JP2013207853A - 分散型電源制御装置及び分散型電源制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統から分離可能な系統区間内の分散型電源を有効に活用する。
【解決手段】電力系統から分離可能な系統区間内の分散型電源からの電力を制御する分散型電源制御装置は、検出部と受信部と制御部とを備える。検出部は、電力系統の故障を検出する。受信部は、系統区間が電力系統から分離された場合に分散型電源が系統区間に連系して独立運転することについて、許可を示す信号を受信する。制御部は、故障が検出され、且つ、信号が受信された場合、系統区間の電圧及び周波数の計測結果に基づいて、分散型電源からの電力を変換して系統区間へ出力する電力変換器を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統に連系する分散型電源からの電力を制御する技術に関する。

電力会社等の電力供給者から各需要家（個人住宅、ビルディング、工場等）に商用電源を供給するための経路及び電気設備を、電力系統と呼ぶ。通常の場合、一部の大規模需要家を除いて、各需要家は、電力系統からの商用電源のみを使用していた。

しかし、近年は、太陽光発電、風力発電、ヒートポンプ、燃料電池等の、自然環境への負荷が少ないエネルギ源の普及が望まれている。それらの電源は各需要家に設けられるため、都市から離れた場所に集中して設けられる従来の大規模発電所に対して、分散型電源と呼ばれる。

電力系統に障害が発生した場合、作業のために、電力系統に接続された分散型電源を全て一律に停止させる必要がある。そこで、分散型電源には、単独運転を防止するための装置が予め設けられている（特許文献１，２）。また、離島用電源や災害地用電源向けの独立電源システムを想定して、電源のインバータ装置を改良することによって、柔軟かつ簡素に電圧および周波数の維持に貢献する方法が提案されている（特許文献３）。

特開２００７−３７３５４号公報 特開２００５−３３８５１号公報 特開２０００−３４１９５８号公報

従来技術では、電力系統の故障時に分散型電源の単独運転を防止することを前提にしているため、大規模な自然災害が発生した場合に、停電発生地域に分散している分散型電源を有効に活用できない。

また、電力系統から或る系統区間が分離されて分離系統になる場合等において、分散型電源に求められる制御方式は、分散型電源が連系する電力系統の状況によって変化する。例えば、負荷の電圧特性や周波数特性の変化が予想される。また、太陽光発電に代表されるインバータを介して連系する分散型電源が大量導入された電力系統では、同期化力の不足が問題となる。大規模な系統構成の変化があった場合には、従来の分散型電源の制御方法では系統運用を維持できない恐れがある。

そこで、本発明の目的は、電力系統から分離可能な系統区間内の分散型電源を有効に活用する技術を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明の一態様は、電力系統から分離可能な系統区間内の分散型電源からの電力を制御する分散型電源制御装置であって、検出部と受信部と制御部とを備える。検出部は、電力系統の故障を検出する。受信部は、系統区間が電力系統から分離された場合に分散型電源が系統区間に連系して独立運転することについて、許可を示す信号を受信する。制御部は、故障が検出され、且つ、信号が受信された場合、系統区間の電圧及び周波数の計測結果に基づいて、分散型電源からの電力を変換して系統区間へ出力する電力変換器を制御する。

本発明によれば、電力系統から分離可能な系統区間内の分散型電源を有効に活用することができる。

図１は、配電システムの機能構成を示す。 図２は、配電系統の構成例を示す。 図３は、配電変電所の構成を示す。 図４は、分散型電源システムの構成を示す。 図５は、分散型電源システムの単独運転（独立運転）の可否を事前に設定するための画面例を示す。 図６は、独立運転監視制御装置と分散型電源システムとの通信処理の様子を示す説明図である。 図７は、電力変換器制御部の構成を示す。 図８は、制御モード指示部による判断基準を示す。 図９は、広域系統連系モードにおける力率制御の一例を示す。 図１０は、周波数偏差を入力とした無効電力制御の一例を示す。 図１１は、電圧偏差を入力とした有効電力制御の一例を示す。 図１２は、第２実施例に係る配電システムの構成を示す。 図１３は、独立運転に関する情報を作業員の情報端末に送信するための通知情報送信部の構成を示す。 図１４は、第３実施例に係る配電システムの構成を示す。 図１５は、第３実施例に係る分散型電源システムの構成を示す。 図１６は、第３実施例に係る独立運転監視制御装置と分散型電源システムとの通信処理の様子を示す説明図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。

ここでは、本発明の適用例である分散型電源制御装置と、それを制御する独立運転監視制御装置とについて説明する。

独立運転監視制御装置は、電力系統から分離される系統区間について、分散型電源の単独運転を許可するための許可信号を、分散型電源制御装置へ送信する。どの分散型電源の運転を許可するかは、事前に管理者が設定したり、または、遠隔操作で指示したりできる。

これにより、地震等により電力系統に障害が発生した場合に、系統区間に設けられた分散型電源を単独運転させて、その系統区間に電力を供給することができる。従って、電力系統の故障時において、系統区間に存在する電気的負荷（需要家）に電力を供給することができ、利便性を高めることができる。

また、分散型電源制御装置は、電力系統の故障及び許可信号に基づいて、分散型電源からの電力を変換するための電力変換器の制御方式を切り替える。分散型電源から系統区間内の電気的負荷へ電力を供給する場合に電力変換器の適切な制御を行うことにより、分散型電源から系統区間へ安定した電力を供給することができる。

図１は、配電システムの全体構成図である。配電システムは、例えば、独立運転監視制御装置１（以下、監視制御装置１）と、配電変電所２と、分散型電源システム３と、一般負荷４と、重要負荷５と、を備えることができる。なお、配電システムの構成は、各国毎に相違する。図１に示す構成はその一例であって、本発明は図１に示す構成以外の配電システムにも適用することができる。

配電変電所２は、送電所から基幹送電網６を介して供給される電力の電圧値を低下させ、一般負荷４又は重要負荷５を有する各需要家に所定電圧の電力を供給する。配電変電所２は、複数の配線フィーダ（電力供給線）７を介して、各需要家に電力を供給する。

