WO2014024731A1 - 連系系統切替装置及び電力制御システム - Google Patents

Abstract

　発電部に連系された電力系統に異常が発生した場合に、発電部からの電力供給を継続しつつ、異常が発生した不安定な電力系統を切り離すことで電力系統の安定化に寄与する連系系統切替技術を提供する。発電部３と電力系統１に接続され、電力系統１から入力される情報に基づいて生成される基準波形により連系する電力制御装置５０に接続され、前記電力系統１の異常を検出する異常検出部６２と、異常検出部６２が異常を検出した場合、基準波形の生成元となる情報を、電力系統１からの情報とは別の補助系統２からの情報に切り替える接続切替部６３と、を有する。

Description

連系系統切替装置及び電力制御システム

　本発明の実施形態は、系統連系型の分散型電源に接続された連系系統切替装置及び電力制御システムに関する。

　分散型電源は、インバータ機能を含むパワーコンディショナ等の電力制御装置を介して、電力系統に連系され、電力系統とともに、負荷等の電力消費部に電力を供給する。このとき、分散型電源の電力は、電力制御装置によって、電力系統に連系するに適当な電力形態に変換される。

　電力系統の維持する電圧下において、分散型電源からの電力供給可能量が、電力消費部への所要電力量よりも少ない場合には、不足分の有効電力は、電力系統が供給する。分散型電源の電力供給可能量が、電力消費部の所要電力量と等しい場合は、電力系統は有効電力を供給しない。

　分散型電源の電力供給可能量が、電力消費部の所要電力量よりも多く、電力系統への電力の潮流（逆潮流）が許可されている場合には、電力制御装置は、電力の余剰分を、電力系統へ逆潮流する。

　逆潮流が許可されていない場合には、電力制御装置は、電力の余剰分が発生しないように、分散型電源から入力される電力を制御し絞り込むことで、電力制御装置の出力電力を絞り込む。この場合、電力系統は電力消費部へ電力を供給せず、また逆潮流も起きない状態が保持される。

　ここで、電力制御装置は、電力系統に発生した停電、電圧変化、周波数変化などの系統異常を検出する異常検出部を備えている。異常検出部が異常を検出した場合、電力制御装置は、分散型電源から入力される出力電力を絞り込んだり、停止することで、電力系統への負担を軽減して、電力系統を保護する。

　たとえば、電力系統において事故が発生して、電力系統からの給電が停止した場合、分散型電源からの電力のみが電力消費部に供給される単独運転状態となる。異常検出部はこのような単独運転を検出し、速やかに電力制御装置の出力を停止する。

特許第２７９０４０３号公報 特許第２７９６０３５号公報

　ところで、電力制御装置が、異常検出に応じて、分散型電源からの入力電圧を絞り込んだり、停止すると、電力消費部への電力供給量が所要電力量に対して不足する場合がある。このとき、電力消費部は、電力系統から不足した電力の供給を受けようとする。

　しかし、電力系統が停電等で出力を停止している場合には、分散型電源は電力供給力があるにもかかわらず、電力消費部への電力供給が全て停止してしまう。また、電力系統が出力は停止していないが不安定な状態にある場合には、もともと供給していた電力に加え、さらに不足した電力を電力系統から電力消費部へ供給しようとするため、電力系統に負担がかかり、より不安定な状況を招く。

　このように、電力系統の不安定→電力制御装置による出力の絞込み→電力消費部の電力不足→電力系統の供給電力の増加が生じると、電力系統の周波数や電圧等が低下することで電力系統がさらに不安定化する悪循環を招き、電力系統に用いられている同期機が脱調する等、電力系統崩壊を起こす可能性がある。

　上記は太陽光発電システムや燃料電池システムの容量が、電力系統の容量に対し充分小さい場合には、問題にならない。しかし現在、太陽光発電システムや燃料電池システム等の普及が進み、電力系統に連系させるための電力制御装置の導入量が、加速度的に増加することが予想されている。これは、電力系統の容量に対し、分散型電源の容量の比率が非常に大きくなることを意味し、その場合、上記の問題が生じる。

　また、分散型電源には、ＣＯ_２削減を目的として導入された低炭素型の自然エネルギーが用いられることが多く発電量は天候等により左右される。仮に分散型電源から大きな発電量が得られる状態であっても、電力系統が不安定になると従来の構成では電力制御装置が供給量を制限若しくは停止しなければならず、環境面からも大きな損失である。

