JP6734700B2 - Transient analysis device, method, and program - Google Patents

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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 device, method, and program, and more particularly to a transient phenomenon analysis device, method, and program 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, due to increasing environmental awareness, it is desired to effectively utilize renewable energy and reduce carbon dioxide emissions. In addition, the liberalization of electricity is about to completely liberalize the generation and retail of electricity. Against this background, it is expected that the number of interconnected distributed power sources centered on photovoltaic power generation will increase in the power system. In addition, it is expected that the number of interconnections of electric vehicles and power storage equipment will increase in the power system as a standby 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 device connected/connected do not interfere with each other and achieve the intended purpose. For the analysis of the transient phenomenon caused by such mutual interference, the instantaneous value analysis capable of analysis at the waveform level is effective. 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 performing such an instantaneous value analysis. Other programs that can analyze instantaneous values include EMTP (Electro Magnetic Transients Program) and PSCAD (registered trademark).

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Taku Noda, “Development Trend of Electric Power System Instantaneous Value Analysis Program-Development of Domestically-produced Program XTAP-”, Electric Review, pp.60-64, August 2011 issue 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Taku Noda, “Development Trends 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, the above-mentioned instantaneous value analysis performed by XTAP is to analyze how the voltage or current changes at the waveform level. It is necessary to reduce the time step for 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, one cycle (20 [msec]) of time step is about several hundreds (more). In some cases, it is set to tens of thousands) and the analysis is performed.

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 above-described XTAP, since it is necessary to reduce the time step for performing the analysis in order to perform the analysis with sufficient accuracy, there is a problem that the calculation amount becomes large and the analysis takes a long time. .. Here, in the instantaneous value analysis, a portion in which the voltage and current waveforms are hardly distorted (a portion in which the voltage and current are substantially sinusoidal) often continues endlessly. If it is possible to reduce the time required for analysis of such a portion in which almost no distortion occurs, 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 phenomenon analysis device, method, and program capable of dramatically reducing the time required for transient phenomenon analysis while ensuring sufficient accuracy. The purpose is to

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-mentioned problems, the transient phenomenon analysis device (1) of the present invention is defined in advance in a first period (T1, T3) set as a period in which distortion of voltage and current waveforms hardly occurs. In the first analysis unit (14a) that performs analysis by the dynamic phasor at the first time step (Δt1) and the second time period (T2) set as the period in which the voltage and current waveforms are significantly distorted, And a second analysis unit (14b) that performs an instantaneous value analysis at a fine second time step (Δt2).
Further, in the transient phenomenon analysis device of the present invention, when the second analysis unit has the second period following the first period, the analysis result of the first analysis unit at the end of the first period. When the first analysis unit starts the instantaneous value analysis using, and the first period continues after the second period, the analysis result of the second analysis unit at the end of the second period. To start the analysis by the dynamic phasor.
Moreover, the transient phenomenon analysis apparatus of the present invention includes a creation unit (14c) that creates a circuit equation to be analyzed used in the analysis of the first analysis unit by a superstar blow method.
Further, in the transient phenomenon analysis device of the present invention, the circuit equation to be analyzed shows a first dynamics term indicating a time change of a direct current component of a voltage and a current, and a time change of a phasor of a fundamental wave component of the voltage and a current. Only the second dynamics term is included.
The transient phenomenon analysis method of the present invention uses the dynamic phasor at the predetermined first time step (Δt1) in the first period (T1, T3) set as the period in which the voltage and current waveforms are hardly distorted. In the first step (S11) of performing the analysis and the second period (T2) set as the period in which the voltage and current waveforms are significantly distorted, the second time step (Δt2) finer than the first time step The second step (S14) of performing value analysis is included.
The transient phenomenon analysis program of the present invention causes a computer to perform a predetermined first time step (Δt1) in a first period (T1, T3) set as a period in which distortion of voltage and current waveforms hardly occurs. In the first analysis means (14a) for performing analysis by the dynamic phasor and the second period (T2) set as the period in which the waveforms of the voltage and the current are greatly distorted, the second time step (which is finer than the first time step ( It functions as the second analysis means (14b) for performing the 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, which is set as a period in which the voltage and current waveforms are hardly distorted, the analysis by the dynamic phasor is performed in the first time step, and the voltage and current waveforms are set to be significantly distorted. In the 2nd period, the instantaneous value analysis is performed in the 2nd time step, which is finer than the 1st time step. Therefore, the time required to analyze the transient phenomenon is dramatically shortened 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。FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a transient phenomenon analysis device according to an embodiment of the present 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 a distribution line or a transmission line simulated by analysis by a dynamic phasor. 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 phasor. 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 basic circuit of a 2-level AC-DC converter, and the modulation method by 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 in 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。6 is a flowchart showing an example of a transient phenomenon analysis method according to an embodiment of the present 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 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 a 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 substation for distribution. 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 phenomenon 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, but the present invention is not limited to the distribution system and the analysis target is an arbitrary electric circuit such as a power transmission system. 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 phenomenon analysis device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the transient phenomenon analysis device 1 of the present 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. Analysis of. Such a transient phenomenon analysis device 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 an operation of a user who uses the transient phenomenon analysis device 1 to the arithmetic processing device 14. The output device 12 includes, for example, a liquid crystal display device and a printer, and outputs various kinds of 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), and the like, and stores various parameters PR used in a circuit equation of a 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。 The arithmetic processing unit 14 uses the parameter PR stored in the auxiliary storage unit 13 according to the transient analysis program PG stored in the auxiliary storage unit 13 based on the operation instruction input from the input unit 11 to generate a transient in the power 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). ) Is provided.

