CN114402519A - Dc/dc变换系统、蓄电系统及dc/dc转换器的控制方法 - Google Patents

Dc/dc变换系统、蓄电系统及dc/dc转换器的控制方法 Download PDF

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Abstract

一种DC/DC变换系统，其设置于多个直流电源和共通的DC总线之间，该DC/DC变换系统与多个直流电源各自相对应地具有在直流电源和DC总线之间设置的DC/DC转换器和对DC/DC转换器进行控制的控制部，控制部将与从并联地存在的多个DC/DC转换器的整体观察到的各个DC/DC转换器有关的DC总线的电压检测偏差导入而对DC总线的电压检测值进行校正，按照相对于输出功率成为下垂特性的电压指令值对DC/DC转换器进行控制。如上所述的DC/DC变换系统不需要高速的通信，就能够将多个DC/DC转换器并联运转而将输出均一化。

Description

DC/DC变换系统、蓄电系统及DC/DC转换器的控制方法
技术领域
本发明涉及DC/DC变换系统、蓄电系统及DC/DC转换器的控制方法。
本申请基于2019年11月26日申请的日本申请第2019－213013号而要求优先权，引用在上述日本申请中记载的全部记载内容。
背景技术
提出了如锂离子电池那样的使用能量密度高的许多电池单元的大容量(例如几兆瓦级)蓄电系统(例如，参照专利文献1)。1个电池单元的电压为4V左右，因此需要设为将许多电池单元串联连接而提高电压的电池串。另外，为了得到大容量，需要将电池串进一步并联地连接多个。并联连接的各电池串由于充放电而SOC(State of Charge)彼此变得不同。因此，为了对并联的电池串组的功率的分配进行调整，设为经由功率变换装置而与共通的总线连接的结构。
另外，还提出了将太阳能发电面板、蓄电池、燃料电池等不同种类的分散电源分别经由功率变换装置而与共通的DC总线连接的结构(例如，参照专利文献2。)。
专利文献1：日本特开2014－171335号公报
专利文献2：日本特开2015－122885号公报
发明内容
本发明包含以下的技术方案。但是，本发明由权利要求书限定。
本发明是一种DC/DC变换系统，其设置于多个直流电源和共通的DC总线之间，
该DC/DC变换系统与所述多个直流电源各自相对应地具有：
DC/DC转换器，其设置于所述直流电源和所述DC总线之间；以及
控制部，其对所述DC/DC转换器进行控制，
所述控制部将与从并联地存在的多个所述DC/DC转换器的整体观察到的各个所述DC/DC转换器有关的所述DC总线的电压检测偏差导入而对所述DC总线的电压检测值进行校正，按照相对于输出功率成为下垂特性的电压指令值对所述DC/DC转换器进行控制。
另外，本发明是一种蓄电系统，其具有多个直流电源，与共通的DC总线连接，
该蓄电系统与所述多个直流电源各自相对应地具有：
DC/DC转换器，其设置于所述直流电源和所述DC总线之间；以及
控制部，其对所述DC/DC转换器进行控制，
所述控制部将与从并联地存在的多个所述DC/DC转换器的整体观察到的各个所述DC/DC转换器有关的所述DC总线的电压检测偏差导入而对所述DC总线的电压检测值进行校正，按照相对于输出功率成为下垂特性的电压指令值对所述DC/DC转换器进行控制。
另外，本发明是一种DC/DC转换器的控制方法，其是处于多个直流电源和共通的DC总线之间而彼此并联地设置的多个DC/DC转换器的控制方法，
在该DC/DC转换器的控制方法中，
将与从所述多个所述DC/DC转换器的整体观察到的各个所述DC/DC转换器有关的所述DC总线的电压检测偏差导入而对所述DC总线的电压检测值进行校正，
按照相对于输出功率成为下垂特性的电压指令值对所述DC/DC转换器进行控制。
附图说明
图1是包含蓄电系统的电源系统的单线连接图。
图2是作为一个例子，2组直流电源装置连接于DC总线的电路图。
图3是表示DC/DC转换器的等效模型的图。
图4是将式(4)用图形表示的图。
图5是DC/DC转换器的控制框图的一个例子。
图6是为了比较而示出不进行下垂控制，将2台DC/DC转换器并联连接而运转的蓄电系统的状态的图形，作为条件，设为2台DC/DC转换器的电压检测值的差为0、电路的配线阻抗的差为0。
图7是为了比较而示出不进行下垂控制，将2台DC/DC转换器并联连接而运转的蓄电系统的状态的图形，作为条件，设为2台DC/DC转换器的电压检测值的差为0.1％、配线阻抗的差为0。
图8是表示进行下垂控制，将2台DC/DC转换器并联连接而运转的蓄电系统的状态的图形，作为条件，将DC总线电压检测值的差设为0.1％，将配线阻抗的差设为0。
图9是表示进行下垂控制，将2台DC/DC转换器并联连接而运转的蓄电系统的状态的图形，作为条件，使DC总线电压检测值的差增大为1％，配线阻抗的差设为0。
图10是表示进行下垂控制，将2台DC/DC转换器并联连接而运转的蓄电系统的状态的图形，作为条件，将下垂控制的比例常数设为0.005的2倍即0.01，将DC总线电压检测值的差设为1％，配线阻抗的差设为0。
图11是表示进行下垂控制，将2台DC/DC转换器并联连接而运转的蓄电系统的状态的图形，作为条件，将下垂控制的比例常数设为0.01，将DC总线电压检测值的差设为1％，而且，配线阻抗的差不为0，设为一者成为另一者的2倍。
图12是表示输出偏差和电压检测偏差之间的关系的图形。
图13是表示在下垂控制的基础上进行校正，将2台DC/DC转换器并联连接而运转的蓄电系统的状态的图形，作为条件，下垂控制的比例常数f为0.005，将DC总线电压检测值的差设为1％，将配线阻抗的差设为0。
图14是表示在下垂控制的基础上进行校正，将2台DC/DC转换器并联连接而运转的蓄电系统的状态的图形，在与图13相同的条件及校正的基础上，将在DC/AC转换器的交流侧的各线间连接的电阻负载从10Ω置换为2Ω。
图15是在对负载连接施加苛刻条件后，在下垂控制的基础上进行校正，将2台DC/DC转换器并联连接而运转的蓄电系统的状态的图形。
图16是表示输出偏差和DC总线电压检测偏差之间的关系的图形。
图17是表示在下垂控制的基础上进行校正，将3台DC/DC转换器并联连接而运转的蓄电系统的状态的图形。
图18是表示校正前的输出偏差和1次校正后的输出偏差之间的关系的图形。
图19是表示DC总线电压检测校正的处理动作的流程图的一个例子。
具体实施方式
[本发明所要解决的课题]
在蓄电系统，在对彼此并联的多个电池串的电流各自进行控制时需要在DC总线和各电池串之间夹设DC/DC转换器。通过使用DC/DC转换器，从而对由电池串的SOC引起的电压变动进行吸收，能够将DC总线电压维持为最佳值。通过设为最佳值，从而能够将与DC总线连接的DC/AC转换器的功率变换损耗最小化。
