特許 7601806 電力システム

(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】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】電力システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/00 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

H02M3/00 W

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022001249

(22)【出願日】2022-01-06

(65)【公開番号】P2023100517

(43)【公開日】2023-07-19

【審査請求日】2023-11-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西山 太斗

(72)【発明者】

【氏名】繁内 宏治

(72)【発明者】

【氏名】石垣 将紀

(72)【発明者】

【氏名】杉本 和大

(72)【発明者】

【氏名】半田 学

(72)【発明者】

【氏名】市田 智士

【審査官】清水 康

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１４２０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５０８４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０２３７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３０８４４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－２０８７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０６０７６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／００ － ３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＤＣバスラインに並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの各々を比例積分制御する複数のＤＣ／ＤＣコンバータ制御器と、を備え、
複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器において、実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓとＤＣバスラインの電圧目標値Ｖ＿ｒｅｆとの差分の積分値を共有することで、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷分担を任意に制御し、
前記積分値を共有するためのアナログ信号バスラインを備え、
複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器は、各々が積分器を備え、前記アナログ信号バスラインによって前記積分値を平均化した平均積分値を共有し、前記平均積分値を用いて積分誤差の修正処理を行うことを特徴とする電力システム。

【請求項2】

ＤＣバスラインに並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの各々を比例積分制御する複数のＤＣ／ＤＣコンバータ制御器と、を備え、
複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器において、実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓとＤＣバスラインの電圧目標値Ｖ＿ｒｅｆとの差分の積分値を共有することで、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷分担を任意に制御し、
前記積分値を共有するための有線方式又は無線方式の通信ラインを備え、
複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器で求められた前記積分値を平均化した平均積分値を求めて前記通信ラインに対して出力する積分値平均計算機を備え、
複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器は、各々が積分器を備え、前記通信ラインによって前記平均積分値を共有し、前記平均積分値を用いて積分誤差の修正処理を行うことを特徴とする電力システム。

【請求項3】

ＤＣバスラインに並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの各々を比例積分制御する複数のＤＣ／ＤＣコンバータ制御器と、を備え、
複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器において、実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓとＤＣバスラインの電圧目標値Ｖ＿ｒｅｆとの差分の積分値を共有することで、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷分担を任意に制御し、
アナログ信号バスラインを用いて前記積分値を平均化した平均積分値を共有し、当該平均積分値を用いて積分誤差の修正処理を行う第１制御手段と、
通信ラインを用いて前記積分値を平均化した平均積分値を共有し、当該平均積分値を用いて積分誤差の修正処理を行う第２制御手段と、
を備え、
前記第１制御手段と前記第２制御手段のいずれか一方が失陥した場合に他方によって制御を行うことを特徴とする電力システム。

【請求項4】

ＤＣバスラインに並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの各々を比例積分制御する複数のＤＣ／ＤＣコンバータ制御器と、を備え、
複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器において、実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓとＤＣバスラインの電圧目標値Ｖ＿ｒｅｆとの差分の積分値を共有することで、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷分担を任意に制御し、
前記積分値の共有機能が失陥した場合、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器における積分制御を停止することを特徴とする電力システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数台の電池を用いた電力システムに関する。

【背景技術】

【0002】

複数台の電池が接続された直流バスラインにおける電流・電力のバランスを自律分散的に制御する方法が開示されている（特許文献１、特許文献２）。具体的には、制御目標状態量の指令値と当該状態量のフィードバック値との差を積分する要素がない閉ループ制御系において、指令値がフィードバック値より一定の量だけ大きく、差が残った状態で整定するドループ制御が適用されている。ドループ制御では、制御対象において特性や負荷の変動がある場合に動作点が変動し、制御を安定化させることができるという特徴がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２１－１４１７６１号公報

