システム構成と制御戦略

太陽光発電とハイブリッド蓄電システム（HESS）で構成される直流マイクログリッドにおいて、380Vの直流母線電圧を維持する制御手法を検証します。HESSはリチウムイオン電池とスーパーキャパシタで構成され、周波数帯域別に電力調整を行います。

ハードウェア構成

• 太陽光発電システム：双方向DC/DCコンバータ経由で接続
• 蓄電デバイス：それぞれ独立した双方向コンバータで母線接続

周波数分割制御アルゴリズム

スーパーキャパシタは高周波成分、蓄電池は低周波成分を担当する電力分配アルゴリズムを実装：

function [蓄電池電力, 超電導電力] = 電力分配関数(負荷要求電力, カットオフ周波数)
    % 低周波抽出フィルタ設計
    [b,a] = butter(2, カットオフ周波数/(1/(2*サンプリング周期)), 'low');
    蓄電池電力 = filter(b, a, 負荷要求電力);
    % 高周波成分は全体から低周波を減算
    超電導電力 = 負荷要求電力 - 蓄電池電力;
end

カットオフ周波数は0.1-1Hzの範囲で設定し、スーパーキャパシタの過剰動作を防止します。

電圧制御ループ設計

母線電圧偏差を検出するPI制御器のパラメータ設定：

% 抗飽和機能付きPIコントローラ
voltage_PI = pidtune(電圧制御モデル, 'PI');
voltage_PI.Kp = 0.5;
voltage_PI.Ki = 10;
voltage_PI.AntiWindupMode = 'クランピング';  // サチュレーション防止

MathWorks 2021a以降の新機能により、積分飽和を効果的に抑制します。

シミュレーションノウハウ

• ソルバー選定：変動日照条件下でode23tbを使用すると、固定ステップサイズに比べて3倍の速度向上
• スーパーキャパシタ保護：SOCが30%未満でドロップ係数を自動調整：

  
  if スーパーキャパSoc < 0.3
      ドロップ係数 = 基準値 * 1.5;
  else
      ドロップ係数 = 基準値;
  end
  

実測データ

5kWの急激な出力変動時、母線電圧偏差は最大0.8%に抑えられ、2秒以内に安定化しました。ハードウェアコストは単一蓄電システムに比べて40%削減可能です。