(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に接続された受電母線と，前記電力系統に連系される自家用発電設備の母線との間に設けられ，電力系統の電圧低下，停電等の故障の発生により開放され，前記故障の復旧後に再投入される母線連絡用の開閉器と、
半導体制御整流素子のフルブリッジ接続又は前記半導体制御整流素子とダイオードとの混合ブリッジ接続からなるブリッジ接続回路と，該回路の１対の直流端子間に設けられ連系運転中の前記両母線間の過電流を阻止する限流用の第１のリアクトルとにより形成され，前記ブリッジ接続回路の１対の交流端子が前記母線連絡用の開閉器を介して前記両母線に接続され，前記半導体制御整流素子の点消弧制御に基づき前記故障が発生したときに前記母線連絡用の開閉器の開放に先立ってオフし該開閉器の再投入後にオンする高速遮断用の整流器型ブリッジ回路と、
前記１対の交流端子間のバイパス路に設けられ，前記母線連絡用の開閉器の再投入から前記整流器型ブリッジ回路がオンして系統連系が復旧するまでの短時間だけ閉成されるバイパス路開閉用の開閉器と、
前記パイパス路開閉用の開閉器に直列に接続されて前記バイパス路に設けられ，前記バイパス路の過電流を阻止する短時間定格の限流用の第２のリアクトルと
を備えたことを特徴とする系統連系装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統に連系される自家用発電設備の母線を、電力系統の電圧低下，停電等の故障が発生したときに電力系統に接続された受電母線から切離し、前記故障が復旧したときに受電母線に再び接続し、自家用発電設備の母線の負荷給電を確保する系統連系装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工場，ビル等の高圧又は特高の受電設備にあっては商用の電力系統にコージェネレーション設備等の自家用発電設備を連系し、この発電設備の母線（自家発系母線）に接続されたいわゆる重要負荷の給電の２重化が行われている。
【０００３】
この場合の系統連系は、従来、図５の単線系統図に示す系統連系装置を用いて行われる。
【０００４】
そして、商用の系統電源１に遮断器２，トランス３を介して受電母線４が接続され、受電母線４から遮断器５ａ，…，５ｎを介して各フィーダ６ａ，…，６ｎの一般負荷７ａ，…，７ｎに系統電源１が給電される。
【０００５】
また、自家用発電設備としての発電機（コジェネ発電機）８に遮断器９を介して自家用発電設備の母線（自家発系母線）１０が接続され、この母線１０が遮断器等の機械式の母線連絡用の開閉器１１を介して受電母線４に接続される。
【０００６】
そして、図示省略された制御部のシーケンス制御等により、常時は開閉器１１が系統電源１に同期投入されて閉成され、発電機８が電力系統に連系運転される。
【０００７】
さらに、自家発系母線１０に遮断器１２ａ，…，１２ｎを介して各フィーダ１３ａ，…，１３ｎの重要負荷１４ａ，…，１４ｎが接続され、これらの負荷１４ａ，…，１４ｎに系統電源１及び発電機８の交流出力が給電され、各重要負荷１４ａ，…，１４ｎの給電が２重化される。
【０００８】
この２重化に基づき、発電機８の出力低下等が発生すると、各重要負荷１４ａ，…，１４ｎに系統電源１から給電され、各重要負荷１４ａ，…，１４ｎの安定給電が確保される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記図５の従来装置の場合、電力系統や受電母線４に雷害による瞬時電圧低下等の電圧低下や地絡，短絡の停電等の故障が発生したときに、その検出に基づいて開閉器１１を開放（解列）し、自家発系母線１０を受電母線４から切離して重要負荷１４ａ，…，１４ｎの給電を確保しようとしても、機械式の開閉器１１の解列に時間を要し、瞬時に切離すことができない。
【００１０】
そして、その間に発電機８から開閉器１１を介して故障点に過電流が流れるため、発電機８が停止しなかったとしても自家発系母線１０の電圧が低下し、重要負荷１４ａ，…，１４ｎの誤動作やデータ消去等の事故を引起こす。
