(57)【要約】【課題】系統側で単独運転を検出して対応できるようにしたい。【解決手段】商用電力系統とひとつ以上の分散型電源設備とが遮断器を介して互いに連系母線に接続して並列運転し、線路遮断に際して前記分散型電源の単独運転を防止する単独運転防止装置において、線路の異状を線路の電圧あるいは電流あるいは周波数あるいはこれらの組み合わせによって検出する第１の手段と、前記第１の手段の検出が所定の時間継続したことを確認する第２の手段と、前記第２の手段の検出によって単独系統が発生したことを検出する第３の手段と、前記第３の手段の動作を確認して接地用開閉器を投入する第４の手段とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電力系統とひとつ以上の分散型電源設備とが遮断器を介して互いに連系母線に接続して並列運転し、線路遮断に際して前記分散型電源の単独運転を防止する単独運転防止装置において、線路の異状を線路の電圧あるいは電流あるいは周波数あるいはこれらの組み合わせによって検出する第１の手段と、前記第１の手段の検出が所定の時間継続したことを確認する第２の手段と、前記第２の手段の検出によって単独系統が発生したことを検出する第３の手段と、前記第３の手段の動作を確認して接地用開閉器を投入する第４の手段とを備えたことを特徴とする単独運転防止装置。
【請求項２】
商用電力系統と一つ以上の分散型電源設備とが遮断器を介して互いに連系母線に接続して並列運転し、線路遮断に際して前記分散型電源の単独運転を防止する単独運転防止装置において、線路の異状を線路の電圧あるいは電流あるいは周波数あるいはこれらの組み合わせによって検出する第１の手段と、前記第１の手段の検出が所定の時間継続したことを確認する第２の手段と、前記第２の手段の検出によって単独系統が発生したことを検出する第３の手段と、前記第３の手段の検出後、所定の連系点遮断器を開放する第４の手段と、前記第４の手段の動作を確認して接地用開閉器を投入する第５の手段とを備えたことを特徴とする単独運転防止装置。
【請求項３】
商用電力系統と一つ以上の分散型電源設備とが遮断器を介して互いに連系母線に接続して並列運転し、線路遮断に際して前記分散型電源の単独運転を防止する単独運転防止装置において、線路の遮断器が開放したことを検出する第１の手段と、前記第１の手段の検出後、線路の電圧ありを検出する第２の手段と、前記手段１と手段２の論理積条件が一定時間経過したことを検出する第３の手段と、前記第３の手段が確認された場合に単独系統発生を検出する第４の手段と、前記第４の手段の動作を確認し接地用開閉器を投入する第５の手段とを備えたことを特徴とする単独運転防止装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３記載の単独運転防止装置において、接地用開閉器を投入後において、前記投入動作後の指定時間の検出を待って、前記接地用開閉器を開放する手段を備えたことを特徴とする単独運転防止装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は商用電力系統に連系する分散電源設備が連系遮断となった場合に単独運転状態となることを防止する単独運転防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は単独運転を説明する概要図であり、これによって説明する。図７において１は商用電力系統、２は変圧器２次遮断器、３Ａ，３Ｂは系統側負荷、３Ｃは構内負荷、４は変電所母線、５は送電線、６は連系点遮断器、７は受電遮断器、８は分散型電源である。
【０００３】
上記構成において、系統が運転中であったとき、連系遮断器６が何らかの原因で開放したとすると、分散型電源８は負荷３Ｂ，３Ｃを負い、発電力と負荷とのバランスがとれてしまうと、分散型電源８はそのまま運転継続してしまう。
【０００４】
即ち、この状態がいわゆる単独運転である。この状態では送電線５は活線状態であるため、商用系統への系統並列に時間を要するほか、復旧に際して作業員に危険を伴い、また長時間継続すれば、地絡事故検出ができないため建造物に損傷を与える可能性もある。
【０００５】
ここで、連系遮断器６が開放する何らかの原因とは、送電線５に発生した異常により、送電線保護装置が動作して連系遮断器６を開放する場合のほか、運転員の操作による解放、機器の不具合による自然開放などである。
【０００６】
従来このような単独運転を防止する装置は、分散電源を設置した場所で単独系統になったことを検出して、分散電源自ら停止するか、遮断器７などの開閉器を開放して、分散型電源から送電線５への電力の供給を停止する方法が採用されてきた。一例として分散電源が同期発電機の場合を図８に例示するが、その技術的内容は特許文献１に詳細な内容が記載されているので参照されたい。
