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2020 Fiscal Year Research-status Report

Economy-Oriented Construction of Renewrable Energy Generation System: Integrated Control Technology of Generation and Energy Storage

Research Project

Project/Area Number 19K04452
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

劉 康志  千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (70240413)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords協調最適化 / 風車制御 / 蓄電設備の制御 / 事故時継続運転能力 / 仮想同期発電機
Outline of Annual Research Achievements

1.風力発電機と蓄電設備の共同制御 本手法では、主に風車の回転エネルギーを制御することによって風力出力を平滑化している。また、風車エネルギーの放出しすぎによる運転停止を防ぐため方策もとっている。本手法により、平滑に必要な蓄電設備の容量を低減させることができ、風車寿命期間内での収益を0.967%~1.7%改善できることが分かった。
2.風力発電機と蓄電設備の協調制御 我々のグループで提案した風車と蓄電設備の制御システムに、二つのゲインが重要な役割を担っている。これらを固定すると、風車と蓄電設備の協調制御に制限をもたらすことになり、最適な協調制御ができない。そこで、出力平滑化、蓄電設備の出力電力及び残存エネルギーに関する評価関数を最小化するようにこれらのゲインをオンラインで逐次変更する方策をとった。その結果、蓄電設備の寿命を大幅に伸ばすことができるようになり、全体として発電コストを抑えることに成功した。
3.風力発電機事故時継続運転能力向上の制御方法 電力系統の事故によって電力変換設備に損傷を与えることを避けるために、Crawbar などの保護装置が設置されている一方、系統要件を満たすためになるべく保護装置の早期な解除が求められる。しかし、適切なタイミングで解除しないと、再び過電流に陥り電力変換設備を壊す恐れがある。そkで、本研究ではその最適な妥協点を解析的に見出す手法を編み出した。
4.仮想同期発電機の制御法と最適な分散配置法 スマートグリッドにおいて、発電設備の慣性が著しく低下し、系統全体の安定性を脅かしている。これを防ぐために、蓄電設備を仮想の同期発電機として運転させ系統安定性を保証する方法がとられている。本研究では、仮想同期発電機における過電流現象を抑えられる手法、および仮想同期発電機の効果を最大にするための電力系統にける効率的な配置法を開発した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究概要に書いたとおり、以下成果が得られた:1)風力発電機と蓄電設備の共同制御の方法、2)風力発電機と蓄電設備の協調制御の方法。
また、関連成果として以下が得られた:3)風力発電機事故時継続運転能力向上の制御方法、4)仮想同期発電機の制御法と最適な分散配置法。
以上の結果により、最終目標に大きく近づいてきた。

Strategy for Future Research Activity

残り1年間では、実用化に重点を置いて、以下の研究と研究報告のとりまとめを実施する。
1.風力発電機と蓄電設備の協調制御法の実用化
2.風力発電機事故時継続運転能力向上の制御法の実装
3.仮想同期発電機の制御法の実装
4.仮想同期発電機の最適な分散配置法の実用化

Causes of Carryover

コロナ禍の影響で、予定されていた学術会議参加、学術交流などに伴う旅行はすべて取りやめになったためである。
今年度は、設備購入充てる費用を増やすと共に、研究補助者の雇用時間も増やす予定である。

  • Research Products

    (24 results)

All 2021 2020

All Journal Article (19 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Peer Reviewed: 18 results,  Open Access: 12 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] IPMSM Controller Design for Electrical Vehicles based on ADRC and improved FCSMPC2021

    • Author(s)
      F. Liu, H. Li, L. Liu, R. Zou, K.Z. Liu
    • Journal Title

      Mathematics, MDPI

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Improved adaptive parameters estimation considering transient-state estimation error in sensorless control system of IPMSM2021

    • Author(s)
      N. Kawamura, T. Zanma, Y. Nomura, K. Koiwa, K.Z. Liu, M. Hasegawa
    • Journal Title

      IET Electric Power Applications

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Simultaneous Estimation of Rotor Speed and Stator Resistance in Speed-Sensorless Vector Control of IMs2021

