Gli inverter per la formazione di reti trovano il loro posto nelle grandi reti: possono fare quello che dicono?

Fino a poco tempo fa, le applicazioni pratiche degli inverter grid-forming (GFM) erano limitate alle microreti isolate e alle applicazioni di rete più piccole, dell'ordine di poche decine di megawatt.

Negli ultimi 12 mesi, il panorama è cambiato rapidamente, con più di 10 progetti dell’ordine di diverse centinaia di megawatt sviluppati in tutto il mondo per applicazioni di sistemi energetici di massa.

Tuttavia, questa tecnologia non è ben compresa se applicata su mega scala. Ciò diventerà ancora più importante in futuro, quando probabilmente assumerà il ruolo che i generatori sincroni hanno svolto per diversi decenni come cavallo di battaglia nel sostegno alla stabilità del sistema.

Questo post sul blog mira a fornire un riepilogo delle capacità, dei limiti e delle considerazioni note di GFM dal punto di vista della modellazione del sistema energetico e delle prestazioni tecniche, con particolare attenzione agli studi sull'interconnessione della rete e alla pianificazione e al funzionamento del sistema energetico.

Oltre alla modellazione transitoria del dominio dei fasori (PDT) convenzionale, la modellazione dei transitori elettromagnetici (EMT) sta diventando sempre più importante per l'analisi dinamica dei sistemi di alimentazione in scenari con un'elevata percentuale di risorse basate su inverter (IBR).

Entrambi i modelli EMT e PDT possono essere sotto forma di modelli specifici del progetto (con parametri del sistema di controllo dell'inverter specifici del sito) o modelli generici. Ciascuno dei modelli EMT e PDT e, a loro volta, i modelli generici e specifici del progetto, presentano determinate applicazioni e limitazioni che ne giustificano l'uso complementare nella pianificazione e nel funzionamento dei sistemi energetici e negli studi di interconnessione della rete.

Ciò vale sia per gli inverter grid-following (GFL) che per gli inverter GFM. Questo perché la struttura di controllo di entrambi i tipi di inverter è molto simile con obiettivi di controllo diversi.

I malintesi comuni associati alla modellazione GFM includono:

– L’opinione secondo cui la modellazione PDT ha un’applicazione limitata o nulla per GFM poiché questa tecnologia è destinata principalmente a scenari con IBR elevato con pochissimi o nessun generatore sincrono online, portando alla scelta ovvia della modellazione EMT.

– Dall’altro lato dello spettro, la percezione che, poiché gli IBR GFM solitamente emulano diverse caratteristiche di una macchina sincrona, la modellazione PDT sarebbe sufficiente come è sempre stato per le macchine sincrone.

L'esperienza fino ad oggi indica che i modelli EMT forniti dai produttori di apparecchiature originali (OEM) per gli studi sulla connessione alla rete sono spesso robusti e accurati e comunemente una rappresentazione fedele del codice di controllo effettivo dell'inverter.

Sono stati osservati vari gradi di robustezza e accuratezza per i modelli PDT GFM. Questo perché lo sviluppo del modello PDT richiede l'applicazione di ipotesi semplificatrici e uno sviluppo manuale che richiede più tempo per sviluppare, mettere a punto, verificare e maturare il modello.

Detto questo, i modelli PDT di GFM di alcuni OEM offrono robustezza e precisione paragonabili ai migliori modelli di GFL specifici per progetto. Il benchmarking dei modelli EMT e PDT offrirà l'opportunità di comprendere e affrontare potenziali problemi iniziali nei modelli PDT.

Tuttavia, è necessario prestare attenzione, poiché gli strumenti PDT potrebbero non essere intrinsecamente in grado di mostrare le stesse prestazioni dinamiche di un modello EMT per tutte le possibili condizioni operative, ad esempio condizioni di bassa resistenza del sistema.

La necessità di modelli GFM specifici del fornitore e del progetto per gli studi sull’interconnessione della rete è chiara. Ciò consente una valutazione accurata del contributo positivo di questa tecnologia al sistema energetico più ampio, inclusa la fornitura di una resistenza del sistema sufficiente per il funzionamento stabile dei vicini IBR GFL.

Inoltre, l'uso dei modelli specifici del progetto consentirà di valutare e affrontare eventuali potenziali interazioni avverse del sistema di controllo con altri IBR GFM e GFL nella rete; Gli inverter GFM sono comunque in grado di interagire con altri inverter con larghezza di banda di controllo simile.

Infine, diversi OEM hanno implementato diverse filosofie di controllo GFM; attualmente si possono trovare prodotti commerciali basati su generatore/macchina sincrona virtuale, droop e controllo della potenza sincrona. Esistono diverse combinazioni e permutazioni all'interno di ciascuna di queste categorie. Pertanto, non è prudente utilizzare modelli generici per gli studi sull’interconnessione della rete.