JPS63287328A - 分散電源装置による連係商用周波電力線への逆充電防止方法 - 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） 本発明は商用周波電力線に接続連係されて運転される太
陽電池などの電源装置からの商用周波電力線への逆充電
防止方法に関するものである。

（従来技術） 将来におけるエネルギ資源の枯渇などに対応するため、
太陽電池や風力発電機、燃料電池などによる新発電方式
の開発が進むにつれて、将来これらを利用した中小規模
の多数の電源装置（以下これを分散電源装置と称す）を
、商用周波電力系統特に配電線に接続連係して運転する
機会が増えるものと考えられる。

しかしながら現状においては商用周波配電系統には、純
然たる負荷の接続しか許されていないのが通例である。

このため商用周波配電系統に現在設置されている配電線
の保護システムでは、上記のような分散電源装置を含め
た系統全体の事故時における保護を行うことができない
。従って何等かの対策が必要である。

そこで倒木ば配電線に接続された分散電源装置を、これ
が連係された配電線側の変電所などにおいて集中的に監
視し制御する方法が一つの対策として考えられる。しか
しこの方法の実現は難しい。

そこで今のところ分散電源装置個々に事故検出・保護回
路を持たせて、自律的に保護を行うようにして動作信頬
度を向上させる方法が最も適切であると考えられている
。

ところでこの場合次の二つの保護機能を持たせる必要が
ある。即ちその第一は個々の分散電源装置内部に事故が
発生したとき、これを直ちに検出して分散電源装置を迅
速に配電線から切離して、配電線への事故の波及を防止
する機能である。第二には配電線側に事故が発生し変電
所において系統電源を遮断したとき、これを直ちに検出
して自律的に配電線との連係を遮断することによって、
分散電源装置による配電線の充電、即ち逆充電を確実に
防止する機能であって、これら二つの保護機能は基本的
に次の三つの部分機能によって与えられる。即ち、ａ）
内部事故検出機能、ｂ）配電線異常検出機能、及びこれ
ら雨検出信号によって駆動される、Ｃ）連係遮断用スイ
ッチによって与えられることができる。また内部事故を
検出するためには少なくとも出力過電流の検出要素と地
絡検出要素、また上記配電線の異常の検出のためには系
統過不足電圧と系統周波数異常検出要素の具備が必要で
あり、これを満足させることにより通常発生すると予想
される大部分の内部事故及び配電線の異常事故に正しく
対処することが可能である。

（従来技術の問題点） しかし最近上記の如き保護機能を持たせるのみでは万全
の保護を行い得ない場合があることを指摘された。即ち
分散電源装置の発電出力と配電線負荷の総量とが平衡す
る特殊な条件において、配電線事故もしくは作業停電等
に起因する商用周波電源の喪失を来した場合には、系統
過不足電圧と系統周波数異常検出要素の何れもが動作し
ない。

従って分散電源装置は配電線から遮断されないため配電
線は分散電源装置によって充電され続ける。

その結果商用周波電源の喪失によって配電線が無電圧に
なったとして安心している作業者を怒電の危険に曝すお
それがある。これに加えて商用周波電源の復旧時例えば
配電線の再閉路時には、分散電源装置と商用周波電源の
周期衝突を起すため、両電源回路に瞬時に過大電流が流
れて破壊の危険を与えることが指摘されて問題視されて
いる。次にその理由について説明する。第１図は配電線
が正常で分散電源装置Ａから配電線Ｌ（インピーダンス
省略）へ電力Ｐ、を供給しており、配電線り上に負荷Ｂ
があってＰＬなる電力を消費している状態を模式的に表
したものである。

ここでＥ３は分散電源装置Ａの内部電圧、Ｚ。

は内部インピーダンス、■、は配電線りと分散電源装置
Ａとの連係点ａにおける電圧、Ｅｕは商用周波電源Ｃの
電圧、ＺＬは負荷Ｂのインピーダンスを表している。ま
た分散電源装置Ａの内部回路Ｓｙは内部電圧Ｅ、の周波
数Ｆを決定する固有周波数がＦｏの内部発振器を有し、
連係点電圧■。

の周波数と位相を基準に、周波数Ｆを連係点電圧■、の
周波数に常に一敗させるように動作すると共に、分散電
源装置Ａから配電線りへ供給すべき電力Ｐ、の値に応じ
て連係点電圧■１に対する内部電圧Ｅ、の位相角を調整
する回路である。

そこで今配電線負荷が誘導性であり、Ｐ、とＰＬが全く
等しい状態を想定すると、図中のｂ点の電力潮流は零で
ある。従って分散電源装置Ａと配電線の負荷Ｂとで構成
する電圧ベクトル関係は第２図に示す通りになる。ここ
で■、は分散電源装置Ａの内部インピーダンスによる電
圧降下分であり、Ｖやは負荷Ｂのインダクタンス分によ
る分担電圧、ｖやは抵抗弁による分担電圧であって、こ
の状態では連係点ａの電圧■、は商用周波電源Ｃの電圧
Ｅ、に等しく、分散電源装置Ａの出力周波数は内部回路
Ｓｙの作用によって商用周波電源Ｃの周波数Ｆ、に等し
くなっている。

