JP2017215774A - Transient phenomenon analysis device, method, and program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transient phenomenon analysis device, method and program capable of securing sufficient accuracy and dramatically shortening the time required for analyzing a transient phenomenon.SOLUTION: A transient phenomenon analysis device 1 comprises a dynamic phasor analysis unit 14a for performing an analysis with dynamic phasor by a prescribed first time in a first period in which distortion of waveforms of voltage and current hardly occurs and an instantaneous value analysis unit 14b for performing an instantaneous value analysis by a second time with a smaller interval than by the first time in a second period in which waveforms of voltage and current distort largely.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、過渡現象解析装置、方法、及びプログラムに係り、特に電力系統における過渡現象の解析等に適用して有用な過渡現象解析装置、方法、及びプログラムに関する。   The present invention relates to a transient phenomenon analysis apparatus, method, and program, and more particularly to a transient phenomenon analysis apparatus, method, and program that are useful when applied to analysis of transient phenomena in a power system.

近年、環境意識の高まりによって、再生可能エネルギーを有効活用するとともに、二酸化炭素の排出量を削減することが望まれている。また、電力自由化によって発電及び電力の小売りの完全自由化が行われようとしている。このような背景の下、電力系統には、太陽光発電を中心とした分散形電源の連系が増加することが予想されている。また、電力系統には、停電時における予備電源として、電気自動車や蓄電設備の連系が増加することも予想されている。   In recent years, as environmental awareness has increased, it has been desired to effectively use renewable energy and reduce carbon dioxide emissions. In addition, power liberalization is about to completely liberalize power generation and power retailing. Under such a background, it is expected that the interconnection of distributed power sources centering on photovoltaic power generation will increase in the power system. In addition, it is expected that the electric power system and power storage facilities will increase in the power system as a backup power source in the event of a power failure.

電力系統のスマート化を実現するためには、系統制御機器と連系・接続される機器が互いに干渉せず、所期の目的を達成する必要がある。このような相互干渉によって生ずる過渡現象の解析には、波形レベルでの解析が可能な瞬時値解析が有効である。以下の非特許文献1,2には、このような瞬時値解析が可能な電力系統瞬時値解析プログラム(以下、XTAP(eXpandable Transient Analysis Program)という)が開示されている。尚、瞬時値解析が可能な他のプログラムとしては、EMTP(Electro Magnetic Transients Program)、PSCAD(登録商標)等が挙げられる。   In order to realize a smart power system, it is necessary that the system control device and the connected / connected devices do not interfere with each other and achieve the intended purpose. Instantaneous value analysis capable of analysis at the waveform level is effective for analysis of transient phenomena caused by such mutual interference. Non-Patent Documents 1 and 2 below disclose a power system instantaneous value analysis program (hereinafter referred to as XTAP (eXpandable Transient Analysis Program)) capable of such instantaneous value analysis. Other programs that can perform instantaneous value analysis include EMTP (Electro Magnetic Transients Program), PSCAD (registered trademark), and the like.

野田琢,「電力系統瞬時値解析プログラムの開発動向−国産プログラムXTAPの開発について−」,電気評論,pp.60-64,2011年8月号Satoshi Noda, “Development Trend of Power System Instantaneous Value Analysis Program: Development of Domestic Program XTAP”, Electrical Review, pp.60-64, August 2011 野田琢,「国内外における電力系統瞬時値解析プログラムの開発動向」,電気学会論文誌B,Vol.131,No.11,pp.872-875,2011年11月Satoshi Noda, “Development Trend of Electric Power System Instantaneous Value Analysis Program in Japan and Overseas”, IEEJ Transactions B, Vol.131, No.11, pp.872-875, November 2011

ところで、上述したXTAPで行われる瞬時値解析は、波形レベルで電圧或いは電流がどのように変化するかを解析するものであることから、十分な精度の解析を行うには波形の周期に比べて解析を行う時間刻みを小さくする必要がある。例えば、周波数が50[Hz](周期が20[msec])の三相交流の瞬時値解析が行われる場合には、例えば1周期(20[msec])の時間刻みが、数百程度(多い場合には、数万程度)にされて解析が行われる。   By the way, since the instantaneous value analysis performed by the XTAP described above is an analysis of how the voltage or current changes at the waveform level, compared with the period of the waveform for sufficient accuracy analysis. It is necessary to reduce the time increment for the analysis. For example, when an instantaneous value analysis of a three-phase alternating current with a frequency of 50 [Hz] (cycle is 20 [msec]) is performed, for example, the time increment of one cycle (20 [msec]) is about several hundreds (large). In some cases, tens of thousands) are analyzed.

このように、上述したXTAPでは、十分な精度の解析を行うには解析を行う時間刻みを小さくする必要があることから、計算量が多くなってしまい、解析に長時間を有するという問題がある。ここで、瞬時値解析においては、電圧及び電流の波形に歪が殆ど生じていない部分(電圧及び電流がほぼ正弦波状である部分)が延々と続くことが多々ある。このような、歪が殆ど生じていない部分について解析に要する時間を短縮することができれば、瞬時値解析の高速化が図れると考えられる。   As described above, in the XTAP described above, in order to perform analysis with sufficient accuracy, it is necessary to reduce the time interval for performing analysis, so that the amount of calculation increases, and there is a problem that analysis requires a long time. . Here, in the instantaneous value analysis, there are many cases where a portion in which the distortion of the voltage and current waveforms hardly occurs (a portion where the voltage and current are almost sinusoidal) continues. If it is possible to reduce the time required for the analysis of such a portion where distortion is hardly generated, it is considered that the instantaneous value analysis can be speeded up.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、十分な精度を確保しつつ過渡現象の解析に要する時間を飛躍的に短縮することが可能な過渡現象解析装置、方法、及びプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a transient analysis apparatus, method, and program capable of dramatically reducing the time required to analyze a transient while ensuring sufficient accuracy. For the purpose.

上記課題を解決するために、本発明の過渡現象解析装置(1)は、電圧及び電流の波形に歪が殆ど生じない期間として設定された第1期間(T1、T3)において、予め規定された第1時間刻み(Δt1)でダイナミックフェーザによる解析を行う第1解析部(14a)と、電圧及び電流の波形が大きく歪む期間として設定された第2期間(T2)において、前記第1時間刻みよりも細かな第2時間刻み(Δt2)で瞬時値解析を行う第2解析部(14b)と、を備える。
また、本発明の過渡現象解析装置は、前記第2解析部が、前記第1期間の後に前記第2期間が続く場合には、前記第1期間の終了時点における前記第1解析部の解析結果を用いて前記瞬時値解析を開始し、前記第1解析部が、前記第2期間の後に前記第1期間が続く場合には、前記第2期間の終了時点における前記第2解析部の解析結果を用いて前記ダイナミックフェーザによる解析を開始する。
また、本発明の過渡現象解析装置は、前記第1解析部の解析で用いられる解析対象の回路方程式をスパースタブロー法により作成する作成部(14c)を備える。
また、本発明の過渡現象解析装置は、前記解析対象の回路方程式が、電圧及び電流の直流分の時間変化を示す第1ダイナミクス項、及び電圧及び電流の基本波分のフェーザの時間変化を示す第2ダイナミクス項のみを含む。
本発明の過渡現象解析方法は、電圧及び電流の波形に歪が殆ど生じない期間として設定された第1期間(T1、T3)において、予め規定された第1時間刻み(Δt1)でダイナミックフェーザによる解析を行う第1ステップ(S11)と、電圧及び電流の波形が大きく歪む期間として設定された第2期間(T2)において、前記第1時間刻みよりも細かな第2時間刻み(Δt2)で瞬時値解析を行う第2ステップ(S14)と、を含む。
本発明の過渡現象解析プログラムは、コンピュータを、電圧及び電流の波形に歪が殆ど生じない期間として設定された第1期間(T1、T3)において、予め規定された第1時間刻み(Δt1)でダイナミックフェーザによる解析を行う第1解析手段(14a)と、電圧及び電流の波形が大きく歪む期間として設定された第2期間(T2)において、前記第1時間刻みよりも細かな第2時間刻み(Δt2)で瞬時値解析を行う第2解析手段(14b)と、して機能させる。
In order to solve the above problems, the transient analysis device (1) of the present invention is preliminarily defined in a first period (T1, T3) set as a period in which almost no distortion occurs in the voltage and current waveforms. From the first time step, in the first analysis unit (14a) that performs the dynamic phasor analysis at the first time step (Δt1) and the second time period (T2) that is set as a time period during which the voltage and current waveforms are greatly distorted A second analysis unit (14b) that performs instantaneous value analysis at a fine second time interval (Δt2).
In the transient phenomenon analysis apparatus according to the present invention, when the second analysis unit has the second period after the first period, the analysis result of the first analysis unit at the end of the first period. The instantaneous value analysis is started using the first analysis unit, and when the first analysis unit is followed by the first period, the analysis result of the second analysis unit at the end of the second period The analysis using the dynamic phasor is started.
In addition, the transient phenomenon analysis apparatus according to the present invention includes a creation unit (14c) that creates a circuit equation to be analyzed, which is used in the analysis of the first analysis unit, by a sputter blow method.
In the transient phenomenon analysis apparatus according to the present invention, the circuit equation to be analyzed indicates a first dynamic term indicating a time change of a DC component of voltage and current and a time change of a phaser of a fundamental wave of voltage and current. Includes only the second dynamics term.
The transient phenomenon analysis method according to the present invention uses a dynamic phasor in a first time interval (Δt1) defined in advance in a first period (T1, T3) set as a period in which almost no distortion occurs in the voltage and current waveforms. In the first step (S11) in which the analysis is performed and the second period (T2) set as a period in which the waveform of the voltage and current is greatly distorted, the second time interval (Δt2) finer than the first time interval is instantaneous. And a second step (S14) for performing value analysis.
The transient phenomenon analysis program according to the present invention causes the computer to operate at a first time interval (Δt1) defined in advance in a first period (T1, T3) that is set as a period in which almost no distortion occurs in the voltage and current waveforms. In a first analysis means (14a) for performing analysis by a dynamic phasor and in a second period (T2) set as a period in which the waveform of the voltage and current is greatly distorted, a second time interval smaller than the first time interval ( It functions as the second analysis means (14b) that performs instantaneous value analysis at Δt2).

本発明によれば、電圧及び電流の波形に歪が殆ど生じない期間として設定された第1期間では、第1時間刻みでダイナミックフェーザによる解析を行い、電圧及び電流の波形が大きく歪む期間として設定された第2期間では、第1時間刻みよりも細かな第2時間刻みで瞬時値解析を行うようにしているため、十分な精度を確保しつつ過渡現象の解析に要する時間を飛躍的に短縮することができるという効果がある。   According to the present invention, in the first period set as a period in which almost no distortion occurs in the voltage and current waveforms, analysis is performed by a dynamic phasor in the first time interval, and the voltage and current waveforms are set as a period during which the waveform is greatly distorted. In the second period, the instantaneous value analysis is performed in the second time step that is finer than the first time step, so the time required for the analysis of the transient phenomenon is drastically reduced while ensuring sufficient accuracy. There is an effect that can be done.

