JP2020162346A

JP2020162346A - 系統連系装置

Info

Publication number: JP2020162346A
Application number: JP2019060788A
Authority: JP
Inventors: 壮哉白木; Sosuke Shiraki; 覚上野山; Satoru Uenoyama
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: JP7233279B2

Abstract

【課題】電力系統の電力品質を良好に保つことができる系統連系装置を提供する。【解決手段】電源装置８を電力系統１に連系する系統連系装置２０であって、電源装置８が出力する出力電力を所定の電力に変換する電力変換部７と、電力系統１に接続される第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂ及び中性線２ｃを有する単相３線式の交流線２と電力変換部７との接続状態を、第１電圧線２ａと中性線２ｃとに電力変換部７を接続し且つ第２電圧線２ｂには接続しない第１接続状態と、第２電圧線２ｂと中性線２ｃと電力変換部７を接続し且つ第１電圧線２ａには接続しない第２接続状態との間で切り替えることができる接続状態切替部６とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置を電力系統に連系する系統連系装置に関する。

特許文献１（特開２０１０−２６２４６８号公報）には、複数の分散型電源設備（発電設備２）と、それら複数の分散型電源設備との間で通信回線を介して情報の送受信を行うことができるサーバー装置（５１）とを備える分散型電源管理システムが記載されている。特許文献１に記載のシステムは、サーバー装置で分散型電源設備の運転状態を遠隔監視してその異常等を迅速に検知するといった目的のために利用されている。

分散型電源設備には、電力を電力系統へ供給（逆潮流）できるように構成されたシステムもある。但し、多くの分散型電源設備が電力系統に連系され、それら分散型電源設備から電力系統への供給電力が大きくなると、電力系統の系統電圧が上昇するという問題が生じる。

そのような問題に鑑みて、特許文献２（特開２０１３−１７２４９５号公報）には、分散型電源設備が、系統電圧と予め定められた閾値電圧との比較に基づいて、電力の逆潮流を停止させ、または、逆潮流する電力を低減させる制御を行うことが記載されている。特許文献２では、このような電圧上昇抑制制御により、系統電圧の上昇を抑制しようとしている。

特開２０１０−２６２４６８号公報特開２０１３−１７２４９５号公報

特許文献２に記載のシステムのように、分散型電源設備が電力の逆潮流を停止させる又は逆潮流する電力を低減させる制御を行った場合、その分散型電源設備の運用者は、売電によって得ることができるはずであった経済的メリットを得ることができなくなる。また、そのような制御を行うためには、電源装置の出力電力を例えば定格電力よりも低下させる必要がある。つまり、電源装置を高効率な状態では運転できないため、高い省エネルギ性を得ることができなくなる。

尚、同一の変圧器の二次側の電力系統での系統電圧は例えばその変圧器の二次側の電力系統での電力の需給バランスによって増減する。そのため、一つの分散型電源設備が特許文献２に記載のように電力の逆潮流を停止するなどしても、同一の変圧器の二次側の電力系統に連系されている他の分散型電源設備による供給電力及び他の負荷による負荷電力によっては、系統電圧が低下せずに高い値で維持される可能性もある。

また、同一の変圧器の二次側の電力系統での系統電圧は、その電力系統の全て箇所で同一になる訳ではなく、例えば分散型電源設備が数多く連系されている地域等や集合住宅等では局所的に系統電圧が高くなり、分散型電源設備が殆ど連系されていない地域等では局所的に系統電圧が低くなる可能性もある。そのため、一つの分散型電源設備が電力の逆潮流を停止しても、他の地域では系統電圧がそれほど高くなっておらず、それらの地域に連系されている他の分散型電源設備は電力の逆潮流を停止していない可能性もある。

このように、一つの分散型電源設備が電力の逆潮流を停止するなどしても、系統電圧が高い状態を解消できず、電力系統の電力品質を良好に保つことができないという問題がある。また、系統電圧などの電力品質を良い状態に保つ必要があるという課題は、同一の変圧器の二次側の電力系統に連系されている全ての分散型電源設備に共通する課題であるにも関わらず、少数の分散型電源設備のみが電力の逆潮流を停止するなどして経済的メリット等を得られないという問題もある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力系統の電力品質を良好に保つことができる系統連系装置を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る系統連系装置の特徴構成は、電源装置を電力系統に連系する系統連系装置であって、
前記電源装置が出力する出力電力を所定の電力に変換する電力変換部と、
前記電力系統に接続される第１電圧線及び第２電圧線及び中性線を有する単相３線式の交流線と前記電力変換部との接続状態を、前記第１電圧線と前記中性線とに前記電力変換部を接続し且つ前記第２電圧線には接続しない第１接続状態と、前記第２電圧線と前記中性線と前記電力変換部を接続し且つ前記第１電圧線には接続しない第２接続状態との間で切り替えることができる接続状態切替部とを備える点にある。

