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第16回 グリッドコード検討会 資料6

周波数変化の抑制対策による周波数振動原因の解明について
2024年3月22日
電力広域的運営推進機関

１．目的

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◼ 検討目的➢ 「周波数変化の抑制対策（上昇側）（低下側） 」については、周波数振動の懸念があることから、フェーズ１での要件化を取り下げて、フェーズ２で再検討することとした。第13回検討会において、対象容量を限定することで振動を抑制して要件化を行った。その際、シミュレーション結果において周波数振動が確認されているため、周波数振動の事象解明を行うことをお約束した。
➢ 周波数振動の発生要因について推察したので、ご確認いただきたい。
第13回検討会でいただいたご意見•

どうしてこのような現象が起こっているのかをしっかりと理解した上で、どれくらい入れるのかを、今、シミュレーションベースで大体の容量を決められているような感じもあるが、今後このような現象が起こった時に、それを抑え込むような制御等を入れて対象を広げるというお話もあった。その辺のところをしっかり理解して、どれくらいインパクトがあるのかを整理していただくと、よりよいと思った。（馬場委員）•

中西エリアのケースを見るとInter-area Oscillationsで、系統間でやり取りしている一方、北海道エリアは、Inter-area Oscillations ではないと思う。全く違う色々なファクターで共振が起きて動いてしまう中で、制御の遅れ等を調整できるようにしておくことはできないのかと感じた。(七原委員)•

やはりこの現象というのは正確に把握するのが非常に難しいと思う。おそらく、どういうモデルを使うのかでも非常に影響されると考えるため、現象の把握ができないものを急いで要件化することが可能なのか。現象の説明がつかないなら、もう少し待ってもいいのではないかという気がするが、いかがか。（加藤座長）

（参考）第13回グリッドコード検討会の解析結果

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２．検討内容

4◼ 検討概要➢ 第13回グリッドコード検討会でお示しした将来(2050年頃)を見据えた条件における周波数振動要因を分析➢ 周波数振動の要因分析を目的としているため、周波数変化抑制（LFSM）適用対象設備を容量で限定しないことにより周波数振動が大きくなったケースを選定➢ 小規模系統である北海道エリアと、エリア間の電力動揺が確認された中西エリア（中部・北陸・関西・中国・四国・九州）の２エリアを選定＜北海道エリアの計算結果＞

再エネ出力

周波数

再エネ出力

＜中西エリアの計算結果（中部エリア）＞

周波数

4100

50.29600

4000

5095003900

49.8 9400

59.9

3800

49.6 9300

59.7

3700

49.4 9200

59.5

49.2 9100

59.3

出力
周波数

3600

3500

49-505101520253060.3

出力

周波数 60.1

9000

59.1
-5051015202530

２．検討内容

5◼ モデルの概要＜周波数解析用のLFSM応答モデル＞
LFSM指令値

10.1s+1

系統周波数
むだ時間

周波数検出++調定率特性

10.1s+1

リザーブ量
出力下限

変化率制限

出力

応動遅れ

初期出力

LFSM応答モデルの赤マークの３要素の計算結果を確認することで周波数振動要因を分析＜計算条件＞
北海道エリア

中西エリア

再エネ
設備量

全設備出力

371万kW

2,657万kW

LFSM実装設備出力

270万kW

1,417万kW

LFSM
パラメータ

調定率

5%

リザーブ量

10%

系統

不感帯

0.1Hz

0.2Hz

遅れ時間

太陽光：0.5s
風力：1.0s

想定需要359万kW

5,572万kW

SNSP

約100%

約46%

２．検討内容

6◼ 解析モデルのイメージ
交流連系線モデルを使用した緊急時周波数応動シミュレーションにより解析を実施。
＜連系系統モデル(中西エリアの場合)＞
連系線潮流偏差
中部エリア

エリア間
連系線モデル

北陸エリア

関西エリア
中国エリア

位相差
回転数偏差
需給偏差

エリア間の同期化力成分に加え，エリア間の電力動揺のダンピングと需給不均衡による瞬間的な潮流変化を考慮した交流連系線モデル

四国エリア
九州エリア

一送エリアモデル

既存電源

再エネ(LFSM)
負荷
FC

各エリアは1発電機1負荷で構成し，発電機の出力と負荷の差および連系線潮流偏差と慣性から各エリアの周波数を算出する

２．検討内容

7◼ LFSM機能の要求仕様(案)（出典）第13回グリッドコード検討会

資料4

３－①．周波数振動要因分析（北海道エリアの計算結果 0～5秒）

8① 周波数が不感帯を逸脱し、太陽光・風力は出力抑制モードから調定率制御モードに切り替わる。
② 太陽光・風力の調定率制御が動作し、LFSM指令値は調定率に応じて増加する。しかし、LFSMの制御遅れにより、周波数が低下してからLFSM指令値が上昇するまで遅れ時間が生じる。太陽光と風力の遅れ時間の設定値を変えているため、LFSM指令値が上昇するタイミングは異なる。
③ このケースでは、周波数低下量が大きいため、LFSM指令値が上限に達する。まず、太陽光のリザーブ量を使い切りLFSM指令値は一定値となる。その後、風力のLFSM指令値が増加するが、風力もリザーブ量を使い切るため、再エネ全体のLFSM指令値は一定値になる。
③太陽光と風力がリザーブ量を使い切る

