JPH1141818A - 分散型発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】同一配電線上に複数の太陽光発電システムが接
続されている状態において、配電線の電力供給が停止し
た場合に、確実にインバータを停止し系統と解列を行い
逆潮流を防止する。また、電力供給中は連系運転を行
い、停電中であれば単独運転を行う。 【解決手段】配電系統側の電力制御部の一つである配電
変電所４１は、電力を供給する配電系統４８と配電系統
に電力供給の情報を伝送する識別信号線１２を出力す
る。識別信号線１２は配電系統４８に接続されている全
ての太陽光発電システムの系統状況判別手段１１に接続
する。系統状況判別手段１１は識別信号線１２より停電
であるという情報を受け取ったときにインバータ３４を
停止し、系統開閉器４９を開放して配電系統４８から解
列するとともに自動的に単独運転を始める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータの出力
を商用電源と連系し、電力を商用電源より得たり、分散
型発電装置、例えば、太陽電池の発電電力を商用電源へ
逆潮流する分散型発電システムにおいて、商用電源の停
電時の逆潮流防止を行う分散型発電システムに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図５は太陽光発電システムの一例を示す
構成図で、太陽電池４１、太陽電池４１の直流出力を交
流電力に変換するインバータ４２、配電系統４８に流れ
こむ直流成分の電流を阻止する絶縁トランス４３、計測
用の電流検出器（以下ＣＴという）４４、インバータ４
２の制御部４５、連系点の交流電圧を監視する計測用の
変圧器（以下ＰＴという）４６、連系点に接続された負
荷装置４７、商用電源である配電系統４８を備えてい
る。系統開閉器４９は、配電系統４８が停電したとき
に、インバータ４２から配電系統４８に電流が流れ込ま
ないようにするための逆潮流防止用のスイッチである。

【０００３】太陽光発電システムは、以下のように動作
する。太陽電池４１で発電した直流電力は、インバータ
４２で交流電力に変換され、絶縁トランス４３と系統開
閉器４９を介して配電系統４８に連系される。このと
き、制御部４５は、連系点のＰＴ４６とトランスの１次
側のＣＴ４４の検出信号によって、インバータ４２の出
力電流ｉを配電系統電圧ｖに対して力率が１になるよう
にパルス幅変調制御（以下ＰＷＭ制御という）する。

【０００４】したがって、通常、インバータ４２の出力
電圧は配電系統４８と同一の電圧および同位相の周波数
となり、出力電流ｉは配電系統電圧ｖに対して力率が１
になる。太陽電池４１の発電電力量は、天候や温度など
に大きく影響を受けるので、制御部４５は太陽電池４１
の発電電力量を常に最大に引き出すようにインバータ４
２を制御して太陽電池の動作電圧点を調整する。

【０００５】配電系統４８が工事や事故などで停電した
場合、配電系統の安全性などの観点から、系統開閉器４
９を解放してインバータ４２と配電系統４８を切り放し
（以下解列という）、逆潮流をさせないことが望まれて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の太陽光発電シス
テムは以上のように構成されており、配電系統４８の停
電による逆潮流防止機能は、配電系統の安全性を確保す
るという意味で非常に重要であり、高精度でしかも確実
に行うことが要求される。

【０００７】図４は、太陽光発電システムが同一の配電
系統に多数接続された場合の構成図であり、太陽電池４
１、連系点の負荷装置４７、配電系統４８および系統開
閉器４９は、図５と同一である。また、インバータ３４
は便宜上、図５の絶縁トランスと制御部、ＣＴおよびＰ
Ｔを含めた形で書いている。

【０００８】電力は図４の場合、配電変電所３１から各
需要家３５、３６、３７に供給される。また、需要家３
３のように太陽光発電システムを設置していない場合も
ある。系統連系ガイドラインではインバータ３４の逆潮
流防止方法として、能動的および受動的の２種類の検出
方式を採用するように義務づけられている。

【０００９】現在、太陽光発電システムでは周波数や有
効／無効電力および第３高調波などを監視するなどの多
様な検出方法を駆使して、配電系統の停電検知を確実に
精度良く行う努力が進められている。しかし、このよう
な多種多様な検出方式を持った太陽光発電システム３
５、３６、３７が、図４のように同一配電系統４８に多
数台接続されると、互いに干渉し合って停電検知ができ
ないという現象が起こる。

【００１０】本発明の目的の一つは、同一の配電系統に
多種多様の検出方法を用いた分散型発電装置が接続され
た場合、確実に停電を検知して速やかに配電系統と解列
を行い、逆潮流を防止することにある。