上記特徴構成によれば、接続状態切替部により、電源装置の供給電力の供給先を、必要に応じて第１電圧線又は第２電圧線に変更できる。つまり、電源装置の供給電力は、何れか一方の電圧線に対して固定的に供給される構成にはなっていない。その結果、例えば第１電圧線及び第２電圧線の一方の電圧が高くなる状況が発生したとしても、接続状態切替部が動作することで、そのような高電圧の状況を改善することができる。また、電力系統の高電圧の状況を改善することができるので、電源装置の運転を継続し続けることによる経済的メリットを得ることができる。

本発明に係る系統連系装置の別の特徴構成は、前記接続状態切替部は、所定のタイミングで、前記第１接続状態及び前記第２接続状態のうち、ランダムに決定された方の接続状態に切り替える切替処理を行う点にある。

上記特徴構成によれば、接続状態切替部により、電源装置の供給電力の供給先が固定されず、所定のタイミングでランダムに変更される。その結果、例えば第１電圧線及び第２電圧線の一方の電圧が高くなる状況が発生したとしても、接続状態切替部が動作することで、そのような高電圧の状況が固定化されることを回避できる。

本発明に係る系統連系装置の更に別の特徴構成は、前記接続状態切替部は、所定のタイミングで、前記第１接続状態及び前記第２接続状態のうち、それまでとは異なる方の接続状態に切り替える切替処理を行う点にある。

上記特徴構成によれば、接続状態切替部により、電源装置の供給電力の供給先が固定されず、所定のタイミングで、それまでとは異なる方の接続状態に切り替えられる。その結果、例えば第１電圧線及び第２電圧線の一方の電圧が高くなる状況が発生したとしても、接続状態切替部が動作することで、そのような高電圧の状況が固定化されることを回避できる。

本発明に係る系統連系装置の更に別の特徴構成は、前記接続状態切替部は、所定のタイミングで、前記第１電圧線の電圧が前記第２電圧線の電圧よりも低い場合には前記第１接続状態に切り替え、前記第２電圧線の電圧が前記第１電圧線の電圧よりも低い場合には前記第２接続状態に切り替える切替処理を行う点にある。

上記特徴構成によれば、接続状態切替部により、所定のタイミングで、第１電圧線の電圧が前記第２電圧線の電圧よりも低い場合には前記第１接続状態に切り替え、前記第２電圧線の電圧が前記第１電圧線の電圧よりも低い場合には前記第２接続状態に切り替えられる。その結果、例えば第１電圧線及び第２電圧線の一方の電圧が高くなる状況が発生したとしても、接続状態切替部が動作することで、そのような高電圧の状況が固定化されることを回避できる。

系統連系装置が設けられる分散型電源システムの構成を示す図である。接続状態切替部の切替処理を説明するフローチャートである。接続状態切替部の別の切替処理を説明するフローチャートである。接続状態切替部の別の切替処理を説明するフローチャートである。

以下に図面を参照して本発明の実施形態に係る分散型電源システムについて説明する。
図１は、系統連系装置２０が設けられる分散型電源システムの構成を示す図である。図示するように、分散型電源システムでは、電源装置８が系統連系装置２０を介して電力系統１に連系される。系統連系装置２０は、電力変換部７と接続状態切替部６とを備える。

電力系統１には、第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂ及び中性線２ｃを有する単相３線式の交流線２が接続されている。そして、第１電圧線２ａに１００Ｖ負荷としての電力消費装置３が接続されて、第１電圧線２ａに供給される電力を消費する。また、第２電圧線２ｂに１００Ｖ負荷としての電力消費装置４が接続されて、第２電圧線２ｂに供給される電力を消費する。

電源装置８は、発電装置や充放電装置などを用いて構成される。例えば、発電装置としては、燃料電池を備える装置や、エンジンとそのエンジンによって駆動される発電機とを備える装置などの様々な装置を用いることができる。充放電装置としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池などの蓄電池（化学電池）や、キャパシタ、フライホイールなどの様々な装置を用いることができる。

図１に示す例では、電源装置８は、電力変換部７と接続状態切替部６と開閉器５とを介して交流線２に接続される。電源装置８及び電力変換部７及び接続状態切替部６及び開閉器５の動作は制御部９が制御する。

電力変換部７は、電源装置８が出力する出力電力を所定の電力、例えば所望の電圧、周波数、位相の電力に変換するインバータなどの回路を用いて実現される。本実施形態では、電力変換部７は、電源装置８の出力電力を交流１００Ｖの電力に変換して接続状態切替部６へと出力する。

