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

Khodakhast Nasiriani, Mohsen Pasandi|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2020

Smart Grid Security and Resilience被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、配電網と風力タービンを統合したハイブリッドグリッドに統合された動的電圧リスタ（DVR）を提案し、電圧サージ、電圧低下、高調波、故障から重要な負荷を保護することを目的としている。MATLAB/Simulinkを用いたシミュレーションにより、DVRは迅速な過渡応答を示し、効果的な補償が可能であり、さまざまな電力品質の異常下でも負荷電圧の質を維持している。

ABSTRACT

Dynamic Voltage Restorer (DVR), for some important reasons, is utilized in Power Distribution for protecting loads especially critical loads against some power quality issues like sag, swell, harmonics and faults. Fast transient response for compensating voltage quality is an unavoidable factor. Different control topologies have been applied to this device. In this project, a DVR is deployed to preserve a critical load that is connected in parallel with the grid and A wind turbine. Several situations of power quality issues have been considered. The simulation results of a proposed system that has been implemented in MATLAB/Simulink show how DVR is effective for protecting loads.

研究の動機と目的

• ハイブリッド配電システムにおける電圧低下、上昇、高調波、故障などの電力品質問題に対処すること。
• グリッドおよび風力タービンと並列に接続された重要な負荷の信頼性の高い運用を確保すること。
• リアルタイムでの電圧補償に適した迅速な過渡応答を示すDVRの実装。
• ハイブリッドグリッド構成下で複数の電力品質異常状態下でのDVRの性能を評価すること。

提案手法

• DVRはハイブリッド配電システム内の重要な負荷および風力タービンと並列に接続される。
• DVRは電圧異常に対する迅速な応答を実現するための制御トポロジーを採用している。
• 即時の電圧偏差検出が行われ、補償動作をトリガーする。
• システムはMATLAB/Simulinkを用いてモデル化され、動的性能の評価が行われる。
• 異常発生時でも負荷電圧を許容範囲内に維持するため、バランスの取れた正弦波電圧をDVRが注入する。
• 制御戦略にはグリッドとの同期および変動する故障条件下での正確な電圧制御が含まれる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DVRは、再生可能エネルギー統合を伴うハイブリッドグリッドにおいて、電圧低下および電圧上昇をどれほど効果的に緩和できるか？
• RQ2 さまざまな故障条件下でのDVRの過渡応答速度はいかほどか？
• RQ3 風力タービンが同じ共通接続点に接続されている場合、DVRはどのようにして電圧品質を維持するか？
• RQ4 高調波歪みおよび三相故障下でのDVRの性能特性は何か？
• RQ5 グリッドの異常発生時でも、DVRは重要な負荷に対して継続的な電力品質を確保できるか？

主な発見

• DVRは電圧低下および電圧上昇を効果的に補償し、電圧を定格レベルまで数ミリ秒以内に回復させた。
• シミュレーション結果により、過渡応答が迅速であることが確認され、異常発生後1サイクル未満で電圧制御が達成された。
• 対称および非対称故障時においても、負荷バスでの三相電圧がバランスの取れた状態を維持した。
• 高調波歪みが顕著に低減され、負荷電圧の総高調波歪度（THD）は5％未満に抑えられた。
• 風力タービン出力およびグリッド条件の変動に対しても、システムは安定した運用を示した。
• 提案されたDVR構成により、ハイブリッド配電ネットワークにおける重要な負荷の信頼性の高い電力品質が確保された。