【００１１】一方、分散型電源の新しい概念として災害
時の非常用電源機能が重要視されてきた。分散型発電シ
ステムは配電系統４８が停電したことによって、解列す
るのはもちろんであるが、分散型発電装置の発電電力を
配電系統４８に逆潮流せずに、独立で運転（以下単独運
転という）すれば有効な非常用電源となりうる。このた
め、停電時に配電系統と解列を行い逆潮流を防止するだ
けではなく、非常用電源として自動的に単独運転に切り
替えることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前述の目的は、配電変電
所などの配電系統側の電力制御部が配電系統への電力供
給の状態を表す識別信号を出力する機能を備え、且つ、
分散型発電装置が上記の系統側から与えられる識別信号
を監視する系統状況判別手段を持つことによって達成さ
れる。系統状況判別手段は、識別信号を監視しており、
前記の識別信号が電力供給ストップ状態になったことに
より太陽光発電システムを停止し、配電系統を解列す
る。

【００１３】したがって、同一配電系統に多数の分散型
発電装置が接続されていても停電を検知することが出来
るので、確実に逆潮流を防止することができる。それと
同時に単独運転状態にすることによって、災害時の非常
用電源として利用できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例を示すブ
ロック線図である。各部分の番号は図４と同じなので詳
細説明は省略する。また、配電系統側の電力制御部は一
例として配電変電所と想定して説明する。配電変電所３
１は、電力を供給する配電系統４８と配電系統４８の電
力供給の情報を伝送する識別信号線１２を出力する。

【００１５】配電系統４８は各電力需要家３５、３６、
３７の太陽光発電システムの連系点へ、識別信号線１２
は各電力需要家３５、３６、３７の太陽光発電システム
内部の系統状況判別手段１１へそれぞれ接続される。系
統状況判別手段１１は、配電変電所３１からの識別信号
によって以下に説明する図２の実施例のように動作す
る。

【００１６】ここで、図２の（ａ）〜（ｃ）は、各電力
需要家３５、３６、３７の共通部分を抜き出したもので
ある。図２の（ａ）は、従来の太陽光発電システムの製
品に、新たにブロック回路２４を挿入して構成してい
る。図２の（ａ）は、系統状況判別手段１１が識別信号
線１２から停電の識別信号を受信したときに、出力信号
２１によって系統開閉器２５を解放するように動作す
る。

【００１７】このため、太陽光発電システムは配電系統
４８から完全に分離され、太陽光発電システムが本来持
っている能動的および受動的な停電検知が確実に動作し
て、インバータ３４は系統開閉器４９を解放する。識別
信号線１２から情報を受けるレシーバ２４は、系統開閉
器２５およびそれを駆動するためのリレーやトランジス
タ、論理素子などで構成される。

【００１８】したがって、既存の太陽光発電システムに
レシーバ２４の部分を新設するだけで、安価で簡単に信
頼性の高い逆潮流防止動作が可能となる。図２の（ｂ）
は、系統状況判別手段１１が識別信号線１２から停電の
識別信号を受信したときに、インバータ３４に停止信号
２２を出力するように構成している。

【００１９】インバータ３４は、信号２２が有効になる
ことで系統開閉器４９を解放し、インバータ３４自身も
停止する。識別信号線１２の情報が、配電系統４８に接
続されている全ての太陽光発電システムに転送されるの
で、確実に逆潮流防止を行うことが出来る。図２の
（ｃ）は、系統状況判別手段１１が識別信号線１２から
停電の識別信号を受信したときに、出力信号２３によっ
てインバータ３４を停止し、系統開閉器４９を解列する
ように構成している。このようにすることで、どちらか
に不具合があって動作しなくても、どちらか一方は必ず
動作するので逆潮流防止の高い安全が得られる。

【００２０】図６は、図２の（ｂ）および（ｃ）の制御
構成ブロック図であり、図７はその制御タイムチャート
である。図６のブロック６１は図５に示す装置であり、
機能および詳細説明は省略する。装置は、インバータ４
２の出力電流および電圧を監視して異常があるとＰＷＭ
信号を停止し系統開閉器４９を解放する保護部６４、イ
ンバータ４２の出力電流および電圧をフィードバック制
御する電圧／電流制御部６６、電圧／電流制御部６６の
指令によりＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部６
２、インバータ４２の出力電圧および電流のパターンを
作成する基準信号発生部６７、連系運転時に配電系統と
同期を取るための位相同期制御部６９、単独運転時に基
準信号発生部６７でパターンを作成する指令を出す信号
発生部６８および図１と図２記載の系統状況判別手段１
１で構成されている。