DC/DC转换器的控制部与对电池串的状态进行监视的电池管理系统(BMS)进行通信，与电池串的状态相应地对充放电进行控制。在该通信时例如使用CAN(Controller AreaNetwork)、RS－485。
在从DC总线经由DC/AC转换器而进行系统互连的蓄电系统的情况下，例如根据从蓄电系统所包含的功率控制部发送的功率指令值由各DC/DC转换器进行充放电，DC/AC转换器对功率进行控制以使得DC总线电压始终恒定。功率控制部将各DC/DC转换器的充放电的功率指令值决定为，使得DC/DC转换器的合计输出与功率指令值一致。
如上所述，在现有的蓄电系统，不可缺少用于从功率控制部向各DC/DC转换器发送功率指令值的通信单元。对该通信要求用于使控制延迟恒定的实时性。另外，要求能够从一个功率控制部向许多DC/DC转换器发送指令值，要求还包含对由通断产生的噪声的耐受性的高可靠性。因此，例如使用总线型网络所涉及的RS－485通信。控制周期根据蓄电系统的要求而不同，但为了比系统互连规定所要求的逆功率保护继电器的动作条件即0.5秒快，消除由负载变动而产生的过渡的逆功率，控制的延迟需要设为100毫秒以下，始终追求满足该要求的通信速度。
另一方面，在自主运转的蓄电系统，DC/AC转换器进行交流电压控制，输出功率由负载决定。此时，无法通过DC/AC转换器将DC总线电压控制为最佳值，因此多个DC/DC转换器进行将DC总线电压维持为恒定的反馈控制。功率控制部将DC总线电压检测值和目标值进行比较而决定整体的充放电的功率指令值，向各DC/DC转换器的控制部发送所分配的功率指令值。为了使DC总线电压的变动幅度收敛于规定范围内，从DC总线的电压检测至控制为止的延迟时间例如必须为1.2毫秒以内，即，设为系统互连运转所要求的延迟时间的百分之一左右。在延迟时间变得更长的情况下，为了抑制电压变动幅度而必须增大平滑电容器的容量，这导致成本上升。
如以上所述，在使用锂离子电池的大容量蓄电系统，为了将各电池串与DC总线并联连接而需要许多DC/DC转换器。而且，为了从功率控制部向各DC/DC转换器发送充放电的功率指令值，必须设置可靠性高、延迟时间短的通信单元。特别是在自主运转中需要使控制延迟至少处于几毫秒以内。但是，蓄电系统的容量越大、电池串的并联数越多，则从功率控制部传送指令值的对象越增加，难以使控制延迟处于几毫秒以内。如果通过将来的通信技术的革新而能够应用更高速的实时通信，则有可能能够解决该课题，但现状是困难的。
因此，本发明的目的在于，不要求高速的通信，能够将多个DC/DC转换器并联运转而使输出均一化。
[本发明的效果]
根据本发明，在多个DC/DC转换器之间，不要求高速的通信，能够使输出均一化。
[本发明的实施方式的说明]
本发明的实施方式作为其主旨，至少包含以下内容。
(1)本发明是一种DC/DC变换系统，其设置于多个直流电源和共通的DC总线之间，该DC/DC变换系统与所述多个直流电源各自相对应地具有：DC/DC转换器，其设置于所述直流电源和所述DC总线之间；以及控制部，其对所述DC/DC转换器进行控制，所述控制部将与从并联地存在的多个所述DC/DC转换器的整体观察到的各个所述DC/DC转换器有关的所述DC总线的电压检测偏差导入而对所述DC总线的电压检测值进行校正，按照相对于输出功率成为下垂特性的电压指令值对所述DC/DC转换器进行控制。
在如上所述的DC/DC变换系统，根据相对于输出功率的电压指令值的下垂特性，能够实现使得并联地设置的多个DC/DC转换器的输出朝向一致的方向那样的控制。另外，为了抑制由于DC总线的电压检测的误差而引起的多个DC/DC转换器的输出不一致，将DC总线的电压检测偏差导入而对DC总线电压检测值进行校正。这样，在多个DC/DC转换器之间，不依赖于高速的通信，就能够将输出均一化。
(2)在上述(1)的DC/DC变换系统，可以构成为具有管理控制部，该管理控制部确定与从所述多个DC/DC转换器的整体观察到的各个DC/DC转换器有关的输出偏差所对应的所述电压检测偏差，将对该电压检测偏差进行抑制的校正值赋予给多个所述DC/DC转换器各自的所述控制部。
在该情况下，管理控制部随时关于多个DC/DC转换器整体而确定电压检测偏差，能够将对该电压检测偏差进行抑制的校正值通知给各控制部。各控制部能够使用被通知的校正值将多个DC/DC转换器的输出均一化。此外，在该通知时使用通信，但不需要高速的通信。
(3)在上述(2)的DC/DC变换系统，所述管理控制部可以与所述DC/DC转换器的并联数相应地使所述校正值变化。
在该情况下，基于适当的校正值根据DC/DC转换器的并联数而发生变化这一见解，能够将与并联数相对应的适当的校正值赋予给各控制部。
(4)在上述(2)或(3)的DC/DC变换系统，可以是如果将所述校正值设为第1校正值，则各控制部使用该第1校正值，然后再次由所述管理控制部确定与从所述多个DC/DC转换器的整体观察到的各个DC/DC转换器有关的输出偏差所对应的电压检测偏差，将对该电压检测偏差进行抑制的第2校正值赋予给多个所述DC/DC转换器各自的所述控制部。
在该情况下，即使第1校正值是暂定值，也能够通过第2校正值，将多个DC/DC转换器的输出均一化。
(5)在上述(2)或(3)的DC/DC变换系统，可以是所述管理控制部定期地对所述校正值进行更新，赋予给多个所述DC/DC转换器各自的所述控制部。
在该情况下，即使电压检测偏差历时地变化，也能够定期地提供适当的校正值。
(6)在上述(1)至(5)中任一项所述的DC/DC变换系统，所述直流电源为蓄电池，所述控制部也能够基于所述直流电源的充电状态对在所述直流电源流动的电流进行限制。
在该情况下，与满充电或达到放电极限的蓄电池相对应的DC/DC转换器能够从输出的均一化的对象排除在外。
(7)另外，一并公开的本发明是一种蓄电系统，其包含多个直流电源及共通的DC总线，该蓄电系统与所述多个直流电源各自相对应地具有：DC/DC转换器，其设置于所述直流电源和所述DC总线之间；以及控制部，其对所述DC/DC转换器进行控制，所述控制部将与从并联地存在的多个所述DC/DC转换器的整体观察到的各个所述DC/DC转换器有关的所述DC总线的电压检测偏差导入而对所述DC总线的电压检测值进行校正，按照相对于输出功率成为下垂特性的电压指令值对所述DC/DC转换器进行控制。
在如上所述的蓄电系统，根据相对于输出功率的电压指令值的下垂特性，能够实现使得并联地设置的多个DC/DC转换器的输出朝向一致的方向那样的控制。另外，为了抑制由于DC总线的电压检测的误差而引起的多个DC/DC转换器的输出不一致，将DC总线的电压检测偏差导入而对DC总线电压检测值进行校正。这样，在多个DC/DC转换器之间，不依赖于高速的通信，就能够提供将输出均一化的蓄电系统。
(8)上述(7)的蓄电系统可以是下述系统结构，即，具有DC/AC转换器，该DC/AC转换器设置于所述DC总线和交流电路之间，所述DC/AC转换器与连接于所述交流电路的商用电力系统或负载的状况相应地使输出变化。
