اینورتر Grid-forming چیست؟ بررسی تفاوت آن با Grid-following و نقش آن در آینده نیروگاه‌های خورشیدی

مقدمه

با افزایش سریع ظرفیت نیروگاه‌های خورشیدی و بادی، ساختار شبکه‌های برق در حال تغییر است. بخش بزرگی از نیروگاه‌های سنتی مانند نیروگاه‌های حرارتی و آبی از ژنراتورهای سنکرون استفاده می‌کنند؛ ماشین‌هایی دوار که به‌صورت طبیعی در ایجاد ولتاژ شبکه، پشتیبانی فرکانس و تأمین اینرسی نقش دارند.

در مقابل، نیروگاه‌های خورشیدی و بسیاری از منابع تجدیدپذیر جدید از طریق مبدل‌های الکترونیک قدرت و اینورترها به شبکه متصل می‌شوند. افزایش سهم این منابع باعث شده است عملکرد اینورترها دیگر فقط به تزریق توان اکتیو و راکتیو محدود نباشد و قابلیت‌هایی مانند پشتیبانی فرکانس، پشتیبانی ولتاژ، عملکرد در شبکه‌های ضعیف و تشکیل شبکه اهمیت بیشتری پیدا کند.

آژانس بین‌المللی انرژی نیز در گزارش Electricity 2026 به نقش رو‌به‌رشد منابع مبتنی بر اینورتر و نیاز شبکه‌های آینده به انعطاف‌پذیری و تقویت سیستم اشاره کرده و Grid-forming inverterها را یکی از راهکارهای تقویت سیستم در شرایط کاهش سهم ماشین‌های سنکرون معرفی می‌کند.

در چنین شرایطی، مفهوم Grid-forming (GFM) به یکی از موضوعات مهم در توسعه شبکه‌های آینده تبدیل شده است.

1. اینورتر در یک نیروگاه خورشیدی چه کاری انجام می‌دهد؟

پنل‌های خورشیدی برق DC تولید می‌کنند، در حالی که شبکه برق AC است. بنابراین در یک نیروگاه خورشیدی، اینورتر یکی از اصلی‌ترین تجهیزات تبدیل انرژی است.

به‌صورت ساده:

PV Array → DC → Inverter → AC → Transformer → Grid

اینورتر علاوه بر تبدیل DC به AC، وظایف دیگری مانند کنترل توان اکتیو و راکتیو، کنترل ولتاژ، حفاظت و هماهنگ‌سازی با شبکه را نیز بر عهده دارد.

اما نحوه کنترل اینورتر اهمیت زیادی دارد.

از دید کنترل شبکه، دو مفهوم مهم وجود دارد:

• Grid-following

• Grid-forming

2. Grid-following چیست؟

بیشتر اینورترهای متداول متصل به شبکه از ساختاری استفاده می‌کنند که به آن Grid-following inverter (GFL) گفته می‌شود.

معنای ساده Grid-following این است:

اینورتر مشخصات موجود شبکه را تشخیص می‌دهد و خود را با آن هماهنگ می‌کند.

شبکه از قبل یک ولتاژ AC با فرکانس و زاویه مشخص دارد و اینورتر تلاش می‌کند توان خود را با همان شبکه هماهنگ کند.

یکی از اجزای متداول در این ساختار PLL یا Phase-Locked Loop است.

PLL به اینورتر کمک می‌کند پارامترهایی مانند:

• زاویه فاز

• فرکانس

• موقعیت لحظه‌ای موج ولتاژ

را از شبکه استخراج کند.

به بیان ساده:

Grid → اندازه‌گیری ولتاژ → PLL → تشخیص زاویه و فرکانس → کنترل اینورتر

بنابراین اینورتر Grid-following را می‌توان بیشتر به‌عنوان یک تجهیز دنبال‌کننده شبکه در نظر گرفت.

پژوهش‌های IEEE نیز تفاوت اساسی این دو ساختار را در نحوه کنترل بیان می‌کنند؛ در بسیاری از ساختارهای GFL، اینورتر به‌صورت یک منبع جریان کنترل می‌شود، در حالی که GFM بیشتر به‌صورت یک منبع ولتاژ کنترل می‌شود.