【特許文献１】特開平６−３１１６５２号公報（第３〜第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、分散電源側で自らの単独系統の検出は、必ずしも確実とは言えない。例えば特許文献１の場合では、このような装置を設けた分散型電源が、一つの送電線に複数接続されていた場合、相互干渉して単独系統が検出できないという可能性もある。この場合、単独運転が継続してしまう。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、系統側で単独運転を防止することの可能な単独運転防止装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る単独運転防止装置は、商用電力系統とひとつ以上の分散型電源設備とが遮断器を介して互いに連系母線に接続して並列運転し、線路遮断に際して前記分散型電源の単独運転を防止する単独運転防止装置において、線路の異状を線路の電圧あるいは電流あるいは周波数あるいはこれらの組み合わせによって検出する第１の手段と、前記第１の手段の検出が所定の時間継続したことを確認する第２の手段と、前記第２の手段の検出によって単独系統が発生したことを検出する第３の手段と、前記第３の手段の動作を確認して接地用開閉器を投入する第４の手段とを備えた。
【００１０】
本発明の請求項２に係る単独運転防止装置は、商用電力系統と一つ以上の分散型電源設備とが遮断器を介して互いに連系母線に接続して並列運転し、線路遮断に際して前記分散型電源の単独運転を防止する単独運転防止装置において、線路の異状を線路の電圧あるいは電流あるいは周波数あるいはこれらの組み合わせによって検出する第１の手段と、前記第１の手段の検出が所定の時間継続したことを確認する第２の手段と、前記第２の手段の検出によって単独系統が発生したことを検出する第３の手段と、前記第３の手段の検出後、所定の連系点遮断器を開放する第４の手段と、前記第４の手段の動作を確認して接地用開閉器を投入する第５の手段とを備えた。
【００１１】
本発明の請求項３に係る単独運転防止装置は、商用電力系統と一つ以上の分散型電源設備とが遮断器を介して互いに連系母線に接続して並列運転し、線路遮断に際して前記分散型電源の単独運転を防止する単独運転防止装置において、線路の遮断器が開放したことを検出する第１の手段と、前記第１の手段の検出後、線路の電圧ありを検出する第２の手段と、前記手段１と手段２の論理積条件が一定時間経過したことを検出する第３の手段と、前記第３の手段が確認された場合に単独系統発生を検出する第４の手段と、前記第４の手段の動作を確認し接地用開閉器を投入する第５の手段とを備えた。
【００１２】
本発明の請求項４に係る単独運転防止装置は、請求項１乃至請求項３において、接地用開閉器の投入後において、前記投入動作後の指定時間の検出を待って、前記接地用開閉器を開放する手段を備えた。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば何らかの原因で系統が単独運転となった場合、系統に接地を施して人工短絡を発生させ、運転が継続している発電機を速やかに解列に導くことができる。
【００１４】
また、何らかの原因で系統が単独運転となった場合、電圧・電流・周波数の変化から本装置が保護範囲とする系統の連系点遮断器を開放することにより、単独系統の系統規模を縮小し、この保護範囲の系統に接地を施して人工短絡を発生させ、保護範囲の系統内で運転が継続している発電機を速やかに解列に導くことができる。
【００１５】
また、何らかの原因で連系点遮断器が開放してしまった場合において、本装置が保護範囲とする系統の電圧がある状態が指定時間以上継続してしまった場合、単独運転が発生していると判断できるので、保護範囲の系統に接地を施して人工短絡を発生させ、保護範囲の系統内で運転が継続している発電機を速やかに解列に導くことができる。
【００１６】
また、本装置の、指定時間経過後投入した接地用開閉器を開放する動作によって迅速な系統の再送電を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の基本的な考え方を説明する。例えば分散型電源を含む系統が事故など何らかの原因で単独運転状態となった場合を考える。
通常  発電機には、系統に短絡が発生したことを検出する目的で、あるいは自身の過負荷・逆潮流を検出する目的で過電流継電器が設置されており、系統に短絡事故が発生した場合はこれが動作して保護対象の発電機を停止させる。
【００１８】
またインバータ型発電機では、系統に短絡が発生すると著しい電圧低下が発生するため、素子保護のためにゲートブロック動作（以下GBと記す）をする。または転流失敗を起こして発電を停止する。しかし単独系統となった系統内において、事故が無いか地絡事故で地絡過電圧を検出する装置をもたない場合、系統内の線間電圧は変化しないため、系統内の需給バランスがとれれば単独運転が継続してしまう。
【００１９】
つまり単独運転が継続していれば、連系点遮断器が開放しているにもかかわらず対象系統の電圧が無くならない。本装置はこれを検出することによって単独運転状態と判断し、ある所定の時限をもって当該系統に接続された接地用開閉器を投入するようにしている。
【００２０】
