JP7017418B2 - インバータ連系発電システムとその保護制御装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のインバータ連系発電装置を電力系統と連系して、発電電力を送電するインバータ連系発電システムとその保護制御装置及び方法に関する。

環境問題やエネルギーセキュリティの観点から、風力発電や太陽光発電といった再生可能エネルギー電源の導入が進められている。

再生可能エネルギー電源の多くは、火力発電や水力発電のような同期発電機を直接電力系統に接続する同期機連系方式の電源ではなく、風車や太陽光パネルを、インバータを介して電力系統に接続するインバータ連系方式の電源である。

特に、近年、再生可能エネルギー電源の大容量化のため、ウインドファームやメガソーラーのように、再生可能エネルギー電源を複数組み合わせて、一つの発電システムを構成するファームシステムの導入が増えている。

以下、ウインドファームを例に説明する。

一般に、大規模なウインドファームの場合、個々の風力発電装置をアレーケーブルで接続して１つの風力発電フィーダを構成し、複数の風力発電フィーダを集電母線に接続して構成される。

ウインドファームは集電母線を電力系統の連系母線と接続して、商用電力系統と連系し、電力の送電を行う。

ウインドファームは商用電力系統に連系される電源であるため、電力品質の維持や電力系統の安定化を図る目的から、連系母線の電圧低下時において運転を継続するためのＦＲＴ（Ｆａｕｌｔ Ｒｉｄｅ Ｔｈｒｏｕｇｈ）機能が求められる。

ところで、ウインドファームの連系母線の電圧低下は、商用交流系統内で系統事故が発生した場合のほかに、ウインドファーム内のアレーケーブルで地絡事故が発生した場合にも起こる。

ウインドファーム内の風力発電装置はアレーケーブルを介して電気的に接続されているため、アレーケーブルで発生した地絡事故は、ウインドファーム内の全ての風力発電の運用に影響を与え、最悪の場合、１箇所のアレーケーブルの地絡事故により、全ての風力発電装置の運転停止を引き起こす可能性がある。

さらに、発電電力の供給継続の観点から、ウインドファーム内のアレーケーブルで事故が発生した場合には、当該箇所を速やかにウインドファームおよび電力系統から速やかに解列し、健全フィーダ接続の風力発電装置の発電電力を供給できるのが望ましい。

ウインドファーム内部で発生した事故の保護に関して、例えば特許文献１では、交流電圧低下が起きた場合に、ウインドファーム内外の事故のいずれかを判定し、事故箇所に応じて風力発電装置の無効電流を適切に制御することで、事故の発生箇所に応じて適正な事故対応が可能であることが示されている。

特開２０１５－１３９３４３号公報

しかし、特許文献１には、ウインドファーム内外のどちらで事故が発生したか、その判定方法は明記されていない。

また、特許文献１では、事故箇所の判定後、ウインドファームを統合制御するウインドファームコントローラを介して、風力発電装置およびフィーダに備えられた遮断器に運転指令を与えるが、ウインドファームコントローラの通信遅延が発生するため、通信遅延が長い場合、機器保護の観点から、風力発電が運転継続できずに、運転停止する可能性がある。

以上のことから本発明においては、高速、かつ適切に事故対応可能なインバータ連系発電システムとその保護制御装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明では、「再生可能エネルギーにより発生する電力を電力変換器により商用電力に変換する複数のインバータ連系電源装置が、電力線により遮断器、母線を介して電力系統に接続されたインバータ連系発電システムであって、電力線における電圧低下時に、電力変換器の出力電流を略０にし、その後に母線のインバータ連系電源装置側電流と母線の電力系統側電流から事故点を含む電力線を判定し、事故点を含む電力線に接続された遮断器を開放することを特徴とするインバータ連系発電システム」としたものである。

また本発明では、「再生可能エネルギーにより発生する電力を電力変換器により商用電力に変換する複数のインバータ連系電源装置が、電力線により遮断器、母線を介して電力系統に接続されたインバータ連系発電システムの保護制御装置であって、保護制御装置は、電力線における電圧低下時に、電力変換器の出力電流を略０にする第１の手段、出力電流が略０とされた後に母線のインバータ連系電源装置側電流と母線の電力系統側電流から事故点を含む電力線を判定する第２の手段、第２の手段により事故点を含むとされた電力線に接続された遮断器を開放する第３の手段を含むことを特徴とするインバータ連系発電システムの保護制御装置」としたものである。

