(57)【要約】【課題】高圧配電系統事故時に、低圧系統に複数台連系された分散型電源を確実に停止し、単独運転を防止する。【解決手段】高圧配電線路１４０の事故時に、開閉器制御装置３２により開閉器２０を開放し、単独運転にならないように、開閉器５１を閉じ需給不平衡にして分散型電源を確実に停止させる。このため、高圧系統の零相電圧、線間電圧の実効値を計算する電圧計算装置４１と、事故時に地絡や短絡事故を検出する事故検出演算装置３１と、低圧配電線路１５０の開閉器２０と抵抗短絡器５０の開閉器５１を制御する開閉器制御装置３２と、低圧配電線路１５０の２相を短絡する短絡抵抗器５０と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧配電系統と低圧配電系統を接続する変圧器と、前記低圧配電系統に接続された需要家負荷及び分散型電源で構成される配電系統の単独運転防止装置において、
前記高圧配電系統に接続され系統の事故を検出する系統事故検出装置と、前記低圧配電系統の相間に接続された抵抗短絡装置と、前記系統事故検出装置により前記高圧配電系統の事故が検出された場合に、前記抵抗短絡装置のスイッチを閉じる開閉器制御装置と、を設けることを特徴とする単独運転防止装置。
【請求項２】
高圧配電系統と低圧配電系統を接続する変圧器と、前記低圧配電系統に接続された需要家負荷及び分散型電源で構成される配電系統の単独運転防止装置において、
前記高圧配電系統に接続され系統の事故を検出する系統事故検出装置と、前記低圧配電系統の相間に接続された抵抗短絡装置と、前記高圧配電系統と前記低圧配電系統の間に接続された開閉器と、前記系統事故検出装置により前記高圧配電系統の事故が検出された場合に、前記開閉器を開放すると共に前記抵抗短絡装置のスイッチを閉じる開閉器制御装置と、を設けることを特徴とする単独運転防止装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記系統事故検出装置は、前記高圧配電系統の電圧を検出する電圧センサと、前記電圧センサによって測定された電圧値から線間電圧及び零相電圧を計算する電圧計算装置と、線間電圧と零相電圧から高圧配電線の事故を判定する事故検出演算装置と、前記事故検出演算装置の出力に基づいて開閉器を制御する開閉器制御装置で構成されることを特徴とする単独運転防止装置。
【請求項４】
請求項３において、前記事故検出演算装置は、零相電圧による地絡故障検出演算部と、線間電圧による短絡故障検出演算部の少なくとも一方を含むことを特徴とする単独運転防止装置。
【請求項５】
請求項４において、前記地絡故障検出演算部は、零相電圧が第１しきい値以上になったら信号を出力する判定部１と、前記判定部1の出力が第１の時間以上継続したら信号を出力するタイマー1と、零相電圧が第１しきい値より大きい第２しきい値以上になったら信号を出力する判定部２と、前記タイマー１の信号が出力されかつ前記判定部２の信号が出力されると信号を出力する比較演算部１と、前記比較演算部１で出力された信号が第２の時間以上継続したら信号を出力するタイマー２を有することを特徴とする単独運転防止装置。
【請求項６】
請求項４において、前記短絡故障検出演算部は、線間電圧が第３しきい値以下になったら信号を出力する判定部３と、前記判定部３の出力が第３の時間以上継続したら信号を出力するタイマー３と、短絡インピーダンスが所定値以上になったときに信号を出力する判定部５と、線間電圧が第４しきい値以下になったら信号を出力する判定部４と、前記タイマー３と前記判定部５のどちらか一方からの信号により信号を出力する比較演算部２と、前記判定部４の信号と前記比較演算部２の信号が共に出力されると信号を出力する比較演算部３と、前記比較演算部３で出力された信号が第４の時間以上継続したら信号を出力するタイマー４を設けることを特徴とする単独運転防止装置。
【請求項７】
請求項１または２において、前記抵抗短絡器と前記開閉器を前記変圧器の低圧側に設置、または前記抵抗短絡器と前記開閉器を前記変圧器の高圧側に設置、または前記抵抗短絡器を前記変圧器の低圧側に前記開閉器を前記変圧器の高圧側に設置する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、高圧配電系統事故時に複数台集中連系された分散型電源を停止し、単独運転を防止する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配電系統において、高圧配電線路から分岐した低圧配電線路の開閉器に接続している需要家負荷に、自家発電装置とインバータを含む分散型電源が接続されている。また、最近では、太陽光発電設備や風力発電設備等の技術の進歩に伴い自家発電装置とインバータを含む分散型電源が、系統に連系することが増えてくると考えられる。
