JP2019187107A - 電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＲＴ要件を満たしつつ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を両立する。【解決手段】商用電力系統１０から重要負荷３０に給電するための電力線Ｌ１に接続された分散型電源２と、電力線Ｌ１において分散型電源２よりも商用電力系統１０側に設けられ、電力線Ｌ１を開閉する切替スイッチ３と、電力線Ｌ１において切替スイッチ３に並列接続されたインピーダンス素子４と、切替スイッチ３よりも商用電力系統１０側の電圧を検出する電圧検出部５と、電圧検出部５の検出電圧から商用電力系統１０側の系統異常を検出する系統異常検出部６と、系統異常検出部６により検出された系統異常に基づいて切替スイッチ３を開放し、分散型電源２と商用電力系統１０とをインピーダンス素子４を介して接続する制御部７とを備える。分散型電源２と商用電力系統１０とがインピーダンス素子４を介して接続された状態で、分散型電源２が逆潮流を含む運転を継続する。【選択図】図１

Description

本発明は、電源システムに関するものである。

電源システムは、停電や瞬時電圧低下（以下、瞬低とも言う。）に対して、商用電力系統から解列して重要負荷を補償する無停電電源システムと、蓄電池を充放電させることによって、ピークカット／ピークシフトなどの負荷平準化を実現する分散型電源システムとに分類される。

近年、蓄電池の高性能化等により、特に大容量（５００ｋＷ容量クラス以上）の蓄電池システムにおいて、無停電電源機能及び負荷平準化機能を両立するものが考えられつつある。例えば、特許文献１に示すように、無停電電源機能及び負荷平準化機能を両立した二次電池システムが考えられている。このシステムは、停電や瞬低に対しては解列して重要負荷に電力を供給するように構成されている。

ところで、商用電力系統に連系される分散型電源が増大しており、瞬低時にそれらの分散型電源を一斉に解列してしまうと、商用電力系統全体の電圧や周波数の維持に大きな影響を与える可能性がある。このため、瞬低時においても分散型電源を商用電力系統から解列することなく継続運転することが求められている（事故時運転継続（ＦＲＴ）要件）。

しかしながら、上述した電源システムでは、瞬低時に解列しているので、ＦＲＴ要件を満たすことができない。また、特許文献２に示すように、電源システムにおいて無停電電源用途の蓄電池と負荷平準化用途の蓄電池とを用いて個別に各機能を発揮するシステムとすることも考えられるが、コスト及びサイズが増大してしまう。

特許第３４０２８８６号公報 特開２００４−２８９９８０号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、ＦＲＴ要件を満たしつつ、常時商用給電方式の無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源を用いて両立する新規の電源システムを提供することをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る電源システムは、商用電力系統と重要負荷との間に設けられ、前記重要負荷に電力を供給する電源システムであって、前記商用電力系統から前記重要負荷に給電するための電力線に接続された分散型電源と、前記電力線において前記分散型電源よりも前記商用電力系統側に設けられ、前記電力線を開閉する切替スイッチと、前記電力線において前記切替スイッチに並列接続されたインピーダンス素子と、前記切替スイッチよりも前記商用電力系統側の電圧を検出する系統側電圧検出部と、前記系統側電圧検出部の検出電圧から前記商用電力系統側の系統異常を検出する系統異常検出部と、前記系統異常検出部により検出された系統異常に基づいて前記切替スイッチを開放し、前記分散型電源と前記商用電力系統とを前記インピーダンス素子を介して接続する制御部とを備え、前記分散型電源と前記商用電力系統とが前記インピーダンス素子を介して接続された状態で、前記分散型電源が逆潮流を含む運転を継続するものであり、前記系統異常検出部は、瞬時電圧低下及び周波数変動に加えて、その他の系統異常を検出するものであることを特徴とする。

このような電源システムであれば、電力線において分散型電源よりも商用電力系統側に切替スイッチを設けるとともに、当該切替スイッチに対してインピーダンス素子を並列接続しており、系統異常検出部により検出された系統異常に基づいて切替スイッチを開放するので、系統異常においても需要側設備はインピーダンス素子を介して商用電力系統と連系された状態となる。
特に本発明では、瞬時電圧低下及び周波数変動に対して需要側設備はインピーダンス素子を介して商用電力系統と連系された状態となり、分散型電源のＦＲＴ要件を満たしつつ、系統異常時における重要負荷への電圧低下及び周波数変動を防止することができる。その結果、ＦＲＴ要件を満たしつつ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源を用いて両立する新規の電源システムを提供することができる。