また本発明では、「再生可能エネルギーにより発生する電力を電力変換器により商用電力に変換する複数のインバータ連系電源装置が、電力線により遮断器、母線を介して電力系統に接続されたインバータ連系発電システムの保護制御方法であって、保護制御装置は、電力線における電圧低下時に、電力変換器の出力電流を略０にし、その後に母線のインバータ連系電源装置側電流と母線の電力系統側電流から事故点を含む電力線を判定し、事故点を含む電力線に接続された遮断器を開放することを特徴とするインバータ連系発電システムの保護制御方法」としたものである。

本発明によれば、高速、かつ適切に事故対応可能なインバータ連系発電システムとその保護制御装置及び方法を提供することができる。

より具体的に述べると、本発明の実施例によれば、系統事故発生時に、ウインドファームコントローラからの通信指令を用いず、インバータ連系発電システム系統事故箇所を判定し、かつ、インバータ連系発電システム内の事故の場合には、事故が起きているフィーダを同定し、当該フィーダを解列することで、残る健全部での再送電を可能とすることができる。

本発明の実施例に係るインバータ連系発電システムとして、風力発電システムの概略構成例を示す図。 本発明の実施例１に係る電力系保護制御装置ＲＹのうち、内部保護継電装置ＲＹ２のフローチャートを示す図。 地絡事故発生前の電流フローを示す図。 内部地絡事故発生直後の電流フローを示す図。 電力変換器電流０制御実施後の電流フローを示す図。 外部地絡事故発生直後の電流フローを示す図。 電力変換器電流０制御実施後の電流フローを示す図。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、以下の実施例は本発明の一形態を示すものであり、本発明はその要旨を逸脱しない限り、他の形態を含むものである。

以下、本発明の実施例１について、図１から図５を用いて説明する。

まず図１について説明する。図１は、本発明の実施例に係るインバータ連系発電システムとして、風力発電システムの概略構成例を示す図である。

図１の風力発電システムは、ウインドファーム１０３を形成しており、ウインドファーム１０３は送電線１０２を介して電力系統１０１に接続されている。

ウインドファーム１０３は、集電変電所１０４、風力発電装置群１０６ａ、１０６ｂ、フィーダ１０５ａ、１０５ｂから構成されている。またウインドファーム１０３は、その制御、保護、監視の観点から、ウインドファームコントローラＷＦＣ、および電力系保護制御装置ＲＹを備えている。

集電変電所１０４は、集電母線Ｂｕｓ、電力系統間遮断器ＣＢ０、風力発電装置群間遮断器ＣＢａ、ＣＢｂから構成されている。

風力発電装置群１０６ａ、１０６ｂは、風力発電装置１１０とアレーケーブル１１３から構成されている。

また夫々の風力発電装置１１０は、一般にフルコンバータ連系方式と呼ばれる風車発電装置であり、風車１１１と風力発電機（図示せず）と電力変換器１１２と風車コントローラＷＴＣを含んで構成されている。

以上が、ウインドファーム１０３を形成する主要な機器であるが、次にこれらの機器を運用管理するウインドファームコントローラＷＦＣ、風車コントローラＷＴＣおよび電力系保護制御装置ＲＹについてさらに詳細に説明する。

まずウインドファームコントローラＷＦＣと風車コントローラＷＴＣについて説明する。このうちウインドファームコントローラＷＦＣは、電力系統全体を監視制御する上位制御部である例えば中央給電指令所ＣＣに接続されて、ウインドファーム１０３が供給する電力の指令を得て、これを各風力発電装置１１０の風車コントローラＷＴＣに与えて、所定の目的を達成すべく制御する。あるいは、制御結果、運転状況などを中央給電指令所ＣＣに報告する。このためウインドファームコントローラＷＦＣと風車コントローラＷＴＣの間には有線又は無線の通信系統が形成されている。

ウインドファームコントローラＷＦＣ及び風車コントローラＷＴＣは、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、外部記憶装置及び入出力装置からなるコンピュータによって構成され、外部記憶装置に記憶されたプログラムを実行することで、以下に示す所定の機能を実現可能に構成されている。なお、本実施例では、ウインドファームコントローラＷＦＣと、風車コントローラＷＴＣとを別に記載しているが、これらは物理的に別体で構成されてもよいし、各々の機能を含む一体化されたコンピュータによって構成されてもよい。

