2017 Fiscal Year Research-status Report

Improvement of Power System Stability by Excitation Control of Synchronous Generators Using Wide Area Measurement Systems

Research Project

Project/Area Number	17K14639
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	河辺賢一東京工業大学, 工学院, 助教 (60634061)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2019-03-31
Keywords	電力系統 / 過渡安定性 / 同期発電機 / 広域計測システム / 励磁制御
Outline of Annual Research Achievements	発電機の励磁制御に対して，従来用いられることのなかった広域計測データの活用を想定し，電力系統の過渡安定性の向上を可能とする新たな系統安定化理論を構築した。提案した系統安定化理論では，エネルギー関数の早期減衰を制御指標とする。ここで，エネルギー関数は，電力系統の全ての発電機がもつ動揺エネルギーを表す抽象的な概念である。エネルギー関数の早期減衰を実現するために，発電機の数式モデルから励磁電圧と内部誘起電圧の関係式を導出し，制御変数である励磁電圧が変化した場合に，その変化が発電機の電気的出力に与える変化の感度を導出する方法を考案した。さらに，感度係数を用いることで，エネルギー関数の早期減衰に寄与する励磁電圧の変化方向を算出する方法を開発した。感度係数は、広域系統のリアルタイム計測情報を用いることで導出できる。系統安定化理論の有効性を数値シミュレーションにより検証した結果，提案理論による励磁電圧の制御は，既存のAVR(Automatic Voltage Regulator)を適用した場合と比較して過渡安定性を向上できる一方，端子電圧を漸減させてしまうという問題が明らかになった。そこで，提案理論をAVRと併用する方法を新たに開発し，この問題を解決した。その他，広域計測データの利用にあたり無視することのできない通信遅れが，系統安定化効果に及ぼす影響を検証した。検証の結果，通信遅れが大きいほど系統安定化効果は低下するが，提案理論とAVRを併用することで，通信遅れに伴う励磁電圧の動作遅れを補うことができることを明らかにした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の計画の通り，広域計測データを利用した発電機の励磁制御システムの基礎理論を開発し，シミュレーションによって，過渡安定性の向上に対する提案理論の高い効果を確認したため。
Strategy for Future Research Activity	既存の励磁制御システムとして，PSS(power system stabilizer)とAVR(Automatic voltage regulator)を具備した励磁制御モデルを模擬し，既存システムと提案システムの安定化効果を比較する。まず，想定外の系統条件に対して，既存システムと提案システムの安定化効果を比較する。既存システム（AVRとPSSで構成）の事前チューニングの際に想定した系統条件と異なる系統条件とした場合，既存システムでは安定化効果が得られない可能性が高い。そのような系統条件に対しても，提案システムが事前チューニングを行うことなく有効に機能することを明らかにする。次に，想定内の系統条件に対して，制御定数の事前チューニングを行った既存の励磁制御システムと，事前チューニングを必要としない提案システムの安定化効果を比較する。事故直後の非線形性の強い系統動揺の安定化には，エネルギー関数を指標とした提案システムの単独適用が有効であると予想するが，その後の時間帯のダンピング向上には既存PSSも有効である。そこで，システムの信頼性確保の観点から既存PSSの併用・協調策について検討する。
Causes of Carryover	国際会議への発表予定に変更があったため、次年度使用額が生じた。次年度は、主に国際会議への参加に伴う旅費（欧州出張×3人）や参加費として使用する計画である。