[論文レビュー] Generalized Short Circuit Ratio for Multi Power Electronic based Devices Infeed Systems: Defi-nition and Theoretical Analysis

Huanhai Xin, Wei Dong+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 27, 2017

Microgrid Control and Optimization参考文献 12被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、多電力電子装置給電システム（MPEIS）における小領域安定性を評価するため、一般化されたショートサーキットレシオ（gSCR）および運用gSCR（OgSCR）を導入する。従来のSCRを拡張し、システムを独立した単一給電等価に分解することで、小領域安定性の観点からACグリッドの強度と安定性マージンを効果的に定量化する。複雑なマルチ給電環境において、従来手法よりも高い精度を示すシミュレーションにより検証された。

ABSTRACT

Short circuit ratio (SCR) is widely applied to analyze the strength of AC system and the small signal stability for single power elec-tronic based devices infeed systems (SPEISs). However, there still lacking the theory of short circuit ratio applicable for multi power electronic based devices infeed systems (MPEIS), as the complex coupling among multi power electronic devices (PEDs) leads to difficulties in stability analysis. In this regard, this paper firstly proposes a concept named generalized short circuit ratio (gSCR) to measure the strength of connected AC grid in a multi-infeed system from the small signal stability point of view. Generally, the gSCR is physically and mathematically extended from conven-tional SCR by decomposing the multi-infeed system into n inde-pendent single infeed systems. Then the operation gSCR (OgSCR) is proposed based on gSCR in order to take the variation of op-eration point into consideration. The participation factors and sensitivity are analyzed as well. Finally, simulations are conducted to demonstrate the rationality and effectiveness of the defined gSCR and OgSCR.

研究の動機と目的

• マルチ電力電子装置給電システム（MPEIS）に適用可能な安定性指向の短絡比指標の欠如に対処すること。
• マルチ給電システムにおける小領域安定性の観点から、グリッド強度を捉える一般化短絡比（gSCR）を開発すること。
• 運転点の変動を考慮するために、運用gSCR（OgSCR）を導入すること。
• 参加因子と感度分析を通じて、提案指標の解釈可能性を高めること。
• シミュレーション研究により、gSCRおよびOgSCRの妥当性と有効性を検証すること。

提案手法

• gSCRは、マルチ給電システムをn個の独立した単一給電システムに分解し、それぞれを従来のSCRの原則に基づいて分析することで導出される。
• gSCRの理論的導出には、マルチ給電ネットワーク内における各電力電子装置（PED）が見た等価インピーダンスをモデル化する。
• OgSCRは、運転点の変動をgSCRフレームワークに組み込むことで定式化され、グリッド強度の動的評価が可能になる。
• 参加因子を計算することで、システム安定性に影響を与える主要な要素を特定する。
• 感度分析を実施し、システムパラメータの変化がgSCRおよびOgSCR値に与える影響を評価する。
• さまざまな運転条件下での提案指標の妥当性を検証するため、マルチPEDシステム上でシミュレーションを実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複雑なデバイス相互作用を有するマルチ電力電子装置給電システム（MPEIS）に適用可能な、従来の短絡比（SCR）を一般化する方法は何か？
• RQ2 マルチ給電システムにおいて物理的・数学的に整合性を保つ一般化短絡比（gSCR）を定義する理論的根拠は何か？
• RQ3 運用gSCR（OgSCR）は、実時間グリッド状態における運転点の変動を考慮することで、gSCRにどのように改善をもたらすか？
• RQ4 参加因子と感度分析は、gSCRおよびOgSCRの安定性への意味を解釈するために果たす役割は何か？
• RQ5 シミュレーション結果は、gSCRおよびOgSCRが小領域安定性を評価するうえで、どれほど正確かつ有効であるかをどの程度裏付けているか？

主な発見

• 提案されたgSCRは、理論的に妥当で物理的に解釈可能なマルチPED給電システムにおけるACグリッド強度の指標を提供する。
• gSCRは、複数の電力電子装置間の相互結合効果がシステム安定性に与える影響を的確に捉えている。
• OgSCRは運転変化への応答性が向上し、リアルタイムでの安定性評価に適した動的指標を提供する。
• 参加因子分析により、システムの発振モードに影響を与える主要なデバイスおよび接続構成が特定された。
• 感度分析により、gSCRおよびOgSCRが等価インピーダンスや給電レベルなどの主要システムパラメータに敏感であることが確認された。
• シミュレーション結果は、gSCRおよびOgSCRが小領域安定性マージンを効果的に予測でき、マルチ給電環境では従来のSCRを上回ることを検証した。