4100

4000 ③太陽光がリザーブ量を使い切る
3900
3800
3700

②太陽光のLFSM指令値が増加開始

360050.2②風力のLFSM指令値が増加開始

出力
LFSM指令値

不感帯

5049.8

49.6
49.4

①49.2

周波数

49012345

３－①．周波数振動要因分析（北海道エリアの計算結果

0～10秒）

9④ LFSM指令値の増加に遅れて、太陽光・風力の出力が増加する。太陽光・風力の出力が増加することにより、周波数が回復する。
⑤ 周波数が回復したことによりLFSM指令値は減少するが、周波数の回復に対して制御遅れが生じる。
制御遅れ時間だけ前の周波数に対して制御するため、周波数が減少し始めてもLFSM指令値は減少し続ける。

④⑤4100400039003800
出力
LFSM指令値

3700

3600
50.2

不感帯

5049.8
49.6
49.4
49.2

周波数

49012345678

910

３－①．周波数振動要因分析（北海道エリアの計算結果

5～15秒）

10➢ 以降、周波数の低下に応じて、やや遅れてLFSM指令値が増加するが、周波数が回復に転じてもLFSM指令値は制御遅れのため増加し続ける。同様に周波数の回復に応じてLFSM指令値が減少するが、周波数が減少に転じても制御遅れのためLFSM指令値が減少し続ける。この事象を繰り返す場合は、周波数振動が継続する。
➢ LFSMを実装する再エネ発電設備量が多いと、最初の周波数低下を抑制する効果は大きくなるものの、その後の周波数の変動量も大きくなる。
➢ 制御遅れ時間が大きいと、周波数に対するLFSM制御が遅れるため、周波数変動量が大きくなる。
4100
4000
3900

3800
出力
LFSM指令値

3700

3600
50.2

不感帯

5049.849.649.449.2

周波数495678910

1112131415

３－②．周波数振動要因分析（中西エリアの計算結果0～10秒）

11① 周波数は不感帯を逸脱し、太陽光・風力は出力抑制モードから調定率制御モードに切り替わる。
② 周波数低下に遅れて、LFSM指令値は増加する。それに伴い、太陽光・風力の出力が増加し、周波数は回復する。
③ 以降、周波数が回復したことによりLFSM指令値は減少するが、周波数の回復に対して制御遅れが生じる。そのため、周波数が減少し始めてもLFSM指令値は減少し続ける。以降、周波数変動に対してLFSM指令値が反転するタイミングに制御遅れが生じるため、周波数は振動する。
LFSM機能の動作としては北海道エリアと同じと考えられる。
③9800 ②風力のLFSM指令値が9700 増加開始
9600
9500
9400
9300
9200
9100
②太陽光のLFSM指令値が60.2増加開始

出力
LFSM指令値

不感帯

6059.859.6①
周波数59.4012

345678910

３－③．周波数振動要因分析（エリア間電力動揺の分析）

12➢ 第13回グリッドコード検討会では、中西エリアの計算結果においてエリア間電力動揺(Inter-areaOscillations)が発生しているとのご指摘をいただいたため、事象についての解明を行った。
➢ 計算結果を確認したところ、電源脱落エリアである九州エリアは即時に周波数低下が発生するのに対し、電源脱落エリアから離れた中部エリアが周波数低下するまでには時間を要する。その周波数低下の時間差がエリア間の電力動揺として発生・継続することになる。

➢ 本事象は、実際の周波数擾乱事故時にも確認されており、中西エリアの系統特性と言える。つまり、このエリア間電力動揺はLFSM制御により発生する事象では無いと考えられる。

中国
九州北陸60.2
中部周波数
九州周波数

60関西59.8

四国

中部59.6中西エリア系統

59.4
012345678910

３－③．周波数振動要因分析（エリア間電力動揺の分析）

13➢ 一方、LFSM機能は自端の周波数を検出して調定率制御を行う。従って、エリア間電力動揺が発生している場合は、動揺している周波数に応じてLFSM機能は動作する。
➢ LFSM機能による周波数の変動周期とエリア間電力動揺の周期が一致すると、電力動揺の減衰が悪化することになる。具体的には、LFSM機能が電力動揺により周波数が加速・減速するタイミングと再エネ出力を増加・減少するタイミングが一致すると電力動揺を増長させることになる。

➢ 要件化検討は、電力動揺を増長させるLFSM制御遅れ時間を設定して行った。従って、実運用においては、制御遅れ等の特性により、第13回検討会での検討結果より周波数の振動が生じ難くなると考えられる。
中部エリア

九州エリア

9800

4500

9600

4000

94009200

3500

出力
LFSM指令値

9000

出力
LFSM指令値

3000

60.2

60.2606059.8

59.8

59.659.6周波数

周波数59.459.4012345678910012345678910４．まとめ

14◼ 周波数振動原因の解明➢ LFSM制御の制御遅れによるものと推察される。
◼ 要件化案の評価➢ 制御応答性を高速に規定すると、周波数振動を抑制できると考えられる。しかし、太陽光・風力発電設備に制御応答性の高速化には限界がある。
➢ そのため、LFSM適用対象設備を限定して周波数振動対策とした要件化案は妥当と考えられる。
第13回検討会での審議通り、要件化対象は10MW以上(北海道、沖縄は2MW以上)とする。