JP2000232736A

JP2000232736A - 連系分散型発電システム

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Publication number: JP2000232736A
Application number: JP11035051A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Okita; 美久沖田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2000-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】発電装置の設置場所、周辺負荷及び制御時定
数による影響を受ることなく、連系点電圧を設定値内に
抑え得る分散型発電システムを提供する。【解決手段】発電装置７、９において、電力変換装置
１５は、発電源１３の発電電力を、配電系統１と連系運
転可能な電力に変換して配電系統１に供給する。制御部
１７は電力変換装置１５を制御する機能と、外部と通信
する通信機能とを有する。通信機能は発電装置７、９の
運転電圧情報Ｓ１を外部に送信し、かつ、外部から供給
される信号Ｓ２を受信する機能を含む。中央装置１１は
制御部１７から送信される運転電圧情報Ｓ１を監視し、
運転電圧情報Ｓ１をもとに発電装置７、９のぞれぞれに
対応する遠隔制御信号を演算し、演算された遠隔制御信
号Ｓ２を発電装置７、９のそれぞれに与えて、その運転
を遠隔制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光発電などを
用いた分散型発電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、太陽光発電などに代表される発電
装置の普及が進展しつつある。法制度や技術指針の整備
などにより、発電装置からの電力系統に対する逆潮流が
認められ、発電装置の発電電力のうち、余剰の電力は、
電力系統内の他の負荷に融通することが可能となった。

【０００３】逆潮流運転では、発電装置の余剰の発電電
力を、有効に利用できるというメリットがあるが、その
反面、発電装置が逆潮流運転を開始すると、連系点を中
心に局部的に電圧が上昇し、電気事業法で定められた電
圧供給管理基準を逸脱する恐れがあり、各発電装置は電
圧上昇のための対策を行う必要がある。現状では電気事
業法によって、需要家の引込柱における供給電圧が１０
０Ｖ系の場合１０１Ｖ±６Ｖ，２００Ｖ系の場合では２
０２Ｖ±２０Ｖの範囲に維持するよう定められているの
で、連系点における電圧のこの電圧範囲に維持しなけれ
ばならない。

【０００４】上述のような局部的な電圧上昇に対して
は、上位変電設備による対策が難しいため、ごく小容量
の発電装置を除いて、連系点の電圧上昇を防止する機能
を発電装置のそれぞれに持たせる必要があり、出力電圧
変動に関しては、常時の監視と制御が要求される。

【０００５】分散型電源系統連系技術指針（社団法人日
本電気協会）では、発電装置が上記のような逆潮流を実
施するための条件の一つとして、発電装置に電圧変動対
策を具備する必要があることが明記されており、電圧変
動の具体的な対策としては、出力電流の力率を調整して
無効電力成分（進相分）を注入する無効電力制御法と、
出力電力の有効成分を抑制する有効電力制御法などが推
奨されている。

【０００６】

【従来の技術の問題点】発電装置の普及が進み、発電装
置が配電系統内に高密度に設置されるようになると、従
来にはなかった様々な問題点が生じることが予想され
る。上述下発電装置の逆潮流による配電系統内各所の電
圧上昇は、特に大きな問題の一つである。

【０００７】第１５回太陽光発電システムシンポジウム
（主催：太陽光発電懇話会主催期間：１９９８年６月２
日〜６月４日会場：発明会館）では、以下のような具体
的な問題点が紹介された。

【０００８】発電装置が高密度で設置された場合、（１）個々の発電装置に電圧管理対策を施さない場合に
は数台の発電装置の逆潮流によって、電圧が容易に管理
基準を超えてしまう可能性がある。（２）電圧上昇に対する発電装置側での対策である無効
電力注入や、有効電力出力制限によるに電圧上昇抑制法
では、発電装置の設置場所（柱上トランスからの距離）
や、発電装置の制御時定数によって特定の発電装置の有
効電力出力が制限されたり、特定の発電装置に無効電力
が集中するなどの不平等の生じる可能性がある。

【０００９】上記の逆潮流による連系点電圧上昇の問題
は、配電線のインピーダンスによって発生するので、例
えば同一容量の２台の太陽光発電装置が同程度の日射が
得られる日射条件下で、同一配電系統内に接続された場
合、２台の発電装置は同じ発電能力を有しながら、変電
装置からの距離や発電装置の応答速度などの条件によっ
て発電電力量に差が生じる可能性があるというものであ
る。

【００１０】従来の太陽光発電システムや風力発電シス
テムなど、自然エネルギーを利用した発電システムで
は、その発電電力量が非常に不安定であるため、複数接
続された発電装置の発電電力分担を適当に制御する方法
としては、各発電装置の発電電力を、負荷に分配する方
式が有効である。このような考慮がなされた集中制御型
配電システムとしては特開平９−１３５５３６号公報な
どがある。しかしながら、配電系統内の上記のような電
圧維持の手法については考慮されていなかった。

【００１１】経済的に考えると、上記の２台の発電装置
の設置コストは同程度であるにもかかわらず、発電電力
の購入者によって支払われる売電電力量料金には上記の
ような発電電力量の差によって差額が生じ、不公平が発
生する。

【００１２】太陽光発電などの発電装置では、希薄な自
然エネルギーから電力を取り出すので、主要なエネルギ
ー源として有効活用するためには、多数を、大面積に設
置する必要があるが、上記のような経済的不公平のため
に、全体への普及が進まなければ、真にエネルギー問題
に貢献することはできない。

【００１３】上記の問題点の根本的な解決法としては、
配電線の増強を行うか、電気事業法で定められた供給電
圧管理基準の範囲をさらに広げるなどが考えられるが、
実現のためには、膨大な投資が必要で、直ちに電力系統
の全体に対策を施すことは難しい。

【００１４】そこで、本発明の課題は、複数の発電装置
が連系運転された場合にも、連系点電圧を管理基準内に
抑え、安全な運転を継続できる分散型発電システムを提
供することである。

【００１５】本発明のもう一つの課題は、個々の発電装
置の発電量に、設置場所や周辺負荷による不公平が生じ
ないようにし、システムの円滑な運営及び管理を行える
ように考慮された分散型発電システムを提供することで
ある。

