JPH0378440A - 小型発電装置の系統連系装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は電力系統と、需要家等に分散して設けられてそ
の電力系統に連系される小型発電装置との連系・解列を
行うのに好適な小型発電装置の系統連系装置に関する。

〈従来の技術と発明が解決しようとする課題〉近年、太
陽電池、燃料電池等の直流電力をインバータ装置により
交流電力に変換するインバータ方式の小型発電装置や、
エンジンと発電機とを連結して交流電力と熱を作り出す
、いわゆるコージェネレーション方式の小型発電装置等
が、自然エネルギーの利用やエネルギーの効率化のため
に開発されてきている。これらの小型発電装置と電力系
統（発電所、送電線、変電所、配電線等から構成される
）とを連系させることにより、小型発電装置が故障した
ときや、小型発電装置による発電電力のみでは、電力不
足が生じたときに、不足分を電力系統からの電力で賄う
ことかでき、より安定して電力供給を行うことができる
。

ところで、上記小型発電装置と電力系統とを連系させた
場合には、次の問題が生じることがある。

すなわち、電力系統の工事や修理は遮断器を開成して、
電力供給を停止してから行うことがあるが、このときに
、小型発電装置か配電線に接続されていると、電力系統
を遮断しようとしても（すなわち配電線の遮断器を開成
して、それ以降の配電線を停電させること）、小型発電
装置の電圧が配電線に印加される（逆圧がかかる）。こ
の逆圧により配電線工事を行う者が感電する可能性かあ
る。

このような場合、従来は、小型発電装置側に過・不足電
圧継電器（基準電圧±１５％程度）、異常周波数継電器
（基準周波数±ＩＨｚ程度）等を配置し、電力系統を開
成した際に現れる電圧と基準電圧との差、または周波数
と基準周波数との差が許容幅を越えた場合に、電力系統
が開成されたものとし、小型発電装置を電力系統から切
り離すという方法がとられる。

しかし、上記方法では、小型発電機装置からの電力と需
要家か所有する負荷とが均衡した場合には、電圧及び周
波数の変化が小さく、上記継電器ではその変化を検出す
ることができないため、電力系統の開成を検出すること
ができないという問題がある。

そこで、本件発明者等は、電力系統の周波数の変動分、
及び小型発電装置の変動分とを比較した結果、電力系統
の周波数の変動分は、ある特有の周期で微細に変動する
が、インバータ装置を使用した小型発電装置のそれには
、電力系統に特有の変分を含まないことに着目し、小型
発電装置側において、周波数の変動分を監視し、電力系
統特有の変動分か現れなくなると、電力系統からの電力
供給が停止されたものとして、小型発電装置を電力系統
から切り離すという連系装置を提案した（特開昭６３−
２３７３２７、発明の名称「分散型電源の系統連系装置
」）。

しかし、さらに鋭意研究を進めた結果、特開昭６３−２
３７３２７の発明では、次の改善余地かあることが分か
った。すなわち、小型発電装置として太陽光発電装置の
ような静止型発電装置だけでなく、ディーゼルエンジン
を使ったコージェネレーションのような回転式発電装置
が加わると、電力系統特有の変動分と同じような変動分
を発生させることがあり、電力系統の開成の判別が困難
になることが分かった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ディー
ゼルエンジンによるコージェネレーションのような回転
式の小型発電装置を使用した場合であっても、電力系統
の開成を検出することを可能にする小型発電装置の系統
連系装置を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するための本発明の小型発電装置の系統
連系装置は、電力系統と小型発電装置とを連系・解列す
るための切替え手段と、電力系統か開成された後に現れ
る小型発電装置に固有の周波数変動分を検出し、この検
出結果に基づいて、小型発電装置の電力系統への接続の
良否の判断をする判断手段と、上記判断手段の判断結果
に応じて、上記切替え手段に切替え指令信号を出力する
切替え指令手段とを有するものである。

く作　用〉 上記構成の本発明であれば、判断手段が電力系統が開成
された後に現れる小型発電装置に固有の変動分を検出し
、この小型発電装置に固有の周波数変動分の有無により
、小型発電装置の電力系統への接続の良否を判断する。

そして、その判断手段の判断結果に基づいて切替え指令
手段か切替え指令信号を切替え手段に出力する。

切替え手段は小型発電装置が電力系統に切り離されてい
る（解列されている）場合は、小型発電装置を系統に接
続させ（連系させ）、また、電力系統に連系されている
場合には電力系統から解列させる。

