電力系統におけるグリッドフォロイングおよびグリッドフォーミングインバータ統合がバスインピーダンス特性に与える影響
Impact of Grid-Following and Grid-Forming Inverter Integration on Bus Impedance Characteristics of Power Grids
同期発電機(SG)がグリッドフォロイング(GFL)およびグリッドフォーミング(GFM)インバータに置き換わることで、現代の電力システムの動的なバス特性が変化している。本稿では、インバータ制御とネットワークダイナミクスの相互作用が重要になるにつれて、上流の主系統の固定的な理想電圧源モデルが不十分になることを調査する。ソース構成と観測場所の変化に伴い、上流グリッドバスのコンダクタンスがどのように進化するかを分析する。GFLおよびGFMインバータのパラメータ依存ポート特性を分析し、外部グリッド強度、同期メカニズム、および内部制御ループダイナミクスによって支配される周波数範囲を特定する。IEEE 16マシン68バスシステムで5つの代表的なシナリオを構築し、SG支配の運用からGFLリッチおよびSG/GFL/GFMハイブリッド運用への移行を記述する。結果として、GFLの浸透率増加とSGの廃止は、バスコンダクタンスに均一な変化をもたらすのではなく、低周波数共振特性を異なる場所に再配分することが示された。40% GFL浸透率では、対応するSGを切断すると、電気的に遠いバスの支配的なピークが1.32 Hzで56.2 dBから2.44 Hzで66.0 dBに変化する。GFLシェアを40%に保ち、15%のGFM容量を導入すると、発電源に近いバスと電気的に遠いバスでは、支配的な低周波数ピークがそれぞれ8.9 dBと14.0 dB減少し、対応する平均低周波数マグニチュード変動は20.6 dBと14.7 dB減少する。しかし、バスコンダクタンスのネットワーク場所への依存性は依然として明らかである。これらの結果は、将来の送配電インターフェース等価物は、固定グリッド等価物にのみ依存するのではなく、ソース構成、観測場所、および周波数依存性を考慮する必要があることを示唆している。
- 電力系統で同期発電機(SG)がグリッドフォロイング(GFL)・グリッドフォーミング(GFM)インバータに置き換わることで、バスインピーダンス特性が変化し、上流主系統の固定的理想電圧源モデルが不十分になることを分析。
- IEEE 16マシン68バスシステムで5シナリオを構築し、SG支配運用からGFLリッチ、SG/GFL/GFMハイブリッド運用への移行を記述。
- GFL浸透率40%で対応SGを切断すると、電気的に遠いバスの支配的低周波ピークが1.32 Hz・56.2 dBから2.44 Hz・66.0 dBへ変化。
- GFLシェア40%を維持しつつGFM容量を15%導入すると、発電源近傍バスと電気的に遠いバスで支配的低周波ピークがそれぞれ8.9 dB・14.0 dB低下し、平均低周波マグニチュード変動も20.6 dB・14.7 dB減少。
- 将来の送配電インターフェース等価物は、固定グリッド等価物に依存せず、ソース構成・観測場所・周波数依存性を考慮する必要があると結論。
電力系統の安定性評価が、同期発電機前提の「固定電圧源」モデルからインバータ主体の動的モデルへ移行すべきだという研究。GFL浸透率40%で支配的低周波ピークが1.32Hz/56.2dBから2.44Hz/66.0dBへ移動し、GFMを15%導入すると発電源近傍・遠方バスでピークが8.9dB・14.0dB低下するなど定量結果が示された点は、再エネ大量導入下での系統安定化コストや蓄電・GFMインバータ需要の評価に直結する。系統解析ソフト・送配電インターフェース等価物の更新需要を読む材料になる。