再エネ向け出力過渡特性や出力変動時における波形評価

背景

脱炭素社会の実現に向け、太陽光発電システムや風力発電システムなどの普及が進んでおり、再生可能エネルギーの利用がますます拡大しています。特に、太陽光発電や風力発電などの分散型エネルギーシステムの導入が進む中で、これらのシステムの効率的な運用が求められています。
一方、再生可能エネルギーは天候や環境条件に大きく左右されるため、発電量が変動しやすく、安定した電力供給を実現するためには、精密なエネルギー管理が不可欠です。また、系統連系においてもさまざまな問題があります。たとえば太陽光発電システムや風力発電システムなどの出力が大量に電力系統に連系された場合、電力系統の擾乱により一斉に解列（切り離し）されると電力品質に大きな影響を与えてしまいます。このような問題を防止するため、瞬時的な電圧低下や周波数変動が起こっても運転を継続できる運転継続性能が重要です。さらに、系統擾乱時においても電力品質を確保するために必要となる分散電源の運転継続性能要件の整備が引き続き進められています。

課題

運転継続性能を確認する際、太陽光発電システムや風力発電システムなどの出力過渡特性評価や出力変動評価を行うことがあります。この際、波形測定器を使用して電圧や電流を測定しますが、電圧実効値、電圧周波数、有効電力、無効電力、力率、効率などの電力パラメータも併せて測定・確認する必要があります。また、同一時間軸上で測定し、異常データなどを確認・監視するケースが増えています。
制御基板の評価では、主にパワーコンディショナ内のインバー タ制御の出力信号確認、電源電圧降下時の出力信号確認、制御信号と出力信号タイミング確認など、さまざまな評価仕様項目シートに従いながら波形測定を行います。評価時、各種信号間のタイミング確認のため、入力信号のパラメータを変更しながら制御基板の出力信号を複数測定することがありますが、データ測定後は表計算ソフトウェアなどによるデータ処理が必要になります。
さらに、測定項目の応答時間を確認する試験もあります。その際、測定回数が増えるとファイル数および長時間測定によるデータ量も同様に増え、表計算ソフトウェアによるデータ処理やグラフ作成にかかる時間が課題になります。データ測定後、すぐにソフトウェアを用いて応答時間が規格値内かどうか簡易比較を行うことで、評価時間を減らし、開発時間の短縮に貢献できます。

DL950、IS8000による課題解決

DL950

● 多彩なプラグインモジュール
● 高電圧・大電流の波形測定
● 電力パラメータ測定
● 分散型電源における測定

IS8000

● 複数波形データの同一時間軸表示・比較
● ズーム表示による波形詳細確認
● 測定パラメータ応答時間と規格との簡易比較

DL950による提案

多彩なプラグインモジュール

高速・高精度の電圧測定から温度、加速度、ひずみ、周波数、ロジック、およびシリアル通信データの計測など、多彩なプラグインモジュールをご用意しています。DL950 本体の8つのスロットに装着し、お客様の測定ニーズに合わせて柔軟に構成を組むことができます。

図1 スコープコーダDL950と多彩なプラグインモジュール

高電圧・大電流の波形測定

電力系統や発電システムでは、高電圧・大電流測定が必要な場合があります。高電圧測定では、高速200 MS/s・14ビット・絶縁モジュール（720212）と絶縁入力モジュール用プローブ（700929/702902/701947）を組み合わせることで1000 V（DC ＋ ACpeak）まで測定可能です。
大電流測定においては、電圧測定モジュールとAC/DCスプリットコア電流センサー（CT1000S）を組み合わせることで最大AC1000 A/DC1500 A*まで測定することができます。
AC/DCスプリットコア電流センサーは、測定ケーブルを切断せずに配線可能で、耐ノイズ性に優れ、広帯域においても安定して大電流を測定することが可能です。
* 動作環境温度 MAX ＋ 40℃以内になります。
*DL950 本体にプローブ電源オプション（/P4または/P8オプション）が必要です。

図2 AC/DCスプリットコア電流センサー CT1000S

電力パラメータ測定

電力演算（/G05オプション）は、電圧実効値、電圧周波数、有効電力、無効電力、力率、効率など、1系統で最大118種類の電力パラメータを演算し、電圧・電流波形と電力パラメータのトレンド波形を、同一時間軸上にリアルタイムで表示できます。
演算区間を入力信号のエッジに設定することで、1周期または半周期ごとに演算が可能なため、出力過渡時や出力変動時における過渡的な電圧・電流および電⼒パラメータの測定が可能です。また、演算した電力パラメータをトリガソースに設定できるため、瞬時的な電圧低下時や周波数変動時における電圧・電流・電力パラメータの変動も確認できます。さらに、電力パラメータに対しても、パラメータの自動測定、カーソル測定も可能です。

図3 単相電圧・電流波形と電⼒パラメータ演算の例

分散型電源における測定

風力発電タービンのように、距離が離れた複数箇所での発電効率を時刻同期して観測する必要がありますが、GPS *やIRIG信号*により高精度に時刻同期することができます。また、太陽光パネルで発電された直流電力をグリッドに載せるためのDC/AC 変換効率は高精度電力アナライザWT5000により高精度に計測することができ、DL950の電力解析結果とともに統合計測ソフトウェアプラットフォームIS8000で統合的に検証することができます。
*/C35オプション IRIG、GPSインタフェースが必要です。

IS8000による提案

複数波形データの同一時間軸表示・比較

DL950で測定したデータは、オフライン解析にて各測定データの時間軸を合わせ表示することが可能です。同期方法には絶対時刻や波形の先頭、末尾に合わせる方法以外にも、各波形のトリガ位置の情報を元に基準時間軸を合わせることができます。トリガ位置を基準とし表示することで、トリガが掛かった事象の前後関係を解析することなどに役立ちます。

図4　トリガ位置における2つのファイル表示例

ズーム表示による波形詳細確認

最大同時に4つまでズーム表示が可能です。波形の立上り・立下りなど複数個所を同時に詳細確認が可能です。

図5 最大同時に4つのズーム表示例

測定パラメータ応答時間と規格との簡易比較

測定項目の応答時間が規格値内かどうか簡易比較できます。
測定データCSVファイルと規格基準線CSVファイル（事前に作成が必要）の2つのファイルを読み込み、重ね合わせすることで規格基準内かどうかを簡易比較することができます*。
* 測定波形に再現性があることを前提とした波形比較になるため、簡易比較としております。お客様の環境にて事前の検証が必要になります。

図6 規格値との比較例