〈実施例〉 以下、本発明に係る小型発電装置の系統連系装置を添付
図面を参照しながら詳細に説明する。

第１図は小型発電装置の系統連系装置のブロック図であ
る。同図においてＡは電力系統であり、電力系統Ａは、
発電所１、配電用変電所２、配電線３、配電線３に介在
される遮断器４、柱上変圧器５、引込み線６を有する。

上記発電所１の発電電力は配電用変電所２によってその
電圧が６ＫＶに降圧され、所望個数の配電線３により分
岐されて送電される。配電線３への分岐電力は、遮断器
４を介して各所に設けられた柱上変圧器５に供給され、
柱上変圧器５に供給された電力は１００　Ｖに降圧され
て引込み線６により各需要家に供給されいる。引込み線
６から家庭７に供給された電力は、系統連系装置１３の
遮断器８を介して負荷９に供給されている。

尚、以下の説明では、電力系統の開成は遮断器４を開成
すること（以下、系統遮断という）を例にして説明する
。

需要家７内には太陽電池１０とインバータ装置１１とか
らなるインバータ方式の静止型発電装置とディーゼルエ
ンジンを用いたコージェネレーション１２（回転型発電
装置）とを並列接続した小型発電装置Ｂが設けられてお
り、インバータ方式の発電装置とコージェネレーション
１２の両方、或いはどちらかを運転して交流電力を生成
し、この生成した交流電力を電力系統Ａからの交流電力
に同期させて負荷９に供給している。尚、太陽電池１０
の他にも、燃料電池等の直流電力発電手段を使用するこ
とができる。

上記系統連系装置１３は、引込み線６の途中の位置Ｃに
接続され、この位置Ｃからの電圧の周波数を測定する周
波数測定部１４と、この測定された周波数と基準周波数
（例えば６０Ｈｚ）との差Δｆを所定時間にわたって検
出する周波数差検出部１５と、Δｆの値としきい値Ｘ（
電力系統が健全時に通常予想される変動範囲、例えば０
．６Ｈ２）とを比較し、Δｆｉｘの場合には“旧ＧＨ”
の信号を出力する第１のレベル判定部１６と、上記Δｆ
から４Ｈｚ成分を抽出する４Ｈｚ成分抽出部１７と、こ
の４Ｈｚ成分抽出部１７により抽出した４Ｈｚ成分とし
きい値ｙ（健全時の電力系統の４Ｈｚ成分の値から系統
遮断後の小型発電装置の呈する値までの範囲で設定され
る）とを比較する第２のレベル判定部１８、上記Δｆか
ら６０Ｈｚ成分を抽出する６０Ｈｚ成分抽出部１９と、
この６０Ｈｚ成分抽出部１９により抽出した６０Ｈｚ成
分としきい値２（健全な電力系統の６０Ｈｚ成分の値か
ら系統遮断後の小型発電装置の呈する値までの範囲で設
定される）とを比較する第３のレベル判定部２０と、第
１のレベル判定部１６の出力、第２のレベル判定部１８
の出力、及び第３のレベル判定部２０の出力の論理和を
とるＯＲ回路２１と、遅延回路２２と、切り替え手段と
しての遮断器８とを有している。

ここで、上記Δｆについてさらに詳細に説明する。第２
図は健全な電力系統Ａの電圧のΔｆを縦軸にとり、時間
を横軸にとって実測した例である。

Δｆは６０Ｈｚの近傍で微小に周期的に変動しており、
その周期は約２．５秒、すなわち０６４Ｈ２の周期変動
が優勢である。さらに、わずかであるが、約４Ｈｚの周
期変動も見られる。電力系統のこのような微小変動は、
電力系統が時々刻々変化することに生ずる。つまり、電
力負荷が増加した場合、発電容量を増加させて周波数を
一定に保ように制御されるが、その制御がなされるまで
の間、過渡的に発電機の回転エネルギーを電気エネルギ
ーとして放出することにより回転数（周波数）が下がる
ことが起こる。また、電力負荷が減少した場合には、そ
の逆の現象か起こる。こうした現象の周期は、発電機の
機械的慣性定数等によって決まるので、変動周期は電力
系統固有のものである。

第３図は小型発電装置Ｂのうち、インバータ方式の発電
装置のみを運転した状態で、電力系統の遮断器４を開放
したことに相当する試験を行い、０点の八ｆを測定した
ものである。

小型発電装置の出力と負荷が均衡していたため、系統遮
断の前後で、Δｆの平均値の変化は、殆どないが、系統
遮断後、明らかに変動が大きくなり、その変動周期は６
０Ｈｚである。これは、インバータ装置１１に固有のも
のであり、インバータ装置１１によるＰＬＬ制御では１
サイクルの周期、及び電力は変動しないが、半サイクル
の０クロスはずれるという特性に起因している。したが
って、６０Ｈｚ成分の変動が生じることになる。

