JP2015057000A

JP2015057000A - 単独運転検出装置

Info

Publication number: JP2015057000A
Application number: JP2013190260A
Authority: JP
Inventors: 誉夫進士; Yoshio Shinshi; 塚田　龍也; Tatsuya Tsukada; 龍也塚田; 治良三宅; Haruyoshi Miyake; 真之田所; masayuki Tadokoro; 貴大八木; Takahiro Yagi
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2015-03-23
Also published as: JP2017195775A

Abstract

【課題】分散型電源の単独運転を高速に検出して、複数の分散型電源を解列する。【解決手段】単独運転検出装置１４０ｂは、商用電力系統１１０に連系され、予め定められた接続範囲に属する複数の分散型電源１３０全てを含まない少なくとも１の分散型電源の出力に変動を与える変動生成部１４２と、系統連系点における所定の電気的パラメータの変動を検出し、変動生成部が与える変動によって所定の電気的パラメータが閾値を超えて変動した場合、複数の分散型電源を商用電力系統から解列するか、または、複数の分散型電源を停止する単独運転信号を出力する解列処理部１４４とを備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、商用電力系統に連系された分散型電源が単独運転となったことを検出する単独運転検出装置に関する。

近年、需要家が管理する負荷に太陽光発電設備等の分散型電源を接続し、分散型電源の電力で負荷を賄うとともに、分散型電源と商用電力系統とを連系し、分散型電源において発電した電力が負荷で消費される電力より少ない場合に、不足した電力を商用電力系統から受電する系統連系が行われている。また、系統連系した分散型電源において、発電した電力が負荷で消費される電力より多い場合、分散型電源から商用電力系統に電力を供給（逆潮流）し売電することができる。

このような系統連系の下、商用電力系統側の停電等により商用電力系統側から電力の供給が停止すると、需要家が管理する負荷を含む、分散型電源に接続された全ての負荷の電力を、分散型電源のみで賄う単独運転となる。単独運転では、分散型電源に過負荷がかかってしまうおそれや、分散型電源から商用電力系統側へ逆充電されることにより、感電や需要家機器の破損等のおそれが生じる。このため、単独運転を検出して分散型電源を商用電力系統から解列する単独運転検出装置が設けられることがある。

単独運転検出装置が単独運転を検出する方式として、能動的方式が知られている。能動的方式は、分散型電源の出力における電圧や周波数等の電気的パラメータに微小な変動を与え、単独運転時にはこの変動が増大することを利用して単独運転を判断する。能動的方式としては、例えば、周波数シフト方式、有効電力変動方式、無効電力変動方式等の従来型能動的方式が用いられている。そして、例えばマンション等の、複数の分散型電源同士が接続され、その接続された複数の分散型電源の電力を共同して利用する予め定められた範囲（接続範囲）において、従来型能動的方式の１の単独運転検出装置が、複数の分散型電源全ての出力に変動を与える技術が知られている（例えば、特許文献１）。また、従来型能動的方式の１の単独運転検出装置が複数の分散型電源全ての出力に変動を与え、単独運転時に従来型能動的方式の１の単独運転検出装置が複数の分散型電源を解列する技術が知られている（例えば、特許文献２）。

特許第３４０８０６４号公報特開２０００−２３６６２９号公報

近年では、新型の能動的方式（新型能動的方式）の単独運転検出装置が開発されている。従来型能動的方式では、単独運転発生から分散型電源の解列までの時限は０．５秒〜１．０秒と規定されているが、新型能動的方式では、分散型電源を０．５秒未満で高速に解列することができる。かかる新型能動的方式としては、例えば、ステップ注入付周波数フィードバック方式が挙げられる。

このような新型能動的方式の単独運転検出装置を分散型電源とともに新設する場合、接続範囲において未だ従来型能動的方式の単独運転検出装置が接続されており、新型能動的方式の単独運転検出装置と従来型能動的方式の単独運転検出装置とが混在する場合がある。