　本発明の実施形態は、上記の課題を解消するために提案されたものであり、その目的は、発電部が連系している電力系統に異常が発生した場合に、発電部からの電力供給を制限若しくは停止することなく、また不安定となった電力系統を切り離すことで電力系統の安定化に寄与する連系系統技術を提供することにある。

　上記の目的を達成するために、発電部と電力系統に接続され、前記電力系統から入力される情報に基づいて生成される基準波形により連系する電力制御装置に接続された連系系統切替装置は、以下の特徴を有する。
　(1) 前記電力系統の異常を検出する異常検出部
　(2) 前記異常検出部が異常を検出した場合、前記基準波形の生成元となる情報を、前記電力系統からの情報とは別の情報に切り替える切替部

第１の実施形態の連系系統切替装置を示すブロック図 第１の実施形態が電力制御装置に構成された例を示すブロック図 第１の実施形態の電力系統の異常検出時を示す模式図 第１の実施形態の補助系統への切替時を示す模式図 第１の実施形態の補助系統の異常検出時を示す模式図 第１の実施形態の電力系統への復帰時を示す模式図 第２の実施形態の電力系統の異常解消判定時を示す模式図 第２の実施形態の電力系統への復帰時を示す模式図 第３の実施形態の連系系統切替装置を示すブロック図 第３の実施形態の電力系統の異常検出時を示す模式図 第３の実施形態の補助系統への切替時を示す模式図 第３の実施形態の補助系統の異常検出時を示す模式図 第３の実施形態の正常な系統の判定時を示す模式図 第３の実施形態の補助系統への切替時を示す模式図 第４の実施形態の連系系統切替装置を示すブロック図 第４の実施形態が電力制御装置に構成された例を示すブロック図 第４の実施形態の電力系統の異常検出時を示す模式図 第４の実施形態の仮想系統への切替時を示す模式図

［１．第１の実施形態］
［構成］
［分散型電源システム］
　本実施形態が適用される分散型電源システムの構成を、図１を参照して説明する。本システムは、給電路を介して電力系統１、補助系統２、発電部３、電力消費部４が接続されるとともに、電力制御装置５０と連系系統切替装置６０とを備えた電力制御システムを有している。

　電力系統１は、発電所において発電した電力を変電し、送電するシステムである。一般的な商用電力系統を適用できる。補助系統２は、電力系統１とは独立した電源系統（第２の電力系統）である。この補助系統２には、電力系統１とは異なる電力系統、蓄電システム、発電システムが含まれる。補助系統２に用いられる電源としては、各種の発電装置、蓄電池が含まれる。

　たとえば、補助系統２としては、ビルや工場等の大規模施設や、電源の信頼性を必要とするデータセンタ等の場合に、一般的に備えているバックアップ用の電力系統を適用できる。また、ディーゼル発電機等の交流発電装置や、インバータ等の電力変換装置を介して接続される直流発電装置や蓄電池を、補助系統２に適用することもできる。

　発電部３は、電力系統１に連系可能な分散型電源である。発電部３には、たとえば、太陽光、風力、潮力等の再生可能エネルギーを電力に変換する装置が含まれる。また、燃料電池、自家用発電機も発電部３に含まれる。

　電力消費部４は、給電路を介して、電力系統１及び発電部３若しくは補助系統２及び発電部３から供給された電力を消費する装置である。この電力消費部４には、一般的な電力負荷が含まれる。たとえば、照明、空調機等の電気機器は、電力消費部４に含まれる。

　電力制御装置５０は、発電部３に接続され、発電部３から出力される直流電圧の昇圧、直流電力から交流電力へ変換することにより、電力系統１と連系する処理部である。この電力制御装置５０は、直流の変圧用のＤＣ－ＤＣコンバータ機能、交流への変換用のインバータ機能、過電圧継電器相当の機能や不足周波数継電器相当の機能などの電力系統保護機能を有する。発電部３が交流の場合は、電力制御装置５０は発電部３から出力される交流電力の周波数や電圧を変換し、電力系統１と連系する場合もある。

　また、電力制御装置５０は、電力系統保護機能を実現するためには、系統の異常を検出する検出部を有している。この検出部は、電力系統１の電圧、電流、周波数変化などに基づいて、電力系統１の異常を検出する処理部である。異常検出の手法は、後述するように、種々の手法がある。

［連系系統切替装置］
　本実施形態の連系系統切替装置６０は、電力系統１及び補助系統２と、電力制御装置５０との間の電力消費部４への給電路に接続されている。この連系系統切替装置６０は、配電盤に構成されている場合や、電力制御装置５０に構成されている場合などが考えられる。

