JPH07177653A - 系統連系保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】運転点が単独運転検出手段では検出し得ない不
感帯部分にあっても、単独運転をより有効に検出するこ
とにある。 【構成】電力系統１に連系して運転される発電設備２が
系統電源の喪失時に単独運転状態になったことを連系点
の電気量が入力される単独運転検出手段９〜１２により
検知する系統連系保護装置において、連系点に投入又は
切離し可能に誘導性負荷１７を設け、且つ連系点から入
力される電気量から有効電力レベル及び無効電力レベル
を検出すると共に、これら有効電力及び無効電力のレベ
ルが予め設定された単独運転検出手段の不感帯の範囲に
あることを判定する有効電力レベル判定装置１４及び無
効電力レベル判定装置１５をそれぞれ設け、これらによ
り有効電力、無効電力のレベルが単独運転検出手段の不
感帯の範囲にあると判定されると誘導性負荷１７を連系
点に投入して不感帯の範囲から外す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、需要家に設置される分
散型電源を電力系統に連系して運転する系統連系保護装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、太陽光や風力等の自然エネルギー
を利用した発電技術の開発が進められている。これらは
中、小容量のものが多く、電力系統に対して分散した電
源として連系される、所謂分散型電源となる。

【０００３】図３は、一般的な分散型電源の構成例を示
すものである。図３において，１は電力系統で、この電
力系統１には複数の分散型電源Ａ１，Ａ２，…と一般需
要家負荷Ｌが接続されている。各分散型電源Ａ１，Ａ
２，…は、太陽光発電用インバータを備えた小容量の発
電設備２、負荷設備３を電源側しゃ断器４、負荷側しゃ
断器５を介して共通母線Ｂｃにそれぞれ接続し、さらに
この共通母線Ｂｃを連系しゃ断器６を介して系統側母線
Ｂに接続する構成となっている。

【０００４】これらの分散電源を電力系統に連系する場
合には、電力系統に悪影響を与えないようにするため、
満たすべき技術要件、いわゆる系統連系の技術要件が設
定されており、これを満たす系統連系保護装置が必要で
ある。

【０００５】この技術要件の一部として、電力系統側の
電源喪失（停電）に対して速やかにこれを検知して連系
点から発電設備を切離す保護装置、いわゆる単独運転防
止機能が必要とされており、このための単独運転状態の
検出方法としては種々の方法が提案されている。

【０００６】しかしながら、どの検出方法をとっても完
全ではなく、検出できない不感帯があることが多い。そ
の例として、系統側が喪失した時に発生する発電設備と
負荷設備のアンバランスによる連系点電圧の変動や位相
の急変を見る方法がある。しかし、この方法では、連系
点で発電設備の発生電力と負荷設備の消費電力が平衡
し、系統との電力（有効、無効とも）の融通が全くない
場合には、連系点しゃ断器を開放して系統喪失を起こさ
せても電圧の変動や位相変化は起こらず、全く検出でき
ないことになる。

【０００７】ここで、従来考えられている他の単独運転
状態の検出機能として電圧と周波数の変化で検出する一
例を図４により説明する。図４において、電力系統１に
連系しゃ断器６を介して小容量の発電設備２と負荷設備
３が接続されている。この発電設備２には、出力を常に
力率１とする力率制御部７及び発電設備２の発電する電
力に対応した交流電流を系統電圧に同期して出力する出
力電流制御部８を備えている。また、連系点には過電圧
検出器９、不足電圧検出器１０、周波数上昇検出器１
１、周波数低下検出器１２の保護要素を備えた系統連系
保護装置１３が設けられている。

【０００８】次に単独運転状態における系統連系装置の
検出動作について説明する。いま、発電設備２の発電電
力に対して負荷設備３が誘導性であるとする。通常の運
転状態では、連系しゃ断器６が投入されており、発電設
備２から発生する力率１の有効電力は系統へ供給され、
誘導性負荷に必要な無効電力は逆に電力系統１から供給
されている。