風車コントローラＷＴＣは、主として、図示せぬ風力発電機への機械的入力および風力発電機から出力する無効電流を制御するように構成されている。この構成に加えて、風車コントローラＷＴＣは、ブレードのピッチ角を制御するピッチ角制御や風力発電装置１１０の運転開始・停止等の制御等を行うように構成されてもよい。

ウインドファームコントローラＷＦＣは、各風力発電装置１１０や集電変電所１０４や電力系統１０２における事故情報を収集したりする。ウインドファームコントローラＷＦＣは、ウインドファーム１０３から離れた遠隔地に設置されていてもよく、例えばウインドファームコントローラＷＦＣとして、遠隔監視制御装置（ＳＣＡＤＡ ；Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｎｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）
を用いることができる。

特許文献１においては、電力系保護制御装置ＲＹの機能がウインドファームコントローラＷＦＣの内部に包含されて構成されているが、本発明においては別機能、別構成とされている。このように構成する主な理由は、ウインドファームコントローラＷＦＣと風車コントローラＷＴＣの間に形成される有線又は無線の通信系統は、比較的に低速な通信系統であり、電力系保護制御装置ＲＹの機能を達成するには高速性が要求されることにある。

電力系保護制御装置ＲＹは、ウインドファーム１０３が送電線１０２を介して隣接する電気所（図示せず）との間で通信を行い、送電線１０２に発生した送電線事故時に送電線１０２を保護する送電線保護継電装置ＲＹ１の機能と、ウインドファーム１０３の内部で発生した事故時にウインドファーム１０３内の機器を保護する内部保護継電装置ＲＹ２の機能とを有する。

この機能の実現のために電力系保護制御装置ＲＹは、電圧変成器ＰＴにより集電母線Ｂｕｓの母線電圧Ｖ０［ａ．ｕ．］を入力し、送電線１０２に設置した計器用変流器ＣＴ０により送電線１０２に流れる電流Ｉ０［ａ．ｕ．］を入力し、フィーダ１０５ａに設置した計器用変流器ＣＴａによりフィーダ１０５ａに流れる電流Ｉ１［ａ．ｕ．］を入力し、フィーダ１０５ｂに設置した計器用変流器ＣＴｂによりフィーダ１０５ｂに流れる電流Ｉ２［ａ．ｕ．］を入力する。なお単位［ａ．ｕ．］は任意単位（ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｕｎｉｔ）である。

なお送電線保護継電装置ＲＹ１では、母線電圧Ｖ０［ａ．ｕ．］、電流Ｉ０、図示せぬ相手端検出電流（通信を介して相手端から入手）を主たる判断要素としてＦＯ点における送電線事故を検出する。内部保護継電装置ＲＹ２では、母線電圧Ｖ０［ａ．ｕ．］、電流Ｉ０［ａ．ｕ．］、電流Ｉ１［ａ．ｕ．］、電流Ｉ２［ａ．ｕ．］を主たる判断要素としてＦ１、あるいはＦ２点における内部事故を検出する。なお、フィーダ１０５ａの一地点をＦ１とし、フィーダ１０５ｂの一地点をＦ２とし、送電線１０２の一地点をＦ０としている。

図１の構成によれば、インバータ連系発電システムの代表事例である風力発電システムは、再生可能エネルギーにより発生する電力を電力変換器１１２により商用電力に変換し、遮断器、母線を介して電力線（アレーケーブル１１３、フィーダ１０５ａ、１０５ｂ、送電線１０２）により電力系統１０１に接続したシステムである。

次に図２を用いて図１の各所において事故発生したときの電力系保護制御装置ＲＹの動作について説明する。図２は、本発明の実施例に係る電力系保護制御装置ＲＹのうち、内部保護継電装置ＲＹ２のフローチャート例を示す。

図２のフローチャートは、定常状態処理ステップＳ２０１、事故発生処理ステップＳ２０２、電力変換器電流制御処理ステップＳ２０３、風力発電装置Ａ側事故判定処理ステップＳ２０４ａ、風力発電装置Ａ側事故検出処理ステップＳ２０５ａ、Ａ側遮断器開放処理ステップＳ２０６ａ、事故除去完了処理ステップＳ２０７ａ、風力発電装置Ｂ側事故判定処理ステップＳ２０４ｂ、風力発電装置Ｂ側事故検出処理ステップＳ２０５ｂ、Ｂ側遮断器開放処理ステップＳ２０６ｂ、事故除去完了処理ステップＳ２０７ｂ、電力系統側事故検出処理ステップＳ２０８、完了処理ステップＳ２０９から構成されている。