また、本発明では、瞬時電圧低下及び周波数変動に加えて、その他の系統異常に対しても需要側設備はインピーダンス素子を介して商用電力系統と連系された状態となり、分散型電源システムの不要解列を防止すると共に系統異常時における重要負荷への悪影響を防止することができる。ここで、系統異常検出部は、その他の系統異常として位相変動、電圧不平衡、高調波異常又はフリッカの少なくとも１つを検出するものであることが考えられる。

ここで、系統異常要素として上記位相変動、電圧不平衡、高調波異常又はフリッカが考えられることは連系規程から読み取ることができるが、さらに三相系統電圧を三相−二相変換（α−β−０変換）した複素数において、そのα成分（これを実数成分とする）、β成分（これを虚数成分とする）を表現すると、数１で表現される。

ここで各要素は以下である。
v：系統電圧
Ｖ_１：系統電圧振幅
ｆ：系統電圧周波数
θ：系統電圧位相、位相跳躍との位相変動はこの要素の変化である。
Σ_ｎ≠１ｖ_ｎ：基本波正相分以外の成分、ｎ＝−１の逆相成分と｜ｎ｜≠１の高調波成分がある。
なお、フリッカはＶ_１の数〜数十Ｈｚの低周期変動である。

この考察による系統異常要素の追加の結果、一般に無停電電源システムにおいて、常時商用給電方式の無停電電源システムでは対応できない位相変動、電圧不平衡、高調波異常又はフリッカについて、「電力線にインピーダンス素子と切替スイッチの並列回路部を設けた両立電源システム」により、安価に、より高価である常時インバータ給電方式の無停電電源システムと同じようにこれらの系統異常要素についても対応できる。その一例として、後述する＜第１実施形態のシミュレーション＞で示すように電源システムの異常（このシミュレーションでは分散型電源の過電流異常）を未然に防止することができる。

さらに、本発明では、電力線にインピーダンス素子と切替スイッチの並列回路部を設けるだけで良いので、装置の回路構成を簡単にすることができるとともに、通常運用時には切替スイッチに電流が流れるのでリアクトル等のインピーダンス素子に生じる損失を無くすことができる。

瞬時電圧低下における制御部の具体的な制御内容としては、前記重要負荷又は前記分散型電源の瞬時電圧低下耐量が所定の整定範囲を満たさない場合において、前記系統異常検出部により検出された瞬時電圧低下が前記瞬時電圧低下耐量以上であり且つ前記所定の整定範囲内に含まれる場合に前記切替スイッチを開放することが考えられる。
ここで、重要負荷又は分散型電源の瞬時電圧低下耐量は、重要負荷又は分散型電源が動作可能である許容電圧低下範囲である。また、瞬時電圧低下における所定の整定範囲は、ＦＲＴ要件の電圧範囲である。例えば、残電圧２０％以上かつ継続時間０．３秒以内の範囲である。

また、周波数変動における制御部の具体的な制御内容としては、前記重要負荷又は前記分散型電源の周波数変動耐量が所定の整定範囲を満たさない場合において、前記系統異常検出部により検出された周波数変動が前記周波数変動耐量以上であり且つ前記所定の整定範囲内に含まれる場合に前記切替スイッチを開放することが考えられる。
ここで、重要負荷又は分散型電源の周波数耐量は、重要負荷又は分散型電源が動作可能である許容周波数変動範囲である。また、周波数変動における所定の整定範囲は、ＦＲＴ要件の周波数範囲である。周波数変動がステップ上昇の場合には、例えば正常周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）から所定の変動値（５０．８Ｈｚ又は６１．０Ｈｚ）までの範囲（５０Ｈｚ〜５０．８Ｈｚ、６０Ｈｚ〜６１．０Ｈｚ）である。また、周波数変動がランプ上昇・下降の場合には、正常周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に対して所定の変化率（±２Ｈｚ／秒）の範囲内であって、所定量変動した上限整定値又は下限整定値までの範囲である。

このとき、前記分散型電源と前記商用電力系統とが前記インピーダンス素子を介して接続された状態で、前記分散型電源が前記系統異常耐量の範囲内で逆潮流を含む運転を継続することが望ましい。
この構成であれば、系統異常が発生した場合であっても、分散型電源を商用電力系統から解列することなく継続運転することができ、重要負荷に電力を供給することができる。
例えば、周波数変動の場合には、分散型電源のＦＲＴ要件を満たしつつ、重要負荷の脱落を防止することができる。具体的には、分散型電源はインピーダンス素子を介して商用電力系統と接続される形となり、分散型電源側の電圧を周波数耐量における限界周波数未満で運転を継続すると、商用電力系統側の電圧と周波数及び位相が異なる。これに対して、インピーダンス素子により、それらの電位差による横流とそれに伴う電圧変動を抑制することで、重要負荷側の電圧を限界周波数に維持したまま、重要負荷への電圧・電流を安定させることができる。

