回転型風力発電出力安定化装置による周波数品質改善の検討 E98023 1. 江崎公太はじめに指導教員藤田吾郎たため，B 系統に関するデータは省略した。従来の風力発電施設（ウィンドファーム）では系次に，シミュレーション結果の例を示す。図 3 統への周波数偏差の増大等の悪影響を抑えるためは負荷変動 (標準偏差)，図 4 は風力の変動を考慮に高電圧用半導体素子を用いた DC リンク方式のしたウィンドファームの出力電力 (平均値 [1] 出力安定化装置が採用されてきた。しかし，この 0.5P[MW], 標準偏差) である。図 5・6 はそれぞれ方式は安定化装置のコストが高くなってしまい，提案する回転型出力安定化装置を導入しない場合ウィンドファーム建設の際に多少なりともマイナと導入した場合の系統周波数偏差である。スの影響を与えていた。そこで本稿では，DC リン図 5・6 を見れば判るように，明らかに回転型周ク方式と異なる新たな安定化装置である，「回転型波数安定化装置を導入した場合の方が，周波数の [2] 出力安定化装置」の実用化に向け，計算機シミュ変動が抑制されている。また，系統周波数偏差のレーションを行ない，実際の系統に導入した際の標準偏差値を見ると，未導入時は約 0.055[Hz]，導系統周波数変動等の改善効果を検討する。入時は約 0.0073[Hz]となり数値の上からも周波数変動が抑えられていることが判る。 2. システム構成提案する回転型出力安定化装置の構造の概要を図１に示す。本装置は風力発電機において発電された電力を同期電動機によって回転エネルギに変換し，それを可変速機によって電力に逆変換を行う。この際，同期電動機の入力と回転速度，可変速機の出力を制御装置の入力信号とし，可変速機の二次巻線電圧を制御する事によって出力の安定化を図り，系統の周波数変動等を実用上問題のない程度まで低減させる。 3. 検討結果図1 回転型出力安定化装置の構成本研究では MATLAB と SIMULINK を用いた。図 2 が検討に用いたモデルで，これは A・B の 2 系統が直流連系で接続されたモデルとなっている。A 系統には表 1 に示す設備が含まれている。また，風力発電機は A 系統にのみ接続されている。本モデルでは周波数は 50[Hz]を基準とし，周波数偏差は pu 値を用いて表している (図 2)。ただし，以下の検討例は直流連系を行わないケースを扱っ表1 A 系統内各定格容量設備負荷容量 LFC 対象火力機 LFC 対象水力機 LFC 非対象機風力発電機出力容量[MW] 5000 1750 1300 1700 500 まとめ 4. 参考文献今回の検討では単純化したモデルでシミュレー「分散型電源技術と電力系統の将来展望」, 電気協同 [1] ションを行ったが，今後は，風力発電機出力・負研究, Vol.56, No.4, pp.37-47, 2001 荷変動の現実に近いモデルの作成・系統モデルの小松貴彦, 小柳薫, 舟橋俊久, 奈良秀隆, 藤田吾郎, 柿 [2] 精密化・他系統との連系の考慮などさらに精密な本哲郎, 「ウィンドファーム向け回転型系統連系装置モデルを作成し，回転型出力安定化装置の実用化の適用検討」, 電力技術・電力系統技術合同研究会資に向けて各種解析を行う予定である。料, PE-00-38, PSE-00-43, 2000 Load P winP WindGen. Pgen Ptransfer winP/Aload WinOut Aload wgrid P Load Wconv Terminator Randam Load A Rotary Frequency Converter Randam Load 50 frequency 1 Freq. M_Out 10s+1 System A delta_omega1 Gen. Out delta_omega1 HVDCP/Aload delta_Tm1 OvserverOut Demux Out delta_omega2 delta_omega2 ObErr Saturation HVDC Power HVDCP/Bload delta_Tm2 OBSERVER HVDC Controler 1 Freq. M_Out 10s+1 System B Bload P Load Red System A Blue System B Cyan Wind Gen. Magenda HVDC Randam Load B 図2 検討用モデル 1.001 0.2 0.15 周波数偏差(A系統)[Hz] 1.0006 1.0004 1.0002 1 0.9998 0.9996 0.1 0.05 0 -0.05 -0.1 0.9994 -0.15 0.9992 0.999 1000 1500 2000 図3 2500 時間[sec] 3000 3500 -0.2 1000 4000 負荷変動図5 0.2 0.15 周波数偏差(A系統)[Hz] 0.8 0.75 0.7 ＷＦ出力[puMW] 負荷変動(A系統)[puMW] 1.0008 0.65 0.6 0.55 0.5 2000 2500 時間[sec] 3000 3500 4000 周波数変動（安定化装置なし） 0.1 0.05 0 -0.05 -0.1 0.45 0.4 1000 1500 -0.15 1500 図4 2000 2500 時間[sec] 3000 ウィンドファーム出力 3500 4000 -0.2 1000 図6 1500 2000 2500 時間[sec] 3000 3500 周波数変動（安定化装置有り） 4000