JPH09135536A - 系統連系システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発電手段からなる交流電源の電力系統に、発電
手段の発電量に対応し安定した電力を系統に逆潮流でき
ると共に、需要家に安定した電力を供給でき、交流電源
の発電電力量と消費電力量の関係を最適化できる系統連
系システムを提供すること。 【解決手段】交流電源の発電情報を発生する第１情報伝
達手段と、これから発電情報を受取り、その情報に応じ
て需要家が有する分散電源の潮流制御を行う制御信号を
発生する第２情報伝達手段と、需要家の使用電力，分散
電源の発電情報を発生して第２情報伝達手段に送り、第
２情報伝達手段から潮流制御の制御信号を受取り、この
制御信号に応じて分散電源の潮流制御，負荷群の負荷率
制御を行う第３情報伝達手段とを有し、第２情報伝達手
段は第３情報伝達手段から需要家の使用電力，分散電源
の発電情報を受取り、これを第１情報伝達手段に送る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電等の発電
手段からなる交流電源を有する電力系統と、需要家等に
設けられて電力系統に連系される太陽光発電等の発電手
段からなる分散電源により構成され、交流電源の発電量
等の状況に応じて分散電源を制御して潮流制御を行い交
流電源の発電容量の平準化を図るのに好適な系統連系シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、太陽光発電・燃料電池発電等を用
いた電源が開発されている。

【０００３】しかし、太陽光発電はその出力が天候に左
右され易く、かつ夜間発電ができないという扱い難さが
ある。また、燃料電池発電では点検のための停止期間が
あるので、これらの電源を単独で用いると需要家に安定
した電力を供給できないという問題がある。そこで、従
来は交流電源を有する電力系統に上記の発電手段を分散
電源として連系させて利用し安定した電力の供給を行う
ようにしている。

【０００４】この場合、連系のために太陽光発電から出
力される直流電圧を交流電圧に変換するための直交変換
手段と、電力系統との連系に必要な保護装置，開閉器，
フィルタ等からなる連系手段により電力系統と連系して
電力供給を行うようにしている。同様のシステムは、例
えば特開平6−14461号公報に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これまで、分散電源か
ら電力系統への逆潮流は規制によりできなかった。しか
し、今後は電力系統と分散電源が正常な状態で連系され
ているとき、分散電源の余剰電力を電力系統へ逆潮流
し、電力会社に売電できることになる。

【０００６】しかし、従来の系統連系システムではこの
逆潮流については考慮されておらず、電力系統に連系さ
れる分散電源の数が多くなると分散電源により電力系統
に与える電力変動が大きくなる。特に太陽光発電による
分散電源の場合、その出力が天候に左右されるため、電
力系統に与える電力変動は非常に大きくなり、電力系統
にとって大きな問題となる。そこで、電力系統に連系し
た分散電源を制御してこのような問題を回避し、交流電
源の発電容量の平準化を図ることが重要な課題となる。

【０００７】本発明の目的は、発電手段を有する交流電
源の電力系統に、発電手段の発電量に対応し安定した電
力を逆潮流することができると共に、需要家に安定した
電力を供給することができ、かつ、交流電源の発電電力
量と消費電力量との関係を最適化できる系統連系システ
ムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の特徴とするところは、発電手段を備えた交流
電源を有する電力系統と、それぞれ分散電源を有する複
数の電力需要家とを、系統連系手段により連系した系統
連系システムにおいて、前記交流電源の発電に関する情
報を発生する第１の情報伝達手段と、前記第１の情報伝
達手段から前記発電に関する情報を受け取り、この情報
に応じて前記複数の電力需要家が有する分散電源の潮流
制御を行う制御信号を発生する第２の情報伝達手段と、
前記複数の電力需要家の使用電力と分散電源の発電量に
関する情報を発生して前記第２の情報伝達手段に送り、
前記第２の情報伝達手段から前記潮流制御を行う制御信
号を受け取り、この制御信号に応じて前記分散電源の潮
流制御，負荷群の負荷率制御を行う第３の情報伝達手段
とを有し、前記第２の情報伝達手段は、前記第３の情報
伝達手段から前記複数の電力需要家の使用電力と分散電
源の発電量に関する情報を受け取り、これを前記第１の
情報伝達手段に送る系統連系システムにある。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１に示す。

【００１０】図１において、１は第１の情報伝達手段、
２は第２の情報伝達手段、３は第３の情報伝達手段、１
０は火力発電等の発電手段からなる交流電源、１１は配
電用変電所、１２は遮断器、１３は柱上変圧器である。

