特許 7567807 ＤＣ／ＤＣ変換システム、蓄電システム、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】ＤＣ／ＤＣ変換システム、蓄電システム、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20241008BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20241008BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241008BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 W

H02J3/38 110

H02J7/00 302C

H02M7/48 R

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021561176

(86)(22)【出願日】2020-09-09

(86)【国際出願番号】 JP2020034192

(87)【国際公開番号】W WO2021106315

(87)【国際公開日】2021-06-03

【審査請求日】2023-02-21

(31)【優先権主張番号】P 2019213013

(32)【優先日】2019-11-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】弁理士法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】綾井 直樹

【審査官】宮本 秀一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０１１５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０２７２２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ３／００－７／１２

Ｈ０２Ｊ７／３４－７／３６

Ｈ０２Ｍ３／００－３／４４

Ｈ０２Ｍ７／４２－７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の直流電源と共通のＤＣバスとの間に設けられるＤＣ／ＤＣ変換システムであって、前記複数の直流電源の各々に対応して、
前記直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部と、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの全体から見た個々についての出力偏差に対応する前記ＤＣバスの電圧検出偏差を定め、当該電圧検出偏差を抑制する補正値を、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれにおける前記制御部に与える管理制御部と、を備え、
前記制御部は、前記補正値に基づいて前記ＤＣバスの電圧検出値を補正し、出力電力に対して垂下特性となる電圧指令値に従って前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、ＤＣ／ＤＣ変換システム。

【請求項2】

前記管理制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの並列数に応じて、前記補正値を変化させる請求項１に記載のＤＣ／ＤＣ変換システム。

【請求項3】

前記補正値を第１の補正値とすると、各制御部が当該第１の補正値を用いた上で改めて、前記管理制御部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの全体から見た個々についての出力偏差に対応する電圧検出偏差を定め、当該電圧検出偏差を抑制する第２の補正値を、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれにおける前記制御部に与える請求項１又は請求項２に記載のＤＣ／ＤＣ変換システム。

【請求項4】

前記管理制御部は、前記補正値を定期的に更新して、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれにおける前記制御部に与える請求項１又は請求項２に記載のＤＣ／ＤＣ変換システム。

【請求項5】

前記直流電源は蓄電池であり、前記制御部は、前記直流電源の充電状態に基づいて前記直流電源に流れる電流を制限する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣ変換システム。

【請求項6】

複数の直流電源及び共通のＤＣバスを含む蓄電システムであって、前記複数の直流電源の各々に対応して、
前記直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部と、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの全体から見た個々についての出力偏差に対応する前記ＤＣバスの電圧検出偏差を定め、当該電圧検出偏差を抑制する補正値を、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれにおける前記制御部に与える管理制御部と、を備え、
前記制御部は、前記補正値に基づいて前記ＤＣバスの電圧検出値を補正し、出力電力に対して垂下特性となる電圧指令値に従って前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、蓄電システム。

【請求項7】

前記ＤＣバスと交流電路との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータを備え、
前記ＤＣ／ＡＣコンバータは、前記交流電路に接続された商用電力系統又は負荷の状況に応じて出力を変化させる、請求項６に記載の蓄電システム。

【請求項8】

前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、対応する前記直流電源に対して電流制御を行う請求項６に記載の蓄電システム。

【請求項9】

複数の直流電源と共通のＤＣバスとの間にあって互いに並列に設けられる複数のＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法であって、
前記複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの全体から見た個々についての出力偏差に対応する前記ＤＣバスの電圧検出偏差を定め、当該電圧検出偏差を抑制する補正値を決定し、
前記補正値に基づいて前記ＤＣバスの電圧検出値を補正し、
出力電力に対して垂下特性となる電圧指令値に従って前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、
ＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ＤＣ／ＤＣ変換システム、蓄電システム、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法に関する。
本出願は、２０１９年１１月２６日出願の日本出願第２０１９－２１３０１３号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン電池のようなエネルギー密度の高い多数のセルを用いた大容量（例えば数メガワット級）蓄電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。セル１個の電圧は４Ｖ程度なので、多数のセルを直列に接続して電圧を高めた電池ストリングとする必要がある。また、大容量を得るためには、電池ストリングをさらに、並列に多数接続する必要がある。並列に接続される各電池ストリングは、充放電によってＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が互いに異なってくる。そのため、並列の電池ストリング群における電力の配分を調整すべく、電力変換装置を介して共通のバスに接続する構成とされる。

【0003】

また、太陽光発電パネル、蓄電池、燃料電池等、異種の分散電源を、それぞれ電力変換装置を介して共通のＤＣバスに接続する構成も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－１７１３３５号公報

【文献】特開２０１５－１２２８８５号公報

【発明の概要】

【0005】

本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は請求の範囲によって定められるものである。

【0006】

本開示は、複数の直流電源と共通のＤＣバスとの間に設けられるＤＣ／ＤＣ変換システムであって、前記複数の直流電源の各々に対応して、
前記直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、並列に存在する複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの全体から見た個々についての、前記ＤＣバスの電圧検出偏差を取り入れて前記ＤＣバスの電圧検出値を補正し、出力電力に対して垂下特性となる電圧指令値に従って前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、ＤＣ／ＤＣ変換システムである。

【0007】

また、本開示は、複数の直流電源を有し、共通のＤＣバスに接続される蓄電システムであって、前記複数の直流電源の各々に対応して、
前記直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、並列に存在する複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの全体から見た個々についての、前記ＤＣバスの電圧検出偏差を取り入れて前記ＤＣバスの電圧検出値を補正し、出力電力に対して垂下特性となる電圧指令値に従って前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、蓄電システムである。

【0008】

また、本開示は、複数の直流電源と共通のＤＣバスとの間にあって互いに並列に設けられる複数のＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法であって、
前記複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの全体から見た個々についての、前記ＤＣバスの電圧検出偏差を取り入れて前記ＤＣバスの電圧検出値を補正し、
出力電力に対して垂下特性となる電圧指令値に従って前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、
ＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、蓄電システムを含む電源系統の単線接続図である。

【図2】図２は、一例として、２組の直流電源装置がＤＣバスに接続されている回路図である。

【図3】図３は、ＤＣ／ＤＣコンバータの等価モデルを示す図である。

【図4】図４は、式（４）をグラフに表したものである。

【図5】図５は、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御ブロック図の一例である。

【図6】図６は、比較のため、垂下制御を行うことなく２台のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続して運転した蓄電システムの状態を示すグラフであり、条件として、２台のＤＣ／ＤＣコンバータにおける電圧検出値の差が０、回路の配線インピーダンスの差が０、とした。

【図7】図７は、比較のため、垂下制御を行うことなく２台のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続して運転した蓄電システムの状態を示すグラフであり、条件として、２台のＤＣ／ＤＣコンバータにおける電圧検出値の差が０．１％、配線インピーダンスの差が０、とした。

【図8】図８は、垂下制御を行って、２台のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続して運転した蓄電システムの状態を示すグラフであり、条件として、ＤＣバス電圧検出値の差を０．１％、配線インピーダンスの差を０とした。

【図9】図９は、垂下制御を行って、２台のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続して運転した蓄電システムの状態を示すグラフであり、条件として、ＤＣバス電圧検出値の差を１％に増大させ、配線インピーダンスの差は０とした。

【図10】図１０は、垂下制御を行って、２台のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続して運転した蓄電システムの状態を示すグラフであり、条件として、垂下制御の比例定数を０．００５の２倍の０．０１とし、ＤＣバス電圧検出値の差を１％、配線インピーダンスの差は０とした。

【図11】図１１は、垂下制御を行って、２台のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続して運転した蓄電システムの状態を示すグラフであり、条件として、垂下制御の比例定数を０．０１、ＤＣバス電圧検出値の差を１％、そして、配線インピーダンスの差は０ではなく、一方が他方の２倍になるようにした。

