ServicenavigationHauptnavigationTrailKarteikarten


Forschungsstelle
BFE
Projektnummer
SI/502668
Projekttitel
Formidable – Community-Microgrid with Grid-Forming Inverters Equipped with Improved Damping and Virtual Inertia: Their Role on Grid Reliability and Resilience
Projekttitel Englisch
Formidable – Community-Microgrid with Grid-Forming Inverters Equipped with Improved Damping and Virtual Inertia: Their Role on Grid Reliability and Resilience

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Kurzbeschreibung
-
Anzeigen
-
Anzeigen
Schlussbericht
Anzeigen
Anzeigen
-
Anzeigen

Erfasste Texte


KategorieText
Kurzbeschreibung
(Englisch)

The project aims to explore the role of community microgrids in enhancing the reliability and resilience of the grid. A community microgrid coordinates several grid-forming inverters (GFMIs), equipped with improved damping and virtual inertia, within a distribution grid in both standalone and grid-connected operational modes. Through simulations and experimental validation, this study will propose a decentralized control strategy for GFMIs within a community microgrid. The project will investigate the advantages and effectiveness of the proposed community microgrid framework, including improved grid reliability and resilience as well as supporting grid restoration. The project will also examine the technical risks of voltage instability, load imbalance, and short circuits in both operational modes to determine adequate control measures and protection strategies.

Kurzbeschreibung
(Französisch)

Le projet vise à explorer le rôle des micro-réseaux communautaires dans l’amélioration de la fiabilité et de la résilience du réseau. Ceux-ci coordonnent plusieurs onduleurs générateurs de réseau (GFMIs), équipés d’un amortissement amélioré ainsi que d’une inertie virtuelle, au sein d’un réseau de distribution local et peuvent fonctionner en mode connecté au réseau et en mode autonome. Grâce à des simulations et à une validation expérimentale, cette étude proposera une stratégie de contrôle décentralisé pour les GFMIs au sein d’un micro-réseau communautaire. Le projet étudiera les avantages ainsi que l’efficacité du système proposé à participer à l’amélioration de la fiabilité et à la résilience du réseau, ainsi que du soutien à la restauration du réseau. Le projet examinera également les risques techniques tels que l’instabilité de la tension, le déséquilibre de charges ainsi que des courts-circuits, dans les deux modes d’exploitation. Les mesures de contrôle et de protection adéquates seront ensuite déterminées.

Schlussbericht
(Deutsch)

Der Übergang von synchronen Generatoren zu inverterbasierten dezentralen Energieerzeugern in modernen Stromnetzen stellt Stabilitätsherausforderungen dar, da netzfolgende Wechselrichter nicht in der Lage sind, die Trägheitsreaktionen synchroner Generatoren nachzubilden. Netzbildende Wechselrichter hingegen können diese Eigenschaften imitieren und die Stabilität, Zuverlässigkeit und Resilienz des Netzes verbessern, insbesondere bei Stromausfällen.

Ziel dieses Projekts ist es, die Vorteile und Risiken netzbildender Wechselrichter zu untersuchen, insbesondere durch die Bewertung ihres Einflusses auf die Zuverlässigkeit und Resilienz eines gemeinschaftlichen Mikronetzes. Darüber hinaus soll ein Rahmenkonzept für Netzwiederherstellung und Resilienz entwickelt sowie die Entscheidungsfindung für den Einsatz neuer dezentraler Energiequellen verbessert werden. Zu diesem Zweck werden Regelungsalgorithmen für netzbildende Wechselrichter entwickelt und experimentelle Hardware aufgebaut und in einer Laborumgebung eines gemeinschaftlichen Mikronetzes getestet.

