(57)【要約】【課題】電力系統との連系運転では系統連系電力調整装置が安定運転を継続でき、単独運転の際には単独系統が単独運転となったことを精度良く検出することである。【解決手段】位相補正部２７は、周波数検出器２６で検出された周波数が定格周波数においては、入出力の位相は零付近、周波数が定格周波数から増加するに従って出力の位相を進め、周波数が定格周波数から減少するに従って出力の位相を遅らせる周波数／位相特性を有する。そして、周波数／位相特性曲線変更部３３は、周波数変化率算出部３２で求めた系統の周波数変化率が大きい場合には位相補正部２７の周波数／位相特性曲線の位相を周波数で微分した位相変化率を小さくし、系統の周波数変化率が小さい場合は位相変化率を大きくし、位相補正部２７の周波数／位相特性曲線を変化させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単独系統の負荷に電力を供給するとともに電力系統に連系して運転する系統連系電力調整装置の制御装置において、
前記系統連系電力調整装置の出力側の電圧の周波数を検出する周波数検出器と、
前記周波数検出器で検出された周波数が定格周波数においては入出力の位相は零付近、前記周波数が定格周波数から増加するに従って出力の位相を進め、前記周波数が定格周波数から減少するに従って出力の位相を遅らせる周波数／位相特性を有した位相補正部と、
前記位相補正部の周波数／位相特性で得られた位相となるように系統連系電力調整装置の出力を制御する出力制御部と、
前記周波数検出器で検出された周波数を時間で微分して周波数変化率を求める周波数変化率算出部と、
前記周波数変化率算出部で求めた系統の周波数変化率が大きい場合には前記位相補正部の周波数／位相特性曲線の位相を周波数で微分した位相変化率が小さくなるように前記系統の周波数変化率が小さい場合は前記位相変化率が大きくなるように前記位相補正部の周波数／位相特性曲線を変化させる周波数／位相特性曲線変更部と、
を備えたことを特徴とする系統連系電力調整装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単独系統の負荷に電力を供給するとともに電力系統に連系して運転する系統連系電力調整装置の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、太陽電池などの分散電源で発電した直流電力を系統連系電力調整装置ＧＣＰＣ(Grid Connected Power Conditioner)で交流電力に変換して電力系統に連系している状態を考える。仮に、上位系統で事故が発生し、変電所引出口の遮断器が開放されたにも関わらず、ＧＣＰＣが系統から解列されず運転を継続すると、ＧＣＰＣが無い場合には本来的に無電圧であるべき電路が充電された状態に維持され、電気保安上の問題が発生する可能性がある。このため、単独系統が電力系統から切り離されたことは、単独系統の負荷側の状態を電圧リレーや周波数リレーにより監視して検出し、電圧リレーや周波数リレーが動作したとき系統連系電力調整装置の動作を停止させるようにしている。
【０００３】
この場合、電力系統側のしゃ断器を開放して単独系統を電力系統から切り離したとき、系統連系電力調整装置から供給する電力と、単独系統の負荷の電力とがバランスしていると、電圧リレーや周波数リレーが動作せず、系統連系電力調整装置が運転を継続する場合がある。この状態をアイランディング（islanding）または逆充電または系統連系電力調整装置の単独運転と呼び保守点検を行うとき危険な状態となる。
【０００４】
この単独運転の継続を防ぐ方法として、周波数の増減に応じて基準位相を進み位相あるいは遅れ位相に補正する位相補正部を設け、単独系統が単独運転となったときに進み位相あるいは遅れ位相の安定点で運転継続するようにし、単独系統が単独運転となったことを検出できるようにした周波数シフト方式がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この周波数シフト方式では、単独系統内の負荷特性に依存した不感帯領域が存在し、単独系統内の負荷特性によっては、単独系統が単独運転となったこと検出できない場合がある（例えば、非特許文献１）。
【０００６】
図６は、周波数シフト方式での位相補正部の周波数／位相特性曲線の一例を示すグラフであり、図６（ａ）は単独系統内の負荷特性が不感帯領域にある場合のグラフ、図６（ｂ）は単独系統内の負荷特性が不感帯領域にない場合のグラフである。
