グリッド形成型およびグリッド追従型コンバーターの相互作用特性を考慮した小信号安定性解析
Small-Signal Stability Analysis Considering the Interaction Characteristics of Grid-Forming and Grid-Following Converters
並列接続されたグリッド追従(GFL)コンバーターとグリッド形成(GFM)コンバーターからなるグリッド接続型マルチコンバーターシステムは、単一コンバーターシステムや孤島モードで動作するマルチコンバーターGFMシステムと比較して、より複雑な内部相互作用を示す。GFLコンバーターの負の減衰とGFMコンバーターの低周波慣性が相互に増強し、広帯域振動のリスクを高める可能性がある。従来のインピーダンスモデルではコンバーター間の周波数結合効果を十分に考慮できず、インピーダンスモデルの不一致やナイキスト基準の無効化につながる。また、マルチコンバーターシステムの伝達関数の高次数化は周波数スイープを困難にする。一方、時間領域の状態空間モデルは個々の制御ループのダイナミクスを無視し、不正確なモデリングと歪んだパラメータ感度結果をもたらす。本論文では、GFMおよびGFLコンバーターの完全なダイナミクスを捉える異種小信号モデルを開発し、固有値感度基準を用いて結合パラメータ下での挙動を明らかにする。これにより、GFM慣性と減衰がGFL変数に与える影響、およびGFMシステムの固有値に対する位相同期ループ(PLL)帯域幅の影響を調査する。提案されたモデルと関連する安定性解析は、このようなシステムの安定性評価とシステムパラメータの最適化の基礎を提供する。最後に、シミュレーションにより結論を検証する。
- 並列接続されたGFLコンバーターとGFMコンバーターからなるグリッド接続型マルチコンバーターシステムを対象に、GFMおよびGFL双方の完全なダイナミクスを捉える異種小信号モデルを開発した。
- 従来のインピーダンスモデルはコンバーター間の周波数結合効果を十分に扱えず、インピーダンスモデルの不一致やナイキスト基準の無効化を招く一方、時間領域の状態空間モデルは個別制御ループのダイナミクスを無視してパラメータ感度を歪めることを指摘した。
- 固有値感度基準を用い、GFM慣性と減衰がGFL変数に与える影響、およびGFMシステムの固有値に対する位相同期ループ(PLL)帯域幅の影響を解析し、シミュレーションで検証した。
Grid-forming(GFM)とgrid-following(GFL)コンバーターの相互作用を扱った学術的な小信号安定性解析で、特定企業の発表や数値は含まれないため直接の投資材料は乏しい。ただし再生可能エネルギー比率の高い系統では、GFMインバーターの慣性・減衰設計が系統安定性の成否を握るため、蓄電システム・PCS・系統安定化ソリューションを手掛ける事業者の技術的優位性を測る評価軸として注目される。実務には、メーカー各社のGFM対応インバーターの制御仕様や、系統運用者によるGFM要件の義務化動向と併せて読むことが有用。