Entenda as diferenças entre Grid Following e Grid Forming, como cada estratégia controla tensão, frequência e potência e quais impactos surgem em BESS, microrredes e redes com alta penetração de inversores.
Confira!
Grid Following (GFL) e Grid Forming (GFM) são estratégias de controle distintas para conversores eletrônicos conectados a sistemas elétricos. Um conversor Grid Following, de forma simplificada, mede a tensão e a frequência existentes no ponto de conexão e sincroniza sua corrente com essa referência. Já um conversor Grid Forming é capaz de estabelecer uma referência própria de tensão e frequência dentro dos limites de controle previstos, contribuindo para formar a condição elétrica sobre a qual outros recursos podem operar.
A diferença não é apenas terminológica. Ela altera como o conversor responde a variações de frequência, tensão, ilhamento, baixa força de rede e perturbações. Em sistemas dominados por máquinas síncronas, recursos GFL normalmente encontram uma referência robusta. À medida que cresce a participação de inversores e diminui a contribuição eletromecânica tradicional, estratégias GFM tornam-se relevantes para estabilidade, formação de rede, black start e operação de microrredes.
Isso não significa que Grid Forming seja sempre superior nem que todo BESS deva operar dessa forma. A estratégia adequada depende da função do recurso, da rede, do nível de curto-circuito, da arquitetura de proteção, da coordenação com outros controladores e dos requisitos de conexão. A engenharia precisa avaliar o comportamento do sistema como conjunto.
A diferença fundamental entre seguir e formar a rede
Em uma rede convencional robusta, tensão e frequência são estabelecidas principalmente pelas máquinas síncronas e pelo controle do sistema. Um inversor Grid Following utiliza essa condição existente como referência para injetar corrente ativa e reativa.
O Grid Forming opera de maneira diferente: seu controle pode estabelecer uma fonte de tensão controlada atrás de uma impedância virtual ou equivalente, permitindo que o conversor contribua diretamente para a referência elétrica local.
Essa distinção afeta desde a partida do sistema até a resposta dinâmica. GFL depende de uma referência detectável e suficientemente estável. GFM pode sustentar uma referência local, mas precisa ser coordenado com proteções, limites de corrente e demais fontes.
Como o Grid Following sincroniza com a rede
Conversores GFL tipicamente empregam uma malha de sincronismo para estimar ângulo e frequência da tensão da rede. A partir dessa referência, o controle regula correntes em eixos sincronizados e entrega potência ativa e reativa conforme seus setpoints.
Em condições normais e redes fortes, essa abordagem é eficiente e amplamente utilizada. O desafio aparece quando a tensão fica distorcida, o nível de curto-circuito é baixo ou múltiplos conversores interagem em um sistema com pouca referência eletromecânica.
Nessas condições, o próprio mecanismo de sincronismo pode participar de oscilações ou perda de estabilidade. Por isso, a avaliação de uma instalação com alta penetração de recursos baseados em inversores não deve limitar-se a fluxo de carga e curto-circuito estático.
Como o Grid Forming estabelece referência elétrica
Grid Forming representa uma família de estratégias, não um único algoritmo. Entre as abordagens estão controles do tipo droop, máquina síncrona virtual e outras formas de estabelecer relação entre potência, frequência e tensão.
O ponto comum é que o conversor não depende exclusivamente de seguir o ângulo de uma tensão externa para operar. Ele regula sua própria referência e interage com a rede por meio dessa condição controlada.
Isso permite funções úteis em redes fracas e microrredes, mas cria novos requisitos: coordenação entre múltiplas fontes formadoras, compartilhamento de potência, limitação de corrente durante faltas, transição entre operação conectada e ilhada e comportamento durante reconexão.
Grid Following e Grid Forming em BESS
A escolha entre Grid Following e Grid Forming deve partir da função do sistema, não do rótulo do PCS. Operação ilhada, black start, força de rede, proteção e contingências precisam ser transformados em requisitos verificáveis antes da contratação.
BESS é uma das aplicações mais relevantes para controles GFM porque combina armazenamento de energia com conversor bidirecional. Dependendo do projeto, o PCS pode operar como recurso GFL, GFM ou possuir modos selecionáveis.
