JP2006254633A - 停電対策電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】健全な母線があるときに停電の状況に応じて電力の供給源を停電対策電源装置または健全な母線に切り換えて重要負荷の停電を極力防ぐことができる停電対策電源装置を提供する。
【解決手段】停電対策電源装置は、商用系統から２つの給電経路を介して重要負荷への電力の供給を継続し、一方の上記給電経路に電力が貯えられている分散型電源装置が備えられ、上記一方の給電経路の上記商用系統側の停電事故が発生したとき上記分散型電源装置から上記重要負荷に電力を供給する停電対策電源装置において、上記停電事故が所定の時間以上を経過しても回復しないとき、上記分散型電源装置の出力電圧を他方の上記給電経路の電圧の振幅と位相とに合わせられてから、上記一方の給電経路から上記他方の給電経路に電力を供給する経路が切り換えられる。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力の供給経路で電力の供給が止まったときあらかじめ貯えられた分散型電源装置から電力を一時期供給して重要負荷での停電の発生を極力防止する停電対策電源装置に関する。

従来の常時商用給電方式の停電対策電源装置は、商用系統が正常なとき商用系統から停電対策の必要な重要負荷に電力が供給されている一方、商用系統の事故および電力を供給する経路の途中において発生する事故のために起こる停電に対しては、商用系統が正常時に分散型電源装置に貯えられた電力を重要負荷に供給している。このとき、分散型電源装置を事故の発生した箇所から分離するために、途中に設けられた遮断器を開放している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２３８６０号公報

しかし、商用系統から重要負荷に電力を供給する経路の事故が回復に時間の掛かる、例えばケーブル事故などのような永久事故の場合、分散型電源装置に貯えられている電力が枯渇して重要負荷が停電してしまうという問題がある。
このような分散型電源装置に貯えられている電力の枯渇を予防するために、健全な状態にある上位母線から重要負荷に電力を供給する給電経路を設けることが考えられるが、分散型電源装置からの出力と同期が図られていないので、投入時に過電流や負荷電圧の変動が起こってしまうので、健全な母線があっても使えないという問題がある。

この発明の目的は、健全な母線があるときに停電の状況に応じて電力の供給源を停電対策電源装置または健全な母線に切り換えて重要負荷の停電を極力防ぐことができる停電対策電源装置を提供することである。

この発明に係わる停電対策電源装置は、複数の給電経路の１つに電力が貯えられている分散型電源装置が接続され、電力系統から上記複数の給電経路の１つを介して重要負荷への電力を供給し、上記分散型電源装置が接続されている接続点より上記電力系統側の給電経路に停電事故が発生したとき上記分散型電源装置から上記重要負荷に電力を供給する停電対策電源装置において、上記停電事故が所定の時間以上を経過しても回復しないとき、上記分散型電源装置の出力電圧の振幅と位相とを上記分散型電源装置が接続されていない上記給電経路の電圧の振幅と位相とに合わせてから、上記重要負荷に電力を供給する経路を上記分散型電源装置が接続されている給電経路から接続されていない上記給電経路に切り換える。

この発明に係わる停電対策電源装置の効果は、停電時に分散型電源装置から給電する時間が長引く状態のとき上位の構内系統から別途設けられた給電経路からの給電に切り換えることができるように、別途設けられた給電経路の電圧に分散型電源装置からの出力電圧の大きさを揃え、かつ位相を合わせるための制御装置が備えられているので、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ずスムーズに給電経路を切り換えることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる停電対策電源装置が備えられた構内系統のブロック図である。
構内系統１は、連系遮断器２を介して商用系統３に連系されている。また、構内系統１は、電力供給の停止を極力避ける必要がある重要負荷４が接続されている。そして、重要負荷４が接続されている負荷系統５は、２つの給電経路１０、１１を経由して構内系統１から電力が供給されている。

そして、この発明の実施の形態１に係わる停電対策電源装置は、図１に示すように、構内系統１から重要負荷４に電力を供給する２つの給電経路１０、１１、一方の第１の給電経路１０に備えられている分散型電源装置７および停電対策電源装置を制御する制御装置８から構成されている。

第１の給電経路１０は、商用系統３が正常な状態にあるときに構内系統１から負荷系統５に電力を供給する、または分散型電源装置７からの電力供給が可能な時間で停電が復帰するときに分散型電源装置７から負荷系統５に電力を供給する経路である。
他方の第２の給電経路１１は、商用系統３が正常であるが、第１の給電経路１０でケーブル事故が発生したときに構内系統１から負荷系統５に電力を供給する経路である。大半の場合、ケーブル事故が発生すると短時間では復旧することができない。

第１の給電経路１０は、構内系統１から直列に第１の系統側給電遮断器１３、第１の給電経路１０の地絡事故の電流を計測する系統側計器用変流器１４、系統側計器用変流器１４に直列に接続され、系統側から負荷側に電力が給電される第１のケーブル１５、高速に第１の給電経路１０を開閉する高速スイッチ１７、高速スイッチ１７と負荷系統５との間を開閉する第１の負荷側給電遮断器１８、第１の給電経路１０から負荷系統５に流れる電流を計測する負荷側計器用変流器１９、第１のケーブル１５と高速スイッチ１７の間に系統側電圧を計測するための系統側計器用変圧器２０が接続されている。
なお、第１の系統側給電遮断器１３が投入されているとき系統側給電遮断器状態信号ξ_４の論理が「０」になっており、第１の系統側給電遮断器１３が開放されているとき系統側給電遮断器状態信号ξ_４の論理が「１」になっている。

