2021 Fiscal Year Annual Research Report

オンライン演算に基づく再生可能エネルギーの広域制御による電力系統安定化理論の開発

Research Project

Project/Area Number	19K04346
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)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	電力システム / 再生可能エネルギー / スマートインバータ / 広域制御 / 安定化制御
Outline of Annual Research Achievements	将来の電力系統では，太陽光発電などの出力予測が難しい再生可能エネルギー（再エネ）が大量導入されることで系統運用状態の事前把握が難しくなり，既存の安定化技術だけでは電力系統の安定性を維持できなくなることが懸念されている。これまで，地絡事故時の同期発電機群の安定性（過渡安定性）の安定化を目的として，太陽光発電や風力発電の出力を制御対象としたオンライン演算型の広域制御理論を開発し，数値シミュレーションによって提案理論の有効性を明らかにした。当該年度は，過渡安定性と同じ時間領域において考慮しなければならない周波数の安定性に焦点をあて、その安定化を可能にする再エネ出力の制御理論の開発に取り組んだ。再エネ出力の制御手法として，既存の系統連系用インバータでは用いられていない電圧制御型のインバータの活用に注目し，電力系統における電源脱落時の周波数安定化に寄与する基礎理論を開発した。電圧制御型のインバータは，電力系統の周波数と独立した周波数をもつ電圧を出力でき，電力系統の周波数低下に対して，交流電気回路の物理特性に従って，高速に有効電力を変化させる潜在性をもつ。提案理論では，電圧制御型のインバータの特徴である即応性と，これまでの電圧制御型のインバータでは実現されていない有効電力の可制御性を両立しうる点に特徴がある。提案理論による周波数の安定化効果は，電力系統における電源脱落事故を模擬した数値シミュレーションによって明らかにした。なお，当該年度におけるシミュレーションでは，提案したインバータの制御理論と，再エネのエネルギー源（風力発電の場合は回転体，太陽光発電の場合はコンデンサ）との協調制御理論の開発には至らなかったため，提案理論の適用先として蓄電池を模擬し，提案理論の有効性を示した。