【００１１】交流電源１０の発電電力は配電用変電所１
１によってその電圧が６.６ｋＶ に降圧され、配電用変
電所１１から配電系統１４により分岐されてグループ
１，グループ２，……，グループｎの各グループに配電
される。各配電系統１４の分岐電力は、遮断器１２，配
電系統１５を介して各グループに設けられた柱上変圧器
１３に供給される。柱上変圧器１３に供給された電力
は、柱上変圧器１３でその電圧が２００Ｖあるいは１０
０Ｖに降圧されて需要家２０等に供給される。

【００１２】２１は分散電源として需要家Ａ２０，需要
家Ｂ２０のそれぞれに設置された太陽電池、２２は太陽
電池２１から出力される直流電圧を交流電圧に変換する
直交変換器、３０は交流電圧で作動するエアコン，電
灯，冷蔵庫等の負荷群である。２３は太陽電池２１から
負荷群３０に供給される電力が十分でない場合、電力系
統からの電力を負荷群３０に供給できるようにすると共
に、電力系統異常等を検出する保護装置２４，電力系統
異常時に太陽電池２１の分散電源を解列する開閉器２５
により構成される系統連系装置である。

【００１３】さらに、需要家Ａ，需要家Ｂに設置する太
陽電池２１からなる分散電源とは別に、電力貯蔵機能を
有する蓄電池４０を分散電源とし、蓄電池４０から出力
される直流電圧を交流電圧に変換する直交変換器４１及
びこの分散電源と電力系統との連系手段である系統連系
装置４２を設置している。ここで図１の１点鎖線で囲ん
で示すように、柱上変圧器１３からの配電系統１６に接
続される各需要家２０等を１つのグループとして構成す
る。

【００１４】図１において、第１の情報伝達手段１は給
電指令の最上位に位置し、需給調整用の指令を第２の情
報伝達手段２及び第３の情報伝達手段３に出力する。下
位の第２の情報伝達手段２は配電用変電所１１に位置
し、第１の情報伝達手段１からの指令に基づいて各グル
ープの分散電源の発電量，消費電力量などを監視し、第
１の情報伝達手段１からの指令と、分散電源の発電量，
消費電力量などの関係から第３の情報伝達手段３に適切
な情報、制御信号を出力するように実行する。第３の情
報伝達手段３は管轄電力系統である配電系統１６に接続
される需要家２０等の運転操作指令を担当しており、配
電系統１６に応じて複数、即ちプループの数だけ設けら
れており、需要家２０の制御装置２６と直接制御信号と
のやり取りを行う。

【００１５】図２，図３，図４により、図１に示した本
発明の一実施例について説明する。図２は第１の情報伝
達手段１，第２の情報伝達手段２及び第３の情報伝達手
段３の関係を示したものである。図３は本発明の図１の
実施例における需要家２０の詳細構成と、第３の情報伝
達手段と制御装置２６との情報，制御信号により需要家
２０の動作を説明する図面である。図４は情報，制御信
号に従って実行される処理のフローを示す図面である。

【００１６】図１，図３に示すように第３の情報伝達手
段３は、需要家２０の制御装置２６に上位の第１の情報
伝達手段１，第２の情報伝達手段２からの情報，制御信
号に応じた指令を制御装置２６に出力すると共に、制御
装置２６からの情報，制御信号を上位の第１，第２の情
報伝達手段に出力するといったように情報，制御信号の
授受を行い、分散電源の発電量の制御，潮流制御や負荷
の投入，解列を行わせるように第１の情報伝達手段１か
ら制御装置２６まで図１に示すごとく情報網を組んでい
る。

【００１７】例えば、夏の電力消費ピーク時などで交流
電源１０の発電電力量が不足した場合、あるいは発電電
力量が少ない場合や、逆に交流電源１０の発電電力量が
各需要家の消費電力量より大きく、余る場合が有る。こ
のような現象は季節、あるいは時間帯によっても生じ、
時々刻々変化する消費電力量に応じて発電量を制御する
ことは困難となる。また、電力系統にとっても負荷変動
が大きいことは、発電電力量の平準化を図る上でも好ま
しくない。そこで第１の情報伝達手段１，第２の情報伝
達２、及び第３の情報伝達手段３により、図１に示すグ
ループ内の分散電源の発電量と消費電力量などの情報を
もとに図４に示す処理フローにしたがって制御信号の授
受を行いグループ内の需要家２０の分散電源の発電量，
潮流制御，負荷群３０の負荷率を制御する。以下、図４
を用いて具体的な動作について説明する。