第４図は、第３図と同様に小型発電装置Ｂのうち、コー
ジェネレーション１２のみを運転した状態でΔｆ測測定
たものである。小型発電装置の出力が負６；■よりも小
さかったため、系統遮断後、周波数か下がっているが、
注目したいのは、変動の仕方である。すなわち、系統遮
断前は当然ながら、健全な電力系統固有の約０．４Ｈｚ
で変動しているか、系統遮断後は４Ｈｚ弱の周期変動（
以下、４Ｈｚ成分という）が明確に現れるようになる。

電力系統のΔｆにも４Ｈｚ成分があることは、前述した
か、コージェネレーションの４Ｈｚ成分は、電力系統の
それよりも明らかに大きい。

コージェネレーションが、電力系統を構成する火力・原
子力発電と同じ回転式発電機でありながら、このように
Δｆの変動分が異なるのは、コージェネレーションがデ
ィーゼルエンジンという往復動原動機により駆動される
ため、その回転が滑らかでないことに起因しており、４
Ｈｚ成分はコージェネレーション特有の成分である。

以上のΔｆの説明は、分かり易くするためにインバータ
装置とコージェネレーションをそれぞれ別に運転した場
合を説明してきたが、小型発電装置Ｂのインバータ装置
及びコージェネレーションの両方を運転した状態で同様
のことを行えば、０点のΔｒは第３図と第４図を重ね合
わせたものが観測される。

以上の如く健全な電力系統のΔｆ酸成分小型発電装置Ｂ
のΔｆ酸成分の現れ方は明確に相違しており、Δｆ酸成
分抽出することにより健全な電力系統に小型発電装置Ｂ
が接続されているか否か判断し、その接続の良否を判断
することが可能になる。

上記構成の小型発電装置Ｂの系統連系装置の動作は次の
通りである。この動作の説明は第２〜４図を参照する。

まず、健全な電力系統に連系されている時の動作を説明
する。周波数測定部１４において、引込み線６の途中の
位置Ｃにおける電圧の周波数が常時測定されており、周
波数差検出部１５はこの周波数の測定値と基準周波数（
例えば６０Ｈｚ）との差Δｆを検出し、このΔｆを第１
のレベル判定部１６、及び４Ｈｚ成分抽出部１７．６０
Ｈｚ成分抽出部１つに供給する。この場合、健全な電力
系統のΔｆはしきい値Ｘ（ここでは、０．６Ｈｚ）を越
えないから、第１のレベル判定部１６からは“ＬＯＷ”
の信号がＯＲ回路２１に出力される。

また、ムｆを供給された４Ｈｚ成分抽出部１７は、Δｆ
から４Ｈｚ成分を抽出する。この抽出した４Ｈｚの成分
は、健全な電力系統に連系されている場合には、変動分
は小さく第２図に示したものと同様の振幅である。この
変動分の小さい４Ｈｚ成分の値はしきい値ｙを越えない
から、第２のレベル判定部１８からは“ＬＯＶ”がＯＲ
回路２１に出力される。そして、Δｆを供給された６０
Ｈｚ成分抽出部１つは、Δｆから６０Ｈｚ成分を抽出す
る。この抽出した６０Ｈｚ成分も、第３図に示すように
系統遮断までは小さく、その値はしきい値２を越えない
から、第３図のレベル判定部２２からは、“ＬＯＷ″が
ＯＲ回路２１に出力される。

ＯＲ回路２１には上記両レベル判定部１６．１８．２２
から“Ｉ、ＯＶ″の信号が供給され、出力端子から“ｉ
、ｏｖ″の信号を遮断器８に出力する。したがって、遮
断器８は動作せず、連系状態が維持される。

次に、系統が遮断されたとき、すなわち遮断器４が開成
されて電力系統Ａからの電力供給か停止されたときには
、インバータ方式の発電装置、及び／又はコージェネレ
ーション１２の逆圧が引き込み線６に印加される。この
逆圧の周波数を周波数測定部１４により測定する。そし
て、周波数差検出部１５は、この測定値に基づいてΔｆ
を検出する。そして、このΔｆが第１のレベル判定部１
６、及び４Ｈｚ成分抽出部１７．６０Ｈｚ成分抽出部１
９に供給される。第１のレベル判定部１６により、Δｆ
の値としきい値Ｘとが比較される。

