JP3367412B2 - 分散型電源の単独運転防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変電所の遮断器の
開放により、系統の電力供給が停止したときに、需要家
設備の側で自設備の分散型電源を系統から解列してその
単独運転を防止する分散型電源の単独運転防止装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転機型の発電機等を有する、需
要家のコジェネレーション設備（以下コジェネ設備とい
う）としての自家用発電設備は、電力系統に連系運転さ
れて分散型電源を形成しており、この分散型電源は系統
事故等により電力会社の変電所の遮断器が開放されて電
力供給が停止する際、単独運転による感電事故等の発生
を防止して系統の供給信頼度の低下が生じないようにす
るため、系統から解列してその単独運転を防止しなけれ
ばならない。

【０００３】そして、この単独運転を確実に防止するた
め、従来は、系統の給電停止時、変電所の転送遮断装置
から通信線を介して需要家設備に遮断器のトリップ情報
の信号（開放信号）を送り、この信号に基づいて分散型
電源を系統から確実に解列することが行われている。

【０００４】しかし、トリップ情報の転送のために長距
離の通信線を敷設する必要があり、この通信線の敷設等
は需要家（コジェネレーション事業者）が負担しなけれ
ばならず、そのため、需要家に多大の投資を強いること
になる。

【０００５】一方、特開平６−３４３２３０号公報（Ｈ
０２Ｊ ３／３０）には、系統にその基本波周波数の整
数倍の周波数の高調波電流を注入し、その高調波につい
ての系統のインピーダンス変化を監視し、この変化から
系統の給電停止を検出して受電点の遮断器を開放し、分
散型電源としての発電機の単独運転を防止することが記
載されている。

【０００６】この場合、需要家側で系統の給電停止を検
出することができ、前記の通信線の敷設等は不要になる
が、系統に存在する高調波の影響を受けないようにする
ため、注入電流が常に系統の高調波より大きくなるよう
にしなければならず、極めて大容量の大型，高価なイン
バータ装置等の電流注入装置が必要になる。

【０００７】しかも、そのような大量の高調波電流を注
入することは、系統にとって好ましくなく、現実的でな
い。

【０００８】そこで、本願出願人は特願平９−６２０２
３号の出願により、系統にその基本波に同期した基本波
の非整数倍の周波数の中間次数調波の電流を注入し、そ
の注入電流についての系統のインピーダンス又はアドミ
タンスの変化から系統の給電停止を検出して分散型電源
を解列する分散型電源の単独運転防止装置を既に発明し
ている。

【０００９】この場合、系統に注入する中間次数調波の
電流が、本来、系統に存在しない周波数の電流であり、
存在しても極めて僅かであり、しかも、系統の基本波に
同期しているため、その注入電流量を実用的な小容量に
しても、需要家設備の受電点から系統を眺めたときの注
入電流に基づく電圧，電流を系統の既存の高調波等の影
響を受けることなく、精度よく計測することができる。

【００１０】そして、この計測結果に基づき、前記受電
点からみた系統の中間次数調波についてのインピーダン
ス又はアドミタンスを精度よく求めることができ、この
インピーダンス又はアドミタンスの変化から需要家側の
みで系統の停止を正確に検出することができ、この検出
に基づき自設備の分散型電源を解列してその単独運転を
確実に防止し得る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記既出願（特願平９
−６２０２３号）の単独運転防止装置は、需要家設備の
受電点に適当な中間次数調波の電流を注入し、受電点か
らみた系統の中間次数調波についてのインピーダンス又
はアドミタンスの変化を、それらの量（大きさ）そのも
のから監視，検出するため、受電点付近に容量の大きな
他のコジェネ設備や力率改善用コンデンサ（以下ＳＣと
いう）が存在すると、これらによって系統が注入周波数
で共振する事態が生じるおそれがあり、また、これらの
解列や投入による系統のインピーダンス又はアドミタン
スの変化と、電力供給の停止による系統のインピーダン
ス又はアドミタンスの変化とを識別することが困難にな
り、誤検出が生じるおそれがある。

【００１２】そのため、需要家側で系統の電力供給の停
止を確実に検出して自設備の分散型電源を解列し、その
単独運転を確実に防止することができない問題点があ
る。

【００１３】本発明は、系統に中間次数調波の電流を注
入し、そのインピーダンス又はアドミタンスの変化から
需要家側のみで系統の給電停止を検出して分散型電源を
系統から解列し、その単独運転を防止する際、電力給電
停止に基づく系統のインピーダンス又はアドミタンスの
変化を確実に検出し、誤検出等することなく自設備の分
散型電源を系統から解列してその単独運転を確実に防止
し得るようにすることを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、本発明の分散型電源の単独運転防止装置において
は、系統の基本波より高く、系統の電力供給中の予測さ
れる最も低い共振次数の周波数より低い周波数の中間次
数調波の電流を、需要家設備の引込線から系統に注入す
る電流注入装置と、受電点での注入周波数の電圧，電流
の計測結果から系統の中間次数調波についてのインピー
ダンス又はアドミタンスの変化の容量性，誘導性の方向
及び量を検出する手段と、この手段の検出結果に基づき
前記インピーダンス又は前記アドミタンスの容量性方向
の一定値以上の変化から系統の電力供給の停止を検出す
る手段とを備える。

【００１５】したがって、電流注入装置から系統に、コ
ジェネ設備やＳＣに基づく系統の予測される最も低い共
振次数の周波数より低く、その影響を受けない周波数の
中間次数調波の電流が注入される。

【００１６】さらに、この注入に基づき、受電点から眺
めた注入周波数についての時々刻々の系統のインピーダ
ンス又はアドミタンスの変化の方向（極性）及び量（大
きさ）が検出される。