【００１６】本発明の更にもう一つの課題は、発電装置
間に制御時定数の差があっても各発電装置の発電量に不
公平を生じない分散型発電システムを提供することであ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係る発電システムは、複数の発電装置
と、中央装置とを含む。前記発電装置のそれぞれは、電
力需要家に設備されるものであって、電力変換装置と、
制御部とを含み、同一の配電系統に分散して接続されて
いる。前記電力変換装置は、太陽電池等の発電源の発電
電力を、前記配電系統と連系運転可能な電力に変換して
前記配電系統に供給する。前記制御部は、前記電力変換
装置を制御する機能と、外部と通信する通信機能とを有
しており、前記通信機能は、少なくとも、前記発電装置
から出力される運転電圧の情報を外部に向けて送信し、
外部から供給される信号を受信する機能を含む。

【００１８】前記中央装置は、前記制御部の前記通信機
能により、少なくとも、前記制御部から送信される前記
運転電圧の情報を監視するとともに、前記運転電圧の情
報をもとに前記発電装置のぞれぞれに対応する遠隔制御
信号を演算し、演算された前記遠隔制御信号を前記発電
装置のそれぞれに与えて、その運転を遠隔制御する。

【００１９】上述したように、本発明に係る発電システ
ム及び配電システムでは、発電装置のそれぞれにおい
て、発電源の発電電力を、配電系統との連系運転可能な
電力に変換して配電系統に供給するので、電力需要家に
おいて、配電系統、及び、自己の所有する発電装置か
ら、自己の使用する電力機器に対して、電力を供給する
ことができる。また、発電装置の発電能力が、自己の使
用する電力機器における電力消費に対して、余剰となる
場合は、余剰電力を配電系統に供給し、売電による経済
的利益を得ることができる。

【００２０】余剰電力を配電系統に供給した場合は、逆
潮流を生じ、先に述べたように、種々の問題が生じる可
能性があることは前述した通りである。

【００２１】この問題を解決する手段として、本発明に
係る発電システムでは、制御部に、電力変換装置を制御
する機能の他、外部と通信する通信機能を持たせる。通
信機能は、発電装置の運転電圧の情報を外部に送信し、
外部から供給される信号を受信する機能を含む。

【００２２】一方、発電装置の上記構成に加えて、中央
装置を備える。中央装置は、発電装置に備えられた制御
部から送信される運転電圧を監視するとともに、運転電
圧の情報をもとに発電装置のぞれぞれに対応する遠隔制
御信号を演算し、演算された遠隔制御信号を発電装置の
それぞれに与えて、その運転を遠隔制御する。

【００２３】この構成によれば、中央装置により、各発
電装置の運転電圧を監視しながら、各発電装置に遠隔制
御信号を与えて、各発電装置の運転を、遠隔から一括制
御できる。この一括集中制御により、特定の発電装置に
電圧変動対策の負担が集中するのを回避し、複数の発電
装置が連系運転された場合にも、連系点電圧（運転電
圧）を管理基準内に抑え、安全な運転を継続することが
できる。

【００２４】しかも、発電装置全体で、電圧変動対策に
あたるので、個々の発電装置の発電量に、設置場所、周
辺負荷及び制御時定数による不公平が生じないように
し、システムの円滑な運営及び管理を行うことができ
る。

【００２５】本発明は、更に、運転電圧の具体的な制御
方式、発電装置に含まれる制御部、及び、中央装置の具
体的な構成についても開示する。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る分散型発電シ
ステムを有する配電システムのブロックである。配電シ
ステムは、少なくとも１つの配電系統１と、本発明に係
る発電システムとを含んでいる。配電系統１は、例えば
柱上トランス３等を介して、送電系統５に電気的に結合
されている。配電系統１は単相交流であってもよいし、
三相交流であってもよい。

【００２７】発電システムは、複数の発電装置７、９
と、中央装置１１とを含む。発電装置７、９の台数は、
図示では２台であるが、その数は任意である。発電装置
７、９のそれぞれは、電力需要家に設備されるものであ
って、発電源１３と、電力変換装置１５と、制御部１７
とを含み、同一の配電系統１に分散して接続されてい
る。発電装置７、９のそれぞれは、線路インピーダンス
Ｚ１、Ｚ３を持つ引込線１９、２０を経由して、引込点
（柱）Ｘ１、Ｘ２において、配電系統１に接続されてい
る。また、引込線１９、２０には各電力需要者の電力機
器２１が接続されている。

【００２８】電力変換装置１５は、発電源１３の発電電
力を配電系統１と連系運転可能な電力に変換して配電系
統１に供給する。発電源１３は太陽電池、風力発電等な
どである。電力変換装置１５は、スイッチング動作によ
り、発電源１３から供給される電力を、交流に変換する
ＤＣーＡＣ変換装置である。この種の電力変換装置１５
において、発電源１３の発電電力を配電系統１と連系運
転可能な電力に変換する技術は、既に知られているの
で、その詳細は省略する。

【００２９】制御部１７は、電力変換装置１５を制御す
る機能と、外部と通信する通信機能とを有する。通信機
能は、発電装置７、９から出力される運転電圧の情報を
外部に向けて送信し、外部から供給される信号を受信す
る機能を含む。図示は、されていないけれども、運転電
圧を検出するセンサ、電力変換装置１５の出力電流また
は入力電流を検出するセンサ等が備えられ、それらのセ
ンサによって得られた信号が制御部１７に供給される。

【００３０】制御部１７が外部と通信する通信機能とを
有いる点を除けば、発電装置７、９の基本的な動作や、
制御の方針については特開平８−１２３５６１号公報
や、分散型電源系統連系技術指針（社団法人日本電気協
会）などで既に公知である。

【００３１】中央装置１１は、制御部１７の通信機能に
より、制御部１７から送信される前記運転電圧を監視す
るとともに、運転電圧の情報をもとに発電装置７、９の
ぞれぞれに対応する遠隔制御信号を演算し、演算された
遠隔制御信号を発電装置７、９のそれぞれに与えて、そ
の運転を遠隔制御する。

