JPH11150858A - 系統連系装置及びその電流制限方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力系統の短絡事故発生時において、系統間
を遮断することなく通過電流を充分に制限することので
きる系統連系装置を提供する。 【解決手段】 ダイオードＤ１・Ｄ２・Ｄ３・Ｄ４と直
流リアクトルＤＣＬとから構成される単相整流ブリッジ
回路の電力系統側に、並列に接続された交流リアクトル
ＡＣＬとスイッチＳＷとを単相整流ブリッジ回路に対し
て直列に接続し、系統連系装置１を構成する。系統連系
装置１の通常運転時はスイッチＳＷを閉じ、リアクタン
スがほぼ零の状態で効率良く運転させる。電力系統に事
故が発生して、直流リアクトルＤＣＬで単相整流ブリッ
ジ回路の通過電流を限流させる際、通過電流が増大する
途上でスイッチＳＷを開放し、交流リアクトルＡＣＬを
挿入する。これにより、電力系統の短絡事故発生時にお
いて系統連系装置１の通過電流を所定の値以下に制限す
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、２つの電力系統を
連系すると共に分散電源接続母線の重要負荷の瞬時電圧
低下を防止する、あるいは一般交流系の限流遮断を行う
系統連系装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】２つの電力系統を連系するために、ある
いは一般交流系の限流遮断を行うために系統連系装置が
使用される。

【０００３】特に、コージェネレーション接続母線等の
分散電源接続母線を商用電源系に連系させる系統連系装
置は、前記商用電源系の短絡事故や地絡事故が検出され
ると、分散電源接続母線を商用電源系から切り離し、分
散電源接続母線における電源の停止や瞬時電圧低下を防
止する重要な役割を担っている。

【０００４】その一例として、例えば、本件出願人が先
に特開平９−２８５０１２号公報で提案した瞬時電圧低
下対策に用いられる従来の系統連系装置が挙げられ、図
８にその１相分の構成を示す。この系統連系装置１０１
は、ダイオードＤ１０１・Ｄ１０２・Ｄ１０３・Ｄ１０
４と直流リアクトルＤＣＬ１０１とで構成される単相整
流ブリッジ回路と遮断器ＣＢ１０１とから構成される。

【０００５】上記系統連系装置１０１は、電力系統を連
系して電力を双方向もしくは一方向に供給するもので、
通常の電力供給時は直流リアクトルＤＣＬ１０１の電流
は直流となるので、見かけ上該直流リアクトルＤＣＬ１
０１のリアクタンスは零である。一方、例えば受電端Ｒ
ｅｃ２で短絡事故が生じた場合、直流リアクトルＤＣＬ
１０１の電流変化の抑制効果を利用し、受電端Ｒｅｃ１
から事故点に流れ込む電流を瞬時に抑制して、受電端Ｒ
ｅｃ１側での瞬時電圧低下を防止する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
系統連系装置１０１は、系統間の切り離しまでの瞬時電
圧低下を防止するために構成されたものであり、事故発
生時には遮断器ＣＢ１０１が遮断される。

【０００７】通常、短絡事故の復帰は配電系統の事故点
確認などのため、長い場合は数分間を必要とするが、そ
の間、このように連系による電力の輸送を遮断しなけれ
ばならない。このため、前記遮断器ＣＢ１０１を開放せ
ず、通過電流値の制限を直流リアクトルＬ１０１で対応
しようとすると、数分間限流できる直流リアクトルを要
し、これは非常に大きなものとなってしまうので実用的
でない。

【０００８】従って、上述のような系統連系装置１０１
は、幹線間の電力融通や自家発電機などを持たないコー
ジェネレーション系統への電力融通など、短時間の連系
遮断も許されないような用途には使用できない。

【０００９】本発明の目的は、電力系統の短絡事故発生
時において、系統間を遮断することなく通過電流を十分
に制限することのできる系統連系装置を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の系
統連系装置は、２つの電力系統を連系し、整流素子を有
する単相整流ブリッジ回路の２つの直流端子間に直流リ
アクトルが接続されて構成される系統連系装置におい
て、いずれか一方の電力系統と上記単相整流ブリッジ回
路との間に交流リアクトルまたは抵抗器が接続されると
共に、上記交流リアクトルまたは上記抵抗器の両端を短
絡する短絡手段を有することを特徴としている。