具体的な分散型電源の運転態様としては、前記分散型電源と前記商用電力系統とが前記インピーダンス素子を介して接続された状態で、前記分散型電源が前記重要負荷又は前記分散型電源の系統異常耐量の小さい方の範囲内で逆潮流を含む運転を継続することが望ましい。

また、電源システムは、前記電力線において前記分散型電源よりも前記商用電力系統側に設けられた解列用スイッチをさらに備えており、前記制御部は、前記系統側電圧検出部の検出電圧が所定の解列条件を満たす場合に前記解列用スイッチを開放するものであり、前記解列用スイッチが開放された状態で、前記分散型電源は前記重要負荷に給電して自立運転モードとなる。

さらに、電源システムは、前記電力線において前記解列用スイッチよりも前記分散型電源側の電圧を検出する電源側電圧検出部をさらに備えており、前記制御部は、前記系統側電圧検出部の検出電圧が前記所定の解列条件を解消し、且つ前記系統側電圧検出部の検出電圧及び前記電源側電圧検出部の検出電圧が所定の同期検定条件を満たす場合に前記解列用スイッチを投入するものであることが望ましい。ここで、所定の同期検定条件とは、系統側電圧検出部の検出電圧の大きさ、周波数及び位相と、電源側電圧検出部の検出電圧の大きさ、周波数及び位相がそれぞれ一致していることである。

その他、電源システムは、前記電力線において前記解列用スイッチよりも前記商用電力系統側に設けられた系統連系用保護装置と、前記電力線において前記解列用スイッチよりも前記分散型電源側の電圧を検出する電源側電圧検出部とをさらに備えており、前記制御部は、前記系統連系用保護装置が不動作状態となり、且つ前記系統側電圧検出部の検出電圧及び前記電源側電圧検出部の検出電圧が同期検定条件を満たす場合に前記解列用スイッチを投入するものであることが望ましい。

このように構成した本発明によれば、ＦＲＴ要件を満たしつつ、無停電電源システムとしての機能及び分散型電源としての機能を共通の分散型電源を用いて両立する新規の電源システムを提供することができる。

第１実施形態の電源システムの構成を示す模式図である。 第１実施形態の瞬低及び周波数変動における動作状態の一覧を示す表である。 第１実施形態のその他の系統異常における動作状態の一覧を示す表である。 第１実施形態の通常時の電源システムの状態を示す模式図である。 第１実施形態の系統異常時の電源システムの状態を示す模式図である。 位相跳躍時の補償動作のシミュレーションモデルを示す図である。 切替スイッチが動作しない場合のシミュレーション結果を示す図である。 切替スイッチが動作した場合のシミュレーション結果を示す図である。 第２実施形態の電源システムの構成を示す模式図である。

＜第１実施形態＞
以下に、本発明に係る電源システムの第１実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の電源システム１００は、図１に示すように、商用電力系統１０と重要負荷３０との間に設けられ、商用電力系統１０の異常時に重要負荷３０に電力を供給する無停電電源システムとしての機能（無停電電源機能）と、商用電力系統に対して順潮流及び逆潮流することで負荷平準化する分散型電源システムとしての機能（負荷平準化機能）を発揮するものである。

ここで、商用電力系統１０は、電力会社（電気事業者）の電力供給網であり、発電所、送電系統及び配電系統を有するものである。また、重要負荷２０は、停電や瞬低などの系統異常時においても電力を安定して供給すべき負荷であり、図１では１つであるが、複数あっても良い。

具体的に電源システム１００は、分散型電源２と、商用電力系統１０と分散型電源２及び重要負荷３０とを接続する切替スイッチ３と、切替スイッチ３に並列接続されたインピーダンス素子４と、切替スイッチ３よりも商用電力系統１０側の電圧を検出する系統側電圧検出部５と、系統側電圧検出部５の検出電圧から系統異常を検出する系統異常検出部６と、系統異常検出部６の検出信号により切替スイッチ３を開放する制御部７とを備えている。

