JP2000078755A - 系統連系装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自家用発電設備が系統連系に復帰する際の電
力系統の故障による設備から系統への過電流を限流して
阻止し、迅速に復帰し得るようにする。 【解決手段】 受電母線４と，自家用発電設備（発電機
８）の母線１０との間に設けられ，電力系統の故障の発
生により開放され，その復旧後に再投入される開閉器１
１と、半導体制御整流素子のフルブリッジ接続又は半導
体制御整流素子（サイリスタ１６ａ，１６ｂ）とダイオ
ード１７ａ，１７ｂとの混合ブリッジ接続からなるブリ
ッジ接続回路と，直流端子ＤＣ1 ，ＤＣ2 間のリアクト
ル１８とにより形成され，開閉器１１の開放に先立って
オフし開閉器１１の再投入後にオンする整流器型ブリッ
ジ回路１５と、バイパス路１９に設けられ，開閉器１１
の再投入からブリッジ回路１５がオンして連系運転に移
行するまでの短時間だけ閉成される開閉器２０と、バイ
パス路１９の過電流を阻止する短時間定格のリアクトル
２２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統に連系さ
れる自家用発電設備の母線を、電力系統の電圧低下，停
電等の故障が発生したときに電力系統に接続された受電
母線から切離し、前記故障が復旧したときに受電母線に
再び接続し、自家用発電設備の母線の負荷給電を確保す
る系統連系装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、工場，ビル等の高圧又は特高の受
電設備にあっては商用の電力系統にコージェネレーショ
ン設備等の自家用発電設備を連系し、この発電設備の母
線（自家発系母線）に接続されたいわゆる重要負荷の給
電の２重化が行われている。

【０００３】この場合の系統連系は、従来、図５の単線
系統図に示す系統連系装置を用いて行われる。

【０００４】そして、商用の系統電源１に遮断器２，ト
ランス３を介して受電母線４が接続され、受電母線４か
ら遮断器５ａ，…，５ｎを介して各フィーダ６ａ，…，
６ｎの一般負荷７ａ，…，７ｎに系統電源１が給電され
る。

【０００５】また、自家用発電設備としての発電機（コ
ジェネ発電機）８に遮断器９を介して自家用発電設備の
母線（自家発系母線）１０が接続され、この母線１０が
遮断器等の機械式の母線連絡用の開閉器１１を介して受
電母線４に接続される。

【０００６】そして、図示省略された制御部のシーケン
ス制御等により、常時は開閉器１１が系統電源１に同期
投入されて閉成され、発電機８が電力系統に連系運転さ
れる。

【０００７】さらに、自家発系母線１０に遮断器１２
ａ，…，１２ｎを介して各フィーダ１３ａ，…，１３ｎ
の重要負荷１４ａ，…，１４ｎが接続され、これらの負
荷１４ａ，…，１４ｎに系統電源１及び発電機８の交流
出力が給電され、各重要負荷１４ａ，…，１４ｎの給電
が２重化される。

【０００８】この２重化に基づき、発電機８の出力低下
等が発生すると、各重要負荷１４ａ，…，１４ｎに系統
電源１から給電され、各重要負荷１４ａ，…，１４ｎの
安定給電が確保される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記図５の従来装置の
場合、電力系統や受電母線４に雷害による瞬時電圧低下
等の電圧低下や地絡，短絡の停電等の故障が発生したと
きに、その検出に基づいて開閉器１１を開放（解列）
し、自家発系母線１０を受電母線４から切離して重要負
荷１４ａ，…，１４ｎの給電を確保しようとしても、機
械式の開閉器１１の解列に時間を要し、瞬時に切離すこ
とができない。

【００１０】そして、その間に発電機８から開閉器１１
を介して故障点に過電流が流れるため、発電機８が停止
しなかったとしても自家発系母線１０の電圧が低下し、
重要負荷１４ａ，…，１４ｎの誤動作やデータ消去等の
事故を引起こす。

【００１１】また、前記の過電流が極めて大きく、発電
機８の容量を大幅に上回るようなときは、発電機８が過
負荷によって停止し、重要負荷１４ａ，…，１４ｎまで
もが停電する事態を招来する。

【００１２】そこで、図６に示すように母線４，１０の
連絡路に、開閉器１１と過電流制限機能付きの高速遮断
用の整流器型ブリッジ回路１５との直列回路を設け、前
記故障が発生したときに、ブリッジ回路１５の電流制限
と高速遮断とにより自家発系母線１０の電圧低下，停電
を防止して重要負荷１４ａ，…，１４ｎの給電を確保す
ることが考えられる。

