JP5892960B2 - 給電システム、給電制御プログラムおよび給電制御方法 - Google Patents

Description

本発明は蓄電池とたとえば、燃料電池コジェネレーションシステム（以下単に「ＦＣシステム」と称する。）などの定置用発電機器を組み合わせた給電システム、給電制御プログラムおよび給電制御方法に関する。

ＦＣシステムは、電流センサで計測される電力負荷量に応じて発電し、その電力を電力負荷へ供給する。一般に、ＦＣシステムは電流型インバータを備え、系統電圧を利用して発電を行う。系統電力に停電が発生すると、ＦＣシステムは電圧源を失い、発電を停止する。

そこで、ＦＣシステムに蓄電池システムを組み合わせ、系統電源が停電した際には、蓄電池システムから電力をＦＣシステムに供給すれば、ＦＣシステムが発電を継続することができる。これにより、系統電源の停電時、ＦＣシステムの発電電力を電力負荷に給電することが可能である。

系統電源の停電時、太陽光発電装置と蓄電池の組み合わせにより負荷に電力を供給することが知られている（たとえば、特許文献１）。

特開２０１２−４４７３３号公報

ところで、蓄電池システムおよびＦＣシステムを備える給電システムでは、系統連系時、電力負荷の消費電力は系統、蓄電池システムおよびＦＣシステムの各電力で賄われる。この場合、蓄電池システムから電力負荷までの総合インピーダンスをＺ１、ＦＣシステムから電力負荷までの総合インピーダンスをＺ２とすると、Ｚ２はＺ１より小さく、Ｚ１＞Ｚ２が成立している。

系統電源の停電時には、系統電源が解列し、蓄電池システムの給電を得てＦＣシステムを発電させれば、電力負荷にはＦＣシステムの発電電力および蓄電池システムの電力の双方を供給することができる。

斯かる電力が供給される電力負荷には、電気冷蔵庫など、急冷時に瞬間的に大電流を消費する特殊な負荷（特殊電力負荷）が含まれている。このような特殊電力負荷に大電流が流れると、瞬間的にＦＣシステムからの電力品質が低下するという課題がある。つまり、既述のＺ１＞Ｚ２が成立した状態で、特殊電力負荷が瞬間的に大電流を消費すると、インピーダンスの低いＦＣシステム側から大電流が特殊電力負荷に供給される。

ＦＣシステム側から大電流が消費されると、ＦＣシステムの出力電圧が低下し、電力品質が低下して保護機能が働く。つまり、ＦＣシステムの出力電圧に電圧波形の乱れなどが生じると、ＦＣシステムでは単独運転検知が行われ、一定時間、発電を停止したり、単独運転検知回数や単独運転検知の継続によってはエラー停止を起こす。瞬間的な大電流が消費されなければ、ＦＣシステムの発電電力を電力負荷に供給できるのに対し、瞬間的な大電流の供給のため、系統電源の停電時、ＦＣシステムの発電電力が利用できないという課題がある。

しかし、系統電源と連系するＦＣシステムや蓄電池システムの分散型電源の単独運転検知機能などの保護機能は、系統連系上、必要不可欠である。系統連系規程の充足は必須であり、系統連系状態において、分散型電源の保護機能に対する動作条件の変更や無効化は認められない。

系統電源の停電時または系統電源非停電での自立運転時に、ＦＣシステムの発電電力を併用する場合、ＦＣシステムの発電が停止すれば、ＦＣシステムの発電電力を利用できないうえ、蓄電池に対する負担が増大し、蓄電池の消耗が顕著となるという課題がある。

このような課題は、ＦＣシステムのみならず、蓄電手段に太陽光発電などの発電手段を併用する場合にも同様の課題がある。

そこで、本発明の目的は、系統電源の停電時または系統電源非停電での自立運転時に、蓄電手段および発電手段を併用する給電システムにおいて、電力負荷に対する給電の継続性および安定性を高めることにある。

上記目的を達成するため、本発明の給電システムは、系統電源により蓄電した電力を前記系統電源の停電時に電力負荷に給電し、または前記系統電源の非停電での自立運転時に前記電力負荷に給電する蓄電手段と、前記停電時または前記自立運転時に、前記蓄電手段の給電により発電する発電手段と、前記停電または前記自立運転を検知する検知手段と、
前記系統電源の連系時、前記発電手段に適用される第１の保護条件とともに、該第１の保護条件と異なり、前記第１の保護条件より緩和され、または前記第１の保護条件を無効化する第２の保護条件を備え、前記検知手段の検知を受け、前記第１の保護条件から前記第２の保護条件に切り替え、前記第２の保護条件を適用して前記発電手段を運転させる制御手段とを備える。

上記給電システムにおいて、前記第１の保護条件および前記第２の保護条件は、前記発電手段の単独運転の検知条件であってもよい。

上記給電システムにおいて、前記第１の保護条件および前記第２の保護条件を格納する記憶手段を備え、前記制御手段は、系統連系時に前記第１の保護条件を適用し、前記検知手段の検知を受けた際に、前記記憶手段から前記第２の保護条件を読み出し、前記第１の保護条件から前記第２の保護条件に変更してもよい。

上記給電システムにおいて、前記系統電源と、前記蓄電手段との間に開閉手段を備え、該開閉手段により前記蓄電手段から前記系統電源が遮断した場合、前記制御手段が、前記検知手段の検知または前記開閉手段の遮断またはこれら双方の通知により、前記第１の保護条件から前記第２の保護条件に切り替え、前記第２の保護条件を適用して前記発電手段を運転させてもよい。

