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SimPowerSystems 5
SimPowerSystems 5 電力システムのモデリングおよびシミュレーション SimPowerSystems™は、発電、伝送、配 電、および電力消費など、電力システムの モデリングやシミュレーションを行うツール であり、Simulink®の環 境を拡張します。 SimPowerSystemsは、三 相 機 械、電 気 駆動装置、およびフレキシブルACトランス ミッションシステム （FACTS）や風力発電 などの特定用途モデル向けのライブラリが あり、電力システムで使用される多数の電 気系コンポーネントのモデルを提供します。 周波数解析、全高調波ひずみ（THD） と負 荷潮流の計算、その他の主要な電力システ ムの解 析が、SimPowerSystems 専用の GUI 環境（PowerGUI）で実行できます。ま た、シミュレーションを高速化するために、 SimPowerSystemsモデルを離散化するこ とができます。 SimPowerSystemsは、自動 車、飛 行 機、 製造プラント、電力設備分野などで見ら れるような、複雑な自立型の電力システ ムの開 発に非 常に適しています。また、 SimPowerSystemsは、他のMathWorks 物理モデリング製品と組み合わせることで、 マルチドメイン物理システムにおける複雑 な相互作用をモデリングすることができま す。SimPowerSystemsのブロックライブ ラリおよびシミュレーション手法は、モントリ オールのHydro-Québec 社によって開発 されました。 主な機能 ■AC、DC、およびAC/DC 混在の電力システムモデルを構築す るためのモデリング環境を提供 フレキシブルACトランスミッ ■一般的なAC/DC 電気駆動装置、 ションシステム （FACTS） 、風力発電などの特定用途モデル向 けのライブラリを提供 ■モデル実行の高速化を可能にする離散化およびフェーザシミュ レーションモード ■理想的なスイッチングアルゴリズムによる、パワーエレクトロニ クス装置の高速で正確なシミュレーション ■回路の状態空間表現の取得、機械の負荷潮流の計算の解析 手法を提供 ■主要な電気技術のデモンストレーションモデルを提供 SimPowerSystemsによる非同期電動機およびディーゼ ル発電機の無停電電源装置（UPS）のモデル。Simulink のScopeブロックで観測した非同期電動機のステータ電 流と速度を表しています。 電力システムのモデリング SimPowerSystemsでは、回路図を描くよ うに、多数の電気系コンポーネントを組み 合わせることで、電力システムのモデルを 構築できます。電力システムモデルの各電 気系コンポーネントは、理想的な伝導路を 表す導線によって接続されます。この手法 では、電力システムの電気的な物理構造を 表現すればよく、電力システムを表す方程 式を導き出して組込む必要はありません。 SimPowerSystemsは、回路図のように表 されたユーザのモデルから電力システムの 挙動を特徴付ける微分代数方程式（DAE） を自動的に構築します。 これらの方程式は、 他のSimulinkでモデル化した部分と統合さ れます。 SimPowerSystemsでは、 AC駆動装置、 DC駆動装置、 風力タービン発電機、三相 要素、および FACTSモデル のライブラリが提供されてい ます。 SimPowerSystemsのSensorブロックを 使用して電力ネットワークの電流と電圧を 測定し、それらの信号を標準のSimulinkブ ロックに渡すことができます。Sourceブロッ クでは、Simulink 信号の値を電気的（電流 と電圧）変数に割り当てることができます。 また、SensorブロックとSourceブロックを 使用して、Simulinkで開発した制御アルゴ リズムをSimPowerSystemsのネットワー クに接続することも可能です。 カスタムコンポーネントのモデリング SimPowerSystemsでは、ライブラリに含 まれる基本要素をSimulinkブロックと組み 合わせて使用することで、カスタムコンポー ネントのモデルを作成することができます。 電気駆動、 その他のアプリケーション ライブラリ SimPowerSystemsは、下記の専門のアプ リケーションライブラリを提供します。 パワーエレクトロニクス： ダイオード、理想 サイリスタ、高精度サイリスタ、GTO、 スイッ チ、IGBTモデル、標準的なブリッジトポロジ の選択を可能にする汎用ブリッジ回路 FACTS： フレキシブルACトランスミッショ ンシステムのフェーザモデル 分散電源： 風力タービンのフェーザモデル 電気駆動： 編集可能な電気駆動系モデル。 これらのモデルには、各駆動系に含まれる 電動機、 コンバータ、 コントローラの詳細な 説明が含まれています。 制御・計測： 電圧 / 電流 /インピーダンス の測定、RMSの測定、有効 / 無効電力の SimPowerSystemsには以下のコンポーネ 計算、 タイマ/マルチメータ/フーリエ解析、 ントがあります。 電気駆動系ライブラリには、永久磁石型、 HVDC 制御、全高調波ひずみ、abc-dq0/ 同期型、 および非同期（誘導）型の電動機モ 電気素子： 線形および可飽和変圧器、 アレ dq0-abc 変換 デルが含まれています。コンバータ、 コント スタ/ブレーカー、伝送線モデル 三相コンポーネント： RLC負荷 / 分岐、ブ ローラは、上記の電動機のスピードやトルク π型伝送路、電圧源、 を制御するための、直接トルク制御やベクト 電気的動力装置： 同期型 / 永久磁石同期 レーカー / 短絡障害、 型 / 直流型の電動機モデル、励起システム、 トランス、同期 / 非同期発電機、電動機 /ア ル制御などといった最も一般的な手法が組 油圧タービンおよび蒸気タービン加減弁シ ナライザ / 計測 み込まれています。 