【０００７】
図６（ａ）に示すように、周波数／位相特性曲線Ｃ１は、周波数ｆが定格周波数ｆｒにおいては入出力の位相φは零付近、周波数ｆが定格周波数ｆｒから増加するに従って出力の位相φを進め、定格周波数ｆｒから減少するに従って出力の位相φを遅らせる特性を有している。そして、単独系統内の負荷特性曲線Ｌは、周波数／位相特性曲線Ｃ１と、定格周波数ｆｒで位相φが零付近の点Ａで交わっており、その他の点では交わっていない。
【０００８】
単独系統が交流系統と連系運転しているときは交点Ａにて運転している。そして、単独系統が単独運転となり周波数ｆが変化して位相φが変化したとしても、単独系統内の負荷特性曲線Ｌが周波数／位相特性曲線Ｃ１に交わる点は、交点Ａだけであるので、最終的には交点Ａに落ち着くことになる。従って、単独系統内の負荷特性が不感帯領域にある場合には、単独系統が単独運転となっても周波数ｆの変動を検出することができない。
【０００９】
そこで、図６（ｂ）に示すように、図６（ａ）の周波数／位相特性曲線Ｃ１に対し、位相φを周波数ｆで微分した位相変化率ｄφ／ｄｆを大きくした周波数／位相特性曲線Ｃ２とする。これにより、単独系統内の負荷特性曲線Ｌは、周波数／位相特性曲線Ｃ２と、定格周波数ｆｒで位相φが零付近の点Ａ、定格周波数ｆｒより大きい周波数ｆ１で進み位相φ１の点Ｂ、定格周波数ｆｒより小さい周波数ｆ２で遅れ位相φ２の点Ｃで交わることになり、単独系統内の負荷特性曲線Ｌが不感帯領域にない状態となる。
【００１０】
単独系統内の負荷特性が不感帯領域にない場合には、単独系統が交流系統と連系運転しているときは交点Ａにて運転している。そして、単独系統が単独運転となり、周波数ｆが上昇方向に変化したとすると位相φは進み方向に変化し最終的には交点Ｂ（進み位相φ１）に落ち着くことになる。一方、周波数ｆが下降方向に変化したとすると位相φは遅れ方向に変化し最終的には交点Ｃ（遅れ位相φ２）に落ち着くことになる。従って、単独系統内の負荷特性が不感帯領域にない場合には、単独系統が単独運転となると、周波数ｆが定格周波数より大きい周波数ｆ１または定格周波数より小さい周波数ｆ２となるので、周波数ｆの変動を検出することができる。
【特許文献１】特開平７−２４５８７６号公報
【非特許文献１】南  洋充著、電気学会電力技術研究会資料ＰＥ−０６，８５−９６、２００６年７月１０日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、周波数シフト方式において、単独系統内の負荷特性曲線Ｌが不感帯領域とならないようにするには、位相φを周波数ｆで微分した位相変化率ｄφ／ｄｆを大きくした周波数／位相特性曲線としなければならない。位相変化率ｄφ／ｄｆを大きくすると、単独系統が交流系統と連系運転しているときの系統連系電力調整装置の位相変動が拡大し、系統連系電力調整装置が不安定運転を継続することになる。
【００１２】
一方、位相φを周波数ｆで微分した位相変化率ｄφ／ｄｆを小さくした周波数／位相特性曲線とすると、図６（ａ）に示すように、単独系統内の負荷特性曲線Ｌが不感帯領域に入り、単独系統が単独運転となったことを検出できなくなる。
【００１３】
本発明の目的は、電力系統との連系運転においては系統連系電力調整装置が安定運転を継続でき、単独運転の際には単独系統が単独運転となったことを精度良く検出できる系統連系電力調整装置の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の系統連系電力調整装置の制御装置は、単独系統の負荷に電力を供給するとともに電力系統に連系して運転する系統連系電力調整装置の制御装置において、前記系統連系電力調整装置の出力側の電圧の周波数を検出する周波数検出器と、前記周波数検出器で検出された周波数が定格周波数においては入出力の位相は零付近、前記周波数が定格周波数から増加するに従って出力の位相を進め、前記周波数が定格周波数から減少するに従って出力の位相を遅らせる周波数／位相特性を有した位相補正部と、前記位相補正部の周波数／位相特性で得られた位相となるように系統連系電力調整装置の出力を制御する出力制御部と、前記周波数検出器で検出された周波数を時間で微分して周波数変化率を求める周波数変化率算出部と、前記周波数変化率算出部で求めた系統の周波数変化率が大きい場合には前記位相補正部の周波数／位相特性曲線の位相を周波数で微分した