| 研究課題/領域番号 |
16K18070
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| 研究機関 | 神戸市立工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
南 政孝 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 講師 (50707867)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 負荷推定 / 系統連系インバータ / FPGA |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、電力系統安定性と安全性を保ちつつ太陽光発電を有効活用するため、近隣複数住宅の負荷に合わせて発電電力を調整および融通する新機能を持つインバータを開発することである。本研究の目的を達成するためには、まず単相系統連系インバータ製作する必要がある。本年度はその製作に携わった。
本年度の研究実績としては、インバータの製作と制御信号を生成するプログラムの作成が挙げられる。さらに、製作したインバータの特性を評価することは重要であるので、出力電圧波形を様々な観点から評価した。次に、インバータのデッドタイム誤差よる出力電圧低下を補償するため、デッドタイムによる出力電圧への影響を検討した。デッドタイムはインバータの上下アームの短絡を防ぐために制御信号に付与する必要がある。しかしながら、このデッドタイムによって、インバータの出力電圧が低下することが知られている。そこで、インバータ側に接続する負荷抵抗の値を変化させて、インバータの出力電圧が低下する条件を明らかにした。これよりインバータを安定に動作させることができるようになった。この成果を神戸高専産金学官技術フォーラム16にて研究発表を実施した。さらに、この結果を元にして、デッドタイム誤差を補償するプログラムを作成している。さらに、負荷推定機能を付与するために、単相単独運転時のインバータを用いて実機検証を行なっており、近日成果を学会にて報告予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
インバータの駆動には、系統の連系や電圧電流の目標値追従など複数の制御が必要である。
そこで、これらのフィードバック制御をディジタル制御を用いて実践するために、制御器としてFPGA(Field-Programmable Gate Array)を適用している。これまでの取り扱ってきた制御器(マイコンなど)とは異なり、使用するプログラミング言語が非常に難解であるため、制御器のプログラミング開発および調整に費やす時間がかかってしまった。さらに、フィードバック制御を実践するために、使用しているFPGAに合わせたA/Dコンバータが必要であり、その選定と調整に費やす時間がかかってしまった。
また、インバータの主回路には直流側の平滑用キャパシタや連系リアクトル、さらには模擬負荷を準備する必要がある。これらの実機における設計値が未だ選定中であるので、大規模な実験ではなく、小規模な原理検証の実験に当該年度は切り替えてきた。
以上の2点(制御器と主回路のそれぞれの問題)があり、当該年度における本研究課題の進捗状況がやや遅れている原因であると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在、系統連系インバータの回路構成と制御構成をまとめ、系統連系インバータを実機検証する前段階にある。まず実機検証の前には、回路シミュレーションソフトを用いて系統連系インバータの動作を解析する。次に、単相系統連系インバータを製作する。ここで、単相に設定している理由は、対象とする住宅の太陽光発電システムの規模から予想される系統連系が単相だからである。これは系統連系ガイドラインにおいて定められている基準をもとに考えてる。さらに、直流側として太陽光発電の特性を模擬する電源を開発する。これまでは太陽光発電として直流電圧源を利用してきたが、太陽光発電の電流電圧特性を模擬するような発電源を用いることで、より一層の現実モデルに近づくと考えられる。ここまでの計画で太陽光発電の系統連系実験システムの構築および改良が完了する。
次に、インバータからの推定信号による動的な負荷推定に関して実機検証する。はじめに、推定信号をインバータに重畳するための加算回路方式を考え、原理検証を行なう。そして、この推定信号をインバータから出力させても、系統連系が維持可能であるかを検証する。その後、その推定信号から負荷推定を実践し、精度を評価する。これらの成果を併せると１つの住宅における負荷推定機能を有する系統連系インバータが実現する。
さらに、これらを複数台製作して、それぞれの制御の元に連系するシステムを開発して、全体システムの完成となる。この実機により負荷推定機能と電力調整機能の原理検証を実施して、その効果を検証する予定である。
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