【００１３】そして、ブリッジ回路１５は制御整流素子
としての２アームのサイリスタ１６ａ，１６ｂと２アー
ムのダイオード１７ａ，１７ｂとをブリッジ接続して形
成され、開閉器１１を介して受電母線４に接続された一
方の交流端子ＡＣ1 と自家発系母線１０に接続された他
方の交流端子ＡＣ_２ との間に、サイリスタ１６ａのア
ノード，カソード，一方の直流端子ＤＣ_１ ，ダイオー
ド１７ａのカソード，アノードの直列回路と、サイリス
タ１６ｂのカソード，アノード，他方の直流端子ＤＣ_２
，ダイオード１７ｂのアノード，カソードの直列回路
とを並列に設けて形成される。さらに、直流端子ＤＣ_１
，ＤＣ_２ 間には限流用のリアクトル１８が設けられ
る。そして、連系運転中はサイリスタ１６ａ，１６ｂが
オンする。

【００１４】このとき、ブリッジ回路１５を図７の実線
，破線の交流の電流が通流し、この交流の電流が直
流端子ＤＣ_１ から直流端子ＤＣ_２ に一方向に流れ、リ
アクトル１８を通流する電流は直流になる。

【００１５】さらに、リアクトル１８は放電時定数が十
分に大きくなるように容量設定され、その放電に時間が
かかるため、連系運転中（定常時）は、リアクトル１８
に図７の実線に示すサイリスタ１６ａ，リアクトル１
８，サイリスタ１６ｂのループの環流電流と，同図の実
線に示すダイオード１７ａ，リアクトル１８，ダイオ
ード１７ｂのループの環流電流との和の直流電流が流れ
る。

【００１６】そして、リアクトル１８に直流が流れるた
め、そのインピーダンスはほぼ零になり、挿入損失もほ
ぼ零になる。

【００１７】また、サイリスタ１６ａ，１６ｂ及びダイ
オード１７ａ，１７ｂを流れる電流は、前記実線又は
破線の交流の電流と前記実線又は実線の直流の環
流電流との和の電流になり、例えばサイリスタ１６ａに
は実線の交流の電流と実線の直流の還流電流が流れ
る。

【００１８】つぎに、電力系統側に電圧低下，停電等の
故障が発生し、発電機８からブリッジ回路１５，開閉器
１１を介して故障点に短絡電流等の過電流が流れようと
すると、ブリッジ回路１５のサイリスタ１６ａ，ダイオ
ード１７ｂ又はサイリスタ１６ｂ，ダイオード１７ａを
前記の環流電流と逆向きの電流が流れ、環流電流が消失
して交流端子ＡＣ_１ ，ＡＣ_２ 間の交流の電流がリア
クトル１８を流れるようになる。

【００１９】この場合、リアクトル１８を開閉器１１に
直列に接続した状態と等価になり、交流端子ＡＣ_１ ，
ＡＣ_２ 間からみたブリッジ回路１５のインピーダンス
が増大し、リアクトル１８の限流作用により交流端子Ａ
Ｃ_１ ，ＡＣ_２ 間の過電流の通流が抑制されて短絡電流
が制限される。

【００２０】ここで、リアクトル１８に流れる直流電流
と基準値との比較による系統異常のリアルタイム監視検
出により、電力系統の電圧低下，停電等の故障の発生か
ら限流機能を保ちつつ瞬時に系統電圧の低下，消失が検
出され、この検出に基づき次の半サイクルの零クロス点
でサイリスタ１６ａ，１６ｂの消弧制御により直ちにサ
イリスタ１６ａ，１６ｂがオフし、自家発系母線１０が
高速遮断動作で受電母線４から切離される。

【００２１】そのため、電力系統側に電圧低下，停電等
の故障が発生したときに、ブリッジ回路１５の限流作用
と高速遮断とにより、自家発系母線１０の電圧低下や停
電が防止されて重要負荷１４ａ，…，１４ｎの安定な給
電が継続される。

【００２２】つぎに、系統連系状態に復帰するときは、
ブリッジ回路１５の交流端子ＡＣ_１，ＡＣ_２ 間のバイ
パス路１９に設けたバイパス路開閉用の開閉器２０を閉
成した後、開閉器１１を同期投入し、自家発系母線１０
をバイパス路１９，開閉器１１を介して受電母線４に接
続して過渡的な系統連系状態にする。

【００２３】さらに、サイリスタ１６ａ，１６ｂを点弧
制御してブリッジ回路１５をオンし、その後、開閉器２
０を開放して自家発系母線１０をブリッジ回路１５，開
閉器１１を介して受電母線４に接続し、正常な系統連系
状態に復帰する。

