JP2006101634A - 分散型電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】系統から解列する必要な状況が予測されるとき負荷側に切替の影響を与えずに無停電で商用系統との間の接続・解列を行う分散型電源装置を提供する。
【解決手段】分散型電源装置は、商用電力系統と受電点で連系する所内系統を介して重要負荷と並列に接続され、電力を貯蔵する分散型電源、商用電力系統から受電した電力を直流に変換して分散型電源に充電し、貯蔵された電力を出力する交直変換装置および所定の有効電力基準および無効電力基準に従って交直変換装置からの出力を制御する制御装置を備える分散型電源装置において、所内系統を商用電力系統から切り離す解列用遮断器と、負荷側電流および電源側電流を計測する２台の計器用変流器と、を備え、制御装置は、所内系統を商用電力系統から切り離すことが必要になったとき、電源側電流を負荷側電流に合わすように制御し、受電点の電流が予め定められた値以下になったとき解列用遮断器を開放する。
【選択図】図１

Description

この発明は、負荷平準化のための商用電力系統に連系する分散型電源装置に関する。

ナトリウム−硫黄電池などの電池を用いた分散型電源装置は、電力使用量の少ない夜間に電力を充電し、電力ピークの昼間に放電することにより、契約電力の削減や電気料金の削減ができる。そして、通常は商用系統に接続されて電気料金の削減のために充放電運転を行う連系モードで運転され、商用系統に停電が発生したとき、商用系統から切り離して負荷給電の自立モードで運転される。この商用系統との接続・切離を行うとき、分散型電源装置を一旦停止し、連系用遮断器を解列したのち自立モードに交替する、または停電検出後高速に高速スイッチにより解列すると同時に自立モードに運転モードを変更する（例えば特許文献１参照。）。

特開平１１−２６６５４０号公報

しかし、分散型電源装置を一旦停止した後で商用系統との接続・切離を行うと、負荷側では停電切替となるので、負荷側で待機処理などを行わねばならず分散型電源装置として扱いにくくなるという問題がある。
また、高速スイッチにより解列する場合、系統から高速に切り離すために高度な制御および開閉機能を有するスイッチを用いることになり、高価になってしまうという問題がある。さらに、僅かではあるが、切替の瞬時の波形のひずみによる負荷への影響を除くことができないという問題もある。

この発明の目的は、系統から解列する必要な状況が予測されるとき、負荷側に切替の影響を与えずに、無停電で商用系統との間の接続・解列を行う分散型電源装置を提供することである。

この発明に係わる分散型電源装置は、商用電力系統と受電点で連系する所内系統を介して重要負荷と並列に接続され、電力を貯蔵する分散型電源、上記商用電力系統から受電した電力を直流に変換して上記分散型電源に充電し、上記分散型電源に貯蔵された電力を交流に変換して出力する交直変換装置および所定の有効電力基準および無効電力基準に従って上記交直変換装置からの出力を制御する制御装置を備える分散型電源装置において、上記重要負荷と上記分散型電源装置とを上記所内系統から切り離す解列用遮断器と、上記重要負荷に供給される負荷側電流および上記交直変換装置から流れる電源側電流をそれぞれ計測する２台の計器用変流器と、を備え、上記制御装置は、上記重要負荷と上記分散型電源装置とを上記所内系統から切り離すことが必要になったとき、上記交直変換装置から流れる電源側電流を上記重要負荷に供給される負荷側電流に合わすように制御し、上記受電点の電流が予め定められた値以下になったとき上記解列用遮断器を開放する。

この発明に係わる分散型電源装置の効果は、雷警報などの発令を受けて、重要負荷に必要な電力を分散型電源装置から供給することにより、解列用遮断器に流れる電流が零になった時点で解列用遮断器を遮断し、また、雷警報などが解除されたのを受けて、解列用遮断器の両端の電圧が同じになった時点で解列用遮断器を投入するので、重要負荷から見ると無停電で切り替えられる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる分散型電源装置が連系された電力系統図である。
この発明に係わる分散型電源装置１Ａは、図１に示すように、接続点４において重要負荷２と並列に接続され、重要負荷２と分散型電源装置１Ａは、解列用遮断器１１を通して所内系統３に接続される。さらに、受電点６と所内系統３との間に設置される受電用遮断器９を通して受電点６において商用電力系統５に連系される。
なお、ここでいう重要負荷２は、瞬時の電圧低下などにより処理が中断してしまうコンピュータや連続的に製品が流されていて条件がわずかに変化したときでも大きな影響を受ける半導体製造ラインなどを意味するが、顧客により判断基準は異なるので、上述の例に限るものではない。
この分散型電源装置１Ａは、電力使用量の少ない夜間に商用電力系統５から受電して分散型電源としてのナトリウム−硫黄電池７に電力を貯え、電力使用量の多い昼間にナトリウム−硫黄電池７から電力を放出し、重要負荷２および一般負荷１８に電力を供給する。このようにすると商用電力系統５から受電点６を経由して重要負荷２、一般負荷１８および分散型電源装置１Ａに供給される電力が平準化されて最大需要電力が低下する。そして最大需要電力に比例して決められている契約電力が小さくなるので、基本料金を削減することができる。

また、商用電力系統５が停電しているとき、解列用遮断器１１を開放し、分散型電源装置１Ａを自立モードで運転して重要負荷２に対して電力を供給して停電の影響を極力避けることができる。

最初に、この発明を適用する電力系統について図１を参照して詳細に説明する。
受電点６と接続点４の間には、受電点６側から商用電力系統５と所内系統３とを連系する受電用遮断器９、条件が揃ったとき分散型電源装置１Ａおよび重要負荷２を所内系統３から切り離す解列用遮断器１１、解列用遮断器１１の系統側電圧を計測する系統側計器用変圧器１０、重要負荷２に流れる負荷側電流を計測する負荷側計器用変流器１２が備えられている。

