JP2008187837A - 系統連系装置及び系統連系システム - Google Patents

Abstract

【課題】系統連系装置が連系する配電系統及び他の配電系統で発生した停電の状態に応じて、単独運転を防止しつつ、電源装置の利用効率を向上させるとともに、停止による悪影響を回避し、電源装置を保護することが可能な系統連系装置及び系統連系システムを提供する。
【解決手段】本発明に係る系統連系装置は、電源装置からの電力を所定の交流電力に変換し、電源装置を配電系統に連系して負荷に給電する系統連系装置であって、停電の状態を示す停電状態情報を含む停電情報を受信する受信部と、停電状態情報に基づいて、配電系統から解列し、電源装置から負荷に給電する自立運転を行う運転制御部とを具備する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電源装置からの電力を所定の交流電力に変換し、電源装置を配電系統に連系して負荷に給電する系統連系装置及び系統連系システムに関する。

従来、一般家庭において、太陽光発電装置、風力発電装置、エンジン発電装置等の発電装置を電源装置とし、当該電源装置を商用の配電系統に連系して、負荷に電力を供給する系統連系システムが提案されている。

ここで、上述した系統連系システムでは、配電系統側で停電が発生した際、単独運転状態となり、電源装置から配電系統に電力が逆潮流する場合がある。そこで、配電系統の保全作業時の安全を確保するため、系統連系システムでは、電源装置が単独運転状態に移行した際に生じる位相又は周波数等の変化を検出して、単独運転状態を検出するように構成されている。そして、系統連系システムは、当該単独運転状態を検出した際に、分散電源を停止するか、又は配電系統から解列して単独運転を防止している。

しかし、一定範囲の配電系統に複数の電源装置が連系され、例えば、当該電源装置から供給される電力と、配電系統内の負荷の消費電力とが釣り合っていた際には、配電系統に停電が発生したにもかかわらず、単独運転状態を検出できない場合がある。

この対策のため、近年では、「転送遮断方式」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。「転送遮断方式」を適用した系統連系システムでは、配電系統の停電発生時に、配電系統に設けられた転送遮断装置から、停電発生を通知するための停電情報を受信し、これに応じて、電源装置の運転を停止することで、単独運転を防止するように構成されている。
特開２００５−１９８４４６号公報

しかしながら、上述した「転送遮断方式」を適用した系統連系システムでは、電源装置が運転可能な状態であるにもかかわらず、配電系統側の転送遮断装置からの停電情報に応じて、電源装置の運転を完全に停止させなければならないため、電源装置の利用効率が低減するという問題があった。

特に、電源装置が、再起動に時間を要する燃料電池である場合、短時間（例えば、５分程度）の停電であっても運転を完全に停止し、復電後の再起動に長時間（例えば、３０分程度）かかってしまうため、電源装置の利用効率が大きく低減していた。

また、電源装置によっては、急停止により悪影響を受けるものもある。例えば、燃料電池については、急停止させると発電モジュールの劣化を促進させてしまう。他にも、エンジン発電装置等の中でも回転慣性の大きなものについては、急停止のための、エンジンブレーキによる燃料消費の増大、機械式ブレーキの磨耗といった悪影響を受ける。したがって、極力急停止を回避して、電源装置を保護することが望ましい。

そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、系統連系装置が連系する配電系統及び他の配電系統で発生した停電の状態に応じて、単独運転を防止しつつ、電源装置の利用効率を向上させることが可能な系統連系装置及び系統連系システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、電源装置（電源装置１１０）からの電力を所定の交流電力に変換し、前記電源装置を配電系統（配電系統Ｘ）に連系して負荷に給電する系統連系装置（系統連系装置１０２）であって、停電の状態を示す停電状態情報を含む停電情報を受信する受信部（通信部１４１）と、前記停電状態情報に基づいて、前記配電系統から解列すると共に、前記電源装置から前記負荷に給電する自立運転を行う運転制御部（運転制御部１４４）とを具備することを要旨とするものである。

かかる特徴によれば、系統連系装置が連系する配電系統又は他の配電系統に停電が発生した際、停電の状態を示す停電状態情報に応じて、配電系統から電源装置を解列すると共に、電源装置から負荷に給電する自立運転を行う。よって、かかる特徴によれば、系統連系装置が連系する所定の配電系統及び他の配電系統で発生した停電の状態に応じて、解列することで単独運転を防止しつつ、電源装置の利用効率を向上させるとともに、停止による悪影響を回避し、電源装置を保護することができる。

本発明第２の特徴は、第１の特徴に係り、前記停電状態情報は、停電が発生した要因を示す要因情報であり、前記停電情報に停電状態情報として含まれる要因情報が、所定の要因情報である場合、前記自立運転を行うことを要旨とするものである。

かかる特徴によれば、系統連系システムは、停電情報に含まれる要因情報が、所定の要因情報である場合、自立運転を実行する。よって、様々な停電の要因に応じて、適切に自立運転を実行することができる。

本発明第３の特徴は、第１又は第２の特徴に係り、前記停電状態情報は、停電時間を示す停電時間情報と、停電が発生した配電系統の識別情報とであり、前記運転制御部は、前記停電情報に停電状態情報として含まれる前記配電系統の識別情報が、系統連系装置が連系している前記配電系統の識別情報であり、かつ前記停電時間情報が所定の閾値未満である場合、前記自立運転を行うことを要旨とするものである。

かかる特徴によれば、系統連系装置が連系する配電系統に停電が発生した際、所定の時間未満であれば、解列すると共に、電源装置を停止せずに稼動を継続する。よって、系統連系装置が連系する所定の配電系統及び他の配電系統で発生した停電の状態に応じて、解列することで単独運転を防止しつつ、電源装置の利用効率を向上させるとともに、停止による悪影響を回避し、電源装置を保護することができる。

