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ドループ コントローラーを使用したリモート マイクログリッドの自立運転

この例では、Simscape™ Electrical™ コンポーネントを使用して Simulink® でモデル化されたリモート マイクログリッドの自立運転を示します。この例ではドループ制御を使用した最も簡潔なグリッド形成コントローラーを示します。

リモート マイクログリッド モデル

リモート マイクログリッドは、メインの電力網への接続がない場所で電気負荷を供給するためによく使用されます。メインの電力網は負荷の変化を均衡化するために使用できないため、このように慣性の低いマイクログリッドの制御は簡単ではありません。

この例のマイクログリッドは 2 つの異なる系統連系点 (PCC) の母線に接続された 2 つの Inverter サブシステムで構成されます。マイクログリッドは最初に固定負荷で電力平衡に到達しますが、切り替え可能な負荷もマイクログリッドに接続されています。マイクログリッドは通常、平衡状態に到達するために事前に計画された負荷解放手法を使用します。リモート マイクログリッドでは、すぐに負荷解放を実装するのは困難です。この例では、上位のエネルギー管理システムがないため、マイクログリッドの周波数と電圧はドループ制御を使用してそのノミナル値 (それぞれ、60 Hz および 380 Vrms) 前後で保たれます。

このマイクログリッドのブロック線図では、各 Inverter サブシステムが理想的な DC 電源とインターフェイスで接続されており、太陽光アレイ、風力タービン、バッテリー エネルギー貯蔵システムなどの一般的な再生可能エネルギー生成システムの DC リンクを表します。各サブシステムには d 軸と q 軸の基準電圧を計算するドループ コントローラーが含まれます。電圧コントローラーはインバーターに供給するスイッチング シーケンスを生成することにより、電圧を調整します。最初に接続された負荷は力率 0.95 で合計 175 kW の AC 電力を消費します。

ドループ制御

ドループ P/F は 2.5% に設定されます。つまり、インバーターから投入される有効電力の変更が 1 pu で、マイクログリッドの周波数は 1.5 Hz まで変化できます。ドループ Q/V も 2.5% に設定されます。つまり、PCC 母線におけるマイクログリッドの電圧は無効電力の変更が 1 p.u. で、ノミナル 380 Vrms 前後の 9.5 Vrms の範囲まで変化できます。

シミュレーション

モデルを開きます。

mdl = 'scd3busMicrogridDroopControl';
open_system(mdl)

シミュレーション開始時のマイクログリッドには合計 175 kW の負荷があります。0.5 秒で、力率 0.98 の有効電力 75 kW を消費する負荷がブレーカーを介してマイクログリッドに接続されます。

sim(mdl)

スコープを使用してマイクログリッドの周波数と電圧を表示します。

open_system([mdl,'/Scopes/Inverter Freq']);
open_system([mdl,'/Scopes/Voltage']);

0.5 秒で負荷が急増した後、マイクログリッドは各インバーターの PCC で周波数を 60 Hz 前後、電圧を 1 p.u. 前後で維持します。スコープで示されているように、増加した有効電力負荷と無効電力負荷は両方の電源で共有されます。インバーターの有効電力および無効電力は上位の監視制御を使用しないで調整されます。

open_system([mdl,'/Scopes/Active & Reactive Power']);

制御設計の注意事項

スコープで、各 PCC の周波数と電圧の両方に振動が生じていることに注目してください。ドループ制御手法は、多くの場合、マイクログリッドの最も簡潔なグリッド形成コントローラーと考えられるため、この結果は当然のことです。エネルギー貯蔵装置や再生可能エネルギー源のダイナミクスを考慮すると、このような振動がさらに悪化する可能性があります。マイクログリッドの電力品質を向上させるために、同期エミュレーションやバーチャル発振器制御などのより高度なアプローチを利用できます。ドループ コントローラー アーキテクチャに基づいて、これらの多くのグリッド形成コントローラーを実装できます。

インバーター コントローラーには電圧コントローラーも含まれています。電圧 PI コントローラーをさらに調整し、d 軸と q 軸の基準電圧の追従性能を高めることができます。PID 調整器アプリを使用したコントローラーを調整する方法の例については、シミュレートされた I/O データを使用した PID コントローラーの設計を参照してください。

モデルを閉じます。

close_system(mdl,0)

参考

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