位相変化率が小さくなるように前記系統の周波数変化率が小さい場合は前記位相変化率が大きくなるように前記位相補正部の周波数／位相特性曲線を変化させる周波数／位相特性曲線変更部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電力系統の周波数変化率が大きい場合には位相を周波数で微分した位相変化率を小さく、周波数変化率が小さい場合は位相を周波数で微分した位相変化率を大きくするように周波数／位相特性曲線を変化させるので、電力系統との連系運転においては系統連系電力調整装置が安定運転を継続でき、単独運転の際には精度良く単独運転を検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる系統連系電力調整装置の制御装置の構成図である。電力系統１１に連系される単独系統１２は、分散電源である燃料電池１３で発電した直流電力を系統連系電力調整装置１４で交流電力に変換し、開閉器１５を介して供給母線１６に交流電力を供給する。そして、供給母線１６からコンタクタ１７及び遮断器１８を介して電力系統１１に交流電力を供給するとともに、開閉器１９を介して単独系統１２内の負荷２０に交流電力を供給する。単独系統１２内の負荷２０は、リアクトル負荷２１、モータ負荷２２、抵抗負荷２３、コンデンサ負荷２４等である。
【００１７】
単独系統１２の負荷２０に供給される交流電圧は、電圧変成器２５によって検出され周波数検出器２６に入力される。周波数検出器２６は、電圧変成器２５によって検出された系統連系電力調整装置１４の出力側の交流電圧の周波数ｆを検出する。周波数検出器２６で検出された周波数ｆは位相補正部２７に入力さる。
【００１８】
位相補正部２７は、図２に示すような周波数／位相特性曲線Ｃを有する。周波数／位相特性曲線Ｃは、周波数ｆが定格周波数ｆｒであるときは入出力の位相φは零付近であり、周波数ｆが定格周波数ｆｒから増加するに従って出力の位相φを進め、周波数ｆが定格周波数ｆｒから減少するに従って出力の位相φを遅らせる特性となっている。例えば、周波数ｆがｆ１１であったとすると、位相補正部２７は進み位相φ１１を出力し、周波数ｆがｆ１２であったとすると、位相補正部２７は遅れ位相φ１２を出力する。
【００１９】
位相補正部２７の出力φは位相調整部２８に出力される。位相調整部２８は所望の力率に相当する位相差指令φ*  を位相補正部２７の出力φに加算して出力するものであり、位相調整部２８は、図３に示すように、位相補正部２７の出力φをφ*  だけ進めた信号を出力する。位相調整部２８の出力は電流基準発生部２９に入力される。
【００２０】
電流基準発生部２９は、位相調整部２８の出力φ＋φ* の位相を保ち、分散電源である燃料電池１３から最大電力が取り出せるように、燃料電池１３の出力電圧を電圧基準値に一定制御するための電流基準値Ｉ*を出力する。出力制御部３０は、系統連系電力調整装置１４の出力電流が電流基準値Ｉ*となるように、駆動部３１を介して系統連系電力調整装置１４の出力電流と電流基準Ｉ*との電流偏差が零になるように系統連系電力調整装置１４を制御する。
【００２１】
次に、周波数変化率算出部３２は、周波数検出器２６で検出された周波数を時間で微分して周波数変化率ｄｆ／ｄｔを求め、周波数／位相特性曲線変更部３３に出力する。周波数／位相特性曲線変更部３３は、周波数変化率算出部３２で求めた系統の周波数変化率ｄｆ／ｄｔの大きさに応じて、位相φを周波数ｆで微分した位相変化率ｄφ／ｄｆを変化させ、周波数／位相特性曲線を変更するものである。
【００２２】
図４は、周波数／位相特性曲線変更部３３で系統の周波数変化率ｄｆ／ｄｔに応じて位相変化率ｄφ／ｄｆを変化させる場合の特性の一例を示すグラフである。図４では、周波数変化率ｄｆ／ｄｔが０〜０．０１の範囲で変化したときに位相変化率ｄφ／ｄｆを変化させる周波数変化率／位相変化率特性曲線Ｓを示している。なお、周波数変化率ｄｆ／ｄｔがマイナスの場合には、｜ｄｆ／ｄｔ｜として、図４に示した周波数変化率／位相変化率特性曲線Ｓを適用する。従って、０≦｜ｄｆ／ｄｔ｜≦０．０１での周波数変化ｄｆ／ｄｔに対して、位相変化率ｄφ／ｄｆが変化する。例えば、周波数変化率ｄｆ／ｄｔが０であるときは位相変化率ｄφ／ｄｆを７０とし、周波数変化率｜ｄｆ／ｄｔ｜が０．０１以上であるときは位相変化率ｄφ／ｄｆを３０とする。また、周波数変化率｜ｄｆ／ｄｔ｜がαであるときは位相変化率ｄφ／ｄｆをβとする。