【０００３】
このような配電系統において、特許文献１に記載のように、高圧配電線路に停電が発生した場合、この停電を検出して分散型電源を配電系統から解列し、高圧配電線路側への逆電圧印加を防止することが行われている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２５３５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、高圧配電線路側への逆電圧印加を防止することについては考慮されているが、低圧配電線路に接続された分散型電源の形態及び解列後の状態については十分な配慮が行われていない。
【０００６】
すなわち、種々の単独運転防止装置を有する分散型電源が複数台集中連系された形態では、低圧配電線に接続される需要家負荷と分散型電源が需給平衡し、分散型電源の単独運転防止装置が正常に動作せず、分散型電源が運転継続して低圧配電線路が充電継続する可能性があり、電力系統の保安上の問題がある。
【０００７】
従来の停電検出装置は、遮断された系統の対地静電容量に蓄えられた電荷が系統定数（零相回路インピーダンス）により決まる時定数に従って放電する際の直流電圧が重畳した各相電圧波形を入力として実効値を演算する。そして、所定のしきい値と電圧実効値演算結果を比較し、しきい値を超える場合に停電と判断する方式、即ち、電圧実効値の過電圧検出方式である。この停電検出方式では、同一変電所母線に接続される他配電線の系統事故発生時の電圧変化を誤検出し、系統遮断されていないにも係らず分散型電源の切離しを実施する可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、分散型電源と需要家負荷が需給平衡したときに、分散型電源を確実に停止できる単独運転防止装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明は、高圧配電系統の事故を検出したあと、低圧配電系統に連系している分散型電源と需要家負荷が需給平衡したときに、線路の相間に接続されている抵抗短絡器によって強制的に短絡することにより、該需要家負荷の需給不平衡を作り出し、該分散型電源を確実に停止するものである。
【００１０】
本発明の具体的な構成は、高圧配電系統と低圧配電系統を接続する変圧器と、前記低圧配電系統に接続された需要家負荷及び分散型電源で構成される配電系統の単独運転防止装置において、前記高圧配電系統に接続され系統の事故を検出する系統事故検出装置と、前記低圧配電系統の相間に接続された抵抗短絡装置と、前記系統事故検出装置により前記高圧配電系統の事故が検出された場合に、前記抵抗短絡装置のスイッチを閉じる開閉制御装置を設けることを特徴とする。
【００１１】
また、前記高圧配電系統に接続され系統の事故を検出する系統事故検出装置と、前記低圧配電系統の相間に接続された抵抗短絡装置と、前記高圧配電系統と前記低圧配電系統の間に接続された開閉器と、前記系統事故検出装置により前記高圧配電系統の事故が検出された場合に、前記開閉器を開放し前記抵抗短絡装置のスイッチを閉じる開閉制御装置を設けることを特徴とする。
【００１２】
上記の各発明において、系統事故検出装置は、前記高圧配電系統の電圧を検出する電圧センサと、前記電圧センサによって測定された電圧値から線間電圧及び零相電圧を計算する電圧計算装置と、線間電圧と零相電圧から高圧配電線の事故を判定する事故検出演算装置と、前記事故検出演算装置の出力に基づいて開閉器を制御する開閉器制御装置を備える。
【００１３】
前記事故検出演算装置は、零相電圧による地絡故障検出演算部と、線間電圧による短絡故障検出演算部の少なくとも一方を持つ構成である。
【００１４】