3. مشکل Grid-following چیست؟

Grid-following به خودی خود یک فناوری نامناسب نیست. برعکس، این روش سال‌هاست با موفقیت در نیروگاه‌های خورشیدی و بادی مورد استفاده قرار گرفته است.

مشکل زمانی ایجاد می‌شود که سهم منابع مبتنی بر اینورتر در شبکه بسیار زیاد شود.

در یک شبکه سنتی، تعداد زیادی ژنراتور سنکرون وجود دارد. این ماشین‌ها به دلیل جرم دوار خود دارای اینرسی هستند و همچنین در ایجاد ولتاژ و پشتیبانی شبکه نقش دارند.

اما در یک سیستم قدرت با نفوذ بسیار بالای خورشیدی و بادی، ممکن است ساختار سیستم به سمت چیزی شبیه این حرکت کند:

Solar + Solar + Wind + BESS + Solar + Wind

در چنین سیستمی تعداد ماشین‌های سنکرون کاهش می‌یابد.

در نتیجه موضوعاتی مانند:

• کاهش اینرسی سیستم

• کاهش قدرت اتصال کوتاه

• ضعف شبکه

• تغییرات سریع فرکانس

• مشکلات پایداری

• محدودیت عملکرد PLL

• نیاز بیشتر به پشتیبانی ولتاژ و فرکانس

اهمیت پیدا می‌کنند.

IEA نیز در بررسی سیستم‌های با سهم بالای انرژی‌های تجدیدپذیر، کاهش اینرسی و کاهش نقش ماشین‌های سنکرون را از چالش‌های مهم معرفی کرده است. یکی از راهکارهای مورد بررسی، توسعه کنترل‌های Grid-forming برای مبدل‌هایی است که بتوانند شکل موج ولتاژ شبکه را ایجاد کنند.

4. Grid-forming چیست؟

Grid-forming inverter یا GFM نوعی اینورتر با استراتژی کنترلی است که می‌تواند رفتار یک منبع ولتاژ را شبیه‌سازی کند و در شکل‌دهی مشخصات شبکه نقش داشته باشد.

به زبان ساده:

Grid-following:

«شبکه چه ولتاژ و فرکانسی دارد؟ من خودم را با آن هماهنگ می‌کنم.»

Grid-forming:

«من یک ولتاژ و فرکانس مرجع ایجاد می‌کنم و در تعیین رفتار شبکه مشارکت می‌کنم.»

البته این بیان ساده‌شده است و به این معنی نیست که هر GFM در هر شرایطی می‌تواند به‌تنهایی یک شبکه بزرگ را تشکیل دهد.

در واقع عملکرد واقعی GFM به نوع کنترل، ظرفیت منبع DC، طراحی شبکه، محدودیت جریان و الزامات بهره‌برداری بستگی دارد.

IEEE، GFM را به‌عنوان فناوری‌ای معرفی می‌کند که منابع مبتنی بر اینورتر را قادر می‌سازد تا از دید سیستم قدرت رفتاری شبیه منابع ولتاژ داشته باشند و از شبکه پشتیبانی کنند.

5. تفاوت اصلی Grid-following و Grid-forming

تفاوت را می‌توان به شکل زیر خلاصه کرد:

بنابراین تفاوت GFL و GFM صرفاً یک تفاوت نرم‌افزاری کوچک در منوی تنظیمات اینورتر نیست؛ بلکه به نحوه تعامل منبع مبتنی بر اینورتر با شبکه مربوط می‌شود.

6. چرا منبع ولتاژ بودن مهم است؟

برای فهم بهتر GFM باید کمی به شبکه AC برگردیم.

یک ژنراتور سنکرون واقعی، خودش یک ولتاژ AC ایجاد می‌کند.

برای مثال:

Rotor → میدان مغناطیسی → ولتاژ AC

ژنراتور با شبکه سنکرون می‌شود، اما از طرف دیگر خودش یک منبع ولتاژ نیز محسوب می‌شود.

در GFM تلاش می‌شود بخشی از چنین رفتاری به‌صورت الکترونیکی و با الگوریتم‌های کنترلی ایجاد شود.