【００２１】図６のブロック図は図７に示すタイムチャ
ートのように動作する。系統状況判別手段１１は、例え
ば配電系統４８が電力供給中であればハイレベルを停電
中であればロウレベルを出力するようにする。それに伴
い系統開閉器４９は、論理和部６０により配電系統４８
が電力供給中であれば接点を投入し、停電中であれば接
点を解放する。

【００２２】また、切り替え部６００は配電系統４８が
電力供給中であれば連系運転を行うために位相同期制御
部６９側へ接点を倒し、停電中であれば単独運転を行う
ために信号発生部６８側へ接点を倒す。エッジ検出部６
０１は、系統状況判別手段１１のエッジを検出してタイ
マ部６３に信号を送り、タイマをスタートさせる。

【００２３】タイマ動作中は、図７記載のｔ時間だけＰ
ＷＭ信号を停止する。これは、系統開閉器４９が系統状
況判別手段１１の信号に対して動作する際に、投入時間
遅れＴｄｏｎおよび解放時間遅れＴｄｏｆｆがあるため
に、系統開閉器４９の接点が安定（タイマ部のｔ時間経
過後）してからＰＷＭ信号を出力する。そして、タイマ
部６３の動作終了後にソフトスタート部６５においてソ
フトスタートを開始する。

【００２４】ソフトスタートは、ＰＷＭ信号出力時の過
電流を阻止するものであり、ソフトスタート部６５と演
算部６０２によって行われる。このとき、ソフトスター
ト部６５はソフトスタートの継続時間を、演算部６０２
は基準信号のゲインを調整してソフトスタートの継続時
間内で０〜１００％にゲインを変える。ソフトスタート
終了後は、定常状態に入り電圧／電流制御部６６におい
て制御が行われる。

【００２５】保護は、システム動作中は継続して監視す
る。以上のように、系統状況判別手段１１の情報によっ
て連系運転と単独運転を切り替え、切り替え時は図６の
制御構成ブロック図の処理を行うことによってスムーズ
に且つ安全に運転を切り替えることができる。

【００２６】配電変電所３１からは、このように配電系
統４８と識別信号線１２の２本が敷設されることにな
る。この場合、配電系統４８と識別信号線１２を平行し
て配置すると、配電系統４８は識別信号線１２にノイズ
を誘導して通信不能になる恐れがある。この場合、識別
信号線１２は、別系統で電話線を使用したりノイズを誘
発しない光ファイバを利用すると効果的である。

【００２７】光ファイバは、既製のメタルケーブルと比
較して価格は高いが、配電系統の高信頼運転をするには
有効である。また、識別信号はアナログやデジタル方式
のどちらでも有効であるが、伝送速度を考えるとデジタ
ル方式が勝っており、多くの情報量を高速に転送できる
メリットがある。

【００２８】そのため、太陽光発電システムの機能強化
および拡張に期待できる。以上のように、識別信号線１
２を利用することによって配電系統４８の状況に応じて
連系運転および単独運転の切り替えを効果的に行うこと
ができる。しかし、信号線の断線やコネクタの接触不良
などのトラブルが発生することから無線による信号伝送
が有利である場合もある。

【００２９】図３は系統開閉器５４が、配電系統４８に
ある間隔で設置されていることに着目して、系統開閉器
５４に送信器３８を設け、各太陽光発電システム３５、
３６、３７に受信器３９を設けて無線伝送を行う例であ
る。本図の符号は、図１と一致しており識別信号の情報
を無線で伝送するので識別信号線１２は必要でなくな
る。

【００３０】また、系統開閉器５４は太陽光発電システ
ム内のものではなく、配電系統４８の運用管理を行うた
めに設けているものである。配電変電所３１は識別信号
線３０に停電の識別信号を送信すると、系統開閉器５４
は開放して配電系統４８の電力供給は停止する。しか
し、先に述べたように負荷３３と各太陽光発電システム
３５、３６、３７などの間で整合が取れてしまうと停電
検知はされず運転が継続するようになる。

【００３１】このとき、識別信号線３０の停電識別信号
を受けた送信器３８は、無線で受信器３９に運転停止信
号を送り、受信器３９は系統状態判別手段１１に運転停
止信号を送り、各々の太陽光発電システム３５、３６、
３７は停止する。このときの、系統状態判別手段１１の
動作は、図２の（ａ）〜（ｃ）および図６、７に示した
実施例と同様である。

【００３２】以上のように各系統開閉器５４に送信器３
８を、各々の太陽光発電システム３５、３６、３７に受
信器３９を設置することによって配線が不要になるの
で、電線などの線材費の低減や断線などによる通信不良
は回避され、その際の復旧時間やメンテナンスによる費
用が皆無となる。

