JPWO2019097580A1

JPWO2019097580A1 - 電力システムおよび継電器

Info

Publication number: JPWO2019097580A1
Application number: JP2019554074A
Authority: JP
Inventors: 長崎　寛美; 寛美長崎; 由紀久飯島; 千恵子梅野
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2020-04-02
Anticipated expiration: 2037-11-14
Also published as: JP6769564B2; WO2019097580A1

Abstract

電力システムは、パワーコンディショナと、パワーコンディショナの電流制限制御が実行されているか否かに基づいて送電線の事故発生を検出する継電器と、を備える。パワーコンディショナは、直流電源からの直流電力を交流電力に変換し且つ交流電力を送電線に供給するインバータ回路と、インバータ回路の出力側の電圧が予め定めた条件に合致したときにインバータ回路の出力電流を抑制又は停止させる電流制限制御を実行可能に構築された制御回路と、を有する。電力システムは、送電線に電力を供給する回転機発電機を備えてもよい、継電器は、送電線のインピーダンスが予め定めた所定インピーダンス条件に合致したか否かに基づいて送電線の事故を検出する距離継電器であってもよい。距離継電器は、インピーダンスの所定インピーダンス条件への合致または電流制限制御の実行があったときに、送電線に事故が発生したことを検出してもよい。

Description

本発明は、電力システムおよび継電器に関するものである。

従来、例えば日本特開２０１５−０６５７１９号公報に記載されているように、太陽光発電部、パワーコンディショナ、および連系保護装置を備えた太陽光発電設備用の系統連系装置が知られている。この系統連系装置では、パワーコンディショナと配電系統の間に、連係保護装置が設けられている。連係保護装置は開閉器を含んでおり、開閉器によって配電系統からパワーコンディショナおよび太陽光発電部を切り離すことができる。この公報の段落００６０では、開閉器に保護動作を行わせるために必要な保護継電器を設けてもよいことが僅かに言及されている。

日本特開２０１５−０６５７１９号公報

エネルギー源として化石エネルギーと非化石エネルギーがあり、非化石エネルギーは原子力と再生可能エネルギーに分類される。近年では再生可能エネルギーを利用した電力システムの普及がますます進められている。再生可能エネルギー電力システムと、それ以外の化石エネルギー等の電力システムとを並列運転させる、いわゆる系統連系システムが普及している。また、再生可能エネルギー電力システムのみで構成され、系統連系を行わない、いわゆる独立電源システムも実用化されている。

再生可能エネルギー電力システムは、パワーコンディショナを含んでいる。パワーコンディショナは、内蔵したインバータ回路を駆動することで、直流電力を所望の交流電力に変換する。

再生可能エネルギー電力システムの電力も、既設の電力系統と同様に、送電網の送電線を介して需要家へと供給される。一般的に、送電線に事故があったときのために、送電網には保護継電器が設けられている。送電線保護用の保護継電器には、送電線上の電気的物理量を根拠として事故検出を行うものも多い。このような保護継電器では、送電線上の電気的物理量が予め定めたふるまいを見せたときに送電線に事故が発生したとみなされる。例えば、送電線に地絡事故が発生した場合は通常であれば過大な地絡電流が流れるはずなので、そのような電流の増大を根拠として事故発生を検出することができる。

パワーコンディショナは、自己の出力側の電圧に応じて、出力電流を制限する機能を持っている。この出力電流制限によってパワーコンディショナが出力電流を抑制すると、送電線に過大な地絡電流が流れることは防止される。しかしながら、この出力電流抑制は、パワーコンディショナを含まない従来の電力システムで短絡事故が発生したときの電流挙動とは異なるものである。パワーコンディショナの出力電流抑制が、従来の継電器にとって予定外の電流挙動を引き起こしてしまう。パワーコンディショナを含む電力システムでは、パワーコンディショナ特有の電流制御が生ずることによって継電器の事故検出精度を低下させるおそれがあるという問題があった。

この出願は、上述のような課題を解決するためになされたもので、パワーコンディショナを含む電力システムにおいても事故検出を正確に行うことができる継電器および電力システムを提供することを目的とする。

本願の第一発明にかかる電力システムは、
直流電源からの直流電力を交流電力に変換し且つ前記交流電力を送電線に供給するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力側の電圧が予め定めた条件に合致したときに前記インバータ回路の出力電流を抑制又は停止させる電流制限制御を実行可能に構築された制御回路と、を有するパワーコンディショナと、
前記電流制限制御が実行されているか否かに基づいて前記送電線の事故発生を検出する継電器と、
を備える。

