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。

随着通过转换器（交流电和直流电之间进行转换的装置）连接到电网的可再生能源（可再生能源）的不断发展，用于火力发电等的运行同步发电机的数量可能会减少。如果电源出现故障，频率下降的速度和幅度将会增加。因此，本研究重点关注并网（GFM）转换器，预计其比传统转换器具有更高的稳频效果，并致力于开发一种可应用于蓄电池和可再生能源的新型GFM转换器控制方法。在本财年，我们开发了可应用于蓄电池的GFM转换器的控制方法，并通过模拟研究如何在停电时提供输出指令值。采用将日本电机研究所 EAST10 模型中 50% 的同步发电机更换为逆变器连接电源的系统模型，我们比较了几种方法，发现可以通过频率偏差（不同于我们已经确认，稳定频率的最有效方法是检测预警信号，并通过将频率偏差乘以大于正常的增益来提供输出命令值。此外，通过本研究，我们发现所提出的方法不仅具有GFM变换器特有的惯性响应特性（响应电力系统频率变化而改变输出的物理特性），而且还可以改变必要时通过控制输出确认是可能的。由于这一特点，我们相信所提出的方法不仅可以应用于蓄电池变流器，而且还可以应用于只有有限能源（风力发电情况下为旋转体）的可再生能源变流器。未来，我们计划利用这一特性开发一种可应用于风电变流器的GFM变流器控制理论。