オムロンが単独運転防止技術を搭載したパワーコンディショナ制御アルゴリズムを開発

政府が定めた標準規格に準拠するために、太陽光発電システムの1台での規格試験では、配電網の障害を 1秒以内に検出することが求められ、複数台のパワーコンディショナの試験では、 5 秒以内に停止しなければなりませんでした。配電網の電圧の変化を監視して単独運転を検出することは困難であり、この手法を使用したソリューションのパフォーマンスは、低下するだけでなく、密集して設置されているパワーコンディショナ間の干渉の影響を受けていました。

オムロンは、電圧の変化ではなく周波数の変化によって停電を検出するコントローラーの設計を目指しました。コントローラーは、再現が困難であるか安全でない条件の下で検証する必要があるため、実際のプラント ハードウェアを使用したコントローラーの開発とテストは実現不可能でした。

オムロンの技術者は、パワーコンディショナや配電網を含む電力システムを正確にモデル化し、停電を検出してパワーコンディショナを停止する制御システムを開発したうえで、制御システムとプラントの閉ループ シミュレーションを同時に実行して設計を検証する必要がありました。

オムロンの技術者は、モデルベース デザインを使用して AICOT 制御システムを開発し、シミュレーションを行いました。

Simscape Electrical の Inductor、Resistor、Capacitor、Switching、Relay の各基本コンポーネントを使用してプラントをモデル化し、Simscape Electrical の Electrical Source ブロックを使用して電力系統をモデル化しました。

また、Simulink と Control System Toolbox™ で障害検出アルゴリズムを含むコントローラーをモデル化し、Stateflow^® を使用して CPU の条件分岐および設定をモデル化しました。

このチームでは Simulink を使用して、制御モデルとプラント モデルのシミュレーションを実行しました。それらのモデルで電気的負荷と発電のバランスを調整し、停電発生時の配電網の周波数の変化を解析しました。

このチームでは、実際の装置の測定電圧および電流から有効電力と無効電力を計算する MATLAB スクリプトを開発しました。このスクリプトを使用してコントローラーの出力を検証しました。太陽光発電システムを評価する企業にこのスクリプトを提供して、技術者が障害検出時間をテスト、分析できるようにしました。

完成した AICOT システムでは、単独運転状態を 0.2 秒未満で検出できます。

AICOT 搭載のパワーコンディショナは現在既に量産されています。群馬県太田市のある地区には 554 台が設置されており、合計 2,100 kW を超える発電量を実現しています。この技術は、日本の標準規格に採用され、太陽光発電システムの大量導入が可能となりました。このおかげで、日本の太陽光発電の普及にも貢献しています。