【０００９】この状態で連系しゃ断器６が開放される
と、発電設備２は力率制御部７により誘導性負荷に対し
て常に力率１の電流を供給するように出力制御される
が、負荷が誘導性であるため、電流位相が遅れてしま
い、力率１にはならない。

【００１０】力率制御部７ではこの遅れを補正しようと
さらに電流位相を進めるため、結果的には周波数を上げ
ることになる。従って、この周波数の上昇を周波数上昇
検出器１１で検出することにより、単独運転状態になっ
たことを検出できる。

【００１１】一方、負荷設備３が容量性である場合に
は、連系しゃ断器６が開放されると、発電設備２は容量
性負荷の電圧に同期して力率１の電流を供給するように
制御され、位相を遅らせようとするため、結果的には周
波数を下げることになる。従って、この周波数の低下を
周波数低下検出器１２で検出することにより、単独運転
状態になったことを検出できる。

【００１２】次に負荷設備３が抵抗分である場合につい
て説明する。負荷設備３が抵抗分であれば、発電設備２
の力率はもともと１であるため、連系しゃ断器６が開放
されても、周波数の変化は起こらない。しかし、負荷の
容量と発電設備２の発電容量との間に差があれば、その
差に応じて連系点の電圧が変化する。従ってこの電圧変
化を電圧検出器９、不足電圧検出器１０で検出すること
により単独運転状態になったことを検出できる。

【００１３】しかし、この場合でも連系点で発電設備２
の発生する電力と負荷設備３の消費電力が平衡してお
り、系統との電力（有効、無効とも）の融通が全くない
場合には連系点しゃ断器６を開放しても上述の変化は起
こらず、全く検出できないことになる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の系統
連系保護装置における単独運転検出手段では、連系点で
発電設備の発生電力と負荷設備の消費電力が平衡してい
て系統との電力（有効、無効）の融通が全くない場合に
は、検出できない不感帯があることが多い。

【００１５】本発明は、上記の問題点を解決し、運転点
が単独運転検出手段では検出し得ない不感帯の範囲にあ
っても、単独運転をより有効に検出できる系統連系保護
装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により系統連系保護装置を
構成するものである。 （１）電力系統に連系して運転される発電設備が系統電
源の喪失時に単独運転状態になったことを連系点の電気
量が入力される単独運転検出手段により検知する系統連
系保護装置において、前記連系点に投入又は切離し可能
に負荷を設け、且つ前記連系点から入力される電気量か
ら有効電力及び無効電力のレベルを検出すると共に、こ
れら有効電力及び無効電力のレベルが予め設定された前
記単独運転検出手段の不感帯の範囲にあることを判定す
る有効電力レベル判定手段及び無効電力レベル判定手段
をそれぞれ設け、これらにより有効電力又は無効電力の
レベルが単独運転検出手段の不感帯の範囲にあると判定
されると前記負荷を連系点に投入するものである。 （２）力率が１になるように制御する力率制御手段及び
系統電圧に同期して出力電流を制御する出力電流制御手
段を備えた太陽光発電用インバータが系統電源の喪失時
に単独運転状態になったことを連系点の電気量が入力さ
れる単独運転検出手段により検知する系統連系保護装置
において、前記連系点に投入又は切離し可能に負荷を設
け、且つ前記連系点から入力される電気量から有効電力
及び無効電力のレベルを検出すると共に、これら有効電
力及び無効電力のレベルが予め設定された前記単独運転
検出手段の不感帯の範囲にあることを判定する有効電力
レベル判定手段及び無効電力レベル判定手段をそれぞれ
設け、これら有効電力レベル判定手段又は無効電力レベ
ル判定手段により有効電力又は無効電力のレベルが単独
運転検出手段の不感帯の範囲にあると判定されると前記
負荷を連系点に投入するものである。

【００１７】

【作用】上記（１）のような構成の系統連系保護装置に
あっては、運転中は有効電力レベル判定手段及び無効電
力レベル判定手段により常時連系点での有効電力、無効
電力のレベルが検出され、これらの値が単独運転検出手
段の不感帯の範囲にあることが判定されると負荷を連系
点に投入して電源設備の運転点が単独運転検出手段の不
感帯の範囲から外れた位置に移行するので、単独運転検
出手段による単独運転の検出が可能となり、系統電源の
喪失時に電力系統に連系された状態での単独運転を防止
することができる。

