(57)【要約】【課題】同じタイミングで再連系を行う機器が多くなると、需要と供給のアンバランスを系統側で吸収できず、その結果として系統電圧が上昇し系統の安定性を損ねてしまう。【解決手段】発電を行い、直流電力を出力する発電装置と、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置と、電力変換装置と電力系統との接続を行うスイッチと、スイッチを制御するコントロール部と、電力系統の状態を検出する検出部を備え、コントロール部は、前記検出部が異常を検出した場合には前記スイッチの接続を切り、その後、前記検出部が前記電力系統の復帰を検出してから、再連系するまでの時間である再連系時間を可変にする電力変換システム。【選択図】図１
2014103731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電を行い、直流電力を出力する発電装置と、
前記直流電力を交流電力に変換する電力変換装置と、
前記電力変換装置と電力系統との接続を行うスイッチと、
前記スイッチを制御するコントロール部と、
前記電力系統の状態を検出する検出部を備え、
前記コントロール部は、前記検出部が異常を検出した場合には前記スイッチの接続を切り、その後、前記検出部が前記電力系統の復帰を検出してから、再連系するまでの時間である再連系時間を可変にする電力変換システム。
【請求項２】
前記電力変換システムは、さらに、
サーバ、または、他の電力変換システムとネットワークを通じて接続するインタフェース部を備え、
前記コントロール部は、前記インタフェース部で取得した情報に基づいて、前記再連系時間を設定する請求項１記載の電力変換システム。
【請求項３】
前記コントロール部は、前記再連系時間を他の電力変換システムが設定する再連系時間と異なる時間で設定する請求項２記載の電力変換システム。
【請求項４】
前記コントロール部は、前記再連系時間として設定できる複数個の時間の中から選択して、前記再連系時間を設定する請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換システム。
【請求項５】
前記コントロール部は、乱数を発生させて、発生した乱数に基づいて、前記再連系時間を設定する請求項１記載の電力変換システム。
【請求項６】
前記コントロール部は、前記発電装置が発電する発電量に基づいて、前記再連系時間を設定する請求項１または４記載の電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統と連系運転される電力変換システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、系統連系電力変換システムでは、系統が停電もしくは、なんらかの影響で系統の品質が低下した際には、系統から解列される。その後、停電から復帰もしくは、系統品質が再度安定したと系統連系電力変換システムが判断した際、系統連系運転を行う電力変換システムは系統に再連系を行う。
【０００３】
特許文献１では、系統品質が再度安定したと判断してから再連系を行うまでの時間である再連系時間をなるべく短い時間で行うための方法を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０９８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の系統連系電力変換システムでは、同一の系統に、同一の再連系時間で系統に再連系を行う系統連系電力変換システム（例えば同一種類の機器）が複数台接続されていた場合において、停電もしくは、なんらかの要因で系統の品質が低下した際には、一旦解列された後、同時に系統に連系されてしまう。同時に複数の系統連系電力変換システムが連系されてしまうと、一時的に系統に対して電力の供給過剰な状態ができてしまい、電力の需要と供給のバランスが崩れてしまう。同時に再連系を行う機器が少なければ系統に対する影響は小さく系統側で需要と供給のアンバランスを吸収することができるが、同じタイミングで再連系を行う機器が多くなると、需要と供給のアンバランスを系統側で吸収できず、その結果として系統電圧が上昇し系統の安定性を損ねてしまう。
【０００６】
