JP2015070649A - 設備負荷選択装置及び設備負荷選択方法 - Google Patents

Abstract

【課題】停電後の復旧時に、適切に過電流対応が可能な設備負荷選択装置及び設備負荷選択方法を提供する。
【解決手段】停電後復旧時には、過電流の推定結果をみて、建屋負荷の選択遮断をおこなう。このように、停電復旧時の蓄電池に対する過電流を推定し、その結果を踏まえて工場、建屋の負荷選択を行う。すなわち、再生可能エネルギーによる発電設備と、蓄電池と、工場やビルへの配電を有する工場向けの電力制御をおこなうものにおいて、蛍光灯など一般負荷による突入電流値と負荷起動タイミングを考慮し、プラント復旧時に分散電源設備への突入電流を推定し、負荷遮断する設備群の計画を立案する。
【選択図】図１

Description

本発明は、設備負荷選択装置及び設備負荷選択方法に係り、特に、蓄電池を具備するプラント及び工場において停電からの復旧時に好適な設備負荷選択装置及び設備負荷選択方法に関する。

近年、工場省エネの観点から、太陽光発電設備など再生可能エネルギー設備を導入する工場が増えている。太陽光発電は、分散電源として、二酸化炭素排出削減につながるなどクリーンエネルギーとして期待される半面、天候により発電電力が左右される。それにともない電源安定化のため蓄電池を設置する場合が増えている。

一方、商用交流電源などの汎用電源が停電した場合に、蓄電池を非常用電源として利用して、蓄電池を放電させることにより、負荷となる各種の機器に電力を供給することが考えつかれた。

このときに、蓄電池或いは太陽光発電設備等と各種の機器の間に過電流が流れることがある。この過電流対策としては、機器の間に過電流遮断手段を設けることが知られている。このような技術は、例えば、特開２０１１−８３０９０号公報（特許文献１）に記載されている。

停電後の復旧時に、安定して電源供給を行うにあたり、停電復旧時における負荷からの突入電流を見込んだ上での制御を講じる必要がある。しかしながら、停電復旧時に発生する過電流の推定が困難であり、上記従来技術のように、ゲートブロック機能を動作すれば一時的な過電流対応は可能であるが、工場やビルのように広域に負荷が分散配置している場合は、照明など負荷単体の過電流発生のタイミングにばらつきがあるため、継続した過電流対応は困難であるとの問題があった。

本発明の目的は、停電後の復旧時に、適切に過電流対応が可能な設備負荷選択装置及び設備負荷選択方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、停電復旧時において、一般負荷の突入電流と、前記負荷に対する発生時期の確率分布データを用いて、分散電源設備への突入電流を推定し、前記推定に基づいて前記分散電源設備への突入電流が所定より小さくなるように前記一般負荷から負荷遮断する負荷を選択するように構成した。

本発明によれば、復旧時に 突入電流に対して適切な対応が可能となるので、分散電源の安定した制御が実現できる。

本発明の一実施例である、分散電源を有する設備負荷選択の一実施例の説明図 本発明の一実施例である、分散電源を有する設備負荷選択の一実施例のフローチャート 本発明の一実施例である、分散電源を有する設備負荷選択の対象設備の一つである照明電源の説明図 本発明の一実施例である、分散電源を有する設備負荷選択の一実施例における突入電流合計値を導出する過程の説明図 本発明の一実施例である、分散電源を有する設備負荷選択の一実施例における突入電流合計値と電源電圧の計算結果の一例を示す図。 本発明の一実施例である、設備負荷選択における、各負荷の優先度の一例を示す図。

本発明である分散電源を有する設備負荷選択の一実施例を、図１を用いて以下に説明する。

図1は、本発明の一実施例である。分散電源を有する設備における負荷選択を説明する。図１において、高圧系統２は系統線３及び系統線４を介して各々建屋３０及び工場２０に接続される。系統線３は、工場２０において、負荷２２、蓄電池２３、太陽光発電２４に接続されると共に、低圧系統(１)４０に接続される。系統線４は、建屋３０の負荷３２に接続されると共に、低圧系統(２)５０に接続される。低圧系統(１)４０は、ＰＣ４４、照明４５、空調４６から構成される。低圧系統(２)５０は、、ＰＣ５４、照明５５、空調５６から構成される。

