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JP7664638B2 - DC Bus Control System - Google Patents
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Description

本開示は、直流バス制御システムに関する。 The present disclosure relates to a DC bus control system.

近年、化石エネルギーや原子力エネルギーの代替電源として、太陽光や風力、波力等の再生可能エネルギーを利用した電源システムが注目されており、これらの一部は既に実用化されている。In recent years, power supply systems that utilize renewable energy sources such as solar, wind, and wave power have been attracting attention as alternative sources of power to fossil and nuclear energy, and some of these are already in practical use.

この種の電源システムは、天候や季節、立地等によって発電電力が大きく変動する。このため、電源システムが接続される直流バスの電圧を所定の許容範囲に維持するには、太陽電池や風力発電機等の電源を、入力範囲が広く大容量の電力変換器を介して直流バスに接続することが望ましい。しかしながら、その場合には、電力変換器の大容量化によってシステム全体の大型化や複雑化、高コスト化を招くことになる。 The power generated by this type of power supply system varies greatly depending on the weather, season, location, etc. For this reason, in order to maintain the voltage of the DC bus to which the power supply system is connected within a specified tolerance range, it is desirable to connect power sources such as solar cells and wind power generators to the DC bus via a large-capacity power converter with a wide input range. However, in that case, increasing the capacity of the power converter leads to an increase in the size, complexity, and cost of the entire system.

本件出願人は、入力電源や負荷の変動に起因して生ずる直流バスの電力変動を効率的に制御するための制御システムを提案している(特許文献1)。特許文献1の制御システムは、主安定化装置が、蓄電量指標に基づいて直流バス電圧を制御して、燃料電池や水電解セル等の蓄電装置の制御を行う。The present applicant has proposed a control system for efficiently controlling power fluctuations in a DC bus caused by fluctuations in the input power source and load (Patent Document 1). In the control system of Patent Document 1, a main stabilization device controls the DC bus voltage based on a storage capacity index, and controls storage devices such as fuel cells and water electrolysis cells.

ここで用いられる蓄電量指標は、主安定化装置内の蓄電装置の充電率(SOC)であり、充放電電流を計算で積分した値として求められる。主安定化装置に用いられる蓄電装置は、一般に充電に用いたエネルギーのすべてを放電によって取り出すことはできない。また、放電によって取り出すエネルギーの割合を正確に求めることはできない。このことから、制御に用いる蓄電量(計算値)と実際の蓄電量に乖離が生じる。この結果、主安定化装置が蓄電装置の充放電を繰り返すたびに、蓄電装置の蓄電量と計算値の間の乖離が増大し、放電過多の場合には蓄電量が枯渇し、充電過多の場合は蓄電量が飽和する。その結果、直流バスの制御が不可能になりシステムの動作ができなくなる。The storage capacity index used here is the state of charge (SOC) of the storage device in the main stabilization device, and is calculated as a value obtained by integrating the charge and discharge current. The storage device used in the main stabilization device is generally unable to extract all of the energy used for charging by discharging. Furthermore, it is not possible to accurately calculate the proportion of energy extracted by discharging. This results in a discrepancy between the storage capacity (calculated value) used for control and the actual storage capacity. As a result, each time the main stabilization device repeatedly charges and discharges the storage device, the discrepancy between the storage capacity of the storage device and the calculated value increases, and in the case of excessive discharging, the storage capacity is depleted, and in the case of excessive charging, the storage capacity is saturated. As a result, it becomes impossible to control the DC bus, and the system cannot operate.

この問題を回避するために、充放電の効率を計測して充電率の補正を行うことが考えられるが、一般に充放電の効率は温度や電流などに依存するので正確な補正は困難である。したがって、いずれは、蓄電量の計算値と実際値に乖離が生じるので、システムの長期的・安定的な運転は困難である。 To avoid this problem, it is possible to measure the efficiency of charging and discharging and correct the charging rate, but accurate correction is difficult because charging and discharging efficiency generally depends on temperature, current, etc. Therefore, a discrepancy will eventually arise between the calculated amount of stored energy and the actual value, making it difficult to operate the system stably over the long term.

また、蓄電量の正確な値は充放電を止めて計測すれば得られるが、連続運転が阻害されてしまう。 In addition, an accurate value for the amount of stored energy can be obtained by stopping charging and discharging and measuring it, but this hinders continuous operation.

国際公開第2019/103059号International Publication No. 2019/103059

本発明は、入力電源や負荷の変動に起因して生ずる直流バスの電力変動を効率的に制御可能であり、かつ、主安定化装置の蓄電量の枯渇、飽和による制御の停止を避けることで、長期的・安定的に連続運転可能な制御システムを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a control system that can efficiently control power fluctuations in a DC bus caused by fluctuations in the input power source or load, and can operate stably and continuously for a long period of time by avoiding the depletion of the storage capacity of the main stabilization device or the stop of control due to saturation.

本発明の一態様は、入力電源と負荷との間を接続する直流バスの電力変動を制御する直流バス制御システムであって、第1の充放電要素と第1の電力変換器とを有する主安定化装置と、第2の充放電要素、充電要素、または放電要素と第2の電力変換器とを有する少なくとも1つの準安定化装置とを含み、前記第1の電力変換器は、バス電圧目標値を求め、前記バス電圧目標値に前記直流バスの電圧が一致するように、前記第1の充放電要素と前記直流バスとの間で直流電力を双方向に授受するよう構成され、前記第2の電力変換器は、前記第2の充放電要素、充電要素、または放電要素の充電又は放電に関する閾値と前記直流バスの前記電圧との差分に応じて電流目標値を求め、前記電流目標値に等しい電流が前記第2の充放電要素、充電要素、または放電要素に流れるように、前記第2の充放電要素、充電要素、または放電要素と前記直流バスとの間で直流電力を授受するよう構成されており、前記第1の電力変換器は、前記第1の充放電要素の第1の蓄電量指標に応じた目標値と、前記第1の充放電要素の前記第1の蓄電量指標とは異なる方式で求められる第2の蓄電量指標とに基づいて前記バス電圧目標値を求める、ことを特徴とする。One aspect of the present invention is a DC bus control system for controlling power fluctuations of a DC bus connecting an input power source and a load, comprising a main stabilization device having a first charge/discharge element and a first power converter, and at least one semi-stabilization device having a second charge/discharge element, a charging element, or a discharging element and a second power converter, the first power converter being configured to determine a bus voltage target value and to bidirectionally transmit and receive DC power between the first charge/discharge element and the DC bus so that the voltage of the DC bus matches the bus voltage target value, the second power converter being configured to determine a bus voltage target value and to transmit and receive DC power between the first charge/discharge element and the DC bus so that the voltage of the DC bus matches the bus voltage target value, or a current target value is calculated according to a difference between a threshold value for charging or discharging of a discharging element and the voltage of the DC bus, and DC power is exchanged between the second charging/discharging element, charging element, or discharging element and the DC bus so that a current equal to the current target value flows through the second charging/discharging element, charging element, or discharging element, and the first power converter calculates the bus voltage target value based on a target value corresponding to a first storage amount index of the first charging/discharging element and a second storage amount index calculated by a method different from the first storage amount index of the first charging/discharging element.

本発明によれば、入力電源や負荷の変動に起因して生ずる直流バスの電力変動を効率的に制御し、かつ、主安定化装置の蓄電量が長期的に一定になるような制御が実現できるため、長期的・安定的に連続運転可能な制御システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to efficiently control power fluctuations in the DC bus caused by fluctuations in the input power source and load, and to realize control that keeps the storage capacity of the main stabilization device constant over the long term, thereby providing a control system that can operate continuously and stably over the long term.

実施形態に係る直流バス制御システムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a DC bus control system according to an embodiment; 実施形態における準安定化装置の他の例を示す構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram showing another example of a semi-stabilizing device in the embodiment. 太陽光発電システム内の電力変換器の一構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration example of a power converter in a solar power generation system; 主安定化装置内の電力変換器の一構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of a configuration of a power converter in a main stabilizing device. 準安定化装置内の電力変換器の一構成例を示すブロック図である。2 is a block diagram showing an example of the configuration of a power converter in a semi-stabilizing device; 準安定化装置内の電力変換器の一構成例を示すブロック図である。2 is a block diagram showing an example of the configuration of a power converter in a semi-stabilizing device; 蓄電装置の充放電電力、水電解セルの入力電力、燃料電池の出力電力等とバス電圧との関係を模式的に示した概念図である。1 is a conceptual diagram showing a schematic relationship between the charging/discharging power of a power storage device, the input power of a water electrolysis cell, the output power of a fuel cell, and the bus voltage. 主安定化装置の動作説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the main stabilizing device. 主安定化装置の動作説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the main stabilizing device. 主安定化装置の動作説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the main stabilizing device. 準安定化装置の動作説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the semi-stabilizing device. 準安定化装置の動作説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the semi-stabilizing device. 準安定化装置の動作説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the semi-stabilizing device. 準安定化装置の動作説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the semi-stabilizing device. 第1の実施形態に係るシステムのシミュレーション結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a simulation result of the system according to the first embodiment. 従来例に係るシステムのシミュレーション結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a simulation result of a system according to a conventional example. 従来例に係るシステム課題を説明する図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a system problem according to a conventional example. 従来例に係るシステム課題を説明する図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a system problem according to a conventional example. 第2の実施形態に係るシステムのシミュレーション結果を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a simulation result of the system according to the second embodiment.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。 Below, an embodiment of the present invention is explained with reference to the figures.

<第1の実施形態>
図1は、この実施形態に係る直流バス制御システムの全体構成図である。図1に示される直流バス制御システムは、入力電源として、再生可能エネルギー電源システムである太陽光発電システム10及び風力発電システム20を含む。これらの発電システム10及び20は並列に接続されてその出力側が直流バス70に接続されている。太陽光発電システム10は太陽電池11及び電力変換器12を含み、風力発電システム20は風力発電機21及び電力変換器22を含む。
First Embodiment
Fig. 1 is an overall configuration diagram of a DC bus control system according to this embodiment. The DC bus control system shown in Fig. 1 includes, as input power sources, a solar power generation system 10 and a wind power generation system 20, which are renewable energy power supply systems. These power generation systems 10 and 20 are connected in parallel, and their output sides are connected to a DC bus 70. The solar power generation system 10 includes a solar cell 11 and a power converter 12, and the wind power generation system 20 includes a wind power generator 21 and a power converter 22.

