JP3206702B2 - 電力系統と並列運転する分散電源の単独運転検出装置 - Google Patents

電力系統と並列運転する分散電源の単独運転検出装置

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JP3206702B2 JP21684494A JP21684494A JP3206702B2 JP 3206702 B2 JP3206702 B2 JP 3206702B2 JP 21684494 A JP21684494 A JP 21684494A JP 21684494 A JP21684494 A JP 21684494A JP 3206702 B2 JP3206702 B2 JP 3206702B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電力系統と分散電源
とが並列運転して負荷へ交流電力を供給中に前記電力系
統の電源側が遮断され、前記分散電源が単独運転状態に
なったことを検出できる電力系統と並列運転する分散電
源の単独運転検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】太陽エネルギーを利用して電力を発生す
る太陽電池や、風のエネルギーを利用して電力を発生す
る風力発電などは自然界のエネルギーの有効利用であっ
て、化石エネルギーを使用しないから省エネルギー効果
があるし、公害も発生しない利点もある。最近はこれら
天然エネルギーにより得られる電力を消費しても余剰が
ある場合には、電力系統へこの余剰電力を送り出す,所
謂逆潮流が認められるようになったので、このような天
然エネルギーを利用して電力を発生する発電装置を設置
する件数は増加する傾向にある。太陽電池を例にする
と、1件当たりの発電電力は数kW程度であるが、多数
の太陽電池を電力系統に接続すれば、その分だけ電力系
統の発電量を削減することが可能になる。この場合の太
陽電池が所謂分散電源である。
【0003】図4は電力系統に分散電源を並列接続し逆
潮流を認めて連系運転する場合の従来例を示した主回路
の単線接続図である。この従来例回路では、交流電源2
が出力する交流電力が変電所3へ送られるが、これら交
流電源2と変電所3が電力系統である。変電所3は電源
遮断器31,変圧器32,母線33,第1負荷遮断器3
4,第2負荷遮断器35,及び第3負荷遮断器36で構
成していて、第1負荷遮断器34は第1給電線4を介し
て第1負荷6へ交流電力を供給しており、第2負荷遮断
器35と第3負荷遮断器36も同様に第2負荷7と第3
負荷8とに交流電力を供給する。一方分散電源10は、
太陽電池11とこの太陽電池11が出力する直流電力を
交流電力に変換するインバータ12とで構成しており、
この分散電源10は連系遮断器5を介して第1給電線4
に接続している。即ち分散電源10は電力系統と並列運
転をすることができる。
【0004】図4に図示した回路構成で分散電源10を
運転して第1負荷6へ電力を供給する際は、電源遮断器
31と第1負荷遮断器34,及び連系遮断器5とをオン
にして交流電源2と分散電源10とを連系しておくと、
例えば曇天で太陽電池11の発電量だけでは第1負荷6
の電力需要が賄えない場合は、変電所3が第1給電線4
と連系遮断器5とを介して第1負荷6へ不足分の交流電
力を送りこむので、第1負荷6が電力不足になるおそれ
は無い。また、晴天の場合は太陽電池11の発電量が増
加するから、第1負荷6へ電力を供給しても余剰を生じ
ることがあるが、この余剰分電力は連系遮断器5と第1
給電線4とを介して変電所3へ送り込まれる。即ち逆潮
流状態となる。変電所3へ送りこまれた余剰電力は第2
負荷7や第3負荷8へ供給されるので、交流電源2の発
電量をこの余剰分だけ減少させることができる。
【0005】このように連系遮断器5をオンにして電力
系統と分散電源10とが連系運転しているときに、工事
や系統事故のために電源遮断器31や第1負荷遮断器3
4がオフになって変電所3から第1負荷6への電力供給
が遮断されても、分散電源10は第1負荷6へ電力を供
給し続けるので、第1負荷6は運転を継続出来る。しか
しながら、電源遮断器31や第1負荷遮断器34がオフ
しても分散電源10が運転を継続し、且つ連系遮断器5
がオンの状態を維持していると分散電源10が第1給電
線4を充電している。この状態を分散電源の単独運転と
称する。例えば第1負荷遮断器34がオフしていれば変
電所3の保守員は第1給電線4は無電圧であると判断す
るおそれがあるが、実際は分散電源10の単独運転によ
り充電しているので、感電などの重大災害を発生する恐
れがある。よって分散電源10が単独運転になれば連系
遮断器5をオフにして第1給電線4を無電圧状態にしな
ければならない。
【0006】そこで連系遮断器5を設置している地点の
電圧を検出し、この検出電圧の周波数の変化から分散電
源10の単独運転を検出し、連系遮断器5へ遮断指令を
与える。周波数変化から単独運転を検出する原理は次の
とおりである。即ち太陽電池11の発生電力が少なく
て、変電所3が第1給電線4と連系遮断器5とを介して
第1負荷6へ不足分の電力を補給している場合は、第1
負荷遮断器34がオフになると電力の不足分を補給でき
なくなるから、これを補おうとして分散電源10の出力
周波数が低下する。これとは逆に太陽電池11の発生電
力が多くて変電所3へ余剰電力を供給している逆潮流時
に第1負荷遮断器34がオフになれば太陽電池11の負