在现有的蓄电系统中充放电功率的指令值由DC/DC转换器的控制部接收，DC/AC转换器进行将根据DC/DC转换器的输出而变化的DC总线电压维持为恒定的控制。因此，对充放电功率进行控制时的控制的延迟变长。与此相对，在上述的蓄电系统中DC/AC转换器直接接收充放电的指令值，因此控制的延迟变短。
(9)在上述(7)的蓄电系统，所述DC/DC转换器可以针对所对应的所述直流电源进行电流控制。
在该情况下，能够构成经由进行电流控制的DC/DC转换器将直流电源与DC总线并联连接的蓄电系统。直流电源例如除了需要根据SOC等的状态对充放电电流进行限制的蓄电池以外，是太阳能发电、燃料电池等发电装置。
(10)从方法的观点出发是一种DC/DC转换器的控制方法，其是处于多个直流电源和共通的DC总线之间而彼此并联地设置的多个DC/DC转换器的控制方法，在该DC/DC转换器的控制方法中，将与从所述多个所述DC/DC转换器的整体观察到的各个所述DC/DC转换器有关的所述DC总线的电压检测偏差导入而对所述DC总线的电压检测值进行校正，按照相对于输出功率成为下垂特性的电压指令值对所述DC/DC转换器进行控制。
根据如上所述的DC/DC转换器的控制方法，通过相对于输出功率的电压指令值的下垂特性，能够实现使得并联地设置的多个DC/DC转换器的输出朝向一致的方向那样的控制。另外，为了抑制由于DC总线的电压检测的误差而引起的多个DC/DC转换器的输出不一致，将DC总线的电压检测偏差导入而对DC总线电压检测值进行校正。这样，在多个DC/DC转换器之间，不依赖于高速的通信，就能够将输出均一化。
[本发明的实施方式的详细内容]
下面，参照附图对本发明的DC/DC变换系统、包含该DC/DC变换系统的蓄电系统及DC/DC转换器的控制方法的具体例进行说明。
《包含蓄电系统的整体结构》
图1是包含蓄电系统1的电源系统的单线连接图。在图中，蓄电系统1与交流电路LAC连接。太阳能发电系统2也与交流电路LAC连接。3相的商用电力系统3经由变压器4而与交流电路LAC连接。在变压器4的次级侧和交流电路LAC之间设置有对交流电流进行检测的CT(Current Transformer)5。在交流电路LAC连接有负载6。
蓄电系统1具有直流电源系统11和DC/AC转换器12。DC/AC转换器12由控制部13控制。向控制部13发送来由CT 5检测出的电流值的信息。
直流电源系统11是n(n为2以上的自然数)组直流电源装置11＿1、11＿2、···、11－n彼此并联地连接于共通的DC总线LDC而构成的。直流电源装置11＿1具有多个电池单元的串联串即蓄电池14、随附于蓄电池14而设置的电池管理系统15、与蓄电池14连接的DC/DC转换器16、以及对DC/DC转换器进行控制的控制部17。其他直流电源装置11＿2、···、11－n也具有相同的内部电路。电池管理系统15取得与蓄电池14相关的SOC其他信息，将信息发送至控制部17。
太阳能发电系统2具有将太阳能电池21的串联串进一步并联连接而成的阵列21A和DC/AC转换器22。阵列21A的输出通过DC/AC转换器22而变换为交流电力，供给至交流电路LAC。太阳能发电系统2能够作为分散电源，向交流电路LAC供给电力。
蓄电系统1能够对向交流电路LAC供给的电力进行充电，并且能够通过放电向交流电路LAC供给电力。从交流电路LAC将电力供给至负载6。在没有系统互连的自主运转时，将太阳能发电系统2所输出的电力供给至负载6，另外，能够对蓄电系统1进行充电。在负载6需要的电力大的情况下或太阳能发电停止中，能够从蓄电系统1对向负载6供给电力。
此外，作为直流电源系统11的直流电源，例如除了需要根据SOC等的状态对充放电电流进行限制的蓄电池以外，也能够使用太阳能发电、燃料电池等发电装置。
《详细的电路结构》
图2是作为一个例子，2组直流电源装置11＿1、11＿2连接于DC总线LDC的电路图。在图中，将2组DC/DC转换器的标号分别设为16＿1、16＿2。将2组控制部的标号分别设为17＿1、17＿2。直流电源装置11＿1侧的蓄电池14及BMS 15连接于DC/DC转换器16＿1。直流电源装置11＿2侧的蓄电池14及BMS 15连接于DC/DC转换器16＿2。
DC/DC转换器16＿1具有平滑电容器161、直流电抗器162、低电位侧的开关元件QL、高电位侧的开关元件QH和DC总线LDC侧的平滑电容器163，它们如图所示那样进行连接。另外，作为测量用的仪器，设置有对DC/DC转换器16＿1的低压侧的电压进行检测的电压传感器165、对在直流电抗器162中流动的电流进行检测的电流传感器166和对DC总线LDC的2线间的电压进行检测的电压传感器167。BMS 15的信息及各传感器所输出的检测值的信号发送至控制部17＿1。
关于DC/DC转换器16＿2也是相同的内部电路结构，因此标注相同标号而省略说明。
与多组DC/DC变换相关的结构即在本例中DC/DC转换器16＿1及其控制部17＿1以及DC/DC转换器16＿2及其控制部17＿2如果进行一般化表现，则构成在多个直流电源(14)和共通的DC总线(LDC)之间设置的DC/DC变换系统100。
DC/AC转换器12具有：平滑电容器121；交流电抗器122，其分别设置于3个支路、全桥的开关元件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、交流侧3电路；以及电容器123，其与交流电抗器122构成LC电路，它们如图所示那样进行连接。另外，作为测量用的仪器，具有对DC总线LDC的2线间的电压进行检测的电压传感器124、对交流3线间的电压进行检测的电压传感器124、125、126、以及对在交流3电路中流动的电流进行检测的电流传感器127、128、129。各传感器所输出的检测值的信号发送至控制部13。
此外，作为开关元件QL、QH、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6例如能够使用图示的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，但也可以取代其而是使用MOS－FET(Metal－Oxide－Semiconductor Field－Effect Transistor)。
控制部17＿1、17＿2及控制部13能够与管理控制部18进行通信(可以是有线、无线的任意者)。控制部13、17＿1、17＿2及管理控制部18例如包含计算机，通过由计算机执行软件(计算机程序)，从而实现所需的控制功能。软件储存于控制部13、17＿1、17＿2、管理控制部18的存储装置(未图示)。
在图1、图2中，相对于DC总线LDC彼此并联连接的多个DC/DC转换器16(16＿1、16＿2)通过由控制部17(17＿1、17＿2)进行的后面记述的控制，各自独立地被控制以使得DC总线电压成为恒定。因此，DC/AC转换器12不仅是在自主运转时，在系统互连运转时也无需将DC总线电压控制为恒定，只要按照控制部13的指令值对输出功率进行控制即可。
