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Grid-Forming BESS: Warum der VSG-Modus die Antwort für skalierbare Off-Grid-Architekturen ist
- Januar 1, 2026
Seit über einem Jahrhundert wird das Herzstück unseres Stromnetzes – seine Frequenz und Stabilität – durch die rotierende Masse von synchronen Generatoren in großen Kohle-, Gas- und Wasserkraftwerken gesteuert. Doch während die Welt sich in Richtung sauberer und erneuerbarer Energie bewegt, wird ein zunehmender Anteil der Stromerzeugung durch leistungselektronische Umrichter – PV- und Windkraftwerke, Maschinen mit variabler Drehzahl und andere mit Wechselrichtern verbundene Ressourcen – bereitgestellt. Die meisten dieser Anlagen sind so konzipiert, dass sie grid-following sind: Sie stützen sich auf eine bereits bestehende Spannungs- und Frequenzreferenz und synchronisieren sich mit dem Netz, anstatt es zu erzeugen.
Sie arbeiten hervorragend, wenn eine starke Spannungs-/Frequenzreferenz vorhanden ist. Doch wenn das Netz schwach, instabil oder nicht vorhanden ist, wird die Frage brutal einfach:
Wer erzeugt das Netz, dem alle anderen folgen müssen?
Diese Frage ist die Ursprungsgeschichte der Grid-Forming Battery Energy Storage Systems (Grid-Forming BESS) – und warum die grid-forming Steuerung zu einer wegweisenden Technologie für skalierbare Off-Grid-Architekturen geworden ist.
Was ist ein Grid-Forming BESS?
Im Gegensatz zu herkömmlichen netzverfolgenden Wechselrichtern ermöglicht das Grid-Forming-BESS den Batteriespeichersystemen, eine stabile Spannungs- und Frequenzwelle zu erzeugen und zu regulieren. Es gibt den Batterien die Fähigkeit, einen Inselbus zu starten (Black Start) und eine robuste elektrische Grundlage für andere Ressourcen zu schaffen, die folgen – ähnlich wie ein traditionelles Kraftwerk, aber schneller und präziser.
Praktisch bedeutet das, dass Grid-Forming BESS:
Inselbetrieb ermöglicht, bei dem das BESS den Bus aufbaut
Black Start-Fähigkeit (Energiezufuhr zu einem isolierten Bus von Null aus)
Stabile Operation in schwachen Netzen, wo das Verhalten von netzverfolgenden Systemen unzuverlässig wird
Eine Grundlage für erneuerbare Energien bietet, damit PV und andere Wechselrichterressourcen synchronisieren und kohärent arbeiten können
Dies ist keine kosmetische Funktion. Es ist der Unterschied zwischen:
„Wir haben Speicher“ und
„Wir können ein stabiles Inselnetz betreiben.“
Warum Grid-Forming-Technologie notwendig wurde
Grid-forming BESS ist die Steuerungsebene als Antwort auf eine strukturelle Verschiebung: Mit der Beschleunigung der Dekarbonisierung nehmen synchrone Generatoren ab und inverterbasierte Ressourcen (PV, Wind, konverterverbundene Anlagen) liefern mehr Strom für das Netz. Was verloren geht, sind nicht nur Megawatt, sondern auch die physikalischen Verhaltensweisen, die Spannung und Frequenz stabil hielten. Grid-forming BESS baut diese Verhaltensweisen mit schnellem, programmierbarem Invertersteuerung wieder auf.
Die wichtigsten Lücken, die es schließt, sind:
Trägheit und Dämpfung kommen nicht mehr „umsonst“.
Mit weniger rotierender Masse bewegt sich die Frequenz schneller und Schwingungen können schwerer zu dämpfen sein. Grid-forming BESS bietet eine synthetische Trägheitsreaktion und aktive Dämpfung, um die Systemdynamik in Echtzeit zu gestalten.
Grid-following Ressourcen können nicht ohne Referenz führen.
Die meisten Inverter-Ressourcen benötigen eine bestehende Spannungs-/Frequenzreferenz. In schwachen Netzen, Black Starts oder Insel-Mikrogrids kann diese Referenz instabil oder nicht vorhanden sein – wodurch Ressourcen ausfallen oder reduziert werden. Grid-forming BESS fungiert als die grundlegende Spannungsquelle, der andere folgen können.
Off-Grid-Systeme müssen modular skalierbar sein.
Lasten wachsen und Kapazitäten werden in Phasen hinzugefügt. Ohne ein grid-forming Rückgrat wird die Expansion mehrerer Einheiten zu einem Integrationsrisiko für die Steuerung. Grid-forming BESS ermöglicht stabilen Parallelbetrieb und saubereren Lastenausgleich zwischen den Einheiten.
