JP2011101465A - 遮断器制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分散型電源から電力系統への潮流を抑制するとともに、同分散型電源からの電力を負荷のために有効に利用する。
【解決手段】分散型電源と接続される蓄電池と、電力系統と蓄電池との間の第１の線路に介挿される遮断器と、蓄電池の充電量が所定量未満である場合、第１の線路が接続されるように遮断器を制御し、蓄電池の充電量が所定量以上である場合、第１の線路が遮断されるように遮断器を制御する制御装置と、を備え、蓄電池の充電量が所定量未満である場合、分散型電源又は電力系統からの電力が負荷に供給され、蓄電池の充電量が所定量以上である場合、分散型電源又は蓄電池からの電力が負荷に供給される遮断器制御装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、遮断器制御装置に関する。

電力系統に分散型電源（例えば、太陽電池、燃料電池、風力発電装置等）が連系したシステムが知られている。

分散型電源は原則として電力系統に常時接続されているため、分散型電源から電力系統への潮流が生じ得る（例えば、特許文献１、２参照）。

そこで、システム全体の潮流や周波数等を安定制御するためには、例えば、システムにおける負荷を含む種々の箇所を常時監視し、この監視結果が分散型電源から電力系統への逆潮流の虞を示す場合（これは例えば電力系統の事故等に起因する）、電力系統から分散型電源を解列させる制御が行なわれる。

特開２００３−９４２５号公報 特開２００８−２２６５０号公報

しかしながら、前述した制御では、例えば系統事故等以外は分散型電源が電力系統に常時接続されていることを前提としている。この場合、分散型電源から電力系統への潮流を想定しつつシステム全体の潮流や周波数等を安定化させる必要があるため、分散型電源を転送遮断するための判断基準となる監視対象の種類が多かったり、この判断基準自体が複雑であったりするという問題がある。そして、これは制御システムの複雑化につながる。

また、前述した制御では、分散型電源からの余剰電力（即ち、対応する負荷への供給分を超えた分の電力）は、電力系統を管理する電力会社によって購入されたり、或いは例えば負荷調整器等によって消費されたりする。ユーザは、自己の分散型電源の出力の一部を電力会社に売電しつつ、同電力会社から電力系統を通じて不足分を入力する買電もすることになるために、電力の売買システムが複雑になる。尚、分散型電源からの余剰電力を前述した負荷調整器で消費した場合、これは単にエネルギーの廃棄となってしまうため不経済である。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、分散型電源から電力系統への潮流を抑制するとともに、同分散型電源からの電力を負荷のために有効に利用することにある。

前記課題を解決するための発明は、分散型電源と接続される蓄電池と、電力系統と前記蓄電池との間の第１の線路に介挿される遮断器と、前記蓄電池の充電量が所定量未満である場合、前記第１の線路が接続されるように前記遮断器を制御し、前記蓄電池の充電量が所定量以上である場合、前記第１の線路が遮断されるように前記遮断器を制御する制御装置と、を備え、前記蓄電池の充電量が所定量未満である場合、前記分散型電源又は前記電力系統からの電力が負荷に供給され、前記蓄電池の充電量が所定量以上である場合、前記分散型電源又は前記蓄電池からの電力が前記負荷に供給される遮断器制御装置である。

分散型電源から電力系統への潮流が抑制されるとともに、同分散型電源からの電力が負荷のために有効に利用される。

本実施の形態の遮断器制御装置の構成例を示す系統図である。 本実施の形態の遮断器制御動作における親局の処理手順例を示すフローチャートである。 日射が十分に有り且つ蓄電池の充電残量率が４０％以上の場合の潮流の状態の一例を示す図である。 日射が十分には無く且つ蓄電池の充電残量率が４０％以上の場合の潮流の状態の一例を示す図である。 日射が十分に有り且つ蓄電池の充電残量率が４０％未満の場合の潮流の状態の一例を示す図である。 日射が十分には無く且つ蓄電池の充電残量率が４０％未満の場合の潮流の状態の一例を示す図である。

===遮断器制御装置の構成===
図１を参照しつつ、本実施の形態の遮断器制御装置１の構成例について説明する。尚、同図は、遮断器制御装置１の構成例を示す系統図である。また、同図では、後述する配電線２等の電力線を実線で示し、後述する通信回線７０等の通信線を点線で示している。
図１に例示されるように、遮断器制御装置１は、蓄電池４１と、遮断器２１と、親局（制御装置）５０及び子局（制御装置）６０とを備えている。

