{"id":24483,"date":"2025-08-29T09:35:57","date_gmt":"2025-08-29T07:35:57","guid":{"rendered":"https:\/\/cubeconcepts.de\/?p=24483"},"modified":"2025-11-11T14:24:14","modified_gmt":"2025-11-11T13:24:14","slug":"grid-forming-mit-netzbildenden-wechselrichtern","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cubeconcepts.de\/cz\/grid-forming-mit-netzbildenden-wechselrichtern\/","title":{"rendered":"Grid Forming mit netzbildenden Wechselrichtern"},"content":{"rendered":"

Netzbildende Wechselrichter \u00fcbernehmen beim Grid Forming<\/strong> die aktive Kontrolle \u00fcber Spannung und Frequenz im Netz \u2013 und sorgen so f\u00fcr eine zuverl\u00e4ssige Versorgungssicherheit. Dies wurde bisher jahrzehntelang durch gro\u00dfe Kraftwerke gew\u00e4hrleistet. Deren Synchrongeneratoren<\/strong> besitzen rotierende Schwungmassen, die auch bei pl\u00f6tzlichen Schwankungen eine konstante Netzfrequenz und Spannung aufrechterhalten \u2013 man spricht hier von Momentanreserve<\/strong> oder \u201eTr\u00e4gheit\u201c.<\/p>\n\n\n\n

Mit dem wachsenden Anteil erneuerbarer Energien ver\u00e4ndert sich diese Situation grundlegend: Photovoltaik- und Windkraftanlagen speisen ihren Strom \u00fcber Leistungselektronik<\/strong> ein. Diese ist zwar sehr effizient, bringt jedoch keine nat\u00fcrliche Schwungmasse<\/strong> ins Netz ein. Das bedeutet: Je mehr konventionelle Kraftwerke abgeschaltet werden, desto weniger klassische Stabilit\u00e4tsmechanismen stehen zur Verf\u00fcgung. Ohne zus\u00e4tzliche Ma\u00dfnahmen kann dies die Bezpe\u010dnost dod\u00e1vek <\/strong>a Stabilita s\u00edt\u011b<\/strong> gef\u00e4hrden.<\/p>\n\n\n\n

Grid Forming durch innovative Wechselrichtertechnologie erm\u00f6glicht nun, dass EE-Anlagen in Verbindung mit Velk\u00e9 bateriov\u00e9 \u00falo\u017en\u00e9 syst\u00e9my<\/a> selbst netzbildend<\/strong> wirken. Das hei\u00dft: Anstatt nur einem bestehenden Netzsignal zu folgen, \u00fcbernehmen die Anlagen aktiv Aufgaben, die bisher Synchrongeneratoren vorbehalten waren \u2013 sie stellen Spannung und Frequenz bereit, sorgen f\u00fcr virtuelle Tr\u00e4gheit<\/strong> und stabilisieren so das Netz. Damit wird Grid Forming zu einem zentralen Baustein der Energiewende.<\/p>\n\n\n\n

Wie funktioniert Grid Forming?<\/h2>\n\n\n\n

W\u00e4hrend herk\u00f6mmliche Grid-Following-Wechselrichter auf ein bestehendes Netzsignal angewiesen sind, \u00fcbernehmen Grid-Forming-Wechselrichter in Verbindung mit Syst\u00e9my \u0159\u00edzen\u00ed spot\u0159eby energie<\/a> (EMS) selbst die Rolle des \u201eNetzdirigenten\u201c. Sie erzeugen aktiv eine eigene Referenz f\u00fcr Spannung und Frequenz und stellen damit die Grundlage f\u00fcr einen stabilen Netzbetrieb bereit \u2013 auch dann, wenn keine rotierenden Generatoren mehr vorhanden sind.<\/p>\n\n\n\n

Virtuelle Tr\u00e4gheit \u2013 Software statt Schwungmasse<\/h3>\n\n\n\n

Konventionelle Synchrongeneratoren stabilisieren das Stromnetz durch ihre physikalische Tr\u00e4gheit. Wenn Lasten pl\u00f6tzlich wegfallen oder hinzukommen, puffert die rotierende Masse dieser Generatoren die Frequenzschwankungen kurzfristig ab. Grid-Forming-Wechselrichter \u00fcbernehmen diese Aufgabe in Verbindung mit erneuerbaren Energien und Speichern auf rein softwarebasierter Ebene. Sie \u00fcbertragen die Rolle der Synchrongeneratoren auf moderne Leistungselektronik und k\u00f6nnen so innerhalb von Millisekunden Energie abgeben oder aufnehmen.<\/p>\n\n\n\n