入力電源は任意のものであってよい。入力電源が再生可能エネルギー電源システムである場合、上述したもの以外に波力や地熱等のエネルギーを利用したものであっても良いし、水力(小水力)発電、潮力発電、潮流発電、温度差発電等の電源システムであっても良い。また、上述したものも含め、これらの組み合わせであっても良い。The input power source may be any power source. If the input power source is a renewable energy power source system, it may be one that utilizes energy such as wave power or geothermal power in addition to the above, or it may be a power source system such as hydroelectric (small hydroelectric) power generation, tidal power generation, tidal current power generation, or temperature difference power generation. It may also be a combination of these, including the above.

更に、互いに並列に接続される電源システムの数は特に限定されない。 Furthermore, the number of power supply systems connected in parallel with each other is not particularly limited.

直流バス70には、主安定化装置30及び準安定化装置40,50,及び60が接続されていると共に、負荷90が接続されている。 The DC bus 70 is connected to the main stabilizing device 30 and the sub-stabilizing devices 40, 50, and 60, as well as to a load 90.

主安定化装置30は、基準バス電圧(直流バス70の基準電圧)を中心とした所定の許容範囲内で可変のバス電圧目標値を設定し、直流バス70側の出力電圧がバス電圧目標値に一致するように電力変換器32を動作させて蓄電装置31を充放電制御する。The main stabilization device 30 sets a variable bus voltage target value within a predetermined tolerance range centered on the reference bus voltage (the reference voltage of the DC bus 70), and controls the charging and discharging of the storage device 31 by operating the power converter 32 so that the output voltage on the DC bus 70 side matches the bus voltage target value.

また、準安定化装置40は、充放電閾値と前記直流バスの前記電圧との差分に基づいて入出力電流目標値を演算し、入出力電流が前記入出力電流目標値に一致するように電力変換器42を動作させて蓄電装置41を充放電制御する。In addition, the semi-stabilizing device 40 calculates input/output current target values based on the difference between the charge/discharge threshold value and the voltage of the DC bus, and operates the power converter 42 so that the input/output current matches the input/output current target value, thereby controlling the charging and discharging of the storage device 41.

ここで、蓄電装置31及び41は、例えばバッテリー(二次電池)、電気二重層コンデンサー、キャパシタ、フライホイール、又はレドックスフロー電池等である。また、電力変換器32及び42は、例えば絶縁型のDC/DCコンバータ又はチョッパ等であり、矢印に示すごとく双方向に直流電力を授受可能である。Here, the power storage devices 31 and 41 are, for example, batteries (secondary batteries), electric double layer capacitors, capacitors, flywheels, redox flow batteries, etc. Furthermore, the power converters 32 and 42 are, for example, isolated DC/DC converters or choppers, etc., and are capable of transmitting and receiving DC power in both directions as shown by the arrows.

準安定化装置50は、充電閾値と前記直流バスの前記電圧との差分に基づいて演算した入出力電流目標値に入出力電流が一致するように電力変換器52がDC/DC変換を行って水電解セル51に直流電力を供給し(一種の充電動作)、水を電気分解して水素ガス及び酸素ガスを生成する。また、準安定化装置60は、燃料電池61の電気化学反応により発生した直流電力を、電力変換器62を介して直流バス70に供給する(一種の放電動作)が、その際に、放電閾値と前記直流バスの前記電圧との差分に基づいて演算した入出力電流目標値に入出力電流が一致するように電力変換器62がDC/DC変換を行う。In the semi-stabilizing device 50, the power converter 52 performs DC/DC conversion so that the input/output current matches the input/output current target value calculated based on the difference between the charging threshold and the voltage of the DC bus, and supplies DC power to the water electrolysis cell 51 (a type of charging operation), electrolyzing water to generate hydrogen gas and oxygen gas. In addition, the semi-stabilizing device 60 supplies the DC power generated by the electrochemical reaction of the fuel cell 61 to the DC bus 70 via the power converter 62 (a type of discharging operation), and at that time, the power converter 62 performs DC/DC conversion so that the input/output current matches the input/output current target value calculated based on the difference between the discharge threshold and the voltage of the DC bus.

上述した準安定化装置50や準安定化装置60の構成はあくまで例示的なものであり、水電解セル51に代わるものとしては、電気化学的に、二酸化炭素還元を行ってC-H系の結合(CH4,C2H4等)やアルコールを製造する手段、または、窒素を還元してアンモニアを製造する手段でも良いし、燃料電池61に代わるものとしては、アルコール等を用いた燃料電池や、化学物質(水素やC-H系、アルコール、アンモニア等)を燃焼してタービン等を回転させる発電手段でも構わない。The configurations of the semi-stabilizing device 50 and semi-stabilizing device 60 described above are merely illustrative, and an alternative to the water electrolysis cell 51 may be a means for electrochemically producing C-H bonds (CH4, C2H4, etc.) or alcohol by reducing carbon dioxide, or a means for producing ammonia by reducing nitrogen, and an alternative to the fuel cell 61 may be a fuel cell that uses alcohol or the like, or a power generation means that burns chemical substances (hydrogen, C-H bonds, alcohol, ammonia, etc.) to rotate a turbine or the like.

図2は、準安定化装置の他の構成例である。図示する如く、前述した準安定化装置50及び60が水素貯蔵装置53を共有するような一体構造の準安定化装置50Aであっても良い。2 shows another example of the configuration of the semi-stabilizing device. As shown in the figure, the semi-stabilizing device 50A may be an integrated structure in which the semi-stabilizing devices 50 and 60 share the hydrogen storage device 53.

図1において、蓄電装置31及び41は直流電力の吸収(充電)、放出(放電)が可能である。また、水電解セル51(及び、図2の水素貯蔵装置53)は直流電力をガスに変換して蓄積し、燃料電池61(及び、同じく水素貯蔵装置53)はガスを直流電力に変換する発電動作が可能である。蓄電装置31及び41は充放電要素を構成し、水電解セル51(及び水素貯蔵装置53)は充電要素を構成し、燃料電池61(及び水素貯蔵装置53)は放電要素を構成する。In Figure 1, the power storage devices 31 and 41 are capable of absorbing (charging) and releasing (discharging) DC power. In addition, the water electrolysis cell 51 (and the hydrogen storage device 53 in Figure 2) converts DC power into gas and stores it, and the fuel cell 61 (and the hydrogen storage device 53) is capable of generating electricity by converting gas into DC power. The power storage devices 31 and 41 constitute the charge/discharge elements, the water electrolysis cell 51 (and the hydrogen storage device 53) constitutes the charge element, and the fuel cell 61 (and the hydrogen storage device 53) constitutes the discharge element.

上記のように、各安定化装置30,40,50,及び60は、電力変換器32,42,52,及び62の動作により直流バス70との間で直流電力をそれぞれ授受する電力バッファとみなすことができる。また主安定化装置30及び準安定化装置40は充放電機能を有する電力バッファ、準安定化装置50は充電機能を有する電力バッファ、準安定化装置60は放電機能を有する電力バッファである。As described above, each of the stabilizing devices 30, 40, 50, and 60 can be regarded as a power buffer that transmits and receives DC power to and from the DC bus 70 through the operation of the power converters 32, 42, 52, and 62. The main stabilizing device 30 and the semi-stabilizing device 40 are power buffers with a charging and discharging function, the semi-stabilizing device 50 is a power buffer with a charging function, and the semi-stabilizing device 60 is a power buffer with a discharging function.

なお、バス電圧目標値の設定機能を有する主安定化装置30は1台で良いが、準安定化装置は、電源システムの並列数や負荷90の要求電力に応じて必要台数だけ設ければ良い。 In addition, only one main stabilization device 30 having the function of setting the bus voltage target value is required, but only the required number of semi-stabilization devices need to be installed depending on the number of parallel connections in the power supply system and the power requirements of the load 90.

監視・指示装置80は、各発電システム10及び20、主安定化装置30、及び準安定化装置40,50,及び60の状態情報(電圧、電流、温度等)を収集して状態監視や動作監視を行うと共に、これらの監視結果に基づいて各部の運転指令(起動・停止指令等)、及び充放電閾値指令等を生成する。監視・指示装置80と上述した各部との間では、有線または無線により各種の監視信号及び指令を送受信可能である。The monitoring and instruction device 80 collects status information (voltage, current, temperature, etc.) of each power generation system 10 and 20, the main stabilization device 30, and the semi-stabilization devices 40, 50, and 60 to monitor their status and operation, and generates operation commands (start/stop commands, etc.) for each part and charge/discharge threshold commands, etc., based on the results of these monitoring. Various monitoring signals and commands can be transmitted and received between the monitoring and instruction device 80 and each of the above-mentioned parts via wired or wireless communication.

負荷90は、直流電動機等の直流負荷、又は直流電力を交流電力に変換するDC/AC変換器及びその交流負荷であっても良い。また、直流バス70にDC/AC変換器を介して交流電力系統が接続されていても良い。The load 90 may be a DC load such as a DC motor, or a DC/AC converter that converts DC power into AC power and its AC load. An AC power system may also be connected to the DC bus 70 via a DC/AC converter.

次に、図1における各部の構成について説明する。図1の構成では、入力電源として太陽光発電システム10及び風力発電システム20を有している。Next, the configuration of each part in Fig. 1 will be described. The configuration in Fig. 1 has a solar power generation system 10 and a wind power generation system 20 as input power sources.

太陽光発電システム10及び風力発電システム20は、再生可能エネルギーを用いた発電電力を電力変換器12及び22により直流電力に変換して直流バス70に供給する点で共通の機能を有する。このため、以下では、太陽光発電システム10を例として説明をする。The photovoltaic power generation system 10 and the wind power generation system 20 have a common function in that they convert the generated power using renewable energy into DC power by the power converters 12 and 22 and supply it to the DC bus 70. For this reason, the following explanation will be given using the photovoltaic power generation system 10 as an example.

図3は、太陽光発電システム10内の電力変換器12の一構成例を示すブロック図である。この電力変換器12は、DC/DC変換部12Aと制御回路12Bとを備えている。 Figure 3 is a block diagram showing an example configuration of a power converter 12 in a solar power generation system 10. This power converter 12 includes a DC/DC conversion unit 12A and a control circuit 12B.

