sensibile il decadimento nel tempo delle caratteristiche metrologiche dello strumento.
Eventuali criticità emerse in fase di verifica sperimentale costituiranno un feedback per le fasi precedenti e per le altre Unità di Ricerca, suggerendo eventuali interventi di riprogettazione marginale dei modelli e procedure di qualificazione individuati.

4. Integrazione e validazione
Quest'ultima fase verrà rivolta alle attività di sintesi per l'armonizzazione dei risultati all'intero progetto, integrando i risultati della presente Unità Operativa con quelli parziali delle altre unità, allo scopo di verificarne il funzionamento congiunto.