荷が軽くなり、分散電源10の出力周波数は上昇する。
よって連系点の周波数が所定範囲を越えて上昇し或いは
下降するのを検出すれば、単独運転と判断して連系遮断
器5をオフにして第1給電線4が分散電源10の単独運
転のために充電される危険を回避する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、連系点
の周波数変化から分散電源10が単独運転状態になった
か否かを検出する前述した従来方法には次のような欠点
がある。即ち、連系遮断器5をオンにして電力系統と分
散電源10とが並列運転しているときの太陽電池11の
発電量と第1負荷6の電力需要とが殆ど平衡している場
合は、連系遮断器5を通過する電力(即ち変電所3から
第1給電線4を経て第1負荷6へ向かって流れる電力、
或いは分散電源10から連系遮断器5と第1給電線4を
経て変電所3へ向かう電力)は零である。このような状
態では第1負荷遮断器34がオンの場合でもオフの場合
でも太陽電池11の発電量は変化しない。よって連系点
で検出する周波数も変化しない。即ち分散電源10の発
電量と第1負荷6の電力需要とが平衡している場合は、
分散電源10が単独運転になってもそれを検出できない
大きな欠点がある。
【0008】そこでこの発明の目的は、分散電源の発電
量とこの分散電源に接続した負荷の電力需要とが平衡し
ている場合でも、当該分散電源が単独運転状態になった
ことを確実に検出できるようにすることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、この発明の電力系統と並列運転する分散電源の単
独運転検出装置は、電力系統と分散電源とを連系点で接
続し、これら両電源の並列運転で前記連系点よりも分散
電源側に接続した負荷へ交流電力を供給する装置におい
て、
【0010】前記連系点の電圧を検出する電圧検出器
と、検出した交流電圧が零点を通過する時点でクロック
パルスの計数を開始して、1サイクル後の電圧零点通過
時点でその計数値をリセットして再びクロックパルスの
計数を開始する動作を繰り返すカウンタと、基準となる
時点を定めて、この基準時点から前記交流電圧の周波数
の1周期に対応する時間が経過するたびごとに時刻信号
を出力するタイミングパルス発生回路と、この時刻信号
ごとに前記カウンタの計数値を読み出してその値を比較
する計数値比較回路と、を備え、前記カウンタの計数値
の変化から前記分散電源の単独運転を検出するものとす
る。
【0011】
【作用】電力系統と分散電源とを並列運転して負荷へ交
流電力を供給する場合、分散電源を最高の効率で運転す
るのが最も効果的であることから、通常は分散電源の力
率を1にして運転する。しかしながら負荷の力率は1よ
りも小さい(進み力率の場合もあるが、普通は遅れ力率
で1より小さい値)のが通常であるから、分散電源が有
効電力を供給し、負荷が必要とする無効電力は電力系統
が供給する。それ故、分散電源が単独運転状態になれば
電力系統からの無効電力の供給は遮断されてしまう。連
系点電圧は分散電源から負荷へ流入する電流により発生
しているため、電力系統が遮断される前と比較すると電
圧位相が変化する。即ち分散電源の出力と負荷の電力需
要とが平衡していても、連系点電圧の位相が変化するの
で、この位相変化から単独運転状態にあるか否かを検出
できる。
【0012】
【実施例】図1は本発明の第1実施例を表した主回路の
単線接続図であるが、この図1の第1実施例回路は、図
4で既述の従来例回路に電圧検出器15と位相検出回路
16とを追加して構成している。よって図4の従来例回
路と同じ部分の説明は省略する。
【0013】分散電源10の発生電力と第1負荷6の電
力需要とが平衡している場合でも、分散電源10は力率
1で運転し、第1負荷6が必要とする無効電力分は変電
所3→第1負荷遮断器34→第1給電線4→連系遮断器
5の経路で第1負荷6へ供給している。そこで本発明で
は電力系統と分散電源10とを連系している地点の電圧
位相を検出するために、電圧検出器15を介して位相検
出回路16を接続する。第1負荷遮断器34がオフして
分散電源10が単独運転になれば、前述した理由により
連系点の電圧位相が変化する。位相検出回路16は検出
した位相変化から単独運転か否かを判断することができ
る。
【0014】図2は本発明の第2実施例を表した回路図
であって、図1の第1実施例回路に記載の位相検出回路
16の構成を表している。即ち、電圧検出器15が連系
点電圧を検出するが、この交流検出電圧は波形整形回路
21とタイミングパルス発生回路25とに与えられる。
波形整形回路21は正弦波交流波形を矩形波に波形整形
し、立ち上がり時点検出回路22はこの矩形波の立ち上
がり時点ごと(即ち1サイクルごと)にパルス信号をカ
ウンタ23へ出力する。
【0015】カウンタ23はこの立ち上がり時点パルス
が入力するたびごとに、パルス発振器24が出力するク
ロックパルスの計数値をリセットして新たな計数を開始
する動作を繰り返す。一方タイミングパルス発生回路2
5は電圧検出器15が検出する交流電圧を入力してその
周波数の1サイクルに対応した時間が経過するたびに時
刻信号を前記のカウンタ23へ出力する。カウンタ23
はこの時刻信号が入力した時点のクロックパルス計数値
をデータ読み出し回路26へ出力する。データ比較回路
27はデータ読み出し回路26が読み出したデータを比
較し、その値が変化することをもって電圧位相の変化と