本願の第二発明にかかる継電器は、
パワーコンディショナの制御内容を示す信号を受信するための第一入力部と、
送電線の電圧の大きさに応じた信号を受信するための第二入力部と、
前記パワーコンディショナが予め定めた電流制限制御を実行したことを示す特定信号を前記第一入力部から受信しかつ前記送電線の電圧が予め定めた電圧以下となった場合に、前記送電線の事故発生を検出する判定部と、
を備える。

上記電力システムまたは上記継電器によれば、パワーコンディショナの電流制限制御が行われているか否かを事故検出の条件に含ませることができる。これにより、送電線上の電気的物理量がパワーコンディショナの制御によって影響を受けても、事故発生を正確に検出することができる。

実施の形態１にかかる電力システムおよび継電器を示す回路図である。実施の形態１にかかる電力システムのパワーコンディショナを示す回路図である。実施の形態１にかかるパワーコンディショナの動作を説明するためのグラフである。実施の形態１にかかる継電器の動作を説明するためのグラフである。実施の形態１にかかる継電器の動作を説明するためのグラフである。実施の形態１の変形例にかかる電力システムおよび継電器を示す回路図である。実施の形態１の変形例にかかる電力システムおよび継電器を示す回路図である。実施の形態２にかかる電力システムおよび継電器を示す回路図である。

図１は、実施の形態１にかかる電力システム１および継電器７３を示す回路図である。電力システム１は、系統連系発電部２と、系統連系発電部２の発電電力を受ける第一母線６と、第一母線６と接続した送電網７と、送電網７を介して電力を受け取る第二母線９と、第二母線９と接続した負荷８と、を備えている。

系統連系発電部２は、回転機発電機４と、第一遮断器５と、太陽電池アレイ３と、電力変換装置であるパワーコンディショナシステム１２と、を備えている。「パワーコンディショナシステム」を、「ＰＣＳ」とも略称する。

回転機発電機４は、第一遮断器５を介して第一母線６に接続している。回転機発電機４は、第一母線６を通じて、送電線７０に電力を供給する。回転機発電機４は、化石エネルギー発電機あるいは原子力発電機に搭載された回転機発電機である。回転機発電機４は、太陽電池アレイ３およびＰＣＳ１２で構成される太陽光発電システムとともに系統連系運転をする。

ＰＣＳ１２は、図２に示されているとおり、インバータ回路２２と、電力変換制御装置４０とを備えている。ＰＣＳ１２は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置である。インバータ回路２２は、太陽電池アレイ３からの直流電力を交流電力に変換する。インバータ回路２２が出力する交流電力は、第一母線６を介して送電線７０に供給される。電力変換制御装置４０は、インバータ回路２２の動作を制御するものであり、具体的にはインバータ回路２２に含まれるスイッチング素子のスイッチングを制御する。電力変換制御装置４０は、定常制御とは別に、「電流制限制御」を実行可能に構築されている。実施の形態１にかかる「電流制限制御」は、インバータ回路の出力側の電圧が予め定めた条件に合致したときにインバータ回路の出力電流を抑制又は停止させるものである。ＰＣＳ１２の詳細な構造は、図２を参照しつつ後ほど説明する。

電力システム１は、計器用変流器６９と、第二遮断器７１と、継電器７３と、計器用変圧器７５と、を備えている。送電網７は、送電線７０を備えている。送電線７０の一端が第一母線６と接続し、送電線７０の他端が第二母線９に接続している。送電線７０と第一母線６との接続部付近には、計器用変流器６９および計器用変圧器７５が設けられている。計器用変流器６９で計測された電流Ｉと、計器用変圧器７５で計測された電圧Ｖとが、継電器７３に入力される。なお、符号７６は、送電線７０に地絡事故７６が発生した状況を模式的に表したものである。

継電器７３は、距離継電器である。継電器７３は、送電線７０のインピーダンスが予め定めた所定インピーダンス条件に合致したか否かに基づいて送電線７０の事故を検出することができる。継電器７３は、送電線７０のインピーダンスが所定インピーダンス条件に合致した場合と上記の電流制限制御の実行があった場合の少なくとも一方の場合に、送電線７０に事故が発生したことを検出する。