DC/DC変換部12Aは、半導体スイッチング素子の動作により太陽電池11の直流出力電圧を所定の大きさの直流電圧に変換して直流バス70に出力するものであり、例えば昇圧チョッパによって構成されている。The DC/DC conversion unit 12A converts the DC output voltage of the solar cell 11 into a DC voltage of a predetermined magnitude by the operation of a semiconductor switching element and outputs it to the DC bus 70, and is composed of, for example, a boost chopper.

DC/DC変換部12Aを制御する制御回路12Bでは、太陽電池11の出力電圧及び電流が電圧検出器12a及び電流検出器12bにより検出され、これらの検出値はMPPT制御部12cに入力されている。MPPT制御部12cでは、山登り法等により太陽電池11の最大出力点を探索して電圧・電流制御部12dに出力する。In the control circuit 12B that controls the DC/DC conversion unit 12A, the output voltage and current of the solar cell 11 are detected by a voltage detector 12a and a current detector 12b, and these detected values are input to the MPPT control unit 12c. The MPPT control unit 12c searches for the maximum output point of the solar cell 11 by a hill climbing method or the like and outputs it to the voltage/current control unit 12d.

電圧・電流制御部12dは、PWM(パルス幅変調)制御等により生成した駆動パルスを駆動回路12eに送出し、駆動回路12eは、上記駆動パルスに基づいてDC/DC変換部12Aの半導体スイッチング素子をオン及びオフさせる。The voltage/current control unit 12d sends a drive pulse generated by PWM (pulse width modulation) control or the like to the drive circuit 12e, and the drive circuit 12e turns on and off the semiconductor switching elements of the DC/DC conversion unit 12A based on the drive pulse.

また、直流バス70の電圧が電圧検出器12fにより検出され、このバス電圧検出値は後述の主安定化装置30から送られたバス電圧目標値と共に比較部12gに入力されている。比較部12gは、バス電圧検出値とバス電圧目標値との偏差に応じた制御信号を生成して電圧・電流制御部12dに出力する。In addition, the voltage of the DC bus 70 is detected by a voltage detector 12f, and this bus voltage detection value is input to a comparison unit 12g together with a bus voltage target value sent from the main stabilization device 30 described below. The comparison unit 12g generates a control signal according to the deviation between the bus voltage detection value and the bus voltage target value, and outputs the control signal to a voltage/current control unit 12d.

電圧・電流制御部12dは、上記制御信号に基づいて、バス電圧検出値をバス電圧目標値に一致させるような駆動パルスを演算するものであり、例えば、バス電圧検出値がバス電圧目標値を上回る場合にはDC/DC変換部12Aの出力電圧を低下させる(運転停止も含む)ように制御動作を行う。Based on the control signal, the voltage/current control unit 12d calculates a drive pulse that matches the bus voltage detection value with the bus voltage target value. For example, when the bus voltage detection value exceeds the bus voltage target value, the voltage/current control unit 12d performs a control operation to reduce the output voltage of the DC/DC conversion unit 12A (including stopping operation).

図4は主安定化装置30内の電力変換器32の一構成例を示すブロック図である。この電力変換器32は、DC/DC変換部32A及び制御回路32Bを備えている。 Figure 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the power converter 32 in the main stabilization device 30. This power converter 32 includes a DC/DC conversion section 32A and a control circuit 32B.

DC/DC変換部32Aは、直流バス70と蓄電装置31との間で直流電力を双方向に授受して蓄電装置31を充放電制御する機能を有し、半導体スイッチング素子を備えた絶縁型のDC/DCコンバータやチョッパ等により構成されている。蓄電装置31には、電圧・電流及び温度を検出するセンサ31aが設置されている。The DC/DC conversion unit 32A has a function of controlling the charging and discharging of the power storage device 31 by bidirectionally transmitting and receiving DC power between the DC bus 70 and the power storage device 31, and is composed of an insulated DC/DC converter equipped with a semiconductor switching element, a chopper, etc. The power storage device 31 is equipped with a sensor 31a that detects voltage, current, and temperature.

制御回路32Bの構成は、以下の通りである。 The configuration of the control circuit 32B is as follows.

電圧検出器32aにより直流バス70の電圧が検出されると共に、バス電圧目標値演算部32bにより、蓄電装置31の第1の蓄電量指標に応じてバス電圧目標値が演算される。なお、バス電圧目標値の演算方法については後述する。The voltage detector 32a detects the voltage of the DC bus 70, and the bus voltage target value calculation unit 32b calculates the bus voltage target value according to the first storage amount index of the storage device 31. The method of calculating the bus voltage target value will be described later.

上記の蓄電量指標としては、例えば、センサ31aにより検出される蓄電装置31の充放電電流を積分して得た充電率(SOC:State of Charge)を用いることができる。As the above-mentioned stored energy indicator, for example, the state of charge (SOC) obtained by integrating the charging and discharging current of the storage device 31 detected by the sensor 31a can be used.

オフセット積分部32cは、蓄電装置31の第2の蓄電量指標と、第2の蓄電量指標の目標値の差分(オフセット)に基づいて、バス電圧目標値の累積偏差を演算する。第2の蓄電量指標は、第1の蓄電量指標とは異なる方式によって求められる蓄電装置31の蓄電量の指標であり、例えば、センサ31aにより検出される蓄電装置31の端子電圧(バッテリー電圧)を用いることができる。The offset integration unit 32c calculates the cumulative deviation of the bus voltage target value based on the difference (offset) between the second storage amount index of the storage device 31 and the target value of the second storage amount index. The second storage amount index is an index of the storage amount of the storage device 31 that is calculated by a method different from that of the first storage amount index, and may be, for example, the terminal voltage (battery voltage) of the storage device 31 detected by the sensor 31a.

また、第2の蓄電量指標の目標値は、所定の蓄電量または蓄電率に対応した第2の蓄電量指標の値とすることができる。所定の蓄電量または蓄電率は、システムの要求に応じて適宜決定すればよく、例えば、満充電の50%の蓄電量を採用することが考えられるがこれに限られない。例えば、所定の蓄電量または蓄電率は、満充電の20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%としても良いし、あるいは、満充電の47%~54%、45%~55%、40%~60%、30%~70%の範囲内で目的と用途に応じて適宜定めてもよい。 The target value of the second storage amount index can be a value of the second storage amount index corresponding to a predetermined storage amount or storage rate. The predetermined storage amount or storage rate can be appropriately determined according to the requirements of the system, and for example, a storage amount of 50% of full charge can be adopted, but is not limited to this. For example, the predetermined storage amount or storage rate can be 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, or 80% of full charge, or can be appropriately determined according to the purpose and use within the range of 47% to 54%, 45% to 55%, 40% to 60%, or 30% to 70% of full charge.

オフセット積分部32cは、例えば、第2の蓄電量指標とその目標値との差分の積分値に応じた値として上述の累積偏差を求める。より具体的には、累積偏差は、第2の蓄電量指標とその目標値との差分を積分した値に、所定のゲインを乗じた値として求められる。The offset integration unit 32c calculates the cumulative deviation as a value corresponding to the integral of the difference between the second storage amount index and its target value, for example. More specifically, the cumulative deviation is calculated by multiplying the integral of the difference between the second storage amount index and its target value by a predetermined gain.

ここで、蓄電装置31の充放電電流の大きさ(絶対値)が所定値よりも大きいときは積分演算を行わず、充放電電流の大きさが所定値よりも小さきときのみ積分演算を行うとよい。すなわち、累積偏差は、第2の蓄電量指標とその蓄電量指標の目標値との差分を、蓄電装置31の充放電電流の大きさが所定値より小さいときのみ積分した値として求めるとよい。ここでの所定値は、例えば、蓄電装置31の充放電電流の大きさがその値よりも小さければ、第2の蓄電量指標(例えば、端子電圧)が蓄電装置31の蓄電量を精度良く表すと期待できるような値として決定される。Here, when the magnitude (absolute value) of the charge/discharge current of the storage device 31 is greater than a predetermined value, the integral calculation is not performed, and the integral calculation is performed only when the magnitude of the charge/discharge current is smaller than the predetermined value. In other words, the cumulative deviation is obtained by integrating the difference between the second storage amount index and the target value of the storage amount index only when the magnitude of the charge/discharge current of the storage device 31 is smaller than a predetermined value. The predetermined value here is determined, for example, as a value that can be expected to accurately represent the storage amount of the storage device 31 when the magnitude of the charge/discharge current of the storage device 31 is smaller than that value.

バス電圧目標値とバス電圧検出値との偏差が減算器32dにより演算され、さらに加算器32eによって電圧偏差に累積偏差が加えられる。減算器32dの出力は累積偏差によって補正された新たなバス電圧目標値であり、新たなバス電圧目標値は充放電制御部32fに入力されている。The deviation between the bus voltage target value and the bus voltage detection value is calculated by subtractor 32d, and the cumulative deviation is added to the voltage deviation by adder 32e. The output of subtractor 32d is a new bus voltage target value corrected by the cumulative deviation, and the new bus voltage target value is input to charge/discharge control unit 32f.

充放電制御部32fには蓄電装置31の電圧・電流、温度、及び、充放電閾値が入力されており、充放電制御部32fは、これらの入力情報を考慮しながら、バス電圧検出値がバス電圧目標値に一致するようにPWM制御等を行って駆動パルスを生成する。駆動回路32gは、上記駆動パルスに従ってDC/DC変換部32Aの半導体スイッチング素子をオン及びオフさせる。DC/DC変換部32Aは、上記のように蓄電装置31を充放電制御してバス電圧検出値をバス電圧目標値に一致させる。The voltage, current, temperature, and charge/discharge thresholds of the storage device 31 are input to the charge/discharge control unit 32f, which generates a drive pulse by performing PWM control or the like while taking into account this input information so that the bus voltage detection value matches the bus voltage target value. The drive circuit 32g turns on and off the semiconductor switching elements of the DC/DC conversion unit 32A in accordance with the drive pulse. The DC/DC conversion unit 32A controls the charge/discharge of the storage device 31 as described above so as to match the bus voltage detection value to the bus voltage target value.