新型能動的方式では、高速に分散型電源を解列することができるため、従来型能動的方式の単独運転検出装置を用いず、新型能動的方式の単独運転検出装置によって、接続範囲の全ての分散型電源を高速に解列させることが考えられる。しかし、特許文献１および２の技術では、１の単独運転検出装置が複数の分散型電源全てに変動を与えることを前提としているので、接続範囲の全ての分散型電源を解列させるためには、新型能動的方式の単独運転検出装置からの信号によって全ての分散型電源の出力が変動するように、既に設けられていた分散型電源を改造する必要がある。また、特許文献２の技術は同期発電機に限った技術であるため、太陽光発電設備等のパワーコンディショナを利用する分散型電源には応用できなかった。

そこで、本発明はこのような課題に鑑み、分散型電源の単独運転を高速に検出して、複数の分散型電源を解列することが可能となる単独運転検出装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の単独運転検出装置は、商用電力系統に連系され、予め定められた接続範囲に属する複数の分散型電源全てを含まない少なくとも１の分散型電源の出力に変動を与える変動生成部と、系統連系点における所定の電気的パラメータの変動を検出し、変動生成部が与える変動によって所定の電気的パラメータが閾値を超えて変動した場合、複数の分散型電源を商用電力系統から解列するか、または、複数の分散型電源を停止する単独運転信号を出力する解列処理部と、を備えることを特徴とする。

また、単独運転検出装置は、新型能動的方式であり、かつ、商用電力系統における系統電源の解列から０．５秒未満で複数の分散型電源を商用電力系統から解列可能、または、複数の分散型電源を停止可能であるとしてもよい。

本発明によれば、分散型電源の単独運転を高速に検出して、複数の分散型電源を解列することが可能となる。

商用電力系統に複数台の分散型電源が連系された状態を説明するための図である。高低圧混触事故の発生時点から分散型電源を解列するまでの時間の流れを説明するための図である。ステップ注入付周波数フィードバック方式における、単独運転時の分散型電源の出力の変動を説明するための図である。変形例にかかる単独運転検出システムを説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、商用電力系統１１０に複数台の分散型電源１３０が連系された状態を説明するための図である。図１に示すように、商用電力系統１１０は、系統電源１１２と遮断器１１４と配電線１１６とを含んで構成される。系統電源１１２は例えば電力会社の発電所に相当し、系統電源１１２が発電した電力は、遮断器１１４を介し、配電線１１６により、配電線１１６と接続した住宅１２０ａおよび住宅１２０ｂに供給される。ここでは、住宅１２０ａには分散型電源１３０が設けられており、住宅１２０ｂには分散型電源１３０が設けられていないとする。したがって、住宅１２０ｂの負荷１２２は、遮断器１２４を介して供給される系統電源１１２の電力で賄われる。

単独運転検出システム１００は、分散型電源１３０と、負荷１３２と、単独運転検出装置１４０と、遮断器１５０、１６０とを含んで構成される。本実施形態において、分散型電源１３０の電力を共同して利用する予め定められた範囲（接続範囲）は住宅１２０ａである。住宅１２０ａは例えばマンション等の集合住宅であり、マンションの複数（本実施形態では３）の住戸それぞれにおいて分散型電源１３０が系統連系している。

分散型電源１３０は、例えば太陽電池、燃料電池、エンジン発電機等で構成され、電力を生成し、生成した電力を負荷１３２に供給するとともに、系統連系することで、生成した電力を商用電力系統１１０側に供給（逆潮流）可能となっている。また、分散型電源１３０は単独運転検出装置１４０と接続している。ここで、従来型能動的方式の単独運転検出装置（以下、「第１単独運転検出装置」と呼ぶ）１４０ａと接続した分散型電源１３０を分散型電源１３０ａ、新型能動的方式の単独運転検出装置（以下、「第２単独運転検出装置」と呼ぶ）１４０ｂと接続した分散型電源１３０を分散型電源１３０ｂとする。