一般的に、保護継電器は、発電所あるいは変電所に設置されるのが普通である。送電線７０を保護するための保護継電器には、送電線７０上の電気的物理量を根拠として事故検出を行うものも多い。このような保護継電器では、送電線７０上の電気的物理量が予め定めたふるまいを見せたときに送電線７０に事故が発生したとみなされる。例えば、送電線７０に地絡事故が発生した場合は通常であれば過大な地絡電流が流れるはずなので、そのような電流の増大を根拠として事故検出を行うことができる。このような保護継電器の一例として「距離継電器」がある。実施の形態１にかかる継電器７３も、距離継電器と同様の構造を備えている。継電器７３は送電線７０のインピーダンスを監視することによって事故が発生しているか否かを検出する。また、インピーダンスは送電線７０の距離を決める電気的尺度となる。継電器７３は送電線７０のインピーダンスに基づいて事故点までの距離を知ることもできる。

第一母線６には、回転機発電機４と、送電網７の送電線７０と、ＰＣＳ１２と、が接続している。第一母線６には、回転機発電機４とＰＣＳ１２とが並列接続されており、送電線７０はこれらの発電設備の出力電力を受け取る。第一母線６は、変電所の母線である。

図２は、実施の形態１にかかる電力システム１のＰＣＳ１２を示す回路図である。ＰＣＳ１２は、電力変換部であるインバータ回路２２と、連系トランス２３と、コンデンサ２４と、直流リアクトル２５と、直流電圧検出器２６と、直流電流検出器２７と、交流電圧検出器２８と、交流電流検出器２９と、電力変換制御装置４０と、を備えている。

主回路２１は、太陽電池アレイ３により発電された電力を第一母線６に供給する回路である。主回路２１には、インバータ回路２２、連系トランス２３、コンデンサ２４、及び直流リアクトル２５が設けられている。

インバータ回路２２は、太陽電池アレイ３から供給される直流電力を第一母線６の交流電源と同期する交流電力に変換する。インバータ回路２２は、変換した交流電力を第一母線６に供給するために出力する。

連系トランス２３は、インバータ回路２２の出力側（交流側）に設けられている。連系トランス２３は、インバータ回路２２から出力される交流電圧を第一母線６に供給するための電圧に変圧する。

コンデンサ２４及び直流リアクトル２５は、交流フィルタを構成する。交流フィルタは、連系トランス２３の交流側に設けられている。交流フィルタは、インバータ回路２２から第一母線６に流出する高調波電流を抑制する。

直流電圧検出器２６は、インバータ回路２２の入力側（直流側）に設けられている。直流電圧検出器２６は、太陽電池アレイ３から入力される直流電圧を検出する。直流電圧検出器２６は、検出した直流電圧を電力変換制御装置４０に出力する。

直流電流検出器２７は、インバータ回路２２の入力側に設けられている。直流電流検出器２７は、太陽電池アレイ３から入力される直流電流を検出する。直流電流検出器２７は、検出した直流電流を電力変換制御装置４０に出力する。

交流電圧検出器２８は、直流リアクトル２５の出力側（交流側）に設けられている。交流電圧検出器２８は、インバータ回路２２から出力される交流電圧を検出する。交流電圧検出器２８は、検出した交流電圧を電力変換制御装置４０に出力する。

交流電流検出器２９は、直流リアクトル２５の出力側に設けられている。交流電流検出器２９は、インバータ回路２２から出力される交流電流を検出する。交流電流検出器２９は、検出した交流電流を電力変換制御装置４０に出力する。

電力変換制御装置４０は、インバータ回路２２を制御する制御装置である。電力変換制御装置４０は、直流電圧計測部４１と、直流電流計測部４２と、交流電圧計測部４３と、交流電流計測部４４、電力制御部４５と、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御部４６とを備えている。

直流電圧計測部４１は、直流電圧検出器２６により検出された直流電圧により、太陽電池アレイ３から入力される直流電圧を計測する。直流電圧計測部４１は、計測した直流電圧を電力制御部４５に出力する。

直流電流計測部４２は、直流電流検出器２７により検出された直流電流により、太陽電池アレイ３から入力される直流電流を計測する。直流電流計測部４２は、計測した直流電流を電力制御部４５に出力する。

交流電圧計測部４３は、交流電圧検出器２８により検出された交流電圧により、第一母線６の系統電圧（インバータ回路２２の出力電圧）を計測する。交流電圧計測部４３は、計測した交流電圧を電力制御部４５に出力する。

交流電流計測部４４は、交流電流検出器２９により検出された交流電流により、インバータ回路２２から出力される交流電流を計測する。交流電流計測部４４は、計測した交流電流を電力制御部４５に出力する。

