電力系統瞬時値解析プログラムXTAPの開発

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(1)主要な研究成果. 電力系統瞬時値解析プログラム XTAP の開発背景実効値ではなく波形レベルで解析を行う瞬時値解析ツールは、従来からの異常電圧・電流の解析に加えて、近年では電力品質の解析やパワーエレクトロニクス機器（PE 機器）を含む解析に用いられるようになった。 PE 機器を含む解析では、インダクタ電流やキャパシタ電圧が急変する現象を正確に計算する必要があるが、現在標準的な瞬時値解析ツールとなっている EMTP ＊ 1 を用いた場合、インダクタ電流・キャパシタ電圧急変の直後に実現象では生じない数値振動が発生する等の問題がある。また、利便性の面から、新規モデル開発のニーズに対応して柔軟に拡張可能な解析プログラムが求められている。. 目的 PE 機器を含む解析に対しても解析性能が高く拡張性に優れた電力系統瞬時値解析プログラムを開発する。. 主な成果 1．プログラム開発当所では、電力系統瞬時値解析プログラム XTAP（eXpandable Transient Analysis Program）の開発を進めている（関連報告書参照）。本プログラムが有する解析モデルや機能を図 1 に示す。また、XTAP は EMTP と比べて以下の特徴を持つ。（1）インダクタ電流・キャパシタ電圧急変時の計算精度解析においてインダクタ電流やキャパシタ電圧が急変する場合、EMTP では実現象には生じない数値振動を生じる場合がある。一方、XTAP では積分手法に 2 段対角型陰的ルンゲクッタ法を採用しているため、そのような数値振動を生じない。従って、PE 機器を含む解析に有利である。（2）新規モデル追加時のプログラムの保守性 EMTP では新規モデルの追加に解析プログラム本体の改変が必要となるが、XTAP ではオブジェクト指向設計を採用して解析プログラム本体の改変なしに新規モデルの追加を可能としている。このため、モデル開発作業が容易である。 2．解析例実用的な解析の一例として、XTAP によりスイッチング素子の動特性を考慮して PWM インバータの解析を行った結果を図 2 に示す。動特性が精度良く再現され、シミュレーションにより事前の損失評価が可能となった。XTAP は本例のような実用的解析に利用される段階に達した。. 今後の展開各種モデル、モデル定数データベース、ユーザインターフェース等を拡充し、実務に十分耐えうるものとする。主担当者関連報告書. 電力技術研究所高電圧・電磁環境領域主任研究員野田琢「電力系統瞬時値解析プログラムの開発（その1）」電力中央研究所報告：H06002（2007年3月）「電力系統瞬時値解析プログラムの開発（その2）」電力中央研究所報告：H07004（2008年5月）「周波数領域分割法に基づく瞬時値解析用送電線モデル」電力中央研究所報告： H07005 （2008 年 4 月）「インバータシミュレーションプログラムの開発（その 1）」電力中央研究所報告： R06017 （2007 年 7 月）. ＊ 1 ：Electro-Magnetic Transients Program の略で電力系統の瞬時値解析に標準的に用いられているプログラム。最新版は EMTP-RV。. 74.

(2) 4．電力流通. 解. 基本回路素子 RLC，非線形RLC，各種電源・スイッチ等. 析モ. 可能となった解析. パワエレ機器模擬要素. パワエレ機器を含む解析. 制御スイッチ，PWM発生素子等. 動特性解析，連系の解析等. 送電線，地中ケーブルモデルデ. 電力品質解析. 一定定数，周波数依存（相領域）. 高調波解析，瞬低解析等. ル. 同期発電機・制御系モデル. 異常電圧解析. Y法互換. 各種サージ・過電圧解析. 機. 線路定数計算機能. 異常電流・共振解析. 電線・ケーブルDB，視覚的入力. 突入電流解析，鉄共振解析等. 能. ユーザ・インターフェースユーザモデル定義，モデルライブラリ化等. 図1 XTAPが有する解析モデルおよび機能. 直流電源インバータ電圧，電流 U V. current [A]. voltage [V]. 4 【U-V相電圧】 400 200 0 -200 -400 5 10 【負荷電流】 30 20 10 0 -10 -20 -30. U. 5. 15 V. 10. 5214.9. 5215. 5215.1. 5214.7 5214.8 5214.9 【ドレイン・ソース間電圧】 500 400 300 200 100 0 5214.7 5214.8 5214.9 【ドレイン電流】 30. 5215. 5215.1. 5215. 5215.1. 5215. 5215.1. voltage [V]. 10 0. current [A]. voltage [V]. current [A]. 5214.7 5214.8 【ゲート電流】 1. デバイス電圧，電流. 15 time [ms]. 【ゲート・ソース間電圧】. ソース. スイッチング時の過渡電圧・電流特性を詳細に再現する MOSFET およびダイオードのモデルを使用。. W. 25. 負荷ゲート. 0 -1. 20 10 0 5214.7. 5214.8. 5214.9 time [μs]. 図2 解析例：スイッチング素子の動特性を考慮したPWMインバータの解析. 75. 25. 20. W ドレイン. 20.

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