風力発電の系統連系インバータの仮想同期発電機LMI制御

従来、電力系統では多数の同期発電機を備えているため同期発電機の持つ慣性、同期化力が系統の安定性に寄与してきた。風力発電などの再生可能エネルギー発電は二酸化炭素排出抑制、エネルギーの地政学的リスクの低減のために、今後、導入が拡大していくと見込まれている。しかしながら、再生可能エネルギー発電の多くは変換器を介して系統と連系している。変換器は基本的に慣性などを持たないため、再生可能エネルギー電源の導入が拡大していくと系統全体の安定性が低下することが懸念される。この対策として近年、変換器に仮想的に同期発電機の特性を模擬する仮想同期発電機制御の研究開発が進められている。仮想同期発電機制御の調査研究によると、2008年代に欧州４か国からなる研究グループによって仮想同期発電機制御を用いた蓄電池を系統に導入した実証試験が行われた。現在のVSG研究開発は、VSGの信頼性が高く効果的なモデリングが重要となっている。また、複数のVSGを備えた系統全体の安定性、VSGの標準化インターフェイスも今後の課題であるVSGの信頼性において、系統に導入した場合の事故発生時における保護機能の実装と検証が課題となることがわかっている。仮想同期発電機制御では同期発電機モデルは仮想的に与えられているので事故時に同期インピーダンスを変えることが有効であること、過電流抑制にはPI制御器による電流制御では過渡的な応答に限界があることがわかった。本研究では、風力発電機などの連系インバータの仮想同期発電機制御のためにLMI制御による離散時間モデル追従制御の設計方法について提案する。これは電圧電流制御にモデル追従の機能とともに電流電圧制御の制限を組み込むことが期待できる。

従来、電力系統では多数の同期発電機を備えているため同期発電機の持つ慣性、同期化力が系統の安定性に寄与してきた。風力発電などの再生可能エネルギー発電は二酸化炭素排出抑制、エネルギーの地政学的リスクの低減のために、今後、導入が拡大していくと見込まれている。しかしながら、再生可能エネルギー発電の多くは変換器を介して系統と連系している。変換器は基本的に慣性などを持たないため、再生可能エネルギー電源の導入が拡大していくと系統全体の安定性が低下することが懸念される。この対策として近年、変換器に仮想的に同期発電機の特性を模擬する仮想同期発電機制御の研究開発が進められている。仮想同期発電機制御の調査研究によると、2008年代に欧州４か国からなる研究グループによって仮想同期発電機制御を用いた蓄電池を系統に導入した実証試験が行われた。現在のVSG研究開発は、VSGの信頼性が高く効果的なモデリングが重要となっている。また、複数のVSGを備えた系統全体の安定性、VSGの標準化インターフェイスも今後の課題であるVSGの信頼性において、系統に導入した場合の事故発生時における保護機能の実装と検証が課題となることがわかっている。仮想同期発電機制御では同期発電機モデルは仮想的に与えられているので事故時に同期インピーダンスを変えることが有効であること、過電流抑制にはPI制御器による電流制御では過渡的な応答に限界があることがわかった。本研究では、風力発電機などの連系インバータの仮想同期発電機制御のためにLMI制御による離散時間モデル追従制御の設計方法について提案する。これは電圧電流制御にモデル追従の機能とともに電流電圧制御の制限を組み込むことが期待できる。