(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常時には機械式または自己消弧能力のない半導体を用いた系統連系スイッチを介して電力系統から負荷に電力を供給し、停電時には前記スイッチを介して負荷に並列に接続された自励式変換装置を介しエネルギー蓄積要素から電力を供給する分散型電源システムにおいて、
前記系統連系スイッチには交流リアクトルを直列に接続するとともに転流回路を並列に接続し、停電発生時に前記転流回路により前記系統連系スイッチを遮断し、前記エネルギー蓄積要素から電力を供給する自励式変換装置の出力電圧を、系統連系点電圧に基づく電圧検出値を初期値として定格値を含む一定値まで時間変化させる過程で、自励式変換装置の電流が或る制限値を超えたときは、その超過量に応じて自励式変換装置の電圧を変化させるように、前記自励式変換装置の電流を制限した値と自励式変換装置の電流との差を調節器に入力し、その出力に応じて自励式変換装置の出力電圧を変化させることを特徴とする分散型電源システム。
【請求項２】
前記電流制限動作は、停電検知した時刻から一定時間有効にし、その後は無効にすることを特徴とする請求項１に記載の分散型電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力系統に対し系統連系スイッチを介して接続した負荷と並列に接続され、電力系統と連系運転を行なう電力変換器と、この電力変換器の直流側に接続された充放電可能な直流電源とからなる分散型電源システムにおいて、特に系統連系スイッチとして機械式または自己消弧能力のない半導体を用いた分散型電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に、例えば特許文献１に記載の分散型電源システム例を示す。
同図では、電力系統１に対し、機械式スイッチからなる系統連系スイッチ３を介して負荷２が接続されている。また、負荷２と並列に電力変換器４が接続され、さらに電力変換器４の直流側には充放電可能な直流電源５が接続されている。
電力系統１が正常のときは系統連系スイッチ３は閉成（オン）しており、負荷２に対し電力を供給する。これと同時に、電力変換器４は直流電源５の充電または放電動作を行なう。
【０００３】
電力変換器制御回路８は、変換器電流検出器６で検出される電流値が電流基準値発生回路７に設定される電流と一致するように、電力変換器４が出力すべき電圧を決定する。すなわち、電力変換器制御回路８は決定した電圧からＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成し、ゲートドライブ回路（ＧＤＵ）９に与えることにより電力変換器４を動作させ、直流電源５を充放電動作させる。なお、この状態を連系運転モ−ドと呼ぶ。
【０００４】
一方、電力系統１に電圧低下や停電等の異常が発生すると、系統連系スイッチ３は開放（オフ）され、負荷２には直流電源５から電力変換器４を通して電力を供給する。このとき、電力変換器制御回路８は負荷電圧検出器１０の検出値が、電圧指令値発生回路１１に設定された電圧値と一致するような電圧指令値を発生させ、これを基に生成したＰＷＭ信号をゲートドライブ回路９に与えることにより電力変換器４を動作させ、負荷２に電力を供給する。この状態を、自立運転モ−ドと呼ぶ。
【０００５】
以上のように、図６に示すものでは機械式や自己消弧能力のない半導体スイッチ（例えばサイリスタ）を系統連系スイッチとして使用した場合でも、上記切替え時間を自己消弧能力のある半導体スイッチを使用した場合と同等にするため、連系スイッチ電流検出器１４によって連系スイッチ３に流れる電流を検出し、その出力を電力変換器制御回路８に入力することにより、連系スイッチ３に流れる電流が速やかに０になるように、電力変換器４の電圧指令値を制御するようにしている。
【０００６】
しかしながら、上述の方法は系統短絡事故が生じた場合に、原理的に負荷電圧が０になることにより、系統連系スイッチの電流を０にするため、図１１（ａ）に示すＪＥＣ（電気学会電気規格調査会標準規格）−２４３３で定められた出力電圧過渡変動特性クラス２を満足できず、図１１（ｂ）に示すクラス３しか満足できないため（クラス３より２の方が電圧変動幅が小さくなっており、その分だけ電圧変動に敏感な負荷にも適用できることになる。）、適用可能な範囲が限定されるという問題がある。
