(57)【要約】【課題】本発明は、施工性に優れ、同期確認トリガ信号の有無によらず安定して単独運転を検出することができることを目的とする。【解決手段】複数の分散電源装置１と、これらの分散電源装置と夫々電気的に接続する電力系統２と、前記分散電源装置と通信路を介して接続する通信ネットワーク４とを備えた単独運転防止装置であり、前記分散電源装置は直流電源５と系統連系インバータ６とを有し、前記系統連系インバータは、直流電源の直流電力を交流電力に変換するインバータ７と、電力系統との連系、解列を行う遮断器１１と、分散電源装置の特定信号と単独運転検出信号を送受信する制御装置９とを有し、特定信号を用いて、同一系統内で外乱を発生するインバータを１台だけに特定することを特徴とする単独運転防止装置。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の分散電源装置と、これらの分散電源装置と夫々電気的に接続する電力系統とを備えた単独運転防止装置であり、
前記分散電源装置は直流電源と系統連系インバータとを有し、
前記系統連系インバータは、直流電源の直流電力を交流電力に変換するインバータと、電力系統との連系，解列を行う遮断器と、分散電源装置の特定信号と単独運転検出信号を送受信する制御装置とを有し、
特定信号を用いて、同一系統内で外乱を発生するインバータを１台だけに特定することを特徴とする単独運転防止装置。
【請求項２】
前記インバータにおいて、単独運転検出時に、遮断器開信号に代わって、インバータ動作停止信号により電力系統と切り離すことを特徴とする請求項１記載の単独運転防止装置。
【請求項３】
複数の分散電源装置と、これらの分散電源装置と夫々電気的に接続する電力系統と、前記分散電源装置に通信路を介して接続され，コントローラが設置されたインターネット網とを備えた単独運転防止装置であり、
前記分散電源装置は直流電源と系統連系インバータとを有し、
前記系統連系インバータは、直流電源の直流電力を交流電力に変換するインバータと、電力系統との連系，解列を行う遮断器と、分散電源装置の特定信号と単独運転検出信号を送受信する制御装置とを有し、
特定信号を用いて、同一系統内で外乱を発生するインバータを１台だけに特定することを特徴とする単独運転防止装置。
【請求項４】
複数の分散電源装置と、これらの分散電源装置と夫々電気的に接続する電力系統とを備えた装置を用いて単独運転防止を行う方法であり、
前記分散電源装置は直流電源と系統連系インバータとを有し、
前記系統連系インバータは、直流電源の直流電力を交流電力に変換するインバータと、電力系統との連系，解列を行う遮断器と、分散電源装置の特定信号と単独運転検出信号を送受信する制御装置とを有し、
特定信号を用いて、同一系統内で外乱を発生するインバータを１台だけに特定することを特徴とする単独運転防止方法。
【請求項５】
複数の分散電源装置と、これらの分散電源装置と夫々電気的に接続する電力系統と、前記分散電源装置に通信路を介して接続され，コントローラが設置されたインターネット網とを備えた装置を用いて単独運転防止を行う方法であり、
前記分散電源装置は直流電源と系統連系インバータとを有し、
前記系統連系インバータは、直流電源の直流電力を交流電力に変換するインバータと、電力系統との連系，解列を行う遮断器と、分散電源装置の特定信号と単独運転検出信号を送受信する制御装置とを有し、
特定信号を用いて、同一系統内で外乱を発生するインバータを１台だけに特定することを特徴とする単独運転防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単独運転防止装置及び単独運転防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー、ＣＯ２排出量削減への関心の高まりから、燃料電池等の新エネルギー発電装置や、ガスエンジンコージェネレーションシステム等の実用化が進んできている。これらの分散電源装置は、直流電力をインバータにより交流電力に変換して利用する形態が一般的である。また、運用方法は、商用系統から独立して運転するのではなく、商用系統へ系統連系することを基本としている。そのため、商用系統へ連系する際には、系統連系に関わる幾つかの保護機能が必要である。その一つとして、系統が停電した場合には、系統から解列するために単独運転防止機能の設置が必要である。
【０００３】
これら分散電源の設置が進むに従い、住宅用（家庭用）コージェネレーションシステムの場合は、比較的狭い地域に密集して設置される場合があり、いわゆる高密度連系状態となるケースがある。このような高密度連系状態では、系統へ微小変動を外乱として与え、停電発生時の系統の応答を検出する能動的方式の単独運転防止機能において、系統へ出力される微小変動が相殺し合って、単独運転状態の検出感度が低下する場合があり課題となっている。