【００１８】処理５００で交流電源１０の発電電力量を
算出し、この発電電力量と第２の情報伝達手段２から第
１の情報伝達手段１に送られる配電用変電所１１以降の
配電系統１４での消費電力量とを処理５０１で比較し、
発電電力量が多い場合は処理５０２の処理を実行し、発
電電力量が少ない場合は処理５０７の処理を実行する。

【００１９】処理５０２では季節、あるいは時間に応じ
て予め設定した設定発電量を超えているか否かを判断
し、超えている場合は処理５０３で発電電力量を抑制す
るように第１の情報伝達手段１に指令を出力し、交流電
源１０の発電電力量を抑制する。設定発電量を超えてい
ない場合は、第３の情報伝達手段３から第２の情報伝達
手段２に送られてくる需要家２０の分散電源の発電量や
負荷群３０での消費電力量等の情報から、グループ内の
各需要家２０から電力系統が買電している買電量を処理
５０４で算出し、処理５０５で買電量が契約値より大き
いか否かを判断し買電量が契約値より少ない場合は処理
５０３によって設定発電量を抑制する。買電量がその契
約値より大きい場合は第３の伝達手段３を介して制御装
置２６に、第２の情報伝達手段２からの指令を出力し、
処理５０６に示すように買電量がその契約値より大きい
グループ内の需要家で売電量の多い分散電源の発電量を
制御、あるいは解列を行い潮流制御を行う。このような
処理フローを実行することにより電力系統の発電量と消
費量との最適化を図ることが可能となる。

【００２０】ここで、分散電源の解列し潮流を制御する
具体的な方法については後述するが、例えば図３に示す
ように系統連系装置２３の保護装置２４を制御装置２６
で制御し開閉器２５を開くことにより実現できる。ま
た、分散電源の発電量は制御装置２６からの指令に応じ
直交変換器２２を制御することで実現できる。

【００２１】一方、消費電力量が多く交流電源１０の発
電電力量が不足している場合は処理５０７を実行する。
すなわち、各グループごとに予め設定している電力量と
グループの消費電力量とを比較し、消費電力量が多いグ
ループは、処理５１０で不足電力量を算出し、その大き
さにより処置５１１で負荷の解列が可能か否かを判断
し、可能な場合は負荷を解列する指令を第３の情報伝達
手段３に出力し、負荷群３０を優先順位に従って制御装
置２６からの制御信号により必要な電力量になるまで負
荷群３０の負荷を解列し負荷率を制御する。負荷群３０
の負荷１，…，ｎの解列は、予め負荷に優先順位をつけ
ておき、図３に示すごとく制御装置２６からの制御信号
により開閉器３２，３３、及び３４を開くことによって
優先順位の低い負荷を順次解列することができる。しか
し、状況により負荷群３０の解列ができずに、あるいは
解列できる限度の負荷を解列しても電力が不足する場合
は電力供給の要求を処理５１３に示すように制御装置２
６から第３の情報伝達手段３に出力する。これらに対
し、処理５０７でグループ内の消費電力量が少なく電力
が余っているグループの場合は、処理５０８で余剰電力
量の算出を行い処理509で余剰電力を電力系統に逆潮流
し買電する。また、この余剰電力は電力を要求している
グループに供給することも可能となる。これらによっ
て、グループ間で電力の需給調整することにより電力系
統の発電電力量と消費電力量との最適化を図ることが可
能となる。ここで買電とは電力会社が電力を買上げてく
れることをいう。

【００２２】以上の本実施例によれば、交流電源１０に
接続される各グループ内の分散電源の発電量や潮流、負
荷群３０の負荷率を制御装置２６によって制御すること
により、系統の電力変動を抑え発電手段の発電量に対応
し安定した電力を電力系統に逆潮流することができると
共に、需要家に安定した電力を供給することができる。
さらに、グループ間で電力需給の調整が可能となり、需
要家に安定した電力を供給できる。従って、交流電源１
０の発電電力量に応じて配電系統１４で消費する電力量
との関係を最適にできるため、交流電源１０の発電電力
量の平準化が図れるという効果がある。

【００２３】図５，図６及び図７を用いて本発明の他の
実施例を説明する。

【００２４】本実施例では、図４に示す処理５０９をグ
ループ内の需要家の状況に応じて処理を変更する。例え
ばグループ１は消費電力量が少なく余剰電力が有り、電
力系統に逆潮流できる。これに対し、グループ２が処理
５１３によって制御装置２６から第３の情報制御手段３
に電力供給を要求しているとする。この場合、電力系統
が需要家２０からの余剰電力を必要としているか否かに
よって図５に示すごとく処理を変更する。

