JP2022018867A - 分散電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の分散電源を備えて構成し、商用系統から供給される電力が停止した場合でも、負荷への電力供給が可能な分散電源システムを提供する。【解決手段】商用系統と接続し、商用系統を介して負荷に電力を供給する複数の分散電源の夫々は、商用系統から供給される電力と連系して、負荷に電力を供給する系統連系運転と、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、負荷に電力を供給する自立運転とを切り替える運転切り替え手段（制御装置）と、商用系統から供給される電力の停止を検出した場合に、当該分散電源の単独運転を防止するために当該分散電源を商用系統から解列する単独運転防止手段と、を備える。商用系統から供給される電力の停止を検出した場合、複数の分散電源のうち１台をマスター機として自立運転をさせ、残りの分散電源をスレーブ機として単独運転防止手段をマスクした上でマスター機が作る自立系統に系統連系運転をさせる。【選択図】図１

Description

本実施形態は、分散電源システムに関する。

地震や台風などの自然災害を原因として、商用系統が停電した場合に、負荷への電力の供給を継続する手段として、燃料電池や蓄電池などを備える電源システムが普及している。また、直流発電システムである燃料電池や太陽光発電装置においては、その自立運転機能により、発電した電力を交流変換した上で、特定の負荷に供給する機能も備わっている。このような電源システムは、例えば、特許文献１にも記載されているように、停電時に自立運転する蓄電池に系統連系運転して負荷へ電力を供給することができる。

一般に、こうした電源システムでは、戸建て住宅に設置された１台のシステムが負荷に電力供給することを前提としており、供給が可能な負荷の容量には制約がある。電源システムを大容量化して、工場設備などに拡張利用することも原理的には可能ではあるが、必要な容量に応じて電源システムの容量を最適化しないと経済的な運用が出来ない。また、１台の電源システムによる運用が基本であるため、システムの故障時には負荷へ電力の供給が継続出来ない。

このため、複数台の分散電源を連系運転させ、共通の負荷に電力の供給を行う分散電源システムが考えられている。このような分散電源システムによれば、必要とされる負荷の増減に応じて、分散電源の台数を増減させることができ、負荷の増減に柔軟な対応が可能となる。また、分散電源システムにおける一部の分散電源が故障した場合においても、他の分散電源を用いて、分散電源システムは発電を継続することが可能であり、負荷への電力の供給の信頼性が向上する。

特許第５９７５２５４号公報

本実施形態に係る分散電源システムは、複数の分散電源を備えて構成し、商用系統から供給される電力が停止した場合でも、負荷への電力供給が可能な分散電源システムを提供することを目的とする。

本実施形態に係る分散電源システムは、商用系統に接続され、その商用系統を介して負荷に電力を供給する複数の分散電源を備える。また、複数の分散電源のそれぞれが、商用系統から供給される電力と連系して、負荷に電力を供給する系統連系運転と、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、負荷に電力を供給する自立運転とを切り替える、運転切り替え手段と、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、当該分散電源の単独運転を防止するために当該分散電源を商用系統から解列する、単独運転防止手段とを備える。さらに本実施形態に係る分散電源システムは、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合、複数の分散電源のうち１台をマスター機として自立運転をさせ、残りの分散電源をスレーブ機として単独運転防止手段をマスクした上でマスター機が作る自立系統に系統連系運転をさせる。

第１実施形態に係る分散電源システムの構成を説明するためのブロック図である。 第１実施形態に係る分散電源システムによる分散電源連系運転処理の一連の流れを説明するフローチャートを示す図である。 第２実施形態に係る分散電源システムの構成を説明するためのブロック図である。 第２実施形態に係る分散電源システムによる分散電源連系運転処理の一連の流れを説明するフローチャートを示す図である。 第３実施形態に係る分散電源システムの構成を説明するためのブロック図である。 第３実施形態に係る分散電源システムによる分散電源連系運転処理の一連の流れを説明するフローチャートを示す図である（マスター機）。 第３実施形態に係る分散電源システムによる分散電源連系運転処理の一連の流れを説明するフローチャートを示す図である（スレーブ機）。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合のみ行うこととする。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る分散電源システム１を示すブロック図である。以下、本実施形態に係る分散電源システム１の各構成を説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る分散電源システム１は、複数の分散電源１０と、上位制御装置２０とを備えて構成されている。

これら複数の分散電源１０は、それぞれが商用系統に接続されて、その商用系統を介して負荷に電力を供給する。それぞれの分散電源１０は、例えば、蓄電池、燃料電池、再生可能エネルギーを用いた発電装置のうちの少なくとも１つを備えている。ここで、再生可能エネルギーを用いた発電装置とは、例えば、太陽光発電装置、風力発電装置などが例としてあげられるが、これらに限定するものではない。無論、分散電源１０は、ここに例示した以外の電力を供給する装置を備えていてもよく、また、それぞれの分散電源１０が備える電力を供給する装置が異なっていてもよい。