【０００７】
そこで、出願人は先に以下に説明するような出願をしている（特願２００６−０７６１７２号：提案方式とも言う）。
図７はその提案方式を示す構成図である。図示のように、系統連系スイッチ３に転流回路１５を並列接続し、限流リアクトル１６を直列接続して構成する。この転流回路は例えば図８のように、充電器２０により充電される共振コンデンサ１９と共振リアクトル１８と投入スイッチ１７との直列回路からなり、系統連系スイッチ３がオフするときに投入スイッチ１７をオンすることにより共振電流を発生させ、その電流と既に系統連系スイッチ３に流れていた電流の和が０になるとき、系統連系スイッチ３が切れるようになっている。
【０００８】
図７，８の動作タイミングを図９に示す。
停電発生により、系統電圧異常検出器１２は停電を検知し、停電検知信号を出力する。これにより、連系スイッチ制御回路１３は、遮断器開指令を系統連系スイッチ３に出力する。また、投入スイッチ制御回路２２は、停電検知信号を受けて転流回路オン指令を出力し、これにより転流動作を開始する。
【０００９】
一方、電力変換器４は従来例と同様に、停電前は連系運転モ−ド、停電後は自立運転モ−ドに切り替わるが、切替え時間は特に設けずに、停電検知信号を受信した後は通常の自立運転モ−ドに入る。したがって、系統連系スイッチがオフするまでは等価的に図１０（ａ）に示す回路状態となり、また転流回路がオフするまでは図１０（ｂ）に示す回路状態となる。このいずれの状態においても、電力変換器４が装置仕様を超過するような過電流状態とならないようにするため、十分な値の限流リアクトル１６を用いる。
【００１０】
【特許文献１】特許第３４０６８３５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記提案方式において、連系運転モ−ドから自立運転モ−ドへと直接切替えを行なうと、図１０（ａ）に示す回路状態において、電力変換器４が出力する電流が大きくなるため、過電流を防止するために過大なリアクトルを必要とし、損失や費用の面でデメリットが大きくなるという問題が発生する。
したがって、この発明の課題は、限流リアクトルを用いる分散電源システムにおいて、系統事故発生時の出力電圧過渡変動特性クラス２を満足させつつ、限流リアクトルの小型化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、通常時には機械式または自己消弧能力のない半導体を用いた系統連系スイッチを介して電力系統から負荷に電力を供給し、停電時には前記スイッチを介して負荷に並列に接続された自励式変換装置を介しエネルギー蓄積要素から電力を供給する分散型電源システムにおいて、
前記系統連系スイッチには交流リアクトルを直列に接続するとともに転流回路を並列に接続し、停電発生時に前記転流回路により前記系統連系スイッチを遮断し、前記エネルギー蓄積要素から電力を供給する自励式変換装置の出力電圧を、系統連系点電圧に基づく電圧検出値を初期値として定格値を含む一定値まで時間変化させる過程で、自励式変換装置の電流が或る制限値を超えたときは、その超過量に応じて自励式変換装置の電圧を変化させるように、前記自励式変換装置の電流を制限した値と自励式変換装置の電流との差を調節器に入力し、その出力に応じて自励式変換装置の出力電圧を変化させることを特徴とする。
【００１３】
上記請求項１の発明においては、前記電流制限動作は、停電検知した時刻から一定時間有効にし、その後は無効にすることができる（請求項２の発明）。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、分散型電源システムにおいて、特に系統連系スイッチとして機械式またはサイリスタなどの自己消弧能力を持たない安価で過負荷耐量の大きい半導体スイッチを使用した場合に、提案方式では短絡事故発生時にＪＥＣが定める出力電圧過渡変動をクラス２にするためには非常に大きな限流リアクトルを必要とするが、この発明によればこのリアクトルを小型化できるだけでなく過電流を抑制できるので、高効率で低コスト、かつ安定なシステムを実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１はこの発明の実施の形態を示す構成図である。図６，図７と同じものについてはその説明を省略し、以下では主としてこれらと異なる部分について説明する。