【文献】特開２０２０－２２３３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ドループ制御は、定常的な電圧偏差が生ずる制御であるため、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力変換効率が最大となる条件下において定常動作させることができなかった。また、従来のドループ制御では、安定性に加えてオーバーシュート、アンダーシュート電圧を含めて上下限電圧範囲を守ることや検出可能なレベル以上の電圧偏差が必要という制約があり、制御系の設計が複雑化するという課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の１つの態様は、ＤＣバスラインに並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの各々を比例積分制御する複数のＤＣ／ＤＣコンバータ制御器と、を備え、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器において、実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓとＤＣバスラインの電圧目標値Ｖ＿ｒｅｆとの差分の積分値を共有することで、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷分担を任意に制御することを特徴とする電力システムである。

【0006】

ここで、前記積分値を共有するためのアナログ信号バスラインを備えることが好適である。

【0007】

また、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器に共有に設けられた単体の積分値計算機であって、前記積分値を求めて前記アナログ信号バスラインに対して出力する積分値計算機を備えることが好適である。

【0008】

また、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器は、各々が積分器を備え、前記アナログ信号バスラインによって前記積分値を平均化した平均積分値を共有し、前記平均積分値を用いて積分誤差の修正処理を行うことが好適である。

【0009】

また、前記積分値を共有するための有線方式又は無線方式の通信ラインを備えることが好適である。

【0010】

また、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器で求められた前記積分値を平均化した平均積分値を求めて前記通信ラインに対して出力する積分値平均計算機を備え、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器は、各々が積分器を備え、前記通信ラインによって前記平均積分値を共有し、前記平均積分値を用いて積分誤差の修正処理を行うことが好適である。

【0011】

また、アナログ信号バスラインを用いて前記積分値を平均化した平均積分値を共有し、当該平均積分値を用いて積分誤差の修正処理を行う第１制御手段と、通信ラインを用いて前記積分値を平均化した平均積分値を共有し、当該平均積分値を用いて積分誤差の修正処理を行う第２制御手段と、を備え、前記第１制御手段と前記第２制御手段のいずれか一方が失陥した場合に他方によって制御を行うことが好適である。

【0012】

また、前記積分値の共有機能が失陥した場合、複数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器における積分制御を停止することが好適である。

【発明の効果】

【0013】

本発明の電力システムによれば、直流ラインの電圧偏差がない状態において負荷分担が可能となり、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力変換効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】一般的な電力システムの構成を示す図である。

【図2】一般的な電力システムに対するシミュレーション結果を示す図である。

【図3】第１の実施の形態における電力システムの基本構成を示す図である。

【図4】第１の実施の形態における電力システムの具体的な構成例を示す図である。

【図5】第１の実施の形態における電力システムのシミュレーションのための構成を示す図である。

【図6】第１の実施の形態における電力システムのシミュレーションの結果を示す図である。

【図7】第２の実施の形態における電力システムの具体的な構成例を示す図である。

【図8】第２の実施の形態における電力システムのシミュレーションのための構成を示す図である。

【図9】第２の実施の形態における電力システムのシミュレーションの結果を示す図である。

【図10】第３の実施の形態における電力システムの具体的な構成例を示す図である。

【図11】第３の実施の形態における電力システムのシミュレーションのための構成を示す図である。

【図12】第３の実施の形態における電力システムのシミュレーションの結果を示す図である。

【図13】本発明の実施の形態における積分値を平均積分値に補正する構成の変形例を示す図である。

【図14】本発明の実施の形態における電力システムの制御例を示すフローチャートである。

【図15】本発明の実施の形態における電力システムにおいて積分制御を停止し、比例制御のみ行った場合のシミュレーションの結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

［一般的な電力システムの構成］
図１は、一般的なＰＩ制御を行う２台のＤＣ／ＤＣコンバータと分散型電源として太陽光発電機（ＰＶ）が接続された電力システム１００を示す。電力システム１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０（１０ａ，１０ｂ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器１２（１２ａ，１２ｂ）、ＰＶ１４及び最大電力点追従（ＭＰＰＴ）付ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を含んで構成される。

