JP2003244850A - 分散電源用発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分散電源用発電システムにおける商用電力系
統の保護のためのシステム構成を簡易化することを目的
とし、該目的を具現化する具体的なシステム構成を提案
する。 【解決手段】 発電機と、発電電力を商用電力に系統連
系させる一又は複数のインバータ６ａ・６ｂと、発電機
とインバータ６ａ・６ｂを連携制御するシステムコント
ローラとを備え、発電電力系統を商用電力系統に接続す
る分散電源用発電システム１において、前記インバータ
６ａ・６ｂには、単独運転検出装置６０（能動）と、該
単独運転検出装置により制御される第一遮断器３３を備
えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、商用電力系統に発
電電力系統を接続し、発電電力を商用電力に系統連系さ
せる分散電源用発電システムに関し、より詳しくは、発
電機の単独運転に対する保護機能の構成に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】商用電力系統と系統連系を行なう分散電
源用発電システムでは、商用電力系統の事故発生時にお
いて、単独運転によって生じる発電電力が商用電力系統
へ流入することを防止するため、発電電力系統に設置す
る遮断器や、単独運転検出装置により、商用電力系統が
保護されるようになっている。

【０００３】商用電力系統の事故により、単独運転の状
況が発生した場合には、商用電力の受電点よりも下流
（需要家側）に設置した遮断器により、発電電力系統の
商用電力系統からの切り離しが行なわれる。該遮断器
は、前記単独運転検出装置による単独運転の検出や、不
足電力継電器による商用電力系統の事故の検出結果に基
づいて作動するようになっている。尚、この遮断器は、
系統連系保護装置として、資源エネルギー庁発表の「電
力系統連系技術要件ガイドライン」（Ｈ１０．３．１０
改訂）により設置が義務付けられている。

【０００４】このような遮断器を設置した構成の従来例
として、図３に示すような構成がある。該構成は、前記
「電力系統連系技術要件ガイドライン」での高圧構内低
圧連系の基準に適合する系統保護の構成を示したもので
ある。より詳しくは、図３に示す構成は、発電電力が１
０〔ｋＷ〕以上で、かつ、発電電力が契約電力の５％以
上の分散電源用発電システムにおける構成（高圧構内低
圧連系）であり、また、逆潮流無の対応として逆電力継
電器（ＲＰＲ）８４を備えた構成となっている。この構
成では、商用電力系統の受電点６３よりも下流の位置に
地絡過電圧継電器４４（ＯＶＧＲ）・零相分圧器４５
（ＺＰＤ）を備え、地絡事故を検出可能とし、該検出に
基づいて遮断器８１が開放される構成としている。尚、
この地絡過電圧継電器４４及び・零相分圧器４５（ＺＰ
Ｄ）は、上記「高圧構内低圧連系」の構成の場合に設置
が義務付けられるものである。また、前記受電点６３よ
りも下流（需要家側）に、計器用電圧器ＰＴ及び計器用
電流器ＣＴを設置し、これらより、受電点６３の下流で
の過電圧・過電流を検出可能とし、該検出結果に基づい
て過電流継電器８３（ＯＣＲ）・逆電力継電器８４（Ｒ
ＰＲ）が前記遮断器８１を、不足電力継電器８５（ＵＰ
Ｒ）が遮断器８２を開放する構成としている。このよう
に、発電電力系統には、二つの遮断器８１・８２が設置
され、商用電力系統の事故発生時には、遮断器８１・８
２により、発電電力系統を商用電力系統から切り離し、
商用電力系統の保護が行なわれる。

【０００５】そして、以上の構成においては、計器用電
圧器ＰＴ及び計器用電流器ＣＴにより、発電機の単独運
転を検出する構成となっているが、近年では、単独運転
検出装置を備えたインバータも周知となっており、単独
運転の検出は、通常、インバータにおいても行なわれて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上の構成に
おいては、過電流継電器８３（ＯＣＲ）・逆電力継電器
８４（ＲＰＲ）・不足電力継電器８５（ＵＰＲ）、及び
計器用電圧器ＰＴ・計器用電流器ＣＴの設置が必須とさ
れることから、分散電源用発電システムの設置におい
て、設置の手間を要するとともに、装置点数が多く、シ
ステムの構成が複雑であった。また、単独運転の検出
は、インバータに備える単独運転検出装置においても行
なわれているにもかかわらず、インバータに備える単独
運転検出装置による検出結果は有効に活用されていなか
った。本発明は、以上の問題点に鑑み、従来は、計器用
電圧器ＰＴや計器用電流器ＣＴにより行なっていた単独
運転の検出の役割を、インバータによって担うことによ
って、上記「電力系統連系技術要件ガイドライン」への
適合性を維持しつつ、システム構成を簡易化することを
目的とし、該目的を具現化する具体的なシステム構成を
提案するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決すべ
く、本発明は次のような手段を用いる。即ち、請求項１
に記載のごとく、発電機と、発電電力を商用電力に系統
連系させる一又は複数のインバータと、発電機とインバ
ータを連携制御するシステムコントローラとを備え、発
電電力系統を商用電力系統に接続する分散電源用発電シ
ステムにおいて、前記インバータには、単独運転検出装
置と、該単独運転検出装置により制御される第一遮断器
を備えたことである。

