JP2017038479A - シンクロナスコンデンサを応用したマイクログリッドシステム - Google Patents

Abstract

【課題】保護協調を確立しつつ、電力系統も安定化する。
【解決手段】マイクログリッドシステム１は、電圧制御部２５２及び上記電圧制御部２５２の界磁２５３により電力系統２へ出力する無効電力を制御するシンクロナスコンデンサ２５１を備える電力系統安定化装置２５が接続され、再生可能エネルギ装置２１，２２及び常用発電装置２３，２４を含む分散型電源装置から遮断器２６４を介して負荷２６１，２６２に電力を供給する電力系統２を備える。シンクロナスコンデンサ２５１は、遮断器２６４より負荷２６２側において短絡が発生した場合、運転を開始するように制御された常用発電装置２３，２４と協調して動作し、遮断器２６４を動作可能な大きさの短絡電流を遮断器２６４に供給する遮断器動作手段として動作する。
【選択図】図１

Description

この発明は、シンクロナスコンデンサを応用したマイクログリッドシステムに関する。

離島等の如き本土と連携していない電力系統（以下、「マイクログリッドシステム」と言う。）では、急激な負荷の増加にも追従できるように、火力発電等の常用発電設備を主体として、常に複数台の常用発電設備を運転している。複数の常用発電設備を運転することで、過電流保護による保護協調を行うために必要な持続短絡電流の供給量も確保することができる。

一方、省エネルギの観点から太陽光発電、風力発電等に代表される再生可能エネルギ設備が増加し、電力系統と連系するケースが増加する傾向にある。このため、近年では常用発電設備の運転台数は減少傾向にある。一般に再生可能エネルギ設備は、自然環境の影響を受けるため、出力が変動しやすく、また、常用発電設備のように短絡電流を持続して供給することが困難であるため、再生可能エネルギ設備が増加すると、場合によっては、持続短絡電流の供給量が不足し、保護協調が行えないケースが発生する可能性がある。

このような問題を解決するため、再生可能エネルギ設備に持続短絡電流が供給できる機能を持たせたものが提案されている。

特開２００５−１８４８７５号公報

しかしながら、従来技術は、本発明者の検討によれば、以下のような不都合な点がある。

再生可能エネルギ設備は、前述のとおり自然環境の影響を受けて出力が変動しやすいため、再生可能エネルギ設備が増加したマイクログリッドシステムでは、電力系統における周波数及び電圧も変動しやすく、また、常用発電設備の運転台数が少ない状況下においては、場合によっては、必要な持続短絡電流を供給することができず、過電流保護による保護協調を確立できない、という不都合が生じる。

即ち、従来技術では、保護協調を確立しつつ、電力系統を安定化することができない、という不都合がある。

本発明が解決しようとする課題は、保護協調を確立しつつ、電力系統も安定化し得るマイクログリッドシステムを提供することである。

実施形態のマイクログリッドシステムは、電圧制御部及び上記電圧制御部の界磁により電力系統へ出力する無効電力を制御するシンクロナスコンデンサを備える電力系統安定化装置が接続され、再生可能エネルギ装置及び常用発電装置を含む分散型電源装置から遮断器を介して負荷に電力を供給する上記電力系統を備える。

上記シンクロナスコンデンサは、上記遮断器より上記負荷の側において短絡が発生した場合、上記常用発電装置と協調して動作し、上記遮断器を動作可能な大きさの短絡電流を上記遮断器に供給する遮断器動作手段として動作する。

この発明の第１の実施形態に係るマイクログリッドシステムの構成の一例を示すブロック図である。 同実施形態における電力系統の機能構成一例を示す模式図である。 同実施形態における制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 同実施形態におけるマイクログリッドシステムの動作の一例を示すフローチャートである。 同実施形態におけるマイクログリッドシステムの動作の一例を示すフローチャートである。 この発明の第２の実施形態に係るマイクログリッドシステムの構成の一例を示すブロック図である。 同実施形態における電力系統の機能構成一例を示す模式図である。 この発明の第３の実施形態に係るマイクログリッドシステムの構成の一例を示すブロック図である。 同実施形態における制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 同実施形態におけるマイクログリッドシステムの動作の一例を示すフローチャートである。 この発明の第４の実施形態に係るマイクログリッドシステムの構成の一例を示すブロック図である。 同実施形態における電力系統の構成の一例を示す模式図である。 同実施形態におけるマイクログリッドシステムの動作の一例を示すフローチャートである。

以下、いくつかの実施形態について図面を用いて説明する。なお、各実施形態のマイクログリッドシステムにおける制御装置は、ハードウェア構成、又はハードウェア資源とソフトウェアとの組合せ構成の何れでも実施可能となっている。組合せ構成のソフトウェアとしては、予めネットワーク又は記憶媒体から各コンピュータにインストールされ、制御装置の機能を当該各コンピュータに実現させるためのプログラムが用いられる。なお、各実施形態のマイクログリッドシステムにおける制御装置は、クライアントサーバシステムにおけるサーバ装置として実施してもよい。また、各実施形態の制御装置は、プライベートクラウド又はパブリッククラウド等のクラウドコンピューティングシステムにおいて、低負荷時に選択される複数台の処理実行装置の各々として実施してもよい。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るマイクログリッドシステムの構成の一例を示すブロック図であり、図２は、同実施形態における電力系統の一例を示す模式図であり、図３は、同実施形態における制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。