【００２５】すなわち、電力系統がグループ１の余剰電
力を必要としている場合はそのまま処理５１５に示すご
とく電力系統に逆潮流する。これに対し、電力系統が必
要としない、または必要としなくなった場合は、処理５
１６で電力不足の需要家がグループ内で有るか否かを判
断し、図６の実線、及び２点鎖線の矢印で示すように消
費電力が多く電力が不足している需要家が有ればその余
剰電力を不足している需要家に供給する。すなわち、図
６に示すごとく例えば需要家Ａが電力不足で需要家Ｂが
余剰電力が有る場合はその余剰分を実線矢印で示すルー
プで、需要家Ｂが電力不足で需要家Ａが余剰電力が有る
場合はその余剰分を２点鎖線の矢印で示すループで電力
を供給し、グループ内の需要家間で電力を融通する。ま
た、電力不足の需要家がないか、あるいは余剰電力を供
給してもなおかつ電力が余る場合などは電力系統に逆潮
流すると共に、図７の実線に示すようにその電力を同一
グループ内に設けた電力貯蔵機能を有する共通の蓄電池
４０に供給し備蓄しておく。そこで、電力系統からの電
力供給が不足した場合は、二点鎖線で示すように蓄電池
４０の直流電力を直交変換器４１で交流に変換し系統連
系装置４２を介してグループ内の需要家２０に供給す
る。このようにグループ内の需要家間及び電力貯蔵機能
を有する蓄電池４０により電力需給の調整ができるよう
にすることで電力系統の発電電力量と消費電力量の最適
化を図ることが可能となる。

【００２６】以上の本発明の他の実施例によれば、交流
電源１０に接続される各グループ内の分散電源の発電量
や潮流制御、負荷群３０の負荷率を制御装置２６によっ
て制御することにより、系統の電力変動を抑え発電手段
の発電量に対応し安定した電力を電力系統に逆潮流する
ことができ、需要家に安定した電力を供給することがで
きる。また、交流電源１０に接続される各グループ内の
需要家間で余剰電力を融通することが可能となり、さら
に電力不足のときに余剰電力を貯蔵した蓄電池４０から
電力供給を受けることができるなど、電力をグループ内
で融通し電力需給の調整が可能となる。したがって、電
力系統からの電力供給を制御することができるために、
交流電源１０の発電電力量に応じて消費電力量を最適に
できるため交流電源１０の発電電力の平準化が図れると
いう効果がある。

【００２７】図８に分散電源の潮流制御を実現する具体
的な方法を示す。

【００２８】図８において第３の情報伝達手段３からの
制御信号と制御装置２６からの制御信号を入力し、これ
らの制御信号の論理積を取り制御信号を出力する信号論
理回路２７を設けている。すなわち、信号論理回路２７
は、第３の情報伝達手段３からの制御信号と、制御装置
２６から分散電源の稼働状況、あるいは発電量などをコ
ード化した信号を取り込み、両者の信号の論理積をとる
ことにより、条件の一致した場合に出力される制御信号
により系統連系装置２３の開閉器２５を開閉することに
より分散電源の潮流制御ができることになる。

【００２９】なお、図３に示すごとく第３の情報伝達手
段３からの制御信号を需要家の制御装置２６に直接取り
込み、制御装置２６内でその制御信号と分散電源の稼働
状況、あるいは発電量などをコード化した信号との論理
積をとることにより、状況に応じた制御信号を制御装置
２６から系統連系装置２３に出力し、系統連系装置２３
の開閉器２５を開閉することにより分散電源の潮流制御
ができることになる。また、分散電源の発電量の制御は
図示は省略しているが直交変換器２２の出力を検出し、
制御装置２６で出力を制御することで可能である。

【００３０】さらに、図３に示す直交変換器２２に例え
ばアクティブフィルタ機能や無効電力補償機能を持たせ
て運転することによって電力系統への高調波の流出防
止，電力系統の安定度改善等ができる。したがって、電
力系統からの指令に応じて分散電源を開閉し潮流制御を
行うこと、分散電源の発電量の制御が可能であり、分散
電源が電力系統に接続されたり解列された場合の電力変
動や電力品質の低下を防止できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、交流電源の発電量等を
監視する上位の情報伝達手段からの制御信号に応じて交
流電源に接続される分散電源の発電量や潮流制御、負荷
群の負荷率を各グループ内の需要家の制御装置により制
御することにより系統の電力変動を抑え発電手段の発電
量に対応し安定した電力を電力系統に逆潮流することが
でき、グループ間で電力需給の調整が可能となり需要家
に安定した電力を供給することができる。したがって、
交流電源の発電電力量に応じて配電系統で消費する電力
量との関係を最適にでき、交流電源の発電電力の平準化
が図れる効果がある。

