仮想同期発電機、制御ベースのグリッド形成インバータ向けの新しいバッテリーサイズ設定アプローチ

オーストラリアの研究者グループは、緊急低周波数対応に使用されるエネルギー貯蔵システム (ESS) の最小電力定格を決定するための新しい方法論を概説しました。ESS のサイズは、周波数を標準動作範囲内に維持するように計算する必要があります。

^{電力システムの周波数応答
画像: エディス・コーワン大学、エネルギー貯蔵ジャーナル、共通ライセンス CC BY 4.0}

オーストラリアのエディスコーワン大学の研究者グループは、緊急時の周波数不足対応のために計画された、インバータ接続された大型エネルギー貯蔵システム（ESS）の最適なサイズを決定するための新しい方法論を提案した。

「最小限の ESS 容量で必要な応答を提供することは、電力システムの計画と、部分的に放電した ESS ユニット群の運用に有利です」と科学者らは述べ、提案されたソリューションは低コストでも実現可能であると指摘しました。「有効電力応答の立ち上がり時間、オーバーシュート、安定化時間などの特性は、特定のパラメータを調整することで制御できます。」

論文「最小限のエネルギー貯蔵で低周波数負荷遮断を防止するためのグリッド形成インバータの最適化」では、 ジャーナルオブエネルギーストレージ研究者らは、ESSの有効電力容量は、低周波数イベント時に通常作動し、所定の負荷を削減してさらなる周波数低下を防ぐ低周波数負荷削減（UFLS）スキームを最小限に抑えるために使用できると説明した。

「UFLS イベントはまれなので、一部の送電システムオペレーターは、大規模な障害に対応するために余裕を維持する必要がありません」と研究チームは述べています。「したがって、緊急低周波数応答に ESS を使用することは、コスト効率の高いオプションです。さらに、最小限の ESS 容量で必要な応答を提供することは、電力システムの計画と、部分的に放電した ESS ユニット群の運用に有利です。」

研究者らはまた、自分たちの研究の斬新さは、仮想同期発電機 (VSG) とドループ制御ベースのグリッド形成 (GFM) インバータの両方のバッテリーの最小電力定格を決定することにあると説明した。ESS のサイズは、周波数を標準動作範囲内に維持するように計算する必要があると研究者らは述べた。

「ESS のサイズは、周波数を周波数動作基準 (FoS) 内に維持することで、大型発電機のトリップ後の周波数不足による負荷遮断を防止するように最適化されています」と、彼らは強調しています。「制御パラメータの計算と ESS サイズの決定では、FoS によって提供されるマルチステップの期間としきい値が考慮されます。UFLS 保護設定は FoS に基づいて設計されており、固定周波数を実現するために ESS のサイズを決定しても、最適な ESS サイズは得られません。」

提案されたアプローチはヒルクライミングアルゴリズムに基づいており、s 山頂への登山からヒントを得た、人工知能における古典的な最適化手法。標高値を増やして山頂や特定の問題に対する最善の解決策を見つけます。ピーク値に到達し、それより高い値が近傍に存在しないときに終了します。

グループは、DIgSilent PowerFactory ソフトウェアを介して実装された電力システムのケーススタディを調査しました。

シミュレーションでは、GFM インバータの場合、有効電力低下係数の減少により有効電力出力が増加することが示されました。ただし、この増加は現在のインバータの制約によって制限されます。その結果、科学者は、有効電力出力を最大化しながら、インバータの制限から生じる不安定性を防ぐことができる値に有効電力低下係数を維持することを提案しています。

VSG に関しては、加速度を一定に保つことを提案しました。これにより、周波数変化率 (RoCoF) と電力振動のバランスをとることができると言われています。VSG コントローラーの加速時定数は慣性に比例し、それを増やすと慣性が強化されることを指摘しました。

「この研究で検討したケースでは、仮想同期発電機制御の最小エネルギー貯蔵電力定格は 85 MVA ですが、ドループ制御の場合、最小貯蔵容量は 89 MVA です」と科学者は結論付けています。「この研究の結果は、電力システム計画者がエネルギー貯蔵システムの機能をより有効に活用するのに役立つはずです。」

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ソースから 太陽光発電マガジン

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