図１に示すように、マイクログリッドシステム１は、電力系統２及び制御装置３を備えている。

電力系統２は、風力発電装置２１、太陽光発電装置２２、常用発電装置２３、常用発電装置２４、電力系統安定化装置２５、負荷群２６、及び配電線２７を備えている。

なお、以下の説明において、「風力発電装置２１及び太陽光発電装置２２」は、総称して「再生可能エネルギ装置２１，２２」と読み替えてもよい。また、再生可能エネルギ装置２１，２２及び各常用発電装置２３，２４は、総称して分散型電源装置２１−２４と読み替えてもよい。

すなわち、電力系統２は、電力系統安定化装置２５が接続され、再生可能エネルギ装置２１，２２及び各常用発電装置２３，２４を含む分散型電源装置２１−２４から遮断器を介して負荷群２６に電力を供給する機能を有する。

図２に示すように、風力発電装置２１は、風力発電部２１１で風力エネルギを電力に変換し、当該電力を配電線２７に供給する。また、遮断器２１２（ＣＢ：Circuit Breaker）は、電力系統２の運用に支障をきたす場合には、適当な大きさの短絡電流を供給されることにより風力発電装置２１を配電線２７から遮断する機能を有している。

また、風力発電装置２１は、風力発電部２１１の現在の出力電力を制御装置３に送信する。風力発電装置２１は、風力発電部２１１の現在の出力電力から以後の出力電力を予測し、その予測値を制御装置３に送信してもよい。

太陽光発電装置２２は、太陽光発電部２２１で太陽エネルギを電力に変換し、当該電力をパワーコンディショナ２２２（ＰＣＳ：Power Conditioning System）において供給可能な状態に変換した後、配電線２７に供給する。

また、太陽光発電装置２２は、太陽光発電部２２１の現在の出力電力を制御装置３に送信する。太陽光発電装置２２は、太陽光発電部２２１の現在の出力電力から以後の出力電力を予測し、その予測値を制御装置３に送信してもよい。

各常用発電装置２３，２４は、各原動機２３２，２４２（Ｅ：Engine）において発生させた力学的エネルギ又は熱エネルギを、各発電機２３１，２４１（Ｇ：Generator）において電気的エネルギに変換し、当該変換した電気的エネルギから得られる電力を配電線２７に供給する。また、各遮断器２３３，２４３は、電力系統２の運用に支障をきたす場合には、適当な大きさの短絡電流を供給されることにより各常用発電装置２３，２４を配電線２７から遮断する機能を有している。

また、各常用発電装置２３，２４は、各発電機２３１，２４１の現在の出力電力を制御装置３に送信する。各常用発電装置２３，２４は、各発電機２３１，２４１の現在の出力電力から以後の出力電力を予測し、その予測値を制御装置３に送信してもよい。

また、各常用発電装置２３，２４は、制御装置３から各常用発電装置２３，２４の運転を停止又は開始するよう制御するための制御信号を受信する。各常用発電装置２３，２４は、受信した当該制御信号に応じて、各常用発電装置２３，２４の運転を停止又は開始させる。

なお、これらの分散型電源装置２１−２４は、電力系統２において短絡事故が発生した場合、短絡事故点を電力系統から分離するために、遮断器を動作させるために必要な一定時間以上の短絡電流を供給する機能を有する。なお、分散型電源装置２１−２４のうち、再生可能エネルギ装置２１，２２は、一般に供給可能な電力が不安定である。したがって、本実施形態では、再生可能エネルギ装置２１，２２のみでは遮断器を動作させるために必要な一定時間以上の短絡電流を供給する能力を有していない場合を想定する。

電力系統安定化装置２５は、シンクロナスコンデンサ２５１（ＳＣ：Synchronous Condenser）、電圧制御部２５２、界磁２５３、及び遮断器２５４を備えている。

シンクロナスコンデンサ２５１は、常時回転させておくことにより、回転エネルギを蓄えておき、当該回転エネルギを電気的エネルギに変換することで、瞬時に短絡電流を電力系統２に供給する機能を有する。シンクロナスコンデンサ２５１は、電力系統２において短絡事故が発生した場合、短絡事故点を電力系統から分離するために、遮断器を動作させるために必要な一定時間以上の短絡電流を供給する機能を有する。シンクロナスコンデンサ２５１から供給される短絡電流は、分散型電源装置２１−２４から供給される短絡電流と共に遮断器に短絡電流を供給し、遮断器を動作させる。すなわち、シンクロナスコンデンサ２５１は、負荷群２６内の各遮断器２６３，２６４，２６５より負荷群２６内の各負荷２６１，２６２の側において短絡が発生した場合、分散型電源装置２１−２４の特に各常用発電装置２３，２４と協調して動作し、各遮断機２６３，２６４，２６５を動作可能な大きさの短絡電流を各遮断器２６３，２６４，２６５に供給する遮断器動作手段として動作する。

また、シンクロナスコンデンサ２５１は、電力系統２へ無効電力を出力する機能を有する。シンクロナスコンデンサ２５１は、電圧制御部２５２に接続され、電圧制御部２５２の界磁２５３により電圧を制御することにより、出力する無効電力を制御する。無効電力は、配電線２７を介して電力系統２において供給または消費される。

遮断器２５４は、電力系統２の運用に支障をきたす場合には、適当な大きさの短絡電流を供給されることにより電力系統安定化装置２５を配電線２７から遮断する機能を有している。

また、電力系統安定化装置２５は、シンクロナスコンデンサ２５１の現在の回転エネルギを制御装置３に送信する。電力系統安定化装置２５は、シンクロナスコンデンサ２５１の現在の回転エネルギから以後の回転エネルギを予測し、その予測値を制御装置３に送信してもよい。

