(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流系統に接続され、三相交流電力を直流電力に変換または直流電力を三相交流電力に変換する交直電力変換装置と、前記変換装置に接続された二次電池を備えた電力貯蔵システムにおいて、
前記交直電力変換装置から出力する交流電力を調整するために、前記交流系統との接続点における接続点電圧位相に基づき、接続点電圧ベクトルに対して前記交直電力変換装置の出力電圧ベクトルを制御する電力変換制御部と、
前記接続点における３つの電圧信号を入力して離散フーリエ変換を行い、変換した実軸成分および虚軸成分に基づいて、前記接続点電圧の正相分振幅および正相分位相を検出し、前記正相分位相を前記接続点電圧位相として前記電力変換制御部に出力する正相電圧検出部と、
前記正相電圧検出部から入力する前記正相分振幅に基づいて、前記電力貯蔵システムを停止すべき異常が前記三相交流系統に発生しているかを監視し、システム停止の必要な異常が発生していると判定した場合に、システム停止信号を出力する保護停止判定部を備え、
前記保護停止判定部は、前記三相交流系統の全相が正常な場合の前記正相分振幅を単位値として、１／３単位値を下限、２／３単位値を上限とするしきい値が任意に設定されていて、前記正相分振幅が前記しきい値未満となる場合に、前記システム停止の必要な異常が発生しているものと判定することを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項２】
三相交流系統に接続され、三相交流電力を直流電力に変換または直流電力を三相交流電力に変換する交直電力変換装置と、前記変換装置に接続された二次電池を備えた電力貯蔵システムにおいて、
前記交直電力変換装置から出力する交流電力を調整するために、前記交流系統との接続点における接続点電圧位相に基づき、接続点電圧ベクトルに対して前記交直電力変換装置の出力電圧ベクトルを制御する電力変換制御部と、
前記接続点の３つの電圧信号を入力して離散フーリエ変換を行い、変換した実軸成分および虚軸成分に基づいて、前記接続点電圧の正相分振幅および正相分位相を検出し、前記正相分位相を前記接続点電圧位相として前記電力変換制御部に出力する正相電圧検出部と、
前記３つの電圧信号を入力し、３つの実効値を求める実効値検出部と、
前記正相電圧検出部から入力する前記正相分振幅と前記実効値検出部から入力した前記３つの実効値に基づいて、前記電力貯蔵システムを停止すべき異常が前記三相交流系統に発生しているかを監視し、システム停止の必要な異常が発生していると判定した場合に、システム停止信号を出力する保護停止判定部を備えていることを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記保護停止判定部は、前記三相交流系統の全相が正常な場合の前記正相分振幅を単位値として、１／３単位値を上限とする第１のしきい値と、１／３単位値を下限とする第２のしきい値が、それぞれ任意に設定されていて、前記正相分振幅の絶対値が前記第１のしきい値未満となる場合と、前記正相分振幅の絶対値が前記第１のしきい値以上で前記第２のしきい値未満となり、かつ、前記３つの実効値の全てが同じ値となる場合に、前記システム停止の必要な異常が発生しているものと判定することを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項４】
請求項３において、
前記実効値検出部は、前記３つの実効値のうちの最大値に対する各実効値の比率を算出し、その相乗による電圧実効値低下率を求め、
前記保護停止判定部は、前記三相交流系統の全相が正常な場合の前記正相分振幅を単位値として、１／３単位値を上限とする第１のしきい値と、１／３単位値を下限とする第２のしきい値と、２／３単位値を下限とする第３のしきい値が、それぞれ任意に設定されていて、前記正相分振幅の絶対値が前記第１のしきい値未満となる場合と、前記正相分振幅の絶対値が前記第１のしきい値以上で前記第２のしきい値未満となり、かつ、前記電圧実効値低下率が前記第３のしきい値以上となる場合に、前記システム停止の必要な異常が発生しているものと判定することを特徴とする電力貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は三相交流系統の有効電力の需給を調整する電力貯蔵システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力貯蔵システムの交直変換器から三相交流系統に有効、無効電力の授受を行うためには、系統電圧に対して交直変換装置の出力電圧の振幅および位相を相対的に調整する。このため、三相交流系統電圧の振幅および位相を検出することが必要である。従来の一般的な位相検出方法としては、三相交流電圧の極性が変化する時点が周期的に発生することを利用したＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路が使用されている。
