JP2007259564A

JP2007259564A - 分散型電源システム

Info

Publication number: JP2007259564A
Application number: JP2006079112A
Authority: JP
Inventors: Mikisuke Fujii; 幹介藤井
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】系統連系スイッチとして、機械式または自己消弧できない半導体スイッチを用いた場合でも、事故発生時の電流を減少させ限流リアクトルの小型化を図る。
【解決手段】機械式または自己消弧できない半導体スイッチ３に対し、並列に転流回路１５を、また直列に限流リアクトル１６を接続するとともに、停電発生後は、電力変換器８の出力電圧を系統連系点での電圧検出値を初期値として、定格値などの一定値までランプ状に変化させることにより、事故電流を減少させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力系統に対し系統連系スイッチを介して接続した負荷と並列に接続され、電力系統と連系運転を行なう電力変換器と、この電力変換器の直流側に接続された充放電可能な直流電源とからなる分散型電源システムにおいて、特に系統連系スイッチとして機械式または自己消弧能力のない半導体を用いた分散型電源システムに関する。

図４に、例えば特許文献１に記載の分散型電源システム例を示す。
同図では、電力系統１に対し、機械式スイッチからなる系統連系スイッチ３を介して負荷２が接続されている。また、負荷２と並列に電力変換器４が接続され、さらに電力変換器４の直流側には充放電可能な直流電源５が接続されている。
電力系統１が正常のときは系統連系スイッチ３は閉成（オン）しており、負荷２に対し電力を供給する。これと同時に、電力変換器４は直流電源５の充電または放電動作を行なう。

電力変換器制御回路８は、変換器電流検出器６で検出される電流値が電流基準値発生回路７に設定される電流と一致するように、電力変換器４が出力すべき電圧を決定する。すなわち、電力変換器制御回路８は決定した電圧からＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成し、ゲートドライブ回路９に与えることにより電力変換器４を動作させ、直流電源５を充放電動作させる。なお、この状態を連系運転モ−ドと呼ぶ。

一方、電力系統１に電圧低下や停電等の異常が発生すると、系統連系スイッチ３は開放（オフ）され、負荷２には直流電源５から電力変換器４を通して電力を供給する。このとき、電力変換器制御回路８は負荷電圧検出器１０の検出値が、電圧指令値発生回路１１に設定された電圧値と一致するような電圧指令値を発生させ、これを基に生成したＰＷＭ信号をゲートドライブ回路９に与えることにより電力変換器４を動作させ、負荷２に電力を供給する。この状態を、自立運転モ−ドと呼ぶ。

ところで、上記のような電源システムが、連系運転モ−ドにある状態で電力系統１に異常が発生した時点から、系統電圧異常検出器１２が電力系統１の異常を検出し、その検出信号が連系スイッチ制御回路１３に入力されて系統連系スイッチ３がオフし、自立運転モ−ドに移行するまでの時間を切替え時間と言うが、この切替え時間は負荷２に影響を与えない時間範囲内に抑えることが要求される。

以上のように、図４に示すものでは機械式や自己消弧能力のない半導体スイッチ（例えばサイリスタ）を系統連系スイッチとして使用した場合でも、上記切替え時間を自己消弧能力のある半導体スイッチを使用した場合と同等にするため、連系スイッチ電流検出器１４によって連系スイッチ３に流れる電流を検出し、その出力を電力変換器制御回路８に入力することにより、連系スイッチ３に流れる電流が速やかに０になるように、電力変換器４の電圧指令値を制御するようにしている。

しかしながら、上述の方法は系統短絡事故が生じた場合に、原理的に負荷電圧が０になることにより、系統連系スイッチの電流を０にするため、図９（ａ）に示すＪＥＣ（電気学会電気規格調査会標準規格）−２４３３で定められた出力電圧過渡変動特性クラス２を満足できず、図９（ｂ）に示すクラス３しか満足できないため（クラス３より２の方が電圧変動幅が小さくなっており、その分だけ電圧変動に敏感な負荷にも適用できることになる。）、適用可能な範囲が限定されるという問題がある。

そこで、出願人は先に以下に説明するような出願をしている（特願２００６−０７６１７２号：提案方式とも言う）。
図５はその提案方式を示す構成図である。図示のように、系統連系スイッチ３に転流回路１５を並列接続し、限流リアクトル１６を直列接続して構成する。この転流回路は例えば図６のように、充電器２０により充電される共振コンデンサ１９と共振リアクトル１８と投入スイッチ１７との直列回路からなり、系統連系スイッチ３がオフするときに投入スイッチ１７をオンすることにより共振電流を発生させ、その電流と既に系統連系スイッチ３に流れていた電流の和が０になるとき、系統連系スイッチ３が切れるようになっている。

図６の動作タイミングを図７に示す。
停電発生により、系統電圧異常検出器１２は停電を検知し、停電検知信号を出力する。これにより、連系スイッチ制御回路１３は、遮断器開指令を系統連系スイッチ３に出力する。また、投入スイッチ制御回路２２は、停電検知信号を受けて転流回路オン指令を出力し、これにより転流動作を開始する。

一方、電力変換器４は従来例と同様に、停電前は連系運転モ−ド、停電後は自立運転モ−ドに切り替わるが、切替え時間は特に設けずに、停電検知信号を受信した後は通常の自立運転モ−ドに入る。したがって、系統連系スイッチがオフするまでは等価的に図８（ａ）に示す回路状態となり、また転流回路がオフするまでは図８（ｂ）に示す回路状態となる。このいずれの状態においても、電力変換器４が装置仕様を超過するような過電流状態とならないようにするため、十分な値の限流リアクトル１６を用いる。

