電力変換システムの高精度・高効率シミュレーション法の研究

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20560282
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電力工学・電力変換･電気機器
• 研究機関: 同志社大学
• 研究代表者: 加藤 利次 同志社大学, 理工学部, 教授 (40148375)
• 研究分担者: 井上 馨 同志社大学, 理工学部, 准教授 (60343662)
• 研究協力者: 藤原 義大 同志社大学, 工学研究科, 学生(当時) ; 久見木 雄大 同志社大学, 工学研究科, 学生(当時) ; 香川 大輔 同志社大学, 工学研究科, 学生(当時) ; 三宅 裕希 同志社大学, 工学研究科, 学生(当時) ; 奥田 大介 同志社大学, 工学研究科, 学生(当時) ; 江崎 佐奈 同志社大学, 工学研究科, 学生(当時) ; 古賀 文瑛 同志社大学, 工学研究科, 学生(当時) ; 東山 弘治 同志社大学, 工学研究科, 学生(当時) ; 寺西 康弘 同志社大学, 工学研究科, 学生(当時) ; 山根 雅史 同志社大学, 工学研究科, 学生 ; 向山 直樹 同志社大学, 工学研究科, 学生 ; 吉田 圭亮 同志社大学, 工学研究科, 学生
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: シミュレーション / マルチレートシステム / 電力変換システム / 包絡追跡法 / 周期定常解析法 / 低次元モデル / 誘導機の固定子巻線故障診断 / 並列処理

研究概要

本研究は電力変換器すなわちパワーエレクトロニクス(PE)システムのシミュレーションを高精度・高効率に実施するための手法の開発を目的とした。そのため本研究はモデリング過程およびシミュレーション計算過程の2つにより構成され、両過程において高精度高効率な処理法の開発を行った。前者に関しては、周波数依存性のある素子を少数の集中定数素子で高精度・高効率にモデリングする低次元モデリング法を検討し、特に合成回路に負値の素子が発生しないような手法を開発した。さらにこの原理に基づいて作成したモデリングプログラムを用いることにより、測定周波数を考慮してPEシステムの簡潔なモデリングを行うことを可能とした。後者に関してはPEシステムのマルチレート性を有効に使って高効率にシミュレーション計算を行う回路分割法や周期定常解析法の開発を行ない、それらの並列処理化による高速化手法を開発した。最後にシミュレーション結果の実験システムによる検証を行ない、その妥当性を確認した。

研究成果

• [雑誌論文] ドメイン分割連成方式によるパワーエレクトロニクシステムのマルチレート解析法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤利次,井上馨,藤原義大
  • 雑誌名: 電気学会論文誌D 131巻,1号 ページ: 110-117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy-Based Digital Control of a Ripple Correction Circuit of an Unity-Power-Factor AC/DC Converter (2010)
  • 著者名/発表者名: Toshiji Kato, Kaoru Inoue, Koji Higashiyama
  • 雑誌名: IEEE ECCE 2010 ページ: 2620-2625
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multirate Analysis Method for a Power Electronic System by Multi-Domain Partitioning (2010)
  • 著者名/発表者名: Toshiji Kato, Kaoru Inoue, Yoshihiro Fujiwara
  • 雑誌名: the Twelfth IEEE Workshop on Control and Modeling for Power Electronics ページ: 1-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric Energy Comparison of an Induction Motor Driven by Optimal Torques for Various Operation Time Periods (2010)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Inoue, Yasuhiro Teranishi, Masatoshi Minamiyama, Toshiji Kato
  • 雑誌名: the 2010 International Power Electronics Conference ページ: 2477-2481
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Steady-State Computation of A Power Electronic Converter System by the Envelope Following Method (2010)
  • 著者名/発表者名: Toshiji Kato, Kaoru Inoue, Yudai Kumiki, Masashi Yamane
  • 雑誌名: the 2010 International Power Electronics Conference ページ: 672-679
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multirate Analysis Method for a Power Electric System by Circuit Partitioning (2009)
  • 著者名/発表者名: Toshiji Kato, Kaoru Inoue, Takayuki Fukutani, Yoshinori Kanda
  • 雑誌名: IEEE Trans.Power Electronics Vol.24, No.12 ページ: 2791-2802
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lumped Equivalent Circuit Model Synthesis for a Passive Element with Frequency-Dependent and/or Temperature-Dependent characteristics for EMC Simulation (2009)
  • 著者名/発表者名: Toshiji Kato, Kaoru Inoue, Daisuke Kagawa
  • 雑誌名: International Conference on Power Electronics and Drive Systems ページ: 150-156
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diagnosis of Multi-Phase Turn Faults of Induction Motor Stator Windings (2009)
  • 著者名/発表者名: Toshiji Kato, Kaoru Inoue, Daisuke Okuda
  • 雑誌名: International Conference on Power Electronics and Drive Systems ページ: 144-149
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lumped Equivalent Model Synthesis for a Passive Element with Frequency-Dependent and/or Temperature-Dependent characteristics for EMC Simulation (2009)
  • 著者名/発表者名: Toshiji Kato, Kaoru Inoue, Daisuke Kagawa
  • 雑誌名: International Power Electronics and Motion Control Conference ページ: 963-969
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Steady-State Simulation of a Power Electronic Circuit by Parallel Processing (2008)
  • 著者名/発表者名: Toshiji Kato, Kaoru Inoue, Junichi Ogoshi, Yudai Kumiki
  • 雑誌名: IEEE Power Electronics Specialists Conference ページ: 2103-2108
  • 査読あり
• [学会発表] パワーエレクトロニクスシステムの包絡追跡法による高効率な周期定常シミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 山根雅史,加藤利次,井上馨
  • 学会等名: 電気学会半導体電力変換研究会,SPC-11-14
  • 発表場所: 神戸ユニティー
  • 年月日: 2011-01-21
• [学会発表] 回路分割によるパワーエレクトロニクスシステムの並列回路シミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 古賀文瑛,井上馨,加藤利次
  • 学会等名: 電気学会半導体電力変換研究会,SPC-11-15
  • 発表場所: 神戸ユニティー
  • 年月日: 2011-01-21
• [学会発表] 高力率AC/DCコンバータのリップル補償回路のエネルギーベースのディジタル制御法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 東山弘治,加藤利次,井上馨
  • 学会等名: 電気学会半導体電力変換研究会,SPC-11-41
  • 発表場所: 神戸ユニティー
  • 年月日: 2011-01-21
• [学会発表] パワーエレクトロニクスシステムの系統的モデリングおよびシミュレーション技術:総論 (2009)
  • 著者名/発表者名: 加藤利次
  • 学会等名: 平成21年電気学会産業応用部門全国大会
  • 発表場所: 三重大学
  • 年月日: 2009-08-31