Em aplicações behind-the-meter voltadas apenas a peak shaving ou load shifting, Grid Following pode ser suficiente quando a instalação permanece conectada a uma rede robusta. Já em microrredes com operação ilhada, black start ou necessidade de suporte de tensão e frequência, a capacidade Grid Forming pode ser determinante.
O artigo sobre Grid Forming em BESS, microrredes e estabilidade aprofunda especificamente o comportamento formador. Aqui, o objetivo é estabelecer a comparação com Grid Following e mostrar como a escolha depende do caso de uso.
Relação com força de rede e nível de curto-circuito
A robustez elétrica no ponto de conexão influencia o comportamento dos conversores. Sistemas com elevada potência de curto-circuito tendem a apresentar uma referência de tensão menos sensível à injeção individual de um recurso. Redes fracas podem sofrer variações maiores e interações mais relevantes.
O Short Circuit Ratio — SCR — e métricas relacionadas são utilizados em determinadas avaliações para caracterizar essa relação entre força da rede e potência de conversores. Porém, nenhum índice isolado substitui estudos dinâmicos quando a interação entre controladores é relevante.
A análise de estudos elétricos para BESS deve definir quais cenários e modelos são necessários para representar corretamente o PCS e a rede.
Resposta de frequência e potência
Máquinas síncronas armazenam energia cinética em massas rotativas e apresentam resposta física à variação de frequência. Conversores eletrônicos não possuem essa inércia mecânica, mas podem ser controlados para responder à frequência e fornecer potência a partir da energia disponível.
No caso de BESS, a bateria oferece a reserva energética, enquanto o PCS e o controle determinam a rapidez e a forma da resposta. Um controle GFM pode incorporar relações de droop ou comportamento equivalente a uma fonte de tensão, mas sua capacidade está limitada por potência do conversor, SOC, energia disponível e limites térmicos.
Não se deve confundir "inércia sintética" ou comportamento formador com energia infinita. O controle define a resposta; o armazenamento define por quanto tempo ela pode ser sustentada.
Operação em microrredes
Microrredes tornam a diferença especialmente clara. Quando conectada à rede principal, uma microrrede pode utilizar essa rede como referência. Ao se ilhar, precisa haver ao menos um recurso capaz de sustentar tensão e frequência localmente.
Um gerador síncrono pode exercer esse papel. Em arquiteturas baseadas em conversores, um BESS Grid Forming é uma alternativa frequente.
O artigo sobre microgrid e operação ilhada detalha essa transição no contexto arquitetural mais amplo.
Proteção em sistemas com GFM e GFL
Conversores mudam o comportamento de faltas. Limites de corrente, direção de fluxo e diferentes modos operativos podem exigir revisão da filosofia de proteção e dos ajustes existentes.
Estudo de Curto-Circuito, Seletividade e Coordenação de Proteções
A contribuição de corrente de conversores durante faltas é limitada pela eletrônica de potência e pelas estratégias de controle. Isso difere do comportamento clássico de máquinas síncronas e afeta a filosofia de proteção.
Em um sistema com múltiplos modos operativos, a proteção precisa funcionar tanto conectado quanto ilhado. Correntes de falta, direções de fluxo e níveis de tensão podem mudar substancialmente.
O conteúdo sobre proteção em sistemas bidirecionais mostra por que funções direcionais, sensibilidade e coordenação precisam ser revistas em arquiteturas com geração e armazenamento.
Limitação de corrente e comportamento durante faltas
Um dos desafios de Grid Forming é conciliar formação de tensão com a capacidade limitada do conversor. Durante uma falta, uma fonte de tensão ideal tenderia a entregar corrente muito elevada. O PCS real precisa restringir essa corrente para proteger semicondutores e componentes.
O algoritmo de limitação pode modificar temporariamente a forma de controle e influenciar estabilidade, proteção e recuperação pós-falta. Por isso, especificações genéricas como "PCS Grid Forming" são insuficientes: é necessário conhecer o comportamento esperado durante eventos.
Requisitos de projeto devem incluir limites, duração, recuperação, prioridade entre potência ativa e reativa e resposta a afundamentos de tensão quando aplicável.