図１の例では、３台の分散電源１０が図示されているが、本実施形態に係る分散電源システム１が備える分散電源１０は３台に限るものではない。すなわち、分散電源システム１は、任意の台数の複数の分散電源１０を備えることが出来る。具体的には、分散電源システム１は、２台、４台、５台などの分散電源１０を備えることが出来る。

説明のため、図１に図示した３台の分散電源１０を右側から分散電源１０ａ、１０ｂ及び１０ｃとしているが、本実施形態においては、構成はいずれも同じである。以下で特に説明なく分散電源１０と記載した場合、分散電源１０ａ、１０ｂ及び１０ｃのそれぞれを示すものとする。一方で、説明のため、いずれか１台の分散電源を示す必要がある場合には、分散電源１０ａ、１０ｂ又は１０ｃを用いるものとする。

上位制御装置２０は、例えば、ＥＭＳ（Energy Management System）により構成される。上位制御装置２０は、分散電源１０と通信が可能なように接続されており、分散電源１０へ種々の制御に関する指令を出力して送信する。分散電源１０と上位制御装置２０の間における通信の方法としては、例えば、接点信号、アナログ信号、イーサネット（Ethernet）、又はシリアル信号などがあるが、これらに限定されるものではない。

次に、上述した分散電源１０の内部構成の一例を説明する。本実施形態においては、分散電源１０は、電力を供給する装置に加えて、制御装置１２と、パワーコンディショナー（Power Conditioner）１４と、単独運転防止装置１６とを備えて構成されている。分散電源１０と同様に、説明の便宜上、これら制御装置１２と、パワーコンディショナー１４と、単独運転防止装置１６についても、右側から順番に、それぞれ符号の末尾にａ、ｂ及びｃを付記して区別するものとする。

制御装置１２は、上位制御装置２０と、通信が可能なように接続されており、上位制御装置２０が出力した指令を受信する。そして、受信した指令に基づいて分散電源１０の制御を行う。特に本実施形態においては、制御装置１２は、商用系統から供給される電力と連系して、負荷に電力を供給する系統連系運転と、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、負荷に電力を供給する自立運転とを切り替える、制御を行う。このため、制御装置１２は、分散電源１０の各構成と内部バスなどで通信が可能なように接続されている。この制御装置１２が、本実施形態における運転切り替え手段を構成している。

パワーコンディショナー１４は、直流電流を交流電流に変換する機能を有する。例えば、電力を供給する装置として燃料電池や蓄電池を備えて分散電源１０が構成される場合、分散電源１０が供給する電力は直流電力である。一方で、商用系統や負荷においては交流力が通常用いられている。このため、パワーコンディショナー１４は、分散電源１０が供給して出力する電力を、直流電力から、負荷へ供給が可能な交流電力に変換する。

単独運転防止装置１６は、本実施形態において商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、分散電源１０の単独運転を防止するための装置である。このため、単独運転防止装置１６は、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合、分散電源１０を商用系統から解列する。この単独運転防止装置１６は、燃料電池等の電源を商用系統と連系運転させる場合の規程を定めた系統連系規程においても、保安面上の観点等から、分散電源１０に設置することが要求されている。この単独運転防止装置１６が、本実施形態における単独運転防止手段を構成している。

以上が、本実施形態に係る分散電源システム１の構成に関する説明であるが、次に、本実施形態に係る分散電源システム１の制御及び動作に関して説明する。

分散電源システム１は、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合、複数の分散電源１０のうち１台をマスター機として自立運転させ、残りの分散電源１０をスレーブ機として単独運転防止装置１６の機能をマスクした上で系統連系運転をさせる。マスクとは、分散電源１０の単独運転防止装置１６の機能を停止状態にすることである。本実施形態において、例えば分散電源１０ａをマスター機とする場合、分散電源１０ｂ及び１０ｃがスレーブ機となる。その場合、分散電源１０ｂ及び１０ｃは、それぞれ単独運転防止装置１６ｂ及び１６ｃの機能をマスクする。

換言すれば、単独運転防止装置１６をマスクしないで自立運転を行う分散電源１０ａが、この分散電源システム１のマスター機となる。一方、このマスター機である分散電源１０ａからの出力を電源系統とみなして、単独運転防止装置１６をマスクして系統連系運転を行う分散電源１０ｂ及び１０ｃが、分散電源システム１のスレーブ機となる。マスター機の出力を電源系統とみなすということは、スレーブ機である分散電源１０ｂ及び１０ｃにおいて、マスター機である分散電源１０ａから出力された電力を、あたかも商用系統の電力と見なすこととも言える。