ここで、工場（プラント）において蓄電池を有する目的のひとつに、停電後に蓄電池から給電することにより、系統復旧前に自立的に復旧（復電）することがある。しかし蓄電池はインバータにより電力制御が行われるため、蓄電池起動時に、負荷からの突入電流によりトリップする可能性があり、その対策が必要である。

そこで、負荷選択機能１は、建屋ごとのＥＭＳ２１、ＥＭＳ３１と接続し、照明の点灯確率分布計算等の低圧系統の負荷について、復旧時（復電時）突入電力合計計算、および負荷遮断計画立案を行う。

建屋毎のＥＭＳ２１、３１は、高圧系統と低圧系統の間に存在する工場やビル建屋の系統および負荷監視と、低圧系統の制御装置4１、および５１に対して負荷遮断性制御を指令する。各ＥＭＳの管理する対象負荷は、太陽光発電のような再生可能エネルギーによる太陽光発電設備２４、蓄電池２３、および工場生産設備（負荷２２、２５）など高圧電源設備を含む。またＥＭＳ２１、３１では、低圧系統の照明負荷に関する点灯所要時間等の負荷の記録管理機能、すなわち点灯時間データ等の記録を行い、負荷選択機能１において、確率分布計算を行い、確率モデルデータを構築する。

このように、照明負荷のように、工場内に数十、数百、もしくは数千規模で設置されている場合、その点灯タイミングは画一的に決めることはできない。そのため、正規分布をはじめとした確率分布を用いて、照明負荷の点灯タイミングを与えるのである。

また、低圧系統制御装置４１、５1では、前記ＥＭＳ２１、３１より負荷遮断制御指令を受け取り、照明４５、５５の点灯消灯制御、空調４６、５６のオンオフ制御を実行する。前記負荷選択機能１では、これらＥＭＳ２１，２２の負荷遮断制御に対する全体指令を送信し、どの低圧系統の負荷遮断制御を実行するかを制御する。

また、他の建屋等を考慮して、低圧の各負荷に対する遮断信号が形成されるのであって、低圧の各負荷に対する遮断信号の指令値は、負荷選択機能１の指令に基づき、該当する低圧負荷の上位に設置するEMS２１、３１において遮断信号が生成される。

図２は、本発明の一実施例である、負荷選択機能１によって実行される、分散電源を有する設備負荷選択方法のフローチャートを示したものである。このフローは停電後の復旧として開始される。図２においては、低圧系統に接続される設備として照明設備等を想定して説明を進めているが、もちろん、照明設備等に加え、空調、ＰＣも考慮して進められる。

まず、ステップＦ１で、設備突入電流の仕様を読み込む。設備突入電流の仕様は、点灯時定常状態での定格電流の他に、起動時、点灯時の電流が該当する。一般的にカタログ記載がされているが、無い場合は照明機器の単体試験により計測するものである。

図３は、負荷対象設備の一つである照明設備の電源概略を図示したものである。照明設備は、交流電源からノイズフィルタ３００を介して得た電力を、整流回路３０１で整流し、平滑回路３０２で平滑し、高周波インバータ３０３で制御し、高周波安定器３０４を介して、ランプ３０５に供給するものである。

当該電源において、突入電流の発生要因は、ノイズフィルタ３００の回路特性によりその形状や電流ピークが決まる場合があり、本発明の一実施例では、前記ノイズフィルタ３００の回路特性から得られる突入電流特性を仕様として用いることとする。

