(57)【要約】【課題】複数回線を同期させて同時に投入することで、変圧器単体容量と発電機容量の大小に関係無く、復電に切り替えることができるスポットネットワーク切替システムを提供する。【解決手段】プロテクタリレー１１が、いずれか１つの回線である第１の回線の電力系統側及び負荷側の電圧の大きさ及び位相が同期するように、発電設備Ｇへの制御指令を出力する制御指令部１１４と、第１の回線とは異なる回線である第２の回線の商用系統側と負荷側との電圧差及び位相差に基づいて、第１の回線及び第２の回線のプロテクタ遮断器５の投入タイミングを判定する判定部１１５と、判定部１１５により判定された投入タイミングに従って、第１の回線及び第２の回線のプロテクタ遮断器５に投入を指示する指示部１１６と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電設備による負荷への電力供給と、複数回線を介した電力系統による負荷への電力供給との遮断器による切り替えを制御する制御装置を有し、
前記制御装置は、
いずれか１つの回線である第１の回線の前記電力系統側の電圧の大きさ及び位相に、前記負荷側の電圧の大きさ及び位相が同期するように、前記発電設備への制御指令を出力する制御指令部と、
前記第１の回線とは異なる回線である第２の回線の前記電力系統側及び前記負荷側の電圧差及び位相差に基づいて、前記第１の回線及び前記第２の回線の遮断器の投入タイミングを判定する判定部と、
前記判定部により判定された投入タイミングに従って、前記第１の回線及び前記第２の回線の遮断器に投入を指示する指示部と、
を有することを特徴とするスポットネットワーク切替システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記回線毎に設けられ、互いに通信経路を介して接続されていることを特徴とする請求項１記載のスポットネットワーク切替システム。
【請求項３】
前記制御装置は、電力供給可能な回線のうちのいずれか１つの回線を、前記第１の回線として選択する選択部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスポットネットワーク切替システム。
【請求項４】
前記投入タイミングは、周期的に到来する複数回を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスポットネットワーク切替システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、スポットネットワーク切替システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スポットネットワーク受配電方式は、商用系統から複数の回線で受電することにより、並列運転する。このため、いずれかの１回線が停電した場合であっても、残りの回線で継続して電力を供給できるので、電力供給の信頼性が高い。
【０００３】
さらに、昨今のＢＣＰ（事業継続計画）の機運の高まりに伴い、停電時において建物火災等の特殊な場合以外は、ビル等の専有部にも発電電力を供給可能な容量計画をすることがある。そして、スポットネットワーク受電方式において、商用系統の電力インフラが停止して全ての回線からの電力供給が停止した場合であっても、需要家側で、非常用発電設備を用いて負荷に電力をバックアップ給電させることが行われている。
【０００４】
このような非常用発電設備を備えたスポットネットワーク受電方式において、一旦非常用発電設備による給電になった場合、そこから商用系統が復旧した場合の切換は、シームレスに行うことが電力供給を継続して行うサービスの一環ともなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−０６８３３４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、スポットネットワーク受電方式は、引込み回線と逓降用変圧器とが１対１の構成となっており、２回線以上の引き込み容量で需要家の全設備の容量を賄う構成としており、変圧器１本あたりの容量が必ずしも全設備の容量を賄えるようになっている必要はない。変圧器の容量設定は設備のコストインパクトにかかわり、これを極力少なくすることで、設備全体のコスト抑制にもつながる。
【０００７】
