Implementation of variable speed wind power generation system using capacitor-less AC-AC converter and switched reluctance generator

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04455
• Research Institution: Fukuoka Institute of Technology
• Principal Investigator: 大山 和宏 福岡工業大学, 工学部, 教授 (60320321)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 可変速風力発電システム / スイッチトリラクタンス発電機 / キャパシタレスAC-AC変換器 / HILS / リアルタイムシミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、スイッチトリラクタンス発電機（SRG）とキャパシタレスAC-AC変換器を用いる可変速風力発電システム（VSWPGS）を、実機試験に近い形式にて理論検証を実施するために、風車タービン（WT），WTを含む機械系、SRG、キャパシタレスAC-AC変換器、そしてディジタルコントローラなどの数学モデルを構築し、Matlab/Simulinkに基づくHILS（Hardware-in-the-loop simulation）により、風速を変化させた場合のシステム全体のリアルタイムシミュレーションを実施することを目的としている。またリアルタイムシミュレーションを実施しながら、システム構成方法を検証し、システムを構成する要素らの各パラメータを最適化していくことを目的としている。
2021年度の研究計画に基づき、SRGとキャパシタレスAC-AC変換器を用いるVSWPGS（提案方式）を構成している各要素に対して、HILSに実装に適した形式となるようにMATLAB/Simulinkによるモデリングを検証した。具体的には、翼素運動量理論に基づくWTの挙動、WT・SRG・増速機の相互干渉を含む機械系、パワーデバイスの素子モデルまで考慮したキャパシタレスAC-AC変換器、そしてディジタル制御システムのモデリングをブラッシュアップした。
HILSによるリアルタイムシミュレーションを効率よく実施できる実験システムの構築を行った。具体的には、実装ソフトウェアのコーディングを行うコンピュータ、ディジタル電力計、ディジタルオシロスコープ、コントローラとしてのディジタルシグナルプロセッサ（DSP）制御システムを統合した実験システムを納めるラックの製作と各機器のセットアップを行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

提案方式を構成する要素の各パラメータを最適化するためのアイディアの創出に難航し、実験システムの構築に時間配分が不十分となり、当初予定していた完成に至っていない。各パラメータの最適化に対して、マシンラーニング（ML）やディープラーニング（DL）などの人工知能（AI）の活用を目論んでいるが、それらの性質や限界についての調査研究から始める必要があったため、進捗については芳しくない状況にある。

Strategy for Future Research Activity

MLやDLなどのAI技術に精通している研究者とのコラボレーションを検討する。リスクマネジメントとして、物理モデルの性質に対する考察に基づき最適化を行う方法（従来最適化法）も検討しつつ、AI技術に基づき最適化を行う方法（提案最適化法）の実現を目指す。
HILSによるリアルタイムシミュレーションについては、最適化されていない現行システムの実現を早期に達成して、現行システムの動作検証を先に進め、従来最適化法および提案最適化法の実機検証に備えておく。

Causes of Carryover

設備導入については、前年度に終了していた。当該年度は、学会発表に必要な経費や論文掲載料を予定していたが、研究成果が不十分であったため、予定していた予算執行が行えず、次年度使用額が生じた。本研究課題の最終年度である翌年度において、十分な研究成果を達成し、学会発表や論文投稿を積極的に行っていきたい。