(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが並列に接続され、直流電源と共通負荷との間の電力変換を行う複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記共通負荷の電圧を検出する電圧検出部と、
対応する前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ制御する複数の制御回路と、
を備え、
前記複数の制御回路は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの並列動作時において、前記電圧検出部により検出された前記共通負荷の電圧値に基づいて、同じの目標電圧値および同じ比例ゲインを用いた比例制御を、対応する前記ＤＣ／ＤＣコンバータ以外の入力電流または出力電流の情報を得ることなく独立して行うことにより前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御すること、
を特徴とする並列電源装置。
【請求項２】
それぞれが並列に接続され、直流電源と共通負荷との間の電力変換を行う複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記共通負荷の電圧を検出する電圧検出部と、
対応する前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ制御する複数の制御回路と、
を備え、
前記複数の制御回路は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの並列動作時において、前記電圧検出部により検出された前記共通負荷の電圧値に基づいて、同じの目標電圧値および同じ比例ゲインを用いた比例制御を行うことにより前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御するとともに、
それぞれ前記共通負荷の電圧を制御する電圧制御部を備え、
前記電圧制御部は、予め定められた第１の目標電圧値を用いた比例制御を行う比例制御部と、
前記第１の目標電圧値よりも大きい第２の目標電圧値を用いた比例積分制御を行う第１の比例積分制御部と、
前記第１の目標電圧値よりも小さい第３の目標電圧値を用いた比例積分制御を行う第２の比例積分制御部と、
を備えること、
を特徴とする並列電源装置。
【請求項３】
前記第２の目標電圧値は、前記共通負荷の許容電圧値の上限値と同じの電圧値に設定され、
前記第３の目標電圧値は、前記共通負荷の許容電圧値の下限値と同一の電圧値に設定されること、
を特徴とする請求項２に記載の並列電源装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記第１の比例積分制御部および前記第２の比例積分制御部からの出力の範囲を制限するリミッタを備えており、
前記第１の比例積分制御部の出力を制限するリミッタの上限値は０に設定され、
前記第２の比例積分制御部の出力を制限するリミッタの下限値は０に設定されること、
を特徴とする請求項２または３のいずれか１項に記載の並列電源装置。
【請求項５】
前記第１の比例積分制御部の出力を制限するリミッタの下限値は前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流定格の下限値に設定され、
前記第２の比例積分制御部の出力を制限するリミッタの上限値は前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流定格の上限値に設定されること、
を特徴とする請求項４に記載の並列電源装置。
【請求項６】
前記制御回路は、電流制御部を備えており、前記電圧制御部の出力をＤＣ／ＤＣコンバータのコンバータ入力電流指令値として電流制御を行うことで共通負荷電圧を制御すること、
を特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の並列電源装置。
【請求項７】
前記複数の制御回路は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの並列動作時において、前記電圧検出部により検出された前記共通負荷の電圧値、および対応する前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流または出力電流のみに基づいて、同じの目標電圧値および同じ比例ゲインを用いた比例制御を独立して行うことにより前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御すること、
を特徴とする請求項１記載の並列電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、共通負荷に２台以上のＤＣ／ＤＣコンバータが並列接続された並列電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、無停電電源装置や蓄電池用のパワーコンディショナーでは、大電流を要求する電気負荷に対して電力を供給するために、共通の電圧源に複数の電力変換装置を並列接続させ、その複数の電力変換装置から電気負荷に対して電力を供給するような並列電源装置が用いられている。【０００３】