【０００３】
系統事故に対する保護制御方法としては、資源エネルギー庁の系統連携要件ガイドライン（解説：電力系統連系技術要件ガイドライン，１９９８年，電力新報社）に準拠して、たとえば、三相交流電圧の線間電圧信号の実効値を検出し、その実効値のいずれか１つが基準値未満となった場合は、電力貯蔵システムを停止させる。
【０００４】
三相交流系統の異常、たとえば、三相のうち二相が地絡してその相電圧が零となる場合、送電線の保護制御回路が地絡相を一旦解列操作し、早ければ１秒以内、遅くても数秒以内に送電線を再閉路する。系統が数秒で正常に戻る場合は電力貯蔵システムを運転継続することが望ましい。一方、１回線三相地絡事故等のように、電力供給が不可能となる系統異常が数秒を超えて続く場合がある。このような場合は、システムの保護や系統側で事故除去が完全に行われたことを確認する期間が必要なため、事故時に速やかに電力システムを保護停止することが必要になる。現状での運用は、ガイドラインの基準に従い、システムから系統に電力供給中に、系統電圧が定格の８０％に低下すると保護停止する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力貯蔵システムでは、接続点の線間電圧が８０％に低下すると保護停止する仕様になっている。このため、系統側が事故除去確認を必要としない系統異常においても、システムの保護停止が頻繁に行われる。また、システムが停止すると再起動に時間がかかるので、系統が正常に復帰した直後は電力貯蔵システムによる電力供給能力が失われるという問題があった。
【０００６】
上記した電力貯蔵システムの運用上の制約は、ＰＬＬによる位相検出精度に一因がある。交流系統事故において電力貯蔵システムが過電流等を避けるため、機器側の制約で運転継続できなくなるのは、３線地絡事故の一部であり、機器としては実質的にはほとんどの交流系統事故モードにおける運転継続が可能である。しかし、系統事故時には系統電圧に高調波が含まれるため、ＰＬＬの位相検出精度が低下して、交直電力変換装置の安定な制御が困難になる。このため、安全運転のマージンを大きくせざるを得ない現状にある。
【０００７】
最近、三相交流電圧の３相各相毎のフーリエ変換成分を用いて、各相のα成分及びβ成分から正相電圧のα軸成分、β軸成分を算出し、この軸成分に基づいて正相電圧位相（△θ）を求め、この△θを系統電圧位相θｓと基準位相θｉの位相差として、系統電圧位相θｓを求める方法が提案されている（特開平１０−２３４１３５号）。この離散的フーリエ変換（ＤＦＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ）方法による位相検出を使用すれば、系統事故時の交直変換器の運転範囲を安全に広げることができる。
【０００８】
しかし、ＤＦＴによる位相検出を利用する場合は、系統事故時に電力貯蔵システムの安全な運転範囲、言い替えればシステムを保護停止する事故またはタイミングを適切に認識することが、必要不可欠な課題となる。さらに、一般ユーザ向けの小規模な電力貯蔵システムとして、ナトリウム‐硫黄（ＮａＳ）電池システムが実用化を迎える現状では、系統からの停止指令に依らずに、電力貯蔵システム自身の判断による保護停止が求められている。
【０００９】
本発明の目的は、従来技術の問題点を克服し、系統事故中における運転の継続性を高めるとともに、保護停止が必要な場合は速やかに事故判断して停止できる電力貯蔵システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、高調波を含む異常時にも正確かつ確実に系統電圧位相を検出できるＤＦＴ方式を採用して、系統事故中における運転の継続性を高めるとともに、保護停止の必要な事故またはタイミングを適切に判定できる手法を見出して、なし得たものである。
【００１１】
本発明は、三相交流系統に接続され、三相交流電力を直流電力に変換または直流電力を三相交流電力に変換する交直電力変換装置と、前記変換装置に接続された二次電池を備えた電力貯蔵システムにおいて、前記交直電力変換装置から出力する交流電力を調整するために、前記交流系統との接続点における接続点電圧位相に基づき、接続点電圧ベクトルに対して前記交直電力変換装置の出力電圧ベクトルを制御する電力変換制御部と、前記接続点における３つの電圧信号を入力して離散フーリエ変換を行い、変換した実軸成分および虚軸成分に基づいて、前記接続点電圧の正相分振幅および正相分位相を検出し、前記正相分位相を前記接続点位相として前記電力変換制御部に出力する正相電圧検出部と、前記正相電圧検出部から入力する前記正相分振幅に基づいて、前記電力貯蔵システムを停止すべき異常が前記三相交流系統に発生しているかを監視し、システム停止の必要な異常が発生していると判定した場合に、システム停止信号を出力する保護停止判定部を備えていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記保護停止判定部は、前記三相交流系統の全相が正常な場合の前記正相分振幅を単位値として、１／３単位値を下限、２／３単位値を上限とする所定のしきい値が任意に設定されていて、前記正相分振幅が前記所定のしきい値未満となる場合に、前記システム停止の必要な異常が発生しているものと判定することを特徴とする。