一方、非常用発電設備を備えたスポットネットワーク受電方式においては、非常時は商用系統が止まっていても、ＢＣＰの観点から、非常用発電設備が全設備の容量を賄えるようになっている場合がある。すると、非常用発電設備による電力供給を受けていた場合に、商用系統が復旧したので１回線だけ復電しようとしても、ネットワーク変圧器が１回線では賄えない構成となっていることになる。
【０００８】
また、各回線に設けられたプロテクタ遮断器のうち、いずれか１つの回線のプロテクタ遮断器を復電のために投入して切り替える際には、非常用発電設備側と商用系統側との同期をとる必要がある。つまり、両者の電圧及び位相を合致させてプロテクタ遮断器を投入する必要がある。しかし、このような同期は、非常用発電設備の制御装置が、複数の回線中のいずれかの１回線の電圧及び位相を監視しながら、これに合わせるように非常用発電設備を制御することにより行っていた。つまり、３回線中の１回線のみが同期制御の対象となっていた。
【０００９】
このため、復電させる回線のネットワーク変圧器の単体容量が、非常用発電設備の容量よりも小さい場合、非常用発電設備の出力を、ネットワーク変圧器の単体容量以内に制限するような制御をしてから、プロテクタ遮断器を投入しなければならなかった。つまり、非常用発電設備の出力の抑制、サブ変電所側、中央監視側による負荷制限といった制御をしてから、同期制御及び切替制御を行う必要があった。
【００１０】
本発明の実施形態は、上記の課題を解消するために提案されたものであり、その目的は、複数回線を同期させて同時に投入することで、変圧器単体容量と発電機容量の大小に関係無く、復電に切り替えることができるスポットネットワーク切替システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本実施形態のスポットネットワーク切替システムは、発電設備による負荷への電力供給と、複数回線を介した電力系統による負荷への電力供給との遮断器による切り替えを制御する制御装置を有し、前記制御装置は、いずれか１つの回線である第１の回線の前記電力系統側の電圧の大きさ及び位相に、前記負荷側の電圧の大きさ及び位相が同期するように、前記発電設備への制御指令を出力する制御指令部と、前記第１の回線とは異なる回線である第２の回線の前記電力系統側及び前記負荷側の電圧差及び位相差に基づいて、前記第１の回線及び前記第２の回線の遮断器の投入タイミングを判定する判定部と、前記判定部により判定された投入タイミングに従って、前記第１の回線及び前記第２の回線の遮断器に投入を指示する指示部と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態のスポットネットワークを示すブロック図
【図２】実施形態のプロテクタリレーを示すブロック図
【図３】実施形態の復電の手順を示すフローチャート
【図４】スポットネットワークの比較例を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［構成］
［スポットネットワーク受電設備］
本実施形態が適用されるスポットネットワーク受電設備の構成を、図１を参照して説明する。本実施形態のスポットネットワーク受電設備は、図示しない商用系統の配電線に、それぞれ３回線の引込ケーブル１が接続されている。商用系統は電力会社等が提供する商用の電力系統である。引込ケーブル１には、受電用断路器２を介してネットワーク変圧器（以下、変圧器とする）３の１次側が接続されている。なお、本実施形態では、商用系統側を１次側、負荷側を２次側とする。
【００１４】
各変圧器３の２次側には、ネットワーク変流器４、プロテクタ遮断器５を介して、ネットワーク母線６が接続されている。プロテクタ遮断器５は、発電設備Ｇによる負荷への電力供給と、複数回線を介した商用系統による負荷への電力供給との切り替えを行う遮断器である。
【００１５】
ネットワーク母線６には、各負荷への電力供給用に分岐配線が接続されている。各分岐配線には、テイクオフ遮断器７が接続されている。これにより、商用系統の電力が変圧器３により降圧され、ネットワーク母線６及び分岐配線を介して、図示しない需要家の各負荷に供給される。また、本実施形態では、特定の建物やフロア等への電力供給のための変電設備として、サブ変電所８が設けられていてもよい。
【００１６】