ここで、需要家は、例えば、一般需要家（一般負荷）４と、重要な需要家（重要負荷）５とに大別することができる。図中では、需要家を電気的負荷として表現している。以下の説明では、一般需要家を一般負荷と、重要な需要家を重要負荷と呼ぶ。一般負荷４としては、例えば、通常の個人住宅、オフィスビルディング、商業施設等がある。重要負荷５としては、例えば、病院、役所、警察署、消防署等のような、災害発生時に電力供給を維持すべき場所の負荷を挙げることができる。

監視制御装置１は、コンピュータシステムとして構成されており、例えば、マイクロプロセッサが所定のコンピュータプログラムを実行することで、所定の機能を実現するようになっている。監視制御装置１は、第１の通信網ＣＮ１を介して、分散型電源システム３に接続されている。さらに、監視制御装置１は、第２の通信網ＣＮ２を介して、管理装置８と接続されている。第１の通信網ＣＮ１と第２の通信網ＣＮ２とは、共通の通信網として構成してもよいし、それぞれ異なる通信網として構成してもよい。

監視制御装置１は、その機能として、例えば、独立運転判定部１０と、計測値入力部１１と、設定入力部１２と、遠隔指令受信部１３と、遮断器制御信号出力部１４と、独立運転許可信号送信部１５とを備える。

独立運転判定部１０は、電力系統から分離された所定の系統区間としての配電フィーダ７を独立運転させるべきか否かを判定する。独立運転とは、電力系統から切り離された配電フィーダ７に接続されている分散型電源システム３の単独運転を意味し、分散型電源システム３から配電フィーダ７への電力供給を許す運転状態である。

計測値入力部１１は、配電変電所２に供給される電力の状態を監視する。独立運転判定部１０は、計測値入力部１１により検出される電力供給状態に基づいて、配電変電所２への電力供給が絶たれたか否かを監視する。

基幹送電網６から配電変電所２への電力供給が停止すると、独立運転判定部１０は、設定入力部１２または遠隔指令受信部１３のいずれかから入力される可否決定情報に基づいて、分散型電源システム３の単独運転を許可するかを判定する。

可否決定情報とは、電力系統から分離された配電フィーダ７に接続されている分散型電源システム３の単独運転を許可するか否かを予め設定している情報である。「設定部」としての設定入力部１２は、図５に示すような設定画面１２０を生成して出力することができる。

先に図５を参照して、設定画面１２０の構成を説明する。設定画面１２０は、例えば、配電フィーダ識別子欄１２１と、重要負荷識別子欄１２２と、可否フラグ欄１２３とを備える。配電フィーダ識別子欄１２１は、各配電フィーダ７を識別するためのフィーダ識別子を記憶する。なお図中では、識別子をＩＤと表記する。重要負荷識別子欄１２２は、配電フィーダ識別子欄１２１で特定される配電フィーダ７に接続されている、重要負荷５を識別するための重要負荷識別子を記憶する。可否フラグ欄１２３は、配電フィーダ識別子欄１２１で特定される配電フィーダ７が電力系統から分離された場合に、独立運転（分散型電源システム３の単独運転）を許可するか否かを示す制御フラグを記憶する。

監視制御装置１を管理する管理者は、設定画面１２０を用いて、配電フィーダ７毎に独立運転の可否を設定する。管理者が登録ボタン１２４を操作すると、設定画面１２０に設定された内容が登録される。

「設定部」としての遠隔指令受信部１３は、外部の管理装置８から可否決定情報を受信する。管理装置８は、例えば、電力集中監視制御システムの一部として構成することができる。または、管理装置８は、管理者の保持するパーソナルコンピュータあるいは情報処理端末（携帯電話を含む）として構成してもよい。本実施例では、可否決定情報を設定するための設定部として、設定入力部１２と遠隔指令受信部１３の両方を例示するが、いずれか一方のみを備える構成でもよい。

遮断器制御信号出力部１４は、電力系統と配電フィーダ７との間に設けられる遮断器２２（図３参照）の動作を制御するための制御信号を出力する。遮断器制御信号出力部１４は、例えば、「電力系統と所定の系統区間とを接続するための開閉部を操作するための信号を出力する開閉操作部」と表現してもよい。

遮断器制御信号出力部１４から遮断器２２に開信号が送信されると、遮断器２２は開状態となり、遮断器２２に接続された配電フィーダ７は電力系統（基幹送電網６）から分離される。これに対し、遮断器制御信号出力部１４から遮断器２２に閉信号が送信されると、遮断器２２は閉状態となり、遮断器２２に接続された配電フィーダ７は電力系統に再接続される。

「許可信号送信部」としての独立運転許可信号送信部１５は、独立運転の許可された配電フィーダ７に接続されている分散型電源システム３に対して、独立運転（単独運転）を許可するための信号を送信する。以下、独立運転許可信号を「許可信号」と略記する場合がある。

上述の通り、独立運転判定部１０は、基幹送電網６から配電変電所２への電力供給が停止すると、電力系統から切り離された配電フィーダ７について独立運転を許可するフラグが設定されているかを判定する。許可フラグが設定されている場合、独立運転判定部１０は、遮断器制御信号出力部１４から開信号を出力させ、その配電フィーダ７を電力系統から分離する。続いて、独立運転判定部１０は、独立運転許可信号送信部１５から、分離された配電フィーダ７に接続された分散型電源システム３に対して、独立運転を許可するための許可信号を送信する。

分散型電源システム３の構成は、図４で後述するものとし、先に図２を参照する。図２は、配電系統の構成を模式的に示す。図２では、配電変電所２内に監視制御装置１を設けている。なお、監視制御装置１を配電変電所２の外部に設ける構成でもよい。

配電変電所２は、基幹送電網６から供給される電力の電圧値を、変圧器２１で所定の電圧値に変換し、母線２０に出力する。配電用の母線２０には、複数の配電フィーダ７（１）、７（２）が遮断器２２（１）、２２（２）を介して接続されている。一方の配電フィーダ７（１）には、一方の遮断器２２（１）を介して、配電変電所２から電力が供給されている。他方の配電フィーダ７（２）には、他方の遮断器２２（２）を介して、配電変電所２から電力が供給されている。

一方の配電フィーダ７（１）には、複数の一般負荷４と、一つの分散型電源システム３とが接続されている。他方の配電フィーダ７（２）には、一般負荷４及び重要負荷５と、複数の分散型電源システム３とが接続されている。