第１単独運転検出装置１４０ａは、従来型能動的方式（例えば、周波数シフト方式、有効電力変動方式、無効電力変動方式等）により、分散型電源１３０ａの出力における電圧や周波数といった電気的パラメータに変動を与え、分散型電源１３０ａの単独運転を検出する。第２単独運転検出装置１４０ｂは新型能動的方式（例えば、ステップ注入付周波数フィードバック方式）により分散型電源１３０ｂの単独運転を検出する。新型能動的方式は、従来型能動的方式よりも新しく開発された能動的方式であり、従来型能動的方式よりも高速に分散型電源１３０を解列することができる。なお、分散型電源１３０を系統連系する場合、単独運転検出装置１４０の設置が必要となるため、分散型電源１３０ａには第１単独運転検出装置１４０ａが設けられているが、本実施形態にかかる単独運転検出システム１００においては、第２単独運転検出装置１４０ｂを用いるので、第１単独運転検出装置１４０ａは利用されない。

次に、第１単独運転検出装置１４０ａおよび第２単独運転検出装置１４０ｂにおける、単独運転発生から分散型電源１３０（１３０ａ、１３０ｂ）の解列までの速度について説明する。

例えば、分散型電源１３０の電力容量が５０ｋＷ未満であって低圧連系する場合、高低圧混触事故の対策として、高低圧混触事故の発生時点から分散型電源１３０を解列する時点までに要する時間（例えば、１．０秒）が系統連系規程に定められている。

図２は、高低圧混触事故の発生時点から分散型電源１３０を解列するまでの時間の流れを説明するための図である。図２に示すように、高低圧混触事故の発生（時点Ｔ０）から系統電源１１２の解列、すなわち、系統電源１１２側の遮断器１１４（図１参照）の解放（時点Ｔ１）までは一般的に０．５〜０．９秒程度かかる。そして遮断器１１４が解放された時点Ｔ１より、分散型電源１３０は単独運転となる。したがって、第１単独運転検出装置１４０ａおよび第２単独運転検出装置１４０ｂは、単独運転発生（時点Ｔ１）後、０〜０．５秒程度で分散型電源１３０ａおよび分散型電源１３０ｂを解列、すなわち、遮断器１５０を解放（時点Ｔ２）する必要がある。

しかし、従来型能動的方式である第１単独運転検出装置１４０ａにおいて、単独運転発生（時点Ｔ１）から遮断器１５０の解放（時点Ｔ２）までの時限は０．５〜１．０秒と規定されている。一方で、新型能動的方式である第２単独運転検出装置１４０ｂにおいては、単独運転発生（時点Ｔ１）から０．５秒未満で第１単独運転検出装置１４０ａよりも高速に遮断器１５０を解放することができる。このため、第１単独運転検出装置１４０ａでは規定された時間以上の時間を費やしてしまうことが理由で系統連系できなかった場合でも、第２単独運転検出装置１４０ｂでは短時間で済むので系統連系することが可能となる。

次に、本実施形態にかかる単独運転検出システム１００において、第２単独運転検出装置１４０ｂが分散型電源１３０（１３０ａ、１３０ｂ）を解列させる構成について説明する。