ネットワーク母線６には、遮断器９を介して、発電設備Ｇが接続されている。発電設備Ｇは、商用系統からの電力供給が受けられない場合に、バックアップとして用意された非常用発電設備である。発電設備Ｇとしては、ディーゼル、ガスタービン等の発電機、制御装置を含む。発電設備Ｇは、制御装置によって出力が制御される。なお、発電設備Ｇの発電容量は、１つの変圧器３の容量よりも大きい。但し、複数の回線の変圧器３の容量を合わせることによって発電設備Ｇの容量を賄うことができる。例えば、いずれか２回線の変圧器３によって全負荷に給電できる。
【００１７】
さらに、プロテクタ遮断器５の１次側、２次側には、ネットワーク変成器１０ａ、１０ｂを介して、後述するプロテクタリレー１１が接続されている。また、プロテクタリレー１１には、上記のネットワーク変流器４が接続されている。
【００１８】
［スポットネットワーク切替システム］
本実施形態のプロテクタリレー１１を有するスポットネットワーク切替システムを説明する。プロテクタリレー１１は、発電設備Ｇによる電力供給と、複数回線を介した商用系統による電力供給とのプロテクタ遮断器５による切り替えを制御する制御装置である。
【００１９】
プロテクタリレー１１は、スポットネットワークの系統連系保護要素であるリレー１１１、１１２を有する。リレー１１１は、逆電力遮断を行う。逆電力遮断は、事故停電した回線のリレー１１１が、受電を継続している回線の電圧により充電されて流れる電流を検出して、事故停電した回線のプロテクタ遮断器５を開放する制御である。
【００２０】
無電圧投入は、全回線が停電後、送電が再開された回線のリレー１１２が、１次側に電圧が掛かり、２次側が無電圧であることを検出して、プロテクタ遮断器５を投入する制御である。差電圧投入は、無電圧投入により回線が回復した場合に、他の回線のリレー１１２が、１次側と２次側の電圧の差を検出して、プロテクタ遮断器５を投入する制御である。
【００２１】
さらに、プロテクタリレー１１は、発電設備Ｇによる給電から商用系統による給電への複数回線の同期切り替えを行う切替制御部Ｓを有する。切替制御部Ｓは、図２に示すように、検出部１１３、制御指令部１１４、判定部１１５、指示部１１６、選択部１１７、通信部１１８を有する。検出部１１３は、プロテクタ遮断器５の１次側と２次側の電圧波形を測定し、電圧差、位相差をサンプリングする。なお、位相差の情報を必要とするのは、投入タイミングを判定するためであるが、電圧差の情報が必要となるのは、１次側と２次側の電圧差によって不要な潮流が発生することを防止するためである。
【００２２】
制御指令部１１４は、電力供給可能ないずれか１つの回線である第１の回線の１次側の電圧の大きさ及び位相に、２次側の電圧の大きさ及び位相が同期するように、発電設備Ｇへの制御指令を出力する。つまり、１次側及び２次側の電圧差及び位相差がゼロになるように制御する。この制御は、発電設備Ｇの周波数の上げ下げ、電圧の昇降によって行う。第１の回線は、３回線の引込ケーブル１のいずれか１つに対応する回線である。
【００２３】
判定部１１５は、第１の回線とは異なる回線である第２の回線の１次側と２次側の電圧差、位相差に基づいて、第１の回線及び第２の回線のプロテクタ遮断器５の投入タイミングを判定する。第２の回線は、３回線の引込ケーブル１のうち、第１の回線以外のいずれか１つ又は２つに対応する回線である。つまり、第２の回線は、１つの場合も、複数の場合もある。投入タイミングは、例えば、各回線の電流ゼロ点が一致するタイミングであり、周期的に到来する複数回のタイミングを含む。
【００２４】
指示部１１６は、判定部１１５により判定された投入タイミングに従って、第１の回線及び第２の回線のプロテクタ遮断器５に投入を指示する。この投入の指示は、複数回の投入タイミングに対応して複数回試行されてもよい。
【００２５】
選択部１１７は、電力供給可能ないずれか１つの回線を第１の回線として選択する。この第１の回線が、いわばマスタ回線として、プロテクタリレー１１が１次側と２次側を同期させる回線となる。選択は、例えば、あらかじめ設定された１番、２番、３番といった番号の若い順に選択することができる。
【００２６】