次に、本発明の実施例１に係るインバータ連系発電システムの保護制御装置及び方法について、図１のＦ２地点で地絡内部事故が発生した場合を例に、図２から図５を用いて説明する。なお図２内の記号において、Ｙは「はい」を、Ｎは「いいえ」を示す。

まず、Ｆ２地点での事故発生前の定常状態処理ステップＳ２０１において、電力系統間遮断器ＣＢ０、風力発電装置群間遮断器ＣＢａ、風力発電装置群間遮断器ＣＢｂは全て投入状態であるとする。

図３は、地絡事故発生前の電流フローを示した図であり、電流フローは点線で図示している。地絡事故発生前は、ウインドファーム１０３は電力系統１０１に向かって発電しているため、点線で示した電流フローは図３のように、風力発電装置群１０６ａと風力発電装置群１０６ｂから、電力系統１０１に向かって流れる構図となる。

この時、キルヒホッフの法則により、電流Ｉ０と、電流Ｉ１とＩ２の和は大略等しく、電圧Ｖ０は、定常状態の基準電圧と大略等しく、１．０［ａ．ｕ．］である。

次に、事故発生処理ステップＳ２０２において、図１のＦ２地点で地絡事故が発生したとする。

図４は、Ｆ２地点での内部地絡事故発生直後の電流フローを示した図であり、電流フローは点線で図示している。図４に示すように、地絡事故発生により、Ｆ２地点の交流電圧が低下するため、電力系統１０１、風力発電装置群１０６ａ、１０６ｂから、Ｆ２地点に向かって、事故電流が流入する。

またウインドファーム１０３内の各機器は、Ｆ２地点と電気的に接続されているため、地絡事故発生の発生に伴い、ウインドファーム１０３内の全ての風力発電装置１１０の電力変換器１１２のアレーケーブル１１３接続端の交流電圧は、基準電圧より低下する。

次に、電力変換器電流０制御処理ステップＳ２０３について説明する。

ここでは、ウインドファーム１０３内の全ての風力発電装置１１０に敷設されている電力変換器１１２は、各々のアレーケーブル１１３接続端の交流電圧低下を自端で検出し、各自、アレーケーブル１１３に流れる電流を０にするように制御する。

電力変換器電流０制御処理ステップＳ２０３は、自端の交流電圧の情報を基に、全電力変換器１１２が個別に行う制御である。なおこの制御は、各々のアレーケーブル１１３接続端の電圧低下から各部で判断して実行してもよいし、あるいは母線電圧低下を検知した電力系保護制御装置ＲＹからの指令により電流を０にするように制御するものであってもよい。

電力変換器電流０制御処理ステップＳ２０３を、ウインドファーム１０３内の全ての風力発電装置１１０の電力変換器１１２が行うことで、風力発電装置群１０６ａ、１０６ｂから、Ｆ２地点に向かって流れる事故電流が止まる。

図５は、本発明の電力変換器電流０制御実施後の電流フローを示した図であり、電流フローは点線で図示している。図５に示すように、電力変換器電流０制御実施後の電流フローは、電力系統１０１からＦ２地点に向かって流れる電流フローのみとなる。

この結果、電流Ｉ１は大略０．０［ａ．ｕ．］となり、電流Ｉ２は電流Ｉ０と大略等しくなり、電流Ｉ２は０．０［ａ．ｕ．］よりも大きい値となる。

次に、風力発電装置Ａ側事故判定処理ステップＳ２０４ａ、風力発電装置Ａ側事故検出処理ステップＳ２０５ａ、Ａ側遮断器開放処理ステップＳ２０６ａ、事故除去完了処理ステップＳ２０７ａについて説明する。なおここで、風力発電装置Ａ側とは、風力発電装置１０６ａ側を意味している。また風力発電装置Ｂ側とは、風力発電装置１０６ｂ側を意味している。