これまでは、同一の系統に接続される系統連系電力変換システムは１〜３台程度で、しかも同一の再連系時間で系統に再連系を行う機器であることはまれであったが、今後は、スマートタウンの普及などにより、同一系統に接続される需要家全てに同一の再連系時間で系統に再連系を行う系統連系電力変換システムが接続されるといった状況が想定され、その際には上記のような問題が起こることが予想される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の系統連系電力変換システムでは、発電を行い、直流電力を出力する発電装置と、前記直流電力を交流電力に変換する電力変換装置と、前記電力変換装置と電力系統との連系を行うスイッチと、前記スイッチを制御するコントロール部と、前記電力系統の異常を検出する検出部を備え、前記コントロール部は、前記検出部が異常を検出した場合には前記スイッチの接続を切り、その後、前記電力系統に再連系するまでの時間である再連系時間を可変にすることで同じタイミングで再連系を行わないよう制御を行なうことで、系統の安定性を保つことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の系統連系電力変換システムでは、再連系時間を固定の値ではなく、可変にすることで、同一系統に系統連系電力変換システムが複数台接続された場合において、系統の異常発生後、系統に再連系する際に、全ての系統連系電力変換システムが同時に系統に再
連系しないため、系統の安定性を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるブロック図
【図２】本発明の第１、第２の実施形態におけるタイミングチャート
【図３】本発明の第１、第２の実施形態におけるタイミングチャート
【図４】本発明の第２の実施形態におけるブロック図
【図５】本発明の第２の実施形態における接続図
【図６】系統と需要家の接続図
【図７】停電発生時の系統連系電力変換システムのタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
第１の発明は発電を行い、直流電力を出力する発電装置と、
前記直流電力を交流電力に変換する電力変換装置と、
前記電力変換装置と電力系統との接続を行うスイッチと、
前記スイッチを制御するコントロール部と、
前記電力系統の状態を検出する検出部を備え、
前記コントロール部は、前記検出部が異常を検出した場合には前記スイッチの接続を切り、その後、前記検出部が前記電力系統の復帰を検出してから、再連系するまでの時間である再連系時間を可変にする電力変換システムである。
【００１１】
再連系時間を固定の値ではなく、可変にすることで、同一系統に系統連系電力変換システムが複数台接続された場合において、系統の異常発生後、系統に再連系する際に、全ての系統連系電力変換システムが同時に系統に再連系しないため、系統の安定性を保つことができる。
【００１２】
第２の発明は前記電力変換システムにおいて、さらに、
サーバ、または、他の電力変換システムとネットワークを通じて接続するインタフェース部を備え、
前記コントロール部は、前記インタフェース部で取得した情報に基づいて、前記再接続時間を設定する請求項１記載の電力変換システムである。
【００１３】
第３の発明は、前記コントロール部において、前記再連系時間を他の電力変換システムが設定する再連系時間と異なる時間で設定する請求項２記載の電力変換システムである。
【００１４】
ネットワークを通じて、他の電力変換システムの再接続時間を取得することで、ネットワークにつながる全ての系統連系電力変換システムに異なる再接続時間を設定することができるため、同一系統に系統連系電力変換システムが複数台接続された場合において、系統の異常発生後、系統に再連系する際に、全ての系統連系電力変換システムが確実に別々のタイミングで系統に再連系を行うため、系統の安定性を保つことができる。
【００１５】
第４の発明は、前記コントロール部において、前記再連系時間として設定できる複数個の時間の中から選択して、前記再連系時間を設定する請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換システムである。
【００１６】
第５の発明は、前記コントロール部において、乱数を発生させて、発生した乱数に基づいて、前記再連系時間を設定する請求項１記載の電力変換システムである。
【００１７】
第６の発明の前記コントロール部は、前記発電装置が発電する発電量に基づいて、前記再連系時間を設定する請求項１または４記載の電力変換システムである。
【００１８】
再連系前の発電量などに基づいて、再連系時間を設定することで、系統に対して影響を小さくし、系統の安定性を保つことができる。
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
図６に同一の系統に、同一の再連系時間で系統に再連系を行う系統連系電力変換システムが複数台接続されている場合の接続図を示す。柱上トランス１は系統１０１の電圧を１００Ｖに保つような動作を行う。需要家２ａ〜２ｊは各１ｋＷの電力を消費している。系統連系電力変換システム１０２ａ〜１０２ｅは各１ｋＷの電力を発電している。
【００２１】
図７に系統１０１に停電が発生した場合のタイミングチャートを示す。
【００２２】
Ｔ１で系統１０１に停電が発生し、系統連系電力変換システム１０２ａ〜１０２ｅは全て系統から解列される。この時、供給電力は０Ｗで需要電力も０Ｗとなり電力の需要と供給のバランスが取れている。
【００２３】