上記目的を達成するため、本発明の給電制御プログラムは、系統電源の停電時に電力負荷に給電し、または前記系統電源の非停電での自立運転時に電力負荷に給電する蓄電手段と、前記停電時または前記自立運転時に、該蓄電手段の給電により発電し、発電電力を前記電力負荷に給電する発電手段を含む給電システムに搭載されたコンピュータに実行させるための給電制御プログラムであって、前記系統電源の連系時、前記発電手段に適用される第１の保護条件とともに、該第１の保護条件と異なり、前記第１の保護条件より緩和され、または前記第１の保護条件を無効化する第２の保護条件を記憶手段に格納し、前記停電検知または前記自立運転の検知により、前記第１の保護条件から前記第２の保護条件に切り替え、前記第２の保護条件を適用して前記発電手段を運転させる処理を前記コンピュータに実行させる。

上記目的を達成するため、本発明の給電制御方法は、系統電源の停電時に電力負荷に給電し、または前記系統電源の非停電での自立運転時に電力負荷に給電する蓄電手段と、前記停電時または前記自立運転時に、該蓄電手段の給電により発電し、発電電力を前記電力負荷に給電する発電手段を備えた給電制御方法であって、前記停電または前記自立運転を検知し、前記系統電源の連系時、前記発電手段に適用される第１の保護条件とともに、該第１の保護条件と異なり、前記第１の保護条件より緩和され、または前記第１の保護条件を無効化する第２の保護条件を設定し、前記停電検知または前記自立運転の検知により、前記第１の保護条件から前記第２の保護条件に切り替え、前記第２の保護条件を適用して前記発電手段を運転させる。

本発明によれば、次のような効果が得られる。

(1) 系統連系時、第１の保護条件の適用により運転される発電手段が、系統電源の停電時、第１の保護条件から切り替えられた第２の保護条件の適用により運転されるので、系統電源と切り離された発電手段を緩和された保護条件で運転させることができる。これにより、発電手段を含む給電システムから電力負荷に対する給電の継続性および安定性が高められる。

(2) 系統電源の停電時、電力負荷の動作状態によって発電手段側から電力負荷に供給される電流増加などの負担が増大しても、それによる発電手段の発電停止を回避でき、電力負荷に対する給電の継続性および安定性が高められる。

そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

第１の実施の形態に係る給電システムを示す図である。 給電システムの系統連系（停電から復電）時および停電時の動作を示す図である。 ＦＣシステムの制御機能を示す図である。 制御部のハードウェアの一例を示す図である。 系統連系保護機能データテーブルの一例を示す図である。 単独運転検知（受動的方式）条件データテーブルの一例を示す図である。 単独運転検知（能動的方式）条件データテーブルの一例を示す図である。 給電制御の処理手順を示すフローチャートである。 給電制御の処理手順を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る給電システムを示す図である。 蓄電システムおよびＦＣシステムの制御機能を示す図である。 給電制御の処理手順を示すフローチャートである。 給電制御の処理手順を示すフローチャートである。 他の実施の形態に係る給電システムを示す図である。 他の実施の形態に係る給電システムを示す図である。 他の実施の形態に係る給電システムを示す図である。

〔第１の実施の形態〕

＜システム構成＞

図１は、第１の実施の形態に係る給電システムを示している。図１に示す構成は一例であり、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。

この給電システム２は、本発明の給電システムの一例である。この給電システム２には、蓄電システム４およびＦＣシステム（燃料電池コジェネレーションシステム）６が含まれている。蓄電システム４は蓄電手段の一例である。ＦＣシステム６は発電手段の一例である。給電システム２は配電系統８に接続されている。この配電系統８には、系統電源１０が接続されるとともに、電力負荷１２が接続されている。系統連系時、系統電源１０から配電系統８を通して電力負荷１２に給電され、同時に、蓄電システム４およびＦＣシステム６から配電系統８を通して電力負荷１２に給電される。

蓄電システム４は、系統連系時、系統電源１０から系統電力を受け、蓄電し、系統電源１０の停電時、電力負荷１２やＦＣシステム４に給電する。この蓄電システム４には電圧センサ１４、開閉器１６、インバータ（ＩＮＶ）１８、蓄電池２０が含まれる。

電圧センサ１４は系統電源１０の停電検出手段であるとともに、復電検出手段の一例である。この電圧センサ１４は配電系統８の入力端に接続され、この入力端で停電発生および停電からの復電を検出する。

開閉器１６は配電系統８の入力端側に挿入され、配電系統８の遮断手段の一例である。この開閉器１６は、電圧センサ１４のセンサ出力を受け、系統連系時に閉じ、系統電源１０の停電時に開かれる。この電圧センサ１４と開閉器１６はたとえば、リレーのソレノイドおよび常閉接点で構成できる。つまり、系統連系時にソレノイドの励磁により常閉接点を閉じて系統電源１０を配電系統８に給電させ、系統電源１０の停電時、ソレノイドの励磁解除により常閉接点を開き、系統電源１０を配電系統８から解列させる。

インバータ（ＩＮＶ）１８は配電系統８に接続されている。このＩＮＶ１８は系統連系時、系統電源１０からの交流入力を直流に変換して蓄電池２０に給電し、停電時、蓄電池２０からの直流出力を交流に変換する。

蓄電池２０は、系統連系時、ＩＮＶ１８の直流出力を受けて充電されるとともに直流出力を出力し、停電時、蓄電電力をＩＮＶ１８に出力する。

ＦＣシステム６は、配電系統８に接続され、系統連系時、系統電源１０の給電により発電し、系統電源１０の停電時、蓄電システム４からの給電により発電する。この発電電力が配電系統８に給電される。

このＦＣシステム６には、発電スタック２２、インバータ（ＩＮＶ）２４および制御部２６が含まれる。発電スタック２２は、ＩＮＶ２４を介して配電系統８から電圧入力を受け発電する。

