JP2023100517A - power system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数台の電池を用いた電力システムに関する。 The present invention relates to power systems using multiple batteries.
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。
A method for controlling the current/power balance in a DC bus line to which a plurality of batteries are connected in an autonomous distributed manner has been disclosed (
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。 By the way, since the droop control is a control that causes a steady voltage deviation, steady operation cannot be performed under the condition that the power conversion efficiency of the DC/DC converter is maximized. In addition, in conventional droop control, in addition to stability, there are constraints such as the need to keep the upper and lower voltage limits, including overshoot and undershoot voltage, and the voltage deviation above the detectable level. There was a problem of complication.
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。 One aspect of the present invention includes a plurality of DC/DC converters connected in parallel to a DC bus line, and a plurality of DC/DC converter controllers for proportional-integral control of each of the DC/DC converters. In the DC/DC converter controller of, by sharing the integrated value of the difference between the actual DC bus line voltage V_bus and the DC bus line voltage target value V_ref, load sharing of the plurality of DC/DC converters A power system characterized by arbitrarily controlling.
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。 Here, it is preferable to provide an analog signal bus line for sharing the integral value.
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。 Further, it is preferable that a single integral value calculator is shared by a plurality of the DC/DC converter controllers, the integral value calculator calculating the integral value and outputting it to the analog signal bus line. is.
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。 Further, the plurality of DC/DC converter controllers each include an integrator, share an average integral value obtained by averaging the integral values through the analog signal bus line, and use the average integral value to reduce the integration error. Corrective action is preferred.
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。 Moreover, it is preferable to provide a wired or wireless communication line for sharing the integral value.
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。 Further, an integral value average calculator for obtaining an average integral value by averaging the integral values obtained by the plurality of DC/DC converter controllers and outputting the average integral value to the communication line, wherein the plurality of DC/DC converter controllers It is preferable that the controllers each include an integrator, share the average integral value through the communication line, and use the average integral value to perform integration error correction processing.
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。 Further, a first control means for sharing an average integral value obtained by averaging the integral values using an analog signal bus line and performing processing for correcting an integral error using the average integral value; a second control means for sharing an average integral value obtained by averaging values and performing processing for correcting the integral error using the average integral value, wherein either the first control means or the second control means It is preferred that if one fails, control is exercised by the other.
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。 In addition, it is preferable to stop integral control in the plurality of DC/DC converter controllers when the integral value sharing function fails.
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。 According to the power system of the present invention, it is possible to share the load in a state where there is no voltage deviation in the DC line, and the power conversion efficiency of the DC/DC converter is improved.
［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。
[General power system configuration]
FIG. 1 shows a
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。 The DC/DC converter 10 converts the voltage of the connected DC power supply and supplies it to the DC bus line. The DC/DC converter controller 12 senses the voltage V_bus of the DC bus line in order to bring the voltage of the DC bus line closer to the target value V_ref, and the current output I_DC/DC of each DC/DC converter 10 (10a, 10b). It includes a proportional integral controller (PI controller) that controls (I_DC/DC1, I_DC/DC2). That is, the current of the DC/DC converter 10 is obtained by adding the proportional output of the gain K and the integrated output of the gain K' to the difference between the actual DC bus line voltage V_bus and the DC bus line voltage target value V_ref. Control the output I_DC/DC.
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。
Ideally, in the
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。
FIG. 2 shows simulation results of the output voltage and output current of each DC/DC converter 10 when the voltage measurement error V_error occurs in the DC/
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。
As the simulated current of the
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。 As shown in FIG. 2, in the integral calculation block of the DC/DC converter controller 12 provided for each DC/DC converter 10, the measured voltage of the DC bus line including the voltage measurement error V_error and the target value V_ref are integrated. As a result, the current of the DC/DC converter 10 diverges, and a desired current distribution ratio cannot be achieved.
［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。
[First embodiment]
As shown in FIG. 3, the
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。
The
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。 In this manner, the DC/DC converter controller 22 performs proportional integral control (PI control) on the plurality of DC/DC converters 10 using a common integral value, thereby realizing arbitrary load sharing. The current distribution ratio at the steady state is the gain ratio K_1': K_2': . Also, the current distribution ratio at the time of transient voltage fluctuation is the gain ratio K_1:K_2: . Therefore, the current distribution ratio of each DC/DC converter 10 can be arbitrarily set during normal operation and transient operation.