また、第１の給電経路１０は、高速スイッチ１７と第１の負荷側給電遮断器１８との間から電源側計器用変圧器２１、電源側計器用変流器２２および電源側遮断器２３を介して分散型電源装置７が接続されている。

また、系統側計器用変流器１４で計測された地絡電流は地絡方向継電器（ＤＧＲ）２５に入力され、ケーブル１５に地絡事故が発生したとき地絡方向継電器２５からケーブル地絡事故信号が制御装置８に送信される。

また、高速スイッチ１７の開放が完了したとき、高速スイッチ状態信号ξ_１の論理が「１」に変化し、高速スイッチ１７の投入が完了したとき、高速スイッチ状態信号ξ_１の論理が「０」に変化する。

一方、第２の給電経路１１は、構内系統１と第２の給電経路１１を開閉する第２の系統側給電遮断器２７、負荷系統５と第２の給電経路１１との間を開閉する第２の負荷側給電遮断器２８、第２の系統側給電遮断器２７と第２の負荷側給電遮断器２８とを接続する第２のケーブル１６、第２の負荷側給電遮断器２８の構内系統側に第２の給電経路１１の電圧を計測するＢＰ側計器用変圧器２９が備えられている。
ここで、第２の負荷側給電遮断器２８の投入が完了したとき、負荷側給電遮断器状態信号ξ_２の論理が「１」に変化し、第２の負荷側給電遮断器２８の開放が完了したとき、負荷側給電遮断器状態信号ξ_２の論理が「０」に変化する。

分散型電源装置７は、変圧器３１、双方向変換の交直変換装置３２および分散型電源としてのナトリウム−硫黄電池３３から構成されている。

制御装置８は、図１に示すように、重要負荷４に電力を供給する経路を選択する経路選択部３５、交直変換装置３２のＰＷＭ制御において用いられる位相を連系運転するときに第１の給電経路１０の位相に、バイパス運転するときに第２の給電経路１１の位相に同期させる位相調整部３６、自立運転／連系運転／バイパス給電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３７、分散型電源装置７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３８、電力制御部３８からの電流基準値に基づいて電圧基準値を求める交流電流制御部３９、分散型電源装置７の出力電圧が所望の電圧値になるように制御する交流電圧制御部４０、交直変換装置３２のＰＷＭ制御を行うＰＷＭ制御部４１から構成されている。
また、制御装置８は、選択されている経路の電圧が制御ＵＶＲ整定値（Ｖ_ＵＶＲ）より下回ったときに不足電圧信号ζ_１の論理を「０」から「１」に変化する制御ＵＶＲ３０を有する。
なお、制御装置８は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インタフェース回路を具備するコンピュータから構成されている。

次に、経路選択部３５の動作について図２を参照して説明する。図２は、経路選択部３５の制御に関するブロック線図である。
バイパス経路確認部４４は、外部のスイッチをＯＮすることにより入力される第２の給電経路１１の使用を許可するバイパス給電許可信号ξ_３と第１の系統側給電遮断器１３の状態を示す系統側給電遮断器状態信号ξ_４が入力され、バイパス経路使用信号ζ_２３が出力される。そして、バイパス給電許可信号ξ_３と系統側給電遮断器状態信号ξ_４の論理がともに「１」に変化したとき、バイパス経路使用信号ζ_２３の論理が「１」に変化する。
タイマ部４５では、バイパス経路使用信号ζ_２３の論理が「１」に変化すると計時を開始し、計時した時間が所定の時間Ｔ_３を超えたときバイパス選択指令信号ζ_２４の論理が「１」に変化する。
フリップフロップ部４６は、Ｓ端子とＲ端子にそれぞれバイパス選択指令信号ζ_２４と系統側給電遮断器状態信号ξ_４の論理が反転された信号が入力され、Ｑ出力端子から経路選択信号ζ_２０が出力される。フリップフロップ部４６では、Ｓ端子に入力されているバイパス選択指令信号ζ_２４の論理が「１」に変化すると経路選択信号ζ_２０の論理が「１」に変化して保持される。また、Ｒ端子に入力されている信号の論理が「１」に変化すると経路選択信号ζ_２０の論理が「０」に変化して保持される。