本発明の一実施形態による過渡現象解析装置の要部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of the transient phenomenon analyzer by one Embodiment of this invention. 回路素子の離散時間等価回路を示す図である。It is a figure which shows the discrete time equivalent circuit of a circuit element. ダイナミックフェーザによる解析で模擬される配電線若しくは送電線の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the distribution line or power transmission line simulated by the analysis by a dynamic phaser. ダイナミックフェーザによる解析で模擬される変圧器の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the transformer simulated by the analysis by a dynamic phaser. 2レベル交直変換器の基本回路及びPWM方式による変調手法を示す図である。It is a figure which shows the modulation method by the basic circuit of a 2 level AC / DC converter, and a PWM system. 交直変換器のダイナミックフェーザ・モデルを示す図である。It is a figure which shows the dynamic phasor model of an AC / DC converter. 本発明の一実施形態で設定される解析条件の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the analysis conditions set by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による過渡現象解析方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the transient phenomenon analysis method by one Embodiment of this invention. 過渡現象の解析に用いた配電系統を示す図である。It is a figure which shows the power distribution system used for the analysis of a transient phenomenon. PVパネルのモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of PV panel. PCSのモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of PCS. 配電用変電所のモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of the distribution substation. 過渡現象解析装置による解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result by a transient phenomenon analyzer.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による過渡現象解析装置、方法、及びプログラムについて詳細に説明する。尚、以下では、解析対象が配電系統である場合を例に挙げて説明するが、本発明は、解析対象が配電系統に限られる訳ではなく、送電系統など任意の電気回路を解析対象とすることができる。   Hereinafter, a transient analysis device, method, and program according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the case where the analysis target is a distribution system will be described as an example. However, the present invention is not limited to the distribution system, and any electric circuit such as a power transmission system is the analysis target. be able to.

〈過渡現象解析装置〉
図1は、本発明の一実施形態による過渡現象解析装置の要部構成を示すブロック図である。図1に示す通り、本実施形態の過渡現象解析装置1は、入力装置11、出力装置12、補助記憶装置13、及び演算処理装置14を備えており、解析対象としての配電系統で生ずる過渡現象の解析を行う。このような過渡現象解析装置1は、例えばデスクトップ型のパーソナルコンピュータによって実現される。
<Transient phenomenon analyzer>
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a transient analysis device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the transient phenomenon analysis apparatus 1 of this embodiment includes an input device 11, an output device 12, an auxiliary storage device 13, and an arithmetic processing device 14, and a transient phenomenon that occurs in a distribution system as an analysis target. Perform analysis. Such a transient phenomenon analysis apparatus 1 is realized by, for example, a desktop personal computer.

入力装置11は、例えばキーボードやポインティングデバイス等を備えており、過渡現象解析装置1を使用するユーザの操作に応じた指示を演算処理装置14に出力する。出力装置12は、例えば液晶表示装置やプリンタ等を備えており、演算処理装置14から出力される各種情報を出力する。補助記憶装置13は、例えばHDD(ハードディスクドライブ)やSSD(ソリッドステートドライブ)等を備えており、配電系統の回路方程式で用いられる各種のパラメータPR、過渡現象解析プログラムPG等を記憶する。   The input device 11 includes, for example, a keyboard, a pointing device, and the like, and outputs an instruction according to a user operation using the transient phenomenon analysis device 1 to the arithmetic processing device 14. The output device 12 includes, for example, a liquid crystal display device, a printer, and the like, and outputs various information output from the arithmetic processing device 14. The auxiliary storage device 13 includes, for example, an HDD (Hard Disk Drive), an SSD (Solid State Drive), etc., and stores various parameters PR used in the circuit equation of the power distribution system, a transient phenomenon analysis program PG, and the like.

演算処理装置14は、入力装置11から入力される操作指示に基づき、補助記憶装置13に記憶された過渡現象解析プログラムPGに従い補助記憶装置13に記憶されたパラメータPRを用いて配電系統で生ずる過渡現象の解析を行う。この演算処理装置14は、ダイナミックフェーザ解析部14a(第1解析部、第1解析手段)、瞬時値解析部14b(第2解析部、第2解析手段)、及び回路方程式作成部14c(作成部)を備える。   Based on the operation instruction input from the input device 11, the arithmetic processing device 14 uses the parameter PR stored in the auxiliary storage device 13 in accordance with the transient phenomenon analysis program PG stored in the auxiliary storage device 13, thereby generating transients in the distribution system. Analyze the phenomenon. The arithmetic processing unit 14 includes a dynamic phasor analysis unit 14a (first analysis unit, first analysis unit), an instantaneous value analysis unit 14b (second analysis unit, second analysis unit), and a circuit equation creation unit 14c (creation unit). ).

ダイナミックフェーザ解析部14aは、配電系統の電圧及び電流の波形に歪が殆ど生じない期間として設定された期間(第1期間)においてダイナミックフェーザによる解析を行う。尚、ダイナミックフェーザの詳細については後述する。瞬時値解析部14bは、配電系統の電圧及び電流の波形が大きく歪む期間として設定された期間(第2期間)において瞬時値解析を行う。尚、瞬時値解析部14bで行われる瞬時値解析は、従来の瞬時値解析と同様であるため、詳細な説明は省略する。回路方程式作成部14cは、ダイナミックフェーザ解析部14aの解析で用いられる配電系統の回路方程式をスパースタブロー法により作成する。尚、回路方程式作成部14cによる回路方程式の作成方法の詳細については後述する。   The dynamic phasor analyzing unit 14a performs analysis using a dynamic phasor in a period (first period) set as a period in which distortions hardly occur in the voltage and current waveforms of the distribution system. Details of the dynamic phaser will be described later. The instantaneous value analysis unit 14b performs instantaneous value analysis in a period (second period) set as a period in which the voltage and current waveforms of the distribution system are greatly distorted. The instantaneous value analysis performed by the instantaneous value analysis unit 14b is the same as the conventional instantaneous value analysis, and thus detailed description thereof is omitted. The circuit equation creation unit 14c creates a circuit equation of the power distribution system used in the analysis by the dynamic phasor analysis unit 14a by the sputtering method. Details of the circuit equation creation method by the circuit equation creation unit 14c will be described later.

過渡現象解析プログラムPGは、例えばCD−ROM又はDVD(登録商標)−ROM等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたもの、或いはインターネット等のネットワークを介してダウンロードされたものが過渡現象解析装置1にインストールされることにより、補助記憶装置13に記憶される。補助記憶装置13に記憶された過渡現象解析プログラムPGが読み出されて実行されることにより、過渡現象解析装置1の各ブロックの機能(例えば、ダイナミックフェーザ解析部14a、瞬時値解析部14b、及び回路方程式作成部14c)がソフトウェア的に実現される。つまり、これらの機能は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することによって実現される。   The transient phenomenon analysis program PG is recorded on a computer-readable recording medium such as a CD-ROM or DVD (registered trademark) -ROM, or downloaded via a network such as the Internet. 1 is stored in the auxiliary storage device 13. By reading and executing the transient phenomenon analysis program PG stored in the auxiliary storage device 13, the functions of the blocks of the transient phenomenon analysis device 1 (for example, the dynamic phasor analysis unit 14a, the instantaneous value analysis unit 14b, and The circuit equation creation unit 14c) is realized by software. That is, these functions are realized by cooperation of software and hardware resources.

〈ダイナミックフェーザの理論〉
次に、上述したダイナミックフェーザ解析部14aで行われる解析の基礎となるダイナミックフェーザの理論について説明する。まず、時刻tにおける電圧や電流等の瞬時値をx=x(t)とする。また、時刻tに対してウィンドウ(t−T,t]を考える。ウィンドウの始端でτ=0、終端でτ=Tとなる区間内の時刻を定義して、瞬時値xのフーリエ級数展開を求めると以下の(1)式となる。
<Theory of dynamic phasors>
Next, the theory of the dynamic phasor that is the basis of the analysis performed by the dynamic phasor analyzing unit 14a described above will be described. First, an instantaneous value such as voltage or current at time t is set to x = x (t). Consider a window (t−T, t) with respect to time t. Define a time in a section where τ = 0 at the start of the window and τ = T at the end of the window, and expand the Fourier series of the instantaneous value x. If it calculates | requires, it will become the following (1) Formula.

尚、上記(1)式では、ω=2π/Tとし、瞬時値xのk次のフーリエ係数を〈x〉と表記している。ウィンドウ(t−T,t]は、時間の経過に伴って過去から未来にスライドしながら瞬時値xの1周期分(周期T)を切り取っていくため、フーリエ係数〈x〉は時刻tの関数となり、以下の(2)式で表される。
上記(2)式中の〈x〉は、振幅及び位相の情報を有するフェーザ(複素量)である。ダイナミックフェーザの理論では、このフェーザが時間とともにダイナミック(動的)に変化すると考えてダイナミックフェーザと呼ぶ。
In the above equation (1), ω 0 = 2π / T, and the k-th order Fourier coefficient of the instantaneous value x is expressed as <x> k . Since the window (t−T, t) cuts out one period (period T) of the instantaneous value x while sliding from the past to the future with the passage of time, the Fourier coefficient <x> k is determined at the time t. It becomes a function and is expressed by the following equation (2).
<X> k in the above equation (2) is a phasor (complex quantity) having amplitude and phase information. In the theory of dynamic phasor, this phasor is considered dynamic phasor because it changes dynamically with time.

次に、瞬時値xを時刻tについて微分し、そのk次のフーリエ係数を求めると以下の(3)式となる。
この(3)式を変形すると、以下の(4)式となる。
上記(4)式から、k次のフーリエ係数の微分は、もとの瞬時値xを微分したもののk次のフーリエ係数から、k次のフーリエ係数にjkωを乗じたものを差し引くことによって得られることが分かる。
Next, when the instantaneous value x is differentiated with respect to the time t and the k-th order Fourier coefficient is obtained, the following equation (3) is obtained.
When this equation (3) is modified, the following equation (4) is obtained.
Obtained from equation (4), the derivative of the k-th order Fourier coefficients from k-th order Fourier coefficients but by differentiating the original instantaneous value x, by subtracting the multiplied by a Jkomega 0 to k-th order Fourier coefficients You can see that

ダイナミックフェーザの理論では、まず解析対象とするフーリエ係数の次数を決める。ここで、ダイナミックフェーザによる解析を行うのは、瞬時値解析よりも簡便に解析を行うことが目的であるから、直流分及び基本波分のみといったように数個の次数のみを解析対象とする。   In the dynamic phasor theory, the order of Fourier coefficients to be analyzed is first determined. Here, since the analysis by the dynamic phasor is intended to perform the analysis more simply than the instantaneous value analysis, only a few orders such as a direct current component and a fundamental wave component are analyzed.

次に、解析対象とする回路の状態方程式を立てる。いま、回路にM個の状態変数があり、K個のフーリエ係数の次数に着目するとする。M個の状態変数それぞれについてK個の次数に関する式を列挙すると、以下の(5)式に示すKM個のフーリエ係数に関する状態方程式を得ることができる。
Next, a state equation of a circuit to be analyzed is established. Now, assume that there are M state variables in the circuit, and focus on the order of K Fourier coefficients. Enumerating equations related to K orders for each of M state variables, it is possible to obtain state equations relating to KM Fourier coefficients shown in the following equation (5).