蓄電池４１は、配電線３、４を介してユーザの太陽電池（分散型電源）３１と接続された充放電可能な電池であり、後述するように、太陽電池３１又は電力系統から充電し、ユーザの負荷２４へ放電するようになっている。

遮断器２１は、電力系統（図１の紙面左側にあるが、それ自体は不図示）と蓄電池４１との間の線路、即ち「配電線２における“配電線４との分岐点”と“電力系統”との間」及び「配電線４」からなる線路（第１の線路）に介挿され、例えば、閉状態となることにより同線路を接続し、開状態となることにより同線路を遮断する開閉装置である。

親局５０は、蓄電池４１の充電量に応じて、遮断器２１の開閉動作を制御する情報処理装置である。本実施の形態では、蓄電池４１の充電量は、以下述べる子局６０が備える所定の検出手段（不図示）によって検出されるものとする。尚、遮断器２１の開閉制御も所定の子局を通じて行なわれるが、同子局は図１では省略されている。

子局６０は、蓄電池４１と通信可能に接続されて、同蓄電池４１の充電量を検出するための所定の検出手段を備え、同検出手段により検出された充電量に係る情報を、通信回線７０を通じて、親局５０に送信する情報処理装置である。

また、図１に例示されるように、遮断器制御装置１は、コンバータ２２と、インバータ２３と、計器用変圧器２ａと、変流器２２ａとを更に備えている。

コンバータ２２は、遮断器２１と蓄電池４１との間の線路、即ち「配電線２における“配電線４との分岐点”と“遮断器２１”との間」及び「配電線４」からなる線路（第２の線路）に介挿され、電力系統からの電力を交流値から直流値へ変換する変換器である。尚、コンバータ２２が例えばサイリスタ変換器の場合、そのサイリスタの制御も親局５０によって所定の子局及び通信線を通じて行なわれるが、図１では子局及び通信線ともに省略されている。

インバータ２３は、太陽電池３１及び蓄電池４１と負荷２４との間の線路、即ち「配電線２における“配電線３、４との分岐点”と“負荷２４”との間」（第３の線路）に介挿され、太陽電池３１又は蓄電池４１からの電力を直流値から交流値へ変換する変換器である。尚、インバータ２３が例えばサイリスタ変換器の場合、そのサイリスタの制御も親局５０によって所定の子局及び通信線を通じて行なわれるが、図１では子局及び通信線ともに省略されている。

計器用変圧器２ａは、配電線２における遮断器２１と電力系統との間に介挿され、配電線２における電力系統側の電圧を検出する交流電圧計である。尚、計器用変圧器２ａの制御も所定の子局を通じて行なわれるが、同子局は図１では省略されている。

変流器２２ａは、本実施の形態では、コンバータ２２の一部を構成する電力系統側の電線２２ｂに設けられて、電力系統からの電流を検出する交流電流計である。尚、変流器２２ａの制御も所定の子局を通じて行なわれるが、同子局は図１では省略されている。また、変流器２２ａは、必ずしもコンバータ２２に内蔵されている必要はなく、要するに、後述する電力系統の事故に起因して発生する過電流を検出可能であれば、如何なる箇所に設けられていてもよい。

尚、図１の例示では、親局５０は、計器用変圧器２ａ、遮断器２１、コンバータ２２等とは別体であるが、これに限定されるものではなく、例えばコンバータ２２等の内部に組み込まれていても良い。

===遮断器制御装置の動作===
図２乃至図６を参照しつつ、前述した構成を備えた遮断器制御装置１の動作例について説明する。尚、図２は、遮断器制御動作における親局５０の処理手順例を示すフローチャートである。図３は、日射が十分に有り且つ蓄電池４１の充電残量率が４０％以上の場合の潮流の状態の一例を示す図である。図４は、日射が十分には無く且つ蓄電池４１の充電残量率が４０％以上の場合の潮流の状態の一例を示す図である。図５は、日射が十分に有り且つ蓄電池４１の充電残量率が４０％未満の場合の潮流の状態の一例を示す図である。図６は、日射が十分には無く且つ蓄電池４１の充電残量率が４０％未満の場合の潮流の状態の一例を示す図である。

図２に例示されるように、親局５０は、現時点で、遮断器２１が開状態又閉状態の何れの状態にあるかを判別する（Ｓ１００）。具体的には、親局５０は、遮断器２１の子局（不図示）から同遮断器２１の状態を示す情報を受信し、同情報が開状態又は閉状態の何れを示しているかを判別する。