この解列用遮断器１１には、後述する分散型電源装置１Ａの制御装置２１Ａからの開閉信号を受信する端子１９が備えられている。
また、この解列用遮断器１１は、解列用遮断器１１が投入状態にあるとき論理「１」の信号ξ_１を、解列用遮断器１１が開放状態にあるとき論理「１」の信号ξ_２を出力する。

次に、分散型電源装置１Ａについて説明する。
分散型電源装置１Ａは、分散型電源装置１Ａを連系・解列させるための連系用遮断器１５、分散型電源装置１Ａの出力電流を計測する電源側計器用変流器１３、電源側電圧を計測する電源側計器用変圧器１４、接続点４の電圧を交直変換装置２０に適する電圧に変換する連系用変圧器１６、交流電力を直流電力に変換してナトリウム−硫黄電池７に充電し、逆にナトリウム−硫黄電池７から放電された直流電力を交流電力に変換する交直変換装置２０、交直変換装置２０の出力電流を計測するためのＰＣＳ計器用変流器２２、ナトリウム−硫黄電池７と交直変換装置２０を接続するための直流開閉器２３、交直変換装置２０が発生する高調波を抑制するためのフィルタコンデンサ８および直列リアクトル１７から構成されている。
さらに、分散型電源装置１Ａには、分散型電源装置１Ａを所望の電力に制御し、かつ自立運転／連系運転の運転モード切替条件を判断して、解列用遮断器１１を開閉制御するための制御装置２１Ａが備えられている。

この分散型電源装置１Ａでは分散型電源としてナトリウム−硫黄電池７を用いている。なお、分散型電源は、ナトリウム−硫黄電池７以外にもレドックスフロー電池、超電導コイル電力貯蔵装置、フライホイール電力貯蔵装置、電気二重層コンデンサ、リチウムイオン電池など商用電力系統５から電力を受電して貯蔵し、逆に電力を放電して重要負荷２に供給できるものであれば、この発明をナトリウム−硫黄電池７と同様に適用することができる。
さらに、分散型電源として、燃料電池、太陽光発電装置、風力発電装置など燃料が供給されて発電され、または太陽光や風により発電される直流電力を交流電力に変換して出力することができるものであればこの発明を適用することができる。

次に、分散型電源装置１Ａの制御装置２１Ａに入力される信号および出力される信号について説明する。
制御装置２１Ａには、電圧要素として、系統側計器用変圧器１０からの３相の系統側電圧Ｖ_Ｓａ、Ｖ_Ｓｂ、Ｖ_Ｓｃが入力され、分散型電源装置１Ａの出力端の電源側計器用変圧器１４からの３相の電源側電圧Ｖ_Ｌａ、Ｖ_Ｌｂ、Ｖ_Ｌｃが入力される。
また、電流要素として、重要負荷２に流れる電流を計測するための負荷側計器用変流器１２からの３相の負荷側電流Ｉ_Ｌａ、Ｉ_Ｌｂ、Ｉ_Ｌｃが入力され、交直変換装置２０の出力端に備えられるＰＣＳ計器用変流器２２からの３相のＰＣＳ電流Ｉ_Ｐａ、Ｉ_Ｐｂ、Ｉ_Ｐｃが入力される。さらに、分散型電源装置１Ａの出力電流の計測のために備えられる電源側計器用変流器１３からの３相電流が入力される。
また、図示しない運転モード切替スイッチから自立操作信号ζ_１と連系操作信号ζ_２が入力される。
また、解列用遮断器１１から、それが開放状態にあることを示す信号ξ_１と投入状態にあることを示す信号ξ_２が入力される。

制御装置２１Ａから出力される信号としては、解列用遮断器１１を開閉するための投入指令信号／開放指令信号が解列用遮断器１１に出力され、また、交直変換装置２０にゲート信号が出力される。

次に、制御装置２１Ａについて説明する。
制御装置２１Ａは、図１に示すように、交直変換装置２０のＰＷＭ制御において用いられる位相を商用電力系統５の位相に同期させる位相検出部２５、分散型電源装置１Ａの出力が所望の電力値になるように制御する電力制御部２４、交直変換装置２０の出力電流が所望の電流値になるように制御する電流制御部２８、交直変換装置２０のＰＷＭ制御を行うＰＷＭ制御部２７および自立運転／連系運転の運転モード切替条件を判断する運転モード切替部２６Ａから構成されている。

最初に、位相検出部２５の動作について図２を参照して説明する。図２は、位相検出部２５の制御に係わるブロック線図であり、四角や丸が演算要素を表している。さらに、矢印線は信号の出力から入力を表している。なお、３相静止座標系では、ａ相が基準に取られており、ｂ相がａ相から電気角で１２０度遅れ、さらにｃ相はｂ相から１２０度遅れている。また、直交２相座標系では、α相がａ相に一致し、β相がα相から電気角で９０度遅れている。

まず、系統側３相／αβ変換部３１は、分散型電源装置１Ａの接続点４における３相の系統側電圧Ｖ_Ｓａ、Ｖ_Ｓｂ、Ｖ_Ｓｃを式（１）に従ってα相系統側電圧Ｖ_Ｓα、β相系統側電圧Ｖ_Ｓβに３相／αβ変換する。次に、系統側αβ／ｄｑ変換部３２は、α相系統側電圧Ｖ_Ｓα、β相系統側電圧Ｖ_Ｓβを式（２）に従ってｄ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｄ、ｑ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｑにαβ／ｄｑ変換する。この変換において位相θは電圧制御発振器（ＶＣＯ）３９からの位相の値を用いる。