【００１３】
本発明の別の態様は、前記電力変換制御部と、前記正相電圧検出部と、前記３つの電圧信号を入力し、３つの実効値を求める実効値検出部と、前記正相電圧検出部から入力する前記正相分振幅と前記実効値検出部から入力した前記電圧低下率に基づいて、前記電力貯蔵システムを停止すべき異常が前記三相交流系統に発生しているかを監視し、システム停止の必要な異常が発生していると判定した場合に、システム停止信号を出力する保護停止判定部を備えている。
【００１４】
この場合、前記保護停止判定部は、前記正相分振幅の絶対値が第１のしきい値（１／３単位値を上限）未満となる場合と、前記正相分振幅の絶対値が前記第１のしきい値以上で第２のしきい値（１／３単位値を下限）未満となり、かつ、前記３つの実効値の全てが同じ値となる場合に、前記システム停止の必要な異常が発生しているものと判定する。
【００１５】
あるいは、前記３つの実効値のうちの最大値に対する各実効値の比率を算出し、その相乗による電圧実効値低下率を求め、前記保護停止判定部は、前記正相分振幅の絶対値が前記第１のしきい値未満となる場合と、前記正相分振幅の絶対値が前記第１のしきい値以上で前記第２のしきい値未満となり、かつ、前記電圧実効値低下率が第３のしきい値（２／３単位値を下限）以上となる場合に、前記システム停止の必要な異常が発生しているものと判定する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の電力貯蔵システムの一実施例を示す構成図（機能ブロック図）である。三相交流系統１の接続点８に連系リアクトル（または連系変圧器）を介して交直電力変換装置２（変換装置主回路、以下、変換器と略称）が接続され、変換器２に直流電力貯蔵用の二次電池３が接続されている。接続点８に計器用変圧器ＰＴ、接続点８と交直変換器２を結ぶ三相主回路母線に計器用変流器ＣＴがそれぞれ接続され、接続点の各線間電圧による三相交流電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）と、変換器２の交流出力電流による三相交流電流（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）が検出される。
【００１７】
正相電圧検出部４はＤＦＴ方式を採用し、三相交流電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を入力し、接続点電圧の正相分振幅（正相電圧振幅）Ｖｓと正相分位相（正相電圧位相）θｓを演算して出力する。保護停止判定部５は正相電圧振幅Ｖｓを入力し、保護停止の必要な事故が発生していると判定した場合に、停止信号を出力する。電力変換装置制御部６は三相交流電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、三相交流電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、及び正相電圧位相θｓを入力し、それら入力と有効電力指令値および無効電力指令値に基づいた変換器電圧指令Ｖｃ＊のベクトル（振幅及び位相）を算出し、変換器２の交流電力の出力電圧Ｖｃが指令Ｖｃ＊に追従するようにゲート信号を作成する。また、保護停止判定部５から停止信号が出力された場合、ゲート信号を遮断して変換器２を保護停止する。
【００１８】
図２は、電力変換装置制御部の一実施例を示す構成図である。周知のように、電力変換装置制御部６は上位（系統側）からの要請により設定される有効電力指令値が正の場合は、交直電力変換器２をインバータ動作させて電池３の直流電力を三相交流電力に変換して系統に供給する制御を行う。一方、設定される有効電力指令値が負の場合は、交直電力変換器２をコンバータ動作させて系統からの三相交流電力を直流電力に変換して電池３を充電する。以下では、本発明の課題に対応して、ＤＦＴ方式で検出した正相電圧（Ｖｓ、θｓ）を用いる構成と、系統側に電力を供給する有効電力制御の動作を主として説明する。
【００１９】