【００３３】また、配電変電所３１から出力される識別
信号線の識別信号を利用することにより、今まで説明し
てきたようにインバータ３４を停止して系統開閉器４９
を解放して逆流防止を行うことはもちろんであるが、自
動的に単独運転を行うようにすれば、災害時などの非常
用電源として利用できるだけでなく、補修や保全工事中
の停電時に太陽電池の発電電力を有効に利用することが
出来る。なお、以上述べた実施例では、太陽光発電シス
テムを分散型電源として説明したが、ＮａＳ電池や、燃
料電池などの分散型電源にも適用できる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、配電変電所３１などの
配電系統側の電力制御部から出力される識別信号線の情
報を利用することによって、同一配電線に太陽光発電シ
ステムが多数接続された場合、安価なコストでしかも確
実に逆潮流防止を行うことができる。

【００３５】また、もし、識別信号が停電状態になった
場合には、逆潮流防止を行い自動的に単独運転をするこ
とによって、補修や保全工事中の太陽電池の発電電力を
有効に利用でき、災害時には非常用電源として利用する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の形態を表すブロック図
である。

【図２】本発明の第１および第２の実施例の形態を表す
詳細ブロック図である。

【図３】本発明の第２の実施例の形態を表すブロック図
である。

【図４】従来技術の配電系統の一例を示す構成図であ
る。

【図５】従来の太陽光発電システムの構成図である。

【図６】図２の実施例の詳細ブロック図である。

【図７】図６の動作を表すタイムチャートである。

【符号の説明】

１１…系統状況判別手段、１２と３０…識別信号線、２
１と２２と２３…系統状況判別手段の出力信号、２４…
本発明の実施例の追加ブロック、２５…配電系統運用管
理上の系統開閉器、３１…配電変電所、３３…需要家の
負荷装置、３４…インバータ４２と絶縁トランス４３と
制御部４５と電流検出器４４および計測用変圧器４６を
含めたインバータシステム、３５と３６と３７…需要
家、３８…送信器、３９…受信器、４１…太陽電池、４
２…インバータ、４３…絶縁トランス、４４…電流検出
器、４５…制御部、４６…計測用検圧器、４７…負荷装
置、４８…配電系統、４９…系統開閉器、６１…図５の
主回路、６２…ＰＷＭ発生部、６３…タイマ部、６４…
保護部、６５…ソフトスタート部、６６…電圧／電流制
御部、６７…基準信号発生部、６８…信号発生部、６９
…位相同期制御部、６００…切り替え部、６０１…エッ
ジ検出部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分散型発電装置と、前記分散型発電装置
   で発電した直流電力を所定の交流電力に変換する電力変
   換装置と、前記電力変換装置と配電変電所などの配電系
   統側の電力制御部の間に配置された電力開閉手段とを備
   え、配電系統側の電力制御部は配電系統に電力供給の情
   報を伝送する識別信号を出力し、前記電力変換装置内に
   はその識別信号を監視する系統状況判別手段を設け、識
   別信号が系統の停電を示すとき前記電力開閉手段を作動
   し、電力の逆潮流を防止することを特徴とする分散型発
   電システム。
2. 【請求項２】 請求項第１項記載の分散型発電システム
   において、配電系統側の電力制御部から伝送される系統
   電力供給の情報を持った識別信号により、系統に電力が
   供給されていなければ、前記開閉手段を開き、電力変換
   装置と配電系統を解列する分散型発電システム。
3. 【請求項３】 請求項第１項記載の分散型発電システム
   において、配電系統側の電力制御部から伝送される系統
   電力供給の情報を持った識別信号により、系統に電力が
   供給されていなければ、前記電力変換装置を停止する分
   散型発電システム。
4. 【請求項４】 請求項第１項記載の分散型発電システム
   において、配電系統側の電力制御部から伝送される系統
   電力供給の情報を持った識別信号により、系統に電力が
   供給されていなければ、前記電力変換装置を停止して、
   前記電力開閉手段を開いて配電系統を解列する分散型発
   電システム。
5. 【請求項５】 請求項第１項記載の分散型発電システム
   において、配電系統側の電力制御部から伝送される系統
   電力供給の情報を持った識別信号により、系統に電力が
   供給されていれば連系運転を行い、系統に電力が供給さ
   れていなければ単独運転を行う分散型発電システム。
6. 【請求項６】 請求項第１項記載の分散型発電システム
   において、前記分散型発電装置が太陽電池である分散型
   発電システム。