図１に戻って説明すると、第２単独運転検出装置１４０ｂは、変動生成部１４２と解列処理部１４４とを含んで構成される。変動生成部１４２は、入力線Ｌ１を通じ、分散型電源１３０と配電線１１６との接続点である系統連系点における電気的パラメータ（ステップ注入付周波数フィードバック方式では、例えば、周波数）を検出する。そして、検出した周波数に応じて、変動生成部１４２は、周波数の変動を助長させるように分散型電源１３０ｂの出力に電気的パラメータ（ステップ注入付周波数フィードバック方式では、例えば、無効電力）を注入する能動信号を出力線Ｍを通じて常時送信する。解列処理部１４４は、入力線Ｌ２を通じて系統連系点における周波数を検出する。解列処理部１４４が検出した周波数の変動が、予め定められた閾値を超えたとき、解列処理部１４４は、出力線Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３を通じて遮断器１５０に単独運転信号を出力し遮断器１５０を解放させる。これにより、分散型電源１３０（１３０ａ、１３０ｂ）が解列することとなる。なお、本実施形態においては変動生成部１４２が入力線Ｌ１を通じ、また、解列処理部１４４が入力線Ｌ２を通じてそれぞれが周波数を検出しているが、周波数を検出する構成を共通の構成とすることもできる。

図３は、ステップ注入付周波数フィードバック方式における、単独運転時の分散型電源１３０ｂの出力の変動を説明するための図であり、図３（ａ）は縦軸が分散型電源１３０ｂの出力における無効電力Ｑ（ｖａｒ）、横軸が時間ｔ（ｓ）を示した図であり、図３（ｂ）は縦軸が分散型電源１３０ｂの出力における周波数ｆ（Ｈｚ）、横軸が時間ｔ（ｓ）を示した図である。

上述したように、ステップ注入付周波数フィードバック方式を採用した第２単独運転検出装置１４０ｂでは、常時、能動信号を送信し、分散型電源１３０ｂの出力に無効電力を注入する。しかしながら、図３（ａ）に示すように、高低圧混触事故が発生した時点Ｔ０から分散型電源１３０ｂが単独運転となる時点Ｔ１までは分散型電源１３０ｂの出力における無効電力の変動は小さい。したがって、図３（ｂ）に示すように、時点Ｔ１までは分散型電源１３０ｂの出力における周波数の変動も小さくなる。これは、分散型電源１３０ｂの出力における無効電力の変動は、系統電源１１２側に吸収されるためである。

分散型電源１３０ｂが単独運転となると（時点Ｔ１）、注入された無効電力が系統電源１１２側に吸収されなくなるため、第２単独運転検出装置１４０ｂにより注入される無効電力によって、分散型電源１３０ｂの出力における無効電力の変動が増大する（図３（ａ））。そして分散型電源１３０ｂの出力における無効電力の変動に伴い、周波数の変動が増大する（図３（ｂ））。周波数の変動が予め定められた閾値Ｈ１に達したとき（時点Ｔｈ１）、第２単独運転検出装置１４０ｂにより、分散型電源１３０ｂの出力に、それまでより急峻に無効電力が注入され、周波数の変動が促進される。その結果、周波数の変動が予め定められた閾値Ｈ２に達したとき（時点Ｔｈ２）、第２単独運転検出装置１４０ｂは分散型電源１３０を解列させる（時点Ｔ２）。なお、図３では理解を容易にするため、時点Ｔｈ２と時点Ｔ２との間を空けて記載しているが、第２単独運転検出装置１４０ｂは、周波数が閾値Ｈ２に達した後、瞬時に分散型電源１３０を解列させるため、時点Ｔｈ２と時点Ｔ２は、ほぼ同時である。

第２単独運転検出装置１４０ｂを分散型電源１３０ｂとともに新設する場合、図１に示すように第１単独運転検出装置１４０ａおよび第２単独運転検出装置１４０ｂが接続範囲において混在する場合がある。本実施形態にかかる単独運転検出システム１００によれば、第１単独運転検出装置１４０ａを改造することなく、分散型電源１３０ａを、第２単独運転検出装置１４０ｂにより高速に解列させることが可能となる。

