[論文レビュー] Distributed Secondary Frequency Control through MTDC Transmission Systems

Martin Andreasson, Roger Wiget+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 25, 2015

HVDC Systems and Fault Protection参考文献 18被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、多端子ハイブリッドDC（MTDC）グリッドを介して接続された非同期交流（AC）系統に、局所的および隣接する周波数およびDC電圧測定値を用いた分散型二次周波数制御コントローラーの提案を行う。ラプラス安定性解析を用いることで、著者らはグローバル漸近安定性を証明し、分散型droop制御と比較して静的周波数および電圧誤差を低減することを示し、領域間での公平な電力共有を実現する。

ABSTRACT

In this paper, we present distributed controllers for sharing primary and secondary frequency control reserves for asynchronous AC transmission systems, which are connected through a multi-terminal HVDC grid. By using Lyapunov arguments, the equilibria of the closed-loop system are shown to be globally asymptotically stable. We quantify the static errors of the voltages and frequencies, and give upper bounds for these errors. It is also shown that the controllers have the property of power sharing, i.e., primary and secondary frequency control reserves are shared fairly amongst the AC systems. The proposed controllers are applied to a high-order dynamic model of of a power system consisting of asynchronous AC grids connected through a six-terminal HVDC grid.

研究の動機と目的

• MTDCグリッドを介して接続された非同期AC系統間で一次および二次周波数制御リソースを共有する課題に対処すること。
• スラック母線に依存する既存のコントローラーの限界を克服し、MTDC電圧ダイナミクスを無視しないこと。
• スケーラブルで分散型の制御を可能にするために、局所的および隣接する測定値のみを用いる分散型コントローラーの開発。
• 閉ループ系のグローバル漸近安定性を保証するとともに、静的周波数および電圧偏差の上限を設定すること。
• 接続されたAC領域間で周波数制御リソースの公平な共有を達成すること。

提案手法

• 完全な通信グラフを必要とするものと、局所的隣接情報のみを用いるものという2種類の分散型二次周波数コントローラーを設計。
• 先行研究が片方または両方を無視するのとは異なり、AC周波数ダイナミクスとMTDC電圧ダイナミクスの両方を制御フレームワークに統合。
• 任意のコントローラー・パrameterに対して、均衡点のグローバル漸近安定性を示すためのラプラスに基づく議論を用いる。
• 局所的周波数偏差およびDC電圧測定値に基づいて、有効電力注入を調整するコントローラーを定式化。
• ステディステート誤差を補正するため、droop制御の原則を二次制御ループに統合。
• IEEE 14母線ACグリッドを備えた六端子MTDCシステムの高次元ダイナミクスモデルに、コントローラー（7）および（8）を適用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スラック母線に依存せずに、MTDCグリッドを介して接続された非同期AC系統間で、一次および二次周波数制御リソースを分散型コントローラーで共有可能か？
• RQ2 AC周波数およびMTDC電圧ダイナミクスの両方をモデルに含めた場合、閉ループ系の安定性をどのように保証できるか？
• RQ3 提案された分散型コントローラーと分散型代替手法との比較において、静的周波数および電圧偏差の上限は何か？
• RQ4 提案されたコントローラー下で、接続されたAC領域間における周波数制御リソースの電力共有は、どの程度公平か？
• RQ5 通信トポロジーおよび局所的情報の可用性は、制御方式の性能および安定性にどのように影響するか？

主な発見

• 提案された分散型コントローラーは、ラプラス解析を用いて、閉ループ系のグローバル漸近安定性を保証する。
• 分散型コントローラー下での静的周波数および電圧誤差は、分散型droop制御と比較して厳密に小さく、明示的な上限が提示されている。
• 分散型コントローラーの周波数偏差誤差の上限は、分散型コントローラーと比較して $1/n$ 倍に低減され、$n$ はAC領域の数である。
• コントローラーは、共有誤差が有界であり、漸近的にゼロに近づくように、一次周波数制御リソースの公平な電力共有を達成する。
• IEEE 14母線ACグリッドを備えた六端子MTDCシステムにおけるシミュレーションにより、分散型制御と比較して収束が速く、ステディステート誤差が顕著に小さいことが確認された。
• 性能向上はすべてのAC領域で一貫しており、障害発生後約30秒で電圧および周波数の偏差が新たな平衡値に収束した。