シミュレーションと解析

パフォーマンスの向上、解析のツールと手法

解析関数と Simscape™ のログ変数を使用して、高調波データの解析、集計、プロットを行います。半導体のスイッチングイベントおよび伝導損失に起因する熱損失をシミュレートします。電力潮流計算を実行し、結果を使用して AC 定常状態シミュレーションを初期化します。

Simscape ブロック

Busbar	電力潮流計算の母線コネクタ
Load Flow Source	Three-phase voltage source for performing load flow analysis

関数

`ee_calculateFluxPartialDerivatives`	Calculate flux partial derivatives for FEM-Parameterized PMSM block
`ee_calculateThdPercent`	Compute the total harmonic distortion (THD) percentage
`ee_comtradeDataset`	Read and extract values from COMTRADE record (R2020b 以降)
`ee_getBillOfMaterials`	Generate report for current model and all subsystems (R2020b 以降)
`ee_getCauerFromFoster`	Get equivalent resistance and capacitance vectors for Cauer Thermal Model block from Foster Thermal Model block (R2022b 以降)
`ee_getEfficiency`	Calculate efficiency as function of dissipated power losses
`ee_generateIdealPMSMfluxData`	Generate tabulated flux linkage data for ideal PMSM
`generateMotorDriveROM`	Generate reduced-order model of motor drive system (R2024a 以降)
`ee_getHarmonics`	Return harmonic orders, magnitudes, and fundamental frequency
`ee_getNodeDvDtSummary`	Calculate maximum absolute values of terminal voltage time derivatives (dv/dt) based on logged simulation data
`ee_getNodeDvDtTimeSeries`	Calculate rates-of-change of voltage variables
`ee_getPowerLossSummary`	Calculate dissipated power losses and switching losses
`ee_getPowerLossTimeSeries`	Calculate dissipated power losses and switching losses, and return time series data
`ee_importDeviceParameters`	XML ファイルから Simscape Electrical IGBT (Ideal, Switching) ブロック、MOSFET (Ideal, Switching) ブロック、および Diode ブロックへのデバイスパラメーターのインポート (R2021b 以降)
`ee_plotHarmonics`	Plot percentage of fundamental magnitude versus harmonic order

解析ツール

高調波アナライザー	Simscape ログノードの高調波スペクトルを解析してプロットする
電力潮流アナライザー	三相の AC、DC、または AC/DC 混合回路網について、定常状態の電圧の大きさと位相角、および有効電力と無効電力の電力潮流を判定する

トピック

モデルのシミュレーションデータログコンフィギュレーションの確認
モデルのデータログが有効であるかどうかを判別する。
オフライン高調波解析用の Simscape Electrical 関数の選択
Simscape Electrical™ の高調波解析関数の機能を調べる。
Simscape Spectrum Analyzer ブロックを使用したオンライン高調波解析の実行
Spectrum Analyzer ブロックを使用して高調波歪みを解析する方法の説明。
電力損失解析の実行
Simscape Electrical の半導体ブロックの電力損失を計算する。
Simscape Electrical を使用した電力潮流計算の実行
Simscape の三相電気ドメインを使用した、三相 Simscape Electrical 回路網の電力潮流計算の実行方法の説明。
分割ソルバーを使用するシミュレーションのブロック設定の最適化
関数 ee_updateSolver を使用して特定のソルバーを使うシミュレーション用にモデルを構成することにより、シミュレーションエラーを回避する。
Simscape コンポーネントを使用したフェーザモードのシミュレーション
周波数と時間方程式の定式化を使用するようモデルを構成する。

注目の例

三相整流器の高調波解析

この例では、Simscape™ のログデータを解析して高調波の振幅を取得する関数、全高調波歪みの割合を計算する関数、高調波の振幅をプロットする関数の使用方法を説明します。この解析対象のモデルは、三相整流器です。説明する関数は次のとおりです。

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この例では、2 母線の三相電力システムネットワークのモデルについて説明します。このモデルでは、Simscape™ Electrical™ の Load Flow Source ブロックのインスタンスを 3 つ使用します。そのうち 1 つはスイング母線として、1 つは PV 母線として、1 つは PQ 負荷として構成されています。PV 母線は、電圧が定格電圧の 1.025 倍になるように、また 80 MW の有効電力をネットワークに供給するように、出力を調整します。スイング母線は、伝送線路のもう一端の電圧を定格電圧の 1 倍になるように調整し、全体的な有効電力と無効電力が均等になるように、必要な電力をネットワークに供給します。Simscape 初期化ソルバーは、定常状態で開始するように、PV 母線とスイング母線の両方で必要な内部初期電圧の振幅と位相を特定します。

