(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧配電線路から分岐した低圧配電線路に開閉部を介して接続された需要家負荷に、自家用発電装置の発電電力をインバータを介して供給可能とした系統連系システムに設けられる保護装置であって、
高圧配電線路の停電検出時に、前記開閉部を開放して前記自家用発電装置から高圧配電線路側に逆電圧が印加されるのを防止するようにした系統連系保護装置おいて、
高圧配電線路の各相と接地間に分圧用の高圧側コンデンサと低圧側コンデンサとをそれぞれ直列接続し、各低圧側コンデンサの電極間に一次巻線が接続された変圧器の二次巻線から、分圧された各相電圧を出力する分圧器と、
この分圧器から出力された各相電圧の波形を演算処理して高圧配電線路の停電を検出し、前記開閉部を開放するための制御信号を出力する演算部と、を備え、
前記演算部は、
前記開閉部を開放するための解列制御ユニットと、
低圧配電線路の需要家負荷側の電圧を検出する低圧検出部、この低圧検出部の出力側に接続された否定回路、及び、この否定回路の出力側に接続されて前記開閉部を駆動制御するリレーからなる投入制御ユニットと、を有し、
前記低圧検出部の出力信号により、前記否定回路及びリレーを介して前記開閉部を開閉制御可能であることを特徴とする系統連系保護装置。
【請求項２】
高圧配電線路から分岐した低圧配電線路に開閉部を介して接続された需要家負荷に、自家用発電装置の発電電力をインバータを介して供給可能とした系統連系システムに設けられる保護装置であって、
高圧配電線路の停電検出時に、前記開閉部を開放して前記自家用発電装置から高圧配電線路側に逆電圧が印加されるのを防止するようにした系統連系保護装置おいて、
高圧配電線路の各相と接地間に一次巻線が接続された変圧器の二次巻線から、分圧された各相電圧を出力する分圧器と、
この分圧器から出力された各相電圧の波形を演算処理して高圧配電線路の停電を検出し、前記開閉部を開放するための制御信号を出力する演算部と、を備え、
前記演算部は、
前記開閉部を開放するための解列制御ユニットと、
低圧配電線路の需要家負荷側の電圧を検出する低圧検出部、この低圧検出部の出力側に接続された否定回路、及び、この否定回路の出力側に接続されて前記開閉部を駆動制御するリレーからなる投入制御ユニットと、を有し、
前記低圧検出部の出力信号により、前記否定回路及びリレーを介して前記開閉部を開閉制御可能であることを特徴とする系統連系保護装置。
【請求項３】
請求項１記載の系統連系保護装置において、
セラミックコンデンサからなる高圧側コンデンサ及び低圧側コンデンサを絶縁樹脂により一体的に被覆したことを特徴とする系統連系保護装置。
【請求項４】
請求項１記載の系統連系保護装置において、
セラミックコンデンサからなる高圧側コンデンサを絶縁樹脂により被覆したことを特徴とする系統連系保護装置。
【請求項５】
請求項１，２，３または４記載の系統連系保護装置において、
開閉部を、演算部からの制御信号により動作する電磁接触器により構成したことを特徴とする系統連系保護装置。
【請求項６】
請求項１，２，３または４記載の系統連系保護装置において、
低圧配電線路に接続された整流回路と、この整流回路の出力側に接続されて直流電源を構成するコンデンサブロックと、演算部からの制御信号により駆動されて前記コンデンサブロックによる電源電圧の供給先を切り替える切替スイッチと、この切替スイッチにより前記コンデンサブロックから選択的に電源電圧が供給されて開閉部を開閉する投入マグネットコイル及び遮断マグネットコイルと、
を備えたことを特徴とする系統連系保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池、風力発電装置、燃料電池等の直流電力をインバータにより交流電力に変換し、電力会社側高圧配電線路から分岐した低圧配電線路と連系して需要家負荷に電力を供給する系統連系システムに適用可能な保護装置であって、詳しくは、高圧配電線路の停電時に自家用発電装置の単独運転により高圧配電線路に対する逆電圧が発生するのを防止するようにした系統連系保護装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、太陽電池、風力発電装置、燃料電池等の直流電源（直流補助電源）からなる自家用発電装置と電力会社側高圧配電線路から分岐した低圧配電線路とを併用する場合には、自家用発電装置をインバータを介して低圧配電線路に連系させている。この種のインバータとしては、半導体スイッチング素子としてトランジスタやＧＴＯ（ゲート・ターン・オフ）サイリスタを用いた自励式インバータが用いられる。
【０００３】
自励式インバータは、転流エネルギーを自ら供給可能であるため、単独で運転可能な利点があるが、例えば地絡事故等により高圧配電線路がその系統電源側から遮断された場合、インバータの交流出力電圧が低圧配電線路を経由して高圧配電線路に供給されるいわゆる逆圧状態となり、自家用発電装置から高圧配電線路に逆電圧が印加されることになる。この現象は、電力系統の保安上、或は系統の保護協調や配電自動化システムへの影響の面で回避しなければならない。