【００１１】
また、前記の過電流が極めて大きく、発電機８の容量を大幅に上回るようなときは、発電機８が過負荷によって停止し、重要負荷１４ａ，…，１４ｎまでもが停電する事態を招来する。
【００１２】
そこで、図６に示すように母線４，１０の連絡路に、開閉器１１と過電流制限機能付きの高速遮断用の整流器型ブリッジ回路１５との直列回路を設け、前記故障が発生したときに、ブリッジ回路１５の電流制限と高速遮断とにより自家発系母線１０の電圧低下，停電を防止して重要負荷１４ａ，…，１４ｎの給電を確保することが考えられる。
【００１３】
そして、ブリッジ回路１５は制御整流素子としての２アームのサイリスタ１６ａ，１６ｂと２アームのダイオード１７ａ，１７ｂとをブリッジ接続して形成され、開閉器１１を介して受電母線４に接続された一方の交流端子ＡＣ1 と自家発系母線１０に接続された他方の交流端子ＡＣ２ との間に、サイリスタ１６ａのアノード，カソード，一方の直流端子ＤＣ１ ，ダイオード１７ａのカソード，アノードの直列回路と、サイリスタ１６ｂのカソード，アノード，他方の直流端子ＤＣ２ ，ダイオード１７ｂのアノード，カソードの直列回路とを並列に設けて形成される。
さらに、直流端子ＤＣ１ ，ＤＣ２ 間には限流用のリアクトル１８が設けられる。
そして、連系運転中はサイリスタ１６ａ，１６ｂがオンする。
【００１４】
このとき、ブリッジ回路１５を図７の実線▲１▼，破線▲２▼の交流の電流が通流し、この交流の電流が直流端子ＤＣ１ から直流端子ＤＣ２ に一方向に流れ、リアクトル１８を通流する電流は直流になる。
【００１５】
さらに、リアクトル１８は放電時定数が十分に大きくなるように容量設定され、その放電に時間がかかるため、連系運転中（定常時）は、リアクトル１８に図７の実線▲３▼に示すサイリスタ１６ａ，リアクトル１８，サイリスタ１６ｂのループの環流電流と，同図の実線▲４▼に示すダイオード１７ａ，リアクトル１８，ダイオード１７ｂのループの環流電流との和の直流電流が流れる。
【００１６】
そして、リアクトル１８に直流が流れるため、そのインピーダンスはほぼ零になり、挿入損失もほぼ零になる。
【００１７】
また、サイリスタ１６ａ，１６ｂ及びダイオード１７ａ，１７ｂを流れる電流は、前記実線▲１▼又は破線▲２▼の交流の電流と前記実線▲３▼又は実線▲４▼の直流の環流電流との和の電流になり、例えばサイリスタ１６ａには実線▲１▼の交流の電流と実線▲３▼の直流の還流電流が流れる。
【００１８】
つぎに、電力系統側に電圧低下，停電等の故障が発生し、発電機８からブリッジ回路１５，開閉器１１を介して故障点に短絡電流等の過電流が流れようとすると、ブリッジ回路１５のサイリスタ１６ａ，ダイオード１７ｂ又はサイリスタ１６ｂ，ダイオード１７ａを前記の環流電流と逆向きの電流が流れ、環流電流が消失して交流端子ＡＣ１ ，ＡＣ２  間の交流の電流がリアクトル１８を流れるようになる。
【００１９】
この場合、リアクトル１８を開閉器１１に直列に接続した状態と等価になり、交流端子ＡＣ１ ，ＡＣ２ 間からみたブリッジ回路１５のインピーダンスが増大し、リアクトル１８の限流作用により交流端子ＡＣ１ ，ＡＣ２ 間の過電流の通流が抑制されて短絡電流が制限される。
【００２０】
ここで、リアクトル１８に流れる直流電流と基準値との比較による系統異常のリアルタイム監視検出により、電力系統の電圧低下，停電等の故障の発生から限流機能を保ちつつ瞬時に系統電圧の低下，消失が検出され、この検出に基づき次の半サイクルの零クロス点でサイリスタ１６ａ，１６ｂの消弧制御により直ちにサイリスタ１６ａ，１６ｂがオフし、自家発系母線１０が高速遮断動作で受電母線４から切離される。
【００２１】
そのため、電力系統側に電圧低下，停電等の故障が発生したときに、ブリッジ回路１５の限流作用と高速遮断とにより、自家発系母線１０の電圧低下や停電が防止されて重要負荷１４ａ，…，１４ｎの安定な給電が継続される。
【００２２】
