ガスエンジン・コージェネシステム

スマートグリッド/マイクログリッド


ここでは、モデルと実機をつなげたリアルタイムシミュレーションと、 オフラインシミュレーションの結果が一致するには、どうしたら良いかを考えて行きます。

Power Hardware In the Loop(以下PHIL)は、インダクタンスを含んだシステムのケースでは、場合によって不安定となることがあると言われています。

この問題について、大阪大学工学部伊瀬研究室による、OPAL-RTのリアルタイムシミュレータを使った事例が注目されました。
バーチャルと実機が絡み合うPHILSでは、システムが不安定になることは、以前から指摘されていました。
その原因はシステム構成上の問題から来る周波数の制限、ノイズ、時間遅れなどと言われています。
伊瀬研究室では、マトリクスコンバータを含んだガスエンジン・コージェネシステムの事例で、OPAL-RTシステムを使いPHILSを構成しました。

発電機は同期機で、相対的に大きな内部インダクタンスを持っています。
一方マトリクスコンバータは、発電機との間にフィルタがあり、インダクタンスとキャパシタを持っています。
実験の回路では、発電機の系統連系に従来のac/dc/acコンバータの代わりに、マトリクスコンバータを使用しています。

大阪大学 工学部 伊瀬研究室資料


このモデルを見ますと、ガスエンジンとPMSG発電機はMatlab/Simulinkを使いモデル化されております。
モデルはホストPCでコンパイルされ、Opal-RT PHILシミュレータにダウンロードされます。
PMSGからの電圧出力は、シミュレータのD/Aコンバータを系由し、アンプを通して出力されます。
アンプからの電圧出力は、実機としてのマトリクスコンバータを実際に駆動させることが出来ます。
マトリクスコンバータとコントローラは、このシステムのHardware Under the Test(以下HUT)です。
マトリクスコンバータの入力電流は、シミュレータのA/Dコンバータを通してフィードバックされます。

ここでは、フィードバックの電流回路に、故意にゲインが付け加えられていますが、このゲインはシステムの安定性を解析するために挿入されたものです。
PHILを実行する為には、このゲインを1に等しくする必要があります。
すなわち発電機の電流をそのままフィードバックする必要がありますが、システムが安定でない場合は、ゲインが1以下で発振をしてしまうことがわかりました。


大阪大学 工学部 伊瀬研究室資料


PHILシミュレーション結合されたインダクターは、非常に短い時間の遅れが生じます。
パワーエレクトロニクスシミュレーションの安定性を確保する上で、最も重要なものはインダクターの値であることが、このPHILの事例から見て取れます。

このように、アンプを介してバーチャルとリアルの装置を接続する場合、リアルタイムシミュレーションを安定させる為には、L2/L1の値が非常に重要となります。
シミュレーション側のインダクター(L1)は、実機側のインダクター(L2)より小さくなければなりませんが、 このことによりPHILをパワーエレクトロニクスの回路で安定して使うことが出来る様になりました。


大阪大学 工学部 伊瀬研究室資料


上図より、インダクタの値を適切に調整した場合、PHILシミュレーションが安定に行われ、オフラインシミュレーションの結果とほぼ同じになることが確認されました。

この事例はリアルタイムシミュレータをHIL(Hardware in the Loop)として使用する場合、従来問題となっていたシミュレーションが不安定となる問題についての解法となります。
これによりバーチャルな世界/モデルと実機をつなげたリアルタイムシミュレーションが精度良く行なわれることが証明されました。



参考文献
1) 
Miao Hong, Satoshi Horie, Yushi Miura, Toshifumi Ise and Christian Dufour, "A Method to Stabilize a Power Hardware-in-the-loop Simulation of Inductor Coupled Systems" International Conference on Power System Transients(IPST2009)(June, 2009).

2) 
Miao Hong, Satoshi Horie, Yushi Miura, Tosifumi Ise, Yuki Sato, Toshinari Momose and Christian Dufour, "Power Hardware-in-the-loop Simulation of a Gas Engine Cogeneration System for Developing a Power Converter System" 電気学会論文誌D(産業応用部門誌), Vol. 130 , No. 5 ,pp.646-654(May, 2010).

3) 
Miao Hong, Yushi Miura, Toshifumi Ise, Yuki Sato, Toshinari Momose and Christian Dufour, "Stability and Accuracy Analysis of Power Hardware-in-the-loop Simulation of Inductor Coupled Systems" 電気学会論 文誌D(産業応用部門誌), Vol. 130 , No. 7 ,pp.902-912 (July, 2010)




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1751 Richardson, Suite 2525 Montreal, Quebec, Canada, H3K 1G6
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