また、本発明第４の特徴は、第１乃至第３のいずれかの特徴に係り、前記負荷は、優先順位が設けられた複数の負荷であり、前記運転制御部は、前記自立運転を行う場合、前記優先順位の高い負荷に給電することを要旨とするものである。かかる特徴によれば、系統連系装置は、自立運転を行う場合、優先順位の高い負荷をのみを給電先として制御するので、停電時においても重要負荷を停止することなく継続して運転することができる。

また、本発明第５の特徴は、系統連系システムが、電源装置と、第１乃至第４のいずれかの特徴に係る系統連系装置とを具備することを要旨とするものである。

本発明の特徴によれば、系統連系装置が連系する配電系統及び他の配電系統で発生した停電の状態に応じて、単独運転を防止しつつ、電源装置の利用効率を向上させるとともに、停止による悪影響を回避し、電源装置を保護することが可能な系統連系装置及び系統連系システムを提供することができる。

本発明の実施形態について説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。

（本発明の実施形態に係る電力系統の全体概略構成）
図１には、本実施形態に係る電力系統の全体概略構成が示されている。図１に示すように、変電所１は、複数の配電系統Ａ乃至Ｘを配下に有しており、当該配電系統Ａ乃至Ｘに、高圧送電線からの電力を供給する。また、変電所１には、停電管理装置（転送遮断装置）１０を備えている。

停電管理装置１０は、各配電系統Ａ乃至Ｘのいずれかにおいて、停電が発生した際、転送遮断方式として各配電系統Ａ乃至Ｘのすべてに対して通知する。具体的に、停電管理装置１０は、変電所１の配下の配電系統Ａ乃至Ｘのいずれかにおいて、落雷等により停電が発生した場合、各配電系統Ａ乃至Ｘ内のすべての電源装置に、停電が発生したことを通知する停電情報を送信する。ここで、本実施形態に係る停電情報には、少なくとも図２に示す一つ又は複数の情報が停電の状態を示す停電状態情報として含まれている。「発生箇所」（識別情報）は、配電系統の識別情報を示す。「要因」（要因情報）は、停電となった要因を示す。「停電時間」（停電時間情報）は、停電が開始した時間から復電する時刻や、停電している時間等を示す。

また、図３に示すように、停電情報は、停電発生時ｔ０から、時間ｔａ乃至ｔｂの時間経過と共に、停電状態情報を更新させて送信される場合もある。なお、停電情報には、上述した以外にも、停電状態情報として次のような情報が含まれている。

１、稼動情報
・「停電あり／なし」：停電が発生しているか（遮断中か）否かを示す。

２、地区情報
・「事業者情報」：電力を供給する事業者を示す（例えば、関西電力）。

３．特定情報
・「エリア情報」：停電が発生した地域を示す（例えば、大阪府枚方市）。

・「対象機種」：停電の対象となる電源装置の機種（例えば、燃料電池、風力発電装置）
また、図１の例では、停電管理装置１０は、配電系統Ｘに対して、信号回線１６を介して、停電情報を送信する。なお、図１の例では、配電系統Ａにおいて落雷により停電が発生しているイメージが示されている。

配電系統Ｘでは、備えている送電線１５を介して、電力需要家である需要家１００ａ乃至ｃに電力が供給される。

需要家１００ａ乃至ｃは、例えば、電源装置を備える一般家庭等であり、備えられている電源装置は、配電系統Ｘに連系している。また、需要家１００ａ乃至ｃは、信号回線１６を介して、停電管理装置１０から送信される停電情報を受信する。なお、信号回線１６は、送電線１５を用いた電力線通信、電話回線、光ファイバー等の有線回線によって構成されていてもよいし、携帯電話、無線ＬＡＮ等の無線回線によって構成されていてもよい。また、ＢＳ、ＣＳ、ＴＶ、ラジオ、電波時計等、電波による配信もこれに含まれる。一般に、電波は、広域を対象とした配信であるが、停電情報に、前記「事業者情報」、「エリア情報」が含まれているため、特定のエリア内の電源装置に限定して配信しているのと同様の効果がある。

（本実施形態に係る需要家の構成）
次に、電源装置を備える需要家１００ａ乃至ｃの構成について説明する。なお、需要家１００ａ乃至ｃにおける配電構成は、略同様の構成であるため、需要家１００ａに着目して説明する。

図４は、需要家１００ａの構成を示すブロック図である。図４に示すように、需要家１００ａには、配電系統Ｘから単相三線式の交流電圧が供給される。また、需要家１００ａには、電源装置１１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０と、インバータ１３０と、制御部１４０と、系統連系遮断ブレーカＣＢ１と、一般負荷Ｗｂ０乃至Ｗｂ３と、連系リレーＲｙ１乃至Ｒｙ３と、リレーＲｙ４を備えている。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０と、インバータ１３０と、制御部１４０と、連系リレーＲｙ１とによって、系統連系装置１０２が構成される。また、系統連系装置１０２と、電源装置１１０とによって、系統連系システム１０１が、構成される。

また、当該本実施形態に係る系統連系システム１０１は、電源装置１１０を備える需要家１００ａに設けられ、変電所１から電力を給電する複数の配電系統Ａ乃至Ｘにおいて、電源装置１１０を配電系統Ｘ（所定の配電系統）に連系する。また、系統連系システム１０１は、連系する配電系統Ｘに停電が発生した際には、電源装置を配電系統Ｘから解列する。ここで、系統連系状態とは、変電所１の配下の電力系統に需要家１００ａ内の電源装置を電気的に接続している状態を指し、単独運転状態とは、変電所１からの給電が停止した際に、需要家１００ａ内の系統連系システム１０１が、負荷に給電している状態を指す。

