風力発電

スマートグリッド・マイクログリッドの分散電源として風力発電は非常に重要です。

日本では太陽光発電が政策的に推進されていますが　諸外国では新しい電力源としての風力発電に期待する部分が多く　OPAL-RTも風力発電に関する様々な事例があります。

分散電源の評価は当然のことながら系統との関係を抜きにしては考えられません。
特に分散電源側の電圧が異常に高くなるいわゆる「逆潮流」と言われる現象を模擬する為には　系統を組み込んだリアルタイムシミュレーションが非常に有効です。

上記のモデルは、24系統の母線、45系統の送電線、17箇所の負荷を含む500KV・60Hzの電力網のモデルです。
※定格　123.7 MVA (120 MW, 30 MVAR)

本電力網のメインの電力源である7基の同期発電機(定格　1000MVA)と8基の風力発電機(定格　1MVA)が24系統の母線に接続されています。
このモデルは7コアのCPU上で並列にシミュレーションが実施できるように分割され、CPU１は油圧を含めたコントロールが、CPU２からCPU５までは配電網が、CPU６とCPU７には4基ずつの風力発電機がそれぞれ配置されます。

OPAL-RT社のRT-LAB上でこのモデルを実行することにより、全体を50μsecの制御周期で精度良くリアルタイムシミュレーションすることが可能です。
別の事例として、上記に200Kmのモデルでは、500KVの発電機から200Kmで2系統のACラインと、500 / 25 kV の変圧器経由でつながる10基の風力発電システムのシミュレーションが可能です。

CPU１は発電機から系統・変圧器までを含み、CPU２からCPU６までにそれぞれ2台ずつの風力発電装置が含まれ、CPU7には風力発電のコントローラが入れられます。
OPAL-RTのRT-LABでは、これらのシステムを8コアを搭載する一台のPC上でシミュレーションすることが可能です。
このシステムではCPU1コア分の余裕がありますので、さらに他の装置を模擬することも可能です。
風力発電のモデルはメカニカル部、電機部、コントローラの3つの部分から成り立っており、 DFIG（二重給電誘導発電機）はSimscape Electrical™(旧SimPowerSystems™)(MATLAB/Simulink)で用意されているライブラリの非同期モデルを使用しています。
モータは標準のd-qモータ、変圧器からフィルターを介して風力発電機につながる系統は　いずれもSimscape Electrical™(旧SimPowerSystems™)のライブラリを使用しています。
PWM、VSCのキャリア周波数は2.78KHｚでOPAL-RTのTime Stamped Bridges を使用しています。　モデルの演算周期は30μsecで、スイッチング周波数に対して充分な精度を取るためサンプリングファクタは12としています。
上記の事例は2台のシミュレータを使い　風力発電を模擬したものです。
Bシステムにはプラント（電力系統と10台の風力発電機）のモデルが置かれています。
Aシステムには実際のコントローラの代わりにもう一台のRT-LABシステムを使用しています。

AシステムからはPWM信号が実際のコントローラと同じタイミングでプラント側に送られます（実際のコントローラの代わりをします）。
BシステムからはDFIGの挙動を模擬したアナログ信号が実際の装置と同じ精度でコントローラとしてのAシステムに送られます。

このようにして実機と同じ精度でシミュレーションをすることが可能です。


最終的には、Aシステムを実機のコントローラと置き換え、HILS(Hardware In the Loop Simulation)環境を構築することが可能です。
定常運転状態におけるスタータ電流のアナログ出力をOPAL-RTのソルバRT-Eventsを使った場合と使わない場合を比較すると、 RT-Eventsを使わないケースで出力波形の振幅が安定しないことがわかります。
株式会社 NEAT

Opal-RT Technologies,Inc.