系統側電圧のａ相に一致しているα相系統側電圧Ｖ_Ｓαと電圧制御発振器３９によって得られる位相θを用いてαβ／ｄｑ変換によって得られるｄ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｄとの位相が一致している場合、ｑ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｑは零であり、一致していない場合、ｑ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｑは位相のずれに相当する値である。
位相差検出部３７では、α相系統側電圧Ｖ_Ｓαとｄ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｄとの位相差ΔΘを、ｄ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｄとｄ軸電源側電圧Ｖ_Ｌｄとから、ΔΘ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖ_Ｓｑ／Ｖ_Ｓｄ）に従って求める。
周波数調整器３８では、位相差ΔΘが零になるように例えば（比例＋積分）演算し、その演算結果を基準周波数５０Ｈｚに加算して周波数を補正し、その周波数に対応するように演算して電圧制御発振器３９に送られる制御電圧ｆ_Ｌを求める。
電圧制御発振器３９では、位相のずれを周波数の偏差として補正し、位相θをθ＝２πｆ_Ｌに従って求めることにより、位相検出部２５で演算される位相θからｄ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｄとα相系統側電圧Ｖ_Ｓαの位相を一致させることができる。そして、この一致したときの位相θを用いてＰＷＭ制御が行われる。

所内系統３に停電が発生し、図示しない停電／復電検出部において停電が検出されたとき、周波数調整器３８のリミッタを絞り、基準周波数５０Ｈｚで運転させる。
そして、所内系統３が復電し、停電／復電検出部において復電が検出されたとき、周波数調整器３８のリミッタを例えば零から１００％までを１乃至数秒のスピードで徐々に開き、電源側電圧の位相を系統側電圧の位相に合うように制御する。
自立運転中においても、系統側電圧が健全であれば、電源側電圧を常に系統側電圧に同期させておく。

次に、運転モード切替部２６Ａの動作について図３を参照して説明する。図３は、運転モード切替部２６Ａのブロック線図である。
運転モード切替部２６Ａは、図示しない操作パネルに備えられた運転モード切替スイッチを切り替えることにより自立操作信号ζ_１および連系操作信号ζ_２が入力される。これらの信号は論理「１」として入力される。
また、系統電圧確認部４０は、ｄ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｄと予め定められた下限電圧値Ｖ_ＳＵＬとの差分ΔＶ_Ｓが予め定められた範囲ΔＷに入っているとき論理「１」の活電信号τ_１を出力する。この範囲ΔＷは定格系統電圧の±数％と設定されている。
連系可能判断部４１は、連系操作信号ζ_２と活電信号τ_１が入力され、これらの信号がともに論理「１」のとき、論理「１」の連系開始信号ζ_３を出力する。
フリップフロップ部４２は、Ｓ端子とＲ端子にそれぞれ自立操作信号ζ_１と連系開始信号ζ_３が入力される。フリップフロップ部４２では、Ｓ端子に自立操作信号ζ_１が入力されるとＱ出力端子のレベルが論理「１」に変化させられて保持される。また、フリップフロップ部４２では、Ｒ端子に連系開始信号ζ_３が入力されるとＱ（バー）出力端子のレベルが論理「１」に変化させられて保持される。これらの出力がそれぞれ自立指令信号ζ_４と連系指令信号ζ_５である。

また、電流差判断部５０は、負荷側電流Ｉ_ＬｄとＰＣＳ電流Ｉ_Ｐｄとの差分ΔＩ_ｄを求め、その差分ΔＩ_ｄが予め定められた閾値Ｉ_ＴＨｄより小さいとき論理「１」の電流差零信号τ_２を出力する。なお、閾値Ｉ_ＴＨｄは、負荷側電流の数％程度位に設定されている。
電圧差判断部５１は、ｄ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｄとｄ軸電源側電圧Ｖ_Ｌｄとの差分ΔＶ_ｄを求め、その差分ΔＶ_ｄが予め定められた閾値Ｖ_ＴＨｄより小さいとき論理「１」のｄ軸電圧差零信号τ_３ｄを出力し、ｑ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｑとｑ軸電源側電圧Ｖ_Ｌｑとの差分ΔＶ_ｑを求め、その差分ΔＶ_ｑが予め定められた閾値Ｖ_ＴＨｑより小さいとき論理「１」のｑ軸電圧差零信号τ_３ｑを出力する。
そして、ｄ軸電圧差零信号τ_３ｄとｑ軸電圧差零信号τ_３ｑがともに論理「１」のとき電圧差零信号τ_３を出力する。

次に、解列用遮断器操作指令部４３は、自立指令信号ζ_４、連系指令信号ζ_５、電流差零信号τ_２および電圧差零信号τ_３が入力される。解列用遮断器操作指令部４３は、２つの論理積部４４、４５を有している。一方の論理積部４４では、自立指令信号ζ_４と電流差零信号τ_２が入力され、２つの入力が共に論理「１」のとき解列用遮断器開放指令ζ_６が出力される。
他方の論理積部４５は、連系指令信号ζ_５および電圧差零信号τ_３が入力されている。この論理積部４５では、連系指令信号ζ_５および電圧差零信号τ_３の２つの入力が共に論理「１」のとき解列用遮断器投入指令ζ_７が出力される。

続いて、解列用遮断器開放指令ζ_６と解列用遮断器投入指令ζ_７とがＰＣＳ運転モード切替部４６に入力される。また、解列用遮断器１１が開放状態にあることを示す論理「１」の信号ξ_１および解列用遮断器１１が投入状態にあることを示す論理「１」の信号ξ_２が入力される。
ＰＣＳ運転モード切替部４６は、２つの論理積部４７、４８を有している。一方の論理積部４７は、解列用遮断器開放指令ζ_６と解列用遮断器１１が開放状態にあることを示す論理「１」の信号ξ_１が入力される。この論理積部４７では、入力が共に論理「１」のとき自立中信号ζ_８が出力される。
他方の論理積部４８は、解列用遮断器投入指令ζ_７と解列用遮断器１１が投入状態にあることを示す信号ξ_２が入力されている。この論理積部４８では、入力が共に論理「１」のとき連系中信号ζ_１０が出力される。