【0016】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、接続された直流電源の電圧を変換してＤＣバスラインに供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器１２は、ＤＣバスラインの電圧を目標値Ｖ＿ｒｅｆに近づけるために、ＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓをセンシングし、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０（１０ａ，１０ｂ）の電流出力Ｉ＿ＤＣ／ＤＣ（Ｉ＿ＤＣ／ＤＣ１，Ｉ＿ＤＣ／ＤＣ２）を制御する比例積分制御器（ＰＩ制御器）を含む。すなわち、実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓとＤＣバスラインの電圧目標値Ｖ＿ｒｅｆとの差分に対して、ゲインＫの比例出力とゲインＫ’の積分出力とを加算してＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電流出力Ｉ＿ＤＣ／ＤＣを制御する。

【0017】

理想的には、電力システム１００は、ＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓが定常で一定であり、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０において所望の電流負荷分担が実現する。しかしながら、実際には、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０におけるＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓの測定誤差に起因して負荷分担に偏りが生じる。

【0018】

図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０ｂにおいて電圧測定誤差Ｖ＿ｅｒｒｏｒが生じる場合の各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧及び出力電流のシミュレーション結果を示す。シミュレーションでは、電圧測定誤差Ｖ＿ｅｒｒｏｒとして－０．２Ｖを与えた。また、その他のパラメータとして、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器１２の比例制御のゲインはそれぞれＫ＿１＝０．５、Ｋ＿２＝１．０に設定し、積分制御のゲインはそれぞれＫ’＿１＝１．０、Ｋ’＿２＝２．０に設定した。また、電力システム１００の初期電圧は３６０Ｖとした。

【0019】

ＰＶ１４の模擬電流として、時刻ｔ＝５．０秒で電流が０Ａから線形に立ち上がり時刻ｔ＝５．５秒で最大値に至り、時刻ｔ＝９．５秒で電流が線形に減少し始め、時刻ｔ＝１０．０秒で０Ａに至る電流Ｉ＿ＰＶを与えた。

【0020】

図２に示すように、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０に対してそれぞれ設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ制御器１２の積分計算ブロックにおいて電圧測定誤差Ｖ＿ｅｒｒｏｒを含むＤＣバスラインの測定電圧と目標値Ｖ＿ｒｅｆが積算されることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電流が発散し、所望の電流分配比を実現できなかった。

【0021】

［第１の実施の形態］
第１の実施の形態における電力システム２００は、図３に示すように、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１０に対して共通の積分値計算機２０を設け、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２２（２２ａ，２２ｂ・・・２２ｎ）へ入力する構成とする。

【0022】

積分値計算機２０は、実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓとＤＣバスラインの電圧を目標値Ｖ＿ｒｅｆとの差分を所定の期間に亘って時間積分した積分値を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２２は、積分値計算機２０から受信した積分値をゲインＫ’で比例処理すると共に、実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓとＤＣバスラインの電圧を目標値Ｖ＿ｒｅｆとの差分をゲインＫで比例処理し、これらの値を加算してＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電流出力Ｉ＿ＤＣ／ＤＣを制御する。

【0023】

このように、共通の積分値を利用して複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１０に対してＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２２によって比例積分制御（ＰＩ制御）を行うことで任意の負荷分担が実現できる。定常時の電流分配比は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２２（２２ａ，２２ｂ・・・２２ｎ）に設定されたゲインの比Ｋ＿１’：Ｋ＿２’：…：Ｋ＿ｎ’となる。また、電圧が変動する過渡変動時の電流分配比は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２２（２２ａ，２２ｂ・・・２２ｎ）に設定されたゲインの比Ｋ＿１：Ｋ＿２：…：Ｋ＿ｎとなる。したがって、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の定常時及び過渡時の電流分配比を任意に設定することができる。

【0024】

例えば、低容量で出力の大きい蓄電池（リチウムイオン電池など）を用いた場合、積分制御のゲインを低く、比例制御のゲインを大きくとることで、定常での充放電電力は小さく、過渡時の負荷分担を大きくとることができる。逆に、高容量で、出力の小さい電池（ＮＡＳ電池など）を用いた場合、積分制御のゲインを高く、比例制御のゲインを小さくとることで、定常での充放電電力を大きく、過渡時の負荷分担を小さくすることができる。

