2016年9月8日

準備しておくべきスマートインバーターの7つのテスト

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米国において分散型エネルギー資源（DER）を系統に接続するには、米国電気工事規程（NEC）、UL 1741、IEEE 1547などの規格への準拠が必須です。UL 1741とIEEE 1547は、主にカリフォルニア州の規制強化を受けて、スマートインバータに対応するため2016年後半に改訂されました。これらの改訂により、電圧・周波数ライドスルー、固定力率、単独運転防止試験といった系統支援機能に関する要件が導入されました。このブログ記事では、これらの改訂された規格とインバータが合格しなければならない具体的な試験について詳しく説明し、コンプライアンス確保におけるHIL（Hardware in the Loop）テストの役割を強調します。HILテストは、従来の高出力ラボ試験に代わる、費用対効果の高い自動化された代替手段となります。

導入

米国では、分散型エネルギー資源 (DER) をグリッドに相互接続するには、いくつかの標準/グリッドコードに準拠する必要があります。主なものは次の 3 つです。

国家電気規格（NEC）
アンダーライターズ・ラボラトリーズ（UL）1741および
IEEE1547。

UL 1741およびIEEE 1547（IEEE 1547-2003）の既存バージョンはスマートインバータの開発前に作成されたため、2016年末に改訂が行われ、新しいグリッドサポート、系統連系インバータ、およびコンバータが対象となりました。UL 1741およびIEEE 1547の改訂はカリフォルニア州から行われました。実際、2013年初頭には、カリフォルニア州公益事業委員会（CPUC）とカリフォルニア州エネルギー委員会（CEC）の規制当局が共同でスマートインバータワーキンググループ（SIWG）を開催しました。

CPUC は、2014 年 12 月 18 日に、規則 21 に基づく 7 つの追加の自律機能を要求する SIWG のフェーズ 1 推奨事項を承認しました。CPUC の裁定により、これらの変更の有効日は、2015 年 12 月 31 日、または UL 1741 が SIWG のフェーズ 1 推奨事項に対応するように更新されてから 12 か月後のいずれか遅い日に設定されました。

2016 年末、UL は更新された UL1741 SA 文書を正式に公開し、それに伴い、1 年の期限が切れる前にすべてのテストに合格してインバーターを認証するための競争が始まりました。

現在、多くのメーカーが新しい規格の導入に取り組んでいます。新しい規格の内容がまだ不明な場合は、ぜひお読みください。

UL1741 SA は、IEEE 1547 でカバーされていない、次のようなグリッドインタラクティブ機能のコンプライアンスをカバーします (ただしこれに限定されません)。

電圧ライドスルー（L/HVRT）
周波数ライドスルー（L/HFRT）
固定力率（SPF）
電圧-VAr制御（VV）
通常のランプレート（RR）
ソフトスタートランプレート (SS);
単独運転防止テスト
オプション: 周波数-ワット (FW)

系統支援機能がインバータの単独運転防止機能に影響を及ぼす可能性があるため、UL1741 SAには単独運転防止試験が含まれています。したがって、単独運転防止試験はこれらの機能を有効にした状態で実施する必要があります。

ここでは、グリッドサポートユーティリティインタラクティブインバータが合格する必要がある 7 つの主要なテストについて簡単に説明します。

1.低電圧/高電圧ライドスルー（L/HVRT）テスト

このテストの目的は、通常の動作範囲外の低電圧および高電圧逸脱に対する分散型エネルギーリソース (DER) の動作を確認することです。

インバータの応答には3種類あり、定格動作領域外には、強制動作、瞬時停止（ゲートブロッキングとも呼ばれる）、および強制トリップの6つの電圧領域があり、検証が必要です。動作領域は下図に示されています。

2.低/高頻度ライドスルー（L/HFRT）

このテストの目的は、インバータが接続されているグリッドの通常の動作範囲外にある低周波および高周波の逸脱に対する分散型エネルギーリソース (DER) システムの動作を確認することです。

L/HVRTと同様に、周波数ライドスルーでは、定格動作領域付近を含む3種類のインバータ応答と5つの周波数領域（強制動作、瞬時停止（ゲートブロッキングとも呼ばれる）、および必須トリップ）を検証する必要があります。動作領域は下図に示されています。

3.ボルト/VAr「Q(V)」テスト (VV)

このテストでは、インバータがグリッド電圧の関数として無効電力を供給するために必要な応答特性を満たしていることを確認します。

このテストは、1つのQ(V)曲線に沿った4つの電圧動作点で定義され、インバータが注入する無効電力が検査されます。満たされるべき典型的なQ(V)曲線は下図に示されています。無効電力応答は通常、平均Volt-VAr曲線、最もアグレッシブなVolt-VAr曲線、そして最もアグレッシブでないVolt-VAr曲線の3組で検査されます。

4.固定力率テスト（SPF）

この試験は、インバータが力率指令に応じて無効電力を供給するために必要な応答特性を満たしていることを確認します。固定力率試験は、インバータがさまざまな有効電力レベルに対して一定の力率を維持できるかどうかを試験します。

インバータが固定力率モードにあり、皮相電力制限に達すると、固定力率を維持するために有効電力が削減されます。

インバータが無効電力優先の固定電力モードにあり、皮相電力制限に達した場合、無効電力出力を維持するために有効力率を下げる必要があります。

インバータ出力をチェックする主要な動作ポイントを示す一般的な W-VAr グラフを下図に示します。

5.ソフトスタート再接続ランプレート

このテストでは、インバータがソフトスタートのランプレート応答を提供するための特定の応答特性を満たしているかどうかを確認します。

DERは、出力の増減率を変更できます。これらの変化率は、インバータの電流レベルが物理的に制御できる範囲によって制限されます。例えば、最大電力を出力している場合、出力を減少させることはできますが、増加させることはできません。一方、完全に充電された蓄電システムは、電力網に電力を放出することはできますが、既に完全に充電されているため、電力網から電力を引き出すことはできません。

6.ランプレート制限テスト（RR）

このテストでは、通常のランプアップレートコマンドとランプダウンレートコマンドの両方に対してインバーターが正しいランプレート応答を持つかどうかを確認します。

7.偶発的な単独運転テスト

非意図的単独運転試験は、サポート機能が有効になっている場合の非意図的単独運転の評価を目的としています。この試験は、LVRT、HVRT、Q(V)、Volt-VArなどの系統連系機能を含むため、IEEE 1547.1-2005とは異なります。

意図しない単独運転試験は、通常、下図に示す試験セットアップで実施されます。RLCネットワークのインピーダンスは、インバータ電流がすべてRLCタンクに流れ込み、三相電源には全く流れ込まない状態になるまで調整されます。この状態で三相電源は遮断され、試験対象のインバータは意図しない単独運転接続を迅速に検出し、速やかに遮断する必要があります。

このテストは、ゼロ電流状態から離調した RLC ネットワークのさまざまなレベルに対して繰り返されます。

非意図的単独運転試験では、すべてのグリッドサポート機能をワーストケースパラメータで起動する必要があります。試験対象のDERに周波数-ワット機能が含まれている場合は、それも試験する必要があります。試験1には、L/HVRT、L/FVRT（利用可能な場合はFW）を含める必要があります。試験2には、L/HVRT、L/FVRT、およびSPF（利用可能な場合はFW）を含める必要があります。試験3には、L/HVRT、L/FVRT、およびVV（利用可能な場合はFW）を含める必要があります。