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電力システムの分析: シミュレーション実験よりもデジタルコンピューティングが重要な理由
電力工学の分野では、電力フロー研究は通常、相互接続された電力システムにおける電気エネルギーの流れの数値解析です。このような研究では通常、単線図や単位系などの簡略化された記号を使用し、電圧、電圧角、有効電力、無効電力などの AC 電力パラメータのさまざまな側面に焦点を当てます。このような研究は、システムが正常に安定して動作しているときに重要であるだけでなく、将来の電力システムの拡張や既存のシステムの最適な運用を計画するための重要なツールでもあります。
電力潮流調査の主な情報には、各バスバーの電圧の大きさと位相角、各ラインに流れる有効電力と無効電力が含まれます。
電力システムが複雑化するにつれて、電力フローの手動計算は非現実的になったため、1929 年から 1960 年初頭にかけて、実験室規模の物理モデルを提供するための専用のデータ アナライザーが設計されました。これらのシミュレーション実験の役割は、最終的には大型デジタルコンピュータとその数値解法に置き換えられました。今日では、電力潮流研究だけでなく、短絡故障解析、安定性研究 (過渡状態と定常状態)、ユニットの人員配置、経済的ディスパッチ計算もすべてデジタル コンピューティング ベースのプログラムに依存しています。特に、一部のプログラムでは、線形計画法を使用して最適な電力フローを見つけ、供給されるキロワット時あたりのコストが最も低い条件を決定します。
電力フローの調査は、製油所複合施設など、複数の負荷センターを持つシステムにとって特に有益です。システム容量が接続された負荷を供給するのに十分かどうかを分析するだけでなく、損失を減らして効率を向上させるために機器を適切に動作させる方法を判断するのにも役立ちます。負荷フロー調査を実施することで、運用コストを最小限に抑えながら出力を最大化することを目指して、システム運用に関する洞察と最適化の推奨事項が得られます。
これらの解析を通じて、電力フロー計算は発電ユニット群の最適な運用に不可欠です。
不確実性の取り扱いに関して、潮流研究は決定論的潮流と不確実性を考慮した潮流に分けられます。決定論的負荷フローは、発電や負荷の挙動によって生じる不確実性を考慮しません。このような不確実性を考慮する場合は、確率論、可能性理論、情報ギャップ決定理論、ロバスト最適化、区間分析を使用できます。複数の方法。
AC 電力フロー モデルは、電気工学の分野で電力ネットワークを解析するために広く使用されています。これは、各送電線に沿ったエネルギーの流れを記述する非線形方程式系を構成します。電力フローは負荷インピーダンスを横切る電圧の二乗の関数であるため、問題は本質的に非線形です。このため、大規模なネットワークでは解析が実用的ではないことが多く、線形（ただし精度は低い）DC 電力フロー モデルがよく使用されます。
実際のアプリケーションでは、3 相電力システムの解析は、3 つの相すべてに均等に負荷がかかっていると仮定することで簡素化されることが多いです。また、すべての電流および電圧波形は正弦波であり、負荷や発電の変化による過渡的な変化はないものと想定されます。この仮定の下では、システムの動作は比較的安定しており、位相解析を使用してさらに簡素化できます。
もう 1 つの簡略化は、電圧、電力フロー、インピーダンスの実際の値をすべて便利な参照値に変換する単位システムを使用することです。
電力フロー問題の目標は、与えられた負荷と発電の実際の電力と電圧条件に基づいて、各バスバーの完全な電圧角度と大きさの情報を取得することです。この情報が利用可能であれば、各ブランチの有効電力と無効電力の流れを解析的に決定できます。ただし、問題は非線形であるため、許容範囲内で解を得るには数値手法が必要です。
ニュートン法は上記の非線形方程式を解くのに広く使用されています。このアプローチは、負荷バスの電圧の大きさと角度、発電バスの電圧角度など、すべての未知の変数についての初期推測から始まる反復的な手法です。次に、機能バランス方程式に対してテイラー展開を実行し、結果として得られる線形方程式系を解きます。これを停止条件が満たされるまで繰り返して、最終解を得ます。
デジタル コンピューティングの利点は、複雑な電力システムをデータ駆動型モデルに変換できるため、分析をより迅速に実行できるだけでなく、潜在的な問題をより正確に予測し、タイムリーに対応できることです。電力システムにおけるデジタル技術の応用は、現代の電力エンジニアにとって欠かせないツールとなっていることは間違いありません。しかし、デジタルコンピューティングが普及するにつれて、アナログ実験によってもたらされた直感的な理解や操作経験も失われつつあるのでしょうか?