【０００８】また、請求項２に記載のごとく、前記商用
電力系統には、少なくとも一の保護継電器を備え、前記
発電電力系統には、第二遮断器を備える構成とし、前記
保護継電器の検出信号に基づいて、インバータが前記第
一遮断器及び第二遮断器を制御することである。

【０００９】また、請求項３に記載のごとく、前記第二
遮断器を作動させる励磁電力を、インバータ装置より供
給する構成としたことである。

【００１０】また、請求項４に記載のごとく、前記第二
遮断器を作動させる励磁電力を、インバータ入力部よ
り、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して供給する構成とした
ことである。

【００１１】

【発明の実施の形態】〔１：分散電源用発電システムの
構成〕まず、本発明の一実施例としての分散電源用発電
システム１について説明する。尚、本発明の適用は、発
電機出力をコンバータ及びインバータにより電力変換す
る構成とした発電機システムであれば可能であり、本実
施例の発電装置に限定されるものではない。例えば、発
電機の駆動源を熱源として利用したコージェネレーショ
ンシステムに適用してもよい。

【００１２】図１に示す構成は、「従来の技術」で述べ
た、発電電力が１０〔ｋＷ〕以上で、かつ、発電電力が
契約電力の５％以上である場合の高圧構内低圧連系に適
合（「電力系統連系技術要件ガイドライン」に適合）す
るための構成である。

【００１３】図１に示すごとく、分散型電源である発電
機３の出力側には、発電機３の発電電力を電力変換する
コンバータ２１ａ・２１ｂ、インバータ６ａ・６ｂが設
けられている。このコンバータ２１ａ・２１ｂ及びイン
バータ６ａ・６ｂを備えたものをインバータ装置６・６
としている。また、詳しくは後述するが、図２に示すご
とく、各インバータ６ａ・６ｂには、単独運転検出装置
（能動単独運転検出装置６０）と、該単独運転検出装置
により制御される第一遮断器３３が備えられるものであ
る。

【００１４】また、分散電源用発電システム１には、シ
ステムコントローラ５が備えられている。該システムコ
ントローラ５は、前記発電機３、インバータ装置６・６
（インバータ６ａ・６ｂ）等を制御するとともに、分散
電源用発電システム１（原動機４）が運転された累積時
間や、運転状態／待機状態の切替回数（発停回数）の記
憶を行なっている。また、操作表示機２８が、システム
コントローラ５に接続され、システムコントローラ５の
制御状況の表示や、各種設定が可能となっている。

【００１５】発電機３は、原動機の駆動シャフトにつな
がる回転軸に、直流電源で励磁される界磁巻線を有する
回転子（図示しない）を備え、固定子（図示しない）に
備えた電機子から、三相出力を取り出す構成としてい
る。発電機３には、電機子として電機子巻線２０ａ・２
０ｂが備えられており、電機子は三相電力を出力する２
巻線としている。電機子巻線２０ａ・２０ｂの配置は、
分巻型、タンデム型のいずれの配置でも良い。そして、
前記界磁巻線（回転子）の回転により電磁誘導を発生さ
せ、電機子巻線２０ａ・２０ｂにそれぞれ電圧が生じる
ようにしている。該電機子巻線２０ａ・２０ｂには、３
つの出力端子が設けられており、該電機子巻線２０ａ・
２０ｂより三相電力が出力される。尚発電機３では、回
転子に界磁巻線を備え、固定子に電機子を備える構成
（回転界磁型）としたが、回転子に電機子を備え、固定
子に界磁巻線を備える構成（回転電機子型）、又は、回
転子に永久磁石を備え、固定子に電機子を備える構成と
してもよい。

【００１６】発電機３には自動電圧調整装置（以下、Ａ
ＶＲ）１４が備えられており、前記界磁巻線への供給電
力を制御するようにしている。該ＡＶＲ１４は、界磁巻
線によって励磁される磁場の大きさを調節して、電機子
巻線２０ａ・２０ｂから出力される電圧値を一定とす
る。