【００１１】上記の発明によれば、系統連系装置の通常
運転時には短絡手段によって交流リアクトルあるいは抵
抗器の両端が短絡されており、系統連系装置はほぼイン
ピーダンスが零の状態で効率よく電力系統を連系する。

【００１２】また、一方の電力系統で短絡事故が発生し
た直後は、直流リアクトルによって限流動作が行われ、
他方の電力系統の瞬時電圧低下を防止する。さらに、限
流動作の途中で短絡手段を解除することにより、電力系
統と単相整流ブリッジ回路との間に交流リアクトルまた
は抵抗器を挿入し、増加し続ける通過電流をこれらのリ
アクタンスまたは抵抗器によって制限する。

【００１３】従って、電力系統の事故発生時において、
系統間を連系したままで、事故によって上記系統連系装
置を流れる過電流を抑制することができる。

【００１４】請求項２に係る発明の系統連系装置の電流
制限方法は、請求項１に記載の系統連系装置の電流制限
方法において、上記系統連系装置の通過電流に、直流電
流が重畳しないよう上記通過電流が予め定める値以下の
ときに上記短絡手段を開放して上記交流リアクトルを挿
入することを特徴としている。

【００１５】上記の発明によれば、電力系統と単相整流
ブリッジ回路との間に交流リアクトルを挿入する際、系
統連系装置を通過する電流が予め定める値以下のときに
短絡手段を開放して、直流電流が重畳しないようにす
る。例えば、系統連系装置を通過する電流が、交流リア
クトルを挿入した後の電流値を越えない時点で交流リア
クトルを挿入する。

【００１６】このように、直流電流が重畳しないため、
例えば電力系統に設置された変圧器が偏励磁現象等を起
こすことがない。

【００１７】従って、接続される電力系統に悪影響を及
ぼすことなく系統連系装置の電流を制限することができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕本発明の系統連
系装置の実施の一形態について図１ないし図５に基づい
て説明すれば、以下の通りである。

【００１９】図１に示すように、本実施の形態の系統連
系装置１は、単相整流ブリッジ回路の全てのアームにダ
イオードを配置し、一方の電力系統と単相整流ブリッジ
回路との間に交流リアクトルを接続したものである。

【００２０】より具体的には、整流素子としてのダイオ
ードＤ１・Ｄ２・Ｄ３・Ｄ４、直流リアクトルＤＣＬ、
交流リアクトルＡＣＬ、短絡手段としてのスイッチＳ
Ｗ、遮断器ＣＢ、及びスイッチ制御回路ＳＣ１から構成
される。

【００２１】直流リアクトルＤＣＬは、ダイオードＤ１
・Ｄ３の接続点である直流端子とダイオードＤ２・Ｄ４
の接続点である直流端子との間に接続されている。ま
た、交流リアクトルＡＣＬとスイッチＳＷとは相互に並
列に接続され、これらが一方の電力系統と、ダイオード
Ｄ３・Ｄ４の接続点である交流端子との間に接続されて
いる。また、他方の電力系統とダイオードＤ１・Ｄ２の
接続点である交流端子との間に遮断器ＣＢが接続されて
いる。さらに、スイッチ制御回路ＳＣ１は電流変成器２
と過電流継電器３とから構成され、電流変成器２が連系
電流を検出するために、例えば交流リアクトルＡＣＬの
一端に配置されると共に過電流継電器３がスイッチＳＷ
に接続されている。

【００２２】上記の構成の系統連系装置１の動作につい
て以下に説明する。

【００２３】系統連系装置１の正常運転時は、スイッチ
制御回路ＳＣ１の制御によってスイッチＳＷが閉じられ
ており、系統連系装置１の通過電流は交流リアクトルＡ
ＣＬを流れることなくスイッチＳＷ側を流れる。従っ
て、系統連系装置１はリアクタンスがほぼ零の状態で効
率よく運転される。

【００２４】一方の電力系統で短絡や地絡等の事故が発
生すると、系統連系装置１は直流リアクトルＤＣＬによ
って限流動作を開始し、他方の電力系統における瞬時電
圧低下を防止する。系統連系装置１の通過電流は時間と
共に増大し、その途上で電流変成器２が過電流を検知し
て過電流継電器３に伝え、通過電流の零点で、遮断器や
半導体スイッチ等で実現されるスイッチＳＷを開放す
る。これにより、交流リアクトルＡＣＬが電力系統と単
相整流ブリッジ回路との間に挿入され、通過電流が所定
の電流値以下に制限される。また、短絡状態が解除され
た時点でスイッチＳＷを閉じ、系統連系装置１を通常の
状態に復帰させる。

