[論文レビュー] Transient Stability Analysis of Grid- Connected Converters with Power Synchronization Control.

Heng Wu, Xiongfei Wang|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2018

Microgrid Control and Optimization参考文献 24被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、位相図分析を用いて、電力同期制御（PSC）を用いた電圧源コンバータ（PSC-VSC）の過渡的安定性を分析する。PSC-VSCは、故障後の均衡点が存在する限り同期を維持することができ、臨界遮断角は故障後における不安定な均衡点の電力角に等しい。特に、この角度を超過しても、1周期分の振動後には再同期が可能であることが判明しており、システムの崩壊リスクが低減される。

ABSTRACT

The power synchronization control (PSC) has been increasingly used with voltage-source converters (VSCs) connected to the weak grid. This paper presents an in-depth analysis on the transient stability of the PSC-VSC by means of the phase portrait. It is revealed that the PSC-VSC will maintain synchronization with the grid as long as there are equilibrium points after the transient disturbance. However, during the grid faults without any equilibrium points, the critical clearing angle (CCA) for the PSC-VSC is found equal to the power angle at the unstable equilibrium point of the post-fault operation, which is crucial for the power system planning and protection. Moreover, the PSC-VSC can still re-synchronize with the grid after around one cycle of oscillation, even if the fault clearing angle is beyond the CCA. This feature reduces the risk of system collapse caused by the delayed fault clearance. Lastly, these findings are verified by simulations and experimental tests.

研究の動機と目的

• 弱いグリッドに接続された電力同期制御電圧源コンバータ（PSC-VSC）の過渡的安定性を調査すること。
• PSC-VSCが故障による摺れ込み後に同期を維持する条件を特定すること。
• PSC-VSCシステムにおける故障遮断のための臨界遮断角（CCA）を特定すること。
• CCAを超過した故障遮断後におけるPSC-VSCの再同期能力を評価すること。
• シミュレーションおよび実験的テストを通じて、解析的結果の妥当性を検証すること。

提案手法

• 過渡的摺れ込み時のPSC-VSCの動的挙動を分析するために、位相図分析が用いられる。
• システムの事前故障および故障後の両状態における均衡点を特定し、安定性を評価する。
• 臨界遮断角（CCA）は、故障後システムにおける不安定な均衡点に対応する電力角として決定される。
• 故障遮断後の均衡点の存在および性質の分析を通じて、安定性が評価される。
• 解析結果の妥当性を検証するために、シミュレーションおよび実験的テストが実施される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 弱いグリッドに接続されたPSC-VSCの過渡的安定性を決定するのは何であるか？
• RQ2 均衡点の存在が故障後の同期に与える影響は何か？
• RQ3 PSC-VSCのグリッド故障時の臨界遮断角（CCA）は何か？
• RQ4 CCAを超過した故障遮断後でもPSC-VSCは再同期可能か？
• RQ5 故障後、均衡点が存在しない場合、システムの挙動はどのように変化するか？

主な発見

• PSC-VSCは、過渡的摺れ込み後の均衡点が存在する限り、グリッドと同期を維持する。
• PSC-VSCの臨界遮断角（CCA）は、故障後システムにおける不安定な均衡点の電力角に等しい。
• 故障遮断角がCCAを超過しても、PSC-VSCは約1周期分の振動後に依然として再同期可能である。
• この再同期能力のおかげで、故障遮断の遅延によるシステム崩壊リスクが低減される。
• 解析的結果は、シミュレーションおよび実験的検証の両方で確認された。