スイング方程式は、電力システムのダイナミクス、特に三相同期発電機などの発電ユニットの動作を分析するための基本的なツールです。この方程式は、ニュートンの運動の第2法則を発電機のローターに適用することで生成され、慣性、角加速度、機械的トルクと電気的トルクの相互作用などの要素を網羅しています。
定常運転では、発電機に供給される機械的トルク (T_m) は、生成される電気的トルク (T_e) とバランスが取れています。このバランスは、ローターの角加速度と加速トルク (T_a) がゼロであることを意味し、それによって一定のローター速度または同期速度が維持されます。このバランスからの偏差は、T_m がT_e を超えてローター速度が上昇するか、T_e がT_m を超えてローター速度が低下するときに発生します。
回転子の位置 (δ) は、通常、静止した軸ではなく同期回転する基準軸を基準として測定されるため、分析が簡単になります。さらに、単位当たり (p.u.) システムを使用して電力を表すと、正規化された慣性定数 (H) を使用するのと同様に、計算が簡単になります。単位当たりのスイング方程式は、非線形二次微分方程式で、次のように表されます。
ここで、δ はローター角度、ω_syn は同期角速度、H は正規化された慣性定数です。この式は、電力とローター速度の両方の可変特性を扱う過渡安定性研究にとって極めて重要です。
計算を容易にするために、スイング方程式は多くの場合、次の 2 つの一次微分方程式に再定式化されます。
この変換により、より効率的な数値積分とシミュレーションが可能になります。
スイング方程式の役割は、風速に応じて機械的トルクが変化する風力タービン発電機などの変動条件下でのローターダイナミクスの予測にまで及びます。これらのダイナミクスを正確に予測することは、グリッドの安定性を維持し、一時的な障害がシステムの不安定性や障害につながらないようにするために不可欠です。したがって、スイング方程式を理解して適用することは、現代の電力システムにおける信頼性の高い運用と制御に不可欠です。
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