2017 Fiscal Year Research-status Report
風力発電平均電力の学習予測制御を備えた系統連系インバータの研究
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17K06289
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
梅村 敦史 北見工業大学, 工学部, 助教 (90453795)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 理音 北見工業大学, 工学部, 准教授 (60301975)
田村 淳二 北見工業大学, 工学部, 教授 (40171897)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電力変換 / パワーエレクトロニクス / 系統連系インバータ / 学習制御 / 風力発電 / パーティクルフィルタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，地球温暖化問題の対策として二酸化炭素排出の削減，エネルギーの自給自足の促進，石油枯渇に対して脱化石燃料の解決策として再生可能エネルギーの利用がすすめられている．その有用な電源として風力発電が注目されている．
風力発電では変動する風速にあわせて最大電力を系統へ送電する方法がとられる．この方法では，系統における供給電力の変動の原因となるため，できるだけ一定の電力を供給するほうが望ましい．予め供給できる平均電力を予測できれば，平均電力を系統へ一定送電し，余分な電力や不足する電力を発電機の運動エネルギーに充放電することで，系統の安定化に寄与することが期待できる．平均電力を予測する従来の方法としては，出力電力の瞬時値をローパスフィルタに通して，得られた値を平均電力の推定値として用いるのが一般的である．
本研究は風力発電機の回転速度から，統計的学習制御を用いて，平均電力を実時間予測し，これを出力目標とすることで，風力発電機の変動する出力を安定化する手法を提案する．提案手法によって，連係する系統の周波数安定化に寄与できることを，実風速データを用いた数値解析で検証する．
平成２９年度は，実験的な検証の準備として瞬時値制御するモデル追従制御系統連系インバータの実験装置を構築し動作を確認する．さらに並行して，提案する粒子フィルタを用いた学習制御の有効性を無限大母線電力系統のモデルで動作の検証をする計画であった．
実績としては，数値解析用のコンピュータを購入し大規模系統解析の準備に着手した．また，研究室に設置している小型風力発電機に付随する風力計を用いて自然風速のデータ計測と小型風力発電機の発電電力の計測を行いデータの蓄積をした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
現在，実験に用いる瞬時値制御であるモデル追従制御のための発電機の線形モデルの導出と提案する学習制御での解析をすすめている．また，導出した線形モデルを用いてモデル追従制御を設計し数値解析を用いて有効性の検証をする．これと並行して，提案手法と解析結果に関する研究発表論文を執筆中である．以上は，当初の計画では，昨年度中に完了する計画であった．よって現状は，当初の計画からは遅れている状態にある．
遅れている要因として主に三つの理由を挙げることができる．一つ目は，研究代表者の健康上の問題により，数値解析モデルの構築，提案手法，研究結果の発表が遅れている．
二つ目として，小型風力発電機のブラシが摩耗したため，小型風力発電機による発電ができなくなっている．小型風力発電機の交換修理の見積りをしているが，交換修理に時間がかかり，これにより実験装置の構築が遅れている．
三つ目として，発電機瞬時値モデルの線形化問題がある．回転速度と電力の関係は２次１階微分方程式で表される，加えて，電圧電流と回転速度の関係は積の項が表れる非線形法的式になる．平衡点付近での線形微分方程式にするのが簡易的で多くの場合有効であるが，実際に近い変動風速，風力発電機および系統モデルにおいて有効かどうかは数値解析で示す必要がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
現状では，小型風力発電機が発電できないため，小型風力発電機の交換修理の進捗にあわせて実験を準備し，数値解析での検証を先行するように研究計画を考える．
学習の効果は，実際の実風速を用いないと有効性が示すことが難しいので，数値解析においては，提案する学習制御を構築し，実際の風速データから平均電力の推定ができることを数値解析で検証する．一方実験としては，小型風力発電機の修理交換が遅れることもありえるので，小型風力発電機を直接接続する前に，風力発電機ではなく直流電源を電源として，定格安定に動作する同期発電機を等価的な系統モデルとして，平均電力の目標を与えて，連係インバータで動作させる実験を先行させることを検討する．
実際の風速データを用いた数値解析の次に，系統を単機モデルで表して瞬時値制御の目標に学習で得られた平均電力を与えて安定動作することを数値解析で確認する．同期発電機で構成された系統は等価的に一つの同期発電機で表すことができる．そこで，系統を単機の同期発電機で等価的におきかえて，実風速データを用いた変動風速における系統の安定動作を数値解析で確認する．更には，IEEE３機モデルで提案手法の電圧変動や周波数変動の抑制に有効であるかを通して，北海道の系統に応用した時の有効性の検証に発展させていく．
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| Causes of Carryover |
主に，小型風力発電機が故障したため，実験装置の費用が次年度使用額として残った．
使用計画としては，小型風力発電機の交換・修理および実験装置の構築に利用する．
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| Remarks |
その他の論文
[1] 梅村敦史，高橋理音，田村淳二 : 風力発電のための二機並列モデル追従制御を用いた系統連系インバータ，パワーエレクトロニクス学会誌, vol.42, JIPE-42-09, pp.74-79, 2017.
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