複数の分散電源１０のうち、どの分散電源１０がマスター機となるべきかについては、上位制御装置２０が決定する。このため、本実施形態においては、上位制御装置２０は、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、マスター機となる分散電源１０にマスター運転指令を出力して送信し、スレーブ機となる分散電源１０にスレーブ運転指令を出力して送信する。すなわち、上記の例では、上位制御装置２０は、マスター機となるべき分散電源１０ａにマスター運転指令を出力し、スレーブ機となるべき分散電源１０ｂ及び１０ｃにスレーブ運転指令を出力する。

マスター運転指令を受けた分散電源１０ａは、マスター機として、自立運転を開始する。この際、マスター機である分散電源１０ａは、単独運転防止装置１６の機能をマスクしない。一方、スレーブ運転指令を受けた分散電源１０ｂ及び１０ｃは、それぞれ、単独運転防止装置１６の機能をマスクして、系統連系運転を行う。分散電源１０ｂ及び１０ｃが、すでに系統連系運転を行っている場合には、この系統連系運転を継続して行う。分散電源１０ｂ及び１０ｃが、系統連系運転を行っていない場合には、このマスター機が作る自立系統に系統連系運転を開始する。

すなわち、本実施形態においては、上位制御装置２０から送信された、スレーブ運転指令を受信したことを条件に分散電源１０が実行することの１つが、単独運転防止装置１６の機能をマスクすることであると言える。一方で、スレーブ運転指令は、スレーブ機に単独運転防止装置１６の機能をマスクすることを直接命令するマスク指令であってもよい。この場合、マスク指令であるスレーブ運転指令を受信した分散電源１０は、単に、単独運転防止装置１６の機能をマスクする。

なお、上位制御装置２０が出力するマスター運転指令に関しては、いずれの分散電源１０に対して出力してもよい。すなわち、いずれの分散電源１０でも、マスター機として自立運転を行うことが出来る。同様に、いずれの分散電源１０でも、スレーブ機として系統連系運転を行うことが出来る。そして、上述のように、複数の分散電源１０によるマスター機が作る自立系統への系統連系運転を行うには、スレーブ機の単独運転防止装置１６をマスクする。

単独運転防止装置１６の機能をマスクする理由は、以下の通りである。すなわち、一般的な能動式の単独運転防止装置１６においては、この単独運転防止装置１６は、系統に対して外乱を与え、その時の系統電圧又は周波数の変化を計測する。そして、分散電源１０の単独運転防止装置１６は、計測の結果から分散電源１０が単独運転状態であるか否かを判断する。すなわち、系統に外乱を与えて、系統電圧又は周波数が大きく変化する場合には、分散電源システム１が単独運転状態にあると判断して、単独運転防止装置１６は、分散電源１０を系統から解列する。

上述の通り、商用系統から供給される電力が停止した場合、スレーブ機はマスター機の出力を系統電源として系統連系運転を行っている。このため、スレーブ機の単独運転防止装置１６が、マスター機の異常停止又はマスター機が出力する電力の電圧や周波数の変化を計測する場合がある。マスター機が出力する電圧や周波数は、外乱を与えたときに大きく変化する。これは、商用系統の系統電圧や系統周波数は、大型のタービンを回転させて発電をしていることから出力の小さい分散電源が出す外乱に対してほとんど影響を受けず変化しない一方で、パワーコンディショナー１４で電圧や周波数を制御している分散電源１０は商用系統よりも電源の容量が非常に小さく外乱に対して影響を受けて電圧や周波数が大きく変化するからである。

そうすると、外乱を与えたことにより電圧や周波数が変化すると、スレーブ機である分散電源１０の単独運転防止装置１６は、分散電源１０が単独運転状態であると誤判断してしまい、分散電源１０を系統から解列してしまう。スレーブ機がマスター機の系統から解列されてしまうと、分散電源システム１による負荷への電力供給が継続出来ない。

そこで、本実施形態に係る分散電源システム１においては、スレーブ機である分散電源１０の単独運転防止装置１６をマスクすることで、スレーブ機が系統から解列することを防止している。これにより、単独運転防止装置１６が単独運転状態であると誤判断をして、分散電源１０を系統から解列してしまうのを防止し、複数の分散電源１０による電力供給の継続を可能にしている。

なお、本実施形態において、複数の分散電源１０の連系による系統連系運転を行う場合、マスター機となる分散電源１０は１台である。マスター機は、上述のように自立運転を行う分散電源１０である。２台以上のマスター機が存在する場合、すなわち、２台以上の分散電源１０が自立運転を行う場合、それらの分散電源１０が発電する電力が互いに干渉することがある。

このため、本実施形態においては、複数の分散電源１０の連系運転を行う場合、１台の分散電源１０を自立運転させる。すなわち、マスター機を１台とする。そして、残りの分散電源１０をスレーブ機としてマスター機が作る自立系統へ系統連系運転させ、複数の分散電源１０から出力される電力が干渉することを防ぐ。このため、複数の分散電源１０が連系した系統連系運転の継続が可能となる。