並列電源装置では、並列接続された複数の電力変換装置のうち、特定の電力変換装置へ負荷が集中しないように各電力変換装置からの出電力電流を均等にすることが求められる。従来の並列電源装置では、直流電源と、並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、負荷と、当該直流電源の出力電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段が出力する信号に基づいて各ＤＣ／ＤＣコンバータが出力すべき電流を算出し、各ＤＣ／ＤＣコンバータに電流指令値の信号として送る制御装置と、で構成されており、ＤＣ／ＤＣコンバータは制御回路から送られる電流指令値に基づいて出力電流を制御することで、各ＤＣ／ＤＣコンバータが共通して接続された共通負荷に供給する電流を均等にしている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２０９９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１のような並列電源装置においては、並列接続された複数の電源装置の出力電流値は均等になり、負荷の運転の際、一部のＤＣ／ＤＣコンバータへの出力電力の偏りを避けることができる。しかしながら、各ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流指令値を算出し、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流指令値を送信する制御器が必要となる。この場合、たとえば、並列電源装置の電源並列数を増加する際には、電源並列数の増加に加えて、制御器のプログラム変更が必要となる。したがって、複数のコンバータを単一の制御器でまとめて制御する構成の並列電源装置は、装置構成の変更が困難といった課題がある。【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、複数のコンバータを一括で制御する制御器を使用せず、個々のコンバータが独立して負荷への電力供給を均等に行うことのできる並列電源装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る並列電源装置は、それぞれが並列に接続され、直流電源と共通負荷との間の電力変換を行う複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、共通負荷の電圧を検出する電圧検出部と、複数のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ制御する複数の制御回路と、を備え、複数の制御回路は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの並列動作時に、電圧検出部により検出された共通負荷の電圧値に基づいて、同一の目標電圧値および比例ゲインを用いた比例制御により複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
複数のＤＣ／ＤＣコンバータが並列接続された並列電源装置であって、個々のＤＣ／ＤＣコンバータが独立して共通負荷への電力供給をより均等に行うことのできる並列電源装置を得ることを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る並列電源装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る並列電源装置に用いられるＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る並列電源装置に用いられるＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る並列電源装置の制御回路の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る並列電源装置の電圧制御部の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る並列電源装置の構成の変形例を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る並列電源装置の構成の変形例を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る並列電源装置の制御回路の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る並列電源装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る並列電源装置の構成を示したブロック図である。図１に示すように実施の形態１に係る並列電源装置１は、直流電源２と共通負荷３とに接続されており、直流電源２より出力される直流電圧を電力変換し、共通負荷３に出力する。なお、ここでは、直流電源２から共通負荷３に電力供給する場合について説明するが、双方向に電力供給する構成としてもよい。
【００１１】
図面または以下の説明において、同一または相当の構成要素を示す場合には同一の符号を付すものとする。また、ＤＣ／ＤＣコンバータのように、同一または相当の構成要素が複数存在する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａ，１１ｂのように数字および英字を付して区別する。なお、各構成要素を区別しない場合、または、総称する場合には、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１のように、英字を省略して説明する。