【０００４】
このため、従来から、高圧配電線路の停電を検出して自家用発電装置の運転を停止したり系統から解列するようにした単独運転防止装置が設置されているが、インバータによる供給電力と需要家の消費電力とが釣り合った状態等、一定の条件下において高圧配電線路の停電を検出できずに自家用発電装置を迅速に切り離すことができないおそれがあった。
【０００５】
そこで本発明は、高圧配電線路の停電を検出して自家用発電装置を低圧配電線路から確実に解列し、逆圧状態を未然に回避するようにした系統連系保護装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、高圧配電線路から分岐した低圧配電線路に開閉部を介して接続された需要家負荷に、自家用発電装置の発電電力をインバータを介して供給可能とした系統連系システムに設けられる保護装置であって、
高圧配電線路の停電検出時に、前記開閉部を開放して前記自家用発電装置から高圧配電線路側に逆電圧が印加されるのを防止するようにした系統連系保護装置おいて、
高圧配電線路の各相と接地間に分圧用の高圧側コンデンサと低圧側コンデンサとをそれぞれ直列接続し、各低圧側コンデンサの電極間に一次巻線が接続された変圧器の二次巻線から、分圧された各相電圧を出力する分圧器と、
この分圧器から出力された各相電圧の波形を演算処理して高圧配電線路の停電を検出し、前記開閉部を開放するための制御信号を出力する演算部と、を備え、
前記演算部は、
前記開閉部を開放するための解列制御ユニットと、
低圧配電線路の需要家負荷側の電圧を検出する低圧検出部、この低圧検出部の出力側に接続された否定回路、及び、この否定回路の出力側に接続されて前記開閉部を駆動制御するリレーからなる投入制御ユニットと、を有し、
前記低圧検出部の出力信号により、前記否定回路及びリレーを介して前記開閉部を開閉制御可能であることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、高圧配電線路から分岐した低圧配電線路に開閉部を介して接続された需要家負荷に、自家用発電装置の発電電力をインバータを介して供給可能とした系統連系システムに設けられる保護装置であって、
高圧配電線路の停電検出時に、前記開閉部を開放して前記自家用発電装置から高圧配電線路側に逆電圧が印加されるのを防止するようにした系統連系保護装置おいて、
高圧配電線路の各相と接地間に一次巻線が接続された変圧器の二次巻線から、分圧された各相電圧を出力する分圧器と、
この分圧器から出力された各相電圧の波形を演算処理して高圧配電線路の停電を検出し、前記開閉部を開放するための制御信号を出力する演算部と、を備え、
前記演算部は、
前記開閉部を開放するための解列制御ユニットと、
低圧配電線路の需要家負荷側の電圧を検出する低圧検出部、この低圧検出部の出力側に接続された否定回路、及び、この否定回路の出力側に接続されて前記開閉部を駆動制御するリレーからなる投入制御ユニットと、を有し、
前記低圧検出部の出力信号により、前記否定回路及びリレーを介して前記開閉部を開閉制御可能であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の系統連系保護装置において、セラミックコンデンサからなる高圧側コンデンサ及び低圧側コンデンサを絶縁樹脂により一体的に被覆しものである。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の系統連系保護装置において、セラミックコンデンサからなる高圧側コンデンサを絶縁樹脂により被覆したものである。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１，２，３または４記載の系統連系保護装置において、開閉部を、演算部からの制御信号により動作する電磁接触器により構成したものである。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項１，２，３または４記載の系統連系保護装置において、低圧配電線路に接続された整流回路と、この整流回路の出力側に接続されて直流電源を構成するコンデンサブロックと、演算部からの制御信号により駆動されて前記コンデンサブロックによる電源電圧の供給先を切り替える切替スイッチと、この切替スイッチにより前記コンデンサブロックから選択的に電源電圧が供給されて開閉部を開閉する投入マグネットコイル及び遮断マグネットコイルと、を備えたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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、この実施形態にかかる系統連系保護装置の全体的な構成を示すものである。この系統連系保護装置は、架空の電力会社側高圧配電線路１００と、この配電線路１００から柱上変圧器１０を介して分岐される低圧配電線路１５０との間に接続されており、分圧器（高圧検出部）２０及び解列装置３０から構成されている。