【００２４】しかし、図６の構成においては、開閉器１
１の同期投入からブリッジ回路１５がオンするまでの過
渡期間に電力系統側に瞬時電圧低下等の電圧低下や停電
等の故障が発生した場合、自家発系母線１０からバイパ
ス路１９，開閉器１１を介して受電母線４に短絡電流等
の過電流が流れる。

【００２５】そこで、図８に示すようにバイパス路１９
の開閉器２０に直列にヒューズ２１を設けることが考え
られる。

【００２６】この場合、ヒューズ２１が溶断して前記過
渡期間の過電流が防止され、自家発系母線１０の各重要
負荷１４ａ〜１４ｎの安定給電が確保される。

【００２７】しかし、図８の構成の場合、溶断したヒュ
ーズ２１を取換えるまで系統連系状態に復帰することが
できず、ヒューズ２１の溶断後系統電圧が回復しても直
ちに系統連系状態に復帰することができない問題点があ
る。

【００２８】本発明は、系統連系状態に復帰する際に、
前記過渡期間に電圧低下，停電等の故障が発生しても、
その復旧後に迅速に系統連系に復帰し得るようにするこ
とを課題とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明の系統連系装置は、電力系統に接続された
受電母線と，電力系統に連系運転される自家用発電設備
の母線（自家発系母線）との間に設けられ，電力系統の
電圧低下，停電等の故障の発生により開放され，故障の
復旧後に再投入される母線連絡用の開閉器と、半導体制
御整流素子のフルブリッジ接続又は半導体制御整流素子
とダイオードとの混合ブリッジ接続からなるブリッジ接
続回路と，この回路の１対の直流端子間に設けられ連系
運転中の前記両母線間の過電流を阻止する限流用の第１
のリアクトルにより形成され，ブリッジ接続回路の１対
の交流端子が母線連絡用の開閉器を介して前記両母線に
接続され，半導体制御整流素子の点消弧制御に基づき前
記故障が発生したときに母線連絡用の開閉器の開放に先
立ってオフしこの開閉器の再投入後にオンする高速遮断
用の整流器型ブリッジ回路と、前記１対の交流端子間の
バイパス路に設けられ，故障の復旧後母線連絡用の開閉
器の再投入から整流器型ブリッジ回路がオンして連系運
転に移行するまでの短時間だけ閉成されるバイパス路開
閉用の開閉器と、この開閉器に直列に接続されてバイパ
ス路に設けられ，バイパス路の過電流を阻止する短時間
定格の限流用の第２のリアクトルとを備える。

【００３０】したがって、整流器型ブリッジ回路の１対
の交流端子間のバイパス路に、バイパス路開閉用の開閉
器と短時間定格の限流用の第２のリアクトルとの直列回
路が設けられる。

【００３１】そして、電力系統側の故障が復旧して系統
連系に復帰する際に、バイパス路開閉用の開閉器を閉成
した後母線連絡用の開閉器を投入すると、自家発系母線
がバイパス路の第２のリアクトル，バイパス路開閉用の
開閉器及び母線連絡用の開閉器を介して受電母線に接続
され、過渡的な系統連系状態になる。

【００３２】つぎに、整流器型ブリッジ回路がオンする
と、バイパス路開閉用の開閉器が開放され、両母線の連
絡路が前記バイパス路から整流器型ブリッジ回路に切換
わる。

【００３３】そして、前記整流器型ブリッジ回路がオン
するまでの過渡期間に、受電母線を含む電力系統側に電
圧低下，停電等の故障が生じると、第２のリアクトルに
より短絡電流等の過電流が制限され、自家発系母線の電
圧低下や停電が防止される。

【００３４】この場合、ヒューズの溶断等でなく、第２
のリアクトルの限流作用により自家発系母線の電圧低下
や停電が防止されるため、ヒューズの取換等を必要とせ
ず、故障の復旧により直ちに系統連系に復帰することが
可能になる。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の１形態につき、図
１ないし図４を参照して説明する。いわゆる主回路部の
全体構成を示した図１において、図８と異なる点は、ブ
リッジ回路１５のリアクトル１８を限流用の第１のリア
クトルとし、バイパス路１９の図８のヒューズ２１の位
置に限流用の第２のリアクトル２２を設け、ヒューズ２
１を省いた点である。

【００３６】そして、開閉器１１，２０の開閉，ブリッ
ジ回路１５のサイリスタ１６ａ，１６ｂの点消弧制御等
は、図示省略された制御部により、例えば、設定された
シーケンス制御等にしたがって行われる。