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IEEE 9 母線電力潮流

この例では、9 母線の三相電力システムネットワークのモデルについて説明します。この例は、IEEE® のベンチマークテストケースに基づいています。詳細については、「Power System Control and Stability」 (P. M. Anderson および A. A. Fouad 著、IEEE Press、2003) を参照してください。Simscape™ は、発電機のうち 2 つを指定した電力および端子電圧に初期化し、残りのスイング母線発電機を指定した電圧のみを満たすように初期化します。結果の電力潮流の解は、シミュレーション後に各母線に付加されます。4 つの行はそれぞれ、pu 電圧、位相、有効電力、無効電力に相当します。母線 1 を見ると、スイング発電機が 76.4 MW の有効電力と 27.5 MVAr の無効電力をネットワークに供給していることが、注釈から確認できます。元のベンチマークとの違いは、使用されている伝送線路モデルと変圧器の構成によるものです。

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IEEE 9 母線システム

この例では、9 母線の三相電力システムネットワークをモデル化する方法について説明します。この例は、IEEE® のベンチマークテストケースに基づいています。詳細については、『Power System Control and Stability』 (P. M. Anderson および A. A. Fouad 著、IEEE Press、2003) を参照してください。

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電力潮流を使用した誘導モーターの初期化

この例では、電力潮流計算の一環として三相誘導モーターを初期化する方法を説明します。AC 回路網に直接接続されている誘導機を初期化する場合、定常状態では 1 つの自由度があり、これはシャフトのトルク、シャフトの動力、モーター回転数、電力のいずれか 1 つによって設定できます。

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電力潮流を使用した同期機の初期化

この例では、電力潮流計算の一環として同期機を初期化する方法を説明します。同期機を初期化する場合は 2 つの自由度があり、これは回転子の角度、有効電力、無効電力、端子電圧のうちいずれか 2 つによって設定できます。制約される変数のペアはソースタイプのドロップダウンメニューで設定します。これには [スイング母線]、[PV 母線]、[PQ 母線] のオプションがあります。ここでは、pu 電圧を 1.02、位相を 0 度として、スイング母線用にマシンを構成します。

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JFET アンプと周波数応答解析

この例では、N チャネル JFET に基づくオーディオアンプ回路を示します。目標操作点は Vds = 5 V、Id = 2 mA、Vgs = -2 V とします。メーカーのデータシートでは、順伝達コンダクタンスと出力コンダクタンスの値をそれぞれ 3 mS、50 uS としています。これらの値を使用して、N-Channel JFET ブロックのマスクが入力されます。

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三相整流器の電力損失解析

この例では、関数 ee_getPowerLossSummary と変数 power_dissipated を使用して電力損失解析を実行する方法を説明します。Rectifier には 6 つの Diode ブロックが含まれています。D1、D2、D4 および D5 の各ダイオードは、0.5 秒のシミュレーションの間に平均で 52.19 W を消費します。D3 および D6 の各ダイオードは、同じ期間に平均で 52.22 W を消費します。これは、t = 1e-3 秒の前に、ダイオードが DC 負荷コンデンサの充電による 340 W の過渡電力損失スパイクにさらされるためです。各ダイオードで、整流器が定常状態で動作しているとき (t = 0.4 ～ 0.5 秒) に消費される平均電力は 52.19 W です。

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パワーコンバーターの損失の計算

この例では、関数 ee_getPowerLossSummary と変数 power_dissipated を使用してパワーコンバーターの損失を計算する方法を説明します。パワーコンバーターには 6 つの Diode ブロックが含まれています。D1、D2、D4 および D5 の各ダイオードは、0.5 秒のシミュレーションの間に平均 52.19 W を消費します。D3 および D6 の各ダイオードは、同じ期間に平均 52.22 W を消費します。これは、t = 1e-3 秒の前に、ダイオードが DC 負荷コンデンサの充電による 340 W の過渡電力損失スパイクにさらされるためです。パワーコンバーターが定常状態で動作しているとき (t = 0.4 ～ 0.5 秒) に、各ダイオードの平均電力損失は 52.19 W です。

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AC/DC 混合システムの電力潮流

この例では、電力潮流アナライザーを使用して AC/DC 混合システムの電力潮流結果を確認する方法を説明します。この解析対象のモデルには、AC 電力潮流電源、三相整流器、および 3 つの負荷が含まれます。負荷の 1 つは AC で、1 つは DC 側で常時接続されており、1 つは DC 側で切り替えられます。