分散型電源２は、商用電力系統１０から重要負荷３０に給電するための電力線Ｌ１に接続されている。この分散型電源２は、商用電力系統１０に連系されるものであり、例えば太陽光発電や燃料電池などの直流発電設備２１ａと電力変換装置２２とを有するもの、二次電池（蓄電池）などの電力貯蔵装置（蓄電デバイス）２１ｂと電力変換装置２２とを有するもの、風力発電やマイクロガスタービンなどの交流で出力された電気エネルギを直流に整流したうえで、電力変換装置を用いて系統連系をされる発電設備（不図示）、又は、同期発電機や誘導発電機などの交流発電設備２１ｃである。なお、電源システム１００は、少なくとも電力貯蔵装置２１ｂを備えており、その他上記何れか分散型電源２を有するものであっても良い。

切替スイッチ３は、電力線Ｌ１において分散型電源２の接続点よりも商用電力系統１０側に設けられて電力線Ｌ１を開閉するものであり、例えば半導体スイッチ、又は、半導体スイッチと機械式スイッチとを組み合わせたハイブリッドスイッチなどの高速切り替えが可能な切替スイッチを用いることができる。例えば半導体スイッチを用いた場合には、切替時間を２ミリ秒以下にすることができ、ゼロ点関係なく遮断することができる。また、ハイブリッドスイッチを用いた場合には、切替時間を２ミリ秒以下にすることができ、ゼロ点関係なく遮断できるだけでなく、通電損失をゼロにすることができる。なお、この切替スイッチ３は、制御部７により開閉制御される。

インピーダンス素子４は、前記電力線Ｌ１において切替スイッチ３に並列接続されたものであり、本実施形態では、限流リアクトルである。

系統側電圧検出部５は、電力線Ｌ１において切替スイッチ３よりも商用電力系統１０側の電圧を、計器用変圧器５１を介して検出するものである。具体的に系統側電圧検出部５は、切替スイッチ３及びインピーダンス素子４からなる並列回路よりも商用電力系統１０側に計器用変圧器５１を介して接続されている。

系統異常検出部６は、系統側電圧検出部５により検出された検出電圧から、切替スイッチ３よりも商用電力系統１０側の各系統異常を検出するものである。本実施形態の系統異常は、瞬低を含む電圧低下、電圧上昇、周波数変動、位相変動、電圧不平衡、異常高調波、フリッカである。

このため、系統異常検出部６は、瞬低を含む電圧低下を検出する電圧低下検出部６１と、周波数変動を検出する周波数変動検出部６２と、電圧上昇を検出する電圧上昇検出部６３と、位相変動を検出する位相変動検出部６４と、電圧不平衡を検出する電圧不平衡検出部６５と、異常高調波を検出する異常高調波検出部６６と、フリッカを検出するフリッカ検出部６７とを有する。

電圧低下検出部６１は、系統側電圧検出部５の検出電圧と所定の整定値とを比較することにより電圧低下を検出するものである。ここで、電圧低下を検出するための整定値は、瞬低を検出するための電圧値であり、例えば残電圧２０％である。

周波数変動検出部６２は、系統側電圧検出部５の検出電圧から周波数変動（周波数上昇（ＯＦ）、周波数低下（ＵＦ））を検出するものである。なお、周波数変動は、例えばステップ上昇や、ランプ上昇・下降である。

電圧上昇検出部６３は、系統側電圧検出部５の検出電圧と所定の整定値とを比較することにより電圧上昇を検出するものである。ここで、電圧上昇を検出するための整定値は、系統電圧に対して例えば１０７％の電圧である。

位相変動検出部６４は、系統側電圧検出部５の検出電圧の位相から例えば１０°の位相跳躍等の位相変動を検出するものである。

電圧不平衡検出部６５は、系統側電圧検出部５の検出電圧から三相間の振幅の大きさ又は位相差１２０°が異なる状態となっていることを検出するものである。

異常高調波検出部６６は、系統側電圧検出部５の検出電圧から高調波電圧を検出するものである。フリッカ検出部６７は、系統側電圧検出部５の検出電圧から電圧変動（フリッカ）を検出するものである。

制御部７は、系統異常検出部６により検出された各検出信号に基づいて、切替スイッチ３に制御信号を出力して切替スイッチ３を開放するものである。本実施形態の制御部７は、各検出部６１〜６７からの検出信号を受け付けて何れか１つの検出信号が条件（ＯＲ条件）を満たす場合に、切替スイッチ３を開放する。

