風力発電所で発電されたマイクログリッド

導入

マイクログリッドは、相互接続された一連の消費源（エネルギー消費者、バッテリーなど）と分散型発電源（再生可能エネルギー源、バッテリーなど）を備えた配電システムであり、明確に定義された電気的境界内で単一の制御されたソースとして動作します。さらに、トポロジまたは経済的な条件に応じて、マイクログリッドは、ある時点で電力システムから切断され、独立して動作して独自の消費者に電力を供給する機能（「アイランドモード」と呼ばれます）があります。次の例では、マイクログリッドネットワークは、小型風力発電所、バッテリーユニット、大規模な消費者エリア、および電力システムへの接続で構成されています。この例の目的は、電力システムに障害が発生した場合にマイクログリッドネットワークがアイランドモードでどのように機能するか、およびシステムの障害が解決された後にシステムに再接続されることを示すことです。これら2つのケースでは、消費者エリアは遷移状態の影響を受けません。

モデルの説明

マイクログリッド モデル (図 1 ) は、3 つの風力タービンで構成される風力発電所を特徴としており、各タービン ブロックは、発電機、変圧器、インバーター、制御ユニット、およびスイッチで構成されています。

風力発電機の最大出力は2MW、公称電圧は690V、受電面積は7854m2、変圧器は0.69/10kV/kVです。風力タービンは、地中ケーブルライン（XHE 49-A 150mm2）を介して、電力システムへの接続点であるエネルギー変圧器（10/110kV/kV）に直列に接続されています。ケーブルライン（XHE 49-A 150mm2）は、各風力タービンの定格電流と対応する直列接続を考慮して、配電に関する技術推奨事項に従って選択されました。風力タービン間の距離は500mです。風力タービンWT1とWT2の接続は、WT1の最大値である116Aの電流に対して、相ごとに1つのケーブルコアで構成されています。

ケーブルラインの公称電流負荷は 315 A です。WT2 と WT3 間の接続も同じケーブルで行われ、電流負荷は 232 A です。電流負荷が 347 A であるため、風力発電所全体は 2 本の地下ケーブルライン (2 x XHE 49-A 150 mm2) を介して電力システムに接続され、これは相あたり 1 本のケーブルに規定されている 315 A を超えています。

有効電力の発電量は風速に依存するため、発電量の差は1.6MVAのバッテリーユニットとインバータおよび変圧器のブロックによって補われます（図3 ）。バッテリーユニットは、1.6MVAのバッテリー、公称DC電圧1000VDC、出力電圧0.48kV（50Hz）のインバータ、およびYy0ベクトルグループを備えた2MVA変圧器（0.48/10kV/kV）で構成されています。

マイクログリッド内の消費ブロックは、主にアクティブな電力消費用にモデル化されており、総電力が 1.3 MVA の非産業消費者グループ (住宅、街路照明、大学、病院など) に相当します。

10/110 kV/kV 変換は、公称電力 31.5 MVA、変換比 10/110 kV/kV、ベクトル グループ Yy0、電力システムに接続するためのスイッチ、および無限電力のネットワークとして機能する電気電力システム コンポーネントを持つ変圧器によってモデル化されます。

電圧、電流、有効電力、無効電力の値を監視するために、すべてのシステム要素の出力で測定が行われます。

シミュレーション

このアプリケーションには、あらかじめ構築されたSCADAパネル（図4 ）が付属しています。このパネルには、実行時にシミュレーションを監視および操作するための主要なユーザーインターフェース要素（ウィジェット）が用意されています。ニーズに合わせて自由にカスタマイズできます。

システムの動作原理は次の 3 つのケースで説明されています。

すべてのケースの風速はファイルから直接読み込まれるため、発電量は変動し、風速に直接依存します。読み込みは、風速データが保存されているWind speed.txtファイルを介して行われます。データファイルはモデルのディレクトリ内にあります。

シミュレーションを開始し、バッテリーを100%に調整すると、システムの通常動作モードではバッテリーを作動させる必要がないため、バッテリーユニットのスイッチが開いていることがわかります。風力発電所で発電された電力はすべて電力系統に送られ、実験計算では発電電力の売却による利益が示されています。

3番目のケースとして、故障が発生し、システム電圧がVnの95%を下回ったと仮定します。マイクログリッドは、このエラーを検出した低電圧リレーによって自動的にアイランドモードに切り替わります。

独立モードに切り替えた後も、発電機はバッテリーの過負荷を回避するため、マイクログリッドから分離して運転を継続します。消費者は系統を構成するバッテリーユニットから直接電力を供給され、このモードはバッテリーの充電量が最大容量の5%に達するまで継続されます。図7と図9は、この動作モードにおけるマイクログリッドの挙動を示しています。

バッテリー容量が5%に達すると、風力タービンのスイッチがオンになり、発電された電力はすべて消費者に供給されます。余剰電力はバッテリーの充電に使用されます。このプロセスは、バッテリーが最大容量の100%まで充電されるか、電力系統から充電できるようになるまで続きます。図9と図10は、これらの条件下でのマイクログリッドの挙動を示しています。

障害が解決されると、マイクログリッドは自動的に電力システムに接続されます。

バッテリーが100%まで完全に充電されていない場合、風力発電所からの発電によって充電されます。風力発電所からの発電量が十分でない場合は、残りの電力は電力系統から供給されます。この間、消費エリアには電力系統から直接電力が供給されます。バッテリーユニットが完全に充電されると、自動的にシステムから切断され、マイクログリッドから「アイランドモード」の次の要求が送信されるまで、システムは切断されます。風力タービンは引き続き電力を生産し、電力系統に供給します。図11は、これらの条件下での風力発電のダイアグラムを示しています。

このケースの後、マイクログリッドの稼働サイクルは終了します。上記のすべてのケースにおいて、消費者は停電期間を経験せず、電力品質の低下も経験しませんでした。

テスト自動化

この例のテスト自動化はまだありません。ご協力いただける場合はお知らせください。アプリケーションノートへの署名を喜んで承ります。

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] シミサ・シミッチ

[2] クリスチャン・モナール