به همین دلیل GFM را می‌توان نوعی تلاش برای انتقال برخی ویژگی‌های مفید ماشین‌های سنکرون به منابع مبتنی بر اینورتر دانست.

البته GFM یک ژنراتور سنکرون واقعی نیست و محدودیت‌های خاص خودش را دارد.

7. اینورتر Grid-forming چگونه فرکانس را کنترل می‌کند؟

یکی از مفاهیم مهم در GFM، ایجاد رابطه‌ای بین توان اکتیو و فرکانس است.

در بسیاری از روش‌های GFM، کنترلر به تغییرات توان و شرایط شبکه واکنش نشان می‌دهد و فرکانس مرجع اینورتر را تنظیم می‌کند.

یکی از روش‌های شناخته‌شده، کنترل P-f یا Droop Control است.

به‌صورت مفهومی:

افزایش بار → افزایش نیاز به توان → تغییر شرایط فرکانس → GFM افزایش توان خروجی

این رفتار به کنترل اولیه فرکانس شباهت دارد.

روش‌های دیگری نیز وجود دارند، از جمله:

• Virtual Synchronous Machine

• Virtual Synchronous Generator

• Droop-based control

• Virtual Oscillator Control

بنابراین Grid-forming یک الگوریتم واحد و مشخص نیست؛ بلکه مجموعه‌ای از روش‌های کنترلی مختلف می‌تواند برای ایجاد رفتار GFM استفاده شود.

8. Virtual Inertia چیست؟

یکی از اصطلاحاتی که معمولاً در بحث GFM دیده می‌شود Virtual Inertia یا اینرسی مجازی است.

در ژنراتورهای سنکرون، روتور دارای جرم است.

اگر سرعت روتور کمی تغییر کند، انرژی جنبشی ذخیره‌شده در آن می‌تواند برای مدت کوتاهی به سیستم کمک کند.

به همین دلیل ژنراتورهای سنکرون به‌طور طبیعی اینرسی دارند.

اما یک اینورتر جرم دوار مشابهی ندارد.

بنابراین می‌توان با استفاده از کنترل الکترونیکی، رفتاری شبیه بخشی از اینرسی ایجاد کرد.

به این مفهوم Virtual Inertia گفته می‌شود.

نکته مهم:

اینرسی مجازی به معنی ایجاد جرم فیزیکی جدید نیست.

بلکه کنترلر اینورتر با اندازه‌گیری شرایط شبکه و تغییر سریع توان، رفتاری مشابه برخی اثرات اینرسی ایجاد می‌کند.

9. نقش Grid-forming در پشتیبانی فرکانس

فرض کنیم شبکه در فرکانس 50 Hz کار می‌کند.

ناگهان یک نیروگاه بزرگ از مدار خارج می‌شود.

توان تولیدی کاهش پیدا می‌کند:

Generation ↓

در حالی که تقاضا تقریباً همان مقدار باقی مانده است:

Load ≈ ثابت

بنابراین تعادل تولید و مصرف به هم می‌خورد و فرکانس شروع به تغییر می‌کند.

یک GFM مناسب می‌تواند در چنین شرایطی نسبت به تغییرات شبکه واکنش نشان دهد و توان خروجی خود را تغییر دهد.

اگر منبع DC آن نیز انرژی کافی در اختیار داشته باشد، می‌تواند برای مدت مشخصی توان بیشتری به شبکه تحویل دهد.

اینجا تفاوت مهمی میان «قابلیت کنترلی» و «انرژی در دسترس» وجود دارد.

یک اینورتر نمی‌تواند صرفاً با داشتن الگوریتم GFM، انرژی از هیچ تولید کند.

اگر منبع آن یک باتری باشد، انرژی در باتری وجود دارد.

اگر منبع آن PV باشد، توان قابل تحویل به شرایط تابش و نقطه کاری نیروگاه بستگی دارد.

10. چرا BESS برای Grid-forming بسیار مهم است؟

یکی از بهترین ترکیب‌ها برای GFM، استفاده از:

BESS + Grid-forming PCS

است.