次に、位相調整部３６の位相制御について説明する。図３は、位相調整部３６の制御に係わるブロック線図である。
位相調整部３６は、図３に示すように、経路選択信号ζ_２０の論理が「０」のとき第１の給電経路１０の電圧Ｖ_Ｓａ、Ｖ_Ｓｂ、Ｖ_Ｓｃを、また経路選択信号ζ_２０の論理が「１」のとき第２の給電経路１１の電圧Ｖ_Ｂａ、Ｖ_Ｂｂ、Ｖ_Ｂｃを選択してそれを基準３相電圧とするスイッチ５１、基準３相電圧を基準α相電圧Ｖ_Ｍαと基準β相電圧Ｖ_Ｍβとに変換する基準３相／αβ変換部５２、基準α相電圧Ｖ_Ｍαと基準β相電圧Ｖ_Ｍβとを基準ｄ軸電圧Ｖ_Ｍｄと基準ｑ軸電圧Ｖ_Ｍｑとに変換する基準αβ／ｄｑ変換部５３、電圧制御発振器５４から出力される交直変換装置３２の制御用の周波数ｆ_ＰからＰＣＳ位相θをθ＝２πｆ_Ｐｔに基づき求め、基準α相電圧Ｖ_Ｍαと基準ｄ軸電圧Ｖ_Ｍｄとの位相差ΔΘを、ΔΘ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖ_Ｍｑ／Ｖ_Ｍｄ）に従って求める位相差検出部５５、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５４に送られる制御電圧Ｖ_Ｌを求める周波数調整器５６、制御電圧Ｖ_Ｌに基づいて周波数ｆ_Ｐを可変する電圧制御発振器５４から構成されている。

このように、位相のずれを周波数の偏差として補正し、基準３相電圧と交直変換装置３２の出力電圧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を用いて交直変換装置３２のＰＷＭ制御が行われる。

次に、運転モード切替部３７の動作について図４を参照して説明する。図４は、運転モード切替部３７のブロック線図である。
制御ＵＶＲ復帰確認部６１では、不足電圧信号ζ_１の論理が「０」に変化すると、出力信号ζ_２の論理が「１」に変化する。
タイマ部６２では、制御ＵＶＲ復帰確認部６１の出力信号ζ_２の論理が「１」に変化すると計時を開始し、計時した時間が所定の時間Ｔ_１を超えたとき連系操作信号ζ_３の論理が「１」に変化する。

第１のフリップフロップ部６３は、Ｓ端子とＲ端子にそれぞれ不足電圧信号ζ_１と連系操作信号ζ_３が入力される。第１のフリップフロップ部６３では、Ｓ端子に入力されている不足電圧信号ζ_１の論理が「１」に変化するとＱ出力端子の論理が「１」に変化して保持される。また、第１のフリップフロップ部６３では、Ｒ端子に入力されている連系操作信号ζ_３の論理が「１」に変化するとＱ（バー）出力端子の論理が「１」に変化して保持される。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。
さらに、第１のフリップフロップ部６３は、第２の負荷側給電遮断器２８が投入状態にあるときには、Ｑ（バー）出力端子が論理「１」に保持されるように、負荷側給電遮断器状態信号ξ_２と、連系操作信号ζ_３との論理和の信号がＲ端子に入力される。

高速スイッチ開放部６４では、自立指令信号ζ_４の論理が「１」に変化するとそれに連動して、高速スイッチ開放指令信号ζ_６を発信し、その信号が高速スイッチ１７に送信される。
高速スイッチ開放確認部６５は、高速スイッチ開放指令信号ζ_６と高速スイッチ状態信号ξ_１が入力され、高速スイッチ開放信号ζ_７が出力される。そして、高速スイッチ開放指令信号ζ_６と高速スイッチ状態信号ξ_１の論理がともに「１」のとき、高速スイッチ開放信号ζ_７の論理が「１」に変化する。

第２のフリップフロップ部６６は、Ｓ端子とＲ端子にそれぞれ高速スイッチ開放信号ζ_７と連系操作指令信号ζ_１７とが入力される。第２のフリップフロップ部６６では、Ｓ端子に入力されている高速スイッチ開放信号ζ_７の論理が「１」に変化するとＱ出力端子の論理が「１」に変化して保持される。また、第２のフリップフロップ部６６では、Ｒ端子に入力されている連系操作指令信号ζ_１７の論理が「１」に変化するとＱ（バー）出力端子の論理が「１」に変化して保持される。これらの出力がそれぞれ自立中信号ζ_９と連系中信号ζ_１０である。

また、電圧差判断部６７では、基準ｄ軸電圧Ｖ_Ｍｄと電源側ｄ軸電圧Ｖ_Ｐｄとのｄ軸差分ΔＶ_ｄを求め、そのｄ軸差分ΔＶ_ｄが予め定められた閾値Ｖ_ＴＨｄより小さいときｄ軸電圧差零信号τ_３ｄの論理が「１」に変化し、基準ｑ軸電圧Ｖ_Ｍｑと電源側ｑ軸電圧Ｖ_Ｐｑとのｑ軸差分ΔＶ_ｑを求め、そのｑ軸差分ΔＶ_ｑが予め定められた閾値Ｖ_ＴＨｑより小さいときｑ軸電圧差零信号τ_３ｑの論理が「１」に変化する。
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」に変化したとき電圧差零信号τ_３の論理が「１」に変化する。