電力制御部４５は、直流電圧計測部４１により計測された直流電圧、直流電流計測部４２により計測された直流電流、交流電圧計測部４３により計測された交流電圧、及び交流電流計測部４４により計測された交流電流に基づいて、インバータ回路２２から出力させる電気量（電流、電圧、電力など）を制御するための演算処理をする。電力制御部４５は、演算された電気量をインバータ回路２２に対する出力指令値として、ＰＷＭ制御部４６に出力する。

ＰＷＭ制御部４６は、電力制御部４５から入力された出力指令値に基づいて、インバータ回路２２をＰＷＭ制御するためのゲート信号を生成する。ＰＷＭ制御部４６は、生成したゲート信号により、インバータ回路２２を駆動制御する。これにより、インバータ回路２２から、所望の周波数を持つ交流電力を出力することができる。

ＰＣＳ１２は、インバータ回路２２の出力側の電圧に応じて、インバータ回路２２の出力電流を制限する機能を持っている。ＰＣＳ１２の電流制限機能の一つは、ＦＲＴ（ＦａｕｌｔＲｉｄｅＴｈｒｏｕｇｈ）と呼ばれるものである。ＦＲＴによれば、負荷８側の電圧つまりＰＣＳ１２の出力側の電圧が低下しても、一定時間は出力電流を絞りつつ流し続けるようにＰＣＳ１２が電流制御を行う。ＰＣＳ１２の電流制限機能の他の一つは、自己の出力側の電圧が予め定めた所定電圧以下になるとＰＣＳ１２が出力電流をシャットダウンするという機能である。所定電圧は、例えば送電線７０の定常電圧の２０％程度に設定されてもよい。ＰＣＳ１２は、電流制限制御の実行に応じて、継電器７３に電流制御フラグ信号ＵＣＣを送信するように構築されている。これにより、ＰＣＳ１２が行っている電流制御の情報を、継電器７３に伝えることができる。

図３は、実施の形態１にかかるＰＣＳ１２の動作を説明するためのグラフである。図３は、ＦＲＴ機能の検証波形の一例であり、ミニモデルによる検証波形を示している。矢印Ｑ０が指し示す区間１００ｍｓの領域では、ＰＣＳ１２の出力する交流電圧の大きさが突然かつ極端に低下している。このような電圧低下が起きると、ＦＲＴが作動する。ＰＣＳ出力電流波形のうち矢印Ｑ１で指し示された部分は、ＰＣＳ１２からの電流出力がＦＲＴによって継続されている様子を表している。ＰＣＳ１２に入力される直流電圧のうち矢印Ｑ２で指し示された部分は、矢印Ｑ０で指し示した出力電力の低下により直流電圧が上昇している様子を表している。矢印Ｑ２にかかる直流電圧上昇は、太陽電池の特性によるものである。

継電器７３は、ＰＣＳ１２から制御情報を受け取ったうえで、電流制限制御が実行されているか否かに基づいて送電線７０の事故を検出する。継電器７３は、複数の入力部と、トリップ命令信号Ｓｔｒ２を出力する判定論理回路７４と、インピーダンス判定部７７と、フェールセーフ継電器部７８と、を備えている。図１では、便宜上、インピーダンス判定部を「Ｚ判定部」とも称し、フェールセーフ継電器部を「ＦＳ継電器部」としている。継電器７３が備える複数の入力部は、計器用変流器６９で計測された電流値信号Ｉを取得する電流値入力部と、計器用変圧器７５で計測された送電線７０の電圧の大きさに応じた電圧値信号Ｖを受信するための電圧値入力部と、ＰＣＳ１２と通信することで電流制御フラグ信号ＵＣＣを受信するための通信入力部と、第一遮断器５のトリップ状態を示すトリップ状態信号Ｓｔｒ１を取得するためのトリップ状態入力部と、を含む。判定論理回路７４は、電流値入力部、電圧値入力部、通信入力部、およびトリップ状態入力部に入力される複数の信号と、インピーダンス判定部７７の出力するインピーダンスフラグ信号ＵＺと、フェールセーフ継電器部７８の出力するフェールセーフフラグ信号ＵＦＳとに基づいて、第二遮断器７１に対してトリップ命令信号Ｓｔｒ２を出力する。