特許第３４０６８３５号明細書

上記提案方式において、連系運転モ−ドから自立運転モ−ドへと直接切替えを行なうと、図８（ａ）に示す回路状態において、電力変換器４が出力する電流が大きくなるため、過電流を防止するために過大なリアクトルを必要とし、損失や費用の面でデメリットが大きくなるという問題が発生する。
したがって、この発明の課題は、限流リアクトルを用いる分散電源システムにおいて、系統事故発生時の出力電圧過渡変動特性クラス２を満足させつつ、限流リアクトルの小型化を図ることにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、通常時には機械式または自己消弧能力のない半導体を用いた系統連系スイッチを介して電力系統から負荷に電力を供給し、停電時には前記スイッチを介して負荷に並列に接続された自励式変換装置を介しエネルギー蓄積要素から電力を供給する分散型電源システムにおいて、
前記系統連系スイッチには交流リアクトルを直列に接続するとともに転流回路を並列に接続し、停電発生時には、前記転流回路により前記系統連系スイッチを遮断し、前記エネルギー蓄積要素から電力を供給する自励式変換装置の出力電圧を、系統連系点電圧に基づく電圧検出値を初期値として定格値を含む一定値まで時間変化させることを特徴とする。

この発明によれば、分散型電源システムにおいて、特に系統連系スイッチとして機械式またはサイリスタなどの自己消弧能力を持たない安価で過負荷耐量の大きい半導体スイッチを使用した場合に、提案方式では短絡事故発生時にＪＥＣが定める出力電圧過渡変動をクラス２にするためには非常に大きな限流リアクトルを必要とするが、この発明によればこのリアクトルを小型化できるので、より効率の高い低コストのシステムを実現することが可能となる。

図１はこの発明の実施の形態を示す構成図である。図４，図５と同じものについてはその説明を省略し、以下では主として異なる部分について説明する。
図５に示す提案方式との相違は系統電圧検出器２３を設け、その出力を電圧指令値発生回路１１に入力する点にある。従って、電圧指令値発生回路１１の内部構成も提案方式とは異なることになる。なお、電圧指令値発生回路１１により生成された電圧振幅指令３１は、制御回路８に入力される。

電圧指令値発生回路１１は図２に示すように、３相２相変換器２５，２乗演算器２６，平方根演算器２７，変化率制限リミッタ２９，最大，最小値制限リミッタ３０およびサンプルホールド回路３２などから構成される。２４は電圧検出器２３の出力である系統電圧値、２８は停電検知信号、３１は電圧指令値発生回路１１の出力である電圧振幅指令をそれぞれ示す。

系統電圧値２４は３相２相変換器２５に入力され、そのα相成分，β相成分を２乗演算器２６によりそれぞれ２乗し、それらを加算した後に平方根演算器２７に入力することにより、電圧振幅瞬時値を得る。この瞬時値は、停電検知信号２８がアクティブになったときに、サンプルホールド回路３２でサンプルホールドされる。
一方、停電検知信号２８は検知時に「１」になる信号で、これを変化率制限リミッタ２９に入力することにより、ある傾きをもつ０から１へ変化する信号を得ることができる。そして、この信号に上記サンプルホールド回路３２の出力を加算し、最大，最小値制限リミッタ３０に入力することで、電圧振幅指令３１を得ることができる。

上記電圧振幅指令３１は図３に示すように、停電検知前は停電によって系統電圧が低下するのに従って低下し、停電検知後はある傾きを持って増加して定格値（または、これと同等の一定値）である１００％に至る。変換器制御回路８は、この電圧振幅指令３１と従来例と同じ電圧位相情報とを用い、自立運転時の電圧指令値を演算する。

この発明の実施の形態を示すブロック図図１の電圧指令値発生回路の詳細を示すブロック図図１，図２での電圧指令変化を説明する説明図従来例を示すブロック図提案方式を示すブロック図図５の転流回路の具体例を示すブロック図図６の動作説明図転流回路が投入され、オフするまでを示す等価回路図出力電圧過渡変動特性クラス２，３を示す特性図

符号の説明

１…電力系統、２…負荷、３…系統連系スイッチ、４…電力変換器、５…直流電源、６…変換器電流検出器、７…電流基準値発生回路、８…変換器制御回路、９…ゲートドライブ回路、１０…負荷電圧検出器、１１…電圧指令値発生回路、１２…系統電圧異常検出器、１３…連系スイッチ制御回路、１４…連系スイッチ電流検出器、１５…転流回路、１６…限流リアクトル、１７…投入スイッチ、１８…共振リアクトル、１９…共振コンデンサ、２０…コンデンサ充電回路、２１…負荷電流検出器、２２…投入スイッチ制御回路、２３…系統電圧検出器、２５…３相２相変換器、２６…２乗演算器、２７…平方根演算器、２９…変化率制限リミッタ、３０…最大，最小値制限リミッタ、３２…サンプルホールド回路。

Claims

通常時には機械式または自己消弧能力のない半導体を用いた系統連系スイッチを介して電力系統から負荷に電力を供給し、停電時には前記スイッチを介して負荷に並列に接続された自励式変換装置を介しエネルギー蓄積要素から電力を供給する分散型電源システムにおいて、
前記系統連系スイッチには交流リアクトルを直列に接続するとともに転流回路を並列に接続し、停電発生時には、前記転流回路により前記系統連系スイッチを遮断し、前記エネルギー蓄積要素から電力を供給する自励式変換装置の出力電圧を、系統連系点電圧に基づく電圧検出値を初期値として定格値を含む一定値まで時間変化させることを特徴とする分散型電源システム。