一般的な太陽光発電所

導入

ここ数年、マイクログリッドの利用は着実に増加しており、それに伴い、その制御システムのモデル化とテストの必要性も高まっています。つまり、マイクログリッド分野は現在成長を続けており、より効率的なマイクログリッドコンポーネントへの需要も高まっています。

このニーズに対応するため、 Typhoon HIL ソフトウェアは現在、マイクログリッド ライブラリに 3 種類のDER コンポーネント(スイッチング、平均、汎用) を展開しており、いずれもそれぞれのアプリケーションですぐに使用できます。スイッチング コンポーネントは主に、実際のコンバーターのテストがシステム レベルで必要な場合や、PWM 出力とのインターフェースに非常に詳細なパワー エレクトロニクス モデルが必要な場合に使用されます。平均コンポーネントは、PWM インターフェースや HIL ハードウェア リソースの使用の大幅な最適化を必要とせずに、ダイナミクスの現実的なエミュレーションを行うときに使用されます。汎用コンポーネントの主な用途は、グリッド フィルターや制御の詳細を調整する必要なく、提供されている公称値を使用して簡単にパラメーター化できるようにすることです。そのため、汎用コンポーネントは、コンポーネントを目的の公称値でパラメーター化することが主な関心事である、グリッド安定性とシステム統合の研究で特に便利です。

この例では、これらのコンポーネントの主な目的は、次のシナリオでグリッド接続された PV プラントの特性動作をエミュレートすることです。

• 有効電力抑制と無効電力制御
• プラント状態マシン、障害検出、公称値に応じた制限
• 基準信号とMPPTのランプ機能

このモデルは、汎用 PV プラント コンポーネントの使用方法と、このドメインでの独自のアプリケーションに対するこれらのコンポーネントの利点を示します。

モデルの説明

このモデルは、グリッドに接続されたPV発電所（汎用）で構成されています。また、グリッドとPV発電所のコンポーネントに関連する信号の送信と読み取りに使用するための2つのユーザーインターフェースブロックも用意されています。

汎用コンポーネントは、スイッチングコンポーネントや平均コンポーネントとは異なり、ユーザーインターフェース内に入力と定義済みの出力を備えています。PV Power Plant (Generic)コンポーネントは、高レベル制御サブシステムと、電力段とすべての計測値を含む低レベル制御サブシステムという2つの主要部分で構成されています。コンポーネントのマスク（図2 ）上のパラメータを変更するだけで、内部ロジックと電力段自体はパラメータに応じて自動的に調整されます。

ユーザーインターフェースコンポーネントを使用すると、汎用コンポーネントを使いやすくなります。すべての入出力を定義する必要がある一般的なマイクログリッドコンポーネントとは異なり、ユーザーインターフェース内では、PVプラントコンポーネントの動作に必要なすべての入出力がすでに定義されています。これは、図3に完全に実装されています。汎用コンポーネントを適切なユーザーインターフェースブロックに接続するだけで済みます。このブロック内には、追加機能や改善に使用できる予約済みの入出力もいくつかあります。電力管理システム（PMS）によって設定される通常の入出力に加えて、プラントの外部要因に関連する外部入力があります。この場合、外部入力は温度と日射量です。

シミュレーション

このアプリケーションには、図4に示すような、あらかじめ構築されたSCADAパネルが付属しています。シミュレーション実行時の監視や操作に必要な最も重要なユーザーインターフェース要素（ウィジェット）が提供されており、ニーズに合わせてさらにカスタマイズできます。

PV 発電所はグリッド追従モードでのみ動作し、ドループ制御は実行できません。これは、ドループ制御がグリッド形成モードで動作できるコンポーネント (バッテリー インバータなど) でのみ実行できるためです。

インバータには 4 つの動作状態があります。

• 無効 – インバータがオフになっていて、メイン回路ブレーカーが開いている状態。
• 起動 - 有効信号のアクティブ化の瞬間からインバータが動作を開始する瞬間までの間のインバータの状態（例：同期時間）。
• 実行中 – インバータが動作しているときの状態。
• エラー – 故障が検出された状態。インバータがエラー状態の場合、プラントを再起動するにはアラームをリセットする必要があります。

PV発電所インターフェースを図5に示します。図の左側には「インバータ制御とステータス」が表示されており、インバータの状態を確認できるほか、保護機能が作動しているかどうかの情報も取得できます。また、有効電力、無効電力、皮相電力、力率の測定値も確認できます。温度や日射照度などのパラメータは、「外部コマンド」グループで変更できます。

汎用コンポーネントの主な利点の一つは、保護機能が組み込まれていることです。ここでは、以下の種類の保護機能が実装されています。

• 過電流保護 - このタイプの保護は、入力相電流の一部が最大許容瞬間電流の 1.5 倍を超えた場合に発生します。
• グリッド電圧が範囲外 -図6に示すように、グリッド電圧が指定された相対範囲[0.5, 1.5] puから外れた場合に表示されます。この保護機能は、グリッド追従モードで有効です。
• グリッド周波数が範囲外 – このタイプの保護は、図7に示す特定の相対範囲[0.5、1.5] puから外れたグリッド周波数によってアクティブ化されます。 
• 過電力保護 - このタイプの保護は、測定された皮相電力が最大許容皮相電力の 1.2 倍を超えると作動します。

テスト自動化

このテストは、PV Power Plant（汎用）コンポーネントでサポートされているHzWattグリッドコード機能を実証します。PVの公称パラメータは、コンポーネントのマスクで定義されます。このテストでは、公称電力と公称周波数が重要です。公称電力は250kW、公称周波数は50Hzです。

この試験には5つのテストケースが含まれています。4つのテストケースは、電力と周波数の測定値が基準値と一致しているかどうかを検証します。周波数と有効電力に異なる値を設定し、測定値が1%の許容誤差で基準値と一致しているかどうかを確認します。

合格したテストは、基準値と測定値が予想される帯域幅内にあることを示し、HzWatt グリッド コード機能が期待どおりに動作していることを意味します。

最後のテストケースでは、図8に示すように、基準値と測定値を用いてHzWatt曲線をプロットします。測定周波数と有効電力に対応する点も示されています。このプロットはTyphoonTest IDEで生成されています。

要件の例

表1は、モデルをリアルタイムで実行するためのファイルの場所とハードウェア要件に関する詳細情報と、この最小限のハードウェア構成でモデルを実行した場合のHILデバイスのリソース使用率を示しています。この情報は、モデルの実行とカスタマイズを必要に応じて行う際に役立ちます。

著者

[1] ヨヴァナ・マルコビッチ