(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源との系統連系運転が可能な分散電源と、商用電源と分散電源との間に挿入された解列リレーと、商用電源と分散電源との連系点の電圧を検出する電圧検出器と、分散電源からの出力電流を検出する電流検出器とを備える系統連系システムに用いられる保護装置であって、電圧検出器の出力を用いて分散電源の単独運転を検出する単独運転検出部と、電流検出器の出力を用いて分散電源からの出力電流に直流分が重畳されていることを直流流出として検出する直流流出検出部と、直流流出検出部により直流流出が検出されたときに分散電源の出力を停止させるとともに解列リレーを解列させた後、電圧検出器の出力に基づいて系統異常の有無を判断し、系統異常があれば単独運転と判断して所定の待機時間を経てから分散電源の出力を再開させるとともに解列リレーを閉成させ、系統異常がなければ直流流出と判断して待機時間を経ることなく分散電源の出力を再開させるとともに解列リレーを閉成させる系統異常判定手段とを備えることを特徴とする系統連系システムの保護装置。
【請求項２】
前記系統異常判定手段は、系統異常が検出されないときに直流流出と判断し、直流流出の検出頻度が閾値を超えると分散電源の異常として系統連系システムを停止させることを特徴とする請求項１記載の系統連系システムの保護装置。
【請求項３】
前記系統異常判定手段は、前記電圧検出器の出力により検出される電圧と周波数との少なくとも一方に対して前記単独運転検出部と同じ判断基準を適用し、かつ判断基準を異常側に超える状態が規定時間継続すると系統異常と判断することを特徴とする請求項１または請求項２記載の系統連系システムの保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、系統連系システムの保護装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図１に示すように、商用電源１と分散電源２を系統連系運転させる系統連系システムが考えられている。分散電源２には、太陽電池のような直流電源２１と、直流電源２１の出力を商用電源１と電圧および周波数が略等しい交流電圧に変換するインバータ回路２２とが設けられる。
【０００３】
このような系統連系システムにおいて、商用電源１での事故発生や保守作業などによって商用電源１からの電力供給が停止したときに、分散電源２が単独で運転を継続していると、商用電源１の電源系統に分散電源２からの電流が流れ、作業者が感電したり、事故の被害が拡大したり、負荷３が破損したりするなどの危険が生じる可能性がある。したがって、商用電源１の電源系統が停電したときには、分散電源２の単独運転を確実に防止することが要求される。
【０００４】
そこで、分散電源２に設けた保護装置４には単独運転を検出する単独運転検出部４１が設けられ、単独運転が検出されたときにはインバータ回路２２の動作を停止させるとともに、商用電源１の電源系と分散電源２との間に挿入されている解列リレー５を解列（つまり開放）させるようにしてある。単独運転検出部４１では商用電源１の電源系における解列リレー５との接続部位、つまり連系点の電圧を検出する電圧検出器６の出力を用いて商用電源の電圧変化および周波数変化を検出し、電圧が過電圧ないし不足電圧になったことを検出したり、周波数が上昇ないし低下したりしたときには、商用電源１の電源系に異常が生じたものとして、分散電源２の単独運転を防止するようにインバータ回路２２および解列リレー５を制御する。
【０００５】
一方、系統連系システムにおいて分散電源２の出力電流に直流分が重畳されていると、系統連系時に柱上トランスに直流電流が流れるから偏磁が生じて危険である。したがって、この種の系統連系システムでは分散電源２から商用電源１への直流電流の流出を防止することも要求される。
【０００６】
つまり、保護装置４には分散電源２から交流電源１の電源系への直流流出を検出する直流流出検出部４２も設けられている。直流流出検出部４２では連系点と負荷３との間に設けた電流検出器７により分散電源１から出力される電流に重畳された直流分を検出し、この直流分が閾値以上であると直流流出と判断して解列リレー５を解列させるとともにインバータ回路２２を停止させるように構成されている。
【０００７】
ところで、単独運転となる条件が生じたときに、インバータ回路２２の出力電流波形の作成基準となる連系点の電圧が不安定になるから、インバータ回路２２の出力電流に直流分が重畳されることがある。このようにインバータ回路２２の出力電流に直流分が重畳されるようになると、場合によっては単独運転検出部４１よりも先に直流流出検出部４２が動作してインバータ回路２２の停止と解列リレー５の解列とを行うことがある。
【０００８】
このように、単独運転の条件が生じたにもかかわらず直流流出検出部４２が動作してインバータ回路２２の停止と解列リレー５の解列とを行うことがあると、インバータ回路２２の停止や解列リレー５の解列が、単独運転に起因するのか直流流出に起因するのかが判別できないから、その後の処理を適切に行うことができない場合がある。
【０００９】
現状の保護装置４では、単独運転の検出と直流流出の検出とに対する処理は、図４または図５に示す手順で行われている。図４に示す手順では、まず直流流出検出部４２において直流流出の有無を判別し（Ｓ１）、直流流出がなければ単独運転検出部４１における単独運転の有無を判別する（Ｓ２）。直流流出と単独運転とのどちらも生じていないときには正常として系統連系運転を継続する。一方、直流流出があるときには解列リレー５を解列させるとともにインバータ回路２２を停止させ（Ｓ３）、直流流出を検出したときの処理を行った後（Ｓ４）、系統連系運転を再開させるのである（Ｓ５）。また、単独運転が検出されたときには、解列リレー５を解列させるとともにインバータ回路２２を停止させ（Ｓ６）、単独運転を検出したときの処理を行い、さらに１５０〜３００秒の待機後に（Ｓ７）、系統連系運転を再開させる（Ｓ８）。