ＩＮＶ２４は、系統連系時および系統電源１０の停電時、発電スタック２２の直流出力を交流に変換する。ＦＣシステム６の発電電力がＩＮＶ２４から配電系統８に給電される。

制御部２６は制御手段の一例でありたとえば、マイクロコンピュータで構成される。この制御部２６は、ＩＮＶ２４から配電系統８に対する交流出力の監視とともに、系統連系、停電または復電の監視により、系統連系保護機能を司る。この実施の形態では、制御部２６に対し、電圧センサ１４から監視情報として、系統連系情報、停電情報または復電情報が通知される。制御部２６は、系統連系情報により系統連系時の動作、停電情報により停電時の動作、または復電情報により系統連系時の動作に移行する。

この制御部２６が備える系統連系保護機能には単独運転検知機能が含まれる。この単独運転検知機能には受動方式の場合と能動方式の場合の双方が含まれる。この実施の形態では、系統連系時には第１の保護条件が適用され、系統電源１０の停電時には第２の保護条件が適用される。第１の保護条件は系統連系時、既述のとおり系統連系規程を充足するための厳しい保護条件として適用される。これに対し、系統電源１０が停電し、系統電源１０を解列した時点では、第１の保護条件より緩和された第２の保護条件が適用される。この第２の保護条件には、条件緩和または第１の保護条件の無効化が含まれる。そして、系統電源１０が復電した時点から、第２の保護条件から第１の保護条件に切り替えられる。つまり、系統連系時には第１の保護条件への復帰により、系統連系規定の充足が図られる。

＜系統連系時の動作＞

この給電システム２では、図２のＡに示すように、電圧センサ１４が系統電源１０の連系状態を検出し、開閉器１６が閉じる。これにより、系統電源１０から系統電力Ｐｓが配電系統８に給電され、電力負荷１２に供給される。このとき、蓄電システム４は充電されるが、蓄電システム４からの電力Ｐｂが配電系統８に出力され、電力負荷１２に供給される。また、ＦＣシステム６は系統電源１０から給電されて発電し、その発電電力Ｐｇが配電系統８に出力され、電力負荷１２に供給される。電力負荷１２に供給される電力をＰｗ１とすれば、この供給電力Ｐｗ１は、
Ｐｗ１≒Ｐｓ＋Ｐｂ＋Ｐｇ ・・・（１）
となる。

この系統連系時、制御部２６には電圧センサ１４から系統連系情報が通知される。このとき、制御部２６は系統連系規程を充足するための厳しい保護条件として第１の保護条件を適用する。つまり、保護機能が動作すれば、ＦＣシステム６は発電を停止する。

＜系統電源１０の停電時の動作＞

図２のＢに示すように電圧センサ１４が系統電源１０の停電を検出し、開閉器１６が開かれる。これにより、配電系統８から系統電源１０が解列する。つまり、給電システム２は、系統電源１０から切り離されて自立運転に移行する。蓄電システム４は、電力Ｐｂを配電系統８に出力し、電力負荷１２およびＦＣシステム６に供給する。

また、ＦＣシステム６は蓄電システム４から給電されて発電し、その発電電力Ｐｇを配電系統８に出力し、電力負荷１２に供給する。この場合、電力負荷１２に供給される電力をＰｗ２とすれば、この供給電力Ｐｗ２は、Ｐｓ＝０であるから、
Ｐｗ２≒Ｐｂ＋Ｐｇ ・・・（２）
となる。

この停電時には、制御部２６には電圧センサ１４から停電情報が通知される。このとき、系統電源１０が解列しているので、制御部２６は既述の第１の保護条件から第２の保護条件を適用する。これにより、電力負荷１２に突入電流などの瞬間的な大電流が生じ、ＦＣシステム６側の電流負担が増加しても、ＦＣシステム６側の単独運転検知などの保護機能の動作が緩和され、継続的にＦＣシステム６から発電出力Ｐｇが配電系統８に出力され、電力負荷１２に供給される。

＜系統電源１０の復電時の動作＞

図２のＡに示すように電圧センサ１４が系統電源１０の復電を検出すれば、開閉器１６が閉じる。これにより、系統電源１０の解列が解除され、系統連系運転に移行する。これにより、系統電源１０から系統電力Ｐｓが配電系統８に給電され、電力負荷１２に供給される。これにより、電力負荷１２には、既述の電力Ｐｗ１（≒Ｐｓ＋Ｐｂ＋Ｐｇ）が供給される。

この復電時、制御部２６には電圧センサ１４から復電情報が通知される。このとき、制御部２６は系統連系規程を充足するための厳しい保護条件として第１の保護条件に切り替える。つまり、系統連系時に復帰しているので、保護機能が動作すれば、ＦＣシステム６は発電を停止する。

＜ＦＣシステム６の制御機能＞

図３は、ＦＣシステム６の制御機能を示している。ＦＣシステム６の制御部２６は、コンピュータによる情報処理を実行し、この情報処理には、状態判断機能３０、保護条件設定機能３２、保護条件切替え機能３４、運転制御機能３６などが含まれる。

状態判断機能３０は、系統電源１０の状態を判断する。系統電源１０の状態は系統連系、停電、停電からの復電がある。つまり、状態判断機能３０は、系統連系、停電、停電からの復電の各状態判断機能である。そこで、この状態判断機能３０では一例として電圧サンサ１４のセンサ出力を受け、系統電源１０が連系状態か、停電状態か、停電から復電した状態かを判断する。この状態判断には、この実施形態のように、電圧センサ１４からのセンサ出力を受けて判断してもよいし、蓄電システム４から状態情報を受けてもよい。