風力発電装置Ａ側事故判定処理ステップＳ２０４ａでは、電流Ｉ０と電流Ｉ１を比較して、電流Ｉ０と電流Ｉ１が等しく、かつ、電流Ｉ１が０．０［ａ．ｕ．］よりも大きければ風力発電装置Ａ側事故検出処理ステップＳ２０５ａに移行し、そうでなければ、風力発電装置Ｂ側事故判定処理ステップＳ２０４ｂに移行する。

なお図４、図５で想定した、事故点がＦ２である場合には、風力発電装置Ａ側事故判定処理ステップＳ２０４ａの処理で、電流Ｉ０と電流Ｉ１が等しくないと判断されるので、風力発電装置Ｂ側事故判定処理ステップＳ２０４ｂに移行する。

風力発電装置Ｂ側事故判定処理ステップＳ２０４ｂでは、電流Ｉ０と電流Ｉ２を比較して、電流Ｉ０と電流Ｉ２が等しく、かつ、電流Ｉ２が０．０［ａ．ｕ．］よりも大きければ風力発電装置Ｂ側事故検出処理ステップＳ２０５ｂに移行し、そうでなければ、電力系統側事故検出処理ステップＳ２０８に移行する。

なお風力発電装置Ａ側事故判定処理ステップＳ２０４ａにおける処理の開始、あるいは風力発電装置Ｂ側事故判定処理ステップＳ２０４ｂにおける処理の開始は、全ての風力発電装置１１０の電力変換器１１２が停止したことを前提としている。このため、実際には電力変換器１１２が停止したことの確認を行うのがよい。この確認は、電力変換器１１２が停止したことの停止信号を電力変換器１１２が発信し、内部保護継電装置ＲＹ２が受信して確認することで実現可能であり、あるいは電圧低下時には電力変換器１１２が停止することを前提とし停止までの確認時間経過をもって電力変換器１１２の停止確認とすることなどにより実現可能である。

図４、図５で想定した、事故点がＦ２である場合には、風力発電装置Ｂ側事故判定処理ステップＳ２０４ｂの処理で、電流Ｉ０と電流Ｉ２が等しいと判断されるので、風力発電装置Ｂ側事故検出処理ステップＳ２０５ｂに移行する
風力発電装置Ｂ側事故検出処理ステップＳ２０５ｂでは、事故発生地点がフィーダ１０５ｂないし風力発電装置群Ｂ１０６ｂで発生したと検出し、風力発電装置群Ｂ間遮断器ＣＢｂに開放指令を送信する。

Ｂ側遮断器開放処理ステップＳ２０６ｂでは、風力発電装置Ｂ側事故検出処理ステップＳ２０５ｂから送信される開放指令を受け取り、風力発電装置群Ｂ間遮断器ＣＢｂを開放する。

事故除去完了処理ステップＳ２０７ｂでは、風力発電装置群Ｂ間遮断器ＣＢｂの開放を検出し、事故除去完了を判定する。

かくして、図４、図５で想定した、事故点がＦ２である場合には、電流Ｉ２は大略電流Ｉ０と等しく、かつ電流Ｉ２は０．０［ａ．ｕ．］よりも大きいので、風力発電装置Ｂ側事故判定処理ステップＳ２０４ｂを経て、風力発電装置Ｂ側事故検出処理ステップＳ２０５ｂ、Ｂ側遮断器開放処理ステップＳ２０６ｂ、事故除去完了処理ステップＳ２０７ｂの順に移行し、風力発電装置群Ｂ間遮断器ｂＣＢが開放されることで、Ｆ２地点がウインドファーム１０３から切り離され、事故除去が完了する。

なお、図４、図５では事故点がＦ２である場合を想定したが、事故点がＦ１である場合には、風力発電装置Ａ側事故判定処理ステップＳ２０４ａでの判断により、電流Ｉ０と電流Ｉ１を比較して、電流Ｉ０と電流Ｉ１が等しく、かつ、電流Ｉ２が０．０［ａ．ｕ．］よりも大きい状態となる。この場合には、風力発電装置Ａ側事故検出処理ステップＳ２０５ａに移行する。

風力発電装置Ａ側事故検出処理ステップＳ２０５ａでは、事故発生地点がフィーダ１０５ａないし風力発電装置群１０６ａで発生したと検出し、風力発電装置群間遮断器ＣＢａに開放指令を送信する。