【０００４】
そのような課題を解決する手段として、特許文献１のように、各分散電源装置の制御回路間を通信線で結び、同期確認のためのトリガ信号を送るとともに、単独運転防止機能の微小変動をずらすことで、確実に単独運転を検出可能とするシステムが提案されている。
【０００５】
図９は、従来の分散電源システムのブロック構成図を示す。  
分散電源システムは、複数の分散電源装置１と、これらの分散電源装置１と電気的に接続する商用電力系統２と、前記各分散電源装置１の一構成である後述する制御装置と通信線３を介して接続するコントローラ２３とを具備している。前記各分散電源装置１は、直流電源５と系統連系インバータ６から構成されている。系統連系インバータ６は、直流電源５が発生する直流電力を交流電力へ変換するインバータ７と、商用電力系統２との連系，解列を行う遮断器８と、制御装置９とから構成されている。制御装置９は、系統電圧信号１０を取り込み、系統の状態を判断して遮断器８のＯＮ／ＯＦＦ制御信号１１を出力する他、インバータ７に対して、単独運転検出の為の外乱発生信号１２を出力するようになっている。
【特許文献１】特開２００４−３５０４２９号公報（段落番号［0009］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この従来の方式では、各分散電源装置以外に、同期確認トリガ信号送信のためのコントローラを設置する必要がある。また、従来の方式では、複数台の分散電源装置に対して１つだけ設置されるコントローラが故障し、同期確認トリガ信号が出力されない場合がある。この場合、各インバータの外乱発生タイミングがずれ、単独運転状態を安定して検出することができなくなる恐れがある、という問題があった。
【０００７】
本発明は、施工性に優れ、同期確認トリガ信号の有無によらず安定して単独運転を検出することができる単独運転防止装置及び単独運転防止方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の様態による単独運転防止装置は、複数の分散電源装置と、これらの分散電源装置と夫々電気的に接続する電力系統とを備えた単独運転防止装置であり、前記分散電源装置は直流電源と系統連系インバータとを有し、前記系統連系インバータは、直流電源の直流電力を交流電力に変換するインバータと、電力系統との連系，解列を行う遮断器と、分散電源装置の特定信号と単独運転検出信号を送受信する制御装置とを有し、特定信号を用いて、同一系統内で外乱を発生するインバータを１台だけに特定することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の態様による単独運転防止装置は、複数の分散電源装置と、これらの分散電源装置と夫々電気的に接続する電力系統と、前記分散電源装置に通信路を介して接続され，コントローラが設置されたインターネット網とを備えた単独運転防止装置であり、前記分散電源装置は直流電源と系統連系インバータとを有し、前記系統連系インバータは、直流電源の直流電力を交流電力に変換するインバータと、電力系統との連系，解列を行う遮断器と、分散電源装置の特定信号と単独運転検出信号を送受信する制御装置とを有し、特定信号を用いて、同一系統内で外乱を発生するインバータを１台だけに特定することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３の態様による単独運転防止方法は、複数の分散電源装置と、これらの分散電源装置と夫々電気的に接続する電力系統とを備えた装置を用いて単独運転防止を行う方法であり、前記分散電源装置は直流電源と系統連系インバータとを有し、前記系統連系インバータは、直流電源の直流電力を交流電力に変換するインバータと、電力系統との連系，解列を行う遮断器と、分散電源装置の特定信号と単独運転検出信号を送受信する制御装置とを有し、特定信号を用いて、同一系統内で外乱を発生するインバータを１台だけに特定することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第４の態様による単独運転防止方法は、複数の分散電源装置と、これらの分散電源装置と夫々電気的に接続する電力系統と、前記分散電源装置に通信路を介して接続され，コントローラが設置されたインターネット網とを備えた装置を用いて単独運転防止を行う方法であり、前記分散電源装置は直流電源と系統連系インバータとを有し、前記系統連系インバータは、直流電源の直流電力を交流電力に変換するインバータと、電力系統との連系，解列を行う遮断器と、分散電源装置の特定信号と単独運転検出信号を送受信する制御装置とを有し、特定信号を用いて、同一系統内で外乱を発生するインバータを１台だけに特定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の単独運転防止装置によれば、従来のように外部に共通のコントローラを設置する必要がなく、施工性に優れる。また、本発明の単独運転防止装置によれば、次の１），２）の理由より、系統同期確認トリガ信号の有無によらず安定して単独運転を検出することができる。  