保護条件設定機能３２は、既述の第１および第２の保護条件を設定する。この保護条件はたとえば、データテーブルに選択または切替え可能に設定される。

保護条件切替え機能３４は、保護条件設定機能３２により設定されている保護条件を状態判断機能３０の判断結果に基づき、現在の保護条件から他の保護条件に切替える。系統連系時には第１の保護条件を設定する。停電時、この第１の保護条件から第２の保護条件に切り替える。停電から復電に移行した際には、第２の保護条件から第１の保護条件に切り替え、これにより系統連系規程を充足させる。

運転制御機能３６は、設定中の保護条件で、ＦＣシステム６の運転制御を行う。ＦＣシステム６は、系統連系時や、停電から復電した場合、第１の保護条件での運転を行い、停電時、第２の保護条件で運転を行う。

＜制御部２６のハードウェア＞

図４は、制御部２６のハードウェアの一例を示している。この制御部２６はコンピュータで構成されている。この制御部２６にはたとえば、プロセッサ４０、ＲＯＭ（Read-Only Memory）４２、ＮＶＭ（Non Volatile Memory ）４４、ＲＡＭ（Random-Access Memory）４６および入出力部（Ｉ／Ｏ）４８が含まれる。これらプロセッサ４０などの機能部はバス５０で接続されている。

プロセッサ４０は、ＲＯＭ４２にあるＯＳ（Operating System）を実行し、ファームウエアプログラムやアプリケーションプログラムを実行し、既述の機能を含む情報処理や制御を行う。ＲＯＭ４２は、プログラム記憶部の一例であり、たとえば、半導体記憶素子などの記憶媒体で構成する。このＲＯＭ４２にはＯＳ（Operating System）、ファームウエアプログラム、アプリケーションプログラムアプリが格納されている。ＮＶＭ４４には各種データが可能され、データベースが構築される。このＮＶＭ４４は記憶手段の一例であり、たとえば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）などの不揮発性メモリで構成される。このＮＶＭ４４には設定情報などの各種の制御情報などが格納され、この制御情報には既述の保護条件情報が含まれ、系統連系保護機能（検知条件）データテーブル５２（図５）、単独運転検知（受動的方式）条件データテーブル５４（図６）、単独運転検知（能動的方式）条件データテーブル５６（図７）が構築される。ＲＡＭ４６は、情報処理のワークエリアを形成する。Ｉ／Ｏ４８は、設定情報の入力や制御出力を取出しに用いる。

＜系統連系保護機能（検知条件）データテーブル５２＞

図５は、系統連系保護機能（検知条件）データテーブル５２の一例を示している。この系統連系保護機能データテーブル５２には保護リレー種別５２−１、標準整定値５２−２１、条件緩和整定値５２−２２、整定値の関係性定義５２−３が設定されている。標準整定値５２−２１と、条件緩和整定値５２−２２との間にある矢印５３は、系統連系から停電による標準整定値５２−２１から条件緩和整定値５２−２２への移行、停電状態から復電による条件緩和整定値５２−２２から標準整定値５２−２１への移行を示している。

保護リレー種別５２−１には、保護リレーの種別情報が設定されている。この保護リレー種別には過電圧（ＯＶＲ）５２−１１、不足電圧（ＵＶＲ）５２−１２、周波数上昇（ＯＦＲ）５２−１３、周波数低下（ＵＦＲ）５２−１４、逆電力（ＲＰＲ）５２−１５、逆充電検出機能５２−１６、単独運転検出機能５２−１７が含まれる。逆充電検出機能５２−１６には不足電力（ＵＰＲ）５２−１６１、不足電圧（ＵＶＲ）５２−１６２が含まれる。単独運転検出機能５２−１７には、受動的方式５２−１７１、能動的方式５２−１７２が含まれる。

標準整定値５２−２１は、第１の保護条件の一例である。この標準整定値５２−２１には検出基準５２−２１１、検出時限５２−２１２が含まれる。この実施の形態の検出基準５２−２１１には、過電圧５２−１１＝ｘ１、不足電圧５２−１２＝ｘ２、周波数上昇５２−１３＝ｘ３、周波数低下５２−１４＝ｘ４、逆電力５２−１５＝ｘ５、不足電力５２−１６１＝ｘ６、不足電圧５２−１６２＝ｘ７が設定されている。検出時限５２−２１２には、過電圧５２−１１＝ｔ１、不足電圧５２−１２＝ｔ２、周波数上昇５２−１３＝ｔ３、周波数低下５２−１４＝ｔ４、逆電力５２−１５＝ｔ５、不足電力５２−１６１＝ｔ６、不足電圧５２−１６２＝ｔ７が設定されている。

条件緩和整定値５２−２２は、第２の保護条件の一例である。この条件緩和整定値５２−２２では、検出基準５２−２２１には過電圧５２−１１＝Ｘ１、不足電圧５２−１２＝Ｘ２、周波数上昇５２−１３＝Ｘ３、周波数低下５２−１４＝Ｘ４、逆電力５２−１５＝Ｘ５、不足電力５２−１６１＝Ｘ６、不足電圧５２−１６２＝Ｘ７が設定されている。検出時限５２−２２２には、過電圧５２−１１＝Ｔ１、不足電圧５２−１２＝Ｔ２、周波数上昇５２−１３＝Ｔ３、周波数低下５２−１４＝Ｔ４、逆電力５２−１５＝Ｔ５、不足電力５２−１６１＝Ｔ６、不足電圧５２−１６２＝Ｔ７が設定されている。