【００１７】発電機３からの三相出力３０ａ・３０ｂは
それぞれ、ＡＣ／ＤＣ変換を行なうコンバータ２１ａ・
２１ｂにより整流・平滑された後、インバータ６ａ・６
ｂの直流入力部に接続される。そして、該インバータ６
ａ・６ｂからの出力が、発電電力系統Ｕ２・Ｖ２となっ
て、後述する商用電力系統との系統連系が行われる。
尚、本実施例の分散電源用発電システム１は、図１に示
すように、単相三線の商用電力系統との系統連系を行う
構成とする実施例である。分散電源用発電システム１と
系統連系する商用電力系統としては、単相三線に限定さ
れるものではなく、三相三線の商用電力系統との系統連
系を行なうようにしてもよい。

【００１８】複数台（本実施例では２台）のインバータ
６ａ・６ｂは、マルチドロップ方式で通信可能に接続さ
れている。インバータ６ａは、検出された商用電力系統
Ｕ１・Ｖ１の電力値に基づき、必要とされる出力設定値
（電力値）を算出する。そしてインバータ６ａは、該出
力設定値を他のインバータ６ｂにも送信する。インバー
タ６ｂでは、送信された出力設定値となるように出力制
御が行われる。

【００１９】また、発電電力系統においては、高圧連系
ボックス２６に備える第二遮断器３９が配されている。
該第二遮断器３９は、電圧引き外し装置３８の動作によ
り、発電電力系統の商用電力系統との開放／投入を可能
としている。そして、該電圧引外し装置３８と、インバ
ータ装置６・６を、電流引出線４１で接続し、インバー
タ装置６・６の出力電力の一部を、電圧引外し装置３８
に供給可能としている。このような構成にすることによ
り、分散電源用発電システム１が単独運転を行い、イン
バータ装置６・６より、電力が出力されるような状況に
なった場合には、該電力が電流引出線４１に流入し、電
圧引外し装置３８の励磁電力として使用され、単独運転
により誘発される電力を効果的に利用することができる
ようになっている。

【００２０】また、高圧連系ボックス２６には、ＤＣ／
ＤＣコンバータ４２が備えられ、該ＤＣ／ＤＣコンバー
タ４２と、インバータ６ｂ入力部（インバータ６ａでも
よい）の出力線とを、電流引出線４３で接続し、発電電
力の一部を、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２に供給可能とし
ている。このような構成にすることにより、発電電力
（直流）を、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２に入力し、該Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ４２で電圧を降下させ、電圧引外し
装置３８の励磁電力として使用させることにより、単独
運転により誘発される電力を効果的に利用することがで
きるようになっている。

【００２１】また、該ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、地
絡過電圧継電器４４に備えるバッテリー４７と送電線４
８により接続されている。この両者の送電線４８による
接続により、バッテリー４７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ
４２より供給される電力で充電されるようになってお
り、常時電圧引外し装置３８に励磁電力の供給を可能と
している。該送電線４８には、前記電流引出線４１が並
列接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２又はバッテリー
４７より電圧引外し装置３８へ励磁電力が供給されるよ
うになっている。

【００２２】また、前記電流引出線４１は、地絡過電圧
継電器４４（ＯＶＧＲ）に入力され、地絡過電圧継電器
４４に備える零相分圧器４５（ＺＰＤ）による地絡事故
の検出によるリレー４６の並列／開放により、電圧引外
し装置３８への通電の有無の切替が行なわれるようにな
っている。該構成で、地絡事故が発生した場合において
は、リレー４６を並列し、電圧引外し装置３８へ通電す
ることにより、第二遮断器３９の開放を行い、商用電力
系統の保護が行なわれるものである。

【００２３】さらに、地絡過電圧継電器４４と、システ
ムコントローラ５とは、地絡事故検出用通信線１９で接
続され、地絡過電圧継電器４４内のリレー５９の並列／
開放により、地絡事故検出用通信線１９の通電／非通電
を行なうことで、システムコントローラ５が地絡過電圧
継電器４４の作動／非作動による地絡事故の発生の有無
を検出するようになっている。

【００２４】また、発電電力系統における第二遮断器３
９の出力側と、システムコントローラ５とを電流引込線
３５で接続し、系統連系時においては、発電電力をシス
テムコントローラ５の制御電力として取り込み可能とす
る一方、分散電源用発電システム１が待機状態等の場合
において、第二遮断器３９が開放されている場合は、商
用電力をシステムコントローラ５の待機電力として取り
込み可能としている。