以上が、本実施形態に係る分散電源システム１の各構成の制御及び動作に関する説明であるが、次に、上述した制御及び動作を実現するために、本実施形態に係る分散電源システム１が実行する分散電源連系運転処理を説明する。

図２は、本実施形態に係る分散電源システム１による分散電源連系運転処理の一連の流れを説明するフローチャートである。この分散電源連系運転処理は、分散電源システム１の上位制御装置２０により、実行される処理である。以下においては、分散電源１０ａにマスター運転指令が出力される場合を例として、本実施形態に係る分散電源連系運転処理を説明する。

この図２に示すように、上位制御装置２０は、商用系統に関して停電検出器などによって、停電が発生していないかどうか常時監視しており、停電が検出されない場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、上位制御装置２０は、このステップＳ１０を繰り返して待機する。一方で、商用系統の停電が検出された場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、上位制御装置２０は、分散電源１０ａに対して、マスター運転指令を出力する（ステップＳ１２）。

上述したように、このマスター運転指令を受信した分散電源１０ａは、自立運転を開始する。すなわち、例えば分散電源１０ａが燃料電池である場合には、燃料電池を起動することで自立運転を行う。また、例えば分散電源１０が蓄電池である場合には、蓄電池を放電することで自立運転を行う。

次に、上位制御装置２０は、ステップＳ１２おいてマスター運転指令を出力していない分散電源１０ｂ及び１０ｃに対して、スレーブ運転指令を出力する（ステップＳ１４）。スレーブ運転指令を受信した分散電源１０ｂ及び１０ｃは、それぞれ単独運転防止装置１６ｂ及び１６ｃをマスクして、分散電源１０ａの出力を系統とする系統連系運転を行う。これにより、複数の分散電源１０が連系した系統連系運転が行われるようになり、負荷への電力の供給が可能となる。

なお、ステップＳ１４において、上位制御装置２０が出力するスレーブ運転指令は、分散電源１０ｂ及び１０ｃに対して、一斉に出力されてもよく、逐次に出力されてもよい。上位制御装置２０がスレーブ運転指令を出力した後、本実施形態に係る分散電源システム１による分散電源連系運転処理は終了する。

上述の図２に関する説明では、上位制御装置２０が分散電源１０ａにマスター運転指令を出力した場合を説明したが、一方で、マスター運転指令は、分散電源１０ｂ又は１０ｃに出力されてもよい。マスター機が分散電源１０ｂ又は１０ｃであっても、図２の分散電源連系運転処理は、上述のマスター機が分散電源１０ａである場合と同様であり、残りの分散電源１０がスレーブ機となり、単独運転防止装置１６をマスクしてマスター機が作る自立系統へ系統連系運転を行う。

以上のように、本実施形態に係る分散電源システム１においては、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、上位制御装置２０は、マスター機となる分散電源１０にマスター運転指令を出力し、スレーブ機となる分散電源１０にスレーブ運転指令を出力することとした。これにより、マスター機となった分散電源１０は、自立運転を開始し、スレーブ機となった分散電源１０は、単独運転防止装置１６の機能をマスクして、マスター機が作る自立系統に系統連系運転をする。このため、複数のマスター機が存在することによる電力の干渉を回避でき、また、スレーブ機が系統から解列するのを抑制できる。この結果、複数の分散電源１０による系統連系運転の継続が可能となる。

〔第２実施形態〕
上述した第１実施形態に係る分散電源システム１においては、上位制御装置２０がマスター運転指令を出力し、マスター機となる分散電源１０を指定した。これに対して、第２実施形態においては、マスター機となる分散電源１０を予め指定しておき、商用系統から供給される電力が停止した場合には、この予め指定された分散電源１０がマスター機となり、残りの分散電源１０がスレーブ機となることにより、分散電源システム１が負荷への電力供給を継続できるようにする。以下、上述した第１実施形態と異なる部分を説明する。

図３は、第２実施形態の分散電源システム１を示すブロック図であり、上述した第１実施形態における図１に対応する図である。以下、本実施形態に係る分散電源システム１の各構成、及び各構成の制御並びに動作を説明する。

この図３に示すように、第２実施形態に係る分散電源システム１も、複数の分散電源１０を備えて構成されている。第１実施形態と異なり本実施形態に係る分散電源システム１は、上位制御装置２０を備えていない。その一方で、複数の分散電源１０の制御装置１２のそれぞれが、互いに通信が可能な状態で接続されている。

本実施形態における分散電源システム１では、マスター機となる分散電源１０において、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、その分散電源１０がマスター機となる設定が予めなされている。その設定の方法は、例えば、接点信号、スイッチ又はパラメータの設定など、種々の方法が考えられる。また、本実施形態においては、いずれの分散電源１０がマスター機となる設定がされてもよい。すなわち、分散電源１０ａ、１０ｂ及び１０ｃのいずれの分散電源１０においても、設定次第で、マスター機となることが出来る。

