様々なシステムパラメータを適切に決定しなければならない。様々なシステムパラメータを適切に決定しなければならない。その決定に必要なデータの収集には、長期間にわたる実験を要するため、すべてのパラメータの変動がシステムに与える影響をあらゆるパターンについて定量的に評価し、最適なパラメータを決定するのは困難である。そこで、効率よくシステム評価する手段として数値シミュレーションの導入が有効であると考えられる。数値シミュレーションは過去に蓄積された気象データを利用してパラメータの様々な組合せのもとで極めて短時間にシステム動作の解析ができ、その解析精度が高ければ高いほど太陽光発電システムの設計開発が高度化できる。このような背景のもと、本研究では、蓄電池を備えた太陽光発電システムの挙動を模擬する数値シミュレータの高精度化に関して重点的に検討を行った。新たなモデル式を導入することにより、高精度化の達成を試みた。モデル化が数値シミュレータの精度を左右することが挙げられる。従来から蓄電池充放電特性のモデル化は困難であることがよく知られている。本研究では蓄電池充放電特性の新しいモデル式として、充電電流値、および複数の係数を用いて対数関数により記述するモデル式を提案した。このモデル式により、様々な充電電流値の変化に応じた蓄電池電圧の変動を精度よく表現することが可能となった。蓄電池は残存容量がある値を超えると蓄電池電圧が急激に上昇することが知られており、この蓄電池電圧上昇率の変化点も係数を用いて記述されている。これらのモデル式内係数をいかにして決定するかが重要になるが、本研究では遺伝的アルゴリズムにより蓄電池電圧の計算誤差率が極力小さくなるように決定する手法を開発し、数値シミュレータの高精度化を実現した。その際、モデル式内係数の時間的変動が蓄電池の劣化状態を把握する指標となり得ることも、新たに見出した。検証用の例題として、広域災害時に対する太陽光無停電電源システムを取り上げ、提案手法の妥当性と有効性も確認した。以上の成果は、従来の太陽光発電システムの設計方法とは異なる新たな有効なアプローチを提案したものであり、他の様々な種類の太陽光発電システムの設計においても、十分に有効なものと考えられる。研究成果概要:機器の開発期間やコストを削減するためには、計算機を用いた最適化設計法の適用が極めて有効であると考えられるが、その普及率はいまだに期待の域には達していない。その主な理由の一つとして、実用的観点から判断したときの最適解の品質にまだ多く...機器の開発期間やコストを削減するためには、計算機を用いた最適化設計法の適用が極めて有効であると考えられるが、その普及率はいまだに期待の域には達していない。その主な理由の一つとして、実用的観点から判断したときの最適解の品質にまだ多くの問題点が残されていることが挙げられる。現場が抱えている複雑な非線形問題に対して反復計算を基本とする最適化設計法を適用した場合、計算精度を実用十分なレベルに保持しようとすれば、工学的に許容できる計算時間の範囲内で最適解を得ることが困難となる場合が多い。計算によって得られた情報を基に設計者が最終的な設計パラメータを決定する際、従来の最適化設計法では単一の最適解が示されるのみで、各設計変数が評価関数値に及ぼす影響なども不明確である場合が多く、設計者にとって十分な情報が得られているかは疑問の余地が残る。Methodology)の導入・実用化を試みた。RSMを導入する最大の利点の一つは、最適化計算の高速化である。RSMを導入すれば、最適化の反復計算過程で必要となる評価関数値を、設計変数の多項式表現による近似式(応答曲面)から算出することが可能となる。したがって、最適化計算の反復過程に費やす計算時間を大幅に削減することが可能である。評価関数が設計変数を用いた応答曲面近似式で表現されるので、設計空間における評価関数値の応答傾向を容易に把握することができ、設計者にとって有用な情報を多く得ることができる。一般に電気機器の最適化設計の特性として、設計変数の個数が多く、またそれぞれの設計空間(設計変数の変域)が広大であることが多い。回転機の場合、磁性材料の強い非線形現象を伴う。これらの結果、高精度な応答曲面近似式を導出することは極めて困難なものとなる。したがって、RSMを導入して最適化計算の高速化を図るにあたり、いかに低い計算コストで高精度な応答曲面近似式を算出するかが最も重要な点となる。従来、少ない回数の有限要素解析で高精度な近似式を算出する目的で、直交表を用いる実験計画法(DOE)を導入する報告があるが、多くの場合、設計変数が少なく、また低次の多項式で十分に評価関数を近似できるような簡単な問題に限られている。先に述べた特徴を有する回転機最適化設計では、近似式に高次の多項式を導入する必要がある。直交表を用いてDOEを行う際に、多変数、多水準において交互作用を考慮する必要があり、直交表への割り付けに多くの手間を要する。この難点を打開するために、本研究では計算機支援のDOEを開発した。高精度な応答曲面近似式を算出する目的で、まず全体の設計空間で応答曲面の概形を得ておき、その情報をもとに最適解候補点周囲の領域に設計空間を段階的に狭めて、近似精度を向上させていく手法を提案した。取り上げ、低い計算コストで十分な精度の応答曲面近似式が作成可能であることを確認すると同時に、RSMを導入しない場合と比較して、十分な最適化計算の高速化を達成しつつ、同等以上の最適解が得られることを実証した。研究成果概要:近年、環境エネルギー問題を背景に、太陽光発電(PV)の電力系統への大量導入が推進されている。電力系統における電力品質の...近年、環境エネルギー問題を背景に、太陽光発電(PV)の電力系統への大量導入が推進されている。電力系統における電力品質の劣化も懸念されている。