発表ポスター - 東北大学電気・情報系

P52 電力系統の過渡安定性向上のための
VSGの慣性決定手法
◎中山顕寛, 斎藤浩海(東北大学)
研究の背景
過渡安定性とは
・インバータ電源の系統連系量増加
・電力系統に短時間で大きな擾乱が生じた際に、
発電機が脱調せずに運転できる能力
・系統全体の過渡安定性の低下が懸念される
・CCT・・・脱調を起こさない限界の事故継続時間
研究の目的
短時間で大きな
擾乱の例
・CCTが長いほど過渡安定性が良いと言える
・VSGの慣性を可変パラメータとする
・他の発電機の脱調を防ぐ最適な慣性を決定する
同期発電機の特性
慣性
ＶＳＧ・・・同期発電機の特性を模擬
・電気出力の変動に対する
回転速度の変化のしにくさ
𝟐𝑯𝑽𝑺𝑮 𝒅𝚫𝝎
= 𝐏𝒎 − 𝐏𝐞 = 𝚫𝐏𝐕𝐒𝐆
𝝎𝟎 𝒅𝒕
・𝐻𝑉𝑆𝐺 ・・・VSGの慣性の値[s], 𝜔0 ・・・系統角周波数[s],
Δ𝜔・・・VSGの基準角周波数からの偏差,
ΔPVSG ・・・VSGの原動機入力𝑃𝑚 と電気出力𝑃𝑒 の差
同期化力
SG1
・他の発電機と同期を保つ力
SG
・発電機が最も脱調しにくい値に設定
慣性と同期化力は過渡安定性に影響
シミュレーション結果
VSGの慣性とCCTの関係
検討内容
6.40
[
#5
Load A
Load C
系統基準
容量
100[MVA]
#4
3
SG3
2
0
0
0.5
1
72
時刻ｔ[sec]
6
・𝑯𝑽𝑺𝑮 = 𝟒. 𝟐𝟔[𝒔]
（脱調せず）
SG1(VSG)
5
4
SG2
3
SG3
2
1
0.5
1
1.5
CCT
2
2
4
6
8
10
ＶＳＧの慣性ＨVSG[s]
・３台の発電機の加速度が一致するときCCTが最大となった
地絡中の等価回路から𝐻𝑉𝑆𝐺 の導出
#3
Island A
#2
・事故点によって発電機が分断
Island B
#1
#3
条件式
3.01
[
#6
Load B
2
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
時刻ｔ[sec]
SG2
SG3
VSG
事故点
𝐻𝑉𝑆𝐺
𝛥𝑃𝑉𝑆𝐺
=
𝐻𝑆𝐺2 + 𝐻𝑆𝐺3 𝛥𝑃𝑆𝐺2 + Δ𝑃𝑆𝐺3
#4
=6.40
[
2[p.u]
1.5
=
j0.0576
VSG
CCT[sec]
1
SG3
0.039+j0.170
B/2=j0.179
=
0.0119+j0.1008
B/2=j0.1045
0.017+j0.092
B/2=j0.079
SG2
0.010+j0.085 0.032+j0.161
B/2=j0.153
B/2=j0.88
0.0085+j0.072
B/2=j0.0745
j0.0586
SG2
0
・CCTが最長となる 𝑉𝑆𝐺の慣性を求める
#9
4
0
・#4至近端送電線での
３相地絡事故をシミュレーション
#8
・𝑯𝑽𝑺𝑮 = 𝟏𝟎. 𝟎[𝒔]
（脱調）
SG1(VSG)
5
周波数変動Δf[Hz]
・#1・・・VSG
・#2,#3・・・SG
(過渡リアクタンス背後電圧一定モデル)
周波数変動Δf[Hz]
系統構成
#2 j0.0625 #7
最適なVSGの慣性
𝐻𝑉𝑆𝐺 = 4.2[𝑠]付近
7
6
SG2
=3.01
[
慣性可変
慣性可変
#1
まとめ
・インバータ電源をVSGとして連系することで過渡安定性
が向上
・提案手法を用いて𝐻𝑉𝑆𝐺 を決定すれば、過渡安定性を
更に向上できる
・𝑯𝑽𝑺𝑮 = 𝟒. 𝟐𝟔 𝒔
・シミュレーションの結果と一致
今後の課題
・VSGモデルをインバータ制約を反映したモデルに変更
・発電機の分断の仕方によっては、VSGの慣性調節
では脱調を防げない可能性あり

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