前記地絡故障検出演算部は、零相電圧が第１しきい値以上になったら信号を出力する判定部１と、判定部１の信号が第１の時間以上継続したら信号を出力するタイマー１と、零相電圧が第１しきい値より大きい第２しきい値以上になったら信号を出力する判定部２と、タイマー１の信号と判定部２の信号が共に出力されると信号を出力する比較演算部１と、比較演算部１で出力された信号が第２の時間以上継続したら信号を出力するタイマー２とを備える。
【００１５】
前記短絡故障検出演算部は、線間電圧が第３しきい値以下になったら信号を出力する判定部３と、判定部３の信号が第３の時間以上継続したら信号を出力するタイマー３と、短絡インピーダンスが所定値以上になったときに信号を出力する判定部５と、線間電圧が第３しきい値より小さい第４しきい値以下になったら信号を出力する判定部４と、タイマー３と判定部５の信号のどちらか一方が出力されると信号を出力する比較演算部２と、判定部４の信号と比較演算部２の信号が共に出力されると信号を出力する比較演算部３と、比較演算部３で出力された信号が第４の時間以上継続したら信号を出力するタイマー４とを備える。
【００１６】
また、前記抵抗短絡器は前記変圧器の低圧側または高圧側に設ける。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、低圧配電系統の分散型電源を単独運転時に確実に停止させることができる。また、本装置と分散型電源と他の系統保護装置間とで情報交換を必要としないので、構成が簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は、系統連系保護装置における単独運転防止装置の一実施例の構成を示す。
【００１９】
本単独運転防止装置は電力会社高圧配電線路１４０と、電力会社高圧配電線路１４０から柱上変圧器１０を通って低圧配電線路150との間に接続されている。単独運転防止装置は、電圧計算装置４１を含む電圧センサ４０と、事故検出演算装置３１と、開閉器２０と開閉器５１を制御する開閉器制御装置３２を含む系統事故検出装置３０と、開閉器を含む抵抗短絡器５０と、から構成されている。低圧配電線路１５０には需要家負荷２５０が接続されている。また、低圧配電線路１５０に接続されている分散型電源３５０は、発電装置３７０とインバータ３６０を有しており、太陽光発電、風力発電、燃料電池等の分散型発電装置である。
【００２０】
ここで、電圧計算装置４１は零相電圧、線間電圧の実効分を演算し、事故検出装置３１は地絡故障、短絡故障を検出し、事故を検出したら開閉器制御装置３２にて開閉器２０を開放することにより、電力会社高圧配電線路１４０と低圧配電線路１５０を切り離す。
【００２１】
さらに、開閉器２０を開放したあと、低圧配電線路１４０に接続されている需要家負荷２５０と分散型電源３５０が需給平衡しないように、開閉器制御装置３２で開閉器５１を閉じて相間を強制的に抵抗短絡器５０で短絡する。これにより、相間電圧が短絡され、需要家負荷２５０と分散型電源３５０の需給平衡を需給不平衡にすることが出来る。
【００２２】
このように、地絡故障の場合は零相電圧が発生し、短絡故障の場合は短絡した相の線間電圧が０に近くなり、後述する図３の地絡故障検出演算部と図６の短絡故障検出演算部により、確実な事故検出が可能となり、分散型電源３５０を確実に停止できることとなる。
【００２３】
電圧センサ４０は、電力会社高圧配電線路１４０の電圧を計測する。また、電圧計算装置４１は、電圧センサ４０によって計測された電圧を地絡故障検出のために零相電圧の実効値、短絡故障検出のため線間電圧の実効値を演算し、その結果を事故検出演算装置３１に伝達するものである。
【００２４】
図３に事故検出演算装置の構成を示す。図３の演算方法によって構成される地絡故障検出演算部３１０は、図１の事故検出演算装置３１の演算部の中身の構成である。図２に示す特性図は、地絡故障演算の一例で、開閉器の入り切り前後で、系統の対地静電容量が変化すると零相電圧がどのくらい変化するかを示したものである。また、図３のしきい値２０１、しきい値２０２は、図２で算出された値をもとに求めている。
【００２５】
図３に示す地絡故障検出演算部は、電圧計算装置４１にて計算された零相電圧の実効分を見て地絡故障を判定する演算部である。電力会社高圧配電線路１４０で地絡事故が発生した場合に零相電圧Ｖ０が発生し、Ｖ０が振幅判定装置３１１のしきい値２０１を超えた場合に、振幅判定信号Ｕ１となる。しきい値２０１を超えた出力信号Ｕ１はタイマー３１２に伝達される。タイマー３１２では、変電所のリレーに相当した時限とするため、ある程度変化が継続したことにより出力信号Ｕ２を出力する。