【0025】

なお、上位の制御コントローラ（図示しない）を設けて、当該制御コントローラからＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２２に対して負荷分担率や電流オフセット値を設定するようにしてもよい。下記の他の実施の形態や変形例においても同様である。

【0026】

図４は、第１の実施の形態における電力システム２００の具体的な構成例を示す。電力システム２００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０（１０ａ，１０ｂ・・・１０ｎ）、積分値計算機２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２２（２２ａ，２２ｂ・・・２２ｎ）、ＰＶ１４、ＭＰＰＴ付ＤＣ／ＤＣコンバータ１６、交流電源（商用電源）２４及びＡＣ／ＤＣコンバータ２６を含んで構成される。電力システム２００では、共通のＤＣバスラインに複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１０が接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０のもう一端には蓄電池やＥＶなどの負荷が接続されている。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６を介して交流電源２４と接続されたり、ＰＶ１４などの分散型電源が接続されたりしてもよい。

【0027】

電力システム２００では、電圧センサの測定誤差による積分値の誤差をなくすため、積分値計算機２０で求められた共通の積分値を複数のＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２２で共有するための信号バスラインが設けられている。信号バスは、アナログ信号バスラインとしてもよいし、通信バスラインとしてもよい。

【0028】

図５に示すように、２台のＤＣ／ＤＣコンバータ１０及びＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２２並びにＰＶ１４を模擬した分散型電源から構成される電力システム２００のモデルでシミュレーションを行った。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０ｂにおける電圧測定誤差Ｖ＿ｅｒｒｏｒ、各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２２におけるゲイン、ＰＶ１４の電流Ｉ＿ＰＶは、図１に示した電力システム１００に対するシミュレーションと同じ条件とした。

【0029】

図６は、電力システム２００に対するシミュレーションの結果を示す。ＰＶ１４の電流Ｉ＿ＰＶの変化に伴って、ＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓは変化するが、共通の積分値計算機２０を用いた積分制御により元の電圧に戻すことができた。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０（１０ａ，１０ｂ）の出力の定常的な電流分配比Ｉ＿ＤＣ／ＤＣ１：Ｉ＿ＤＣ／ＤＣ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２２（２２ａ，２２ｂ）の積分制御のゲインＫ＿１：Ｋ＿２と等しくなった。

【0030】

このように、第１の実施形態における電力システム２００によれば、ＤＣバスラインの電圧偏差が無い状態において複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１０において設定した分配比で負荷分担することができる。これによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電力変換効率を向上させることができる。また、ＤＣバスラインの制御系の設計が容易になる。

【0031】

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態における電力システム２００では、積分値の計算に１つの積分値計算機２０を用いるが、積分値計算機２０の故障によってシステムが止まってしまう等の課題がある。

【0032】

第２の実施の形態における電力システム２０２は、図７に示すように、単体の積分値計算機２０を適用せず、アナログ信号ラインを利用してＤＣバスラインの電圧の目標値Ｖ＿ｒｅｆと実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓの差分の積分値を求める構成を採用している。

【0033】

電力システム２０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０（１０ａ，１０ｂ・・・１０ｎ）の各々に対してＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２８（２８ａ，２８ｂ・・・２８ｎ）を備えている。各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２８は、ＤＣバスラインの電圧の目標値Ｖ＿ｒｅｆと実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓの差分ΔＶの積分値ΔＶ／ｓを求め、当該積分値ΔＶ／ｓを抵抗Ｒを介してアナログ信号バスラインに出力する。これによって、アナログ信号バスラインの電圧値は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２８で算出されたＤＣバスラインの電圧の目標値Ｖ＿ｒｅｆと実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓの差分の積分値の平均値ΔＶａｖｅ／ｓと等しくなる。各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２８の積分値ΔＶ／ｓと当該平均積分値ΔＶａｖｅ／ｓの差分値がゲインＫｐで比例処理された後にＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２８の積分器にフィードバックされる。これによって、各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２８で算出される積分値ΔＶ／ｓが平均積分値ΔＶａｖｅ／ｓに近づくように補正される。