一般に蓄電装置31の蓄電量は、その端子電圧によっておよその値が推定できる。端子電圧は充放電電流の大きさによっても変動するが、充放電電流が十分に小さいとき(上記の所定値以下であるとき)は、端子電圧は蓄電装置31の蓄電量を表すとみなせる。主安定化装置による制御の結果、発電あるいは消費電力の変化が小さい定常状態が達成された場合、主安定化装置の充放電電流は0になる。そこで、定常状態が達成され、充放電電流が小さいときの端子電圧を蓄電装置31の実際の(正確な)蓄電量を表す指標として使用することができる。本実施形態では、端子電圧とその目標値の差分を積分演算し、得られた積分値を目標値に加えた値を新たな目標値としてバス電圧を制御する。この誤差の積分値に基づく制御は、蓄電量による制御を比例制御としてみた場合のPID制御の積分制御とみなせる。この結果、定常的な蓄電指標のオフセット除去が行える。すなわち、蓄電装置31の蓄電量を、第2の蓄電量指標の目標値に保つことができ、蓄電装置31の実蓄電量が枯渇したりオーバーフローしたりすることなく、長期間の連続運転を安定して行えるようになる。In general, the amount of stored electricity in the storage device 31 can be estimated approximately from its terminal voltage. The terminal voltage also varies depending on the magnitude of the charge/discharge current, but when the charge/discharge current is sufficiently small (below the above-mentioned predetermined value), the terminal voltage can be considered to represent the amount of stored electricity in the storage device 31. When a steady state in which the change in power generation or power consumption is small is achieved as a result of control by the main stabilization device, the charge/discharge current of the main stabilization device becomes 0. Therefore, the terminal voltage when the steady state is achieved and the charge/discharge current is small can be used as an index representing the actual (accurate) amount of stored electricity in the storage device 31. In this embodiment, the difference between the terminal voltage and its target value is integrated, and the obtained integral value is added to the target value to control the bus voltage as a new target value. This control based on the integral value of the error can be considered as integral control of PID control when the control based on the amount of stored electricity is viewed as proportional control. As a result, the offset of the steady-state electricity storage index can be removed. In other words, the amount of stored electricity in the storage device 31 can be maintained at the target value of the second storage amount index, and the actual amount of stored electricity in the storage device 31 does not run out or overflow, allowing stable continuous operation for a long period of time.

また、制御回路32B(充放電制御部32f)は、蓄電装置31の充放電をシステムの制御に影響を与えないごく短時間停止して、充放電電流が0となる期間を強制的に設けてもよい。この期間の長さは、蓄電池の端子電圧が実際の蓄電量を表すように安定する程度の長さとする。制御回路32Bは、定期的あるいは不定期に充放電電流を0とする期間を設けて、この期間の蓄電装置31の端子電圧を第2の蓄電量指標として計測し、目標蓄電量との差分を積分し制御に使用することで、上記と同様の効果を期待できる。 The control circuit 32B (charge/discharge control unit 32f) may also stop charging/discharging the storage device 31 for a very short period of time that does not affect the control of the system, forcibly setting a period during which the charge/discharge current is zero. The length of this period is set to a length that allows the terminal voltage of the storage battery to stabilize and represent the actual amount of stored energy. The control circuit 32B can be expected to achieve the same effect as above by setting a period during which the charge/discharge current is zero on a regular or irregular basis, measuring the terminal voltage of the storage device 31 during this period as a second indicator of stored energy, integrating the difference with the target amount of stored energy, and using it for control.

なお、蓄電装置31の充放電閾値は、制御回路32Bが自ら設定しても良いし、図1の監視・指示装置80からの指令として受信しても良い。The charge/discharge threshold of the storage device 31 may be set by the control circuit 32B itself, or may be received as a command from the monitoring/indicating device 80 of Figure 1.

図5は、図1の準安定化装置40内の電力変換器42の一構成例を示すブロック図である。この電力変換器42は、DC/DC変換部42A及び制御回路42Bを備えている。電力変換器42は、直流バス70と蓄電装置41との間で直流電力を双方向に授受する点で、図4Aの電力変換器32と同様の機能を有する。蓄電装置41には、前記蓄電装置31と同様に、電圧・電流、及び温度を検出するセンサ41aが設けられている。制御回路42Bは、電圧検出器42a、比較部42b、減算器42c、充放電制御部42d、及び駆動回路42eを含む。 Figure 5 is a block diagram showing an example of the configuration of the power converter 42 in the semi-stabilizing device 40 of Figure 1. This power converter 42 includes a DC/DC conversion unit 42A and a control circuit 42B. The power converter 42 has a function similar to that of the power converter 32 of Figure 4A in that it transmits and receives DC power in both directions between the DC bus 70 and the storage device 41. The storage device 41 is provided with a sensor 41a that detects voltage, current, and temperature, similar to the storage device 31. The control circuit 42B includes a voltage detector 42a, a comparator 42b, a subtractor 42c, a charge/discharge control unit 42d, and a drive circuit 42e.

図5に示す電力変換器42は図4Aの電力変換器32と以下の点で異なる。制御回路42Bは、充放電閾値とバス電圧検出値との偏差に基づいて充放電制御部42dが入出力電流目標値を演算する。充放電制御部42dは更に、DC/DC変換部42Aの入出力電流が入出力電流目標値に一致するように蓄電装置41に対する充放電制御を行う。ここで上記充放電閾値は蓄電装置41の充放電に関する閾値(充電閾値及び放電閾値)であってよく、当該閾値と直流バス70の電圧との差分に応じて入出力電流目標値を定めてよい。The power converter 42 shown in FIG. 5 differs from the power converter 32 in FIG. 4A in the following respects. In the control circuit 42B, the charge/discharge control unit 42d calculates the input/output current target value based on the deviation between the charge/discharge threshold value and the bus voltage detection value. The charge/discharge control unit 42d further performs charge/discharge control for the storage device 41 so that the input/output current of the DC/DC conversion unit 42A matches the input/output current target value. Here, the charge/discharge threshold value may be a threshold value (charge threshold value and discharge threshold value) related to the charge/discharge of the storage device 41, and the input/output current target value may be determined according to the difference between the threshold value and the voltage of the DC bus 70.

更に、制御回路42Bに設けられた比較部42bは、蓄電装置41の充放電閾値をバス電圧検出値と比較し、充電閾値または放電閾値とバス電圧検出値との大小関係に応じて充電指令または放電指令を出力して充放電制御部42dの動作を制御する。なお、充放電閾値は、制御回路42Bが自ら設定しても良いし、監視・指示装置80から指令として受信しても良い。Furthermore, the comparison unit 42b provided in the control circuit 42B compares the charge/discharge threshold of the storage device 41 with the bus voltage detection value, and outputs a charge command or a discharge command according to the magnitude relationship between the charge threshold or the discharge threshold and the bus voltage detection value to control the operation of the charge/discharge control unit 42d. The charge/discharge threshold may be set by the control circuit 42B itself, or may be received as a command from the monitoring/instruction device 80.

図6は準安定化装置50内の電力変換器52の一構成例を示すブロック図である。この電力変換器52は、DC/DC変換部52A及び制御回路52Bを備えている。 Figure 6 is a block diagram showing an example of the configuration of the power converter 52 in the semi-stabilizing device 50. This power converter 52 includes a DC/DC conversion unit 52A and a control circuit 52B.

DC/DC変換部52Aは、直流バス70の直流電力を所定の大きさに変換して水電解セル51に供給する機能を有し、半導体スイッチング素子を備えた絶縁型のDC/DCコンバータやチョッパ等により構成されている。水電解セル51は、DC/DC変換部52Aから供給された直流電力を用いて水を電気分解し、生成された水素ガスを外部の貯蔵装置(図示せず)に貯蔵する動作、言い換えれば一種の充電動作を行う。The DC/DC conversion unit 52A has the function of converting the DC power of the DC bus 70 to a predetermined magnitude and supplying it to the water electrolysis cell 51, and is composed of an insulated DC/DC converter equipped with a semiconductor switching element, a chopper, etc. The water electrolysis cell 51 electrolyzes water using the DC power supplied from the DC/DC conversion unit 52A and stores the generated hydrogen gas in an external storage device (not shown), in other words, performs a kind of charging operation.

DC/DC変換部52Aを制御する制御回路52Bは、おおむね図5の制御回路42Bと同様に構成されている。The control circuit 52B that controls the DC/DC conversion unit 52A is generally configured in the same manner as the control circuit 42B in Figure 5.

すなわち、図6の制御回路52Bにおいて、電圧検出器52aにより直流バス70の電圧が検出されると共に、充電閾値とバス電圧検出値との偏差が減算器52cにより演算され、この電圧偏差が充電制御部52dに入力されている。また、バス電圧検出値は充電閾値と共に比較部52bに入力されており、比較部52bは、バス電圧検出値が充電閾値を上回ると充電指令を充電制御部52dに出力する。ここで、充電閾値は、水電解セル51による電気分解の開始電圧に相当する。即ち上記充電閾値は、水電解セル51の充電に関する閾値である。6, the voltage of the DC bus 70 is detected by the voltage detector 52a, and the deviation between the charging threshold and the bus voltage detection value is calculated by the subtractor 52c, and this voltage deviation is input to the charging control unit 52d. The bus voltage detection value is input to the comparison unit 52b together with the charging threshold, and the comparison unit 52b outputs a charging command to the charging control unit 52d when the bus voltage detection value exceeds the charging threshold. Here, the charging threshold corresponds to the starting voltage of electrolysis by the water electrolysis cell 51. In other words, the charging threshold is a threshold related to the charging of the water electrolysis cell 51.

充電制御部52dは、減算器52cから入力された電圧偏差に基づいて入出力電流目標値を演算すると共に、DC/DC変換部52Aの入出力電流が入出力電流目標値に一致するように充電指令としての駆動パルスを生成し、駆動回路52eに出力する。駆動回路52eでは、上記駆動パルスに従ってDC/DC変換部52Aの半導体スイッチング素子をオン及びオフさせることにより、水電解セル51に直流電力を供給して水を電気分解する。The charging control unit 52d calculates the input/output current target value based on the voltage deviation input from the subtractor 52c, generates a drive pulse as a charging command so that the input/output current of the DC/DC conversion unit 52A matches the input/output current target value, and outputs it to the drive circuit 52e. The drive circuit 52e turns on and off the semiconductor switching element of the DC/DC conversion unit 52A in accordance with the drive pulse, thereby supplying DC power to the water electrolysis cell 51 to electrolyze water.