投入準備確認部６８は、連系指令信号ζ_５と電圧差零信号τ_３が入力され、投入準備完了信号ζ_１１が出力される。そして、連系指令信号ζ_５と電圧差零信号τ_３がともに論理「１」になったとき、投入準備完了信号ζ_１１の論理が「１」に変化する。
タイマ部６９では、投入準備完了信号ζ_１１が入力すると計時を開始し、計時した時間が所定の時間Ｔ_２を超えたとき投入信号ζ_１２の論理が「１」に変化する。
スイッチ７０は、経路選択信号ζ_２０の論理が「０」のとき、本線側、論理「１」のとき、バイパス側に切り換えられる。そして、本線側から投入信号ζ_１２がそのまま高速スイッチ投入指令信号として高速スイッチ１７に送信される。一方、バイパス側から投入信号ζ_１２がそのままバイパス側遮断器投入指令信号として第２の負荷側給電遮断器２８に送信される。
本線連系確認部７１は、高速スイッチ状態信号ξ_１の論理が反転された信号と投入信号ζ_１２が入力され、本線連系確認信号ζ_１５が出力される。そして、高速スイッチ状態信号ξ_１の論理が「０」に変化し、投入信号ζ_１２の論理が「１」に変化したとき、本線連系確認信号ζ_１５の論理が「１」に変化する。
バイパス連系確認部７２は、負荷側給電遮断器状態信号ξ_２と投入信号ζ_１２が入力され、バイパス連系確認信号ζ_１６が出力される。そして、負荷側給電遮断器状態信号ξ_２と投入信号ζ_１２の論理がともに「１」に変化したとき、バイパス連系確認信号ζ_１６の論理が「１」に変化する。
連系確認部７３は、本線連系確認信号ζ_１５とバイパス連系確認信号ζ_１６が入力され、連系操作指令信号ζ_１７が出力される。そして、本線連系確認信号ζ_１５またはバイパス連系確認信号ζ_１６の論理のいずれかが「１」に変化したとき、連系操作指令信号ζ_１７の論理が「１」に変化する。

次に、交直変換装置３２の制御について図５〜図８を参照して説明する。図５は、連系運転中の電力制御部３８、交流電流制御部３９、ＰＷＭ制御部４１のブロック線図である。図６は、自立運転するときの交流電圧制御部４０、ＰＷＭ制御部４１のブロック線図である。図７は、自立運転から第２の給電経路１１を経由しての連系運転に移行するときに電源側電圧を第２の給電経路の電圧に揃える制御を行う交流電圧制御部４０、ＰＷＭ制御部４１のブロック線図である。図８は、自立運転から連系運転に移行するときに電源側電圧を第１の給電経路の電圧に揃える制御を行う交流電圧制御部４０、ＰＷＭ制御部４１のブロック線図である。

交流電流制御部３９には、電力制御部３８からの入力をＯＮ／ＯＦＦする電流基準切替部７５が設けられている。連系中信号ζ_１０の論理が「１」に保持されているときＯＮされる。

また、交流電流制御部３９とＰＷＭ制御部４１の間に、ＰＷＭ制御部４１への入力を切り換える電圧指令値切替部７７が設けられている。連系中信号ζ_１０の論理が「１」に保持されているとき交流電流制御部３９からのｄ軸電圧指令値Ｖ_{ｄＲＥＦｄ}とｑ軸電圧指令値Ｖ_{ｑＲＥＦｑ}とが選択され、自立中信号ζ_９の論理が「１」に保持されているとき交流電圧制御部４０からのｄ軸電圧指令値Ｖ_{ｄＲＥＦｄ}とｑ軸電圧指令値Ｖ_{ｑＲＥＦｑ}とが選択される。

また、交流電圧制御部４０には、ｄ軸電圧差検出部９７とｑ軸電圧差検出部９８への入力を切り換える対象電圧切替部７６が設けられている。自立指令信号ζ_４が入力されているときは、図６示すように、対象電圧切替部７６の（１）が接続され、あらかじめ定められたｄ軸電圧基準Ｖ_ｄＲＥＦとｑ軸電圧基準Ｖ_ｑＲＥＦとを選択し、連系指令信号ζ_５が入力されているときは、図７示すように、対象電圧切替部７６の（２）が接続され、基準電圧から求められた基準ｄ軸電圧Ｖ_Ｍｄと基準ｑ軸電圧Ｖ_Ｍｑとを選択される。

最初に、商用系統３が正常な状況において商用系統３に連系中の停電対策電源装置について説明する。この状況においては、電流基準切替部７５、電圧指令値切替部７７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、有効になっている電力制御部３８、交流電流制御部３９およびＰＷＭ制御部４１のブロック線図を図５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、電源側計器用変圧器２１からの３相の電源側電圧Ｖ_Ｐａ、Ｖ_Ｐｂ、Ｖ_Ｐｃ、電源側計器用変流器２２からの３相の電源側電流Ｉ_Ｐａ、Ｉ_Ｐｂ、Ｉ_Ｐｃが入力されている。
有効電力差検出部８１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８２は、有効電力差分ΔＰを例えば（比例＋積分）演算して、ｄ軸電流基準Ｉ_ｄＲＥＦを求める。
一方、無効電力差検出部８３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８４は、無効電力差分ΔＱを例えば（比例＋積分）演算してｑ軸電流基準Ｉ_ｑＲＥＦを求める。