但し、上記(5)式中のxは、M個の状態変数それぞれについてK個の次数のフーリエ係数を列挙したベクトルであり、uは、電圧源や電流源等の回路への入力変数それぞれについてK個の次数のフーリエ係数を列挙したベクトルである。ここで、上記(5)式の左辺のそれぞれの要素に対応する右辺のそれぞれの要素を導出するのに、上述した(4)式を活用することができる。   However, x in the above equation (5) is a vector listing K-order Fourier coefficients for each of the M state variables, and u is for each of the input variables to the circuit such as the voltage source and the current source. This is a vector listing K-order Fourier coefficients. Here, in order to derive the respective elements on the right side corresponding to the respective elements on the left side of the above expression (5), the above-described expression (4) can be used.

直流分及び基本波分のみに着目した場合には、上記(5)式を導出した段階で、短い時定数や高い周波数の固有振動は除去されており、大きな時間刻み(第1時間刻み)で高速に解析することが可能になる。但し、従来は、上記(5)式に示される状態方程式を自動的に導出することができないという欠点があったため、本実施形態では、以下で説明するスパースタブロー法によって、自動的に回路方程式(上記(5)式の状態方程式に代わるもの)を導出するようにしている。   When focusing only on the direct current component and the fundamental wave component, the short time constant and the high frequency natural vibration have been removed at the stage of deriving the above equation (5), and in large time increments (first time increments). It becomes possible to analyze at high speed. However, conventionally, there has been a drawback that the state equation shown in the above equation (5) cannot be automatically derived. Therefore, in the present embodiment, the circuit equation ( (Alternative to the state equation of the above equation (5)) is derived.

〈スパースタブロー法による回路方程式の作成方法〉
次に、上述した回路方程式作成部14cによる回路方程式の作成方法の詳細について説明する。本実施形態では、先に個々の回路素子に微分演算を適用することにより、自動的な回路方程式の導出を可能としている。尚、回路方程式は着目するフーリエ係数それぞれについて導出し、これらは後述する次数間の結合を表す式により関係付けられる。
<Circuit equation creation method using the Spearstrow method>
Next, details of a circuit equation creation method by the circuit equation creation unit 14c described above will be described. In the present embodiment, by first applying a differential operation to each circuit element, automatic circuit equations can be derived. A circuit equation is derived for each Fourier coefficient of interest, and these are related by an expression representing a coupling between orders described later.

次数kにおける回路素子の両端の電圧をVとし、回路素子に流れる電流をIとすると、種々の回路素子における電圧Vと電流Iとの関係は、以下の(6)式として示す複数の式の何れかの式に帰着できる。
The voltage across the circuit element in order k and V k, indicating the current flowing through the circuit element when the I k, the relationship between the voltage V k and current I k in the various circuit elements, as the following equation (6) It can be reduced to any one of a plurality of equations.

上記(6)式の第1番目の式は、図2(a)に示すノートン形離散時間等価回路で表すことができ、式中のY,Jは、それぞれ等価回路のアドミタンス及び電流源の値である。上記(6)式の第2番目の式は、図2(b)に示すテブナン形離散時間等価回路で表すことができ、式中のZ,Eは、それぞれ等価回路のインピーダンス及び電圧源の値である。尚、図2は、回路素子の離散時間等価回路を示す図である。上記(6)式の第3番目の式は、回路素子がスイッチ或いは従属電源である場合の関係式であり、式中のa,b,cは係数である。 The first equation (6) can be expressed by the Norton discrete time equivalent circuit shown in FIG. 2A, where Y k and J k are the admittance and current source of the equivalent circuit, respectively. Is the value of The second expression of the above expression (6) can be expressed by a Thevenin type discrete time equivalent circuit shown in FIG. 2B, where Z k and E k are the impedance and voltage source of the equivalent circuit, respectively. Is the value of FIG. 2 is a diagram showing a discrete time equivalent circuit of circuit elements. The third expression in equation (6) is a relational expression when the circuit element is a switch or sub power supply, a k, b k, c k in the equation is a coefficient.

いま、ノード数がNであり、回路素子数がNである任意の回路を考える。この回路において、ある次数に対して全ての回路素子の関係式が上記(6)式として示す複数の式の何れかで表されるとき、その次数に関する回路のスパースタブロー方程式は以下の(7)式で表すことができる。尚、以下の(7)式では、煩雑な表記を避けるため次数を表す添字は省略している。
Consider an arbitrary circuit having N n nodes and N b circuit elements. In this circuit, when a relational expression of all circuit elements for a certain order is expressed by any one of a plurality of expressions shown as the above expression (6), the circuit's sputter blow equation relating to that order is the following (7) It can be expressed by a formula. In the following formula (7), subscripts representing the orders are omitted in order to avoid complicated notation.

但し、上記(7)式中のuは、回路のN個のノードの電圧を成分とする列ベクトルであり、i,vは、それぞれN個の回路素子の電流及び電圧を成分とする列ベクトルであり、sは、N個の回路素子の離散時間等価回路の電流源J又は電圧源Eの値を成分とする列ベクトルである。また、Aは、ブランチ対ノード接続行列と呼ばれ、回路の接続情報から簡単に作成することができるものである。Iは、単位行列である。B,Bは、それぞれ各回路素子の電圧及び電流に掛かる係数であるから、上記(6)式に示した各回路素子の関係式の係数を格納する。尚、ブランチ対ノード接続行列Aの作成方法は、例えば、以下の文献を参照されたい。
文献:野田琢,三木貫,宜保直樹,竹中清,「電力系統瞬時値解析プログラムの開発(その1)−基本設計−」,電力中央研究所研究報告H06002,2007年3月
However, u in the above equation (7) is a column vector whose components are voltages of N n nodes of the circuit, and i and v are current and voltages of N b circuit elements, respectively. S is a column vector whose component is the value of the current source J k or voltage source E k of the discrete-time equivalent circuit of N b circuit elements. A is called a branch-to-node connection matrix and can be easily created from circuit connection information. I is a unit matrix. Since B i and B v are coefficients applied to the voltage and current of each circuit element, the coefficients of the relational expressions of the circuit elements shown in the above equation (6) are stored. For the method of creating the branch-to-node connection matrix A, refer to the following document, for example.
References: Satoshi Noda, Nuki Miki, Naoki Gibo, Kiyoshi Takenaka, “Development of Power System Instantaneous Value Analysis Program (Part 1) —Basic Design”, Research Report of Central Research Institute of Electric Power Industry, H6002, March 2007

上記(7)式の第1段は、がキルヒホッフの電流則を表し、第2段がキルヒホッフの電圧則を表し、第3段が各回路素子の特性(即ち、各回路素子の関係式)を列挙したものとなる。このため、上記(7)式を解くことで回路の完全な状態を得ることができる。また、瞬時値解析と同じabc相での定式化であるスパースタブロー法を用いているため、各相のインピーダンスの違いを考慮することが可能で、瞬時値解析と行き来して解析を進める場合に受け渡す情報の整合性が高いことが分かる。   The first stage of equation (7) represents Kirchhoff's current law, the second stage represents Kirchhoff's voltage law, and the third stage represents the characteristics of each circuit element (ie, the relational expression of each circuit element). It will be enumerated. Therefore, the complete state of the circuit can be obtained by solving equation (7). In addition, since the Sputter blow method, which is the same abc phase formulation as the instantaneous value analysis, is used, it is possible to consider the difference in impedance of each phase. It can be seen that the consistency of the information to be transferred is high.

さて、k次のフーリエ係数に関する上記(7)式を、以下の(8)式の通り表記すると、着目する次数がK個あるとき、以下の(8)式がK組得られる。
次数間の結合がK組の式を関係付けるため、回路方程式を時刻0から適当な時間刻みで順次解いていくことにより、着目した次数について回路各部のノード電圧と各回路素子の電流・電圧の時間変化(つまり、ダイナミックフェーザ)を算出できる。尚、多くの場合、次数間の結合は、計算時間刻みの遅れを許容しても問題ないため、K組の式は独立に解くことができる。但し、交直変換器を詳細に模擬する場合等のように、次数間の結合に計算時間刻みの遅れを許容できない場合には、K組の式の全て或いは幾つかの式を連立して解くこととなる。
Now, when the above equation (7) related to the k-th order Fourier coefficient is expressed as the following equation (8), when there are K orders of interest, K sets of the following equation (8) are obtained.
Since the coupling between the orders relates to the K sets of equations, the circuit equations are solved sequentially from time 0 in appropriate time increments, so that the node voltage of each part of the circuit and the current / voltage of each circuit element are obtained for the noted order. Time change (that is, dynamic phasor) can be calculated. In many cases, the coupling between the orders does not matter even if the delay in the calculation time is allowed, so the K sets of equations can be solved independently. However, if the delay between the calculation time increments cannot be allowed in the coupling between the orders as in the case of simulating the AC / DC converter in detail, all or some of the K sets of equations can be solved simultaneously. It becomes.

本実施形態では、電圧及び電流の波形に歪が殆ど生じていない部分(電圧及び電流が正弦波状である部分)が延々と続く状況を高速にシミュレーションするためにダイナミックフェーザの理論を適用するのであるから、ダイナミックフェーザで取り扱う回路は線形であるとみなしてよい。このような状況では、上記(8)式の左辺のFは、時間の経過に関係なく不変であり、右辺のyのみが時間の経過に伴って変化することになる。図1に示す回路方程式作成部14cは、上述したK組の式を解く処理を行うことで、配電系統の回路方程式を作成している。 In this embodiment, the dynamic phasor theory is applied in order to simulate at high speed a situation in which a portion in which the voltage and current waveforms are hardly distorted (portion in which the voltage and current are sinusoidal) continues endlessly. Therefore, the circuit handled by the dynamic phasor may be regarded as linear. In such a situation, F k on the left side of the above equation (8) is unchanged regardless of the passage of time, and only y k on the right side changes with the passage of time. The circuit equation creating unit 14c shown in FIG. 1 creates a circuit equation of the distribution system by performing processing for solving the above-described K sets of equations.

〈ダイナミックフェーザ・モデル〉
以下に、各種回路素子のダイナミックフェーザ・モデルについて説明する。以下では、ダイナミックフェーザの理論に基づいて、各種回路素子の両端の電圧v及び電流iのk次のフーリエ係数の振幅と位相が、以下の(9)式で示される通り、時間とともに変化するものとする。尚、以下の(9)式中のV(t),I(t)が、振幅及び位相の情報を有するダイナミックフェーザである。
<Dynamic phasor model>
The dynamic phasor model of various circuit elements will be described below. In the following, based on the theory of dynamic phasor, the amplitude and phase of the k-th order Fourier coefficient of the voltage v and the current i at both ends of various circuit elements change with time as shown in the following equation (9). And Note that V k (t) and I k (t) in the following equation (9) are dynamic phasors having amplitude and phase information.