１）電力系統へ対して外乱を発生している系統連系インバータは１台だけであり、他の系統連系インバータが出す外乱と相殺することによる、単独運転状態の検出感度低下は無く、他のインバータも確実に停止させることが可能である。２）故障中、停止中の系統連系インバータは外乱発生が除外されるため、外乱発生が喪失することが無く、安定して単独運転状態を検出することができる。  
また、本発明の単独運転防止方法によれば、単独運転防止装置と同様に、施工性に優れ、かつ安定して単独運転を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態に係る単独運転防止装置及び方法について詳細に説明する。  本発明において、直流電源とは例えば太陽電池や燃料電池を示す。本発明において、通信路とは、例えばローカルエリアネットワークやインターネットに接続された有線ケーブル、光ケーブル、無線通信、電力線通信等、制御装置間で相互通信できる通信手段であればいずれでもよく、特に限定されない。本発明において、特定信号（装置特定信号）としては、例えば分散電源装置のシリアル番号や製造年月日等、装置に固有の番号を意味し、いずれでもよい。また、外乱発生判定に使用する条件の例としては、装置特定信号を、他の系統連系インバータから受信した装置特定信号と比較し、「最も数値が小さいこと」、「最も日付情報が古いこと」等、１台を決めることが可能な条件であれば適用可能である。
【００１４】
次に、本発明の具体的な実施形態について図面を参照して説明する。  
（第１の実施形態）（請求項１、４対応）  
図１〜図３を用いて本発明の第１の実施形態について説明する。ここで、図１は第１の実施形態の単独運転防止装置の説明図、図２は図１の装置の一構成である制御装置の説明図、図３は図１の装置における外乱発生判断のルーチンを示す。
【００１５】
単独運転防止装置は、複数の分散電源装置１と、これらの分散電源装置１と電気的に接続する商用電力系統２と、前記各分散電源装置１の一構成である後述する制御装置と通信線（通信路）３を介して接続する通信ネットワーク４とを具備している。前記各分散電源装置１は、太陽電池や燃料電池等の直流電源５と系統連系インバータ６から構成されている。系統連系インバータ６は、直流電源５が発生する直流電力を交流電力へ変換するインバータ７と、商用電力系統２との連系，解列を行う遮断器８と、制御装置９とから構成されている。制御装置９は、系統電圧信号１０を取り込み、系統の状態を判断して遮断器８のＯＮ／ＯＦＦ制御信号（遮断器開指令）１１を出力する他、インバータ７に対して、単独運転検出の為の外乱発生信号１２を出力するようになっている。
【００１６】
制御装置９は図２に示す構成になっている。制御装置９は通信線３を通して、分散電源装置１を特定する装置特定信号１３と単独運転検出信号１４とを、他の系統連系インバータと双方向で送受信する。図２中の符番１５は、連系インバータ運転状態信号１６と前記装置特定信号１３が入力される外乱発生判定部を示す。符番１７は、系統電圧信号１０が入力される単独運転状態検出部を示す。
【００１７】
制御装置９は、図３に示す外乱発生判断ルーチンに従って外乱発生を行う。制御装置９は、連系インバータ運転状態信号１６と、装置特定信号１３とを入力として、外乱発生判定部１５において、外乱発生の実施、不実施を決定する。外乱発生の条件が満たされた場合は、インバータ７へ外乱発生信号１２を出力し、インバータ７は外乱として、商用電力系統１２へ微小変動を出力する。また、制御装置９は、系統電圧信号１０を入力し、単独運転状態検出部１７で系統の停電状態を検出した場合は、系統連系インバータ６のＯＮ／ＯＦＦ制御信号１１を出力してインバータ７を商用電力系統２から解列するとともに、単独運転検出信号１４を通信線３を介して、他の系統連系インバータ６へ送信する。外乱を発生していない分散電源装置１は、単独運転検出信号１４を受信した場合、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号１１を出力して商用電力系統２と切り離される。前記通信ネットワーク４は、分散電源装置１が設置された場所に対して比較的近い場所で通信する場合に有効である。
【００１８】
次に、前記単独運転防止装置の動作について説明する。  