Black start e energização de barramentos
Grid Forming pode ser utilizado para black start quando o sistema é projetado para energizar um barramento sem referência externa. Isso exige muito mais que habilitar um modo no PCS.
Transformadores apresentam correntes de energização; cargas podem partir simultaneamente; motores e fontes eletrônicas possuem comportamentos específicos; o BESS precisa ter SOC suficiente; proteções e sequências precisam funcionar sem a rede externa.
A partida deve ser planejada em estágios, com lista de cargas, sequência operacional, permissivos e critérios de estabilização antes de conectar novos blocos.
Grid Forming não elimina a necessidade de sincronismo
Mesmo que um recurso possa formar uma rede ilhada, a reconexão à rede principal exige compatibilidade de tensão, frequência e ângulo de fase. Portanto, sincronismo continua sendo requisito fundamental.
Relés de sincronismo, verificações de tensão, automação e lógica de fechamento precisam assegurar condições aceitáveis antes de paralelizar duas fontes energizadas.
O artigo Sincronismo de fontes elétricas: como paralelizar rede, geradores, BESS e microrredes com segurança aprofunda essa etapa e sua relação com BESS, geradores e microrredes.
Grid Following não é tecnologia obsoleta
A expansão de GFM não torna GFL inadequado. Milhões de inversores operam de forma eficaz como Grid Following em redes suficientemente robustas e em aplicações onde não precisam formar uma referência.
A escolha deve considerar função e contexto. Um sistema fotovoltaico conectado a uma rede forte pode operar perfeitamente em GFL. Um BESS voltado à formação de uma microrrede precisa de capacidades diferentes.
O erro de engenharia seria especificar a estratégia apenas porque uma tecnologia é mais recente. Recursos adicionais aumentam custo, complexidade de testes e interfaces; devem existir porque atendem a um requisito do sistema.
Como comparar requisitos de GFL e GFM em uma especificação
Uma especificação técnica deve sair dos rótulos e transformar a aplicação em desempenho verificável.
| Critério | Grid Following | Grid Forming |
| Referência principal | tensão/frequência existentes | referência interna controlada |
| Variável controlada típica | corrente/potência | tensão/frequência/potência |
| Dependência de rede externa | maior | menor, conforme arquitetura |
| Operação ilhada | requer fonte formadora externa | pode sustentar rede local |
| Black start | normalmente não | possível quando projetado |
| Redes fracas | exige atenção à estabilidade | pode contribuir para robustez |
| Testes | conexão, potência, ride-through, PQ | inclui formação, compartilhamento, ilhamento e reconexão |
A tabela é uma orientação conceitual; fabricantes e controladores específicos podem implementar funções híbridas ou modos múltiplos.
Estudos necessários antes de especificar Grid Forming
A necessidade de GFM deve derivar dos requisitos do sistema e de estudos. Dependendo do projeto, podem ser necessários:
- fluxo de potência em estados normal e contingência;
- curto-circuito e avaliação da força de rede;
- estudos RMS dinâmicos;
- estudos EMT quando interações rápidas forem relevantes;
- estabilidade de tensão e frequência;
- coordenação de controladores;
- avaliação de ilhamento e reconexão;
- estudos de proteção;
- qualidade de energia e harmônicas.
Quanto maior a dependência do empreendimento de conversores, maior a importância de modelos coerentes com os controles reais.
Procurement e garantias de desempenho
Na contratação, dizer apenas "o PCS deve ser Grid Forming" deixa diversas perguntas sem resposta. É necessário definir modos, transições, potência disponível, duração, limites de corrente, black start, suporte de tensão/frequência, operação em paralelo e interfaces com EMS e SCADA.
O procurement de BESS deve transformar essas funções em requisitos equalizáveis entre propostas e em critérios de FAT/SAT.
Comissionamento de modos Grid Forming
O comissionamento deve provar a função no sistema integrado. Ensaios podem incluir energização, transições de modo, degraus de carga, formação de barramento, compartilhamento com outras fontes, perda da rede, reconexão e respostas a perturbações dentro dos limites de teste definidos.
A metodologia de comissionamento de BESS estabelece a lógica de FAT, SAT, testes de desempenho e aceite.