マスター機となる分散電源１０の設定は、例えば、この分散電源システム１を新たに設置する場合に、行うことができる。接点信号やスイッチなどのハードウェア的な構成により、マスター機の設定を行う場合には、このハードウェア的な設定を操作することにより、複数設置する分散電源１０のうちのいずれか１台の設定をマスター機とする。一方、パラメータなどのソフトウェア的な構成により、マスター機の設定を行う場合には、端末操作や遠隔操作によりソフトウェア的な設定を操作することにより、複数設置する分散電源１０のうちのいずれか１台の設定をマスター機とする。

既存の分散電源システム１において、既に設置されている一部の分散電源１０を交換する場合や、一部の分散電源１０を撤去する場合、新たな分散電源１０を増設する場合でも、ハードウェア的な設定やソフトウェア的な設定を行うことにより、分散電源システム１の中で１台の分散電源１０がマスター機となるようにする。

このように１台のマスター機が設定されていることを前提として、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合、マスター機となった分散電源１０は、自立運転を開始するとともに、スレーブ機にスレーブ運転指令を出力する。スレーブ機となっている分散電源１０は、スレーブ運転指令を受信すると、単独運転防止装置１６の機能をマスクした上で、マスター機が作る自立系統へ系統連系運転を行う。

すなわち、本実施形態においては、マスター機となった分散電源１０から出力された、スレーブ運転指令を受信したことを条件に分散電源１０が実行することの１つが、単独運転防止装置１６の機能をマスクすることであると言える。一方で、マスター機となった分散電源１０が出力するスレーブ運転指令は、スレーブ機に単独運転防止装置１６の機能をマスクすることを直接命令するマスク指令であってもよい。この場合、マスク指令であるスレーブ運転指令を受信した分散電源１０は、単に、単独運転防止装置１６の機能をマスクする。

これにより、複数の分散電源１０を有する分散電源システム１において商用系統から供給される電力が停止した際に、１台の分散電源１０をマスター機として自立運転させ、残りの分散電源１０をスレーブ機として単独運転防止装置１６の機能をマスクした上で系統連系運転させることができる。このため、第１実施形態と同様に、スレーブ機の解列を回避して、複数の分散電源１０の連系による系統連系運転の継続が可能となる。

以上が、本実施形態に係る分散電源システム１の各構成の制御及び動作に関する説明であるが、次に、上述した制御及び動作を実現するために、本実施形態に係る分散電源システム１が実行する分散電源連系運転処理を説明する。

図４は、本実施形態に係る分散電源システム１による分散電源連系運転処理の一連の流れを説明するフローチャートである。この分散電源連系運転処理は、予めマスター機と設定された分散電源１０の制御装置１２により、実行される処理である。以下においては、分散電源１０ａがマスター機として設定されている場合を例として、本実施形態に係る分散電源連系運転処理を説明する。つまり、この分散電源連系運転処理は、分散電源１０ａの制御装置１２ａにより、実行される処理である。

この図４に示すように、本実施形態に係る分散電源システム１においては、マスター機である分散電源１０ａにおける制御装置１２ａが、商用系統に関して停電検出器などによって、停電が発生していないかどうか常時監視しており、停電が検出されない場合（ステップＳ２０：Ｎｏ）、マスター機である分散電源１０ａは、このステップＳ２０を繰り返して待機する。一方で、商用系統の停電が検出された場合（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、制御装置１２ａにより、分散電源１０ａの自立運転が開始される（ステップＳ２２）。

次に、制御装置１２ａは、分散電源１０ｂ及び１０ｃにスレーブ運転指令を出力する（ステップＳ２４）。第１実施形態と同様に、スレーブ運転指令を受信した分散電源１０ｂ及び１０ｃは、それぞれ単独運転防止装置１６ｂ及び１６ｃをマスクする。そして分散電源１０ｂ及び１０ｃは、分散電源１０ａの出力を系統とする系統連系運転を行う。これにより、複数の分散電源１０が連系した系統連系運転が行われるようになり、負荷への電力の供給が可能となる。

なお、ステップＳ２４において、制御装置１２ａが出力するスレーブ運転指令は、制御装置１２ｂ及び制御装置１２ｃに対して、一斉に出力されてもよく、逐次に出力されてもよい。制御装置１２ａが、スレーブ運転指令を出力した後、本実施形態に係る分散電源システム１による分散電源連系運転処理は終了する。

上述の図４に関する説明では、分散電源１０ａがマスター機として設定されている場合を例として説明したが、分散電源１０ｂ又は１０ｃがマスター機として設定されてもよい。なお、分散電源１０ｂ又は１０ｃがマスター機として設定された場合、図４の分散電源連系運転処理は、マスター機として設定された分散電源１０ｂ又は１０ｃの制御装置１２ｂ又は１２ｃにより実行される。そして、残りの分散電源１０がスレーブ機となり、単独運転防止装置１６の機能をマスクしてマスター機が作る自立系統へ系統連系運転を行う。