継電器７３の具体的な内部回路構造は、公知の各種の距離継電器をベースとすることができる。実施の形態１では、継電器７３が判定論理回路７４を備えている。判定論理回路７４は、第一論理積ゲート７４ａと、論理和ゲート７４ｂと、第二論理積ゲート７４ｃと、を含んでいる。判定論理回路７４は、下記の第一演算ステップ〜第三演算ステップを行うように構築されている。第一演算ステップとして、第一論理積ゲート７４ａは、電流制御フラグ信号ＵＣＣと、トリップ状態信号Ｓｔｒ１と、の論理積を出力する。第一論理積ゲート７４ａの出力を出力信号Ｕ０とする。インピーダンスフラグ信号ＵＺは、インピーダンス判定部７７が後述する図３の動作を実行することによって決定される。第二演算ステップとして、論理和ゲート７４ｂは、インピーダンスフラグ信号ＵＺと、第一論理積ゲート７４ａの出力信号Ｕ０との論理和を出力する。論理和ゲート７４ｂの論理和出力が、フラグ信号Ｕ１である。第三演算ステップとして、第二論理積ゲート７４ｃは、フラグ信号Ｕ１とフェールセーフフラグ信号ＵＦＳとの論理積を出力する。

ＰＣＳ１２が電流制限制御を実行すると、ＰＣＳ１２から電流制御フラグ信号ＵＣＣが継電器７３に与えられる。継電器７３は、電流制御フラグ信号ＵＣＣの内容を上記の第一演算ステップ〜第三演算ステップに取り込んでいるので、ＰＣＳ１２の制御の情報を送電線７０の事故検出のための情報として利用することができる。

以下、図１に加えて図４〜図５を更に参照しつつ、継電器７３の動作を説明する。

図４は、実施の形態１にかかる継電器７３の動作を説明するためのグラフである。図４は、回転機発電機４の運転中に送電線７０に事故があった場合を表している。以下、図４を用いて、「継電器が見るインピーダンス」について説明する。ただし、個々で説明する事項は既に公知の距離継電器で実施されている内容であり、新規な事項ではない。このため、必要事項を中心に説明し、説明を簡略化する。図４には、インピーダンスを表す複素数平面に、送電線７０のインピーダンス直線８１と、継電器７３の動作範囲８０と、動作範囲８０が持つオフセット８２およびオフセット８３と、負荷インピーダンス８５と、が図示されている。なお、ＲＸ直交座標の原点Ｏは、図１では継電器７３の設置付近に対応している。図１では便宜上、送電線７０上における計器用変流器６９の取り付け位置を、原点Ｏに対応付けている。また、ＲＸ直交座標で、インピーダンス直線８１と動作範囲８０との交点Ｐが、継電器７３の保護範囲の末端を表している。図１では、便宜上、送電線７０と第二母線９との接続点を、交点Ｐと対応付けている。

継電器７３は、送電線７０に流れる電流と第一母線６の電圧に基づいて、送電線７０のインピーダンスの大きさを測っている。事故の発生していない通常の運転では、原点Ｏから遠方にある負荷インピーダンス８５が支配的である。通常の運転では、継電器７３から見て相当な遠方に負荷インピーダンス８５が存在している状態となる。一方、保護区間内で事故が生ずることで継電器７３が見るインピーダンスが送電線７０の線路インピーダンスのみとなると、インピーダンスが極端に小さな値となる。継電器７３が見るインピーダンスは、図４の矢印８４に示すように、遠方から、継電器７３の動作範囲８０内へ移動する。その結果、送電線７０に事故があったことが検出される。インピーダンス判定部７７は、上述の内容を実行することで、動作範囲８０内に入るほどにインピーダンスが小さくなったことを根拠として保護区間内に事故が生じたか否かを判定する。インピーダンスに基づく事故検出がなされ、第二遮断器７１が速やかにトリップされる。

一般的に、計器用変流器６９、継電器７３および計器用変圧器７５は、変電所内に設置されている。継電器７３は、計器用変圧器７５を介して送電線７０の電圧値を取り込み、計器用変流器６９を介して送電線７０の電流値を取り込む。図１では、第一母線６と第二遮断器７１の間に計器用変流器６９が設置されている。

