MATLAB、Simulink、Simscape Electrical を活用したユーティリティ規模の電力系統
分散型エネルギー源とインバーターベース電源を含む大規模電力系統を解析、設計、シミュレーション
電力系統エンジニアは、MATLAB、Simulink、Simscape Electrical を活用して、送配電ネットワーク全体の電力系統アーキテクチャ、制御戦略、系統連系ワークフローを設計、シミュレーション、検証できます。これらの製品は、再生可能エネルギー、マイクログリッド、エネルギー貯蔵システム、EV 充電ネットワークといった新世代型インバーターベース電源 (IBR) のシミュレーションを可能にする解析・モデリング機能を提供し、以下を実現します。
- 高忠実度の電気/制御モデルを用いた、IBR ベースの電力系統アーキテクチャや制御戦略のモデリングとシミュレーション
- インバーターベース電源と分散型エネルギー源の系統連系に関する統合・安定性解析の実施、電力会社や地域系統コードの要件に対する連系検討の支援
- マイクログリッドとエネルギー貯蔵システムの性能評価 (監視制御、給電指令アルゴリズム、グリッドフォーミング/グリッドフォローイング型インバーターの挙動を含む)
- 大規模 EV 充電に起因する配電網への影響分析、電力品質への影響評価、系統を考慮した充電制御戦略のプロトタイピング
インバーターベース電源を含む電力系統アーキテクチャのモデリング
エンジニアは、MATLAB、Simulink、Simscape Electrical を使用して、IBR ベースの電力系統アーキテクチャをモデル化し、系統連系の解析を実施するとともに、再生可能エネルギー発電、エネルギー貯蔵、マイクログリッドなどの各用途に適した制御戦略を設計できます。
風力・太陽光・エネルギー貯蔵システムのアーキテクチャ開発
Simulink と Simscape Electrical のライブラリには、パラメーター化された電気コンポーネントとシステムモデルがあらかじめ構築されているため、エンジニアは再生可能エネルギーの発電システムとエネルギー貯蔵システムのアーキテクチャを開発・評価できます。
- 風力タービンや太陽光発電 (PV) アレイのモデリングとシミュレーション (単体または送配電システム内)
- バッテリー、スーパーコンデンサ、水素システムなどのエネルギー貯蔵テクノロジーの組み込み
- デスクトップ シミュレーションの実行による再生可能エネルギーシステムの定常状態と動的応答の解析
- システム構成の検討、発電・エネルギー貯蔵設備に関する設計のトレードオフ評価
- 電磁過渡現象 (EMT) とフェーザ領域の両シミュレーションを用いたシステム挙動の解析 (マイクロ秒-数年のタイムスケール)
使用例
再生可能エネルギーとエネルギー貯蔵システム向け制御システムの設計と検証
Simulink と Simscape を使用することで、電圧・電流制御、周波数の安定化、最大電力点追従 (MPPT) の制御戦略を設計し、再生可能エネルギーシステムと貯蔵システムの制御機能をテストできます。
- 有効/無効電力の応答シミュレーションと保護機構の実装
- 位相バランス機能を備えたコンバーターやアクティブフィルターを用いた電力品質問題の解析と抑制
- 設計初期段階でのエラー検出 (Simulink Design Verifier)、テストケース生成 (Simulink Test)、テストカバレッジ確認 (Simulink Coverage)
- Simulink モデルから組み込みコントローラー向けに最適化された量産コードを生成
- プラントモデルのコード生成、正常/故障時の動作条件下におけるハードウェアインザループ (HIL) による制御アルゴリズムのリアルタイム検証
モデルベースデザインを活用することで、要件定義からプロトタイプテストまでの全工程を 1/5 程度に短縮できます。
使用例
IBR ベースシステムの系統連系と安定性の解析
電力系統にインバーターベース電源 (IBR) が増設されるにつれて、同期慣性の低下や高速なコンバーター制御により、安定性、保護、電力品質に関する新たな課題が生じます。MATLAB、Simulink、Simscape Electrical は、エンジニアが再生可能エネルギー発電設備とエネルギー貯蔵システムにおける高調波の相互作用、電圧・周波数の応答、制御の相互作用、故障時の運転継続性能を評価する際に役立ちます。