【００３７】そして、受電母線４を含む電力系統側が正
常な常時は、開閉器１１が閉成されるとともにサイリス
タ１６ａ，１６ｂが点弧制御されてブリッジ回路１５が
オンし、受電母線４と自家発系母線１０とが開閉器１
１，ブリッジ回路１５を介して接続され、発電機８が連
系運転されて図２の（ａ）の系統連系中の状態になる。

【００３８】なお、図２の〈オン〉は閉成，オン（導
通）の状態を示し、〈オフ〉は開放，オフ（非導通）の
状態を示す。このとき、開閉器２０は開放され、バイパ
ス路１９は開放状態に保たれる。

【００３９】そして、母線４，１０の電圧関係等に基づ
き、例えば、図３の実線に示すように発電機８の一部
の出力がブリッジ回路１５を介して受電母線４に補給さ
れる。

【００４０】つぎに、この状態で電力系統側に例えば図
２の（ｂ）に示す雷害による瞬時電圧低下の故障が発生
すると、ブリッジ回路５のリアクトル１８の限流作用に
よって母線４，１０間の過電流が制限され、同時に、系
統異常のリアルタイムの監視に基づくサイリスタ１６
ａ，１６ｂの消弧制御により、ブリッジ回路１５が系統
電源１の１周期以内にオフし、母線４，１０間が高速遮
断動作で開放される。

【００４１】そのため、自家発系母線１０の電圧変動が
防止され、発電機８の出力に基づき、各重要負荷１４ａ
〜１４ｎに瞬時電圧低下等のない安定な電力供給が続け
られる。

【００４２】その後、故障の継続又はブリッジ回路１５
のオフに連動し、図２の（ｃ）に示すように開閉器１１
がバックアップ開放される。

【００４３】つぎに、シーケンス制御等により図２の
（ｄ）の併入待機に移行し、開閉器２０が投入されてバ
イパス路１９が導通状態になる。

【００４４】さらに、例えば系統電圧の正常復帰の検出
に基づいて図２の（ｅ）の併入に移行し、系統電源１に
同期して開閉器１１が投入され、自家発系母線１０がバ
イパス路１９，開閉器１１を介して受電母線４に接続さ
れ、過渡的な系統連系状態になる。

【００４５】そして、母線４，１０の電圧差等に基づ
き、例えば図４の実線に示すように、発電機１６の出
力の一部が自家発系母線１０からバイパス路１９，開閉
器１１を介して受電母線４に流れる。

【００４６】ところで、この過渡的な系統連系状態のと
きに、電力系統側に雷害による瞬時電圧低下等の電圧低
下又は地絡、短絡の停電等の故障が発生すると、自家発
系母線１０からバイパス路１９，開閉器１１を介して受
電母線４に短絡電流等の過電流が流れようとするが、こ
の過電流はリアクトル２２の限流作用により制限されて
阻止される。

【００４７】そして、例えば前記の系統異常のリアルタ
イムの監視により開閉器２０が開放され、その後、開閉
器１１も開放されて同図の（ｃ）の状態に戻り、この状
態から動作がくり返される。

【００４８】一方、図２の（ｅ）の併入により開閉器１
１が同期投入されたときに、電力系統側の故障等が発生
せず、母線４，１０間が正常に接続されると、図２の
（ｆ）の系統連系復帰に移行し、サイリスタ１６ａ，１
６ｂの点弧制御が開始されてブリッジ回路１５がオン
し、その後、開閉器２０が開放され、母線４，１０が再
び開閉器１１，ブリッジ回路１５を介して接続され、正
常な系統連系状態に戻る。

【００４９】そして、バイパス路１９に図８のヒューズ
２１でなく限流用のリアクトル２２を設け、母線４，１
０がバイパス路１９を介して接続される過渡的な系統連
系状態での短絡電流等の過電流をリアクトル２２の限流
作用で制限して阻止する構成であるため、ヒューズ２１
の取換え等の作業が不要であり、その後の電力系統側の
復旧により直ちに系統連系に復帰することができる。

【００５０】しかも、系統連系に復帰する一連の制御処
理に基づき、図２の（ｅ）の併入により開閉器１１が投
入されてからブリッジ回路１５がオンして同図の（ｆ）
の正常な系統連系に復帰するまでの時間，前記併入によ
り開閉器１１が投入されたときに系統側に故障が発生し
て開閉器１１が開放されるまでの時間は、いずれも１秒
内外の短時間であり、リアクトル２２はこの短時間の過
電流を限流する短時間定格の小型のものでよい。

