JP6167341B2

JP6167341B2 - 系統連系システム

Info

Publication number: JP6167341B2
Application number: JP2012241581A
Authority: JP
Inventors: 郁夫北原
Original assignee: Nitto Kogyo Corp
Current assignee: Nitto Kogyo Corp
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2032-11-01
Also published as: JP2014093808A

Description

本発明は、商用電源と分散電源との系統連系を行う系統連系システムに関するものである。

近年、商用の配電系統（以下、系統という）に自家発電設備（太陽光発電設備等）を接続させた所謂「系統連系」の状態で、電気系統の運用を行う技術（例えば、特許文献１等）に注目が集まっている。

自家発電側の余剰電力を、系統に流すことを「逆潮流」といい、現在「系統連系」を行う発電システムは、「逆潮流あり（必要な電力を自らの発電システムで賄い、不足する分は系統から補充し、自家発電側の余剰電力は売電するタイプ）」と「逆潮流なし（必要な電力を自らの発電システムで賄い、不足する分だけを系統から補充し、自家発電側の余剰電力の売電は行わないタイプ）」の二つのタイプに分けられている。

系統連系は、資源エネルギー庁の通達が定める「電力品質確保に係わる系統連系技術要件ガイドライン」によって厳しい規定や制約が設けられ、特に、「逆潮流あり」タイプに関して、例えば、発電所の事故や災害などで停電した際には、系統側へ逆潮流してはいけないこと、などが定められている。

しかし、従来のように切替が必要な場合、パワーコンディショナからの出力線が２つ必要となり、それぞれ配線する必要もあり、配線作業が複雑になる問題があった。また、手動で開閉操作を行う際には、人為的な判断ミスや、操作ミスの恐れがあり、作業者の負荷が大きいという問題があった。

特開２００３−０３７９４０号公報

本発明の目的は前記の問題を解決し、系統連系システムにおいて、配線作業を簡略化することが可能で、人為的な判断ミスや操作ミスを回避することができる技術を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明の系統連系システムは、商用電源と分散電源との系統連系を行う系統連系システムにおいて、１次側に商用電源が接続され、２次側に分散電源と複数の分岐ブレーカが接続された系統電路開閉器と、該系統電路開閉器に隣接して形成され、該系統電路開閉器の開閉操作を自動で行う操作装置を備え、該操作装置の内部には、商用電源の停電を検出する停電検出手段と、商用電源の停電検出時に系統電路の切離しを行う電路切離部と、停電時に前記の電路切離し状態を維持するインターロック部と、商用電源の復電検出時に系統電路開閉器を閉路する投入部とを有し、また該系統電路開閉器は、系統電路の開閉を行うハンドルを備え、該操作装置は、該ハンドルを操作する操作機構部を備え該操作装置と系統電路開閉器とを隣接配置して、前記操作機構部とハンドルにより電路開閉を機械的に行うことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の系統連系システムにおいて、該操作装置は、該停電検出手段および復電検出手段として、系統電路開閉器の一次側電圧を検出する電圧検出部と、該電圧検出部の検出信号に基づいてインターロック部に制御信号を送信する制御信号送信回路を有することを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の系統連系システムにおいて、該操作装置は、商用電源の停電時に該操作装置の電力源として二次電池に切り替え使用されることを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の系統連系システムにおいて、電路切離部は、商用電源の停電検出信号の他に、切離し命令を受けて系統電路の切離しを行う電路切離命令受信手段を備えることを特徴とするものである。

本発明に係る系統連系システムは、１次側に商用電源が接続され、２次側に分散電源と複数の分岐ブレーカが接続された系統電路開閉器と、該系統電路開閉器の開閉操作を行う操作装置を備え、該操作装置は、商用電源の停電を検出する停電検出手段と、商用電源の停電検出時に系統電路の切離しを自動で行う電路切離部と、停電時に前記の電路切離し状態を維持するインターロック部を有する構成とすることにより、停電時には確実に電路切離し状態が維持することができる。すなわち、本発明によれば、人為的なミスで、停電時に誤って逆潮流してしまう事故を確実に回避することができる。また、切替開閉器を必要としないため、分散電源の配線作業も少なくすることが可能である。

また、該操作装置は、商用電源の復電を検出する復電検出手段を備え、商用電源の復電検出時に系統電路を閉路する投入部を有する構成とすることにより、商用電源の復電を自動に行うことができる。