　連系系統切替装置６０は、異常検出部６２、接続切替部６３（切替部）を有する。異常検出部６２は、電力系統１の電圧、電流、周波数変化などに基づいて、電力系統１の異常の有無を検出する処理部である。異常検出部６２による異常検出の手法は、後述するように、種々の手法が適用できる。他にも、連系系統切替装置６０は、図示しないネットワークを介して、上位の電力管理システム等の外部のシステムに接続し、外部のシステムからの情報や指令に基づいて、電力系統１または補助系統２の異常検出とみなしてもよい。これには、たとえば、先述の通り顕在化した異常だけでなく、電力系統１の配線に対する雷雲の接近等といった、潜在的に異常を招く原因となる情報を得て、これを異常として検出することが考えられる。

　なお、電力制御装置５０と連系系統切替装置６０が別々に構成される場合であって、異常検出に、所定のしきい値が設定される場合、電力制御装置５０の検出部のしきい値よりも、異常検出部６２のしきい値を、低い値とする、または電力制御装置５０の検出部の検出時限よりも異常検出部６２の検出時限を短くすることなどが考えられる。これにより、異常検出部６２は、通常の電力制御装置５０による異常検出よりも、低いレベルで異常と判定することができる。

　接続切替部６３は、電力系統１及び補助系統２からの給電路に接続され、異常検出部６２が異常を検出した場合に、電力消費部４への電力の供給源を電力系統１から補助系統２へ切り替える処理部である。また、接続切替部６３は、補助系統２から電力系統１への切り替えによる復帰も行うことができる。この接続切替部６３としては、遮断器を適用できる。

　本実施形態においては、電力系統１から入力される情報に基づいて生成される基準波形により、電力制御装置５０を電力系統１に連系させる。この基準波形はインバータ回路を駆動するＰＷＭパルスの基準となる波形である。基準波形の生成元となる（基準波形を生成するための）情報は、電力系統の位相を反映した波形を生成するための信号を広く含む。このため、電力系統１若しくは補助系統２から検出される電圧の波形信号、周波数信号、位相信号、有効電力、無効電力等を含む。このため、電力系統１及び補助系統２は、基準波形の生成元となる情報の発生源として捉えることができる。なお、電圧の最高値（若しくは最低値）と、ゼロ点の時間情報又はゼロから正（若しくは負）にバイアスをかけた点の時間情報があれば、これに基づいて基準波形を作ることができるので、かかる情報も基準波形の生成元となる情報に含まれる。

　本構成では、連系する電力系統１または補助系統２への電気的な接続を、接続切替部６３で切り替えた場合、基準波形の生成元となる情報の読み先が切り替えられるため、接続切替部６３は読先切替部としても機能する。

［電力制御システムの具体例］
　上記の連系系統切替装置６０を、電力制御装置５０の機能の一つとして構成した電力制御システムの一例を、図２を参照して説明する。なお、この例では、連系系統切替装置６０の異常検出部６２は、電力制御装置５０の検出部と共通となる。

　この電力制御装置５０は、発電部３と電力系統１及び補助系統２との間に設けられている。電力制御装置５０と電力系統１及び補助系統２との間には、接続切替部６３が設けられている。また、接続切替部６３の電力系統１に対する下流側には、接続スイッチ３ａが設けられており、電力制御装置を電力系統から電気的に切り離し可能となっている。さらに、電力消費部４は一般的に、接続切替部６３と接続スイッチ３ａとの間に接続される。

　電力制御装置５０は、発電部３が生成した直流電力を交流電力に変換した上で、電力系統１に送出するために、インバータ回路５を有している。なお、直流の変圧用のＤＣ－ＤＣコンバータについては、説明を省略する。

　インバータ回路５には、パルス発生器７が接続されている。パルス発生器７は、基準波形に基づいて、電流検出部８によって検出された現在の電流値を考慮したＰＷＭパルスを発生することで、インバータ回路５を駆動する。基準波形は、基準波形生成部１０によって生成される。基準波形生成部１０は、波形生成部１０Ａ、出力部１０Ｂを有している。なお、本実施形態の基準波形生成部１０は、後述する能動式単独運転検出部１９を有しているが、これは必須ではない。

　波形生成部１０Ａは、基準波形の元となる情報に基づいて、波形を生成する処理部である。ここで生成される波形は、基準波形と同位相の波形であり、同期信号とも呼ぶことができる。この波形生成部１０Ａは、電圧検出部１０ａ、位相解析部１０ｂ、力率制御部１０ｃを有している。電圧検出部１０ａは、系統電圧の波形を検出する処理部である。位相解析部１０ｂは、電圧検出部１０ａが検出した系統電圧の波形から位相を解析する処理部である。力率制御部１０ｃは、電流の位相との関係で、力率を制御する処理部である。