これら整定値の関係性定義５２−３は、ｘ１≦Ｘ１、ｔ１≧Ｔ１、ｘ２≧Ｘ２、ｔ２≧Ｔ２、ｘ３≦Ｘ３、ｔ３≧Ｔ３、ｘ４≧Ｘ４、ｔ４≧Ｔ４、ｘ５≦Ｘ５、ｔ５≧Ｔ５、ｘ６≦Ｘ６、ｔ６≧Ｔ６、ｘ７≧Ｘ７、ｔ７≧Ｔ７である。このような関係から、条件緩和整定値５２−２２は標準整定値５２−２１より緩和されている。

＜単独運転検知（受動的方式）条件データテーブル５４＞

図６は、単独運転検知（受動的方式）条件データテーブル５４の一例を示している。この単独運転検知（受動的方式）条件データテーブル５４には受動的方式５４−１、標準整定値（検知条件）５２−２１、条件緩和整定値５２−２２、整定値の関係性定義５２−３が設定されている。

受動的方式５４−１には電圧位相跳躍検出５４−１１、３次高調波電圧歪急増検出５４−１２、周波数変化率検出５４−１３が含まれる。

標準整定値５２−２１の検出基準５２−２１１では、電圧位相跳躍検出５４−１１＝ｙ１１、３次高調波電圧歪急増検出５４−１２＝ｙ１２、周波数変化率検出５４−１３＝ｙ１３が設定されている。

標準整定値５２−２１の検出時限５２−２１２では、電圧位相跳躍検出５４−１１＝ｔ１１、３次高調波電圧歪急増検出５４−１２＝ｔ１２、周波数変化率検出５４−１３＝ｔ１３が設定されている。

条件緩和整定値５２−２２の検出基準５２−２２１では、電圧位相跳躍検出５４−１１＝Ｙ１１、３次高調波電圧歪急増検出５４−１２＝Ｙ１２、周波数変化率検出５４−１３＝Ｙ１３が設定されている。

条件緩和整定値５２−２２の検出時限５２−２２２では、電圧位相跳躍検出５４−１１＝Ｔ１１、３次高調波電圧歪急増検出５４−１２＝Ｔ１２、周波数変化率検出５４−１３＝Ｔ１３が設定されている。

これら受動的方式の各整定値の関係性定義５２−３は、ｙ１１≦Ｙ１１、ｔ１１≧Ｔ１１、ｙ１２≦Ｙ１２、ｔ１２≧Ｔ１２、ｙ１３≦Ｙ１３、ｔ１３≧Ｔ１３である。このような関係から、条件緩和整定値５２−２２は標準整定値５２−２１の検知レベルより緩和されている。

＜単独運転検知（能動的方式）条件データテーブル５６＞

図７は、単独運転検知（能動的方式）条件データテーブル５６の一例を示している。この単独運転検知（能動的方式）条件データテーブル５６には能動的方式５６−１、標準整定値（検知条件）５２−２１、条件緩和整定値５２−２２、整定値の関係性定義５２−３が設定されている。

能動的方式５６−１には周波数シフト方式５６−１１、スリップモード周波数シフト方式５６−１２、有効電力変動方式５６−１３、無効電力変動方式５６−１４、負荷変動方式５６−１５が含まれる。

標準整定値５２−２１の検出基準５２−２１１では、周波数シフト方式５６−１１＝ｚ１、スリップモード周波数シフト方式５６−１２＝ｚ２、有効電力変動方式５６−１３＝ｚ３、無効電力変動方式５６−１４＝ｚ４、負荷変動方式５６−１５＝ｚ５が設定されている。

条件緩和整定値５２−２２の検出基準５２−２２１では、周波数シフト方式５６−１１＝Ｚ１、スリップモード周波数シフト方式５６−１２＝Ｚ２、有効電力変動方式５６−１３＝Ｚ３、無効電力変動方式５６−１４＝Ｚ４、負荷変動方式５６−１５＝Ｚ５が設定されている。

これら能動的方式の各整定値の関係性定義５２−３は、ｚ１≦Ｚ１、ｚ２≦Ｚ２、ｚ３≦Ｚ３、ｚ４≦Ｚ４、ｚ５≦Ｚ５である。このような関係から、条件緩和整定値５２−２２は標準整定値５２−２１より緩和されている。

＜処理手順＞

(1) 系統連系状態から停電に移行する場合

図８は、系統連系状態から停電に移行する場合の処理手順を示している。この処理手順は、本発明の給電システムの給電制御プログラムおよび給電制御方法の一例である。

この処理手順には、蓄電システム４側およびＦＣシステム６側の処理手順が含まれる。この処理手順は、系統連系時、系統電源１０の停電監視を実行する（Ｓ１０１）。この停電監視では、電圧センサ１４のセンサ出力により系統電源１０が停電したか否かの判断を行う（Ｓ１０２）。系統電源１０が停電していなければ（Ｓ１０２のＮＯ）、停電監視（Ｓ１０１）を継続する。

停電であれば（Ｓ１０２のＹＥＳ）、開閉器１６が開かれ（Ｓ１０３）、配電系統８から系統電源１０が解列する。

電圧センサ１４のセンサ出力（系統保護検知条件の変更指令）が制御部２６に通知される（Ｓ１０４）。

これにより、制御部２６では、系統保護検知条件を標準整定値から条件緩和整定値に変更する（Ｓ１０５）。

この条件緩和整定値に変更された系統保護検知条件により、ＦＣシステム６が運転される（Ｓ１０６）。

(2) 停電状態から復電（系統連系）に移行する場合

図９は、停電状態から復電に移行する場合の処理手順を示している。この処理手順は、本発明の給電システムの給電制御プログラムおよび給電制御方法の一例である。

停電状態では、系統電源１０の復電監視が実行される（Ｓ１１１）。この復電監視では、電圧センサ１４のセンサ出力により復電したか否かを判断する（Ｓ１１２）。復電していなければ（Ｓ１１２のＮＯ）、復電監視（Ｓ１１１）が継続して行われる。