DC/DC変換部52Aは、上記の動作により水電解セル51に供給される直流電力を制御しつつ、入出力電流を入出力電流目標値に一致させるように動作する。The DC/DC conversion unit 52A operates to control the DC power supplied to the water electrolysis cell 51 through the above operation, while matching the input/output current to the input/output current target values.

図1の準安定化装置60については、燃料電池61による発電動作を放電動作と考え、図6に示した準安定化装置50の水電解セル51、充電閾値、及び充電制御部52dをそれぞれ燃料電池61、放電閾値、放電制御部に置き換えて構成すれば良い。この場合の放電閾値は、燃料電池61による発電の開始電圧に相当する。 Regarding the semi-stabilizing device 60 in Fig. 1, the power generation operation by the fuel cell 61 can be considered as a discharge operation, and the water electrolysis cell 51, charge threshold, and charge control unit 52d of the semi-stabilizing device 50 shown in Fig. 6 can be replaced with the fuel cell 61, discharge threshold, and discharge control unit, respectively. In this case, the discharge threshold corresponds to the starting voltage for power generation by the fuel cell 61.

準安定化装置60では、バス電圧検出値が放電閾値を下回ったときに放電指令に相当する駆動パルスを放電制御部に出力してDC/DC変換部を動作させ、燃料電池61による発電電力を、DC/DC変換部を介して直流バス70に供給する。In the semi-stabilizing device 60, when the bus voltage detection value falls below the discharge threshold, a drive pulse corresponding to a discharge command is output to the discharge control unit to operate the DC/DC conversion unit, and the power generated by the fuel cell 61 is supplied to the DC bus 70 via the DC/DC conversion unit.

DC/DC変換部は、上記の動作により燃料電池61の発電電力を制御しつつ、入出力電流を入出力電流目標値に一致させるように動作する。The DC/DC conversion unit operates to control the power generated by the fuel cell 61 through the above operation while matching the input and output currents to the input and output current target values.

水電解セル51や燃料電池61にも、電圧・電流及び温度等を検出するセンサが設けられ、これらの検出値が充電制御部52dや放電制御部に入力されているが、便宜上、上記センサの図示は省略してある。The water electrolysis cell 51 and fuel cell 61 are also provided with sensors for detecting voltage, current, temperature, etc., and these detection values are input to the charge control unit 52d and discharge control unit, but for convenience, the above sensors are omitted from the illustration.

また、充電閾値及び放電閾値は、各制御回路が自ら設定しても良いし、監視・指示装置80から指令として受信しても良い。 In addition, the charge threshold and discharge threshold may be set by each control circuit itself, or may be received as instructions from the monitoring and indicating device 80.

図3~図6に示した電力変換器12,32,42,及び52、特に制御回路12B,32B,42B,及び52Bの構成や動作は、あくまで例示的なものであって何ら本発明の技術的範囲を限定するものではなく、これらと異なる構成を採用しても良いことは言うまでもない。 The configurations and operations of the power converters 12, 32, 42, and 52, particularly the control circuits 12B, 32B, 42B, and 52B, shown in Figures 3 to 6 are merely illustrative and do not in any way limit the technical scope of the present invention, and it goes without saying that configurations different from these may be adopted.

次に、図7は、直流バス70の電圧に応じた準安定化装置40の蓄電装置41の充放電電力、準安定化装置50の水電解セル51の入力電力、準安定化装置60の燃料電池61の出力電力を、それぞれ模式的に示した概念図である。図7における三角形シンボルの横方向の幅は各電力の大きさを示しており、幅が広いほど電力値が大きくなる。Next, Figure 7 is a conceptual diagram that shows the charging and discharging power of the storage device 41 of the semi-stabilizer 40 according to the voltage of the DC bus 70, the input power of the water electrolysis cell 51 of the semi-stabilizer 50, and the output power of the fuel cell 61 of the semi-stabilizer 60. The horizontal width of the triangular symbol in Figure 7 indicates the magnitude of each power, and the wider the width, the larger the power value.

図7では、入力電源が再生可能エネルギー電源システムである場合を例示しており、再生可能エネルギー電源システムは、例えば、図1の太陽光発電システム10及び/又は風力発電システム20である。これらの発電電力が供給される直流バス70の電圧と蓄電装置41、水電解セル51、燃料電池61の充放電閾値等に応じて、各部の充放電動作が制御される。 Figure 7 illustrates an example in which the input power source is a renewable energy power source system, such as the solar power generation system 10 and/or the wind power generation system 20 in Figure 1. The charging and discharging operations of each part are controlled according to the voltage of the DC bus 70 to which the generated power is supplied and the charging and discharging thresholds of the storage device 41, the water electrolysis cell 51, and the fuel cell 61, etc.

例えば、蓄電装置41に関する(a)に示すように、バス電圧が蓄電装置41の充電閾値より高ければ高いほど蓄電装置41に供給される充電電力は大きくなり、バス電圧が蓄電装置41の放電閾値より低ければ低いほど蓄電装置41から放出される放電電力は大きくなる。同様にして、バス電圧が水電解セル51の充電閾値より高ければ高いほど水電解セル51に供給される充電電力は大きくなり、バス電圧が燃料電池61の放電閾値より低ければ低いほど燃料電池61から発生する放電電力は大きくなる。For example, as shown in (a) for the storage device 41, the higher the bus voltage is above the charge threshold of the storage device 41, the greater the charging power supplied to the storage device 41, and the lower the bus voltage is below the discharge threshold of the storage device 41, the greater the discharging power released from the storage device 41. Similarly, the higher the bus voltage is above the charge threshold of the water electrolysis cell 51, the greater the charging power supplied to the water electrolysis cell 51, and the lower the bus voltage is below the discharge threshold of the fuel cell 61, the greater the discharging power generated by the fuel cell 61.

蓄電装置41に関する(b)は、基準バス電圧に応じて充電閾値及び放電閾値を(a)より低く設定した場合、(c)は充電閾値及び放電閾値を(a)より高く設定した場合である。同様の閾値の設定変更操作は水電解セル51の充電閾値及び燃料電池61の放電閾値に対しても可能である。 (b) for the storage device 41 is a case where the charge threshold and discharge threshold are set lower than (a) according to the reference bus voltage, and (c) is a case where the charge threshold and discharge threshold are set higher than (a). Similar threshold setting change operations are also possible for the charge threshold of the water electrolysis cell 51 and the discharge threshold of the fuel cell 61.

このように、蓄電装置41、水電解セル51、及び燃料電池61の充電閾値及び放電閾値を変化させて充放電動作を制御することにより、直流バス70と準安定化装置40,50,及び60との間で授受される直流電力を個別に調整することができる。言い換えれば、それぞれの電力バッファとしての動作をきめ細かく制御することが可能である。In this way, by controlling the charge and discharge operations by changing the charge and discharge thresholds of the storage device 41, the water electrolysis cell 51, and the fuel cell 61, it is possible to individually adjust the DC power exchanged between the DC bus 70 and the semi-stabilizing devices 40, 50, and 60. In other words, it is possible to finely control the operation of each of them as a power buffer.

前述したごとく充電閾値及び放電閾値の変更は、監視・指示装置80からの指令に基づき、あるいは、電力変換器42,52,及び62が自ら行うことができる。As mentioned above, the charge threshold and discharge threshold can be changed based on instructions from the monitoring and indicating device 80 or by the power converters 42, 52, and 62 themselves.

図8A及び8Bは主安定化装置30の動作説明図である。 Figures 8A and 8B are diagrams illustrating the operation of the main stabilizing device 30.

図8Aに破線(太線)で示すように、主安定化装置30は直流バス70と蓄電装置31との間で直流電力を授受し、蓄電装置31を充放電制御する。電力変換器32内の制御回路32Bは、例えば図8Bに示す特性に従って、蓄電装置31の第1の蓄電量指標(例えば充電率)に基づきバス電圧目標値を設定する。As shown by the dashed line (thick line) in Fig. 8A, the main stabilization device 30 transmits and receives DC power between the DC bus 70 and the storage device 31, and controls the charging and discharging of the storage device 31. The control circuit 32B in the power converter 32 sets a bus voltage target value based on a first storage amount index (e.g., charging rate) of the storage device 31, for example, according to the characteristics shown in Fig. 8B.

このバス電圧目標値は、直流バス70の電圧の許容範囲内で、第1の蓄電量指標が大きいほど高く、第1の蓄電量指標が小さいほど低くなるように設定され、このバス電圧目標値にバス電圧検出値が一致するように制御回路32BがDC/DC変換部32Aを制御する。This bus voltage target value is set within the allowable range of the voltage of the DC bus 70 so that it is higher the larger the first energy storage index is and lower the smaller the first energy storage index is, and the control circuit 32B controls the DC/DC conversion unit 32A so that the bus voltage detection value matches this bus voltage target value.

図9A及び9Bは準安定化装置40及び50の動作説明図である。 Figures 9A and 9B are diagrams illustrating the operation of semi-stabilizing devices 40 and 50.

図9Aに破線(太線)で示すように、準安定化装置40の電力変換器42は直流バス70の直流電力を用いて蓄電装置41を充電し、準安定化装置50の電力変換器52は直流バス70の直流電力を水電解セル51に供給して水を電気分解する。As shown by the dashed line (thick line) in Figure 9A, the power converter 42 of the semi-stabilized device 40 charges the storage device 41 using the DC power from the DC bus 70, and the power converter 52 of the semi-stabilized device 50 supplies the DC power from the DC bus 70 to the water electrolysis cell 51 to electrolyze water.

この場合の充電特性は図9Bに示す通りであり、直流バス70の電圧が蓄電装置41または水電解セル51の充電閾値より高くなるほど充電電流が大きくなるように電力変換器42及び52をそれぞれ制御する。 The charging characteristics in this case are as shown in Figure 9B, and the power converters 42 and 52 are controlled so that the charging current increases as the voltage of the DC bus 70 becomes higher than the charging threshold of the storage device 41 or the water electrolysis cell 51.