次に、交直変換装置２０を用いて逆変換するときのＰＷＭ制御部２７の動作について図４〜図７を参照して説明する。逆変換は、ナトリウム−硫黄電池７に貯えられている電力を重要負荷２に供給するときに行われる変換である。図４は、連系中にある交直変換装置２０を制御するＰＷＭ制御部２７のブロック線図である。図５は、自立操作信号が入力されてＰＣＳ電流を負荷側電流に合わせるように制御するＰＷＭ制御部２７のブロック線図である。図６は、解列用遮断器１１が開放されて自立中にある交直変換装置２０を制御するＰＷＭ制御部２７のブロック線図である。図７は、連系操作信号が入力されて電源側電圧を系統側電圧に揃える制御を行うＰＷＭ制御部２７のブロック線図である。

また、ＰＷＭ制御部２７は、運転モード切替部２６Ａから入力される自立指令信号ζ_４／連系指令信号ζ_５と自立中信号ζ_８／連系中信号ζ_１０に基づき切り替えられる３つの切替部を有する。
１つ目は、図４、図５に示すように、有効電流基準Ｉ_ｄＲＥＦおよび無効電流基準Ｉ_ｑＲＥＦを自立指令信号ζ_４または連系指令信号ζ_５に基づき切り替える電流基準切替部５２である。
２つ目は、図６、図７に示すように、電圧調整器６３、６４のｄ軸電圧基準Ｖ_ｄＲＥＦおよびｑ軸電圧基準Ｖ_ｑＲＥＦを自立指令信号ζ_４または連系指令信号ζ_５に基づき切り替えるｄｑ電圧基準切替部５３である。
３つ目は、図４、図６に示すように、ｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を自立中信号ζ_８または連系中信号ζ_１０に基づき切り替える電圧指令切替部５４である。

最初に、雷警報が発令されていない正常な状況において商用電力系統５に連系中の分散型電源装置１Ａについて説明する。この状況においては、電流基準切替部５２、ｄｑ電圧基準切替部５３に連系指令信号ζ_５が入力されており、電圧指令切替部５４に連系中信号ζ_１０が入力されている。
このように設定されているとき、有効になっているＰＷＭ制御部２７のブロック線図を図４に示す。このとき、図示しない方法によって検出される有効電力検出値Ｐ_Ｓと無効電力検出値Ｑ_Ｓ、系統側計器用変圧器１０からの３相の系統側電圧Ｖ_Ｓａ、Ｖ_Ｓｂ、Ｖ_Ｓｃ、ＰＣＳ計器用変流器２２からの３相のＰＣＳ電流Ｉ_Ｐａ、Ｉ_Ｐｂ、Ｉ_Ｐｃが入力されている。さらに、予め有効電力基準Ｐ_ＳＲＥＦと無効電力基準Ｑ_ＳＲＥＦが設定されている。
有効電力差検出部５５は、有効電力基準Ｐ_ＳＲＥＦと有効電力検出値Ｐ_Ｓとから有効電力差分ΔＰを求める。そして、有効電力調整部５６は、有効電力差分ΔＰを例えば（比例＋積分）演算して、有効電流基準Ｉ_ｄＲＥＦを求める。
一方、無効電力差検出部５７は、無効電力基準Ｑ_ＳＲＥＦと無効電力検出値Ｑ_Ｓとから無効電力差分ΔＱを求める。そして、無効電力調整部５８は、無効電力差分ΔＱを例えば（比例＋積分）演算して無効電流基準Ｉ_ｑＲＥＦを求める。

また、ＰＣＳ３相／αβ変換部５９は、ＰＣＳ計器用変流器２２からのＰＣＳ電流Ｉ_Ｐａ、Ｉ_ＰＢ、Ｉ_Ｐｃを式（３）に従ってＰＣＳα相電流Ｉ_ＰαとＰＣＳβ相電流Ｉ_Ｐβを求める。次に、ＰＣＳαβ／ｄｑ変換部６０は、ＰＣＳα相電流Ｉ_ＰαとＰＣＳβ相電流Ｉ_Ｐβから式（４）に従って有効電流検出値Ｉ_Ｐｄと無効電流検出値Ｉ_Ｐｑを求める。

次に、有効電流差検出部６１は、有効電流基準Ｉ_ｄＲＥＦと有効電流検出値Ｉ_Ｐｄとから有効電流差分ΔＩ_ｄを求める。また、無効電流差検出部６２は、無効電流基準Ｉ_ｑＲＥＦと無効電流検出値Ｉ_Ｐｑとから無効電流差分ΔＩ_ｑを求める。
次に、有効電流調整部６３は、有効電流差分ΔＩ_ｄを例えば（比例＋積分）演算し、その演算結果にｄ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｄを加算して有効電圧基準Ｖ_{ｄＲＥＦｄ}を求める。そして、連系中信号ζ１０が論理「１」となっているので、電圧指令切替部５４を通してｄ軸電圧指令値Ｖ（ハット）_ｄとしてこの有効電圧指令値Ｖ_{ｄＲＥＦｄ}が選択される。
また、無効電流調整部６４は、無効電流差分ΔＩ_ｑを例えば（比例＋積分）演算し、その演算結果にｑ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｑを加算して無効電圧基準Ｖ_{ｑＲＥＦｑ}を求める。そして、連系中信号ζ１０が論理「１」となっているため、電圧指令切替部５４を通してｑ軸電圧指令値Ｖ（ハット）ｑとしてこの無効電圧指令値Ｖ_{ｑＲＥＦｑ}が選択される。