【００１８】また、上記（２）のような構成の系統連系
保護装置にあっては、通常の太陽光発電用インバータ運
転状態にあるとき、電力系統側の電源喪失により太陽光
発電用インバータが連系点から切離されると力率制御手
段により太陽光発電用インバータが力率１になるように
電流が制御されるので、そのときの連系点の周波数変化
又は電圧変化を単独運転検出手段により検出することが
でき、また太陽光発電用インバータの出力電力と負荷設
備の消費電力が平衡している場合には、上記同様に有効
電力レベル判定手段及び無効電力レベル判定手段により
有効電力、無効電力のレベルが単独運転検出手段の不感
帯の範囲にあることが判定されると負荷を連系点に投入
して電源設備の運転点が単独運転検出手段の不感帯から
外れた位置に移行するので、単独運転検出手段による単
独運転の検出が可能となり、系統電源の喪失時に電力系
統に連系された状態での単独運転を防止することができ
る。

【００１９】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明による系統連系保護装置の系統構成
例を示すもので、図４と同一部分には同一符号を付して
説明する。図１において、１は電力系統で、この電力系
統１に連系しゃ断器６を介して共通母線Ｂｃを接続し、
この共通母線Ｂｃに太陽光発電用インバータを備えた小
容量の発電設備２と負荷設備３が電源側しゃ断器４、負
荷側しゃ断器５を介して接続されている。この発電設備
２は、出力電圧及び電流の検出信号が入力され、出力を
常に力率１となるように制御する力率制御部７及び発電
設備で発電する電力に対応した交流電流を系統電圧に同
期して出力する出力電流制御部８からなる発電制御装置
ＧＣを備えている。

【００２０】また、連系点には変圧器を介して取出され
た連系点電圧がそれぞれ入力される過電圧検出器９、不
足電圧検出器１０、周波数上昇検出器１１、周波数低下
検出器１２の保護要素を単独運転検出手段として備えた
系統連系保護装置１８が設けられている。さらに、この
系統連系保護装置１８内には、変圧器を介して入力され
る連系点電圧と変流器を介して入力される連系点電流と
から有効電力、無効電力のレベルを検出し、そのレベル
がそのシステムに有する単独運転検出手段の不感帯の範
囲にあることを判定する有効電力レベル判定装置１４、
無効電力レベル判定装置１５およびこれらの判定により
開閉器１６を閉じて連系点に誘導性負荷１７を微小負荷
として投入する負荷投入設備が設けられている。

【００２１】次に上記のように構成された系統連系保護
装置の作用について述べる。いま、連系点で発電設備２
から発生する電力と負荷設備３の消費電力が平衡してい
るものとすれば、この場合には系統との間で電力の融通
が全くなく、連系点しゃ断器６を開放しても電圧、周波
数の変化は起こらないので、単独運転検出手段では単独
運転を全く検出することができない。

【００２２】即ち、このような場合には図２に示すよう
に有効電力、無効電力がゼロの付近に不感帯を有してい
ることになる。しかし、このとき有効電力レベル判定装
置１４及び無効電力レベル判定装置１５により常時有効
電力と無効電力とを監視し、有効電力、無効電力がゼロ
付近で単独運転検出手段の不感帯部分に入っていること
を判定すると、閉指令を開閉器１６に与えて連系点に誘
導性負荷２５を投入する。

【００２３】従って、発電設備２から発生する電力と負
荷設備３の消費電力が不平衡となるので、連系点では無
効電力を電力系統とやりとりすることになり、運転点が
図２に示すように不感帯から外れた部分に移動する。こ
のことにより、系統しゃ断が発生しても単独運転検出手
段で単独運転を検出することができる。