また、電源側３相／αβ変換部８５は、電源側計器用変流器２２からの電源側電流Ｉ_Ｐａ、Ｉ_ＰＢ、Ｉ_Ｐｃから電源側α相電流Ｉ_Ｐαと電源側β相電流Ｉ_Ｐβを求める。次に、電源側αβ／ｄｑ変換部８６は、電源側α相電流Ｉ_Ｐαと電源側β相電流Ｉ_Ｐβから電源側ｄ軸電流検出値Ｉ_Ｐｄと電源側ｑ軸電流検出値Ｉ_Ｐｑを求める。

また、ｄ軸電流差検出部８７は、ｄ軸電流基準Ｉ_ｄＲＥＦと電源側ｄ軸電流検出値Ｉ_Ｐｄとからｄ軸電流差分ΔＩ_ｄを求める。また、ｑ軸電流差検出部８８は、ｑ軸電流基準Ｉ_ｑＲＥＦと電源側ｑ軸電流検出値Ｉ_Ｐｑとからｑ軸電流差分ΔＩ_ｑを求める。
また、有効電流調整部８９は、ｄ軸電流差分ΔＩ_ｄを例えば（比例＋積分）演算し、その演算結果に電源側ｄ軸電圧Ｖ_Ｐｄを加算してｄ軸電圧基準Ｖ_{ｄＲＥＦｄ}を求める。そして、連系中信号ζ_１０の論理が「１」となっているので、電圧指令値切替部７７を通してｄ軸電圧指令値Ｖ（ハット）_ｄとしてこのｄ軸電圧指令値Ｖ_{ｄＲＥＦｄ}が選択される。
また、無効電流調整部９０は、ｑ軸電流差分ΔＩ_ｑを例えば（比例＋積分）演算し、その演算結果に電源側ｑ軸電圧Ｖ_Ｐｑを加算してｑ軸電圧基準Ｖ_{ｑＲＥＦｑ}を求める。そして、連系中信号ζ_１０の論理が「１」となっているので、電圧指令値切替部７７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。

電源側電圧３相／αβ変換部９１は、電源側計器用変圧器２１からの電源側電圧Ｖ_Ｐａ、Ｖ_Ｐｂ、Ｖ_Ｐｃを電源側α相電圧Ｖ_Ｐαと電源側β相電圧Ｖ_Ｐβに変換する。さらに、電源側電圧αβ／ｄｑ変換部９２は、位相調整部３６にて検出された位相θを用いて、電源側α相電圧Ｖ_Ｐαと電源側β相電圧Ｖ_Ｐβを電源側ｄ軸電圧Ｖ_Ｐｄと電源側ｑ軸電圧Ｖ_Ｐｑに変換する。

次に、ｄｑ／αβ変換部９３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に変換する。さらに、αβ／３相変換部９４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９５は、これら電圧指令値に従って交直変換装置３２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、制御ＵＶＲ３０が動作して不足電圧信号ζ_１が運転モード切替部３７に入力されると、自立指令信号ζ_４が対象電圧切替部７６に入力される。そして、高速スイッチ１７が開放され、自立中信号ζ_９の論理が「１」に変化し、電圧指令値切替部７７に入力される。そこで、この状況において有効になっている交流電圧制御部４０、ＰＷＭ制御部４１の動作について図６を参照して説明する。

ｄ軸電圧差検出部９７は、予め１として定められているｄ軸電圧基準Ｖ_ｄＲＥＦから電源側ｄ軸電圧Ｖ_Ｐｄ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９８は、予め零として定められているｑ軸電圧基準Ｖ_ｑＲＥＦから電源側ｑ軸電圧Ｖ_Ｐｑを減算してｑ軸電圧差分ΔＶ_ｑを算出する。

また、ｄ軸電圧調整部９９は、ｄ軸電圧差分ΔＶ_ｄを例えば（比例＋積分）演算してｄ軸電圧基準Ｖ_{ｄＲＥＦｄ}を算出する。また、ｑ軸電圧調整部１００は、ｑ軸電圧差分ΔＶ_ｑを例えば（比例＋積分）演算してｑ軸電圧基準Ｖ_{ｑＲＥＦｑ}を算出する。
そして、ｄ軸電圧基準Ｖ_{ｄＲＥＦｄ}をそのまま有効電圧指令値Ｖ（ハット）_ｄとする。また、ｑ軸電圧基準Ｖ_{ｑＲＥＦｑ}をそのまま無効電圧指令値Ｖ（ハット）_ｑとする。
このように重要負荷４に対して電圧制御した電力を分散型電源装置７から供給するので、負荷系統５として自立運転することができる。