電力変換装置制御部６は、接続点８の線間電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、接続点の交流電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を入力し、有効電力無効電力検出回路１１５で有効電力Ｐｓｆおよび無効電力Ｑｓｆを検出する。有効電力制御器１１３は、有効電力指令値設定部１１１の有効電力指令値Ｐｓ＊と有効電力Ｐｓｆの差分を入力して、有効電流指令値Ｉｄ＊を出力する。無効電力制御器１１４は、無効電力指令値設定部１１２の無効電力指令値Ｑｓ＊と無効電力Ｑｓｆの差分を入力して、無効電流指令値Ｉｑ＊を出力する。
【００２０】
３／２相数変換部１１６は、交流電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を直交する２相信号に変換して、α軸電流Ｉαおよびβ軸電流Ｉβを出力する。αβ／ｄｑ軸変換部１１７は、電流Ｉα、Ｉβおよび接続点電圧正相分位相θｓを入力し、固定座標系の電流Ｉα、Ｉβを、接続点電圧の正相分位相θｓで回転する座標系に変換して、接続点電圧と同一位相の有効電流Ｉｄｆと、接続点電圧と９０°直交した位相の無効電流Ｉｑｆに分離して出力する。なお、ＩｄｆとＩｑｆは直流動作する。
【００２１】
３／２相数変換部１１８は、接続点線間電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を直交する２相信号に変換して、α軸電圧Ｖαおよびβ軸電圧Ｖβを出力する。αβ／ｄｑ軸変換部１１９は、電圧Ｖα、Ｖβ及び正相分位相θｓを入力し、固定座標系の電圧Ｖα、Ｖβを、接続点電圧の正相分位相θｓで回転する座標系に変換して、接続点電圧と同一位相の有効電圧Ｖｄと、接続点電圧と９０°直交した位相の無効電圧Ｖｑに分離して出力する。なお、ＶｄとＶｑは直流動作する。
【００２２】
有効電流制御器１２１は、有効電流指令値Ｉｄ＊と有効電流Ｉｄｆの差分を入力し、接続点電圧と同一位相の有効分電圧指令加算値ｄＶｄ＊を出力する。加算器１２３は有効分電圧指令加算値ｄＶｄ＊と有効電圧Ｖｄを加算し、有効分電圧指令Ｖｄ＊を得る。無効電流制御器１２２は、無効電流指令値Ｉｑ＊と無効電流Ｉｑｆの差分を入力し、接続点電圧と９０°直交した位相の無効分電圧指令加算値ｄＶｑ＊を出力する。加算器１２４は、無効分電圧指令加算値ｄＶｑ＊と無効電圧Ｖｑを加算し、無効分電圧指令Ｖｑ＊を得る。
【００２３】
ｄｑ／αβ軸変換部１２５は、有効分電圧指令Ｖｄ＊、無効分電圧指令Ｖｑ＊および接続点電圧の正相電圧位相θｓを入力し、接続点電圧の正相分位相θｓで回転する座標系の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を、固定座標系に変換して接続点電圧の正相分位相θｓの周波数で交流動作する変換器電圧指令値Ｖα＊およびＶβ＊を出力する。２／３相数変換部１２６は、２相信号であるＶα＊およびＶβ＊を３相信号の変換器電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊およびＶｗ＊に変換して出力する。
【００２４】
ＰＷＭパルス発生器１２７は、変換器電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊およびＶｗ＊を入力し、自励式半導体装置で構成される変換器２のゲート信号を出力する。また、停止指令が入力すると、ＰＷＭパルス発生器１２７は即時にゲート信号を停止して、有効電力制御器１１３、無効電力制御器１１４、有効電流制御器１２１、無効電流制御器１２２は出力を即時にゼロに変化させるので、電力貯蔵システムは保護停止状態に遷移する。
【００２５】
図３は正相電圧検出部の構成図を示す。正相電圧検出部４は接続点８のＵＶ線間電圧Ｖ１、ＶＷ線間電圧Ｖ２、ＷＵ線間電圧Ｖ３を入力し、３／２相数変換部２１１がα軸電圧Ｖαおよびβ軸電圧Ｖβに変換する。周波数基準信号発生回路２１２は、系統定格周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の周波数基準信号の位相（基準位相）θ０を発生する。
【００２６】
フーリエ変換演算回路（α−Ｒ）２１３は、電圧信号Ｖαを基準位相θ０で回転する座標系から見たときの実軸への射影成分を求めて、これをθ０一周期分の移動平均値を算出してα実軸成分電圧ＶαＲを出力する。フーリエ変換演算回路（α−Ｍ）２１４は、電圧信号Ｖαを基準位相θ０で回転する座標系から見たときの虚軸（θ０＋固定位相９０°の方向）への射影成分を求めて、これをθ０一周期分の移動平均値を算出してα虚軸成分電圧ＶαＭを出力する。フーリエ変換演算回路（β−Ｒ）２１５は、電圧信号Ｖβを“θ０＋固定位相９０°”で回転する座標系から見たときの実軸への射影成分を求めて、これをθ０一周期分の移動平均値を算出してβ実軸成分電圧ＶβＲを出力する。フーリエ変換演算回路（β−Ｍ）２１６は、電圧信号Ｖβを“θ０＋固定位相９０°”で回転する座標系から見たときの虚軸（θ０＋固定位相１８０°の方向）への射影成分を求めて、これをθ０一周期分の移動平均値を算出してβ虚軸成分ＶβＭを出力する。