【００１２】
図１において、並列電源装置１は、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａ，１１ｂ、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ１１をそれぞれ制御する２つの制御回路１２ａ，１２ｂ、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ１１への入力電流をそれぞれ検出する２つの電流検出部１３ａ，１３ｂ、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧をそれぞれ検出する２つの電圧検出部１４ａ，１４ｂ、を備えている。図１に示される構成においては、１つの直流電源２に対して２つのＤＣ／ＤＣコンバータ１１が並列接続されている構成について示したが、これに限ったものではなく、３つ以上のＤＣ／ＤＣコンバータ１１が並列接続されていてもよい。
【００１３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、それぞれ複数のスイッチング素子を有しており、入力される直流電圧を電力変換して出力する電力変換回路である。各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、一端が直流電源２に接続されており、互いに並列の関係となるように接続されており、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、並列動作、すなわち、並列接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１１のそれぞれが直流電源２からの入力電圧を電力変換し、共通負荷に出力可能な構成となっている。また、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の他端は、共通負荷３に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１には、それぞれ制御回路１２が接続されており、制御回路１２からの制御信号に基づいて動作する。
【００１４】
制御回路１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に対応して２つ設けられており、それぞれ対応するＤＣ／ＤＣコンバータ１１に接続されている。また、制御回路１２は、それぞれ電流検出部１３および電圧検出部１４に接続されており、電流検出部１３により検出される直流電源２側からＤＣ／ＤＣコンバータ１１に流入する電流（コンバータ入力電流）、および、電圧検出部１４によって検出される共通負荷３の電圧（共通負荷電圧ＶＬ）に基づいて制御信号を生成し、制御信号を対応するＤＣ／ＤＣコンバータ１１を出力することにより、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ１１を制御する。すなわち、制御回路１２は、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ１１のコンバータ入力電流を制御し、共通負荷電圧ＶＬを制御する。なお、以下では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に流入する電流をコンバータ入力電流とし、ＤＣ／ＤＣコンバータから共通負荷３側へ出力される電流をコンバータ出力電流と称することとする。
【００１５】
電流検出部１３は、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ１１のコンバータ入力電流の大きさを検出する検出回路であり、電圧検出部１４は、共通負荷電圧ＶＬを検出する検出回路である。また、各電流検出部１３および各電圧検出部１４により検出された検出結果は、それぞれ対応する制御回路１２に出力される。
【００１６】
直流電源２は、直流電圧を出力する電源装置であり、例えばバッテリーである。また、直流電源２は、交流電源から交流電圧を整流回路等により整流するものであってもよい。共通負荷３は、電力を消費する抵抗器であり、２つＤＣ／ＤＣコンバータ１１に接続されている。また、直流電圧を入力として動作する装置、例えばインバータでもよい。
【００１７】
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の構成について説明する。図２に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の回路構成の一例を示す。図２に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、それぞれ逆並列ダイオードＤ１１、Ｄ１２が接続された二つの半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、リアクトルＬ１１と、コンデンサＣ１１、Ｃ１２と、により構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、第１端子Ｔ１１〜第４端子Ｔ１４を有しており、第１端子Ｔ１１および第２端子Ｔ１２には直流電源２が、第３端子Ｔ１３および第４端子Ｔ１４には共通負荷３がそれぞれ接続されている。