次に、バイパス給電許可信号ξ_３が入力され、第１の系統側給電遮断器１３が開放されているとき、所定の時間Ｔ_３が経過すると、経路選択信号ζ_２０の論理が「１」に変わって保持される。
基準電圧切換スイッチ５１が第２の給電経路１１側に切り換えられ、第２の給電経路１１側は健全なので、ｄ軸基準電圧Ｖ_Ｍｄとｑ軸基準電圧Ｖ_Ｍｑが制御ＵＶＲ整定値より大きく、不足電圧信号ζ_１の論理が「０」に戻り、連系指令信号ζ_５の論理が「１」に変化して保持される。このとき有効になっている交流電圧制御部４０とＰＷＭ制御部４１の動作について図７を参照して説明する。
基準電圧切換スイッチ５１が第２の給電経路１１側に切り換えられているので、基準３相／αβ変換部５２からバイパスα相電圧Ｖ_Ｂαとバイパスβ相電圧Ｖ_Ｂβが出力される。そして、基準αβ／ｄｑ変換部５３からバイパスｄ軸電圧Ｖ_Ｂｄとバイパスｑ軸電圧Ｖ_Ｂｑが出力される。
そして、対象電圧切替部７６が連系指令側に切り換えられているので、ｄ軸電圧差検出部９７にバイパスｄ軸電圧Ｖ_Ｂｄ、ｑ軸電圧差検出部９８にバイパスｑ軸電圧Ｖ_Ｂｑが入力され、分散型電源装置７からの出力を第２の給電経路１１の電圧に振幅と位相とが合わされる。
このように第２の給電経路１１の電圧に分散型電源装置７の出力を合わせてから第２の負荷側給電遮断器２８を投入するので、投入に伴う電圧の変動を重要負荷４に与えることがない。
そして、第２の負荷側給電遮断器２８が投入されると、第２のフリップフロップ部６６のＲ端子に論理「１」が入力されて、連系中信号ζ_１０の論理が「１」に保持され、電流基準切替部７５、電圧指令値切替部７７のスイッチが切り替わって、元の連系運転状態に戻る。

また、地絡事故が回復して第１の給電経路１０からの給電状態に戻す場合には、手動操作で一般的な無停電切替方法（ループ切り換え方式）により行う。
その操作手順の一例を示すと、まず分散型電源装置７を停止し、第１の負荷側給電遮断器１８を開放する。次に、第１の系統側給電遮断器１３、高速スイッチ１７の順に投入して、第１の負荷側給電遮断器１８を投入して、第２の負荷側給電遮断器２８を開放して、第２の給電経路１１からの給電操作を終了する。
その後、分散型電源装置７を起動して、一連の操作を終了する。

次に、上位系統として商用系統３にて停電が発生し、その後短時間で商用系統３が復電したときの停電対策電源装置の動作について図８を参照して説明する。
第１の給電経路１０から重要負荷４に給電されている。そして商用系統３において停電が発生したとする。
Ｓ１０１で、制御ＵＶＲ３０は、不足電圧信号ζ_１の論理を「１」に変化する。
Ｓ１０２で、連系指令信号ζ_５の論理が「０」に、自立指令信号ζ_４の論理が「１」に変化して保持される。
Ｓ１０３で、高速スイッチ１７が開放される。
Ｓ１０４で、高速スイッチ１７が開放されたことを確認後、自立中信号ζ_９の論理が「１」に変化して保持される。
Ｓ１０５で、分散型電源装置７は、運転が電力制御から電圧制御に切り換えられて、自立運転される。
ここで商用系統３が復電する。
Ｓ１０６で、制御ＵＶＲ３０は、不足電圧信号ζ_１の論理を「０」に変化する。
Ｓ１０７で、所定の時間Ｔ_１が経過後、連系指令信号ζ_５の論理が「１」になり、自立指令信号ζ_４の論理が「０」になる。
Ｓ１０８で、分散型電源装置７の電圧を第１の給電経路１０の電圧に同期する。
Ｓ１０９で、同期が図られたとき、所定の時間Ｔ_２経過後高速スイッチ１７を投入する。
Ｓ１１０で、高速スイッチ１７の投入を確認後、連系中信号ζ_１０の論理が「１」に、自立中信号ζ_９の論理が「０」に変化して保持される。
Ｓ１１１で、分散型電源装置７は、運転が電圧制御から電力制御に切り換えられて、第１の給電経路１０と連系運転される。

次に、第１の給電経路１０の第１のケーブル１５でケーブル事故が発生し、長時間に亘って第１の給電経路１０が回復しないと予測され、第２の給電経路１１からの給電が許可されたときの停電対策電源装置の動作について図９を参照して説明する。
第１の給電経路１０から重要負荷４に給電されているとき、第１のケーブル１５で地絡事故が発生したとする。
Ｓ２０１で、地絡方向継電器２５が動作して、第１の系統側給電遮断器１３が開放され、第１の給電経路１０が停電する。
Ｓ２０２で、制御ＵＶＲ３０は、不足電圧信号ζ_１の論理を「１」に変化する。
Ｓ２０３で、連系指令信号ζ_５の論理が「０」に、自立指令信号ζ_４の論理が「１」に変化して保持される。
Ｓ２０４で、高速スイッチ１７が開放される。
Ｓ２０５で、高速スイッチ１７が開放されたことを確認後、自立中信号ζ_９の論理が「１」に変化して保持される。
Ｓ２０６で、分散型電源装置７は、運転が電力制御から電圧制御に切り換えられて、自立運転される。
Ｓ２０７で、第１の系統側給電遮断器１３が開放され、かつ第１のケーブル１５の復旧に時間が掛かると推定され、第２の給電経路１１からの給電が許可されると、経路選択信号の切り換えが行われて、第１の給電経路１０の電圧から第２の給電経路１１の電圧に切り換えられる。
Ｓ２０８で、制御ＵＶＲ３０に入力される電圧が第２の給電経路１１の電圧になるので、不足電圧信号ζ_１の論理を「０」に変化する。
Ｓ２０９で、所定の時間Ｔ_１が経過後、連系指令信号ζ_５の論理が「１」になり、自立指令信号ζ_４の論理が「０」になる。
Ｓ２１０で、分散型電源装置７の電圧を第２の給電経路１１の電圧に同期する。
Ｓ２１１で、同期が図られたとき、所定の時間Ｔ_２経過後第２の負荷側給電遮断器２８を投入する。
Ｓ２１２で、第２の負荷側給電遮断器２８の投入を確認後、連系中信号ζ_１０の論理が「１」に、自立中信号ζ_９の論理が「０」に変化して保持される。
Ｓ２１３で、分散型電源装置７は、運転が電圧制御から電力制御に切り換えられて、第２の給電経路１１と連系運転される。