【００２５】〔２：分散電源用発電システムの回路構
成〕次に、上記分散電源用発電システム１の回路構成に
ついて説明する。図２は、図１における分散電源用発電
システム１の回路を簡略化したものである。図２に示す
ごとく、各インバータ６ａ・６ｂには、能動方式の単独
運転検出装置６０（以下、「能動単独運転検出装置６
０」とする）と、受動方式の受動単独運転検出装置６１
が備えられ、また、過電圧継電器７１（ＯＶＲ）、不足
電圧継電器７２（ＵＶＲ）、周波数上昇継電器７５（Ｏ
ＦＲ）、不足周波数継電器７３（ＵＦＲ）、逆電力継電
器７４（ＲＰＲ）等の各種リレーが備えられている。ま
た、各インバータ６ａ・６ｂには、電圧引外し装置３１
及び、該電圧引外し装置３１により開放される第一遮断
器３３が設けられている。さらに、インバータ６ａ・６
ｂの出力側の発電電力系統には、電圧引き外し装置３８
及び、該電圧引外し装置３８により開放される第二遮断
器３９が設けられている。以上の構成で、能動単独運転
検出装置６０が単独運転を検出すると、インバータ６ａ
・６ｂが電圧引外し装置３１・３８に励磁電力を通電
し、第一遮断器３３及び第二遮断器３９が開放される構
成としている。

【００２６】また、商用電力の受電点６３に備える遮断
器６４の出力側（受電点６３側）に零相分圧器４５（Ｚ
ＰＤ）の入力側を接続し、商用電力系統の地絡事故を検
出し、該検出結果を地絡過電圧継電器４４（ＯＶＧＲ）
に出力可能としている。そして、地絡過電圧継電器４４
の地絡事故の認識結果がインバータ６ａ（インバータ６
ｂでもよい）に入力されると、第一遮断器３３及び第二
遮断器３９が開放されるようになっている。 〔３：事故発生時の商用電力系統の保護〕

【００２７】以上の構成において、商用電力系統の事故
が発生した場合の商用電力系統の保護のための第一遮断
器３３・第二遮断器３９の動作について説明する。ま
ず、第一遮断器３３について説明する。能動単独運転検
出装置６０は、商用電力系統事故（地絡・短絡等）の発
生時に、分散電源用発電システム１の単独運転を検出す
ると、電圧引外し装置３１に励磁電力を通電させ、第一
遮断器３３を開放させる。

【００２８】次に、第二遮断器３９について説明する。
上記と同様に、能動単独運転検出装置６０は、商用電力
系統事故（地絡・短絡等）の発生時に、分散電源用発電
システム１の単独運転を検出すると、インバータ６ａ・
６ｂの外部接点９９ａ・９９ｂ（図１）を並列させ、電
圧引外し装置３８に励磁電力を通電させることにより、
第二遮断器３９を開放させる。また、零相分圧器４５
（ＺＰＤ）・地絡過電圧継電器４４（ＯＶＧＲ）による
地絡事故の検出結果が、地絡事故検出用通信線１９を通
じて、システムコントローラ５に入力され、システムコ
ントローラ５が能動単独運転検出装置６０に対し、外部
接点９９ａ・９９ｂの並列を行なわせ、電圧引外し装置
３８に励磁電力を通電させることにより、第二遮断器３
９を開放する。

【００２９】以上の構成で、能動単独運転検出装置６０
による第一遮断器３３及び第二遮断器３９の開放と、地
絡過電圧継電器４４による第二遮断器３９の開放が行な
われ、商用電力系統の事故発生時において、分散電源用
発電システム１が単独運転を行なった場合においても、
発電電力系統が商用電力系統から切り離されることにな
る。また、地絡過電圧継電器４４を備える構成により、
「従来の技術」で述べた、発電電力が１０〔ｋＷ〕以上
で、かつ、発電電力が契約電力の５％以上である場合の
高圧構内低圧連系に適合（「電力系統連系技術要件ガイ
ドライン」に適合）するための構成を実現しつつ、従来
の構成で必要とされていた、不足電力継電器（ＵＰ
Ｒ）、及び、計器用電圧器ＰＴ・計器用電流器ＣＴの設
置を省略することができる。また、インバータ６ａ・６
ｂによる第一遮断器３３及び第二遮断器３９の開放が行
なわれるので、各種継電器の検出信号に基づいて、第一
遮断器３３及び第二遮断器３９の開放を行なう構成の場
合に必要となる判定回路を備える必要がなく、コスト削
減を図ることができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は以上のごとく構成したので、次
のような効果を奏するのである。すなわち、請求項１の
ごとく、発電機と、発電電力を商用電力に系統連系させ
る一又は複数のインバータと、発電機とインバータを連
携制御するシステムコントローラとを備え、発電電力系
統を商用電力系統に接続する分散電源用発電システムに
おいて、前記インバータには、単独運転検出装置と、該
単独運転検出装置により制御される第一遮断器を備えた
ので、インバータの単独運転検出装置により、分散電源
用発電システムの単独運転検出がされるとともに、該検
出結果元に第一遮断器の開放が行なわれるので、インバ
ータ単独で、商用電力系統の保護をすることができる。