ステムのモデル シミュレーション機能 SimPowerSystemsは、 電力システムネット ワークに対する3つの解析手法と、高周波 スイッチングを行うシステムに対するシミュ レーションパフォーマンスを向上させる理 想的なスイッチングアルゴリズムを提供し ます。 SimPowerSystems を 用 いることで、 Simulink内の可変ステップ積分アルゴリズ ムを使用し、非常に正確な電力システムモ デルのシミュレーションを行うことができま す。Simulinkの可変ステップ積分アルゴリ ズムの中には、実際の電力システムのモデリ ングの際によく生じる、スティッフなシステ ムを扱うものもあります。Simulinkのゼロク ロッシング検出機能により、機械の最高精 度で不連続性を確実に検出し、解決するこ とができます。 電力システムの解析手法 SimPowerSystemsは、以下のシステム解 析ツールを提供します。 ・定常状態の電圧および電流の表示 ・初期状態値の表示および変更 ・負荷潮流およびマシン初期化の実行 ・インピーダンスと周波数の測定値の表示 ・定常状態計算のレポートを生成 SimPowerSystemsのグラフィカルユーザ インタフェースは、電流と電圧の計測値と インダクタ電流およびキャパシタ電圧を含 む、すべての変数値の定常状態値を表示し ます。 負荷潮流計算エンジンは、同期型および非 同期型の電動機の初期電流を計算します。 必要とされる定常状態の電動機の状態を 回路に指定すると、SimPowerSystemsに よって負荷潮流が計算されます。結果として 得られたロータの位置、初期電流、 および内 部磁束は、自動的に電動機のパラメータに 書き込まれます。 SimPowerSystemsを使用することで、シ ミュレーションを行うことなく、電気系統ト ポロジを解析し、同等の状態空間モデルを 計算することができます。また、その状態空 間モデルをControl System Toolbox™の LTI Viewerインタフェースと接続して、時間 領域応答や周波数領域応答を得ることが できます。 離散化モードでは、固定時間ステップの台 形積分を用いてシステムのシミュレーショ ンを行います。 この手法はパワーエレクトロ ニクスデバイスを含む電力システムモデル に対して非常に効果的です。 また、 このモー ドは実時間でのモデルの実行を容易にし ます。 フェーザ解析は、回路を表現する微分方程 式を、固定周波数での代数方程式に置き換 えます。 フェーザシミュレーションは、 マルチ マシンシステムの過渡安定度の調査を容易 にします。 SimPowerSystemsの理想的なスイッチン グアルゴリズムを使用すると、パワーエレク トロニクスデバイスを含むシステムを高速 かつ正確にシミュレーションすることができ ます。このアルゴリズムは、高インピーダン スのスナバを持つ電流源に依存せずに、 シ ステムの状態空間表現の算出のための改 善された計算方法を使用して、 パワーエレク トロニクスデバイスをモデル化します。 この 方法により、 ソルバと結果を短いシミュレー ション時間でより柔軟に選択することができ ます。 SimPowerSystems の PowerGUI ダイアログボックス。 各ボタンをクリック すると、主要な電力システムの解析を実 行します。 www.mathworks.co.jp 可変ピッチの風力タービンで駆動される誘導 発電機を使用した9MWの風力発電プラント のSimPowerSystemsモデル。このモデル には、羽根のピッチ制御と保安システムが含ま れます。 MATLAB/Simulinkでの マルチドメイン物理モデリング SimPowerSystemsは、電力システムの モデリングのための拡 張された機 能を 提 供します。電 気 的 な 物 理 接 続により 電気系の物理プラントモデルを作成し、 Simulinkの信号フローを使用して作成さ れた制御モデルに直接接続することがで きます。SimPowerSystems モデルは、 MathWorks 製の他の用途固有 /ドメイン 固有の物理モデリングツールにも接続でき ます。 これにより、 マルチドメイン物理システ ムでの複雑な相互作用をモデリングするこ とが可能です。また、MATLAB®を使用し て、モデルのパラメータ化、 シミュレーション テストの自動化、出力データの解析、および システム性能の最適化を行うこともできま す。その結果、 システム全体（マルチドメイン 物理プラントとコントローラ）をMATLAB/ Simulink 環境でテストすることが可能とな ります。 動作環境 SimPowerSystemsには、以下の製品が必 要です。 ・MATLAB® ・Simulink® 動作環境の詳細につきましては、 www.mathworks.co.jp をご覧ください。 関連製品 ・SimDriveline ™ メカニカルな動力伝達システムのモデリ ングおよびシミュレーション ・SimElectronics ™ 電子・電気機械システムのモデリングお よびシミュレーション ・SimHydraulics® 油 圧システムのモデリングおよびシミュ レーション ・SimMechanics ™ メカニカルシステムのモデリングおよびシ ミュレーション ・Simscape ™ マルチドメイン物理システムのモデリング およびシミュレーション © 2009 The MathWorks, Inc. MATLAB and Simulink are registered trademarks of The MathWorks, Inc. See www.mathworks.com/trademarks for a list of additional trademarks. Other product or brand names may be trademarks or registered trademarks of their respective holders. 91682v00 07/09