周波数変換部の簡略化によるシミュレーションの高速化

3.4 周波数変換部の簡略化によるシミュレーションの高速化

3.4.1 モデリング

瞬時値解析では周波数変換部分でのIGBTのスイッチング模擬には、計算刻み幅を10μ 秒程度とする必要がある。系統事故直後などの短時間の応動を詳細に模擬する際には、通 常はスイッチングを模擬する必要があるが、基本波に注目する場合には図 3-12，図 3-13 に示すような可変電圧源・可変電流源で簡略表現する事が可能である。これ以降、スイッ チモデルを「詳細モデル」、可変電圧源・可変電流源モデルを「簡略モデル」と称する。

なお、EMTP-RV上での表現を図 3-14，図 3-15，図 3-16 に示す。

図 3-12 スイッチモデルと可変電圧源・可変電流源モデル

図 3-13 スイッチング回路の簡略化

↑ Ivrb

可変電圧源 可変電流源

Vcu, Icu Vcv , Icv Vcw , Icw

Ed スイッチモデル

Ed Vcu

Vcv Vcw

Ivrb

スイッチモデル

Ed Vcu

Vcv Vcw

Ivrb

↑ ↑ 発電機ロータ

Ed

電圧指令

系統側制御系

Ed検出 電流・電圧計測

Irvrb=Vr・Ir／Ed

Vr Ir

系統 Vs Is

ロータ側制御系

電圧指令 電圧計測

↑ ↑ 発電機ロータ

Ed

電圧指令

系統側制御系

Ed検出 電流・電圧計測

Irvrb=Vr・Ir／Ed

Vr Ir

系統 Vs Is

ロータ側制御系

電圧指令 電圧計測

図 3-14 スイッチング回路の簡略化EMTP-RVでの表現【Doubly-fed型風力発電システム】

Tr3Q Tr2A

DummPQ

DummMN

RhoudHL

RhoudJT

BusDCR

BaU2

ZsVC

CpQ3 RpO0

RsVI

LHB BusDCN

Slip Angle vas vbs vcs

STATOR

dc_pos

dc_neg

is

vs

igrid

Tmeca

va_conv vb_conv vc_conv

vconv

i(t)

v(t) p2

iconv

ia_conv ib_conv ic_conv

Speed Tm

#NP_div2#

scopeVar scopeVbr scopeVcr

+

0.005

!v C1

+

0.005

!v C2

1 2

0.6/0.25 YY3

+ 0.001,1.E-5 RL3

+ R1

1 +

C3 1.E-5 + R21M

+ R3

1M

+ R4

1M

+ R5

1M +

100 R6

+

48 R7

+

24 R8

+ R9 1.0E-6

+ R11 1.0E-6

+

1,0 RL4

1

i(t)

v(t) p12

v(t) v(t)

v(t) p11 i(t)

p8

iar

ibricr

ir

1 scope

Speed

#EDCp_Base# DC1

#EDCn_Base# DC3

meca_signals

scope Tm

Angle Slip Speed Teg

Tm Teg

DC_CBon

ASM

S R

N ASM1

?m

#GV#

#GPW#

+

10000 R10 scope

vas

P

p1 Q 1 2

0.6/0.6 YY1 scope

PrBTB

+ cSW1

?i>S+ cSW2

?i>S

Ib Ia Ic Va Vb P Vc Q

DEV2

MakePQ

ias ibs ics scope

Pse

P p3 Q scope PsBTB

DEV4 DEV5

+R12 0.1 +R13 0.1

Rotor_signals Stator_signals

DEV1 DEV3

DEV6

Teg

Slip Speed

theta_r

RotAL

BaW8

Ba8N

DC_CBon DC_CBon Bus3A

vpos1

vpos1 vneg1

vneg1

VdcH

VdcH VdcL

VdcL

Ba7K vs

is

igrid

ir

iconv vconv

stator_side_converter_signals stator_side_converter_signals

rotor_side_converter_signals

rotor_side_converter_signals

巻線型誘導発電機

直流系統 風車モデルより（機械トルク）

連系点に至る

系統側変換器用変圧器

系統側 変換器

回転子側 変換器

系統側変換器 制御系より

回転子側変換器 制御系より

置き換え

誘導機出力

系統側 変換器出力 連携点出力

抵抗分が無視できない程 大きかった。

3.4 周波数変換部の簡略化によるシミュレーションの高速化

図 3-15 スイッチング回路の簡略化EMTP-RVでの表現【DC連系型風力発電システム】

Bus DCN 750 kVA

PM Generator

Bus DCP

DCC

+

10k RdumI1

scope P_W scope Q_Var

P p5 Q +

1.0E-6 R3

+ 1.0E-6 R4

DC1

?v i

#EDCp_Bas e#

DC2

?v i

#EDCn_Bas e#

VM+ m1

?v /?v /?v

scope VDCP

scope VDCN

D1 D2 D3

v(t) p3

D1 D2 D3

+?i>S BrkHDN

+

0.1 Rhouden v(t) v(t)

p8 v(t) D1

D2 D3

Windmill_PMG

i(t) p6

+

RdumMY

?i 480 s w5

BrKR1

VM+ GenINVv t

?v /?v /?v scope

GPU1

scope DC_CBon_H

scope DC_CBon_L

D1 D2 D3

scope AC_CBon_Aa

scope AC_CBon_Ab

scope AC_CBon_Ac

D1 D2 D3

scope AC_CBon_Ba

scope AC_CBon_Bb

scope AC_CBon_Bc

+

10k RdumI2

s w5 Brk I1

Fus y a_Wref Pref Tm Vw Omega_1 Teta_1

p10 i(t)