本実施形態では、電圧及び電流の波形に歪が殆ど生じていない部分(電圧及び電流が正弦波状である部分)が延々と続く状況を高速にシミュレーションするためにダイナミックフェーザによる解析を適用している。このため、各種回路素子のダイナミックフェーザ・モデルは、電圧及び電流の直流分(V(t),I(t):第1ダイナミクス項)、及び電圧及び電流の基本波分(V(t),I(t):第2ダイナミクス項)のみを考慮すれば良い場合が殆どであると考えられる。 In the present embodiment, analysis by a dynamic phasor is applied in order to simulate at high speed a situation in which a portion where the distortion of the voltage and current waveforms hardly occurs (a portion where the voltage and current are sinusoidal) continues. . For this reason, the dynamic phasor model of various circuit elements includes a DC component of voltage and current (V 0 (t), I 0 (t): first dynamics term) and a fundamental component of voltage and current (V 1 ( t), I 1 (t): the second dynamics term) only is considered to be considered in most cases.

(1)抵抗
抵抗の両端電圧をv、抵抗に流れる電流をi、抵抗値をRとすると、V=Riなる関係式が成り立つ。この関係式は、全ての次数のフーリエ係数に対して成立するため、任意の次数kに対して、以下の(10)式が成り立つ。
上記(10)式を、前述した(6)式の第2番目の式と比較すると、図2(b)のテブナン形離散時間等価回路において、Z=R,E=0と置いたものが抵抗のダイナミックフェーザ・モデルとなることが分かる。
(1) Resistance When the voltage across the resistor is v, the current flowing through the resistor is i, and the resistance value is R, the relational expression V = Ri holds. Since this relational expression holds for Fourier coefficients of all orders, the following expression (10) holds for an arbitrary order k.
When the above equation (10) is compared with the second equation of the above equation (6), in the Thevenin type discrete time equivalent circuit of FIG. 2 (b), Z k = R, E k = 0. Is a dynamic phasor model of resistance.

(2)インダクタ
インダクタの両端電圧をv、インダクタに流れる電流をi、インダクタンス値をLとすると、v=L(di/dt)なる関係式が成り立つ。この式に、上記(9)式を代入して整理すると、以下の(11)式が得られる。
(2) Inductor When the voltage across the inductor is v, the current flowing through the inductor is i, and the inductance value is L, the relational expression v = L (di / dt) holds. Substituting the above equation (9) into this equation and rearranging results in the following equation (11).

次に、上記(11)式に数値積分手法を適用して離散時間等価回路を求める。具体的には、計算時間刻みをΔtとし、上記(11)式に、例えば後退オイラー法を適用して整理すると、以下の(12)式が得られる。尚、以下の(12)式において、V,Iの括弧内は時刻ではなく、計算時間ステップを表している点に注意されたい。
上記(12)式を、前述した(6)式の第1番目の式と比較すると、図2(a)のノートン形離散時間等価回路において、Y=β,J=α(n−1)と置いたものがインダクタのダイナミックフェーザ・モデルとなることが分かる。
Next, a discrete time equivalent circuit is obtained by applying a numerical integration method to the above equation (11). Specifically, when the calculation time increment is Δt and the above equation (11) is rearranged by applying, for example, the backward Euler method, the following equation (12) is obtained. In the following equation (12), it should be noted that the parentheses of V k and I k represent not the time but the calculation time step.
When the above equation (12) is compared with the first equation of the above equation (6), in the Norton discrete time equivalent circuit of FIG. 2A, Y k = β k , J k = α k I k It can be seen that what is placed as (n-1) is the dynamic phasor model of the inductor.

(3)キャパシタ
キャパシタの両端電圧をv、キャパシタに流れる電流をi、キャパシタンス値をCとすると、i=C(dv/dt)なる関係式が成り立つ。この式に、上記(9)式を代入して整理すると、以下の(13)式が得られる。
(3) Capacitor When the voltage across the capacitor is v, the current flowing through the capacitor is i, and the capacitance value is C, the relational expression i = C (dv / dt) holds. Substituting the above equation (9) into this equation and rearranging results in the following equation (13).

次に、インダクタと同様に、計算時間刻みをΔtとし、上記(13)式に、例えば後退オイラー法を適用して整理すると、以下の(14)式が得られる。尚、以下の(14)式においても、V,Iの括弧内は時刻ではなく、計算時間ステップを表している点に注意されたい。
上記(14)式を、前述した(6)式の第2番目の式と比較すると、図2(b)のテブナン形離散時間等価回路において、Z=β,E=α(n−1)と置いたものがキャパシタのダイナミックフェーザ・モデルとなることが分かる。
Next, similarly to the inductor, if the calculation time step is Δt and the above equation (13) is rearranged by applying, for example, the backward Euler method, the following equation (14) is obtained. In the following equation (14), it should be noted that the parentheses of V k and I k represent not the time but the calculation time step.
When the above equation (14) is compared with the second equation of the above-described equation (6), Z k = β k , E k = α k V k in the Thevenin type discrete time equivalent circuit of FIG. It can be seen that what is placed as (n-1) is a dynamic phasor model of the capacitor.

(4)電圧源
電圧源とは、その両端に指定された電圧を発生する電源である。ダイナミックフェーザの理論において、電圧源が発生する電圧波形は、周期Tの周期波形で、時間とともに変化していくと考える。ある時刻において、発生する電圧波形から着目する次数のフーリエ係数が解析的に導出できる場合には、その解析式を用いて図2(b)に示すテブナン形離散時間等価回路の電圧値Eを指定する。尚、このとき、Z=0とする。
(4) Voltage source The voltage source is a power source that generates a specified voltage at both ends thereof. In the dynamic phasor theory, the voltage waveform generated by the voltage source is a periodic waveform of period T and is considered to change with time. When the Fourier coefficient of the order of interest can be derived analytically from the generated voltage waveform at a certain time, the voltage value E k of the Thevenin type discrete time equivalent circuit shown in FIG. specify. At this time, Z k = 0.

解析的にフーリエ係数を導出できない場合には、フーリエ係数の定義式を用いてその時刻の電圧波形から数値積分により求める。数値積分に高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)アルゴリズムを適用すれば高速な算出が可能である。系統電圧の模擬によく用いる例として、商用周波電圧源の実効値Vと位相θがそれぞれ時間とともに変化する場合には、以下の(15)式に示される電圧E(t)を指定する。
If the Fourier coefficient cannot be derived analytically, it is obtained by numerical integration from the voltage waveform at that time using the Fourier coefficient definition formula. If a fast Fourier transform (FFT) algorithm is applied to numerical integration, high-speed calculation is possible. As an example often used for simulating system voltage, when the effective value V m and the phase θ of the commercial frequency voltage source change with time, the voltage E 1 (t) shown in the following equation (15) is designated. .

(5)電流源
電流源とは、一端からもう一端に向けて指定された電流を注入する電源である。ダイナミックフェーザの理論において、電流源が注入する電流波形は、周期Tの周期波形で、時間とともに変化していくと考える。ある時刻において、注入する電流波形から着目する次数のフーリエ係数が解析的に導出できる場合には、その解析式を用いて図2(a)に示すノートン形離散時間等価回路の電流値Jを指定する。尚、このとき、Y=0とする。解析的にフーリエ係数を導出できない場合には、電圧源の場合と同様に、定義式を用いて数値積分により求める。
(5) Current source A current source is a power source that injects a specified current from one end to the other end. In the dynamic phasor theory, the current waveform injected by the current source is a periodic waveform of period T and is considered to change with time. When the Fourier coefficient of the order of interest can be derived analytically from the current waveform to be injected at a certain time, the current value J k of the Norton discrete time equivalent circuit shown in FIG. specify. At this time, Y k = 0. When the Fourier coefficient cannot be derived analytically, it is obtained by numerical integration using the definition formula, as in the case of the voltage source.

(6)スイッチ
ここでは、遮断器のように1回のシミュレーションの間に数度だけ動作するスイッチを想定している。時刻tにおいてスイッチがオンであれば1、オフであれば0を返すスイッチ関数σ(t)を考えると、このスイッチの両端電圧vと流れる電流iとの間には以下の(16)式に示す関係が成立する。
(6) Switch Here, a switch that operates only several times during one simulation, such as a circuit breaker, is assumed. Considering a switch function σ (t) that returns 1 if the switch is on at time t and 0 if it is off, the following equation (16) is used between the voltage v across the switch and the flowing current i. The relationship shown is established.

ここで、スイッチが周波数特性を持つ(即ち、周波数によってスイッチのオン・オフ状態が異なる)ことはないため、上記(16)式は全てのフーリエ次数kに対して成立する。従って、着目する次数全てのスパースタブロー方程式の当該行を、以下の(17)式に示す通りに設定すれば良い。
Here, since the switch does not have frequency characteristics (that is, the on / off state of the switch differs depending on the frequency), the above equation (16) holds for all Fourier orders k. Therefore, it is only necessary to set the relevant lines of the sputtering blast equations for all the orders of interest as shown in the following equation (17).

(7)従属電源
i番目の回路素子について、電圧のk次のフーリエ係数をV とし、電流のk次のフーリエ係数をI とする。また、j番目の回路素子について、電圧のk次のフーリエ係数をV とし、電流のk次のフーリエ係数をI とする。j番目の回路素子がi番目の回路素子を制御する場合において、電圧制御電圧源、電流制御電圧源、電圧制御電流源、及び電流制御電流源の関係式は、以下の(18)式中のそれぞれの式で表される。従って、これらの式を次数kのスパースタブロー方程式の当該行とすればよい。尚、次数によって係数を変更することも可能である。
(7) Dependent power supply For the i-th circuit element, the k-th order Fourier coefficient of the voltage is V k i and the k-th order Fourier coefficient of the current is I k i . For the j-th circuit element, the k-th order Fourier coefficient of the voltage is V k j, and the k-th order Fourier coefficient of the current is I k j . When the j-th circuit element controls the i-th circuit element, the relational expressions of the voltage control voltage source, the current control voltage source, the voltage control current source, and the current control current source are as follows: Represented by each formula. Therefore, these formulas may be used as the corresponding lines of the degree K superstar blow equation. It should be noted that the coefficient can be changed depending on the order.

(8)配電線
前述の通り、本実施形態では、電圧及び電流の波形に歪が殆ど生じていない部分(電圧及び電流が正弦波状である部分)が延々と続く状況を高速にシミュレーションするためにダイナミックフェーザによる解析を適用している。従って、ダイナミックフェーザによる解析で着目するフーリエ係数の次数は、多くの場合「0」と「1」(即ち、直流分と基本波分のみ)であり、配電線は図3に示すπ形等価回路で十分正確に模擬することができる。図3は、ダイナミックフェーザによる解析で模擬される配電線若しくは送電線の等価回路を示す図である。尚、π形等価回路は、上述の抵抗、インダクタ、キャパシタの各々のモデルを組み合わせて作成することができる。
(8) Distribution line As described above, in the present embodiment, in order to simulate at high speed a situation in which a portion where the distortion of the voltage and current waveforms hardly occurs (portion where the voltage and current are sinusoidal) continues. Analysis by dynamic phasor is applied. Therefore, in many cases, the orders of the Fourier coefficients of interest in the analysis by the dynamic phasor are “0” and “1” (that is, only the DC component and the fundamental component), and the distribution line is the π-type equivalent circuit shown in FIG. Can be simulated sufficiently accurately. FIG. 3 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a distribution line or a transmission line simulated by an analysis by a dynamic phasor. Note that the π-type equivalent circuit can be created by combining the models of the above-described resistor, inductor, and capacitor.