    • Author(s)
      Kawamura Naoki、Zanma Tadanao、Koiwa Kenta、Liu Kang-Zhi、Hasegawa Masaru
    • Journal Title

      IEEJ Journal of Industry Applications

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1541/ieejjia.20011814

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Identification of Mode Shapes Based on Ambient Signals and the IA-VMD Method2021

    • Author(s)
      Liu Fang、Lin Sisi、Chen Chonggang、Liu Kangzhi、Zou Runmin、Sidorov Denis
    • Journal Title

      Applied Sciences

      Volume: 11 Pages: 530~530

    • DOI

      10.3390/app11020530

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Analysis of equivalent‐input‐disturbance‐based control systems and a coordinated design algorithm for uncertain systems2021

    • Author(s)
      Yu Pan、Liu Kang‐Zhi、Liu Xudong、Li Xiaoli、Wu Min、She Jinhua
    • Journal Title

      International Journal of Robust and Nonlinear Control

      Volume: 31 Pages: 1755~1773

    • DOI

      10.1002/rnc.5375

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A time series model based on hybrid-kernel least-squares support vector machine for short-term wind power forecasting2021

    • Author(s)
      Ding Min、Zhou Hao、Xie Hua、Wu Min、Liu Kang-Zhi、Nakanishi Yosuke、Yokoyama Ryuichi
    • Journal Title

      ISA Transactions

      Volume: 108 Pages: 58~68

    • DOI

      10.1016/j.isatra.2020.09.002

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] One-Sample Optimal Output Smoothing Method for Wind Farm with Energy Storage System2021

    • Author(s)
      K. Koiwa, T. Ishii, K.Z. Liu, T. Zanma, J. Tamura
    • Journal Title

      IET Renewable Power Generation

      Volume: 15-3 Pages: 653-663

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Phase-Shaping Approach to The Control of Parametric Systems and Its Application2020

    • Author(s)
      Shimonomura Sho、Fang Jiayi、Liu Kang-Zhi、Yamaguchi Takashi、Akiyama Takao、Sugiura Katsumi
    • Journal Title

      IEEE/ASME Transactions on Mechatronics

      Volume: - Pages: 1~1

    • DOI

      10.1109/TMECH.2020.3033022

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Novel Cost Reduction Method for Wind Farms Associated with Energy Storage Systems by Optimal Kinetic Energy Control2020

    • Author(s)
      Koiwa Kenta、Tawara Takuro、Watanabe Mizuki、Liu Kang-Zhi、Zanma Tadanao、Tamura Junji
    • Journal Title

      Applied Sciences

      Volume: 10 Pages: 7223~7223

    • DOI

      10.3390/app10207223

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Analysis of Current Phase Lead Characteristics Using Transfer Function for Stepper Motors in Middle-Speed Operation2020

    • Author(s)
      Kawamura Naoki、Zanma Tadanao、Liu Kang-Zhi、Inoue Syota、Osawa Susumu、Kikuchi Atsushi、Yamasaki Reiji、Ishida Muneaki
    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Industry Applications

      Volume: 140 Pages: 983~984

    • DOI

      10.1541/ieejias.140.983

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Current analysis of grid‐connected Inverter with VSG controller under?voltage dip and recovery2020

    • Author(s)
      Koiwa Kenta、Inoo Koyo、Liu Kang‐Zhi、Zanma Tadanao
    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering

      Volume: 15 Pages: 1699~1701

    • DOI

      10.1002/tee.23242

  • [Journal Article] Nonlinear decentralized load frequency control of multi‐machine power systems with exponential stability and low L 2 gain against load disturbance2020

    • Author(s)
      Wang Wei、Liu Kang‐Zhi
    • Journal Title

      Asian Journal of Control

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1002/asjc.2347

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Optimal voltage vector in current control of PMSM considering torque ripple and reduction of the number of switching operations2020