系統側３相／αβ変換部３１は、系統側計器用変圧器１０からの系統側電圧Ｖ_Ｓａ、Ｖ_Ｓｂ、Ｖ_Ｓｃをα相系統側電圧Ｖ_Ｓαとβ相系統側電圧Ｖ_Ｓβに式（１）に従って変換する。さらに、系統側αβ／ｄｑ変換部３２は、位相検出部２５にて検出された位相θを用いて、α相系統側電圧Ｖ_Ｓαとβ相系統側電圧Ｖ_Ｓβをｄ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｄとｑ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｑに式（２）に従って変換する。
ここで有効電流調整部６３、無効電流調整部６４の演算結果にｄ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｄ、ｑ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｑを加算するのは、フィードフォワード制御を行うためであり、必ずしも必要ではない。
交直変換装置２０が小容量で高速に変換器動作が可能な場合には省略されたり、ｄ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｄ、ｑ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｑとして固定値が入力されたりする。

次に、ｄｑ／αβ変換部６９は、有効電圧指令値Ｖ（ハット）_ｄと無効電圧指令値Ｖ（ハット）_ｑをα相電圧指令値Ｖ（ハット）_αとβ相電圧指令値Ｖ（ハット）_βに式（５）を用いて変換する。さらに、αβ／３相変換部７０は、α相電圧指令値Ｖ（ハット）_αとβ相電圧指令値Ｖ（ハット）_βを３相の電圧指令値Ｖ（ハット）_ａ、Ｖ（ハット）_ｂ、Ｖ（ハット）_ｃに式（６）を用いて変換する。

最後に、３相の電圧指令値Ｖ（ハット）_ａ、Ｖ（ハット）_ｂ、Ｖ（ハット）_ｃが入力されたゲートパルス発生部７１は、これら電圧指令値に従って交直変換装置２０のスイッチング素子のゲートを制御するゲートパルス信号を出力する。
このようにして有効電力基準Ｐ_ＳＲＥＦと無効電力基準Ｑ_ＳＲＥＦに従った電力が出力される。

次に、雷警報が発令されたとき、自立操作信号ζ_１が運転モード切替部２６Ａに入力されることによりＰＷＭ制御部２７に自立指令信号ζ_４が入力される。そこで、この状況におけるＰＷＭ制御部２７の動作について図５を参照して説明する。この状況においては、電流基準切替部５２に自立指令信号ζ_４が入力され、電圧指令切替部５４に連系中信号ζ_１０が入力されたままである。
また、負荷側電流から求められた負荷側有効電流検出値Ｉ_Ｌｄと負荷側無効電流検出値Ｉ_Ｌｑがそれぞれ有効電流基準Ｉ_ｄＲＥＦと無効電流基準Ｉ_ｑＲＥＦとして用いられる。
負荷側３相／αβ変換部７３は、負荷側計器用変流器１２からの負荷側電流Ｉ_Ｌａ、Ｉ_Ｌｂ、Ｉ_Ｌｃから式（３）に従ってα相負荷側電流Ｉ_Ｌαとβ相負荷側電流Ｉ_Ｌβとを求める。次に、負荷側αβ／ｄｑ変換部７４は、α相負荷側電流Ｉ_Ｌαとβ相負荷側電流Ｉ_Ｌβとから式（４）に従って負荷側有効電流検出値Ｉ_Ｌｄと負荷側無効電流検出値Ｉ_Ｌｑとを求める。

この負荷側有効電流検出値Ｉ_Ｌｄが有効電流差検出部６１に入力され、有効電流検出値Ｉ_Ｐｄとの差分、有効電流差分ΔＩ_ｄが求められる。また、負荷側無効電流検出値Ｉ_Ｌｑが無効電流差検出部６２に入力され、無効電流検出値Ｉ_Ｐｑとの差分、無効電流差分ΔＩ_ｑが求められる。
これ以降は連系中と同様にしてＰＷＭ制御されて、負荷側に流れる電流と同じ電流が分散型電源装置１Ａから出力されるようになる。
そして、運転モード切替部２６Ａの電流差判断部５０は、負荷側有効電流検出値Ｉ_Ｌｄと有効電流検出値Ｉ_Ｐｄとの差分ΔＩ_ｄを求め、その差分ΔＩ_ｄが予め定められた閾値Ｉ_ＴＨｄより小さくなったとき論理「１」の電流差零信号τ_２を出力する。この電流差零信号τ_２が解列用遮断器操作指令部４３に入力され、自立指令信号ζ_４がすでに入力されているので解列用遮断器開放指令信号ζ_６を出力する。この解列用遮断器開放指令信号ζ_６が解列用遮断器１１に入力されて開放される。そして解列用遮断器１１の開放が完了すると自立中信号ζ_８が出力される。
このように、自立操作指令が与えられると、分散型電源装置１Ａの出力電流指令値を負荷電流とすることで、負荷側に流れる電流と同じ電流が分散型電源装置１Ａから出力されるようになるため、解列用遮断器１１に電流が流れなくなる。このときに解列用遮断器１１を開放するため、開放に伴う影響を無くすことができる。

次に、解列用遮断器１１が遮断されて自立中信号ζ_８が入力された後のＰＷＭ制御部２７の動作について図６を参照して説明する。このとき、ｄｑ電圧基準切替部５３に自立指令信号ζ_４が入力されており、電圧指令切替部５４に自立中信号ζ_８が入力される。