即，不需要向多个DC/DC转换器实时发送功率指令值的通信单元。交流的功率指令值仅由DC/AC转换器12的控制部13掌握即可。
《关于下垂特性》
图3是表示DC/DC转换器的等效模型的图。如果将DC/DC转换器的输出电压(DC总线电压)设为E、将DC/DC转换器和负载(如果是图1及图2的电路结构，则为DC/AC转换器12)之间的线路阻抗设为Z、将向负载供给的电压设为V，则DC/DC转换器的输出电流I通过下面的式(1)获得。
I＝(E－V)/Z···(1)
如果将式(1)中的Z假定为纯电阻R，则DC/DC转换器所输出的功率P通过下面的式(2)表示。
P＝VI＝(EV－V2)/R···(2)
如果将式(2)变形，则得到下面的式(3)。
E＝(R/V)P+V···(3)
根据式(3)，输出电压E与输出功率P成正比。因此，将电压指令值E＊的特性作为相对于输出功率P以比例系数f进行负反馈的函数，通过下面的式(4)表示。
E＊＝Eref－f(P－Pref)···(4)
在这里，Eref及Pref各自表示DC/DC转换器的输出电压(DC总线电压)及输出功率的基准值。全部DC/DC转换器16(16＿1、16＿2)的控制部17(17＿1、17＿2)各自独立地例如以20kHz反复进行式(4)的运算。
图4是将式(4)以图形表示的图。在图4中，电压指令值E＊相对于输出功率P，成为基于比例系数f的斜率(－f)的下垂特性。在P＝Pref时，E＊＝Eref。例如，如果2个DC/DC转换器之中的一者(例如DC/DC转换器16＿1)处于下垂特性上的坐标点(P1，E＊1)，另一者(DC/DC转换器16＿2)处于(P2，E＊2)，则相对地，输出功率小的一方电压目标值变高，输出功率大的一方电压目标值变低。其结果，DC/DC转换器16＿1试图使输出功率增大，DC/DC转换器16＿2试图使输出功率减小。这样，2个DC/DC转换器16＿1、16＿2彼此向输出功率一致的方向收敛。
《DC/DC转换器的控制框图》
图5是DC/DC转换器的控制框图的一个例子。在图5中的(a)，将DC/DC转换器的低压侧电压vL1和电流i1之积设为功率P1。接下来，在(b)，将相对于功率P1的下垂特性的式(4)的比例系数f设为0.005，将DC总线电压的基准值Eref作为400[V]而生成电压指令值E1＊。接下来，在(c)，对电压指令值E1＊和实际的高压侧的电压vH1的差实施比例积分及限幅处理而得到电流指令值i1＊。此后，与通常的DC/DC转换器的控制相同，在(d)，生成电压参照值v1r。而且，在(e)，将电压参照值v1r和三角波(20kHz)叠加，能够得到高电位侧的栅极驱动信号gdH1和具有将其反转的关系的低电位侧的栅极驱动信号gdL1。
《验证》
(下垂控制的效果)
图6及图7是为了比较而示出不进行具有下垂特性的控制(以下，称为下垂控制)，将2台DC/DC转换器并联连接而运转的蓄电系统的状态的图形。横轴为时间。在图6、图7的各图，上部的图形示出DC/AC转换器的3相的交流输出电压和比它们的峰值高的DC总线电压。中部的图形示出与2台DC/DC转换器相对应的2个蓄电池电流。下部的图形示出2台DC/DC转换器的输出功率。
在图6中，作为条件，设为2台DC/DC转换器的电压检测值的差为0、电路的配线阻抗的差为0。在该情况下，2个蓄电池电流存在由脉动引起的细的变动，但大概一致，成为如1根粗线那样。2台DC/DC转换器的输出功率(下部)一致，为2024W。但是，在现实中难以实现如上所述的理想状态。就DC总线电压检测值而言，假设即使准确地进行了检测电路的校正，但由于与温度变化相伴的放大器的偏置变动等而在2台的电压检测值产生±1V左右的差异，这是无法避免的。即使配线的阻抗也以尽可能一致的方式进行设计，也难以将误差设为10％以下。
在图7中，作为条件，设为2台DC/DC转换器的电压检测值的差为0.1％，配线阻抗的差为0。在该情况下，关于一个DC/DC转换器，成为蓄电池电流达到电流上限值30A，功率为7408W的放电。关于另一个DC/DC转换器，成为蓄电池电流为－13A，功率为3281W的充电。如上所述，可知2台DC/DC转换器的DC总线电压检测值仅相差0.1％，其相差少量，但输出大幅地乖离。
接下来，对进行了下垂控制的情况下的蓄电系统的状态进行说明。
在DC/DC转换器的控制中，将使蓄电池放电而向DC总线输出时的功率的符号设为正。另外，将式(4)的DC总线电压的基准值Eref设为400V，将DC/DC转换器的输出功率的基准值Pref设为0W，将比例常数f设为0.005。在该情况下，DC/DC转换器的DC总线电压指令值E＊在输出功率为10kW(放电)时成为350V，在－10kW(充电)时成为450V。DC总线电压控制的比例增益在与不进行下垂控制时相同的值即10进行振荡，因此下降至0.2为止。
图8至图11是表示进行下垂控制，将2台DC/DC转换器并联连接而运转的蓄电系统的状态的图形。横轴为时间。在各图中，上部的图形示出DC/AC转换器的3相的交流输出电压和比它们的峰值高的DC总线电压。中部的图形示出与2台DC/DC转换器相对应的2个蓄电池电流。下部的图形示出2台DC/DC转换器的输出功率。
在图8中，作为条件，将DC总线电压检测值的差设为0.1％，将配线阻抗的差设为0。作为结果，2台DC/DC转换器的输出功率成为2063W和1985W，与两者的平均值2024W的偏差成为±1.9％。即，虽然2台DC/DC转换器的功率不一致，但成为接近的值。
在图9中，作为条件，使DC总线电压检测值的差增大为1％，配线阻抗的差设为0。作为结果，2台DC/DC转换器的输出功率成为2410W和1638W，与两者的平均值的偏差增大为±19％。
在图10中，作为条件，将下垂控制的比例常数设为0.005的2倍即0.01，将DC总线电压检测值的差设为1％，将配线阻抗的差设为0。作为结果，2台DC/DC转换器的输出功率成为2212W和1836W，与两者的平均值的偏差成为±9％。
在图11中，作为条件，将下垂控制的比例常数设为0.01，将DC总线电压检测值的差设为1％，而且，设为配线阻抗的差不为0，一者成为另一者的2倍。作为结果，2台DC/DC转换器的输出功率成为2215W和1833W。与图10的结果相比，几乎没有变化。即，可理解配线阻抗的差不会对结果造成大幅影响。
根据以上的结果，可知与配线阻抗相比，DC总线电压检测值的差会对DC/DC转换器的输出波动造成大的影响。另外，已知下述效果，即，越增大下垂控制的比例常数f，则越能抑制由DC总线电压值的差引起的输出波动。但是，即使将比例常数f设为0.01，2台DC/DC转换器的输出功率的与平均值的偏差仍为±9％。另外，此时，DC总线电压指令值E＊是在输出功率为10kW(放电)时下降至300V为止。该电压值对于为了通过DC/AC转换器变换为交流200V而言并不是充分的值。