開閉器５は、開作動及び閉作動を切り替えることで、電源装置８及び電力変換部７を交流線２に接続した状態と、電源装置８及び電力変換部７を交流線２に接続していない状態とを切り替えることができる。

図１に示す分散型電源システムでは、第１電圧線２ａの電圧を測定する第１電圧測定部１０と、第２電圧線２ｂの電圧を測定する第２電圧測定部１１とが設けられている。第１電圧測定部１０及び第２電圧測定部１１の測定結果は制御部９に伝達される。

接続状態切替部６は、電力系統１に接続される第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂ及び中性線２ｃを有する単相３線式の交流線２と電力変換部７との接続状態を、第１電圧線２ａと中性線２ｃとに電力変換部７を接続し且つ第２電圧線２ｂには接続しない第１接続状態と、第２電圧線２ｂと中性線２ｃと電力変換部７を接続し且つ第１電圧線２ａには接続しない第２接続状態との間で切り替えることができる。

本実施形態の接続状態切替部６は切替器６ａを有する。切替器６ａでは、電力変換部７に接続される共通接点Ｃが、第１電圧線２ａに接続される接点Ａ、又は、第２電圧線２ｂに接続される接点Ｂに接続される。また、接続状態切替部６では、交流線２の中性線２ｃが電力変換部７に接続される。従って、切替器６ａにおいて共通接点Ｃが接点Ａに接続された場合、電力変換部７の交流１００Ｖ出力は、交流線２の第１電圧線２ａ及び中性線２ｃに供給される。また、切替器６ａにおいて共通接点Ｃが接点Ｂに接続された場合、電力変換部７の交流１００Ｖ出力は、交流線２の第２電圧線２ｂ及び中性線２ｃに供給される。

次に、制御部９が行う接続状態切替部６の切替処理について説明する。
図２は、接続状態切替部６の切替処理（切替処理Ａ）を説明するフローチャートである。図２では、接続状態切替部６は、所定のタイミングで、第１接続状態及び第２接続状態のうち、ランダムに決定された方の接続状態に切り替える切替処理を行う。具体的に説明すると、工程＃１０において制御部９は、接続状態切替部６の切替処理を行う切替タイミングであるか否かを判定する。
例えば、制御部９は、電源装置８の運転開始時に、この切替処理を行う切替タイミングであると判定する。
或いは、制御部９は、前回切替処理を行ってからの経過時間が設定期間に到達すると、この切替処理を行う切替タイミングであると判定する。
また或いは、制御部９は、第１電圧測定部１０で測定される第１電圧線２ａの電圧又は第２電圧測定部１１で測定される第２電圧線２ｂの電圧が設定値以上になると、この切替処理を行う切替タイミングであると判定する。この場合の設定値は、例えば、電圧上昇抑制制御が開始される電圧値や、それよりも低い電圧値などに設定できる。

そして、制御部９は、工程＃１０において切替タイミングであると判定した場合（工程＃１０において「Ｙｅｓ」の場合）、工程＃１１に移行して、第１接続状態及び第２接続状態のうち、ランダムに決定された方の接続状態に切り替える切替処理を行う。
それに対して、制御部９は、工程＃１０において切替タイミングではないと判定した場合（工程＃１０において「Ｎｏ」の場合）、このフローチャートの最初にリターンする。

このように、図２に示した切替処理Ａが行われる場合、電源装置８の供給電力の供給先が固定されず、所定のタイミングでランダムに変更される。その結果、例えば第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂの一方の電圧が高くなる状況が発生したとしても、接続状態切替部６が動作することで、そのような高電圧の状況が固定化されることを回避できる。

図３は、接続状態切替部６の別の切替処理（切替処理Ｂ）を説明するフローチャートである。接続状態切替部６は、所定のタイミングで、第１接続状態及び第２接続状態のうち、それまでとは異なる方の接続状態に切り替える切替処理を行う
具体的に説明すると、工程＃２０において制御部９は、接続状態切替部６の切替処理を行う切替タイミングであるか否かを判定する。切替タイミングであるか否かの判定内容は上述したのと同様である。

そして、制御部９は、工程＃２０において切替タイミングであると判定した場合、工程＃２１に移行して、第１接続状態及び第２接続状態のうち、それまでとは異なる方の接続状態に切り替える切替処理を行う。
それに対して、制御部９は、工程＃２０において切替タイミングではないと判定した場合、このフローチャートの最初にリターンする。

このように、図３に示した切替処理Ｂが行われる場合、電源装置８の供給電力の供給先が固定されず、所定のタイミングで、それまでとは異なる方の接続状態に切り替えられる。その結果、例えば第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂの一方の電圧が高くなる状況が発生したとしても、接続状態切替部６が動作することで、そのような高電圧の状況が固定化されることを回避できる。