請求項２記載の発明のように、該操作装置は、該停電検出手段および復電検出手段として、系統電路開閉器の一次側電圧を検出する電圧検出部と、該電圧検出部の検出信号に基づいてインターロック部に制御信号を送信する制御信号送信回路を有する構成とすることにより、人為的な判断ミスを確実に回避することができる。

請求項３記載の発明のように、該操作装置は、商用電源の停電時に該操作装置の電力源として切り替え使用される二次電池を用いることにより、系統電源の停電時でも操作装置により電路開閉器の操作を可能にしたものである。

請求項４記載の発明のように、電路切離部は、商用電源の停電検出信号の他に、切離し命令を受けて系統電路の切離しを行う電路切離命令受信手段を備える構成とすることにより、停電時以外の任意のタイミングで、分散電源のみを用いた自立運転を行うことが可能となる。

実施形態１を示す図である。操作装置の内部構成を説明する図である。停電時のシステム運用を説明するフロー図である。実施形態２を示す図である。実施形態３を示す図である。実施形態３を示す図である。実施形態３を示す図である。実施形態４を示す図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す
本発明は、図１に示すように、分電盤１内に商用電源を引き込む系統２と、分散電源３との系統連系を行う系統連系システムであって、系統２に繋がる電路を開閉する系統電路開閉器４と、該系統電路開閉器４の開閉操作を行う操作装置５を備える。

該操作装置５内には、図２に示すように、商用電源の停電を検出する停電検出手段６と、商用電源の停電検出時に系統電路の切離しを行う電路切離部７と、前記の電路切離し状態を維持するインターロック部８を有するものである。また、電路切離部７、インターロック部８からの操作信号を受信し系統電路開閉器４の開閉操作を行う操作機構部１６を有するものである。なお、下記の実施形態１〜５では、分電盤１内の主幹ブレーカ９を系統電路開閉器４として用いているが、実施形態６に示すように、系統電路開閉器４を主幹ブレーカ９の一次側に独立して設けたものでもよい。

（実施形態１）
図１に示すように、分電盤１内には、系統２に繋がる電路を開閉する主幹ブレーカ９と、主幹ブレーカ９を介して引き込まれた電路１０から複数に分岐した分岐電路１１と、分岐電路１１を開閉する分岐ブレーカ１２を備えている。

主幹ブレーカ９は、ブレーカの開閉操作に使用されるハンドル１５を上部に備えている。また、このハンドル１５を操作して、主幹ブレーカ９の開閉操作を機械的に行う操作装置５が、主幹ブレーカ９に隣接して配置されている。

分岐電路１１の一つには、分散電源用ブレーカ１３を介して分散電源３が接続され、停電時には分散電源による自立運転が可能な電源供給システムを構成している。

分散電源としては太陽電池、燃料電池などを用いることができる。本実施形態では、複数の太陽光パネル、太陽光パネルによって発電した直流電源を収集する接続箱、直流電源を交流電源に変換するパワーコンディショナから構成される太陽電池を使用している。

操作装置５は、商用電源の停電検出手段６兼復電検出手段として用いられる電圧検出部１７と、電路切離部７と、インターロック部８の他、図２に示すように、前記のハンドル１５操作を行う操作機構部１６と、商用電源の復電検出時に系統電路開閉器４を閉路する投入部２０を備えている。上記の他、電圧検出部１７で検出した検出信号に基づいて電路切離部７およびインターロック部８および投入部２０および分散電源３に制御信号を送信する制御部１９を備えている。

電圧検出部１７では、主幹ブレーカ９の一次側電圧を検出して、系統電路の停電および復電を判断している。具体的には、電圧が検出されない場合に停電と判断し、停電後に電圧が再度検出された場合に復電と判断するものである。

本発明では、図３のフローに示すように、電圧検出部１７が停電を判断すると（ＳＴ１）、まず、制御部１９は、分散電源３に開路制御信号を送信し、系統２と分散電源３との系統連系を解除する（ＳＴ２）。なお、主幹ブレーカ９が遮断された場合に、連動して分散電源３の系統連携の解除を行うものであっても良い。ここで、系統連系の解除は、パワーコンディショナの開閉部にパワーコンディショナ開路制御信号を送信して行うものである。

続いて、制御部１９は電路切離部７に向けて、開路制御信号を送信する。この開路制御信号を受けた電路切離部７は、操作機構部１６に向けて、開路操作信号を送信する。操作機構部１６は、この開路操作信号を受けてハンドル１５の操作を行って、系統２に繋がる電路を開路する（ＳＴ３）。なお、分散電源３の開路（ＳＴ２）と系統電路開閉器４の開路（ＳＴ３）は同時に行うものであっても良いものである。