在DC/DC转换器的输出功率为－10kW(充电)时DC总线电压指令值E＊成为500V。其是对于向交流200V的变换而言是充分的值，但作为DC总线电压而过高，因此DC/AC转换器的功率损耗变大。为了使得DC总线电压的变动范围不变得过大，需要研究下述方法，即，下垂控制的比例常数f基本不会增大、但DC/DC转换器的输出的波动变小。
《下垂控制及电压检测值的校正》
图12是表示输出偏差和电压检测偏差之间的关系的图形。该图形是对上述的将下垂控制的比例常数f设为0.005时的DC/DC转换器的输出的与平均值的偏差(输出偏差(比率))和从DC总线电压检测的平均值(整体)观察的各个偏差(电压检测偏差)之间的关系进行绘制，作为它们的近似直线而得到的。根据该图，可知输出偏差和电压检测偏差彼此处于比例关系。
因此，能够基于输出偏差对电压检测值进行校正。例如，在输出偏差为+19％时，如果应用近似直线，则DC总线电压检测值的偏差为－0.494％。由此，如果将电压检测值除以(1－0.00494)即0.99506，则能够对电压检测值进行校正。实际上，在设置有蓄电系统的现场在构建系统后以额定的20％左右的输出进行试运转，只要根据输出偏差而决定各DC/DC转换器的DC总线电压检测值的校正系数即可。使用如上所述的校正系数对2台DC/DC转换器的DC总线电压检测值进行了校正。
图13及图14是表示在下垂控制的基础上进行上述的校正，将2台DC/DC转换器并联连接而运转的蓄电系统的状态的图形。横轴为时间。在各图中，上部的图形示出DC/AC转换器的3相的交流输出电压和比它们的峰值高的DC总线电压。中部的图形示出与2台DC/DC转换器相对应的2个蓄电池电流。下部的图形示出2台DC/DC转换器的输出功率。
在图13中，作为条件，下垂控制的比例常数f为0.005，将DC总线电压检测值的差设为1％，将配线阻抗的差设为0。该条件与图9相同。而且，使用将图9的输出偏差应用于图12的近似直线而得到的校正系数对2台DC/DC转换器的DC总线电压检测值进行了校正。作为其结果，2台DC/DC转换器的输出功率成为2024W和2019W，大致一致。相对于两者的平均值的偏差变小，成为±0.135％。在图13的图形上2台DC/DC转换器的输出功率彼此重合而看起来是1根线。
在图14中，在与图13相同的条件及校正的基础上，将在DC/AC转换器的交流侧的各线间连接的电阻负载从10Ω置换为2Ω。在该情况下，各DC/DC转换器的输出功率成为10.330kW和10.325kW，大致一致。相对于两者的平均值的偏差仅为±0.02％。在图14的图形上2台DC/DC转换器的输出功率彼此重合而看起来是1根线。DC总线电压也在大约350V而稳定。
图15是在对负载连接施加苛刻条件后，在下垂控制的基础上进行校正，将2台DC/DC转换器并联连接而运转的蓄电系统的状态的图形。横轴为时间。从上起第1层的图形示出DC/AC转换器的3相的交流输出电压。第2层的图形示出DC/AC转换器的3相的交流输出电流。第3层的图形示出DC总线电压。第4层的图形示出与2台DC/DC转换器相对应的2个蓄电池电流。第5层的图形示出2台DC/DC转换器的输出功率。
在图15中，作为条件，下垂控制的比例常数f为0.005，将DC总线电压检测值的差设为1％，将配线阻抗的差设为0。该条件与图9相同。而且，使用将图9的输出偏差应用于图12的近似直线而得到的校正系数对2台DC/DC转换器的DC总线电压检测值进行了校正。另外，在图15中，为了施加苛刻条件，设为2Ω×3个电阻负载以0.2秒的周期反复进行连接/非连接。其结果，在刚将负载解列后DC/AC转换器的输出电压紊乱，但除此之外，交流电压将线间200V稳定地输出。DC总线电压在连接有负载时以350V成为稳态状态，在解列时以400V成为稳态状态，但包含过渡的两者的中间电压状态而稳定。2台DC/DC转换器的输出功率在稳态状态、过渡状态也一致。
《至此为止的总结》
如以上所述，加入使各DC/DC转换器的DC总线电压指令值以通过输出功率进行负反馈的方式变化的下垂特性，并且兼用通过输出功率的与平均值的偏差对DC总线电压检测值进行校正的机制。由此，确认到不依赖于通信，能够通过多个DC/DC转换器进行将DC总线电压保持为恒定值的控制。
《3台以上的DC/DC转换器的并联运转》
接下来，考虑3台以上的DC/DC转换器的并联运转。即，将图1、图2的直流电源装置为11＿1、11＿2、11＿3这3台并联运转的情况。
首先，进行用于求出DC总线电压检测器的校正系数的仿真。将3台DC/DC转换器的DC总线电压检测器的误差率分别设为+1％、±0％、－1％，在交流侧各线间连接有10Ω的电阻负载。校正系数全部设为1。如果将输出偏差δi通过下述的式(5)进行定义，则3台DC/DC转换器的δi成为－0.580、0、+0.580。
此外，表示记号及算式的字体在说明书中混合有不同种类，但字体的差异没有含义，相同的文字示出相同的物理量。
Figure BDA0003534477100000171
另外，将3台DC/DC转换器的DC总线电压检测器的误差率分别设为+0.5％、±0％、－0.5％，在交流侧各线间连接有10Ω的电阻负载。在该情况下，3台DC/DC转换器的δi成为－0.290、0、+0.290。
根据这些结果而示出输出偏差δi和DC总线电压检测偏差之间的关系的图形是图16。表示关系的直线穿过原点，示出了斜率为负的比例关系。能够根据该关系而通过下述的式(6)得到用于将输出偏差δi最小化的DC总线电压检测值的校正系数Gi。在通过DC/DC转换器的控制部的软件对DC总线电压检测值进行运算时，以Gi返还，由此对检测值的偏差进行校正，能够将输出偏差最小化。
Gi＝1+hδi，h＝－0.01725···(6)
此外，图16的斜率h(＝－0.01725)与图12所示的2台并联DC/DC转换器的－0.0260相比，大概成为2/3。即，根据并联台数而斜率改变。将定义出δi的式(5)应用于式(6)而得到下述的式(7)。式(7)示出了h和DC/DC转换器的并联数n之积成为恒定。
Figure BDA0003534477100000181
由此，如果重新定义为H＝nh，则式(6)通过下述的式(8)，能够一般化为将DC/DC转换器的并联数n加入后的算式。
Gi＝1+(H/n)·δi，H＝－0.05175···(8)
《输出偏差所涉及的校正》
将3台DC/DC转换器的DC总线电压检测的误差率分别设为+0.8％、+0.3％、－0.9％，在交流侧各线间连接有10Ω的电阻负载。此时的DC总线电压检测值校正前的结果是3台DC/DC转换器的输出为平均1350W，偏差成为δ1：－0.4249、δ2：－0.1352、δ3：+0.5601而发生波动。因此，如果将上述的输出偏差应用于式(8)，则DC总线电压检测值的校正系数成为G1：1.00733、G2：1.00233、G3：0.990。使用该校正系数对DC总线电压检测值进行了校正。