【００１７】そして、系統の電力供給が停止したとき
は、系統上位側の変電所の変圧器（バンクトランス）の
２次側の遮断器が開放されるため、受電点から眺めた注
入周波数についての系統のインピーダンス又はアドミタ
ンスはバンクトランスが切離されて必ず容量性方向に大
きく変化する。

【００１８】一方、受電点の近くの他のコジェネ設備が
解列されたり、ＳＣが投入されたりしたときは、前記系
統のインピーダンス又はアドミタンスは容量性方向に変
化するが、その変化は小さい。

【００１９】また、受電点付近のＳＣが開放したとき
は、前記の系統のインピーダンス又はアドミタンスは誘
導性方向に変化する。

【００２０】そのため、受電点から眺めた注入周波数に
ついての系統のインピーダンス又はアドミタンスの量
（大きさ）そのものでなく、それらの変化の方向と変化
量とに基づき、一定値以上の容量性方向の変化から電力
供給の停止を検出することにより、系統の状態によら
ず、需要家側で電力供給の停止が確実に検出され、この
検出に基づいて自設備の分散型電源を確実に解列してそ
の単独運転を防止できる。

【００２１】そして、系統に存在するリアクトル付き
（以下Ｌ付きという）ＳＣの容量等に基づく系統の最も
低い共振周波数を考慮し、６．６ＫＶ等の高圧配電系統
の場合は、中間次数調波を、基本波より高く、基本波の
２．７倍の２．７次以下の周波数にすることが好まし
い。

【００２２】また、３３ＫＶ，２２ＫＶ等の特別高圧系
統の場合は、中間次数調波を基本波のｎ倍のｎ次（１＜
ｎ＜＝３．６）周波数にすることが望ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】（１形態）本発明の実施の１形態
につき、図１ないし図１５を参照して説明する。図１は
高圧配電系統の代表例である６．６ＫＶの配電系統の単
線結線図であり、配電用変電所１の変圧器２の２次側か
ら遮断器３を介して複数の配電線（フィーダ）４ａ，４
ｂ，４ｃが引出され、各配電線４ａ，４ｂ，４ｃ，…に
は、それぞれ需要家設備やＳＣ等が接続される。

【００２４】そして、需要家設備は、コジェネ設備であ
る、発電機等の分散型電源５が設けられた設備６，６’
と、コジェネ設備のない設備（一般需要家設備）７，
７’とに大別される。

【００２５】また、ＳＣは、コンデンサ８が開閉器９，
リアクトル１０を介して系統に接続されるＬ付きのもの
（Ｌ付きＳＣ）１１と、コンデンサ８が開閉器９のみを
介して系統に接続されるもの（Ｌ無しＳＣ）１２とに大
別される。

【００２６】なお、図１は配電線４ａの需要家設備６を
本発明が適用される需要家設備とし、配電線４ａの他の
需要家設備を需要家設備６の上流，下流の一般需要家設
備７で代表し、配電線４ａの後述の受電点付近の各Ｌ付
きＳＣ，Ｌ無しＳＣを、Ｌ付きＳＣ１１，Ｌ無しＳＣ１
２で代表している。

【００２７】また、配電線４ａ以外の配電系統の需要家
設備を、需要家設備６’，７’としている。

【００２８】つぎに、本発明が適用される配電線４ａの
需要家設備６は、受電点Ａに引込線１３，遮断器１４を
介して構内の母線１５が接続され、母線１５の電力を各
フィーダ１６の変圧器１７を介して負荷に給電する。

【００２９】さらに、母線１５に遮断器１８，連系用の
開閉器１９を介して分散型電源５が接続され、通常は遮
断器１８，開閉器１９が閉成されて分散型電源５が系統
電源に連系運転され、系統の基本波に同期したその出力
を母線１５に供給する。

【００３０】また、遮断器１８に電流注入装置２０が接
続され、この装置２０は、系統電圧に同期して運転され
るインバータ等からなる電源部２１と、この電源部２１
の出力電流が１次側に供給される注入用の変圧器２２と
を有し、この変圧器２２の２次側の電流を、受電点Ａを
注入点として、この注入点から系統に常時注入する。

【００３１】さらに、遮断器１４と母線１５との間に計
器用変流器２３，計器用変圧器２４が設けられ、それら
の電流，電圧の計測信号Ｓｉ，Ｓｖが系統供給停止検出
用の検出装置２５に供給される。

【００３２】この検出装置２５はＡ／Ｄ変換部２６によ
り計測信号Ｓｉ，Ｓｖを適当な周期でサンプルホールド
してデジタルデータＤｉ，Ｄｖに変換し、時々刻々のデ
ジタルデータＤｉ，Ｄｖをマイクロコンピュータ等から
なる演算処理部２７により処理し、遮断器３が開放され
て系統が給電停止状態になったときに、制御出力部２８
から遮断器１９に解列指令信号を供給し、遮断器１９を
開放して自設備の分散型電源５を系統から解列し、分散
型電源５の単独運転を防止する。

【００３３】つぎに、電流注入装置２０の注入電流につ
いて説明する。電流注入装置２０の電源部２１は計器用
変圧器２４の電圧の計測信号Ｓｖをフィルタ処理等し、
変圧器２４の出力のうちの基本波電圧の成分を検出し、
この検出周波数に基づくＰＬＬ制御処理等により、系統
の基本波に同期した同期信号を形成する。

【００３４】さらに、この同期信号のタイミング制御に
したがって例えばインバータを駆動し、系統の基本波に
同期したその周波数の非整数倍の予め設定された周波数
の中間次数調波の電流を形成し、この電流を変圧器２２
から配電線４ａに注入する。

【００３５】そして、中間次数調波の注入周波数は、
６．６ＫＶの配電系統の場合、つぎのように設定したシ
ミュレーションモデルから決定される。

【００３６】つぎに、配電系統のシミュレーションモデ
ルについて説明する。まず、注入点（受電点Ａ）から眺
めた系統のインピーダンス又はアドミタンスの変動（変
化）は、変電所１の遮断器３が開放されて電力供給が停
止された場合に生じるだけでなく、注入点付近の他の需
要家の容量の大きな分散型電源（コジェネ設備）が投
入，解列された場合や注入点付近の容量の大きなＬ付き
ＳＣが接続，開放された場合にも生じる。

