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実験風景
インバータ動作実験風景 電源回路シミュ
レータ（ SCALE ）
実験風景
インバータの 出力波形等を
設定
オシロスコープで
実測波形を確認
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全容
インバータ動作実験風景 PC 内
dSPACE による 制御画面
dSPACE のハードウェア DS1104
インバータの出力波形を表示
IGBT を用いたインバータ回路
出力波形の確認
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出力波形の確認：ソフトスタート
出力波形の確認：ソフトストップ
スマートミニハウスのご紹介
福岡スマートハウス・グランドビジョン
双方向 DC-AC インバータ
家電 蓄電池
双方向 DC-DC コンバータ
DC-DC コンバータ DC-DC
コンバータ 風力発電 電力系統
スマートグリッドグランドビジョン 2010/5/26
太陽光発電
Service Provider Data Center
イン ホーム
モニタ
ＩＴサービス との融合 MPPT
ZigBee SE
HEMS
Home Gateway
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モデルベース開発を全面的に採用
Step-2
Simulinkモデル作成 Step-１
回路と制御アルゴリズムの 連携シミュレーション
SCALEによるシミュレーション
崇城大学 EE研究所 中原教授開発
Step-3
dSPACE プロトタイパーによるRCP検証
スマートミニハウスによる先行検討
太陽光パネル
バッテリー
ＤＣバス電圧計
実測波形
（オシロスコープ）
dSPACE DS1103
低電圧／低電流ながら、実システムと同一の回路構成
操作パネル
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スマートミニハウス・システム
ミニスマートハウス基板
基板：アバール長崎製作
バッテリ充放電用
双方向DC/DCコンバーター 系統連係
双方向AC/DCインバータ 太陽電池用
昇圧DC/DCコンバーター 風車などの発電機用 AC/DCインバーター
dSPACE DS1103ボード
40kHz PWM出力
アナログ電圧入力
PowerPC 750GX 1GHz プロセッサ搭載
主要コンポーネントを1枚の基板に実装
4個のコンポーネントを同時に制御
MATLAB/Simulink を用いた制御開発
A/Dコンバータブロック PWM出力ブロック
Bit出力ブロック
dSPACEのRTIブロックを使うことで 制御ロジック部
AC/DCコンバータ
双方向DC/DCコンバータ
昇圧DC/DCコンバータ
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RTI ブロックの設定例
RTIブロックにより割り込み等の知識 無しでも高速PWM出力可能
3相PWM出力ブロック
複雑なロジックも図形で見える化
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dSPACE ソフトで操作も見える化
メインパネル
dSPACE社 Control Desk で、リアルタイムに見える化
詳細データもリアルタイムで確認
電流位相の確認
AC/DCコンバータ画面
DC/DCコンバーター画面
プロセッサ実行時間
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スマートミニハウス・システム
最新適用事例
Younicos AG社
再生可能エネルギーのみで島全体に電力供給
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Younicos AG ：再生可能エネルギーのみで島全体に電力供給
Younicos AG社は大西洋中部のアゾレス諸島のグラシオザ島で自立的な電力供給の実現に向
けてシステムを開発中
ディーゼル発電から、風力発電基地と太陽電池システムにおる再生可能エネルギーをベースに したカーボンニュートラルなシステムへ
必要なエネルギーの70 〜 90%は太陽と風から、残りの10 〜 30%は島のバイオ燃料から
３メガワットのNAS（ナトリウム硫黄）電池を用いて電力の変動を吸収
出典：dSPACE MAGAZINE 01/2010
Younicos AG ：再生可能エネルギーのみで島全体に電力供給
島での施設設置に先立ちベルリンにてテスト環境を構築
極限状態のシミュレーション、さまざま制御方式の確認、経済性を含めたコンセプトの確認を実施
テストシステムには完全な電力供給網を組み込んだ
バッテリーコンバーターの制御システムにdSPACEのシミュレータを使用
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Younicos AG ：再生可能エネルギーのみで島全体に電力供給
風と太陽から得られるエネルギーは変動し、長期的な予測が不可能
風力タービンとソーラーパワープラントをシミュレーションするために、独自のモデルを使用
モデルは複数のdSPACE DS1005PPC Board で実行
利用可能な電力を確認するための入力パラメータは、グラシオザ島で測定された実際の風と太 陽のデータをベースとしている
利用可能な電力が、一日を通した島民全体のエネルギーの必要量を表す消費プロファイルと比 較しコンバーターを制御
Younicos AG：再生可能エネルギーのみで島全体に電力供給
コンバータの最適な制御を見つけ出すために、ラピッドプロトタイピングを使用
さまざまな電圧と周波数の制御アルゴリズムのテストを実施
DS1005 Processor Board とDS5202 FPGA Base Boardから構成
アルゴリズムに何らかの変更が加えられた場合は、その変更内容を直ちにシステムに反映
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Younicos AG：再生可能エネルギーのみで島全体に電力供給
テストにより、再生可能エネルギーに基づく安定したエネルギーが、技術的に実現可能であり、経済的にも魅 力があるということを証明する
電力網に供給できる再生可能エネルギーの量は、供給網の安定性を損うため、これまでは制限されてきた
バッテリと高度なコンバータ制御システムを組み合わせて、島の電力供給網を安定させ、再生可能なエネル ギー源から得られる電力供給量を次第に増やしていくことに問題ないことを示す
2 年間のテスト段階が完了したら、そこから得られた結果を使用して、グラシオザ島の電力供給を完全に風力
と太陽エネルギーに変える予定
まとめ
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シミュレータ技術を用いて可能なこと
急速充電器開発のために電気自動車をシミュレートする
仮想的電源環境を高速にシミュレーションすることにより、安定した電源制御システムを開発
家庭内の電力負荷の状態を作りだして、制御、ネットワークの評価が可能
太陽光発電、風力発電器の発電状態を作り出して、系統連携、家電ネットワーク制御の評価
家庭内に電気自動車を接続した電力評価。蓄電池としての利用評価
電力網上での発電モデル、負荷もモデル、変圧器モデル、遮断機モデルなどを用いてた
電力網管理、制御システムの検証、品質の向上。
２４時間の自動テストによる試験時間の短縮、不具合状況の把握、テストの網羅性の向上、
再現テスト、テストシナリオや評価関数の再利用
家庭用スマートメータなどの機能評価、信頼性の向上
電源環境のシミュレーションを行い制御盤の操作を行うオペレータの教育
etc.．．．．．．
今後はエネルギー制御・環境分野への モデルベース開発の適用が進む
評価試験例
スマートハウスエネルギー評価
エネルギーマネジメント系統解析シ ミュレータ
スマート電力メータ評価
dSPACEリアルタイムハードウエア シミュレーションと接続して各種環境を
Simulink によるシミュレー ションモデルと制御モデル