図４は、接続状態切替部６の別の切替処理（切替処理Ｃ）を説明するフローチャートである。接続状態切替部６は、所定のタイミングで、第１電圧線２ａの電圧が第２電圧線２ｂの電圧よりも低い場合には第１接続状態に切り替え、第２電圧線２ｂの電圧が第１電圧線２ａの電圧よりも低い場合には第２接続状態に切り替える切替処理を行う
具体的に説明すると、工程＃３０において制御部９は、接続状態切替部６の切替処理を行う切替タイミングであるか否かを判定する。切替タイミングであるか否かの判定内容は上述したのと同様である。

そして、制御部９は、工程＃３０において切替タイミングであると判定した場合、工程＃３１に移行して、第１電圧線２ａの電圧が第２電圧線２ｂの電圧よりも低い場合には第１接続状態に切り替え、第２電圧線２ｂの電圧が第１電圧線２ａの電圧よりも低い場合には第２接続状態に切り替える切替処理を行う。この切替処理が行われることで、第１接続状態に切り替えられると、相対的に電圧の低い第１電圧線２ａに電源装置８の出力が供給され、第２接続状態に切り替えられると、相対的に電圧の低い第２電圧線２ｂに電源装置８の出力が供給される。
それに対して、制御部９は、工程＃３０において切替タイミングではないと判定した場合、このフローチャートの最初にリターンする。

このように、図４に示した切替処理Ｃが行われる場合、接続状態切替部６により、電源装置８の供給電力の供給先が固定されず、所定のタイミングで、それまでとは異なる方の接続状態に切り替えられる。その結果、例えば第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂの一方の電圧が高くなる状況が発生したとしても、接続状態切替部６が動作することで、そのような高電圧の状況が固定化されることを回避できる。

以上のように、本実施形態の系統連系装置２０では、接続状態切替部６により、電源装置８の供給電力の供給先を、必要に応じて第１電圧線２ａ又は第２電圧線２ｂに変更できる。つまり、電源装置８の供給電力は、何れか一方の電圧線に対して固定的に供給される構成にはなっていない。その結果、例えば第１電圧線２ａ及び第２電圧線２ｂの一方の電圧が高くなる状況が発生したとしても、接続状態切替部６が動作することで、そのような高電圧の状況を改善することができる。また、電力系統１の高電圧の状況を改善することができるので、電源装置８の運転を継続し続けることによる経済的メリットを得ることができる。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、本発明の系統連系装置２０の構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。
例えば、接続状態切替部６の構成は上記実施形態で説明したものに限定されず、適宜変更可能である。

＜２＞
上記実施形態において、切替処理Ａ及び切替処理Ｂ及び切替処理Ｃのうちの何れか一つの切替処理を毎回の切替タイミングで行ってもよい。或いは、切替処理Ａ及び切替処理Ｂ及び切替処理Ｃのうちの何れか二つ又は三つを各切替タイミングで順次行ってもよい。

＜３＞
上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用でき、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変できる。

本発明は、電力系統の電力品質を良好に保つことができる系統連系装置に利用できる。

１電力系統
２交流線
２ａ第１電圧線
２ｂ第２電圧線
２ｃ中性線
３電力消費装置
４電力消費装置
５開閉器
６接続状態切替部
７電力変換部
８電源装置
９制御部
１０第１電圧測定部
１１第２電圧測定部

Claims

電源装置を電力系統に連系する系統連系装置であって、
前記電源装置が出力する出力電力を所定の電力に変換する電力変換部と、
前記電力系統に接続される第１電圧線及び第２電圧線及び中性線を有する単相３線式の交流線と前記電力変換部との接続状態を、前記第１電圧線と前記中性線とに前記電力変換部を接続し且つ前記第２電圧線には接続しない第１接続状態と、前記第２電圧線と前記中性線と前記電力変換部を接続し且つ前記第１電圧線には接続しない第２接続状態との間で切り替えることができる接続状態切替部とを備える系統連系装置。
前記接続状態切替部は、所定のタイミングで、前記第１接続状態及び前記第２接続状態のうち、ランダムに決定された方の接続状態に切り替える切替処理を行う請求項１に記載の系統連系装置。
前記接続状態切替部は、所定のタイミングで、前記第１接続状態及び前記第２接続状態のうち、それまでとは異なる方の接続状態に切り替える切替処理を行う請求項１に記載の系統連系装置。
前記接続状態切替部は、所定のタイミングで、前記第１電圧線の電圧が前記第２電圧線の電圧よりも低い場合には前記第１接続状態に切り替え、前記第２電圧線の電圧が前記第１電圧線の電圧よりも低い場合には前記第２接続状態に切り替える切替処理を行う請求項１に記載の系統連系装置。