つまり系統に単独運転が発生すると、通常、分散型電源は各発電機側に設置された単独運転防止装置が動作して発電機を解列させるが、本装置は単独系統内に残された各発電機が自立的に解列していくのを待ち、所定の時間までに解列しきらなかったとき、即ち、当該系統の電圧がなくならなかったとき(例えば定格電圧の３０％以上の電圧があるとき、電圧有りと判定)、当該系統に対して強制的に接地を施し、人工短絡させることによって、単独系統内の各発電機に設置された過電流継電器の動作を促し、またインバータのGB動作を促し、当該系統内発電機を解列に導く。
【００２１】
当該連系点遮断器以外の遮断器開放によって、保護対象系統を含む系統が単独系統となってしまった場合、周波数変化あるいは電圧変化・電流変化によって単独運転状態を検出する。つまり、系統周波数の大きな変化、例えば基準周波数５０Hzに対して±２Hz以上の変動があり、これが所定の時間以上継続した場合、単独系統と判断することができる。
【００２２】
また、インバータ型発電機は、力率１の定力率運転が一般的であるが、これらが単独運転となり需給バランスが取れなくなると、その影響は系統電圧に現れ、負荷が過剰なら系統電圧は低下し、不足なら系統電圧は上昇する。
そこで、例えば定格電圧の±２０％以上の逸脱を所定の時間継続した場合、単独運転と判断することができる。
【００２３】
また、連系遮断器を通過する電流・電圧から、連系点遮断器のインピーダンスローカス(脱調センター)の変化が所定の値、例えば四辺形特性の範囲内を通過した場合、系統に不安定が生じていると判断できる。本装置は、この様な状態を検出すると連系点遮断器を開放し、以降は先に述べた機能によって、保護対象としている当該系統に接地を施し、当該系統内発電機を速やかに解列に導く。
【００２４】
以上の動作を実施した後、本装置は所定の時間経過を待って、投入した接地用開閉器を開放する。これはその後に施されるであろう再閉路リレーや、系統操作による送電のための準備を行うもので、停止した当該系統を速やかに充電するためのものである。
【００２５】
図１は単独運転防止装置の実施の形態を説明する全体構成図であり、図１において100は単独運転防止装置本体で、入力部101と演算部102と、出力部103とからなる。そして入力部101には系統の電圧・電流・周波数情報と、遮断部（ＣＢ）の開閉情報とが入力される。演算部102での演算内容は前記各入力情報をもとに単独運転状態であるか否かを判定し、単独運転であると判定したとき接地用開閉器を強制的に投入し、指定時間後に開放する処理を行なうようにしたものである。
【００２６】
ここで本発明での単独運転判定の第１は、遮断器の開放がなされた後に、依然として線路側に所定の電圧が存在することを骨子とするものである。つまり系統からの電圧・電流・周波数情報とＣＢ情報とを入力し、これらの各情報をもとに前記単独運転判定に関する一連の処理を行なってその判定結果を出力するものである。
【００２７】
図２は具体的な回路例を挙げて単独系統発生による処理内容を説明するものである。図２において、１は商用電力系統、２は連系遮断器、３は系統側負荷、４は変電所母線、５は送電線、６は連系点遮断器、７は受電遮断器、８は分散型電源である。又点線で囲まれた範囲は連系点遮断器（以後単に遮断器と言う）６が何らかの原因で遮断した場合の単独系統発生の範囲を示す。更に100は単独運転防止装置である。
【００２８】
図３（ａ）は処理内容を示すフローチャートである。今、遮断器６が何らかの原因で開放すると、なお、何らかの原因とは、送電線５に発生した異常により、送電線保護装置が動作して遮断器６を開放する場合のほか、運転員の操作による解放、機器の不具合による自然開放などであるが、ステップS31が遮断器開放を検出し、ステップS32へ移って線路電圧「有」を検出する。
【００２９】
ステップS33では指定時間Ａだけ経過したか否かを判定し、これがＹｅｓであれば単独運転判定装置100の演算部102はステップS34にて単独運転発生と判定し、出力部103はステップS35にて接地用開閉器（単独運転防止装置100内にある図示された接点を閉路させる）を強制的に投入する。
【００３０】
これにより分散型電源の図示しない発電機保護装置が動作し、受電用遮断器７が動作して、分散型電源を解列する。又、インバータによる分散電源の場合は、電圧が無くなることで転流失敗により解列する。以上説明したように本実施の形態によれば単独運転発生を系統側の検出で防止できる。
【００３１】
図３（ｂ）は他の処理内容を示すフローチャートであり、本処理内容の特徴点は、ステップS36にある。つまり一旦接地用開閉器を強制投入した後、指定時間Ｂ経過後に前記接地用開閉器を開放するようにしたものである。この処理はその後に行なわれるであろう再閉路リレーや、系統操作による送電のための準備を行なうもので、停止した当該系統を速やかに充電するためのものである。
【００３２】
ここで本発明での単独運転判定の第２は、線路の異常を線路の電圧あるいは電流あるいは周波数あるいはこれらの組み合わせによって検出し、これが所定時間継続したことを確認したことにより単独系統発生と判定する。このとき本装置は、所定の連系遮断器を開放する。この動作後もし保護範囲の系統の電圧が無くならなければ先に説明した機能によって保護範囲単独運転と判定し、先の動作によって単独運転となった発電機を速やかに解列に導くことができる。
【００３３】