図10A及び10Bは準安定化装置40及び60の動作説明図である。 Figures 10A and 10B are diagrams illustrating the operation of semi-stabilizing devices 40 and 60.

図10Aに破線(太線)で示すように、準安定化装置40の電力変換器42は蓄電装置41を放電させて直流バス70に直流電力を供給し、準安定化装置60の電力変換器62は燃料電池61を発電動作させて直流バス70に直流電力を供給する。As shown by the dashed line (thick line) in Figure 10A, the power converter 42 of the semi-stabilizing device 40 discharges the storage device 41 to supply DC power to the DC bus 70, and the power converter 62 of the semi-stabilizing device 60 operates the fuel cell 61 to generate power and supply DC power to the DC bus 70.

この場合の放電特性は図10Bに示す通りであり、直流バス70の電圧が蓄電装置41または燃料電池61の放電閾値より低くなるほど放電電流が大きくなるように電力変換器42及び62をそれぞれ制御する。In this case, the discharge characteristics are as shown in Figure 10B, and the power converters 42 and 62 are controlled so that the discharge current increases as the voltage of the DC bus 70 becomes lower than the discharge threshold of the storage device 41 or fuel cell 61.

本実施形態に係る直流バス制御システムによれば、システム全体の電力の入出力バランスの変化に対して、まず、応答速度の速い主安定化装置30(蓄電装置31)への電流入出力で対応することで他の装置への応答を緩和する。この際、主安定化装置30への電流が流入の場合には、蓄電装置31の充電により第1の蓄電量指標が増加し、バス電圧を上昇させる。逆に、主安定化装置30からの電流の流出の場合には、蓄電装置31の放電により第1の蓄電量指標が減少し、バス電圧が下降する。これらの動作は、主安定化装置30の電力変換器32(DC/DC変換部32Aおよび制御回路32B)によって行われる。 According to the DC bus control system of this embodiment, in response to changes in the power input/output balance of the entire system, the system first responds by inputting/outputting current to the main stabilization device 30 (storage device 31), which has a fast response speed, thereby mitigating the response to other devices. In this case, when current flows into the main stabilization device 30, the first storage amount index increases as the storage device 31 charges, and the bus voltage increases. Conversely, when current flows out of the main stabilization device 30, the first storage amount index decreases as the storage device 31 discharges, and the bus voltage drops. These operations are performed by the power converter 32 (DC/DC conversion unit 32A and control circuit 32B) of the main stabilization device 30.

一方、準安定化装置は、バス電圧の変動に応じて、充電要素または放電要素への電流流入量を増減させて、充電または放電が行われる。この動作は、準安定化装置の電力変換器によって行われる。On the other hand, the semi-stabilizer increases or decreases the amount of current flowing into the charging or discharging element in response to fluctuations in the bus voltage, thereby charging or discharging. This operation is performed by the power converter of the semi-stabilizer.

これら一連の動作は、主安定化装置30への電流の入出力がゼロとなるように行われ、結果的に、システム全体への電流入出力の総和がゼロになるように制御される。したがって、ある直流バス電圧で、準安定化装置の電流の流入・流出が一定の値になったところで定常状態に至る。This series of operations is performed so that the current input and output to the primary stabilizer 30 is zero, and as a result, the sum of the current input and output to the entire system is controlled to be zero. Therefore, at a certain DC bus voltage, a steady state is reached when the current inflow and outflow of the semi-stabilizer reaches a constant value.

本実施形態によれば、各装置の動作が直流バスラインの電圧を信号としてアナログ的に行われるため、システム制御は各装置の動作による分散処理で行うことが可能であり、集中的な全体制御は必要ない。結果的に、集中的管理を行う場合に問題となる誤差の問題も解消できる。主安定化装置の反応速度は、システムがもつ電力変動に追従する必要があるが、主安定化装置が速い変動を吸収するため、準安定化装置の動作は比較的緩慢でも問題なく、また、その電流の向きも制御可能なため、水電解セルや燃料電池などの電力の吸収または放出の一方向しかできない、かつ、高速出力変動に適しない装置でも利用可能である。さらには、これらの装置の動作電圧閾値の設定や直流バス電圧に対する電流の流入・流出割合を変えることによって複数の装置を準安定化装置として利用することが可能となる。また、各装置の動作シグナルが直流バス電圧であることから、準安定化装置の増減も比較的簡単に行える。According to this embodiment, the operation of each device is performed in an analog manner using the voltage of the DC bus line as a signal, so that system control can be performed by distributed processing based on the operation of each device, and centralized overall control is not necessary. As a result, the problem of errors that arise when centralized management is performed can also be eliminated. The reaction speed of the main stabilizer needs to follow the power fluctuations of the system, but since the main stabilizer absorbs fast fluctuations, the operation of the semi-stabilizer can be relatively slow without any problems, and since the direction of the current can also be controlled, it can be used with devices that can only absorb or release power in one direction, such as water electrolysis cells and fuel cells, and are not suitable for high-speed output fluctuations. Furthermore, by changing the setting of the operating voltage threshold of these devices and the ratio of current inflow and outflow to the DC bus voltage, it is possible to use multiple devices as semi-stabilizers. In addition, since the operating signal of each device is the DC bus voltage, it is relatively easy to increase or decrease the number of semi-stabilizers.

さらに、本実施形態によれば、主安定化装置30が、蓄電装置31の第2の蓄電量指標に基づいて、直流バス電圧の目標値を決定しているので、蓄電装置31の蓄電量を一定に保つことができ、長期の連続運転を安定して行うことができる。 Furthermore, according to this embodiment, the main stabilization device 30 determines the target value of the DC bus voltage based on the second storage capacity index of the storage device 31, so that the storage capacity of the storage device 31 can be kept constant, enabling stable long-term continuous operation.

以下、この効果を検証するために行ったシミュレーションについて説明する。 Below, we explain the simulations conducted to verify this effect.

図11は、本実施形態の制御システムにおけるシミュレーション結果を示す図である。本シミュレーションにおいては、第1の蓄電量指標として蓄電装置31の充放電電流を積分して得られる充電率(SOC)を用い、第2の蓄電量指標として蓄電装置31の端子電圧(バッテリ電圧)を用いた。また、第2の蓄電量指標の目標値として50Vを設定した。 Figure 11 is a diagram showing the results of a simulation of the control system of this embodiment. In this simulation, the state of charge (SOC) obtained by integrating the charge/discharge current of the storage device 31 was used as the first storage amount index, and the terminal voltage (battery voltage) of the storage device 31 was used as the second storage amount index. In addition, 50V was set as the target value of the second storage amount index.

図11(a)は、太陽電池の発生電力1101、電源(入力)電力1102、および負荷(出力)電力1103の時系列の変化を示す。図11(b)は、水電解セルでの消費電力1104および燃料電池での発生電力1105を示す。システムに正味の入力電力があるときは水電解セルでの電気分解(充電)が行われ、正味の出力電力があるときは燃料電池での水素の電気化学反応による直流電流の供給(放電)が行われる。 Figure 11(a) shows the time series changes in the power generated by the solar cell 1101, the power source (input) power 1102, and the load (output) power 1103. Figure 11(b) shows the power consumed by the water electrolysis cell 1104 and the power generated by the fuel cell 1105. When there is a net input power to the system, electrolysis (charging) is performed in the water electrolysis cell, and when there is a net output power, a direct current is supplied (discharged) by the electrochemical reaction of hydrogen in the fuel cell.

図11(c)は、蓄電装置31の端子電圧(バッテリ電圧)1106および充放電電流1107の時系列の変化を示す。蓄電装置31端子電圧1106はその目標値である50Vに近づくように制御され、蓄電装置31の充放電が行われないタイミング、すなわち充放電電流がゼロのタイミングでは50Vとなることが分かる。11(c) shows the time series changes in the terminal voltage (battery voltage) 1106 and the charge/discharge current 1107 of the storage device 31. It can be seen that the terminal voltage 1106 of the storage device 31 is controlled to approach its target value of 50 V, and is 50 V when the storage device 31 is not being charged or discharged, i.e., when the charge/discharge current is zero.

図12は、比較例として、主安定化装置30の電力変換器32がオフセット積分部32cを有しない場合(すなわち、特許文献1の構成)での、同様のシミュレーション結果を示す。図12(a)は、太陽電池の発生電力1201、電源(入力)電力1202、および負荷(出力)電力1203の時系列の変化を示し、これは図11(a)と同一の変化である。図12(b)は、水電解セルでの消費電力1204および燃料電池での発生電力1205を示し、図11(b)とほぼ同様の変化を示す。図12(c)は、蓄電装置31の端子電圧(バッテリ電圧)1206および充放電電流1207の時系列の変化を示す。この比較例では、発生電力および消費電力が変動し、充放電が発生するたびに、蓄電装置31の電圧1206(実蓄電量の指標)は低下する。 Figure 12 shows a similar simulation result as a comparative example in which the power converter 32 of the main stabilization device 30 does not have the offset integration unit 32c (i.e., the configuration of Patent Document 1). Figure 12(a) shows the time series changes in the generated power 1201 of the solar cell, the power source (input) power 1202, and the load (output) power 1203, which are the same changes as those in Figure 11(a). Figure 12(b) shows the power consumption 1204 in the water electrolysis cell and the power generation 1205 in the fuel cell, which show almost the same changes as those in Figure 11(b). Figure 12(c) shows the time series changes in the terminal voltage (battery voltage) 1206 and the charge/discharge current 1207 of the storage device 31. In this comparative example, the generated power and power consumption fluctuate, and the voltage 1206 (an index of the actual amount of stored power) of the storage device 31 decreases every time charging or discharging occurs.