通信部１１８は、有線又は無線による通信路を介して、他のプロテクタリレー１１の通信部１１８と接続され、互いに情報を送受信する。通信部１１８により送受信される情報は、各プロテクタリレー１１において検出される電圧差、位相差、周波数、電流値、マスタ回線の選択などの情報を含む。なお、通信部１１８は、通信路を介して接続されたタイムサーバ等からの情報に基づいて、時刻合わせを行う機能も有している。また、プロテクタリレー１１は、信号線を介して、ネットワーク変流器４、ネットワーク変成器１０ａ、１０ｂ、発電設備Ｇの制御装置、遮断器９などが接続され、電圧、電流、発電設備Ｇの制御指令、プロテクタ遮断器５への投入指令などを送受信できる。
【００２７】
［切替動作］
以上のような本実施形態の切替動作を、図３のフローチャートを参照して説明する。まず、全ての回線が停電によりプロテクタ遮断器５が開放された状態であり、発電設備Ｇによる負荷への給電が行われている。つまり、商用系統が復旧していない状態にある（ステップ１０１のＮＯ）。そして、復旧した商用系統がどの回線に対応するかを、各プロテクタリレー１１のリレー１１２が感知する（ステップ１０１のＹＥＳ）。
【００２８】
復旧した商用系統に対応する回線のプロテクタリレー１１の選択部１１７は、復旧した商用系統に対応する回線のいずれかをマスタ回線として選択する（ステップ１０２）。例えば、復旧した回線のうち、最も若い番号が設定された回線をマスタ回線として選択する。
【００２９】
復旧した商用系統に対応する回線のプロテクタリレー１１の検出部１１３は、各々のプロテクタ遮断器５の１次側と２次側の電圧波形を測定し、電圧差、位相差をサンプリングする（ステップ１０３）。選択されたマスタ回線のプロテクタリレー１１の制御指令部１１４は、プロテクタ遮断器５の２次側の電圧の大きさ、位相が１次側の電圧と同期するように、発電設備Ｇへ制御指令を出力する（ステップ１０４）。発電設備Ｇの制御装置は、制御指令に応じて、周波数の上げ下げ、電圧の昇降を行う。
【００３０】
マスタ回線のプロテクタリレー１１の判定部１１５は、各プロテクタリレー１１の電圧差、位相差のサンプリング結果を比較にかけて、差が無くなる投入タイミングを判定できるまで（ステップ１０５のＮＯ）、ステップ１０３、１０４の処理を行う。つまり、マスタ回線の判定部１１５は、制御指令部１１４による制御指令によって、発電設備Ｇが制御されることにより、１次側と２次側が同期しているかどうかを見て、投入タイミングとなるべき時点を判定する。一方、他の回線の判定部１１５は、自らの回線から制御指令を出しているわけではないが、マスタ回線側の制御によって、自らの回線の１次側と２次側が同期しているかどうかを見て、投入タイミングとなるべき時点を判定する。マスタ回線の判定部１１５は、他の回線の判定部１１５で判断した投入タイミングとなるべき時点が、通信上でお互いに一致したか否かを判定し、一致している場合には、投入タイミングであると判定する。
【００３１】
投入タイミングを判定できた場合（ステップ１０５のＹＥＳ）。指示部１１６は、投入タイミングで全てのプロテクタ遮断器５に投入指令を出力する（ステップ１０６）。この投入指令は、投入タイミングの判定と同時に出力してもよいし、投入タイミングの判定後、次の周期から到来する投入タイミングのいずれかで出力してもよい。
【００３２】
投入指令により、復旧した商用系統に対応する全ての回線のプロテクタ遮断器５が同時に投入され、発電設備Ｇ側の遮断器９が開放される。このため、複数の回線が同時に復電する（ステップ１０７）。以上のように、各プロテクタリレー１１が、それぞれ同期判定機能を持ち、通信を介して他の回線の電圧、位相を比較することにより、３回線同時の瞬時並列同期投入を行うことができる。
【００３３】
［作用効果］
以上のような実施形態では、発電設備Ｇによる負荷への電力供給と、複数回線を介した商用系統による負荷への電力供給とのプロテクタ遮断器５による切り替えを制御するプロテクタリレー１１を有する。プロテクタリレー１１は、いずれか１つの回線である第１の回線の商用系統側及び負荷側の電圧の大きさ及び位相が同期するように、発電設備Ｇへの制御指令を出力する制御指令部１１４と、第１の回線とは異なる回線である第２の回線の電力系統側と負荷側との電圧差及び位相差に基づいて、第１の回線及び第２の回線のプロテクタ遮断器５の投入タイミングを判定する判定部１１５と、判定部１１５により判定された投入タイミングに従って、第１の回線及び第２の回線のプロテクタ遮断器５に投入を指示する指示部１１６と、を有する。
【００３４】