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 analysis unit 14a performs analysis by the dynamic phasor in a period (first period) set as a period in which the voltage and current waveforms of the distribution system are hardly distorted. The details of the dynamic phasor will be described later. The instantaneous value analysis unit 14b performs the instantaneous value analysis in a period (second period) set as a period in which the voltage and current waveforms of the distribution system are significantly distorted. Since the instantaneous value analysis performed by the instantaneous value analysis unit 14b is the same as the conventional instantaneous value analysis, detailed description will be omitted. The circuit equation creation unit 14c creates the circuit equation of the distribution system used in the analysis of the dynamic phasor analysis unit 14a by the superstar blow method. The details of the method of creating the circuit equation by the circuit equation creating 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 in a computer-readable recording medium such as a CD-ROM or a DVD (registered trademark)-ROM, or downloaded from a network such as the Internet. It is stored in the auxiliary storage device 13 by being installed in 1. When the transient phenomenon analysis program PG stored in the auxiliary storage device 13 is read and executed, the function of each block 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 creating unit 14c) is realized by software. That is, these functions are realized by the 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。
<Dynamic phasor theory>
Next, the theory of the dynamic phasor, which is the basis of the analysis performed by the dynamic phasor analysis unit 14a described above, will be described. First, let x=x(t) be an instantaneous value of voltage, current, or the like at time t. Also, consider a window (t−T, t] with respect to time t. Define the time within the interval where τ=0 at the beginning of the window and τ=T at the end, and the Fourier series expansion of the instantaneous value x is performed. When calculated, the following equation (1) is obtained.

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 kth-order Fourier coefficient of the instantaneous value x is expressed as <x> k . Since the window (t−T, t] slides from the past to the future with the passage of time and cuts out one cycle (cycle T) of the instantaneous value x, the Fourier coefficient <x> k is It becomes a function and is expressed by the following equation (2).
<x> k in the above equation (2) is a phasor (complex amount) having amplitude and phase information. In the theory of dynamic phasor, this phasor is called a dynamic phasor because it is considered to change 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, the instantaneous value x is differentiated with respect to time t, and the kth-order Fourier coefficient is obtained, and the following equation (3) is obtained.
By modifying the equation (3), the following equation (4) is obtained.
From the above equation (4), the derivative of the k-th order Fourier coefficient is obtained by subtracting the k-th order Fourier coefficient multiplied by jkω 0 from the k-th order Fourier coefficient obtained by differentiating the original instantaneous value x. 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 theory of dynamic phasor, first, the order of Fourier coefficient to be analyzed is determined. Here, since the purpose of performing the analysis by the dynamic phasor is to perform the analysis more easily than the instantaneous value analysis, only a few orders such as the direct current component and the 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 the circuit to be analyzed is set up. Now, suppose that the circuit has M state variables, and attention is paid to the order of K Fourier coefficients. When the equations relating to K orders are listed for each of the M state variables, a state equation relating to KM Fourier coefficients shown in the following equation (5) can be obtained.