【図12】図１２は、出力偏差と、電圧検出偏差との関係を示すグラフである。

【図13】図１３は、垂下制御に加えて補正を行って、２台のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続して運転した蓄電システムの状態を示すグラフであり、条件として、垂下制御の比例定数ｆが０．００５、ＤＣバス電圧検出値の差を１％、配線インピーダンスの差を０とした。

【図14】図１４は、垂下制御に加えて補正を行って、２台のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続して運転した蓄電システムの状態を示すグラフであり、図１３と同じ条件及び補正に加えて、ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側の各線間に接続する抵抗負荷を１０Ωから２Ωに置き換えた。

【図15】図１５は、負荷接続にあえて過酷な条件を課した上で、垂下制御に加えて補正を行って、２台のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続して運転した蓄電システムの状態を示すグラフである。

【図16】図１６は、出力偏差と、ＤＣバス電圧検出偏差との関係を示すグラフである。

【図17】図１７は、垂下制御に加えて補正を行って、３台のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続して運転した蓄電システムの状態を示すグラフである。

【図18】図１８は、補正前の出力偏差と１次補正後の出力偏差の関係を示すグラフである。

【図19】図１９は、ＤＣバス電圧検出補正の処理動作を示すフローチャートの一例である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［本開示が解決しようとする課題］
蓄電システムにおいて、互いに並列な複数の電池ストリングの電流をそれぞれ制御するにはＤＣバスと各電池ストリングとの間にＤＣ／ＤＣコンバータを介在させる必要がある。ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることによって電池ストリングのＳＯＣによる電圧変動を吸収して、ＤＣバス電圧を最適値に維持することができる。最適値とすることで、ＤＣバスに接続されるＤＣ／ＡＣコンバータの電力変換損失を最小化することができる。

【0011】

ＤＣ／ＤＣコンバータの制御部は、電池ストリングの状態を監視するバッテリマネージメントシステム（ＢＭＳ）と通信を行い、電池ストリングの状態に応じて充放電を制御する。この通信には例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＲＳ－４８５が用いられる。

【0012】

ＤＣバスからＤＣ／ＡＣコンバータを介して系統連系する蓄電システムの場合は、例えば、蓄電システムに含まれる電力制御部から送信される電力指令値によって各ＤＣ／ＤＣコンバータが充放電を行い、ＤＣ／ＡＣコンバータはＤＣバス電圧が常に一定になるように電力を制御する。電力制御部は、ＤＣ／ＤＣコンバータの合計出力が電力指令値に一致するように各ＤＣ／ＤＣコンバータの充放電の電力指令値を決定する。

【0013】

このように、従来の蓄電システムでは、電力制御部から各ＤＣ／ＤＣコンバータに電力指令値を送信するための通信手段が欠かせない。この通信には、制御遅れを一定にするためのリアルタイム性が求められる。また、一つの電力制御部から多数のＤＣ／ＤＣコンバータに指令値を送信することができ、スイッチングによるノイズへの耐性をも含む高い信頼性が求められる。そのため、例えば、バス型ネットワークによるＲＳ－４８５通信が用いられる。制御周期は蓄電システムの要求によって異なるが、系統連系規定が求める逆電力保護リレーの動作条件である０．５秒よりも速く、負荷変動によって発生する過渡的な逆電力を解消するには、制御の遅れは１００ミリ秒以下とする必要があり、常時、この要求に応える通信速度が求められる。

【0014】

一方、自立運転する蓄電システムでは、ＤＣ／ＡＣコンバータは交流電圧制御を行い、出力電力は負荷によって決まる。このとき、ＤＣ／ＡＣコンバータでＤＣバス電圧を最適値に制御することはできないので、複数のＤＣ／ＤＣコンバータがＤＣバス電圧を一定に維持するフィードバック制御を行う。電力制御部がＤＣバス電圧検出値と目標値とを比較して全体の充放電の電力指令値を決定し、各ＤＣ／ＤＣコンバータの制御部に、分配した電力指令値を送信する。ＤＣバス電圧の変動幅を所定範囲内に収めるには、ＤＣバスの電圧検出から制御までの遅れ時間は例えば１．２ミリ秒以内、すなわち、系統連系運転で要求される遅れ時間の１００分の１程度としなければならない。遅れ時間がこれよりも長くなる場合には、電圧変動幅を抑えるために平滑コンデンサの容量を大きくしなければならず、これは、コスト上昇を招く。

【0015】

以上のように、リチウムイオン電池を用いた大容量蓄電システムでは、各電池ストリングをＤＣバスに並列接続するために多数のＤＣ／ＤＣコンバータが必要である。そして、電力制御部から各ＤＣ／ＤＣコンバータに充放電の電力指令値を送信するために、信頼性が高く、遅延時間が短い通信手段を設けなければならない。特に自立運転では制御遅れを少なくとも数ミリ秒以内とする必要がある。しかし、蓄電システムの容量が大きく、電池ストリングの並列数が多くなるほど電力制御部から指令値を伝送する対象が増え、制御遅れを数ミリ秒以内とすることは難しくなる。将来の通信技術の革新によって、より高速なリアルタイム通信を適用できるようになれば、この課題は解決できる可能性はあるが、現状では困難である。

【0016】

そこで、本開示は、高速な通信を要することなく、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを並列運転して出力を均一化できるようにすることを目的とする。

【0017】

［本開示の効果］
本開示によれば、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの間で、高速な通信を要することなく、出力を均一化することができる。

【0018】

［本開示の実施形態の説明］
本開示の実施形態には、その要旨として、少なくとも以下のものが含まれる。

【0019】

（１）開示するのは、複数の直流電源と共通のＤＣバスとの間に設けられるＤＣ／ＤＣ変換システムであって、前記複数の直流電源の各々に対応して、前記直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、並列に存在する複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの全体から見た個々についての、前記ＤＣバスの電圧検出偏差を取り入れて前記ＤＣバスの電圧検出値を補正し、出力電力に対して垂下特性となる電圧指令値に従って前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。

【0020】

このようなＤＣ／ＤＣ変換システムでは、出力電力に対する電圧指令値の垂下特性によって、並列に設けられた複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力が揃う方向へ向かうような制御を実現する。また、ＤＣバスの電圧検出の誤差に起因して複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力が揃わなくなることを抑制すべく、ＤＣバスの電圧検出偏差を取り入れてＤＣバスの電圧検出値を補正する。こうして、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの間で、高速な通信に依存することなく、出力を均一化することができる。

【0021】

（２）前記（１）のＤＣ／ＤＣ変換システムにおいて、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの全体から見た個々についての出力偏差に対応する前記電圧検出偏差を定め、当該電圧検出偏差を抑制する補正値を、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれにおける前記制御部に与える管理制御部を備えている構成としてもよい。
この場合、管理制御部は随時、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ全体について電圧検出偏差を定め、当該電圧検出偏差を抑制する補正値を各制御部に通知することができる。各制御部は、通知された補正値を用いて複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を均一化することができる。なお、この通知には通信を用いるが、高速な通信は必要ない。

【0022】

（３）前記（２）のＤＣ／ＤＣ変換システムにおいて、前記管理制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの並列数に応じて、前記補正値を変化させるようにしてもよい。
この場合、適切な補正値はＤＣ／ＤＣコンバータの並列数により変化するという知見に基づき、並列数に応じた適切な補正値を各制御部に与えることができる。