【００３２】中央装置１１と、発電装置７、９とは信号
伝送線２３、２５によって接続されている。信号伝送線
２３、２５は異なる通信回線であってもよいし、同一の
通信回線であってもよい。通信手段としては、電話回線
や、電力ゲーブルなどの既設の回路網を使用することも
できるし、専用線を設置してもよい。また有線に限ら
ず、無線を利用してもよい。この実施例では、説明の明
確化のため、信号伝送線２３、２５を示した。信号伝送
線２３、２５を流れる信号は、アナログ信号であっても
よいし、デジタル信号であってもよい。

【００３３】上述したように、発電装置７、９のそれぞ
れにおいて、電力変換装置１５が、発電源１３の発電電
力を、配電系統１との連系運転可能な電力に変換して配
電系統１に供給するので、電力需要家において、配電系
統１、及び、自己の所有する発電装置７、９から、自己
の使用する電力機器２１に対して、電力を供給すること
ができる。また、発電装置７、９の発電能力が、自己の
使用する電力機器２１における電力消費に対して、余剰
となる場合は、余剰電力を配電系統１に供給し、売電に
よる経済的利益を得ることができる。

【００３４】余剰電力を配電系統１に供給した場合は、
逆潮流を生じ、先に述べたように、個々の発電装置７、
９に電圧管理対策を施さなければ、発電装置７、９の逆
潮流によって、電圧が容易に管理基準を超えてしまう可
能性があること、及び、電圧上昇対策として、無効電力
注入や、有効電力出力制限を加えた場合に、発電装置
７、９の設置場所や、発電装置７、９の制御時定数によ
って特定の発電装置７、９の有効電力出力が制限された
り、発電装置７、９の内の特定の発電装置に無効電力が
集中するなどの不平等の生じる可能性があることは、前
述した通りである。

【００３５】この問題を解決する手段として、図示され
た発電システムでは、電力変換装置１５を制御する制御
部１７に、電力変換装置１５を制御する機能の他、外部
と通信する通信機能を持たせる。通信機能は、発電装置
７、９から出力される運転電圧の情報を外部に送信し、
外部から供給される信号を受信する機能を含む。

【００３６】一方、発電装置７、９の上記構成に加え
て、中央装置１１を備える。中央装置１１は、制御部１
７のそれぞれに接続され、少なくとも、制御部１７から
送信される運転電圧を監視するとともに、運転電圧の情
報Ｓ１をもとに発電装置７、９のぞれぞれに対応する遠
隔制御信号を演算し、演算された遠隔制御信号Ｓ２を発
電装置７、９のそれぞれに与えて、その運転を遠隔制御
する。

【００３７】この構成によれば、中央装置１１により、
各発電装置７、９の運転電圧を監視しながら、各発電装
置７、９に遠隔制御信号Ｓ２を与えて、各発電装置７、
９の運転を、遠隔から一括制御できる。従って、発電装
置７、９のうち、特定の発電装置に電圧変動対策の負担
が集中するのを回避し、複数の発電装置７、９が連系運
転された場合にも、連系点電圧（運転電圧）を管理基準
内に抑え、安全な運転を継続することができる。

【００３８】しかも、発電装置７、９の全体で、電圧変
動対策にあたるので、個々の発電装置７、９の発電量
に、設置場所、周辺負荷または制御時定数等による不公
平が生じないようにし、システムの円滑な運営及び管理
を行うことができる。

【００３９】遠隔制御信号Ｓ２は、発電装置７、９の出
力有効電力を調整する有効電力調整信号と、発電装置
７、９の運転力率を調整する運転力率調整信号とを含む
ことができる。この場合は、運転電圧を所定の設定値内
に調整するに当たり、中央装置１１からの遠隔指令によ
り、無効電力を注入して、運転力率を調整し、次に、発
電装置７、９の出力有効電力を調整（制限）する２段階
遠隔制御を採用することができる。

【００４０】制御部１７は、中央装置１１による遠隔制
御とともに、自己の検出した運転電圧の情報に基づき、
電力変換装置１５を自力で制御し得る機能を有すること
が好ましい。この構成によれば、通信システムに異常を
生じた場合、中央装置１１からの遠隔制御信号Ｓ２を待
たずに、自力で電力変換装置１５を制御することができ
る。

【００４１】次に、図２、３を参照して、発電装置７、
９に含まれる制御部１７及び中央装置の具体的一例を説
明する。図２は図１に示された発電システムに用いられ
る発電装置７、９の一例を示すブロック図である。図に
おいて、図１に図示された部分と同一の構成部分につい
ては同一の参照符号を付してある。

【００４２】図示された制御部１７は、通信部５１と、
遠隔制御部５３と、出力制御部５５と、通信監視部５７
と、切替部５９と、電圧変動防止部６１と、論理判断部
６３と、保護部６７を含んでいる。これらの各部は、電
気回路として構成されるものであるが、ハードウエアと
して、独立の存在である必要はなく、１チップまたは複
数チップのデジタル信号処理装置またはアナログ信号処
理装置として実現することもできる。この場合は、各部
は、回路装置としてよりも、信号処理ステップとして考
慮するのが適当である。交流出力ラインには遮断器６７
が挿入されている。

【００４３】制御部１７に含まれる各構成部分のうち、
出力制御部５５、電圧変動防止部６１、論理判断部６
３、保護部６５及び遮断器６７等は、１９９５年度太陽
・風力エネルギー講演論文集Ｎｏ．１３等で既に知られ
ている。本発明の特徴は、上述した構成部分に、通信部
５１、遠隔制御部５３、通信監視部５７及び切替部５９
等を追加した点にある。

【００４４】通信部５１は、発電装置７、９における運
転電圧の情報Ｓ１を通信回線２３を通して中央装置１１
に送信し、中央装置１１から供給される信号Ｓ２を受信
する機能を有する。運転電圧の情報Ｓ１には、自身の出
力有効電力Ｐｎ、運転力率θｎ、連系点電圧Ｖｎ（ｎ＝
１，２，…）などの情報が含まれる。中央装置１１から
供給される遠隔制御信号Ｓ２には、運転力率信号Ｓθ、
有効電力出力率信号Ｓ（ξ）、停止信号φ等が含まれ
る。