图17是表示在下垂控制的基础上进行上述的校正，将3台DC/DC转换器并联连接而运转的蓄电系统的状态的图形。横轴为时间。在图中，上部的图形示出DC/AC转换器的3相的交流输出电压和比它们的峰值高的DC总线电压。中部的图形示出与3台DC/DC转换器相对应的3个蓄电池电流。下部的图形示出3台DC/DC转换器的输出功率。
作为结果，3台DC/DC转换器的输出大致一致，输出偏差为δ1：0.00673、δ2：0.00653、δ3：－0.0132而变得极小。
另外，将交流侧负载电阻变更为1.5Ω。在该情况下3台DC/DC转换器的输出也大致一致，相对于平均值9213.6W的输出偏差为δ1：0.000888、δ2：0.000861、δ3：－0.00175而进一步减小。
接下来，将DC总线电压检测的误差率变更为+1.2％、－0.5％、－1.2％，在交流侧各线间连接有10Ω的电阻负载。作为结果，3台DC/DC转换器的输出成为平均1344W，偏差成为δ1：－0.7972、δ2：+0.1944、δ3：+0.6027。如果将该输出偏差应用于式(8)，则DC总线电压检测值的校正系数成为G1：1.01375、G2：0.9966、G3：0.9896。使用该校正系数对DC总线电压检测值进行了校正。
作为结果，3台DC/DC转换器的输出大致一致，输出偏差为δ1：0.00445、δ2：－0.00254、δ3：－0.00191而变小。
并且，将交流侧负载电阻变更为1.5Ω。在该情况下3台DC/DC转换器的输出也大致一致，相对于平均值9213.8W的输出偏差为δ1：0.000586、δ2：－0.000337、δ3：－0.000249而进一步减小。
接下来，将DC/DC转换器的并联数增加为5台。将DC总线电压检测的误差率分别设为+1.2％、－0.5％、－1.2％、+0.8％、－0.8％，在交流侧各线间连接有10Ω的电阻负载。其结果，DC/DC转换器的输出成为平均803.6W，偏差成为δ1：－1.276、δ2：0.3926、δ3：1.07979、δ4：－0.88349、δ5：0.68712。如果将该输出偏差应用于式(8)，则DC总线电压检测值的校正系数成为G1：1.0132、G2：0.9959、G3：0.9888、G4：1.00914、G5：0.99289。使用该校正系数对DC总线电压检测值进行了校正。
作为结果，5台DC/DC转换器的输出大致一致，成为平均810.61W，输出偏差成为δ1：0.0194、δ2：－0.00787、δ3：－0.0171、δ4：0.0141、δ5：－0.00859。
并且，将交流侧负载电阻变更为0.9Ω。在该情况下5台DC/DC转换器的输出也大致一致，相对于平均值9325.3W的输出偏差为δ1：0.00150、δ2：－0.000612、δ3：－0.00132、δ4：0.00109、δ5：－0.000663而进一步减小。
另外，确认了下述情况，即，5台并联，且对DC总线电压检测的误差率仅向正侧偏移的情况。作为一个例子，即将误差率设为+2.0％、+1.5％、+1.0％、+0.5％、0％。在该情况下作为结果，也能够将DC/DC转换器的输出均一化。
并且，关于与各DC/DC转换器连接的直流电源的电压不同的情况也进行了确认。具体地说，各直流电源的电压设为200V、225V、250V、275V、300V。结果是仅1台DC/DC转换器的输出被输出电流的上限45A约束，因此变小，但其他4台变得均一。根据该结果，可知直流电源的电压不对DC/DC转换器的输出分担造成影响，在任意的DC/DC转换器受到电流上限值的约束的情况下，其他DC/DC转换器自动地将负载消耗功率的不足量均等地分配。
即，根据剩余量、劣化的进展程度，在对某特定的蓄电池的输出施加了限制的情况下，该蓄电系统也进行如期待那样的动作。与放电极限或达到满充电的蓄电池相对应的DC/DC转换器能够从输出的均一化的对象排除在外。此外，如果将输出电流的上限提高为50A，则1台DC/DC转换器的输出约束被解除，5台DC/DC转换器的输出变得均一。
《比例系数H的校正》
至此为止，关于输出偏差所涉及的DC总线电压检测值的校正，示出了以准确地得到相对于求出校正系数的式(8)所包含的输出偏差的比例系数H为前提的研究结果。但是，实际上该前提未必成立。其原因在于，即使使用通过尽可能将实机的各条件忠实地模型化的仿真等预想出的系数H，也无法使仿真与实机完全地一致，无法避免与实机的H相比包含一定程度的误差。因此，在H包含有误差的情况下，考虑进一步对其进行校正而将输出均一化。
如果仅通过仿真进行研究，则不会出现H的误差，但假定为为了对其进行模拟而预先得到的H＊是实际的值的一半即－0.025875而进行研究。此时，例如，校正系数成为G1 ＊：1.00502530059405、G2 ＊：1.0025130560483、G3 ＊：0.999999866085955、G4 ＊：0.99748727259746、G5 ＊：0.994974504674805。将使用这些校正系数而进行的DC总线电压检测的校正设为1次校正，求出1次校正后的结果。求出校正前的输出偏差和1次校正后的输出偏差之间的关系。
图18是表示校正前的输出偏差和1次校正后的输出偏差之间的关系的图形。两者处于比例关系，1次校正后的输出偏差相对于校正前而缩小为0.4904倍的值。该输出偏差是由于1次校正所使用的H＊的误差而产生的，因此能够基于该校正前后的偏差的变化对H＊进行校正。输出偏差δi和DC总线电压检测偏差Δi之间的关系能够通过式(9)表示。在这里，vi是DC总线电压检测值，vo是不包含偏差的DC总线电压。
Figure BDA0003534477100000211
使用H＊对vi进行了校正时的DC总线电压检测偏差Δi ＊和输出偏差δi ＊之间的关系成为式(10)。
Figure BDA0003534477100000212
通过上述式(9)、式(10)，得到下述的式(11)、式(12)。
Figure BDA0003534477100000213
Figure BDA0003534477100000214
将式(12)变形，使用式(8)的校正系数Gi的式，得到下述式(13)及(14)。
Figure BDA0003534477100000221
Figure BDA0003534477100000222
根据1次校正前及1次校正后的结果而通过式(14)求出校正系数Gi。式(14)的(δi ＊)/δi使用了图18的斜率0.4904。此时，成为G1：1.009909185、G2：1.004943384、G3：0.999999737、G4：0.99508111、G5：0.990185816，校正系数与使用原本的H而求出的校正系数大致一致。将使用了该校正系数的DC总线电压检测值的校正设为2次校正。
关于5台DC/DC转换器的2次校正后的输出偏差在负载10Ω时成为如下所示。