Durch die \u00e4u\u00dferst kurze Reaktionszeit verhalten sich diese Systeme wie konventionelle Schwungr\u00e4der, obwohl keine physische Bewegung vorhanden ist. M\u00f6glich wird dies durch Regelverfahren wie die Droop-Control<\/strong> oder das Konzept der Virtuellen Synchronmaschine (VSM)<\/strong>, die blitzschnell auf Frequenz\u00e4nderungen reagieren. Auf diese Weise wird eine Momentanreserve bereitgestellt, die alle Frequenzabweichungen effektiv abf\u00e4ngt. Das erm\u00f6glicht sogar ein kompletten Schwarzstart durch Batteriespeicher<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Spannungsbildung \u2013 aktive Steuerung statt reinem Folgen<\/h3>\n\n\n\n

Neben der Frequenzstabilisierung \u00fcbernehmen Grid-Forming-Wechselrichter auch die aktive Steuerung der Netzspannung. Anders als klassische, netzgef\u00fchrte Anlagen agieren sie als Spannungsquelle<\/strong> und k\u00f6nnen Spannungsh\u00f6he sowie -qualit\u00e4t eigenst\u00e4ndig vorgeben. \u00dcber Verfahren wie die Spannungs-Droop-Regelung<\/strong> passen sie ihre Leistung kontinuierlich an die aktuellen Netzbedingungen an. Dadurch bleibt die Spannung auch in dynamischen Situationen stabil. Selbst bei schwerwiegenden Netzst\u00f6rungen, etwa bei Kurzschl\u00fcssen<\/strong>, sind die Systeme in der Lage, das Netz weiterhin zu st\u00fctzen. Diese F\u00e4higkeit wird als Fault Ride Through<\/strong> bezeichnet und ist ein zentraler Baustein f\u00fcr die Widerstandsf\u00e4higkeit k\u00fcnftiger Stromnetze.<\/p>\n\n\n\n

Intelligente Steuerung in Echtzeit<\/h3>\n\n\n\n

Die Grundlage des Grid Formings bildet eine hochdynamische Mess- und Regeltechnik. Grid-Forming-Systeme \u00fcberwachen fortlaufend alle relevanten Netzparameter wie Strom, Spannung und Frequenz. Mithilfe von R\u00fcckkopplungsschleifen<\/strong> k\u00f6nnen sie ihr Verhalten in Echtzeit anpassen und so unmittelbar auf Ver\u00e4nderungen reagieren. Ob durch die Begrenzung von Str\u00f6men, die Unterst\u00fctzung der Frequenz oder die Stabilisierung der Spannung \u2013 die Systeme arbeiten mit einer Geschwindigkeit und Pr\u00e4zision, die herk\u00f6mmlichen Generatoren \u00fcberlegen ist. Dadurch wird ein stabiler Netzbetrieb selbst in Szenarien m\u00f6glich, in denen ausschlie\u00dflich leistungselektronische Erzeuger wie Photovoltaik-, Windkraftanlagen und Batteriespeicher beteiligt sind.<\/p>\n\n\n\n

Unterschied zwischen Grid Forming und Grid Following<\/h2>\n\n\n\n

Um die Funktionsweise von Grid Forming zu verstehen, ist der Vergleich mit dem klassischen Prinzip der Grid-Following-Wechselrichter<\/strong> hilfreich. Grid-Following-Systeme sind darauf angewiesen, einem bestehenden Netzsignal zu \u201efolgen\u201c. Sie speisen ihre Leistung synchron zu einer bereits vorhandenen Frequenz und Spannung ein und k\u00f6nnen nur dann arbeiten, wenn ein stabiles Netzsignal vorhanden ist.<\/p>\n\n\n\n