BESS مخفف:

Battery Energy Storage System

یعنی سیستم ذخیره‌سازی انرژی با باتری.

در یک سیستم ساده:

Battery → DC → PCS → AC → Grid

PCS یا Power Conversion System همان بخش الکترونیک قدرت است که انرژی DC باتری را به AC تبدیل می‌کند و کنترل اتصال به شبکه را انجام می‌دهد.

اگر PCS از قابلیت Grid-forming برخوردار باشد، BESS می‌تواند در پشتیبانی دینامیکی شبکه نقش مهمی داشته باشد.

برای مثال:

شبکه → افت فرکانس

سپس:

GFM PCS → افزایش توان خروجی

و:

Battery → تأمین انرژی موردنیاز

این ترکیب یکی از دلایلی است که پروژه‌های ذخیره‌سازی انرژی در بحث آینده شبکه بسیار مهم شده‌اند.

11. آیا نیروگاه خورشیدی می‌تواند Grid-forming باشد؟

بله، اما یک نکته مهم وجود دارد.

اینکه یک نیروگاه خورشیدی دارای اینورتر است، به این معنی نیست که الزاماً Grid-forming است.

یک نیروگاه PV می‌تواند با اینورترهای GFL کار کند یا در معماری مناسب از فناوری‌های GFM استفاده کند.

اما مسئله انرژی بسیار مهم است.

فرض کنید:

تابش خورشید = صفر

در این حالت یک نیروگاه PV معمولی نمی‌تواند صرفاً به دلیل داشتن کنترل GFM، انرژی موردنیاز برای تشکیل و پشتیبانی یک شبکه را تأمین کند.

اینجا ذخیره‌ساز انرژی اهمیت پیدا می‌کند.

به همین دلیل معماری:

PV + BESS + GFM

می‌تواند بسیار قدرتمند باشد.

12. Grid-forming و شبکه ضعیف

یکی از مهم‌ترین کاربردهای GFM در Weak Grid یا شبکه ضعیف است.

شبکه ضعیف را می‌توان به‌صورت ساده شبکه‌ای در نظر گرفت که در نقطه اتصال نیروگاه، نسبت به یک شبکه بسیار قوی، قدرت اتصال کوتاه پایین‌تر و امپدانس معادل بالاتری دارد.

در چنین شبکه‌ای، عملکرد برخی کنترل‌های GFL می‌تواند دشوارتر شود.

یکی از مشکلات مهم این است که عملکرد PLL و حلقه‌های کنترل اینورتر می‌تواند تحت تأثیر شرایط شبکه قرار بگیرد.

GFM با ساختار متفاوت خود می‌تواند در چنین شرایطی رفتار مناسب‌تری داشته باشد.

این به معنای آن نیست که:

«هر GFM در هر شبکه ضعیفی بدون مشکل کار می‌کند.»

خیر.

پارامترهای شبکه، طراحی کنترل، محدودیت جریان و تعامل چندین اینورتر همچنان بسیار مهم هستند.

13. Grid-forming و Black Start

یکی دیگر از قابلیت‌هایی که در بحث GFM مطرح می‌شود Black Start است.

Black Start یعنی توانایی راه‌اندازی بخش‌هایی از شبکه پس از یک خاموشی گسترده، بدون اینکه ابتدا از یک منبع خارجی برق دریافت شود.

در شبکه‌های سنتی، ژنراتورهای خاصی برای این کار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در معماری‌های جدید، BESS مجهز به GFM می‌تواند در برخی سناریوها نقش مهمی در فرآیند راه‌اندازی مجدد شبکه داشته باشد.

اما باید توجه داشت که:

Grid-forming بودن به‌تنهایی مساوی با Black Start بودن نیست.

برای Black Start باید کل سیستم، تجهیزات جانبی، حفاظت، توالی راه‌اندازی، کنترل و شبکه موردنظر برای این قابلیت طراحی و تأیید شده باشند.

در مطالعات صنعتی GFM نیز مواردی مانند Black Start، پاسخ توان اکتیو و راکتیو، Ride-through و رفتار در خطاها از جمله معیارهای مهم ارزیابی عملکرد هستند.