負荷群２６は、各負荷２６１、２６２、各遮断器２６３，２６４，２６５を備えている。負荷群２６は、分散型電源装置２１−２４において発電された電力を、配電線２７を介して供給され、当該電力を各負荷２６１，２６２において消費する。各負荷２６１，２６２は、配電線２７に対して並列に接続され、各線路に配置された各遮断器２６３−２６５を遮断することで、電力系統２から分離することが可能である。

例えば、遮断器２６４よりも負荷２６２側の短絡事故点２６６において短絡事故が発生した場合、遮断器２６４は、適当な大きさの短絡電流を一定時間以上持続して供給されることにより短絡事故点２６６を電力系統２から分離する。これにより、電力系統２は、負荷２６１への適切な電力供給を維持することが可能である。

なお、遮断器２６４が正常に機能しなかった場合は、遮断器２６５に適当な大きさの短絡電流を一定時間以上持続して供給されることにより短絡事故点２６６を電力系統２から分離する。このように、各遮断器２６３−２６５は、短絡事故による電力系統２への影響範囲を段階的に抑えて動作するように配置され、電力系統２を協調的に保護する。

また、負荷群２６は、各負荷２６１，２６２の現在の消費電力を制御装置３に送信する。負荷群２６は、各負荷２６１，２６２の現在の消費電力から以後の消費電力を予測し、その予測値を制御装置３に送信してもよい。

図３に示すように、制御装置３は、受信部３１、発電装置制御部３２、及び送信部３３を備える。

受信部３１は、各々の発電装置における出力電力を分散型電源装置２１−２４から受信し、シンクロナスコンデンサ２５１の回転エネルギを電力系統安定化装置２５から受信する。また、受信部３１は、負荷群２６から、各負荷２６１，２６２における消費電力を受信する。なお、受信部３１は、各々の発電装置における出力電力の予測値及びシンクロナスコンデンサ２５１の回転エネルギの予測値を受信してもよく、各負荷２６１，２６２における消費電力の予測値を受信してもよい。

すなわち、受信部３１は、分散型電源装置２１−２４から得られる電力系統２の第１情報を受信する。分散型電源装置２１−２４から得られる電力系統２の第１情報は、分散型電源装置２１−２４の各々の発電装置における出力電力、シンクロナスコンデンサ２５１の回転エネルギ、及び負荷群２６の各負荷２６１，２６２における消費電力を含む。受信部３１は、電力系統２の第１情報を発電装置制御部３２に送信する。

発電装置制御部３２は、分散型電源装置２１−２４から得られる電力系統２の第１情報を受信部３１から受信し、当該第１情報に基づき、各常用発電装置２３，２４の運転を停止又は開始するように制御するための制御信号を生成する。発電装置制御部３２は、生成した制御信号を送信部３３に送信する。

具体的には例えば、常用発電装置２３，２４が２台とも運転している場合において、発電装置制御部３２は、負荷群２６の消費電力を、再生可能エネルギ装置２１，２２の出力電力と、常用発電装置２３の出力可能な電力とで供給可能かを判断してもよい。また、発電装置制御部３２は、再生可能エネルギ装置２１，２２の出力電力と、常用発電装置２３の出力可能な電力と、シンクロナスコンデンサ２５１の回転エネルギとで、任意の遮断器を動作可能な大きさの短絡電流を当該任意の遮断器に供給可能かを判断してもよい。発電装置制御部３２は、負荷群２６へ電力供給可能と判断し、かつ任意の遮断器を動作可能な短絡電流を供給可能と判断した場合、常用発電装置２４の運転を停止するように制御するための制御信号を生成してもよい。

また、常用発電装置２３のみが発電している場合において、発電装置制御部３２は、負荷群２６の消費電力を、再生可能エネルギ装置２１，２２の出力電力と、常用発電装置２３の出力可能な電力とで供給可能かを判断してもよい。発電装置制御部３２は、供給不可能と判断した場合、常用発電装置２４の運転を開始するように制御するための制御信号を生成してもよい。

なお、再生可能エネルギ装置２１における出力電力は、安定して供給されない可能性があるため、発電装置制御部３２における上記各判断は、再生可能エネルギ装置２１，２２の出力電力を含まずに実行されてもよい。

送信部３３は、各常用発電装置２３，２４の運転を停止又は開始するように制御するための制御信号を発電装置制御部３２から受信し、各常用発電装置２３，２４に送信する。

次に、以上のように構成されたマイクログリッドシステムの動作について図４及び図５に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、マイクログリッドシステム１内の各常用発電装置２３，２４がいずれも運転中の状態から、常用発電装置２４の運転を停止した後に、短絡事故が短絡事故点２６６において発生する場合の動作について、図４を用いて説明する。

始めに、風力発電装置２１、太陽光発電装置２２、各常用発電装置２３，２４は、各々の出力電力を制御装置３に送信する。また、電力系統安定化装置２５は、シンクロナスコンデンサ２５１の回転エネルギの値を制御装置３に送信する。また、負荷群２６は、各負荷２６１，２６２における消費電力を制御装置３に送信する。

制御装置３の受信部３１は、分散型電源装置２１−２４、電力系統安定化装置２５、及び負荷群２６から得られる電力系統２の第１情報を受信する(ＳＴ１１０)。具体的には、制御装置３の受信部３１は、分散型電源装置２１−２４の各々の出力電力、シンクロナスコンデンサ２５１の回転エネルギの値、及び負荷群２６の消費電力を受信してもよい。