具体的に制御部７は、重要負荷３０又は分散型電源２の瞬低耐量が所定の整定範囲を満たさない場合において、電圧低下検出部６１により検出された瞬低が瞬低耐量以上であり且つ、所定の整定範囲内に含まれる場合に切替スイッチ３を開放する。これにより、商用電力系統１０と分散型電源２及び重要負荷３０とはインピーダンス素子４を介して接続された状態となる。この状態で、分散型電源２は逆潮流を含む運転を継続する。

また、制御部７は、重要負荷３０又は分散型電源２の周波数変動耐量が所定の整定範囲を満たさない場合において、周波数変動検出部６２により検出された周波数変動が周波数変動耐量以上であり、且つ所定の整定範囲内に含まれる場合に切替スイッチ３を開放する、これにより、商用電力系統１０と分散型電源２及び重要負荷３０とはインピーダンス素子４を介して接続された状態となる。この状態で、分散型電源２は逆潮流を含む運転を継続する。

さらに、制御部７は、系統異常検出部６３〜６７により検出されたその他の系統異常が重要負荷３０又は分散型電源２のその他の系統異常に対する耐量以上である場合に切替スイッチ３を開放する。これにより、商用電力系統１０と分散型電源２及び重要負荷３０とはインピーダンス素子４を介して接続された状態となる。この状態で、分散型電源２は逆潮流を含む運転を継続する。

制御部７の具体的な切替スイッチ３の開閉制御とともに分散型電源２の動作について、図２〜図５を参照して説明する。

電源システム１００は、通常時には、図４に示すように、切替スイッチ３を閉じており、分散型電源２及び重要負荷３０は切替スイッチ３を介して商用電力系統１０に接続された状態である。なお、リアクトル４は切替スイッチ３に並列接続されているが、切替スイッチ３のインピーダンスは、リアクトル４のインピーダンスよりも小さいため、商用電力系統１０と分散型電源２及び重要負荷３０とは切替スイッチ３側で電力をやり取りする。分散型電源２による逆潮流によってピークカット・ピークシフトを実現することができる。

以下、（Ａ）系統連系規程のＦＲＴ要件に記載されている要素（瞬低及び周波数変動）に対する切替スイッチ３の開閉制御及び分散型電源２の動作（図２参照）と、（Ｂ）系統連系規程のＦＲＴ要件に記載されていない要素（瞬低を除く電圧低下、電圧上昇、位相跳躍、電圧不平衡、高調波異常、フリッカ）に対する切替スイッチ３の開閉制御及び分散型電源２の動作（図３参照）とに分けて説明する。

（Ａ）系統連系規程のＦＲＴ要件に記載されている要素（瞬低及び周波数変動）に対する切替スイッチ３の開閉制御及び分散型電源２の動作（図２参照）

（１）分散型電源２及び重要負荷３０の系統異常耐量（瞬低耐量、周波数変動耐量）がＦＲＴ要件の範囲（所定の整定範囲）を満足する場合であって、商用電力系統１０の系統異常（瞬低、周波数変動）がＦＲＴ要件の範囲内の場合（図２の（１））、制御部７は、切替スイッチ３を投入した状態を維持する。このとき、分散型電源２は商用電力系統１０の系統異常（瞬低、周波数変動）に追従して継続運転される（図４参照）。

（２）分散型電源２又は重要負荷３０の少なくとも一方の系統異常耐量（瞬低耐量、周波数変動耐量）がＦＲＴ要件の範囲を満足しない場合であって、商用電力系統１０の系統異常（瞬低、周波数変動）が、重要負荷３０又は分散型電源２の系統異常耐量のうち小さい方の系統異常耐量よりも小さい場合（図２の（２））、制御部７は、切替スイッチ３を投入した状態を維持する。このとき、分散型電源２は商用電力系統１０の系統異常（瞬低、周波数変動）に追従して継続運転される（図４参照）。

（３）分散型電源２又は重要負荷３０の少なくとも一方の系統異常耐量（瞬低耐量、周波数変動耐量）がＦＲＴ要件の範囲を満足しない場合であって、商用電力系統１０の系統異常（瞬低、周波数変動）が小さい方の系統異常耐量以上であり、且つＦＲＴ要件の範囲内の場合（図２の（３））、制御部７は、切替スイッチ３を開放する。そうすると、分散型電源２及び重要負荷３０はリアクトル４を介して商用電力系統１０に接続された状態となる。この状態で、分散型電源２は、重要負荷３０又は分散型電源２の系統異常耐量が小さい方の限界耐量の範囲で運転継続する（図５参照）。