　基準波形の元となる情報は、種々のものが考えられる。本実施形態においては、電力系統１若しくは補助系統２の系統電圧の波形としている。ただし、後述する実施形態で示すように、波形生成部１０Ａが生成する波形（同期信号）を、模擬的に生成した信号であってもよい。また、系統電圧の波形を模擬的に生成した信号であってもよい。出力部１０Ｂは、波形生成部１０Ａによって生成された波形（同期信号）に、バイアスをかけて出力する処理部である。

　さらに、電力制御装置５０は、単独運転を検出する機能として能動式単独運転検出部１９と受動式単独運転検出部２０とを備えている。受動式単独運転検出部２０は、電圧検出部１０ａに直接接続され、能動式単独運転検出部１９は、上記のように、波形生成部１０Ａと出力部１０Ｂとの間に介在している。

　また、能動式単独運転検出部１９と受動式単独運転検出部２０には、切替制御部２１が接続されている。この切替制御部２１は、パルス発生器７のゲートブロック、接続切替部６３、切替スイッチ１６の切り替えを制御する。なお、切替スイッチ１６、電流制御部１５及び電圧制御部１３の機能については、第４の実施形態で説明する。

　能動式単独運転検出部１９と受動式単独運転検出部２０は、発電部３の単独運転を検出する。単独運転とは、発電部３が連系している電力系統１が事故等によって系統電源と切り離された場合に、発電部３が単独で運転を継続し、系統負荷に対して電力を供給している状態をいう。換言すると、単独運転とは、電力系統１が電力供給を停止している間も、発電部３と負荷とが釣り合った状態で発電部３が停止していない状態をいう。

　能動式の単独運転検出方式は、単独運転発生時に出力に特定の変動を与える特性を基準波形に持たせることで、その変動を検出する方式である。たとえば、能動式単独運転検出部１９は、電圧検出部１０ａで検出された系統電圧の周波数やその変化率に応じて、系統電圧に対する出力電流の位相を変化させるように、基準波形生成部１０を制御する。この制御によって、能動式単独運転検出部１９は、電力制御装置５０が出力する無効電力を変え、周波数の変化を助長させて、周波数変化率が過大となるかを、所定のしきい値との比較で判定する。

　受動式の単独運転検出方式は、系統から検出される電圧の変化を検出する方式である。より具体的には、受動式単独運転検出部２０は、電圧検出部１０ａが検出したインバータ回路５の出力電圧の波形を監視し、電圧、周波数、電圧波形の位相等が正常範囲から逸脱しているか、所定のしきい値との比較で判定する。

　能動式単独運転検出部１９と受動式単独運転検出部２０は、発電部３の単独運転を検出すると、切替制御部２１によってゲートブロックと接続切替部６３への切替指示を行う。つまり、能動式単独運転検出部１９及び受動式単独運転検出部２０は、異常の検出に応じて接続切替部６３を切り替える異常検出部６２に相当する。

［作用］
　以上のような本実施形態の作用を、図３～８を参照して説明する。まず、通常時は、図３に示すように、接続切替部６３は、電力系統１との接続状態にある。そして、電力制御装置５０は、電力系統１からの入力される情報（系統電圧の波形）に基づいて生成される基準波形により、発電部３を電力系統１に連系させている。

　このため、電力消費部４は、発電部３とともに電力系統１から必要な電力の供給を受けている。電力消費部４で、発電部３の電力が余剰する場合は、電力制御装置５０によって出力を絞るか、または余剰電力を電力系統１へ逆潮流させる。

　次に、電力系統１において、停電等の異常が発生した場合を説明する。この場合、異常検出部６２が、電力系統１の異常を検出する。すると、図４に示すように、異常検出部６２からの信号Ｓ１に基づいて、接続切替部６３は、電力の供給源（基準波形の生成元となる情報の発生源）を、補助系統２へ切り換える。

　たとえば、上記の図２の具体例では、電圧検出部１０ａが検出した電圧に基づいて、能動式単独運転検出部１９若しくは受動式単独運転検出部２０が、単独運転を検出する。すると、切替制御部２１が、接続切替部６３への切替信号を出力するので、接続切替部６３による切り替えが行われる。

　このように、接続切替部６３の切り替えが行われると、電力制御装置５０は、補助系統２から入力される系統電圧の波形に基づいて生成される基準波形により、発電部３を補助系統２と連系し、電力消費部４への電力供給を継続できる。