【0023】

（４）前記（２）又は（３）のＤＣ／ＤＣ変換システムにおいて、前記補正値を第１の補正値とすると、各制御部が当該第１の補正値を用いた上で改めて、前記管理制御部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの全体から見た個々についての出力偏差に対応する電圧検出偏差を定め、当該電圧検出偏差を抑制する第２の補正値を、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれにおける前記制御部に与えるようにしてもよい。
この場合、第１の補正値は暫定値であっても、第２の補正値により、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を均一化することができる。

【0024】

（５）前記（２）又は（３）のＤＣ／ＤＣ変換システムにおいて、前記管理制御部は、前記補正値を定期的に更新して、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれにおける前記制御部に与えるようにしてもよい。
この場合、電圧検出偏差が経時的に変化しても、定期的に、適切な補正値を提供することができる。

【0025】

（６）前記（１）から（５）までのいずれかのＤＣ／ＤＣ変換システムにおいて、前記直流電源は蓄電池であり、前記制御部は、前記直流電源の充電状態に基づいて前記直流電源に流れる電流を制限することもできる。
この場合、満充電又は放電限界に達した蓄電池に対応するＤＣ／ＤＣコンバータは出力の均一化の対象から除外することができる。

【0026】

（７）また、併せて開示するのは、複数の直流電源及び共通のＤＣバスを含む蓄電システムであって、前記複数の直流電源の各々に対応して、前記直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、並列に存在する複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの全体から見た個々についての、前記ＤＣバスの電圧検出偏差を取り入れて前記ＤＣバスの電圧検出値を補正し、出力電力に対して垂下特性となる電圧指令値に従って前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。

【0027】

このような蓄電システムでは、出力電力に対する電圧指令値の垂下特性によって、並列に設けられた複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力が揃う方向へ向かうような制御を実現する。また、ＤＣバスの電圧検出の誤差に起因して複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力が揃わなくなることを抑制すべく、ＤＣバスの電圧検出偏差を取り入れてＤＣバスの電圧検出値を補正する。こうして、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの間で、高速な通信に依存することなく、出力を均一化する蓄電システムを提供することができる。

【0028】

（８）前記（７）の蓄電システムは、前記ＤＣバスと交流電路との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータを備え、前記ＤＣ／ＡＣコンバータは、前記交流電路に接続された商用電力系統又は負荷の状況に応じて出力を変化させる、というシステム構成であってもよい。
従来の蓄電システムでは充放電電力の指令値はＤＣ／ＤＣコンバータの制御部が受けて、ＤＣ／ＡＣコンバータは、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力によって変化するＤＣバス電圧を一定に維持する制御を行う。そのため、充放電電力を制御する際の制御の遅延が長くなる。これに対し、上記の蓄電システムではＤＣ／ＡＣコンバータが直接、充放電の指令値を受けるので制御の遅延が短くなる。

【0029】

（９）前記（７）の蓄電システムにおいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、対応する前記直流電源に対して電流制御を行うものであってもよい。
この場合、ＤＣバスに、電流制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータを介して直流電源を並列接続する蓄電システムを構成することができる。直流電源は、例えば、ＳＯＣ等の状態によって充放電電流を制限する必要がある蓄電池のほか、太陽光発電、燃料電池等の発電装置である。

【0030】

（１０）方法の観点からは、複数の直流電源と共通のＤＣバスとの間にあって互いに並列に設けられる複数のＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法であって、前記複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの全体から見た個々についての、前記ＤＣバスの電圧検出偏差を取り入れて前記ＤＣバスの電圧検出値を補正し、出力電力に対して垂下特性となる電圧指令値に従って前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。

【0031】

このようなＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法によれば、出力電力に対する電圧指令値の垂下特性によって、並列に設けられた複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力が揃う方向へ向かうような制御を実現することができる。また、ＤＣバスの電圧検出の誤差に起因して複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力が揃わなくなることを抑制すべく、ＤＣバスの電圧検出偏差を取り入れてＤＣバスの電圧検出値を補正する。こうして、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの間で、高速な通信に依存することなく、出力を均一化することができる。

【0032】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示のＤＣ／ＤＣ変換システム、これを含む蓄電システム、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法の具体例について、図面を参照して説明する。

【0033】

《蓄電システムを含む全体構成》
図１は、蓄電システム１を含む電源系統の単線接続図である。図において、蓄電システム１は、交流電路Ｌ_ＡＣに接続されている。交流電路Ｌ_ＡＣには、太陽光発電システム２も接続されている。３相の商用電力系統３は、トランス４を介して、交流電路Ｌ_ＡＣに接続されている。トランス４の２次側と交流電路Ｌ_ＡＣとの間には交流電流を検出するＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）５が設けられている。交流電路Ｌ_ＡＣには、負荷６が接続されている。

【0034】

蓄電システム１は、直流電源システム１１と、ＤＣ／ＡＣコンバータ１２とを備えている。ＤＣ／ＡＣコンバータ１２は、制御部１３により制御される。制御部１３には、ＣＴ５が検出した電流値の情報が送られて来る。

【0035】

直流電源システム１１は、共通のＤＣバスＬ_ＤＣに、ｎ（ｎは２以上の自然数）組の直流電源装置１１＿１，１１＿２，・・・，１１－ｎが互いに並列に接続されて構成されている。直流電源装置１１＿１は、複数のセルの直列ストリングである蓄電池１４と、蓄電池１４に付随して設けられたバッテリーマネージメントシステム１５と、蓄電池１４と接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１６と、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部１７とを備えている。他の直流電源装置１１＿２，・・・，１１－ｎも同様の内部回路を有している。バッテリーマネージメントシステム１５は、蓄電池１４に関するＳＯＣその他の情報を取得し、情報を制御部１７に送る。

【0036】

太陽光発電システム２は、太陽電池２１の直列ストリングがさらに並列に接続されたアレイ２１Ａと、ＤＣ／ＡＣコンバータ２２とを備えている。アレイ２１Ａの出力はＤＣ／ＡＣコンバータ２２により交流電力に変換され、交流電路Ｌ_ＡＣに供給される。太陽光発電システム２は、分散電源として、交流電路Ｌ_ＡＣへ電力供給することができる。

【0037】

蓄電システム１は、交流電路Ｌ_ＡＣに供給される電力を充電することができると共に、放電により交流電路Ｌ_ＡＣに電力を供給することができる。負荷６には、交流電路Ｌ_ＡＣから電力が供給される。系統連系しない自立運転時は、太陽光発電システム２の出力する電力を負荷６に供給し、また、蓄電システム１に充電することができる。負荷６の需要電力が大きい場合又は太陽光発電停止中は、蓄電システム１から負荷６に電力を供給することができる。
なお、直流電源システム１１の直流電源としては、例えば、ＳＯＣ等の状態によって充放電電流を制限する必要がある蓄電池のほか、太陽光発電、燃料電池等の発電装置を用いることもできる。

【0038】

《詳細な回路構成》
図２は、一例として、２組の直流電源装置１１＿１，１１＿２がＤＣバスＬ_ＤＣに接続されている回路図である。図において、２組のＤＣ／ＤＣコンバータの符号をそれぞれ、１６＿１，１６＿２とする。２組の制御部の符号をそれぞれ、１７＿１，１７＿２とする。直流電源装置１１＿１側の、蓄電池１４及びＢＭＳ１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６＿１と接続されている。直流電源装置１１＿２側の、蓄電池１４及びＢＭＳ１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６＿２と接続されている。

【0039】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１６＿１は、平滑コンデンサ１６１と、直流リアクトル１６２と、ローサイドのスイッチング素子Ｑ_Ｌと、ハイサイドのスイッチング素子Ｑ_Ｈと、ＤＣバスＬ_ＤＣ側の平滑コンデンサ１６３とを備え、これらは図示のように接続されている。また、計測用の機器として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６＿１の低圧側の電圧を検出する電圧センサ１６５と、直流リアクトル１６２に流れる電流を検出する電流センサ１６６と、ＤＣバスＬ_ＤＣの２線間の電圧を検出する電圧センサ１６７とが設けられている。ＢＭＳ１５の情報及び各センサの出力する検出値の信号は、制御部１７＿１に送られる。