【００２５】従って、２つの電力系統間を連系したまま
で、事故による過電流を制限することができる。

【００２６】次に、図２及び図３に、系統連系装置１の
限流特性を示す。併せて、比較のために従来の系統連系
装置１０１の限流特性を図４に示す。

【００２７】ここでは分かりやすくするため、系統連系
装置１及び従来の系統連系装置１０１の通過電流が零の
時点で、また、電力系統の電圧が零の時点で事故が発生
したものとして、通過電流波形の時間的変化を図示し
た。

【００２８】図２は、事故が発生してから交流電流の３
サイクル目の途中で交流リアクトルＡＣＬを挿入したと
きの通過電流の波形である。短絡事故の発生直後は、直
流リアクトルＤＣＬの限流作用が働いているのが分か
り、これによって瞬時電圧低下を防止する。また、交流
リアクトルＡＣＬを挿入した後は、系統連系装置１の通
過電流が所定値以内に制限されていることが分かる。こ
のように、系統連系装置１は、事故発生時において連系
遮断が不要となる。

【００２９】なお、図２は、限流動作初期の通過電流が
比較的小さい時点で交流リアクトルＡＣＬを挿入した場
合の通過電流変化を表すものである。

【００３０】また、図３は、通過電流が図２の場合より
も大きくなってから交流リアクトルＡＣＬを挿入した場
合の例である。この場合、事故の発生直後は直流リアク
トルＤＣＬの限流作用が働いているが、交流リアクトル
ＡＣＬを挿入した後は通過電流に直流電流が重畳されて
いることが分かる。

【００３１】一般に、交流回路にリアクトルが挿入され
ると、電圧・電流の位相によっては交流電流に直流電流
が重畳されることは周知である。図２の場合は、通過電
流が比較的小さい間に交流リアクトルＡＣＬを挿入する
ため、単相整流ブリッジ回路内の直流リアクトルＤＣＬ
による電流変化抑制作用によって直流電流の重畳を防止
することができる。図３で交流リアクトルＡＣＬの挿入
前後の電流最大値が同じになるのは、直流リアクトルＤ
ＣＬが、交流リアクトルＡＣＬの挿入前の電流ピーク値
を維持しようとするためで、この結果、交流リアクトル
ＡＣＬの挿入後に直流電流が重畳してしまう。

【００３２】交流回路側で直流電流が重畳すると変圧器
の偏励磁現象等を引き起こし、電力系統に悪影響を及ぼ
すおそれがある。従って、直流電流の重畳量は少ないこ
とが望ましく、系統連系装置１では通過電流が交流リア
クトルＡＣＬで制限される電流値以内の時点で交流リア
クトルＡＣＬを挿入するのがよい。なお、この調整は交
流リアクトルＡＣＬの高速投入以外に、直流リアクトル
ＤＣＬのリアクタンスを変化させることでも行うことが
でき、どちらの手法を採るかは両者の経済性の観点から
決定される。

【００３３】これに対し、従来の系統連系装置１０１
は、図４に示すように、事故の発生直後は十分な限流作
用を有し、瞬時電圧低下の防止が図られている。ところ
が、遮断器ＣＢ１０１（図８参照）で連系を遮断しない
ため、系統連系装置１０１の通過電流が時間と共に指数
関数的に増大する。

【００３４】このように、系統連系装置１は、短絡事故
発生時において連系を遮断することなく通過電流を所定
値以内に制限することができる。

【００３５】なお、事故時に過電流を検知してスイッチ
ＳＷを開閉する機構として、図５に示すようなサーチコ
イル４及び検出判定回路５を使用したスイッチ制御回路
ＳＣ２とすることもできる。この場合、サーチコイル４
は直流リアクトルＤＣＬの電流変化を磁束変化としてと
らえ、これを検出判定回路５が検出してスイッチＳＷを
開閉する。

【００３６】〔実施の形態２〕本発明の系統連系装置の
他の実施の形態について図６及び図７に基づいて説明す
れば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記の
実施の形態１の図面に示した構成要素と同一の機能を有
する構成要素については、同一の符号を付し、その説明
を省略する。

