図 2-14 に、一般的な電圧コントローラと発電所の等価モデルを示します。

図 2-14 発電所モデルによる簡略化された DC バス電圧制御ループ

図 2-14 に示すように、先に分析的に導き出した項 (式 8) を、電圧制御の性能をチェックするための外乱としてループに導入しました。制御ループ トポロジを観察することで、PI コントローラの積分部分があるからこそ、DC 外乱 (式 8) によって引き起こされる定常状態誤差が完全に除去されることがわかります。逆に、外乱の AC 成分は完全に除去できないため、電圧リップルが発生します。

AC 側で使用される電流センサの最大許容ゲイン誤差を評価するため、以下の条件を適用してシミュレーションを実行しました。

• DC バス電圧は、リップル電圧を最大化するために最小定格電圧で動作する (650V)。
• AC 側と DC 側の間での最大限の電力交換で、電源の外乱 (11kW) を増加させる。
• ワーストケースのシナリオになるように適用される 3 相のゲイン誤差は ε₁ = – ε₂ = – ε₃ である。
  
• 電流制御ループ帯域幅はすべてのシミュレーションで一定に保つ (3kHz)。
• AC フィルタは、主要電流センシングの使用時に、公称出力電力で THD を 3% 未満に抑えるように設計されている。
• 電力線の周波数は 50Hz である。

ゲイン誤差が異なるセンサを使用した AC/DC コンバータのシミュレーション結果を、図 2-15 に示します。

図 2-15 DC リンクの帯域幅とゲイン誤差をパラメータとした場合の DC リンク電圧リップルの経時変化

以下の結果を 図 2-15 に示します。

1. DC リンクの 100Hz リップル電圧。これは、電流センシング段のゲイン誤差によって注入される電力リップルによって生じるものです。
2. 定常状態に到達したときの電圧の平均値は、理論的に確認されたとおり、PI コントローラの積分部分によって、すべてのケースで同じです。
3. DC リンク電圧リップルは、DC リンク電圧制御ループの帯域幅に相関しています。電圧制御ループの帯域幅が十分に高い場合、コントローラはグリッド THD を犠牲にして電流ループを非常に高速に制御することで、リップル電圧を除去しようとします。

この例では、電圧制御ループの 400Hz 帯域幅と電流センサの 3.7% のゲイン誤差の組み合わせによって、ゲイン誤差のない理想的な電流センサの THD が 3% であるのに対し、THD は 3.3% になります。また、電圧制御ループの帯域幅が低いとグリッド側の THD は低下しますが、DC リンクのリップル電圧が許容できないレベルまで上昇する可能性があります。DC リンクに電圧リップルがあると、バッテリで許容できない電力リップルが発生する可能性があります。さらに、電圧制御ループの帯域幅が低いと、負荷ステップ応答が悪くなります。

結論として、スイッチング ノードに 3.7% のゲイン誤差を持つ電流センサを配置すると、グリッド電流 THD が 10% 以上増加する可能性があります。この増加を補償するため、コンバータのグリッド側で < 3% THD という設計目標を達成するためには、入力フィルタの体積を 4% 以上増やす必要があります。