    • Author(s)
      Zanma Tadanao、Tozawa Satoshi、Takagi Yu、Koiwa Kenta、Liu Kang‐Zhi
    • Journal Title

      IET Power Electronics

      Volume: 13 Pages: 1200~1206

    • DOI

      10.1049/iet-pel.2019.0701

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A hybrid algorithm for the load flow analysis of VSC-HVDC systems based on 1+2 order Newton-Raphson and simplified Newton2020

    • Author(s)
      Wei Yanfang、Li Qiankun、Liu Kang-Zhi、Wang Peng、Zeng Zhihui、Wang Xiaowei
    • Journal Title

      International Journal of Electrical Power & Energy Systems

      Volume: 118 Pages: 105828~105828

    • DOI

      10.1016/j.ijepes.2020.105828

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] On the Reduction of the Rated Power of Energy Storage System in Wind Farms2020

    • Author(s)
      Koiwa Kenta、Ishii Tomoya、Liu Kang-Zhi、Zanma Tadanao、Tamura Junji
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Power Systems

      Volume: 35 Pages: 2586~2596

    • DOI

      10.1109/TPWRS.2019.2960463

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Improved Robust Performance Design for Passive Uncertain Systems?Active Use of the Uncertainty Phase and Gain2020

    • Author(s)
      Liu Kang-Zhi、Akiba Junpei、Ishii Tomoyuki、Huo Xin、Yao Yu、Koiwa Kenta、Zanma Tadanao
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Industrial Electronics

      Volume: 67 Pages: 10755~10765

    • DOI

      10.1109/TIE.2019.2960750

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Full Converter Control for Variable-Speed Wind Turbines Without Integral Controller or PLL2020

    • Author(s)
      Koiwa Kenta、Li Yinqxiao、Liu Kang-Zhi、Zanma Tadanao、Tamura Junji
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Industrial Electronics

      Volume: 67 Pages: 9418~9428

    • DOI

      10.1109/TIE.2019.2955406

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Attenuation of Position-Dependent Periodic Disturbance for Rotary Machines by Improved Spatial Repetitive Control With Frequency Alignment2020

    • Author(s)
      Huo Xin、Wang Mengyu、Liu Kang-Zhi、Tong Xingang
    • Journal Title

      IEEE/ASME Transactions on Mechatronics

      Volume: 25 Pages: 339~348

    • DOI

      10.1109/TMECH.2019.2946675

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A New Hybrid Bat Algorithm and its Application to the ROP Optimization in Drilling Processes2020

    • Author(s)
      Gan Chao、Cao Wei-Hua、Liu Kang-Zhi、Wu Min、Wang Fa-Wen、Zhang Suo-Bang
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Industrial Informatics

      Volume: 16 Pages: 7338~7348

    • DOI

      10.1109/TII.2019.2943165

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 風車と貯蔵装置の協調制御による風力発電の出力変動抑制法2021

    • Author(s)
      フー ニータネル,劉 康志,小岩 健太,残間 忠直
    • Organizer
      SICE MSCS2021
  • [Presentation] 非対称事故時の二重給電誘導発電機の最適なCrowbar解除タイミング2021

    • Author(s)
      大西 弘詞 劉 康志 小岩 健太 残間 忠直
    • Organizer
      SICE MSCS2021
  • [Presentation] 過電流抑制機構を付加した仮想同期発電機制御2021

    • Author(s)
      猪尾 幸永,小岩 健太,劉 康志,残間 忠直
    • Organizer
      SICE MSCS2021
  • [Presentation] Optimal Sparse Placement and Tuning of Virtual InertiaDevices in Power Systems2021

    • Author(s)
      C. Sanabria, K.Z. Liu, T. Zanma, K. Koiwa
    • Organizer
      SICE MSCS2021
  • [Presentation] 部分モデルマッチング法を用いた仮想同期発電機のパラメータ設計2021

    • Author(s)
      苫米地 晃,小岩 健太,残間 忠直,劉 康志
    • Organizer
      SICE MSCS2021

URL: 

Published: 2021-12-27  

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