【００２７】
基本周波数正相電圧実軸成分演算回路２１７はＶαＲとＶβＲを入力して、正相電圧実軸成分ＶＲを出力する。基本周波数正相電圧虚軸成分演算回路２１８はＶαＭとＶβＭを入力して、正相電圧虚軸成分ＶＭを出力する。絶対値演算回路２１９はＶＲとＶＭの二乗和の平方根をとり、接続点電圧の正相電圧振幅Ｖｓを出力する。位相差演算回路２２０は、ＶＲ、ＶＭ、Ｖｓを入力して、接続点電圧の正相電圧位相θｓと基準位相θ０の位相差△θを、数１の演算から求め、出力する。
【００２８】
【数１】
ＶＲ／Ｖｓ＝ｃｏｓ（θｓ−θ０）
ＶＭ／Ｖｓ＝ｓｉｎ（θｓ−θ０）
△θ＝θｓ−θ０＝ｔａｎ￣１（ＶＭ／Ｖｓ）／（ＶＲ／Ｖｓ）
加算器２２１は、この位相差△θに基準位相θ０を加算して、接続点電圧の正相電圧位相θｓを出力する。このθｓは、接続点電圧位相を線間電圧（Ｖ１またはＶ２またはＶ３）の位相ではなく、正相電圧位相によって表したものである。
【００２９】
図４に、変換器電圧指令Ｖｃ＊のベクトル図を示す。（ａ）は本実施例で、接続点電圧位相にＤＦＴ回路による正相電圧位相θｓを用いた場合のベクトルを示している。Ｖｃ＊は、接続点電圧の正相電圧位相θｓで回転する座標系における２相信号であるＶｄ＊およびＶｑ＊のベクトル和である。この座標系においては、接続点電圧位相θｓと同一方向をｄ軸成分、“θｓ＋固定位相９０°”方向をｑ軸成分と定義している。上述のように、Ｖｄ＊は、接続点電圧のｄ軸成分Ｖｄと、有効分電圧指令加算値ｄＶｄ＊との和である。また、Ｖｑ＊は、接続点電圧のｑ軸成分Ｖｑと、無効分電圧指令加算値ｄＶｑ＊との和である。接続点電圧位相θｓが正確に遅れなく検出されている限り、Ｖｄは１単位値の長さの直流信号であり、Ｖｑはゼロの長さの直流信号となる。
【００３０】
このＶｃ＊（＝Ｖｄ＊＋Ｖｑ＊）をｄｑ軸／αβ軸変換すると、固定座標系における２相信号Ｖα＊とＶβ＊となる。これを２相／３相変換すると、３相信号である変換器電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊となる。これらの信号からＰＷＭパルス発生器１２７はゲート信号を出力することで、交直変換器２は系統に出力される交流電圧Ｖｃを発生している。
【００３１】
図４（ｂ）は、接続点電圧位相に接続点の電圧信号（ここでは、線間電圧Ｖ１）の位相θ１を用いた場合のベクトルを示している。定常時はθｓとθ１は同じ値となる。しかし、系統が異常になると、Ｖ１の位相ずれや振幅変化（減少ないし０）を生じるので、θ１を誤検出することになり、安定な制御が困難になる。例えば、ＵＶ相の２線地絡が起こるとＶ１がゼロとなり、Ｗ相が健全でも制御が不可能になる。
【００３２】
すなわち、真の接続点電圧（の正相分）の絶対値をＶＬ、その位相をθＬと定義すると、系統正常時の電圧Ｖ１の位相θ１はθＬと一致するが、事故時に位相θ１は誤検出されてθＬと偏差を持つようになる。この結果、ｄｑ軸を決めている位相であるθ１が真の位相であるθＬとずれるため、ＶｄとＶｑの合成部は真の値と一致するものの、ｄＶｄ＊とｄＶｑ＊が異なる方向を示すことになる。
【００３３】
変換器電圧指令Ｖｃ＊はＶｄ，Ｖｑの和と、ｄＶｄ＊，ｄＶｑ＊の和の合成ベクトルであるため、ｄＶｄ＊とｄＶｑ＊の方向がずれることにより、図示実線で示したＶｃ＊のベクトルは図示破線で示した理論値とかい離したものとなり、予定していた出力とは異なる出力に制御されてしまう。
【００３４】
一方、本実施例による（ａ）の場合は、正相位相θｓは、事故時においても検出遅れにより過渡的にわずかの偏差をもつのみであり、ほぼθＬと一致する。この結果、図示実線で示した変換器電圧指令Ｖｃ＊のベクトルは図示破線で示した理論値とわずかにずれたものになるが、予定していた出力とほぼ同じ出力に制御される。従って、交流系統事故による交流電圧振幅低下が発生しても、正相電圧位相θｓによる安定な制御が維持できるので過電流や過電圧を生じることなく、変換器２の運転を継続できる。たとえば、正相電圧振幅が１／３単位値程度となる系統事故でも、位相信号を加工するなどの特別な操作を加えること無く、連系運転を継続することができる。
【００３５】
図５は保護停止判定部の判定フローを示す。保護停止判定部５は接続点電圧の正相電圧振幅Ｖｓを入力し、Ｖｓがしきい値：ＬＥＶＥＬ１より小さいか判定する（ｓ１０１）。ＬＥＶＥＬ１未満の場合は、３線地絡事故が発生したものと判定されるので（ｓ１０２）、停止信号を発生する（ｓ１０３）。一方、ＶｓがＬＥＶＥＬ１以上の場合は、２線地絡事故、１線地絡事故、事故無しなどの系統状態が推定されるが（ｓ１０４）、何もせずにＶｓの監視に戻る。
【００３６】