【００３２】さらに、交流電源に接続される各グループ
内の分散電源の発電量，潮流制御及び負荷群を、負荷率
を制御装置によって制御することにより、交流電源に接
続される各グループ内の需要家間で余剰電力を融通しあ
うこと、さらには余剰電力を電力貯蔵機能を有する蓄電
池に貯蔵することが可能となり、需要家が電力不足のと
きに余剰電力を貯蔵した蓄電池から電力供給を受けるこ
とができる。このようにグループ内で電力の需給調整が
可能となり、電力をグループ内で融通することが可能に
なる。したがって、電力系統からの電力供給を制御する
ことができ、交流電源の発電電力量に応じて消費電力量
を最適にできるため、交流電源の発電電力の平準化が図
れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図面である。

【図２】図１実施例の動作を説明する図面である。

【図３】図１実施例の動作を説明する図面である。

【図４】図３実施例の動作を説明する図面である。

【図５】本発明の他の実施例の動作を説明する図面であ
る。

【図６】本発明の他の実施例の動作を説明する図面であ
る。

【図７】本発明の他の実施例の動作を説明する図面であ
る。

【図８】本発明の実施例の動作を説明する図面である。

【符号の説明】

１…第１の情報伝達手段、２…第２の情報伝達手段、３
…第３の情報伝達手段、１０…交流電源、１１…配電用
変電所、１２…遮断器、１３…柱上変圧器、１４，１
５，１６…配電系統、２０…需要家、２１…太陽電池、
２２，４１…直交変換器、２３，４２…系統連系装置、
２４…保護装置、２５…開閉器、２６…制御装置、２７
…信号論理回路、３０…負荷群、３１，３２，３３，３
４…開閉器、３５…分電盤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 安昭 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 梅津 秀恭 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 伊奈山 努 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発電手段を備えた交流電源を有する電力系
   統と、それぞれ分散電源を有する複数の電力需要家と
   を、系統連系手段により連系した系統連系システムにお
   いて、 前記交流電源の発電に関する情報を発生する第１の情報
   伝達手段と、 前記第１の情報伝達手段から前記発電に関する情報を受
   け取り、この情報に応じて前記複数の電力需要家が有す
   る分散電源の潮流制御を行う制御信号を発生する第２の
   情報伝達手段と、 前記複数の電力需要家の使用電力と分散電源の発電量に
   関する情報を発生して前記第２の情報伝達手段に送り、
   前記第２の情報伝達手段から前記潮流制御を行う制御信
   号を受け取り、この制御信号に応じて前記分散電源の潮
   流制御，負荷群の負荷率制御を行う第３の情報伝達手段
   とを有し、 前記第２の情報伝達手段は、前記第３の情報伝達手段か
   ら前記複数の電力需要家の使用電力と分散電源の発電量
   に関する情報を受け取り、これを前記第１の情報伝達手
   段に送ることを特徴とする系統連系システム。
2. 【請求項２】請求項１において、前記分散電源は、電力
   貯蔵機能を有する発電手段と、太陽電池・燃料電池等の
   発電手段とを備えることを特徴とする系統連系システ
   ム。
3. 【請求項３】請求項１において、前記１の情報伝達手段
   は前記交流電源、前記２の情報伝達手段は配電用変電設
   備、前記１の情報伝達手段は前記複数の電力需要家のそ
   れぞれに対して設けられた変圧器、に対応してそれぞれ
   設けられることを特徴とする系統連系システム。
4. 【請求項４】請求項１において、前記交流電源の電力が
   不足した場合は、前記複数の電力需要家の負荷を解列す
   るか、前記複数の電力需要家の余剰電力を前記電力系統
   に逆潮流させるよう前記分散電源の潮流を制御すること
   を特徴とする系統連系システム。
5. 【請求項５】請求項１において、前記交流電源の発電量
   に応じた分散電源の潮流制御を実現する分散電源の開閉
   手段は、前記第３の情報伝達手段からの制御信号と前記
   分散電源の制御装置からの制御信号との論理積を取った
   信号により開閉することを特徴とする系統連系システ
   ム。