つぎに、系統連系状態に復帰するときは、ブリッジ回路１５の交流端子ＡＣ１，ＡＣ２  間のバイパス路１９に設けたバイパス路開閉用の開閉器２０を閉成した後、開閉器１１を同期投入し、自家発系母線１０をバイパス路１９，開閉器１１を介して受電母線４に接続して過渡的な系統連系状態にする。
【００２３】
さらに、サイリスタ１６ａ，１６ｂを点弧制御してブリッジ回路１５をオンし、その後、開閉器２０を開放して自家発系母線１０をブリッジ回路１５，開閉器１１を介して受電母線４に接続し、正常な系統連系状態に復帰する。
【００２４】
しかし、図６の構成においては、開閉器１１の同期投入からブリッジ回路１５がオンするまでの過渡期間に電力系統側に瞬時電圧低下等の電圧低下や停電等の故障が発生した場合、自家発系母線１０からバイパス路１９，開閉器１１を介して受電母線４に短絡電流等の過電流が流れる。
【００２５】
そこで、図８に示すようにバイパス路１９の開閉器２０に直列にヒューズ２１を設けることが考えられる。
【００２６】
この場合、ヒューズ２１が溶断して前記過渡期間の過電流が防止され、自家発系母線１０の各重要負荷１４ａ〜１４ｎの安定給電が確保される。
【００２７】
しかし、図８の構成の場合、溶断したヒューズ２１を取換えるまで系統連系状態に復帰することができず、ヒューズ２１の溶断後系統電圧が回復しても直ちに系統連系状態に復帰することができない問題点がある。
【００２８】
本発明は、系統連系状態に復帰する際に、前記過渡期間に電圧低下，停電等の故障が発生しても、その復旧後に迅速に系統連系に復帰し得るようにすることを課題とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明の系統連系装置は、電力系統に接続された受電母線と，電力系統に連系運転される自家用発電設備の母線（自家発系母線）との間に設けられ，電力系統の電圧低下，停電等の故障の発生により開放され，故障の復旧後に再投入される母線連絡用の開閉器と、
半導体制御整流素子のフルブリッジ接続又は半導体制御整流素子とダイオードとの混合ブリッジ接続からなるブリッジ接続回路と，この回路の１対の直流端子間に設けられ連系運転中の前記両母線間の過電流を阻止する限流用の第１のリアクトルにより形成され，ブリッジ接続回路の１対の交流端子が母線連絡用の開閉器を介して前記両母線に接続され，半導体制御整流素子の点消弧制御に基づき前記故障が発生したときに母線連絡用の開閉器の開放に先立ってオフしこの開閉器の再投入後にオンする高速遮断用の整流器型ブリッジ回路と、
前記１対の交流端子間のバイパス路に設けられ，故障の復旧後母線連絡用の開閉器の再投入から整流器型ブリッジ回路がオンして連系運転に移行するまでの短時間だけ閉成されるバイパス路開閉用の開閉器と、
この開閉器に直列に接続されてバイパス路に設けられ，バイパス路の過電流を阻止する短時間定格の限流用の第２のリアクトルとを備える。
【００３０】
したがって、整流器型ブリッジ回路の１対の交流端子間のバイパス路に、バイパス路開閉用の開閉器と短時間定格の限流用の第２のリアクトルとの直列回路が設けられる。
【００３１】
そして、電力系統側の故障が復旧して系統連系に復帰する際に、バイパス路開閉用の開閉器を閉成した後母線連絡用の開閉器を投入すると、自家発系母線がバイパス路の第２のリアクトル，バイパス路開閉用の開閉器及び母線連絡用の開閉器を介して受電母線に接続され、過渡的な系統連系状態になる。
【００３２】
つぎに、整流器型ブリッジ回路がオンすると、バイパス路開閉用の開閉器が開放され、両母線の連絡路が前記バイパス路から整流器型ブリッジ回路に切換わる。
【００３３】
そして、前記整流器型ブリッジ回路がオンするまでの過渡期間に、受電母線を含む電力系統側に電圧低下，停電等の故障が生じると、第２のリアクトルにより短絡電流等の過電流が制限され、自家発系母線の電圧低下や停電が防止される。
【００３４】
この場合、ヒューズの溶断等でなく、第２のリアクトルの限流作用により自家発系母線の電圧低下や停電が防止されるため、ヒューズの取換等を必要とせず、故障の復旧により直ちに系統連系に復帰することが可能になる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の１形態につき、図１ないし図４を参照して説明する。