ここで、しきい値：ＬＥＶＥＬ１は、三相が全て正常な場合の接続点電圧の正相電圧振幅を１単位値（１．０ｐｕ）として、１／３単位値を下限、２／３単位値を上限として、任意に設定される。なお、ステップｓ１０２，ｓ１０４の事故種別の推定は必須事項ではない。
【００３７】
図６は事故点における正相電圧振幅と事故種別の関係を示す説明図である。以下のように、事故点における正相電圧振幅を観察することで、交流系統で発生した事故レベルないしは事故種別を推定できる。
【００３８】
図示（ａ−１）は、交流電圧が正常な場合で、交流電圧のＵ相の相電圧（ベクトルＵ）、Ｖ相の相電圧（ベクトルＶ）、Ｗ相の相電圧（ベクトルＷ）を示す。各ベクトルの長さは定格電圧値（１ｐｕ）を示している。図示（ａ−２）は、（ａ−１）の相電圧ベクトル（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に対して幾何学的に対称座標法を用いて、ベクトルＵはそのまま、ベクトルＶは＋２／３π回転させ、ベクトルＷは−２／３π回転させて、３つのベクトルを加算し、この長さを１／３倍して、正相電圧ベクトルの振幅値を求めたものである。図から明らかなように、正相電圧振幅は１単位値となる。すなわち図１の正相電圧検出部４の出力である正相電圧振幅値は１単位値となる。
【００３９】
図示（ｂ−１）は、Ｕ相が完全地絡した１線地絡事故点における交流電圧の相電圧ベクトルを示す。ベクトルＶとＷの長さは１単位値を示すが、ベクトルＵの長さは最小で０を示す。図示（ｂ−２）は、（ｂ−１）の相電圧ベクトルに対して幾何学的に対称座標法を用いて、正相電圧振幅を求めたものである。相電圧Ｕが０のとき、正相電圧振幅Ｖｓは２／３単位値と最小値になる。
【００４０】
図示（ｃ−１）は、交流系統のＶ相、Ｗ相が完全地絡した２線地絡事故点における交流電圧の相電圧ベクトルを示す。ベクトルＵの長さは１単位値を示すが、ベクトルＶ、Ｗの長さは最小で０を示す。図示（ｃ−２）は、（ｃ−１）の相電圧ベクトルに対して幾何学的に対称座標法を用いて、正相電圧振幅を求めたものである。相電圧Ｖ，Ｗが０のときは、正相電圧振幅Ｖｓは１／３単位値と最小値になる。
【００４１】
図示（ｄ−１）は、交流系統のＵ相、Ｖ相、Ｗ相が完全地絡した３線地絡事故における交流電圧の相電圧ベクトルを示す。ベクトルＵ、Ｖ、Ｗの長さは最小で０を示す。図示（ｄ−２）は、（ｄ−１）の相電圧ベクトルに対して幾何学的に対称座標法を用いて、正相電圧振幅を求めたものである。相電圧Ｕ、Ｖ、Ｗが０のとき、正相電圧振幅Ｖｓは０単位値と最小値になる。
【００４２】
図７は、事故点からの距離と保護停止判定可能な事故範囲の関係を示す説明図である。系統事故時の正相電圧Ｖｓの残存値が、事故種別と事故点からの距離によって変化する特性を示している。ここで、事故点からの距離とは、系統事故点までの距離に対するシステム接続点の相対距離である。
【００４３】
３線地絡が起きると、事故点では３線の相電圧がゼロ付近まで低下する。このとき、短絡インピーダンスにより相電圧はゼロにはならない場合があり、ゼロを下限として若干の正相電圧が残る。一方、交直変換器２を保護停止しない限り、その変換器出力電圧Ｖｃは事故に関係なく定格値（１単位値＝１．０ｐｕ）を発生している。接続点正相電圧は、事故点から接続点８までの系統側のインピーダンス合計値と、接続点８から出力電圧Ｖｃまでのインピーダンス（連系リアクトルのインピーダンス）値の按分で決まる。このため、接続点８で観測される正相電圧Ｖｓは、事故点から接続点８までの距離が近いほど小さな値（最小値は０単位値）になり、距離が遠いほど大きな値（最大値は１単位値）になる。
【００４４】
同様に、２線地絡が起きると、事故点では２線の相電圧がゼロ付近まで低下する。このとき、短絡インピーダンスにより相電圧はゼロにはならない場合があり、事故点では１／３単位値を下限とする正相電圧が残る。接続点８で観測される正相電圧Ｖｓは、事故点からの距離が近いほど小さな値（最小値は１／３単位値）になり、距離が遠いほど大きな値（最大値は１単位値）になる。また、１線地絡が起きると、事故点では１線の相電圧がゼロ付近まで低下する。このとき、短絡インピーダンスにより相電圧はゼロにはならない場合があり、２／３単位値を下限とする正相電圧が残る。接続点で観測される正相電圧は、事故点から接続点までの距離が近いほど小さな値（最小値は２／３単位値）になり、距離が遠いほど大きな値（最大値は１単位値）になる。
【００４５】
保護停止判定部５における事故推定は、接続点電圧の正相電圧振幅Ｖｓがどこまで低下するかを観察して行われる。すなわち、Ｖｓが１／３単位値未満まで低下する場合は、事故点と接続点の距離に関わりなく、３線地絡事故が発生したものと判断できる。Ｖｓが１／３単位値以上から２／３単位値未満の範囲まで低下する場合は、近距離で発生した２線地絡事故か、または中距離で発生した３線地絡事故が発生したものと判断できる。
【００４６】