以上のように本実施形態に係る直流バス制御システムは、主安定化装置30内の電力変換器32がオフセット積分部32cを有し、蓄電量指標(バッテリー電圧)の目標値からの定常的なオフセットを除去するので、蓄電装置31のバッテリー電圧すなわち蓄電量を一定に保つことができる。また、蓄電装置31の充放電電流が大きいときにはオフセット算出のためのバッテリー電圧の積分演算を行わないことで、正確ではない蓄電量に基づく制御を行わないようにでき、安定した動作が行える。以上のようにして、本実施形態に係る直流バス制御システムでは、主安定化装置30の蓄電装置31が長期間一定の蓄電量を保つことができるので、安定して長期間の連続運転が可能となる。As described above, in the DC bus control system according to this embodiment, the power converter 32 in the main stabilization device 30 has an offset integration section 32c, which removes the steady-state offset from the target value of the storage capacity index (battery voltage), so that the battery voltage of the storage device 31, i.e., the storage capacity, can be kept constant. Also, by not performing an integral calculation of the battery voltage for offset calculation when the charge/discharge current of the storage device 31 is large, control based on an inaccurate storage capacity can be avoided, and stable operation can be performed. As described above, in the DC bus control system according to this embodiment, the storage device 31 of the main stabilization device 30 can maintain a constant storage capacity for a long period of time, so that stable continuous operation for a long period of time is possible.

<第2の実施形態>
第1の実施形態に係る直流バス制御システムは、発生電力が水電解セルの電力吸収能力内であり、負荷の消費電力が燃料電池の発電能力内である場合には、主安定化装置30の蓄電装置31の充放電電流は0に制御されて安定に動作する。発生電力が水電解セルの電力吸収能力を超えたり、負荷の消費電力が燃料電池の発電能力を超えたりする場合、本システムは異常停止せずに蓄電装置31が電力を吸収または供給することで、継続動作が可能である。
Second Embodiment
In the DC bus control system according to the first embodiment, when the generated power is within the power absorption capacity of the electrolysis cell and the power consumption of the load is within the power generation capacity of the fuel cell, the charge/discharge current of the power storage device 31 of the main stabilization device 30 is controlled to zero, thereby enabling stable operation. When the generated power exceeds the power absorption capacity of the electrolysis cell or the power consumption of the load exceeds the power generation capacity of the fuel cell, the system can continue to operate by having the power storage device 31 absorb or supply power without abnormal shutdown.

しかしながら、発生電力または負荷電力が水電解セルや燃料電池の能力内に戻った場合でも、過剰な蓄電量が解消されるまでは主安定化装置30の蓄電装置31からの放電または充電が続く。したがって、過剰な蓄電量の解消までは、本システムの制御能力は一時的に低下する。以下、この点について説明する。However, even if the generated power or load power returns to within the capacity of the water electrolysis cell or fuel cell, discharging or charging from the storage device 31 of the main stabilization device 30 continues until the excess stored power is eliminated. Therefore, the control capability of the system is temporarily reduced until the excess stored power is eliminated. This point is explained below.

なお、以下の図13から図15を用いた説明は、主安定化装置30電力変換器32にオフセット積分部32cを設けない構成(すなわち、特許文献1の構成)での動作を示す図である。 Note that the following explanation using Figures 13 to 15 shows the operation of a configuration in which the main stabilization device 30 power converter 32 does not have an offset integration section 32c (i.e., the configuration of Patent Document 1).

図13は、発生電力および負荷電力が水電解セルおよび燃料電池の能力以内である場合のシステムの動作を説明する図である。図13(a)は、発生電力1301および負荷電力1302の時間変化を示す。図13(b)は、水電解セルの消費電力1303および燃料電池での発生電力1304の時間変化を示す。図13(c)はバス電圧の制御目標値1305の時間変化を示す。図13(d)は、蓄電装置31の電圧1306および電流1307の時間変化を示す。 Figure 13 is a diagram explaining the operation of the system when the generated power and load power are within the capacity of the water electrolysis cell and fuel cell. Figure 13(a) shows the time variations in generated power 1301 and load power 1302. Figure 13(b) shows the time variations in power consumption 1303 of the water electrolysis cell and power generated 1304 in the fuel cell. Figure 13(c) shows the time variations in the control target value 1305 of the bus voltage. Figure 13(d) shows the time variations in voltage 1306 and current 1307 of the storage device 31.

図13に示すように、発生電力および負荷電力が適正な範囲をとる場合、蓄電装置31の充放電流は0に保たれ、発生電力および負荷電力に応じて水電解セルと燃料電池が動作する。As shown in Figure 13, when the generated power and load power are within the appropriate range, the charging and discharging current of the storage device 31 is kept at zero, and the water electrolysis cell and fuel cell operate according to the generated power and load power.

図14は、発生電力が水電解セルの電力吸収能力を超える場合のシステムの動作を説明する図である。図14(a)は、発生電力1401および負荷電力1402の時間変化を示す。図14(b)は、水電解セルの消費電力1403および燃料電池での発生電力1404の時間変化を示す。図14(c)は、蓄電装置31の電圧1405および電流1406の時間変化を示す。図14(d)は、バス電圧の制御目標値1407の時間変化を示す。 Figure 14 is a diagram explaining the operation of the system when the generated power exceeds the power absorption capacity of the water electrolysis cell. Figure 14(a) shows the time variations in generated power 1401 and load power 1402. Figure 14(b) shows the time variations in power consumption 1403 of the water electrolysis cell and power generated in the fuel cell 1404. Figure 14(c) shows the time variations in voltage 1405 and current 1406 of the storage device 31. Figure 14(d) shows the time variations in the control target value 1407 of the bus voltage.

発生電力が水電解セルの電力吸収能力を超えるので、蓄電装置31が余剰の電力を吸収し、蓄電装置31の蓄電量が増加する。発生電力がシステムの能力内に戻った場合でも、蓄電装置31の過剰な蓄電量が解消されるまでは、主安定化装置30の蓄電装置31から継続して放電が続く(図中での期間T1)。この間は、電力は蓄電装置31のみから供給され、燃料電池からは電力は供給されない。燃料電池からの電力供給がないのは、バス電圧が高いままに維持されているからである。この間、本システムから負荷電力を供給する場合は、主安定化装置30の蓄電装置31の電力供給能力を超えた電力を供給することができず、システムは主制御装置の制御から逸脱することになる。Because the generated power exceeds the power absorption capacity of the water electrolysis cell, the storage device 31 absorbs the surplus power, and the amount of power stored in the storage device 31 increases. Even if the generated power returns to within the capacity of the system, the storage device 31 of the main stabilization device 30 continues to discharge until the excess amount of power stored in the storage device 31 is eliminated (period T1 in the figure). During this time, power is supplied only from the storage device 31, and power is not supplied from the fuel cell. There is no power supply from the fuel cell because the bus voltage remains high. During this time, if the system supplies load power, it cannot supply power that exceeds the power supply capacity of the storage device 31 of the main stabilization device 30, and the system will deviate from the control of the main controller.

ここでは、発生電力が過剰である場合について説明したが、負荷電力が過剰である場合についても同様の問題が発生する。 Here we have described the case where the generated power is excessive, but the same problem occurs when the load power is excessive.

本実施形態では、この問題に対して次のように対処する。 In this embodiment, we address this issue as follows:

バス電圧目標値演算部32bは、蓄電装置31の第1の蓄電量指標に基づいて、バス電圧目標値を決定する。ここで、第1の蓄電量指標は、蓄電装置31の充放電電流を積分演算して得られる値である。本実施形態では、第1の蓄電量指標に上限および下限を設定する。上限は、水電解セルまたはバッテリーの充電の最大動作に対応する値(最大動作を指示する値)またはそれよりも少し上回る値とする。また、下限は、燃料電池又はバッテリーの放電の最大動作に対応する値(最大動作を指示する値)またはそれよりも少し下回る値とする。The bus voltage target value calculation unit 32b determines the bus voltage target value based on the first storage amount index of the storage device 31. Here, the first storage amount index is a value obtained by integrating the charge/discharge current of the storage device 31. In this embodiment, an upper limit and a lower limit are set for the first storage amount index. The upper limit is a value corresponding to the maximum operation of charging the water electrolysis cell or the battery (a value indicating maximum operation) or a value slightly higher than that. The lower limit is a value corresponding to the maximum operation of discharging the fuel cell or the battery (a value indicating maximum operation) or a value slightly lower than that.

この結果、第1の蓄電量指標と、バス電圧目標値演算部32bによって決定される目標値の関係は、図8Cに示すようになる。第1の蓄電量指標は下限値と上限値の間の値のみをとるので、バス電圧目標値もこの範囲に対応した値をとることになる。As a result, the relationship between the first storage amount index and the target value determined by the bus voltage target value calculation unit 32b is as shown in Figure 8C. Since the first storage amount index can only take values between the lower limit value and the upper limit value, the bus voltage target value also takes values corresponding to this range.

図15は、第1の蓄電量指標に上記のように上限および下限を設定した場合に、水電解セルの電力吸収能力を超える電力が供給された場合のシステムの動作を説明する図である。なお、ここでは、オフセット積分部32cによるオフセットの積分およびその加算処理は行っていない。 Figure 15 is a diagram explaining the operation of the system when power exceeding the power absorption capacity of the water electrolysis cell is supplied when the upper and lower limits are set for the first power storage index as described above. Note that in this case, the offset integration unit 32c does not integrate the offset and add it.

図15(a)は、発生電力1501および負荷電力1502の時間変化を示し、これは図14(a)と同一である。図15(b)は、水電解セルの消費電力1503および燃料電池での発生電力1504の時間変化を示す。図15(c)は、蓄電装置31の電圧1505および電流1506の時間変化を示す。図15(e)は、バス電圧の制御目標値1507の時間変化を示す。図15(d)における縦軸スケールが図14(e)の縦軸スケールと大きく異なることに留意されたい。 Figure 15(a) shows the time variations in generated power 1501 and load power 1502, which are the same as Figure 14(a). Figure 15(b) shows the time variations in power consumption 1503 of the water electrolysis cell and power generation 1504 in the fuel cell. Figure 15(c) shows the time variations in voltage 1505 and current 1506 of the storage device 31. Figure 15(e) shows the time variations in the control target value 1507 of the bus voltage. Note that the vertical scale in Figure 15(d) is significantly different from that of Figure 14(e).

この結果が示すように、発生電力が水電解セルの電力吸収能力を超えた状態が解消した後に短時間でバス電圧が低下し、水電解セルでの充電が終了し、燃料電池からの電力供給が可能となる。すなわち、第1の蓄電量指標に上限を設けることで、発生電力が過剰な場合でも、その状況が解消した後に比較的短時間にシステムを正常な状態に戻すことができる。As these results show, the bus voltage drops in a short time after the state in which the generated power exceeds the power absorption capacity of the water electrolysis cell is resolved, charging in the water electrolysis cell ends, and power supply from the fuel cell becomes possible. In other words, by setting an upper limit on the first power storage index, even if the generated power is excessive, the system can be returned to a normal state in a relatively short time after the state is resolved.