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, in the above equation (5), x is a vector listing K Fourier coefficients of degree for each of the M state variables, and u is for each input variable to the circuit such as a voltage source or a current source. It is a vector that enumerates K Fourier coefficients of order. Here, in order to derive each element on the right side corresponding to each element on the left side of the above equation (5), the above equation (4) can be utilized.

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, at the stage of deriving the above equation (5), the short time constant and the natural vibration of high frequency are removed, and it is possible to remove the large time step (the first time step). High-speed analysis is possible. However, conventionally, there is a drawback in that the state equation shown in the above equation (5) cannot be automatically derived. Therefore, in the present embodiment, the circuit equation ( An 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 superstar blow method>
Next, details of a method for creating a circuit equation by the above-described circuit equation creating unit 14c will be described. In this embodiment, it is possible to automatically derive the circuit equation by first applying the differential operation to each circuit element. It should be noted that the circuit equation is derived for each Fourier coefficient of interest, and these are related by the equation representing the 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 of several expressions.

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 expression of the above expression (6) can be expressed by the Norton type discrete time equivalent circuit shown in FIG. 2A, where Y k and J k are the admittance of the equivalent circuit and the current source, respectively. Is the value of. The second equation of the above equation (6) can be expressed by a Thevenin-type discrete time equivalent circuit shown in FIG. 2(b), where Z k and E k are the impedance of the equivalent circuit and the voltage source, respectively. Is the value of. 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。
Now, consider an arbitrary circuit in which the number of nodes is N n and the number of circuit elements is N b . In this circuit, when the relational expression of all the circuit elements with respect to a certain order is expressed by any of a plurality of expressions shown as the above expression (6), the Spur-Starblow equation of the circuit regarding the order is as follows (7) It can be represented by a formula. In addition, in the following expression (7), the subscript indicating the order is omitted 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 having the voltage of N n nodes of the circuit as a component, and i and v respectively have the currents and voltages of the N b circuit elements as components. S is a column vector, and s is a column vector having the value of the current source J k or the voltage source E k of the discrete-time equivalent circuit of N b circuit elements as a component. A is called a branch-to-node connection matrix, and can be easily created from the connection information of the circuit. I is an identity matrix. Since B i and B v are coefficients respectively applied to the voltage and current of each circuit element, the coefficients of the relational expression of each circuit element shown in the above equation (6) are stored. For the method of creating the branch-to-node connection matrix A, refer to the following documents, for example.
References: Taku Noda, Kan Miki, Naoki Gibo, Kiyoshi Takenaka, "Development of Instantaneous Power System Analysis Program (Part 1)-Basic Design-", Research Report of Central Research Institute of Electric Power Industry H06002, 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。 In the first stage of the equation (7), represents Kirchhoff's current law, the second stage represents Kirchhoff's voltage law, and the third stage represents characteristics of each circuit element (that is, a relational expression of each circuit element). It will be listed. Therefore, the complete state of the circuit can be obtained by solving the equation (7). Also, since the spur star blow method, which is a formulation in the same abc phase as the instantaneous value analysis, is used, it is possible to consider the difference in the impedance of each phase. It can be seen that the consistency of the information passed 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。
When the above equation (7) regarding the kth-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 orders relates K sets of equations, the circuit equations are sequentially solved from time 0 at appropriate time intervals, so that the node voltage of each part of the circuit and the current/voltage of each circuit element are related to the focused order. Time change (that is, dynamic phasor) can be calculated. In many cases, the coupling between orders does not cause any problem even if the delay of the calculation time step is allowed, so that the K sets of equations can be solved independently. However, if delays in calculation time steps cannot be tolerated in the coupling between orders, such as when simulating an AC/DC converter in detail, solve all or some of the K sets of equations simultaneously. 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 theory of the dynamic phasor is applied in order to simulate at high speed a situation in which a portion where voltage and current waveforms are hardly distorted (a portion where 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 equation (8) remains unchanged regardless of the passage of time, and only y k on the right side changes with the passage of time. The circuit equation creation unit 14c shown in FIG. 1 creates the circuit equation of the distribution system by performing the processing for solving the above-mentioned 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. Below, based on the theory of the dynamic phasor, the amplitude and phase of the k-th order Fourier coefficient of the voltage v and the current i across the 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 information on amplitude and phase.