以上のように、本実施形態に係る分散電源システム１においては、マスター機となる分散電源１０に、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合にマスター機となる設定が予めなされている。そして、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合、マスター機として設定された分散電源１０は、自らの判断で自立運転を開始するとともに、スレーブ機にスレーブ運転指令を出力する。このため、第１実施形態と同様に、複数のマスター機が存在することによる電力の干渉を回避でき、また、スレーブ機が系統から解列するのを抑制できる。この結果、複数の分散電源１０による系統連系運転の継続が可能となる。

さらに、本実施形態に係る分散電源システム１によれば、第１実施形態と異なり、予めマスター機となる分散電源１０を設定して指定しておくため、商用系統から供給される電力が停止した場合にマスター機を指定する上位制御装置２０が、不要となる。したがって、本実施形態では、上位制御装置２０が存在しなくとも、商用系統からの電力が停止した状況で、複数の分散電源１０の連系によるマスター機が作る自立系統への系統連系運転が可能となる。

〔第３実施形態〕
上述した第２実施形態に係る分散電源システム１においては、マスター機となる分散電源１０を予め設定しておくが、スレーブ機となる分散電源１０は、マスター機となる分散電源１０からスレーブ運転指令を受信することにより、自らがスレーブ機となる処理を行った。これに対して、第３実施形態に係る分散電源システム１においては、マスター機となる分散電源１０からスレーブ機となる分散電源１０にスレーブ運転指令を送信するのではなく、スレーブ機となる分散電源１０が、マスター機となる分散電源１０が自立運転であることを検出して、自らがスレーブ機となる処理を行うようにしている。以下、上述した第２実施形態と異なる部分を説明する。

図５は、第３実施形態の分散電源システム１を示すブロック図であり、上述した第２実施形態における図３に対応する図である。以下、本実施形態に係る分散電源システム１の各構成、及び各構成の制御並びに動作を説明する。

この図５に示すように、第３実施形態に係る分散電源システム１も、複数の分散電源１０を備えて構成されている。本実施形態に係る分散電源システム１が、上位制御装置２０を備えていないことは第２実施形態と同様である。一方で、第２実施形態と異なり、本実施形態に係る分散電源システム１においては、複数の分散電源１０の制御装置１２のそれぞれが、互いに通信可能な状態で接続されている必要性はない。

このため、複数の分散電源１０のそれぞれは、上位制御装置２０又は他の分散電源１０からマスター運転指令又はスレーブ運転指令を受信することは無い。したがって、本実施形態においては、複数の分散電源１０のそれぞれにおいて、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、マスター機になるかスレーブ機になるかの設定が予めなされている。

マスター機となる分散電源１０の設定と、スレーブ機となる分散電源１０の設定は、上述した第２実施形態と同様に、ハードウェア的な構成とすることもでき、或いは、ソフトウェア的な構成とすることもできる。また、本実施形態においても、いずれの分散電源１０でもマスター機となる設定をすることができ、残りの分散電源１０については、スレーブ機となる設定をすることができる。

図５の例においては、分散電源１０ａ、１０ｂ及び１０ｃのいずれの分散電源１０でも、マスター機となる設定をすることが出来る。同様に、分散電源１０ａ、１０ｂ及び１０ｃのいずれの分散電源１０においても、スレーブ機となる設定をすることが出来る。但し、マスター機となる設定がなされるのは、この分散電源システム１が備える複数の分散電源１０のうちの１台である。

分散電源１０の構造として、デフォルト設定がスレーブ機となるように構成することもできる。つまり、スレーブ機となる設定を１台毎の分散電源１０に施すのではなく、複数の分散電源１０を設置する際に、そのうちの１台にマスター機となる分散電源１０の設定を施すようにすることもできる。

この図５に示す分散電源システム１においては、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合、マスター機は自らの判断で自立運転を開始する。そして、スレーブ機は、マスター機が自立運転を開始したことを検出して、自らの判断で単独運転防止装置１６の機能をマスクして系統連係運転を開始する。具体的には、商用系統に供給されている電力における周波数変動と電圧変動のうちの少なくとも一方の変動が所定の閾値より小さい場合には、スレーブ機に設定されている分散電源１０はスレーブ機としての運転を開始する。

この商用系統に供給されている電力の周波数変動や電圧変動は、例えば、分散電源１０が備える単独運転防止装置１６により、定常的になされている。つまり、単独運転防止装置１６が、商用系統の電圧を監視し、電圧データを定常的に収集している。このため、この収集した電圧データの周波数や電圧の変動を、単独運転防止装置１６は検出することが可能である。なお、この商用系統の電圧データを監視する機能は、単独運転防止装置１６ではなく、パワーコンディショナー１４に設けられていてもよいし、或いは、これら単独運転防止装置１６やパワーコンディショナー１４とは別個に電圧計測器として設けられていてもよい。