一方の配電フィーダ７（１）では、分散型電源システム３が少なく、かつ、災害発生時の電力供給を必要とする重要負荷５を有さない。従って、管理者は、一方の配電フィーダ７（１）について、独立運転を許可しないようにフラグを設定してもよい。

これに対し、他方の配電フィーダ７（２）では、災害発生時にも電力を供給すべき重要負荷５を備えており、かつ、複数の多い分散型電源システム３を有している。従って、管理者は、他方の配電フィーダ７（２）について、独立運転を許可するようにフラグを設定してもよい。

このように、管理者は、例えば、配電フィーダ７に含まれる重要負荷５の種類及び数と、配電フィーダ７に含まれる分散型電源システム３の数及び合計発電能力とに基づいて、災害発生時に独立運転を許可する配電フィーダ７を事前に決定できる。

図３は、配電変電所２の機能構成を示す。配電変電所２には、上述のように、監視制御装置１を設置することができる。配電変電所２は、例えば、母線２０と基幹送電網６との間に設けられる変圧器２１と、母線２０と配電フィーダ７との間に設けられる遮断器２２と、計測値入力部１１に接続される電圧計測部２４と、遮断器制御信号出力部１４に接続される遮断器操作部２５とを備える。

無停電電源２３は、基幹送電網６から配電変電所２への電力供給が停止した場合に、監視制御装置１に電力を供給する。電圧計測部２４は、母線２０の電圧値を計測する。計測された電圧値は、電圧計測部２４から計測値入力部１１に入力される。遮断器操作部２５は、遮断器制御信号出力部１４からの制御信号に従って、遮断器２２を開閉するための信号を出力する。

図４は、分散型電源システム３の構成を示す。本実施例の分散型電源システム３は、電源装置３０と、遮断器３３と、電力変換器３５と、計測監視部３７と、分散型電源制御装置２０１とを有する。分散型電源制御装置２０１は、単独運転検出部３１と、遮断器操作部３２と、独立運転許可信号受信部３４と、電力変換器制御部２０２を有する。

単独運転検出部３１と、遮断器操作部３２と、独立運転許可信号受信部３４と、電力変換器制御部２０２とは、それぞれ電子回路として構成することができる。また、分散型電源制御装置２０１は、コンピュータシステムとして構成することができ、例えば、マイクロプロセッサが所定のコンピュータプログラムを実行することで、所定の機能を実現することができる。なお、分散型電源制御装置２０１は、計測監視部３７を含んでいても良い。また、分散型電源制御装置２０１は、電力変換器３５を含んでいても良い。

電力変換器３５は、直流と交流とを変換することができる電気回路である。また、電力変換器３５は、電力変換器制御部２０２からの指示に従って、有効電力、無効電力、力率等を調整することができる。

分散型電源制御装置２０１は、単独運転検出部３１による検出結果と独立運転許可信号受信部３４による受信結果に基づいて、電力変換器３５の制御方式を切り替える。

電源装置３０は、例えば、太陽光発電装置、太陽熱発電装置、風力発電装置、燃料電池コジェネレータ等のように構成される。電源装置３０により発電される電力は、電力変換器３５を介して、配電フィーダ７に供給される。電力変換器３５は、直流と交流とを変換したり、周波数を調整したり、電圧値を調整したりする電気回路である。

計測監視部３７は、配電フィーダ７の電流に関する計測を行う。計測結果は例えば、電圧、周波数、位相等である。

単独運転検出部３１は、単独運転状態を防止するための機能である。単独運転検出部３１は、計測監視部３７による計測結果に基づいて、電力系統の故障を検出し、その検出結果に基づく単独運転検出信号を、遮断器操作部３２及び電力変換器制御部２０２へ出力する。以下の説明において、電力系統の故障を系統故障と呼ぶことがある。系統故障は、落雷、地絡、短絡等により電力供給が停止することや、複数の回線の中の一回線の電力供給が停止すること、等である。単独運転検出部３１が系統故障を検出する場合とは、配電フィーダ７の電圧が所定の電圧閾値以下になった場合、配電フィーダ７の位相変化が所定の位相変化条件を満たす場合、配電フィーダ７へパルスを送信してその反射波が得られない場合、等である。単独運転検出部３１は、系統故障を検出した場合、単独運転検出信号により、遮断器操作部３２に開信号の出力を指示する。

遮断器操作部３２は、配電フィーダ７と電力変換器３５との間に設けられる遮断器３３の開閉を操作するための機能である。遮断器操作部３２は、単独運転検出部３１から開信号の出力を指示されると、開信号を遮断器３３に出力し、遮断器３３により配電フィーダ７と電力変換器３５との間を遮断する。これにより、電源装置３０により発電される電力が配電フィーダ７に流れ込むのを防止する。

独立運転許可信号受信部３４は、監視制御装置１の独立運転許可信号送信部１５から第１の通信網ＣＮ１を介して、独立運転を許可する信号（独立運転許可信号）を受信する。独立運転許可信号受信部３４は、遮断器操作部３２に許可信号を送信し、遮断器操作部３２が遮断器３３に開信号を出力するのを抑止する。以下、独立運転許可信号送信部１５を許可信号送信部１５と呼び、独立運転許可信号受信部３４を許可信号受信部３４と呼ぶことがある。

許可信号受信部３４は、監視制御装置１の許可信号送信部１５から許可信号を受信できない場合、許可信号を遮断器操作部３２に送信しない。このため、単独運転検出部３１から遮断器操作部３２に送信される、開信号の出力指示を有効になる。この結果、遮断器操作部３２は、遮断器３３に開信号を出力し、電力変換器３５と配電フィーダ７との間を電気的に遮断する。以下の説明では、遮断器操作部３２に遮断器３３への開信号を出力させる指示を遮断指令と呼ぶことがある。

このように、遮断器操作部３２は、単独運転検出部３１からの遮断指令を受領した場合でも、許可信号受信部３４から許可信号を受信している間は、単独運転検出部３１からの遮断指令を無効とする。

以下、監視制御装置１が分散型電源システム３の独立運転を許可する動作について説明する。

図６は、監視制御装置１と分散型電源システム３との間の通信手順の一例である。監視制御装置１は、基幹送電網６から配電変電所２への電力供給を監視しており、異常が生じたかを判定する（Ｓ１０）。