(9)変圧器
上述の通り、ダイナミックフェーザによる解析で着目するフーリエ係数の次数は、多くの場合「0」と「1」(即ち、直流分と基本波分のみ)である。このため、変圧器は、図4(a)に示す変圧器の基本等価回路(スタインメッツの等価回路)で十分正確に模擬することができる。図4は、ダイナミックフェーザによる解析で模擬される変圧器の等価回路を示す図である。
(9) Transformer As described above, the orders of the Fourier coefficients of interest in the analysis by the dynamic phasor are often “0” and “1” (that is, only the direct current component and the fundamental wave component). For this reason, the transformer can be sufficiently accurately simulated by the basic equivalent circuit (Steinmetz equivalent circuit) of the transformer shown in FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a transformer that is simulated by analysis using a dynamic phasor.

図4(a)中の巻線抵抗R1及び励磁抵抗R2は、上述の抵抗のモデルで模擬することができ、漏れインダクタンスL1及び励磁インダクタンスL2は、上述のインダクタンスのモデルで模擬することができる。図4中の理想変圧器TFは、上述の電圧制御電圧源と電流制御電流源とを組み合わせて電圧・電流交換方式と呼ばれる図4(b)の等価回路を構成する。この理想変圧器TFは、巻数比がn:1のとき、一次,二次巻線の基本波電圧をV,Vとすると、電圧制御電圧源によりV=n・Vなる関係が満たされる。同様に、一次,二次巻線の基本波電流をI,Iとすると、電流制御電流源によりn・I=Iが満たされる。尚、直流分に対しては、電磁誘導が生じないため、双方の従属電源を電圧0の電圧源に置き換える。 The winding resistance R1 and the excitation resistance R2 in FIG. 4A can be simulated by the above-described resistance model, and the leakage inductance L1 and the excitation inductance L2 can be simulated by the above-described inductance model. The ideal transformer TF in FIG. 4 constitutes an equivalent circuit of FIG. 4B called a voltage / current exchange system by combining the voltage control voltage source and the current control current source. This ideal transformer TF has a relationship of V 1 = n · V 2 by the voltage control voltage source when the turn ratio is n: 1 and the fundamental wave voltages of the primary and secondary windings are V 1 and V 2. It is filled. Similarly, assuming that the fundamental wave currents of the primary and secondary windings are I 1 and I 2 , n · I 1 = I 2 is satisfied by the current control current source. Incidentally, since no electromagnetic induction occurs with respect to the direct current component, both sub power supplies are replaced with voltage sources having a voltage of zero.

(10)パワーエレクトロニクス変換器
ダイナミックフェーザの理論において、パワーエレクトロニクス変換器は、次数変換要素と考えることができる。太陽光発電等の分散形電源や蓄電池の連系に用いられるパワーエレクトロニクス変換器は、一般に、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)による交直変換器であり、無効電力補償装置(STATCOM:STATic var COMpensator)に用いられるのもPWM形の交直変換器である。このため、PWM形の交直変換器(以下、単に「交直変換器」という)のダイナミックフェーザ・モデルについて述べる。
(10) Power electronics converter In the dynamic phasor theory, the power electronics converter can be considered as an order conversion element. A power electronics converter used for interconnection of a distributed power source such as photovoltaic power generation or a storage battery is generally an AC / DC converter using PWM (Pulse Width Modulation), and a reactive power compensator (STATCOM: STATic var). A PWM type AC / DC converter is also used for the COMpensator. Therefore, a dynamic phasor model of a PWM type AC / DC converter (hereinafter simply referred to as “AC / DC converter”) will be described.

図5は、2レベル交直変換器の基本回路及びPWM方式による変調手法を示す図である。図5(a)に示す交直変換器は、半導体スイッチング素子Q11,Q12,Q21,Q22,Q31,Q32のオン・オフ制御を高速に行うことによって直流から交流への変換を行うものである。半導体スイッチング素子Q11,Q12,Q21,Q22,Q31,Q32のオン・オフの制御は、図5(b)に示す通り、出力しようとする変調波W1(殆どの場合、正弦波)と搬送波W2(三角波)との比較結果に基づいて行う。   FIG. 5 is a diagram illustrating a basic circuit of a two-level AC / DC converter and a modulation method using a PWM method. The AC / DC converter shown in FIG. 5 (a) performs conversion from direct current to alternating current by performing on / off control of the semiconductor switching elements Q11, Q12, Q21, Q22, Q31, and Q32 at high speed. The on / off control of the semiconductor switching elements Q11, Q12, Q21, Q22, Q31, and Q32 is performed as shown in FIG. 5B. The modulated wave W1 (in most cases, a sine wave) to be output and the carrier wave W2 ( This is based on the comparison result with a triangle wave.

具体的には、変調波W1が搬送波W2よりも大きい場合には、上側の半導体スイッチング素子(Q11,Q21,Q31)をオンにし、下側の半導体スイッチング素子(Q12,Q22,Q32)をオフにする。逆に、変調波W1が搬送波W2よりも小さい場合には、上側の半導体スイッチング素子(Q11,Q21,Q31)をオフにし、下側の半導体スイッチング素子(Q12,Q22,Q32)をオンにする。尚、図5に示す交直変換器は、三相交流についてのものであるため、半導体スイッチング素子(Q11,Q21,Q31)をオンにするタイミング、或いは半導体スイッチング素子(Q12,Q22,Q32)をオンにするタイミングは、互いに異なるタイミングに設定されている点に注意されたい。   Specifically, when the modulated wave W1 is larger than the carrier wave W2, the upper semiconductor switching elements (Q11, Q21, Q31) are turned on, and the lower semiconductor switching elements (Q12, Q22, Q32) are turned off. To do. On the other hand, when the modulated wave W1 is smaller than the carrier wave W2, the upper semiconductor switching elements (Q11, Q21, Q31) are turned off and the lower semiconductor switching elements (Q12, Q22, Q32) are turned on. Since the AC / DC converter shown in FIG. 5 is for three-phase AC, the timing at which the semiconductor switching elements (Q11, Q21, Q31) are turned on or the semiconductor switching elements (Q12, Q22, Q32) are turned on. It should be noted that the timing to set is different from each other.

このように、変調波W1と搬送波W2とを比較することにより、交流側には変調波W1に比例したデューティ比で波形が出力され、これをフィルタで平滑化することにより変調波W1と相似の波形が得られる。このとき、搬送波W2の周波数が高ければ高いほど出力波形が変調波W1に近づく。そこで、搬送波W2の周波数が無限大の理想状態を考えると、変調波W1がそのまま電圧波形として交流側に出力されることになる。即ち、交流側からみた交直変換器は、以下の(19)式で示される電圧を出力する電圧源として模擬することができる。
Thus, by comparing the modulated wave W1 and the carrier wave W2, a waveform is output on the AC side with a duty ratio proportional to the modulated wave W1, and by smoothing this with a filter, the waveform is similar to the modulated wave W1. A waveform is obtained. At this time, the higher the frequency of the carrier wave W2, the closer the output waveform approaches the modulated wave W1. Therefore, considering an ideal state where the frequency of the carrier wave W2 is infinite, the modulated wave W1 is output as a voltage waveform to the AC side as it is. That is, the AC / DC converter viewed from the AC side can be simulated as a voltage source that outputs a voltage represented by the following equation (19).

ここで、上記(19)式におけるE1a(t),E1b(t),E1c(t)は、交流側各相の電圧源の値であり、D(t),D(t),D(t)は、制御系により決定される交流側各相の変調波W1を正弦波と仮定してダイナミックフェーザで表したものであり、E(t)は、直流側の電圧のダイナミックフェーザである。上記(19)式から、直流分の電圧が基本波分の電圧に変換されることが分かる。 Here, E 1a (t), E 1b (t), and E 1c (t) in the above equation (19) are values of the voltage source of each phase on the AC side, and D a (t), D b (t ), D c (t) is a dynamic phasor assuming that the modulated wave W1 of each phase on the AC side determined by the control system is a sine wave, and E 0 (t) is a voltage on the DC side. Dynamic phasor. From the above equation (19), it can be seen that the DC voltage is converted into the fundamental voltage.

次に、交直変換器が交流側に出力する有効電力は、I1a(t),I1b(t),I1c(t)を交流側各相から流れ出る電流のダイナミックフェーザとして、以下の(20)式で与えられる。
Next, the active power output from the AC / DC converter to the AC side is expressed by the following (20) using I 1a (t), I 1b (t), and I 1c (t) as dynamic phasors of current flowing out from each phase on the AC side. ).

上記(20)式に、上記(19)式を代入すると、以下の(21)式が得られる。
一方、交直変換器の直流側から流入する電流をJ(t)とすると、直流側から入力される電力は、以下の(22)式で表される。
交直変換器の損失を無視できる理想的な条件を考えると、瞬時瞬時でエネルギー保存則Pac=Pdcが成立していることになるから、結局、交直変換器の直流側は、以下の(23)式で示される電流源で模擬できることになる。
Substituting the above equation (19) into the above equation (20) yields the following equation (21).
On the other hand, if the current flowing from the DC side of the AC / DC converter is J 0 (t), the power input from the DC side is expressed by the following equation (22).
Considering an ideal condition in which the loss of the AC / DC converter can be ignored, since the energy conservation law P ac = P dc is established instantaneously, the DC side of the AC / DC converter eventually becomes the following ( It can be simulated by the current source expressed by the equation (23).

以上の通り、交直変換器のダイナミックフェーザ・モデルは、上記(19)式に従い直流側の直流電圧を交流側の基本波電圧に変換する三相の電圧制御電圧源と、上記(23)式に従い交流側の基本波電流を直流側の直流電流に変換する電流制御電流源とから構成することができる。このような交直変換器は、図6(a)に示す回路で表すことができる。図6は、交直変換器のダイナミックフェーザ・モデルを示す図である。尚、交直変換器は、図6(b)に示す通り、交流側が電流源で模擬された回路で表すこともできる。   As described above, the dynamic phasor model of the AC / DC converter is based on the three-phase voltage control voltage source that converts the DC voltage on the DC side into the fundamental voltage on the AC side according to the above equation (19), and the above equation (23). A current-controlled current source that converts a fundamental current on the AC side into a DC current on the DC side can be used. Such an AC / DC converter can be represented by a circuit shown in FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a dynamic phasor model of the AC / DC converter. The AC / DC converter can also be represented by a circuit in which the AC side is simulated by a current source, as shown in FIG.

〈次数間の結合を考慮した回路方程式の解法〉
前述した通り、着目する次数がK個あるときには、K組の(8)式を関連付けて解くことになる。これらのスパースタブロー方程式間の結合が、計算時間刻みの遅れを許容できる場合や、ある順序に従ってスパースタブロー方程式を解けば依存関係を順次代入していける場合には、それぞれ個別に解くことができる。しかしながら、結合が密で上記の方法では解けない場合には、K組のスパースタブロー方程式を連立して解く必要がある。
<Method of solving circuit equations considering coupling between orders>
As described above, when there are K orders of interest, K sets of equations (8) are associated and solved. The connection between these Spasterblow equations can be solved individually when the delay in calculation time can be tolerated, or when the dependency relations can be sequentially substituted by solving the Spatterblow equations according to a certain order. However, if the coupling is dense and cannot be solved by the above method, it is necessary to solve the K sets of Superstar blow equations simultaneously.

