報告書番号

GD23013

タイトル（和文）

テブナン等価インピーダンスに基づく電圧安定性およびインバータ機器の制御安定性の評価

タイトル（英文）

An Evaluation of Voltage Stability and Converter-Driven Stability based on Thevenin Equivalent Impedance

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
電力系統における電圧安定性やインバータ機器の制御安定性に関する指標の一つとして、各ノードの短絡容量あるいはその逆数のテブナン等価インピーダンス（以下、ZTと称する）注1)が用いられてきた。従来これらの算出は、無負荷あるいは負荷の電圧特性を定インピーダンス特性（定Z特性）とした条件で行われることが多かったが、系統内のインバータ機器が増え、定電力特性（定P特性）の機器が増えると、ZTに影響を及ぼす可能性がある。このため、電圧安定性やインバータ機器の制御安定性を適切に評価するためには、負荷やインバータ機器の電圧特性を考慮してZTを算出する必要がある。
目　　的
負荷やインバータ機器の電圧特性注2)を考慮して各ノードのZTを算出する方法を示す。またこれを用いることにより、電圧安定性やインバータ機器の制御安定性を適切に評価できることをシミュレーションにより検証する。
主な成果
1．ZTの算出および電圧安定性指標の考案
負荷やインバータ機器の電圧特性を考慮して各ノードのZT注3)を算出する方法を示すとともに、電圧面の限界注4)では微小な電流変化に対して電圧が大きく変化することに着目し、ZTに基づく電圧安定性指標を考案した注5)。本指標は、電圧面の限界までの余裕を0から1の値で表したものである。
また簡単な一機系統モデルを用いて、評価対象のノード周辺に定P特性の負荷やインバータ機器がある場合、ZTが増大し、電圧安定性指標が低下することを示した（図1）。
2．シミュレーションによる妥当性・有効性の検証
一機系統モデルおよび電気学会WEST30機系統モデルでの電力系統動特性解析プログラム（当所Y法）を用いたシミュレーションにより、以下を検証した。
・電圧面の限界に達するケースにおいて、電圧安定性指標を用いることにより、各ノードの限界までの余裕の把握や限界に達するノードの特定を行うことができる（図2）。
・インバータ機器で電圧制御や疑似慣性制御を行う場合（図3）において、ZTにより制御の安定性を適切に評価できる注6)（表1、図4）。

注1）あるノードから電流を注入するとき、その電流変化に対する当該ノードの電圧変化の比を表す。
注2）定電力特性、定電流特性等の静的な電圧特性を意味する。
注3）電圧特性を考慮する場合、各ノードの ZTは2×2の行列の形となる。
注4）定P特性の負荷がP-Vカーブの先端に達したような状態を指す。
注5）具体的には、各ノードのZTを表す2×2の行列の最小特異値と最大特異値の比を指標とした。
注6）ただし、系統と一つのインバータ機器の制御系との間の安定性を対象としている。複数のインバータ機器の間での安定性等については、系統全体に対しての固有値解析等が必要となる。

概要 （英文）

Short circuit capacity or Thevenin equivalent impedance has been used as an index of the voltage stability and the converter-driven stability in power systems. Those are usually calculated on condition that the power systems have no load or all loads are constant impedances. However, those can considerably be influenced by the loads and the inverter-based resources (IBR) which have the constant power characteristics.
In this report, the calculation method of Thevenin equivalent impedance considering the voltage characteristics of the load and the IBR is presented. Also, it is verified that the calculated Thevenin equivalent impedance enable the valid evaluation of the voltage stability and the converter-driven stability.

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