Ａ側遮断器開放処理ステップＳ２０６ａでは、風力発電装置Ａ側事故検出処理ステップＳ２０５ａから送信される開放指令を受け取り、風力発電装置群Ａ間遮断器ＣＢａを開放する。

事故除去完了処理ステップＳ２０７ａでは、風力発電装置群間遮断器ＣＢａの開放を検出し、事故除去完了を判定する。

事故除去完了処理ステップＳ２０７ａをもって、事故発生地点がフィーダ１０５ａないし風力発電装置群１０６ａの場合には、当該地点がウインドファーム１０３から電気的に切り離されるため、事故除去が完了となる。

以上が、内部事故点Ｆ１、Ｆ２に発生した事故時の対応を示す本発明の実施例１の説明である。

実施例１では、想定した事故点Ｆ１、Ｆ２に発生した内部事故時に、内部保護継電装置ＲＹのフローチャートが正しく内部事故検知することについて説明した。

これに対し、実施例２では、想定した事故点Ｆ０に発生した外部事故時に、内部保護継電装置ＲＹのフローチャートが応動しないことについて説明する。

事故点Ｆ０に発生した外部事故時の対応を示す本発明の実施例２について、図１から図３と図６と図７を用いて説明する。

本発明の実施例２では、図１内のＦ０地点で外部地絡事故が発生した場合について説明する。

実施例１と同様に、Ｆ０地点での事故発生前の定常状態処理ステップＳ２０１において、電力系統間遮断器ＣＢ０、風力発電装置群Ａ間遮断器ＣＢａ、風力発電装置群Ｂ間遮断器ＣＢｂは全て投入状態であるとする。

この時、事故発生前の電流フローは図３と同様であり、キルヒホッフの法則から、電流Ｉ０と、電流Ｉ１と電流Ｉ２の和は大略等しく、電圧Ｖ０は、定常状態の基準電圧と大略等しく、１．０［ａ．ｕ．］である。

次に、事故発生処理ステップＳ２０２において、事故が発生し電圧低下したことを検知したものとする。

図６は、Ｆ０点における外部地絡事故発生直後の電流フローを示した図であり、電流フローは点線で図示している。

図６に示すように、Ｆ０点で外部地絡事故が発生したことにより、Ｆ０地点の交流電圧が低下するため、電力系統１０１、風力発電装置群１０６ａ、１０６ｂから、Ｆ０地点に向かって、事故電流が流入する。

またウインドファーム１０３内の各機器は、Ｆ０地点と電気的に接続されているため、外部地絡事故Ｆ０の発生に伴い、ウインドファーム１０３内の全ての風力発電装置１１０の電力変換器１１２のアレーケーブル１１３接続端の交流電圧は、基準電圧より低下する。

このとき、電力変換器電流０制御処理ステップＳ２０３においては、ウインドファーム１０３内の全ての風力発電装置１１０の電力変換器１１２は、各々のアレーケーブル１１３接続端の交流電圧低下を自端で検出し、各自、アレーケーブル１１３に向かって流れる電流を０にするように制御する。

電力変換器電流０制御処理ステップＳ２０３を、ウインドファーム１０３内の全ての風力発電装置１１０の電力変換器１１２が行うことで、風力発電装置群１０６ａ、１０６ｂから、Ｆ０地点に向かって流れる事故電流が止まる。

図７は、電力変換器電流０制御実施後の電流フローを示した図であり、電流フローは点線で図示している。図７に示すように、電力変換器電流０制御実施後の電流フローは、電力系統１０１からＦ０地点に向かって流れる電流フローのみとなる。

この結果、電流Ｉ１、電流Ｉ２ともに大略０．０［ａ．ｕ．］となり、電流Ｉ０も同様に、大略０．０［ａ．ｕ．］となる。

係る事象において、図２のフローチャートでの処理は以下のように進行する。

まず、風力発電装置Ａ側事故判定処理ステップＳ２０４ａでは、電流Ｉ０と電流Ｉ１を比較して、電流Ｉ０と電流Ｉ１が等しく、かつ、電流Ｉ１が０．０［ａ．ｕ．］よりも大きければ風力発電装置Ａ側事故検出処理ステップＳ２０５ａに移行し、そうでなければ、風力発電装置Ｂ側事故判定処理ステップＳ２０４ｂに移行する。然るに、想定した外部地絡事故Ｆ０では、電流Ｉ１は大略０．０［ａ．ｕ．］であるため、風力発電装置Ｂ側事故判定処理ステップＳ２０４ｂに移行する。