このため、複数回線を同期させて同時に投入することができるので、変圧器３の単体容量と発電設備Ｇの容量の大小に関係無く、復電に切り替えることができる。従って、一時的に需要家の負荷を強制的に制限する必要がなく、ＢＣＰに支障が生じることがない。また、サブ変電所８、電力監視、中央監視に、負荷制限の機能を付加する必要がない。なお、マスタとなる第１の回線の発電設備Ｇへの制御指令により、１次側と２次側の位相を合わせた場合には、他の回線の位相も同様に合致している可能性が高い。このため、他の回線の位相を見ずに投入タイミングを判定することも考えられる。しかし、他の回線の電圧に関しては、１次側と２次側が必ずしも合致しているとは限らない。本実施形態では、第１の回線と第２の回線の位相差のみならず、電圧差も見て投入タイミングを判定することにより、安全且つ確実に複数回線を同時に投入することができる。
【００３５】
また、プロテクタリレー１１に切替制御部Ｓを設けずに、需要家の負荷の制限を避けたい場合には、例えば、図４に示すような構成とすることも考えられる。この場合、複数あるサブ変電所８の各受電を商用系統、非常用発電系統の２系統受電とし、さらにサブ変電所８の母線に商用系統と非常用発電系統のフィーダを分ける母線連絡遮断器Ｘ１を設置する。また、上位側のネットワーク母線６にも、商用系統と非常用発電系統のフィーダを分ける母線連絡遮断器Ｘ２を設置する。
【００３６】
そして、非常用発電の給電と商用系統の給電を並行で構内給電させた状態にしてから、サブ変電所８の母線連絡遮断器Ｘ１で同期投入させて、商用系統のネットワーク母線６側に負荷を移行させる。その後、変圧器３が、２台以上並列状態にできる負荷量が確保できた時点で、上位側のネットワーク母線６の母線連絡遮断器Ｘ２を同期投入させるシステムを構築する。
【００３７】
しかし、このような例では、運用の煩雑性や設備コストかかるという問題がある。これに対して、本実施形態によれば、サブ変電所８側で母線２系統を受電し、商用系統、非常用発電系統に分けるために母線連絡遮断器Ｘ１、Ｘ２を設置する必要がない。このため、運用の煩雑性がなく、設備コストを抑えることができる。
【００３８】
プロテクタリレー１１は、回線毎に設けられ、互いに通信経路を介して接続されている。このため、上位のシステムで制御を管理するよりも、瞬時の同期制御が可能となる。
【００３９】
プロテクタリレー１１は、電力供給可能な回線のうちのいずれか１つの回線をマスタ回線として選択する選択部１１７を有する。このため、各回線に対応する復旧状況に応じて、いずれのプロテクタリレー１１も同期をとる主体となることができるので、運転継続の可能性を高めることができる。
【００４０】
投入タイミングは、周期的に到来する複数回を含む。このため、複数回の試行により、確実に復電させることができる。
【００４１】
［他の実施形態］
本明細書において、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００４２】
例えば、回線の数、発電設備Ｇの数等は、上記の数には限定されない。制御装置であるプロテクタリレー１１を構成する各部の全部若しくは一部は、演算部及び記憶部を有するコンピュータを所定のプログラムで制御することによって実現できる。この場合のプログラムは、コンピュータのハードウェアを物理的に活用することで、上記のような各部の処理を実現するものである。
【００４３】
上記の各部の処理を実行する方法、プログラム及びプログラムを記録した記録媒体も、実施形態の一態様である。また、ハードウェアで処理する範囲、プログラムを含むソフトウェアで処理する範囲をどのように設定するかは、特定の態様には限定されない。上記の各部のいずれかを、それぞれの処理を実現する回路として構成することも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…引込ケーブル
２…受電用断路器
３…ネットワーク変圧器
４…ネットワーク変流器
５…プロテクタ遮断器
６…ネットワーク母線
７…テイクオフ遮断器
８…サブ変電所
９…遮断器
１０ａ、１０ｂ…ネットワーク変成器
１１…プロテクタリレー
１１１、１１２…リレー
１１３…検出部
１１４…制御指令部
１１５…判定部
１１６…指示部
１１７…選択部
１１８…通信部
Ｓ…切替制御部
Ｘ１、Ｘ２…母線連絡遮断器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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