【００３７】そこで、シミュレーションモデルの設定に
際しては、系統からの解列で注入点から眺めた系統の容
量（基本波容量）を大きく変化させるものと、変圧器
（バンクトランス）２の容量（基本波容量）を小さくみ
せるものとを考慮する。

【００３８】（Ａ）系統からの解列でその容量を大きく
変化させるもの 注入点付近の大きな分散型電源（コジェネ設備） 配電系統の容量限界を考慮すると、この分散型電源の最
大容量は２０００ＫＶＡであり、これは自己容量（マシ
ンベース）のパーセントインピーダンス（％Ｚ）で２０
％であり、１０ＭＶＡベースでは％Ｚ＝１００％であ
る。

【００３９】注入点付近の容量の大きなＬ付きＳＣ 一般にＬ付きＳＣには％Ｚ＝１３％，８％，６％の３種
類があり、６．６ＫＶの配電系統において共振次数が最
も小さくなると思われるＬ付きＳＣとして１３％Ｌ付き
ＳＣが使用され、その容量は５００ＫＶＡ程度である。
そして、この１３％Ｌ付きＳＣにより配電系統は２．７
次付近で共振現象が生じる。

【００４０】注入点付近の大きい需要家（負荷） 一般に配電線の１フィーダ当りの負荷が２ＭＶＡ（２Ｍ
Ｗ）程度であるため、抵抗成分（Ｒ成分）とリアクタン
ス成分（Ｌ成分）との並列回路とみなして、２ＭＶＡ
（力率８５％）とするのが妥当である。

【００４１】（Ｂ）変圧器（バンクトランス）の容量を
小さくみせるもの 配電線の亘長 系統端末側から系統のインピーダンス又はアドミタンス
を計測する場合、配電線はバンクトランスに直列のＬ成
分となってその基本波容量を小さくみせる。そして、
６．６ＫＶの配電系統の場合、配電線は一般に長くても
２km前後である。

【００４２】系統全体に存在するＳＣ（注入点から離
れたＳＣ） ６．６ＫＶの配電系統には、一般に、最大で７ＭＶＡ程
度のＬ無しＳＣが存在し、系統端末側から眺めると、こ
れらのＳＣがバンクトランス２次側と並列回路を形成し
てその基本波容量を小さくみせる。

【００４３】系統全体に存在する負荷（注入点から離
れた負荷） ６．６ＫＶの配電系統には、一般に、Ｒ成分とＬ成分の
並列回路とみなせる最大で２０ＭＶＡ（２０ＭＷ）程度
の負荷（力率８５％）が存在し、これらの負荷も系統端
末側から眺めると、バンクトランス２次側と並列回路を
形成し、給電停止による容量の変化を小さくみせる。

【００４４】そして、注入点（受電点Ａ）が系統端末に
位置する最も厳しい状況，換言すれば電力供給の停止以
外の要因による系統のインピーダンス又はアドミタンス
の変動が最も大きくなる状況を想定し、シミュレーショ
ン条件をつぎのように定める。

【００４５】（ｉ）注入点近くの大きなコジェネ設備
（配電線４ａの他の需要家の分散型電源）：容量２００
０ＫＶＡ（自己容量の２０％で１０ＭＶＡベースで１０
０％（１ｐｕ）） （ii）注入点近くの大きな１３％Ｌ付きＳＣ（配電線４
ａの１３％Ｌ付きＳＣ）：容量５００ＫＶＡ（２０ｐ
ｕ）（２．７次近辺にて共振現象を起こす）

【００４６】（iii） 注入点近くの大きな需要家（配電
線４ａの負荷）：２ＭＷ（５ｐｕ） （iv）配電線４ａの亘長：２km （ｖ）バンクトランス２次側と並列回路を形成する配電
系統全体のＳＣ：７ＭＶＡ （vi）バンクトランス２次側と並列回路を形成する配電
系統全体の負荷：（ｖ）のＳＣに並列な２０ＭＷ（０．
５ｐｕ）程度

【００４７】そして、前記（ｉ）〜（vi）の条件に基づ
き、図１の配電系統のシミュレーションモデル（シミュ
レーション系統モデル）を、図２の単線結線図に示すよ
うに設定する。

【００４８】図２において、〈１〉，〈２〉，〈３〉は
図１の配電用変電所１，変圧器２，遮断器３に対応する
変電所，変圧器，遮断器、〈４ａ〉は図１の配電線４ａ
に対応する配電線であり、亘長２kmでインピーダンス
〈Ｚｌ〉は０．０５＋ｊ０．０８Ωである。

【００４９】〈６〉は図１の需要家設備６に対応し、図
２の分散型電源５，電流注入装置２０，その電源部２１
及び計器用変流器２３，計器用変圧器２４に対応する分
散型電源〈５〉，電流注入装置〈２０〉，その電源部
〈２１〉及び計器用変流器〈２３〉，計器用変圧器〈２
４〉が設けられ、図１の注入点（受電点Ａ）に相当する
注入点Ａ’が系統端末に位置する。

【００５０】〈Ｇ〉は注入点Ａ’の近くの大容量の分散
型電源としての２０００ＫＶＡのコジェネ設備、〈ＬＳ
Ｃ〉は注入点Ａ’の近くの容量５００ＫＶＡの１３％Ｌ
付きＳＣ、〈Ｚ〉は注入点Ａ’の近くの２ＭＷの大きな
需要家（負荷）、〈ＳＣ〉’は注入点Ａ’から眺めれば
バンクトランス２次側と並列回路を形成する容量７ＭＶ
Ａの系統全体のＬ無しＳＣ、〈Ｚ〉’はＬ無しＳＣ〈Ｓ
Ｃ〉’に並列な２０ＭＷの系統全体の負荷である。