電源装置１１０は、太陽光発電システム、燃料電池発電システム等の直流発電装置を想定している。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、電源装置１１０から出力された出力電圧を所望の電圧値の直流電圧に変換してインバータ１３０へ出力する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、制御部１４０の制御に従って、直流負荷である一般負荷Ｗｂ０に直流電力を出力する。

インバータ１３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０から出力された直流電圧を交流電圧（例えば、ＡＣ２００Ｖ）に変換して出力する。また、インバータ１３０は、変換する交流電圧を、配電系統Ｘから供給される商用の交流電圧と略等しくして出力する。また、インバータ１３０は、交流電圧を出力する際、制御部１４０の指示により、電圧型電流制御と電圧型電圧制御とを切り替えて出力する。

制御部１４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０と、インバータ１３０と、連系リレーＲｙ１乃至Ｒｙ３とリレーＲｙ４と接続する。また、制御部１４０は、停電管理装置１０から送信された停電情報を受信し、受信した停電情報に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の出力先の切り替えや、インバータ１３０の出力変換制御や、連系リレーＲｙ１乃至Ｒｙ３とリレーＲｙ４との開閉制御等を行う。また、制御部１４０は、一般負荷Ｗｂ０乃至Ｗｂ３と接続し、一般負荷Ｗｂ０乃至Ｗｂ３から消費電力等を通知させる。

系統連系遮断ブレーカＣＢ１は、過電流を検出して開放し、送電線１５等の配線を保護する。

一般負荷Ｗｂ０乃至Ｗｂ３は、負荷となる家電製品等である。また、本実施形態において、一般負荷Ｗｂ０は、直流負荷であり、例えば、蓄電装置や融雪ヒータ等である。また、一般負荷Ｗｂ１乃至Ｗｂ３は、交流負荷であり、例えば、冷蔵庫、ＰＣサーバ、交流ヒータ装置、照明装置、ＴＶ、エアコン等である。また、通常、一般負荷Ｗｂ１乃至Ｗｂ３では、インバータ１３０から出力された交流電圧と配電系統Ｘから供給される交流電圧との双方にて駆動される。また、本実施形態において、複数の一般負荷Ｗｂ０乃至Ｗｂ３には、予め優先順位が設けられている。

具体的に、一般負荷Ｗｂ１が優先順位の最も高い、例えば、ＰＣサーバや冷蔵庫である。また、交流負荷である一般負荷Ｗｂ１乃至Ｗｂ３は、優先順位に応じて、配置される。具体的に、図４に示すように、優先順位に応じて、電源装置１１０側から配電系統Ｘ側に向かう配線に接続するように配置される。また、優先順位に応じて、例えば、一般負荷Ｗｂ１と一般負荷Ｗｂ２との負荷間に、連系リレーＲｙ２を介在させ、停電時には当該連系リレーＲｙ２が開放し、電源装置１１０を無停電電源装置（ＵＰＳ）として機能させて、停電時も継続的に電力を供給することが可能になる。

連系リレーＲｙ１乃至Ｒｙ３は、制御部１４０の制御により、開閉する。また、連系リレーＲｙ１は、開放することで、電源装置１１０側を、配電系統Ｘ側から解列する。また、連系リレーＲｙ１が開放されることで、交流負荷である一般負荷Ｗｂ２乃至Ｗｂ３へ、電源装置１１０からの電力の供給を停止する。

リレーＲｙ４は、連系リレーＲｙ２を開放した際に、接続される。具体的に、連系リレーＲｙ２を開放し、電源装置１１０からの電力をインバータ１３０から出力させる際、インバータ１３０からの出力は、通常Ｕ−Ｖ端で２００Ｖであるため、例えば、１００Ｖの交流電圧である一般負荷Ｗｂ１に電力を供給する際には、インバータ１３０が、出力電圧を２００Ｖから１００Ｖに切り替えると共に、リレーＲｙ４を接続して供給する。

（制御部の構成）
次に、図５を参照し、制御部１４０の構成について具体的に説明する。また、以下、本発明との関連がある部分について主に説明する。したがって、制御部１４０は、制御部としての機能を実現する上で必須な、図示しない或いは説明を省略した機能ブロック（電源部など）を備える場合があることに留意されたい。

図５に示すように、制御部１４０は、通信部１４１と、記憶部１４２と、選択部１４３と、運転制御部１４４とを具備する。
通信部１４１は、停電管理装置１０から送信された停電情報を受信する。本実施形態において、通信部１４１は、複数の配電系統Ａ乃至Ｘで発生した停電の状態を示す停電状態情報を含む停電情報を受信する受信部を構成する。

記憶部１４２は、系統連系装置１０２が属する「事業者情報」、「エリア情報」、「系統情報（配電系統Ｘ）」を予め記憶する。また、図６に示すように、「停電時間閾値」（所定の閾値）と、「特定要因（直流電力運転）」（所定の要因情報）と、「特定要因（交流電力運転）」（所定の要因情報）とを記憶する。

「停電時間閾値」は、停電時間が長時間であるか短時間であるかを判断するための閾値である。なお、「特定要因（直流電力運転）」及び「特定要因（交流電力運転）」は、後述する自立直流電力運転又は交流電力運転を実行するか否かを判定する際に用いられる。

「特定要因（直流電力運転）」は、停電の要因を示す情報であり、例えば、「雪害」等が記憶される。「特定要因（交流電力運転）」は、「特定要因（直流電力運転）」と同じく停電の要因を示す情報であり、例えば、「火災」等が記憶される。なお、これらの情報は、停電情報に停電状態情報として含まれる情報と同様であり、予め利用者によって記憶部１４２に記憶される。また、記憶部１４２は、ＲＡＭ等の内部記憶装置でもよく、ＨＤ等の外部記憶装置でも良い。本実施形態において、記憶部１４２は、予め所定の要因情報を記憶する記憶部を構成する。