発電装置制御部３２は、第１情報を受信部３１から受信し、当該受信した第１情報に基づき、常用発電装置の運転を停止可能か否か判断する。具体的には、発電装置制御部３２は、以下に示すステップＳＴ１２０を実行する。

発電装置制御部３２は、第１情報に基づき、負荷群２６における消費電力を、再生可能エネルギ装置２１，２２の出力電力、及び常用発電装置２３の出力可能な電力で供給可能か否か判断する。また、発電装置制御部３２は、再生可能エネルギ装置２１，２２の出力電力、及び常用発電装置２３の出力可能な電力と、シンクロナスコンデンサ２５１の回転エネルギで電力系統２の任意の遮断器を動作させるために必要な短絡電流を供給可能か否か判断する（ＳＴ１２０）。発電装置制御部３２は、負荷群２６へ電力供給可能と判断し、かつ任意の遮断器を動作可能な短絡電流を供給可能と判断した場合（ＳＴ１２０；ｙｅｓ）、常用発電装置２４の運転を停止するように制御するための制御信号を生成し、送信部３３に送信する。発電装置制御部３２は、負荷群２６へ電力供給不可能、又は任意の遮断器を動作可能な短絡電流を供給不可能と判断した場合（ＳＴ１２０；ｎｏ）、後述するステップＳＴ１３０を省略する。

なお、再生可能エネルギ装置２１，２２における出力電力は、安定して供給されない可能性があるため、発電装置制御部３２における上記各判断は、再生可能エネルギ装置２１，２２の出力電力を含まずに実行されてもよい。

送信部３３は、常用発電装置２４の運転を停止するように制御するための制御信号を受信すると、当該信号を常用発電装置２４に送信し、常用発電装置２４は当該信号に応じて運転を停止する（ＳＴ１３０）。

電力系統２は、短絡事故が発生していないかを監視する（ＳＴ１４０）。電力系統２は、短絡事故が発生していない場合（ＳＴ１４０；ｙｅｓ）、監視を継続する。電力系統２は、短絡事故点２６６において短絡事故が発生した場合（ＳＴ１４０；ｎｏ）、短絡電流を供給する（ＳＴ１５０）。

具体的には、電力系統安定化装置２５のシンクロナスコンデンサ２５１は、遮断器２６４より負荷２６２側である短絡事故点２６６において短絡が発生した場合、運転を開始するように制御されている常用発電装置２３と協調して遮断器動作手段として動作し、遮断器２６４を動作可能な大きさの短絡電流を一定時間以上、遮断器２６４に供給する。

遮断器２６４は、短絡電流が一定時間以上供給されることで動作し、短絡事故点２６６は、電力系統２から安全に分離される。

次に、マイクログリッドシステム１内の常用発電装置２４が停止中の状態から、運転を開始した後に、短絡事故が短絡事故点２６６において発生する場合の動作について、図５を用いて説明する。なお、図４における動作の説明と重複する箇所については、説明を省略する。

始めに、風力発電装置２１、太陽光発電装置２２、常用発電装置２３は、各々の出力電力を制御装置３に送信する。また、電力系統安定化装置２５は、シンクロナスコンデンサ２５１の回転エネルギの値を制御装置３に送信する。また、負荷群２６は、各負荷２６１，２６２における消費電力を制御装置３に送信する。

制御装置３の受信部３１は、分散型電源装置２１−２３、電力系統安定化装置２５、及び負荷群２６から得られる電力系統２の第１情報を受信する(ＳＴ１１０)。

発電装置制御部３２は、第１情報を受信部３１から受信し、当該受信した第１情報に基づき、常用発電装置の運転が必要か否か判断する。具体的には、発電装置制御部３２は、以下に示すステップＳＴ１２５を実行する。

発電装置制御部３２は、第１情報に基づき、負荷群２６における消費電力を、再生可能エネルギ装置２１，２２の出力電力、及び常用発電装置２３の出力可能な電力で供給可能か否か判断する（ＳＴ１２５）。発電装置制御部３２は、負荷群２６へ電力供給不可能と判断した場合（ＳＴ１２５；ｙｅｓ）、常用発電装置２４の運転を開始するように制御するための信号を生成し、送信部３３に送信する。発電装置制御部３２は、負荷群２６へ電力供給可能と判断した場合（ＳＴ１２５；ｎｏ）、後述するステップＳＴ１３５を省略する。

送信部３３は、常用発電装置２４の運転を開始するように制御するための信号を受信すると、当該信号を常用発電装置２４に送信し、常用発電装置２４は当該信号に応じて運転を開始する（ＳＴ１３５）。

電力系統２は、短絡事故が発生していないかを監視する（ＳＴ１４０）。電力系統２は、短絡事故が発生していない場合（ＳＴ１４０；ｙｅｓ）、監視を継続する。電力系統２は、短絡事故点２６６において短絡事故が発生した場合（ＳＴ１４０；ｎｏ）、短絡電流を供給する（ＳＴ１５０）。

具体的には、電力系統安定化装置２５のシンクロナスコンデンサ２５１は、遮断器２６４より負荷２６２側である短絡事故点２６６において短絡が発生した場合、運転を開始するように制御されている常用発電装置２３，２４と協調して遮断器動作手段として動作し、遮断器２６４を動作可能な大きさの短絡電流を遮断器２６４に供給する。