【００４５】遠隔制御部５３は、中央装置１１から供給
される遠隔制御信号Ｓ２（θ、ξ、φ）により、中央装
置１１の指令する出力有効電力、出力無効電力となるよ
うに、電力変換部１５を制御する。

【００４６】制御部１７は、中央装置１１による遠隔制
御とともに、自己の検出した運転電圧の情報に基づき、
電力変換装置１５を自力で制御し得る機能を有すること
が好ましい。この構成によれば、通信システムに異常を
生じた場合、中央装置１１からの遠隔制御信号Ｓ２を待
たずに、自力で電力変換装置１５を制御することができ
る。

【００４７】このような構成に対応して、制御部１７
は、切替部５９を含む。この切替部５９により、自力制
御と、遠隔制御との切替を行うようにする。切替部５９
の可動接点７１が固定接点７３に切り替えられ、遠隔制
御部５３に接続された場合は、遠隔制御が行われる。可
動接点７１が固定接点７５に切り替えられ、電圧変動防
止部６１に接続された場合は、自力制御が行われる。図
示された切替部５９は、有接点スイッチとして表示され
ているが、これは、切替動作が視覚的に理解できるよう
にするためにのみ採用されたものである。無接点回路と
して実現できることは言うまでもない。

【００４８】通信監視部５７は、上述の切り替え制御
を、自動的に行う手段として備えられている。通信監視
部５７は、通信部５１の通信動作を監視し、通信動作が
正常であると判断されるときは、切替部５９の可動接点
７１を固定接点７３に接続して、遠隔制御側に切り替え
る。通信部５１の通信動作が異常であると判断されたと
きは、切替部５９の可動接点７１を固定接点７５に接続
して、遠隔制御側に切り替える。

【００４９】図３は中央装置１１の一例を示すブロック
図である。図示された中央装置１１は、受信部３１と、
送信部３３と、設定入力部３５と、最大値検出部３７
と、判定部３９と、遠隔制御信号演算部４１と、停止信
号生成部４３とを含んでいる。中央装置１１の各部は、
電気回路として構成されるものであるが、ハードウエア
として、独立の存在である必要はなく、１チップまたは
複数チップのデジタル信号処理装置またはアナログ信号
処理装置として実現することもできる。この場合は、各
部は、回路装置としてよりも、信号処理ステップとして
考慮するのが適当である。デジタル信号処理装置として
実現される場合は、典型的にはＣＰＵが用いられる。

【００５０】受信部３１は、発電装置７、９から送信さ
れてくる運転電圧の情報Ｓ１を受信する。送信部３３は
発電装置７、９に対して遠隔制御信号Ｓ２を送信する。

【００５１】送信部３３は、各発電装置７、９に対し
て、３種類の信号を送信する。第１の信号は運転力率角
θを表す信号（以下運転力率信号Ｓθと称する）で、発
電装置７、９に対して運転力率を指定する信号である。
運転力率信号Ｓθは力率角θに対応する値を持つ信号で
あってもよいし、力率（ｃｏｓθ）に変換された信号で
あってもよい。

【００５２】第２の信号は運転中のあるタイミングにお
いて発電装置７、９が出力可能な電力に対して、発電装
置７、９が実際に出力している有効電力の割合（ξ）を
示す信号（以下有効電力出力率信号ξと称する）で、発
電装置７、９の出力有効電力を制限する場合に利用す
る。例えばξ＝１．０のとき１００％出力、ξ＝０．０
のとき０％出力とあらかじめ対応を決めておくことによ
り、複数の発電装置７、９の有効電力出力を一定割合で
一斉に制御することができる。

【００５３】第３の信号は、停止信号Ｓφで、単一また
は複数の特定の発電装置７、９を停止させることができ
る。上記の３つの信号Ｓθ、Ｓ（ξ）及びＳφはアナロ
グ信号方式、またはディジタル信号方式などの形態を取
り、送信の際には通信手段に適した形態に加工して出力
することもできる。

【００５４】設定入力部３５は、中央装置１１の監視範
囲内の発電装置７、９の台数（図示の場合は２台）、及
び、交流運転電圧範囲を含む配電システム情報を入力す
るための手段である。配電システム情報は、例えば、キ
ーボード、または、マウス等によって、設定入力部３５
に入力される。

【００５５】最大値検出部３７は、監視範囲内の発電装
置７、９の交流運転電圧の内からから最大のものを検出
する。交流運転電圧は、連系点Ｙ１、Ｙ２（図１参照）
の電圧である。判定部３９は、検出された最大値が設定
範囲内かどうかを判定する。

【００５６】遠隔制御信号演算部４１は、検出された最
大値が設定値より高い場合に、発電装置７、９のそれぞ
れに対する遠隔制御信号Ｓ２を調整する。遠隔制御信号
演算部４１は、遠隔制御信号Ｓ２に含まれる３つの信号
Ｓθ、Ｓ（ξ）及びＳφのうち、運転力率信号Ｓθ及び
有効電力出力率信号Ｓ（ξ）を調整し、送信部３３に供
給する。

【００５７】停止信号生成部４３は、遠隔制御信号演算
部４１が所定の範囲内で遠隔制御信号を調整したにもか
かわらず、最大値が交流運転電圧の設定範囲を逸脱して
いる場合に、発電装置７、９のうち、特定の発電装置を
停止させる停止信号Ｓφを生成する。停止信号φは、過
電圧のとき、単一または複数の特定の発電装置７、９を
停止させる信号として用いてもよい。

【００５８】中央装置１１による発電装置７、９の制御
方式としては、遠隔制御信号Ｓ２を複数の発電装置７、
９に同時に送信して、複数の発電装置７、９において、
出力有効電力制限と運転力率調整とを、同時に実行する
方式を採用することができる。この場合、遠隔制御信号
演算部４１は、複数の発電装置７、９の交流運転電圧の
最大値が設定範囲を逸脱している場合に、有効電力出力
率信号ξ（出力有効電力）を一定に保ったまま、運転力
率信号Ｓθ（運転力率）を調整する。

