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Grid-Forming BESS: Perché la modalità VSG è la risposta per architetture off-grid scalabili
- Gennaio 1, 2026
Per oltre un secolo, il battito del nostro rete elettrica—la sua frequenza e stabilità—è stato governato dalla massa rotante dei generatori sincroni in grandi impianti a carbone, gas e idroelettrici. Ma mentre il mondo si sposta verso l’energia pulita e rinnovabile, una quota crescente della generazione viene fornita tramite convertitori elettronici di potenza—impianti fotovoltaici e eolici, macchine a velocità variabile e altre risorse collegate a inverter. La maggior parte di queste risorse è progettata per seguire la rete: dipendono da un riferimento di tensione e frequenza preesistente, sincronizzandosi con la rete invece di crearla.
Funzionano alla perfezione quando esiste un forte riferimento di tensione/frequenza. Ma quando la rete è debole, instabile o assente, la domanda diventa brutalmente semplice:
Chi crea la rete a cui tutti gli altri devono seguire?
Questa domanda è la storia delle origini dei sistemi di accumulo di energia a batteria Grid-Forming (Grid-Forming BESS)—e perché il controllo grid-forming è diventato una tecnologia fondamentale per l’architettura scalabile off-grid.
Che cos'è un Grid-Forming BESS?
A differenza degli inverter tradizionali che seguono la rete, il Grid-Forming BESS consente ai sistemi di stoccaggio di batteria di creare e regolare un’onda stabile di tensione e frequenza. Fornisce alle batterie la capacità di avviare un bus isolato (black start) e di formare una solida base elettrica per altre risorse che devono seguirlo, in modo simile a una centrale elettrica tradizionale, ma più velocemente e con maggiore precisione.
In termini pratici, il Grid-Forming BESS consente di:
Operare in modalità isolata, dove il BESS stabilisce il bus
Capacità di black start (alimentazione di un bus isolato da zero)
Funzionamento stabile su reti deboli, dove il comportamento di seguire la rete diventa inaffidabile
Fornire una base per le rinnovabili, in modo che i sistemi fotovoltaici (PV) e altre risorse inverter possano sincronizzarsi e operare in modo coerente
Questa non è una caratteristica cosmetica. È la differenza tra:
“Abbiamo storage” e
“Possiamo far funzionare un sistema di energia isolato stabile.”
Perché la tecnologia Grid-Forming è diventata necessaria
Grid-forming BESS è la risposta del controllo a un cambiamento strutturale: con l’accelerazione della decarbonizzazione, i generatori sincroni diminuiscono e le risorse basate su inverter (impianti fotovoltaici, eolici, risorse collegate tramite convertitori) forniscono più energia alla rete. Ciò che si perde non sono solo i megawatt, ma i comportamenti fisici che mantenevano stabile la tensione e la frequenza. Grid-forming BESS ricostruisce questi comportamenti con un controllo rapido e programmabile dell’inverter.
I principali problemi che risolve sono:
L’inerzia e il damping non vengono più “gratuitamente”.
Con meno massa rotante, la frequenza si sposta più rapidamente e le oscillazioni possono essere più difficili da smorzare. Grid-forming BESS fornisce una risposta sintetica simile all’inerzia e damping attivo per modellare la dinamica del sistema in tempo reale.
Le risorse grid-following non possono guidare senza un riferimento.
La maggior parte delle risorse inverter ha bisogno di un riferimento di tensione/frequenza esistente. In reti deboli, avvii a freddo o microreti isolate, quel riferimento può essere instabile o assente, causando lo spegnimento o il ridimensionamento delle risorse. Grid-forming BESS funge da fonte di tensione fondamentale che altri possono seguire.
I sistemi off-grid devono scalare in modo modulare.
I carichi crescono e la capacità viene aggiunta per fasi. Senza una struttura grid-forming, l’espansione di più unità diventa un rischio di integrazione del controllo. Grid-forming BESS consente un’operazione parallela stabile e una condivisione del carico più pulita tra le unità.