このような停電対策電源装置は、停電時に分散型電源装置から給電する時間が長引く状態のとき上位の構内系統から別途設けられた給電経路からの給電に切り換えることができるように、別途設けられた給電経路の電圧に分散型電源装置からの出力電圧の大きさを揃え、かつ位相を同期するための制御装置が備えられているので、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ずスムーズに給電経路を切り換えることができる。

そして、別途設けられた給電経路から重要負荷に給電することにより、分散型電源装置の貯えられている電力を使い切ったために起こる重要負荷の停電を防ぐことができる。
この発明に係わる停電対策電源装置は、上位の構内系統からの複数の給電経路を停電の状況に基づき切り換える手段を新たに分散型電源装置を制御する制御装置に備えたので、従来切り換えることのできなかった複数の給電経路を用いて信頼性のより高い停電対策を実現することができる。

実施の形態２．
図１０は、この発明の実施の形態２に係わる停電対策電源装置が備えられている構内系統のブロック図である。図１１は、実施の形態２に係わる位相調整部のブロック図である。図１２は、実施の形態２に係わる運転モード切替部のブロック図である。
実施の形態２に係わる停電対策電源装置は、実施の形態１に係わる停電対策電源装置と第２の負荷側給電遮断器２８を投入する信号が同期検定器９から発せられることが異なっており、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同様な部分の説明は省略する。
同期検定器９は、負荷系統計器用変圧器２６からの負荷系統側電圧とＢＰ側計器用変圧器２９からの第２の給電経路の電圧との位相が一致したとき、第２の負荷側給電遮断器２８にＢＰ側遮断器投入指令信号を送信する。

そして、実施の形態１と同様に、制御ＵＶＲ３０が動作すると、高速スイッチ開放信号ζ_７が発せられ、分散型電源装置７は自立運転に移行する。
位相調整部３６Ｂは、図１１に示すように、経路選択信号ζ_２０の論理が「１」に変化して保持されると、スイッチ５７がＯＮされて、交直変換装置３２をＰＷＭ制御する基準周波数５０Ｈｚに０．１Ｈｚが加算され、電源側電圧の周波数が５０Ｈｚに対して位相が進み、１０秒毎に第２の給電経路の周波数の位相に同期が図られるので、同期検定器９はその同期がとれたとき、第２の負荷側給電遮断器２８にＢＰ側遮断器投入指令信号が送られる。

また、運転モード切替部３７Ｂは、図１２に示すように、経路選択信号ζ_２０の論理が「１」に変化したとき、同期検定器９の動作を開始して、分散型電源装置７の出力電圧が第２の給電経路１１の電圧に同期したとき、同期検定器９より第２の負荷側給電遮断器２８を投入することが異なっており、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、同様な部分の説明は省略する。

同期検定器投入指令部７４は、経路選択信号ζ_２０と連系操作信号ζ_３が入力され、いずれか一方の論理が「１」のとき、論理「１」に変化する出力信号が発せられ、そのとき、第１のフリップフロップ部６３のＱ（バー）出力端子の論理が「１」に変化して保持される。
さらに、第１のフリップフロップ部６３は、第２の負荷側給電遮断器２８が投入状態にあるときには、Ｑ（バー）出力端子が論理「１」に保持されるように、負荷側給電遮断器状態信号ξ_２と、同期検定器投入指令部７４からの信号との論理和の信号がＲ端子に入力される。
また、スイッチ７０は、経路選択信号ζ_２０により切り換えられ、経路選択信号ζ_２０の論理が「１」のとき、バイパス側に切り換えられる。そして、第１のフリップフロップ部６３のＱ（バー）出力端子の論理が「１」に変化して保持されると、同期検定器動作信号ζ_２５を同期検定器９に送信される。この同期検定器動作信号ζ_２５に基づいて同期検定器９が動作を開始し、第１の給電経路１１の電圧と負荷系統５の電圧との位相が合ったとき、第２の負荷側給電遮断器２８にＢＰ側遮断器投入指令信号を送信する。そして、第２の負荷側給電遮断器２８の投入が完了すると、負荷側給電遮断器状態信号ξ_２の論理が「１」に変化する。その結果、連系中信号ζ_１０の論理が「１」に変化して保持され、電圧制御から電力制御に切り換えられる。