【００５９】次に、運転力率信号Ｓθ（運転力率）を所
定の範囲で調整しても、複数の発電装置７、９の交流運
転電圧の最大値が設定範囲を逸脱している場合には、有
効電力出力率信号Ｓ（ξ）を調整して出力有効電力を制
限し、複数の発電装置７、９の交流運転電圧が最大値が
設定範囲に入るように制御する。この場合、複数の発電
装置７、９において、運転力率信号Ｓθによって制御さ
れた運転力率θが互いに同じで、かつ、有効電力出力率
信号ξによる出力有効電力の制限の割合が、同率となる
ように制御することが好ましい。

【００６０】次に、本発明に係る一括集中制御方式と、
従来の個別的制御方式について、データを参照して、更
に詳しく説明する。図４は従来の個別的制御方式によっ
て得られた運転波形図を示し、図５は本発明に係る一括
集中制御方式によって得られた運転波形図を示す。図
４、５の運転波形図を得るに当たっては、図１の配電シ
ステムにおいて、発電装置７、９を、約１００ｍの間隔
で低圧配電系統１に接続した。発電源１３が通常の日射
状態で発電動作している場合、発電装置７、９は、とも
に２．０ｋＷの出力が可能である。また、説明の簡単の
ため各需要家内の負荷はゼロとし、また発電装置７、９
は、系統連系ガイドラインで推奨されている無効電力制
御と、有効電力出力制限による連系点電圧変動調整機能
を有し、それぞれ逆潮流時の連系点電圧が１０７．０Ｖ
以下で運転するよう設定されているものとして説明す
る。

【００６１】まず、図４の運転波形図を参照して、従来
の個別的制御方式の動作、及び、その問題点を説明す
る。従来の個別的制御方式とは、図１において、中央装
置１１を含まず、発電装置７、９に含まれる制御部１７
が、それぞれ、単独の制御動作をするタイプの発電シス
テムである。

【００６２】図４に示すように、２台の発電装置７、９
が一斉に運転を開始すると、配電系統インピーダンスＺ
Ｄ１、ＺＤ２、及び、引込線インピーダンスＺ１、Ｚ２
のために、それぞれの連系点Ｙ１、Ｙ２の電圧Ｖ１、Ｖ
２が上昇する。発電装置７の連系点Ｐ１の電圧Ｖ１は１
０６．９Ｖは、電気事業法に定められた法定の範囲内に
あるので、問題なく運転を継続するが、柱上トランス３
から遠方に設置された発電装置９は連系点Ｙ２の電圧Ｖ
２が１０９．２Ｖとなり、法定範囲を逸脱している可能
性がある（期間Ａ）。

【００６３】そこで、発電装置９ではあらかじめ定めら
れた運転制御アルゴリズムによって、まず無効電力を注
入して連系点Ｙ２の電圧Ｖ２を低下させる動作を行う
（期間Ｂ）。この結果、発電装置９において、注入した
無効電力によって、連系点Ｙ２の電圧Ｖ２が低下する。

【００６４】期間Ｂの末期のように、発電装置９が無効
電力の注入限界である力率８５％での運転を実施するに
至っても、発電装置９の連系点Ｙ２の電圧Ｖ２は設定範
囲に収まらない。

【００６５】そこで、発電装置９は、次の手段として、
出力有効電力成分を制限して連系点Ｙ２の電圧Ｖ２を低
下させる動作を行う（期間Ｃ）。期間Ｃの末期のよう
に、発電装置９が出力有効電力を約１８．５％に抑制し
たところで、連系点電圧が設定電圧の１０７．０Ｖまで
低下したので、発電装置９は電圧変動対策を終了し、期
間Ｄのように定常状態にいたる。

【００６６】発電装置９が上述のような制御動作をして
いる間、需要家Ｒ１に属する発電装置７は、ほとんど制
御動作をすることなく、１００％出力の２．０ｋＷを出
力し続けることができる。日射量や上位変電所からの供
給電圧、周辺負荷の条件一定であれば、期間Ｄのような
運転状態が継続され、発電装置９は、発電装置７と同じ
２．０ｋＷの発電能力を有しながら、出力が１８．５％
制限されて運転を継続しなければならない。これは、需
要家Ｒ２に大きな不公平感を与える。

【００６７】次に、図５を参照して本発明に係る発電シ
ステムの動作について説明する。まず、運転を開始した
直後は、配電系統１、引込線１９のインピーダンスＺ
１、Ｚ２のため、発電装置９の連系点Ｙ２の電圧Ｖ２が
設定電圧１０７．０Ｖを逸脱する１０９．２Ｖとなる
（期間Ａ）。

【００６８】発電装置７、９の出力有効電力（Ｐ１＝
２．０ｋＷ）、運転力率（ｃｏｓθ１＝ｃｏｓθ２＝
１．０）、連系点Ｙ１の電圧Ｖ１＝１０６．９Ｖ、連系
点Ｙ２の電圧Ｖ２＝１０９．２Ｖの情報は、各発電装置
７、９に備えられた通信部５１により中央装置１１に送
信され、中央装置１１の受信部３１によって受信され
る。

【００６９】中央装置１１では、最大値検出部３７によ
って、連系点Ｙ１、Ｙ２の電圧Ｖ１、Ｖ２のうち、最大
のものを選択する。この実施例では、連系点Ｙ２におけ
る電圧Ｖ２が最大値として選択される。

【００７０】選択された最大値Ｖは、判定部３９に与え
られる。判定部３９では、最大値Ｖが設定範囲に収まっ
ているかどうかを判定する。実施例の場合、設定電圧上
限が１０７．０Ｖに設定されており、期間Ａでは、最大
値Ｖ２＝１０９．２Ｖが設定電圧上限値１０７．０Ｖを
上回っているので、判定結果は遠隔制御信号演算部４１
に伝達される。