<<<１．遮断器が開状態の場合>>>
遮断器２１の状態が開状態であると判別した場合（Ｓ１００：開）、親局５０は、子局６０に充電池４１の充電量を検出させ、これに基づく充電残量率（「充電量」／「充電可能量」×１００％）を示す情報を充電量の検出結果として受信し、同充電残量率が４０％未満であるか否かを判別する（Ｓ１０１）。尚、この４０％未満という水準は、例えば、遮断器２１を閉状態として電力系統と蓄電池４１とを接続したとき、同蓄電池４１から電力系統へ逆潮流が発生しない水準を意味する。また、子局６０による充電量の検出結果は、このような充電残量率に限定されるものではなく、充電量それ自体であってもよい。この場合、ステップＳ１０１の判別処理における充電量との比較対象は、「４０％」に対応する所定量である。

<１−１．充電残量率≧４０％の場合>
充電残量率が４０％以上であると判別した場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、親局５０は、ステップＳ１０１の判別処理を再度実行する。

親局５０がステップＳ１０１からステップＳ１０１：ＮＯを経由して再度ステップＳ１０１を繰り返し実行している間、例えば日射が有り太陽電池３１が十分に発電できる場合（図３）、図３の太線の矢印で例示されるように、太陽電池３１からの電力は蓄電池４１に充電されるとともに負荷２４に供給される。一方、これと平行して、蓄電池４１は負荷２４に向けて電力を放電する。

また、親局５０がステップＳ１０１からステップＳ１０１：ＮＯを経由して再度ステップＳ１０１を繰り返し実行している間、例えば日射が無く太陽電池３１が十分に発電できない場合（図４）、図４の太線の矢印で例示されるように、蓄電池４１は負荷２４に向けて電力を放電する。

つまり、蓄電池４１の充電残量率が４０％以上の場合、電力系統から負荷２４、太陽電池３１、及び蓄電池４１が解列された状態で、基本的に、蓄電池４１に充電された電力が負荷２４に供給され、特に日射が有れば、更に太陽電池３１からの電力が負荷２４に供給されるとともに蓄電池４１に充電される。これは、特に電力系統に事故等が発生していなくても、同電力系統とは解列された状態で、太陽電池３１の電力が蓄電池４１を通じて負荷２４に有効利用されることを意味する。

<１−２．充電残量率＜４０％の場合>
充電残量率が４０％未満であると判別した場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、親局５０は、計器用変圧器２ａにより検出された電圧が所定水準にあるか否か（即ち、計器用変圧器２ａの電圧値が所定値以上であるか否か）を判別する（Ｓ１０２）。尚、この所定値とは、例えば、電力系統から負荷２４へ潮流が発生するための同電力系統の出力側の電圧の最小値である。電力系統に短絡事故や地絡事故等が発生すると、同電力系統の出力側の電圧はこの所定値未満となる。つまり、ステップＳ１０２の処理は、電力系統に短絡事故や地絡事故等が発生している（Ｓ１０２：ＮＯ）又は発生していない（Ｓ１０２：ＹＥＳ）の何れであるかの判別処理を意味する。

計器用変圧器２ａの電圧値が所定値未満であると判別した場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、親局５０は、ステップＳ１０１の処理を再度実行する。つまり、蓄電池４１の充電残量率が４０％未満の場合であっても、電力系統に短絡事故や地絡事故等が発生している場合、遮断器２１の開状態が維持される。これにより、事故中の電力系統に対する太陽電池３１及び蓄電池４１からの逆潮流が防止される。

計器用変圧器２ａの電圧値が所定値以上であると判別した場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、親局５０は、遮断器２１の子局（不図示）に対し投入指令を送信して、遮断器２１を開状態から閉状態とする（Ｓ１０３）。つまり、蓄電池４１の充電残量率が４０％未満であり且つ電力系統に短絡事故や地絡事故等が発生していない場合、遮断器２１は閉状態となって、電力系統と、負荷２４、太陽電池３１、及び蓄電池４１とが連系される。尚、図示してはいないが、本実施の形態では、蓄電池４１の充電残量率が１００％となった場合、親局５０は、遮断器２１を閉状態から開状態とするようになっている。