選択部１４３は、通信部１４１によって受信された停電情報に含まれる停電状態情報に基づいて、電源装置１１０を配電系統Ａ乃至Ｘに連系させて複数の一般負荷Ｗｂ１乃至Ｗｂ３に給電する連系運転と、配電系統Ｘから解列し、少なくとも一つの一般負荷（例えば、一般負荷Ｗｂ１）に電源装置１１０からのみ給電する自立運転と、配電系統Ｘ及び電源装置１１０から全ての一般負荷への給電を停止する運転停止とのいずれかを選択する。

ここで、「連系運転」とは、需要家１００ａ内の電源装置１１０からの電力と、配電系統Ｘからの電力とを併用して、一般負荷Ｗｂ１乃至Ｗｂ３に供給する場合の運転方式を示す。

また、「自立運転」とは、需要家１００ａ内の電源装置１１０のみを利用して、少なくとも一つ以上の一般負荷Ｗｂ０乃至Ｗｂ３に電力を供給する場合の運転方式を示す。なお、「自立運転」にて運転を行うの場合、一般負荷Ｗｂ０乃至Ｗｂ３は、電源装置１１０からの電力、又は、配電系統Ｘからの電力の何れか一方から供給されている。

また、「運転停止」とは、需要家１００ａ内の電源装置１１０の運転を停止する運転方式を示す。

また、選択部１４３は、自立運転において、予め設定される優先順位の高い一般負荷Ｗｂ０乃至Ｗｂ３を給電先として選択して、当該選択した一般負荷（例えば、一般負荷Ｗｂ１）に対して、電源装置１１０からのみ電力を給電する。なお、具体的な給電制御は、後述する運転制御部１４４によって実行される。

選択部１４３は、通信部１４１によって受信された停電情報に含まれる「発生箇所」、「要因」、「停電時間」等の停電状態情報と、記憶部１４２に記憶される「停電時間閾値」、「特定要因（直流電力運転）」、「特定要因（交流電力運転）」とに基づいて、一般負荷Ｗｂ０乃至Ｗｂ３の優先順位に応じて、「自立運転」における電源装置１１０からの電力の給電先を選択する。具体的に、選択部１４３は、停電情報に停電状態情報として含まれる配電系統の「発生箇所」が、系統連系装置１０２が連系する所定の配電系統Ｘの識別情報であり、かつ「停電時間」が、「停電時間閾値」（所定の時間未満）である場合、「自立運転」を選択する。

また、選択部１４３は、停電情報に停電状態情報として含まれる要因情報が、記憶部１４２に記憶される所定の要因情報である場合、「自立運転」を選択する。具体的に、選択部１４３は、「自立運転」において、通信部１４１によって受信された停電情報に含まれる「要因」として、記憶部１４２に記憶されている「特定要因（直流電力運転）」が含まれている場合、「自立直流電力運転」を選択し、「特定要因（交流電力運転）」が含まれている場合「自立交流電力運転」を選択する。なお、本実施形態において、上述した「自立直流電力運転」と「自立交流電力運転」とは、いずれも「自立運転」として説明する。

ここで、「自立直流電力運転」は、電源装置１１０からの電力の給電先を直流負荷である一般負荷Ｗｂ０とする運転方式を示す。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、一般負荷Ｗｂ０に直流電力を出力する。また、インバータ１３０は、交流電圧を出力しない。

また、「自立交流電力運転」は、電源装置１１０からの電力の給電先を選択した交流負荷とし、例えば、一般負荷Ｗｂ１へは供給し、一般負荷Ｗｂ２乃至Ｗｂ３へは供給しない運転方式を示す。この場合、直流負荷である一般負荷Ｗｂ０へは、電力が供給されない。

このように、選択部１４３は、「自立運転」において、「自立直流電力運転」又は「自立交流電力運転」を選択し、電源装置１１０からの電力の送信先を選択する。また、選択部１４３は、上述した「連系運転」、「運転停止」、「自立運転」における「自立直流電力運転」、「自立交流電力運転」を選択した際、選択結果を、運転制御部１４４へ通知する。

運転制御部１４４は、停電状態情報に基づいて、配電系統Ｘから解列し、電源装置１１０から負荷に給電する自立運転を行う。具体的に、運転制御部１４４は、選択部１４３によって選択された「連系運転」又は「自立運転」又は「運転停止」に応じて、配電系統Ｘ及び電源装置１１０の給電先を制御する。また、運転制御部１４４は、「自立運転」において、選択部１４３によって選択された優先順位の高い負荷のみを電源装置１１０の給電先として制御する
例えば、運転制御部１４４は、選択部１４３から「連系運転」を実行する旨の通知を受けると、連系リレーＲｙ１乃至Ｒｙ３を接続し、リレーＲｙ４を開放する。また、運転制御部１４４は、インバータ１３０から出力する交流電圧を２００Ｖで出力するように制御する。

また、運転制御部１４４は、選択部１４３から「自立運転」の「自立直流電力運転」を実行する旨の通知を受けると、連系リレーＲｙ１を開放し、インバータ１３０の出力を停止する。また、運転制御部１４４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の出力先を直流負荷である一般負荷Ｗｂ０に変更する。このとき、運転制御部１４４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０から出力する直流電圧を所望の電圧値で出力するように制御する。