そして、ｄ軸電圧差検出部７５は、予め定められたｄ軸電圧基準Ｖ_ｄＲＥＦからｄ軸電源側電圧Ｖ_Ｌｄを減算してｄ軸電圧差分ΔＶ_ｄを算出する。また、ｑ軸電圧差検出部７６は、予め定められたｑ軸電圧基準Ｖ_ｑＲＥＦからｑ軸電源側電圧Ｖ_Ｌｑを減算してｑ軸電圧差分ΔＶ_ｑを算出する。
次に、ｄ軸電圧調整部７７は、ｄ軸電圧差分ΔＶ_ｄを例えば（比例＋積分）演算して、有効電圧基準Ｖ_{ｄＲＥＦｄ}を算出する。
また、ｑ軸電圧調整部７８は、ｑ軸電圧差分ΔＶ_ｑを例えば（比例＋積分）演算して、無効電圧基準Ｖ_{ｑＲＥＦｑ}を算出する。
そして、有効電圧基準Ｖ_{ｄＲＥＦｄ}をそのまま有効電圧指令値Ｖ（ハット）_ｄとする。また、無効電圧基準Ｖ_{ｑＲＥＦｑ}をそのまま無効電圧指令値Ｖ（ハット）_ｑとする。
このように負荷に対して電圧制御した電力を分散型電源装置から供給するので、所内系統として自立運転することができる。

次に、雷警報の解除に伴い、運転モード切替部２６Ａに連系操作信号ζ_２が入力され、系統側の電圧が所定の範囲に入っているとき、連系指令信号ζ_５が出力される。そして、この連系指令信号ζ_５が入力されたときのＰＷＭ制御部２７の動作について図７を参照して説明する。
この状況においては、ｄｑ電圧基準切替部５３に連系指令信号ζ_５が入力され、電圧指令切替部５４に自立中信号ζ_８が入力されている。

そして、ｄ軸電圧差検出部７５は、ｄ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｄからｄ軸電源側電圧Ｖ_Ｌｄを減算してｄ軸電圧差分ΔＶ_ｄを算出する。また、ｑ軸電圧差検出部７６は、ｑ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｑからｑ軸電源側電圧Ｖ_Ｌｑを減算してｑ軸電圧差分ΔＶ_ｑを算出する。
次に、ｄ軸電圧調整部７７は、ｄ軸電圧差分ΔＶ_ｄを例えば（比例＋積分）演算して、有効電圧基準Ｖ_{ｄＲＥＦｄ}を算出する。
また、ｑ軸電圧調整部７８は、ｑ軸電圧差分ΔＶ_ｑを例えば（比例＋積分）演算して、無効電圧基準Ｖ_{ｑＲＥＦｑ}を算出する。
そして、有効電圧基準Ｖ_{ｄＲＥＦｄ}をそのまま有効電圧指令値Ｖ（ハット）_ｄとする。
また、無効電圧基準Ｖ_{ｑＲＥＦｑ}をそのまま無効電圧指令値Ｖ（ハット）_ｑとする。
このように系統側電圧と電源側電圧とを揃えてから解列用遮断器１１を投入すると電圧差による過電流および負荷電圧の変動などが起こらないので、商用電力系統５に連系することができる。

次に、運転モードの切替手順について説明する。
最初に、連系運転モードから自立運転モードに移行する手順について図８を参照して説明する。図８は、連系運転モードから自立運転モードに移行する手順を示すフローチャートである。
ステップ１０１で、雷警報の発令に伴って運転モード切替スイッチが自立操作側に切り替えられて運転モード切替部２６Ａに自立操作信号ζ_１が入力され、フリップフロップ部４２から自立指令信号ζ_４が出力される。このとき分散型電源装置１Ａが待機中であると、制御装置２１は交直変換装置２０のスイッチング素子をＯＮする。
ステップ１０２で、ＰＷＭ制御部２７の電流基準切替部５２に自立指令信号ζ_４が入力されるので負荷側電流とＰＣＳ電流が等しくなるように制御される。
ステップ１０３で、運転モード切替部２６Ａの電流差判断部５０は負荷側有効電流検出値Ｉ_Ｌｄとｄ軸ＰＣＳ電流Ｉ_Ｐｄとの差ΔＩ_ｄが閾値Ｉ_ＴＨｄより小さいか否かを判断し、小さい場合電流差零信号τ_２を出力してステップ１０４へ進み、大きい場合ステップ１０３を繰り返す。
ステップ１０４で、運転モード切替部２６Ａの解列用遮断器操作指令部４３に自立指令信号ζ_４と電流差零信号τ_２が入力されるので、解列用遮断器開放指令ζ_６が出力される。この解列用遮断器操作指令ζ_６が解列用遮断器１１に入力されるので、解列用遮断器１１が開放される。
ステップ１０５で、解列用遮断器１１の開放が完了すると解列用遮断器１１から開放状態を示す信号ξ_１がＰＣＳ制御切替部４６に入力されるので、自立中信号ζ_８が出力される。この自立中信号ζ_８がＰＷＭ制御部２７の電圧指令切替部５４に入力されるので、交直変換装置２０を電流制御から電圧制御に切り替えて運転モードの交替が完了する。