いわゆる主回路部の全体構成を示した図１において、図８と異なる点は、ブリッジ回路１５のリアクトル１８を限流用の第１のリアクトルとし、バイパス路１９の図８のヒューズ２１の位置に限流用の第２のリアクトル２２を設け、ヒューズ２１を省いた点である。
【００３６】
そして、開閉器１１，２０の開閉，ブリッジ回路１５のサイリスタ１６ａ，１６ｂの点消弧制御等は、図示省略された制御部により、例えば、設定されたシーケンス制御等にしたがって行われる。
【００３７】
そして、受電母線４を含む電力系統側が正常な常時は、開閉器１１が閉成されるとともにサイリスタ１６ａ，１６ｂが点弧制御されてブリッジ回路１５がオンし、受電母線４と自家発系母線１０とが開閉器１１，ブリッジ回路１５を介して接続され、発電機８が連系運転されて図２の（ａ）の系統連系中の状態になる。
【００３８】
なお、図２の〈オン〉は閉成，オン（導通）の状態を示し、〈オフ〉は開放，オフ（非導通）の状態を示す。
このとき、開閉器２０は開放され、バイパス路１９は開放状態に保たれる。
【００３９】
そして、母線４，１０の電圧関係等に基づき、例えば、図３の実線▲５▼に示すように発電機８の一部の出力がブリッジ回路１５を介して受電母線４に補給される。
【００４０】
つぎに、この状態で電力系統側に例えば図２の（ｂ）に示す雷害による瞬時電圧低下の故障が発生すると、ブリッジ回路５のリアクトル１８の限流作用によって母線４，１０間の過電流が制限され、同時に、系統異常のリアルタイムの監視に基づくサイリスタ１６ａ，１６ｂの消弧制御により、ブリッジ回路１５が系統電源１の１周期以内にオフし、母線４，１０間が高速遮断動作で開放される。
【００４１】
そのため、自家発系母線１０の電圧変動が防止され、発電機８の出力に基づき、各重要負荷１４ａ〜１４ｎに瞬時電圧低下等のない安定な電力供給が続けられる。
【００４２】
その後、故障の継続又はブリッジ回路１５のオフに連動し、図２の（ｃ）に示すように開閉器１１がバックアップ開放される。
【００４３】
つぎに、シーケンス制御等により図２の（ｄ）の併入待機に移行し、開閉器２０が投入されてバイパス路１９が導通状態になる。
【００４４】
さらに、例えば系統電圧の正常復帰の検出に基づいて図２の（ｅ）の併入に移行し、系統電源１に同期して開閉器１１が投入され、自家発系母線１０がバイパス路１９，開閉器１１を介して受電母線４に接続され、過渡的な系統連系状態になる。
【００４５】
そして、母線４，１０の電圧差等に基づき、例えば図４の実線▲６▼に示すように、発電機１６の出力の一部が自家発系母線１０からバイパス路１９，開閉器１１を介して受電母線４に流れる。
【００４６】
ところで、この過渡的な系統連系状態のときに、電力系統側に雷害による瞬時電圧低下等の電圧低下又は地絡、短絡の停電等の故障が発生すると、自家発系母線１０からバイパス路１９，開閉器１１を介して受電母線４に短絡電流等の過電流が流れようとするが、この過電流はリアクトル２２の限流作用により制限されて阻止される。
【００４７】
そして、例えば前記の系統異常のリアルタイムの監視により開閉器２０が開放され、その後、開閉器１１も開放されて同図の（ｃ）の状態に戻り、この状態から動作がくり返される。
【００４８】
一方、図２の（ｅ）の併入により開閉器１１が同期投入されたときに、電力系統側の故障等が発生せず、母線４，１０間が正常に接続されると、図２の（ｆ）の系統連系復帰に移行し、サイリスタ１６ａ，１６ｂの点弧制御が開始されてブリッジ回路１５がオンし、その後、開閉器２０が開放され、母線４，１０が再び開閉器１１，ブリッジ回路１５を介して接続され、正常な系統連系状態に戻る。
【００４９】
そして、バイパス路１９に図８のヒューズ２１でなく限流用のリアクトル２２を設け、母線４，１０がバイパス路１９を介して接続される過渡的な系統連系状態での短絡電流等の過電流をリアクトル２２の限流作用で制限して阻止する構成であるため、ヒューズ２１の取換え等の作業が不要であり、その後の電力系統側の復旧により直ちに系統連系に復帰することができる。