なお、電圧低下検出部６１及び周波数変動検出部６２は、切替スイッチ３の開閉に関係なく、商用電力系統１０の瞬低及び周波数変動を検出しており、制御部７は、商用電力系統１０の瞬低及び周波数変動が前記小さい方の系統異常耐量（瞬低耐量、周波数変動耐量）未満になった場合に、切替スイッチ３を閉じる。

（Ｂ）系統連系規程のＦＲＴ要件に記載されていない要素（瞬低を除く電圧低下、電圧上昇、位相跳躍、電圧不平衡、高調波異常、フリッカ）に対する切替スイッチ３の開閉制御及び分散型電源２の動作（図３参照）

（１）商用電力系統１０の系統異常（瞬低を除く電圧低下、電圧上昇、位相跳躍、電圧不平衡、高調波異常、フリッカ）が、重要負荷３０又は分散型電源２の系統異常耐量のうち小さい方の系統異常耐量よりも小さい場合（図３の（１））、制御部７は、切替スイッチ３を投入した状態を維持する。このとき、分散型電源２は商用電力系統１０の系統異常（瞬低を除く電圧低下、電圧上昇、位相跳躍、電圧不平衡、高調波異常、フリッカ）に追従して継続運転される（図４参照）。

（２）商用電力系統１０の系統異常（瞬低を除く電圧低下、電圧上昇、位相跳躍、電圧不平衡、高調波異常、フリッカ）が小さい方の系統異常耐量以上の場合（図３の（２））、制御部７は、切替スイッチ３を開放する。そうすると、分散型電源２及び重要負荷３０はリアクトル４を介して商用電力系統１０に接続された状態となる。この状態で、分散型電源２は、重要負荷３０又は分散型電源２の系統異常耐量が小さい方の限界耐量の範囲で運転継続する（図５参照）。

なお、各検出部６２、６４〜６７は、切替スイッチ３の開閉に関係なく、商用電力系統１０の各系統異常を検出しており、制御部７は、商用電力系統１０の各系統異常が前記小さい方の系統異常耐量未満になった場合に、切替スイッチ３を閉じる。

＜第１実施形態のシミュレーション＞
系統異常の一例として商用電力系統に位相跳躍（１０°の位相跳躍）があった場合の分散型電源への影響をシミュレーションした。このシミュレーションの系統モデル、及び分散型電源電圧ｖの位相跳躍Δθの監視制御モデルを図６に示す。

切替スイッチを動作させない場合の分散型電源の電圧ｖ、電流ｉ及び位相跳躍Δθを図７に示す。
時刻０．５秒で商用電力系統に１０°の位相跳躍が発生しており、直後に分散型電源の電流に定常振幅の２．５倍の過電流が発生している。

切替スイッチを動作させた場合の分散型電源の電圧ｖ、電流ｉ及び位相跳躍Δθを図８に示す。
時刻０．５秒で商用電力系統に１０°の位相跳躍が発生しており、この位相跳躍検出により２ミリ秒後に切替スイッチを開放する。時刻０．６秒に切替スイッチを投入する。過渡現象として分散型電源の電流ｉに定常振幅の約１．５倍の過渡電流（スイッチ投入による正常な過渡電流）が発生する。なお、切替スイッチ開放中の分散型電源の位相制御（商用電力系統の位相に順次合わせる制御）や切替スイッチ投入による位相変動では検出しない制御とする。

以上のシミュレーション結果により、位相跳躍発生時の電圧変動は電圧振幅の１０％程度であるが、過電流が発生することが分かる。このような場合、位相跳躍を監視して大きく位相跳躍する前に切替スイッチを開放（インピーダンス素子を挿入）すれば、仮に分散型電源の過電流耐量が２．５倍の場合には、分散型電源が過電流で解列することを防止することができる。

＜第１実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態の電源システム１００によれば、電力線Ｌ１において分散型電源２よりも商用電力系統１０側に切替スイッチ３を設けるとともに、当該切替スイッチ３に対してインピーダンス素子４を並列接続しており、系統異常検出部６により検出された系統異常に基づいて切替スイッチ３を開放するので、系統異常においても需要側設備（重要負荷３０）はインピーダンス素子４を介して商用電力系統１０と連系された状態となる。

特に本実施形態では、瞬時電圧低下及び周波数変動に対して需要側設備はインピーダンス素子４を介して商用電力系統と連系された状態となり、分散型電源２のＦＲＴ要件を満たしつつ、系統異常時における重要負荷３０への電圧低下及び周波数変動を防止することができる。その結果、ＦＲＴ要件を満たしつつ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源２を用いて両立する新規の電源システム１００を提供することができる。

