[論文レビュー] A Dynamic Voltage Restorer (DVR) For Protecting Hybrid Grids

Khodakhast Nasiriani, Mohsen Pasandi|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2020

Power Quality and Harmonics参考文献 19被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、ハイブリッドAC/DCマイクログリッドにおける電力品質を向上させるために、二重バッキングDCリンク構成を有する三相電圧源コンバータに基づく動的電圧リカバリ装置（DVR）を提案する。システムは二重ループ制御戦略（PI + ヒステリシス）を用い、電圧低下、過電圧、高調波に対して電圧安定性を維持し、極端な擾乱下でも2%未満の電圧THDおよび5%未満の電圧偏差を達成しており、リアルタイムシミュレーションにおいて優れた性能を示している。

ABSTRACT

International audience

研究の動機と目的

• 分散型エネルギー資源および感応性負荷に起因するハイブリッドAC/DCマイクログリッドにおける電圧低下、過電圧、高調波歪みを解消すること。
• 電圧擾乱がシステム信頼性に悪影響を及えるハイブリッド配電システムにおける電力品質の向上。
• 二重バッキング構成を用いて、動的応答性を向上させるとともにDCリンク電圧ストレスを低減したDVRの設計。
• さまざまなグリッド擾乱下での提案DVRの有効性をリアルタイムシミュレーションにより検証すること。
• 電圧低下/過電圧発生時における低全高調波歪率（THD）および最小限の電圧偏差を確保すること。

提案手法

• DCリンク電圧ストレスを低減し、エネルギー効率を向上させるために、二重バッキングDCリンクトポロジを有する三相電圧源コンバータ（VSC）を実装する。
• 外側のPI電圧制御ループ（DCリンク電圧制御）と内側のヒステリシス電流制御ループ（高速な動的応答）から成る二重ループ制御戦略を採用する。
• 同期基準系（SRF）に基づくdq0変換を用いて、正相電圧成分を正確に抽出し、電圧制御を実現する。
• 非対称故障時における正相、負相、零相成分を分離・補償可能とするシーケンス成分検出アルゴリズムを統合する。
• 最小限の高調波歪みを有するスイッチング信号を生成するため、空間ベクトル変調（SVM）に基づくPWM変調方式を適用する。
• リアルタイムデジタルシミュレータ（RTDS）を用いて、三相故障および単線地絡故障を含むさまざまな故障条件下でのシステムの検証を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二重バッキングDCリンク構成は、ハイブリッドマイクログリッドにおけるDVRの動的性能および電圧ストレス対処能力をどのように向上させるか？
• RQ2 二重ループ制御（PI + ヒステリシス）は、電圧低下および過電圧発生時において、電圧品質をどの程度維持できるか？
• RQ3 提案された制御戦略は、非平衡および非線形負荷条件下での全高調波歪率（THD）にどのような影響を与えるか？
• RQ4 本システムは、ハイブリッドAC/DC配電システムにおける平衡および非平衡故障時において、電圧制御をどの程度効果的に維持できるか？
• RQ5 極端な擾乱シナリオ下におけるDVRの動的応答時間および電圧偏差はどの程度か？

主な発見

• 提案されたDVRは、非線形および非平衡負荷条件下でも出力電圧のTHDが2%未満に抑えられていた。
• 三相故障および単線地絡故障時においても電圧偏差が5%未満に保たれ、電力品質基準を満たしていた。
• 二重バッキングDCリンク構成により、従来の単一バッキング構成と比較してDCリンク電圧ストレスが約30%低減された。
• 二重ループ制御戦略により、1サイクル以内に電圧低下を効果的に緩和する動的応答時間が10ms未塔に達成された。
• システムはバランスおよび非バランスな電圧擾乱をすべて効果的に補償し、全テスト済みの故障シナリオにおいて安定した電圧を維持した。
• リアルタイムシミュレーションの結果、SRFベースの制御およびSVMベースのPWMが高調波成分を最小限に抑え、電力品質を向上させることの有効性が確認された。