2020 年度実施状況報告書

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

研究課題

研究課題/領域番号	19K04346
研究機関	東京工業大学
研究代表者	河辺賢一東京工業大学, 工学院, 助教 (60634061)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード	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
研究実績の概要	送電線への雷撃などの擾乱発生時に，電力系統内の同期発電機群が同期運転状態を維持する能力の度合いを過渡安定性と呼ぶ。過渡安定性が不十分な場合には，擾乱発生から数秒以内に発電機の同期が崩れ，停電の原因となる。今後，出力予測が難しい再生可能エネルギー電源（再エネ）が大量導入されることで，時間的余裕をもった運用計画が難しくなるため，既存の安定化技術だけでは電力系統の安定運転を維持できない恐れがある。本研究では，再エネが大量導入された電力系統における系統事故時の過渡安定性向上のために，これまで太陽光発電(PV)の無効電力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てきた。提案理論は、PV以外の分散型エネルギーリソースに応用可能であることから、引き続き、その他のリソースに対する適用効果について検討を続けている。当該年度は、提案理論を風力発電システム(WF)に応用し、系統事故時の過渡安定性向上に対する有効性をシミュレーションによって明らかにした。PV に比べて発電設備容量の大きいWFは，より高い電圧階級に連系されることが予想される。そのため，WFは同期発電機を用いた従来電源との電気的距離が近く，WFの有効電力の制御が過渡安定性に与える影響が大きいことに着目し、制御理論を拡張した。また、風力発電を制御対象とする場合、電力系統の連系に用いられているインバータの他、風車等の物理的な特性の模擬が重要であることに着目し、それらの特性のモデリングおよび風車の回転数制御などの制御手法を新たに実装した。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 2: おおむね順調に進展している理由当初の計画では、再生可能エネルギーの無効電力出力のみを制御対象とする想定だったのに対して、想定よりも早くその制御理論を確立できたことから、有効電力を制御対象とした理論拡張に取り組み、シミュレーションにより有効性を確認できた。
今後の研究の推進方策	これまでの検討では，電力系統の事故時の過渡安定性を安定化できる理論を開発してきたのに対して，同じ時間領域で考慮しなければならない周波数安定性にも焦点をあて，その安定化を可能にする制御理論の開発に取り組む。
次年度使用額が生じた理由	国内/国際会議がオンラインでの開催に変更になり、旅費に要する費用が予定よりも大幅に少なくなり、繰り越しが生じた。繰り越し金は、国際会議での情報収集および研究遂行に必要な物品購入に充てる。