[論文レビュー] Mathematical Modeling of Isolated Wind-Diesel-Solar Photo Voltaic Hybrid Power System for Load Frequency Control

Bharat Pariyar, Raju Wagle|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2020

Photovoltaic System Optimization Techniques参考文献 10被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、負荷周波数制御（LFC）を目的とした、独立運転の風力・ディーゼル・太陽光パネル（PV）ハイブリッド電力システムの包括的な数学的モデルを提示する。風力タービン、ディーゼル発電機、太陽光PVを最大出力追尾（MPPT）コンバータと統合し、間歇的再生可能エネルギー供給および負荷変動に起因する周波数偏差を安定化させるために、従来のPI制御器を採用している。孤立系統運用におけるシステムの安定性と信頼性が向上することを示している。

ABSTRACT

This research presents the mathematical model of an isolated wind-diesel-solar PV hybrid power system with conventional proportional-plus-integral controllers for load frequency control (LFC). In order to enhance the reliability of the power supply, renewable sources such as wind and solar energy are integrated with diesel electric power generation system to supply the power for isolated loads. Isolated hybrid power system is designed to minimize the mismatch between supply and demand. Due to the unstable generation of power from wind, solar PV sources, and frequent change in load, there exist fluctuations of power generation and hence fluctuations also occur in system frequency and voltage. Conventional PI controllers are used for the load frequency control of the system to make the frequency deviation to an acceptable range. In this paper the complete mathematical modeling of system consisting of a wind turbine induction generator unit, a diesel engine synchronous alternator unit and solar photovoltaic (PV) panels with maximum power tracking converter is presented.

研究の動機と目的

• 風力、ディーゼル、太陽光PVを統合したハイブリッド電力システムの詳細な数学的モデルの構築を目的とする。
• 孤立電力系統における間歇的再生可能エネルギー供給および変動する負荷需要が引き起こす周波数不安定性を解消することを目的とする。
• 従来のPI制御器を用いた負荷周波数制御（LFC）戦略の設計を目的とし、システム周波数を許容範囲内に維持することを目的とする。
• オффグリッド構成における発電と負荷の不一致を最小限に抑えることで、信頼性の高い電力供給を確保することを目的とする。

提案手法

• 有効電力および無効電力制御のための動的方程式を備えた風力タービン誘導発電機ユニットのモデリング。
• 周波数制御のための励磁および原動機ダイナミクスを備えたディーゼルエンジン同期発電機モデルの開発。
• 最適な電力抽出を実現するための最大出力追尾（MPPT）制御を備えた太陽光パネル（PV）の統合。
• LFC解析のための統合システムモデルへの全コンポonentsの統合。
• 負荷変化に伴う周波数偏差を制御するために、従来の比例加法的（PI）制御器の適用。
• 負荷および再生可能エネルギー供給の変動状況下での完全なハイブリッドシステムのシミュレーションを行い、LFC性能の評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、孤立系統運用を想定した風力・ディーゼル・太陽光PVハイブリッドシステムを数学的にモデル化できるか？
• RQ2 風力、ディーゼル、太陽光PVの間で、周波数安定性を維持するためにどのような動的相互作用が生じるか？
• RQ3 負荷および再生可能エネルギー供給の変動下でも、従来のPI制御器が周波数偏差を最小限に抑える効果はどの程度か？
• RQ4 間欠的再生可能エネルギー源は、孤立電力系統におけるシステム周波数および電圧にどのような影響を与えるか？
• RQ5 風力および太陽光PVの統合により、ディーゼル依存度を低下させつつ、信頼性の高い周波数制御を維持できるか？

主な発見

• 提案されたハイブリッドシステムモデルは、変動する運転条件下における風力、ディーゼル、太陽光PVコンponentsの動的挙動を的確に捉えている。
• 従来のPI制御器は、負荷および再生可能エネルギー供給の変動にかかわらず、周波数偏差を許容範囲内に効果的に低減している。
• 風力および太陽光PVコンponentsの統合により、ディーゼル燃料消費量が顕著に削減され、システム信頼性が向上している。
• 負荷変動および再生可能エネルギーの間欠性にさらされても、周波数の振動が最小限に抑えられ、安定した運転が実現されている。
• MPPT制御を施した太陽光PVシステムは、最適な電力抽出を実現し、全体のシステム効率の向上に貢献している。
• 数学的モデルは、孤立ハイブリッド電力システムのさらなる制御最適化およびリアルタイムシミュレーションの基盤を提供している。