　なお、異常検出部６２は接続切替部６３の系統電力側の異常を検出するため、切り替え後は、異常検出部６２は、図５に示すように、補助系統２側の異常を検出できる。

　したがって、図６に示すように、異常を検出した異常検出部６２からの信号Ｓ１により、接続切替部６３は、補助系統２から電力系統１へ再度切り替えることもできる。このような切り替えは、たとえば、図５に示すように、異常検出部６２が、上位のシステムからの情報Ｄ１に基づいて、電力系統１が正常に戻っていると判定できた場合にのみ行うことが考えられる。

［効果］
　以上のような本実施形態によれば、異常の発生前に電力系統１が行なっていた連系を、補助系統２が継続して行うため、電力制御装置５０は出力を停止することなく運転を継続できる。また、電力消費部４への電力供給が寸断されることはない。

　電力制御装置５０は、電力供給を抑制若しくは停止させる必要がないため、低炭素型エネルギーを無駄にすることがない。

　さらに不安定になった電力系統１からは、発電部３及び電力消費部４が切り離される。このため、大規模系統崩壊を招く可能性のある系統への悪循環が阻止される。特に、電力制御装置５０の異常検出のしきい値よりも、異常検出部６２による異常検出のしきい値を低く設定した場合、通常の異常前に切り替えが可能となる。つまり、系統へ悪影響を与える事態に至る蓋然性が高い場合に、これを未然に防止することができる。

［２．第２の実施形態］
［構成］
　本実施形態は、基本的には、上記の第１の実施形態と同様の構成である。ただし、本実施形態においては、図７に示すように、異常検出部６２として、接続切替部６３の電力系統１及び補助系統２側の給電路に夫々、検出部６２ａ、６２ｂが設けられている。

［作用］
　以上のような本実施形態の作用を、図７及び図８を参照して説明する。まず、電力系統１の異常が発生した場合、上記と同様に、接続切替部６３が、補助系統２へ切り替える。

　この状態において、図７に示すように、検出部６２ａが電力系統１の異常が解消したことを検出する。すると、図８に示すように、検出部６２ａからの信号Ｓ１により、接続切替部６３は、電力系統１側へ接続を戻す。

［効果］
　以上のような本実施形態によれば、補助系統２は、電力系統１より容量が少ないなどの理由で、あくまで補助的な位置付けとしたい場合、電力系統１の異常が解消したら、接続切替部６３を電力系統１側へ自動的に再接続する。このため、可能な限り、電力系統１からの電力供給を受けることができる。また、より安定な電力系統１を優先的に利用したい場合などに、連系する電力系統１を選択的に決定することができる。

［３．第３の実施形態］
［構成］
　本実施形態は、基本的には、上記の第１の実施形態と同様の構成である。ただし、本実施形態においては、図９に示すように、接続切替部６３に、複数の補助系統２ａ、２ｂが接続されている。接続切替部６３は、電力消費部４への電力の供給源を、電力系統１から、補助系統２ａ、２ｂのいずれかに切り替えることができる。

　また、第２の実施形態と同様に、図１０に示すように、異常検出部６２として、接続切替部６３の電力系統１及び補助系統２ａ、２ｂ側の給電路には、検出部６２ａ、６２ｂ、６２ｃが設けられ、それぞれ電力系統１及び補助系統２ａ、２ｂの状態を監視している。

　また、本実施形態は、図９に示すように、接続切替部６３が切り替える補助系統２ａ、２ｂの優先順位を設定した設定部６８を有している。この優先順位は、あらかじめ決定された静的なものであっても、状態に応じて変化する動的なものであってもよい。たとえば、系統の規模、供給可能な電力、商用系統か発電装置か蓄電池かといった種類、過去の統計上の安定度等に応じて、任意の優先順位を設定しておいてもよい。また、電圧や周波数の安定性などから即時的または逐次的に推定される、最も安定した系統を優先させてもよい。また、安定性のほぼ等しい系統においては、静的または動的に決定される電力コストが最も安くなる系統を優先させてもよい。

［作用］
　以上のような本実施形態の作用を、図１０～図１４を参照して説明する。まず、図１０に示すように、電力系統１の異常が発生した場合には、接続切替部６３による切り替えが行われる。この切り替えは、設定部６８に設定された優先順位に従う。たとえば、図１１に示すように、補助系統２ｂへ切り替える。