復電であれば（Ｓ１１２のＹＥＳ）、開閉器１６が閉じられる（Ｓ１１３）。これにより配電系統８に系統電源１０が接続され、系統電源１０から給電が行われる。

電圧センサ１４のセンサ出力（系統保護検知条件の変更指令）が制御部２６に通知される（Ｓ１１４）。

これにより、制御部２６では、系統保護検知条件を条件緩和整定値から標準整定値に変更する（Ｓ１１５）。

この標準整定値に変更された系統保護検知条件により、ＦＣシステム６が運転される（Ｓ１１６）。

＜第１の実施の形態の効果＞

この第１の実施の形態では、次のような効果が得られる。

(1) 停電検知手段の一例として電圧センサ１４が備えられ、電圧センサ１４から停電検知情報が得られる。開閉器１６が備えられ、電圧センサ１４の停電検知に基づき、分散型電源である蓄電システム４およびＦＣシステム６から系統電源１０を解列させる。系統電源１０を解列させた状態において、ＦＣシステム６の系統保護検知条件が変更され、単独運転検知条件が緩和される。系統保護検知条件である単独運転検知条件が緩和されると、電力負荷１２の急激な負荷電流の増大などにより、系統保護検知条件が標準整定値ではＦＣシステム６が単独運転検知となる電圧変化が生じても、単独運転検知を回避できる。これにより、継続的な発電動作が得られ、発電電力を電力負荷１２に供給することができる。

(2) 系統連系に用いられる分散型電源では単独運転検知機能を備えることが不可欠であり、系統連系規程を充足することが求められている。しかし、解列状態では単独運転検知機能を働かせる必要はなく、その機能が停止状態となっている。つまり、単独運転検知機能を無効にしても系統連系規程に抵触しない。系統電源１０の停電を検知して系統電源１０から解列させる開閉器１６を備えれば、開閉器１６が開状態に移行すると、解列状態にある配電系統８にある分散型電源たとえば、ＦＣシステム６では、単独運転検知機能が不要となる。系統電源１０の停電時、系統電源１０から切り離されたＦＣシステム６の単独運転検知条件を変更し、緩和ないし無効化させても問題はない。ＦＣシステム６側では自由な制御を行うことができ、ＦＣシステム６の単独運転検知を回避できる。

このような制御状態に移行したＦＣシステム６では、系統保護検知条件である単独運転検知条件を変更した状態で電力負荷１２による電力品質の低下を生じても、ＦＣシステム６が単独運転検知をすることなく発電を継続でき、給電システム２の発電電力を利用可能となる。

〔第２の実施の形態〕

＜システム構成＞

図１０は、第２の実施の形態の給電システムを示している。この実施の形態の給電システム２では蓄電システム４側に電流センサ５８、制御部６０が備えられている。電流センサ５８は、電力供給センサの一例である。配電系統８が開閉器１６により系統電源１０から切り離されたとき、この電流センサ５８が配電系統８に対し、蓄電システム４から電力が供給されているか否かを電流の有無により検出する。

制御部６０には電圧センサ１４および電流センサ５８のセンサ出力が加えられている。制御部６０はこれらセンサ出力を受け、系統電源１０の停電時、蓄電システム４からの電力供給を監視する。そして、系統電源１０の停電時、蓄電システム４から電力供給が行われていなければ、ＩＮＶ１８を制御し、配電系統８に対する蓄電池２０の給電を開始させる。

制御部６０にはＦＣシステム６の制御部２６が連系されている。制御部２６には制御部６０から蓄電システム４の電力供給の有無が通知される。この実施の形態では電圧センサ１４の出力が制御部６０に入力されているが、第１の実施の形態と同様に制御部２６に入力する構成でもよい。いずれにしても、制御部２６では、系統電源１０の停電時、蓄電システム４からの電力供給があることが認識できればよい。

＜蓄電システム４およびＦＣシステム６の制御機能＞

図１１は、蓄電システム４およびＦＣシステム６の制御機能を示している。この実施の形態では、蓄電システム４には状態監視機能６２および出力状態監視機能６４が含まれる。状態監視機能６２は、電圧センサ１４のセンサ出力を監視し、このセンサ出力から系統電源１０の状態として系統連系、停電、または停電からの復電の各状態を判断する。その監視出力が蓄電システム４から通知機能によりＦＣシステム６の状態判断機能３０に通知される。

出力状態監視機能６４は、電流センサ５８のセンサ出力を監視し、このセンサ出力から蓄電システム４の状態として出力状態、出力解除状態の各状態を判断する。電流センサ５８は配電系統８に設置されているので、系統電源１０が給電状態にあれば、電流センサ５８のセンサ出力には系統電源１０からの電流が検出される。しかし、系統電源１０が解列していれば、蓄電システム４の出力電流が電流センサ５８に検出される。そして、出力状態監視機能６４の監視出力がＦＣシステム６の状態判断機能３０に通知される。

この実施の形態の状態判断機能３０では状態監視機能６２および出力状態監視機能６４の双方の監視出力から、停電時、蓄電システム４から電力が配電系統８に出力されているか否かを判断することができる。これにより、保護条件変更の適正な制御を行うことができる。