遮断器２６４は、短絡電流が一定時間以上供給されることで動作し、短絡事故点２６６は、電力系統２から安全に分離される。

上述したように、第１の実施形態によれば、制御装置３は、電力系統２の第１情報を受信する。当該受信した第１情報に基づき、常用発電装置２３，２４の運転を停止又は開始するように制御する。また、電力系統安定化装置２５は、遮断器２６４より負荷２６２側において短絡が発生した場合、運転を開始するように制御された常用発電装置２３と協調して動作し、遮断器２６４を動作可能な大きさの短絡電流を遮断器２６４に供給する。これにより、常用発電装置２３，２４を常時稼働状態に維持しなくても、短絡事故等が発生した場合に短絡電流を安定して供給することができる。

補足すると、再生可能エネルギ装置２１，２２が接続された電力系統２にシンクロナスコンデンサ２５１を含む電力系統安定化装置２５を設置して併用することにより、常用発電装置２３，２４を停止している場合でも短絡電流を一定時間以上供給することが可能となる。これにより、短絡事故による被害拡大防止のため事故点直近上位の遮断器を早く確実に遮断することができる。また、電力系統２の負荷率が低い場合には、持続短絡電流を確保するために常用発電装置２３，２４を常時稼働させる必要なく、常用発電装置２４を停止することができる。これにより、燃料を節約でき、省エネルギ効果及び二酸化炭素（ＣＯ_２）削減の効果が得られる。

したがって、保護協調を確立しつつ、電力系統も安定化することができる。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係るマイクログリッドシステムの構成の一例を示すブロック図であり、図７は、同実施形態における電力系統の一例を示す模式図である。

第２の実施形態は、第１の実施形態から再生可能エネルギ装置の出力する電力の割合を増加させ、常用発電装置の出力する電力の割合を減少させた電力系統上においても、保護協調を確立しつつ電力系統を安定化し得る構成となっている。以下では、図１乃至図３と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。

具体的には、図６及び図７に示すように、電力系統２は、風力発電装置２１が風力発電部２１３を、太陽光発電装置２２が太陽光発電部２２３を更に備え、常用発電装置については常用発電装置２３のみを接続した構成となっている。

これにより、再生可能エネルギ装置２１，２２は、より多くの出力電力を電力系統２に供給する機能を有する。一方、本実施形態の電力系統２は、第１の実施形態よりも、短絡事故等が発生した場合に常用発電装置によって安定して供給できる短絡電流が少ない場合を想定している。

また、本実施形態に係る電力系統２は、電力系統安定化装置２５に励磁用電源装置２８を接続した構成となっている。励磁用電源装置２８は、電力系統２とは別の電源として、シンクロナスコンデンサ２５１と組み合わせることで、電力系統２に、より多くの短絡電流を一定時間以上供給する機能を有する。

次に、以上のように構成されたマイクログリッドシステムの動作について図４に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本実施形態は、常用発電装置の運転を停止又は開始するよう制御する一連のステップＳＴ１１０−ＳＴ１３０については第１の実施形態と同様である。したがって、上記ステップＳＴ１１０−ＳＴ１３０については説明を省略し、短絡が発生した場合に遮断器を動作させる一連のステップＳＴ１４０−１５０についてのみ述べる。

電力系統２は、短絡事故が発生していないかを監視する（ＳＴ１４０）。電力系統２は、短絡事故が発生していない場合（ＳＴ１４０；ｙｅｓ）、監視を継続する。電力系統２は、短絡事故点２６６において短絡事故が発生した場合（ＳＴ１４０；ｎｏ）、短絡電流を供給する（ＳＴ１５０）。

具体的には、電力系統安定化装置２５のシンクロナスコンデンサ２５１は、遮断器２６４より負荷２６２側である短絡事故点２６６において短絡が発生した場合、運転を開始するように制御されている常用発電装置２３と協調して遮断器動作手段として動作し、遮断器２６４を動作可能な大きさの短絡電流を遮断器２６４に供給する。ここで、シンクロナスコンデンサ２５１は、励磁用電源装置２８によって電力系統２とは別に電源を供給されるため、より多くの短絡電流を共有することができる。

遮断器２６４は、短絡電流が一定時間以上供給されることで動作し、短絡事故点２６６は、電力系統２から安全に分離される。

上述したように、第２の実施形態によれば、電力系統安定化装置２５は、励磁用電源装置２８と接続される。これにより、再生可能エネルギ装置２１，２２の出力電力の割合が増え、常用発電装置２３の出力電力の割合が小さい場合でも、短絡事故等が発生した場合に短絡電流を安定して供給することができる。

補足すると、シンクロナスコンデンサ２５１を含む電力系統安定化装置２５に励磁用電源装置２８を接続することにより、第１の実施形態の効果に加え、電力系統安定化装置２５からより多くの短絡電流を一定時間以上供給することが可能となる。

したがって、再生可能エネルギ装置の出力電力の割合が比較的大きいマイクログリッドシステムにおいても、保護協調を確立しつつ、電力系統も安定化することができる。

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係るマイクログリッドシステムの構成の一例を示すブロック図であり、図９は、同実施形態における制御装置の構成の一例を示すブロック図である。第３の実施形態は、第１の実施形態に加えて、電力系統安定化装置２５から電力系統２へ出力される無効電力を更に制御し、より電力系統２を安定化し得る構成となっている。具体的には、このマイクログリッドシステム１の機能構成は、図１に示す機能構成と同様であり、制御装置３の機能構成は、図３に示す機能構成に更に電力系統安定化装置制御部３４を備えた構成となっている。なお、本実施形態は、第１の実施形態に限らず、第２の実施形態に対しても適用可能である。以下では、図１乃至図３と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。

配電線２７は、電力系統２の第２情報を取得できるように構成される。電力系統の第２情報は、例えば、配電線２７における力率、電圧の少なくとも１つを含む。配電線２７は、取得した電力系統２の第２情報を制御装置３に送信する。