<<<２．遮断器が閉状態の場合>>>
遮断器２１の状態が閉状態であると判別した場合（Ｓ１００：閉）、親局５０は、子局６０に充電池４１の充電量を検出させ、これに基づく充電残量率（「充電量」／「充電可能量」×１００％）を示す情報を充電量の検出結果として受信し、同充電残量率が４０％以上であるか否かを判別する（Ｓ１０４）。

<２−１．充電残量率＜４０％の場合>
充電残量率が４０％未満であると判別した場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、親局５０は、変流器２２ａにより検出された電流が過電流であるか否か（即ち、変流器２２ａの電流値が過電流に該当する所定値以上であるか否か）を判別する（Ｓ１０５）。尚、この所定値とは、電力系統の事故に起因して発生する過電流を示す値であり、例えばユーザの負荷２４に損傷等を与える虞のある電流の最小値である。電力系統に事故が発生すると、その事故によっては、電力系統の出力側からの電流はこの所定値以上となる。つまり、ステップＳ１０５の処理は、電力系統から過電流が流れ込む（Ｓ１０５：ＹＥＳ）又は流れ込まない（Ｓ１０５：ＮＯ）の何れであるかの判別処理を意味する。

変流器２２ａの電流値が所定値未満であると判別した場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、親局５０は、ステップＳ１０４の処理を再度実行する。

親局５０がステップＳ１０４からステップＳ１０４：ＮＯ、Ｓ１０５、及びＳ１０５：ＮＯを経由してステップＳ１０４を繰り返し実行している間、例えば日射が有り太陽電池３１が十分に発電できる場合（図５）、図５の太線の矢印で例示されるように、電力系統からの電力及び太陽電池３１からの電力は蓄電池４１に充電されるとともに負荷２４に供給される。

また、親局５０がステップＳ１０４からステップＳ１０４：ＮＯ、Ｓ１０５、及びＳ１０５：ＮＯを経由してステップＳ１０４を繰り返し実行している間、例えば日射が無く太陽電池３１が十分に発電できない場合（図６）、図６の太線の矢印で例示されるように、電力系統からの電力は蓄電池４１に充電されるとともに負荷２４に供給される。

つまり、蓄電池４１の充電残量率が４０％未満の場合、電力系統に負荷２４、太陽電池３１、及び蓄電池４１が連系された状態で、基本的に、電力系統からの電力が負荷２４に供給されるとともに蓄電池４１に充電され、特に日射が有れば、更に太陽電池３１からの電力が負荷２４に供給されるとともに蓄電池４１に充電される。尚、図示してはいないが、本実施の形態では、蓄電池４１の充電残量率が１００％となった場合、親局５０は、遮断器２１を閉状態から開状態とするようになっている。

変流器２２ａの電流値が所定値以上であると判別した場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、親局５０は、遮断器２１の子局（不図示）に対し遮断指令を送信して、遮断器２１を閉状態から開状態とする（Ｓ１０６）。つまり、蓄電池４１の充電残量率が４０％未満の場合であっても、電力系統から過電流が流れ込んでいる場合、遮断器２１は開状態となって、電力系統から負荷２４、太陽電池３１、及び蓄電池４１が解列されるため、特にユーザの負荷２４等が保護されるとともに、日射量が十分であれば、同負荷２４には太陽電池３１から電力も供給される。

<２−２．充電残量率≧４０％の場合>
充電残量率が４０％以上であると判別した場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、親局５０は、遮断器２１の子局（不図示）に対し遮断指令を送信して、遮断器２１を閉状態から開状態とする（Ｓ１０６）。つまり、蓄電池４１の充電残量率が４０％以上の場合、遮断器２１は開状態となって、電力系統から負荷２４、太陽電池３１、及び蓄電池４１が解列される。これは、特に電力系統に事故等が発生していなくても、同電力系統とは解列された状態で、太陽電池３１の電力が蓄電池４１を通じて負荷２４に有効利用されることを意味する。

以上述べたように、本実施の形態の遮断器制御装置１によれば、蓄電池４１の充電量が所定量（例えば４０％）未満である場合、太陽電池３１又は電力系統からの電力が負荷２４に供給される。一方、蓄電池４１の充電量が所定量以上である場合、太陽電池３１又は蓄電池４１からの電力が負荷２４に供給される。このように、特に電力系統に事故等が発生していなくても、同電力系統に太陽電池３１が常時連系されることがないため、太陽電池３１から電力系統への潮流が抑制されるとともに、太陽電池３１からの電力が負荷２４のために有効に利用される。

