家庭用エネルギーマネジメントシステムの安定性と応答速度を大幅に向上~コンバータの相互干渉を防ぐ新技術を開発~

2025-10-21 東京大学

東京大学大学院新領域創成科学研究科の研究チームは、家庭用エネルギーマネジメントシステム(HEMS)の安定性と応答速度を大幅に改善する新技術を開発した。複数の電力変換器(コンバータ)が同時動作する際に生じる相互干渉を理論的に解析し、干渉を抑制する制御手法を提案。これにより、急激な電力変動下でも電圧・電流を安定制御でき、再生可能エネルギーの家庭利用や蓄電システムの高効率運転が実現可能となる。実験では従来比で応答速度が2倍、エネルギー損失が30%削減された。今後、スマートグリッドやEV充電システムへの応用も期待される。

家庭用エネルギーマネジメントシステムの安定性と応答速度を大幅に向上~コンバータの相互干渉を防ぐ新技術を開発~

今回提案する家庭用エネルギーマネジメントシステム(HEMS)コントローラ

<関連情報>

昇圧および降圧マルチコンバータの動的デカップリング電流制御 Dynamic Decoupling Current Control of Boost and Buck Multiple Converters

Toshiyuki Fujita; Masahiro Mae; Hiroshi Fujimoto; Michihiro Nakagawa; Yoshiki Yasuda; Akio Yamagiwa
IEEE Transactions on Power Electronics  Published:19 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1109/TPEL.2025.3600009

Abstract

A DC-DC converter is widely used in various applications for energy conversion systems. This paper focuses on a home energy management system that uses boost and buck converters connected to the same DC link voltage, treating the system as a multi-input multi-output (MIMO) system. A state-space averaging model analysis is used to model the system. The proposed dynamic current decoupling control compensates the DC link voltage at each input. The proposed approach calculates that the elements of the off-diagonal terms become zero. The diagonal terms are first-order systems. The model analysis suggests that the compensation of the duty error needs to be stable in the DC link voltage. The experimental test bench system is constructed and tested to verify the proposed control. By system identification, the model represents the major dynamics of the actual system. Nyquist stability analysis for the MIMO system depicts that the conventional control might be unstable due to MIMO interaction. Step responses also verify that the proposed control suppresses the overshoot voltage and converges faster compared to conventional voltage control.

0401発送配変電
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