D1D2

D3

GNU1c GNV1c GNW1c GPU1c GPV1c GPW1c

+

10k R2

+

R5 100k Bus R0

VM+ m2

?v /?v /?v

1 2

22/0.6 YgD_1

+ 0,0.00050809

RL1

+

C4 0.0171 !v

+

C5

!v 0.0171 AC_FILTER

DEV3

AC_Filter

GNU1c GNV1c GNW1c GPU1c GPV1c GPW1c S7 S8 S9

scopeS7 scopeS8

scopeS9

INVA1

DEV5

Vdc converter controller

GP_INVB1 AC_CBon_A AC_CBon_B Fusya_input

Omega Teta Vw V_REC_A I_REC_A V_REC_B I_REC_B

EdH EdL

DC_CBon_H DC_CBon_L Houden_CBon GP_INVA1

Vdc _c onv erter_c ontroller Vdc _c onv erter_c ontroller

INVB1

DEV9

+

5 R1 + BrkDCP

?i>S+ BrkDCN

?i>S

Omega_1

Omega_1 Teta_1

Teta_1 Vw

Vw

Vdc L

Vdc L EdH

EdH EdL

EdL

Houden_CBon

Houden_CBon

DC_CBon_H

DC_CBon_H

DC_CBon_H

DC_CBon_L

DC_CBon_L

DC_CBon_L

Vdc H

Vdc H Bus R1

Bus R12

v neg1 v neg1

Bus TY

v pos 1

v pos 1

GenINVv t V_REC_A

V_REC_A

I_REC_A

I_REC_A

V_REC_B

V_REC_B I_REC_B

I_REC_B Fus y a_output

Fus y a_output AC_CBon_A

AC_CBon_A

AC_CBon_A

AC_CBon_B

AC_CBon_B AC_CBon_B

GP_INVA1

GP_INVA1 GP_INVA1

GP_INVA1 GP_INVA1

GP_INVB1 GP_INVB1

GP_INVB1

永久磁石式動機発電機 直流系統

連系点

変換器

変換器制御系

変換器

置き換え

図 3-16 スイッ系統側変換器・回転子側変換器（短刑電圧で模擬した場合）

目標電圧

（変換器制御系より）

直流系統に接続

直流系統 への注入電流 交流系統

に接続する電圧源 Ed

Icw Vcw Icv Vcv Icu

IvrbVcu     Ed

Icw Vcw Icv Vcv Icu

IvrbVcu    

直流電圧値 交流系統に接続

3.4 周波数変換部の簡略化によるシミュレーションの高速化

3.4.2 モデル簡略化による等価式

この簡略化は、自励変換器は交流系統から見た場合、一般的には電圧源と考える事が 出来ること、また直流回路から見た場合は電流源と見なすことが出来る事に基づいている。

つまり、図 3-17 に示すように、

（１） 変換器の交流側はIGBTの転流動作により、直流電圧を切り刻む形で矩形波 の交流電圧を発生している。つまり、直流電圧をスイッチングにより裁断した 電圧であるため交流系統から見て電圧源として機能する。

（２） 変換器の直流側は裁断された電流が可変電流源的に直流回路に流入するので、

電流源で模擬出来る。

との想定により、交流側を可変電圧源Vc, 直流側を可変電流源Ivrbで模擬し、両者の 関係を式（γ）で表現する。

本研究では、この電圧・電流のうち基本波だけに着目することとし、各相の交流側の電 圧源に点弧パルスを作成する際に用いられる目標電圧

Vcu

*，

Vcv

*，

Vcw

*を使用するこ とで高速化を図った。（【図 3-5】【表 3.1】参照）

図 3-17 交流

Ed

Icw Vcw Icv Vcv Icu

Ivrb  Vcu     

ここで、添字u

,

v

,

wはu相

,

v相

,

w相を表現する。

Ivrb

：直流系統に注入される可変電流源

Vc

：矩形波可変電圧源

点弧パルスを作成する際に用いられる目標電圧を用いる

Ic

：矩形波可変電圧源を通過する電流

Ed

：直流電圧

Voltage at AC side of converter

reference voltage for converter

Time Voltage

(γ)

ドキュメント内 第 2 章 太陽光発電の発電量予測手法の導出 ... 25 (ページ 75-80)