In sostanza, Grid-forming BESS trasforma le batterie da risorse passive di stoccaggio in pilastri attivi grid-forming. Esse stabiliscono il battito elettrico della rete, forniscono servizi di stabilità essenziali e abilitano un percorso modulare e resiliente verso un futuro 100% rinnovabile.
PQ, VF e VSG: Tre modalità, tre risultati molto diversi
Grid-forming non è “una modalità”. Nei progetti BESS reali, si incontrano tre approcci di controllo comuni a livello di PCS: PQ, VF e VSG.
Modalità PQ: Orientata alla distribuzione, tipicamente Grid-Following
Il controllo PQ comanda la potenza attiva (P) e la potenza reattiva (Q). È eccellente per la distribuzione programmata e i servizi connessi alla rete. Ma la modalità PQ generalmente presume che la rete esista già come riferimento stabile. In condizioni off-grid, PQ è tipicamente usato dopo che una sorgente grid-forming ha stabilito un bus coerente.
Modalità VF: Regolazione diretta V/f, Grid-Forming classico
Il controllo VF regola direttamente la tensione e la frequenza. Può stabilire un bus isolato ed è ampiamente utilizzato nelle operazioni dei microgrid.
VF è spesso efficace per:
Sistemi isolati a unità singola
Sistemi paralleli piccoli con condizioni elettriche ben definite
Quando i sistemi aumentano di dimensione, l’operazione parallela basata su VF può diventare sensibile alle differenze di impedenza del feeder, alle correnti circolanti tra fonti di tensione parallele e alla complessità di messa a punto durante transitori reali e carichi misti.
Modalità VSG: Grid-Forming con dinamiche simili a quelle delle macchine
Il controllo VSG (Virtual Synchronous Generator) è Grid-Forming, ma modella il comportamento dinamico dell’inverter per assomigliare alle caratteristiche chiave delle macchine sincrone, specialmente come frequenza e fase rispondono durante le distorsioni.
Invece di “mantenere solo V e f”, VSG solitamente introduce:
Risposta simile all’inerzia per smussare i movimenti della frequenza durante passi di carico improvvisi
Comportamento simile al damping per ridurre le oscillazioni e migliorare il settling
Dinamiche strutturate dell’angolo di potenza che supportano l’operazione coerente tra più fonti
Nell’architettura off-grid, VSG è spesso scelto perché rende il Grid-Forming con più inverter più prevedibile a larga scala.
Perché il controllo VSG si adatta all'architettura off-grid scalabile
In un sistema off-grid scalabile, la parte più difficile non è la capacità energetica, ma fare in modo che molti inverter si comportino come una centrale elettrica coerente. Non appena si mettono in parallelo più unità grid-forming, due domande determinano se l’architettura si scalderà correttamente:
Come condividono la potenza attiva?
Come condividono la potenza reattiva mantenendo stabile la tensione del bus, senza correnti circolanti?
Un inverter controllato da VSG si comporta come una fonte di tensione con dinamiche simili a quelle di un generatore sincrono, mentre il droop fornisce la legge di condivisione decentralizzata che impedisce alle fonti di tensione parallele di “combattere”.
Droop P–f (condivisione della potenza attiva): quando un’unità porta più P, riduce leggermente il suo riferimento di frequenza. Poiché tutte le unità vedono la stessa frequenza del bus, convergono naturalmente su un punto di funzionamento comune e condividono la potenza attiva in base alla pendenza del droop e alle impostazioni della capacità, senza comunicazioni ad alta larghezza di banda.
Droop Q–V (condivisione della potenza reattiva): quando un’unità fornisce più Q, riduce leggermente il suo riferimento di tensione, incoraggiando altre unità a prendere la potenza reattiva e riducendo il rischio di correnti reattive circolanti.