【００５０】
しかも、系統連系に復帰する一連の制御処理に基づき、図２の（ｅ）の併入により開閉器１１が投入されてからブリッジ回路１５がオンして同図の（ｆ）の正常な系統連系に復帰するまでの時間，前記併入により開閉器１１が投入されたときに系統側に故障が発生して開閉器１１が開放されるまでの時間は、いずれも１秒内外の短時間であり、リアクトル２２はこの短時間の過電流を限流する短時間定格の小型のものでよい。
【００５１】
ところで、実際の電力系統に適用する場合は、この系統連系装置が相毎に設けられる。
【００５２】
具体的には、母線４，１０の相毎に、開閉器１１，２０，ブリッジ回路１５，リアクトル２２の主回路部及びこれらの制御部が設けられる。
【００５３】
そして、ブリッジ回路１５の半導体制御直流素子は、例えば電力用のスイッチングトランジスタ等であってもよい。
【００５４】
また、ブリッジ回路１５の半導体制御整流素子，ダイオードの数及びそれらの接続組合せ等は実施の形態のものに限られるものではない。
【００５５】
そして、前記実施の形態においては、ブリッジ回路１５のブリッジ接続回路をサイリスタ１６ａ，１６ｂとダイオード１７ａ，１７ｂとの混合ブリッジ接続により形成し、小型化を図るようにしたが、前記ブリッジ接続回路はサイリスタのフルブリッジ接続により形成してもよい。
【００５６】
さらに、リアクトル１８，２２の容量等は母線４，１０の負荷７ａ〜７ｎ，１４ａ〜１４ｎ等を考慮して設定すればよい。
【００５７】
そして、本発明は自家用発電設備として種々のコージェネレーション設備等を有する工場，ビル等の高圧又は特高の受電設備に適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明は、以下に説明する効果を奏する。
整流器型ブリッジ回路１５の交流端子ＡＣ1 ，ＡＣ2 間のバイパス路１９に、バイパス路開閉用の開閉器２０と短時間定格の限流用の第２のリアクトル２２との直列回路が設けられ、電力系統側の故障が復旧して系統連系運転に復帰するときに、開閉器２０を閉成した後母線連絡用の開閉器１１を投入すると、母線（自家発系母線）１０がリアクトル２２，開閉器２０及び開閉器１１を介して受電母線４に接続され、過渡的な系統連系状態になる。
【００５９】
このとき、受電母線４を含む系統側に電圧低下，停電等の故障が生じると、リアクトル２２の限流作用により短絡電流等の過電流が制限されて母線１０の電圧低下や停電が防止される。
【００６０】
そして、ヒューズの溶断等でなく、リアクトル２２の限流作用により母線１０の電圧低下や停電が防止されるため、ヒューズの取換等を必要とせず、故障の復旧により直ちに系統連系に復帰することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の１形態の単線系統図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ図１の動作説明用の単線系統図である。
【図３】図１の系統連系中の電流路の説明図である。
【図４】図１の連系過渡期の電流路の説明図である
【図５】従来装置の単線系統図である。
【図６】図５の装置に高速遮断用の整流器型ブリッジ回路及びバイパス路を付加した場合の一部の結線図である。
【図７】図６のブリッジ回路の動作説明図である。
【図８】図６のバイパス路にヒューズを付加した場合の単線系統図である。
【符号の説明】
１  系統電源
４  受電母線
８  発電機
１０  自家用発電設備の母線（自家発系母線）
１１  母線連絡用の開閉器
１５  整流器型ブリッジ回路
１６ａ，１６ｂ  サイリスタ
１７ａ，１７ｂ  ダイオード
１８  第１のリアクトル
１９  バイパス路
２０  バイパス路開閉用の開閉器
２２  第２のリアクトル
【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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