【００５１】ところで、実際の電力系統に適用する場合
は、この系統連系装置が相毎に設けられる。

【００５２】具体的には、母線４，１０の相毎に、開閉
器１１，２０，ブリッジ回路１５，リアクトル２２の主
回路部及びこれらの制御部が設けられる。

【００５３】そして、ブリッジ回路１５の半導体制御直
流素子は、例えば電力用のスイッチングトランジスタ等
であってもよい。

【００５４】また、ブリッジ回路１５の半導体制御整流
素子，ダイオードの数及びそれらの接続組合せ等は実施
の形態のものに限られるものではない。

【００５５】そして、前記実施の形態においては、ブリ
ッジ回路１５のブリッジ接続回路をサイリスタ１６ａ，
１６ｂとダイオード１７ａ，１７ｂとの混合ブリッジ接
続により形成し、小型化を図るようにしたが、前記ブリ
ッジ接続回路はサイリスタのフルブリッジ接続により形
成してもよい。

【００５６】さらに、リアクトル１８，２２の容量等は
母線４，１０の負荷７ａ〜７ｎ，１４ａ〜１４ｎ等を考
慮して設定すればよい。

【００５７】そして、本発明は自家用発電設備として種
々のコージェネレーション設備等を有する工場，ビル等
の高圧又は特高の受電設備に適用することができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明は、以下に説明する効果を奏す
る。整流器型ブリッジ回路１５の交流端子ＡＣ1 ，ＡＣ
2 間のバイパス路１９に、バイパス路開閉用の開閉器２
０と短時間定格の限流用の第２のリアクトル２２との直
列回路が設けられ、電力系統側の故障が復旧して系統連
系運転に復帰するときに、開閉器２０を閉成した後母線
連絡用の開閉器１１を投入すると、母線（自家発系母
線）１０がリアクトル２２，開閉器２０及び開閉器１１
を介して受電母線４に接続され、過渡的な系統連系状態
になる。

【００５９】このとき、受電母線４を含む系統側に電圧
低下，停電等の故障が生じると、リアクトル２２の限流
作用により短絡電流等の過電流が制限されて母線１０の
電圧低下や停電が防止される。

【００６０】そして、ヒューズの溶断等でなく、リアク
トル２２の限流作用により母線１０の電圧低下や停電が
防止されるため、ヒューズの取換等を必要とせず、故障
の復旧により直ちに系統連系に復帰することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の１形態の単線系統図である。

【図２】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ図１の動作説明用の
単線系統図である。

【図３】図１の系統連系中の電流路の説明図である。

【図４】図１の連系過渡期の電流路の説明図である

【図５】従来装置の単線系統図である。

【図６】図５の装置に高速遮断用の整流器型ブリッジ回
路及びバイパス路を付加した場合の一部の結線図であ
る。

【図７】図６のブリッジ回路の動作説明図である。

【図８】図６のバイパス路にヒューズを付加した場合の
単線系統図である。

【符号の説明】

１ 系統電源 ４ 受電母線 ８ 発電機 １０ 自家用発電設備の母線（自家発系母線） １１ 母線連絡用の開閉器 １５ 整流器型ブリッジ回路 １６ａ，１６ｂ サイリスタ １７ａ，１７ｂ ダイオード １８ 第１のリアクトル １９ バイパス路 ２０ バイパス路開閉用の開閉器 ２２ 第２のリアクトル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力系統に接続された受電母線と，前記
   電力系統に連系される自家用発電設備の母線との間に設
   けられ，電力系統の電圧低下，停電等の故障の発生によ
   り開放され，前記故障の復旧後に再投入される母線連絡
   用の開閉器と、 半導体制御整流素子のフルブリッジ接続又は前記半導体
   制御整流素子とダイオードとの混合ブリッジ接続からな
   るブリッジ接続回路と，該回路の１対の直流端子間に設
   けられ連系運転中の前記両母線間の過電流を阻止する限
   流用の第１のリアクトルとにより形成され，前記ブリッ
   ジ接続回路の１対の交流端子が前記母線連絡用の開閉器
   を介して前記両母線に接続され，前記半導体制御整流素
   子の点消弧制御に基づき前記故障が発生したときに前記
   母線連絡用の開閉器の開放に先立ってオフし該開閉器の
   再投入後にオンする高速遮断用の整流器型ブリッジ回路
   と、 前記１対の交流端子間のバイパス路に設けられ，前記母
   線連絡用の開閉器の再投入から前記整流器型ブリッジ回
   路がオンして系統連系が復旧するまでの短時間だけ閉成
   されるバイパス路開閉用の開閉器と、 前記パイパス路開閉用の開閉器に直列に接続されて前記
   バイパス路に設けられ，前記バイパス路の過電流を阻止
   する短時間定格の限流用の第２のリアクトルとを備えた
   ことを特徴とする系統連系装置。