ここでは、直流分及び基本波分のみに着目し、これら2つのスパースタブロー方程式を次数間の結合も含めて書き下すと、以下の(24)式で表される。
Here, when focusing on only the direct current component and the fundamental wave component, and writing down these two spear blow equations including the coupling between the orders, the following equation (24) is obtained.

上記(24)式中のR01は、直流分に関する回路において基本波分の電圧・電流を参照する次数変換要素に対応する係数を含む行列であり、殆どの要素が0である。同様に、上記(24)式中のR10は、基本波分に関する回路で直流分の電圧・電流を参照する次数変換要素に対応する係数を含む行列であり、殆どの要素が0である。上記(24)式を解くことで、直流分及び基本波分のスパースタブロー方程式を同時に満たす解を得ることができる。 R 01 in the above equation (24) is a matrix including a coefficient corresponding to the order conversion element that refers to the voltage / current of the fundamental wave in the circuit relating to the direct current component, and most of the elements are zero. Similarly, R 10 in the above (24) is a matrix containing the coefficients corresponding to the order conversion element that refers to voltage and current of the DC component in the circuit relating to the fundamental wave component, most elements are zero. By solving the above equation (24), it is possible to obtain a solution satisfying the scatter blow equation of the direct current component and the fundamental wave component at the same time.

尚、上記(24)式は、直流分及び基本波分のみを含む場合の式であるが、容易に任意のK個のフーリエ係数の次数を着目する場合に拡張することができる。着目するK個の次数を含む式(上記(24)式と同様の式)を作成し、時刻0から適当な時間刻みで順次解いていくことにより、各時刻における回路各部のノード電圧と各回路素子の電圧・電流を次数毎に得ることができる。全次数の解を重ね合わせれば、考慮した次数の範囲で対応する波形を得ることができる。   Note that the above equation (24) is an equation in the case where only the direct current component and the fundamental wave component are included, but can be easily extended when focusing on the order of any K Fourier coefficients. By creating an equation including the K orders of interest (the same equation as the above equation (24)) and solving it sequentially from time 0 in appropriate time increments, the node voltages of each part of the circuit at each time and each circuit The voltage / current of the element can be obtained for each order. If the solutions of all orders are overlapped, a corresponding waveform can be obtained within the range of orders considered.

〈過渡現象解析方法〉
次に、上述した過渡現象解析装置1を用いた過渡現象解析方法について説明する。過渡現象の解析を行う場合には、まず、ユーザによって解析対象である配電系統の入力が行われる。具体的には、ユーザによって過渡現象解析装置1の入力装置11が操作され、ユーザの指示に応じて、配電系統を構成する全ての回路素子を演算処理装置14に入力する処理が行われる。
<Transient phenomena analysis method>
Next, a transient phenomenon analysis method using the transient phenomenon analysis apparatus 1 described above will be described. When analyzing a transient phenomenon, first, the user inputs the distribution system to be analyzed. Specifically, the input device 11 of the transient phenomenon analysis device 1 is operated by the user, and processing for inputting all circuit elements constituting the power distribution system to the arithmetic processing device 14 is performed according to the user's instruction.

配電系統の入力が完了し、ユーザによって回路方程式の作成指示がなされると、図1に示す回路方程式作成部14cによって、前述したスパースタブロー法を用いて配電系統の回路方程式を導出する処理が行われる。尚、抵抗、コンデンサ等の受動的な回路素子については、瞬時値解析部14bで用いられるモデルも従来の手法によって自動的に作成されるが、パワーエレクトロニクス変換器等の能動的な回路素子については、瞬時値解析部14bで用いられるモデルを別途作成する必要がある。作成された回路方程式で用いられる各種のパラメータPRは、補助記憶装置13に記憶される。   When the input of the power distribution system is completed and the user gives an instruction to create a circuit equation, the circuit equation creating unit 14c shown in FIG. 1 performs a process of deriving the circuit equation of the power distribution system using the above-described sputter blow method. Is called. For passive circuit elements such as resistors and capacitors, a model used in the instantaneous value analysis unit 14b is automatically created by a conventional method. However, for active circuit elements such as a power electronics converter, It is necessary to separately create a model used in the instantaneous value analysis unit 14b. Various parameters PR used in the created circuit equation are stored in the auxiliary storage device 13.

次に、ユーザによって解析条件の設定が行われる。例えば、過渡現象解析装置1の入力装置11を操作するユーザによって、ダイナミックフェーザによる解析を行う期間、瞬時値解析を行う期間、及びこれらの解析を行う時間刻みを設定する処理が行われる。図7は、本発明の一実施形態で設定される解析条件の一例を示す図である。尚、図7では、理解を容易にするために、三相交流の電圧又は電流の波形の経時変化の一例を示している。   Next, analysis conditions are set by the user. For example, a user who operates the input device 11 of the transient phenomenon analysis apparatus 1 performs a process of setting a period for performing analysis using a dynamic phasor, a period for performing instantaneous value analysis, and a time step for performing these analyses. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of analysis conditions set in an embodiment of the present invention. FIG. 7 shows an example of a change over time in the waveform of a three-phase AC voltage or current for easy understanding.

図7における時刻t0は、電圧及び電圧が大きく変動するイベントを模擬的に発生させる時刻である。また、時刻t1は、時刻t0よりも前に設定される任意の時刻であり、時刻t2は、時刻t0よりも後に設定される任意の時刻である。時刻t2は、上記のイベントにより生じた電圧及び電圧の変動の収まりが見込まれる時刻であり、例えばユーザの経験則によって設定される。上記のイベントとしては、例えばスイッチ(遮断器)の開閉等が挙げられる。尚、ここでは説明を簡単にするために、図7に示す時刻t0のみで上記のイベントを模擬的に発生させるものとする。   A time t0 in FIG. 7 is a time at which a voltage and an event in which the voltage greatly fluctuates are generated in a simulated manner. The time t1 is an arbitrary time set before the time t0, and the time t2 is an arbitrary time set after the time t0. The time t2 is a time at which the voltage generated by the event and the fluctuation of the voltage are expected to be settled, and is set according to, for example, a user's rule of thumb. Examples of the event include opening / closing of a switch (breaker). Here, in order to simplify the explanation, it is assumed that the above-described event is simulated only at time t0 shown in FIG.

時刻t1よりも前の期間T1及び時刻t2よりも後の期間T3は、電圧及び電流の波形に歪が殆ど生じない期間(正弦波状の電圧・電流が継続する期間)であることから、ダイナミックフェーザによる解析を行う期間(第1期間)に設定される。また、時刻t1〜t2の間の期間T2は、上記のイベントによって電圧及び電流の波形が大きく歪む期間(電圧・電流が正弦波から大きく逸脱する期間)であることから、瞬時値解析を行う期間(第2期間)に設定される。   The period T1 before the time t1 and the period T3 after the time t2 are periods in which almost no distortion occurs in the voltage and current waveforms (a period in which the sinusoidal voltage / current continues). Is set to the period (first period) for performing the analysis. Further, the period T2 between the times t1 and t2 is a period in which the voltage and current waveforms are greatly distorted by the above-described event (a period in which the voltage / current greatly deviates from the sine wave). (Second period).

また、期間T1,T3において解析を行う時間刻みΔt1(第1時間刻み)は、解析に要する時間を短縮するために、数[msec]程度に設定される。これに対し、期間T2において解析を行う時間刻みΔt2(第2時間刻み)は、十分な精度の解析を行うために、数[μsec]程度に設定される。これらの時間刻みは、解析の目的や精度に応じて任意に設定することができる。但し、ダイナミックフェーザによる解析を行うのは、電圧及び電流の波形に歪が殆ど生じない期間の解析に要する時間を短縮することが目的であるため、期間T1,T3における時間刻みΔt1は、期間T2において解析を行う時間刻みΔt2よりも粗く設定される。尚、期間T1,T3における時間刻みを異ならせることも可能である。   Further, the time interval Δt1 (first time interval) for performing the analysis in the periods T1 and T3 is set to about several [msec] in order to shorten the time required for the analysis. On the other hand, the time interval Δt2 (second time interval) for analysis in the period T2 is set to about several [μsec] in order to perform analysis with sufficient accuracy. These time increments can be arbitrarily set according to the purpose and accuracy of the analysis. However, the analysis by the dynamic phasor is intended to shorten the time required for the analysis of the period in which the voltage and current waveforms are hardly distorted. Therefore, the time increment Δt1 in the periods T1 and T3 is equal to the period T2. Is set to be coarser than the time increment Δt2 for analysis. Note that the time increments in the periods T1 and T3 can be varied.

以上の入力が完了し、ユーザによって解析開始の指示がなされると、図8に示すフローチャートに従って、配電系統で生ずる過渡現象の解析処理が行われる。図8は、本発明の一実施形態による過渡現象解析方法の一例を示すフローチャートである。解析処理が開始されると、まず図1に示すダイナミックフェーザ解析部14aによってダイナミックフェーザによる解析が実施される(ステップS11)。例えば、図7に示す期間T1において、ダイナミックフェーザによる解析が時間刻みΔt1で実施される。   When the above input is completed and an instruction to start analysis is given by the user, a transient phenomenon analysis process occurring in the distribution system is performed according to the flowchart shown in FIG. FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a transient phenomenon analysis method according to an embodiment of the present invention. When the analysis process is started, first, the dynamic phasor analysis unit 14a shown in FIG. 1 performs analysis using a dynamic phasor (step S11). For example, in the period T1 shown in FIG. 7, the analysis by the dynamic phasor is performed at the time step Δt1.

ダイナミックフェーザによる解析が終了すると、解析終了時点の解析結果が、ダイナミックフェーザ解析部14aから瞬時値解析部14bに受け渡される(ステップS12)。例えば、図7に示す期間T1の終了時点(時刻t1)における解析結果、或いはその直前の解析結果が受け渡される。次に、全期間の解析が終了したか否かが、図1に示す演算処理装置14で判断される(ステップS13)。例えば、図7に示す期間T1〜T3の全てで解析が終了したか否かが判断される。   When the analysis by the dynamic phasor is completed, the analysis result at the end of the analysis is transferred from the dynamic phasor analysis unit 14a to the instantaneous value analysis unit 14b (step S12). For example, the analysis result at the end point (time t1) of the period T1 shown in FIG. 7 or the analysis result immediately before it is delivered. Next, it is determined by the arithmetic processing unit 14 shown in FIG. 1 whether or not the analysis for the entire period has been completed (step S13). For example, it is determined whether or not the analysis is completed in all of the periods T1 to T3 illustrated in FIG.

全期間の解析が終了していないと判断された場合(ステップS13の判断結果が「NO」の場合)には、ステップS12で受け渡された解析結果を用いた瞬時値解析が、瞬時値解析部14bによって実施される(ステップS14)。例えば、図7に示す期間T2において、瞬時値解析が時間刻みΔt2で実施される。これに対し、全期間の解析が終了したと判断された場合(ステップS13の判断結果が「YES」の場合)には、図8に示す一連の処理が終了する。   When it is determined that the analysis for the entire period has not been completed (when the determination result in step S13 is “NO”), the instantaneous value analysis using the analysis result delivered in step S12 is the instantaneous value analysis. Implemented by the unit 14b (step S14). For example, in the period T2 shown in FIG. 7, the instantaneous value analysis is performed at time intervals Δt2. On the other hand, when it is determined that the analysis for the entire period has been completed (when the determination result in step S13 is “YES”), the series of processing illustrated in FIG. 8 ends.