Grid-Forming-Wechselrichter hingegen \u00fcbernehmen eine deutlich aktivere Rolle: Sie \u201ebilden\u201c das Netz selbst, indem sie eigenst\u00e4ndig eine Referenz f\u00fcr Spannung und Frequenz erzeugen. Konventionelle Synchrongeneratoren, die den Takt f\u00fcr Frequenz und Spannung vorgeben, werden so \u00fcberfl\u00fcssig.<\/p>\n\n\n\n

W\u00e4hrend Grid Following in stabilen Netzen mit ausreichend konventionellen Kraftwerken zuverl\u00e4ssig funktioniert und ein wichtiges Werkzeug zur Einspeisung erneuerbarer Energien darstellt, ist Grid Forming f\u00fcr moderne, zukunftsf\u00e4hige und EE-basierte Energiesysteme ist demnach unverzichtbar.<\/p>\n\n\n\n

Vergleich Grid Forming vs. Grid Following<\/p>\n\n\n\n

<\/td>Grid Following<\/td>Grid Forming<\/td><\/tr>
Netzbezug<\/td>Ben\u00f6tigt ein bestehendes Netzsignal (Frequenz & Spannung)<\/td>Gibt selbst Spannung und Frequenz aktiv vor<\/td><\/tr>
Stabilisierung<\/td>Reagiert nur auf vorhandene Netzbedingungen<\/td>Stabilisiert das Netz aktiv und dynamisch<\/td><\/tr>
Tr\u00e4gheit\/Momentanreserve<\/td>Keine eigene Tr\u00e4gheit, abh\u00e4ngig von Synchrongeneratoren<\/td>Emuliert virtuelle Tr\u00e4gheit \u00fcber Algorithmen und Speicher<\/td><\/tr>
Einsatzf\u00e4higkeit<\/td>Funktioniert nur in stabilen Netzen mit Synchrongeneratoren<\/td>Funktioniert auch in Netzen ohne rotierende Maschinen<\/td><\/tr>
Schwarzstartf\u00e4higkeit<\/td>Nicht m\u00f6glich<\/td>M\u00f6glich: Kann Netze eigenst\u00e4ndig wieder aufbauen<\/td><\/tr>
Typische Anwendung<\/td>Klassische PV- und Windanlagen, die in bestehende Netze einspeisen<\/td>Batteriespeicher, Microgrids, erneuerbare Anlagen mit Netzst\u00fctzung<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Technische Umsetzung & Einsatzbereiche<\/h2>\n\n\n\n

Die technische Umsetzung von Grid Forming erfolgt im Kern durch netzbildende Wechselrichter oder Umrichter in Verbindung mit einem EMS. Die Hardware muss in der Lage sein, Spannung und Frequenz autonom vorzugeben sowie alle physikalischen Funktionen zu \u00fcbernehmen. Das\u00a0EMS\u00a0als Software steuert die Betriebsweise, orchestriert den Einsatz grid-formender Hardware und entscheidet beispielsweise \u00fcber Inselbetrieb, Lastpriorisierung oder Resynchronisation.<\/p>\n\n\n\n

Wechselrichter als Hardware<\/h3>\n\n\n\n

Die netzbildenden Wechselrichter \u00fcbernehmen die physikalische Aufgabe des Grid Formings. Sie stellen aktiv Spannung und Frequenz bereit und k\u00f6nnen diese stabil im Netz halten. Damit bilden sie die Grundlage f\u00fcr Funktionen wie Inselbetrieb oder Schwarzstartf\u00e4higkeit. Ihre Aufgabe ist es, die von der Software vorgegebenen Sollwerte pr\u00e4zise umzusetzen und schnell auf \u00c4nderungen im Netz zu reagieren.<\/p>\n\n\n\n

EMS als Software<\/h3>\n\n\n\n

Im Falle des Grid Formings mit der entsprechenden Hardware steuert das EMS zus\u00e4tzlich die Betriebsweise der Wechselrichter und koordiniert ihr Zusammenspiel mit Speichern und Erzeugern. Es entscheidet, ob ein Inselbetrieb aktiviert wird, wie Lasten priorisiert werden oder wann eine Resynchronisation mit dem Verbundnetz erfolgt. Damit sorgt das EMS f\u00fcr die intelligente Orchestrierung der Hardware und macht Grid Forming erst als Gesamtsystem funktionsf\u00e4hig.<\/p>\n\n\n\n

Zentrale Einsatzbereiche von Grid Forming<\/h3>\n\n\n\n