負荷電力が過剰である場合には、第1の蓄電量指標に下限が設けられていることで、上記と同様の効果が得られる。 When the load power is excessive, a lower limit is set for the first storage capacity indicator, thereby achieving the same effect as described above.

なお、図15(c)に示すように、システムの制御が復帰した後に、第1の蓄電量指標(計算により求められ、制御に用いられる値)と実際の蓄電装置31の蓄電量に差が生じることが分かる。このような、蓄電量の誤差が積み重なるとシステムの長期運転が妨げられる可能性が高い。 As shown in FIG. 15(c), after the system control is restored, a difference occurs between the first storage amount index (a value obtained by calculation and used for control) and the actual storage amount of the storage device 31. If such errors in the storage amount accumulate, there is a high possibility that long-term operation of the system will be hindered.

本実施形態に係る直流バス制御システムにおいては、主安定化装置30はオフセット積分部32cによって、第2の蓄電量指標(バッテリー電圧)とその目標値の差分の積分値(累積偏差)も考慮してバス電圧目標値を決定している。したがって、上述のような、計算上の蓄電量指標(第1の蓄電量指標)と実際の蓄電量との差は長期的には自動的に解消することができる。In the DC bus control system according to this embodiment, the main stabilization device 30 determines the bus voltage target value by using the offset integration unit 32c to take into account the integral value (accumulated deviation) of the difference between the second battery storage index (battery voltage) and the target value. Therefore, the difference between the calculated battery storage index (first battery storage index) and the actual battery storage amount as described above can be automatically eliminated in the long term.

すなわち、本実施形態によれば、過剰な電力発生または電力消費が生じた場合に、その解消後に短時間で正常な制御に復帰できるとともに、長期間の安定した連続動作が可能となる。In other words, according to this embodiment, if excessive power generation or consumption occurs, normal control can be restored in a short time after the problem is resolved, and stable continuous operation for a long period of time is possible.

10:太陽光発電システム
11:太陽電池
12:電力変換器
12A:DC/DC変換部
12B:制御回路
12a,12f:電圧検出器
12b:電流検出器
12c:MPPT制御部
12d:電圧・電流制御部
12e:駆動回路
12g:比較部
20:風力発電システム
21:風力発電機
22:電力変換器
30:主安定化装置
31:蓄電装置
31a:センサ
32:電力変換器
32A:DC/DC変換部
32B:制御回路
32a:電圧検出器
32b:バス電圧目標値演算部
32c:オフセット積分部
32d:減算器
32e:加算器
32f:充放電制御部
32g:駆動回路
40:準安定化装置
41:蓄電装置
41a:センサ
42:電力変換器
42A:DC/DC変換部
42B:制御回路
42a:電圧検出器
42b:比較部
42c:減算器
42d:充放電制御部
42e:駆動回路
50,50A:準安定化装置
51:水電解セル
52:電力変換器
52A:DC/DC変換部
52B:制御回路
52a:電圧検出器
52b:比較部
52c:減算器
52d:充電制御部
52e:駆動回路
53:水素貯蔵装置
60:準安定化装置
61:燃料電池
62:電力変換器
70:直流バス
80:監視・指示装置
90:負荷
10: Solar power generation system 11: Solar cell 12: Power converter 12A: DC/DC conversion unit 12B: Control circuit 12a, 12f: Voltage detector 12b: Current detector 12c: MPPT control unit 12d: Voltage/current control unit 12e: Drive circuit 12g: Comparison unit 20: Wind power generation system 21: Wind power generator 22: Power converter 30: Main stabilization device 31: Power storage device 31a: Sensor 32: Power converter 32A: DC/DC conversion unit 32B: Control circuit 32a: Voltage detector 32b: Bus voltage target value calculation unit 32c: Offset integration unit 32d: Subtractor 32e: Adder 32f: Charge/discharge control unit 32g: Drive circuit 40: Semi-stabilizing device 41: Power storage device 41a: Sensor 42: Power converter 42A: DC/DC conversion unit 42B: Control circuit 42a: Voltage detector 42b: Comparator 42c: Subtractor 42d: Charge/discharge control unit 42e: Drive circuits 50, 50A: Semi-stabilizing device 51: Water electrolysis cell 52: Power converter 52A: DC/DC conversion unit 52B: Control circuit 52a: Voltage detector 52b: Comparator 52c: Subtractor 52d: Charge control unit 52e: Drive circuit 53: Hydrogen storage device 60: Semi-stabilizing device 61: Fuel cell 62: Power converter 70: DC bus 80: Monitoring/indication device 90: Load

Claims (9)

入力電源と負荷との間を接続する直流バスの電力変動を制御する直流バス制御システムであって、
第1の充放電要素と第1の電力変換器とを有する主安定化装置と、
第2の充放電要素、充電要素、または放電要素と第2の電力変換器とを有する少なくとも1つの準安定化装置と
を含み、
前記第1の電力変換器は、バス電圧目標値を求め、前記バス電圧目標値に前記直流バスの電圧が一致するように、前記第1の充放電要素と前記直流バスとの間で直流電力を双方向に授受するよう構成され、
前記第2の電力変換器は、前記第2の充放電要素、前記充電要素、または前記放電要素の充電又は放電に関する閾値と前記直流バスの前記電圧との差分に応じて電流目標値を求め、前記電流目標値に等しい電流が前記第2の充放電要素、前記充電要素、または前記放電要素に流れるように、前記第2の充放電要素、前記充電要素、または前記放電要素と前記直流バスとの間で直流電力を授受するよう構成されており、
前記第1の電力変換器は、前記第1の充放電要素の第1の蓄電量指標に応じた目標値と、前記第1の充放電要素の前記第1の蓄電量指標とは異なる方式で求められる第2の蓄電量指標とに基づいて前記バス電圧目標値を求める、
ことを特徴とする直流バス制御システム。
A DC bus control system for controlling power fluctuations of a DC bus connecting an input power source and a load, comprising:
a primary stabilization device having a first charging/discharging element and a first power converter;
at least one quasi-stabilizing device having a second charge/discharge element, a charging element, or a discharging element and a second power converter;
the first power converter is configured to obtain a bus voltage target value, and to bidirectionally exchange DC power between the first charging/discharging element and the DC bus such that a voltage of the DC bus coincides with the bus voltage target value;
the second power converter is configured to calculate a current target value according to a difference between a threshold value related to charging or discharging of the second charging/ discharging element, the charging element, or the discharging element and the voltage of the DC bus, and to exchange DC power between the second charging/discharging element, the charging element, or the discharging element and the DC bus such that a current equal to the current target value flows through the second charging/discharging element, the charging element, or the discharging element;
the first power converter determines the bus voltage target value based on a target value corresponding to a first power storage amount index of the first charging/discharging element and a second power storage amount index determined by a method different from the first power storage amount index of the first charging/discharging element;
1. A DC bus control system comprising:
前記第2の蓄電量指標は前記第1の充放電要素の端子電圧であり、
前記バス電圧目標値は、前記第1の充放電要素の第1の蓄電量指標に応じた目標値に、前記第2の蓄電量指標と前記第2の蓄電量指標の目標値の差分を積分して得られる累積偏差に応じた値を加えることにより求められる、
請求項1に記載の直流バス制御システム。
the second charge amount indicator is a terminal voltage of the first charge/discharge element,
the bus voltage target value is calculated by adding a value corresponding to an accumulated deviation obtained by integrating a difference between the second power storage amount index and a target value of the second power storage amount index to a target value corresponding to a first power storage amount index of the first charging/discharging element;
2. The DC bus control system of claim 1.
前記累積偏差は、前記第2の蓄電量指標と前記第2の蓄電量指標の目標値との差分を、前記第1の充放電要素の充放電電流の大きさが所定値より小さいときのみ積分した値である、
請求項2に記載の直流バス制御システム。
The cumulative deviation is a value obtained by integrating a difference between the second storage amount index and a target value of the second storage amount index only when the magnitude of the charging/discharging current of the first charging/discharging element is smaller than a predetermined value.
3. The DC bus control system of claim 2.
前記第1の電力変換器は、前記第1の充放電要素の充放電を行わない期間を設け、
前記累積偏差は、前記第2の蓄電量指標と前記第2の蓄電量指標の目標値との差分を、前記期間について積分した値である、
請求項2または3に記載の直流バス制御システム。
the first power converter provides a period during which charging/discharging of the first charging/discharging element is not performed;
The cumulative deviation is a value obtained by integrating a difference between the second power storage amount index and a target value of the second power storage amount index over the period.
4. A DC bus control system according to claim 2 or 3.
前記第1の蓄電量指標は、前記第1の充放電要素の充放電電流を積分した値である、
請求項1から4のいずれか1項に記載の直流バス制御システム。
The first storage amount index is a value obtained by integrating the charge/discharge current of the first charge/discharge element.
5. A DC bus control system according to any one of claims 1 to 4.
前記第1の蓄電量指標には、所定の上限および下限が設定される、
請求項5に記載の直流バス制御システム。
A predetermined upper limit and a lower limit are set for the first storage amount indicator.
6. The DC bus control system of claim 5.
前記上限は、前記第2の充放電要素または前記充電要素の充電の最大動作に対応する値であり、
前記下限は、前記第2の充放電要素または前記放電要素の放電の最大動作に対応する値である、
請求項6に記載の直流バス制御システム。
The upper limit is a value corresponding to a maximum operation of charging the second charging/discharging element or the charging element,
The lower limit is a value corresponding to the maximum discharge operation of the second charge/discharge element or the discharge element;
7. The DC bus control system of claim 6.
記入力電源として再生可能エネルギー電源システムを更に含む、請求項1から7のいずれか1項に記載の直流バス制御システム。 8. The DC bus control system of claim 1, further comprising a renewable energy power supply system as the input power source. 前記負荷を更に含む、請求項8に記載の直流バス制御システム。 The DC bus control system of claim 8, further comprising the load.
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