Il droop può essere applicato anche ad altre modalità grid-forming, ma VSG aggiunge ciò che conta nelle transizioni off-grid reali: inerzia virtuale e smorzamento che modellano come frequenza e tensione si muovono e si stabilizzano dopo i salti di carico o gli eventi di commutazione. Il risultato è un cluster grid-forming che si comporta più come una centrale multi-generatore: piccole deviazioni sotto disturbi, seguite da una stabilizzazione liscia, rendendo il parallelo di più unità molto più robusto man mano che il numero di unità aumenta.
FFD POWER: Cabinetti di batterie in modalità VSG che supportano fino a 20 unità in operazione parallela off-grid.
FFD POWER fornisce una soluzione di cabinet per batterie progettata per l’operazione di grid-forming sotto il controllo VSG, progettata per un’architettura off-grid scalabile. In modalità VSG, il sistema supporta fino a 20 unità in operazione parallela off-grid, fornendo potenza scalabile e ridondanza tramite un’architettura modulare a più inverter grid-forming. Per un sistema tipico da 125 kW / 261 kWh tutto-in-uno, questo consente l’espansione fino a 2,5 MW.
Questa capacità è particolarmente adatta per progetti off-grid che richiedono:
Crescita della capacità scalonata senza riprogettazione architettonica
Funzionamento stabile dell’isola per carichi critici o industriali
Microreti PV + BESS in cui il BESS stabilisce una base elettrica pulita
Ridondanza multi-unità senza fare affidamento su una “principale” unità grid-forming
Quando l’off-grid non è una condizione temporanea ma la realtà operativa, l’architettura deve essere costruita attorno a un riferimento stabile. Grid-forming BESS fornisce questa base, e il controllo VSG è la risposta quando la base deve scalare.
FAQ
Domanda: Cosa cambia quando il BESS è grid-forming in una microrete PV + BESS?
Risposta: In molti sistemi PV legacy, l’inverter PV segue la rete, quindi quando la rete di utilità viene persa, non può generare in modalità isola—non ha un riferimento di tensione/frequenza e normalmente si spegne. Con un BESS grid-forming, l’inverter della batteria stabilisce la tensione e la frequenza del bus, in modo che gli inverter PV possano sincronizzarsi come follower e continuare a produrre energia. Questo evita il fallimento di “tutti i follower” durante l’isola e migliora la stabilità sotto le rampe PV e i carichi a gradino, rendendo pratiche le microreti con alta percentuale di energia rinnovabile.
Domanda: Perché non possiamo usare solo la modalità VF per operazioni in parallelo su larga scala?
Risposta: La modalità VF può teoricamente funzionare, ma ha una cattiva scalabilità perché più “fonti di tensione” in parallelo sono sensibili a disallineamenti e impedenze delle linee. Nella pratica, VF viene spesso implementato come master-slave: un’unità imposta la V/f del bus e le altre funzionano come follower (spesso PQ), poiché eseguire molte “fonti di tensione” VF in parallelo peer-to-peer è sensibile alla regolazione. Man mano che il sistema cresce, la modalità master-slave introduce una dipendenza da un singolo punto (il master) e complica l’espansione/manutenzione; VF peer aumenta il rischio di correnti circolanti e distribuzione ineguale di Q a causa di disallineamenti di impedenza. Per questo motivo, i design off-grid scalabili preferiscono spesso VSG con P–f / Q–V Droop, che consente operazioni parallele peer senza un master fisso.
Domanda: Come fa VSG a consentire a più inverter di condividere il carico senza un “controller principale”?
Risposta: Nelle operazioni pratiche con più unità, VSG viene tipicamente combinato con il controllo droop:
P–f Droop condivide la potenza attiva: un’unità che assorbe più P riduce leggermente il suo riferimento di frequenza, e la flotta converge su una frequenza comune del bus mentre condivide la potenza attiva secondo le pendenze del droop/impostazioni della capacità.
Q–V Droop condivide la potenza reattiva: un’unità che fornisce più Q riduce leggermente il suo riferimento di tensione, incoraggiando un bilanciamento della Q e riducendo le correnti reattive circolanti.
Questo metodo basato sul droop consente una parallela decentralizzata e scalabile senza coordinamento ad alta larghezza di banda.