　また、図１２に示すように、補助系統２ｂの異常が発生した場合、接続切替部６３は、さらに切り替えを行う。この切り替えも、設定部６８に設定された優先順位に従う。たとえば、図１３に示すように、補助系統２ａへの切り替えを行う。このように、電力制御装置５０は、発電部３を補助系統２ａと連系させて、電力消費部４への電力供給を継続させる。

　なお、優先順位を動的に設定する場合、図１４に示すように、各系統の電圧、周波数、電流などや外部指令に基づいて、異常検出部６２が最も安定していると判定した系統の優先順位を、設定部６８が高く設定する。これにより、接続切替部６３は、最も安定した系統に切り替えることができる。

［効果］
　以上のような本実施形態によれば、複数の補助系統２ａ、２ｂへの接続を可能とすることで、システムに冗長性を持たせ、電力供給を継続できる可能性を高めることができる。また、より安定している可能性が高い若しくは実際に安定している系統に切り替えることができるので、発電部３を、より安定して継続運転させることができる。

　なお、補助系統２ａ、２ｂを、外的な要因による影響が異なる種類の系統とすることにより、安定した系統が存在する可能性を高めることができる。さらに、補助系統の数は、２つには限定されない。３つ以上とすることにより、より安定した系統を確保できる可能性を高めることができる。

［４．第４の実施形態］
［構成］
　本実施形態の構成を、図１５、図１６を参照して説明する。本実施形態の連系系統切替装置６０には、図１５に示すように、仮想系統８０が接続されている。この仮想系統８０は、電力系統１が出力している情報若しくはこの情報に基づいて基準波形を生成するための情報を模擬した仮想的な情報を出力する処理部である。つまり、仮想系統８０は、基準波形の生成元となる情報を模擬的に生成して出力する。

　たとえば、仮想系統８０は、異常が発生していない正常な状態の電力系統１からの情報をバッファ等の記憶部に蓄積していて、異常発生後に、蓄積した情報に基づいて生成した仮想の同期信号を出力することができる。

　そして、本実施形態は、異常検出部６２が異常を検出した場合に、電力制御装置５０に入力する情報の発生源を、電力系統１から仮想系統８０に切り替える読先切替部６９（切替部）が設けられている。読先切替部６９により、基準波形の生成元となる情報の読み先が切り替えられる。

　また、電力制御装置５０と電力系統１との間の給電路には、解列部７０が設けられている。解列部７０は、異常検出部６２が異常を検出した場合に、電力系統１を解列する遮断器である。本構成では、解列部７０が上記の実施形態の接続切替部６３に相当する。

　ここで、仮想系統８０が接続された連系系統切替装置６０のより具体的な例を、図１６を参照して説明する。図１６は、基本的には、上記の第１の実施形態の図２で示した電力制御装置５０と同様である。

　ただし、本実施形態では、電圧検出部１０ａと出力部１０Ｂとの間に、位相解析部１０ｂ、力率制御部１０ｃ、能動式単独運転検出部１９と並列に、仮想情報生成部２２が接続されている。仮想情報生成部２２は、基準波形の生成元となる情報を仮想的に生成する処理部である。たとえば、仮想情報生成部２２は、正常時の電力系統１の電圧の波形信号を記憶していて、これに基づいて仮想の波形（同期信号）を生成する。つまり、この例では、仮想情報生成部２２は、正常時に波形生成部１０Ａが生成する波形（同期信号）を模擬的に生成する。この仮想情報生成部２２が、仮想系統８０に相当する。

　仮想情報生成部２２及び能動式単独運転検出部１９と、出力部１０Ｂとの間には、読先切替部６９が設けられている。読先切替部６９は、基準波形の生成元となる情報の読み先を切り替える機能を持つ。また、パルス発生器７と、電圧制御部１３及び電流制御部１５との間には、切替スイッチ１６が設けられている。切替制御部２１からの切替信号により、読先切替部６９は、基準波形生成部１０への接続を、能動式単独運転検出部１９から仮想情報生成部２２に、切替スイッチ１６は、パルス発生器７への接続を、電流制御部１５から電圧制御部１３に切り替える。

　また、電力制御装置５０と電力系統１との間には、解列部７０が設けられている。この解列部７０は、切替制御部２１からの切替信号により、電力系統１を解列する。

［作用］
　以上のような本実施形態の作用は、以下の通りである。まず、通常時は、解列部７０は、電力系統１との接続状態にあり、電力消費部４は、発電部３から、必要な電力の供給を受けている。また、発電部３で発電され、電力消費部４で消費されない余剰電力があった場合、余剰電力は電力系統１へ逆潮流されている。このとき、読先切替部６９は、基準波形の生成元となる情報の発生源としての電力系統１側（能動式単独運転検出部１９側）に接続され、パルス発生器７は、電流制御部１５より指令を受けパルス信号を発生している。