Im Wesentlichen verwandelt Grid-forming BESS Batterien von passiven Speichereinheiten zu aktiven, grid-forming Stützen. Sie etablieren den elektrischen Herzschlag des Netzes, bieten wichtige Stabilitätsdienste und ermöglichen einen modularen, widerstandsfähigen Weg zu einer 100 % erneuerbaren Zukunft.
PQ, VF und VSG: Drei Modi, drei sehr unterschiedliche Ergebnisse
Grid-forming ist nicht „ein Modus“. In realen BESS-Projekten werden drei gängige Steuerungsansätze auf der PCS-Ebene verwendet: PQ, VF und VSG.
PQ-Modus: Einsatzorientiert, typischerweise netzverfolgend
PQ-Steuerung befiehlt aktive Leistung (P) und Blindleistung (Q). Es ist hervorragend für geplante Einsätze und netzverbundene Dienste geeignet. Der PQ-Modus setzt jedoch normalerweise voraus, dass das Netz bereits als stabile Referenz existiert. Unter Off-Grid-Bedingungen wird PQ typischerweise verwendet, nachdem eine grid-forming Quelle einen kohärenten Bus etabliert hat.
VF-Modus: Direkte V/f-Regelung, klassische Grid-Forming
Die VF-Steuerung reguliert direkt Spannung und Frequenz. Sie kann einen Inselbus etablieren und wird häufig in Mikronetzbetrieben verwendet.
VF ist oft effektiv für:
Einzellast-Insel-Systeme
Kleinparallelsysteme mit gut definierten elektrischen Bedingungen
Mit zunehmender Systemgröße kann der parallele Betrieb im VF-Modus empfindlich gegenüber Impedanzunterschieden der Zuleitungen, zirkulierenden Strömen zwischen parallelen Spannungsquellen und der Abstimmungskomplexität unter realen Übergängen und gemischten Lasten werden.
VSG-Modus: Grid-Forming mit Maschinenähnlichen Dynamiken
Die VSG (Virtual Synchronous Generator)-Steuerung ist grid-forming, formt jedoch das dynamische Verhalten des Wechselrichters so, dass es die wichtigsten Eigenschaften von synchronen Maschinen nachahmt – insbesondere wie Frequenz und Phase auf Störungen reagieren.
Anstatt nur „V und f zu halten“, führt VSG typischerweise ein:
Trägheitsähnliches Verhalten, um Frequenzbewegungen bei plötzlichen Lastschritten zu glätten
Dämpfungsverhalten, um Oszillationen zu reduzieren und das Setzen zu verbessern
Strukturierte Leistungs-Winkel-Dynamiken, die einen kohärenten Betrieb mehrerer Quellen unterstützen
Im Off-Grid-Design wird VSG oft gewählt, weil es den Betrieb von mehreren Wechselrichtern in einem Grid-Forming-Modus skalierbar und vorhersehbarer macht.
Warum die VSG-Steuerung für skalierbare Off-Grid-Architekturen geeignet ist
In einem skalierbaren Off-Grid-System besteht die größte Herausforderung nicht in der Energiekapazität, sondern darin, viele Wechselrichter dazu zu bringen, sich wie ein kohärentes Kraftwerk zu verhalten. Sobald mehrere netzbildende Einheiten parallel geschaltet werden, entscheiden zwei Fragen, ob die Architektur sauber skaliert:
Wie teilen sie sich die aktive Leistung?
Wie teilen sie sich die reaktive Leistung, während sie die Busspannung stabil halten – ohne zirkulierende Ströme?
Ein VSG-gesteuerter Wechselrichter verhält sich wie eine Spannungsquelle mit dynamischen Eigenschaften eines synchronen Generators, während die Abwärtsregelung das dezentrale Verteilungsprinzip liefert, das verhindert, dass parallele Spannungsgeneratoren sich „bekämpfen“.
P–f Abwärtsregelung (aktive Leistungsteilung): Wenn eine Einheit mehr P trägt, verringert sie leicht ihren Frequenzreferenzwert. Da alle Einheiten dieselbe Busfrequenz sehen, konvergieren sie natürlich zu einem gemeinsamen Betriebspunkt und teilen die aktive Leistung gemäß dem Abwärtsregelungswinkel und den Kapazitätseinstellungen – ohne Hochfrequenzkommunikation.
Q–V Abwärtsregelung (reaktive Leistungsteilung): Wenn eine Einheit mehr Q liefert, reduziert sie leicht ihren Spannungsreferenzwert, was andere Einheiten dazu ermutigt, reaktive Leistung zu übernehmen und das Risiko von zirkulierenden reaktiven Strömen zu verringern.