次に、自立運転モードから連系運転モードに移行する手順について図９を参照して説明する。図９は、自立運転モードから連系運転モードに移行する手順を示すフローチャートである。
ステップ２０１で、交直変換装置２０が電圧制御され、解列用遮断器１１が開放され、運転モード切替部２６Ａから自立指令信号ζ_４と自立中信号ζ_８とが出力されている自立運転モードにおいて、雷警報が解除されたので、運転モード切替スイッチを連系操作側に切り替える。
ステップ２０２で、運転モード切替部２６Ａの系統電圧確認部４０は、ｄ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｄと所定の下限電圧値Ｖ_ＳＵＬとの差分ΔＶ_Ｓが所定の範囲ΔＷ内になっているか否かを判断し、範囲に入っているとき活電信号τ_１を出力してステップ２０３へ進み、範囲外のときステップ２０２を繰り返す。
ステップ２０３で、運転モード切替部２６Ａの電圧差判断部５１は、ｄ軸系統側電圧Ｖ_Ｓｄとｄ軸電源側電圧Ｖ_Ｌｄとの差ΔＶ_ｄが閾値Ｖ_ＴＨｄ以下になっているか否か判断し、かつｑ軸系統側電圧ＶＳｑとｑ軸電源側電圧Ｖ_Ｌｑとの差ΔＶ_ｑが閾値Ｖ_ＴＨｑ以下になっているか否か判断し、両方とも以下のときに電圧差零信号τ_３を出力してステップ２０４へ進み、越えているときステップ２０３を繰り返す。
ステップ２０４で、解列用遮断器操作指令部４３に連系指令信号ζ_５と電圧差零信号τ_３が入力されるので、解列用遮断器投入指令ζ_７が出力される。この解列用遮断器投入指令ζ_７が解列用遮断器１１に入力されると、解列用遮断器１１が投入される。
ステップ２０５で、連系中信号ζ_１０が出力されると、電圧指令切替部５４が切り替えられ、ＰＷＭ制御部２７は、交直変換装置２０を電圧制御から電流制御に切り替える。

このように雷警報が発令されて商用電力系統５が停電する可能性があるとき、分散型電源装置１Ａからの出力を重要負荷２に供給する電力に合わすことにより解列遮断器１１に流れる電流を零にして解列用遮断器１１を遮断するので、安価な解列用遮断器１１を用いて商用電力系統５から解列することができる。さらに、解列用遮断器１１に流れる電流を零にして遮断するので、切替による影響がない。

また、雷警報が解除されて連系に戻すとき、系統側電圧と電源側電圧とを等しくなるようにすることにより解列用遮断器１１の投入時の過電流を防止できるので、商用電力系統５との連系に伴う影響がない。

なお、雷警報に基づき運転モードを切り替える例について説明したが、関連する商用電力系統５の工事のための停電が計画されているときも自立運転モードに交替することができる。
そして、この分散型電源装置１Ａを作業用電源として活用できるので、計画停電時に作業用にその都度設置する非常用発電機を省略することができる。

実施の形態２．
図１０は、この発明の実施の形態２に係わる分散型電源装置が連系された電力系統図である。図１１は、実施の形態２に係わる制御装置の運転モード切替部のブロック線図である。
実施の形態２に係わる分散型電源装置１Ｂは、実施の形態１に係わる分散型電源装置１Ａにナトリウム−硫黄電池７の端子電圧を計測する直流電圧計測器８１が追加されたことと、ナトリウム−硫黄電池７の端子電圧に基づき運転モードを切り替える機能が運転モード切替部２６Ｂに追加された点が異なり、その他は同様である。同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。

実施の形態２に係わる運転モード切替部２６Ｂは、直流電圧計測器８１で計測されたナトリウム−硫黄電池７の端子電圧Ｖ_ＮＡＳが予め定められた下限電圧Ｖ_ＬＬより低いとき過放電信号τ_５を出力する過放電検出部８２、連系操作信号ζ_２または過放電信号τ_５の少なくとも一方が入力されたとき連系準備信号τ_６を出力する連系準備指令部８３を有している。
そして、連系可能判断部４１は、活電信号τ_１と連系準備信号τ_６がともに入力したとき連系開始信号ζ_３を出力し、実施の形態１で説明したと同様の手順を経て解列用遮断器１１を投入して商用電力系統５から電力を受電する。そして、ＰＷＭ制御部２７は、過放電信号τ_５と連系中信号ζ_１０がともに入力されたとき、交直変換装置２０のスイッチング素子をゲートオフして出力を零にする。

このようにナトリウム−硫黄電池の貯蔵電力が減りすぎて過放電状態にならないように端子電圧に基づいて商用電力系統から受電するように切り替えることができる。

実施の形態３．
図１２は、この発明の実施の形態３に係わる制御装置のＰＷＭ制御部の部分ブロック図である。
実施の形態１の分散型電源装置１Ａでは、図５で説明したように、解列用遮断器１１に電流が流れていないときに解列用遮断器１１を開放する方法として負荷側電流を分散型電源装置１Ａの電流指令値とする方法を説明したが、実施の形態３の分散型電源装置では、図１２に示すように、解列用遮断器１１に流れる電流を検出し、この電流を零にするような電流基準値を分散型電源装置の出力電流指令値とすることによっても同じ効果が得られる。
電流基準切替部５２に入力される電流基準が解列用遮断器の電流になることだけが実施の形態１と異なり、その他は同様であるので同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
解列用遮断器１１に流れる電流は、図１０に示すように、解列用遮断器１１と接続点４との間に備えられた解列用遮断器用計器用変流器８４から３相遮断器電流Ｉ_ＳＷａ、Ｉ_ＳＷｂ、Ｉ_ＳＷｃが計測される。そして、遮断器３相／αβ変換部８５は、３相遮断器電流Ｉ_ＳＷａ、Ｉ_ＳＷｂ、Ｉ_ＳＷｃを式（３）によりα相遮断器電流Ｉ_ＳＷαとβ相遮断器電流Ｉ_ＳＷβに変換する。また、遮断器αβ／ｄｑ変換部８６は、α相遮断器電流Ｉ_ＳＷαとβ相遮断器電流Ｉ_ＳＷβを式（４）によりｄ軸遮断器電流Ｉ_ＳＷｄとｑ軸遮断器電流Ｉ_ＳＷｑに変換する。
次に、有効電流調整部８７は、ｄ軸遮断器電流Ｉ_ＳＷｄと零との差分を例えば（比例＋積分）演算を行い、有効電流基準Ｉ_ｄＲＥＦを求める。また、無効電流調整部８８は、ｑ軸遮断器電流Ｉ_ＳＷｑと零との差分を例えば（比例＋積分）演算を行い、無効電流基準Ｉ_ｑＲＥＦを求める。
これ以降は連系中と同様にしてＰＷＭ制御されて、解列用遮断器に流れる電流が零になるように分散型電源装置１Ａから出力されるようになる。