なお、電力系統２の第２情報は、配電線２７に限らず、分散型電源装置２１−２４、電力系統安定化装置２５、及び負荷群２６と配電線２７との系統連結点において取得されてもよい。

電力系統安定化装置２５の電圧制御部２５２は、電力系統２へ出力される無効電力を制御するための制御信号を制御装置３から受信する。電圧制御部２５２は、当該制御信号に基づき、電圧制御部２５２の界磁２５３により電圧を調整し、シンクロナスコンデンサ２５１から電力系統２へ出力される無効電力を制御する。

シンクロナスコンデンサ２５１は、電圧制御部２５２によって調整された電圧に応じて、電力系統２へ制御された無効電力を出力する。

図９に示すように、制御装置３は、電力系統安定化装置制御部３４を更に備える。

制御装置３の受信部３１は、電力系統２の第２情報を配電線２７又は配電線２７と各部２１−２６との系統連結点から受信し、電力系統安定化装置制御部３４に送信する。

電力系統安定化装置制御部３４は、電力系統２の第２情報を受信部３１から受信すると、当該第２情報に基づき、電力系統安定化装置２５から電力系統２へ出力される無効電力を制御するための制御信号を生成する。

電力系統安定化装置制御部３４は、当該第２情報に基づき、電力系統２の力率、電圧の少なくとも１つを改善するように制御するための制御信号を生成してもよい。電力系統安定化装置制御部３４は、生成した無効電力を制御するための制御信号を、送信部３３に送信する。

具体的には例えば、電力系統安定化装置制御部３４は、電力系統２における電圧が所定の電圧の範囲を上回る、又は下回った場合、所定の電圧の範囲となるように無効電力を制御するための制御信号を生成してもよい。

また、電力系統安定化装置制御部３４は、電力系統２における力率が進み力率の場合、力率を遅らせるように無効電力を制御するための制御信号を生成してもよく、電力系統２における力率が遅れ力率の場合、力率を進めるように無効電力を制御するための制御信号を生成してもよい。

送信部３３は、電力系統安定化装置２５から電力系統２へ出力される無効電力を制御するための制御信号を電力系統安定化装置制御部３４から受信し、電力系統安定化装置２５に送信する。

次に、以上のように構成されたマイクログリッドシステムの動作について図１０に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本実施形態は、電力系統２における電圧を第２情報として受信した場合の動作について一例として説明するが、力率についても同様に適用可能である。

始めに、配電線２７は、電力系統２の第２情報を取得し、制御装置３に送信する。

制御装置３は、電力系統２の第２情報を受信し（ＳＴ３１０）、当該第２情報を電力系統安定化装置制御部３４に送信する。

電力系統安定化装置制御部３４は、電力系統２の第２情報を受信すると、当該第２情報に基づき、電力系統安定化装置２５から電力系統２へ出力される無効電力を制御するための制御信号を生成する。具体的には、電力系統安定化装置制御部３４は、以下のステップＳＴ３２０−ＳＴ３５０を実行する。

電力系統安定化装置制御部３４は、第２情報に基づき、電力系統２の電圧が所定の値を下回っているか否かを判断する（ＳＴ３２０）。電力系統安定化装置制御部３４は、電力系統２の電圧が所定の値を下回っていると判断した場合（ＳＴ３２０；ｙｅｓ）、無効電力を増加させるよう制御するための制御信号を生成し（ＳＴ３３０）、当該制御信号を、送信部３３を介して電力系統安定化装置２５に送信する。電力系統安定化装置制御部３４は、電力系統２の電圧が所定の値を下回っていないと判断した場合（ＳＴ３２０；ｎｏ）、電力系統２の電圧が所定の値を上回っているか否かを判断する（ＳＴ３４０）。電力系統安定化装置制御部３４は、電力系統２の電圧が所定の値を上回っていると判断した場合（ＳＴ３４０；ｙｅｓ）、無効電力を減少させるよう制御するための制御信号を生成し（ＳＴ３５０）、当該制御信号を、送信部３３を介して電力系統安定化装置２５に送信する。電力系統安定化装置制御部３４は、電力系統２の電圧が所定の値を上回っていないと判断した場合（ＳＴ３４０；ｎｏ）、以降の動作を省略する。

なお、以上のステップＳＴ３２０−３３０と、ステップＳＴ３４０−３５０とは、互いに入れ替えて動作させてもよい。

電力系統安定化装置２５の電圧制御部２５２は、受信した制御信号に応じて、電圧制御部２５２の界磁２５３により電圧を調整し、シンクロナスコンデンサ２５１から出力される無効電力を制御する。シンクロナスコンデンサ２５１は、制御された無効電力を出力し、電力系統２を安定化させる。

上述したように、第３の実施形態によれば、制御装置３は、電力系統２の第２情報を受信し、当該第２情報に基づき、電力系統安定化装置２５から電力系統２へ出力される無効電力を制御する。電力系統安定化装置２５は、電圧制御部２５２にて電圧を調整することでシンクロナスコンデンサ２５１の出力する無効電力を制御する。これにより、第１の実施形態又は第２の実施形態の効果に加え、更に電力系統２を安定化させることができる。

また、電力系統安定化装置２５から電力系統２へ出力される無効電力は、電力系統２の力率、電圧変動の少なくとも１つを改善するように出力される。これにより、電力系統２上の力率の改善、及び系統電圧の変動抑制をすることができる。