その他の機能は既述の通りであるので、同一符号を付し、その説明を割愛する。

＜処理手順＞

(1) 系統連系状態から停電に移行する場合

図１２は、系統連系状態から停電に移行する場合の処理手順を示している。この処理手順は、本発明の給電システムの給電制御プログラムおよび給電制御方法の一例である。

この処理手順には、蓄電システム４側の制御Ｃ１およびＦＣシステム６側の制御Ｃ２が含まれる。蓄電システム４では、系統連系時、系統電源１０の停電監視を実行する（Ｓ２０１）。この停電監視では、電圧センサ１４のセンサ出力により系統電源１０が停電したか否かの判断を行う（Ｓ２０２）。系統電源１０が停電していなければ（Ｓ２０２のＮＯ）、停電監視（Ｓ２０１）を継続する。

停電であれば（Ｓ２０２のＹＥＳ）、開閉器１６が開かれ（Ｓ２０３）、配電系統８から系統電源１０が解列する。

蓄電システム４の出力状態監視が実行される（Ｓ２０４）。この出力状態監視では、蓄電システム４の蓄電池２０から電力が供給されているかを判断する（Ｓ２０５）。この判断には電流センサ５８のセンサ出力が参照される。

蓄電システム４からの電力供給がなければ（Ｓ２０５のＮＯ）、蓄電システム４の蓄電池２０から電力を供給する（Ｓ２０６）。この供給制御は制御部６０により実行する。

蓄電システム４からの電力供給があれば（Ｓ２０５のＹＥＳ）、制御部６０から制御出力（系統保護検知条件の変更指令）が制御部２６に通知される（Ｓ２０７）。

これにより、制御部２６では、系統保護検知条件を標準整定値から条件緩和整定値に変更する（Ｓ２０８）。

この条件緩和整定値に変更された系統保護検知条件により、ＦＣシステム６が運転される（Ｓ２０９）。

(2) 停電状態から復電（系統連系）に移行する場合

図１３は、停電状態から復電に移行する場合の処理手順を示している。この処理手順は、本発明の給電システムの給電制御プログラムおよび給電制御方法の一例である。

停電状態では、系統電源１０の復電監視が実行される（Ｓ２１１）。この復電監視では、電圧センサ１４のセンサ出力により復電したか否かを判断する（Ｓ２１２）。復電していなければ（Ｓ２１２のＮＯ）、復電監視（Ｓ２１１）が継続して行われる。

復電であれば（Ｓ２１２のＹＥＳ）、開閉器１６が閉じられる（Ｓ２１３）。これにより配電系統８に系統電源１０が接続され、系統電源１０から給電が行われる。

ＦＣシステム６の制御部２６に制御部６０から制御出力（系統保護検知条件の変更指令）が通知される（Ｓ２１４）。

これにより、制御部２６では、系統保護検知条件を条件緩和整定値から標準整定値に変更する（Ｓ２１５）。

この標準整定値に変更された系統保護検知条件により、ＦＣシステム６が運転される（Ｓ２１６）。

＜第２の実施の形態の効果＞

(1) この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様にＦＣシステム６の発電の継続性が高められ、電力負荷１２に対する発電電力の有効利用を図ることができる。

(2) 電力負荷１２に対し、ＦＣシステム６から発電電力が供給されるので、蓄電システム４の蓄電池２０の消耗を低減することができる。

(3) この実施の形態では、蓄電システム４の制御部６０を媒介として制御部２６で単独運転検知条件を変更するので、蓄電システム４側の動作および制御と、ＦＣシステム６側の動作および制御とを独立させることができる。制御の信頼性が高められる。

〔他の実施の形態〕

(1) 第１の実施の形態では、ＦＣシステム６の制御部２６でＦＣシステム６側の運転制御を行っているが、図１４に示すように、ＦＣシステム６の運転制御を蓄電システム４の制御部６０で担当させてもよい。

(2) 第２の実施の形態では、ＦＣシステム６に制御部２６、蓄電システム４に制御部６０を備え、保護条件の変更を制御部２６側で実行しているが、図１５に示すように、制御部２６、６０に連携する外部制御部６６を備えてもよい。この外部制御部６６は、パーソナルコンピュータなどで構成したとえば、図４に示すハードウェアで構成すればよい。この外部制御部６６では、図３に示す機能や、図１１に示す機能を備えればよい。そして、ＦＣシステム６側の保護条件の変更およびその制御を外部制御部６６で行えばよい。斯かる構成によっても、上記実施の形態と同様の効果が得られる。

(3) 他の実施の形態としてたとえば、図１６に示すように、系統電源１０と蓄電システム４の入力端との間に開閉器６８を備えてもよい。この開閉器６８を開き、給電システム２から系統電源１０を人為的に切り離すことが可能なシステムを構成できる。たとえば、電力負荷１２が小さい場合には、系統電源１０から配電系統８を切り離し、給電システム２の電力を以て電力負荷１２に給電することができる。この場合、電圧センサ１４は給電システム２の自立運転検知手段の一例である。つまり、電圧センサ１４には系統電源１０から給電システム２が切り離された状態である自立運転検知として系統電源１０からの電圧入力が解除されたことを検知する。この検知出力に基づき、給電システム２の自立運転時には、既述した系統電源１０の停電時と同様の制御が行われる。その制御内容の詳細は既述のとおりであるので、その説明は割愛する。

このような構成としても、ＦＣシステム６などの定置用発電機器と蓄電システム４とを組み合わせて停電に対応可能な給電システムを構成できる。そして、電力負荷１２が急変した際に電圧波形が乱れても定置用発電機器が単独運転検知することなく運転を継続でき、発電出力を有効に利用できる。

(4) 上記実施の形態では、第１の保護条件を緩和した第２の保護条件を例示したが、第２の保護条件は、第１の保護条件を無効化する条件であってもよい。

(5) 上記実施の形態では、分散電源として定置用発電機器であるＦＣシステム６を例示したが、太陽光発電システムなどの太陽光や、エンジン発電システムであってもよい。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、又は発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明は、給電システム、給電制御プログラムおよび給電制御方法であって、系統電源の停電時、ＦＣシステムなど、定置用発電機器の単独運転検知による発電停止を回避して、継続した発電を実現し、発電電力の継続的利用および有効利用を図ることができる。