より詳細には、マスター機である分散電源１０が自立運転する場合、自立運転によるマスター機からの出力は、基準周波数及び基準電圧の正弦波電圧である。加えて、周波数変動も理論上生じない。マスター機が自立運転する場合、例えば、基準電圧200V、基準周波数50Hzの正弦波電圧を発生させる。一方で、商用系統から供給される電力は、発電機タービンの回転数の揺らぎ等により、周波数変動や電圧変動が生じる。このため、スレーブ機となる設定がなされた分散電源１０は、商用系統に供給されている電力の電圧データを監視することにより、商用系統に供給されている電力が、本来の商用系統の電力であるのか、それとも、マスター機となった分散電源１０が自立運転することにより供給されている電力であるのかを、判別することができる。

そして、スレーブ機として設定されている分散電源１０は、マスター機が自立運転していることを認識した場合、単独運転防止装置１６をマスクして、マスター機が作る自立系統へ系統連系運転を行う。これにより、第２実施形態と同様に、スレーブ機の解列を回避して、複数の分散電源１０の連系による系統連系運転の継続が可能となる

なおスレーブ機は、計測した電圧データの周波数変動によりマスター機が自立運転しているか否かを判断してもよいし、計測した電圧データの電圧変動によりマスター機が自立運転しているか否か判断をしてもよい。さらには、スレーブ機は、計測した電圧データの周波数変動と電圧変動の双方に基づいて、マスター機の自立運転による出力が商用系統に供給されているのか否かを判断するようにしてもよい。

以上が、本実施形態に係る分散電源システム１の各構成の制御及び動作に関する説明であるが、次に、上述した制御及び動作を実現するために、本実施形態に係る分散電源システム１が実行する分散電源連系運転処理を説明する。

図６は、本実施形態に係る分散電源システム１のマスター機による分散電源連系運転処理の一連の流れを説明するフローチャートである。この分散電源連系運転処理は、予めマスター機と設定された分散電源１０の制御装置１２により、実行される処理である。すなわち、図６に示す分散電源連系運転処理は、マスター機における分散電源１０において定常的に実行されている処理である。以下においては、分散電源１０ａがマスター機として設定されている場合を例として、本実施形態に係る分散電源連系運転処理を説明する。つまり、この分散電源連系運転処理は、分散電源１０ａの制御装置１２ａにより、実行される処理である。

この図６に示すように、本実施形態に係る分散電源システム１においては、マスター機である分散電源１０ａにおける制御装置１２ａが、商用系統に関して停電検出器などによって、停電が発生していないかどうか常時監視しており、停電が検出されない場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）、マスター機である分散電源１０ａは、このステップＳ３０を繰り返して待機する。一方で、停電が検出された場合（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、制御装置１２ａは、分散電源１０ａの自立運転を開始する（ステップＳ３２）。そして、自立運転を開始した後、マスター機における分散電源連系運転処理は終了する。

図７は、本実施形態に係る分散電源システム１のスレーブ機による分散電源連系運転処理の一連の流れを説明するフローチャートである。この分散電源連系運転処理は、予めスレーブ機と設定された分散電源１０の制御装置１２により、実行される処理である。すなわち、図７に示す分散電源連系運転処理は、スレーブ機における分散電源１０において定常的に実行される処理である。以下においては、分散電源１０ｂがスレーブ機として設定され、一方で分散電源１０ａがマスター機として設定されている場合を例として、本実施形態に係る分散電源連系運転処理を説明する。つまり、この分散電源連系運転処理は、分散電源１０ｂの制御装置１２ｂにより、実行される処理である。

この図７に示すように、本実施形態に係る分散電源システム１においては、スレーブ機である分散電源１０ｂにおける制御装置１２ｂが、商用系統に関して停電検出器などによって、停電が発生していないかどうか常時監視しており、停電が検出されない場合（ステップＳ４０：Ｎｏ）、スレーブ機である分散電源１０ｂは、このステップＳ４０を繰り返して待機する。一方で、停電が検出された場合（ステップＳ４０：Ｙｅｓ）、制御装置１２ｂは、商用系統に供給されている電力が、マスターの自立運転による電力であるか否かを判断する（ステップＳ４２）。具体的には、上述したように、商用系統に供給されている電力における周波数変動と電圧変動のうちの少なくとも一方の変動が所定の閾値より小さい場合には、マスター機の自立運転による電力が商用系統に供給されていると判断する。

商用系統に供給されている電力がマスター機による電力ではないと判断した場合（ステップＳ４２：Ｎｏ）、スレーブ機における分散電源連系運転処理は終了する。これは、例えば、商用系統から電力の供給が一旦停止したものの、この電力供給が復旧したような場合が考えられる。なお、図７の分散電源連系運転処理は、定常的に実行される処理であるので、一旦、分散電源連系運転処理は終了した後、また起動され、上述したステップＳ４０の処理からを繰り返す。

