2017 Fiscal Year Annual Research Report
A fundamental theory of large-scale systems for expanding power system design
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17J05742
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
浦田 賢吾 東京工業大学, 工学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | システム理論 / 分散制御 / 受動性 / 電力システム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，自然エネルギーの大量導入の状況下での安定的な電力系統を目指して，個々の自然エネルギーの系統への接続規則を考える．この設計問題を一度数学的に抽象化して，システムの規模が段階的に拡大していく大規模システムの基礎理論の構築を本研究の目標とする．
本年度では，その目標に向けてサブシステムのクラスの導出と接続構造に対する解析の二つの課題について取り組んだ．
まず一つ目に対する課題では，従来の受動的なクラスを有限周波数帯域内で議論することにより，より一般的な理論への拡張に成功した．これまで当該研究員は，二つのサブシステムのフィードバック接続した相互結合システムの性能解析を行ってきた．特に，それら二つのサブシステムが受動性と呼ばれるシステムの性質を有しているとき，接続前のサブシステム単体の性能よりも，相互結合システムの性能が向上することを理論的に示している．しかしながら，これまで示した理論では，性能向上のために接続する受動システムはバイプロパーであることを要求しており，実応用できる範囲が狭いという問題点を抱えていた．この問題に対して，従来の受動的なクラスを有限周波数帯域内で考えることで，受動的でないシステム同士での接続でも，有限周波数帯域に限り，性能が向上することを理論的に示した．
二つ目の課題では，各サブシステムがある受動性のクラスに属するとき，接続により制御性能が向上するための接続条件を導出した．その条件には，大規模システム理論などでよく利用される拡散接続なども含んでおり，電力系統への設計理論への展開が期待できる．
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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
当該特別研究員は，次世代の電力系統の設計を目指し，規模の拡大に伴い性能が向上する大規模システムの基礎理論の構築を最終目標とし，精力的に取り組み，期待通りに研究が進んでいる．具体的な研究成果として，大規模システムを構成する各サブシステムのクラスの緩和，フィードバック接続によらない接続条件及び，IEEEが提供している簡易化された電力系統モデルに対して構築した理論を適用の二点を達成した．特に，各サブシステムのクラスの緩和では，各サブシステムの性質を有限周波数帯域で特徴付けることの検討を行った．得られた研究成果を国際学術論文としてまとめ，International Journal of Robust and Nonlinear Controlに採択された．加えて，SICE Annual Conference 2017及び56th IEEE Conference on Decision and Controlの二つの査読付き国際学会にて発表を行った．特に，SICE Annual Conference 2017では，発表及び研究内容が評価され，SICE Annual Conference 2017 Young Author’s Award Winnerを受賞した．さらに第60回自動制御連合講演会でも発表を行い，優秀発表賞を受賞したことから，国内外問わず，研究内容に関して高い評価を得ることができた．以上のことから，当該研究員の働きにより期待通り研究が進展していると評価できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策として，56th IEEE Conference on Decision and Controlにて発表を行った研究内容を進展させることが考えられる．これまでの議論では，受動的なシステムを二つのスカラー値のパラメータで特徴付けし，システムの性能評価や性能向上をその二つのパラメータを用いた上界の意味で保証していた．これに対して，上記の学会発表では，受動的なシステムを二つの行列パラメータで特徴付けし，システムの性能評価を行うことを提案している．加えて，簡単なケースにおいて，性能向上が可能となる行列パラメータの条件を導出している．行列パラメータへの拡張は，性能向上のための必要条件であった同一の入出力ポートへのフィードバック接続を省くことが可能となる．これによって，電力系統設計の問題においても，段階的に性能向上させるための自然エネルギーを接続する母線の選択問題に展開できることが期待できる．このような動機から，今後は，行列パラメータによって特徴づけた受動性をベースに，より一般的な性能向上を可能とする条件やフィードバック接続に限らない一般的なネットワーク接続に対する展開が考えられる．
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