【0040】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１６＿２についても同様の内部回路構成であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
複数組のＤＣ／ＤＣ変換に関する構成、すなわち本例ではＤＣ／ＤＣコンバータ１６＿１及びその制御部１７＿１、並びに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６＿２及びその制御部１７＿２は、一般化して表現すると、複数の直流電源（１４）と共通のＤＣバス（Ｌ_ＤＣ）との間に設けられるＤＣ／ＤＣ変換システム１００を構成する。

【0041】

ＤＣ／ＡＣコンバータ１２は、平滑コンデンサ１２１と、３レグ、フルブリッジのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６、交流側３電路にそれぞれ設けられた交流リアクトル１２２と、交流リアクトル１２２とＬＣ回路を構成するコンデンサ１２３とを備え、これらは図示のように接続されている。また、計測用の機器として、ＤＣバスＬ_ＤＣの２線間の電圧を検出する電圧センサ１２４と、交流３線間の電圧を検出する電圧センサ１２４，１２５，１２６と、交流３電路に流れる電流を検出する電流センサ１２７，１２８，１２９を備えている。各センサの出力する検出値の信号は制御部１３に送られる。

【0042】

なお、スイッチング素子Ｑ_Ｌ，Ｑ_Ｈ，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６としては例えば図示のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いることができるが、これに代えて、ＭＯＳ－ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いてもよい。

【0043】

制御部１７＿１，１７＿２及び制御部１３は、管理制御部１８と通信可能（有線、無線のどちらでもよい。）である。制御部１３，１７＿１，１７＿２、及び、管理制御部１８は、例えばコンピュータを含み、コンピュータがソフトウェア（コンピュータプログラム）を実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部１３，１７＿１，１７＿２，管理制御部１８の記憶装置（図示せず。）に格納される。

【0044】

図１，図２において、ＤＣバスＬ_ＤＣに対して互いに並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１６（１６＿１，１６＿２）は、制御部１７（１７＿１，１７＿２）による後述の制御により、それぞれ独立して、ＤＣバス電圧が一定になるように制御される。そのため、ＤＣ／ＡＣコンバータ１２は、自立運転だけでなく系統連系運転でも、ＤＣバス電圧を一定に制御する必要はなく、制御部１３の指令値に従って出力電力を制御すればよい。
すなわち、複数のＤＣ／ＤＣコンバータに電力指令値をリアルタイム送信する通信手段は不要である。交流の電力指令値は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１２の制御部１３のみが把握していればよい。

【0045】

《垂下特性について》
図３は、ＤＣ／ＤＣコンバータの等価モデルを示す図である。ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧（ＤＣバス電圧）をＥ、ＤＣ／ＤＣコンバータと負荷（図１及び図２の回路構成であればＤＣ／ＡＣコンバータ１２）との間の線路インピーダンスをＺ、負荷に供給される電圧をＶとすると、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流Ｉは以下の式（１）により得られる。
Ｉ＝（Ｅ－Ｖ）／Ｚ ・・・（１）

【0046】

式（１）におけるＺを純抵抗Ｒと仮定すると、ＤＣ／ＤＣコンバータが出力する電力Ｐは以下の式（２）により表される。
Ｐ＝ＶＩ＝（ＥＶ－Ｖ^２）／Ｒ ・・・（２）
式（２）を変形すると、以下の式（３）が得られる。
Ｅ＝（Ｒ／Ｖ）Ｐ＋Ｖ ・・・（３）

【0047】

式（３）から、出力電圧Ｅは出力電力Ｐに比例する。そこで、電圧指令値Ｅ^＊の特性を、出力電力Ｐに対して比例係数ｆで負帰還する関数として、以下の式（４）により表す。
Ｅ^＊＝Ｅ_ｒｅｆ－ｆ（Ｐ－Ｐ_ｒｅｆ） ・・・（４）
ここで、Ｅ_ｒｅｆ及びＰ_ｒｅｆはそれぞれ、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧（ＤＣバス電圧）及び出力電力の基準値を示す。全てのＤＣ／ＤＣコンバータ１６（１６＿１，１６＿２）の制御部１７（１７＿１，１７＿２）は、それぞれ独立して、例えば２０ｋＨｚで式（４）の演算を繰り返す。

【0048】

図４は、式（４）をグラフに表したものである。図４において、出力電力Ｐに対して電圧指令値Ｅ^＊は、比例係数ｆに基づく傾き（－ｆ）の垂下特性となる。Ｐ＝Ｐ_ｒｅｆのとき、Ｅ^＊＝Ｅ_ｒｅｆである。例えば、２つのＤＣ／ＤＣコンバータのうち一方（例えばＤＣ／ＤＣコンバータ１６＿１）が垂下特性上の座標点（Ｐ_１，Ｅ^＊１）にあり、他方（ＤＣ／ＤＣコンバータ１６＿２）が（Ｐ_２，Ｅ^＊２）にあるとすると、相対的に、出力電力が小さい方は電圧目標値が高くなり、出力電力が大きい方は電圧目標値が低くなる。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６＿１は出力電力を増大させようとし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６＿２は出力電力を減少させようとする。こうして２つのＤＣ／ＤＣコンバータ１６＿１，１６＿２は互いに出力電力が揃う方向へ収束する。

【0049】

《ＤＣ／ＤＣコンバータの制御ブロック図》
図５は、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御ブロック図の一例である。図５中の（ａ）において、ＤＣ／ＤＣコンバータの低圧側電圧ｖＬ１と電流ｉ１との積を電力Ｐ１とする。次に、（ｂ）において、電力Ｐ１に対する垂下特性の式（４）における比例係数ｆを０．００５とし、ＤＣバス電圧の基準値Ｅ_ｒｅｆを４００［Ｖ］として電圧指令値Ｅ１^＊を生成する。次に、（ｃ）において、電圧指令値Ｅ１^＊と実際の高圧側の電圧ｖＨ１の差に比例積分及びリミッタ処理を施して電流指令値ｉ１^＊を得る。これ以降は、一般的なＤＣ／ＤＣコンバータの制御と同様であり、（ｄ）において、電圧参照値ｖ１ｒを生成する。そして、（ｅ）において、電圧参照値ｖ１ｒと三角波（２０ｋＨｚ）とを重畳し、ハイサイドのゲート駆動信号ｇｄＨ１と、これを反転した関係にあるローサイドのゲート駆動信号ｇｄＬ１を得ることができる。

【0050】

《検証》
（垂下制御の効果）
図６及び図７は、比較のため、垂下特性を持たせる制御（以下、垂下制御という。）を行うことなく２台のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続して運転した蓄電システムの状態を示すグラフである。横軸は時間である。図６、図７の各図において、上段のグラフは、ＤＣ／ＡＣコンバータの３相の交流出力電圧と、それらのピーク値より高いＤＣバス電圧とを表している。中段のグラフは２台のＤＣ／ＤＣコンバータに対応する２つの蓄電池電流を表している。下段のグラフは２台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を表している。

【0051】

図６では、条件として、２台のＤＣ／ＤＣコンバータにおける電圧検出値の差が０、回路の配線インピーダンスの差が０、とした。この場合、２つの蓄電池電流はリプルによる細かい変動はあるが、概ね一致し、１本の太線のようになっている。２台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力（下段）は一致し、２０２４Ｗであった。しかしながら、現実にはこのような理想的な状態を実現することは困難である。仮に、ＤＣバス電圧検出値は検出回路の校正を正確に行ったとしても、温度変化に伴うアンプのオフセット変動等によって２台の電圧検出値に±１Ｖ程度の違いが生じるのは避けられない。配線のインピーダンスも可能な限り一致するように設計したとしても、誤差を１０％以下とするのは困難である。