【0034】

ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２８は、積分値ΔＶ／ｓをゲインＫ’で比例処理すると共に、実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓとＤＣバスラインの電圧を目標値Ｖ＿ｒｅｆとの差分ΔＶをゲインＫで比例処理し、これらの値を加算してＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電流出力Ｉ＿ＤＣ／ＤＣを制御する。

【0035】

このように、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２８の積分値ΔＶ／ｓは、補正誤差を無視するとほぼ等しい値となる。したがって、電力システム２０２は、電力システム２００と同等の動作を分散型のシステムとして実現できる。

【0036】

図８に示すように、２台のＤＣ／ＤＣコンバータ１０及びＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２８並びにＰＶ１４を模擬した分散型電源から構成される電力システム２０２のモデルでシミュレーションを行った。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０ｂにおける電圧測定誤差Ｖ＿ｅｒｒｏｒ、各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２８におけるゲイン、ＰＶ１４の電流Ｉ＿ＰＶは、図１に示した電力システム１００に対するシミュレーションと同じ条件とした。フィードバックのためのゲインＫ＿ｐ１、Ｋ＿ｐ２は１とした。

【0037】

図９は、電力システム２０２に対するシミュレーションの結果を示す。ＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓは、電流Ｉ＿ＰＶの変化に伴って変化するが、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２８における積分制御により元の電圧に戻ることが確認できた。また、定常的な電流分配比であるＩ＿ＤＣ／ＤＣ１：Ｉ＿ＤＣ／ＤＣ２は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２８の積分制御のゲイン比Ｋ’＿１：Ｋ’＿２と等しくなった。このように、電力システム２０２が所望の動作を行うことを確認できた。

【0038】

特に、共通の積分値計算機２０を設けることなく、各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器２８において分散処理させることによって、ＤＣバスラインの電圧の目標値Ｖ＿ｒｅｆと実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓの差分の積分値のフィードバックの遅延を抑制することができる。したがって、共通の積分値計算機２０を用いる場合に比べて制御が滑らかになり、時間的に制御が安定化する。

【0039】

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態における電力システム２０４は、図１０に示すように、単体の積分値計算機２０を適用せず、通信ラインを利用してＤＣバスラインの電圧の目標値Ｖ＿ｒｅｆと実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓの差分の積分値を求める構成を採用している。電力システム２０４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０（１０ａ，１０ｂ・・・１０ｎ）の各々に対してＤＣ／ＤＣコンバータ制御器３０（３０ａ，３０ｂ・・・３０ｎ）を備えている。また、電力システム２０４では、各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器３０によって算出されたＤＣバスラインの電圧の目標値Ｖ＿ｒｅｆと実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓの差分の積分値ΔＶ／ｓの平均値ΔＶａｖｅ／ｓを求めるための積分値平均計算機３２が設けられている。

【0040】

各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器３０は、ＤＣバスラインの電圧の目標値Ｖ＿ｒｅｆと実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓの差分ΔＶの積分値ΔＶ／ｓを求め、当該積分値ΔＶ／ｓを通信ラインに出力する。積分値平均計算機３２は、通信ラインから各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器３０において算出された積分値ΔＶ／ｓを受信し、これらの平均値ΔＶａｖｅ／ｓを算出して通信ラインに出力する。各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器３０の積分値ΔＶ／ｓと当該平均積分値ΔＶａｖｅ／ｓの差分値がゲインＫｐで比例処理された後にＤＣ／ＤＣコンバータ制御器３０の積分器にフィードバックされる。これによって、各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器３０で算出される積分値ΔＶ／ｓが平均積分値ΔＶａｖｅ／ｓに近づくように補正される。