電力供給に異常が検出されると、監視制御装置１の許可信号送信部１５は、許可信号を所定の周期で、分散型電源システム３の許可信号受信部３４に送信する（Ｓ１１）。許可信号受信部３４は、監視制御装置１の許可信号送信部１５から受信した許可信号を、遮断器操作部３２に転送する（Ｓ１２）。これにより、単独運転検出部３１から遮断器操作部３２に入力される遮断指令は、無効となる。

なお、許可信号受信部３４は、許可信号送信部１５から受信した許可信号を遮断器操作部３２に転送するのではなく、新たな許可信号を生成して遮断器操作部３２に送信してもよい。

上述のように、単独運転検出部３１から遮断器操作部３２に入力される遮断指令は無効となる。従って、単独運転検出部３１が、配電フィーダ７からの電力供給が停止したことを検出して（Ｓ１３）、遮断指令を遮断器操作部３２に送信しても（Ｓ１４）、遮断器３３は開かない。

このため、電源装置３０により発電される電力は、電力変換器３５及び遮断器３３を介して、電力系統から分離された配電フィーダ７に供給される。その電力は、配電フィーダ７に接続される負荷に供給される。この負荷は、一般負荷４及び重要負荷５を含む。この結果、独立運転を許可された配電フィーダ７では、負荷に電力が供給されるため、その地域の生活及び安全を維持することができ、復興活動の早期開始を支援できる。

何らかの原因により、監視制御装置１の許可信号送信部１５からの許可信号が所定時間以上途絶えると、許可信号受信部３４は、その通信断（許可信号を受信できない状態）を検出する（Ｓ１５）。許可信号受信部３４は、独立運転の不許可を示す信号を、遮断器操作部３２に送信する（Ｓ１６）。

遮断器操作部３２は、既に単独運転検出部３１からの遮断指令を受信済であるため（Ｓ１４）、許可信号受信部３４からの不許可信号を受信すると、遮断器３３を開くための開信号（遮断信号）を出力する（Ｓ１７）。なお、単独運転検出部３１からの遮断指令が有効な期間は、予め定められている。有効期間内に遮断指令を受信している場合、遮断器操作部３２は、許可信号受信部３４からの不許可信号を受信すると、遮断信号を遮断器３３に出力する。

このように、本実施例では、許可信号送信部１５は許可信号受信部３４に所定の短周期で、許可信号を繰り返し送信する。許可信号受信部３４は、所定時間以上、許可信号を受信できなくなると、独立運転が許可されなくなったものと判定して、不許可信号を遮断器操作部３２に送信する。従って、いわゆるフェイルセーフが実現され、配電フィーダ７に電圧が生じるのを防止し、作業員の安全を図ることができる。

このように構成される本実施例では、例えば、自然災害に起因して広域かつ深刻な事態が発生した場合、分散型電源システム３を有効に活用して、重要負荷５への電力供給の可能性を高めることができる。これにより、本実施例では、重要拠点の活動を維持して、地域社会の安全等を確保できる。

図２に示すように、基幹送電網６から配電変電所２への電力供給について障害ＰＦが発生し、配電変電所２から各配電フィーダ７（１）、７（２）への電力供給が停止した場合、予め独立運転が許可された配電フィーダ７（２）には、分散型電源システム３からの電力が供給され、重要負荷５は、その電力を使用できる。

監視制御装置１の管理者は、配電フィーダ７における分散型電源システム３の発電量と重要負荷５の消費量（需要量）とがほぼバランスしているかを判断し、バランスしていると判断した場合に、その配電フィーダ７について独立運転を許可することができる。なお、配電フィーダ７毎の、分散型電源システム３の発電量と重要負荷５の消費量とがバランスしているか否かの判断は、例えば、管理装置８のようなコンピュータシステムにより、自動的に行うこともできる。

従来技術では、自然災害の発生等により、配電フィーダ７が電力系統から分離された場合は、作業員の安全を確保するために、分散型電源システム３の単独運転を禁止するようになっている。このような思想とは逆に、本実施例では、災害発生時に分散型電源システム３を有効に利用すべく、分散型電源システム３の単独運転を許可する。但し、単独運転の許可される分散型電源システム３（つまり、独立運転の許可される配電フィーダ７）は事前に決定されているため、作業員は、電圧の生じている配電フィーダ７を避けて作業することができる。さらに、本実施例では、前述のように、監視制御装置１からの許可信号が途絶えた場合に、分散型電源システム３の単独運転を禁止する。従って、本実施例では、災害発生時において、作業員の安全を確保しながら、分散型電源システム３を有効に利用することができる。

以下、分散型電源制御装置２０１が電力変換器３５の制御方式を切り替える動作について説明する。

ここで、図２に示されている電力系統のうち配電変電所２より基幹送電網６側において、落雷等に起因する故障が発生し、配電フィーダ７（２）への電力供給が不能になった場合について説明する。更に、配電変電所２は、重要負荷５への電力供給を果たす配電フィーダ７（２）を切り離して、分離系統として系統運用させるとする。ここで、電源装置３０による重要負荷５への電力供給能力が十分であるとする。なお、電力供給能力が不足する際には、適時、重要でない一般負荷４を切り離す機能を用いても良い。この機能は、例えば、ＨＥＭＳ（home energy management system）等のエネルギ管理システムが需要家に設けられ、このエネルギ管理システムが要求に応じて一般負荷４を切り離すことにより実現される。更に、配電変電所２は、重要負荷５を含まない配電フィーダ７（１）については、独立運転は認めないとする。

配電フィーダ７（２）により形成される系統区間を分離系統として独立運転させる場合、監視制御装置１は、分散型電源システム３へ独立運転許可信号を送信する。一方、分散型電源システム３において、単独運転検出部３１が系統故障を検出し、且つ独立運転許可信号受信部３４が独立運転許可信号を受信した場合、遮断器操作部３２による電源装置３０と配電フィーダ７（２）の間の配電線の遮断は禁止される。これにより、電源装置３０の配電フィーダ７（２）への連系は、維持される。この動作は、前述のＳ１１〜Ｓ１４に従う。単独運転検出部３１は例えば、検出結果を記憶デバイスへ保存する。独立運転許可信号受信部３４は例えば、受信結果を記憶デバイスへ保存する。その上で、電力変換器制御部２０２は、単独運転検出部３１による検出結果と独立運転許可信号受信部３４による受信結果とに基づいて、電力変換器３５の制御方式を切り替える。