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 quickly simulate a situation where a portion where voltage and current waveforms are hardly distorted (a portion where voltage and current are sinusoidal) continues endlessly. .. Therefore, in the dynamic phasor model of various circuit elements, the direct current component of voltage and current (V 0 (t), I 0 (t): first dynamics term) and the fundamental wave component of voltage and current (V 1 (V 1 ( In most cases, it is sufficient to consider only t) and I 1 (t): the second dynamics term.

(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 resistance is v, the current flowing through the resistance is i, and the resistance value is R, the relational expression V=Ri holds. Since this relational expression holds for all Fourier coefficients of the orders, the following expression (10) holds for any order k.
Comparing the above equation (10) with the second equation of the above equation (6), it is assumed that Z k =R, E k =0 in the Thevenin type discrete time equivalent circuit of FIG. 2(b). It turns out that 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. By substituting the equation (9) into this equation and arranging it, the following equation (11) is obtained.

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, the discrete time equivalent circuit is obtained by applying the numerical integration method to the equation (11). Specifically, if the calculation time step is Δt and the above equation (11) is rearranged by applying, for example, the backward Euler method, the following equation (12) is obtained. It should be noted that in the following formula (12), the parentheses of V k and I k represent not the time but the calculation time step.
Comparing the above equation (12) with the first equation of the above equation (6), Y kk , J kk I k in the Norton type discrete time equivalent circuit of FIG. It can be seen that what is put as (n-1) becomes 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 Letting the voltage across the capacitor be v, the current flowing through the capacitor be i, and the capacitance value be C, the relational expression i=C(dv/dt) holds. By substituting the equation (9) into this equation and arranging it, the following equation (13) is obtained.

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, as in the case of the inductor, when the calculation time step is set to Δt and the above equation (13) is arranged by applying, for example, the backward Euler method, the following equation (14) is obtained. It should be noted that, also in the following expression (14), the parentheses of V k and I k represent not the time but the calculation time step.
Comparing the above equation (14) with the second equation of the above equation (6), Z kk , E kk V k in the Thevenin type discrete time equivalent circuit of FIG. It can be seen that what is put as (n-1) becomes the 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 across the voltage source. In the theory of the dynamic phasor, it is considered that the voltage waveform generated by the voltage source is a periodic waveform of the period T and changes with time. When the Fourier coefficient of the order of interest can be analytically derived 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。
When the Fourier coefficient cannot be analytically derived, it is obtained by numerical integration from the voltage waveform at that time using the definition equation of the Fourier coefficient. High-speed calculation is possible by applying a fast Fourier transform (FFT) algorithm to the numerical integration. As an example often used for simulating the 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 specified. ..

(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 theory of the dynamic phasor, it is considered that the current waveform injected by the current source is a periodic waveform of the period T and changes with time. When the Fourier coefficient of the order of interest can be analytically derived from the injected current waveform at a certain time, the current value J k of the Norton type 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 a defining equation, 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, it is assumed that the switch operates a few times during one simulation like a circuit breaker. Considering a switch function σ(t) that returns 1 when the switch is on at time t and 0 when the switch is off, the following equation (16) is provided between the voltage v across the switch and the 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 sufficient to set the relevant rows of the Spaster Blown equations of all 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) Subordinate power supply For the i-th circuit element, the k-th order Fourier coefficient of voltage is V k i, and the k-th order Fourier coefficient of current is I k i . Further, regarding 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 expression of the voltage control voltage source, the current control voltage source, the voltage control current source, and the current control current source is as follows. It is represented by each equation. Therefore, these equations may be used as the relevant row of the spur star blow equation of degree k. 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 quickly simulate a situation in which a portion where voltage and current waveforms are hardly distorted (a portion where voltage and current are sinusoidal) continues endlessly. Analysis by dynamic phasor is applied. Therefore, in many cases, the Fourier coefficient orders of interest in the dynamic phasor analysis 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 with sufficient accuracy. FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of a distribution line or a transmission line that is simulated by analysis using a dynamic phasor. Note that the π-type equivalent circuit can be created by combining the models of the above-described resistance, 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, in many cases, the Fourier coefficient orders of interest in the dynamic phasor analysis are "0" and "1" (that is, only the DC component and the fundamental component). Therefore, 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 showing 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 exciting resistance R2 in FIG. 4A can be simulated by the model of the above resistance, and the leakage inductance L1 and the exciting inductance L2 can be simulated by the model of the above inductance. The ideal transformer TF in FIG. 4 constitutes the equivalent circuit of FIG. 4(b) called a voltage/current exchange system by combining the above voltage control voltage source and current control current source. In this ideal transformer TF, when the turns ratio is n:1, assuming that the fundamental wave voltages of the primary and secondary windings are V 1 and V 2 , there is a relation that V 1 =n·V 2 due to the voltage control voltage source. It is filled. Similarly, if the fundamental wave currents of the primary and secondary windings are I 1 and I 2 , then n·I 1 =I 2 is satisfied by the current control current source. Since electromagnetic induction does not occur with respect to the direct current component, both sub power supplies are replaced with a voltage source of zero voltage.