【００３７】実施の形態１では、交流リアクトルＡＣＬ
を挿入する例の系統連系装置１について説明したが、交
流リアクトルＡＣＬを挿入する代わりに抵抗器を挿入し
ても同様の効果を得ることができる。図６の系統連系装
置１１は交流リアクトルＡＣＬの代わりに抵抗器Ｒを挿
入した例である。なお、短絡事故時に過電流を検知して
スイッチＳＷを開閉する機構として、図１のスイッチ制
御回路ＳＣ１、図５のスイッチ制御回路ＳＣ２のいずれ
の形態を採ってもよいことは言うまでもない。

【００３８】また、図７に系統連系装置１１の限流動作
を示す。同図から分かるように、抵抗器Ｒを挿入した場
合には前述の直流電流の重畳現象が起こらないという特
徴がある。但し、抵抗器Ｒで電力の損失が発生するの
で、この方式は短絡事故復旧が短時間ですむ系統への適
用に適している。

【００３９】

【発明の効果】請求項１に係る発明の系統連系装置は、
以上のように、２つの電力系統を連系し、整流素子を有
する単相整流ブリッジ回路の２つの直流端子間に直流リ
アクトルが接続されて構成される系統連系装置におい
て、いずれか一方の電力系統と上記単相整流ブリッジ回
路との間に交流リアクトルまたは抵抗器が接続されると
共に、上記交流リアクトルまたは上記抵抗器の両端を短
絡する短絡手段を有する構成である。

【００４０】それゆえ、電力系統に短絡事故が発生した
後の限流動作の途中で短絡手段を開放することにより、
電力系統と単相整流ブリッジ回路との間に交流リアクト
ルまたは抵抗器を挿入し、増加し続ける通過電流をこれ
らのリアクタンスあるいは抵抗によって制限することが
できる。

【００４１】この結果、電力系統の事故発生時におい
て、系統間を連系したままで、事故によって上記系統連
系装置を流れる過電流を抑制することができるという効
果を奏する。

【００４２】請求項２に係る発明の系統連系装置の電流
制限方法は、以上のように、請求項１に記載の系統連系
装置の電流制限方法において、上記系統連系装置の通過
電流に、直流電流が重畳しないよう上記通過電流が予め
定める値以下のときに上記短絡手段を開放して上記交流
リアクトルを挿入する構成である。

【００４３】それゆえ、短絡手段を開放して交流リアク
トルを挿入する際、系統連系装置の通過電流に直流電流
が重畳しない。

【００４４】この結果、接続される電力系統に悪影響を
及ぼすことなく系統連系装置の電流を制限することがで
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における系統連系装置の
電気的構成の一例を示す回路図である。

【図２】図１の系統連系装置の限流時における通過電流
の一例を示す波形図である。

【図３】図１の系統連系装置の限流時における通過電流
の他の例を示す波形図である。

【図４】従来の系統連系装置の限流時における通過電流
を示す波形図である。

【図５】本発明の一実施の形態における他の系統連系装
置の電気的構成を示す回路図である。

【図６】本発明の他の実施の形態における系統連系装置
の電気的構成を示す回路図である。

【図７】図６の系統連系装置の限流時における通過電流
を示す波形図である。

【図８】従来の系統連系装置の電気的構成を示す回路図
である。

【符号の説明】

１ 系統連系装置 ２ 電流変成器 ３ 過電流継電器 ４ サーチコイル ５ 検出判定回路 １１ 系統連系装置 Ｄ１ ダイオード（整流素子） Ｄ２ ダイオード（整流素子） Ｄ３ ダイオード（整流素子） Ｄ４ ダイオード（整流素子） ＡＣＬ 交流リアクトル ＤＣＬ 直流リアクトル Ｒ 抵抗器 ＳＣ１ スイッチ制御回路 ＳＣ２ スイッチ制御回路 ＳＷ スイッチ（短絡手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２つの電力系統を連系し、整流素子を有す
   る単相整流ブリッジ回路の２つの直流端子間に直流リア
   クトルが接続されて構成される系統連系装置において、
   いずれか一方の電力系統と上記単相整流ブリッジ回路と
   の間に交流リアクトルまたは抵抗器が接続されると共
   に、上記交流リアクトルまたは上記抵抗器の両端を短絡
   する短絡手段を有することを特徴とする系統連系装置。
2. 【請求項２】上記系統連系装置の通過電流に、直流電流
   が重畳しないよう上記通過電流が予め定める値以下のと
   きに上記短絡手段を開放して上記交流リアクトルを挿入
   することを特徴とする請求項１に記載の系統連系装置の
   電流制限方法。