【００５１】なお、配電系統においては、Ｌ付きＳＣの
割合いが低いため、系統全体のＳＣを全てＬ無しＳＣと
みなしてＬ無しＳＣ〈ＳＣ〉’としても問題はない。

【００５２】つぎに、図２の系統モデルに基づく注入周
波数の決定について説明する。この実施の形態にあって
は、適当な中間調波の電流を注入し、その注入周波数に
ついての注入点から眺めたアドミタンスの変化，具体的
にはそのサセプタンスの変化から、系統の電力供給の停
止を検出する。

【００５３】その際、注入点の近くの容量の大きな分散
型電源（コジェネ設備）の系統からの解列や注入点の近
くの容量の大きなＬ付きＳＣの投入に基づく前記サセプ
タンスの変化を電力供給の停止として誤検出しないよう
にする必要がある。

【００５４】そして、図２の系統モデルにより、ＳＣ
〈ＳＣ〉’が系統のサセプタンスに与える影響を考慮
し、７ＭＶＡのＳＣ〈ＳＣ〉’が無い場合（最小の場
合）と有る場合（最大の場合）の両極端な場合につき、
つぎの（イ），（ロ）の条件で注入点Ａ’から眺めた系
統のアドミタンス及びそのサセプタンスの変化を求め、
電力供給の停止前，後の系統のアドミタンス変化をシュ
ミレーションしたところ、図３，図４（ａ），（ｂ），
（ｃ）及び図５，図６（ａ），（ｂ），（ｃ）の結果が
得られた。

【００５５】（イ）系統基本波電圧に同期したその周波
数ｆｓのｎ倍のｎ次（周波数ｎ・ｆｓ）の電流を、次数
ｎをｎ＝１，１．１，１．２，…，５に変えて注入点
Ａ’に注入する。

【００５６】（ロ）各次数の電流の注入中に、遮断器
〈３〉を開放して電力供給からその停止に変化する。そ
して、図３，図４（ａ）〜（ｃ）はＳＣ〈ＳＣ〉’が無
い場合のシュミレーション結果を示し、図５，図６
（ａ）〜（ｃ）は同ＳＣ〈ＳＣ〉’が有る場合（最大の
場合）のシュミレーション結果を示す。

【００５７】なお、両シュミレーションのいずれにあっ
ても、注入点Ａ’の近くには容量の大きなコジェネ設備
〈Ｇ〉，１３％Ｌ付きＳＣ〈ＬＳＣ〉が存在し、１３％
Ｌ付きＳＣ〈ＬＳＣ〉によりｎ＝２．７次近辺に系統の
最も低い周波数の共振点が存在する。

【００５８】そして、図３，図５の左から順の各数値
は、注入電流の次数ｎ，電力供給停止前の注入点Ａ’か
ら眺めた注入周波数についての系統のアドミタンスｙ
（ｎ）及びそのサセプタンスＩｍ（ｙ（ｎ）），電力供
給停止時の注入点Ａ’から眺めた注入周波数についての
系統のアドミタンスｙ＿ｏｐｅｎ（ｎ）及びそのサセプ
タンスＩｍ（ｙ＿ｏｐｅｎ（ｎ）），電力供給停止前後
のサセプタンス変化量Ｉｍ（ｙｙ（ｎ））（＝Ｉｍ（ｙ
＿ｏｐｅｎ（ｎ））−Ｉｍ（ｙ（ｎ）））であり、ｙ
（ｎ）等の数値中のｉは複素数を示す。

【００５９】また、サセプタンスＩｍ（ｙ（ｎ）），Ｉ
ｍ（ｙ＿ｏｐｅｎ（ｎ））及びその変化量Ｉｍ（ｙｙ
（ｎ））は、符号なしが容量性方向の変化であり、負
（−）符号が付くと誘導性方向の変化である。

【００６０】つぎに、前記のシミュレーション条件
（ロ）をつぎのシミュレーション条件（ハ）に変えて注
入点Ａ’から眺めた系統のアドミタンス及びそのサセプ
タンスの変化を求め、注入点Ａ’の近くの容量の大きな
コジェネ設備〈Ｇ〉の解列前後の系統のアドミタンスの
変化をシミュレーションしたところ、図７，図８
（ａ），（ｂ），（ｃ）及び図９，図１０（ａ），
（ｂ），（ｃ）の結果が得られた。

【００６１】（ハ）各次数ｎの電流の注入中に、コジェ
ネ設備〈Ｇ〉を解列する。そして、図７，図８（ａ）〜
（ｃ）は系統全体のＳＣ〈ＳＣ〉’が無い場合のシミュ
レーション結果を示し、図９，図１０（ａ）〜（ｃ）は
同ＳＣ〈ＳＣ〉’が有る場合のシミュレーション結果を
示す。

【００６２】また、図７，図９の左から順の各数値は、
次数ｎ，コジェネ設備〈Ｇ〉の解列前の注入点Ａ’から
眺めた注入周波数についての系統のアドミタンスｙ_1(n)
及びそのサセプタンスＩｍ（ｙ_1(n)），コジェネ設備
〈Ｇ〉の解列時の注入点Ａ’から眺めた注入周波数につ
いての系統のアドミタンスｙ_2(n)及びそのサセプタンス
Ｉｍ（ｙ_2(n)），コジェネ設備〈Ｇ〉の解列前後のサセ
プタンス変化量Ｉｍ（ｙ_12(n) ）（＝Ｉｍ（ｙ_2(n)）−
Ｉｍ（ｙ_1(n)））である。

【００６３】なお、サセプタンスＩｍ（ｙ_1(n)），Ｉｍ
（ｙ_2(n)）及びサセプタンス変化量Ｉｍ（ｙ_12(n) ）も
符号なしが容量性方向を示し、負（−）符号が付くと誘
導性方向になる。