【００２６】
図４に地絡故障前後の零相電圧実効値の波形を示している。この例では、０．６秒のところで事故が発生し、１．４秒までの０．８秒間の検出時限となっている。この時限が経過すると信号Ｕ２はアンド回路３１４に出力され、開閉器制御装置３２に伝達されることになる。
【００２７】
一方、振幅判定装置３１３は、図４の１．４秒の零相電圧を見ると分かるとおり、開閉器２０が開放されると零相電圧がさらに大きくなるので、しきい値２の値より大きくなって信号Ｕ３が出力される。図４のようにしきい値２０１よりもしきい値２０２の方が大きい。Ｕ２は既に信号が出力されているので、Ｕ３の信号が出力されれば、アンド回路３１４によってＵ４信号が出力され、タイマー３１５に伝達される。タイマー３１５でもタイマー３１２と同様に振幅判定装置３１３が、同配変バンクの他配電線が原因の零相電圧で動作しないため、ある程度変化が継続したことにより検出時限とする。タイマー３１５の検出時限は０．４秒とした。
【００２８】
タイマー３１５が動作すると、信号Ｕ４が出力され、地絡故障信号Ｕ５を出力する。この地絡故障信号Ｕ５が出力されると、開閉器２０を開放し、低圧配電線路１５０と電力会社側高圧配電系統１４０とを切り離す。
【００２９】
図５は、出力した信号の状態を示す地絡故障状態図である。Ｕ１は零相電圧の１段階目の電圧変化がしきい値２０１よりも大きくなった、０．６秒の時に信号を出力している。Ｕ２は、Ｕ１の信号が出力されてからタイマー３１３の検出時限０．８秒間経った後に信号を出力している。Ｕ３は零相電圧の２段階目の電圧変化がしきい値２０２よりも大きくなった時点の出力である。Ｕ２とＵ３の信号が出力されるとタイマー３１５が動作してＵ４を出力し、Ｕ５の地絡故障検出信号が出力される。
【００３０】
この地絡故障検出信号により、開閉器制御装置３２は開閉器２０を開放して高圧側と低圧側を切離し、低圧配電系統に接続されている分散型電源を停止させ、その単独運転を防止する。これとともに、開閉器制御装置３２は開閉器５１を閉じて低圧側の線間を抵抗短絡器５０で短絡するので、需要家負荷と分散型電源を需給不平衡として、単独運転検出装置もしくは不足電圧継電器などを動作させ、分散型電源を確実に停止する。
【００３１】
図６は短絡故障検出演算部の構成を示す。電圧計算装置４１にて計算された線間電圧の実効分を見て短絡故障を判定する演算部である。電力会社高圧配電線路１４０で短絡事故が発生した場合に線間電圧が低下するので、振幅判定信号Ｖ１として振幅判定装置３２２のしきい値３０３を下回る。Ｖ１がしきい値３０３を下回った場合に、出力信号Ｖ２がタイマー３２３に伝達される。タイマー３２３は、急激な負荷変動等による頻繁な誤動作を避けるため、ある程度変化が継続したことを検出時限とする。
【００３２】
図７は短絡故障前後の線間電圧の実効値の波形を示している。これは０．６秒のところで事故が発生し、０．８秒までの０．２秒間の検出時限となっている。系統事故検出装置３０と短絡故障点が遠くて、短絡インピーダンスが大きい場合は、事故発生時の系統事故検出装置３０の接続されている電圧低下が小さくなるため、系統事故の検出が難しくなる。この問題を解決するため、本実施例ではインピーダンス判定装置３２１を設ける。これにより、配電線の短絡インピーダンス（配電線の長さ）を検出し、短絡インピーダンスがしきい値３０５より大きくなった時には、振幅判定装置３２２で電圧低下していなくても、オア回路３２４からの信号Ｖ２を出力できる。これにより、事故点と事故検出装置３０の距離が遠い場合でも、短絡故障の検出が可能になる。
【００３３】
タイマー３２３から出力する信号またはインピーダンス判定装置３２１から出力された信号のどちらか一方が出力されると、比較演算（オア回路）３２４を介してアンド回路３２６に出力が行く。この時、線間電圧が振幅判定装置３２５でしきい値３０４よりも小さければ、信号が出力され、アンド回路３２６に到達する。アンド回路３２６から信号Ｖ４が出力するとタイマー３２７が動作して信号Ｖ５を出力し、短絡故障信号が出力されるので、開閉器制御装置３２に伝達されて開閉器２０を開放し、低圧配電線路１５０と電力会社側高圧配電系統１４０とを切り離す。
【００３４】