【0052】

図７では、条件として、２台のＤＣ／ＤＣコンバータにおける電圧検出値の差が０．１％、配線インピーダンスの差が０、とした。この場合、一方のＤＣ／ＤＣコンバータに関しては、蓄電池電流が電流上限値３０Ａに達し、電力は７４０８Ｗでの放電となった。他方のＤＣ／ＤＣコンバータに関しては、蓄電池電流が－１３Ａ、電力が３２８１Ｗでの充電となった。このように、２台のＤＣ／ＤＣコンバータのＤＣバス電圧検出値がわずかに０．１％異なっただけで、出力が大きく乖離してしまうことがわかる。

【0053】

次に垂下制御を行った場合の蓄電システムの状態について説明する。
ＤＣ／ＤＣコンバータの制御において、蓄電池を放電させてＤＣバスに出力するときの電力の符合を正とする。また、式（４）におけるＤＣバス電圧の基準値Ｅ_ｒｅｆを４００Ｖ、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力の基準値Ｐ_ｒｅｆを０Ｗ、比例定数ｆを０．００５とする。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータのＤＣバス電圧指令値Ｅ^＊は、出力電力が１０ｋＷ（放電）のときに３５０Ｖ、－１０ｋＷ（充電）のときに４５０Ｖとなる。ＤＣバス電圧制御の比例ゲインは、垂下制御を行わないときと同じ値の１０では発振するため、０．２まで下げた。

【0054】

図８から図１１までは、垂下制御を行って、２台のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続して運転した蓄電システムの状態を示すグラフである。横軸は時間である。各図において、上段のグラフは、ＤＣ／ＡＣコンバータの３相の交流出力電圧と、それらのピーク値より高いＤＣバス電圧とを表している。中段のグラフは２台のＤＣ／ＤＣコンバータに対応する２つの蓄電池電流を表している。下段のグラフは２台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を表している。

【0055】

図８では、条件として、ＤＣバス電圧検出値の差を０．１％、配線インピーダンスの差を０とした。結果として、２台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力は２０６３Ｗと１９８５Ｗ、両者の平均値２０２４Ｗからのずれは±１．９％となった。すなわち、２台のＤＣ／ＤＣコンバータの電力は一致してはいないものの、近い値になっている。

【0056】

図９では、条件として、ＤＣバス電圧検出値の差を１％に増大させ、配線インピーダンスの差は０とした。結果として、２台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力は２４１０Ｗと１６３８Ｗとなり、両者の平均値からのずれは±１９％に増えた。

【0057】

図１０では、条件として、垂下制御の比例定数を０．００５の２倍の０．０１とし、ＤＣバス電圧検出値の差を１％、配線インピーダンスの差は０とした。結果として、２台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力は２２１２Ｗと１８３６Ｗとなり、両者の平均値からのずれは±９％となった。

【0058】

図１１では、条件として、垂下制御の比例定数を０．０１、ＤＣバス電圧検出値の差を１％、そして、配線インピーダンスの差は０ではなく、一方が他方の２倍になるようにした。結果として、２台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力は２２１５Ｗと１８３３Ｗとなった。図１０の結果と比べると、ほとんど変わらない。すなわち、配線インピーダンスの差は結果に大きく影響しないと解される。

【0059】

以上の結果から、配線インピーダンスよりもＤＣバス電圧検出値の差の方が、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ばらつきに大きな影響を与えることがわかる。また、垂下制御の比例定数ｆを大きくするほどＤＣバス電圧値の差による、出力ばらつきを抑える効果があることが分かる。しかし、比例定数ｆを０．０１としても、２台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力の、平均値からのずれはなお±９％ある。また、このとき、ＤＣバス電圧指令値Ｅ^＊は、出力電力が１０ｋＷ（放電）のときに３００Ｖまで下がる。この電圧値は、ＤＣ／ＡＣコンバータで交流２００Ｖに変換するために十分な値ではない。

【0060】

ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が－１０ｋＷ（充電）のときはＤＣバス電圧指令値Ｅ^＊が５００Ｖとなる。これは、交流２００Ｖへの変換には十分な値であるが、ＤＣバス電圧としては高すぎるためＤＣ／ＡＣコンバータの電力損失が大きくなる。ＤＣバス電圧の変動範囲が大きくなりすぎないように、垂下制御の比例定数ｆはあまり大きくせずに、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力のばらつきが小さくなる工夫が必要である。

【0061】

《垂下制御及び、電圧検出値の補正》
図１２は、出力偏差と、電圧検出偏差との関係を示すグラフである。このグラフは、上述の、垂下制御の比例定数ｆを０．００５としたときのＤＣ／ＤＣコンバータの出力の平均値からの偏差（出力偏差（比率））と、ＤＣバス電圧検出の平均値（全体）から見た個々の偏差（電圧検出偏差）との関係をプロットして、それらの近似直線として得られたものである。この図から、出力偏差と電圧検出偏差とは互いに比例関係にあることがわかる。

【0062】

従って、出力偏差に基づいて電圧検出値を補正することができる。例えば、出力偏差が＋１９％のときは、近似直線に当てはめるとＤＣバス電圧検出値の偏差は－０．４９４％である。よって、電圧検出値を、（１－０．００４９４）の０．９９５０６で割れば電圧検出値を補正することができる。実際には、蓄電システムを設置した現場でシステム構築後に定格の２０％程度の出力で試運転を行い、出力偏差から各ＤＣ／ＤＣコンバータのＤＣバス電圧検出値の補正係数を決めればよい。このような補正係数を用いて２台のＤＣ／ＤＣコンバータのＤＣバス電圧検出値を補正した。

【0063】

図１３及び図１４は、垂下制御に加えて上記の補正を行って、２台のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続して運転した蓄電システムの状態を示すグラフである。横軸は時間である。各図において、上段のグラフは、ＤＣ／ＡＣコンバータの３相の交流出力電圧と、それらのピーク値より高いＤＣバス電圧とを表している。中段のグラフは２台のＤＣ／ＤＣコンバータに対応する２つの蓄電池電流を表している。下段のグラフは２台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を表している。

【0064】

図１３では、条件として、垂下制御の比例定数ｆが０．００５、ＤＣバス電圧検出値の差を１％、配線インピーダンスの差を０とした。この条件は図９と同じである。そして、図９の出力偏差を図１２の近似直線に当てはめて得た補正係数を用いて２台のＤＣ／ＤＣコンバータのＤＣバス電圧検出値を補正した。その結果として、２台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力は２０２４Ｗと２０１９Ｗとなり、ほぼ一致している。両者の平均値に対する偏差は小さくなり、±０．１３５％になった。図１３のグラフ上では２台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が互いに重なって１本の線のように見えている。

【0065】

図１４では、図１３と同じ条件及び補正に加えて、ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側の各線間に接続する抵抗負荷を１０Ωから２Ωに置き換えた。この場合、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力は１０．３３０ｋＷと、１０．３２５ｋＷとなり、ほぼ一致している。両者の平均値に対する偏差は僅かに±０．０２％であった。図１４のグラフ上では２台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が互いに重なって１本の線のように見えている。ＤＣバス電圧も約３５０Ｖで安定した。

【0066】

図１５は、負荷接続にあえて過酷な条件を課した上で、垂下制御に加えて補正を行って、２台のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続して運転した蓄電システムの状態を示すグラフである。横軸は時間である。上から１段目のグラフは、ＤＣ／ＡＣコンバータの３相の交流出力電圧を表している。２段目のグラフは、ＤＣ／ＡＣコンバータの３相の交流出力電流を表している。３段目のグラフはＤＣバス電圧を表している。４段目のグラフは２台のＤＣ／ＤＣコンバータに対応する２つの蓄電池電流を表している。５段目のグラフは２台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を表している。