この場合に、
次に、風力発電装置Ｂ側事故判定処理ステップＳ２０４ｂでは、Ｉ０とＩ２を比較して、電流Ｉ０と電流Ｉ２が等しく、かつ、電流Ｉ２が０．０［ａ．ｕ．］よりも大きければ風力発電装置Ｂ側事故検出処理ステップＳ２０５ｂに移行し、そうでなければ、電力系統側事故検出処理ステップＳ２０８に移行する。然るに、想定した外部地絡事故Ｆ０では、電流Ｉ２は大略０．０［ａ．ｕ．］であるため、電力系統側事故検出処理ステップＳ２０８に移行する。

電力系統側事故検出処理ステップＳ２０８では、風力発電装置Ａ側事故判定処理ステップＳ２０４ａが風力発電装置Ａ側事故ではないと判定し、かつ風力発電装置Ｂ側事故判定処理ステップＳ２０４ｂが風力発電装置Ｂ側事故ではないと判定したことをもって、交流電圧の低下の要因が、ウインドファーム外であると判定し、処理ステップＳ２０９の完了処理に移行する。このように、外部事故では、ウインドファーム外の事故であると判断するため、ウインドファーム内の遮断器の開放動作を実施せず、完了となる。

なお、外部事故Ｆ０の場合には、図１に示した電力系保護制御装置ＲＹのうち、外部保護継電装置ＲＹ１が働いて、電力系統間遮断器ＣＢ０を開放する。外部保護継電装置ＲＹ１としては、既存の論理による手法が採用可能であり、例えば相手端で検知した電流との間での作動保護、事故方向を検知する方向距離継電装置による保護などが適用可能である。本発明は、主として内部事故時の対応に関するものであるので、外部事故時の対応については適宜の既存原理のもので実現が可能である。

以上が本発明の実施例において、外部事故時に正しく不動作となることの説明である。

なお、本発明の実施例では、事故発生から事故除去までについて説明したが、事故除去後の運転について、ウインドファーム内での事故の場合には、解列されたフィーダ以外のウインドファームの交流電圧は大略１．０［ａ．ｕ．］まで復帰するため、解列されたフィーダ以外のウインドファームでの再送電が可能である。解列されたフィーダ以外の再送電は、事故除去により再送電が電圧が回復したことをもって開始される。また解列されたフィーダは、適宜の確認後に実施されることになる。

また、ウインドファーム外の事故の場合にも、本発明の実施例２で説明したように、交流電圧の低下の要因が、ウインドファーム外であると判定できているため、ＦＲＴ運転などに移行し、ウインドファーム外の事故が除去された後、ウインドファームからの再送電が可能である。

なお、本発明の実施例では、図１のＦ２地点とＦ０地点で地絡事故が起きた場合を例に説明したが、Ｆ１地点で地絡事故が起きた場合も、図２のフローチャートに基づいて、事故判定と事故除去を行うことで、本発明の実施例と同様の効果が得られる。

また、本発明の実施例では、風力発電フィーダに２台の風力発電装置が接続され、２本の風力発電フィーダを集電母線に接続してウインドファームを構成する場合を例に説明したが、３本以上の風力発電フィーダを集電母線に接続して構成されるウインドファームにおいても、電力変換器電流０制御処理ステップＳ２０３で、風力発電装置１１０の電力変換器１１１の出力電流を０に制御し、集電変電所１０４で、各風力発電フィーダおよびアレーケーブルでの事故判定と事故検出と事故除去完了について、風力発電装置Ａ側事故判定処理ステップＳ２０４ａ、風力発電装置Ａ側事故検出処理ステップＳ２０５ａ、Ａ側遮断器開放処理ステップＳ２０６ａ、事故除去完了処理ステップＳ２０７ａと同様の方法を実施することで、本発明の実施例と同様の効果が得られる。

以上の説明では、インバータ連系電源装置の具体例として風力発電装置の場合を示したが、本発明が適用可能なインバータ連系電源装置としては、風力発電装置の他に太陽光発電や蓄電池であってもよい。