また、本実施形態では、瞬時電圧低下及び周波数変動に加えて、その他の系統異常に対しても需要側設備はインピーダンス素子４を介して商用電力系統１０と連系された状態となり、系統異常時における重要負荷３０への悪影響を防止することができる。

さらに、本実施形態では、電力線Ｌ１にインピーダンス素子４と切替スイッチ３の並列回路部を設けるだけで良いので、装置の回路構成を簡単にすることができるとともに、通常運用時には切替スイッチ３に電流が流れるのでリアクトル等のインピーダンス素子４に生じる損失を無くすことができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る電源システムの第２実施形態について、図面を参照して説明する。
前記第１説明を省略したが、電源システム１００では、図９に示すように、電力線Ｌ１において分散型電源２よりも商用電力系統１０側に解列用スイッチ（受電点スイッチ）８が設けられている。また、本実施形態の電源システム１００では、電力線Ｌ１において解列用スイッチ８よりも分散型電源２側の電圧を検出する電源側電圧検出部９が設けられている。

本実施形態の解列用スイッチ８は、商用電力系統１０と分散型電源２とを解列するための開閉スイッチであり、例えば機械式スイッチである。図９では、切替スイッチ３よりも商用電力系統１０側に設けられているが、切替スイッチ３よりも分散型電源２側に設けてもよい。この解列用スイッチ８は、制御部７により開閉制御される。

そして、制御部７は、系統側電圧検出部５の検出電圧が所定の解列条件を満たす場合に解列用スイッチ８を開放する。ここで、所定の解列条件は、系統電圧の電圧低下（検出電圧が整定値以下となっている状態）の継続時間が所定値以上（瞬低継続時間よりも長い時間）となることである。解列用スイッチ８が開放された状態で、分散型電源２は自立運転モードとなり重要負荷３０に給電する。なお、切替スイッチ３は既に解放されているので、解列用スイッチ８の開放による過電流はリアクトル４によって抑制される。

また、制御部７は、系統側電圧検出部５の検出電圧が所定の解列条件を解消し、且つ系統側電圧検出部５の検出電圧及び電源側電圧検出部９の検出電圧が同期検定条件を満たす場合に解列用スイッチ８を投入するものである。ここで、同期検定条件は、例えば、分散型電源２の電圧の大きさ、周波数及び位相と商用電力系統１０の電圧の大きさ、周波数及び位相とが一致することである。

その他、制御部７は、周波数変動等のその他の系統異常が所定の解列条件を満たす場合にも解列用スイッチ８を開放する。このとき、制御部７は、検出される系統異常が正常範囲内となった場合に解列用スイッチ８を投入する。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、系統異常の何れか１つが条件を満たした場合に切替スイッチを開放するものであったが、２つ以上の系統異常の組み合わせが所定の条件を満たした場合に切替スイッチを開放するようにしても良い。

また、インピーダンス素子４としてコンデンサを用いても良いし、リアクトル、抵抗又はコンデンサの何れかを組み合わせたものであっても良い。

さらに、前記実施形態の系統側電圧検出部は、系統連系用保護装置が備えるものであってもよい。系統連系規程に定められた系統連系用保護装置としては、例えば過電圧継電器（ＯＶＲ）、不足電圧継電器（ＵＶＲ）、短絡方向継電器（ＤＳＲ）、地絡過電圧継電器（ＯＶＧＲ）、過周波数継電器（ＯＦＲ）、不足周波数継電器（ＵＦＲ）、転送遮断装置等を挙げることができる。この場合、制御部は、何れか１つの連係保護機器が動作した場合に、解列用スイッチを開放することが考えられる。また、制御部は、全ての系統連系用保護装置が不動作状態となり、且つ系統側電圧検出部の検出電圧及び電源側電圧検出部の検出電圧が同期検定条件を満たす場合に解列用スイッチを投入することもできる。この構成であれば、連係保護機器が備える電圧検出部を用いているので、別途系統側電圧検出部を設ける必要がなく、装置構成を簡単にすることができる。