図７に示す提案方式との相違は系統電圧検出器２３を設け、その出力を電圧指令値発生回路１１に入力する点、および変換器電流検出器６の出力を電圧指令値発生回路１１に入力するようにした点にある。従って、電圧指令値発生回路１１の内部構成も提案方式とは異なることになる。なお、電圧指令値発生回路１１により生成された電圧振幅指令３１は、制御回路８に入力される。
【００１６】
電圧指令値発生回路１１は図２に示すように、３相２相変換器２５，２乗演算器２６，平方根演算器２７，変化率制限リミッタ２９，最大，最小値制限リミッタ３０およびサンプルホールド回路３２などから構成される。２４は電圧検出器２３の出力である系統電圧値、２８は停電検知信号、３１は電圧指令値発生回路１１の出力である電圧振幅指令をそれぞれ示す。
【００１７】
系統電圧値２４は３相２相変換器２５に入力され、そのα相成分，β相成分を２乗演算器２６によりそれぞれ２乗し、それらを加算した後に平方根演算器２７に入力することにより、電圧振幅瞬時値を得る。この瞬時値は、停電検知信号２８がアクティブになったときに、サンプルホールド回路３２でサンプルホールドされる。
一方、停電検知信号２８は検知時に「１」になる信号で、これを変化率制限リミッタ２９に入力することにより、ある傾きをもつ０から１へ変化する信号を得ることができる。そして、この信号に上記サンプルホールド回路３２の出力を加算し、最大，最小値制限リミッタ３０に入力することで、電圧振幅指令３１を得ることができる。
【００１８】
上記電圧振幅指令３１は図３に示すように、停電検知前は停電によって系統電圧が低下するのに従って低下し、停電検知後はある傾きを持って増加して定格値（または、これと同等の一定値）である１００％に至る。
電圧振幅指令３１は、ここではさらに、図４に示すように正弦波信号３３と乗算され、これに電流抑制項を加算することで新たな電圧指令を求めている。
【００１９】
上記電流抑制項は、変換装置電流６を上下限リミットする電流リミッタ３４に入力した値と、変換装置電流６との差を調節器３５に入力することにより得ている。この抑制項は、図５のように停電検知信号２８に応じて動作する電流抑制ホールド回路３６の出力に乗じた後に、上記新たな電圧指令と加算される。変換器制御回路８は、こうして得られた電圧振幅指令と、従来例と同様の電圧位相情報とを用い、自立運転時の電圧指令値を演算する。これにより、電流制限動作は図５のように、停電検知した時刻から一定時間有効にされ、その後は無効とされることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態を示すブロック図
【図２】図１の電圧指令値発生回路の詳細を示すブロック図
【図３】図１での電圧指令変化を説明する説明図
【図４】新たな電圧振幅指令演算回路を示すブロック図
【図５】電流リミッタホールド回路の出力特性図
【図６】従来例を示すブロック図
【図７】提案方式を示すブロック図
【図８】図７の転流回路の具体例を示すブロック図
【図９】図７，８の動作説明図
【図１０】転流回路が投入され、オフするまでを示す等価回路図
【図１１】出力電圧過渡変動特性クラス２，３を示す特性図
【符号の説明】
【００２１】
１…電力系統、２…負荷、３…系統連系スイッチ、４…電力変換器、５…直流電源、６…変換器電流検出器、７…電流基準値発生回路、８…変換器制御回路、９…ゲートドライブ回路（ＧＤＵ）、１０…負荷電圧検出器、１１…電圧指令値発生回路、１２…系統電圧異常検出器、１３…連系スイッチ制御回路、１４…連系スイッチ電流検出器、１５…転流回路、１６…限流リアクトル、１７…投入スイッチ、１８…共振リアクトル、１９…共振コンデンサ、２０…コンデンサ充電回路、２１…負荷電流検出器、２２…投入スイッチ制御回路、２３…系統電圧検出器、２５…３相２相変換器、２６…２乗演算器、２７…平方根演算器、２９…変化率制限リミッタ、３０…最大，最小値制限リミッタ、３２…サンプルホールド回路、３４…電流リミッタ、３５…電流リミッタ用調節器、３６…電流リミッタホールド回路。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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