このように、突入電流特性は、負荷の種類に応じて予め図示しない記憶装置に記憶されており、これを読み出すことによって得られる。

次に、ステップＦ２で、点灯所要時間を読み出す。点灯所要時間については、照明設備の電源オンから、点灯するまでに要する時間をさす。蛍光灯では、一般に数秒要するが、白熱電球は電源オンと同時に点灯する。また、点灯所要時間については、図３において、ノイズフィルタ３００の回路特性に依存する。ノイズフィルタ３００の回路特性は、一般的にローパスフィルターとよばれ、コイル、コンデンサの組み合わせで構成される。突入電流発生原因のひとつに、前記コンデンサに充電されたものが、点灯時に放電されるためと考えられており、これらはノイズフィルタの回路定数に依存して、時間変化が決まるものと考えられる。このように、点灯所要時間は、負荷の種類に応じて予め図示しない記憶装置に記憶されており、これを読み出すことによって得られる。図５に点灯所要時間の一例を示す。電源電圧５５０は所定時間をかけてランプ状に昇圧させ、定格電圧に近づいた時間から、蛍光灯が点灯しはじめる。

このように、点灯所要時間は、負荷の種類に応じて予め図示しない記憶装置に記憶されており、これを読み出すことによって得られる。

次に、ステップＦ３で、図１の負荷遮断機能１において、点灯時間確率分布を導出したデータを読み出す。点灯時間確率分布については、具体的には、図４において、点灯時間特性と称する。

点灯時間特性とは、縦軸が蛍光灯の点灯に要する時間に関する確率密度関数、横軸が点灯時間を示す。図４に示す点灯時間特性４００についての場合では、蛍光灯Aは蛍光灯Bよりも早期に点灯することを示しており、多くが０．５秒前後で点灯することを示している。

このように、点灯時間特性は、負荷の種類に応じて予め図示しない記憶装置に記憶されており、これを読み出すことによって得られる。

次に、ステップＦ４で、設備合計突入電流を計算する。

図４は、本発明の一実施例である分散電源を有する設備負荷選択方法における図２の設備合計突入電流計算の過程を図示したものである。点灯時間確率分布４００では、図２の負荷遮断選択登録ステップＦ９において、消灯対象から外れた蛍光灯の特性データ（確率分布）を登録している。すなわち、図４においては、蛍光灯Ａおよび蛍光灯Ｂが点灯対象に残っているとしている。

この確率分布特性に対して、突入電流特性データ４５０をたたみこみ計算する。すなわち、突入電流データ４５０の時系列特性に、確率分布をたたみこむことで、点灯時間特性を考慮した突入電流変化を推定することができる。

ここで、図４において、設備突入電流の仕様は、突入電流（復電時）の値に相当する。この電流値を、確率密度関数にかけることで、点灯時間にそった照明設備1台あたりの突入電流が求められる。この値に、設備台数をかけることで、プラント、工場の照明負荷による突入電流の時間変化を推定できる。ここで、点灯時間確率分布はワイブル分布に従うものでも良い。

ステップＦ５で、上記計算は、全ての建屋ごとに計算し、他建屋の電流変化データを読み込む。

次に、ステップＦ６で、設備選択条件設定の実行を開始する。他建屋の電流変化データについては、図２において、他建屋データを読み込んだ後、電流変化を時間方向にそって合算し、プラント、工場全体での突入電流の最大値を求める。そのあと、ステップＦ７で、過電流トリップ条件と比較し、負荷遮断の必要性を確認する。

設備選択条件設定では、ステップＦ７で、電流条件の判定を行う。当該電流条件判定とは、すなわち蓄電池インバータ制御装置における過電流トリップ条件との比較を行う。過電流トリップ条件については、蓄電池インバータ制御装置において、インバータ回路が安全に動作できる条件の一つである。この条件を超える電流値が突入した場合、回路を損傷する可能性が生じる。

蓄電池インバータとの関係においては、プラント、工場全体での突入電流の最大値と、過電流トリップ条件値とを比較する。これにより蓄電池インバータの制御回路が安全に動作できることを確認する。なお、蓄電池インバータについては、目的である、復旧（復電）時に蓄電池で電源を確保するために記している。