【００２４】このように上記実施例では、有効電力レベ
ル判定装置１４及び無効電力レベル判定装置１５により
常時連系点の有効電力と無効電力のレベルを監視し、運
転点が単独運転検出手段では検出し得ない不感帯部分に
入っていることを判定すると、誘導性負荷１７を連系点
に投入して運転点を単独運転検出手段の不感帯の範囲か
ら外すようにしているので、実質的に不感帯のない状態
として単独運転を検出することができる。このことによ
り、系統電源の喪失時に電力系統に連系された状態での
単独運転を防止することができる。

【００２５】以上説明した実施例では、力率制御部と出
力電流制御部及び周波数異常検出器、電圧異常検出器に
より単独運転を防止するシステムについて述べたが、他
の単独運転検出手段においても、その不感帯領域を連系
点での有効電力、無効電力で表わしてその判定レベルを
設定することにより、同様な効果を得ることができるこ
とは言うまでもない。

【００２６】また、上記実施例では、連系点に投入され
る微小負荷として誘導性負荷の場合を説明したが、不感
帯領域によっては容量性負荷、抵抗負荷でも何ら問題が
ないことは言うまでもない。

【００２７】さらに、上記実施例では不感帯領域の判定
を連系点での電力を監視することによって行う場合につ
いて述べたが、電流値で判定できる場合には電流のレベ
ルで検出することも可能である。

【００２８】ここでは、系統連系保護装置を太陽光発電
用インバータとは独立した別置型を想定して説明した
が、太陽光発電用インバータ内に系統連系保護装置を内
蔵した連系保護一体型インバータにおいても前述同様の
構成、機能により実施することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、運転
点が単独運転検出手段では検出し得ない不感帯の範囲に
あっても、単独運転をより有効に検出できる系統連系保
護装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による系統連系保護装置の一実施例を示
す系統構成図。

【図２】同実施例の作用を説明するための図。

【図３】分散型電源の一般的な構成を示す系統図。

【図４】従来の系統連系保護装置を示す系統構成図。

【符号の説明】

１……電力系統、２……発電設備、３……負荷設備、４
……電源側しゃ断器、５……負荷側しゃ断器、６……連
系しゃ断器、７……力率制御部、８……出力電流制御
部、９……過電圧検出器、１０……不足電圧検出器、１
１……周波数上昇検出器、１２……周波数低下検出器、
１３……系統連系保護装置、１４……有効電力レベル判
定装置、１５……無効電力レベル判定装置、１６……開
閉器、１７……誘導性負荷。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力系統に連系して運転される発電設備
   が系統電源の喪失時に単独運転状態になったことを連系
   点の電気量が入力される単独運転検出手段により検知す
   る系統連系保護装置において、前記連系点に投入又は切
   離し可能に負荷を設け、且つ前記連系点から入力される
   電気量から有効電力及び無効電力のレベルを検出すると
   共に、これら有効電力及び無効電力のレベルが予め設定
   された前記単独運転検出手段の不感帯の範囲にあること
   を判定する有効電力レベル判定手段及び無効電力レベル
   判定手段をそれぞれ設け、これらにより有効電力又は無
   効電力のレベルが単独運転検出手段の不感帯の範囲にあ
   ると判定されると前記負荷を連系点に投入することを特
   徴とする系統連系保護装置。
2. 【請求項２】 力率が１になるように制御する力率制御
   手段及び系統電圧に同期して出力電流を制御する出力電
   流制御手段を備えた太陽光発電用インバータが系統電源
   の喪失時に単独運転状態になったことを連系点の電気量
   が入力される単独運転検出手段により検知する系統連系
   保護装置において、前記連系点に投入又は切離し可能に
   負荷を設け、且つ前記連系点から入力される電気量から
   有効電力及び無効電力のレベルを検出すると共に、これ
   ら有効電力及び無効電力のレベルが予め設定された前記
   単独運転検出手段の不感帯の範囲にあることを判定する
   有効電力レベル判定手段及び無効電力レベル判定手段を
   それぞれ設け、これら有効電力レベル判定手段又は無効
   電力レベル判定手段により有効電力又は無効電力のレベ
   ルが単独運転検出手段の不感帯の範囲にあると判定され
   ると前記負荷を連系点に投入することを特徴とする系統
   連系保護装置。