電圧支持能力を向上させた過渡安定性強化型VSG技術
A Transient Stability-Enhanced VSG Technique with Improved Voltage Support Capability
本研究では、電力変換器向けのグリッド形成制御技術である仮想同期発電機(VSG)において、過渡安定性と電圧支持能力を向上させる新しい技術を提案する。特に、三相対称電圧低下時における過渡的な電力角不安定性、大きな故障電流ピーク、および不十分な電圧支持といった課題に対処する。提案手法では、まず、変換器電圧と系統電流の関係を導出し、定常電流制限下で利用可能な電圧支持能力を活用する変換器電圧基準値を計算する。次に、VSGのスイングダイナミクスから拡張状態オブザーバ(ESO)を設計し、アクティブ電力基準値を適応的に調整して故障誘発周波数偏差を減衰させる。さらに、短時間の仮想インピーダンスを導入して、故障遷移時の過渡的な故障電流ピークを抑制する。実験の結果、0.6 p.u.および0.3 p.u.の対称電圧低下において、周期故障電流を1.3 p.u.未満に維持し、測定された過渡ピークを2.54および3.73 p.u.から2 p.u.未満に低減し、PCC電圧をそれぞれ0.76および0.47 p.u.から0.86および0.60 p.u.に向上させた。0.45および0.75 p.u.での補完的なシミュレーションにより、より広い範囲の対称電圧低下深度における安定した故障期間中の動作、周期電流制御、電圧支持、および故障後の回復がさらに確認された。
- 仮想同期発電機(VSG)のグリッド形成制御において、三相対称電圧低下時の過渡的な電力角不安定性、大きな故障電流ピーク、不十分な電圧支持に対処する新手法を提案
- 変換器電圧と系統電流の関係から、定常電流制限下で利用可能な電圧支持能力を活かす変換器電圧基準値を算出する方式を採用
- VSGのスイングダイナミクスに基づく拡張状態オブザーバ(ESO)を設計し、アクティブ電力基準値を適応調整して故障誘発周波数偏差を減衰
- 短時間の仮想インピーダンス導入により、故障遷移時の過渡的故障電流ピークを抑制
- 0.6 p.u.および0.3 p.u.の対称電圧低下で、周期故障電流を1.3 p.u.未満に維持し、過渡ピークを2.54および3.73 p.u.から2 p.u.未満に低減
- PCC電圧をそれぞれ0.76および0.47 p.u.から0.86および0.60 p.u.に向上させ、電圧支持能力の改善を実証
- 0.45および0.75 p.u.の電圧低下深度での補完シミュレーションにより、安定した故障期間中の動作、周期電流制御、電圧支持、故障後の回復を確認
系統連系インバータのグリッド形成制御(VSG)に関する学術的研究で、開示されているのは電力変換器の制御アルゴリズムと実験室レベルの検証結果に限られる。商用製品化や導入計画には触れておらず、短期的な投資判断材料としての直接的な価値は乏しい。ただし、再エネ比率上昇に伴う系統安定化(電圧支持・過渡安定性・故障電流抑制)は今後グリッド用パワエレ機器の付加価値の源泉になるテーマであり、VSG/グリッドフォーミング対応を訴求するPCS・インバータベンダー、蓄電池システム事業者の競争優位を測る指標として長期的に注視したい。特に「周期故障電流を1.3 p.u.未満に維持」「PCC電圧を0.76→0.86 p.u.へ改善」といった定量指標は、今後の製品スペック比較のベンチマークになり得る。