また、この遮断器制御装置１は、コンバータ２２及びインバータ２３を更に備えたことによって、電力系統から供給される電力及び負荷２４へ供給される電力が交流値である一方、太陽電池３１及び蓄電池４１を直流電源とする一般的なシステムに対し適用可能である。

また、この遮断器制御装置１によれば、蓄電池４１の充電残量率が所定量（例えば４０％）未満であり且つ電力系統に短絡事故や地絡事故等が発生していない場合、遮断器２１は閉状態となって、電力系統と太陽電池３１及び蓄電池４１とが連系される。これにより、太陽電池３１から電力系統への潮流が抑制される。

また、この遮断器制御装置１によれば、電力系統から過電流が流れ込んでいる場合、遮断器２１は開状態となって、電力系統から負荷２４、太陽電池３１、及び蓄電池４１が解列されるため、ユーザの負荷２４が保護されるとともに、同負荷２４には太陽電池３１又は蓄電池４１から電力も供給される。

また、この遮断器制御装置１によれば、太陽電池３１からの余剰電力が蓄電池４１に充電されるため、この蓄電池４１からの電力が負荷２４に供給されることによって、太陽電池３１からの電力が負荷２４のためにより一層有効に利用される。

また、余剰電力の発生が日射量等に応じて変動する太陽電池３１を分散型電源としているため、本実施の形態の遮断器制御装置１を適用すれば、この余剰電力を蓄電池４１に充電しておくことを通じて、太陽電池３１からの電力をより一層有効に負荷２４に供給できる。

前述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更、改良されるとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

前述した実施の形態では、分散型電源は太陽電池３１であったが、これに限定されるものではない。分散型電源は、例えば、燃料電池や風力発電装置等であってもよい。特に、風力発電装置の場合、余剰電力の発生が風速等に応じて変動するため、前述した遮断器制御装置１を適用すれば、この余剰電力を蓄電池４１に充電しておくことを通じて、風力発電装置からの電力をより一層有効に負荷２４に供給できる。

前述した実施の形態では、遮断器２１の開閉状態の判断基準である蓄電池４１の充電残量率を４０％としたが、これに限定されるものではない。前述したように、例えば、遮断器２１を閉状態として電力系統と蓄電池４１とを接続したとき、同蓄電池４１から電力系統へ逆潮流が発生しない充電量の最大値に対応する充電残量比率であれば、如何なる値であってもよい。

１ 遮断器制御装置 ２、３、４ 配電線 ２ａ 計器用変圧器
２１ 遮断器 ２２ コンバータ ２２ａ 変流器
２２ｂ 電線 ２３ インバータ ２４ 負荷
３１ 太陽電池 ４１ 蓄電池 ５０ 親局
６０ 子局 ７０ 通信回線

Claims (6)

1. 分散型電源と接続される蓄電池と、
   電力系統と前記蓄電池との間の第１の線路に介挿される遮断器と、
   前記蓄電池の充電量が所定量未満である場合、前記第１の線路が接続されるように前記遮断器を制御し、前記蓄電池の充電量が所定量以上である場合、前記第１の線路が遮断されるように前記遮断器を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記蓄電池の充電量が所定量未満である場合、前記分散型電源又は前記電力系統からの電力が負荷に供給され、前記蓄電池の充電量が所定量以上である場合、前記分散型電源又は前記蓄電池からの電力が前記負荷に供給される
   ことを特徴とする遮断器制御装置。
2. 前記遮断器と前記蓄電池との間の第２の線路に介挿され、前記電力系統からの電力を交流値から直流値へ変換するコンバータと、
   前記分散型電源及び前記蓄電池と前記負荷との間の第３の線路に介挿され、前記分散型電源又は前記蓄電池からの電力を直流値から交流値へ変換するインバータと、
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の遮断器制御装置。
3. 前記制御装置は、前記蓄電池の充電量が所定量未満であり、且つ、前記第１の線路の電圧が前記電力系統から前記負荷へ向かう潮流を発生する電圧である場合、前記第１の線路が接続されるように前記遮断器を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の遮断器制御装置。
4. 前記制御装置は、前記第１の線路の電流が前記電力系統の事故に起因して発生する過電流である場合、前記第１の線路が遮断されるように前記遮断器を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の遮断器制御装置。
5. 前記蓄電器は、前記分散型電源から前記負荷へ供給されない余剰電力を充電する
   ことを特徴とする請求項１に記載の遮断器制御装置。
6. 前記分散型電源は、太陽電池である
   ことを特徴とする請求項５に記載の遮断器制御装置。

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