制御部１９は、系統２に繋がる電路が開路されていることを確認後、インターロック部８に向けて、ロック操作信号を送信し、ハンドル１５を操作不能にロックする（ＳＴ４）。この状態において、ハンドル１５の操作が不能となるため、停電時に人為的なミスで閉路方向にハンドル操作を行って、逆潮流してしまう事故を確実に回避することができる。

制御部１９は、ハンドルのロック確認後、分散電源３にパワーコンディショナ閉路制御信号を送信し、分岐電路１１に接続される各負荷に対して、分散電源の自立運転による給電を行う（ＳＴ５）。ここで、分散電源３にパワーコンディショナ閉路制御信号を送信する前に、分散電源３が開路位置にあることを確認するプロセスを追加してもよい。なお、その他に例えば、短絡事故などによって主幹ブレーカ９の接点が溶着している場合には、ハンドル１５操作によっても電路の切り離しが行われておらず、この状態において、分散電源を接続してしまうと、逆潮流の要因となるところ、分散電源３にパワーコンディショナ閉路制御信号を送信前に、操作装置５に形成した溶着検出部１８による溶着判定結果を合わせて開路確認を行い、溶着検出時には、分散電源３にパワーコンディショナ開路制御信号を送信し続ける制御を併用することが好ましく、溶着を検出された場合には、溶着状態を知らせるＬＥＤなど形成しておくことが望ましい。

分散電源３による自立運転中に、電圧検出部１７が復電を判断すると（ＳＴ６）、制御部１９は、分散電源３にパワーコンディショナ開路制御信号を送信し、分散電源３と分岐電路１１との接続を解除して、分散電源による自立運転を停止する（ＳＴ７）。停止の際に事前にＬＥＤ信号・発音装置などの通知手段を設けておくことが望ましい。

続いて、制御部１９は、インターロック部８に向けて、ロック解除信号を送信する（ＳＴ８）とともに、投入部２０に向けて、閉路制御信号を送信する。投入部２０は、この閉路操作信号を受けて操作機構部１６によりハンドル１５の操作を行って、系統２に繋がる電路を閉路する（ＳＴ９）。投入部２０を用いることなく、ロック解除信号を送信後、人為的にハンドル１５の操作を行うようにするものであってもよい。

最後に、制御部１９は、分散電源３にパワーコンディショナ閉路制御信号を送信し、系統２と分散電源３の系統連系を復活させる（ＳＴ１０）。なお、主幹ブレーカ９が閉路された場合に、自動的に分散電源３を閉路するものであっても良い。

ここで、本実施形態において、系統２側で停電が起こった場合には分散電源３を開路させ（ＳＴ２）、系統電路開閉器４を開路し（ＳＴ３）、そして、分散電源３を閉路する（ＳＴ５）制御を行っている。このように分散電源３を開閉する理由として、系統２に連系する分散電源３は、系統２の交流電力の周波数や位相を基準として交流電力を発生するように構成（連系運転）されているので、系統２からの交流電力が途絶すると、急な変動に対応することができず、周波数や位相が適切な交流電力を発生することができない。そのため、分散電源３を継続して利用する場合には、系統電路開閉器４の開閉により周波数の変化が大きくなり、負荷に接続されている分岐ブレーカ１２が自動的に遮断されたり、負荷の故障の原因にもなってしまうものである。このため、分散電源３を連系運転から自立運転に切り替えるために、分散電源３を開路する必要があるものである。なお、復電時の分散電源３の開路（ＳＴ７）の制御に関しても同様の理由で、運転の切り替えによる影響を防ぐものである。

なお、操作装置５は、内部に二次電池２１を内蔵して、停電時の作動用電力を確保している。なお、二次電池２１は操作装置５内の他、分電盤１内部などに設置するものであって良い。また、停電時における二次電池２１の使用電力を抑制するためには、上記フローにおける復電検出を、常時ではなく一定期間ごとに行うようにすることが好ましい。停電時での操作装置５の動作方法として、二次電池２１の他、分散電源３により充電された蓄電池などから利用するものであっても良い。