本実施例によれば、電力貯蔵システム側では実質的にほとんどの交流系統事故における運転継続が可能で、正相電圧振幅が１／３単位値未満となる３線地絡事故の一部が、機器側の制約により保護停止すべき対象となる。いま、３線地絡事故を保護停止したい場合には、しきい値：ＬＥＶＥＬ１を仮に１／３単位値に設定すると、近距離の３線地絡事故を検出でき、２線地絡事故を誤検出することはない。しかし、中距離で発生した３線地絡事故を検出できない場合がある。そこで、しきい値：ＬＥＶＥＬ１を１／３単位値を下限、２／３単位値を上限として、設定値を適当に選択すれば、近距離及び中距離における３線地絡事故を検出できる。なお、至近距離の２線地絡事故を保護停止と判定する可能性があることは、許容することにする。
【００４７】
次に、本発明の別の実施形態を説明する。図８は第２の実施例による電力貯蔵システムの構成図を示す。図１と同等の構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。本実施例と図１との相違は、接続点８の線間電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の実効値から線間電圧実効値低下率Ｋｒｍｓを求める実効値検出部７が設けられ、保護停止判定部５’は正相電圧振幅Ｖｓと、線間電圧実効値低下率Ｋｒｍｓを入力して、事故種別を推定しながら保護停止の要否を判定している点である。
【００４８】
実効値検出部７は、線間電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３から実効値Ｖ１ｒｍｓ、Ｖ２ｒｍｓ、Ｖ３ｒｍｓを求め、それらの最大値：Ｖｒｍｓ＿ｍａｘを求める。さらに、系統事故による電圧低下程度をみる指標として、線間電圧実効値低下率Ｋｒｍｓを求めて、保護停止判定部５’に渡す。線間電圧最大値Ｖｒｍｓ＿ｍａｘと線間電圧実効値低下率Ｋｒｍｓの算出式を数２に示す。
【００４９】
【数２】
Ｖｒｍｓ＿ｍａｘ＝ｍａｘ（Ｖ１ｒｍｓ，Ｖ２ｒｍｓ，Ｖ３ｒｍｓ）
Ｋｒｍｓ＝Ｖ１ｒｍｓ／Ｖｒｍｓ＿ｍａｘ・Ｖ２ｒｍｓ／Ｖｒｍｓ＿ｍａｘ・Ｖ３ｒｍｓ／Ｖｒｍｓ＿ｍａｘ
図９は、第２の実施例による保護停止判定部の判定フローを示す。まず、接続点電圧の正相電圧振幅Ｖｓがしきい値：ＬＥＶＥＬ１未満であるか判定する（ｓ２０１）。未満の場合は、３線地絡事故が発生したものと判定し（ｓ２０２）、停止信号を発生する（ｓ２０３）。しきい値：ＬＥＶＥＬ１は、三相が全て正常な場合の接続点電圧の正相電圧振幅を１単位値として、１／３単位値を上限として任意に設定する。
【００５０】
ＶｓがＬＥＶＥＬ１以上の場合、Ｖｓがしきい値：ＬＥＶＥＬ２未満であるか判定する（ｓ２０４）。ＬＥＶＥＬ２は、１／３単位値を下限として任意に設定する。ＬＥＶＥＬ２の設定上限は、理論上は１．０ｐｕとなるが、実用上は現在の保護停止の運用基準である０．８ｐｕ程度になる。
【００５１】
ＬＥＶＥＬ２未満の場合は、線間電圧実効値低下率Ｋｒｍｓがしきい値：ＬＥＶＥＬ３以上であるか判定する（ｓ２０５）。線間電圧実効値低下率ＫｒｍｓがＬＥＶＥＬ３以上の場合は、３線地絡事故が発生したものと判定し、停止信号を発生し、上記以外の条件では停止信号を発生しない。なお、ＬＥＶＥＬ３は、２／３単位値を下限として任意に設定する。
【００５２】
図１０は第２の実施例における事故点からの距離と保護停止可能な事故範囲の関係を示す説明図である。（ａ）は事故点までの距離と正相電圧残値の関係、（ｂ）は事故点までの距離と線間電圧実効値低下率の関係を示す。
【００５３】
実施例１の場合と同様に、接続点電圧の正相電圧振幅Ｖｓがどこまで低下するかを観測すれば、系統事故状況がかなり推定できる。Ｖｓが１／３単位値未満まで低下する場合は、事故点と接続点の距離に関わりなく、３線地絡事故が発生したものと判断できる。Ｖｓが１／３単位値以上から２／３単位値未満の範囲まで低下する場合は、近距離で発生した２線地絡事故か、中距離で発生した３線地絡事故が発生したものと判断できる。
【００５４】
３線地絡事故を保護停止したい場合には、保護しきい値ＬＥＶＥＬ１を１／３単位値を上限とする任意の値に設定すると、近距離の３線地絡事故を検出できる。このとき、２線地絡事故を誤検出することはない。
【００５５】
さらに、中距離、遠距離の３線地絡事故を保護停止するため、線間電圧実効値の差異に注目して判定する。３線地絡事故においては、事故点において線間電圧実効値は３信号ともほぼ同一値となる。このため、事故点において線間電圧実効値低下率はほぼ１の値で、かつ、事故点からの距離に関わらず電圧実効値低下率はほぼ１の値を示す。
【００５６】
このように、線間電圧実効値低下率Ｋｒｍｓが概ね２／３単位値以上の範囲にある場合は、１線地絡と２線地絡の可能性が排除され、３線地絡または事故無しとみなせる。したがって、図９のｓ２０４のステップで正相電圧振幅が１／３単位値以上の範囲にあり、３線地絡事故か２線地絡事故か判別できない場合には、さらに、ｓ２０５のステップで、線間電圧実効値低下率が２／３単位値以上の範囲にあるかどうかを判定すれば、中距離における３線地絡事故を判定できる。