トリップ条件に抵触しないと判定されたときは、ステップＦ１１で、負荷遮断選択無しとして、全ての低圧系統の負荷を接続した状態にて、停電復旧制御を実行する。

一方、過電流トリップ条件に抵触すると判定された場合は、ステップＦ８で、予め設定した設備優先度判定を実行し、優先度判定においては、図６に示すように、低圧系統に接続する設備負荷に対して、優先順位を設定したテーブルを具備する。図５において、PCを継続運用のため、高い優先順位とし、すなわち負荷遮断をなるべくしないものとする。同テーブル設定は、低圧系統制御装置４１、５１において具備する。

すなわち、低圧系統制御装置４１、５１は、図６の優先度判定用のテーブルを参照の上、PC４４，５４、照明４５，５５、空調４６，５６など各設備負荷に対して、負荷遮断信号を出力するようにする。各負荷において、設備負荷制御機能４１、４２を具備する。これは電源スイッチに相当し、接続する設備負荷の電源オンオフを実行するようにする。

そして、ステップＦ９で、優先度の高い設備を残して、負荷遮断選択登録を実行する。負荷遮断選択登録後、再度電源条件判定を行い、過電流トリップ条件に抵触しなければ、その登録データに基づき、電源入を実行する。

ステップＦ７で、過電流トリップ条件などの抵触判定が無ければ、ステップＦ１１で、負荷遮断選択無しとする。

図５は、本発明の一実施例である分散電源を有する設備負荷選択方法において、
確率分布特性を考慮した突入電流合計値５００を導出した結果を示した図である。電源電圧５５０は所定時間をかけてランプ状に昇圧させ、定格電圧に近づいた時間から、蛍光灯が点灯しはじめる。ここでは複数台（例えば１０００台）の蛍光灯が点灯開始し、点灯時突入電流が時間変化する過程を導出している。蛍光灯複数台が存在する場合は点灯タイミングにばらつきが生じるが、確率分布データをたたみこむことで、電流５００の時系列データを導出することができる。電源電圧５５０と電流５００の関係については、電源電圧５５０は、交流電源の電圧である。これは蓄電池インバータの出力電圧と同じものであり、図５では、交流電源電圧を、ランプ上に上昇させていることを示している。

一方、電流５００は照明負荷からの突入電流合算値の時間変化である。交流電圧５５０が定格電圧に到達したと同時に、照明設備の点灯が始まり、時間とともに定常電流値に変化する様子を示している。

以上により、分散電源を有する設備負荷選択方法において、複数台の負荷設備が存在した場合に、点灯時間の確率分布特性を用いることで、突入電流の合計値を推定することが可能となる。前記突入電流結果を判定し、点灯対象とする設備の選択をし直した後も、点灯推定計算を同様に行うことができる。

１ 負荷選択機能
２１ ＥＭＳ
３１ ＥＭＳ
４１ 低圧系統制御装置
５１ 低圧系統制御装置
３００ ノイズフィルタ

Claims (7)

1. 停電復旧時において、一般負荷の突入電流と、前記負荷に対する発生時期の確率分布データを用いて、分散電源設備への突入電流を推定する推定部と、前記推定に基づいて前記分散電源設備への突入電流が所定より小さくなるように前記一般負荷から負荷遮断する負荷を選択する選択部を有することを特徴とする設備負荷選択装置。
   
2. 請求項１において、負荷群毎の突入電流と、前記負荷群に対する発生時期の確率分布データを用いて突入電流を推定することを特徴とする設備負荷選択装置。
   
3. 請求項１又は２において、確率分布データは、負荷の管理に基づいて収集されることを特徴とする設備負荷選択装置。
   
4. 請求項３において、前記分散電源は蓄電池であることを特徴とする設備負荷選択装置。
   
5. 請求項３又は４において、前記負荷に照明を含むことを特徴とする設備負荷選択装置。
   
6. 請求項1において、点灯時間確率分布は、ワイブル分布に従うことを特徴とする、設備負荷選択装置。
   
7. 停電復旧時において、一般負荷の突入電流と、前記負荷に対する発生時期の確率分布データを用いて、分散電源設備への突入電流を推定し、前記推定に基づいて前記分散電源設備への突入電流が所定より小さくなるように前記一般負荷から負荷遮断する負荷を選択する設備負荷選択方法。