【００３１】また、請求項２に記載のごとく、前記商用
電力系統には、少なくとも一の保護継電器を備え、前記
発電電力系統には、第二遮断器を備える構成とし、前記
保護継電器の検出信号に基づいて、インバータが前記第
一遮断器及び第二遮断器を制御するので、従来の構成で
必要とされていた、不足電力継電器（ＵＰＲ）、及び、
計器用電圧器・計器用電流器の設置を省略することがで
き、分散電源用発電システムの設置において、不足電力
継電器（ＵＰＲ）等の設置の手間が削減されるととも
に、装置点数が削減され、システムの構成をシンプルに
することができる。また、各種継電器の検出信号に基づ
いて開放を行なう構成とした場合に、第一遮断器及び第
二遮断器に必要となる判定回路を備える必要がなく、コ
スト削減を図ることができる。また、保護継電器を地絡
過電圧継電器（ＯＶＧＲ）とすれば、「電力系統連系技
術要件ガイドライン」に規定する、「発電電力が１０
〔ｋＷ〕以上で、かつ、発電電力が契約電力の５％以上
である場合の高圧構内低圧連系」の基準を満たす構成と
することができる。

【００３２】また、請求項３に記載のごとく、前記第二
遮断器を作動させる励磁電力を、インバータ装置より供
給する構成としたので、分散電源用発電システムが単独
運転を行い、インバータより、発電電力が出力されるよ
うな状況になった場合には、該発電電力が電圧引外し装
置の励磁電力として使用され、単独運転により誘発され
る発電電力を効果的に利用することができる。

【００３３】また、請求項４に記載のごとく、前記第二
遮断器を作動させる励磁電力を、インバータ入力部よ
り、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して供給する構成とした
ので、単独運転により誘発される発電電力を効果的に利
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】分散電源用発電システムの構成を示す図であ
る。

【図２】図１の構成の分散電源用発電システムの回路図
である。

【図３】従来の分散電源用発電システムにおける系統連
系保護のための回路構成を示す回路図である。

【符号の説明】

１ 分散電源用発電システム ３ 発電機 ５ システムコントローラ ６ａ インバータ ６ｂ インバータ ３３ 第一遮断器 ３９ 第二遮断器 ４４ 地絡過電圧継電器 ６０ 単独運転検出装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 常盤 昌良 大阪府大阪市北区茶屋町１番32号 ヤンマ ーディーゼル株式会社内 (72)発明者 藤澤 俊暢 大阪府大阪市北区茶屋町１番32号 ヤンマ ーディーゼル株式会社内 (72)発明者 金元 忠達 大阪府大阪市北区茶屋町１番32号 ヤンマ ーディーゼル株式会社内 (72)発明者 山室 幸三 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 吉本 博 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 Ｆターム(参考） 5G066 HA11 HB03 HB05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電機と、発電電力を商用電力に系統連
   系させる一又は複数のインバータと、発電機とインバー
   タを連携制御するシステムコントローラとを備え、発電
   電力系統を商用電力系統に接続する分散電源用発電シス
   テムにおいて、前記インバータには、単独運転検出装置
   と、該単独運転検出装置により制御される第一遮断器を
   備えた、ことを特徴とする分散電源用発電システム。
2. 【請求項２】 前記商用電力系統には、少なくとも一の
   保護継電器を備え、前記発電電力系統には、第二遮断器
   を備える構成とし、前記保護継電器の検出信号に基づい
   て、インバータが前記第一遮断器及び第二遮断器を制御
   する、ことを特徴とする請求項１に記載の分散電源用発
   電システム。
3. 【請求項３】 前記第二遮断器を作動させる励磁電力
   を、インバータ装置より供給する構成とした、ことを特
   徴とする請求項２に記載の分散電源用発電システム。
4. 【請求項４】 前記第二遮断器を作動させる励磁電力
   を、インバータ入力部より、ＤＣ／ＤＣコンバータを介
   して供給する構成とした、ことを特徴とする請求項２又
   は請求項３に記載の分散電源用発電システム。