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。 For example, when using a low-capacity, high-output storage battery (lithium-ion battery, etc.), the gain of integral control is low and the gain of proportional control is high. You can take a big share. Conversely, when using a high-capacity, low-output battery (NAS battery, etc.), the gain of the integral control is increased and the gain of the proportional control is decreased. The load sharing can be reduced.
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。 A high-level controller (not shown) may be provided to set the load sharing rate and the current offset value for the DC/DC converter controller 22 from the controller. The same applies to other embodiments and modifications described below.
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。
FIG. 4 shows a specific configuration example of the
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。
In
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。
As shown in FIG. 5, a simulation was performed using a model of an
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。
FIG. 6 shows simulation results for
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。
As described above, according to the
［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。
[Second embodiment]
In the
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。
As shown in FIG. 7, the
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。
The
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。 The DC/DC converter controller 28 proportionally processes the integrated value ΔV/s with the gain K′, and calculates the difference ΔV between the actual DC bus line voltage V_bus and the DC bus line voltage target value V_ref with the gain K. After proportional processing, these values are added to control the current output I_DC/DC of the DC/DC converter 10 .
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。
In this way, the integrated values ΔV/s of all DC/DC converter controllers 28 are approximately equal when correction errors are ignored. Therefore,
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。
As shown in FIG. 8, a simulation was performed with a model of an
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。
FIG. 9 shows simulation results for
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。
In particular, the difference between the target value V_ref of the voltage of the DC bus line and the actual voltage V_bus of the DC bus line can be integrated by performing distributed processing in each DC/DC converter controller 28 without providing the common
［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。
[Third embodiment]
As shown in FIG. 10, the
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。
Each DC/DC converter controller 30 obtains an integral value ΔV/s of the difference ΔV between the target value V_ref of the voltage of the DC bus line and the actual voltage V_bus of the DC bus line, and outputs the integral value ΔV/s to the communication line. Output. The integral value
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。 The DC/DC converter controller 30 proportionally processes the integral value ΔV/s with the gain K′, and calculates the difference ΔV between the actual DC bus line voltage V_bus and the DC bus line voltage target value V_ref with the gain K. After proportional processing, these values are added to control the current output I_DC/DC of the DC/DC converter 10 .
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。
In this way, the integrated values ΔV/s of all the DC/DC converter controllers 30 are approximately equal when the correction error is ignored. Therefore,
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。
As shown in FIG. 11, a simulation was performed using a model of an
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。
FIG. 12 shows simulation results for
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。
In particular, by performing distributed processing in each DC/DC converter controller 30 without providing a common
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。 In this embodiment, an example in which the communication line is of a wired system is shown, but the communication line may be of a wireless system.
［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。
[Other Modifications]
FIG. 13 shows a modification of the configuration for correcting the integral value to the average integral value. In the configuration of FIG. 13(a), like the
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。 Further, in the configuration of FIG. 13(c), a general controller C is applied to the difference between the average integral value ΔVave/s and the calculated integral value ΔV/s. The controller C may perform an operation that reduces the difference between the average integral value ΔVave/s and the calculated integral value ΔV/s. Further, in the configuration of FIG. 13(d), refresh processing is performed so that the integrated value ΔV/s becomes the average integrated value ΔVave/s. The cycle of the refresh process may be appropriately set to a time that allows the power system to operate stably.
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。
Alternatively, the configuration may include both an analog signal bus line such as the
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。 FIG. 14 shows a flow chart of an example of control in a system having a plurality of means for sharing integral values. In the example of FIG. 14, the processing is prioritized so that the control by the analog signal bus line is prioritized over the control by the digital communication line.
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）。 First, it is determined whether the integration control using the analog signal bus line is sound (step S10). If the integral control using the analog signal bus line is normal ("Yes" in step S10), control is performed by sharing the integral value using the analog signal bus line (step S12). If the integral control using the analog signal bus line is not sound ("No" in step S10), it is determined whether the integral control using the communication line is sound (step S14). If the integral control using the communication line is normal ("Yes" in step S14), control is performed by sharing the integral value using the communication line (step S16). If the integral control using the communication line is not sound ("No" in step S14), integral control is stopped and only proportional control is performed (step S18).
