Adaptieve virtuele inertie voor een stabiel elektriciteitsnet

De elektrificatie en snelle groei van hernieuwbare energie veranderen het karakter van het elektriciteitsnet ingrijpend. Waar stabiliteit traditioneel werd geleverd door de roterende massa van synchrone generatoren, domineren vandaag steeds vaker converter-based resources zoals wind, zon en energieopslag. Het gevolg is een structureel tekort aan inertie, waardoor frequentieafwijkingen sneller en heviger verlopen. Dit stelt nieuwe eisen aan de besturing van vermogenselektronica.

In zijn MSc-scriptieonderzoek[1] bij TenneT B.V. onder de Technische Universiteit Eindhoven, richt Florian Bingel zich op deze uitdaging met een combinatie van grid-forming converters, Virtual Oscillator Control (VOC) en een vernieuwend frequentiebegrip: Complex Frequency. Het resultaat is een adaptieve regeling die aantoonbaar bijdraagt aan frequentiestabiliteit in laag-inertie netten.

Grid-forming en Virtual Oscillator Control

In tegenstelling tot grid-following converters, die het net volgen via een PLL, gedragen grid-forming converters zich als spanningsbron en bepalen zij actief spanning en frequentie. Binnen deze categorie biedt Virtual Oscillator Control belangrijke voordelen. Door te werken in het tijdsdomein en direct gebruik te maken van lokale spannings- en stroommetingen, kan VOC extreem snel reageren op verstoringen. In het onderzoek is gekozen voor een Andronov-Hopf-oscillator, die bekendstaat om zijn robuuste synchronisatie-eigenschappen en eenvoudige parametrisering.

Van klassieke frequentie naar Complex Frequency

Een belangrijk knelpunt in conventionele regelingen is de frequentiemeting zelf. PLL’s mengen lokale dynamiek met globale systeemgedragingen, wat kan leiden tot vertraagde of overmatige vermogensinjectie. Complex Frequency doorbreekt dit door frequentie als een complexe grootheid te beschouwen. Het reële gedeelte definieert lokale dynamiek en het imaginaire gedeelte definieert de globale dynamiek. Hierdoor ontstaat een scherp onderscheid tussen lokale en globale effecten in het net.

Door Complex Frequency te gebruiken als ingang voor de virtuele-inertieregeling, kan een converter gerichter reageren op verstoringen, met minder actief vermogen en een grotere rol voor reactief vermogen.

Adaptieve virtuele inertie met fuzzy logic

De optimale bijdrage aan virtuele inertie blijkt sterk afhankelijk van het net en het type verstoring. Een vaste instelling is daarom zelden ideaal. In dit werk wordt dit opgelost met een fuzzy-logic-regelaar die op basis van lokale frequentie en RoCoF continu één sleutelparameter aanpast. Zo levert de converter alleen extra inertie wanneer dat nodig is, en blijft hij terughoudend onder normale omstandigheden.

Resultaten en relevantie

Uit uitgebreide EMT-simulaties op aangepaste IEEE 9-bus-systemen blijkt dat deze aanpak leidt tot lagere frequentienadirs, RoCoF-waarden binnen ENTSO‑E-grenzen en een robuust gedrag bij zowel belastingstappen als symmetrische en asymmetrische fouten. Opvallend is dat geen extra complexe hardware nodig is: een lokale PMU volstaat.

Voor engineers en systeemontwerpers onderstreept dit onderzoek een duidelijke trend. Vermogenselektronica evolueert van passieve netvolger naar actieve systeemdrager. De integratie van Complex Frequency en adaptieve regelstrategieën biedt een veelbelovend perspectief voor stabiele, toekomstbestendige elektriciteitsnetten.

Power Electronics & Energy Storage event

Florian Bingel geeft de openingspresentatie voor het vermogenselektronica en energieopslag event op 27 mei 2026 in congrescentrum 1931, ’s-Hertogenbosch. Bezoek de website voor meer informatie.

[1] Complex Frequency-based Control for Adaptive Frequency Regulation of Grid-Forming Converters – Onderzoeksportaal Eindhoven University of Technology