一方で、商用系統に供給されている電力がマスター機による電力であると判断した場合（ステップＳ４２：Ｙｅｓ）、制御装置１２ｂは、分散電源１０ｂの単独運転防止装置１６の機能をマスクした上で、分散電源１０ｂに系統連系運転をさせる（ステップＳ４４）。このように、分散電源１０ｂにスレーブ機としての運転を開始させて後、この図７に示す分散電源連系運転処理は終了する。

上述の図６及び図７に関する説明では、分散電源１０ａがマスター機として設定され、分散電源１０ｂがスレーブ機として設定されている場合を例として説明した。しかし、複数の分散電源１０のうち、どの分散電源１０をマスター機として設定し、どの分散電源１０をスレーブ機として設定するのかは、任意である。いずれの分散電源１０がマスター機として設定されても、分散電源システム１におけるマスター機となる分散電源１０は１台であり、残りの分散電源１０がスレーブ機となる。その際の分散電源連系運転処理は、上述した図７及び図８に示した通りである。

以上のように、本実施形態に係る分散電源システム１においては、複数の分散電源１０のそれぞれにおいて、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、マスター機になるかスレーブ機になるかの設定が予めなされている。そして、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合、マスター機となる設定がなされている分散電源１０は自立運転を開始し、スレーブ機となる設定がなされている分散電源１０は単独運転防止装置１６の機能をマスクした上で系統連系運転を行う。このため、第２実施形態と同様に、複数のマスター機が存在することによる電力の干渉を回避でき、また、スレーブ機が系統から解列するのを抑制できる。この結果、複数の分散電源１０によるマスター機が作る自立系統へ系統連系運転の継続が可能となる。

また、上述した第２実施形態と同様に、予めマスター機となる分散電源１０を設定しておくため、上位制御装置２０がマスター機となる分散電源１０にマスター運転指令を送信する必要がなくなる。このため、上位制御装置２０を省くことができる。

さらに、本実施形態に係る分散電源システム１によれば、予めスレーブ機となる分散電源１０に関しても設定がなされているため、マスター機からスレーブ機となる分散電源１０に、スレーブ運転指令を送信する必要もなくなる。このため、複数の分散電源１０の間を通信させることなく、複数の分散電源１０の連系による系統連系運転が可能となる。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１…分散電源システム、１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）…分散電源、１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）…制御装置、１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）…パワーコンディショナー、１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）…単独運転防止装置、２０…上位制御装置

Claims (7)

1. 商用系統に接続されて、前記商用系統を介して負荷に電力を供給する複数の分散電源を備える、分散電源システムであって、
   前記複数の分散電源のそれぞれが、
   前記商用系統から供給される電力と連系して、前記負荷に電力を供給する系統連系運転と、商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、前記負荷に電力を供給する自立運転とを切り替える、運転切り替え手段と、
   前記商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、当該分散電源の単独運転を防止するために当該分散電源を前記商用系統から解列する、単独運転防止手段と、
   を備えているとともに、
   前記商用系統から供給される電力の停止が検出された場合、前記複数の分散電源のうち１台をマスター機として前記自立運転をさせ、残りの分散電源をスレーブ機として前記単独運転防止手段をマスクした上でマスター機が作る自立系統に系統連系運転をさせる、分散電源システム。
2. 前記商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、前記マスター機にマスター運転指令を出力し、前記スレーブ機にスレーブ運転指令を出力する、上位制御装置を、さらに備える請求項１に記載の分散電源システム。
3. 前記マスター機となる分散電源においては、前記商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、当該分散電源が前記マスター機となる設定が予めなされており、
   前記商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、前記マスター機は、前記自立運転を開始するとともに、前記スレーブ機にスレーブ運転指令を出力する、請求項１に記載の分散電源システム。
4. 前記スレーブ運転指令を受けたことを条件に前記分散電源が実行することのうちの１つが、前記単独運転防止手段をマスクすることである、請求項２又は請求項３に記載の分散電源システム。
5. 前記スレーブ運転指令は、前記スレーブ機に前記単独運転防止手段をマスクすることを直接命令するマスク指令である、請求項２又は請求項３に記載の分散電源システム。
6. 前記複数の分散電源のそれぞれにおいて、前記商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、前記マスター機になるか前記スレーブ機になるかの設定が予めなされており、
   前記商用系統から供給される電力の停止が検出された場合に、前記マスター機は前記自立運転を開始し、前記スレーブ機は前記単独運転防止手段をマスクした上で前記系統連系運転をする、請求項１に記載の分散電源システム。
7. 前記スレーブ機は、商用系統に供給されている電力における周波数変動と電圧変動のうちの少なくとも一方の変動が所定の閾値より小さい場合には、前記スレーブ機に設定されている前記分散電源は前記単独運転防止手段をマスクした上で前記系統連系運転をする、請求項６に記載の分散電源システム。

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