ステップS14の瞬時値解析が終了すると、解析終了時点の解析結果が、瞬時値解析部14bからダイナミックフェーザ解析部14aに受け渡される(ステップS15)。例えば、図7に示す期間T2の終了時点(時刻t2)における解析結果、或いはその直前の解析結果が受け渡される。その後、全期間の解析が終了したか否かが、図1に示す演算処理装置14で判断される(ステップS16)。例えば、図7に示す期間T1〜T3の全てで解析が終了したか否かが判断される。   When the instantaneous value analysis in step S14 ends, the analysis result at the time of the end of analysis is transferred from the instantaneous value analysis unit 14b to the dynamic phasor analysis unit 14a (step S15). For example, the analysis result at the end point (time t2) of the period T2 shown in FIG. 7 or the analysis result immediately before it is delivered. Thereafter, it is determined by the arithmetic processing unit 14 shown in FIG. 1 whether or not the analysis for the entire period has been completed (step S16). For example, it is determined whether or not the analysis is completed in all of the periods T1 to T3 illustrated in FIG.

全期間の解析が終了していないと判断された場合(ステップS16の判断結果が「NO」の場合)には、ステップS15で受け渡された解析結果を用いたダイナミックフェーザによる解析が、ダイナミックフェーザ解析部14aによって実施される(ステップS11)。例えば、図7に示す期間T3において、ダイナミックフェーザによる解析が時間刻みΔt1で実施される。これに対し、全期間の解析が終了したと判断された場合(ステップS16の判断結果が「YES」の場合)には、図8に示す一連の処理が終了する。   When it is determined that the analysis for the entire period has not been completed (when the determination result in step S16 is “NO”), the analysis by the dynamic phasor using the analysis result delivered in step S15 is performed. This is performed by the analysis unit 14a (step S11). For example, in the period T3 shown in FIG. 7, the analysis by the dynamic phasor is performed at the time step Δt1. On the other hand, when it is determined that the analysis for the entire period has been completed (when the determination result in step S16 is “YES”), the series of processing illustrated in FIG. 8 ends.

このように、本実施形態では、ダイナミックフェーザ解析部14aと瞬時値解析部14bとの間で、解析終了時点の解析結果が受け渡されながら、ダイナミックフェーザによる解析と瞬時値解析とが交互に行われる。このため、例えば、遮断器の開閉が行われる場合のように、電圧及び電流の波形が大きく歪むような過渡現象を、十分な精度を確保しつつ短時間で解析することが可能である。   As described above, in this embodiment, the analysis by the dynamic phasor and the instantaneous value analysis are alternately performed while the analysis result at the time of the end of the analysis is passed between the dynamic phasor analyzing unit 14a and the instantaneous value analyzing unit 14b. Is called. For this reason, for example, a transient phenomenon in which the voltage and current waveforms are greatly distorted, such as when the circuit breaker is opened and closed, can be analyzed in a short time while ensuring sufficient accuracy.

また、ダイナミックフェーザ解析部14aで行われるダイナミックフェーザによる解析は、瞬時値解析部14bで行われる瞬時値解析と同様に、相毎のインピーダンスの違いを考慮でき、また、計算に含める高調波の数に応じて回路のダイナミクスも考慮可能であり、瞬時値解析との整合性が良い。このため、上述の通り、解析終了時点の解析結果が受け渡されながら、ダイナミックフェーザによる解析と瞬時値解析とが交互に行われることで、精度良い解析を行うことができる。   In addition, the dynamic phasor analysis performed by the dynamic phasor analysis unit 14a can take into account the difference in impedance for each phase, and the number of harmonics included in the calculation, similar to the instantaneous value analysis performed by the instantaneous value analysis unit 14b. Therefore, the dynamics of the circuit can be taken into consideration, and the consistency with the instantaneous value analysis is good. For this reason, as described above, the analysis by the dynamic phasor and the instantaneous value analysis are alternately performed while the analysis result at the time of the end of the analysis is delivered, so that the analysis can be performed with high accuracy.

〈解析例〉
本出願の発明者は、上述した過渡現象解析装置1を用いて配電系統で生ずる過渡現象の解析を実際に行った。図9は、過渡現象の解析に用いた配電系統を示す図である。図9に示す通り、解析に用いた配電系統20は、PVパネル(PhotoVoltaic パネル:太陽電池パネル)21、PCS(Power Conditioning System:パワーコンディショナ)22、配電線23、及び配電用変電所24からなり、配電線23の末端にメガソーラが連携されたものである。
<Analysis example>
The inventor of the present application actually performed an analysis of a transient phenomenon generated in the distribution system using the above-described transient phenomenon analysis apparatus 1. FIG. 9 is a diagram showing a power distribution system used for analysis of transient phenomena. As shown in FIG. 9, the distribution system 20 used for the analysis includes a PV panel (PhotoVoltaic panel: solar cell panel) 21, a PCS (Power Conditioning System: power conditioner) 22, a distribution line 23, and a distribution substation 24. Thus, a mega solar is linked to the end of the distribution line 23.

PVパネル21は、図10(a)に示す簡易等価回路で模擬した。図10は、PVパネルのモデルを示す図である。尚、図10(a)がPVパネルの簡易等価回路を示す図であり、図10(b)が電流源の値Jpvの時間プロファイルを示す図である。図10(a)に示すモデルは、直流電圧が350[V]で、電流源の値Jpvが11429[A]のときに最大出力となる。尚、電流源の電流は抵抗Reqにも流れるため、電流源の値Jpvが出力電流という訳ではない。例えば、上記の最大出力点において出力電流は5714[A](2[MW])となる。 The PV panel 21 was simulated with a simple equivalent circuit shown in FIG. FIG. 10 is a diagram showing a model of a PV panel. FIG. 10A is a diagram showing a simple equivalent circuit of a PV panel, and FIG. 10B is a diagram showing a time profile of a current source value J pv . The model shown in FIG. 10A has a maximum output when the DC voltage is 350 [V] and the current source value J pv is 11429 [A]. Since the current source current also flows through the resistor R eq , the current source value J pv is not necessarily the output current. For example, the output current is 5714 [A] (2 [MW]) at the maximum output point.

PCS22は、500[kW]機4台分とし、その主回路を図11(a)の等価回路で模擬した。図11は、PCSのモデルを示す図である。尚、図11(a)がPCS22の主回路の等価回路を示す図であり、図11(b)が主回路に設けられたDC−AVR(Automatic Voltage Regulator:自動電圧調整器)のブロック線図であり、図11(c)が主回路に設けられたPLL(Phase Locked Loop)回路のブロック線図である。   The PCS 22 is equivalent to four 500 [kW] machines, and its main circuit is simulated by the equivalent circuit of FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating a PCS model. 11A is a diagram showing an equivalent circuit of the main circuit of the PCS 22, and FIG. 11B is a block diagram of a DC-AVR (Automatic Voltage Regulator) provided in the main circuit. FIG. 11C is a block diagram of a PLL (Phase Locked Loop) circuit provided in the main circuit.

図11(a)に示す等価回路と図6(b)に示す回路とを比較すると、PCS22は、交直変換器のダイナミックフェーザ・モデルとして表されることが分かる。図11(a)に示す等価回路において、向かって左側が直流回路であり、右側が交流回路である。従って、電流源Jdcは直流分に関する回路方程式において考慮され、電流源J,J,Jは基本波分に関する回路方程式において考慮される。 Comparing the equivalent circuit shown in FIG. 11A and the circuit shown in FIG. 6B, it can be seen that the PCS 22 is expressed as a dynamic phasor model of the AC / DC converter. In the equivalent circuit shown in FIG. 11A, the left side is a DC circuit and the right side is an AC circuit. Therefore, the current source J dc is considered in the circuit equation relating to the direct current component, and the current sources J a , J b and J c are considered in the circuit equation relating to the fundamental wave component.

直流キャパシタは400[mF]であり、その電圧Vdcが定格電圧である350[V]となるようDC−AVRによる制御が行われる。DC−AVRは、図11(b)に示す通りPI制御とし、電圧Vdcが350[V]となるよう電流源Jdcにより直流電流を引き抜き、電流源J,J,Jによりそれと同量の電力を交流側に出力する。交流側に電流を注入するためには、交流電圧と位相を同期するする必要がある。そこで、制御系として図11(c)に示すPLL回路を組み、その出力である位相θと電流源Jの位相を同期させ、電流源J,Jは、その同期させた位相から−2π/3[rad]ずつ遅らせた位相に同期させた。DC−AVR及びPLL回路、回路方程式とは別に処理し、数値積分には回路方程式と同じ後退オイラー法を用いた。 The DC capacitor is 400 [mF], and control by DC-AVR is performed so that the voltage V dc becomes 350 [V] which is the rated voltage. DC-AVR performs PI control as shown in FIG. 11B, draws a direct current by the current source J dc so that the voltage V dc becomes 350 [V], and the current source J a , J b , J c The same amount of power is output to the AC side. In order to inject current into the AC side, it is necessary to synchronize the phase with the AC voltage. Therefore, set the PLL circuit shown in FIG. 11 (c) as a control system synchronizes the phase of the phase θ and the current source J a is the output, the current source J b, J c from its synchronized allowed phase - The phase was synchronized with a phase delayed by 2π / 3 [rad]. The DC-AVR and PLL circuits were processed separately from the circuit equations, and the same backward Euler method as the circuit equations was used for numerical integration.

配電線23は、亘長10[km]とし、図3に示したπ形等価回路で模擬した。単位長当たりの定数は、R=0.1264[mΩ/m],L=1.041[μH/m],C=11.25[pF/m](正相分)とした。配電用変電所24は、図12に示す等価回路で模擬した。図12は、配電用変電所のモデルを示す図である。インダクタンスLssはバンク変圧器及び上位系のインダクタンスで1.44[mH](各相)とした。電圧源Essは系統電圧を模擬するため線間実効値が6.6[kV]の三相平衡電圧源(50[Hz])とし、その中性点を10[kΩ]の抵抗で接地した。配電用変電所24に設置するGPT(Grounded Potential Transformer)のオープンデルタに接続する終端抵抗が25[Ω]のとき、等価的に中性点接地抵抗に換算すると10[kΩ]となる。 The distribution line 23 has a length of 10 [km] and was simulated by the π-type equivalent circuit shown in FIG. The constants per unit length were R = 0.1264 [mΩ / m], L = 1.041 [μH / m], and C = 11.25 [pF / m] (for positive phase). The distribution substation 24 was simulated by an equivalent circuit shown in FIG. FIG. 12 is a diagram illustrating a model of a distribution substation. The inductance L ss is 1.44 [mH] (each phase) as the inductance of the bank transformer and the upper system. The voltage source Ess is a three-phase balanced voltage source (50 [Hz]) with a line effective value of 6.6 [kV] to simulate the system voltage, and its neutral point is grounded with a resistance of 10 [kΩ]. . When the termination resistance connected to the open delta of the GPT (Grounded Potential Transformer) installed in the distribution substation 24 is 25 [Ω], it is equivalent to 10 [kΩ] when converted to the neutral grounding resistance.