【0067】

図１５では、条件として、垂下制御の比例定数ｆが０．００５、ＤＣバス電圧検出値の差を１％、配線インピーダンスの差を０とした。この条件は図９と同じである。そして、図９の出力偏差を図１２の近似直線に当てはめて得た補正係数を用いて２台のＤＣ／ＤＣコンバータのＤＣバス電圧検出値を補正した。また、図１５では、あえて過酷な条件を課すべく、２Ω×３個の抵抗負荷が、０．２秒の周期で接続／非接続を繰り返すようにした。その結果、負荷を解列した直後にＤＣ／ＡＣコンバータの出力電圧が乱れるが、これを除くと、交流電圧は線間２００Ｖを安定して出力している。ＤＣバス電圧は負荷を接続しているときは３５０Ｖ、解列しているときは４００Ｖで定常状態となるが、過渡的な両者の中間電圧状態を含めて安定している。２台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力は定常状態、過渡状態ともに一致している。

【0068】

《ここまでのまとめ》
以上のように、各ＤＣ／ＤＣコンバータのＤＣバス電圧指令値を、出力電力によって負帰還がかかるように変化させる垂下特性を組み込み、さらに、出力電力の平均値からの偏差によってＤＣバス電圧検出値を補正する仕組みを併用する。これによって、通信に依存せず、複数のＤＣ／ＤＣコンバータでＤＣバス電圧を一定値に保つ制御ができることが確認された。

【0069】

《３台以上のＤＣ／ＤＣコンバータの並列運転》
次に３台以上のＤＣ／ＤＣコンバータの並列運転について考える。すなわち、図１，図２における直流電源装置が、１１＿１，１１＿２，１１＿３の３台を並列運転する場合である。

【0070】

最初にＤＣバス電圧検出器の補正係数を求めるためのシミュレーションを行う。３台のＤＣ／ＤＣコンバータのＤＣバス電圧検出器の誤差率をそれぞれ＋１％、±０％、－１％として、交流側各線間に１０Ωの抵抗負荷を接続した。補正係数は全て１としている。出力偏差δ_ｉを下記の式（５）により定義すると、３台のＤＣ／ＤＣコンバータのδ_ｉは－０．５８０、０、＋０．５８０となった。

【0071】

なお、記号及び数式を表す書体は明細書中に異種混在しているが、書体の違いに意味はなく、同じ文字は同じ物理量を表している。

【0072】

・・・（５）

【0073】

また、３台のＤＣ／ＤＣコンバータのＤＣバス電圧検出器の誤差率をそれぞれ＋０．５％、±０％、－０．５％として、交流側各線間に１０Ωの抵抗負荷を接続してみた。この場合、３台のＤＣ／ＤＣコンバータのδ_ｉは、－０．２９０、０、＋０．２９０となった。

【0074】

これらの結果から、出力偏差δ_ｉと、ＤＣバス電圧検出偏差との関係を示したグラフが図１６である。関係を示す直線は、原点を通り、傾きが負の比例関係を示している。この関係から出力偏差δ_ｉを最小化するためのＤＣバス電圧検出値の補正係数Ｇ_ｉを下記の式（６）により得ることができる。ＤＣバス電圧検出値をＤＣ／ＤＣコンバータの制御部におけるソフトウェアによる演算において、Ｇ_ｉで割り戻すことによって、検出値の偏差を補正して、出力偏差を最小化することができる。
Ｇ_ｉ＝１＋ｈδ_ｉ， ｈ＝－０．０１７２５ ・・・（６）

【0075】

なお、図１６の傾きｈ（＝－０．０１７２５）は、図１２に示した２台並列ＤＣ／ＤＣコンバータの－０．０２６０と比べると概ね２／３になっている。すなわち、並列台数によって傾きが変わっている。δ_ｉを定義した式（５）を、式（６）にあてはめて下記の式（７）が得られる。式（７）は、ｈとＤＣ／ＤＣコンバータの並列数ｎの積が一定になることを示している。

【0076】

・・・（７）

【0077】

よって、あらためてＨ＝ｎｈと定義すると、式（６）は、下記の式（８）により、ＤＣ／ＤＣコンバータの並列数ｎを組み込んだ数式に一般化することができる。
Ｇ_ｉ＝１＋（Ｈ／ｎ）・δ_ｉ， Ｈ＝－０．０５１７５ ・・・（８）

【0078】

《出力偏差による補正》
３台のＤＣ／ＤＣコンバータのＤＣバス電圧検出の誤差率をそれぞれ＋０．８％、＋０．３％、－０．９％として、交流側各線間に１０Ωの抵抗負荷を接続した。このときの、ＤＣバス電圧検出値補正前の結果は、３台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力は平均１３５０Ｗ、偏差はδ_１：－０．４２４９，δ_２：－０．１３５２，δ_３：＋０．５６０１となり、ばらついている。そこで、上記の出力偏差を式（８）に当てはめると、ＤＣバス電圧検出値の補正係数はＧ_１：１．００７３３，Ｇ_２：１．００２３３，Ｇ_３：０．９９０となる。この補正係数を用いてＤＣバス電圧検出値を補正した。

【0079】

図１７は、垂下制御に加えて上記の補正を行って、３台のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続して運転した蓄電システムの状態を示すグラフである。横軸は時間である。図において、上段のグラフは、ＤＣ／ＡＣコンバータの３相の交流出力電圧と、それらのピーク値より高いＤＣバス電圧とを表している。中段のグラフは３台のＤＣ／ＤＣコンバータに対応する３つの蓄電池電流を表している。下段のグラフは３台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を表している。

【0080】

結果として、３台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力はほぼ一致し、出力偏差はδ_１：０．００６７３，δ_２：０．００６５３，δ_３：－０．０１３２と極めて小さくなった。
また、交流側負荷抵抗を１．５Ωに変更してみた。この場合も３台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力はほぼ一致し、平均値９２１３．６Ｗに対する出力偏差はδ_１：０．０００８８８，δ_２：０．０００８６１，δ_３：－０．００１７５と、さらに小さくなった。

【0081】

次に、ＤＣバス電圧検出の誤差率を＋１．２％，－０．５％，－１．２％に変更して、交流側各線間に１０Ωの抵抗負荷を接続してみた。結果として、３台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力は平均１３４４Ｗ、偏差はδ_１：－０．７９７２，δ_２：＋０．１９４４，δ_３：＋０．６０２７となった。この出力偏差を式（８）に当てはめると、ＤＣバス電圧検出値の補正係数はＧ_１：１．０１３７５，Ｇ_２：０．９９６６，Ｇ_３：０．９８９６となる。この補正係数を用いてＤＣバス電圧検出値を補正した。

【0082】

結果として、３台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力はほぼ一致し、出力偏差はδ_１：０．００４４５，δ_２：－０．００２５４，δ_３：－０．００１９１と小さくなった。
さらに、交流側負荷抵抗を１．５Ωに変更してみた。この場合も３台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力はほぼ一致し、平均値９２１３．８Ｗに対する出力偏差はδ_１：０．０００５８６，δ_２：－０．０００３３７，δ_３：－０．０００２４９と、さらに小さくなった。