また、運転制御部１４４は、選択部１４３から「自立運転」の「自立交流電力運転」を実行する旨の通知を受けると、連系リレーＲｙ１を接続、連系リレーＲｙ２乃至Ｒｙ３を開放、リレーＲｙ４を接続する。また、運転制御部１４４は、インバータ１３０から出力する交流電圧を１００Ｖで出力するように制御する。この時、インバータ１３０は、交流電圧の出力制御を電圧型電流制御から電圧型電圧制御へ切り替える。また、運転制御部１４４は、選択部１４３から「運転停止」を実行する旨の通知を受けると、連系リレーＲｙ１を開放すると共に、電源装置１１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０、インバータ１３０の稼動を停止させる。

また、運転制御部１４４は、「自立運転」の「自立交流電力運転」において、連系リレーＲｙ１乃至Ｒｙ３及びリレーＲｙ４の制御に限らず、優先順位の低い負荷の稼動を停止させ、停止させた負荷以外の他の負荷（一般負荷Ｗｂ１）を電源装置１１０の給電先として制御してもよい。具体的に、運転制御部１４４は、「自立交流電力運転」を実行する際、連系リレーＲｙ３を開放すると共に、電源装置１１０からの電力に応じて、過負荷となる場合は、優先順位の低い、例えば、一般負荷Ｗｂ２乃至Ｗｂ３と通信して、一般負荷Ｗｂ２乃至Ｗｂ３に停止を指示してもよい。

（第１実施形態に係る系統連系システムの動作）
次に、図７を参照し、上述した構成の系統連系システム１０１の動作について説明する。具体的に、系統連系システム１０１において、停電管理装置１０から送信された停電情報が受信された際の制御動作について説明する。

（停電情報が受信された際の制御動作）
ステップＳ１１において、通信部１４１は、停電管理装置１０から送信された停電情報を受信し、当該停電情報を選択部１４３に送信する。

ステップＳ１３において、選択部１４３は、停電情報に含まれている「発生箇所」が、他配電系統であり、かつ、停電情報に含まれている「要因」が、記憶部１４２に記憶されている「特定要因（直流電力運転）」及び「特定要因（交流電力運転）」であるか否かを判定する。この選択部１４３の動作により、自配電系統Ｘに停電が及ぶ可能性があるかを推測する。

ステップＳ１５において、選択部１４３は、他配電系統で、かつ「特定要因」でないと判定した場合、自配電系統Ｘであるか否かを判定する。

ステップＳ１７において、選択部１４３は、自配電系統Ｘであると判定した場合、停電情報に含まれている「停電時間」が、記憶部１４２に記憶されている「停電時間閾値」未満であるか否かを判定する。

ステップＳ１９において、選択部１４３は、「自立運転」を選択する。また、選択部１４３は、停電情報に含まれる「要因」として、記憶部１４２に記憶されている「特定要因（直流電力運転）」が含まれている場合、「自立直流電力運転」を選択し、「特定要因（交流電力運転）」が含まれている場合、「自立交流電力運転」を選択する。また、選択部１４３は、選択結果を運転制御部１４４に通知する。また、運転制御部１４４は、選択部１４３によって通知された「自立直流電力運転」又は「自立交流電力運転」に応じて、連系リレーＲｙ１乃至Ｒｙ３とリレーＲｙ４とを開閉すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０とインバータ１３０との出力を制御する。

ステップＳ２１において、選択部１４３は、「運転停止」を選択し、選択結果を運転制御部１４４に通知する。また、運転制御部１４４は、連系リレーＲｙ１を開放すると共に、電源装置１１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０、インバータ１３０の稼動を停止する。

ステップＳ２３において、選択部１４３は、「連系運転」を選択し、選択結果を運転制御部１４４に通知する。また、運転制御部１４４は、選択部１４３から「連系運転」を実行する旨の通知を受けると、連系リレーＲｙ１乃至Ｒｙ３を接続し、リレーＲｙ４を開放する。また、運転制御部１４４は、インバータ１３０から出力する交流電圧を略２００Ｖで出力するように制御する。

このようにして、系統連系システム１０１では、停電情報が受信された際、選択部１４３が、「自立運転」、「運転停止」、「連系運転」のいずれかが選択されて、当該選択結果に応じ、運転制御部１４４が、電源装置１１０からの電力の給電先を制御する。また、ステップＳ１１乃至Ｓ２３の動作は、停電情報が受信されるたびに繰り返し実行される。

（自立運転の自立交流出力運転及び自立直流出力運転の選択動作）
次に、上述したステップＳ１９において、選択部１４３によって行われる「自立運転」の「自立直流電力運転」又は「自立交流電力運転」の選択動作について、図８を参照して具体的に説明する。

まず、ステップＳ１９１において、選択部１４３は、停電情報に含まれる「要因」として、記憶部１４２に記憶されている「特定要因（直流電力運転）」が含まれている場合、「自立直流電力運転」を選択し、「特定要因（交流電力運転）」が含まれている場合「自立交流電力運転」を選択する。なお、選択部１４３は、いずれの要因も含まれていない場合、「自立交流電力運転」を選択する。また、選択部１４３は、選択結果を運転制御部１４４通知する。

ステップＳ１９３において、運転制御部１４４は、選択部１４３から「自立直流電力運転」を実行する旨の通知を受けると、連系リレーＲｙ１を開放し、インバータ１３０の出力を停止する。また、運転制御部１４４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の出力先を直流負荷である一般負荷Ｗｂ０に変更する。このとき、運転制御部１４４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０から出力する直流電圧を、一般負荷Ｗｂ０における所望の電圧値で出力するように制御する。

ステップＳ１９５において、運転制御部１４４は、選択部１４３から「自立運転」の「自立交流電力運転」を実行する旨の通知を受けると、連系リレーＲｙ１を接続、連系リレーＲｙ２乃至Ｒｙ３を開放、リレーＲｙ４を接続する。また、運転制御部１４４は、インバータ１３０から出力する交流電圧を１００Ｖで出力するように制御する。また、インバータ１３０は、交流電圧の出力制御を電圧型電流制御から電圧型電圧制御へ切り替える。