（実施形態２）
実施形態１では、操作装置５が、主幹ブレーカ９に隣接配置されていたが、図４に示すように、主幹ブレーカ９内に操作装置５を内蔵することもできる。

本実施形態では、主幹ブレーカ９として、例えば、遠隔操作で接点を開閉制御可能なリモコンブレーカを採用し、主幹ブレーカ９を電気的に開閉操作することもできる。

この場合、リモコンブレーカの制御部などから開路命令が発せられると、自動的に接点を開路制御し、系統電源が停電となっている場合はハンドル操作を行っても閉路されないように制御し、系統電源が復電となっている場合は接点を閉路操作するようにプログラムで接点を開閉操作制御が行われるようにしても良く、実施形態１においてはハンドル１５のインターロックや開閉は機械的に操作制御するものであったが、プログラムなどにより電子的に操作制御するものであっても良い。

（実施形態３）
実施形態１、２は、停電時の分散電源による自立運転時を前提したシステムであるが、本実施形態は、系統電源からの給電が正常に成されている場合においても、操作部を人為的な操作することによって分散電源のみの発電に切替えることが可能なシステムである。

本実施形態においては、図５に示すように、電路開閉器に配置した操作装置を操作部となる発電制御部（ＨＥＭＳ）２２からの信号により操作装置５を駆動し、主幹ブレーカ９を開路すると共に分散電源３に開路信号を送信し、主幹ブレーカ９をインターロックさせるものである。

なお、発電制御部（ＨＥＭＳ：home energy management system）とは、家屋全体の電源供給・使用電力量を管理・制御する制御システムであり、例えば家の総使用電力が設定量に達したときに、遠隔操作または自動でエアコンの温度設定を変えたり、優先順位の低い機器の電源を切ったりするなど家屋全体を管理する総合システムを意味する。

なお、発電制御部（ＨＥＭＳ）２２からの信号に変えて、図６に示すように、操作ボタン２３の押圧によって操作装置５を駆動するシステムや、図７に示すように、遠隔操作部２４によって分電盤１から離れた位置から操作装置５を駆動するシステムとすることもできる。なお、発電制御部２２、操作ボタン２３、遠隔操作部２４において操作装置５を駆動し、主幹ブレーカ９を開路操作した後は、図３のフローに示す制御を行うものとすることが好ましい。

（実施形態４）
なお、上記の実施形態１〜３では、分電盤１内の主幹ブレーカ９を系統電路開閉器４として用いているが、図８に示すように、分電盤１の一次側に独立して設けることもできる。なお、分散電源３を分岐電路１１に接続しているが、系統電路開閉器４の２次側に接続すればよく、実施形態１などに示すように分岐電路１１に接続するものではなく、主幹ブレーカ９の１次側に設けるものであっても良いものである。

１分電盤
２系統
３分散電源
４系統電路開閉器
５操作装置
６停電検出手段
７電路切離部
８インターロック部
９主幹ブレーカ
１０電路
１１分岐電路
１２分岐ブレーカ
１３分散電源用ブレーカ
１５ハンドル
１６操作機構部
１７電圧検出部
１８溶着検出部
１９制御部
２０投入部
２１二次電池
２２発電制御部（ＨＥＭＳ）
２３操作ボタン
２４遠隔操作部
２５電路

Claims

商用電源と分散電源との系統連系を行う系統連系システムにおいて、
１次側に商用電源が接続され、２次側に分散電源と複数の分岐ブレーカが接続された系統電路開閉器と、
該系統電路開閉器に隣接して形成され、該系統電路開閉器の開閉操作を自動で行う操作装置を備え、
該操作装置の内部には、商用電源の停電を検出する停電検出手段と、
商用電源の停電検出時に系統電路の切離しを行う電路切離部と、
停電時に前記の電路切離し状態を維持するインターロック部と、
商用電源の復電検出時に系統電路開閉器を閉路する投入部とを有し、
また該系統電路開閉器は、系統電路の開閉を行うハンドルを備え、
該操作装置は、該ハンドルを操作する操作機構部を備え
該操作装置と系統電路開閉器とを隣接配置して、前記操作機構部とハンドルにより電路開閉を機械的に行う
ことを特徴とする系統連系システム。
該操作装置は、該停電検出手段および復電検出手段として、系統電路開閉器の一次側電圧を検出する電圧検出部と、該電圧検出部の検出信号に基づいてインターロック部に制御信号を送信する制御信号送信回路を有することを特徴とする請求項１記載の系統連系システム。
該操作装置は、商用電源の停電時に該操作装置の電力源として二次電池に切り替え使用されることを特徴とする請求項１記載の系統連系システム。
電路切離部は、商用電源の停電検出信号の他に、切離し命令を受けて系統電路の切離しを行う電路切離命令受信手段を備えることを特徴とする請求項１記載の系統連系システム。