Die erste Phase des Projekts umfasst die theoretische Entwicklung der Primärregelung eines netzbildenden Wechselrichters, des Überlastschutzes sowie des Managements unsymmetrischer Lasten. In der zweiten Phase werden zwei experimentelle Wechselrichter aufgebaut, in ein gemeinschaftliches Labormikronetz integriert sowie programmiert und getestet. Dadurch kann das Forschungsteam die Fähigkeit netzbildender Wechselrichter demonstrieren, ein gemeinschaftliches Mikronetz unter realen Bedingungen zu erzeugen und aufrechtzuerhalten, sowie verschiedene praktische Vorgänge wie Schwarzstart, Synchronisation und Kurzschlusstests durchführen. Die dritte und letzte Phase des Projekts erweitert den Ansatz um eine energietechnische Systemperspektive, bei der die Ergebnisse der Implementierungsexperimente unter realistischen Netzbedingungen bewertet werden. In diesem Zusammenhang wird besonderes Augenmerk auf die Rolle netzbildender Wechselrichter bei der Verbesserung der Netzzuverlässigkeit und -resilienz gelegt. Darüber hinaus werden potenzielle Vorteile und damit verbundene Risiken in Niederspannungsnetzen in einer Simulationsumgebung analysiert, basierend auf den Erkenntnissen aus den Implementierungsexperimenten.

Schlussbericht
(Englisch)

The transition from synchronous generators to inverter-based distributed energy resources in modern power grids poses stability challenges due to the inability of grid-following inverters to emulate the inertial responses of synchronous generators. Grid-forming inverters, however, can mimic these characteristics and improve grid stability, reliability, and resilience, especially during power outages.

This project aims to explore the benefits and risks of grid-forming inverters, particularly by assessing their impact on a community microgrid’s reliability and resilience. The project also seeks to develop a framework for grid restoration and resilience, as well as enhance decision-making for deploying new distributed energy resources. To do this, the control algorithms for grid-forming inverters are developed, and experimental hardware is built and tested in a laboratory community microgrid configuration.

The first phase of the project is to do the theoretical development of the primary control of the grid-forming inverter, the overload protection, and the management of unbalanced loads. The second phase is to assemble two experimental inverters, to integrate them into a laboratory community microgrid, as well as to program and test them. This allows the research team to demonstrate the ability of grid-forming inverters to generate and sustain a community microgrid in real life, as well as perform different practical manoeuvres such as black start, synchronization and short-circuit tests. The third and final phase of the project is to add a power systems approach where the results from the implementation experiments are evaluated under realistic grid conditions. In this context, particular focus is placed on the role of grid-forming inverters in enhancing grid reliability and resilience. Furthermore, the potential advantages and associated risks in low-voltage networks are assessed within a simulation environment, building upon the findings from the implementation experiments.

Zugehörige Dokumente
Schlussbericht
(Französisch)

La transition des générateurs synchrones vers des ressources énergétiques distribuées basées sur des onduleurs dans les réseaux électriques modernes pose des défis en matière de stabilité, en raison de l’incapacité des onduleurs suiveurs de réseau à reproduire les réponses inertielles des générateurs synchrones. En revanche, les onduleurs formant réseau peuvent imiter ces caractéristiques et améliorer la stabilité, la fiabilité et la résilience du réseau, notamment en cas de coupure de courant.

Ce projet vise à explorer les avantages et les risques des onduleurs formant réseau, en particulier en évaluant leur impact sur la fiabilité et la résilience d’un microréseau communautaire. Il cherche également à développer un cadre pour la restauration du réseau et sa résilience, ainsi qu’à améliorer la prise de décision concernant le déploiement de nouvelles ressources énergétiques distribuées. Pour ce faire, des algorithmes de commande pour les onduleurs formant réseau sont développés, et du matériel expérimental est conçu et testé dans une configuration de microréseau communautaire en laboratoire.

La première phase du projet consiste à développer théoriquement la commande primaire de l’onduleur formant réseau, la protection contre les surcharges et la gestion des charges déséquilibrées. La deuxième phase consiste à assembler deux onduleurs expérimentaux, à les intégrer dans un microréseau communautaire de laboratoire, ainsi qu’à les programmer et les tester. Cela permet à l’équipe de recherche de démontrer la capacité des onduleurs formant réseau à créer et maintenir un microréseau dans des conditions réelles, ainsi qu’à réaliser diverses manœuvres pratiques telles que le démarrage à froid (black start), la synchronisation et les essais de court-circuit. La troisième et dernière phase du projet consiste à adopter une approche systèmes électriques, où les résultats des expériences de mise en œuvre sont évalués dans des conditions de réseau réalistes. Dans ce cadre, une attention particulière est portée au rôle des onduleurs formant réseau dans l’amélioration de la fiabilité et de la résilience du réseau. En outre, les avantages potentiels et les risques associés dans les réseaux basse tension sont évalués dans un environnement de simulation, en s’appuyant sur les résultats des expérimentations.