(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 theory of dynamic phasor, the power electronics converter can be considered as an order conversion element. Power electronics converters used for interconnection of distributed power sources such as photovoltaic power generation and storage batteries are generally PWM (Pulse Width Modulation) pulse-width modulation (AC/DC) converters, and reactive power compensators (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 showing a basic circuit of a two-level AC/DC converter and a modulation method by the PWM method. The AC/DC converter shown in FIG. 5A is for converting DC to AC by performing on/off control of the semiconductor switching elements Q11, Q12, Q21, Q22, Q31, Q32 at high speed. The on/off control of the semiconductor switching elements Q11, Q12, Q21, Q22, Q31, Q32 is as shown in FIG. 5B, as shown in FIG. 5B, the modulated wave W1 (in most cases, a sine wave) and the carrier wave W2( (Triangular wave) based on the comparison result.

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 contrary, 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 a three-phase alternating current, the timing for turning on the semiconductor switching elements (Q11, Q21, Q31) or the turning on of the semiconductor switching elements (Q12, Q22, Q32). Please note that the timings to be set are 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。
In this way, by comparing the modulated wave W1 and the carrier wave W2, a waveform is output to 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. The waveform is obtained. At this time, the higher the frequency of the carrier wave W2, the closer the output waveform becomes to the modulated wave W1. Therefore, considering an ideal state in which the frequency of the carrier wave W2 is infinite, the modulated wave W1 is directly output to the AC side as a voltage waveform. That is, the AC-DC converter viewed from the AC side can be simulated as a voltage source that outputs the 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 equation (19) are values of the voltage source of each phase on the AC side, and D a (t) and D b (t). ), D c (t) is a dynamic phasor, assuming that the modulation wave W1 of each phase on the AC side determined by the control system is a sine wave, and E 0 (t) is the voltage on the DC side. Is a dynamic phasor. From the above equation (19), it can be seen that the DC component voltage is converted into the fundamental wave component 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 to the AC side by the AC/DC converter is I 1a (t), I 1b (t), and I 1c (t) as the dynamic phasor of the current flowing out from each phase on the AC side, and the following (20 ) Expression.

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。
By substituting the above equation (19) into the above equation (20), the following equation (21) is obtained.
On the other hand, when the current flowing from the DC side of the AC/DC converter is J 0 (t), the electric 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, the energy conservation law P ac =P dc is instantly satisfied. Therefore, the DC side of the AC/DC converter is as follows. This can be simulated with the current source represented 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 has a three-phase voltage control voltage source for converting the DC voltage on the DC side into the fundamental wave voltage on the AC side according to the above equation (19), and the above equation (23). It can be configured by a current control current source for converting an AC side fundamental wave current into a DC side DC current. Such an AC/DC converter can be represented by the circuit shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing a dynamic phasor model of the AC/DC converter. The AC/DC converter can also be represented by a circuit whose AC side is simulated by a current source, as shown in FIG. 6B.

〈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。
<Solution of circuit equation considering coupling between orders>
As described above, when there are K orders of interest, K sets of equations (8) are associated and solved. When the connection between these superstar blow equations can tolerate the delay of the calculation time step, or when the superstitial blow equations can be sequentially substituted by solving the superstar blow equation according to a certain order, they can be solved individually. However, when the coupling is tight 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, focusing on only the direct current component and the fundamental wave component, and writing these two Spaster-Blow equations including the coupling between the orders, they are expressed by the following equation (24).