系統連系と連系検討の実施
Simscape Electrical を使用すると、エンジニアは再生可能エネルギー発電、エネルギー貯蔵、マイクログリッドなどを送配電ネットワークモデルに連系させることができます。これにより、電力会社、地域、連系の要件に照らしたプラント制御や運用戦略の評価が可能になります。
- 異なるシステム アーキテクチャ間で再現可能な方法で運用シナリオを確立
- 複数の運用シナリオをモデル化して同時に実行
- 電圧ステップテストや電力系統イベントなどの現場データを再生して、実測値とモデルを比較
- IEEE 1547 や NERC PRC-024 などの系統コードに照らして、電圧・周波数性能を評価し、適合性を確認
系統挙動のシミュレーションとシステム応答の最適化
MATLAB、Simulink、Simscape Electrical を活用して、正常/故障時の動作条件下におけるプラント/ネットワークレベルの挙動をシミュレーションし、送配電の分析を通してシステム応答を評価できます。
- 自動パラメーター推定、データ再生、オフラインのステップテストとオンライン性能監視でプラントモデルの検証を実施し、規制要件に対応
- 最適化ツールを用いてパラメーター調整を自動化して、機器の容量や配置の調整に活用し、IEEE 1547 などの系統コードに対する分散型電源システムの適合性を評価
- モンテカルロ シミュレーションを用いて、送配電ネットワーク構成全体の不確実性と運用変動を解析
- MATLAB Report Generator を使用して、シミュレーション結果をまとめたレポートを自動生成して公開
使用例
マイクログリッド、EV 充電システム、エネルギー貯蔵システムの設計と解析
エンジニアは MATLAB、Simulink、Simscape Electrical を活用して、次世代のマイクログリッド、スマートグリッド、EV 充電インフラを開発できます。ネットワーク アーキテクチャのモデリングとシミュレーション、システムレベルの解析、エネルギー管理や制御戦略の開発が可能です。
MATLAB、Simulink、Simscape Electrical は、バッテリー、太陽光発電アレイ、バックアップ発電機といった電気コンポーネントの容量設計を支援します。これらの製品は、システムをモデル化してシミュレーションを同時に実行することで、システムの運用検討、実現可能性評価、構成の最適化を可能にします。
マイクログリッド電力システムの設計
MATLAB、Simulink、Simscape Electrical を活用して、マイクログリッドの設計と解析を行うことができます。
- マイクログリッド システムのモデルを系統 (ユーティリティ グリッド) モデルに統合
- 電源や負荷の変動による配電網や電力系統への影響を把握して予測
- さまざまな電源や負荷に対応した監視制御とエネルギーマネジメントシステムを開発
- リアルタイムマシンを用いたハードウェアインザループ (HIL) シミュレーションで、マイクログリッドのエネルギー管理アルゴリズムをテスト
使用例
使用例
エネルギー貯蔵システムの設計
Simulink と Simscape 製品を使用して、エネルギー貯蔵システムをモデル化し、電力系統との連系シミュレーションや制御戦略の設計を行うことができ、ピーク需要時の負荷平準化 (ピークシェービング) や変動抑制のための制御も可能です。
- バッテリーシステムや他のエネルギー貯蔵手段のほかに、インバーター、発電機、スイッチなどの電気設備のバランスをモデル化してシミュレーション
- プラントモデル シミュレーションを用いて、さまざまな運用条件下でエネルギーマネジメントシステムの閉ループと監督制御アルゴリズムを開発、検証
- 大規模電力系統の一部としてエネルギー貯蔵システムの電力システムを解析
- エネルギー貯蔵システムのコントローラー向けに、Simulink モデルから欠陥のない最適化された C コードを生成
- Simscape のエネルギー貯蔵システムと他の電気コンポーネント モデルからコードを生成し、正常/故障時の動作条件下で HIL テストを実施
使用例
リソースとサポート
ドキュメンテーション
