[論文レビュー] A Novel Hybrid Islanding Detection Method for Inverter-based DG

Maziar Isapour Chehardeh, Ehsan M. Siavashi|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2018

Islanding Detection in Power Systems参考文献 11被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、拡張カルマンフィルタを用いた受動的高調波検出と、電圧変化率および電力シフトに基づく能動的手法を組み合わせた、インバータベース分散発電（DG）のための新規ハイブリッド系統断開検出手法を提案する。この手法は、検出時間を短縮し、非検出領域を最小限に抑え、さまざまな電力条件下でも信頼性と安全性を向上させる。Simulinkシミュレーションを用いた複数のシステム事象における検証が行われた。

ABSTRACT

A novel method for achieving a better performance using the combination of the available passive and active methods has been proposed. The algorithm detects the islanding in proper time by using harmonic detection, the average rate of change of voltage and shifting power generation. Harmonic detection in this method decreases process time and also differentiates between islanding and other power systems events. For harmonic detection, extended Kalman filter has been used. Besides, the reliability of the method increases using the average rate of change of the voltage. The proposed method uses a strategy for decreasing the non-detection zone. In this strategy, minimum and maximum average rates of change of voltage limits are defined to improve the security of the system. Therefore, three main specifications of a proper method, reliability, security and time of process are achievable by the combination of these passive and active methods. By applying different power system events under different power conditions, the proposed method has been verified in Simulink software.

研究の動機と目的

• 従来の受動的および能動的系統断開検出手法の検出速度、非検出領域、信頼性に関する限界を改善すること。
• 電圧変化率のための動的しきい値を導入することで、系統断開検出における非検出領域を低減すること。
• 高調波検出と能動的制御戦略を統合することで、システムの安全性と検出精度を向上させること。
• インバータベースDGシステムにおける信頼性、安全性、高速検出時間のバランスを図ること。

提案手法

• 点共通接続点電圧の高調波成分を推定するために、拡張カルマンフィルタを用いた高調波検出を実施する。
• 系統の異常な挙動（系統断開の兆候）を検出するために、電圧の平均変化率を計算する。
• システムの安全性を向上させ、誤動作を低減するために、電圧の平均変化率の最小値および最大値のしきい値を定義する。
• 検出中に電力発電を意図的にシフトさせ、系統断開と通常の事象を区別できる測定可能な擾乱を生じさせる。
• 受動的（高調波に基づく）および能動的（電圧変化率および電力シフト）手法を組み合わせたハイブリッドアプローチにより、全体的な性能を向上させる。
• すべての3つのコンポonentの出力を統合する意思決定論理により、リアルタイムで系統断開状態を判断する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 適応的電圧変化率しきい値を用いることで、系統断開検出における非検出領域をどの程度低減できるか？
• RQ2 従来手法と比較して、拡張カルマンフィルタを用いた高調波検出は、検出速度および精度をどの程度向上させるか？
• RQ3 受動的および能動的手法の統合により、誤動作を低減しながらも高速応答を維持できるか？
• RQ4 本手法は、多様な電力系統事象および変動する負荷条件下で、どの程度の性能を示すか？
• RQ5 電力発電のシフトが、系統断開検出の信頼性および安全性に及ぼす影響は何か？

主な発見

• 本手法は、拡張カルマンフィルタによるリアルタイム高調波推定を活用することで、検出時間を顕著に短縮した。
• 定義された最小および最大の電圧変化率の限界値を用いることで、非検出領域が効果的に低減され、システムの安全性が向上した。
• ハイブリッドアプローチは、負荷変動や故障などの他の電力系統の擾乱と系統断開を明確に区別できた。
• Simulinkにおけるシミュレーション結果は、複数の系統事象および変動する電力条件下でも信頼性の高い検出を確認した。
• 本手法は、検出速度、信頼性、安全性のバランスを良好に達成しており、単独の受動的または能動的手法を上回る性能を示した。