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 coefficients corresponding to order conversion elements that refer to the voltage/current of the fundamental wave in the circuit related to the DC component, and most of the elements are 0. Similarly, R 10 in the equation (24) is a matrix including coefficients corresponding to the order conversion elements that refer to the voltage/current of the DC component in the circuit related to the fundamental wave component, and most of the elements are 0. By solving the above equation (24), it is possible to obtain a solution that simultaneously satisfies the superstar blow equation for the direct current component and the fundamental wave component.

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。 The above formula (24) is a formula in the case of including only the direct current component and the fundamental wave component, but it can be easily extended to the case where the order of arbitrary K Fourier coefficients is focused. A node voltage of each part of the circuit at each time and each circuit are created by creating an expression including K orders of interest (an expression similar to the expression (24) above) and sequentially solving it from time 0 at an appropriate time step. The voltage and current of the device can be obtained for each order. By superimposing the solutions of all orders, the corresponding waveform can be obtained in the range of the considered orders.

〈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 phenomenon analysis method>
Next, a transient phenomenon analysis method using the transient phenomenon analysis device 1 described above will be described. When analyzing a transient phenomenon, first, the user inputs the distribution system to be analyzed. Specifically, the user operates the input device 11 of the transient analysis device 1, and a process of inputting all the circuit elements forming the power distribution system to the arithmetic processing device 14 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 distribution system is completed and the user issues an instruction to create the circuit equation, the circuit equation creating unit 14c shown in FIG. 1 performs the process of deriving the circuit equation of the distribution system using the above-mentioned Spaster blow method. Be seen. For passive circuit elements such as resistors and capacitors, the model used in the instantaneous value analysis unit 14b is also automatically created by the conventional method, but for active circuit elements such as power electronics converters, It is necessary to separately create a model used by 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, the user sets the analysis conditions. For example, a user operating the input device 11 of the transient phenomenon analysis device 1 performs a process of setting a period for performing analysis by a dynamic phasor, a period for performing instantaneous value analysis, and a time step for performing these analyses. FIG. 7 is a diagram showing an example of analysis conditions set in the embodiment of the present invention. It should be noted that FIG. 7 shows an example of changes over time in the waveform of the voltage or current of the three-phase alternating 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。 Time t0 in FIG. 7 is a time at which a voltage and an event in which the voltage greatly changes are simulated. Further, 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 and the fluctuation of the voltage caused by the above event are expected to be settled, and is set by, for example, a user's rule of thumb. Examples of the event include opening and closing of a switch (breaker). In order to simplify the description, it is assumed that the above event is simulated at only 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。 Since the period T1 before the time t1 and the period T3 after the time t2 are periods in which the waveforms of the voltage and the current hardly distort (the period in which the sinusoidal voltage and the current continue), the dynamic phasor. Is set to the period (first period) in which the analysis is performed. Further, since the period T2 between the times t1 and t2 is a period in which the waveforms of the voltage and the current are greatly distorted by the above event (a period in which the voltage and the current largely deviate from the sine wave), an instantaneous value analysis is performed. (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 step Δt1 (first time step) for performing the analysis in the periods T1 and T3 is set to about several [msec] in order to reduce the time required for the analysis. On the other hand, the time step Δt2 (second time step) for performing analysis in the period T2 is set to about several [μsec] in order to perform analysis with sufficient accuracy. These time steps can be set arbitrarily according to the purpose and accuracy of the analysis. However, since the analysis by the dynamic phasor is intended to shorten the time required for the analysis in the period in which the voltage and current waveforms are hardly distorted, the time step Δt1 in the periods T1 and T3 is equal to the period T2. Is set to be coarser than the time step Δt2 at which the analysis is performed. Note that it is also possible to make the time steps different in the periods T1 and T3.