２ 給電システム
４ 蓄電システム
６ ＦＣシステム
８ 配電系統
１０ 系統電源
１２ 電力負荷
１４ 電圧センサ
１６ 開閉器
１８ インバータ
２０ 蓄電池
２２ 発電スタック
２４ インバータ
２６ 制御部
３０ 状態判断機能
３２ 保護条件設定機能
３４ 保護条件切替え機能
３６ 運転制御機能
４０ プロセッサ
４２ ＲＯＭ
４４ ＮＶＭ
４６ ＲＡＭ
４８ 入出力部
５０ バス
５２ 系統連系保護機能（検知条件）データテーブル
５２−１ 保護リレー種別
５２−２１ 標準整定値
５２−２２ 条件緩和整定値
５２−３ 整定値の関係性定義
５３ 矢印
５２−１１ 過電圧（ＯＶＲ）
５２−１２ 不足電圧（ＵＶＲ）
５２−１３ 周波数上昇（ＯＦＲ）
５２−１４ 周波数低下（ＵＦＲ）
５２−１５ 逆電力（ＲＰＲ）
５２−１６ 逆充電検出機能
５２−１６１ 不足電力（ＵＰＲ）
５２−１６２ 不足電圧（ＵＶＲ）
５２−１７ 単独運転検出機能
５２−１７１ 受動的方式
５２−１７２ 能動的方式
５２−２１１ 検出基準
５２−２１２ 検出時限
５４ 単独運転検知（受動的方式）条件データテーブル
５４−１ 受動的方式
５４−１１ 電圧位相跳躍検出
５２−１２ ３次高調波電圧歪急増検出
５４−１３ 周波数変化率検出
５６ 単独運転検知（能動的方式）条件データテーブル
５６−１ 能動的方式
５６−１１ 周波数シフト方式
５６−１２ スリップモード周波数シフト方式
５６−１３ 有効電力変動方式
５６−１４ 無効電力変動方式
５６−１５ 負荷変動方式
５８ 電流センサ
６０ 制御部
６２ 状態監視機能
６４ 出力状態監視機能
６６ 外部制御部
６８ 開閉器

Claims (6)

1. 系統電源により蓄電した電力を前記系統電源の停電時に電力負荷に給電し、または前記系統電源の非停電での自立運転時に前記電力負荷に給電する蓄電手段と、
   前記停電時または前記自立運転時に、前記蓄電手段の給電により発電する発電手段と、
   前記停電または前記自立運転を検知する検知手段と、
   前記系統電源の連系時、前記発電手段に適用される第１の保護条件とともに、該第１の保護条件と異なり、前記第１の保護条件より緩和され、または前記第１の保護条件を無効化する第２の保護条件を備え、前記検知手段の検知を受け、前記第１の保護条件から前記第２の保護条件に切り替え、前記第２の保護条件を適用して前記発電手段を運転させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする給電システム。
2. 前記第１の保護条件および前記第２の保護条件は、前記発電手段の単独運転の検知条件である請求項１に記載の給電システム。
3. 前記第１の保護条件および前記第２の保護条件を格納する記憶手段を備え、前記制御手段は、系統連系時に前記第１の保護条件を適用し、前記検知手段の検知を受けた際に、前記記憶手段から前記第２の保護条件を読み出し、前記第１の保護条件から前記第２の保護条件に変更することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給電システム。
4. 前記系統電源と、前記蓄電手段との間に開閉手段を備え、該開閉手段により前記蓄電手段から前記系統電源が遮断した場合、前記制御手段が、前記検知手段の検知または前記開閉手段の遮断またはこれら双方の通知により、前記第１の保護条件から前記第２の保護条件に切り替え、前記第２の保護条件を適用して前記発電手段を運転させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかの請求項に記載の給電システム。
5. 系統電源の停電時に電力負荷に給電し、または前記系統電源の非停電での自立運転時に電力負荷に給電する蓄電手段と、前記停電時または前記自立運転時に、該蓄電手段の給電により発電し、発電電力を前記電力負荷に給電する発電手段を含む給電システムに搭載されたコンピュータに実行させるための給電制御プログラムであって、
   前記系統電源の連系時、前記発電手段に適用される第１の保護条件とともに、該第１の保護条件と異なり、前記第１の保護条件より緩和され、または前記第１の保護条件を無効化する第２の保護条件を記憶手段に格納し、
   前記停電検知または前記自立運転の検知により、前記第１の保護条件から前記第２の保護条件に切り替え、前記第２の保護条件を適用して前記発電手段を運転させる
   処理を前記コンピュータに実行させるための給電制御プログラム。
6. 系統電源の停電時に電力負荷に給電し、または前記系統電源の非停電での自立運転時に電力負荷に給電する蓄電手段と、前記停電時または前記自立運転時に、該蓄電手段の給電により発電し、発電電力を前記電力負荷に給電する発電手段を備えた給電制御方法であって、
   前記停電または前記自立運転を検知し、
   前記系統電源の連系時、前記発電手段に適用される第１の保護条件とともに、該第１の保護条件と異なり、前記第１の保護条件より緩和され、または前記第１の保護条件を無効化する第２の保護条件を設定し、
   前記停電検知または前記自立運転の検知により、前記第１の保護条件から前記第２の保護条件に切り替え、前記第２の保護条件を適用して前記発電手段を運転させる
   ことを特徴とする給電制御方法。

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