【００７１】遠隔制御信号演算部４１は、無効電力注入
と、有効電力垂下により連系点Ｙ２の電圧Ｖ２を低下さ
せるための制御に入る（期間Ｂ）。無効電力、有効電力
の制御法としては、従来個々の発電装置７、９で行われ
ていた電圧変動対策のための制御法と同様なものでよ
い。まず有効電力出力率ξを１．０（１００％）に保っ
たまま、無効電力を調整するための運転力率角θを演算
し、運転力率信号Ｓθを生成する。そして、送信部３３
から、運転力率信号Ｓθと、有効電力出力率信号Ｓ
（ξ）とを含む遠隔制御信号Ｓ２を送信する。

【００７２】発電装置７、９では、通信部５１を介して
受信した運転力率信号Ｓθと、有効電力出力率信号Ｓ
（ξ）とを自身の出力電流制御に反映させる。またその
結果の運転電圧の情報は、中央装置１１に伝達され、中
央装置１１では連系点Ｙ１、Ｙ２の電圧Ｖ１、Ｖ２の監
視が継続される。

【００７３】中央装置１１では、通信部５１を介して受
信した運転力率信号Ｓθと、有効電力出力率信号Ｓ
（ξ）のうち、まず、連系点Ｙ１、Ｙ２の電圧Ｖ１、Ｖ
２の最大値が設定範囲に入るまで、運転力率信号Ｓθに
基づき、力率角θを増加させて、発電装置７、９の全体
に無効電力注入をする（期間Ｂ）。

【００７４】次に、力率角θを所定の範囲で変化させて
も、各連系点Ｙ１、Ｙ２の電圧Ｖ１、Ｖ２の最大値が設
定範囲に収束しない場合には、中央装置１１は次の対策
として出力有効電力の制限を開始する。具体的には、中
央装置１１内で力率角θが上限に達すると、力率角θに
よる電圧制御をストップさせ、有効電力出力率信号Ｓ
（ξ）による有効電力出力率ξの減算を開始する。有効
電力出力率ξの減算によって発電装置７、９の全体の出
力は一定割合で制限され、電圧上昇抑制の対策が継続さ
れる（期間Ｃ）。有効電力出力率ξの減算は連系点Ｙ
１、Ｙ２の電圧Ｖ１、Ｖ２の最大値が設定範囲内（上限
値１０７．０Ｖ）に入るまで行われ、定常状態に至る
（期間Ｄ）。

【００７５】以上のように中央装置１１が、同一の配電
系統１に分散接続された発電装置７、９について、その
連系点Ｙ１、Ｙ２の電圧Ｖ１、Ｖ２を監視し、全発電装
置７、９の出力を一斉に制御するので、より効果的に電
圧変動対策ができるとともに、発電装置７、９の出力有
効電力が制限される場合にも、全体同一割合で同時に制
限されるので、発電装置７、９の設置場所による影響を
受けることなく、公平な発電が可能となる。

【００７６】本発明は、発電装置７、９の設置場所によ
る影響を受けない他、発電装置７、９の制御部１７の時
定数のばらつきなどの影響を受けることがなく、公平な
発電が可能である。次に、この点について説明する。

【００７７】図６は別の配電系統を示す図である。図に
おいて、図１に現れた構成部分と同一の構成部分につい
ては、同一の参照符号を付してある。図６において、発
電装置７、９は同一引込線１９を介して近接して配置さ
れており、両者の連系点電圧Ｖ１、Ｖ２は同一値であ
る。発電容量の太陽電池等でなる発電源１３が取り付け
られているものとする。２つの発電装置７、９はそれぞ
れ無効電力と有効電力の制御による電圧上昇対策機能を
有する。連結点Ｙ１における設定電圧上限値は１０７．
０Ｖとする。発電装置９は、制御部１７内の無効電力と
有効電力の制御時定数が発電装置７の制御時定数よりも
高速に設定されているものとする。

【００７８】図６は本発明に係る発電システムを示すも
のであるが、説明の都合上、まず、中央装置１１を持た
ない従来の個別制御方式を採用した場合について説明す
る。図７は個別制御方式の場合の運転波形図である。

【００７９】従来の個別制御方式の場合、発電装置７、
９が同時に発電を開始すると、連系点Ｙ１の電圧Ｖ１、
Ｖ２は、図７（ａ）に示すように、同時に上昇する。図
７（ａ）において、期間Ａでは発電装置７、９の連系点
Ｙ１の電圧Ｖ１、Ｖ２は１０８．１Ｖとなっており、設
定電圧上限値１０７．０Ｖを超えている。

【００８０】そこで、次の期間Ｂにおいて、両発電装置
７、９において、まず無効電力の注入を行って、電圧上
昇抑制の対策を開始する。ところが、発電装置９は、制
御部１７内の無効電力注入の制御時定数が発電装置７の
制御時定数よりも高速に設定されているので、発電装置
７よりも、発電装置９が無効電流注入が進行する。

【００８１】発電装置９は、図７（ａ）の期間Ｂの末期
のように、運転力率限界の８５％になるまで無効電力を
注入するが、電圧上昇が解消されないため、さらに期間
Ｃのように有効電力の抑制を実施する。発電装置９の出
力有効電力が２０％制限された時点で、連系点電圧Ｖ
Ｉ、Ｖ２が設定電圧値１０７．０Ｖに達するので、発電
装置７、９は電圧上昇対策を終了して定常運転状態（期
間Ｄ）に入る。

【００８２】この間、発電装置７でも無効電力の注入に
よる電圧上昇対策動作を行っているが、発電装置９に比
べて応答が遅いため、実際に対策が実施されるまでに、
時間がかかる。このため高速に応答した発電装置９が、
ほとんどの無効電力注入と有効電力の出力制限による電
圧上昇抑制を担い、定常的には発電装置７が力率９９％
（図７（ｃ）参照）、出力２．５ｋＷ（図７（ｂ）参
照）で運転しているのに対して、発電装置９は力率８５
％（図７（ｃ）参照）、出力２．０ｋＷ（図７（ｂ）参
照）に抑えられる結果となってしまっている。

【００８３】上記の２つの例のように、従来の個々の発
電装置７、９の電圧変動対策では、発電装置７、９のそ
れぞれの設置者である需要家Ｒ１、Ｒ２に支払われる売
買電力量の単価は同一である（電気事業者との契約内容
が同一の場合）にもかかわらず、発電装置７、９の制御
時定数によってそれぞれの設置者問で不公平を生じる問
題があった。

