電力系統復旧におけるグリッドフォーミングおよびグリッドフォロイングインバーターの協調動作と安定性限界
Coordinated Operation and Stability Limits of Grid-Forming and Grid-Following Inverters in Power System Restoration
本論文は、同期発電からインバーターベースのリソース(IBR)への移行が進む電力系統において、ブラックスタートおよび系統復旧サービスをIBRが提供する必要性を評価する。特に、ボトムアップ復旧プロセス中の協調グリッドフォーミング(GFM)およびグリッドフォロイング(GFL)インバーターの過渡相互作用と安定性限界を検証する。並列・逐次復旧戦略を用い、高GFL比率のGFMアンカーと局所復旧アイランドの形成を並行して行い、復旧パス内の通電イベントを逐次的に実行する。シミュレーションの結果、検討されたシステムでは、10MWのGFMアンカー1台で最大110MWの総GFL容量(GFM対GFL比率1:11)まで安定したアイランド運用を維持できることが示された。総GFL容量を120MW(比率1:12)に増やすと、GFLの位相ロックループ(PLL)の同期外れにより復旧アイランドは不安定になった。比率1:11の運用点では、相当短絡比(ESCR)は2.5であり、これは弱電網条件を示す。最終的に、比率1:11の復旧アイランドは主系統との再同期に成功し、切り替えイベント後約1.5秒以内に有効電力、周波数、およびPCC電圧が回復した。
- 10MWのGFMアンカー1台で最大110MWの総GFL容量(GFM対GFL比率1:11)まで安定した復旧アイランド運用が可能であることをシミュレーションで実証した
- 総GFL容量を120MW(比率1:12)に増加させると、GFLの位相ロックループ(PLL)の同期外れにより復旧アイランドが不安定になることを確認した
- 比率1:11の運用点では相当短絡比(ESCR)は2.5であり弱電網条件を想定した検証である
- 比率1:11の復旧アイランドは主系統との再同期に成功し、切り替えイベント後約1.5秒以内に有効電力・周波数・PCC電圧が回復した
再エネ大量導入に伴うインバーターベースリソース(IBR)比率の上昇により、電力系統のブラックスタート・復旧能力が今後重要課題となる。本論文はGFMインバーター1台で最大110MW相当のGFL設備を安定に支える協調制御の有効性を示しており、系統復旧・安定化技術の実用化に向けた重要な検証結果である。発電・送配電インフラ企業や系統用蓄電池・インバーターメーカーにとって、ブラックスタート対応能力は差別化要因となり得る。