14. یک تفاوت بسیار مهم: GFM در حالت عادی با GFM هنگام خطا

ممکن است تصور شود چون GFM شبیه منبع ولتاژ است، بنابراین می‌تواند در هنگام اتصال کوتاه نیز مانند یک ژنراتور سنکرون جریان بسیار زیادی تولید کند.

اما این تصور درست نیست.

اینورترهای قدرت معمولاً از نظر جریان خروجی محدودیت شدیدی دارند.

یک ژنراتور سنکرون می‌تواند در لحظه خطا جریان اتصال کوتاه بزرگی ایجاد کند، اما یک اینورتر نمی‌تواند بدون محدودیت چنین جریانی را تحمل کند.

بنابراین GFM باید در شرایط خطا از طریق Current Limiting از نیمه‌هادی‌های قدرت محافظت کند.

این موضوع یکی از چالش‌های مهم طراحی GFM است.

پژوهش‌های IEEE نیز محدودسازی جریان را یکی از مسائل کلیدی GFM می‌دانند، زیرا ورود Current Limiter می‌تواند رفتار دینامیکی و حتی پایداری سیستم را تحت تأثیر قرار دهد.

15. آیا GFM می‌تواند جایگزین کامل ژنراتور سنکرون شود؟

نه، حداقل نباید این موضوع را به این شکل ساده بیان کرد.

GFM می‌تواند برخی ویژگی‌های مهم منابع سنکرون را از طریق کنترل الکترونیکی ارائه کند، اما یک ژنراتور سنکرون و یک GFM از نظر فیزیکی یکسان نیستند.

تفاوت‌هایی مانند:

• محدودیت جریان اینورتر

• ظرفیت انرژی DC

• رفتار در خطا

• اینرسی واقعی در برابر اینرسی مجازی

• دینامیک کنترل

• محدودیت نیمه‌هادی‌ها

• الزامات حفاظت

وجود دارد.

بنابراین بهتر است گفته شود:

Grid-forming یکی از فناوری‌های کلیدی برای امکان‌پذیر کردن حضور بسیار زیاد منابع مبتنی بر اینورتر در شبکه است، نه اینکه الزاماً یک جایگزین یک‌به‌یک برای ژنراتور سنکرون باشد.

16. آیا تمام اینورترهای خورشیدی باید Grid-forming شوند؟

خیر.

در یک شبکه واقعی ممکن است ترکیبی از فناوری‌ها وجود داشته باشد:

Synchronous Generators + GFL + GFM + BESS + Loads

و مسئله اصلی، طراحی صحیح کل سیستم قدرت است.

در برخی مناطق، GFL هنوز کاملاً مناسب است.

در برخی شبکه‌ها که سهم منابع مبتنی بر اینورتر زیاد شده یا انتظار می‌رود افزایش یابد، استفاده از GFM می‌تواند اهمیت بیشتری پیدا کند.

بنابراین آینده لزوماً این نیست که:

GFL حذف شود → همه‌چیز GFM شود

بلکه احتمالاً شاهد ترکیبی از منابع مختلف خواهیم بود که هرکدام وظایف مشخصی را انجام می‌دهند.

17. GFM در نیروگاه‌های خورشیدی بزرگ

در نیروگاه‌های Utility-scale، موضوع GFM اهمیت بیشتری پیدا می‌کند؛ زیرا نیروگاه‌های بسیار بزرگ می‌توانند سهم قابل‌توجهی از ظرفیت تولید یک منطقه را تشکیل دهند.

برای مثال، فرض کنیم یک منطقه دارای:

• 2 GW نیروگاه حرارتی

• 3 GW نیروگاه خورشیدی

• 1 GW باد

• 500 MW BESS

باشد.

اگر بخش زیادی از تولید خورشیدی و بادی توسط اینورترهای GFL انجام شود، رفتار دینامیکی شبکه با حالتی که بخشی از منابع دارای قابلیت GFM باشند متفاوت خواهد بود.

در این شرایط، GFM می‌تواند بخشی از قابلیت‌های پشتیبانی شبکه را فراهم کند.

اما طراحی چنین سیستمی نیازمند مطالعات دقیق شبکه است.