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 the user gives an instruction to start the analysis, the transient phenomenon analysis processing that occurs in the power distribution system is performed according to the flowchart shown in FIG. FIG. 8 is a flowchart showing an example of the transient phenomenon analysis method according to the embodiment of the present invention. When the analysis process is started, first, the dynamic phasor analysis unit 14a shown in FIG. 1 performs analysis by the dynamic phasor (step S11). For example, in the period T1 shown in FIG. 7, the analysis by the dynamic phasor is performed with 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 time (time t1) of the period T1 shown in FIG. 7 or the analysis result immediately before that is delivered. Next, the arithmetic processing unit 14 shown in FIG. 1 determines whether or not the analysis for the entire period is completed (step S13). For example, it is determined whether the analysis is completed in all of the periods T1 to T3 shown 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 is not completed (when the determination result in step S13 is “NO”), the instantaneous value analysis using the analysis result passed in step S12 is the instantaneous value analysis. It is implemented by the unit 14b (step S14). For example, in the period T2 shown in FIG. 7, the instantaneous value analysis is performed with the time step Δt2. On the other hand, when it is determined that the analysis for the entire period is completed (when the determination result in step S13 is “YES”), the series of processes illustrated in FIG. 8 is completed.

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 is completed, the analysis result at the time when the analysis is completed 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 time (time t2) of the period T2 shown in FIG. 7 or the analysis result immediately before that is delivered. After that, the arithmetic processing unit 14 shown in FIG. 1 determines whether or not the analysis for the entire period is completed (step S16). For example, it is determined whether the analysis is completed in all of the periods T1 to T3 shown 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 passed in step S15 is performed by the dynamic phasor. It is implemented 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 with the time step Δt1. On the other hand, when it is determined that the analysis for the entire period is completed (when the determination result in step S16 is “YES”), the series of processes illustrated in FIG. 8 is completed.

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 dynamic phasor analysis unit 14a and the instantaneous value analysis unit 14b alternately perform the analysis by the dynamic phasor and the instantaneous value analysis while passing the analysis result at the analysis end time. Be seen. Therefore, for example, a transient phenomenon in which the voltage and current waveforms are greatly distorted, such as when a 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。 Further, the dynamic phasor analysis performed by the dynamic phasor analysis unit 14a can take into consideration the difference in impedance for each phase, like the instantaneous value analysis performed by the instantaneous value analysis unit 14b, and the number of harmonics included in the calculation. Therefore, the dynamics of the circuit can be considered, and the consistency with the instantaneous value analysis is good. Therefore, 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 passed, and thus the accurate analysis can be performed.

〈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 analyzed the transient phenomenon occurring in the power distribution system using the transient phenomenon analysis device 1 described above. FIG. 9 is a diagram showing a power distribution system used for transient phenomenon analysis. 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) 22, a distribution line 23, and a distribution substation 24. That is, 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 by the simple equivalent circuit shown in FIG. FIG. 10 is a diagram showing a model of a PV panel. 10A is a diagram showing a simple equivalent circuit of the PV panel, and FIG. 10B is a diagram showing a time profile of the value J pv of the current source. The model shown in FIG. 10A has a maximum output when the DC voltage is 350 [V] and the value J pv of the current source is 11429 [A]. Since the current of the current source also flows through the resistor R eq , the value J pv of the current source does not mean the output current. For example, the output current at the maximum output point is 5714 [A] (2 [MW]).

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 was set for four 500 [kW] machines, and the main circuit thereof was simulated by the equivalent circuit of FIG. FIG. 11 is a diagram showing a model of PCS. Note that FIG. 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 represented as a dynamic phasor model of an 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 for the direct current component, and the current sources J a , J b , J c are considered in the circuit equation for 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 the rated voltage of 350 [V]. The DC-AVR is PI controlled as shown in FIG. 11(b), the direct current is extracted by the current source J dc so that the voltage V dc is 350 [V], and the DC sources are controlled by the current sources J a , J b , and J c. Outputs the same amount of power 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, the PLL circuit shown in FIG. 11(c) is assembled as a control system, and the phase θ which is the output thereof and the phase of the current source J a are synchronized, and the current sources J b and J c are changed from the synchronized phase to − It was synchronized with the phase delayed by 2π/3 [rad]. The DC-AVR and PLL circuits were processed separately from the circuit equation, and the same backward Euler method as in the circuit equation 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 is 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 the equivalent circuit shown in FIG. FIG. 12 is a diagram showing a model of a distribution substation. The inductance L ss is the inductance of the bank transformer and the upper system, and is set to 1.44 [mH] (each phase). The voltage source E ss is a three-phase balanced voltage source (50 [Hz]) having an effective value between lines of 6.6 [kV] to simulate the system voltage, and its neutral point is grounded by a resistance of 10 [kΩ]. .. When the terminating resistance connected to the open delta of the GPT (Grounded Potential Transformer) installed in the distribution substation 24 is 25 [Ω], the equivalent ground resistance is 10 [kΩ].

