• droop control
• fer
• gfl
• gfm
• hvdc
• ibr
• pll
• vsm

Nel contesto attuale, in cui la decarbonizzazione rappresenta un obiettivo primario, unito a un incremento costante della domanda di energia, il sistema elettrico si pone al centro di una profonda trasformazione verso un'integrazione progressiva di Fonti di Energia Rinnovabile (FER) e sistemi di connessione HVDC (High Voltage Direct Current). Tali sviluppi richiedono un crescente impiego di convertitori, presenti anche come ampia varietà di carichi, portando a reti elettriche caratterizzate da una rilevante presenza di dispositivi statici di conversione che sostituiscono progressivamente i generatori sincroni tradizionali. Questi ultimi sono dotati di un'inerzia naturale legata alle masse rotanti e, in presenza di cambiamenti della domanda energetica, accelerano o decelerano, determinando una variazione della potenza erogata. Per contro, l'aumento di convertitori in rete, riduce l'inerzia del sistema e quindi la capacità di risposta dinamica alle perturbazioni. D'altra parte, i dispositivi elettronici, sono in grado di emulare le dinamiche sincrone mediante strategie di controllo, riconducibili alle modalità Grid Following (GFL) e Grid Forming (GFM). La differenza fondamentale tra le due risiede nel fatto che la prima, attualmente implementata nella maggior parte dei dispositivi connessi in rete, possiede un sistema di sincronizzazione che "segue" il riferimento di rete e regola i parametri di tensione e frequenza in uscita al dispositivo in funzione della rete stessa. Diversamente, i convertitori GFM generano, indipendentemente dalla rete, un riferimento di tensione e frequenza ai propri morsetti. Per il GFL la dipendenza dalla rete può risultare critica e, in condizioni di rete deboli, si manifesta come instabilità, mentre il GFM con la sua logica autosincronizzante si dissocia dalle criticità in condizioni di debolezza del sistema. Questo aspetto consente di costituire un controllo GFM che emuli le caratteristiche dei generatori sincroni (Droop Control e Virtual Synchronous Machine, VSM) progettato come un sistema elettromeccanico che trova pieno riscontro nelle dinamiche analizzate in termini di poli complessi e nelle risposte temporali simulate in caso di rete ideale. Le osservazioni relative all'adattamento alle varie condizioni di rete, in particolare per il caso GFM-VSM, sono validate su un contesto caratterizzato da un'elevata penetrazione di fonti di energia rinnovabile e inerzia ridotta, basato su uno scenario previsionale della rete della Sardegna. Si evidenzia che la strategia GFM consente di preservare la stabilità operativa anche in totale assenza di generazione convenzionale, e che offre una reale possibilità di integrarsi con la tecnologia GFL in modo sinergico, al fine di sostituire i generatori sincroni tradizionali.

In the current context of decarbonization and constant energy demand growth, the electricity system is undergoing a profound transformation towards integrating Renewable Energy Sources (RES) and High Voltage Direct Current (HVDC) connection systems. These developments necessitate the increased use of converters, which are present also in a variety of loads. This leads to electricity grids characterized by a significant presence of static conversion devices that are replacing traditional synchronous generators. Traditional synchronous generators have natural inertia due to their rotating masses; in response to changes in energy demand, they accelerate or decelerate, resulting in changes in power delivery. However, increasing the number of converters in the network significantly reduces the system's inertia, thereby diminishing its ability to respond quickly to disturbances. Electronic devices, however, can emulate synchronous dynamics by implementing control strategies based on Grid Following (GFL) and Grid Forming (GFM) modes. The fundamental difference between the two lies in the fact that the former, which is currently implemented in most networked devices, has a synchronization system that "follows" the network reference. This system adjusts the output voltage and frequency parameters according to the network. In contrast, GFM converters can generate a voltage and frequency reference at their terminals that is independent of the network. Grid dependency can be critical for the GFL and manifests as instability in weak grid conditions. In contrast, the GFM, with its self-synchronizing logic, can dissociate from criticality in weak system conditions. This aspect facilitates establishing a GFM control that emulates the characteristics of synchronous generators, such as droop control and virtual synchronous machines (VSMs). When designed as an electromechanical system, the dynamics are fully reflected in terms of complex poles and simulated time responses for an ideal network. This study validates observations concerning adaptation to various grid conditions in a scenario with high renewable energy penetration and low inertia. This scenario is based on a forecast of the Sardinian grid. Notably, the GFM strategy preserves operational stability in the absence of conventional generation and can synergistically integrate with GFL technology to replace conventional synchronous generators.