P1：808.72111W、δ1：－0.0015630963095791
P2：807.53344W、δ2：－0.0030293787433416
P3：808.11476W、δ3：－0.0023116883879441
P4：810.58379W、δ4：0.00073654497438117
P5：814.98289W、δ5：0.0061676184664834
平均：809.987198W
另外，2次校正后的输出偏差在负载0.9Ω时成为如下所示。
P1：9322.7666W、δ1：－0.0001225987849281
P2：9321.6954W、δ2：－0.00023748621246296
P3：9322.2296W、δ3：－0.00018019265029986
P4：9324.4640W、δ4：5.9449310196535E－005
P5：9328.3929W、δ5：0.00048082833749458
平均：9323.9097W
以上所示，即使在无法准确地预测系数H的情况下，根据通过2个阶段求出校正系数的方法，能够将输出均一化。
《流程图》
图19是表示DC总线电压检测校正的处理动作的流程图的一个例子。该流程图的执行主体为管理控制部18。通过DC总线电压检测校正的开始，管理控制部18使蓄电系统以一定输出进行动作(步骤S1)。DC/DC转换器16的控制部17对自身的输出(输出功率)进行检测，发送至管理控制部18。管理控制部18对从控制部17发送来的输出的信息进行接收(步骤S2)。管理控制部18基于输出的信息，对各个DC/DC转换器16的输出偏差进行计算(步骤S3)。
接下来，管理控制部18通过式(8)对校正系数进行计算，向各DC/DC转换器16通知校正系数(步骤S4)。在DC/DC转换器16侧，导入被通知的校正系数而对输出进行计算，发送至管理控制部18。接收到从各DC/DC转换器16输出的信息(步骤S5)的管理控制部18对各DC/DC转换器16的输出偏差进行重新计算(步骤S6)。
接下来，管理控制部18对输出偏差是否小于规定值进行判定(步骤S7)，如果小于规定值，则结束DC总线电压检测校正。如果不小于规定值，则管理控制部18通过式(14)对校正系数进行重新计算(步骤S8)。之后，管理控制部18再次执行步骤S5、S6、S7，在步骤S7中，如果输出偏差变得小于规定值，则结束DC总线电压检测校正。通常，认为在该阶段输出偏差变得小于规定值，但万一没有变小的情况下，可以进一步进行校正系数的重新计算而反复进行相同的处理。
如以上所述，管理控制部18确定与从多个DC/DC转换器的整体观察到的各个输出偏差相对应的电压检测偏差，将对该电压检测偏差进行抑制的校正值(校正系数)赋予给多个DC/DC转换器各自的控制部。各控制部使用被通知的校正值能够将多个DC/DC转换器的输出均一化。此外，在该通知时使用通信，但不需要高速的通信。
另外，管理控制部18与DC/DC转换器的并联数相应地使校正值变化。即，基于适当的校正值根据DC/DC转换器的并联数而发生变化这一见解，将与并联数相对应的适当的校正值赋予给各控制部。
如果将步骤S4的校正值(校正系数)设为第1校正值，则各控制部使用该第1校正值，然后再次由管理控制部18确定与从多个DC/DC转换器的整体观察到的各个DC/DC转换器有关的输出偏差所对应的电压检测偏差，将对该电压检测偏差进行抑制的第2校正值(校正系数)赋予给多个所述DC/DC转换器各自的控制部(步骤S8)。这样，即使第1校正值是暂定值，也能够通过第2校正值将多个DC/DC转换器的输出均一化。
《发明的总结》
以上，如详述那样，在多个蓄电池14和共通的DC总线LDC之间设置的DC/DC变换系统100，与多个蓄电池14各自相对应地具有在蓄电池14和DC总线LDC之间设置的DC/DC转换器16和对DC/DC转换器16进行控制的控制部17。而且，控制部17将与从并联地存在的多个DC/DC转换器16的整体观察到的各个DC/DC转换器有关的DC总线LDC的电压检测偏差导入而对DC总线电压检测值进行校正，按照相对于输出功率成为下垂特性的电压指令值对DC/DC转换器16进行控制。
作为蓄电系统1及DC/DC转换器的控制方法，其主旨是同样的。
在如上所述的DC/DC变换系统100，根据电压指令值相对于输出功率的下垂特性，实现使得并联地设置的多个DC/DC转换器16的输出朝向一致的方向那样的控制。另外，为了抑制由于DC总线LDC的电压检测的误差而引起的多个DC/DC转换器的输出不一致，将DC总线LDC的电压检测偏差导入而对DC总线电压检测值进行校正。这样，在多个DC/DC转换器16之间，不依赖于高速的通信，就能够将输出均一化。
为了将与从整体观察到的各自有关的电压检测偏差通知给各DC/DC转换器，需要对整体进行观察的管理控制部那样的功能。但是，用于该通知的通信无需实时地进行，只要是低速而能够定期地更新这一程度的通信就足够。通过进行定期的更新，从而即使电压检测偏差历时地变化，也能够提供适当的校正值(校正系数)。
进行上述的输出均一化的控制，换言之，DC总线电压分散控制，以使得与DC总线并联连接的多个DC/DC转换器各自独立地DC总线电压成为恒定。通过DC/DC转换器进行控制以使得DC总线电压始终收敛于一定范围内，因此DC/AC转换器不仅在自主运转中，在系统互连运转中也无需将DC总线电压控制为恒定，只要专门对输出功率进行控制即可。
《与中央控制的比较》
在系统互连的运转中，对假设使用高速通信而发送输出指令值的现有的“中央控制”的响应性和DC总线电压分散控制的响应性通过仿真进行了比较。
例如，在自主运转的情况下，如果在中央控制下与从中央控制部向各DC/DC的功率指令值传送相伴的通信延迟成为10毫秒左右，则在负载急变时DC总线电压降低，DC/AC转换器的输出电压无法维持正弦波。另一方面，在DC总线电压分散控制中，不进行通过通信实施的指令值传送，各DC/DC转换器的控制部独立地对DC总线电压进行控制，因此响应快，即使在负载急变时DC总线电压也维持在适当范围内，在DC/AC转换器的输出电压不发生紊乱。
另外，在系统互连运转的情况下，在中央控制下不受通信延迟和通过DC/AC转换器进行的DC总线电压控制的追随延迟的影响，在通信延迟为10毫秒的情况下，功率指令值变更后的响应时间成为30毫秒左右。与此相对，在DC总线电压分散控制中，如果对功率指令值进行更新，则DC/AC转换器的输出电流指令值被立即更新，因此响应时间成为中央控制的十分之一即3毫秒。如上所述，在系统互连运转中，对于还要求负载追随、可再生能量的发电平滑化、频率控制等的及时响应性的用途，DC总线电压分散控制变得有效。
《补记》
此外，应当认为本次公开的实施方式在所有方面都是例示，并不是限制性的内容。本发明的范围由权利要求书表示，包含与权利要求书等同的含义以及范围内的全部变更。
标号的说明
1 蓄电系统
2 太阳能发电系统
3 商用电力系统