十分な精度で確率的に評価することが可能であることを明らかにした。本研究成果は、今後のPV大量導入を見据えた際に、より有効なエネルギーマネジメントの実現に資する有益な情報を提供しうると考えられる。研究成果概要:電磁エネルギー変換における大幅な高効率化を実現すべく、磁気回路のトポロジー最適化の高速化に向けた情報処理技術の適用検討を行った。具体的には、画像認識分野で著しい性能を発揮している畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を用いた分類...電磁エネルギー変換における大幅な高効率化を実現すべく、磁気回路のトポロジー最適化の高速化に向けた情報処理技術の適用検討を行った。具体的には、画像認識分野で著しい性能を発揮している畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を用いた分類器を開発し、磁性体分布を入力に、ターゲット領域の磁気エネルギーのレベルを出力とし、分類精度向上の検討を行った。CNNにおける学習データと内部パラメータが分類精度に与える影響等の考察に加え、学習データの正解ベクトルを確率的に分割する手法を提案し、分類精度の向上を達成した。今後は、様々な実規模磁気回路の最適化設計を対象に、開発分類器の効果的な適用法の検討を行う予定である。一般に、モデルの重量を軽減する方法として、寸法最適化や形状最適化よりも位相最適化の方が効果的であることが指摘されてきたが、モデル構造のトポロジーを変える位相最適設計は非常に難しく、電気機器の位相最適化に関して論じた研究はまだ少ない。本研究では軽量で高い遮蔽効果を有するMRI用磁気シールドの設計を目指し、シールドの表面形状の変化と内部に穴をあけるという二つの作業に基づく三次元磁気シールドの位相最適化に取り組んだ。具体的には二種類の方法を提案し、一つは上記二つの作業を同時におこなう方法(並列法)であり、もう一つは個別におこなう方法(直列法)である。この二つの方法を用いて電気学会磁気シールドモデルの三次元位相最適化をおこない、その妥当性と有効性を確認した。本研究で開発・提案した手法の特長および得られた知見の主なものをまとめると以下のようになる。磁界解析手法に採用すると同時に、穴の有無のような離散的な設計変数にも対応が容易である遺伝的アルゴリズムを探査アルゴリズムとして組み入れている。(2)並列および直列の二つの方法を用いて電気学会磁気シールドモデルの三次元位相最適化をおこなった結果、単純な平板形状の場合と比較して、遮蔽効果を保ったまま二割弱の重量軽減が達成された。(3)並列法は最良の結果を与えるが、直列法も最適化の結果は良好で、計算時間を大幅に短縮できることを考えあわせれば大変有効なものと考えられる。(4)また、直列法の最適化の工程における作業に対して数値計算結果とあわせて物理的な意味付けをおこない、シールド表面形状だけでなくシールド内部の穴も考慮して形状最適化から位相最適化へ展開することの有効性を明らかにした。情報化時代に向けて情報通信網は光ファイバケーブルに置き換えられつつあるが、この際、通信網の随所に配置されるケーブル終端用光通信機器や通信端末装置等への電源供給系の信頼性が近年特に重要視されている。情報化時代に向けて情報通信網は光ファイバケーブルに置き換えられつつあるが、この際、通信網の随所に配置されるケーブル終端用光通信機器や通信端末装置等への電源供給系の信頼性が近年特に重要視されている。銅ケーブルの場合には電話局の高信頼な電源装置からケーブルを介して給電できるが、光ファイバではこれが不可能となり、商用配電系統からの給電に頼らざるを得ないからである。広域災害が発生した場合、商用系統が停電すると広い範囲にわたって通信機能が麻痺してしまう恐れがある。本研究課題では、この様な状況に対処し得る光通信機器用バックアップ電源システムの開発を目指している。実用化に向けて、太陽光発電電力を最大限に利用するとともに蓄電池容量を最小化し、所望の動作条件下でシステムを極力コンパクト・経済的なものにすることに重点を置いた。本研究では、まず、系統連系型と独立型の中間に位置し動作が非常に複雑である準自立型の開発システムに対し、システム内の各種パラメータの最適化作業の効率化と高精度化を目指し、太陽光発電システムの動作予測のための高精度計算機シミュレータの開発をおこなった。開発したシミュレータは、従来の太陽光発電システム解析法と異なり,あらゆる気象条件下でのシステム動作予測を高速計算機を用いて数分刻みの短い時間間隔で高精度におこなうことを可能とし,システム全体を視野に入れた各種パラメータの最適化設計を効果的におこなうことが可能となった。このシミュレータ開発の過程においては、パルス放電を用いた蓄電池残存容量の推定法や周波数応答特性に基づく蓄電池のモデル化手法等の蓄電池に関わる新たな特性解析手法の開発もおこなっている。次に、蓄電池充電状態を精度よく検出しシステム内の電力フローを論理回路を介して制御することで,絶えず災害発生後の所定期間の電力供給が保証できる様に蓄電池充電量を確保しながら,平時には日射量の利用率を最大に保ち,かつ商用系からの補充を最小限に抑えた経済的なインテリジェントシステムを実現可能とするマイコン内蔵型電力フロー制御電子回路の開発に取り組み、システム内の新たな電力フロー制御アルゴリズムを開発すると同時に、シミュレーションおよび実験の両面から、その妥当性と有効性を明らかにした。講義板書概要の配布2003年04月-概要:板書内容のアウトラインを講義開始時に配布し、学生の講義内容理解の促進を図る。講義補足資料や演習解答例のWeb上への掲示2003年04月-概要:講義の補足資料や演習の解答例をWeb上に掲示し、学生が必要な時にいつでもダウンロード可能な環境を提供する。