【0041】

ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器３０は、積分値ΔＶ／ｓをゲインＫ’で比例処理すると共に、実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓとＤＣバスラインの電圧を目標値Ｖ＿ｒｅｆとの差分ΔＶをゲインＫで比例処理し、これらの値を加算してＤＣ／ＤＣコンバータ１０の電流出力Ｉ＿ＤＣ／ＤＣを制御する。

【0042】

このように、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータ制御器３０の積分値ΔＶ／ｓは、補正誤差を無視するとほぼ等しい値となる。したがって、電力システム２０４は、電力システム２００と同等の動作を分散型のシステムとして実現できる。

【0043】

図１１に示すように、２台のＤＣ／ＤＣコンバータ１０及びＤＣ／ＤＣコンバータ制御器３０並びにＰＶ１４を模擬した分散型電源から構成される電力システム２０４のモデルでシミュレーションを行った。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０ｂにおける電圧測定誤差Ｖ＿ｅｒｒｏｒ、各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器３０におけるゲイン、ＰＶ１４の電流Ｉ＿ＰＶは、図１に示した電力システム１００に対するシミュレーションと同じ条件とした。フィードバックのためのゲインＫ＿ｐ１、Ｋ＿ｐ２は１とした。また、積分値平均計算機３２によって算出される積分値の平均値ΔＶａｖｅ／ｓは０．５秒ごとに共有されて積分誤差の補正を行った。

【0044】

図１２は、電力システム２０４に対するシミュレーションの結果を示す。ＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓは、電流Ｉ＿ＰＶの変化に伴って変化するが、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器３０における積分制御により元の電圧に戻ることが確認できた。また、定常的な電流分配比であるＩ＿ＤＣ／ＤＣ１：Ｉ＿ＤＣ／ＤＣ２は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器３０の積分制御のゲイン比Ｋ’＿１：Ｋ’＿２と等しくなった。このように、電力システム２０４が所望の動作を行うことを確認できた。

【0045】

特に、共通の積分値計算機２０を設けることなく、各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器３０において分散処理させることによって、ＤＣバスラインの電圧の目標値Ｖ＿ｒｅｆと実際のＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓの差分の積分値のフィードバックの遅延を抑制することができる。したがって、共通の積分値計算機２０を用いる場合に比べて制御が滑らかになり、時間的に制御が安定化する。

【0046】

なお、本実施の形態では、通信ラインを有線方式とした例を示したが、通信ラインを無線方式としてもよい。

【0047】

［他の変形例］
図１３は、積分値を平均積分値に補正する構成についての変形例を示す。図１３（ａ）の構成では、図７の電力システム２０２や図１０の電力システム２０４と同様に平均積分値ΔＶａｖｅ／ｓと計算した積分値ΔＶ／ｓの差分に応じてゲインＫｐの比例制御を行う構成としている。この場合、定常偏差が生じる。図１３（ｂ）の構成では、平均積分値ΔＶａｖｅ／ｓと計算した積分値Ｖ／ｓの差分に対してゲインＫｐの比例及びゲインＫｉの積分制御を行う構成としている。この場合、定常偏差が生じない。

【0048】

また、図１３（ｃ）の構成では、平均積分値ΔＶａｖｅ／ｓと計算した積分値ΔＶ／ｓの差分に対して一般的なコントローラＣを適用した構成としている。コントローラＣは、平均積分値ΔＶａｖｅ／ｓと計算した積分値ΔＶ／ｓの差分が小さくなるような演算を施すものであればよい。また、図１３（ｄ）の構成では、積分値ΔＶ／ｓが平均積分値ΔＶａｖｅ／ｓとなるようにリフレッシュ処理を行う構成としている。リフレッシュ処理の周期は、電力システムが安定に動作する程度の時間に適宜設定すればよい。

【0049】

また、電力システム２０２のようなアナログ信号バスラインと電力システム２０４のような通信ラインの両方を備える構成としてもよい。このように積分値の共有手段を複数備えるシステムでは、いずれか一方の共有手段が故障したとしても他方の共有手段を用いることによって、充放電を安定的に行うことができる。