この発明の実施の形態１に係わる分散型電源装置が連系された電力系統図である。 実施の形態１に係わる位相検出部の制御に係わるブロック線図である。 実施の形態１に係わる運転モード切替部の制御に係わるブロック線図である。 連系中にある交直変換装置を制御するＰＷＭ制御部のブロック線図である。 自立操作信号が入力されてＰＣＳ電流を負荷側電流に合わせるように制御するＰＷＭ制御部のブロック線図である。 解列用遮断器が開放されて自立中にある交直変換装置を制御するＰＷＭ制御部のブロック線図である。 連系操作信号が入力されて電源側電圧を系統側電圧に揃える制御を行うＰＷＭ制御部のブロック線図である。 連系運転モードから自立運転モードに移行する手順を示すフローチャートである。 自立運転モードから連系運転モードに移行する手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係わる分散型電源装置が連系された電力系統図である。 実施の形態２に係わる運転モード切替部の制御に係わるブロック線図である。 自立操作信号が入力されて解列用遮断器の電流が零になるように制御するＰＷＭ制御部のブロック線図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 分散型電源装置、２ 重要負荷、３ 所内系統、４ 接続点、５ 商用電力系統、６ 受電点、７ ナトリウム−硫黄電池、８ フィルタコンデンサ、９ 受電用遮断器、１０ 系統側計器用変圧器、１１ 解列用遮断器、１２ 負荷側計器用変流器、１３ 電源側計器用変流器、１４ 電源側計器用変圧器、１５ 電源用遮断器、１６ 連系変圧器、１７ 直列リアクトル、２０ 交直変換装置、２１Ａ、２１Ｂ 制御装置、２２ ＰＣＳ計器用変流器、２３ 直流開閉器、２４ 入出力端子、２５ 位相検出部、２６Ａ、２６Ｂ 運転モード切替部、２７ ＰＷＭ制御部、３１ 系統側３相／αβ変換部、３２ 系統側αβ／ｄｑ変換部、３４ 電源側３相／αβ変換部、３５ 電源側αβ／ｄｑ変換部、３６ スイッチ部、３７ 位相差検出部、３８ 周波数調整器、３９ 電圧制御発振器、４０ 系統電圧確認部、４１ 連系可能判断部、４２ フリップフロップ部、４３ 解列用遮断器操作指令部、４４、４５、４７、４８ 論理積部、４６ ＰＣＳ制御切替部、５０ 電流差判断部、５１ 電圧差判断部、５２ 電流基準切替部、５３ ｄｑ電圧基準切替部、５４ 電圧指令切替部、５５ 有効電力差検出部、５６ 有効電力調整部、５７ 無効電力差検出部、５８ 無効電力調整部、５９ ＰＣＳ３相／αβ変換部、６０ ＰＣＳαβ／ｄｑ変換部、６１ 有効電流差検出部、６２ 無効電流差検出部、６３、８７ 有効電流調整部、６４、８８ 無効電流調整部、６９ ｄｑ／αβ変換部、７０ αβ／３相変換部、７１ ゲートパルス発生部、７３ 負荷側３相／αβ変換部、７４ 負荷側αβ／ｄｑ変換部、７５ ｄ軸電圧差検出部、７６ ｑ軸電圧差検出部、７７ ｄ軸電圧調整部、７８ ｑ軸電圧調整部、８１ 直流電圧計測器、８２ 過放電検出部、８３ 連系準備指令部、８４ 解列用遮断器用計器用変流器、８５ 遮断器３相／αβ変換部、８６ 遮断器αβ／ｄｑ変換部。

Claims (4)

1. 商用電力系統と受電点で連系する所内系統を介して重要負荷と並列に接続され、電力を貯蔵する分散型電源、上記商用電力系統から受電した電力を直流に変換して上記分散型電源に充電し、上記分散型電源に貯蔵された電力を交流に変換して出力する交直変換装置および上記交直変換装置の出力を制御する制御装置を備える分散型電源装置において、
   上記重要負荷と上記分散型電源装置とを上記所内系統から切り離す解列用遮断器と、
   上記重要負荷に供給される負荷側電流および上記交直変換装置から流れる電源側電流をそれぞれ計測する２台の計器用変流器と、
   を備え、
   上記制御装置は、上記重要負荷と上記分散型電源装置とを上記所内系統から切り離すことが必要なとき、上記交直変換装置から流れる電源側電流を上記重要負荷に供給される負荷側電流に合わすように制御し、上記受電点の電流が予め定められた値以下になったとき上記解列用遮断器を開放することを特徴とする分散型電源装置。
2. 上記受電点の系統側電圧および上記交直変換装置からの電源側電圧をそれぞれ計測する２台の計器用変圧器を備え、
   上記制御装置は、上記重要負荷と上記分散型電源装置とを上記所内系統に接続するとき、上記解列用遮断器の両端の電圧が揃うように上記交直変換装置からの電源側電圧を制御し、上記両端の電圧の差が予め定められた値以下になったとき上記解列用遮断器を投入することを特徴とする請求項１に記載する分散型電源装置。
3. 上記分散型電源の端子電圧を計測する直流電圧計測器を備え、
   上記制御装置は、上記端子電圧に基づいて上記分散型電源が過放電に陥ると判断したとき、上記所内系統を上記商用電力系統に接続することを特徴とする請求項１または２に記載する分散型電源装置。
4. 上記分散型電源は、ナトリウム−硫黄電池、レドックスフロー電池、超電導コイル電力貯蔵装置またはフライホイール電力貯蔵装置のいずれか１つからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載する分散型電源装置。

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