計測監視部３７は、配電フィーダ７における電圧と周波数について、所定電圧に対する電圧偏差ΔＶと、所定周波数に対する周波数偏差Δｆとを計測する。所定電圧及び所定周波数は例えば、電力系統において予め定められた値である。計測監視部３７は例えば、計測結果を記憶デバイスへ保存する。

図７は、電力変換器制御部２０２の構成を示す。電力変換器制御部２０２は、制御モード指示部５０１と、広域系統連系モード演算部５０６と、自立運転モード演算部５０７と、独立地域系統連系モード演算部５０８と、スイッチ５０９とを有する。電力変換器３５は、インバータ５０４を有する。

制御モード指示部５０１は、単独運転検出部３１による検出結果である単独運転検出信号６０１と、独立運転許可信号受信部３４による受信結果である独立運転許可信号６０２とを取得し、その内容に従ってインバータ５０４の制御モードを選択し、選択された制御モードをスイッチ５０９に指示する。

広域系統連系モード演算部５０６と自立運転モード演算部５０７と独立地域系統連系モード演算部５０８とは、夫々広域系統連系モード、自立運転モード、独立地域系統連系モードに対応する演算を行う。広域系統連系モード演算部５０６は、計測監視部３７からΔＶを取得する。自立運転モード演算部５０７は、計測監視部３７からΔＶを取得する。独立地域系統連系モード演算部５０８は、計測監視部３７からΔＶとΔｆを取得する。スイッチ５０９は、制御モード指示部５０１から指示された制御モードに応じて、広域系統連系モード演算部５０６と自立運転モード演算部５０７と独立地域系統連系モード演算部５０８との演算結果の一つを選択し、駆動信号５０５としてインバータ５０４へ出力する。

図８は、制御モード指示部５０１による判断基準を示す。この判断基準は、単独運転検出部３１により生成される単独運転検出信号６０１の状態と、独立運転許可信号受信部３４により受信される独立運転許可信号６０２の状態とを用いる。ここで、系統故障が検出されている場合の単独運転検出信号６０１の値を１とし、系統故障が検出されていない場合の単独運転検出信号６０１の値を０とする。また、独立運転が許可されていない場合の独立運転許可信号６０２の値を０とし、独立運転が許可されている場合の独立運転許可信号６０２の値を１とする。制御モード指示部５０１は、単独運転検出信号６０１及び独立運転許可信号６０２の値の組み合わせに対応する、制御モード６０３を選択する。なお、制御モード指示部５０１は、単独運転検出信号６０１の有無と独立運転許可信号６０２の有無とによって、制御モード６０３を選択しても良い。

系統故障が検出されていない場合、独立運転が許可されているか否かに関わらず、制御モードは広域系統連系モードになる。これにより、分散型電源システム３は、電力系統に連系する。系統故障が検出されている場合、且つ独立運転が許可されていない場合、制御モードは自立運転モードになる。これにより、分散型電源制御装置２０１は、必要に応じて分散型電源システム３を有する需要家内の運用に移行する。系統故障が検出されている場合、且つ独立運転が許可されている場合、制御モードは独立地域系統連系モードになる。これにより、分散型電源制御装置２０１は、電力系統への連系を維持したまま、分散型電源システム３を系統区間（分離系統）での系統運用に協調させる。

まず、広域系統連系モードにおける電力変換器３５の制御方式について説明する。広域系統連系モード演算部５０６は、インバータ５０４を介して電源装置３０を電力系統と系統連系させる。つまり、電圧型電流制御方式によるインバータ５０４の制御によって、電源装置３０の発電電力の最大化という観点で効率的な運用を目指す。ここで広域系統連系モード演算部５０６は、電源装置３０を電力系統に連系させるための予め定められた条件に応じて、電力系統の電圧管理に協調する力率制御を行う。

図９は、広域系統連系モードにおける力率制御の一例を示す。縦軸７０１は、力率（Ｐ．Ｆ．：Power Factor）を示し、横軸７０２は有効電力（Ｐ）を示している。有効電力が事前に定められた閾値７０３以下である場合、広域系統連系モード演算部５０６は、力率が１．０になるようにインバータ５０４を制御する。有効電力が閾値７０３を超える場合、広域系統連系モード演算部５０６は、有効電力の増加に対し力率を一定比率で低下させることで、連系点の電圧上昇を抑制する。

次に、自立運転モードにおける電力変換器３５の制御方式について説明する。自立運転モード演算部５０７は、電圧型電圧制御方式でインバータ５０４を制御する。これによって分散型電源システム３は、需要家内の非常用電源として、電圧および周波数を維持しながら、需要家内の負荷へ電力供給を行うことができる。

次に、独立地域系統連系モードにおける電力変換器３５の制御方式について説明する。独立地域系統連系モード演算部５０８は、広域系統連系モード演算部５０６と同様、発電電力の最大化のために電圧型電流制御を主体とするが、これに系統連系のための制御とは異なる制御を付加する場合がある。この制御は、独立運転する分離系統の系統特性に依存する。特に、分散型電源システム３において、太陽光発電のようにインバータ５０４を介して連系する電源からの電力供給が主体となっていて、ディーゼル発電機のように回転機を有する電源が乏しい場合、分離系統自体の同期化力が期待できない。これにより、分離系統全体での無効電力不平衡が周波数偏差として表れる。このように分離系統全体で同期化力が不足する場合、独立地域系統連系モード演算部５０８は、周波数偏差を入力として電源装置３０の無効電力の制御を行う。

図１０は、周波数偏差を入力とした無効電力制御の一例を示す。縦軸８０１は力率（Ｐ．Ｆ．）である。横軸８０２は、周波数偏差に関する指標であり、例えば観測周波数と基準周波数の偏差の積分値を採用する。このような周波数偏差に関する指標が、事前に定めた上限８０３と下限８０４で定義される範囲外になる場合には、インバータ５０４により力率を調整することにより無効電力を調整し、周波数偏差の解消を行う。なお、独立地域系統連系モード演算部５０８は、周波数偏差Δｆを入力として無効電力の調整量を求めても良い。

また、このように周波数偏差の解消のために無効電力制御を行う場合、無効電力制御による配電フィーダ７の配電線電圧制御が難しくなる。この場合、独立地域系統連系モード演算部５０８は、電圧偏差を入力として電源装置３０の有効電力の制御を付加する。

