報告書番号

R07015

タイトル（和文）

風力発電プラントのシミュレーション手法の開発－固定速・可変速機のモデリングと風速を入力としたシミュレーション

タイトル（英文）

Simulation method for wind energy converters -- Modeling for constant and variable speed machines and simulation study with time-series wind data

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

風力発電の導入量が増えるに従い、それが電力系統に及ぼす影響を正確に評価することが必要となっている。このためには、風力発電のシミュレーションモデルを開発・利用することが有用である。風力発電装置の特性についてはこれまで情報がほとんど開示されていなかったが、欧州等で風力発電の導入が進むにつれ、欧州を中心に系統影響解析用の風力発電のシミュレーション手法についての情報発信も増えてきているため、そのモデル開発に着手できる素地ができつつある。
このため、本報告では風力発電プラント（固定速機、可変速機）の系統影響解析用のシミュレーションモデルを開発する。また入力データとして風速を与えた場合を対象として、その精度を検証する。主要な結果は次の通りである。
（１）シミュレーションモデルの開発
固定速機、可変速機（二次励磁制御機）を対象として、文献調査結果をもとに、実測データなどを参考にしつつ、風力発電プラントのシミュレーションモデルを開発した。ここに開発したモデルは風速変動、風車の空力特性、誘導発電機の特性を表すモデルに加え、およびピッチ角や発電機出力の制御系などのモデルから構成されている。このうち発電出力の制御系は可変速機に固有であるが、本報告ではその制御の考え方として風車回転数を発電出力に見合った最適の回転数に合わせる方式を採った。
（２）シミュレーションモデルの検証
同モデルを用い、実測風速を入力とした場合のシミュレーション結果である発電出力を実測値（固定速機）と比較した。同モデルによれば、ロータ受風面上での風の平滑化効果を織り込むなどの工夫を織り込むことにより、実測波形に似通ったシミュレーション結果が得られている。
固定速機と可変速機のシミュレーション結果を比較した。可変速機の方が周期10秒程度の短周期成分が小さい、その出力は固定速機に比べ定格出力を大きく上回ることが少ないなど、可変速機で一般に見られる特徴を確認することができる。

概要 （英文）

Assessing the impacts of wind energy converters (WEC) on a power system is of growing importance as more WECs are integrated into a power system. A simulation tool could be useful for the assessment. Although little information on the characteristics of WEC has been published, many academic studies in European countries recently discuss the characteristics of WEC. This makes development of simulation tool for WEC more attainable.

This report thus discusses development of a simulation program for WEC (constant and variable speed machines), the target of which is to assess their impacts on a power system. The report also examines the accuracy of the developed model though simulation studies in which wind speed is fed as input data.

The followings are major results of the paper:

(1) Development of a simulation model

Simulation models for constant speed machines and variable speed machines (doubly-fed induction generator (DFIG) type) are developed based on literature survey as well as examination of available related data. The models are composed of the sub-models: wind fluctuation, wind turbine, drive train and induction generators as well as control systems for generator power and pitch angle. The generator power controller is an peculiar component to DFIG; the report assumes a control scheme for the controller that angular velocity is controlled to its optimal value in accordance with its generating power.

(2) Sample study results

Output power of constant speed machines is evaluated based on actual time series wind data; comparison of the results with the actual output shows fair resemblance. This accuracy is partly attributable to introduction of a filter representing smoothing effects of wind on a rotor plane.

Comparison of output of constant and variable speed machines is also carried out. The results show the intrinsic characteristics of DFIGs: e.g., fluctuations of short period are smaller than those for constant speed machines and possibility of exceeding their rated capacity is low compared with constant speed machines.

報告者

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