ここで、図９には、系統連系システム１０１が、上述した「自立直流電力運転」を実行する際のタイミングチャートが示されている。また、図１０には、上述した「自立交流電力運転」を実行する際のタイミングチャートが示されている。なお、図９乃至１０において、「停電状態信号」は、自配電系統Ｘにおいて、“ｏｆｆ”で停電状態、“ｏｎ”で復電状態（通常給電状態）を示す。また、「Ｒｙ１状態」乃至「Ｒｙ４状態」は、連系リレーＲｙ１乃至Ｒｙ４において、“ｏｆｆ”で開放状態、“ｏｎ”で接続状態を示す。また、「直流電力出力（Ｗｂ０）」は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０から直流負荷の一般負荷Ｗｂ０への電力が、“ｏｆｆ”で停止状態、“ｏｎ”で出力状態を示す。また、「交流電力出力」は、インバータ１３０において、“ｏｆｆ”で停止状態、“ｏｎ”で出力状態を示す。また、「発電装置出力」は、電源装置１１０において、“ｏｆｆ”で停止状態、“ｏｎ”で出力状態を示す。

図９に示すように、系統連系システム１０１では、時間ｔ０において、自配電系統Ｘに停電発生後、時間ｔ１において、連系リレーＲｙ１が開放、インバータ１３０が出力を停止する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０が、出力を開始する。この時、「自立直流電力運転」が開始される。また、時間ｔ２において、自配電系統Ｘが復電し、時間ｔ３において、連系リレーＲｙ１が接続、インバータ１３０が出力を開始する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０が、出力を停止して「自立直流電力運転」が終了する。

また、図１０に示すように、系統連系システム１０１では、時間ｔ０において、自配電系統Ｘに停電発生後、時間ｔ１において、連系リレーＲｙ２が開放、連系リレーＲｙ４が接続する。また、インバータ１３０が電圧型電流制御から電圧型電圧制御へ切り替える。この時、「自立交流電力運転」が開始される。また、時間ｔ２において、自配電系統Ｘが復電し、時間ｔ３において、連系リレーＲｙ２が接続、連系リレーＲｙ４が開放する。また、インバータ１３０が電圧型電圧制御から電圧型電流制御へ切り替えて「自立直流電力運転」が終了する。

また、図１１には、系統連系システム１０１において、他の配電系統で停電が発生し、「自立交流電力運転」を実行する際のタイミングチャートが示されている。なお、図１１において、「他の配電系統の停電状態信号」は、自配電系統Ｘにおいて、“ｏｆｆ”で停電状態、“ｏｎ”で復電状態（通常給電状態）を示す。また、「交流電力出力（Ｗｂ１）」は、インバータ１３０から交流負荷の一般負荷Ｗｂ１への電力が、“ｏｆｆ”で停止状態、“ｏｎ”で出力状態を示す。図１１に示すように、系統連系システム１０１では、時間ｔ０において、他配電系統に停電発生し、連系リレーＲｙ２が開放、連系リレーＲｙ４が接続する。また、インバータ１３０が電圧型電流制御から電圧型電圧制御へ切り替える。この時、「自立交流電力運転」が開始される。また、時間ｔ１において、停電情報に含まれる「停電時間」の情報に基づいて、復電時間から自配電系統Ｘには、停電が発生しないことを推定して、「連系運転」を実行する。そして、時間ｔ２において、他配電系統が復電する。

図９乃至１１のタイミングチャートに示すように、系統連系システム１０１では、自配電系統Ｘで停電が発生しても、電源装置１１０の稼動を停止することなく、継続して運転することが可能になる。
（第１実施形態に係る系統連系システムの作用・効果）
本実施形態に係る系統連系システム１０１によれば、受信した停電情報に基づいて、配電系統に電源装置１１０を連系させる「連系運転」、又は、配電系統から解列して電源装置１１０からのみ給電する「自立運転」、給電を停止する「運転停止」を選択し、選択結果に応じて配電系統Ｘ及び電源装置１１０の給電先を制御する。

つまり、系統連系システム１０１では、系統連系装置１０２が連系する配電系統Ｘ又は他の配電系統Ａ乃至Ｂに停電が発生した際、停電の状態に応じて、より適切な給電先が選択され、例えば、「自立運転」が選択された場合には、配電系統Ｘから電源装置１１０を解列すると共に、電源装置１１０が継続して運転されて、少なくとも一つの負荷に給電する。

よって、かかる系統連系システム１０１によれば、系統連系装置１０２が連系する配電系統Ｘ及び他の配電系統Ａ乃至Ｂで発生した停電の状態に応じて、解列や連系することで、単独運転を防止しつつ、給電先を適切に切り替えながら、電源装置１１０の運転を継続させて利用効率を向上させるとともに、停止による悪影響を回避し、電源装置を保護することができる。

また、系統連系システム１０１では、従来技術のように、電源装置１１０の停止及び稼動により、系統に対する発電量に対して急激な負荷変動を極力少なくした、信頼性の高い系統連系システムである。

本実施形態に係る系統連系システム１０１は、停電情報に含まれる「要因」が、予め記憶する「特定要因」である場合、「自立運転」を選択する。よって、様々な停電の要因に応じて、適切に「自立運転」が選択することができる。

また、本実施形態に係る系統連系システム１０１によれば、「自立運転」が選択された際、予め設けられた優先順位の高い負荷（例えば、一般負荷Ｗｂ１）、つまり重要負荷のみを給電先として制御するので、「要因」と優先順位に応じた重要負荷に電力を供給できる。