【００６４】つぎに、前記のシミュレーション条件
（ロ）をつぎのシミュレーション条件（ニ）に変えて注
入点Ａ’から眺めた系統のアドミタンス及びそのサセプ
タンスの変化を求め、注入点Ａ’の近くの容量の大きな
１３％Ｌ付きＳＣ〈ＬＳＣ〉の開放前後の系統のアドミ
タンスの変化をシミュレーションしたところ、図１１，
図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）及び図１３，図１４
（ａ），（ｂ），（ｃ）の結果が得られた。

【００６５】（ニ）各次数ｎの電流の注入中に、１３％
Ｌ付きＳＣ〈ＬＳＣ〉を系統から開放する。そして、図
１１，図１２（ａ）〜（ｃ）は系統全体のＳＣ〈Ｓ
Ｃ〉’が無い場合のシミュレーション結果を示し、図１
３，図１４（ａ）〜（ｃ）は同ＳＣ〈ＳＣ〉’が有る場
合のシミュレーション結果を示す。

【００６６】また、図１１，図１３の左から順の各数値
は、次数ｎ，１３％Ｌ付きＳＣ〈ＬＳＣ〉の開放前の注
入点Ａ’から眺めた注入周波数についての系統のアドミ
タンスｙ_1'(n) 及びそのサセプタンスＩｍ
（ｙ_1'(n) ），１３％Ｌ付きＳＣ〈ＬＳＣ〉の開放時の
注入点Ａ’から眺めた注入周波数についての系統のアド
ミタンスｙ_2'(n) 及びそのサセプタンスＩｍ
（ｙ_2'(n) ），１３％Ｌ付きＳＣ〈ＬＳＣ〉の開放前後
のサセプタンス変化量Ｉｍ（ｙ_12'(n)）（＝Ｉｍ（ｙ
_2'(n) ）−Ｉｍ（ｙ_1'(n) ）である。

【００６７】なお、サセプタンスＩｍ（ｙ_1'(n) ），Ｉ
ｍ（ｙ_2'(n) ）及びサセプタンス変化量Ｉｍ
（ｙ_12'(n)）も符号なしが容量性方向の変化であり、を
示し、負（−）符号が付くと誘導性方向の変化である。

【００６８】そして、図３〜図１４からも明らかなよう
に、注入周波数を２．７次（ｎ＝２．７）付近の系統の
最も低い共振周波数より低い周波数にすると、電力供給
の停止時，コジェネ設備〈Ｇ〉の解列時のサセプタンス
変化量Ｉｍ（ｙｙ_(n) ），Ｉｍ（ｙ_12(n) ）は系統全体
のＳＣ〈ＳＣ〉’の有無によらず容量性を示し、１３％
Ｌ付きＳＣ〈ＬＳＣ〉の開放時のサセプタンス変化量Ｉ
ｍ（ｙ_12'(n)）は誘導性を示す。

【００６９】すなわち、図１５に示すように、電力供給
の停止時，コジェネ設備〈Ｇ〉の解列時はサセプタンス
がそれ以前の値ｂ₀ から値ｂ₁ 又は値ｂ₂ に容量性方向
（正方向）に変化し、Ｌ付きＳＣ〈ＬＳＣ〉の開放時は
サセプタンスが値ｂ₀ から値ｂ₃ に誘導性方向（負方
向）に変化する。

【００７０】なお、コジェネ設備〈Ｇ〉の投入時はサセ
プタンスが誘導性方向に変化し、Ｌ付きＳＣ〈ＬＳＣ〉
の投入時はサセプタンスが容量性方向に変化する。

【００７１】また、電力供給停止時の容量性方向の変化
量は例えば２次近辺で１．３ｐｕ程度にもなるが、例え
ば、コジェネ設備〈Ｇ〉の解列時の容量性変化は２次近
辺で０．５ｐｕ程度であり、Ｌ付きＳＣ〈ＬＳＣ〉の投
入時の容量性変化も２次近辺で０．２ｐｕ程度であり、
いずれも電力供給停止時の変化量の１／２以下に過ぎな
い。

【００７２】したがって、系統の注入周波数を２．７次
以下の例えば２次近辺の２．３〜１．４次（但し２次を
除く）の周波数とし、系統の共振の影響を避けるように
すれば、注入点Ａ’から眺めた注入周波数についての系
統のサセプタンスは、注入点Ａ’の近くに容量の大きな
分散型電源（コジェネ設備）やＬ付きＳＣが存在してい
ても、電力供給の停止にのみ、容量性方向に例えば０．
６ｐｕ（＞１．３ｐｕ／２）の一定値以上変化し、この
変化を監視，検出することにより、電力供給の停止を確
実に検出できる。

【００７３】なお、図３，図５の比較からも明らかなよ
うに、系統のＳＣ〈ＳＣ〉’の有無も注入周波数に多少
は影響し、系統にＳＣ〈ＳＣ〉’が全く存在しない最小
のときは注入周波数は２．７次以下にすればよく、系統
に存在するＳＣ〈ＳＣ〉’が最大のときは注入周波数は
２．４次以下にすれば、容量性の方向に０．６ｐｕ以上
変化することとなり、系統のＳＣ〈ＳＣ〉’がそれらの
中間のときは注入周波数も２．７次と２．４次の中間の
次数となる。

【００７４】したがって、ＳＣ〈ＳＣ〉’の有無にかか
わらず確実に変化を検出するためには、注入周波数を
２．４次以下とすればよい。

【００７５】以上説明したように、図１の電源部２１の
中間次数調波の注入周波数は、主に同図の１３％Ｌ付き
ＳＣ１１に基づく電力供給中の系統の予測される最も低
い共振次数の周波数より低い周波数，具体的には、２．
７次以下の例えば２．３〜１．４次（２次を除く）の周
波数に決定されて設定される。