図１１は、電圧偏差を入力とした有効電力制御の一例を示す。縦軸９０１は電源装置３０の有効電力出力に対する調整必要量である。横軸９０２は連系点における計測電圧と目標電圧の偏差ΔＶである。ΔＶが上限９０３と下限９０４で定義される範囲に入っている場合、独立地域系統連系モード演算部５０８は、有効電力の調整を行わない。ΔＶが上限を上回る場合、独立地域系統連系モード演算部５０８は、インバータ５０４により有効電力を下げて電圧抑制を行う。ΔＶが下限を下回る場合、独立地域系統連系モード演算部５０８は、インバータ５０４により有効電力出力を上げること、又は、需要家内の非重要負荷（一般負荷４）の遮断を行うことにより、電圧の維持を図る。例えば、需要家にＨＥＭＳ（home energy management system）等のエネルギ管理システムが設けられ、このエネルギ管理システムが需要家内の負荷の遮断を行うことができる場合、独立地域系統連系モード演算部５０８は、需要家内の非重要負荷の遮断をエネルギ管理システムに依頼する。

本実施例によれば、電力系統から系統区間への電力供給が停止されたか否かを示す検出結果と監視制御装置１からの独立運転許可信号とに基づいて、電力変換器３５の制御方式を切り替えることができる。これにより、分散型電源システム３を電力系統へ連系させる場合と、分散型電源システム３を需要家内で用いる場合と、分散型電源システム３を分離系統へ連系させる場合との何れにおいても、分散型電源システム３の運用を維持することができる。特に、分散型電源システム３を分離系統へ連系させる場合、計測された周波数に基づいて電力変換器の無効電力制御を行うことにより、無効電力の不平衡による周波数偏差を解消することができる。また、計測された電圧に基づいて電力変換器の有効電力制御を行うことにより、無効電力制御に伴う電圧偏差を解消することができる。

また、本実施例によれば、分散型電源システム３の柔軟な運用を行うことが可能になる。特に、従来の広域系統連系による売電もしくは非常電源としての活用に加えて、電力系統のうち特定の系統区間（地域）を分離して分離系統とし、その中の分散型電源システム３を独立運転させ、その分離系統運用に貢献することが可能となる。自然災害等、広域かつ深刻な事態が発生した際でも、重要負荷５を含む系統区間を独立運用させるといった電力供給の手段を増やすことができる。喫緊で立上げ供給が必要な重要負荷、例えば自家発電設備を持たない自治体設備や病院などを含む配電フィーダ７（２）を独立運転させることで、復旧復興時の各種作業を円滑に行う環境を整えられる。

図１２および図１３を参照して、第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例は、第１実施例の変形例に相当する。従って、第１実施例との相違を中心に説明する。第１実施例では、独立運転を許可する配電フィーダ７を事前に設定する場合を述べた。これに対し、本実施例では、独立運転の許可された配電フィーダ７について、現場近辺の作業員に警告を出すようになっている。

本実施例では、各配電フィーダ７は、電力系統から分離されると、自動的に独立運転を開始するようになっている。詳しくは、電力系統に障害が発生すると、監視制御装置１Ａは、各分散型電源システム３に向けて、許可信号を所定周期で繰り返し送信する。従って、各配電フィーダ７は電力系統から分離された状態で独立運転する。なお、第１実施例と同様に、監視制御装置１Ａからの許可信号が所定時間以上途絶えた場合、直ちに、独立運転は中止される。

図１２は、本実施例による監視制御装置１Ａを含む配電システムの例である。監視制御装置１Ａは、第１実施例の監視制御装置１と比較して、「設定部」に相当する設定入力部１２及び遠隔指令受信部１３を備えていない。本実施例では、独立運転を許可する配電フィーダ７を事前に設定しないため、設定部に相当する構成は除外されている。

さらに、本実施例の監視制御装置１Ａは、第１実施例の監視制御装置１に比較して、通知情報送信部１６を備えている。通知情報送信部１６は、第３の通信網ＣＮ３を介して、複数の情報端末９に接続される。第３の通信網ＣＮ３は、第１の通信網ＣＮ１と共通の通信網として構成してもよい。通知情報送信部１６は、情報端末９に所定の通知情報を送信するためのものである。

図１３を参照して、通知情報送信部１６の機能構成を説明する。通知情報送信部１６は、例えば、以下に述べる複数の処理１６０〜１６３と、複数のデータベース１６４〜１６７を備えている。

独立運転の許可された分離系統を確認するための第１処理１６０は、独立運転判定部１０から、独立運転の許可された分離系統（配電フィーダ７）を特定する配電フィーダ識別子を受領する。第１処理１６０は、配電フィーダ識別子と配電構成情報データベース１６４とに基づいて、独立運転の許可された配電フィーダ７を特定する。配電構成情報データベース１６４では、配電システムの構成と配電フィーダ識別子とが対応付けて管理されている。

作業員の位置及び作業計画を確認する第２処理１６１は、作業員位置情報データベース１６５及び作業計画情報データベース１６６に基づいて、作業員の位置及び作業計画を確認する。作業員位置情報データベース１６５は、各作業員の保持する情報端末９の識別子（または作業員の識別子）と、情報端末９の現在位置とを対応付けて管理する。情報端末９の位置は、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）などを用いて測定できる。作業計画情報データベース１６６は、作業員の保持する情報端末９の識別子（または作業員の識別子）と、作業計画とを対応付けて管理する。

通知情報の送信先及び内容を決定する第３処理１６２は、通知情報を送信すべき範囲と、通知情報の内容とを決定する。通知情報を送信する範囲とは、通知情報を送信すべき情報端末９を示す。通知情報の内容とは、例えば、通知情報に含まれるメッセージの種類、通知情報の通知方法などを示す。

例えば、独立運転している配電フィーダ７の配電領域から離れている情報端末９には、「○○地区では、独立運転中です。注意して作業してください。」のような通常のメッセージを送る。また例えば、独立運転している配電フィーダ７の配電領域内の情報端末９には、「危険です。いったん作業を停止し、安全を確保してください」のような緊急メッセージを送信すると共に、警告音を鳴動させる。送信先情報データベース１６７は、通知情報の送信範囲および送信内容を記憶する。配電領域とは、配電フィーダ７により電力が供給される地理的領域を意味する。