一方、振幅判定装置３２５は開閉器２０が開放されると、図７の０．８秒の線間電圧を見ると分かるとおり、BC間の線間電圧３００とCA間の線間電圧301はほぼ同じだが、短絡したAB間の線間電圧３０２はしきい値３０４の値より小さくなる。このため振幅判定装置３２５からＶ３の信号が出力される。Ｖ２はタイマー３２３が働いた直後に出力されているので、Ｖ３が出力された時点で、アンド回路３２６によってＶ４が出力され、タイマー３２７に信号が伝達される。タイマー３２７でもタイマー３２３と同様に振幅判定装置３０４が、急激な負荷変動や瞬時電圧低下等による頻繁な誤動作を避けるため、ある程度変化が継続したことにより判定する働きをする。このタイマー３２７の検出時限は０．４秒とした。
【００３５】
図８は短絡故障状態図を示す。Ｖ１は零相電圧が１段階目の電圧変化で、しきい値３０３よりも小さくなり、図７に示している０．６秒の時に信号を出力している。Ｖ２は、Ｖ１の信号が出力されてからタイマー３２３の検出時限（０．２秒）経た後に信号を出力している。Ｖ３は、開閉器を開いた直後の零相電圧が２段階目の電圧変化で、図６に示しているしきい値３０４よりも小さくなると信号を出力している。Ｖ２とＶ３の入力によりアンド回路３２６からＶ４が出力されると、タイマー３２７が動作してV５の短絡故障検出信号が出力される。
【００３６】
この短絡故障検出信号により、開閉器制御装置３２は開閉器２０を開放して高圧側と低圧側を切離し、低圧配電系統に接続されている分散型電源を停止させ、その単独運転を防止する。これとともに、開閉器制御装置３２は開閉器５１を閉じて低圧側の線間を抵抗短絡器５０で短絡するので、需要家負荷と分散型電源を需給不平衡として、分散型電源を確実に停止する。
【００３７】
以上のような実施例によれば、低圧配電系統の分散型電源を単独運転時に確実に停止させることができる。また、本単独運転防止装置を適用すれば、分散型電源と他の系統保護装置とを通信等による情報交換を必要とすることなく分散型電源を確実に停止できるため、分散型電源や需要家負荷が増えて地絡事故や短絡事故が発生しても、事故復旧作業をはじめ保護協調面でも大いに役立つ。
【００３８】
なお、上記実施例では、高圧配電線路の故障検出時に高圧配電線路と低圧配電線路を切離す開閉器２０と抵抗短絡器５０を柱上変圧器１０の低圧側に設けているが、これに限られるものではない。高圧側に開閉器２０と抵抗短絡器５０を設けても、高圧側の開閉器２０を切り離せば、抵抗短絡器５０によって低圧側に接続された分散型電源３５０は需給不平衡になるため分散型電源が停止し、同様の効果が得られる。また、柱上変圧器１０の高圧側に開閉器２０、低圧側に抵抗短絡器５０を設けても、低圧側の抵抗短絡器５０によって分散型電源３５０は需給不平衡のため停止するので、同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の単独運転防止装置を含む系統連系保護装置の構成図。
【図２】零相電圧と系統対地静電容量の関係を示す特性図。
【図３】事故検出装置の地絡故障検出演算部の構成図。
【図４】地絡事故前後及び開閉器の開閉前後の零相電圧実効値の波形図。
【図５】地絡故障状態での各装置の動作を示す地絡故障状態図。
【図６】事故検出装置の短絡故障検出演算部の構成図。
【図７】短絡事故前後及び開閉器の開閉前後の線間電圧実効値の波形図。
【図８】短絡故障状態での各装置の動作を示す短絡故障状態図。
【符号の説明】
【００４０】
１０…変圧器、２０…開閉器、３０…系統事故検出装置、３１…事故検出演算装置、３２…開閉器制御装置、４０…電圧センサ、４１…電圧計算装置、５０…抵抗短絡器、５１…開閉器、140…電力会社高圧配電線路、１５０…低圧配電線路、２５０…需要家負荷、３１０…地絡故障検出演算部、３１１…振幅判定装置１、３１２…タイマー１、３１３…振幅判定装置２、３１４…アンド回路、３１５…タイマー２、３２０…短絡故障検出演算部、３２１…インピーダンス判定装置、３２２…振幅判定装置３、３２３…タイマー３、３２４…オア回路、３２５…振幅判定装置４、３２６…アンド回路、３２７…タイマー４。
【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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