【００１０】
図５に示す手順は図４に示す手順とほぼ同様ではあるが、単独運転の検出時だけではなく直流流出を検出したときにも１５０〜３００秒の待機後に系統連系運転を再開させるようにしてある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
いま、図４に示した動作を採用しているものとする。ここで、単独運転が生じているときに、上述したような条件で単独運転検出部４１が単独運転を検出するよりも先に直流流出検出部４２が直流流出を検出したとすると、商用電源１からの電源供給が停止している間にも解列リレー５は入切を繰り返すことになる。これは、図４に示したように、直流流出の検出により解列リレー５が解列し、直流流出に対する処理後に系統連系運転を再開させるからである。つまり、再連系→単独運転→直流流出検出→解列およびインバータ回路２２の停止→再連系という動作を繰り返すからであって、この動作によって解列リレー５は開閉を繰り返すことになる。
【００１２】
これに対して図５に示す手順を採用した場合には、負荷３に流れる電流によってはインバータ回路２２の出力電流に直流分が重畳されることがあり、このように負荷３に直流分の重畳された電流が流れた場合には１５０〜３００秒の間は系統連系運転を再開させることができないことになる。
【００１３】
また、保護装置４において異常の発生毎に異常の履歴を残す機能を付加することも考えられるが、上述したように、単独運転に伴う直流流出であるのか実際の直流流出であるのかを判別することができないから、直流流出の履歴が残っていても、単独運転が発生したのか直流流出が発生したのかを履歴からは知ることができない。その結果、履歴を残していてもメンテナンスに十分に役立てることができないものである。
【００１４】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、単独運転と直流流出との検出を正確に判別することができるようにした系統連系システムの保護装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、商用電源との系統連系運転が可能な分散電源と、商用電源と分散電源との間に挿入された解列リレーと、商用電源と分散電源との連系点の電圧を検出する電圧検出器と、分散電源からの出力電流を検出する電流検出器とを備える系統連系システムに用いられる保護装置であって、電圧検出器の出力を用いて分散電源の単独運転を検出する単独運転検出部と、電流検出器の出力を用いて分散電源からの出力電流に直流分が重畳されていることを直流流出として検出する直流流出検出部と、直流流出検出部により直流流出が検出されたときに分散電源の出力を停止させるとともに解列リレーを解列させた後、電圧検出器の出力に基づいて系統異常の有無を判断し、系統異常があれば単独運転と判断して所定の待機時間を経てから分散電源の出力を再開させるとともに解列リレーを閉成させ、系統異常がなければ直流流出と判断して待機時間を経ることなく分散電源の出力を再開させるとともに解列リレーを閉成させる系統異常判定手段とを備えるものである。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記系統異常判定手段が、系統異常が検出されないときに直流流出と判断し、直流流出の検出頻度が閾値を超えると分散電源の異常として系統連系システムを停止させるものである。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記系統異常判定手段が、前記電圧検出器の出力により検出される電圧と周波数との少なくとも一方に対して前記単独運転検出部と同じ判断基準を適用し、かつ判断基準を異常側に超える状態が規定時間継続すると系統異常と判断するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本実施形態は、図１に示した構成の系統連系システムに用いられるものであって、図５に示した従来の手順を一部変更したものである。すなわち、図２に示すように、直流流出検出部３による直流流出の検出の後（Ｓ３）、ただちに直流流出に対する処理を行うのではなく、系統異常の有無を判断し（Ｓ４）、系統異常の有無を判断したときに系統異常がなければ、直流流出に対する処理を行って（Ｓ５）、系統連系を再開させるようにしてある（Ｓ６）。一方、系統異常があれば単独運転に対する処理を行って（Ｓ７）、１５０〜３００秒を経てから連系を再開させるのである（Ｓ８）。このように、直流流出の検出後にステップＳ４において系統異常の有無を判断することによって、実際に直流流出が検出されたのか、単独運転による直流流出が検出されたのかを判別することができ、直流流出と単独運転とを確実に区別することが可能になる。ここに、保護装置４はマイコンを主構成とするものであって、系統異常の有無の判断を行う系統異常判定手段はマイコンにソフトウェアを組み込むことによって実現される。
【００１９】
一方、直流流出がなければ単独運転の有無を判断し、まず解列リレー５を解列させるとともにインバータ回路２２を停止させる（Ｓ９）。その後、単独運転に対する処理を行った後（Ｓ１０）、１５０〜３００秒の待機期間をおいてから系統連系運転を再開させるのである（Ｓ１１）。
