2019 Fiscal Year Research-status Report
離島・非電化地域における自然エネルギー利用導入に向けたマイクログリッド技術の開発
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18K04099
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
高橋 理音 北見工業大学, 工学部, 准教授 (60301975)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | マイクログリッド / ディーゼル発電 / 二重給電形誘導発電機 / 周波数安定化 / 蓄電池 / 風力発電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和元年度においては，昨年度までに構築したマイクログリッドのシミュレーションモデルを拡張し，風力発電による変動電力に対する電力調整能力を評価した。
モデルの拡張された主な点としては，本研究で提案する可変速度運転を行う内燃機関発電システムにおいて，マイクログリッドの条件が変わっても制御目標を表すファジィ関数に従い同等の制御性能を達成できるファジィ制御系を導入したこと，ならびに蓄電池による電力調整のアシストを行うことが挙げられる。
本年度は，昨年度から拡張した解析モデルを用いて，需要家，送配電網，変動電源としての風力発電システムを含めたマイクログリッドにおける可変速発電システムの電力調整能力すなわち周波数安定化効果を評価した。およそ想定されるいかなる変動パターンを持つ自然風速に対しても安定な制御を可能にする可変速発電システムの制御系設計のために，一ヶ月間の自然風速実測値から，異なる風力発電出力の平均値(低，中，高)および乱れ具合に相当する標準偏差(小，中，大)の組み合わせとなる9種類の風速パターン(1時間，1秒サンプル)を抽出して解析に用いた。また，主電源を2台構成とし，1台が従来の固定速同期発電機，もう1台が可変速発電システムである場合に，それぞれの出力容量比を変えた場合の解析も行った。さらに，需要家に設置されている蓄電池の一部の電力を周波数安定化のために利用できると想定した場合の解析も行った。その結果，主電源のうち25％を可変速発電システムにすることで周波数変動を大幅に低減可能であることが分かった。蓄電池を併用する場合は，可変速発電システムが許容速度範囲内で安定に運転しながら風力発電導入量を更に増やせることも示した。以上のことにより，様々な条件下でのマイクログリッドにおいて，本研究で提案する可変速発電システムの採用による風力発電の許容導入量を推定することが可能になったと言える。
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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
令和元年度においては，昨年度までに構築したマイクログリッドのシミュレーションモデルを拡張した上で，様々なマイクログリッドの条件下での解析を行った。およそ想定される風力発電の変動特性の代表的なパターン(前述の通り9種類)，主電源における本研究で提案する可変速発電システムの導入比(数種類)ならびに風力発電定格出力(数種類)のそれぞれの組み合わせに対するマイクログリッドの周波数変動を解析し，結果，いずれの変動電力パターンの下でも可変速発電システムが主電源合計容量に対して25%の割合であれば周波数変動が大きく抑制できることが分かり，また可変速発電システムの速度が許容範囲内で運転可能で，かつ周波数が一般的な変動基準以内となるような風力発電の導入可能量は，可変速発電システムの定格容量の約10％であることも明らかにした。なお，蓄電池による電力調整のアシストがある場合は，風力発電の導入可能量は少しではあるが更に増加できることも分かった。
以上のようにマイクログリッドの様々な条件下での周波数変動特性を解析できる環境はおよそ整ったと言えるが，現在のところ系統容量に対して風力発電の導入可能量が小さいと言う課題が存在している。これに対しては，蓄電池の制御手法を改善することや，風力発電を多数台構成にするとともに自身の出力を制御できる(いずれも，現在商用運転されている風力発電システムで主流の方式である)形式に拡張することで，課題の解決につなげられるものと期待できる。このことは次年度(最終年度)の研究計画にも含めている。
また，最終年度の研究計画にも含めているところの，マイクログリッド設計の効率向上を達成するために必要となる高速な演算を行うための実効値解析モデルの構築も，現在進めているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
本課題の研究計画に掲げた目標のうち，検討を継続している項目である，①「汎用の瞬時値解析ソフトウェアを用いた瞬時値解析結果との比較を通した実効値解析モデルの構築ならびに解析精度の向上」および，②「主にマイクログリッドの運用特性の調査と設計法の導出，エネルギー貯蔵装置の仕様に依存する系統安定化効果の調査」の達成に向けて研究を進める。
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| Causes of Carryover |
研究推進に必要な事務用品等の見積もりに変更があったことに伴い，本年度の実支出額が支出請求額より下回ったものである。
生じた次年度使用額は，次年度助成金と合わせて研究遂行に不可欠な計算機ならびにそのソフトウェアの性能維持と拡充，その他研究環境維持のために使用する予定である。
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Research Products
(2 results)
