Metrology for efficient grid-forming converters to stabilise future power grids

GRIDFORM – Metrologia dla wydajnych konwerterów grid-forming stabilizujących sieci energetyczne przyszłości

W obliczu transformacji energetycznej Europy i gwałtownego wzrostu udziału odnawialnych źródeł energii (OZE), utrzymanie stabilności sieci elektroenergetycznej staje się coraz większym wyzwaniem.
Projekt 24GRD08 GridForm – Metrology for efficient grid-forming converters to stabilize future power grids odpowiada na to wyzwanie, tworząc podstawy nowej infrastruktury metrologicznej dla sieci opartych na konwerterach grid-forming (GFM).

Konwertery GFM to zaawansowane urządzenia energoelektroniczne, które potrafią aktywnie stabilizować napięcie i częstotliwość sieci, pełniąc funkcję dawnych generatorów synchronicznych – ale w systemach, gdzie dominują odnawialne źródła energii. Dzięki temu możliwe staje się zwiększenie udziału OZE bez utraty stabilności pracy sieci.

Kontekst i potrzeba projektu

Zgodnie z Europejskim Prawem Klimatycznym z 2021 r. i założeniami Europejskiego Zielonego Ładu (Green Deal 2050), Unia Europejska dąży do osiągnięcia neutralności klimatycznej do 2050 roku. Aby zrealizować ten cel, ponad 80% energii elektrycznej ma pochodzić z odnawialnych źródeł.
Taki model wymaga jednak zupełnie nowego podejścia do sterowania i pomiaru zjawisk w sieci elektroenergetycznej. Wraz ze wzrostem liczby urządzeń energoelektronicznych rośnie ryzyko niestabilności, spadku jakości energii i strat mocy.

Dlatego GridForm koncentruje się na opracowaniu procedur, standardów i infrastruktury pomiarowej, które umożliwią wiarygodną ocenę działania i efektywności konwerterów GFM – zarówno w laboratoriach, jak i w warunkach rzeczywistych.

Cele projektu

Głównym celem projektu GridForm jest zwiększenie stabilności i bezwładności sieci elektroenergetycznych z dużym udziałem źródeł odnawialnych poprzez rozwój infrastruktury metrologicznej umożliwiającej odniesione do wzorca (traceable) testy i ocenę wydajności konwerterów grid-forming.

Cele szczegółowe obejmują:
opracowanie stanowisk testowych (testbeds) do oceny konwerterów GFM w warunkach rzeczywistych, umożliwiających symulację częstotliwości, jakości energii i stabilizacji napięcia;

stworzenie metod pomiarowych do oceny funkcjonalnych właściwości konwerterów w zakresie:
– wspierania częstotliwości (inercja i odpowiedź dynamiczna),
– stabilizacji napięcia,
– poprawy jakości energii (power quality);

opracowanie metod pomiaru sprawności energetycznej konwerterów podłączonych do sieci w warunkach dynamicznych;

opracowanie szybkich algorytmów i układów pomiarowych do testów terenowych GFM (on-site) z pasmem pomiarowym do 5 kHz;

współpracę z organizacjami standaryzacyjnymi IEC TC8, TC22F, TC38 i CENELEC TC8X, by opracowane metody stały się częścią przyszłych norm europejskich

Oczekiwane rezultaty

Projekt przyczyni się do powstania:

nowych europejskich laboratoriów testowych i stanowisk pomiarowych dla konwerterów GFM,
metod i algorytmów pomiarowych umożliwiających analizę strat energii i zjawisk przejściowych z dokładnością 0,1%,
przewodników dobrych praktyk oraz zaleceń dla przemysłu i operatorów sieci,
nowych usług kalibracyjnych i systemów walidacji w zakresie wysokiej dynamiki i szerokiego pasma,
propozycji zmian w standardach i kodeksach sieciowych,
a w efekcie – zwiększenia zaufania do stosowania konwerterów grid-forming w systemach.

Wpływ społeczny, naukowy i gospodarczy

Badania prowadzone w ramach GridForm pozwolą:
zwiększyć niezawodność i bezpieczeństwo europejskich sieci energetycznych,
rozwinąć nowe techniki pomiarowe i kalibracyjne,
wesprzeć konkurencyjność producentów i laboratoriów pomiarowych w Europie,
przyspieszyć transformację energetyczną w kierunku neutralności klimatycznej,
umocnić pozycję Europy jako światowego lidera w dziedzinie metrologii dla energetyki odnawialnej.

Konsorcjum projektu

Projekt 24GRD08 GridForm realizowany jest przez konsorcjum o szerokim zasięgu europejskim, łączące instytuty badawcze, uczelnie techniczne, producentów urządzeń i operatorów sieci elektroenergetycznych.

W skład konsorcjum wchodzą:

RISE – Koordynator projektu – RISE Research Institutes of Sweden AB (RISE), Szwecja
LNE – Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE), Francja
INRIM – Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM), Włochy
PTB – Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Niemcy
NPL – National Physical Laboratory (NPL), Wielka Brytania
VSL – VSL National Metrology Institute (VSL), Holandia
VTT – VTT Technical Research Centre of Finland Ltd, Centre for Metrology MIKES (MIKES), Finlandia
CIRCE – Fundacion Circe Centro de investigacion de recursos y consumos energeticos, Hiszpania
HRW – Hochschule Ruhr West, Niemcy
Łukasiewicz – ITR – Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Tele- i Radiotechniczny, Polska
TU Dresden – Technische Universität Dresden, Niemcy
TU Eindhoven – Technische Universiteit Eindhoven, Niderlandy (Holandia)
Uni Campania – Università degli studi della Campania Luigi Vanvitelli, Włochy
UPV/EHU – Universidad del Pais Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea, Hiszpania
University of Twente – Universiteit Twente, Niderlandy (Holandia)
STRATH – University of Strathclyde, Glasgow, Wielka Brytania

Konsorcjum współpracuje ściśle z organizacjami standaryzacyjnymi IEC i CENELEC, aby zapewnić, że opracowane metody i procedury będą zgodne z przyszłymi wymaganiami norm europejskich.

Finansowanie i partnerstwo

Projekt GridForm (24GRD08) otrzymał finansowanie z European Partnership on Metrology, współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach programu Horizon Europe oraz przez państwa uczestniczące.

Więcej informacji na stronie:

https://www.euramet.org/project-24GRD08