Ｔ２で系統１０１が停電から復帰した直後において系統連系電力変換システム１０２ａ〜１０２ｅは、停電から復帰の判断が直ぐにはできないため解列したままである。この時、供給電力は１０ｋＷで需要電力も停電前の１０ｋＷとなり電力の需要と供給のバランスが取れている。
【００２４】
Ｔ３で、系統連系電力変換システム１０２ａ〜１０２ｅは系統１０１が停電から復帰したと判断し系統に再連系を行い新たに５ｋＷの電力が系統１０１に供給される。この時、供給電力は１５ｋＷで需要電力は１０ｋＷとなり５ｋＷ供給過剰な状態が作られてしまう。需要の５０％を上回る電力が余剰電力となってしまい需要と供給のアンバランスは柱上トランスで吸収できず、結果として系統１０１の電圧が上昇してしまうことになる。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態における系統連系電力変換システムのブロック図である。
【００２６】
図１には系統１０１、と系統連系電力変換システム１０２を図示している。
【００２７】
系統連系電力変換システム１０２は、発電装置１０３と、電力変換装置１０４と、スイッチ１０５と、コントロール部１０６と、検出部１０７から少なくとも構成される。
【００２８】
ここで、発電装置１０３は、燃料電池、太陽光発電、蓄電池などで構成され直流電力を生成する。電力変換装置１０４は発電装置１０３が発電した直流電力を系統１０１に同期させた交流電力に変換する。
【００２９】
スイッチ１０５は系統１０１と系統連系電力変換システム１０２の連系や解列を行う。スイッチ１０５がオンすると系統連系電力変換システム１０２は系統１０１と連系し、スイッチ１０５がオフすると系統連系電力変換システム１０２は系統１０１から解列される。
【００３０】
コントロール部１０６はスイッチ１０５のオン・オフを制御する。制御にあたっては検出部１０７からの情報を元に制御を行なう。検出部１０７は系統１０１の状態をモニタリングしており、系統の異常・正常を判定している。
【００３１】
図２は動作のタイミングチャートである。
【００３２】
Ｔ１０１において検出部１０７が系統１０１の停電を検知し異常判定を行う。コントロール部１０６は直ちにスイッチ１０５をオフにして解列状態になる。
【００３３】
Ｔ１０２において系統１０１は正常状態に復帰するがＴ１０３までの間、検出部１０７は系統１０１が正常になったと判定することはできない。これは、ある一定時間、系統が正常状態を保ったことを確認した後に、正常に復帰したと判断するためである。
【００３４】
Ｔ１０４においてコントロール部１０６はスイッチ１０５をオンにして再連系を行う。
【００３５】
ここで、Ｔ１０５は再連系時間を表している。Ｔ１０５は停電復帰から再連系を行うまでの時間（Ｔ１０４−Ｔ１０２）として定義してもよいし、検出部１０７が復帰を検出してから再連系を行うまでの時間（Ｔ１０４−Ｔ１０３）として定義してもよい。
【００３６】
本実施形態において、再連系時間Ｔ１０５の時間をある固定値にするのではなく、可変な値とすることで、同一系統に系統連系電力変換システムが複数台接続された場合において、何かしらの系統の異常発生後、系統に再連系する際に、全ての系統連系電力変換システムが同時に系統に再連系しないため、系統の安定性を保つことができる。
【００３７】
図３は、図６で示す接続状態において、系統連系システム１０２ａ〜１０２ｅの再連系時間を可変にし、異なる再連系時間Ｔ２０１〜ＴＴ２０５を設定した場合のタイミングチャートである。
【００３８】
Ｔ２００において、系統は停電から復帰する。この時、供給電力は１０ｋＷで需用電力も停電前の１０ｋＷとなり電力の需要と供給のバランスが取れている。
【００３９】
Ｔ２００からＴ２０１経過後、系統連系電力変換システム１０２ａのみ再連系を行う。この時、供給電力は１１ｋＷで需要電力は１０ｋＷとなり一瞬ではあるが１ｋＷの供給過剰となる、ただし需要に対して１０％であり、多くの場合においては需要と供給差は小さいと判断することができ、この程度の需要と供給のアンバランスは柱上トランス１で吸収することができる。
【００４０】
なお、今回は説明のため、１つの柱上トランス１に対して、１０件の需要家が接続されている場合について述べたが、実際の設置環境においては１つの柱上トランス１に対して、３０件〜５０件の需要家が接続されている場合も多く、設置されている需要家が多ければ多いほど、本発明による系統の安定性を保つ効果は大きくなる。
【００４１】
その後、Ｔ２００からＴ２０２経過後には系統連系電力変換システム１０２ｂが、Ｔ２００からＴ２０３経過後には系統連系電力変換システム１０２ｃが、Ｔ２００からＴ２０４経過後には系統連系電力変換システム１０２ｄが、Ｔ２００からＴ２０５経過後には系統連系電力変換システム１０２ｅがそれぞれ単独で系統に再連系を行うため、系統には影響を与えることはない。
【００４２】