送電線７０の保護は、複数の継電器の論理和に基づいて事故を検出するいわゆるＯＲ運用によって行われることが好ましい。これは保護の確実性を重視するためである。複数の継電器は、例えば短絡差動継電器と短絡インピーダンス継電器とを含んでいる。短絡作動継電器には、例えば主保護のために８７Ｓ継電器が選定される。短絡インピーダンス継電器には、例えば後備保護のために４４Ｓ継電器が選定される。一例として、４４Ｓ継電器の第一段４４ＳＸあるいは送電線７０の全長の８０％程度の範囲が、保護範囲として取り扱われる。また、４４Ｓ継電器が検知する電圧は、継電器７３の設置点近傍での事故に対しては、ゼロになる。仮に動作範囲８０がＲ軸のプラス側およびＸ軸のプラス側のみで設定されている場合、４４Ｓ継電器が検知する電圧がゼロになると正常動作ができないおそれがある。そこで、動作範囲８０にオフセット８２およびオフセット８３が設定されることが好ましい。なお、「８７Ｓ」および「４４Ｓ」は、ＪＩＳ規格あるいはＪＥＭ規格で定められているデバイス種類および短絡／地絡の別を表しており、公知技術に属する情報なので詳細な説明は省略する。また、ＪＩＳ規格と、海外規格であるＩＥＣ規格とではデバイス種類と数字との対応が一部異なり、ＪＩＳ規格の４４番はＩＥＣでは２１番に対応している。

図５は、実施の形態１にかかる継電器７３の動作を説明するためのグラフである。図５は、回転機発電機４が休止中であり且つ太陽電池アレイ３のみで発電が行われている場合において、送電線７０に事故があった場合を表している。第一母線６の電圧が低下すると、ＦＲＴが作動することでＰＣＳ１２が出力電流の大きさを制限する。ＰＣＳ１２が電流制限を行うと、継電器７３が正確なインピーダンス測距を実施できなくなるおそれがある。継電器７３のインピーダンス測距が実施されるよりも早く、ＰＣＳ１２のＦＲＴが作動するからである。この場合、電圧は低下しているものの、図５の矢印８６のようにインピーダンスが動作範囲８０の内側に到達できないので、短絡事故判断が働かないという不具合が生じる。その結果、継電器７３が事故点を誤計測してしまう。

図４のように継電器７３のインピーダンス測距機能が正常動作していれば問題は無い。しかし図５のようにインピーダンス測距機能が妨げられることもありうる。そこで、実施の形態１では、継電器７３に、ＰＣＳ１２の電流出力制限状態を入力している。継電器７３は、ＰＣＳ１２の電流出力制限状態を事故判定情報として取り入れつつ、事故発生を検出した場合には送電線７０の第二遮断器７１に対して開放指令すなわちトリップ指令を出力する。第二遮断器７１をトリップさせることにより、送電線７０の事故に対して速やかに対策を施すことができる。

実際には、継電器７３は、複数の事故検出条件が満たされた場合に事故発生を検出するように構築されることが好ましい。第一事故検出条件の一例としては、回転機発電機４が運転しておらず、尚且つＰＣＳ１２のＦＲＴ機能が働いていることを条件とすることが好ましい。この第一事故検出条件の他に、フェールセーフのための第二事故検出条件も課せられることが好ましい。第二事故検出条件の一例として、フェールセーフ継電器部を継電器７３に内蔵させることで、送電線７０の電圧が予め定めた所定電圧以下であるときに事故発生を検出するという条件を加えてもよい。フェールセーフ継電器部は、例えば、２７Ｓ不足電圧継電器を用いてもよい。なお、「２７Ｓ」は、ＪＩＳ規格あるいはＪＥＭ規格で定められているデバイス種類および短絡／地絡の別を表しており、公知技術に属する情報なので詳細な説明は省略する。

図１を参照しつつ、判定論理回路７４の具体的動作についてより詳細に説明する。ＦＲＴの作動に応じて電流制御フラグ信号ＵＣＣがハイとなり、第一遮断器５が遮断状態にあることでトリップ状態信号Ｓｔｒ１がハイとなっていると、第一論理積ゲート７４ａの出力信号Ｕ０がハイとなる。図４で説明したように継電器７３が見るインピーダンスが動作範囲８０内に入った場合には、インピーダンス判定部７７がインピーダンスフラグ信号ＵＺをハイとする。出力信号Ｕ０とインピーダンスフラグ信号ＵＺの少なくとも一方がハイになると、フラグ信号Ｕ１がハイとなる。実施の形態１では、計器用変圧器７５で計測した送電線７０の電圧が、予め定めた所定電圧以下となったときに、フェールセーフフラグ信号ＵＦＳがハイとなる。インピーダンスフラグ信号ＵＺまたは電流制御フラグ信号ＵＣＣがハイとなり、かつフェールセーフフラグ信号ＵＦＳがハイとなった場合に、第一論理積ゲート７４ａがトリップ命令信号Ｓｔｒ２をハイ出力とする。電流制御フラグ信号ＵＣＣとインピーダンスフラグ信号ＵＺの両方がローである場合には、第一論理積ゲート７４ａはトリップ命令信号Ｓｔｒ２をローに保持する。また、フェールセーフフラグ信号ＵＦＳがローであれば、第一論理積ゲート７４ａはトリップ命令信号Ｓｔｒ２をローに保持する。以上の動作によれば、送電線７０に事故が発生したことを正確に検出し、それにより第二遮断器７１を正確に作動させることができる。継電器７３によれば、電流制限制御が行われているか否かを事故検出の条件に含ませることができるので、送電線７０上の電気的物理量がＰＣＳ１２の制御によって影響を受けても、正確な事故検出を行うことができる。トリップ命令信号Ｓｔｒ２の出力がハイとなったときに継電器７３の外部に報知信号を出力してもよい。これにより送電線７０で事故が検出されたことを外部に報知してもよい。