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 only the direct current component and the fundamental wave component and setting the time step Δt1 for analysis to 2 [msec]. FIG. 13 is a diagram showing an analysis result by the transient phenomenon analysis device. Note that, in FIG. 13, the analysis results by the conventional instantaneous value analysis are shown in a superimposed manner for comparison. Referring to FIG. 13, the output voltage V pcs of the PCS 22 is a time profile of the value J pv of the current source provided in the simple equivalent circuit (see FIG. 10A) simulating the PV panel 21 (FIG. 10B). It can be confirmed that it is fluctuating according to changes in Also, referring to FIG. 13, it can be confirmed that the output voltage V pcs of the PCS 22 changes 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 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-mentioned analysis by the conventional instantaneous value analysis, it is necessary to simulate the switching by PWM, and therefore it is necessary to set the time step for performing the analysis 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 dramatically shortened. The time step (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。 Since the above analysis is performed for the purpose of demonstrating the analysis by the dynamic phasor, 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 agrees with the analysis result by the conventional instantaneous value analysis, and as described above, the analysis by the dynamic phasor is consistent with the instantaneous value analysis. Is good. Therefore, it is sufficient to set the periods (periods T1, T3 and period T2) described with reference to FIG. 7 and alternately perform the dynamic phasor analysis and the instantaneous value analysis according to the flowchart shown in FIG. It is easy to understand that it is possible to dramatically reduce the time required to analyze transient phenomena while ensuring 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 device, method, and program according to the 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 modified within the scope of the present invention. .. For example, in the above-described embodiment, an example in which the circuit equation of the distribution system used in the analysis of the dynamic phasor analysis unit 14a is created by the superstar blow method has been described. However, the circuit equation may be obtained by using the node analysis method or the modified node 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。 Further, in the above-described embodiment, an example in which the circuit equation creation unit 14c is provided in common for 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 have the same shape, the values of many elements are different, so the dynamic phasor analysis unit 14a and the instantaneous value analysis unit are different. You may make it provide a circuit equation preparation part separately for 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。 Further, in the above embodiment, an example in which the transient phenomenon analysis device 1 is realized by a desktop personal computer has been described, but the transient phenomenon analysis device may be realized in the form of a server connected to a network. In the case of such a form, for example, the terminal device operated by the user transmits the analysis target and the analysis condition to the server, and the analysis result of the analysis performed by 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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transient phenomenon analyzer 14a Dynamic phasor analyzer 14b Instantaneous value analyzer 14c Circuit equation generator T1-T3 Period Δt1 hour step Δt2 hour step

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 that is defined in advance in a first time period that is set as a time period during which waveforms of voltage and current are hardly distorted;
In a second period set as a period in which the voltage and current waveforms are significantly distorted, a second analysis unit that performs an instantaneous value analysis in a second time step that is finer than the first time step,
A transient phenomenon analyzer.
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。
When the second period continues after the first period, the second analysis unit starts the instantaneous value analysis using the analysis result of the first analysis unit at the end point of the first period,
When the first period continues after the second period, the first analysis unit starts the analysis by the dynamic phasor using the analysis result of the second analysis unit at the end of the second period. ,
The transient phenomenon analysis device 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 phenomenon analysis device according to claim 1 or 2, further comprising: a creation unit that creates a circuit equation to be analyzed used in the analysis of the first analysis unit by a spar star 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 direct current component of a voltage and a current, and a second dynamics term indicating a time change of a phasor of a fundamental wave component of a voltage and a current. The transient analysis device described. コンピュータが、
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。
Computer
A first step of performing analysis by a dynamic phasor at a first time interval defined in advance in a first time period set as a time period during which waveforms of voltage and current are hardly distorted,
In a second period set as a period in which the voltage and current waveforms are greatly distorted, a second step of performing an instantaneous value analysis in a second time step finer than the first time step,
Transient 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,
A first analysis means for performing analysis by a dynamic phasor at a first time interval defined in advance in a first time period set as a time period during which the voltage and current waveforms are hardly distorted;
Second analysis means for performing an instantaneous value analysis at a second time step finer than the first time step in a second time period set as a time period during which the voltage and current waveforms are greatly distorted,
A transient phenomenon analysis program that works as a function.
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