【0083】

次に、ＤＣ／ＤＣコンバータの並列数を５台に増やしてみた。ＤＣバス電圧検出の誤差率をそれぞれ＋１．２％，－０．５％，－１．２％，＋０．８％，－０．８％として、交流側各線間に１０Ωの抵抗負荷を接続した。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力は平均８０３．６Ｗ、偏差はδ_１：－１．２７６，δ_２：０．３９２６，δ_３：１．０７９７９，δ_４：－０．８８３４９，δ_５：０．６８７１２となった。この出力偏差を式（８）に当てはめると、ＤＣバス電圧検出値の補正係数はＧ_１：１．０１３２，Ｇ_２：０．９９５９，Ｇ_３：０．９８８８，Ｇ_４：１．００９１４，Ｇ_５：０．９９２８９となる。この補正係数を用いてＤＣバス電圧検出値を補正した。

【0084】

結果として、５台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力はほぼ一致し、平均８１０．６１Ｗ、出力偏差はδ_１：０．０１９４，δ_２：－０．００７８７，δ_３：－０．０１７１，δ_４：０．０１４１，δ_５：－０．００８５９となった。
さらに、交流側負荷抵抗を０．９Ωに変更してみた。この場合も５台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力はほぼ一致し、平均値９３２５．３Ｗに対する出力偏差はδ_１：０．００１５０，δ_２：－０．０００６１２，δ_３：－０．００１３２，δ_４：０．００１０９，δ_５：－０．０００６６３と、さらに小さくなった。

【0085】

また、５台並列で、ＤＣバス電圧検出の誤差率が正側にのみ偏った場合も確認してみた。一例として、誤差率を＋２．０％，＋１．５％，＋１．０％，＋０．５％，０％とした。この場合も結果として、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を均一化することができた。

【0086】

さらに、各ＤＣ／ＤＣコンバータに接続する直流電源の電圧が異なる場合についても確認してみた。具体的には、各直流電源の電圧は、２００Ｖ，２２５Ｖ，２５０Ｖ，２７５Ｖ，３００Ｖとした。結果は、１台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力のみ出力電流の上限４５Ａで拘束されるため小さくなるが、他の４台は均一になった。この結果から直流電源の電圧はＤＣ／ＤＣコンバータの出力分担には影響せず、何れかのＤＣ／ＤＣコンバータが電流上限値の拘束を受ける場合は、自動的に他のＤＣ／ＤＣコンバータが負荷消費電力の不足分を均等に分配することが分かる。

【0087】

つまり、残量や劣化の進行度合いによって、ある特定の蓄電池の出力に制限を加えた場合でも、この蓄電システムは期待どおりの動作を行う。放電限界又は満充電に達した蓄電池に対応するＤＣ／ＤＣコンバータは出力の均一化の対象から除外することができる。なお、出力電流の上限を５０Ａに上げると、１台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力拘束が解かれ、５台のＤＣ／ＤＣコンバータの出力は均一になる。

【0088】

《比例係数Ｈの補正》
ここまで、出力偏差によるＤＣバス電圧検出値の補正は、補正係数を求める式（８）に含まれる出力偏差に対する比例係数Ｈが正確に得られることを前提とした検討結果を示した。しかしながら、実際にはこの前提は必ずしも成立しない。なぜなら、可能な限り実機の諸条件を忠実にモデル化したシミュレーション等で予想した係数Ｈを用いるとしても、シミュレーションを実機と完全に一致させることはできず、実機のＨと比べてある程度の誤差を含むことは避けられないからである。そこで、Ｈに誤差が含まれる場合に、更にこれを補正して出力を均一化することを考える。

【0089】

シミュレーションのみで検討を行えば、Ｈの誤差は起こり得ないが、これを模擬するため予め得たＨ^＊が、実際の値の半分の、－０．０２５８７５であったと仮定して検討する。このとき、例えば、補正係数は、Ｇ_１ ^＊：１．００５０２５３００５９４０５，Ｇ_２ ^＊：１．００２５１３０５６０４８３，Ｇ_３ ^＊：０．９９９９９９８６６０８５９５５，Ｇ_４ ^＊：０．９９７４８７２７２５９７４６，Ｇ_５ ^＊：０．９９４９７４５０４６７４８０５となる。これらの補正係数を用いて行うＤＣバス電圧検出の補正を１次補正として、１次補正後の結果を求める。補正前の出力偏差と１次補正後の出力偏差との関係を求める。

【0090】

図１８は、補正前の出力偏差と１次補正後の出力偏差の関係を示すグラフである。両者は比例関係にあり、１次補正後の出力偏差は補正前に対して０．４９０４倍の値に縮小されている。この出力偏差は１次補正に用いたＨ^＊の誤差によって発生しているので、この補正前後の偏差の変化に基づいてＨ^＊を補正することができる。出力偏差δ_ｉとＤＣバス電圧検出偏差Δ_ｉとの関係は、式（９）により表すことができる。ここで、ｖ_ｉはＤＣバス電圧検出値、ｖ_ｏは偏差を含まないＤＣバス電圧である。

【0091】

・・・（９）

【0092】

Ｈ^＊を用いてｖ_ｉを補正したときのＤＣバス電圧検出偏差Δ_ｉ ^＊と出力偏差δ_ｉ ^＊の関係は式（１０）となる。

【0093】

・・・（１０）

【0094】

上記式（９）、式（１０）より、下記の式（１１）、式（１２）が得られる。

【0095】

・・・（１１）

【0096】

・・・（１２）

【0097】

式（１２）を変形し、式（８）の補正係数Ｇｉの式を用いて、下記式（１３）及び（１４）が得られる。

【0098】

・・・（１３）

・・・（１４）

【0099】

１次補正前及び１次補正後の結果から式（１４）によって補正係数Ｇ_ｉを求める。式（１４）中の（δ_ｉ ^＊）／δ_ｉは、図１８の傾き０．４９０４を用いた。このとき、Ｇ_１：１．００９９０９１８５，Ｇ_２：１．００４９４３３８４，Ｇ_３：０．９９９９９９７３７，Ｇ_４：０．９９５０８１１１，Ｇ_５：０．９９０１８５８１６となり、補正係数は本来のＨを用いて求めた補正係数とほぼ一致する。この補正係数を用いたＤＣバス電圧検出値の補正を２次補正とする。

【0100】

５台のＤＣ／ＤＣコンバータについての、２次補正後の出力偏差は負荷１０Ωのとき以下のようになった。
Ｐ_１：８０８．７２１１１Ｗ，δ_１：－０．００１５６３０９６３０９５７９１
Ｐ_２：８０７．５３３４４Ｗ，δ_２：－０．００３０２９３７８７４３３４１６
Ｐ_３：８０８．１１４７６Ｗ，δ_３：－０．００２３１１６８８３８７９４４１
Ｐ_４：８１０．５８３７９Ｗ，δ_４：０．０００７３６５４４９７４３８１１７
Ｐ_５：８１４．９８２８９Ｗ，δ_５：０．００６１６７６１８４６６４８３４
平均：８０９．９８７１９８Ｗ

【0101】

また、２次補正後の出力偏差は負荷０．９Ωのとき以下のようになった。
Ｐ_１：９３２２．７６６６Ｗ，δ_１：－０．０００１２２５９８７８４９２８１
Ｐ_２：９３２１．６９５４Ｗ，δ_２：－０．０００２３７４８６２１２４６２９６
Ｐ_３：９３２２．２２９６Ｗ，δ_３：－０．０００１８０１９２６５０２９９８６
Ｐ_４：９３２４．４６４０Ｗ，δ_４：５．９４４９３１０１９６５３５Ｅ－００５
Ｐ_５：９３２８．３９２９Ｗ，δ_５：０．０００４８０８２８３３７４９４５８
平均：９３２３．９０９７Ｗ