18. Grid-forming و افزایش ظرفیت انرژی‌های تجدیدپذیر

رشد سریع Solar PV و Wind باعث شده است موضوع GFM دیگر فقط یک بحث آزمایشگاهی نباشد.

IEA پیش‌بینی کرده است که ظرفیت تجدیدپذیرهای جهان در فاصله 2025 تا 2030 حدود 4600 GW افزایش یابد و خورشیدی و بادی بخش بزرگی از این رشد را تشکیل دهند.

در همین حال، شبکه‌ها با محدودیت‌هایی مانند:

• ازدحام شبکه

• کمبود ظرفیت اتصال

• Curtailment

• کاهش انعطاف‌پذیری

• افزایش منابع مبتنی بر اینورتر

روبرو هستند.

در گزارش Electricity 2026، IEA تأکید می‌کند که بیش از 2500 GW پروژه‌های تجدیدپذیر، ذخیره‌سازی و بارهای بزرگ در صف اتصال به شبکه قرار دارند و محدودیت شبکه به یکی از موانع مهم توسعه سیستم برق تبدیل شده است.

بنابراین آینده نیروگاه‌های خورشیدی فقط به افزایش تعداد پنل‌ها مربوط نیست؛ بلکه نحوه تعامل نیروگاه با شبکه نیز اهمیت بسیار زیادی پیدا خواهد کرد.

19. آیا Grid-forming فقط برای BESS است؟

خیر.

GFM می‌تواند در منابع مختلف مبتنی بر اینورتر مورد استفاده قرار گیرد، از جمله:

• BESS

• Solar PV

• Wind

• Hybrid Power Plants

• Microgrids

• بعضی منابع Distributed Energy Resources

اما BESS یک مزیت مهم دارد:

انرژی ذخیره‌شده و قابل‌کنترل

این موضوع باعث می‌شود BESS برای پشتیبانی سریع شبکه و برخی کاربردهای GFM بسیار مناسب باشد.

در سیستم PV خالص، منبع DC مستقیماً به تابش خورشید وابسته است.

در سیستم BESS، انرژی از قبل ذخیره شده و در زمان موردنیاز قابل استفاده است.

20. روش‌های مختلف پیاده‌سازی Grid-forming

Grid-forming یک الگوریتم واحد نیست.

برخی روش‌های مهم عبارت‌اند از:

20-1. Droop Control

در این روش بین توان و فرکانس و همچنین توان راکتیو و ولتاژ رابطه‌ای ایجاد می‌شود.

به‌صورت مفهومی:

P ↔ f

و

Q ↔ V

این روش از نظر مفهومی به رفتار برخی کنترل‌های اولیه در سیستم قدرت نزدیک است.

20-2. Virtual Synchronous Machine

در این روش تلاش می‌شود رفتار دینامیکی مشابه ماشین سنکرون از طریق مدل و کنترل الکترونیکی ایجاد شود.

20-3. Virtual Oscillator Control

در این روش رفتار یک نوسان‌ساز مجازی برای تولید و کنترل شکل موج AC استفاده می‌شود.

این روش‌ها هرکدام مزایا و چالش‌های خاص خود را دارند و انتخاب آنها به کاربرد، معماری سیستم و الزامات عملکرد بستگی دارد.

21. چالش‌های Grid-forming

با وجود مزایای GFM، این فناوری بدون چالش نیست.

21-1. محدودیت جریان

اینورتر نمی‌تواند مانند یک منبع ایده‌آل هر مقدار جریان را تأمین کند.

بنابراین طراحی Current Limiting بسیار مهم است.

21-2. رفتار در خطا

در شرایطی مانند:

• Voltage Sag

• Short Circuit

• Phase Jump

• Frequency Disturbance

کنترل GFM باید ضمن حفظ پایداری، از تجهیزات قدرت نیز محافظت کند.

21-3. تعامل چندین GFM

اگر چندین GFM در یک شبکه قرار داشته باشند، کنترل آنها باید به‌گونه‌ای باشد که با یکدیگر ناپایدار نشوند.