複数台の分散電源装置１は同一の商用電力系統２へ連系して運転している。同時に、通信線３を通して、それぞれの制御装置９間で双方向通信を行っている。このとき使用される通信線３は、ローカルエリアネットワークやインターネットに接続された有線ケーブル、光ケーブル、無線通信、電力線通信等、制御装置間で相互通信できる通信手段であれば適用可能である。各系統連系インバータ６の制御装置９は、図３に示す工程に従って外乱発生の実施、不実施を決定する。
【００１９】
まず初めに、図示しない制御装置監視部により、系統連系インバータ６が正常であることを判断する。系統連系インバータ６がなんらかの故障により異常である場合は、正常な外乱発生が期待できないため、外乱発生は実施しない。系統連系インバータ６が正常である場合は、続いて系統連系インバータ運転状態信号１６を確認する。運転状態信号１６がＯＦＦである場合は、連系運転を行っていない状態であるので、外乱発生は実施しない。運転状態信号１６がＯＮである場合は、装置特定信号１３を出力すると同時に、他の分散電源装置からの装置特定信号を受信し、外乱発生判定部１５において、外乱を発生するか否かを判定する。装置特定信号１３としては、例えば分散電源装置のシリアル番号や製造年月日等、装置に固有の番号であれば適用可能である。外乱発生判定に使用する例えば条件Ａの例としては、装置特定信号１３を、他の系統連系インバータ６から受信した装置特定信号１３と比較し、「最も数値が小さいこと」、「最も日付情報が古いこと」等、１台を決めることが可能な条件であれば適用可能である。
【００２０】
以上、図３に示したルーチンでは、系統連系インバータ６が正常であり、かつ運転中である場合だけ、外乱発生を行うことが可能となり、故障中や停止中の連系インバータは外乱発生対象から除外される。
【００２１】
以上のルーチンで、外乱発生判定部１５により外乱発生が決定された場合、制御装置９はインバータ７へ対して外乱発生信号１２を出力し、インバータ７は商用電力系統２へ微小変動を出力する。商用電力系統２に停電が発生した場合、外乱により電圧状態に変化が生じ、系統電圧信号１０を基にして、単独運転検出部１７が単独運転状態を検出する。外乱を発生している系統連系インバータ６は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号１１を遮断器８に対して送り、商用電力系統２と切り離すと同時に、単独運転検出信号１４を通信線３を通して、他の分散電源装置１へ送信する。外乱を発生していない系統連系インバータ６は、通信線３を通して、単独運転検出信号１４を受信し、それを基にＯＮ／ＯＦＦ制御信号１１を遮断器８に対して送り、商用電力系統２と切り離す。この結果、１台の分散電源装置１が検出した単独運転状態を用いて、他の全ての分散電源装置１を商用電力系統２から切り離すことが可能である。
【００２２】
第１の実施形態の単独運転防止装置によれば、商用電力系統２に対して外乱を発生している系統連系インバータ６は１台だけであり、他の系統連系インバータ６が出す外乱と相殺することによる、単独運転状態の検出感度低下は無く、他のインバータも確実に停止させることが可能である。また、故障中、停止中の系統連系インバータ６は外乱発生が除外されるため、外乱発生が喪失することが無い。従って、安定して単独運転状態を検出することができる。更に、外部に共通のコントローラを設置する必要は無く、施工性においても優れている。
【００２３】
（第２の実施形態）（請求項２対応）  
図４及び図５を参照する。ここで、図４は第２の実施形態の単独運転防止装置の説明図、図５は図４の装置の一構成である制御装置の説明図を示す。但し、図１〜図３と同部材は同符番を付して説明を省略する。  
図４において、制御装置９から系統連系インバータ６に内蔵されたインバータ７へ、インバータ７の動作停止指令２１が出力される。図５において、単独運転状態検出部１７で単独運転を検出した場合又は単独運転検出信号１４を受信した時は、系統連系インバータ６に内蔵されたインバータ７の動作停止指令２１を出力する。
【００２４】
こうした単独運転防止装置において、系統連系インバータ６に内蔵されているインバータ７が双方向運転可能で、運転停止時も系統と遮断器８で切り離されない方式のインバータでは、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号１１ではなく、インバータの動作停止指令２１を送信することで、インバータ７を停止し、商用電力系統２と切り離すことが可能である。
【００２５】
第２の実施形態の単独運転防止装置によれば、第１の実施形態と同様に、商用電力系統２へ対して外乱を発生している系統連系インバータ６は１台だけであり、他の系統連系インバータ６が出す外乱と相殺することによる、単独運転状態の検出感度低下は無く、他のインバータも確実に停止させることが可能である。また、故障中、停止中の系統連系インバータ６は外乱発生が除外されるため、外乱発生が喪失することが無い。従って、安定して単独運転状態を検出することができる。更に、外部に共通のコントローラを設置する必要は無く、施工性においても優れている。