【0102】

以上に示したように、係数Ｈを正確に予測できない場合でも、２段階で補正係数を求める方法によって、出力を均一化することができる。

【0103】

《フローチャート》
図１９は、ＤＣバス電圧検出補正の処理動作を示すフローチャートの一例である。このフローチャートの実行主体は管理制御部１８である。ＤＣバス電圧検出補正の開始により、管理制御部１８は、蓄電システムを一定出力で動作させる（ステップＳ１）。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の制御部１７は、自己の出力（出力電力）を検出し、管理制御部１８に送る。管理制御部１８は、制御部１７から送られてくる出力の情報を受け取る（ステップＳ２）。管理制御部１８は、出力の情報に基づいて、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力偏差を計算する（ステップＳ３）。

【0104】

次に、管理制御部１８は、補正係数を式（８）により計算し、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１６に補正係数を通知する（ステップＳ４）。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６側では、通知された補正係数を取り入れて出力を計算し、管理制御部１８に送る。各ＤＣ／ＤＣコンバータ１６から出力の情報を受け取った（ステップＳ５）管理制御部１８は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力偏差を再計算する（ステップＳ６）。

【0105】

続いて管理制御部１８は、出力偏差が所定値より小さいか否かを判定し（ステップＳ７）、小さければＤＣバス電圧検出補正を終える。小さくなければ、管理制御部１８は、式（１４）により、補正係数を再計算する（ステップＳ８）。以後、管理制御部１８は、ステップＳ５，Ｓ６，Ｓ７を再度実行し、ステップＳ７において、出力偏差が所定値より小さくなっていれば、ＤＣバス電圧検出補正を終える。通常、この段階で出力偏差は所定値より小さくなっていると考えられるが、万一、そうなっていない場合は、さらに補正係数の再計算を行って同様の処理を繰り返してもよい。

【0106】

以上のように、管理制御部１８は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの全体から見た個々の出力偏差に対応する電圧検出偏差を定め、当該電圧検出偏差を抑制する補正値（補正係数）を、複数のＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれにおける制御部に与える。各制御部は、通知された補正値を用いて複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を均一化することができる。なお、この通知には通信を用いるが、高速な通信は必要ない。

【0107】

また、管理制御部１８は、ＤＣ／ＤＣコンバータの並列数に応じて、補正値を変化させる。すなわち、適切な補正値はＤＣ／ＤＣコンバータの並列数により変化するという知見に基づき、並列数に応じた適切な補正値を各制御部に与える。

【0108】

ステップＳ４での補正値（補正係数）を第１の補正値とすると、各制御部が当該第１の補正値を用いた上で改めて、管理制御部１８は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの全体から見た個々についての出力偏差に対応する電圧検出偏差を定め、当該電圧検出偏差を抑制する第２の補正値（補正係数）を、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれにおける制御部に与える（ステップＳ８）。こうして、第１の補正値は暫定値であっても、第２の補正値により、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を均一化することができる。

【0109】

《開示のまとめ》
以上、詳述したように、複数の蓄電池１４と共通のＤＣバスＬ_ＤＣとの間に設けられるＤＣ／ＤＣ変換システム１００は、複数の蓄電池１４の各々に対応して、蓄電池１４とＤＣバスＬ_ＤＣとの間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ１６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を制御する制御部１７と、を備えている。そして、制御部１７は、並列に存在する複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１６の全体から見た個々についての、ＤＣバスＬ_ＤＣの電圧検出偏差を取り入れてＤＣバス電圧検出値を補正し、出力電力に対して垂下特性となる電圧指令値に従ってＤＣ／ＤＣコンバータ１６を制御する。
蓄電システム１及びＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法としても、その要旨は同様である。

【0110】

このようなＤＣ／ＤＣ変換システム１００では、出力電力に対する電圧指令値の垂下特性によって、並列に設けられた複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力が揃う方向へ向かうような制御を実現する。また、ＤＣバスＬ_ＤＣの電圧検出の誤差に起因して複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力が揃わなくなることを抑制すべく、ＤＣバスＬ_ＤＣの電圧検出偏差を取り入れてＤＣバス電圧検出値を補正する。こうして、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１６の間で、高速な通信に依存することなく、出力を均一化することができる。

【0111】

全体から見た個々についての電圧検出偏差を各ＤＣ／ＤＣコンバータに通知するには、全体を見る管理制御部のような機能が必要になる。しかしながら、この通知のための通信はリアルタイムに行う必要はなく、低速で、定期的に更新できる程度の通信で足りる。定期的な更新を行うことにより、電圧検出偏差が経時的に変化しても、適切な補正値（補正係数）を提供することができる。

【0112】

上記の出力均一化の制御は、言い換えれば、ＤＣバスに並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータがそれぞれ独立に、ＤＣバス電圧が一定になるようにＤＣバス電圧分散制御をしていることになる。ＤＣ／ＤＣコンバータによってＤＣバス電圧は常に一定範囲内に収まるように制御されるため、ＤＣ／ＡＣコンバータは、自立運転だけでなく系統連系運転でも、ＤＣバス電圧を一定に制御する必要はなく、専ら出力電力を制御すればよい。

【0113】

《中央制御との比較》
系統連系での運用において、仮に、高速通信を用いて出力指令値を送信する従来の「中央制御」の応答性と、ＤＣバス電圧分散制御の応答性とを、シミュレーションで比較してみた。

【0114】

例えば、自立運転の場合、中央制御では中央制御部から各ＤＣ／ＤＣへの電力指令値伝送に伴う通信遅延が１０ミリ秒程度になると、負荷急変時にＤＣバス電圧が低下し、ＤＣ／ＡＣコンバータの出力電圧が正弦波を維持できなくなった。一方、ＤＣバス電圧分散制御では、通信による指令値伝送を行わず、各ＤＣ／ＤＣコンバータの制御部が独立にＤＣバス電圧を制御するため応答が速く、負荷急変時もＤＣバス電圧は適正範囲内に維持され、ＤＣ／ＡＣコンバータの出力電圧にも乱れは生じなかった。

【0115】

また、系統連系運転の場合、中央制御では通信遅延とＤＣ／ＡＣコンバータによるＤＣバス電圧制御の追従遅れの影響を受け、通信遅延が１０ミリ秒の場合に、電力指令値変更後の応答時間は３０ミリ秒程度となった。これに対して、ＤＣバス電圧分散制御では、電力指令値を更新するとＤＣ／ＡＣコンバータの出力電流指令値が直ちに更新されるため、応答時間は中央制御の１０分の１の３ミリ秒となった。このように、系統連系運転においても、負荷追従、再生可能エネルギーの発電平滑化、周波数制御等の即応性が求められる用途においては、ＤＣバス電圧分散制御が有利になる。

【0116】

《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0117】

１ 蓄電システム
２ 太陽光発電システム
３ 商用電力系統
４ トランス
５ ＣＴ
６ 負荷
１１ 直流電源システム
１１＿１，１１＿２，１１＿ｎ 直流電源装置
１２ ＤＣ／ＡＣコンバータ
１３ 制御部
１４ 蓄電池
１５ バッテリーマネージメントシステム
１６，１６＿１，１６＿２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１７，１７＿１，１７＿２ 制御部
１８ 管理制御部
２１ 太陽電池
２１Ａ アレイ
２２ ＤＣ／ＡＣコンバータ
１００ ＤＣ／ＤＣ変換システム
１２１ 平滑コンデンサ
１２２ 交流リアクトル
１２３ コンデンサ
１２４，１２５，１２６ 電圧センサ
１２７，１２８，１２９ 電流センサ
１６１ 平滑コンデンサ
１６２ 直流リアクトル
１６３ 平滑コンデンサ
１６５ 電圧センサ
１６６ 電流センサ
１６７ 電圧センサ
Ｌ_ＡＣ 交流電路
Ｌ_ＤＣ ＤＣバス
Ｑ_Ｈ，Ｑ_Ｌ スイッチング素子
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６ スイッチング素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】