【００１８】
コンデンサＣ１１の一端は、第１端子Ｔ１１に接続されており、他端は第２端子Ｔ２２に接続されている。リアクトルＬ１１は、一端が第１端子Ｔ１１に接続されており、他端が半導体スイッチング素子Ｑ１と半導体スイッチング素子Ｑ２との接続点に接続されている。半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は直列に接続されており、半導体スイッチング素子Ｑ１のもう一方の端子は第３端子に接続されている。また、半導体スイッチング素子Ｑ２のもう一方の端子は、第２端子Ｔ１２および第４端子Ｔ１４に接続されている。コンデンサＣ１２は、一端が第３端子Ｔ１３に、他端が第４端子Ｔ１４にそれぞれ接続されている。
【００１９】
図２に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、昇圧コンバータおよび降圧コンバータとして動作する。すなわち、第１端子Ｔ１１および第２端子Ｔ１２の側から入力された直流電力を、半導体スイッチング素子Ｑ２をオンオフさせることによって昇圧し、第３端子Ｔ１３および第４端子Ｔ１４の側へ電力を供給する。また、第３端子Ｔ１３および第４端子Ｔ１４の側から入力された直流電力を、半導体スイッチング素子Ｑ１をオンオフさせることによって降圧し、第３端子Ｔ１３および第４端子Ｔ１４の側へ電力を供給する。制御回路１２は、二つの半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を制御することで、リアクトルＬ１１に流れる電流を調整する。
【００２０】
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、図２に示した構成に限ったものではなく、直流電圧を電力変換するものであればどのような構成でもよい。例えば、図３に示すようにトランスを用いたＤＣ／ＤＣコンバータを用いてもよい。図３に示すＤＣ／ＤＣコンバータは、入力端と出力端の間にトランスを含むことから、ＤＣ／ＤＣコンバータに絶縁性が要求される用途に対して用いることができる。
【００２１】
図３に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、トランスＴｒ１と、それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ａ、Ｑ２Ｂを備えた２つのブリッジ回路による第１フルブリッジ回路２１と、それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子Ｑ３Ａ、Ｑ３Ｂ、Ｑ４Ａ、Ｑ４Ｂを備えた２つのブリッジ回路による第２フルブリッジ回路２２と、コンデンサＣ２１およびＣ２２と、リアクトルＬ２１およびＬ２２と、により構成されている。また、図３に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、図２に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１１と同様に、第１端子Ｔ１１〜第４端子Ｔ１４を有しており、第１端子Ｔ１１および第２端子Ｔ１２には直流電源２が、第３端子Ｔ１３および第４端子Ｔ１４には共通負荷３がそれぞれ接続される。
【００２２】
第１フルブリッジ回路２１は、第１端子Ｔ２１および第２端子Ｔ２２とトランスＴｒ１の第１巻線との間に接続され、直流／交流間で電力変換する。また、第２フルブリッジ回路２２は、第３端子Ｔ２３および第４端子Ｔ２４とトランスＴｒ１の第２巻線との間に接続され、直流／交流間で電力変換する。また、トランスＴｒ１の第１巻線の一端は、リアクトルＬ２１を介して、半導体スイッチング素子Ｑ１Ａと半導体スイッチング素子Ｑ１Ｂとの接続点に接続されており、トランスＴｒ１の第１巻線の他端は、半導体スイッチング素子Ｑ２Ａと半導体スイッチング素子Ｑ２Ｂとの接続点に接続されている。同様に、トランスＴｒ１の第２巻線の一端は、リアクトルＬ２２を介して、半導体スイッチング素子Ｑ４Ａと半導体スイッチング素子Ｑ４Ｂとの接続点に接続されており、トランスＴｒ１の第２巻線の他端は、半導体スイッチング素子Ｑ３Ａと半導体スイッチング素子Ｑ３Ｂとの接続点に接続されている。
【００２３】
第１フルブリッジ回路２１、第２フルブリッジ回路２２は、それぞれのフルブリッジ回路が備える半導体スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ａ、Ｑ２Ｂ、および、Ｑ３Ａ、Ｑ３Ｂ、Ｑ４Ａ、Ｑ４Ｂのスイッチング時の素子の両端電圧をほぼゼロ電圧にできるゼロ電圧スイッチング回路であり、各半導体スイッチング素子Ｑ１Ａ〜Ｑ４Ａ、Ｑ１Ｂ〜Ｑ４Ｂにはそれぞれ並列にコンデンサが接続される。
【００２４】
制御回路１２の構成について説明する。図４に、制御回路１２の構成を示す。図４に示すように制御回路１２は、電圧制御部３１を備えている。電圧制御部３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の並列動作時において、共通負荷電圧ＶＬが適正範囲内に収まるように電圧調整を行う部分であり、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ１１のコンバータ入力電流指令値を対応するＤＣ／ＤＣコンバータ１１に出力する。