なお、継電器７３は次のように変形してもよい。実施の形態１では一例として論理回路によって継電器７３が事故検出を行っているが、変形例として論理回路の代わりにマイコン上で判定プログラムを実行させてもよい。距離継電器などの保護継電器として、ディジタル保護継電器が普及している。ディジタル保護継電器は、ＣＰＵ、アナログフィルタ、Ａ／Ｄコンバータ、ディジタルフィルタ、およびメモリを備えている。ＣＰＵが、メモリに記憶された事故検出プログラムおよび保護動作プログラムを実行することで継電器の機能が発揮されている。上記の判定論理回路７４で行われる上記第１演算ステップ〜第３演算ステップをソフトウェア上で構築すればよい。

なお、実施の形態１にかかる電力システム１では、回転機発電機４が運転されている場合には、送電線７０に事故が発生しても回転機発電機４が急停止せずに一定期間は発電を続ける。この一定期間の発電に伴う電流を利用して、継電器７３がインピーダンスに基づく事故点測距を行うことができる。その一方で、回転機発電機４による発電が停止している場合には、太陽電池アレイ３およびＰＣＳ１２を介して得られる再生可能エネルギー発電電力のみが送電線７０へ供給される。この場合にも、実施の形態１にかかる継電器７３は、インピーダンスに基づく事故検出に代えて、電流制御フラグ信号ＵＣＣを利用した事故検出を行うことができる。従って、実施の形態１によれば、距離継電器によるインピーダンス事故点測距と、電流制御フラグ信号ＵＣＣを利用した事故検出とを、状況に応じて使い分けることができる。

なお、実施の形態１では、電流制限制御がＦＲＴを含んでいるので、ＰＣＳ１２はＦＲＴの実行に応じて継電器７３に電流制御フラグ信号ＵＣＣを送信する。継電器７３は、電流制御フラグ信号ＵＣＣに基づいて事故検出を行っている。一方、変形例として、仮に電流制限制御にＦＲＴが含まれずシャットダウン制御のみである場合には、ＰＣＳ１２はシャットダウン制御の実行に応じて継電器７３に電流制御フラグ信号ＵＣＣを送信するようにしてもよい。

図６は、実施の形態１の変形例にかかる電力システム１および継電器７３を示す回路図である。図６では、太陽電池アレイ３に代えて、蓄電池１３がＰＣＳ１２に接続されている。図７に示すように、蓄電池１３に代えて、風力発電システム１４がＰＣＳ１２に接続されてもよい。風力発電システム１４は、風力発電機１５および電力変換装置１６を含んでいる。風力発電機１５の発電する交流電力は、風の強さに左右される。風の強さは時々刻々と変化するので、風力発電機１５の発電する交流電力は安定しにくい。そこで、電力変換装置１６により風力発電機１５からの交流電力を一定の直流電圧に変換し、さらにこの直流電圧をＰＣＳ１２で安定した交流電力に変換することが好ましい。他の変形例として、太陽電池アレイ３、蓄電池１３、および風力発電システム１４からなる直流電源システム群から二つ以上の直流電源システムを選択してもよく、複数のＰＣＳ１２を介してこの選択した直流電源システムをそれぞれ第一母線６に接続してもよい。これにより複数の直流電源システムを並行運転させてもよい。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２にかかる電力システム１０１および継電器１７３を示す回路図である。実施の形態２の電力システム１０１が実施の形態１と異なる点としては、次の二点がある。第一の相違点として、第一母線６に回転機発電機４が接続されておらず、第一母線６にＰＣＳ１２および太陽電池アレイ３の直列回路のみが接続されている。第二の相違点として、実施の形態２では継電器７３が継電器１７３に置換されている。継電器１７３は、判定論理回路７４に代えて、判定論理回路１７４を備えている。これらの点を除いて、実施の形態２の電力システム１０１は、実施の形態１と同様の構成を備えている。