Resultados devem ser comparados com requisitos previamente definidos. Sem critérios de aceitação mensuráveis, "modo Grid Forming habilitado" não prova desempenho.
Quando escolher Grid Following, Grid Forming ou uma arquitetura híbrida
A decisão deve responder a perguntas funcionais:
- O sistema precisa operar ilhado?
- Precisa realizar black start?
- A rede é fraca ou possui elevada penetração de IBR?
- Há múltiplos recursos formadores em paralelo?
- Quais requisitos de suporte de tensão e frequência existem?
- Quais modos devem continuar funcionando em contingência?
- Como será feita a reconexão?
- Quais testes comprovarão o desempenho?
Em muitos projetos, o PCS pode operar em diferentes modos conforme o estado do sistema. Nesse caso, a engenharia precisa definir quem comanda a mudança, quais permissivos existem e como a proteção se adapta.
Considerações finais
Grid Following e Grid Forming não são apenas duas opções de firmware. Representam formas diferentes de interação entre conversores e sistema elétrico.
Grid Following utiliza a rede como referência e é adequado a inúmeras aplicações conectadas. Grid Forming pode estabelecer tensão e frequência, tornando-se especialmente relevante em BESS, microrredes, redes fracas e sistemas com grande participação de recursos baseados em inversores.
A escolha correta depende da arquitetura, dos estudos, dos requisitos de operação e dos critérios de proteção e aceite. A engenharia deve transformar rótulos tecnológicos em funções mensuráveis e testáveis dentro do sistema real.
A função Grid Forming só existe de fato quando é testada no sistema integrado. Formação de barramento, transições, compartilhamento, contingências e reconexão precisam produzir evidências objetivas de desempenho.
Referências técnicas
[1] NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY. Research Roadmap on Grid-Forming Inverters. 2020. Disponível em: https://www.nrel.gov/docs/fy21osti/73476.pdf.
[2] NORTH AMERICAN ELECTRIC RELIABILITY CORPORATION. Grid Forming Functional Specifications for BPS-Connected Battery Energy Storage Systems. 2023. Disponível em: https://www.nerc.com/comm/RSTC_Reliability_Guidelines/Grid_Forming_Functional_Specification.pdf.
[3] EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. Roadmap de Microrredes para Sistemas Isolados no Brasil. 2026. Disponível em: https://www.epe.gov.br/pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/roadmap-de-microrredes-para-sistemas-isolados-no-brasil.
Perguntas frequentes
Grid Following sincroniza seu controle com a tensão e a frequência já existentes na rede e normalmente regula corrente/potência. Grid Forming pode estabelecer uma referência própria de tensão e frequência e sustentar uma rede local dentro dos limites de projeto.
Não. Aplicações conectadas a uma rede robusta, como peak shaving ou load shifting, podem operar adequadamente com Grid Following. Grid Forming torna-se relevante quando há requisitos como operação ilhada, black start, suporte a rede fraca ou formação de referência.
Não de forma automática. Pode executar funções antes associadas a fontes formadoras, mas possui limites de corrente, potência, energia e controle próprios. A equivalência funcional precisa ser demonstrada pela arquitetura e pelos estudos.
Pode permanecer conectado conforme seus requisitos de ride-through e controle, mas a corrente é limitada pelos semicondutores e pelo PCS. O comportamento durante a limitação precisa ser conhecido porque afeta proteção e estabilidade.
Pode permitir, desde que o BESS, o PCS, a sequência de energização, as proteções e as cargas tenham sido projetados para essa função. O simples suporte do modo pelo equipamento não garante black start do sistema.
Fluxo de potência, curto-circuito, força de rede, estudos dinâmicos RMS, EMT quando aplicável, estabilidade, proteção, ilhamento, reconexão e qualidade de energia podem ser necessários conforme a complexidade do sistema.
Sim. Uma arquitetura comum utiliza um ou mais recursos formadores como referência e outros recursos Grid Following sincronizados a essa referência. A coordenação entre controles e proteções deve ser projetada e testada.
Defina funções mensuráveis: modos, potência, limites de corrente, resposta de tensão e frequência, black start, transições, compartilhamento entre fontes, interfaces de comando e critérios de FAT/SAT.
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