図４は他の実施の形態を説明する回路例であり、図２で説明した当該遮断器６以外の他の遮断器10の開放で単独系統が発生した場合を示す。この場合において単独系統発生による影響範囲は点線で囲まれた範囲である。なお、図４の符号は図２と同一部分は同一であるため、その説明は省略している。
【００３４】
今、遮断器10が何らかの原因で開放すると、商用系統が遮断されるため、点線で囲まれた範囲が単独運転になったとする。この場合、単独系統内で需要のアンバランスがあったり、単独系統内の発電機間で安定な運転ができずに動揺を生じた場合、本装置は遮断器６を流れる系統の電圧・電流・周波数の変化から単独運転と判定し、遮断器６を開放する。さらに、遮断器６の解放後、保護対象系統の単独運転が継続してしまうと、演算部102では遮断器開放を検出、線路電圧有り（分散型電源接続により）検出、所定時間経過、の一連の処理を経由して単独系統発生を認識し、接地用開閉器を強制的に投入する。その後の処理は図２と同様であり、又、接地用開閉器の開放も上記と同様である。本実施の形態によれば単独系統発生を系統側の検出によって防止できる。
【００３５】
図５は更に他の実施の形態を説明する回路例である。本実施の形態では単独運転防止装置100を上位系統に設置することにより、一台で単独系統全体を停止するようにしたものである。なお、図中の11は上位系統の遮断器７、71は分散型電源の遮断器であり、点線は上位系統の遮断器10の開放で影響を受ける範囲である。
【００３６】
次に作用について説明する。今、上位系統に設置された遮断器10が何らかの原因で開放した場合を考える。本装置は遮断器11に流れる電圧・電流・周波数の変化から単独運転を検出すると遮断器11を開放する。この状態で変圧器１次電圧が所定の時間無くならなければ保護区間の系統が単独運転と判定する。つまり遮断器11の開放前において、分散型電源８，81が依然として発電を継続しつづけていた場合、需給アンバランスを生じれば、その影響が電圧や周波数に現れる。本装置においては接続された変圧器１次の電圧、周波数情報を単独運転防止装置100の入力部を介して演算部102に入力される。
【００３７】
そこで演算部102では図３（ａ）により、単独系統発生と判定して接地用開閉器を強制的に投入する。これにより各分散型電源８，81の図示しない発電機保護装置が動作し、受電用遮断器７，71を開放する。その結果、残存していた電圧を消滅させる。これにより単独運転が防止される。
【００３８】
図６は更に他の実施の形態を説明する回路例である。本実施の形態では遮断器が開放していなくても、系統不安定その他の要因による系統の異常を検出すれば、速やかに系統分離を行ない、保護区間を停止に導くものである。本実施の形態において図５と同一符号部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００３９】
本実施の形態では遮断器６を通過する電流・電圧からインピーダンスローカス（脱調軌跡）の変化が例えば四辺形特性の範囲内を通過した場合、系統が脱調状態にあると判定されると、遮断器を開放する。
【００４０】
それ以降は既に説明した通り、接地用開閉器を強制的に接地し、図示しない発電機保護装置により分散型電源８を解列する。そして以上の動作を実施した後、所定の時間経過を待って、投入した接地用開閉器を開放する。本実施の形態によれば遮断器の開放には無関係に、系統不安定時であっても、分散型電源を解列して系統分離を可能とする。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
分散電源が連系する電力系統で、分散電源の単独運転を系統側で検出でき、かつ検出と同時に分散電源を自動的に解列できるので、近年、急速に普及されてきた電力系統分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】単独運転防止装置の実施の形態を説明する全体構成図
【図２】具体的な回路例を挙げて単独系統発生時の動作を説明する図
【図３】単独系統防止装置の演算部での処理を示すフローチャート
【図４】他の具体的な回路例を挙げて単独系統発生時の動作を説明する図
【図５】更に他の具体的な回路例を挙げて単独系統発生時の動作を説明する図
【図６】更に他の具体的な回路例を挙げて単独系統発生時の動作を説明する図
【図７】単独運転を説明する概要図
【図８】単独運転防止装置の従来例を説明する図
【符号の説明】
【００４３】
１  電力系統
２  連系遮断器
３  系統側負荷
４  連系母線
５  自家用発電設備（分散型電源）
６  並列遮断器
７  受電用遮断器
８  同期発電器
９  自己の需要家負荷
10  開放する対象遮断器
100  単独運転防止装置
101  入力部
102  演算部
103  出力部
【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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【図７】
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【図８】
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