なお、２００は低圧配電線路１５０に接続された需要家負荷、２５０は自励式インバータ、３００は太陽電池、風力発電装置、燃料電池等を利用した自家用発電装置である。
【００１３】
分圧器２０（高圧検出部）は、高圧配電線路１００の各相と接地間に分圧コンデンサを構成する高圧側コンデンサ２１と低圧側コンデンサ２２とを直列接続するとともに、低圧側コンデンサ２２の電極間に一次巻線を接続して電圧信号を取込む変圧器２３を設け、その二次巻線から各相の分圧された対地間電圧を検出して演算部（制御器）３２に出力している。ここで、分圧器２０は、高圧側コンデンサ２１及び低圧側コンデンサ２２が何れもセラミックコンデンサからなり、両コンデンサ２１，２２をエポキシ樹脂により一体的に被覆するか、または高圧側コンデンサ２１のみをエポキシ樹脂により被覆して構成されており、エポキシ樹脂モールド形の変圧器２３とともにコンパクトなケースに収納したうえ電柱に設置されている。
【００１４】
図示されていないが、分圧器としては、図示したような分圧コンデンサに代えて、変圧器の一次巻線を高圧配電線路１００と接地間に接続して高圧配電線路１００の各相から直接取り込んだ電圧を変圧（分圧）し、その二次側出力電圧を演算部３２に入力する（すなわち分圧変圧器を用いる）ように構成してもよい。
このように分圧器の構成を選択可能にすることにより、非接地系統や直接接地系統といった高圧配電線路１００の各種系統接地方式にも対応することができる。
【００１５】
解列装置３０は、分圧器２０から出力された電圧信号を演算処理して高圧配電線路１００の停電を検出した場合に制御信号を出力して開閉部３３を開閉制御する演算部３２と、柱状変圧器１０の二次側から自家用発電装置３００（及びインバータ２５０）を解列する開閉部（解列部）３３と、柱状変圧器１０の二次側から分岐され、かつ図示されていない整流回路により交流電圧を直流電圧に変換して演算部３２に供給する電源部３１とから構成されている。上記構成の解列装置３０は、円筒状ケースに一体収納され、柱上変圧器１０の近傍に設置される。
なお、本実施形態の解列装置３０は、高圧側と低圧側の絶縁を確保し易いことと柱上への装着作業を考慮して、分圧器２０と分離した構成になっているが、適宜絶縁処理を施して両者を一体化してもよい。
【００１６】
開閉部３３は、演算部３２からの制御信号により駆動される電磁接触器により構成されているが、需要家負荷２００の容量が大きい場合には、図２に示すような駆動制御回路を用いることもできる。
すなわち、図２において、低圧配電線路１５０から別途分岐して整流回路１６０を接続し、その出力側にダイオード１７１，平滑用コンデンサ１７２及び充電用コンデンサ１７３からなるコンデンサブロック１７０を接続する。また、充電用コンデンサ１７３の一端に切替スイッチ１８０を接続してこのスイッチ１８０により電圧供給が切り替えられる投入マグネットコイル１８１及び遮断マグネットコイル１８２を設ける。１８３はこれらのマグネットコイル１８１，１８２により開閉される開閉部である。
【００１７】
ここで、本発明者らは鋭意研究の過程において、インバータを介して直流補助電源をＤＣ／ＡＣ変換する自家用発電装置と、高圧配電線路と、柱上変圧器を介して分岐された低圧配電線路を模擬したフィールド試験用系統連系システムにおいて、高圧配電線路の停電（系統遮断）を確実に検出することができる電圧波形の特徴を見出した。
例えば、図１に示したように、分圧コンデンサとしての高圧側コンデンサ２１、低圧側コンデンサ２２及び変圧器２３によって各相の電圧波形を取込むと、図３に示すごとく、遮断器による系統遮断時に電圧波形がオフセット（便宜上の表現であり、正確には、系統遮断時に直流分が重畳した電圧波形に変移することをいう）する現象が観測される。
【００１８】
上記オフセット現象は、高圧配電線路１００に柱上変圧器１０が接続されている相と接続されていない相とで違いはあるものの（図３のＵ相，Ｖ相とＷ相とを参照）、停電前後の各相の電圧波形の変化から、直流分が重畳された各相電圧を実効値演算して所定のしきい値と比較することにより、停電の発生を検出することができるとの知見を得た。
なお、図４は、一例としてＵ相の分圧電圧及び全相の分圧電圧の和の実効値演算結果（数値は単位表示したもの）を示している。
【００１９】
一方、図５は、高圧配電線路１００の各相と接地間に接地形変圧器を接続し、高圧配電線路１００の各相から電圧を直接取り込んで分圧する分圧変圧器を用いた場合の各相電圧波形図であり、高圧配電線路１００の停電時に、柱上変圧器が接続されている相では変圧器の残留磁束によって電圧波形が数サイクルにわたって変動し、柱上変圧器が接続されていない相では速やかにゼロに収束している。
【００２０】
