2018 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 / 深層学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
系統に連系す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供給する．風速が変動すると電力変動の原因となる．しかし，系統へ供給する電力が一定であれば系統の安定化に寄与できる．
送電できる平均電力が予測できれば，予め出力を絞り，必要な時に必要な電力を供給したり，余剰電力を風力発電機の運動エネルギーに蓄積するなどで，一定の平均電力を供給ことが期待できる．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．このようにして得られた平均電力は過去の平均電力である．指数関数フィルタを用いて現時点に近い平均値を用いる場合も風況によっては実際の平均から相違することもある．
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．
これまで，数値解析のために専用のコンピュータとソフトを購入し，研究室に設置してある小型風力発電機に敷設している風速計を用いて自然風速と小型風力発電機の発電電力の計測を行いデータの収集を進めてきている．
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予定である．
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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．しかしながら，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とは，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点を挙げることができる．一点目は，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．
また，二点目として，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おり，小型風力発電機の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．
三点目として，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 |
今後は数値解析を優先して研究計画を推進する．学習の効果は，実際の実風速を用いないと有効性を示す．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．
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．
一方，現状では，小型風力発電機の交換修理が遅れているので，小型風力発電機を直接接続するのではなく直流電源をインバータの電源として，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負荷として接続し，連系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．
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| Causes of Carryover |
研究代表者の健康上の問題で海外での国際学会出席、論文発表が実施できず，小型風力発電機の不具合によって実験装置の構築が遅れたため次年度使用額が生じた．
研究年度内に，実験装置を構築し，論文発表等を実施する．
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| Remarks |
その他の論文
[1]梅村敦史，高橋理音，田村淳二 : 小型風力発電機の可変慣性減衰制御の一考察(研究報告), パワーエレクトロニクス学会誌, vol.43, JIPE-43-15, pp.124-129, 2018/03.
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Research Products
(22 results)