また、上述したように、第１単独運転検出装置１４０ａでは定められた時間（例えば、１．０秒）内に分散型電源１３０ａを配電線１１６から解列することが困難であり、系統連系（低圧連系）できない場合があった。本実施形態にかかる単独運転検出システム１００によれば、１の第２単独運転検出装置１４０ｂにより高速に複数の分散型電源１３０（１３０ａ、１３０ｂ）を解列することができるため、第１単独運転検出装置１４０ａでは、単独運転発生から検出までに、規定された時間以上の時間を費やしてしまうことが理由で系統連系（低圧連系）できなかった分散型電源１３０ａでも、新たに第２単独運転検出装置１４０ｂを備えることなく系統連系することが可能となる。

さらに、本実施形態にかかる単独運転検出システム１００によれば、分散型電源１３０が同期発電機だけでなく、パワーコンディショナを備えた太陽光発電設備等にも利用することが可能である。

また、分散型電源１３０の電力容量が５０ｋＷ以上であって高圧連系する場合、地絡事故を検出するために地絡過電圧継電器（ＯＶＧＲ）を設ける必要がある。しかしながら、本実施形態にかかる単独運転検出システム１００により単独運転を高速に検出できることで、ＯＶＧＲが省略可能となり、ＯＶＧＲにかかるコストを削減することができる。

（変形例）
図４は変形例にかかる単独運転検出システム２００を説明するための図である。なお、上述した実施形態の構成要素と実質的に機能が等しい構成要素については、同一の符号を付して重複説明を省略する。

単独運転検出システム２００は、分散型電源１３０と、負荷１３２と、第２単独運転検出装置１４０ｂと、遮断器１６０とを含んで構成される。単独運転検出システム２００における第２単独運転検出装置１４０ｂの解列処理部１４４は、出力線Ｎ４を通じて単独運転信号を遮断器１６０に出力し、遮断器１６０を解放させる。遮断器１６０は、３の遮断器１５０よりも上流側（系統電源１１２側）に位置するため、遮断器１６０のみを解放することで、接続範囲における全ての分散型電源１３０が解列されることとなる。

したがって、変形例にかかる単独運転検出システム２００でも、第１単独運転検出装置１４０ａを改造することなく、１の第２単独運転検出装置１４０ｂにより、３の分散型電源１３０を高速に解列することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態および変形例において、第２単独運転検出装置１４０ｂは、ステップ注入付周波数フィードバック方式を採用している。しかしながら、第２単独運転検出装置１４０ｂは、新型能動的方式であり、かつ、系統電源１１２の解列から０．５秒未満で分散型電源１３０を解列することができる単独運転検出装置であればよい。

また、上述した実施形態および変形例において、第２単独運転検出装置１４０ｂは、遮断器１５０、１６０を解放させることで分散型電源１３０を配電線１１６から解列するとした。しかしながら、第２単独運転検出装置１４０ｂは、分散型電源１３０がインバータを備える場合、ゲートブロックによってインバータの出力を停止させるとしてもよい。

本発明は、商用電力系統に連系された分散型電源が単独運転となったことを検出する単独運転検出装置に利用することができる。

１００、２００単独運転検出システム
１１０商用電力系統
１３０分散型電源
１４０ｂ第２単独運転検出装置（単独運転検出装置）
１４２変動生成部
１４４解列処理部

Claims

商用電力系統に連系され、予め定められた接続範囲に属する複数の分散型電源全てを含まない少なくとも１の分散型電源の出力に変動を与える変動生成部と、
系統連系点における所定の電気的パラメータの変動を検出し、前記変動生成部が与える前記変動によって該所定の電気的パラメータが閾値を超えて変動した場合、前記複数の分散型電源を前記商用電力系統から解列するか、または、前記複数の分散型電源を停止する単独運転信号を出力する解列処理部と、
を備えることを特徴とする単独運転検出装置。
前記単独運転検出装置は、新型能動的方式であり、かつ、前記商用電力系統における系統電源の解列から０．５秒未満で前記複数の分散型電源を該商用電力系統から解列可能、または、前記複数の分散型電源を停止可能であることを特徴とする請求項１に記載の単独運転検出装置。