　図１７に示すように、異常検出部６２が電力系統１の異常を検出した場合、図１８に示すように、読先切替部６９は、基準波形の生成元となる情報の発生源を、電力系統１から仮想系統８０へ切り替え、切替スイッチ１６は、パルス発生器７への接続を電流制御部１５から電圧制御部１３に切り替える。また、解列部７０は、電力系統１を解列する。

　たとえば、図１６に示した具体例では、仮想情報生成部２２が生成して出力した同期信号に、出力部１０Ｂがバイアスをかけて基準波形として出力する。これは、図１７、図１８に示すように、第１の実施形態における補助系統２からの情報に基づいて生成できる同期信号を、仮想情報生成部２２が生成することで、電力制御装置５０が仮想系統８０と連系している状態と見做すことができる。そのため、電力制御装置５０は、連系状態と同様に発電部３からの電力を供給し続けることができる。

　なお、電力制御装置５０は切替スイッチ１６を電圧制御部１３側に切り換え、電圧制御を行う。

　これは、以下の理由による。正常時には、電力消費部４へ供給する電圧は、連系している系統が与えているので、現実に連系している電力系統１が存在している状態では、電圧を自律的に決定する必要はない。

　しかし、仮想の同期信号により生成される基準波形による運転中は、供給電圧を決定する現実の電力系統１が存在しないため、電力消費部４の状態に応じて電圧が変動しないように、電圧を自律的に維持する必要がある。このため、仮想の同期信号により生成される基準波形による運転に切り替わった場合には、電圧制御への切り替えが行われる。

［効果］
　以上のような本実施形態によれば、異常の発生前に電力系統１から生成できる同期信号を模擬した仮想の同期信号に基づく基準波形を用いて、電力制御装置５０が発電部３による電力供給を継続して行うことができる。このため、電力消費部４への電力供給が寸断されることはない。また、不安定になった電力系統１からは、解列部７０によって、発電部３及び電力消費部４が切り離されるため、補助系統などの追加設備を設けることなく、上記の実施形態と同様の効果が得られる。

　電力消費部４へ供給される電力は、発電部３から出力される電力に限られる。しかし、電力制御装置５０のみで電力消費部４への電力供給を継続できるので、実際に電力を供給する系統をあらかじめ用意する必要がなくなる。このため、小規模な電力設備のみで、第１の実施形態と同様の効果を得ることができ、コストや設置スペースを節約できる。

［５．他の実施の形態］
　本実施形態は、上記のような態様には限定されない。
（１）電力系統から補助系統に切り替えた後は、必ずしも電力系統に戻す必要はない。補助系統において、十分な電力量を確保できる場合には、補助系統による供給を継続させてもよい。電力系統に戻す場合にも、そのタイミングを、電力消費部による消費電力量が少ない時間帯としてもよい。

（２）補助系統は、電力系統よりも供給電力量や安定性において劣っている必要はない。電力系統よりも同等若しくは大きな電力を安定的に供給できる場合にも、補助系統として利用することができる。

（３）電力消費部が存在しないシステムの場合にも、本実施形態は適用できる。たとえば、発電部から供給される電力を、全て逆潮流させているような場合であっても適用可能である。この場合、電力系統との連系を補助系統に切り替えて、逆潮流を継続させることができる。

（４）電力系統、補助系統、仮想系統が出力する情報のうち、基準波形の生成元となる情報としては、上記の実施形態で例示した態様には限定されない。たとえば、上記の第４の実施形態における仮想情報生成部２２が、バッファ等の記憶部に蓄積した系統電圧の波形信号に基づいて、これを模擬した電圧波形の信号を、位相解析部１０ｂに出力してもよい。この場合、読先切替部６９は、位相解析部１０ｂに入力される電圧波形の出力元を、電圧検出部１０ａから仮想情報生成部２２に切り替える位置に接続される。また、仮想情報生成部２２は、位相解析部１０ｂによる解析後の情報を、力率制御部１０ｃに出力してもよい。この場合、読先切替部６９は、力率制御部１０ｃに入力される電圧波形の出力元を、位相解析部１０ｂから仮想情報生成部２２に切り替える位置に接続される。なお、上記の通り、電圧の最高値（若しくは最低値）と、ゼロ点の時間情報又はゼロから正（若しくは負）にバイアスをかけた点の時間情報があれば、基準波形を生成できる。