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。 In this way, the means that share the integral value are ranked, and when the means with the highest order fails, control is performed to change to a lower means. Also, if all the means fail, the integral control is stopped and the load is arbitrarily shared only by the proportional control. This makes it possible to continue the operation of the entire electric power system even when the integral value cannot be shared.
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。 FIG. 15 shows the DC bus line measured when the integrated value cannot be shared in a power system composed of two DC/DC converters, a DC/DC converter controller, and a distributed power supply simulating PV. A simulation result is shown when only proportional control is performed on the voltage V_bus and the voltage of the DC bus line by the difference between the target value V_ref.
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。
The voltage measurement error V_error, the gain in each DC/DC converter controller, and the PV current I_PV were set under the same conditions as in the simulation for the
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。 As described above, by taking the product of each gain in each DC/DC converter controller with respect to the shared integrated value and obtaining the current output, the ratio of the gain is the ratio of the current of each DC/DC converter. You can match the ratio. This enables load sharing in a state where there is no voltage deviation in the DC bus line.
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。 In addition, since the voltage with high power efficiency of the DC/DC converter and the voltage of the DC bus line can be matched, the power conversion efficiency of the DC/DC converter can be improved.
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。 In addition, in conventional DC droop control, in addition to stability, the control system design is difficult due to the constraints that the upper and lower limit voltage range including overshoot and undershoot voltage must be observed and the voltage deviation must be greater than the detectable level. It was complicated. In contrast, in the present invention, it is only necessary to guarantee stability and transient characteristics, which facilitates the design of the DC bus line control system.
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。 Control in the electric power system can be stabilized by providing double redundancy using the analog signal bus line and the wired or wireless communication line. Furthermore, even if the integral control is stopped, the power balance can be maintained by the proportional control based only on the voltage deviation.
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。
10 DC/DC converter, 12 DC/DC converter controller, 14 PV, 16 DC/DC converter with MPPT, 20 integral value calculator, 22 DC/DC converter controller, 24 AC power supply (commercial power supply), 26 AC/DC Converter, 28 DC/DC converter controller, 30 DC/DC converter controller, 32 integral value average calculator, 100, 200, 202, 204 electric power system.
Claims (8)
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。 a plurality of DC/DC converters connected in parallel to a DC bus line; and a plurality of DC/DC converter controllers for proportional-integral control of each of the DC/DC converters;
By sharing the integrated value of the difference between the actual DC bus line voltage V_bus and the DC bus line voltage target value V_ref in the plurality of DC/DC converter controllers, load sharing of the plurality of DC/DC converters is performed. A power system characterized by arbitrarily controlling the
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を特徴とする電力システム。 The power system of claim 1, wherein
A power system comprising an analog signal bus line for sharing said integral value.
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を特徴とする電力システム。 A power system according to claim 2, wherein
A single integral value calculator shared by a plurality of the DC/DC converter controllers, the integral value calculator obtaining the integral value and outputting it to the analog signal bus line. power system.
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。 A power system according to claim 2, wherein
The plurality of DC/DC converter controllers each have an integrator, share an average integral value obtained by averaging the integral values through the analog signal bus line, and use the average integral value to perform integration error correction processing. An electric power system characterized by performing
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を特徴とする電力システム。 The power system of claim 1, wherein
A power system comprising a wired or wireless communication line for sharing the integral value.
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。 A power system according to claim 5, wherein
an integral value average calculator for obtaining an average integral value by averaging the integral values obtained by the plurality of DC/DC converter controllers and outputting the average integral value to the communication line;
The plurality of DC/DC converter controllers each include an integrator, share the average integral value through the communication line, and perform integration error correction processing using the average integral value. system.
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。 The power system of claim 1, wherein
a first control means for sharing an average integral value obtained by averaging the integral values using an analog signal bus line and using the average integral value to correct an integral error;
a second control means for sharing an average integral value obtained by averaging the integral values using a communication line and using the average integral value to correct an integral error;
with
An electric power system, wherein when one of the first control means and the second control means fails, the other controls the power system.
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。
The power system according to any one of claims 1 to 7,
An electric power system characterized by stopping integration control in a plurality of said DC/DC converter controllers when said integral value sharing function fails.
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