この発明の実施の形態１に係わる停電対策電源装置が備えられた構内系統のブロック図である。 図１の経路選択部の制御に係わるブロック線図である。 図１の位相調整部の制御に係わるブロック線図である。 図１の運転モード切替部の制御に係わるブロック線図である。 連系運転中の電力制御部、交流電流制御部、ＰＷＭ制御部のブロック線図である。 自立運転中の交流電圧制御部、ＰＷＭ制御部のブロック線図である。 自立運転から第２の給電経路を用いた連系運転に移行するときに電源側電圧を第２の給電経路の電圧に揃える制御を行う交流電圧制御部、ＰＷＭ制御部のブロック線図である。 商用系統にて停電が発生し、その後短時間で商用系統が復電したときの停電対策電源装置の動作を示すフローチャートである。 第１の給電経路の第１のケーブルでケーブル事故が発生し、長時間に亘って第１の給電経路が回復しないと予測され、第２の給電経路からの給電が許可されたときの停電対策電源装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係わる停電対策電源装置が備えられた構内系統のブロック図である。 図１０の位相調整部の制御に係わるブロック線図である。 図１０の運転モード切替部の制御に係わるブロック線図である。

符号の説明

１ 構内系統、２ 連系遮断器、３ 商用系統、４ 重要負荷、５ 負荷系統、７ 分散型電源装置、８ 制御装置、９ 同期検定器、１０、１１ 給電経路、１３、２７ 系統側給電遮断器、１４、１９、２２ 計器用変流器、１５、１６ ケーブル、１７ 高速スイッチ、１８、２８ 負荷側給電遮断器、２０、２１、２６、２９ 計器用変圧器、２３ 電源側遮断器、２５ 地絡方向継電器、３１ 変圧器、３２ 交直変換装置、３３ ナトリウム−硫黄電池、３５ 経路選択部、３６、３６Ｂ 位相調整部、３７、３７Ｂ 運転モード切替部、３８ 電力制御部、３９ 交流電流制御部、４０ 交流電圧制御部、４１ ＰＷＭ制御部、４４ バイパス経路確認部、４５、６２、６９ タイマ部、４６、６３、６６ フリップフロップ部、５１、５７、７０ スイッチ、５２ 基準３相／αβ変換部、５３ 基準αβ／ｄｑ変換部、５４ 電圧制御発振器、５５ 位相差検出部、５６ 周波数調整器、６１ 制御ＵＶＲ復帰確認部、６４ 高速スイッチ開放部、６５ 高速スイッチ開放確認部、６７ 電圧差判断部、６８ 投入準備確認部、７１ 本線連系確認部、７２ バイパス連系確認部、７３ 連系確認部、７４ 同期検定器投入指令部、７５ 電流基準切替部、７６ 対象電圧切替部、７７ 電圧指令値切替部、８１ 有効電力差検出部、８２ 有効電力調整部、８３ 無効電力差検出部、８４ 無効電力調整部、８５ 電源側３相／αβ変換部、８６ 電源側αβ／ｄｑ変換部、８７ ｄ軸電流差検出部、８８ ｑ軸電流差検出部、８９ 有効電流調整部、９０ 無効電流調整部、９１ 電源側電圧３相／αβ変換部、９２ 電源側電圧αβ／ｄｑ変換部、９３ ｄｑ／αβ変換部、９４ αβ／３相変換部、９５ ゲートパルス発生部、９７ ｄ軸電圧差検出部、９８ ｑ軸電圧差検出部、９９ ｄ軸電圧調整部、１００ ｑ軸電圧調整部。

Claims (2)

1. 複数の給電経路の１つに電力が貯えられている分散型電源装置が接続され、電力系統から上記複数の給電経路の１つを介して重要負荷への電力を供給し、上記分散型電源装置が接続されている接続点より上記電力系統側の給電経路に停電事故が発生したとき上記分散型電源装置から上記重要負荷に電力を供給する停電対策電源装置において、
   上記停電事故が所定の時間以上を経過しても回復しないとき、上記分散型電源装置の出力電圧の振幅と位相とを上記分散型電源装置が接続されていない上記給電経路の電圧の振幅と位相とに合わせてから、上記重要負荷に電力を供給する経路を上記分散型電源装置が接続されている給電経路から接続されていない上記給電経路に切り換えることを特徴とする停電対策電源装置。
2. 上記分散型電源装置は、上記停電事故が所定の時間以上を経過しても回復しないとき、上記分散型電源装置の出力電圧の周波数を所定の値だけ増減し、
   上記分散型電源装置の出力電圧と上記分散型電源装置が接続されていない給電経路の電圧との位相が同期したとき、上記分散型電源装置が接続されている給電経路から上記接続されていない給電経路に電力を供給する経路を切り換える同期検定器が備えられていることを特徴とする請求項１に記載する停電対策電源装置。

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