Abwärtsregelung kann auch auf andere netzbildende Modi angewendet werden, aber VSG fügt hinzu, was in realen Off-Grid-Transienten wichtig ist: virtuelle Trägheit und Dämpfung, die die Bewegung und Stabilisierung von Frequenz und Spannung nach Lastsprüngen oder Schaltereignissen formen. Das Ergebnis ist ein netzbildendes Cluster, das sich mehr wie ein Mehrgenerator-Kraftwerk verhält – kleine Abweichungen unter Störungen, gefolgt von einer ruhigen Stabilisierung – was das parallele Schalten von mehreren Einheiten wesentlich robuster macht, wenn die Anzahl der Einheiten wächst.
FFD POWER: VSG-Modus Batteriekabinen, die bis zu 20 Einheiten im parallelen Betrieb im Off-Grid-Modus unterstützen.
FFD POWER liefert eine Batteriekabinettenlösung, die für den Betrieb im Grid-Forming-Modus unter VSG-Kontrolle ausgelegt ist und für skalierbare Off-Grid-Architekturen entwickelt wurde. Im VSG-Modus unterstützt das System bis zu 20 Einheiten im parallelen Betrieb im Off-Grid-Modus und bietet skalierbare Leistung und Redundanz durch eine modulare, Multi-Inverter-Grid-Forming-Architektur. Für ein typisches 125 kW / 261 kWh All-in-One-System ermöglicht dies eine Erweiterung auf bis zu 2,5 MW.
Diese Fähigkeit ist besonders geeignet für Off-Grid-Projekte, die folgendes erfordern:
Gestaffelte Kapazitätssteigerung ohne architektonische Neugestaltung
Stabiles Inselbetrieb für kritische oder industrielle Lasten
PV + BESS-Mikronetze, bei denen das BESS eine saubere elektrische Grundlage schafft
Multi-Unit-Redundanz ohne die Abhängigkeit von einer „Haupt“-Grid-Forming-Einheit
Wenn Off-Grid kein temporärer Zustand, sondern die operative Realität ist, muss die Architektur auf einer stabilen Referenz aufgebaut werden. Grid-Forming BESS bietet diese Grundlage – und VSG-Kontrolle ist die Antwort, wenn diese Grundlage skalieren muss.
FAQ
Frage: Was ändert sich, wenn das BESS in einem PV + BESS-Mikronetz grid-forming ist?
Antwort: In vielen Legacy-PV-Systemen folgt der PV-Wechselrichter dem Netz, sodass er im Inselbetrieb keine Energie erzeugen kann, wenn das Versorgungsnetz verloren geht – er hat keinen Spannungs-/Frequenzreferenz und schaltet sich normalerweise ab. Mit einem grid-forming BESS stellt der Batterie-Wechselrichter die Busspannung und Frequenz ein, sodass PV-Wechselrichter als Follower synchronisieren und weiterhin Strom erzeugen können. Dies vermeidet den Ausfall aller Follower im Inselbetrieb und verbessert die Stabilität bei PV-Rampen und Lastschwankungen, was hochgradig erneuerbare Mikronetze praktikabel macht.
Frage: Warum können wir VF-Modus nicht für großflächige Parallelschaltung verwenden?
Antwort: VF kann theoretisch funktionieren, aber es skaliert schlecht, da mehrere „Spannungsquellen“ in Parallelschaltung empfindlich auf Ungleichmäßigkeiten und Leitungsimpedanz reagieren. In der Praxis wird VF oft als Master-Slave implementiert: Eine Einheit stellt die Bus-V/f ein, und andere laufen als Follower (oft PQ), da viele VF „Spannungsquellen“ in Peer-to-Peer-Parallelschaltung schwer abzustimmen sind. Mit zunehmender Skalierung führt Master-Slave zu einer Single-Point-Abhängigkeit (dem Master) und erschwert die Expansion/Wartung; Peer-VF erhöht das Risiko von zirkulierenden Strömen und ungleichmäßiger Q-Verteilung aufgrund von Impedanzungenauigkeiten. Aus diesem Grund bevorzugen skalierbare Off-Grid-Designs oft VSG mit P-f / Q-V-Droop, um parallele Peer-Betriebsweisen ohne festen Master zu ermöglichen.
Frage: Wie ermöglicht VSG, dass mehrere Wechselrichter Lasten teilen, ohne einen „Master-Controller“?
Antwort: In der praktischen Multi-Unit-Operation wird VSG typischerweise mit Droop-Steuerung kombiniert:
P–f-Droop teilt die aktive Leistung: Eine Einheit, die mehr P übernimmt, reduziert leicht ihre Frequenzreferenz, und die Flotte konvergiert auf eine gemeinsame Busfrequenz, wobei P entsprechend den Droop-Slopes/Kapazitätseinstellungen geteilt wird.
Q–V-Droop teilt die reaktive Leistung: Eine Einheit, die mehr Q liefert, reduziert leicht ihre Spannungsreferenz, was eine ausgewogene Q-Verteilung fördert und zirkulierende reaktive Ströme reduziert.
Diese droop-basierte Methode ermöglicht eine dezentrale, skalierbare Parallelschaltung ohne hochbandbreitige Koordination.