判定論理回路１７４は、第四論理積ゲート１７４ａを備える。インピーダンスフラグ信号ＵＺが使用されないので、継電器１７３は計器用変流器６９を用いた電流取込を行わなくともよい。第四論理積ゲート１７４ａは、電流制御フラグ信号ＵＣＣと、フェールセーフフラグ信号ＵＦＳとの論理積を演算する。これにより、ＦＲＴの作動に応答して電流制御フラグ信号ＵＣＣがハイとなり、かつ送電線７０の電圧低下に応じてフェールセーフフラグ信号ＵＦＳがハイとなった場合に、第四論理積ゲート１７４ａがトリップ命令信号Ｓｔｒ２をハイとすることができる。従って、実施の形態１と同様に、電流制限制御が行われているか否かを事故検出の条件に含ませることができるので、送電線７０上の電気的物理量がＰＣＳ１２の制御によって影響を受けても、正確な事故検出を行うことができる。実施の形態１とは異なりインピーダンスフラグ信号Ｚが不要なので、継電器１７３の構造は距離継電器以外の各種の保護継電器の内部構成をベースとして作られても良い。

実施の形態１と同様の変形を適用しても良い。判定論理回路１７４をソフトウェアで実現しても良いことは、実施の形態１と同様である。図６および図７のように蓄電池１３または風力発電システム１４を第一母線６に接続してもよい。太陽電池アレイ３、蓄電池１３、および風力発電システム１４からなる直流電源システム群から選択した二つ以上の直流電源システムを、第一母線６に接続してもよい。

１、１０１電力システム、２系統連系発電部、３太陽電池アレイ、４回転機発電機、５第一遮断器、６第一母線、７送電網、８負荷、９第二母線、１２パワーコンディショナシステム（ＰＣＳ）、１３蓄電池、１４風力発電システム、１５風力発電機、１６電力変換装置、２１主回路、２２インバータ回路、２３連系トランス、２４コンデンサ、２５直流リアクトル、２６直流電圧検出器、２７直流電流検出器、２８交流電圧検出器、２９交流電流検出器、４０電力変換制御装置、４１直流電圧計測部、４２直流電流計測部、４３交流電圧計測部、４４交流電流計測部、４５電力制御部、４６ＰＷＭ制御部、６９計器用変流器、７０送電線、７１第二遮断器、７３、１７３継電器、７４、１７４判定論理回路、７４ａ第一論理積ゲート、７４ｂ論理和ゲート、７４ｃ第二論理積ゲート、７５計器用変圧器、７６地絡事故、７７インピーダンス判定部、７８フェールセーフ継電器部、８０動作範囲、８１インピーダンス直線、８２、８３オフセット、８５負荷インピーダンス、１７３継電器、１７４ａ第四論理積ゲート、Ｓｔｒ１トリップ状態信号、Ｓｔｒ２トリップ命令信号、Ｕ０出力信号、Ｕ１フラグ信号、ＵＣＣ電流制御フラグ信号、ＵＦＳフェールセーフフラグ信号、ＵＺインピーダンスフラグ信号

Claims

直流電源からの直流電力を交流電力に変換し且つ前記交流電力を送電線に供給するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力側の電圧が予め定めた条件に合致したときに前記インバータ回路の出力電流を抑制又は停止させる電流制限制御を実行可能に構築された制御回路と、を有するパワーコンディショナと、
前記電流制限制御が実行されているか否かに基づいて前記送電線の事故発生を検出する継電器と、
を備える電力システム。
前記送電線に電力を供給する回転機発電機をさらに備え、
前記継電器は、前記送電線のインピーダンスが予め定めた所定インピーダンス条件に合致したか否かに基づいて前記送電線の事故を検出する距離継電器であり、
前記距離継電器は、前記インピーダンスが前記所定インピーダンス条件に合致した場合と前記電流制限制御の実行があった場合の少なくとも一方の場合に、前記送電線に事故が発生したことを検出する請求項１に記載の電力システム。
パワーコンディショナの制御内容を示す信号を受信するための第一入力部と、
送電線の電圧の大きさに応じた信号を受信するための第二入力部と、
前記パワーコンディショナが予め定めた電流制限制御を実行したことを示す特定信号を前記第一入力部から受信しかつ前記送電線の電圧が予め定めた電圧以下となった場合に、前記送電線の事故発生を検出する判定部と、
を備える継電器。