再生可能エネルギーに適用可能なGFM型コンバータの理論開発による電力系統の安定化

通过适用于可再生能源的 GFM 转换器的理论开发来稳定电力系统

基本信息

批准号：
22K04040
负责人：
河辺賢一
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

コンバータ（交流と直流の間の変換を行う装置）を介して電力系統に接続される再生可能エネルギー（再エネ）の導入が進み，火力発電等で用いられる同期発電機の運転台数が減少すると，電源事故時に周波数低下の速度や幅が大きくなることが懸念される。そこで本研究では，従来よりも高い周波数安定化効果が期待されるGrid-Forming（GFM）コンバータに着目し，蓄電池や再エネに適用可能なGFMコンバータの新たな制御法の開発に取り組んでいる。当該年度は，蓄電池に適用可能なGFMコンバータの制御法を開発し，シミュレーションにより電源脱落時の出力指令値の与え方について検討した。電気学会EAST10モデルの同期発電機の5割をインバータ連系電源に置き換えた系統モデルを用い，いくつかの方法について比較した結果，周波数偏差（基準周波数からの差）および周波数変化率により周波数低下の予兆を捉え，平常時よりも大きなゲインを周波数偏差に乗じることで出力指令値を与える方法が，最も周波数安定化効果が高くなることを確認した。また，本検討を通して，提案手法がGFMコンバータに固有の慣性応答特性（電力系統の周波数変化に対して出力を変化させる物理特性）をもつだけでなく，必要に応じて制御によって出力を変化させることが可能であることを確認した。この特徴により，提案法が蓄電池のコンバータだけでなく，限られたエネルギー源（風力発電の場合は回転体）しか持たない再エネのコンバータにも応用可能であると考えている。今後は，この特徴を生かして，風力発電のコンバータに適用するためのGFMコンバータの制御理論の開発を進めていく予定である。

随着可再生能源（可再生能源）通过转换器连接到电网（在AC和DC之间转换的设备）正在进步，并且随着用于热发电的同步发电机的数量，操作单元的数量将减少，并且担心在电源事故事故的情况下，频率下降的速度和速度会增加。因此，这项研究的重点是格式形成（GFM）转换器，预计该转换器将比以前具有更高的频率稳定效果，并且正在为GFM转换器开发一种可以应用于存储电池和可再生能源的新控制方法。在这个财政年度，我们为GFM转换器开发了一种控制方法，该方法可以应用于存储电池，并研究了如何在通过仿真删除电源时给出输出命令值。使用系统模型，在该系统模型中，电气工程师研究所的EAST10模型中50％的同步发电机已被逆变器连接的电源取代，我们比较了几种方法，发现频率偏差（与参考频率变化率的差异）和频率下降预测频率稳定的频率偏差相比，频率偏离频率较大，而频率偏离频率较大。此外，通过这项研究，已经证实，该方法不仅具有GFM转换器所独有的惯性响应特征（随着电力系统的频率变化而改变输出的物理特征），而且还可以通过根据需要控制来改变输出。由于此功能，我们认为所提出的方法不仅可以应用于电池转换器，还可以应用于具有有限能源的可再生能源转换器（在风能发电的情况下）。将来，我们计划利用此功能，并为GFM转换器提供控制理论，以应用于风能转换器。