補足すると、再生可能エネルギ装置２１，２２が接続されたマイクログリッドシステム１において頻繁に発生する電力系統２の系統電圧変動に対して、適切な無効電力を供給することで、変動を抑制することができる。また、電圧制御部２５２にて電圧を調整することで、出力する無効電力を連続的に変化させることができるため、電力系統上の力率を改善し、効率を向上させることができる。これにより、従来力率改善用として設置していたコンデンサ設備及び系統安定化用に設置していた蓄電池設備を省略することが可能となり、設備費用の削減、及び省スペース化の効果が得られる。また、短絡事故が発生した場合においては、シンクロナスコンデンサ２５１の回転エネルギによって短絡電流を一定時間以上供給することができる。

したがって、再生可能エネルギ装置の出力電力の割合が比較的大きいマイクログリッドシステムにおいても、保護協調を確立しつつ、電力系統も安定化することができる。

（第４の実施形態）
図１１は、第４の実施形態に係るマイクログリッドシステムの構成の一例を示すブロック図であり、図１２は、同実施形態における電力系統の構成の一例を示す模式図である。第４の実施形態は、第３の実施形態における電力系統安定化装置の運用調整機能を拡張することで、更に電力系統を安定化し得る構成となっている。具体的には、複数の電力系統安定化装置２５，２９が電力系統２の配電線２７に対して並列に接続される。また、制御装置３は、電力系統２の第２情報に基づき、出力される無効電力と各電力系統安定化装置２５，２９の運転台数とを協調して制御する構成となっている。以下では、図８と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。

電力系統安定化装置２９は、電力系統安定化装置２５と同等の構成を備えており、電力系統２の配電線２７に対して電力系統安定化装置２５と並列に接続される。

各電力系統安定化装置２５，２９の各電圧制御部２５２，２９２は、電力系統２へ出力される無効電力を制御するための制御信号を制御装置３からそれぞれ受信し、各シンクロナスコンデンサ２５１，２９１から電力系統２へ出力される無効電力を制御する。各シンクロナスコンデンサ２５１は、電圧制御部２５２の制御に応じて、電力系統２へ無効電力を出力する。

また、各電力系統安定化装置２５，２９は、各シンクロナスコンデンサ２５１，２９１の運転を停止又は開始するための制御信号を制御装置３から受信し、各シンクロナスコンデンサ２５１，２９１の運転台数を制御する。なお、各シンクロナスコンデンサ２５１，２９１の停止は、当該各シンクロナスコンデンサ２５１，２９１を電源系統２から解列させることで実現してもよい。

制御装置３の電力系統安定化装置制御部３４は、電力系統２の第２情報を受信部３１から受信すると、当該第２情報に基づき、各電力系統安定化装置２５，２９から電力系統２へ出力される無効電力を制御するための制御信号を生成する。電力系統安定化装置制御部３４は、当該第２情報に基づき、電力系統２の力率、電圧の少なくとも１つを改善するように制御するための制御信号を生成してもよい。

また、電力系統安定化装置制御部３４は、出力される無効電力と協調して、各電力系統安定化装置２５，２９の各シンクロナスコンデンサ２５１，２９１の運転台数を決定する。電力系統安定化装置制御部３４は、決定した運転台数に応じて、運転中のシンクロナスコンデンサを停止させるよう制御する信号、又は停止中のシンクロナスコンデンサの運転を開始させるよう制御する信号を生成してもよい。電力系統安定化装置制御部３４は、生成した無効電力を制御するための制御信号、及び各シンクロナスコンデンサ２５１，２９１の運転を停止又は開始させるための制御信号を、送信部３３に送信する。

送信部３３は、各電力系統安定化装置２５，２９から電力系統２へ出力される無効電力を制御するための制御信号、及び各シンクロナスコンデンサ２５１，２９１の運転を停止又は開始するための制御信号を電力系統安定化装置制御部３４から受信し、各電力系統安定化装置２５，２９に送信する。

次に、以上のように構成されたマイクログリッドシステムの動作について図１３に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本実施形態は、電力系統２における電圧を第２情報として受信した場合の動作について一例として説明するが、第３の実施形態と同様に、力率についても同様に適用可能である。

始めに、電力系統安定化装置制御部３４は、電力系統２の第２情報に基づき、電力系統安定化装置２５から電力系統２へ出力される無効電力を制御するための制御信号を生成する（ステップＳＴ３１０−ＳＴ３５０）。

なお、電力系統安定化装置制御部３４は、ステップＳＴ３３０又はＳＴ３５０において生成された制御信号を、複数の電力系統安定化装置２５，２９に最適に配分する。最適な配分方法には種々の評価基準が考えられるが、例えば、分散型電源装置２１−２４の出力変動による電圧低下や上昇等の様々なモードに対して、系統電圧の過渡的な変動が抑制されるように各シンクロナスコンデンサ２５１，２９１の出力する無効電力を制御してもよい。なお、ステップＳＴ３１０−ＳＴ３５０におけるその他の各動作は、第３の実施形態と同様の動作のため、説明を省略する。

電力系統安定化装置制御部３４は、生成された制御信号に基づき、各シンクロナスコンデンサ２５１，２９１の台数制御を実行する（ＳＴ３６０）。なお、各シンクロナスコンデンサ２５１，２９１の運転台数は、出力される無効電力と協調して制御される。

具体的には例えば、電力系統安定化装置制御部３４は、ステップＳＴ３３０又はＳＴ３５０において出力すべき無効電力を配分した結果、各シンクロナスコンデンサ２５１，２９１について、不要に稼働している、又は新たに稼働することが必要と判断する。電力系統安定化装置制御部３４は、判断の結果に応じて、各シンクロナスコンデンサ２５１，２９１の運転を停止又は開始するよう制御するための制御信号を生成し、送信部３３を介して電力系統安定化装置２５に送信する。