判断する。よってデータを比較したときの値の変化が所
定値を越えたならば分散電源10が単独運転状態になっ
たと判定する。
【0016】図3は図2に図示の第2実施例回路の各部
の動作を表した動作波形図であって、図3は交流電圧
波形の変化、図3は波形整形回路21が出力する矩形
波の変化、図3は立ち上がり時点検出回路22が出力
する立ち上がり時点検出パルスの変化、図3はカウン
タ23の計数値の変化、図3はタイミングパルス発生
回路25が出力するタイミングパルスの変化、をそれぞ
れが表している。更にT1 はタイミングパルスの基準と
なる時点を表し、T2 は分散電源10が単独運転となっ
た時点を表している。
【0017】図3で単独運転開始時点T2 以前では、立
ち上がり時点パルスは一定時間間隔(1サイクルに対応
した時間間隔)で発生し、タイミングパルスも基準時点
1を始点にして一定時間間隔(1サイクルに対応した
時間間隔,即ち1/fである。但しfは周波数)で発生
しているから、タイミングパルスごとにカウンタ23か
ら読み出す値はA(図3参照)である。ところが単独
運転開始時点T2 で交流電圧位相が急激に変化する(図
3参照)ので、立ち上がり時点パルスの時間間隔もこ
の位相変化に対応して短く(図3参照)なる。ところ
がタイミングパルスは依然として1/fなる同じ時間間
隔で発生するので、このタイミングパルスに従って読み
出されるカウンタ23の計数値はAからBに変化(図3
参照)する。図2のデータ比較回路27はカウンタ2
3から読み出した値を比較してAからBに変化したこと
を検出し、単独運転検出信号を出力する。
【0018】
【発明の効果】電力系統と分散電源とが並列運転して負
荷へ電力を供給する際に、分散電源が出力する電力と負
荷の電力需要とが平衡している場合は、電力系統の電源
側が遮断されて分散電源が単独運転になっても、従来は
この単独運転を検出することができなかった。しかし本
発明によれば、分散電源が単独運転になったときに両電
源が連系している地点の電圧位相が変動するので、適切
な手段により電圧位相の変化を検出して、単独運転を検
出できる。従って分散電源の単独運転により給電線が充
電しているにもかかわらず無電圧を誤認して感電する重
大事故を回避できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を表した主回路の単線接続
【図2】本発明の第2実施例を表した回路図
【図3】図2に図示の第2実施例回路の各部の動作を表
した動作波形図
【図4】電力系統に分散電源を並列接続し逆潮流を認め
て連系運転する場合の従来例を示した主回路の単線接続
【符号の説明】
2 交流電源 3 変電所 4 第1給電線 5 連系遮断器 6 第1負荷 7 第2負荷 8 第3負荷 10 分散電源 11 太陽電池 12 インバータ 15 電圧検出器 16 位相検出回路 21 波形整形回路 22 立ち上がり時点検出回路 23 カウンタ 24 パルス発振器 25 タイミングパルス発生回路 26 データ読み出し回路 27 データ比較回路 31 電源遮断器 32 変圧器 33 母線 34 第1負荷遮断器 35 第2負荷遮断器 36 第3負荷遮断器 T1 基準時点 T2 単独運転開始時点
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H02M 7/48 H02M 7/48 R (56)参考文献 特開 平1−91671(JP,A) 特開 平5−336668(JP,A) 特開 昭62−89429(JP,A) 特開 昭64−23726(JP,A) 特開 平6−284560(JP,A) 特開 平6−245388(JP,A) 特開 昭61−30922(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 31/00 H02H 7/122 H02J 3/38 H02M 7/48

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力系統と分散電源とを連系点で接続し、
    これら両電源の並列運転で前記連系点よりも分散電源側
    に接続した負荷へ交流電力を供給する装置において、 前記連系点の電圧を検出する電圧検出器と、 検出した交流電圧が零点を通過する時点でクロックパル
    スの計数を開始して、1サイクル後の電圧零点通過時点
    でその計数値をリセットして再びクロックパルスの計数
    を開始する動作を繰り返すカウンタと、 基準となる時点を定めて、この基準時点から前記交流電
    圧の周波数の1周期に対応する時間が経過するたびごと
    に時刻信号を出力するタイミングパルス発生回路と、 この時刻信号ごとに前記カウンタの計数値を読み出して
    その値を比較する計数値比較回路と、 を備え、前記カウンタの計数値の変化から前記分散電源
    の単独運転を検出することを特徴とする電力系統と並列
    運転する分散電源の単独運転検出装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0191671A (ja) * 1987-09-30 1989-04-11 Toshiba Corp 系統連系用インバータ装置
JP3186210B2 (ja) * 1992-05-29 2001-07-11 株式会社明電舎 単独運転検出装置

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