【００７６】つぎに、図１の検出装置２５の演算処理部
２７の処理について説明する。演算処理部２７はソフト
ウェア処理により、受電点Ａ（注入点）から眺めた注入
周波数についての系統の例えばアドミタンスの変化の方
向及び量を検出する手段と、この手段の検出結果に基づ
き前記アドミタンスのしきい値以上の容量性方向の変化
から電力供給の停止を検出する手段とを備える。

【００７７】そして、時々刻々のデジタルデータＤｉ，
Ｄｖに例えばデジタルフリーエ解析（ＤＦＴ）処理を施
し、受電点Ａにおける最新の注入周波数の電流，電圧を
検出し、検出結果に基づく電流／電圧の演算により、受
電点Ａから眺めた注入周波数についての時々刻々の系統
のアドミタンスを求める。

【００７８】さらに、時々刻々のアドミタンスのサセプ
タンスから直前に求めたアドミタンスのサセプタンスを
減算し、その結果の正，負の符号及び大きさから時々刻
々のアドミタンスの変化の方向及び量を検出する。

【００７９】そして、アドミタンスの変化の方向が正符
号の容量性方向か否かを判別し、同時に、変化の量（絶
対値）が例えば前記の０．６ｐｕの一定値以上か否かを
判別し、容量性方向の一定値以上の変化が発生したとき
に、配電用変電所１の遮断器３の開放に基づく系統の電
力供給の停止を検出する。

【００８０】さらに、この電力供給の停止の検出を制御
出力部２８に通知し、この出力部２８から遮断器１９に
解列指令信号を出力させる。

【００８１】したがって、需要家設備６の分散型電源
は、受電点Ａ（注入点）の近くに容量の大きな他の分散
型電源（コジェネ設備）や１３％Ｌ付きＳＣが存在し、
これらの解列，開放等により、注入周波数についての系
統のアドミタンスが変化しても、これらの変化の影響を
受けることなく、系統の電力供給の停止時にのみ確実に
開閉器１９が開放されて系統から解列され、単独運転が
確実に防止される。

【００８２】（実施の他の形態）つぎに、３３ＫＶ又は
２２ＫＶの特別高圧系統（以下特高系統という）に接続
された需要家設備の分散型電源の単独運転の防止に適用
した場合について、図１６ないし図２０を参照して説明
する。

【００８３】図１６は図２の系統モデルに対応する特高
系統のシミュレーション系統モデルの単線結線図を示
し、《１》，《２》，《３》は図２の変電所〈１〉，変
圧器〈２〉，遮断器〈３〉に対応する変電所，変圧器
（バンクトランス），遮断器である。

【００８４】《４》は遮断器《３》から引出された特高
系統の配電線、《６》は注入点（受電点）Ａ″が配電線
《４》に接続された需要家設備であり、図１の需要家設
備６と同様に構成され、図２の分散型電源〈５〉，電流
注入装置〈２０〉，その電源部〈２１〉及び計器用変流
器〈２３〉，計器用変圧器〈２４〉に対応する分散型電
源《５》，電流注入装置《２０》，その電源部《２１》
及び計器用変流器《２３》，計器用変圧器《２４》が設
けられるとともに、図１の検出装置２５と同様の検出装
置（図示せず）及びこの装置の解列指令信号により開放
される開閉器（図１の開閉器１９に相当）等が設けられ
ている。

【００８５】《Ｃ》，《Ｌ》は配電線《４》の容量成分
（Ｃ成分），インダクタンス成分（Ｌ成分），《ＬＳ
Ｃ》は注入点Ａ″の近傍の容量の大きな６％Ｌ付きＳＣ
であり、後述の受電トランス《ＴＲ》を含んでいる。
《Ｚ》は配電線《４》の需要家設備（負荷）を示す。

【００８６】そして、この特高系統のモデルにおいて
は、一般の特高系統を考慮し、変圧器《２》を５０ＭＶ
Ａとし、変圧器《２》の２次側の需要家設備《６》が変
圧器《２》から４km離れた系統端末に設けられ、かつ、
系統に接続された需要家設備数が１０であるとする。

【００８７】ところで、特高系統が前記の６．６ＫＶの
配電系統と異なる点の１つは、使用されるＬ付きＳＣが
６％Ｌ付きＳＣに限られる点である。

【００８８】そして、特高系統の場合、系統からの解列
等で注入点から眺めた系統の容量（基本波容量）を大き
く変化させるもの及び変圧器（バンクトランス）の容量
（基本波容量）を小さくみせるものとしては、つぎのよ
うなものがある。

【００８９】（Ａ）’系統からの解列等でその容量を大
きく変化させるもの 注入点Ａ″の近くの容量の大きな６％Ｌ付きＳＣ この６％Ｌ付きＳＣは最大で１３００ＫＶＡ程度（７．
６９ｐｕ／１需要家）であり、０．７６９ｐｕ／１０需
要家になることから、６％Ｌ付きＳＣ《ＬＳＣ》の容量
は１３００ＫＶＡとするのが妥当である。

【００９０】各需要家設備の受電トランス この受電トランスは一般に最大で４５００ＫＶＡ程度
（０．１１ｐｕ／１需要家）であり、０．０１１ｐｕ／
１０需要家になることから、受電トランス《ＴＲ》の容
量は４５００ＫＶＡとするのが妥当である。そして、
，により、特高系統においては３．６次付近に最も
低い共振周波数が存在し得る。

【００９１】（Ｂ）’変圧器（バンクトランス）の容量
を小さくみせるもの 配電線の亘長 都心部の特高系統の配電線の亘長は長くても４kmである
ことから、配電線《４》の亘長は４kmとする。