4 变压器
5 CT
6 负载
11 直流电源系统
11＿1、11＿2、11＿n 直流电源装置
12 DC/AC转换器
13 控制部
14 蓄电池
15 电池管理系统
16、16＿1、16＿2 DC/DC转换器
17、17＿1、17＿2 控制部
18 管理控制部
21 太阳能电池
21A 阵列
22 DC/AC转换器
100 DC/DC变换系统
121 平滑电容器
122 交流电抗器
123 电容器
124、125、126 电压传感器
127、128、129 电流传感器
161 平滑电容器
162 直流电抗器
163 平滑电容器
165 电压传感器
166 电流传感器
167 电压传感器
LAC 交流电路
LDC DC总线
QH、QL 开关元件
Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6 开关元件。

Claims (10)

1.一种DC/DC变换系统，其设置于多个直流电源和共通的DC总线之间，
该DC/DC变换系统与所述多个直流电源各自相对应地具有：
DC/DC转换器，其设置于所述直流电源和所述DC总线之间；以及
控制部，其对所述DC/DC转换器进行控制，
所述控制部将与从并联地存在的多个所述DC/DC转换器的整体观察到的各个所述DC/DC转换器有关的所述DC总线的电压检测偏差导入而对所述DC总线的电压检测值进行校正，按照相对于输出功率成为下垂特性的电压指令值对所述DC/DC转换器进行控制。
2.根据权利要求1所述的DC/DC变换系统，其中，
具有管理控制部，该管理控制部确定与从所述多个DC/DC转换器的整体观察到的各个DC/DC转换器有关的输出偏差所对应的所述电压检测偏差，将对该电压检测偏差进行抑制的校正值赋予给多个所述DC/DC转换器各自的所述控制部。
3.根据权利要求2所述的DC/DC变换系统，其中，
所述管理控制部与所述DC/DC转换器的并联数相应地使所述校正值变化。
4.根据权利要求2或3所述的DC/DC变换系统，其中，
如果将所述校正值设为第1校正值，则各控制部使用该第1校正值，然后再次由所述管理控制部确定与从所述多个DC/DC转换器的整体观察到的各个DC/DC转换器有关的输出偏差所对应的电压检测偏差，将对该电压检测偏差进行抑制的第2校正值赋予给多个所述DC/DC转换器各自的所述控制部。
5.根据权利要求2或3所述的DC/DC变换系统，其中，
所述管理控制部定期地对所述校正值进行更新，赋予给多个所述DC/DC转换器各自的所述控制部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的DC/DC变换系统，其中，
所述直流电源为蓄电池，所述控制部基于所述直流电源的充电状态对在所述直流电源流动的电流进行限制。
7.一种蓄电系统，其包含多个直流电源及共通的DC总线，
该蓄电系统与所述多个直流电源各自相对应地具有：
DC/DC转换器，其设置于所述直流电源和所述DC总线之间；以及
控制部，其对所述DC/DC转换器进行控制，
所述控制部将与从并联地存在的多个所述DC/DC转换器的整体观察到的各个所述DC/DC转换器有关的所述DC总线的电压检测偏差导入而对所述DC总线的电压检测值进行校正，按照相对于输出功率成为下垂特性的电压指令值对所述DC/DC转换器进行控制。
8.根据权利要求7所述的蓄电系统，其中，
具有DC/AC转换器，该DC/AC转换器设置于所述DC总线和交流电路之间，
所述DC/AC转换器与连接于所述交流电路的商用电力系统或负载的状况相应地使输出变化。
9.根据权利要求7所述的蓄电系统，其中，
所述DC/DC转换器针对所对应的所述直流电源进行电流控制。
10.一种DC/DC转换器的控制方法，其是处于多个直流电源和共通的DC总线之间而彼此并联地设置的多个DC/DC转换器的控制方法，
在该DC/DC转换器的控制方法中，
将与从所述多个所述DC/DC转换器的整体观察到的各个所述DC/DC转换器有关的所述DC总线的电压检测偏差导入而对所述DC总线的电压检测值进行校正，
按照相对于输出功率成为下垂特性的电压指令值对所述DC/DC转换器进行控制。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5226399B2 (ja) 2008-06-25 2013-07-03 新電元工業株式会社 電源装置及び電源装置の制御方法
KR101097261B1 (ko) * 2009-12-17 2011-12-22 삼성에스디아이 주식회사 전력 저장 시스템 및 그 제어 방법
JP6157880B2 (ja) 2013-03-04 2017-07-05 株式会社東芝 複数電池を有する二次電池システム及び充放電電力等の配分方法
US9178433B2 (en) * 2013-05-15 2015-11-03 Bel Fuse (Macao Commercial Offshore) Limited Droop current sharing power converter with controlled transitions between regulation set points
JP5980738B2 (ja) 2013-07-29 2016-08-31 株式会社豊田中央研究所 電源システム
US9450513B2 (en) * 2013-09-27 2016-09-20 Daihen Corporation Control circuit and control method for inverter circuit, and control circuit and control method for power conversion circuit
JP6414658B2 (ja) 2013-12-24 2018-10-31 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力変換システム
KR102392376B1 (ko) * 2015-08-20 2022-04-29 삼성에스디아이 주식회사 배터리 시스템
US9787091B2 (en) * 2015-09-16 2017-10-10 General Electric Company Systems and methods for controlling a power conversion system
JP2019213013A (ja) 2018-06-01 2019-12-12 キヤノン株式会社 記録装置、記録方法、およびプログラム
CN110365004B (zh) * 2019-06-10 2020-11-13 广州大学 一种直流微电网功率分配控制方法

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