この状態では何等かの配電線事故もしくは作業停電等に
起因する商用周波電源Ｃの喪失を来した場合においても
、Ｐｓ””ＰＬの条件が満たされる限り分散電源装置Ａ
と負荷Ｂとで構成する電圧ベクトル関係は前記第２図と
全く変わらないため、連係点ａの電圧ｖＬは変化しない
。

一方周波数基準であった商用周波電源Ｃの電圧Ｅ、が無
くなるため、連係点ａの周波数は第１図に示した分散電
源装置Ａの内部回路Ｓｙの固有周波数Ｆ０に移行するが
、通常Ｆ０は商用周波電源の周波数Ｆｕに等しく設計さ
れるため、事実上周波数も殆ど変わらない。

このため連係点ａの電圧ＶＬの過不足と周波数）０異常
０みを監視する前記従来０保護装置７は・前記特殊の運
転状態を検出することができず、Ｐ３＝ＰＬなる条件が
成立する限り長時間に亘って分散電源装置Ａから配電線
りへの充電即ち逆充電状態が継続される。従って前記し
た作業員の感電の危険や商用周波電源Ｃの復旧時におけ
る同期衝突などを防ぐことができない。

（発明の目的） 本発明は従来の保護方式によっては検出できない前記の
如き逆充電状態を迅速かつ確実に検出して、分散電源装
置と配電線との連係を直ちに遮断して逆充電を防止しう
る方法を提供し、作業具の安全や同期衝突の危険を防止
できるようにするものである。

（問題点を解決するだめの本発明の手段）本発明の特徴
とするところは、前記第１図で説明した分散電源装置の
固有周波数が、商用周波電源の周波数と異なる値となる
ように内部回路に予め周波数バイアスを与えておく。そ
して配電線の事故などにもとづく商用周波電源の喪失に
よって、内部回路が基準周波数を失うことにより周波数
偏差を生ずるように形成し、これを個々の分散電源装置
において検出して配電線との連係を遮断することにより
逆充電による危険を回避しようとするものである。

次に本発明の実施例について説明する。

（実施例の構成） 第３図は本発明の一実施例回路図であって、第１図と同
一符号部分は同等部分を示す。図において（１）は太陽
電池のような直流電源、（２）は直交変換用インバータ
装置、（３）は連係リアクトルであって、これらで分散
電源装置Ａを形成する。Ｌは配電線であって説明の便宜
上商用周波型ａｌＣと配電線負荷Ｂとにより形成され（
配電線りのインピーダンス省略）、連係点ａにおいて遮
断スイッチＳを介して分散電源装置Ａと接続される。

次にＤはインバータ装置（２）の制御回路であって、次
の各部から形成される。（４）は位相差検出器であって
、ここにはインバータ装置（２）の交流出力電圧と連係
点ａ即ち連係リアクトル（３）の出力側の交流電圧とが
入力され、これら両者の位相差φを求める。（５）は位
相角演算器、（６）は電力設定器であって、位相角演算
器（５）には出力電力設定器（６）の出力信号と連係点
ａの電圧が入力される。そして設定器（６）により指定
された電力を配電線りに供給するのに必要な位相差、即
ち所定の電力を供給するのに必要なインバータ装置（２
）と連係点ａとの電圧の間で保持すべき位相差の目標値
βを計算する。（７）は誤差積分器であって、前記位相
差検出器（４）のφ出力と位相角演算器（５）のβ出力
との差分、即ち目標とする位相差βに対する位相差φと
の誤差Δφ＝β−φを求め、更にその積分値（ｆΔφｄ
ｔ）を得る。

次に（８）はインバータ装置（２）の出力周波数と位相
を決定する固有周波数がＦｏの可変周波数発振器であう
で、誤差積分器（７）により検出された位相積分誤差（
ｆΔφｄｔ）出力により発振周波数が制御される。そし
て位相積分誤差を打消しうるような周波数Ｆ、即ち位相
誤差積分器（７）の出力に正比例し、かつその符号を逆
転した周波数偏差Δｆ＝−α・ｆΔφｄｔ（ただしαミ
比例定数）を持つ周波数Ｆ＝Ｆ、＋Δｆで発振し、イン
バータ装置（２）の周波数と位相を決定する。（９）は
電圧異常の検出回路であって、例えば連係点ａの正常時
の電圧値ｖＬ（Ｖ、）を与える基準値と異常時の電圧Ｖ
ｌ、との比較差出力の絶対値ΔＶ＝　Ｉ　ＶＬ−Ｖ”Ｌ
　１を検出する第１比較回路と、上記絶対値ΔＶを予め
定めた値ΔＶａと比較し、八■がΔＶａを越えたとき異
常と判定して前記遮断スイッチＳのトリップ回路ＳＴに
トリップ信号を送出する第２比較回路とよりなる。θω
は周波数の異常検出回路であって、例えば連係点ａの正
常時における周波数Ｆ、（Ｆ、）を与える基準値と、異
常時の周波数ｐ＋、との比較差出力の絶対値ΔＦ＝　ｌ
　ＦＬ　−Ｆ’Ｌ　＋を検出する第１の比較回路と、上
記絶対値ΔＦを予め定めた値ΔＦａと比較してΔＦがΔ
Ｆａを越えたとき異常と判定して遮断スイッチＳのトリ
ップ回路ＳＴにトリップ信号を送出する第２比較回路と
よりなる。