【００２５】
電圧制御部３１の構成について説明する。図５に、本実施の形態における制御回路１２の電圧制御部３１の構成を示す。図５に示す電圧制御部３１は、共通負荷電圧ＶＬを制御することを目的として動作し、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ１１のコンバータ入力電流指令値を生成する。
【００２６】
電圧制御部３１は、電圧演算部４０と、過不足電圧演算部４１とが並列に構成されている。電圧演算部４０は、１つの比例制御部４０ａと１つのリミッタ４０ｂにより構成され、過不足電圧演算部４１は、積分要素を含む比例積分制御部４１ａ（第１の比例積分制御部）、比例積分制御部４１ｃ（第２の比例積分制御部）とリミッタ４１ｂ、４１ｄにより構成されている。
【００２７】
電圧制御部３１は、電圧演算部４０と過不足電圧演算部４１の出力の和を計算することでＤＣ／ＤＣコンバータ１１のコンバータ入力電流指令値を算出する。比例制御部４０ａと２つの比例積分制御部４１ａ、４１ｃには、共通負荷電圧ＶＬと制御部ごとに設定された目標電圧との差分が入力される。比例制御部および各比例積分制御部にはそれぞれ異なる目標電圧が設定される。比例制御部４０ａにはあらかじめ定められた目標電圧Ｖｒｅｆ１（第１の目標電圧値）が設定され、比例積分制御部４１ａは比例制御部４０ａの目標電圧Ｖｒｅｆ１よりも大きい目標電圧Ｖｒｅｆ２（第２の目標電圧値）が設定され、もう１つの比例積分制御部４１ｃには比例制御部４０ａの目標電圧Ｖｒｅｆ１よりも小さい目標電圧Ｖｒｅｆ３（第３の目標電圧値）が設定される。
【００２８】
比例制御部４０ａは、自装置のＤＣ／ＤＣコンバータ１１からのコンバータ出力電流が、他のＤＣ／ＤＣコンバータ１１からのコンバータ出力電流と均等になるように制御する。ここで、比例制御ではなく比例積分制御を使用した場合、センサ誤差等の影響により、コンバータ出力電流に偏りが生じてしまい、均等にはならない場合がある。一方で、本実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ１１では、電圧制御部３１では基本的には比例制御を使用する。
【００２９】
比例制御を使用した場合、共通負荷電圧ＶＬと目標電圧Ｖｒｅｆ１との差分が入力され、比例ゲインを積算したものが出力となるため、センサ誤差の影響が蓄積されず大きな偏りを生じない。したがって、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の比例制御部４０ａにおいて同じ目標電圧Ｖｒｅｆ１と比例ゲインを用いた比例制御を独立して行うことにより、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータ１１のコンバータ入力電流指令値を等しくすることができる。また、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に接続される直流電源２の電圧が等しく、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の変換効率が等しければ、コンバータ入出力電流を等しくすることができる。
【００３０】
しかしながら、比例制御のみを使用した場合、電圧制御部３１の定常偏差が必ず発生するため、共通負荷電圧ＶＬが許容範囲外に逸脱してしまうおそれがある。そのため、比例制御部４０ａに並列接続された比例積分制御部４１ａ、および比例積分制御部４１ｃを用いる。比例積分制御部４１ａ、４１ｃは、共通負荷電圧ＶＬが許容範囲外に逸脱した場合に動作するものであって、共通負荷電圧ＶＬを確実に適正範囲内に維持するために、定常偏差を生じない比例積分制御を行う。比例制御部４０ａおよび２つの比例積分制御部４１ａ、４１ｃの出力にはそれぞれリミッタ４０ｂ、４１ｂ、４１ｄが設けられている。リミッタ４０ｂ、４１ｂ、４１ｄは、比例制御部４０ａと二つの比例積分制御部４１ａ、４１ｃにより出力される値が、予め定められた範囲内の値となるように値を制限するためのものである。
【００３１】
比例制御部４０ａと２つの比例積分制御部４１ａ、４１ｃの出力が、予め設定されたリミッタ４１ｂ、４１ｄの上限値より大きい場合には上限値を出力し、２つの比例積分制御部４１ａ、４１ｃの出力が予め設定されたリミッタ４１ｂ、４１ｄの下限値よりも小さい場合は下限値を出力する。二つの比例積分制御部４１ａ、４１ｃにそれぞれ接続されるリミッタ４１ｂ、４１ｄの上限値と下限値は、後述する理由により異なる値に設定される。比例積分制御部４１ａの出力を制限するリミッタ４１ｂの上限値はゼロに設定され、リミッタ４１ｂの下限値は任意の値に設定され、比例積分制御部４１ｃの出力を制限するリミッタ４１ｄの上限値は任意の値に設定され、リミッタ４１ｄの下限値はゼロに設定される。また、リミッタ４１ｂの下限値をＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力電流定格の下限値に設定し、リミッタ４１ｄの上限値をＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力電流定格の上限値に設定することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力電流が定格を超過することを防止することが可能となる。
【００３２】
次に、動作について説明する。