また、図６は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧に関する系統遮断後の実効値演算結果を示す波形図である。停電後には、柱上変圧器が接続されたＵ相、Ｖ相の電圧実効値が停電前の一定値Ｖxを中心として大きく変動し、例えばＶ相についての上昇分はかなり大きくなる。従って、このように分圧変圧器を使用する場合にも、前述の分圧コンデンサを用いた場合と同様に、各相電圧を実効値演算し所定のしきい値を設定してＶ相やＵ相の電圧変化を検出すれば、高圧配電線路１００の停電を検出することができる。
なお、電圧波形に基づいた停電検出方法としては、個々の相について単独で波形変化を検出する方法のほか、複数の相の電圧の差を演算してしきい値と比較する方法等、種々考えられる。
【００２１】
次に、図７は、図１における解列装置３０の構成を示すものである。なお、この解列装置３０は、分圧コンデンサを用いる場合、及び分圧変圧器を用いる場合の何れにも適用可能である。
図７において、演算部３２は、分圧器２０から出力された高調波を含む電圧信号が、所定の周波数帯域のみ通過させるフィルタ（図示せず）を介して入力される解列制御ユニット３２０と、このユニット３２０と開閉部３３との間に接続された投入制御ユニット３２４とから構成されている。
【００２２】
解列制御ユニット３２０は、各相毎に入力された分圧器の出力電圧を所定周期にわたって実効値演算し、予め設定したしきい値と比較してしきい値を上回ったときに検出信号を出力する演算手段を備えた電圧検出回路３２１と、この電圧検出回路３２１の出力信号が入力されるオア回路３２２と、その出力側に設けられたリレー３２３とを備えている。
各相の電圧が一相でもしきい値を越えた場合、高圧配電線路１００に停電が発生したと判断し、オア回路３２２の出力側のリレー３２３を駆動して電磁接触器からなる開閉部３３を開放し、低圧配電線路１５０から自家用発電装置３００を解列する。
【００２３】
一方、投入制御ユニット３２４は、低圧配電線路１５０の低圧側（需要家負荷２００側）に接続された低圧検出部３２５と、その出力側に接続された否定回路３２６と、その出力側に接続されて開閉部３３を駆動制御するリレー３２７とを備えている。
上記低圧検出部３２５では、需要家負荷２００側の低圧配電線路１５０の電圧を監視しており、その出力信号により否定回路３２６及びリレー３２７を介して開閉部３３を開閉制御可能である。これは、高圧配電線路１００の停電中に自家用発電装置３００から需要家負荷２００に電源を供給していた場合において、高圧配電線路１００の停電復旧後にいきなり高圧配電線路１００から電源が供給されるのを防止するためのものである。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高圧配電線路の停電を分圧電圧の波形に基づいて確実に検出し、いわゆる逆圧状態を回避するために自家用発電装置を配電線路から直ちに解列することができる。これにより、停電復旧作業をはじめとして他系統との接続・分岐・ルート変更・配電機器新設等の工事を行う際の安全性が確保されるとともに、系統の保護協調を万全にし、配電自動化システムに悪影響が及ぶのを未然に防止することができる。
従って、太陽光発電装置等の自家用発電装置を配電系統に連係させる系統連系システムを一層普及させるためにも有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す回路構成図である。
【図２】本発明の実施形態における開閉部の駆動制御回路の他の構成を示す図である。
【図３】分圧コンデンサを用いた場合の系統遮断時における各相電圧波形のオフセット現象を示す図である。
【図４】分圧コンデンサを用いた場合の系統遮断時における分圧電圧及び分圧電圧の和の実効値演算結果を示す波形図である。
【図５】分圧変圧器を用いた場合の系統遮断時における各相の電圧波形図である。
【図６】分圧変圧器を用いた場合の系統遮断時における各相電圧の実効値演算結果を示す波形図である。
【図７】本発明の実施形態図における解列装置の構成図である。
【符号の説明】
１０  柱上変圧器
２０  分圧器
２１  高圧側コンデンサ
２２  低圧側コンデンサ
２３  変圧器
３０  解列装置
３１  電源部
３２  演算部
３３，１８３  開閉部
１００  電力会社側高圧配電線路
１５０  低圧配電線路
１６０  整流回路
１７０  コンデンサブロック
１７１  ダイオード
１７２  平滑用コンデンサ
１７３  充電用コンデンサ
１８０  切替スイッチ
１８１  投入マグネットコイル
１８２  遮断マグネットコイル
２００  需要家負荷
２５０  インバータ
３００  自家用発電装置
３２０  解列制御ユニット
３２１  電圧検出回路
３２２  オア回路
３２３，３２７  リレー
３２５  低圧検出部
３２６  否定回路
【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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