以上の条件で、図9に示す配電系統20について、直流分と基本波分のみを考慮し、解析を行う時間刻みΔt1を2[msec]に設定して解析を行った。図13は、過渡現象解析装置による解析結果を示す図である。尚、図13においては、比較のため従来の瞬時値解析による解析結果を重ねて図示してある。図13を参照すると、PCS22の出力電圧Vpcsは、PVパネル21を模擬した簡易等価回路(図10(a)参照)に設けられた電流源の値Jpvの時間プロファイル(図10(b)参照)の変化に応じて変動している様子が確認できる。また、図13を参照すると、PIコントローラ(図11(b)参照)に入力される誤差信号ΔVdcの変化に合わせてPCS22の出力電圧Vpcsが変動する様子も確認できる。以上から、DC−AVRが所期の制御を達成している様子が分かる。加えて、本解析によって得られた解析結果は、従来の瞬時値解析による解析結果とほぼ一致していることも確認できる。 Under the above conditions, the distribution system 20 shown in FIG. 9 was analyzed by setting the time step Δt1 for analysis to 2 [msec] in consideration of only the direct current component and the fundamental wave component. FIG. 13 is a diagram illustrating an analysis result obtained by the transient phenomenon analysis apparatus. In FIG. 13, the analysis results obtained by the conventional instantaneous value analysis are shown for comparison. Referring to FIG. 13, the output voltage V pcs of the PCS 22 is a time profile of the current source value J pv provided in the simplified equivalent circuit (see FIG. 10A) simulating the PV panel 21 (FIG. 10B). It can be seen that it fluctuates according to the change of the reference). Further, referring to FIG. 13, it can be confirmed that the output voltage V pcs of the PCS 22 varies in accordance with the change of the error signal ΔV dc input to the PI controller (see FIG. 11B). From the above, it can be seen that the DC-AVR achieves the desired control. In addition, it can also be confirmed that the analysis result obtained by this analysis is almost the same as the analysis result by the conventional instantaneous value analysis.

従来の瞬時値解析によって以上の解析を行う場合には、PWMによるスイッチングを模擬する必要があることから、解析を行う時間刻みを1[μsec]程度に設定する必要がある。これに対し、本解析では、その2000倍の2[msec]程度の時間刻みで同様の解析を行うことが可能であり、解析に要する時間を飛躍的に短縮することができる。尚、本解析における上記の時間刻み(2[msec]程度)は、制御系を正確に模擬するために設定されたものであり、解析対象によってはより粗い時間刻みに設定することが可能である。   When performing the above analysis by the conventional instantaneous value analysis, it is necessary to simulate switching by PWM, and therefore, the time interval for performing the analysis needs to be set to about 1 [μsec]. On the other hand, in this analysis, it is possible to perform the same analysis at a time interval of about 2 [msec], which is 2000 times that, and the time required for the analysis can be drastically reduced. The time interval (about 2 [msec]) in this analysis is set to accurately simulate the control system, and can be set to a coarser time step depending on the analysis target. .

尚、以上の解析では、ダイナミックフェーザによる解析の実証を目的として行ったものであるため、ダイナミックフェーザによる解析のみが行われている。図13に示す通り、ダイナミックフェーザによる解析が、従来の瞬時値解析による解析結果とほぼ一致していることが確認でき、また、前述の通り、ダイナミックフェーザによる解析は、瞬時値解析との整合性が良い。このため、図7を用いて説明した期間(期間T1,T3及び期間T2)を設定し、図8に示すフローチャートに従ってダイナミックフェーザによる解析と瞬時値解析とを交互に行うようにすれば、十分な精度を確保しつつ過渡現象の解析に要する時間を飛躍的に短縮することが可能であることが容易に理解できる。   Note that the above analysis is performed for the purpose of demonstrating the analysis by the dynamic phasor, and therefore only the analysis by the dynamic phasor is performed. As shown in FIG. 13, it can be confirmed that the analysis by the dynamic phasor almost coincides with the analysis result by the conventional instantaneous value analysis. As described above, the analysis by the dynamic phasor is consistent with the instantaneous value analysis. Is good. Therefore, it is sufficient if the periods (periods T1, T3 and T2) described with reference to FIG. 7 are set and the analysis by the dynamic phasor and the instantaneous value analysis are alternately performed according to the flowchart shown in FIG. It can be easily understood that it is possible to dramatically reduce the time required for the analysis of the transient phenomenon while ensuring the accuracy.

以上、本発明の一実施形態による過渡現象解析装置、方法、及びプログラムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、ダイナミックフェーザ解析部14aの解析で用いられる配電系統の回路方程式をスパースタブロー法により作成する例について説明したが、回路方程式は、節点解析法や修正節点解析法を用いても作成することができる。   The transient phenomenon analysis apparatus, method, and program according to an embodiment of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be freely changed within the scope of the present invention. . For example, in the above-described embodiment, an example in which the circuit equation of the power distribution system used in the analysis of the dynamic phasor analysis unit 14a is created by the sputter blow method, but the circuit equation is obtained by using a nodal analysis method or a modified nodal analysis method. Can also be created.

また、上述した実施形態では、ダイナミックフェーザ解析部14a及び瞬時値解析部14bに対して共通に回路方程式作成部14cが設けられている例について説明した(図1参照)。しかしながら、ダイナミックフェーザ解析部14a及び瞬時値解析部14bで用いられる回路方程式の形は同じになるものの、多くの要素の値は異なったものになることから、ダイナミックフェーザ解析部14a及び瞬時値解析部14bの各々に対して個別に回路方程式作成部を設けるようにしても良い。   In the above-described embodiment, the example in which the circuit equation creation unit 14c is provided in common to the dynamic phasor analysis unit 14a and the instantaneous value analysis unit 14b has been described (see FIG. 1). However, although the circuit equations used in the dynamic phasor analysis unit 14a and the instantaneous value analysis unit 14b are the same, the values of many elements are different. Therefore, the dynamic phasor analysis unit 14a and the instantaneous value analysis unit You may make it provide a circuit equation preparation part individually with respect to each of 14b.

また、上記実施形態では、過渡現象解析装置1が、デスクトップ型のパーソナルコンピュータによって実現される例について説明したが、過渡現象解析装置は、ネットワークに接続されたサーバの形態で実現されても良い。このような形態の場合には、例えばユーザによって操作される端末装置から解析対象及び解析条件がサーバに送信され、サーバで実施された解析の解析結果が端末装置に返信されることとなる。   In the above-described embodiment, an example in which the transient phenomenon analysis apparatus 1 is realized by a desktop personal computer has been described. However, the transient phenomenon analysis apparatus may be realized in the form of a server connected to a network. In such a form, for example, the analysis target and the analysis condition are transmitted to the server from the terminal device operated by the user, and the analysis result of the analysis performed on the server is returned to the terminal device.

1 過渡現象解析装置
14a ダイナミックフェーザ解析部
14b 瞬時値解析部
14c 回路方程式作成部
T1〜T3 期間
Δt1 時間刻み
Δt2 時間刻み
1 Transient Phenomenon Analysis Device 14a Dynamic Phaser Analysis Unit 14b Instantaneous Value Analysis Unit 14c Circuit Equation Creation Unit T1 to T3 Period Δt1 Time increment Δt2 Time increment

Claims (6)

電圧及び電流の波形に歪が殆ど生じない期間として設定された第1期間において、予め規定された第1時間刻みでダイナミックフェーザによる解析を行う第1解析部と、
電圧及び電流の波形が大きく歪む期間として設定された第2期間において、前記第1時間刻みよりも細かな第2時間刻みで瞬時値解析を行う第2解析部と、
を備える過渡現象解析装置。
A first analysis unit that performs analysis by a dynamic phasor in a first time interval defined in advance in a first period that is set as a period in which distortion of voltage and current waveforms hardly occurs;
A second analysis unit for performing an instantaneous value analysis in a second time interval finer than the first time interval in a second period set as a period in which the waveform of the voltage and current is greatly distorted;
Transient phenomenon analysis device.
前記第2解析部は、前記第1期間の後に前記第2期間が続く場合には、前記第1期間の終了時点における前記第1解析部の解析結果を用いて前記瞬時値解析を開始し、
前記第1解析部は、前記第2期間の後に前記第1期間が続く場合には、前記第2期間の終了時点における前記第2解析部の解析結果を用いて前記ダイナミックフェーザによる解析を開始する、
請求項1記載の過渡現象解析装置。
The second analysis unit starts the instantaneous value analysis using the analysis result of the first analysis unit at the end time of the first period when the second period continues after the first period,
When the first period continues after the second period, the first analysis unit starts the analysis by the dynamic phaser using the analysis result of the second analysis unit at the end time of the second period. ,
The transient phenomenon analysis apparatus according to claim 1.
前記第1解析部の解析で用いられる解析対象の回路方程式をスパースタブロー法により作成する作成部を備える、請求項1又は請求項2記載の過渡現象解析装置。   The transient analysis device according to claim 1, further comprising a creation unit that creates a circuit equation to be analyzed, which is used in the analysis of the first analysis unit, by a sputter blow method. 前記解析対象の回路方程式は、電圧及び電流の直流分の時間変化を示す第1ダイナミクス項、及び電圧及び電流の基本波分のフェーザの時間変化を示す第2ダイナミクス項のみを含む、請求項3記載の過渡現象解析装置。   The circuit equation to be analyzed includes only a first dynamics term indicating a time change of a DC component of voltage and current, and a second dynamics term indicating a time change of a phasor component of a fundamental wave of voltage and current. The transient analysis device described. 電圧及び電流の波形に歪が殆ど生じない期間として設定された第1期間において、予め規定された第1時間刻みでダイナミックフェーザによる解析を行う第1ステップと、
電圧及び電流の波形が大きく歪む期間として設定された第2期間において、前記第1時間刻みよりも細かな第2時間刻みで瞬時値解析を行う第2ステップと、
を含む過渡現象解析方法。
A first step of performing analysis by a dynamic phasor in a first time interval defined in advance in a first period set as a period in which distortion of voltage and current waveforms hardly occurs;
A second step of performing an instantaneous value analysis in a second time step finer than the first time step in a second period set as a period in which the waveform of the voltage and current is greatly distorted;
Transient phenomenon analysis method including
コンピュータを、
電圧及び電流の波形に歪が殆ど生じない期間として設定された第1期間において、予め規定された第1時間刻みでダイナミックフェーザによる解析を行う第1解析手段と、
電圧及び電流の波形が大きく歪む期間として設定された第2期間において、前記第1時間刻みよりも細かな第2時間刻みで瞬時値解析を行う第2解析手段と、
して機能させる過渡現象解析プログラム。
Computer
First analysis means for performing analysis by a dynamic phasor in a first time interval defined in advance in a first period set as a period in which distortion of voltage and current waveforms hardly occurs;
A second analysis means for performing an instantaneous value analysis in a second time interval finer than the first time interval in a second period set as a period in which the voltage and current waveforms are greatly distorted;
Transient phenomenon analysis program to function.
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