再生可能エネルギー統合電力システムにおける複数擾乱下での負荷周波数制御の比較分析
Comparative Analysis of Load Frequency Control Under Multi-Disturbance in Renewable-Integrated Power Systems
本研究は、再生可能エネルギーの導入増加に伴う慣性低下や変動性といった課題に対応するため、単一エリアの負荷周波数制御(LFC)モデルをMATLAB/Simulinkで開発した。従来のPIおよびPID制御に加え、ファジィ論理制御(FLC)、分数階PID制御(FOPID)、適応型ニューロファジィ推論システム(ANFIS)といった高度な制御戦略を比較評価した。ステップ負荷変動、再生可能エネルギー出力変動、ランダム負荷変動、測定ノイズ、障害イベントなどの複数擾乱条件下で、ピーク周波数偏差、周波数偏差の二乗平均平方根誤差、時間重み付き絶対誤差の積分値を用いて性能を評価した。その結果、高度な制御戦略は従来のPI/PID制御よりも優れた周波数調整と擾乱抑制能力を示し、特にANFISが最も高い性能を示した。FOPIDとファジィ論理制御も特定の条件下で動特性を改善した。これらの知見は、高度な制御戦略が電力システムの減衰性、ロバスト性、周波数調整能力を向上させる可能性を示唆している。
- 単一エリアの負荷周波数制御(LFC)モデルをMATLAB/Simulinkで開発し、再生可能エネルギー導入拡大に伴う慣性低下・出力変動への対応を検討した研究。
- PI制御・PID制御に加え、ファジィ論理制御(FLC)、分数階PID制御(FOPID)、適応型ニューロファジィ推論システム(ANFIS)を比較評価。
- ステップ負荷変動、再生可能エネルギー出力変動、ランダム負荷変動、測定ノイズ、障害イベントの複数擾乱下で、ピーク周波数偏差・RMSE・時間重み付き絶対誤差積分により性能を評価し、ANFISが最も高い性能を示した。
再生可能エネルギーの大量導入で系統慣性が低下し、周波数調整の難度が上がるという課題は、蓄電池・蓄エネ・系統運用ソフトウェアへの投資テーマに直結する。本研究はMATLAB/Simulink上の単一エリアLFCモデルによる学術的シミュレーション比較に留まり、実フィールド検証や商用製品化、企業の関与は示されておらず、短期的な投資判断を動かす材料は乏しい。ただしANFISなどAIベースの制御が従来PI/PIDより優位という結果は、系統安定化・グリッド制御ソフトの差別化要因になり得るため、今後こうした制御手法が実際の系統運用やEMS製品に採用されるかどうかを継続的に注視したい。