このように本発明の系統連系電力変換システムでは、系統に再連系時間を固定の値ではなく、可変にすることで、同一系統に系統連系電力変換システムが複数台接続された場合において、系統の異常発生後、系統に再連系する際に、全ての系統連系電力変換システムが同時に系統に再連系しないため、系統の安定性を保つことができる。
【００４３】
なお、本実施形態において再連系時間Ｔ１０５の設定においては、系統連系電力変換システムの出荷時、設置時、その他任意のタイミングでユーザーが設定してもよいし、系統連系電力変換システムの起動時、停電発生時などのタイミングで系統連系電力変換システム自身が設定してもよい。
【００４４】
なお、本実施形態において再連系時間Ｔ１０５の設定においては、ユーザーもしくは系統連系電力変換システムが、あらかじめ設定された複数個の設定値の中から選択して設定してもよいし、乱数を使用してよい。
【００４５】
また、乱数の設定については具体的には０〜１００（秒）まで１秒単位で設定を行なうことで、他の系統連系電力変換システムと異なるタイミングで再連系を行なう可能性が高くなる。また、乱数の算出にあたっては、総発電時間や総発電回数、系統から解列前の発電電力などを元にして計算を行ってよい。
【００４６】
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施形態における系統連系電力変換システムのブロック図である。
【００４７】
ここで、図４は図１とは、サーバ１１０又は、他の系統連系電力変換システム１０２と情報のやり取りを行なうために新たに、ネットワーク１０８とネットワーク１０８と接続し情報のやり取りを行なうインタフェース部１０９を備えていることが異なる。なお、図４において、図１と同様の構成要素については同じ符号を付け、説明を省略する。
【００４８】
図５は、本発明の第２の実施形態における系統連系電力変換システムの接続図である。サーバ１１０はネットワーク１０８を通じて接続されている全ての系統連系電力変換システム１０２ａ〜１０２ｅの再連系時間Ｔ１０５情報を取得しており、それぞれの再連系時間Ｔ１０５が同じ時間にならないように各系統連系電力変換システムへ指示を出す。
【００４９】
図２は動作のタイミングチャートである。動作は（実施形態１）と同様であるため説明を省略する。
【００５０】
図３は、図６で示す接続状態において、系統連系電力変換システム１０２ａ〜１０２ｅが図５のようにネットワークに接続されている場合のタイミングチャートである。動作は（実施形態１）と同様であるため説明を省略する。
【００５１】
本実施形態において、再連系時間Ｔ１０５の時間をある固定値にするのではなく、ネットワークを通じて他の機器と異なる再連系時間Ｔ１０５設定することで、同一系統に系統連系電力変換システムが複数台接続された場合において、何かしらの系統の異常発生後、系統に再連系する際に、全ての系統連系電力変換システムが同時に系統に再連系しないため、系統の安定性を保つことができる。
【００５２】
なお、再連系時間Ｔ１０５の設定においては、ネットワーク１０８を経由して、同一の系統に接続されている他の系統連系電力変換システムの再連系時間Ｔ１０５の情報をインタフェース部１０９が取得し、取得した情報をコントロール部１０６に送り、コントロール部１０６は他の系統連系電力変換システム１０２とは異なる再連系時間Ｔ１０５を設定してもよい。
【００５３】
なお、再連系時間Ｔ１０５の設定においては、停電前の発電量に基づいて設定をしてもよい。停電前の発電量が少ない需要家を系統に連系させると系統１０１への負担は小さく、逆に、停電前の発電量が多い需要家を系統に連系させると系統１０１への負担は大きく
なる。これらを適宜組み合わせることで系統への影響を少なくするように、各系統連系電力変換システムの再連系時間Ｔ１０５を設定してよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明にかかる系統連系電力変換システムは、同一系統に複数台接続される場合において、系統の安定性を保つ事ができるため、系統連系を行う太陽光発電装置、燃料電池、風力発電装置、ガスエンジンなどの分散型発電装置などの用途にも適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０１  系統
１０２  系統連系電力変換システム
１０３  発電装置
１０４  電力変換装置
１０５  スイッチ
１０６  コントロール部
１０７  検出部
１０８  ネットワーク
１０９  インタフェース部
１１０  サーバ
【図１】
2014103731.tif 000003
【図２】
2014103731.tif 000004
【図３】
2014103731.tif 000005
【図４】
2014103731.tif 000006
【図５】
2014103731.tif 000007
【図６】
2014103731.tif 000008
【図７】
2014103731.tif 000009