第３図及び第４図の例では、系統遮断後の発電容量すな
わちインバータ装置１１またはコージェネレーション１
２の出力が負荷９とほぼ均衡していたため、Δｆはしき
い値Ｘ（±０．６Ｈｚ）を越えていない。したがって、
第１のレベル判定部１６の出力は“ＬＯＶ“のままであ
る。なお、上記発電量と負荷に大きな差がある場合は、
第３図及び第４図のΔｆは上か下にずれてしきい値Ｘを
越えるため、第１のレベル判定部１６の出力は“１１１
　Ｇ　Ｉじとなる。このように、第１のレベル判定部１
６は、小型発電装置の固有の変動分を検出するものでは
ないが、発電量と負荷に差がある場合の検出をより確実
にするために、従来技術の異常周波数継電器に相当する
ものとして設けたものであり、必ずしも必要なものでは
ない。

また、△ｆを供給された４Ｈｚ成分抽出部１７と６０Ｈ
ｚ成分抽出部１つは、Δｆから４Ｈｚと６０Ｈｚ成分と
をそれぞれ抽出する。コージェネレーション１２が接続
されていると、４Ｈｚの成分の値はしきい値ｙを越える
から、第２のレベル判定部１８の出力は“旧ＧＨ”とな
り、インバータ装置が接続されていると、６０Ｈｚ成分
の値はしきい値２を越えるから、第３のレベル判定部２
０の出力は“旧ＧＨ”となる。この“旧ＧＨ”の信号は
、小型発電装置が健全な電力系統に接続されていないこ
とを示す判断信号としてＯＲ回路２１に供給される。

上記のようにして３つのレベル判定部１６．１８．２２
の何れかから“Ｉｔ　Ｉ　Ｇ　Ｈ”の信号を受けたＯＲ
回路２１は出力端子から“１１１　Ｇ　Ｈ“の信号を遅
延回路２２に供給する。すなわち、小型発電装置がイン
バータ方式の発電装置１１とコージェネレーション】２
の両者を併用するものである場合には、各発電装置に固
有の周波数変動成分を検出することができるので、何れ
の発電装置が引き込み線６に接続されていても、ＯＲ回
路２１の出力端子から“旧ＧＨ”の信号を出力すること
ができる。

そして、遅延回路２２はこの“旧ＧＨ”の信号が一定時
間（例えば１乃至１０秒）入力され続けた場合には、系
統が遮断された、すなわち小型発電装置が健全な電力系
統に接続されていないと判断して遮断器８に切り替え指
令信号を出力して、遮断器８を駆動し、小型発電装置Ｂ
を電力系統Ａから切り離して電力系統への逆圧を防止す
る。

尚、小型発電装置Ｂがインバータ方式の発電装置のみで
構成されている場合には、Δｆの６０Ｈ２成分の値のみ
に基づいて、小型発電装置Ｂか健全な電力系統に接続さ
れているか否かを判断することが可能であり、また、小
型発電装置Ｂがコージェネレーション１２のみで構成さ
れている場合には、４Ｈｚ成分の値のみに基づいて小型
発電装置Ｂが健全な電力系統に接続されているか否かを
判断することが可能である。

〈発明の効果〉 以上の本発明によれば、小型発電装置と電力系統を解列
・連系する切替え指令の制御が、小型発電装置の設置箇
所で自動的に行われる。

また、その切替え動作は、小型発電装置に固有の変動分
の有無により行うものであるため、小型発電装置の発電
量と負荷とがバランスしていても、確実に小型発電装置
と電力系統との連系・解列の良否、を判断できるという
効果を奏する。

その結果、配電線工事をする際における安全性が確実に
保証されるとともに、小型発電装置を設置した需要家に
安定した電力供給を行うことができるという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る小型発電装置の系統連系装置に好
適な実施例を示す概略図、 第２図は健全な電力系統の周波数の微小変動の一例を示
す図、 第３図は小型発電装置のうちのインバータ装置のみの周
波数の微小変動の一例を示す図、第４図は小型発電装置
のうちのコージェネレーションのみの周波数の微少変動
を示す図である。 Ａ：電力系統、Ｂ：小型発電装置、 １２：系統連系装置、１４：周波数測定部、１５：周波
数差検出竿部、 １６：第１のレベル判定部、 １７：４Ｈｚ成分抽出部、 １８：第２のレベル判定部、 １９　：　６０Ｈｚ成分抽出部、 ２０：第３のレベル判定部、２１：ＯＲ回路、２２：遅
延回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電力系統と小型発電装置とを連系・解列するための
   切替え手段と、 電力系統が開成された後に現れる小型発電装置に固有の
   周波数変動分を検出し、 この検出結果に基づいて、小型発電装置の電力系統への
   接続の良否の判断をする判断手段と、 上記判断手段の判断結果に応じて、上記切替え手段に切
   替え指令信号を出力する切替え指令手段と、 を有することを特徴とする小型発電装置の系統連系装置
   。