【００９２】そして、配電線《４》のＬ成分《Ｌ》はバ
ンクトランスに直列に接続され、その容量は、特高系統
のフィーダでは一般に０．３ｍＨ／kmであることから、
０．３ｍＨ／km・４km（０．０４ｐｕ）になる。

【００９３】また、配電線《４》のＣ成分《Ｃ》は、特
高系統のフィーダでは一般に０．５μＦ程度であり、亘
長４kmの３相フィーダであることを考慮すると０．５μ
Ｆ（４．０６ｐｕ）になる。

【００９４】系統に存在する需要家設備（負荷） 特高系統においては、一般に、１需要家当り３００ＫＶ
Ａ程度（１５ｐｕ／１需要家）の負荷が存在し、１．５
ｐｕ／１０需要家相当となり、負荷《Ｚ》は３００ＫＶ
Ａ（ＫＷ）とすることが妥当である。

【００９５】したがって、高圧系統の場合のシミュレー
ション条件は、つぎのように定める。 （ｉ）’変圧器（バンクトランス）《２》：容量５０Ｍ
ＶＡ（自己容量の１６％で１０ＭＶＡベースで３．２
％） （ii）’注入点近くの６％Ｌ付きＳＣ《ＬＳＣ》：容量
１３００ＫＶＡ （iii）’受電トランス《ＴＲ》：容量４５００ＫＶＡ
（（ii），（iii）により３．６次近辺にて共振現象を
起こす） （iv）’負荷《Ｚ》：３００ＫＶＡ（ＫＷ） （ｖ）’配電線（ケーブル）《４》の亘長：４km

【００９６】そして、受電トランス《ＴＲ》を６％Ｌ付
きＳＣ《ＬＳＣ》に含めた図１６の系統モデルにより、
前記（ｉ）’〜（ｖ）’の条件に基づき、注入点Ａ″の
ｎ次の電流をｎ＝１，１．１，１．２，…，５に変えて
注入し、電力供給の停止前後の系統のアドミタンス変化
をシミュレーションしたところ、図１７，図８（ａ），
（ｂ），（ｃ）の結果が得られた。

【００９７】なお、図１７の左から順の各数値は、図
３，図５の数値ｎ，…，Ｉｍ（ｙｙ(n) ）に対応する注
入電流の次数ｎ，電力供給中のアドミタンスｙ＿ｆｆ
（ｎ）及びそのサセプタンスＩｍ（ｙ＿ｆｆ（ｎ）），
電力供給停止時のアドミタンスｙ＿ｆｆ＿ｏｐｅｎ
（ｎ）及びそのサセプタンスＩｍ（ｙｙ＿ｆｆ＿ｏｐｅ
ｎ（ｎ）），電力供給停止前後のサセプタンス変化量Ｉ
ｍ（ｙ＿ｆｆ（ｎ））（＝Ｉｍ（ｙ＿ｆｆ＿ｏｐｅｎ
（ｎ））−Ｉｍ（ｙ＿ｆｆ（ｎ））であり、変化量Ｉｍ
（ｙｙ＿ｆｆ（ｎ））の正，負は容量性方向，誘導性方
向を示す。

【００９８】また、同じ条件で６％Ｌ付きＳＣ《ＬＳ
Ｃ》の開放前後の系統のアドミタンス変化をシミュレー
ションしたところ、図１９，図２０（ａ），（ｂ），
（ｃ）の結果が得られた。

【００９９】なお、図１９の左から順の各数値ｎ，ｙ＿
ｆｆ（ｎ），Ｉｍ（ｙ＿ｆｆ（ｎ）），ｙ＿ｆｆｓｃ＿
ｏｐｅｎ（ｎ），Ｉｍ（ｙ＿ｆｆｓｃ＿ｏｐｅｎ
（ｎ）），Ｉｍ（ｙｙ＿ｆｆ（ｎ））は図１７の各数値
ｎ，…，Ｉｍ（ｙｙ＿ｆｆ（ｎ））と同様である。

【０１００】そして、図１７〜図２０から明らかなよう
に、特高系統にあっては、中間次数調波の注入電流を、
４次（ｎ＝４）未満，具体的には３．６次（ｎ＝３．
６）付近の系統の最も低い共振周波数より低い周波数に
すれば、前記１形態の６．６ＫＶの高圧配電系統の場合
と同様にして、電力供給の停止を確実に検出し、分散型
電源の単独運転を防止することができる。

【０１０１】ところで、前記両実施の形態にあっては、
アドミタンスの変化，具体的にはそのサセプタンスの変
化から電力供給の停止を検出したが、インピーダンスと
アドミタンスとが逆数関係にあることから、アドミタン
スの変化でなくインピーダンスの変化，具体的にはその
リアクタンスの変化から前記両実施の形態それぞれと同
様にして電力供給の停止を検出することができるのは勿
論である。

【０１０２】

【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。電流注入装置２０から系統に、系統の共振の影響を
受けないように、基本波より高く、系統の予測される最
も低い共振次数の周波数より低い周波数の中間次数調波
の電流を、注入することができ、この注入に基づき、受
電点Ａから眺めた注入周波数についての時々刻々の系統
のインピーダンス又はアドミタンスの変化の容量性，誘
導性の方向（極性）及び量（大きさ）が検出される。

【０１０３】そして、系統の電力供給が停止したとき
は、系統上位側の変電所１の変圧器（バンクトランス）
２の２次側の遮断器３が開放され、受電点Ａから眺めた
注入周波数についての系統のインピーダンス又はアドミ
タンスはバンクトランスが切離されて必ず容量性方向に
大きく変化するため、受電点Ａから眺めた注入周波数に
ついての系統のインピーダンス又はアドミタンスの大き
さそのものの変化でなく、それらの変化の方向と量とに
基づき、一定値以上の容量性方向の変化から電力供給の
停止を誤検出等なく確実に検出することができ、系統の
状態によらず、需要家側で電力供給の停止を確実に検出
し、この検出に基づいて自設備の分散型電源５を確実に
解列してその単独運転を防止することができる。