なお、独立運転している配電フィーダ７の配電領域から所定距離以上離れている情報端末９であって、かつ、その配電領域での作業が予定されていない作業者に保持されている情報端末９には、通知情報を送信しない構成でもよい。これにより、災害発生時の通信量を低減できる。

通知情報を情報端末９に送信する第４処理１６３は、送信先情報データベース１６７を参照して、情報端末９に通知情報を送信する。図８に示す例では、独立運転中の配電フィーダ７の配電領域から所定距離以上離れている情報端末９（１）には、通常のメッセージが送信される。独立運転中の配電フィーダ７の配電領域に近い情報端末９（２）には、緊急メッセージおよび警告信号が送信される。警告信号を受信した情報端末９（２）は、例えば、振動したり、ブザーを鳴動させたり、ランプを点滅させたりする。

分散型電源システム３は、第１実施例と同様である。従って、分散型電源制御装置２０１は、系統故障及び独立運転電力許可信号に基づいて、電力変換器３５の制御方式を切り替えることができる。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の効果を奏する。さらに、本実施例では、各配電フィーダ７が電力系統から分離された場合は、原則として独立運転を許可している。そして、本実施例では、配電フィーダ７の独立運転が許可されていることを、作業員の保持する情報端末９に通知情報を送信する。

これにより、本実施例では、独立運転を許可する配電フィーダ７を事前に設定する必要がなく、管理者の手間を省くことができる。さらに、本実施例では、作業員の安全を確保しながら、より多くの分散型電源システム３を稼働させることができ、より多くの負荷（一般負荷４、重要負荷５）に電力を供給できる。

図１４、図１５、図１６を参照して第３実施例を説明する。本実施例では、独立運転している配電フィーダ７を電力系統に再接続させる場合を説明する。

図１４は、本実施例による監視制御装置１Ｂを含む配電システムの構成図である。監視制御装置１Ｂは、第１実施例の監視制御装置１に比較して、基準位相送信部１７をさらに備えている。

基準位相送信部１７は、本系統側の基準位相を分散型電源システム３に送信するための機能である。ここでの本系統側とは、分離系統となる配電フィーダ７から見て、遮断器２２の上流側（電圧が高い側）を示す。具体的には、本系統側とは、図３に示す母線２０の側である。

本系統（母線２０）の位相を基準位相と呼ぶ。基準位相は、計測値入力部１１を介して取得される電圧値から算出できる。本系統側の障害が復旧し、基幹送電網６から配電変電所２への電力供給が回復すると、基準位相が算出される。算出された基準位相は、第１の通信網ＣＮ１を介して、分散型電源システム３に送信される。

図１５は、本実施例による分散型電源システム３Ｂの構成例を示す。本実施例の分散型電源システム３Ｂは、第１実施例の分散型電源システム３に比較して、分散型電源制御装置２０１の代わりに分散型電源制御装置２０１Ｂを有し、電力変換器３５の代わりに電力変換器３５Ｂを有する。また、本実施例の分散型電源制御装置２０１Ｂは、第１実施例の分散型電源制御装置２０１に比較して、電力変換器制御部２０２の代わりに電力変換器制御部２０２Ｂを有し、電力変換器３５の代わりに電力変換器３５Ｂを有し、基準位相受信部３６をさらに有する。基準位相受信部３６は、電子回路として構成することができる。

電力変換器３５Ｂは、直流と交流とを変換することができる電気回路である。また、電力変換器３５Ｂは、電力変換器制御部２０２Ｂからの指示に従って、有効電力、無効電力、力率、位相等を調整することができる。

基準位相受信部３６は、監視制御装置１Ｂの基準位相送信部１７から送信される基準位相を受信する。基準位相受信部３６は、基準位相を電力変換器制御部２０２Ｂへ送信する。

電力変換器制御部２０２Ｂが系統故障及び独立運転電力許可信号に基づいて電力変換器３５Ｂの制御方式を切り替える動作は、第１実施例の電力変換器制御部２０２と同様である。但し、電力変換器制御部２０２Ｂは、分離系統が電力系統に再接続される場合、即ち、独立地域系統連系モード又は自律運転モードから、広域系統連系モードへ切り替える時、基準位相受信部３６からの基準位相を電力変換器３５Ｂへ送信して、電力変換器３５Ｂに同期運転の開始を指示する。電力変換器３５Ｂが同期運転を開始すると、分散型電源システム３Ｂから出力される電力の位相は、基準位相に徐々に近づいていき、やがて一致する。

図１６は、本実施例の動作を示す。或る配電フィーダ７の独立運転が許可されている状態から説明する（Ｓ２１、Ｓ２２）。

本系統側の障害が回復すると（Ｓ２３）、監視制御装置１Ｂは基準位相を算出する。基準位相送信部１７は、基準位相受信部３６に基準位相を送信する（Ｓ２４）。基準位相受信部３６は、電力変換器３５に基準位相を通知して同期運転を指示する（Ｓ２５）。

監視制御装置１Ｂは、基準位相を分散型電源システム３Ｂに送信してから所定時間が経過したかを判定する（Ｓ２６）。その所定時間は、分散型電源システム３Ｂの電力供給の位相が基準位相に一致するために十分な長さとして、予め設定されている。監視制御装置１Ｂは、所定時間が経過すると、遮断器操作部２５を介して遮断器２２を閉じさせ、分離系統である配電フィーダ７を本系統である母線２０に再接続する（Ｓ２７）。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の効果を奏する。さらに、本実施例では、独立運転していた配電フィーダ７を電力系統に復帰させて、配電フィーダ７と電力系統との連系を回復することができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。例えば、第３実施例は第２実施例に適用することもできる。

また、上述した実施例では、負荷（一般負荷４、重要負荷５）の動作について特に限定しないが、例えば、いわゆるデマンドレスポンス制御によって、分離系統である配電フィーダ７に接続された一般負荷４の電力消費を低下させる構成でもよい。これにより、分散型電源システム３、３Ｂからの電力を重要負荷５により多く供給できる。

さらに、電力系統から分離される区間の単位として配電フィーダ７を挙げたが、配電フィーダ７よりも大きい区間で、または、小さい区間で、電力系統から分離できる構成としてもよい。