21-4. مدل‌سازی و مطالعات EMT

برای برخی مطالعات دقیق GFM، مدل‌های ساده فازوری کافی نیستند و لازم است رفتار الکترونیک قدرت در مقیاس زمانی سریع‌تر نیز بررسی شود.

21-5. استانداردها و الزامات شبکه

اپراتورهای شبکه باید مشخص کنند که یک GFM دقیقاً چه قابلیت‌هایی باید داشته باشد.

موضوعاتی مانند:

• Frequency response

• Voltage response

• Fault ride-through

• Current injection

• Reactive power capability

• Phase jump response

• Black Start

می‌توانند در مشخصات فنی مورد توجه قرار گیرند.

22. آیا GFM یک استاندارد مستقل است؟

نکته مهمی وجود دارد:

Grid-forming نام یک فناوری و رویکرد کنترلی است، نه نام یک استاندارد واحد IEC که تمام مشخصات GFM را به‌تنهایی تعریف کند.

برای ارزیابی و اتصال منابع مبتنی بر اینورتر، استانداردها و الزامات مختلفی در حوزه‌های مختلف وجود دارند.

برای مثال استانداردهای اتصال منابع مبتنی بر اینورتر و الزامات عملکرد شبکه در اسناد مختلف IEEE و مقررات Grid Codeها مطرح شده‌اند.

همچنین استانداردهای مرتبط با نیروگاه‌های بادی و ویژگی‌های الکتریکی آنها، مانند IEC 61400-21-1، قابلیت‌هایی از جمله اندازه‌گیری پاسخ کنترل فرکانس، کنترل توان راکتیو و پاسخ کنترل اینرسی را پوشش می‌دهند.

بنابراین هنگام بررسی یک اینورتر خاص نباید فقط به عبارت:

Grid-forming

در تبلیغات سازنده اکتفا کرد.

باید بررسی کرد که دقیقاً چه قابلیت‌هایی ارائه شده و در چه شرایطی قابل استفاده هستند.

23. چگونه بفهمیم یک اینورتر واقعاً Grid-forming است؟

اگر در دیتاشیت یا کاتالوگ یک سازنده عبارت Grid-forming را دیدیم، بهتر است موارد زیر بررسی شوند:

1. آیا اینورتر واقعاً ولتاژ را به‌عنوان متغیر اصلی کنترل می‌کند؟

2. آیا در شبکه ضعیف عملکرد مشخص و مستند دارد؟

3. آیا قابلیت تشکیل شبکه در حالت islanded را دارد؟

4. آیا BESS یا منبع DC توان کافی برای پشتیبانی دارد؟

5. رفتار آن در هنگام Fault چگونه است؟

6. Current Limiting آن چگونه انجام می‌شود؟

7. چه نوع کنترل GFM استفاده شده است؟

8. آیا قابلیت Black Start دارد؟

9. چه تست‌هایی برای اثبات عملکرد آن انجام شده است؟

10. الزامات Grid Code مربوطه را برآورده می‌کند یا خیر؟

این موارد اهمیت زیادی دارند؛ زیرا عبارت GFM به‌تنهایی اطلاعات کافی درباره عملکرد واقعی یک محصول ارائه نمی‌دهد.

24. آینده Grid-forming چگونه خواهد بود؟

با افزایش سهم خورشیدی و بادی، شبکه‌ها به منابعی نیاز دارند که علاوه بر تولید انرژی، بتوانند در پایداری و کنترل سیستم قدرت نیز مشارکت کنند.

در چنین شرایطی، نقش اینورتر از یک مبدل ساده:

DC → AC

به یک تجهیز هوشمند و فعال در سیستم قدرت تبدیل می‌شود.

در آینده احتمالاً شاهد ترکیبی از این فناوری‌ها خواهیم بود:

Solar PV

Wind

BESS

Grid-forming converters

Synchronous condensers

Advanced Grid Controls

هدف این ترکیب، ایجاد شبکه‌ای است که بتواند حتی با سهم بسیار بالای منابع مبتنی بر اینورتر نیز پایدار و قابل‌کنترل باقی بماند.