直流電源２から出力された直流電力は、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａ，１１ｂに入力される。電流検出部１３ａ，１３ｂは、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ１１に入力される電流（コンバータ入力電流）を検出し、検出結果を対応する制御回路１２に出力する。また、電圧検出部１４ａ，１４ｂは、共通負荷３の電圧（共通負荷電圧ＶＬ）を検出し、検出結果を対応する制御回路１２に出力する。電流検出部１３および電圧検出部１４より検出結果が入力された制御回路１２は、これらの検出結果に基づいて、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ１１の制御を行う。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、対応する制御回路１２からの制御信号に基づいて入力された直流電力を電力変換し、共通負荷に出力する。以下に、制御回路の動作の詳細を述べる。
【００３３】
共通負荷電圧ＶＬが、比例積分制御部４１ａの目標電圧Ｖｒｅｆ２よりも小さく、比例積分制御部４１ｃの目標電圧Ｖｒｅｆ３よりも大きいとき、比例積分制御部４１ａの電圧誤差の積分値は増加し、比例積分制御部４１ｃの電圧誤差の積分値は減少する。したがって、比例積分制御部４１ａの出力はリミッタ４１ｂにより設定された上限値まで増加し、比例積分制御部４１ｃの出力はリミッタ４１ｄにより設定された下限値まで減少する。上述したように、リミッタ４１ｂの上限値とリミッタ４１ｄの下限値はゼロに設定されているため、過不足電圧演算部４１の出力はゼロになる。その結果、電圧制御部３１によって生成されるコンバータ入力電流指令値は比例制御部４０ａの出力と等しくなるので、電圧制御部３１の制御応答は比例制御の応答となり、定常状態における制御対象の共通負荷電圧ＶＬは比例制御部４０ａの目標電圧であるＶｒｅｆ１に制御される。また、上述したように、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の比例ゲインは等しい値に設定しているため、結果として複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電流は等しくなる。
【００３４】
共通負荷電圧ＶＬが、比例積分制御部４１ａの目標電圧Ｖｒｅｆ２よりも大きいとき、共通負荷電圧ＶＬは比例積分制御部４１ｃの目標電圧Ｖｒｅｆ３よりも大きいので、２つの比例積分制御部４１ａ、４１ｃの出力は負の値が積算される。したがって、リミッタ４１ｂ、４１ｄの出力は、それぞれに設定された下限値になるまで減少し続ける。この時、リミッタ４１ｄの下限値はゼロに設定してあるので、比例積分制御部４１ｃの出力はリミッタ４１ｄに制限されてゼロとなる。結果として、コンバータ入力電流指令値は比例制御部４０ａと比例積分制御部４１ａの出力の和として表される。この場合のコンバータ入力電流指令値は、比例積分制御部４１ａの出力を含むので、電圧制御部３１の制御応答は比例積分制御の応答となり、定常状態における制御対象の共通負荷電圧ＶＬは比例積分制御部４１ａの目標電圧であるＶｒｅｆ２に制御される。
【００３５】
共通負荷電圧ＶＬが、比例積分制御部４１ｃの目標電圧Ｖｒｅｆ３よりも小さいとき、共通負荷電圧ＶＬは比例積分制御部４１ａの目標電圧Ｖｒｅｆ２よりも小さいので、２つの比例積分制御部４１ａ、４１ｃの出力は正の値が積算される。したがって、リミッタ４１ｂ、４１ｄの出力は、それぞれに設定された上限値になるまで増加し続ける。この時、リミッタ４１ｂの上限値はゼロに設定してあるので、比例積分制御部４１ａの出力はリミッタ４１ｂに制限されてゼロとなる。結果として、コンバータ入力電流指令値は比例制御部４０ａと比例積分制御部４１ｃの出力の和として表される。この場合のコンバータ入力電流指令値は、比例積分制御部４１ｃの出力を含むので、電圧制御部３１の制御応答は比例積分制御の応答となり、定常状態における制御対象の共通負荷電圧ＶＬは比例積分制御部４１ｃの目標電圧であるＶｒｅｆ３に制御される。
【００３６】
実施の形態１に係る並列電源装置では、上述した電圧制御を行うことにより、共通負荷電圧ＶＬが比例積分制御部４１ａの目標電圧Ｖｒｅｆ２よりも大きい時と、比例積分制御部４１ｃの目標電圧Ｖｒｅｆ３よりも小さい時にのみ比例積分制御動作となる。したがって、比例積分制御部４１ａの目標電圧Ｖｒｅｆ２を共通負荷電圧ＶＬの許容電圧値の上限値に、また、比例積分制御部４１ｃの目標電圧Ｖｒｅｆ３を共通負荷電圧ＶＬの許容電圧値の下限値に設定することで、共通負荷電圧ＶＬが許容範囲から逸脱した際に、比例積分制御が動作して許容範囲内に収めることができる。また、共通負荷電圧ＶＬが比例積分制御部４１ａの目標電圧Ｖｒｅｆ２よりも小さく、比例積分制御部４１ｃの目標電圧Ｖｒｅｆ３よりも大きい時においては、電圧制御が比例制御の応答となるため、並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を、均等に分担することが可能となる。
【００３７】
上述した実施の形態では、１つの直流電源２に対して、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ１１が接続された構成について説明したが、これに限ったものではない。例えば、図６に示すように、１つの直流電源２に１つのＤＣ／ＤＣコンバータ１１が接続された組み合わせが並列接続された構成でも本発明は有効であり、前記組み合わせが３並列以上の構成でも良い。