【００２０】
ところで、系統異常の有無は保護装置４に設けられている過電圧検出機能と不足電圧検出機能と周波数上昇検出機能と周波数低下検出機能とのうちの少なくとも１つを用いて判断する。たとえば、単独運転か否かを検出する場合には、過電圧、不足電圧、周波数上昇、周波数低下に対する検出値をそれぞれ１１５Ｖ、８０Ｖ、６１Ｈｚ、５９Ｈｚに設定しておき、電圧値については８０〜１１５Ｖの範囲、周波数については５９〜６１Ｈｚの範囲を逸脱する状態が１秒間持続すると単独運転とみなすのであるが、系統異常の有無の場合は１０秒持続すると系統異常が有ると判断する。また、系統異常の有無の判断には必ずしもすべての検出値を用いる必要はなく、電圧と周波数との一方のみを用いてもよい。このように系統異常の有無の判断に用いる検出値に対する判断基準として単独運転の判断基準を流用するから、系統異常の有無の判断基準を新たに設定する必要がないものである。しかも、系統異常の有無の判断は１０秒で行われるから、直流流出の検出時に系統連系運転を再開するまでに１５０〜３００秒も待つことがなく、１０秒という比較的短い時間で系統連系運転を再開させることができる。他の構成および動作は図５に示した従来構成と同様である。
【００２１】
（第２の実施の形態）
本実施形態は、図３に示すように、図２に示した第１の実施の形態の手順に加えて、直流流出に対する処理（Ｓ５）の後に、直流流出を検出した頻度を判定し（Ｓ１２）、直流流出の検出頻度が閾値を超える場合にはシステムに異常があると判断してシステムを異常停止させる（Ｓ１３）ものである。ステップＳ１２，Ｓ１３を付加した以外は第１の実施の形態と同様であって、本実施形態では系統異常の有無の判断後に、さらに直流検出が正常か否かの判断を行うことで、単独運転と直流検出との判別をより確実に行えるようにしてある。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１の発明は、商用電源との系統連系運転が可能な分散電源と、商用電源と分散電源との間に挿入された解列リレーと、商用電源と分散電源との連系点の電圧を検出する電圧検出器と、分散電源からの出力電流を検出する電流検出器とを備える系統連系システムに用いられる保護装置であって、電圧検出器の出力を用いて分散電源の単独運転を検出する単独運転検出部と、電流検出器の出力を用いて分散電源からの出力電流に直流分が重畳されていることを直流流出として検出する直流流出検出部と、直流流出検出部により直流流出が検出されたときに分散電源の出力を停止させるとともに解列リレーを解列させた後、電圧検出器の出力に基づいて系統異常の有無を判断し、系統異常があれば単独運転と判断して所定の待機時間を経てから分散電源の出力を再開させるとともに解列リレーを閉成させ、系統異常がなければ直流流出と判断して待機時間を経ることなく分散電源の出力を再開させるとともに解列リレーを閉成させる系統異常判定手段とを備えるものであり、直流流出検出部によって一旦は直流流出と判断されても、系統異常の有無を判断して系統異常が検出されたときには直流流出ではなく、単独運転による異常と判断することができる。つまり、直流流出か単独運転かの判別を正確に行うことが可能になるという利点がある。つまり、直流流出が検出されたときに系統連系運転と直流流出の検出とが交互に繰り返される不都合や、直流流出を検出したときに長い待機時間を設定することによって、負荷の影響で直流流出が検出されたときでも長時間にわたって系統連系運転に移行できないという不都合を回避することができる。また、直流流出と単独運転とを正確に検出するから履歴を残してメンテナンスに役立てることが可能になる。
【００２３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、系統異常判定手段が、系統異常が検出されないときに直流流出と判断し、直流流出の検出頻度が閾値を超えると分散電源の異常として系統連系システムを停止させるものであり、直流流出が頻繁に発生するような異常が生じるときには系統連系システムの動作が停止して、系統連系運転と直流流出検出とをいつまでも繰り返すことがない。
【００２４】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、系統異常判定手段が、電圧検出器の出力により検出される電圧と周波数との少なくとも一方に対して単独運転検出部と同じ判断基準を適用し、かつ判断基準を異常側に超える状態が規定時間継続すると系統異常と判断するものであり、単独運転の検出に用いる判定基準を系統異常の判定に流用するから、判定基準を新たに設定する必要がなく、系統異常判定手段を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】系統連系システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す動作説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す動作説明図である。
【図４】従来例を示す動作説明図である。
【図５】他の従来例を示す動作説明図である。
【符号の説明】
１  商用電源
２  分散電源
３  負荷
４  保護装置
５  解列リレー
６  電圧検出器
７  電流検出器
２１  直流電源
２２  インバータ回路
４１  単独運転検出部
４２  直流流出検出部
【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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