IEA نیز Grid-forming inverterها را در کنار فناوری‌هایی مانند dynamic line rating و تجهیزات پیشرفته شبکه، جزو فناوری‌هایی می‌داند که برای پاسخ به چالش‌های جدید شبکه در حال توسعه و استقرار هستند.

25. جمع‌بندی

افزایش ظرفیت انرژی خورشیدی و بادی باعث شده است ساختار سنتی شبکه برق در حال تغییر باشد. در شبکه‌های سنتی، ژنراتورهای سنکرون بخش مهمی از وظایف مربوط به اینرسی، ایجاد ولتاژ و پشتیبانی فرکانس را به‌صورت طبیعی انجام می‌دهند.

اما منابع تجدیدپذیر جدید عمدتاً از طریق اینورتر به شبکه متصل می‌شوند.

اینورترهای Grid-following برای سال‌ها راهکار اصلی اتصال این منابع بوده‌اند. این اینورترها شبکه موجود را دنبال می‌کنند و توان خود را با مشخصات آن هماهنگ می‌کنند.

با افزایش سهم منابع مبتنی بر اینورتر، نیاز به قابلیت‌های پیشرفته‌تر بیشتر شده است.

Grid-forming یکی از پاسخ‌های مهم به این نیاز است.

GFM می‌تواند اینورتر را از یک تجهیز صرفاً دنبال‌کننده شبکه به تجهیزی تبدیل کند که در ایجاد و تنظیم ولتاژ و فرکانس شبکه نیز نقش فعال‌تری دارد.

قابلیت‌هایی مانند:

• پشتیبانی فرکانس

• پشتیبانی ولتاژ

• رفتار مناسب‌تر در شبکه‌های ضعیف

• پاسخ سریع به اختلالات

• اینرسی مجازی

• امکان تشکیل شبکه در معماری‌های مناسب

• و در برخی کاربردها پشتیبانی از Black Start

باعث شده‌اند این فناوری به یکی از موضوعات مهم آینده سیستم قدرت تبدیل شود.

با این حال، Grid-forming جایگزین جادویی برای ژنراتورهای سنکرون نیست. محدودیت جریان، رفتار در خطا، طراحی کنترل، انرژی در دسترس و تعامل چندین مبدل همچنان چالش‌های مهمی هستند.

در این میان، ترکیب PV + BESS + Grid-forming PCS یکی از جذاب‌ترین معماری‌های آینده برای نیروگاه‌های تجدیدپذیر است؛ زیرا علاوه بر تولید انرژی، امکان استفاده از ذخیره‌ساز برای ارائه خدمات سریع به شبکه را نیز فراهم می‌کند.

بنابراین می‌توان گفت آینده نیروگاه خورشیدی فقط به این سؤال محدود نمی‌شود که:

«چقدر برق تولید می‌کنیم؟»

بلکه سؤال مهم‌تر این خواهد بود:

«چگونه نیروگاه خورشیدی در پایداری و عملکرد شبکه برق نیز مشارکت می‌کند؟»

و Grid-forming یکی از فناوری‌های کلیدی برای پاسخ به این سؤال است.

منابع پیشنهادی

1. International Energy Agency (IEA), Electricity 2026 – Grid and flexibility analysis.

2. International Energy Agency (IEA), Electricity 2026 – Flexibility – نقش Grid-forming inverterها در تقویت سیستم با کاهش سهم ژنراتورهای سنکرون.

3. International Energy Agency (IEA), Conditions and requirements for the technical feasibility of a power system with a high share of renewables in France towards 2050.

4. IEEE, Theoretical Comparison of Current Limiting Algorithms in Grid-Forming Inverter in Terms of Transient Stability.

5. IEEE, Grid-Forming Inverters: Evaluating Performance and Industry Implications for Grid Stability and Renewable Energy Integration, 2025.

6. IEEE, Overcurrent Limiting in Grid-Forming Inverters: A Comprehensive Review and Discussion.

7. IEEE, Multivariable Control Design for Grid-Forming Inverters With Decoupled Active and Reactive Power Loops.

8. IEC, IEC 61400-21-1:2019 – Wind energy generation systems – Measurement and assessment of electrical characteristics.

9. International Energy Agency (IEA), Renewables 2025 – Renewable Electricity.