2017 Fiscal Year Annual Research Report
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17H03219
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
餘利野 直人 広島大学, 工学研究科, 教授 (70182855)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 敏久 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (30254155)
造賀 芳文 広島大学, 工学研究科, 准教授 (40294532)
関崎 真也 広島大学, 工学研究科, 助教 (70724897)
佐々木 豊 広島大学, 工学研究科, 助教 (10511561)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電力系統 / パワーエレクトロニクス / 再生可能エネルギー / 蓄電池 / 同期化力インバータ / 単相マイクログリッド / 制御系設計 / 安定性解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単相同期化力インバータを用いた単相マイクログリッドの構築に向けて、平成29年度は以下の項目について研究を実施した。
(1) 同期化力インバータにおける基本制御系の設計：単相交流同期化力インバータの基本的な制御系設計を完了した。単相交流同期化力インバータのコア技術として、仮想回転機の同期化力による単相交流回路との同期メカニズムの良好な動作を確認した。さらに本研究の目的である単相マイクログリッドの安定運用のためには、補足的技術として、過電流抑制技術、周波数制御技術、協調的電圧制御機能が必須である。今年度は、このうち過電流抑制技術についてフィードバック制御を用いない新しい制御手法を開発した。リアルタイムシミュレータであるHardware-in-the-loop(HIL)を新規購入し、開発した過電流抑制制御を実装した同期化力インバータの動作検証を行った。
(2) 需給コントローラの基本機能の構築：需給制御マネージャ（SMU）の基本機能を構築した。SMUは、前日計画機能と当日リアルタイム運用機能を実現した大規模電力システムのシミュレータとして、基幹システムの課題抽出や新手法の開発に使用できるので、本研究ではSMUに対して単相マイクログリッドを管理・運用するコントローラ機能を加えるための検討を行った。そして、独立系統として運用する際に需給バランスを確保するために太陽光発電の抑制機能を開発した。
(3) 電力システム解析用インバータシミュレーションモデルの開発：提案インバータのモデルはミリ秒オーダー（瞬時値レベル)の動的特性を有するので、電力系統の安定性解析に適した秒オーダー（実効値レベル）の近似モデルを開発中である。モデル開発と並行して、研究代表者らが所有する安定度解析プログラムに開発中のモデルを組み込むための予備的検討を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題は、(1) 同期化力インバータにおける基本制御系の設計、(2) 需給コントローラの基本機能の構築、(3) 電力システム解析用インバータシミュレーションモデルの開発からなる。(1)については、インバータの基本的な制御系設計を完了し、さらに重要度の高い過電流抑制機能を開発した。これより、性能の良い制御系が構築できたため、(1)については「順調に進展している」と言って良い。また、(2)については、単相マイクログリッドへの需給コントローラの適用のための検討を行い、太陽光発電の抑制機能を開発した。よって本項目についても「順調に進展している」と言って良い。一方、(3)については同期化力インバータの安定度解析への適用に関して、初期段階の検討を終えた段階である。すなわち、本項目については若干計画より遅れている。したがって以上より、全体としては「おおむね順調に進展している」といえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は周波数制御技術、協調的電圧制御機能を実装して、模擬負荷を用いた単相マイクログリッド(μG)を構築して実証実験を行う。具体的には、以下を実施する。(1) 周波数調整システム設計と既存分散電源との協調運用機能設計：周波数偏差に基づいたLFC信号に基づきインバータの出力制御を行い、インバータ群が協調する周波数調整システムを構築する。また、単相太陽光発電パワーコンディショナなどの既存分散電源と同期化力インバータの協調的出力制御についても検討を行う。(2) 模擬負荷とインバータ実機を用いた単相μGの実証実験環境の構築：開発した拡張型同期化力インバータ制御系を5台準備し、広島大学実験研究棟の地下に設置する模擬負荷装置に実装する。それぞれの模擬負荷を結合してマイクログリッドの基本構成を構築する。(3) DSPボードへの実装：C言語で記述した開発プログラムをコード化し、専用のDSPボードを用いてインバータ実機複数台を駆動させ、広島大学実験研究棟で実験を行う。(4) 完全自立システムに向けたDCバス基本制御動作実験：提案する単相μGの運用に対して十分な制御性を発揮できるかを確認し、必要に応じて制御動作を調整する。DC/DCコンバータはそれぞれ直流電圧維持と最大電力追従制御を行い、SMUによるインバータ出力電力の指定だけで、自動的な安定運転状態が維持されるか等、蓄電池充放電や太陽光発電の出力抑制を含めて、基本性能を実験により確認する。(5) 完全自立システムに向けた単相μGの基本制御動作実験：提案法ではインバータに火力発電機の周波数特性を組み込み、既存の三相電力システムの需給調整メカニズムを単相μGにおいて実現する。単相μGが生き残る基本性能を実験で確認する。また、単相μGに最適なパラメータ設定を検討する。以上より、完全自立システムとしての機能構築を完了する。
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