【００３８】
また、図７に示される並列電源装置の構成おいては、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１１が共通の直流電源２に接続され、また、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１１とは別の一つのＤＣ／ＤＣコンバータ１１が直流電源２とは別の直流電源２に接続されており、それらが共通の負荷に並列接続されている。このように、１つの直流電源２に複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１１が接続された組み合わせと、１つの直流電源２に一つのＤＣ／ＤＣコンバータ１１が接続された組み合わせとが並列に接続された構成においても本発明は有効である。また、図７では、１つの直流電源２に複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１１が接続された組み合わせと、１つの直流電源２に１つのＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、が直流電源２に接続された組み合わせと、が並列に接続された構成を示しているが、組み合わせの並列数は２並列に限らず、３並列以上の構成でも良い。
【００３９】
実施の形態２．
実施の形態１では、制御回路が電圧制御部を有する構成について示したが、実施の形態２に示す並列電源装置では、制御回路が電圧制御部に加え、コンバータ入力電流を制御する電流制御部を備える。
【００４０】
実施の形態２に係る並列電源装置は、制御回路１２の構成を除き、実施の形態１に示す場合と同様であり、例えば、図１、図６および図７に示す並列電源装置と同様の構成である。図８に、実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の制御回路１２の構成を示す。上記実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の制御回路１２は、図６に示すように、電圧制御部３１を備える構成となっていたが、実施の形態２に示す並列電源装置では、電圧制御部３１に加え、電流制御部３２を備えている。
【００４１】
次に動作について説明する。実施の形態２に係る並列電源装置は、制御回路１２の動作を除き実施の形態１に示す場合と同様であり、説明を省略する。また、制御回路の電圧制御部３１の動作についても実施の形態１に示す場合と同様であり、説明を省略する。電流制御部３２は、コンバータ入力電流がコンバータ入力電流指令値と等しくなるように電流制御を行う部分である。電流制御部３２は、電圧制御部３１の出力をコンバータ入力電流指令値として、コンバータ入力電流指令値と電流検出部１３により検出された入力電流との誤差を算出する。算出した誤差に基づいて、この誤差がゼロとなるように対応するＤＣ／ＤＣコンバータ１１を制御する。
【００４２】
実施の形態２に係る並列電源装置では、上述のような構成および動作を行うため、実施の形態１と同様に、並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を、均等に分担することが可能となる。さらに、電流制御部３２が無い場合には、制御系が２次遅れ系となるが、電流制御部３２がある場合は、制御系の次数は一次遅れ系となるため、実施の形態１と比較して制御安定性が向上するという効果を得られる。
【符号の説明】
【００４３】
１  並列電源装置、２  直流電源、３  共通負荷、１１  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１２  制御回路、１３  電流検出部、１４  電圧検出部、２１  第１フルブリッジ回路、２２  第２フルブリッジ回路、３１  電圧制御部、３２  電流制御部、４０  電圧演算部、４１  過不足電圧演算部、４０ａ  比例制御部、４０ｂ  リミッタ、４１ａ  比例積分制御部、４１ｂ  リミッタ、４１ｃ  比例積分制御部、４１ｄ  リミッタ
【要約】
本発明に係る並列電源装置は、それぞれが並列に接続され、直流電源と共通負荷との間の電力変換を行う複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、共通負荷の電圧を検出する電圧検出部と、複数のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ制御する複数の制御回路と、を備え、複数の制御回路は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの並列動作時に、電圧検出部により検出された共通負荷の電圧値に基づいて、同一の目標電圧値および比例ゲインを用いた比例制御により複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、複数のＤＣ／ＤＣコンバータが並列接続された並列電源装置において、個々のＤＣ／ＤＣコンバータが独立して負荷への電力供給を均等に行うことができる。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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