各電力系統安定化装置２５，２９の各電圧制御部２５２，２９２は、受信した制御信号に応じて、各電圧制御部２５２，２９２の各界磁２５３，２９３により電圧を調整し、各シンクロナスコンデンサ２５１，２９１から出力される無効電力を制御する。

また、各電力系統安定化装置２５，２９は、受信した制御信号に応じて、各シンクロナスコンデンサ２５１，２９１の運転を停止又は開始するように制御する。

上述したように、第４の実施形態によれば、複数の電力系統安定化装置２５，２９が電力系統２に対して並列に接続さる。また、複数の電力系統安定化装置制御部３４は、第２情報に基づき、出力される無効電力とシンクロナスコンデンサ２５１，２９１の運転台数とを協調して制御する。これにより、出力する無効電力を連続的に制御でき、電力系統２上の力率の改善、及び系統電圧の変動抑制を、分散型電源装置２１−２４の出力変動に応じて最適に制御することができる。

また、第３の実施形態の効果に加え、複数台のシンクロナスコンデンサ２５１，２９１を制御することによって無効電力による調整機能が拡張されることにより、従来必要であったコンデンサ設備及び蓄電池設備の省略により適した形態となる。これにより、より設備費用の削減、及び省スペース化の効果を得ることができる。

したがって、再生可能エネルギ装置の出力電力の割合が比較的大きいマイクログリッドシステムにおいても、保護協調を確立しつつ、電力系統も安定化することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。各実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。各実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…マイクログリッドシステム、２…電力系統、３…制御装置、２１風力発電装置、２２…太陽光発電装置、２３，２４…常用発電装置、２５，２９…電力系統安定化装置、２６…負荷群、２７…配電線、２８…励磁用電源装置、３１…受信部、３２…発電装置制御部、３３…送信部、３４…電力系統安定化装置制御部、２１１…風力発電部、２１２，２３３，２４３，２５４，２６３，２６４，２６５…遮断器、２２１…太陽光発電部、２２２…パワーコンディショナ、２３１，２４１…発電機、２３２，２４２…原動機、２５１…シンクロナスコンデンサ、２５２…電圧制御部、２５３…界磁、２６１，２６２…負荷、２６６…短絡事故点。

実施形態のマイクログリッドシステムは、電力系統に、無効電力を制御するシンクロナスコンデンサを備える電力系統安定化装置が接続され、再生可能エネルギ装置及び複数台の常用発電装置を含む分散型電源装置から遮断器を介して負荷に電力を供給する上記電力系統を備える。

上記シンクロナスコンデンサは、上記遮断器より上記負荷の側において短絡が発生した場合、上記複数台の常用発電装置と協調して動作し、上記遮断器を動作可能な大きさの短絡電流を上記遮断器に供給する遮断器動作手段として動作する。

Claims (6)

1. 電圧制御部及び前記電圧制御部の界磁により電力系統へ出力する無効電力を制御するシンクロナスコンデンサを備える電力系統安定化装置が接続され、再生可能エネルギ装置及び常用発電装置を含む分散型電源装置から遮断器を介して負荷に電力を供給する前記電力系統を備えるマイクログリッドシステムであって、
   前記シンクロナスコンデンサは、前記遮断器より前記負荷の側において短絡が発生した場合、前記常用発電装置と協調して動作し、前記遮断器を動作可能な大きさの短絡電流を前記遮断器に供給する遮断器動作手段として動作する
   ことを特徴とするマイクログリッドシステム。
2. 電圧制御部及び前記電圧制御部の界磁により電力系統へ出力する無効電力を制御するシンクロナスコンデンサを備える電力系統安定化装置が接続され、再生可能エネルギ装置及び常用発電装置を含む分散型電源装置から遮断器を介して負荷に電力を供給する前記電力系統と、制御装置とを備えるマイクログリッドシステムであって、
   前記制御装置は、
   前記電力系統の第１情報を受信する受信手段と、
   前記受信した第１情報に基づき、前記常用発電装置の運転を停止又は開始するように制御する第１制御手段と、を備え、
   前記シンクロナスコンデンサは、前記遮断器より前記負荷の側において短絡が発生した場合、前記運転を開始するように制御された常用発電装置と協調して動作し、前記遮断器を動作可能な大きさの短絡電流を前記遮断器に供給する遮断器動作手段として動作する
   ことを特徴とするマイクログリッドシステム。
3. 前記電力系統安定化装置は、励磁用電源装置と接続されることを特徴とする、請求項２に記載のマイクログリッドシステム。
4. 前記制御装置は、
   前記受信手段において、前記電力系統の第２情報を更に受信し、
   前記受信した第２情報に基づき、前記電力系統安定化装置から前記電力系統へ出力される無効電力を制御する第２制御手段を更に備える
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のマイクログリッドシステム。
5. 前記第２制御手段は、前記電力系統の力率、電圧変動の少なくとも１つを改善するように前記出力される無効電力を制御することを特徴とする請求項４に記載のマイクログリッドシステム。
6. 前記電力系統安定化装置は、
   複数の電力系統安定化装置が電力系統に対して並列に接続され、
   前記第２制御手段は、前記受信した第２情報に基づき、前記出力される無効電力と前記シンクロナスコンデンサの運転台数とを協調して制御する
   ことを特徴とする請求項５に記載のマイクログリッドシステム。