また、本発明の実施例では、風力発電フィーダに２台の風力発電装置が接続され、２本の風力発電フィーダを集電母線に接続してウインドファームを構成する場合を例に説明したが、風力発電装置群を構成する風力発電装置が３台以上であっても、本発明は適用可能である。同様に、風力発電フィーダが３本以上であっても、本発明は適用可能である。

また、風力発電装置群の風力発電装置間の電気的な接続構成およびウインドファームと電力系統との電気的な接続構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、他の形態を含むものである。

１０１：電力系統
１０２：送電線
１０３：ウインドファーム
１０４：集電変電所
１０５ａ、１０５ｂ：フィーダ
１０６ａ、１０６ｂ：風力発電装置群
Ｂｕｓ ：集電母線
ＣＢ０：電力系統間遮断器
ＣＢａ：風力発電装置群間遮断器
ＣＢｂ：風力発電装置群間遮断器
１１０ ：風力発電装置
１１１：風車
１１２：電力変換器
１１３ ：アレーケーブル
ＷＦＣ：ウインドファームコントローラ
ＲＹ：電力系保護制御装置
ＷＴＣ：風車コントローラ
ＣＣ：中央給電指令所

Claims (6)

1. 再生可能エネルギーにより発生する電力を電力変換器により商用の交流電力に変換する複数のインバータ連系電源装置が、電力線により遮断器、母線を介して電力系統に接続されたインバータ連系発電システムであって、
   交流電圧低下時に、前記電力変換器の出力電流を略０にし、その後に前記母線のインバータ連系電源装置側電流と前記母線の電力系統側電流から事故点を含む電力線を判定し、事故点を含む電力線に接続された前記遮断器を開放することを特徴とするインバータ連系発電システム。
2. 前記インバータ連系電源装置は、再生可能エネルギーとして風力を用いる請求項１に記載のインバータ連系発電システムであって、
   複数の前記インバータ連系電源装置と通信線を介して接続され、前記インバータ連系発電システムの合計の電力指令に基づいて定めた個別の電力指令を各インバータ連系電源装置に与えて制御するウインドファームコントローラと、
   前記電力線における電圧低下時に、前記電力変換器の出力電流を略０にし、その後に前記母線のインバータ連系電源装置側電流と前記母線の電力系統側電流から事故点を含む電力線を判定し、事故点を含む電力線に接続された前記遮断器を開放する電力系保護制御装置を備えることを特徴とするインバータ連系発電システム。
3. 請求項１または請求項２に記載のインバータ連系発電システムであって、
   前記母線のインバータ連系電源装置側電流と前記母線の電力系統側電流から事故点を含む電力線を判定するに当たり、前記インバータ連系電源装置側電流と前記電力系統側電流の両者が略０以上であり、かつ両者が略等しい場合に、当該のインバータ連系電源装置側の事故と判断することを特徴とするインバータ連系発電システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のインバータ連系発電システムであって、
   前記母線のインバータ連系電源装置側電流と前記母線の電力系統側電流から事故点を含む電力線を判定するに当たり、前記インバータ連系電源装置側電流が大略０である場合に、当該のインバータ連系電源装置側の事故ではないと判断することを特徴とするインバータ連系発電システム。
5. 再生可能エネルギーにより発生する電力を電力変換器により商用の交流電力に変換する複数のインバータ連系電源装置が、電力線により遮断器、母線を介して電力系統に接続されたインバータ連系発電システムの保護制御装置であって、
   保護制御装置は、交流電圧低下時に、前記電力変換器の出力電流を略０にする第１の手段、出力電流が略０とされた後に前記母線のインバータ連系電源装置側電流と前記母線の電力系統側電流から事故点を含む電力線を判定する第２の手段、該第２の手段により事故点を含むとされた電力線に接続された前記遮断器を開放する第３の手段を含むことを特徴とするインバータ連系発電システムの保護制御装置。
6. 再生可能エネルギーにより発生する電力を電力変換器により商用の交流電力に変換する複数のインバータ連系電源装置が、電力線により遮断器、母線を介して電力系統に接続されたインバータ連系発電システムの保護制御方法であって、
   保護制御装置は、交流電圧低下時に、前記電力変換器の出力電流を略０にし、その後に前記母線のインバータ連系電源装置側電流と前記母線の電力系統側電流から事故点を含む電力線を判定し、事故点を含む電力線に接続された前記遮断器を開放することを特徴とするインバータ連系発電システムの保護制御方法。

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