【００２６】
（第３の実施形態）（請求項３、５対応）  
図６〜図８を参照する。ここで、図６は本発明の第３の実施形態に係る単独運転防止装置の構成図、図７は図６の装置の一構成である制御装置の説明図、図８は図６の装置における外乱発生判断のルーチンを示す。但し、図１〜図３と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。  
図６において、各分散発電装置１は通信線３を通して、インターネット網２２に接続されている。インターネット網２２にはコントローラ２３が設置され、インターネット網２２を経由して各分散発電装置１の制御装置９と接続されている。ここで、インターネット網２２は、分散発電装置1が設置された場所に対して比較的離れた位置で操作する場合に有効である。図７において、各分散電源装置１の制御装置９は、コントローラ２３から外乱発生指令２４を受信し、それを基に外乱発生信号１２をインバータ７に対して送信する。
【００２７】
こうした単独運転防止装置において、各制御装置９から装置特定信号１３を受信したコントローラ２３は、図示しない分散電源装置の設置位置情報から、同一系統内にある各制御装置９の中から、図８の外乱発生判断ルーチンにより、外乱発生条件Ａを満たす分散発電装置１を特定し、当該分散発電装置１の制御装置９へ外乱発生指令２４を送信する。外乱発生指令２４を受信した制御装置９は、外乱発生信号１２をインバータ７へ出力し、外乱を発生させる。
【００２８】
第３の実施形態によれば、系統へ対して外乱を発生している系統連系インバータは１台だけであり、他の系統連系インバータが出す外乱と相殺することによる、単独運転状態の検出感度低下は無く、他のインバータも確実に停止させることが可能である。また、故障中、停止中の系統連系インバータは外乱発生が除外されるため、外乱発生が喪失することが無く、安定して単独運転状態を検出することができる。
【００２９】
なお、第３の実施形態では、インターネット網内に共通のコントローラを設置する必要があるが、インターネット接続であるため、設置場所は遠隔でも良く、また、位置情報を利用することにより、複数系統に対して１台のコントローラが個別に外乱発生指令を出すことが可能であり、施工性、経済性においても優れている。
【００３０】
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記実施形態では分散電源装置を３台設置した場合について述べたが、これに限らず、２台あるいは４台以上設置して単独運転防止する場合でもよい。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態の単独運転防止装置のブロック構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態の制御装置のブロック構成図である。
【図３】図３は、本発明の第１の外乱発生判断ルーチンである。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態の単独運転防止装置のブロック構成図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態の制御装置のブロック構成図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態の単独運転防止装置のブロック構成図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施形態の制御装置のブロック構成図である。
【図８】図８は、本発明の第３の外乱発生判断ルーチンである。
【図９】図９は、従来の分散電源システムのブロック構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…分散電源装置、２…商用電力系統、３…通信線、４…通信ネットワーク、５…直流電源、６…系統連系インバータ、７…インバータ、８…遮断器、９…制御装置、１０…系統電圧信号、１１…ＯＮ／ＯＦＦ制御信号、１２…外乱発生信号、１３…装置特定信号、１４…単独運転検出信号、１５…外乱発生判定部、１６…連系インバータ運転状態信号、１７…単独運転状態検出部、２２…インターネット網、２３…コントローラ、２４…外乱発生指令。
【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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