本発明の構成の少なくとも一部は、コンピュータプログラムとして実現できる。コンピュータプログラムは、例えば、インターネットのような通信媒体、ハードディスクまたはフラッシュメモリデバイスのような記録媒体を介して、配布することができる。

また、以上に説明した各実施例は、次のように表現することができる。
（表現１）
電力系統から分離可能な系統区間内の分散型電源からの電力を制御する分散型電源制御装置であって、
前記電力系統の故障を検出する検出部と、
前記系統区間が前記電力系統から分離された場合に前記分散型電源が前記系統区間に連系して独立運転することについて、許可を示す信号を受信する受信部と、
前記故障が検出され、且つ、前記信号が受信された場合、前記系統区間の電圧及び周波数の計測結果に基づいて、前記分散型電源からの電力を変換して前記系統区間へ出力する電力変換器を制御する制御部と
を備える分散型電源制御装置。

また、以上に説明した各実施例は、次のように表現することができる。
（表現２）
電力系統から分離可能な系統区間内の分散型電源からの電力を制御する分散型電源制御システムであって、
前記系統区間が前記電力系統から分離された場合に前記分散型電源が前記系統区間に連系して独立運転することについて、許可を示す信号を送信する系統区間制御装置と、
前記分散型電源からの電力を制御する分散型電源制御装置と
を備え、
分散型電源制御装置は、
前記電力系統の故障を検出する検出部と、
前記系統区間が前記電力系統から分離された場合に前記分散型電源が前記系統区間に連系して独立運転することについて、許可を示す信号を受信する受信部と、
前記故障が検出され、且つ、前記信号が受信された場合、前記系統区間の電圧及び周波数の計測結果に基づいて、前記分散型電源からの電力を変換して前記系統区間へ出力する電力変換器を制御する制御部と
を有する、
分散型電源制御システム。

これらの表現において、分散型電源は例えば、電源装置３０に対応する。また、検出部は例えば、単独運転検出部３１に対応する。また、受信部は例えば、独立運転許可信号受信部３４に対応する。また、制御部は例えば、電力変換器制御部２０２、２０２Ｂに対応する。また、系統区間制御装置は例えば、独立運転監視制御装置１、１Ａ、１Ｂに対応する。

１、１Ａ、１Ｂ：独立運転監視制御装置
２：配電変電所
３、３Ｂ：分散型電源システム
４：一般負荷
５：重要負荷
６：基幹送電網
７：配電フィーダ
９：情報端末
１０：独立運転判定部
１１：計測値入力部
１２：設定入力部
１３：遠隔指令受信部
１４：遮断器制御信号出力部
１５：独立運転許可信号送信部
１６：通知情報送信部
１７：基準位相送信部
３０：電源装置
３１：単独運転検出部
３２：遮断器操作部
３４：独立運転許可信号受信部
３５、３５Ｂ：電力変換部
３６：基準位相受信部
３７：計測監視部
２０１、２０１Ｂ：分散型電源制御装置
２０２、２０２Ｂ：電力変換器制御部
５０１：制御モード指示部
５０４：インバータ
５０６：広域系統連系モード演算部
５０７：自立運転モード演算部
５０８：独立地域系統連系モード演算部
５０９：スイッチ

Claims (8)

1. 電力系統から分離可能な系統区間内の分散型電源からの電力を制御する分散型電源制御装置であって、
   前記電力系統の故障を検出する検出部と、
   前記系統区間が前記電力系統から分離された場合に前記分散型電源が前記系統区間に連系して独立運転することについて、許可を示す信号を受信する受信部と、
   前記故障が検出され、且つ、前記信号が受信された場合、前記系統区間の電圧及び周波数の計測結果に基づいて、前記分散型電源からの電力を変換して前記系統区間へ出力する電力変換器を制御する制御部と
   を備える分散型電源制御装置。
2. 前記計測結果は、所定周波数に対する前記系統区間の周波数偏差を含み、
   前記故障が検出され、且つ、前記信号が受信された場合、前記制御部は、前記周波数偏差に基づいて、前記電力変換器の無効電力を調整する、
   請求項１に記載の分散型電源制御装置。
3. 前記計測結果は、所定周波数に対する前記系統区間の周波数偏差を含み、
   前記故障が検出され、且つ、前記信号が受信された場合、前記制御部は、前記周波数偏差に基づいて、前記電力変換器の力率を調整する、
   請求項１に記載の分散型電源制御装置。
4. 前記計測結果は、所定電圧に対する前記系統区間の電圧偏差を含み、
   前記故障が検出され、且つ、前記信号が受信された場合、前記制御部は、前記電圧偏差に基づいて、前記電力変換器の有効電力を調整する、
   請求項２又は３に記載の分散型電源制御装置。
5. 前記計測結果は、所定電圧に対する前記系統区間の電圧偏差を含み、
   前記故障が検出されていない場合、前記制御部は、前記電圧偏差に基づいて、電圧型電流制御方式により前記電力変換器を制御する、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の分散型電源制御装置。
6. 前記計測結果は、所定電圧に対する前記系統区間の電圧偏差を含み、
   前記故障が検出され、且つ、前記信号が受信されない場合、前記検出部は、前記系統区間と前記分散型電源の間を遮断するための遮断指令を送信し、前記制御部は、前記電圧偏差に基づいて、電圧型電圧制御方式により前記電力変換器を制御する、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の分散型電源制御装置。
7. 前記信号が受信された場合、前記受信部は、前記検出部が前記故障の検出に応じて前記系統区間と前記分散型電源の間を遮断するための遮断指令を送信することを、禁止する、
   請求項１乃至６の何れか一項に記載の分散型電源制御装置。
8. 電力系統から分離可能な系統区間内の分散型電源からの電力を制御する分散型電源制御方法であって、
   系統区間制御装置が、前記系統区間が前記電力系統から分離された場合に前記分散型電源が前記系統区間に連系して独立運転することについて、許可を示す信号を送信し、
   分散型電源制御装置が、前記電力系統から前記系統区間への電力供給の故障を検出し、
   前記故障が検出され、且つ、前記信号が受信された場合、前記分散型電源制御装置が、前記系統区間の電圧及び周波数の計測結果に基づいて、前記分散型電源からの電力を変換して前記系統区間へ出力する電力変換器を制御する、
   ことを備える分散型電源制御方法。

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