【００８４】また、上記のような問題点が、設置前に、
発電装置９の設置者に知らされていたならば、発電装置
９の設置者は発電装置９の設置に対してより慎重に検討
を行ったであろうし、場合によっては、発電装置９の設
置を行わなかったかもしれない。つまり従来の電圧変動
対策は、陰に、分散型発電システムの普及の妨げとなる
発電電力売価の不公平という問題を内包していたのであ
る。

【００８５】次に、図８を参照して図６に示した本発明
に係る発電システムの動作について説明する。連系点Ｙ
１の電圧Ｖ１、Ｖ２は、図７（ａ）に示すように、同時
に上昇する。図８（ａ）において、期間Ａでは発電装置
７、９の連系点Ｙ１の電圧Ｖ１、Ｖ２は１０８．１Ｖと
なっており、設定電圧上限値１０７．０Ｖを超えてい
る。

【００８６】そこで、次の期間Ｂにおいて、両発電装置
７、９において、まず無効電力の注入を行って、電圧上
昇抑制の対策を開始する。発電装置９は、制御部１７内
の無効電力注入の制御時定数が発電装置７の制御時定数
よりも高速に設定されているが、発電装置７、９から中
央装置１１に対して、発電装置７、９の各運転力率θ
１、θ２が送信されているので、中央装置１１は、発電
装置７、９から送られてくる発電装置７、９の各運転力
率θ１、θ２に基づき、制御時定数の差に起因する力率
制御のアンバランスを回避するような運転力率信号Ｓθ
を生成することができる。

【００８７】力率角θを所定の範囲で変化させても、連
系点Ｙ１の電圧Ｖ１、Ｖ２の最大値が設定範囲に収束し
ない場合には、中央装置１１は出力有効電力の制限を開
始すること、及び、有効電力出力率ξの減算によって発
電装置７、９の全体の出力が一定割合で制限されること
は既に述べた通りである。

【００８８】上述した制御動作により、発電装置７、９
のそれぞれが、同一の出力有効電力Ｐ１＝Ｐ２＝２．４
７ｋＷ、有効電力出力率ξ＝０．９８８（図８（ｂ）参
照）及び同一の運転力率ｃｏｓθ１＝ｃｏｓθ２＝０．
８５（図８（ｃ）参照）となるように制御される。よっ
て、発電装置７、９の制御時定数による影響を受けるこ
となく、公平な発電が可能となる。

【００８９】配電系統の無負荷電圧が本来高い場合や、
発電装置７、９が、互いに、極端に距離を置いて設置さ
れる場合など、無効電力制御、出力有効電力抑制の２つ
の対策によっても連系点電圧の最大値が設定範囲に入ら
ない場合や、発電装置７、９の出力有効電力が極端に制
限される場合には、連系点電圧が法定範囲を超えている
発電装置７、９のうち、最も電圧の高いものから個別に
停止信号Ｓφを送信して停止させることもできる。

【００９０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果を得ることができる。（ａ）複数の発電装置が連系運転された場合にも、連系
点電圧を管理基準内に抑え、安全な運転を継続できる分
散型発電システムを提供することができる。（ｂ）個々の発電装置の発電量に、設置場所や周辺負荷
による不公平が生じないようにし、システムの円滑な運
営及び管理を行えるように考慮された分散型発電システ
ムを提供することができる。（ｃ）発電装置間に制御時定数の差があっても各発電装
置の発電量に不公平を生じない分散型発電システムを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る分散型発電システムを有する配電
システムのブロックである。