例えば、積雪量の多い日本海側では、積雪による電力線切断（雪害）が発生する場合がある。この場合、近隣においても、積雪していることが考えられる為、屋根裏に設置したヒータによる融雪装置への電力供給を優先することが望ましい。

また、余った電力は、蓄電池の充電や貯湯に利用してもよい。また、近隣で火災が発生した場合、いずれ停電になる可能性が高いことから、「自立運転」へ移行することが望ましいと考えられる。また、土砂崩れや、落雷などの場合においても、離れたエリアであるかわかりにくい場合があるので、「自立運転」に切り替えて、重要負荷への電力供給を自立的に継続することが利用者にとってよりよい選択となる。

また、本実施形態に係る系統連系システム１０１は、停電情報に含まれる「発生箇所」が、系統連系装置１０２が連系する所定の配電系統Ｘであり、かつ「停電時間」が、所定の閾値である場合、「自立運転」を選択する。よって、系統連系システム１０１は、系統連系装置１０２が連系する配電系統Ｘに停電が発生した際、停電時間閾値未満であれば、解列すると共に、電源装置１１０を停止せずに稼動を継続するので、単独運転を防止しつつ、電源装置１１０を継続しての利用効率を向上させるとともに、停止による悪影響を回避し、電源装置を保護することができる。

[第２実施形態]
以下に、本発明の第２実施形態の構成について、上述した第１実施形態との相違点に着目して説明する。

（第２実施形態に係る系統連系システム）
第１実施形態に係る系統連系システム１０１において、電源装置１１０は、直流電力を出力するように構成されていたが、本実施形態では、風力発電装置やエンジン発電装置、ガスタービン発電装置などのように、交流電力を出力するように構成されている。

また、第１実施形態に係る系統連系システム１０１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０と、インバータ１３０とを備えていたが、本実施形態に係る系統連系システム１０１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０と、インバータ１３０とに替えて、図１２に示すように、ＡＣ／ＡＣコンバータ１２０ａを備えている。

ＡＣ／ＡＣコンバータ１２０ａは、電源装置１１０から出力された交流電圧を所望の交流電圧（例えば、ＡＣ２００Ｖ）に変換して出力する。なお、ＡＣ／ＡＣコンバータ１２０ａは、サイクロコンバータやマトリクスコンバータのように、交流電力を所定の交流電力に直接変換する電力変換装置を想定している。

また、第１実施形態に係る記憶部１４２は、特定要因として、特定要因（直流電力運転）に対応する情報、特定要因（交流電力運転）に対応する情報を記憶するように構成されていたが、本実施形態では、特定要因（交流電力運転１）に対応する情報、特定要因（交流電力運転２）に対応する情報を記憶するように構成されている。

また、第１実施形態に係る一般負荷Ｗｂ０は、直流負荷である場合を例に挙げて説明したが、本実施形態では、一般負荷Ｗｂ０は、交流負荷として例えば、ＡＣ２００Ｖ負荷等のＡＣヒータとする。

（自立運転の自立交流出力運転１及び自立交流出力運転２の選択動作）
本実施形態に係る系統連系システム１０１の動作について説明する。具体的に、自立運転時の「自立交流出力運転１」、「自立交流出力運転２」の選択動作について説明する。

なお、本実施形態に係る系統連系システム１０１は、第１実施形態に係る系統連系システム１０１のステップＳ１９１乃至Ｓ１９５の動作を除き、他の動作は同様である。よって、ステップＳ１９１乃至Ｓ１９５の動作について説明する。

ステップＳ１９１において、選択部１４３は、停電情報に含まれる「要因」として、記憶部１４２に記憶されている「特定要因（交流電力運転１）」が含まれている場合、「自立交流電力運転１」を選択し、「特定要因（交流電力運転２）」が含まれている場合「自立交流電力運転２」を選択する。なお、選択部１４３は、いずれの要因も含まれていない場合、「自立交流電力運転２」を選択してもよい。また、選択部１４３は、選択結果を運転制御部１４４通知する。

ステップＳ１９３において、運転制御部１４４は、選択部１４３から「自立交流電力運転１」を実行する旨の通知を受けると、連系リレーＲｙ１を開放し、ＡＣ／ＡＣコンバータ１２０ａの出力先を交流負荷である一般負荷Ｗｂ０に変更する。このとき、運転制御部１４４は、ＡＣ／ＡＣコンバータ１２０ａから出力する交流電圧を、一般負荷Ｗｂ０における所望の電圧値（例えば、ＡＣ２００Ｖ）で出力するように制御する。

ステップＳ１９５において、運転制御部１４４は、選択部１４３から「自立交流電力運転２」を実行する旨の通知を受けると、連系リレーＲｙ１を接続、連系リレーＲｙ２乃至Ｒｙ３を開放、リレーＲｙ４を接続する。また、運転制御部１４４は、ＡＣ／ＡＣコンバータ１２０ａから出力する交流電圧を１００Ｖで出力するように制御する。

（第２実施形態に係る系統連系システムの作用・効果）
本実施形態に係る系統連系システム１０１では、「自立交流電力運転１」と「自立交流電力運転２」との二つの運転方式により、自立運転を実行する際、交流電力の出力電圧及び出力先を切り替えて負荷に給電する。

よって、系統連系システム１０１は、系統連系装置１０２が連系する配電系統Ｘに停電が発生した際、停電時間閾値未満であれば、配電系統Ｘから解列すると共に、電源装置１１０を停止せずに、「交流電力運転１」又は「交流電力運転２」で稼動を継続する。このように、かかる系統システム１０１によれば、単独運転を防止しつつ、電源装置１１０の利用効率を向上させるとともに、停止による悪影響を回避し、電源装置を保護することができる。