【００２３】
図５は周波数／位相特性曲線変更部３３で変更された位相補正部２７の周波数／位相特性曲線Ｃの一例のグラフであり、図５（ａ）は周波数変化率ｄｆ／ｄｔの大小によって周波数／位相特性曲線Ｃを変化させた場合のグラフ、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ部分の拡大図である。
【００２４】
例えば、周波数変化率ｄｆ／ｄｔが０であるときは、周波数／位相特性曲線変更部３３により位相変化率ｄφ／ｄｆに７０が設定される。位相補正部２７は、位相変化率ｄφ／ｄｆに７０が設定されると、図５（ｂ）に示すように、周波数ｆが０である点における位相変化率ｄφ／ｄｆが７０となるように周波数／位相特性曲線Ｃを変更する。これにより、周波数／位相特性曲線Ｃは周波数／位相特性曲線Ｃ７０に変更される。
【００２５】
同様に、周波数変化率ｄｆ／ｄｔが０．０１であるときは、周波数／位相特性曲線変更部３３により位相変化率ｄφ／ｄｆに３０が設定されるので、位相補正部２７は、図５（ｂ）に示すように、周波数ｆの０点における位相変化率ｄφ／ｄｆが３０となるように周波数／位相特性曲線Ｃを変更する。これにより、周波数／位相特性曲線Ｃは周波数／位相特性曲線Ｃ３０に変更される。
【００２６】
また、周波数変化率ｄｆ／ｄｔが０〜０．０１の間のαであるときは、周波数／位相特性曲線変更部３３により位相変化率ｄφ／ｄｆにβが設定されるので、位相補正部２７は、図５（ｂ）に示すように、周波数ｆの０点における位相変化率ｄφ／ｄｆがβとなるように周波数／位相特性曲線をに変更する。これにより、周波数／位相特性曲線Ｃは周波数／位相特性曲線Ｃβに変更される。
【００２７】
このように、周波数／位相特性曲線変更部３３は、周波数変化率算出部３２で求めた系統の周波数変化率ｄｆ／ｄｔが大きい場合には、位相補正部２８の周波数／位相特性曲線Ｃの位相φを周波数ｆで微分した位相変化率ｄφ／ｄｆを小さくした周波数／位相特性曲線Ｃに変化させる。一方、系統の周波数変化率ｄφ／ｄｆが小さい場合は位相変化率ｄφ／ｄｆを大きくした周波数／位相特性曲線Ｃに変化させる。
【００２８】
本発明の実施の形態によれば、系統の周波数変化率ｄｆ／ｄｔが大きい場合には位相変化率ｄφ／ｄｆの小さい周波数／位相特性曲線Ｃとなるので、位相φが大きく変動することを抑制できる。また、系統の周波数変化率ｄφ／ｄｆが小さい場合は位相変化率ｄφ／ｄｆが大きい周波数／位相特性曲線Ｃとなるので、周波数／位相特性曲線Ｃが負荷特性曲線Ｌと交わる範囲が広くなり、単独系統内の負荷特性に依存した不感帯領域が小さくなる。従って、単独系統内の負荷特性によっては単独系統が単独運転となったことを検出る範囲が広がる。これにより、電力系統１１との連系運転においては、系統連系電力調整装置が安定運転を継続でき、単独運転の際には精度良く単独運転を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係わる系統連系電力調整装置の制御装置の構成図。
【図２】本発明の実施の形態における位相補正部の周波数／位相特性曲線Ｃの一例を示すグラフ。
【図３】本発明の実施の形態における位相調整部で調整された周波数／位相特性曲線Ｃの一例を示すグラフ。
【図４】本発明の実施の形態における周波数／位相特性曲線変更部で系統の周波数変化率ｄｆ／ｄｔに応じて位相変化率ｄφ／ｄｆを変化させる場合の特性の一例を示すグラフ。
【図５】本発明の実施の形態における周波数／位相特性曲線変更部で変更された位相補正部の周波数／位相特性曲線Ｃの一例のグラフ。
【図６】周波数シフト方式での位相補正部の周波数／位相特性曲線の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３０】
１１…電力系統、１２…単独系統、１３…燃料電池、１４…系統連系電力調整装置、１５…開閉器、１６…供給母線、１７…コンタクタ、１８…遮断器、１９…開閉器、２０…負荷、２１…リアクトル負荷、２２…モータ負荷、２３…抵抗負荷、２４…コンデンサ負荷、２５…電圧変成器、２６…周波数検出器、２７…位相補正部、２８…位相調整部、２９…電流基準発生部、３０…出力制御部、３１…駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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