スマートグリッドの電力品質はどのように管理されていますか？

太陽光、風力、バイオマスエネルギーなどの新しいエネルギー源が、分散型発電、マイクログリッド、中小規模の発電所（エネルギー貯蔵所および電気自動車充電所を含む）として配電網に広く統合されるに伴い、新たな情勢下のスマートグリッドは多くの新しい問題に直面しています。スマートグリッド構築下での電力品質制御構造は主に分散型発電、送配電網、電力負荷、電力品質補償装置などで構成されています。

太陽光、風力、バイオマスなどの新しいエネルギー源が、分散型発電、マイクログリッド、中小規模の発電所（エネルギー貯蔵所や電気自動車充電ステーションを含む）といった形で配電網に広範に統合されるに伴い、新たな情勢下におけるスマートグリッドは多くの新規課題に直面しています。スマートグリッド構成下の電力品質制御構造は主に分散型発電、送配電網、電力負荷、電力品質補償装置などで構成されています。一方で、新エネルギー統合における核となる駆動力である電力電子変換装置の広範な統合により、送配電網の電力品質に新たな特性や問題が生じており、早急な対応が求められています。また一方で、消費側における負荷の多様性、非線形性、インパクトが一層深刻になっており、電気エネルギーの高効率利用が急務となっています。これらの新規課題は電力品質制御技術にとって機会と挑戦の双方をもたらしています。スマートグリッドの核となる存在であるマイクログリッドは、複数のエネルギーソースが結合された非線形の複雑系です。その内部にある分散型電源は、断続性、複雑性、多様性、不安定性といった特性を持っています。その電力品質に関する新たな課題と特徴は、ますます顕著になっています。したがって、マイクログリッド接続条件下で配電網の安全で安定した運転を確保するために早急に研究・解決すべき重要な課題の一つが、電力品質の問題です。
電力品質補償装置の分類
電源品質補償制御技術は、能動制御技術と受動処理技術に分けることができます。異なる電源品質問題に対して、それぞれ対応する補償装置を分類・紹介します。受動制御技術は、追加の電力電子補償器を並列または直列に接続することにより、高調波、無効電力、三相不平衡などの電源品質問題を抑制または解消します。補償装置には、受動電力フィルター（PPF）、能動電力フィルター（APF）、ハイブリッド能動電力フィルター（HAPF）、無効電力補償装置、動電圧補正器（DVR）、統合電源品質調整器（UPQC）などがあります。その中でも、モジュール型多電圧コンバーター（MMC）に基づく電源品質補償器は、低電圧モジュールカスケード構造により、中高圧電源品質管理技術における研究のホットスポットおよび将来のトレンドになりつつあります。能動制御技術とは、電気機器や分散電源が入出力インピーダンス特性を変化させることで、電源品質管理の機能をバランスさせる技術です。能動電源品質制御技術は、追加の補償器を必要とすることなく、電力の利用率を高めるだけでなく、システム全体の電源品質を向上させます。
2. 電力品質補償装置の制御方法
現在、電力品質補償装置は、電圧源形または電流源形コンバータを主に採用しています。補償装置で一般的に使用される電流制御方法には、主にヒステリシス制御、無段階制御、モデル予測制御、比例積分（PI）制御、比例共振（PR）制御、繰返し制御および非線形ロバスト制御などが含まれます。また、従来の電流制御を改良することによって、単一電流制御方式の制御性能を向上させることも可能です。例えば、従来のPIとベクトルPIを組み合わせた制御方法は、高調波検出プロセスを簡略化することができます。高調波周波数分割補償方式は、従来の広帯域補償方式と比較して、各高調波の検出精度および補償精度を向上させ、特に各種高圧・低圧ハイブリッド有効電力フィルタ装置などに適しています。
3. 大規模分散型発電所の電力品質分析および制御
太陽光発電や風力など大規模な分散型発電所（10kV～35kVレベル）の浸透率が増加するにつれ、複数のインバータを主に構成要素とする分散型発電システムが発生させる高調波と送配電システムとの相互作用および結合は、ますます複雑化しています。分散型発電所から出力される高調波は、高周波数および広周波数範囲の特性を持っています。典型的な分散型発電所における共振増幅係数と高調波次数、送電距離との関係があります。送電網での高調波伝播の過程では、送電線路に存在する分布定数や背景高調波電圧などの要因の影響を受け、電流および電圧の共振増幅が生じることがあります。送電網における広帯域高調波の直並列共振問題を抑制するための対策として、送電網のパラメータを変更し、並列リアクトルにより共振を除去する方法と、高圧ハイブリッド有効電力フィルタ装置を設置して電力網へ流入する高調波電流の含有率を低減する方法の2つの対策があります。