（実施例の作用） 以上の回路において遮断スイッチＳが閉じられており、
出力電力設定器（６）の指令値に応じて電力が分散電源
装置Ａの直流電源（１）から取出され、インバータ装置
（２）により交流電力に変換されて配電線りに供給され
ているものとする。また連係点ａの電圧■、は商用周波
電源Ｃの電圧Ｖｕに等しく、インバータ装置（２）の出
力周波数は制御回路りの作用によって商用周波電′ａＣ
の周波数Ｆ、に引き込まれて一致しているものとする。

そこで今仮にインバータ装置（２）からの供給電力と、
負荷Ｂの消費電力が完全に一致した状態において、何等
かの理由により商用周波電源Ｃが脱落したものとする。

するとこの時の電圧ベクトルの関係は前記第２図に示し
た通りとなり、連係点ａの電圧■、は商用周波電源Ｃの
喪失前の電圧Ｖｕと変わらない。しかし周波数ＦＬは商
用周波電源Ｃの喪失により自由となるので、可変周波数
発振器（８）の固有発振周波数Ｆ０に移行する。すると
周波数の異常検出回路ＧＯ）は連係点ａにおける正常時
の周波数ＦＬ（Ｐｕ）と異常時の周波数Ｆ’Ｌ（Ｆ’、
　）の差ΔＦの絶対値を検出し、更にΔＦを設置値ΔＰ
ａと比較してΔＦがΔＦａを越えたとき遮断スイッチＳ
のトリップ信号を送出して分散電源装置Ａを配電線りか
ら遮断する。即ち可変周波数発振器（８）の固有周波数
Ｆ０を、周波数の異常検出回路００）の異常検出条件の
範囲内であるＦ、＞Ｆｕ＋ΔＰａ或いはＦ。＜Ｆｕ十Δ
Ｆａに設定しておくことにより、Ｐ　ｓ　＝　Ｐ　ｔの
特殊な条件における商用周波電ａｌＣの喪失を確実に検
出して分散電源装置Ａを配電線りから分離することがで
きるので、逆充電状態となるのを確実に防いで作業員を
危険の危険から守る。また以上のように周波数の異常が
検出されて遮断スイッチＳの開放が行われると、負荷Ｂ
が切離れて電圧は異常状態になる。このため電圧の異常
検出回路（９）はこれを検出して遮断スイッチＳをトリ
ップ状態にロンクするので、商用周波電源Ｃが正常に回
復するまで連係運転が再開されることはない。従って同
期衝突を起こす危険もない。

以上本発明を一実施例について説明したが、分散電源装
置が複数筒存在する場合にも各分散電源装置の周波数・
位相同期回路に予め同一または異なる周波数バイアスを
与えておくことにより、それぞれ自律的に連係用の遮断
スイッチをトリップさせて逆充電を防止できる。

（発明の効果） 以上から明らかなように本発明によれば、従来考えられ
ている分散電源装置に設けた配電線の異常検出機能だけ
では満足できない危険な運転状態、即ち配電線事故時に
おける分散電源装置から配電線への充電運転状態を確実
に検出して、配電線との連係を迅速に遮断することがで
きる。従って配電線作業者の感電事故や配電線再閉路操
作時の過電流事故を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は配電線事故時における分散電源装置から配電線
への逆充電状態の説明図、第２図はそのベクトル図、第
３図は本発明の一実施例回路図である。 Ａ・・・分散電源装置、Ｂ・・・配電線負荷、Ｃ・・・
商用周波電源、Ｌ・・・配電線、Ｓｙ・・・周波数決定
用内部回路、ａ・・・連係点、Ｓ・・・遮断スイッチ、
（１）・・・太陽電池のような直流電源、（２）・・・
インバータ装置、（３）・・・連係リアクトル、Ｄ・・
・インバータ装置の制御回路、（４）・・・位相差検出
器、（５）・・・位相角演算器、（６）・・・電力設定
器、（７）・・・誤差積分器、（８）・・・可変周波数
発振器、（９）・・・電圧異常検出回路、００）・・・
周波数異常検出回路、ＳＴ・・・遮断スイッチのトリッ
プ回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 商用周波電力線に分散接続されて運転される太陽電池な
   どの電源装置において、その商用周波電源と同期するた
   めの周波数位相同期回路に予め周波数バイアスを与えて
   おき、商用周波電力線の事故等に起因する商用周波電源
   の喪失時、前記電源装置自身で発振する交流出力周波数
   を故意に発散させうるように構成し、この周波数異常を
   前記電源装置において検出して前記商用周波電力線との
   連係を遮断することを特徴とする分散電源装置による連
   係商用周波電力線への逆充電防止方法。