（その他の実施形態）
上述したように、本発明の一実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態が明らかとなろう。

上述した実施形態に係る系統連系システム１０１では、停電時の動作について主に説明したが、復電時においても有用である。例えば、メンテナンス等の保全作業によって、計画的に停電が実行される場合、より正確な時間に復電されることが推測される。よって、停電情報に含まれる「停電時間」に基づいて、復電時間に合わせて、電源装置１１０を予め起動させることも可能である。特に、電源装置１１０が、燃料電池の場合、ガス供給量と温度調節を微調整することで、徐々に発電電力を上げていくため、最大発電電力に達するまでに長時間を有する問題がある。従来技術であれば、復電する時間を単に待つしかなかったが、かかる系統連系システム１０１では、停電情報に含まれる復電時間から予め事前に起動を開始していくことで、燃料電池の稼働率及び有効利用を行うことができる。

また、より正確な復電時間を取得する為、その取得手段として、系統連系遮断ブレーカＣＢ１よりも配電系統Ｘ側に、電圧センサを設け、復電した際の電圧を測定して監視してもよい。

また、上述した第１実施形態に係る系統連系システム１０１において、系統連系装置１０２では、「自立運転」時の形態として、「自立直流電力運転」と「自立交流電力運転」とを別々に運転するように構成されていたが、「直流電力運転」と「交流電力運転」合わせて運転してもよい。例えば、電源装置が、燃料電池やエンジン発電機等の場合、負荷の急変に対して出力電力が追従できないため、負荷が急減した場合、余剰電力が生じる。これらの電源装置は、系統への逆潮流が許されていないため、この余剰電力を直流ヒータや交流ヒータ、あるいはバッテリ等に供給するように構成されていてもよい。

また、上述した第１実施形態に係る系統連系システム１０１において、系統連系装置１０２では、「発生箇所」（識別情報）を、配電系統の識別情報として説明したが、地区情報の「事業者情報」や、特定情報の「エリア情報」等も、配電系統を識別する識別情報として併用してもよい。

例えば、上述した第１実施形態に係る系統連系システム１０１において、系統連系装置１０２では、電源装置１１０が、第２実施形態と同様に、交流電力を出力するように構成した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０に替えて、ＡＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を備えることにより、第１実施形態に係る系統連系システム１０１と同様の効果が得られる。なお、かかる構成の系統連系システム１０１では、ＡＣ／ＤＣコンバータが、電源装置１１０から出力された出力電圧を所望の電圧値の直流電圧に変換してインバータ１３０へ出力する。また、ＡＣ／ＤＣコンバータは、制御部１４０の制御に従って、直流負荷である一般負荷Ｗｂ０に直流電力を出力する。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１実施形態に係る本実施形態に係る電力系統の全体概略構成が示されている。 本発明の第１実施形態に係る停電情報の内容を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る停電情報の内容を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る需要家における構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る制御部のブロック構成図である。 本発明の第１実施形態に係る記憶部に記憶される情報を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る系統連系システムの動作を示すフローチャート図である。 本発明の第１実施形態に係る系統連系システムの動作を示すフローチャート図である。 第１実施形態に係る系統連系システムにおいて、自配電系統で停電が発生し、「自立直流電力運転」を実行する際のタイミングチャートである。 第１実施形態に係る系統連系システムにおいて、自配電系統で停電が発生し、「自立交流電力運転」を実行する際のタイミングチャートである。 第１実施形態に係る系統連系システムにおいて、他の配電系統で停電が発生し、「自立交流電力運転」を実行する際のタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態に係る需要家における構成を示すブロック図である。

符号の説明

一般負荷Ｗｂ０乃至Ｗｂ３、Ａ乃至Ｘ…配電系統、Ｓ１１乃至Ｓ２３…ステップ、Ｓ１９１乃至Ｓ１９５…ステップ、ｔ０乃至ｔ３…時間、ｔａ乃至ｔｂ…時間、１…変電所、系統連系遮断ブレーカＣＢ、連系リレーＲｙ１乃至Ｒｙ３、リレーＲｙ４、１０…停電管理装置、１５…送電線、１６…信号回線、１００ａ乃至ｃ…需要家、１０１…系統連系システム、１０２…系統連系装置、１１０…電源装置、１２０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１２０ａ…ＡＣ／ＡＣコンバータ、１３０…インバータ、１４０…制御部、１４１…通信部、１４２…記憶部、１４３…選択部、１４４…運転制御部

Claims (5)

1. 電源装置からの電力を所定の交流電力に変換し、前記電源装置を配電系統に連系して負荷に給電する系統連系装置であって、
   停電の状態を示す停電状態情報を含む停電情報を受信する受信部と、
   前記停電状態情報に基づいて、前記配電系統から解列し、前記電源装置から前記負荷に給電する自立運転を行う運転制御部と
   を具備することを特徴とする系統連系装置。
2. 前記停電状態情報は、停電が発生した要因を示す要因情報であり、
   前記停電情報に停電状態情報として含まれる要因情報が、所定の要因情報である場合、前記自立運転を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の系統連系装置。
3. 前記停電状態情報は、停電時間を示す停電時間情報と、停電が発生した配電系統の識別情報とであり、
   前記運転制御部は、前記配電系統の識別情報が、連系している前記配電系統の識別情報であり、かつ前記停電時間情報が所定の閾値未満である場合、前記自立運転を行う
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の系統連系装置。
4. 前記負荷は、優先順位が設けられた複数の負荷であり、
   前記運転制御部は、前記自立運転を行う場合、前記優先順位の高い負荷に給電する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の系統連系装置。
5. 電源装置と、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の系統連系装置とを備えることを特徴とする系統連系システム。

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