【００５７】
あるいは、３線地絡事故においては、事故点において線間電圧実効値は３信号ともほぼ同一値となることを利用してもよい。即ち、ｓ２０４のステップで正相電圧振幅が１／３単位値以上の範囲にあり、３線地絡事故か２線地絡事故か判別できない場合には、さらに、ｓ２０５のステップで、３つの線間電圧実効値が全て同じ値かを調べ、同じ場合に３線地絡事故と判定する。
【００５８】
第２の実施例によれば、第１の実施例で正相電圧からは確実に判別できなかった中距離における３線地絡事故を、線間電圧実効値低下率を指標とする判定を付加することで正確な判別が可能になった。これにより、系統側の要請である３線地絡事故時のシステム停止を確実に実現でき、停止の必要がない他の事故時には運転を継続することができる。
【００５９】
図１１に実施例１のシミュレーション結果を示す。（ａ）は解析に用いたモデル系統図で、２７５ｋＶ、１５４ｋＶ、６６ｋＶ、６．６ｋＶの４つの電圧階級からなる系統で、ＮａＳ電池システムはＣ変電所６．６ｋＶ母線に接続されている。主として、２７５ｋＶ及び１５４ｋＶ送電線における種々の地絡事故について解析を行った。なお、図１１において、▲１▼、▲２▼は地絡事故の発生点を示す。
【００６０】
（ｂ）は解析結果を示す。各故障におけるＮａＳ電池システム連系点の線間電圧最小値（ｍｉｎ）、接続点の正相電圧、変換器電流最大値（ｍａｘ）と、従来と本実施例による運転継続（○）、停止（×）を示す。運転停止基準を従来のとおり線間電圧の定格８０％とすると、１５４ｋＶ送電線の２ＬＧ及び２７５ｋＶ送電線の２ＬＧ、３ＬＧで停止する。運転停止基準を本実施例の正相電圧の４５％とした場合、運転継続範囲を１５４ｋＶ送電線の２ＬＧ及び２７５ｋＶ送電線の２ＬＧまで広げることができる。また、これらの各ケースにおいて、変換器電流の過電流は規定値以内に抑制されている。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、交流系統と連系する電力貯蔵システムの交直変換器の制御に正相電圧位相を用いて、系統事故時の安定な運転継続範囲を広げるとともに、保護停止が必要な事故の発生の判定を正相電圧振幅によっているので、事故時の運用性を向上するとともに、系統要請あるいは過電流防止等のために必要なシステムの保護停止を確実に行うことができる効果がある。
【００６２】
さらに、保護停止が必要な事故の判定を上記に加えて、接続点の３つの電圧信号の実効値の低下状況によっても判断しているので、真に停止が必要な３相地絡事故に限定した保護停止ができ、不要な停止を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１による電力貯蔵システムの構成図。
【図２】電力変換装置制御部の構成図。
【図３】正相電圧検出部の構成図。
【図４】変換器電圧指令Ｖｃ＊のベクトル関係を、本実施例と従来例について示す説明図。
【図５】一実施例による保護停止判定部の判定処理を示すフロー図。
【図６】系統事故における電圧ベクトル図と正相電圧振幅の関係を示す説明図。
【図７】実施例１で、事故点からの距離と保護停止判定可能な事故範囲を示す説明図。
【図８】本発明の実施例２による電力貯蔵システムの構成図。
【図９】実施例２による保護停止判定部の判定処理を示すフロー図。
【図１０】実施例２で、事故点からの距離と保護停止判定可能な事故範囲を示す説明図。
【図１１】実施例１について実施したシミュレーション結果の説明図。
【符号の説明】
１…交流系統、２…交直電力変換装置（主回路）、３…二次電池、４…正相電圧検出部、５，５’…保護停止判定部、６…電力変換装置制御部、７…実効値検出部、１１１…有効電力指令値発生部、１１２…無効電力指令値発生部、１１３…有効電力制御器、１１４…無効電力制御器、１１５…有効電力無効電力検出回路、１１６…３／２相数変換部、１１７…αβ／ｄｑ軸変換部、１１８…３／２相数変換部、１１９…αβ／ｄｑ軸変換部、１２１…有効電流制御器、１２２…無効電流制御器、１２３，１２４…加算器、１２５…ｄｑ／αβ軸変換部、１２６…２／３相数変換部、１２７…ＰＷＭパルス発生器、２１１…３／２相数変換部、２１２…周波数基準信号発生回路、２１３〜２１６…フーリェ変換演算回路、２１７…基本周波数正相電圧実軸成分演算回路、２１８…基本周波数正相電圧虚軸成分演算回路、２１９…絶対値演算回路、２２０…位相差演算回路、２２１…加算器。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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