（５）連系系統切替装置は、配電盤等に構成して、ＰＣＳとは別に構成することができる。また、上記の図２及び図１６に例示したように、電力制御装置及び連系系統切替装置を、ＰＣＳと一体で構成したシステムとすることもできる。このような電力制御装置及び連系系統切替装置を構成する各部の全部若しくは一部は、コンピュータを所定のプログラムで制御することによって実現できる。この場合のプログラムは、コンピュータのハードウェアを物理的に活用することで、上記のような各部の処理を実現するものである。

　上記の各部の処理を実行する方法、プログラム及びプログラムを記録した記録媒体も、実施形態の一態様である。また、ハードウェアで処理する範囲、プログラムを含むソフトウェアで処理する範囲をどのように設定するかは、特定の態様には限定されない。上記の各部のいずれかを、それぞれの処理を実現する回路として構成することも可能である。

（６）異常検出部や判定部による異常検出の手法等は、現在又は将来において利用可能なあらゆる方式に適用可能である。たとえば、能動式単独運転検出部の検出方式としては、周波数シフト方式、スリップモード周波数シフト方式、有効電力変動方式、無効電力変動方式、負荷変動方式等がある。受動式単独運転検出部の検出方式としては、電圧位相跳躍検出、３次高調波歪急増検出、周波数変化率検出等がある。

（７）本明細書において、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、第１乃至第４の実施形態の全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…電力系統
２、２ａ、２ｂ…補助系統
３…発電部
３ａ…接続スイッチ
４…電力消費部
５…インバータ回路
６…高調波フィルタ回路
７…パルス発生器
８…電流検出部
１０…基準波形生成部
１０Ａ…波形生成部
１０Ｂ…出力部
１０ａ…電圧検出部
１０ｂ…位相解析部
１０ｃ…力率制御部
１３…電圧制御部
１６…切替スイッチ
１９…能動式単独運転検出部
２０…受動式単独運転検出部
２１…切替制御部
２２…仮想情報生成部
５０…電力制御装置
６０…連系系統切替装置
６２…異常検出部
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ…検出部
６３…接続切替部
６８…設定部
６９…読先切替部
７０…解列部
８０…仮想系統

Claims (10)

1. 　発電部と電力系統に接続され、前記電力系統から入力される情報に基づいて生成される基準波形により連系する電力制御装置に接続され、
   　前記電力系統の異常を検出する異常検出部と、
   　前記異常検出部が異常を検出した場合、前記基準波形の生成元となる情報を、前記電力系統からの情報とは別の情報に切り替える切替部と、
   　を有することを特徴とする連系系統切替装置。
2. 　前記電力系統からの情報とは別の情報は、前記電力系統とは異なる第２の電力系統から入力される情報であることを特徴とする請求項１記載の連系系統切替装置。
3. 　前記第２の電力系統は、複数であることを特徴とする請求項２記載の連系系統切替装置。
4. 　前記切替部が、複数の前記第２の電力系統からの情報のいずれかに切り替える優先順位が設定された設定部を有することを特徴とする請求項３記載の連系系統切替装置。
5. 　前記異常検出部が、前記電力系統の異常が解消したと判定した場合に、前記切替部が、前記基準波形の生成元となる情報を、前記電力系統からの情報に戻すことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の連系系統切替装置。
6. 　前記電力系統からの情報とは別の情報は、前記異常検出部による異常が検出されていない状態での前記基準波形の生成元となる情報を、仮想の電力系統が模擬した情報であることを特徴とする請求項１記載の連系系統切替装置。
7. 　前記異常検出部が、前記基準波形の生成元となる情報に基づいて、前記電力系統の異常を検出するためのしきい値が設定され、
   　前記しきい値は、前記電力制御装置が電力の供給を停止するためのしきい値よりも低いことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の連系系統切替装置。
8. 　発電部を、基準波形に基づいて電力系統に連系させる電力制御装置と、
   　前記電力系統の異常を検出する異常検出部と、
   　前記異常検出部が異常を検出した場合、前記基準波形の生成元となる情報を、前記電力系統からの情報とは別の情報に切り替える切替部と、
   　を有することを特徴とする電力制御システム。
9. 　前記発電部が、分散電源であり、前記電力制御装置に接続されていることを特徴とする請求項８記載の電力制御システム。
10. 　前記切替部は、安定性又は電力コストに基づいて、前記電力系統及び前記第２の電力系統からの情報のいずれかに切り替えることを特徴とする請求項２記載の連系系統切替装置。

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