【０１０４】そして、系統に介在する力率改善用コンデ
ンサを考慮し、高圧配電系統の場合は、注入電流を基本
波より高く、基本波の２．７倍の２．７次以下の電流に
すると、最も効果的であり、超高圧系統の場合は、注入
電流を、基本波のｎ倍のｎ次（１＜ｎ＜＝３．６）周波
数の電流にすると、最も効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の１形態の６．６ＫＶの高圧配電
系統の単線結線図である。

【図２】図１のシミュレーションモデルの単線結線図で
ある。

【図３】図２の電力供給の停止前後の系統のアドミタン
ス変化の第１のシミュレーション結果の説明図である。

【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は図３の電力供給時の
サセプタンス特性図，図３の電力供給停止時のサセプタ
ンス特性図，図３の電力供給停止前後のサセプタンス変
化量の特性図である。

【図５】図２の電力供給の停止前後の系統のアドミタン
ス変化の第２のシミュレーション結果の説明図である。

【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）は図５の電力供給時の
サセプタンス特性図，図５の電力供給停止時のサセプタ
ンス特性図，図５の電力供給停止前後のサセプタンス変
化量の特性図である。

【図７】図２の注入点付近の分散型電源の解列前後の系
統のアドミタンス変化の第１のシミュレーション結果の
説明図である。

【図８】（ａ），（ｂ），（ｃ）は図７の解列前のサセ
プタンス特性図，図７の解列時のサセプタンス特性図，
図７の解列前後のサセプタンス変化量の特性図である。

【図９】図２の注入点付近の分散型電源の解列前後の系
統のアドミタンス変化の第２のシミュレーション結果の
説明図である。

【図１０】（ａ），（ｂ），（ｃ）は図９の解列前のサ
セプタンス特性図，図９の解列時のサセプタンス特性
図，図９の解列前後のサセプタンス変化量の特性図であ
る。

【図１１】図２の注入点付近のリアクトル付き力率改善
用コンデンサの開放前後の系統のアドミタンス変化の第
１のシミュレーション結果の説明図である。

【図１２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は図１１の開放前の
サセプタンス特性図，図１１の開放時のサセプタンス特
性図，図１１の開放前後のサセプタンス変化量の特性図
である。

【図１３】図２の注入点付近のリアクトル付き力率改善
用コンデンサの開放前後の系統のアドミタンス変化の第
２のシミュレーション結果の説明図である。

【図１４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は図１３の開放前の
サセプタンス特性図，図１３の開放時のサセプタンス特
性図，図１３の開放前後のサセプタンス変化量の特性図
である。

【図１５】図２の系統のサセプタンスの変化方向の説明
図である。

【図１６】本発明の実施の他の形態の特別高圧系統のシ
ミュレーションモデルの単線結線図である。

【図１７】図１６の電力供給の停止前後の系統のアドミ
タンス変化のシミュレーション結果の説明図である。

【図１８】（ａ），（ｂ），（ｃ）は図１７の電力供給
時のサセプタンス特性図，図１８の電力供給停止時のサ
セプタンス特性図，図１８の電力供給停止前後のサセプ
タンス変化量の特性図である。

【図１９】図１６の注入点付近のリアクトル付き力率改
善用コンデンサの開放前後の系統のアドミタンス変化の
シミュレーション結果の説明図である。

【図２０】（ａ），（ｂ），（ｃ）は図１９の開放前の
サセプタンス特性図，図１９の開放時のサセプタンス特
性図，図１９の開放前後のサセプタンス変化量の特性図
である。

【符号の説明】

４ａ，４ｂ，４ｃ 配電線 ５，５’ 分散型電源 ６，６’，７，７’ 需要家設備 ２０ 電流注入装置 ２５ 検出装置 Ａ 受電点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−343230（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−104433（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−92130（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−248168（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−14674（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−14675（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−14676（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 3/38 G01R 19/165 G01R 23/16 G01R 27/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分散型電源を有する需要家設備の引込線
   に系統の基本波に同期した前記基本波の非整数倍の周波
   数の中間次数調波の電流を注入し、 前記需要家設備の受電点での注入周波数の電圧，電流の
   計測結果により、前記受電点からみた前記系統の中間次
   数調波についてのインピーダンス又はアドミタンスを算
   出し、 算出した前記インピーダンス又は前記アドミタンスの変
   化から変電所の遮断器の開放に基づく前記系統の電力供
   給の停止を検出し、 該検出に基づいて前記分散電源を前記系統から解列する
   分散型電源の単独運転防止装置において、 前記系統の前記基本波より高く、前記系統の電力供給中
   の予測される最も低い共振次数の周波数より低い周波数
   の中間次数調波の電流を、前記引込線から前記系統に注
   入する電流注入装置と、 前記受電点での注入周波数の電圧，電流の計測結果から
   前記インピーダンス又は前記アドミタンスの変化の容量
   性，誘導性の方向及び量を検出する手段と、 該手段の検出結果に基づき前記インピーダンス又は前記
   アドミタンスの容量性方向の一定値以上の変化から前記
   電力供給の停止を検出する手段とを備えたことを特徴と
   する分散型電源の単独運転防止装置。
2. 【請求項２】 需要家設備の引込線が高圧配電系統に接
   続され、 電流注入装置の中間次数調波の注入電流を、基本波より
   高く、前記基本波の２．７倍の２．７次以下の周波数の
   電流にしたことを特徴とする請求項１記載の分散型電源
   の単独運転防止装置。
3. 【請求項３】 需要家設備の引込線が特別高圧系統に接
   続され、 前記電流注入装置の中間次数調波の注入電流を、基本波
   のｎ倍のｎ次（１＜ｎ＜＝３．６）周波数の電流にした
   ことを特徴とする請求項１記載の分散型電源の単独運転
   防止装置。