その上、前記実施形態の電源側電圧検出部は、解列用スイッチ及び切替スイッチの間に設けられたものであってが、分散型電源の系統接続点電圧の計測機能で代用してもよい。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・電源システム
１０ ・・・商用電力系統
３０ ・・・重要負荷
Ｌ１ ・・・電力線
２ ・・・分散型電源
３ ・・・切替スイッチ
４ ・・・インピーダンス素子
５ ・・・系統側電圧検出部
６ ・・・系統異常検出部
６１ ・・・電圧低下検出部
６２ ・・・周波数変動検出部
６３ ・・・電圧上昇検出部
６４ ・・・位相変動検出部
６５ ・・・電圧不平衡検出部
６６ ・・・異常高調波検出部
６７ ・・・フリッカ検出部
７ ・・・制御部
８ ・・・解列用スイッチ
９ ・・・電源側電圧検出部

Claims (9)

1. 商用電力系統と重要負荷との間に設けられ、前記重要負荷に電力を供給する電源システムであって、
   前記商用電力系統から前記重要負荷に給電するための電力線に接続された分散型電源と、
   前記電力線において前記分散型電源よりも前記商用電力系統側に設けられ、前記電力線を開閉する切替スイッチと、
   前記電力線において前記切替スイッチに並列接続されたインピーダンス素子と、
   前記切替スイッチよりも前記商用電力系統側の電圧を検出する系統側電圧検出部と、
   前記系統側電圧検出部の検出電圧から前記商用電力系統側の系統異常を検出する系統異常検出部と、
   前記系統異常検出部により検出された系統異常に基づいて前記切替スイッチを開放し、前記分散型電源と前記商用電力系統とを前記インピーダンス素子を介して接続する制御部とを備え、
   前記分散型電源と前記商用電力系統とが前記インピーダンス素子を介して接続された状態で、前記分散型電源が逆潮流を含む運転を継続するものであり、
   前記系統異常検出部は、瞬時電圧低下及び周波数変動に加えて、その他の系統異常を検出するものである、電源システム。
2. 前記系統異常検出部は、前記その他の系統異常として電圧上昇、位相変動、電圧不平衡、高調波異常又はフリッカの少なくとも１つを検出するものである、請求項１記載の電源システム。
3. 前記制御部は、前記重要負荷又は前記分散型電源の瞬時電圧低下耐量が所定の整定範囲を満たさない場合において、前記系統異常検出部により検出された瞬時電圧低下が前記瞬時電圧低下耐量以上であり且つ前記所定の整定範囲内に含まれる場合に前記切替スイッチを開放し、前記重要負荷又は前記分散型電源の周波数変動耐量が所定の整定範囲を満たさない場合において、前記系統異常検出部により検出された周波数変動が前記周波数変動耐量以上であり且つ前記所定の整定範囲内に含まれる場合に前記切替スイッチを開放する、請求項１又は２記載の電源システム。
4. 前記制御部は、前記系統異常検出部により検出されたその他の系統異常が前記重要負荷又は前記分散型電源の前記その他の系統異常に対する耐量以上である場合に前記切替スイッチを開放する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の電源システム。
5. 前記分散型電源と前記商用電力系統とが前記インピーダンス素子を介して接続された状態で、前記分散型電源を系統異常耐量の範囲内で逆潮流を含む運転を継続する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の電源システム。
6. 前記分散型電源と前記商用電力系統とが前記インピーダンス素子を介して接続された状態で、前記分散型電源を前記重要負荷又は前記分散型電源の系統異常耐量の小さい方の範囲内で逆潮流を含む運転を継続する、請求項５記載の電源システム。
7. 前記電力線において前記分散型電源よりも前記商用電力系統側に設けられた解列用スイッチをさらに備え、
   前記制御部は、前記系統側電圧検出部の検出電圧が所定の解列条件を満たす場合に前記解列用スイッチを開放するものであり、
   前記解列用スイッチが開放された状態で、前記分散型電源は前記重要負荷に給電する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の電源システム。
8. 前記電力線において前記解列用スイッチよりも前記分散型電源側の電圧を検出する電源側電圧検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記系統側電圧検出部の検出電圧が前記所定の解列条件を解消し、且つ前記系統側電圧検出部の検出電圧及び前記電源側電圧検出部の検出電圧が同期検定条件を満たす場合に前記解列用スイッチを投入するものである、請求項７記載の電源システム。
9. 前記電力線において前記解列用スイッチよりも前記商用電力系統側に設けられた系統連系用保護装置と、
   前記電力線において前記解列用スイッチよりも前記分散型電源側の電圧を検出する電源側電圧検出部とをさらに備え、
   前記制御部は、前記系統連系用保護装置が不動作状態となり、且つ前記系統側電圧検出部の検出電圧及び前記電源側電圧検出部の検出電圧が同期検定条件を満たす場合に前記解列用スイッチを投入するものである、請求項７記載の電源システム。