【0050】

図１４は、積分値の共有手段を複数備えるシステムにおける制御例のフローチャートを示す。図１４の例では、アナログ信号バスラインによる制御をデジタル通信ラインによる制御より優先するように順位付けした処理とした。

【0051】

まず、アナログ信号バスラインを用いた積分制御が健全であるか否かが判定される（ステップＳ１０）。アナログ信号バスラインを用いた積分制御が健全であれば（ステップＳ１０で「はい」）、アナログ信号バスラインを用いて積分値を共有して制御を行う（ステップＳ１２）。アナログ信号バスラインを用いた積分制御が健全でなければ（ステップＳ１０で「いいえ」）、通信ラインを用いた積分制御が健全であるか否かが判定される（ステップＳ１４）。通信ラインを用いた積分制御が健全であれば（ステップＳ１４で「はい」）、通信ラインを用いて積分値を共有して制御を行う（ステップＳ１６）。通信ラインを用いた積分制御が健全でなければ（ステップＳ１４で「いいえ」）、積分制御を停止して比例制御のみを行う（ステップＳ１８）。

【0052】

このように、積分値を共有する手段に順位をつけ、最も高い順位の手段が失陥した場合にはより下位の手段に変更する制御を行う。また、すべての手段が失陥した場合、積分制御を停止し、比例制御のみで任意の負荷分担を行う。これによって、積分値の共有が行えなくなった場合であっても電力システム全体の運転を継続することが可能となる。

【0053】

図１５は、２台のＤＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータ制御器並びにＰＶを模擬した分散型電源から構成される電力システムにおいて、積分値の共有ができなくなった場合に測定したＤＣバスラインの電圧Ｖ＿ｂｕｓとＤＣバスラインの電圧を目標値Ｖ＿ｒｅｆの差分により比例制御のみを行った場合のシミュレーション結果を示す。

【0054】

電圧測定誤差Ｖ＿ｅｒｒｏｒ、各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器におけるゲイン、ＰＶの電流Ｉ＿ＰＶは、図１に示した電力システム１００に対するシミュレーションと同じ条件とした。ＤＣ／ＤＣコンバータの一方のバスライン電圧は誤差を含むため、電流分配比に若干の差は生じたが、２台のＤＣ／ＤＣコンバータの電流分配比Ｉ＿ＤＣ／ＤＣ１：Ｉ＿ＤＣ／ＤＣ２はおよそゲインの比Ｋ＿１：Ｋ＿２となった。このように、所望の電流分配比を実現できることが確認できた。

【0055】

以上のように、共有している積分値に対して各ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器において各々のゲインとの積を取って電流出力とすることにより、ゲインの比率を各ＤＣ／ＤＣコンバータの電流の比率と一致させることができる。これによって、ＤＣバスラインの電圧偏差がない状態において負荷分担が可能となる。

【0056】

また、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力効率の高い電圧とＤＣバスラインの電圧を一致させることができるため、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力変換効率を向上させることができる。

【0057】

また、従来のＤＣドループ制御では、安定性に加えオーバーシュート、アンダーシュート電圧を含めた上下限電圧範囲を守ることや検出可能なレベル以上の電圧偏差が必要という制約のために制御系の設計が複雑であった。これに対して、本発明では、安定性と過渡特性を保証するだけでよく、ＤＣバスラインの制御系の設計が容易となる。

【0058】

アナログ信号バスラインと有線方式又は無線方式の通信ラインを用いて２重の冗長性を持たせることで、電力システムにおける制御を安定化させることができる。さらに、積分制御を停止しても、電圧偏差のみに基づく比例制御によって電力バランスを保つ制御を行うことができる。

【符号の説明】

【0059】

１０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１２ ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器、１４ ＰＶ、１６ ＭＰＰＴ付ＤＣ／ＤＣコンバータ、２０ 積分値計算機、２２ ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器、２４ 交流電源（商用電源）、２６ ＡＣ／ＤＣコンバータ、２８ ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器、３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器、３２ 積分値平均計算機、１００，２００，２０２，２０４ 電力システム。

【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】