【図２】図１に示された発電システムに用いられる発電
装置の一例を示すブロック図である。

【図３】本発明に係る分散型発電システムに用いられる
中央装置の一例を示すブロック図である。

【図４】図１に示す配電系統において従来の個別的制御
方式を採用した場合の運転波形図である。

【図５】図１に示された本発明に係る発電システムの運
転波形図を示す。

【図６】本発明に係る発電システムを用いた別の配電系
統を示す図である。

【図７】図６の配電系統をとる場合の個別制御方式にお
ける運転波形図である。

【図８】図６に示した本発明に係る発電システムの動作
波形図である。

【符号の説明】

１配電系統７、９発電装置１１中央装置１３発電源１５電力変換装置１７制御部１９、２０引込線２１負荷Ｒ１、Ｒ２電力需要家

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の発電装置と、中央装置とを含む発
電システムであって、前記発電装置のそれぞれは、電力需要家に設備されるも
のであって、電力変換装置と、制御部とを含み、同一の
配電系統に分散して接続されており、前記電力変換装置は、発電源の発電電力を、前記配電系
統と連系運転可能な電力に変換して前記配電系統に供給
し、前記制御部は、前記電力変換装置を制御する機能と、外
部と通信する通信機能とを有しており、前記通信機能は
前記発電装置の運転電圧の情報を外部に送信し、かつ、
外部から供給される信号を受信する機能を含んでおり、前記中央装置は、前記制御部から送信される前記運転電
圧の情報を監視し、前記運転電圧の情報をもとに前記発
電装置のぞれぞれに対応する遠隔制御信号を演算し、演
算された前記遠隔制御信号を前記発電装置のそれぞれに
与えて、その運転を遠隔制御する発電システム。
【請求項２】請求項１に記載された発電システムであ
って、前記遠隔制御信号は、前記発電装置の出力有効電力を調
整する有効電力調整信号と、前記発電装置の運転力率を
調整する運転力率調整信号とを含む発電システム。
【請求項３】請求項１または２の何れかに記載された
発電システムであって、前記制御部は、自己の属する発電装置の運転電圧の情報
に基づき、前記電力変換装置を制御する自力制御が可能
であり、前記制御部は、更に、切替部を含み、前記切替部は、前
記自力制御と、前記遠隔制御との間で切替を行う発電シ
ステム。
【請求項４】請求項３に記載された発電システムであ
って、前記制御部は、通信監視部を含み、前記通信監視部は、
前記通信動作を監視し、前記通信動作が正常であると判
断したときは、前記切替部を、前記遠隔制御側に切り替
え、前記通信動作が異常であると判断したときは前記切
替部を自力制御側に切り替える発電システム。
【請求項５】請求項１乃至４の何れかに記載された発
電システムであって、前記中央装置は、複数の発電装置の交流運転電圧の最大値が設定範囲を逸
脱している場合に、出力有効電力を一定に保ったまま、
運転力率を調整し、次に、運転力率を所定の範囲で調整しても、複数の発電
装置の交流運転電圧の最大値が設定範囲を逸脱している
場合には、出力有効電力を制限して複数の発電装置の交
流運転電圧の最大値が設定範囲に入るように制御する発
電システム。
【請求項６】請求項５に記載された発電システムであ
って、前記中央装置は、運転力率の変更割合、及び、出力有効
電力の制限割合が、複数の発電装置において同率となる
ように制御する発電システム。
【請求項７】請求項５または６の何れかに記載された
発電システムであって、前記中央装置は、最大値検出部と、判定部と、遠隔制御
信号演算部とを含み、前記最大値検出部は、監視範囲内の前記発電装置の交流
運転電圧のうち、最大のものを検出する手段であり、前記判定部は、検出された最大値が設定範囲内かどうか
を判定する手段であり、前記遠隔制御信号演算部は、前記検出された最大値が設
定値より高い場合に、前記発電装置のそれぞれに対する
遠隔制御信号を演算する発電システム。
【請求項８】請求項５乃至７の何れかに記載された発
電システムであって、前記中央装置は、更に、停止信号生成部を含み、前記停
止信号生成部は、運転力率、及び、出力有効電力の調整
にもかかわらず、前記最大値が前記交流運転電圧の設定
範囲を逸脱している場合に、特定の発電装置を停止させ
る信号を生成する発電システム。
【請求項９】請求項８に記載された発電システムであ
って、前記停止信号生成部は、連系点電圧の高い発電装置から
順に停止させる停止信号を生成する発電システム。
【請求項１０】電力変換装置と、制御部とを含み、電
力需要家に設備され、配電系統に接続される発電装置で
あって、前記電力変換装置は、発電源の発電電力を、前記配電系
統と連系運転可能な電力に変換して前記配電系統に供給
し、前記制御部は、前記電力変換装置を制御する機能と、外
部と通信する通信機能とを有しており、前記通信機能は、運転電圧の情報を外部に送信し、か
つ、外部から供給される信号を受信する機能を含み、出力有効電力及び運転力率が、外部から供給される前記
信号によって調整され得る発電装置。
【請求項１１】請求項１０に記載された発電装置であ
って、前記制御部は、自己の検出した運転電圧の情報に基づ
き、前記電力変換装置を制御する自力制御が可能であ
り、前記制御部は、更に、切替部を含み、前記切替部は、前
記自力制御と、前記遠隔制御との切替を行う発電装置。
【請求項１２】請求項１１に記載された発電装置であ
って、前記制御部は、通信監視部を含み、前記通信監視部は、
前記通信動作を監視し、前記通信動作が正常であると判
断されるときは、前記切替部を、前記遠隔制御側に切り
替え、前記通信動作が異常であると判断されたときは前
記切替部を自力制御側に切り替える発電装置。
【請求項１３】複数の発電装置を遠隔制御する中央装
置であって、前記発電装置のそれぞれは、電力需要家に設備されるも
のであって、電力変換装置と、制御部とを含み、同一の
配電系統に分散して接続されるものであり、前記電力変
換装置は発電源の発電電力を前記配電系統と連系運転可
能な電力に変換して前記配電系統に供給し、前記制御部
は、前記電力変換装置を制御する機能と、外部と通信す
る通信機能とを有しており、前記通信機能は前記発電装
置から出力される運転電圧の情報を外部に向けて送信
し、かつ、外部から供給される信号を受信する機能を含
んでおり、前記中央装置は、前記制御部から送信される前記運転電
圧の情報を監視し、前記運転電圧の情報をもとに前記発
電装置のぞれぞれに対応する遠隔制御信号を演算し、演
算された前記遠隔制御信号を前記発電装置のそれぞれに
与えて、その運転を遠隔制御する中央装置。
【請求項１４】請求項１３に記載された中央装置であ
って、複数の発電装置の交流運転電圧の最大値が設定範囲を逸
脱している場合に、出力有効電力を一定に保ったまま、
運転力率を調整し、次に、運転力率を所定の範囲で調整しても、複数の発電
装置の交流運転電圧の最大値が設定範囲を逸脱している
場合には、出力有効電力を制限して複数の発電装置の交
流運転電圧の最大値が設定範囲に入るように制御する中
央装置。
【請求項１５】請求項１４に記載された中央装置であ
って、運転力率の変更割合、及び、出力有効電力の制限割合
が、複数の発電装置において同率となるように制御する
中央装置。
【請求項１６】請求項１乃至１５の何れかに記載され
た中央装置であって、最大値検出部と、判定部と、遠隔
制御信号演算部とを含み、前記最大値検出部は、監視範囲内の前記発電装置の交流
運転電圧のうち、最大のものを検出し、前記判定部は、検出された最大値が設定範囲内かどうか
を判定し、前記遠隔制御信号演算部は、前記検出された最大値が設
定値より高い場合に、前記発電装置のそれぞれに対する
遠隔制御信号を演算する中央装置。
【請求項１７】請求項１６に記載された中央装置であ
って、更に、停止信号生成部を含み、前記停止信号生成部は、
運転力率、及び、出力有効電力の調整にもかかわらず、
前記最大値が前記設定範囲を逸脱している場合に、特定
の発電装置を停止させる信号を生成する中央装置。
【請求項１８】請求項１７に記載された中央装置であ
って、前記停止信号生成部は、連系点電圧の高い発電装置から
順に停止させる停止信号を生成する中央装置。
【請求項１９】少なくとも一つの配電系統と、発電シ
ステムとを含む配電システムであって、前記発電システムは、請求項１乃至９の何れかに記載さ
れたものでなり、前記配電系統に接続されている配電シ
ステム。