JP2016082732A - 系統再連系装置及び系統再連系システム - Google Patents

Abstract

【課題】逆潮流問題が生じない条件で、系統の復電後に系統再連系を遠隔操作によって実現する。【解決手段】系統の停電を検知する停電検知手段１２０と、停電検知手段１２０によって停電が検知されたときに太陽光パネルに接続されるパワーコンディショナーに設けられている一対の外部異常停止端子間を短絡させる制御手段１４０と、系統の復電後に送信される再連系指示を受信する通信手段１３０と、通信手段１３０によって受信される再連系指示に従って前記外部異常停止端子間を開放させる制御手段１４０とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、系統再連系装置及び系統再連系システムに関し、特に、停電により系統から電気的に遮断されるパワーコンディショナー等の対象を、系統の復電後に遠隔操作によって系統に再連系する系統再連系装置及び系統再連系システムに関する。

従来の太陽光発電システムは、系統の停電時に太陽光発電システムからの逆潮流が発生することで、停電しているはずの系統に電力が流れ、これにより、事故を招くことがある。これを防止するために、通常、系統の停電時には、パワーコンディショナーを系統から電気的に遮断させ、系統の復電が確認できると、パワーコンディショナーを系統に再連系させている。

特許文献１には、系統の停電が発生した場合、太陽光発電システムを容易に復帰させることが可能な太陽光発電システムが開示されている。この太陽光発電システムは、制御装置が表示画面を備え、表示画面は、系統の停電時、「復帰させるとき、下の“復帰ボタン”にタッチして下さい。」との操作方法に関する情報を表示する表示部と、太陽光発電システムを復帰させる場合にユーザがタッチする復帰ボタンとを含む。

特開２０１４−１４３８９０号公報

しかし、特許文献１に開示されている太陽光発電システムは、ユーザが復帰ボタンをタッチしなければならないことから、とりわけ、いわゆる分散型電源のように、遠隔地に上記制御装置が設置されている場合には、系統が復電した後に早期に系統再連系を実現することは困難である。

一方、ユーザが復帰ボタンをタッチすることなく自動的に系統再連系をしようとすると、配電用バンクにおける逆潮流問題が生じてしまう可能性があるため、単に系統再連系を自動化するだけでは、資源エネルギー庁が定めている系統連系技術要件ガイドラインに違反しかねないという問題がある。

すなわち、具体的には、高圧連系又は高圧受電の自家用電気工作物に連系する太陽光発電設備は、系統の停電等により系統保護要素である不足電圧継電器が動作した場合、系統が復電することによって継電器が復帰したとしても、自動再連系をすることができず、パワーコンディショナー等を系統に再連系する作業は、わざわざ、電気主任技術者、電気管理技術者などがパワーコンディショナー等の設置位置まで足を運んで行わざるを得なかった。

そこで、本発明は、逆潮流問題が生じない条件で、復電後の系統再連系を遠隔操作によって実現することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の系統再連系装置及び系統再連系システムは、
系統の停電を検知する手段（例えば、図２の停電検知手段１２０）と、
前記停電を検知する手段によって停電が検知されたときに前記系統に接続されている対象（例えば、図１のパワコン３００）に設けられている一対の外部異常停止端子（例えば、図１の端子３１０ａ，３１０ｂ）間を短絡させる手段（例えば、図２の制御手段１４０）と、
前記系統の復電後に送信される再連系指示を受信する手段（例えば、図２，図３の通信手段１３０）と、
前記受信する手段によって受信される再連系指示に従って前記外部異常停止端子間を開放させる手段（例えば、図２の制御手段１４０）とを備える。

本発明によれば、パワーコンディショナー等を、電気主任技術者、電気管理技術者などが手動操作によって系統に再連系しなくても、パワーコンディショナー等に設けられている外部異常停止端子を通常時の状態に切り替えることができる。

特に、パワーコンディショナーなどは各メーカなどによって構成が異なっているが、いずれのパワーコンディショナーであっても外部異常停止端子を有している点は共通しているので、本発明は、パワーコンディショナーの種別によらず、系統再連系を行うことができるという顕著な効果を有する。

なお、この系統再連系装置は、例えば、
前記外部異常停止端子に対して各々接続される一対の出力端子（例えば、図１〜図３，図５の出力端子１１０ａ，１１０ｂ）と、
前記出力端子間に接続されており系統の停電時に開放状態から短絡状態になる端子間接点（例えば、図３，図５の接点１４０ｂ）と、
前記再連系指示に従って前記端子間接点を短絡状態から開放状態に切り替える手段（例えば、図２の制御手段１４０）とを備えることによって構成してもよい。

前記開放状態に切り替える手段は、
前記受信する手段によって再連系指示が受信された場合に開放状態から短絡状態となる第１接点（例えば、図３の接点１４０ａ，図５の接点１６０ｂ）と、
前記第１接点が開放状態から短絡状態となったことを契機に前記端子間接点を短絡状態から開放状態に切り替える第１コイル（例えば、図３のコイル１２０ａ，図５のコイル１６０ａ）とを備えてもよい。

さらに、系統の停電若しくは復電、又は、前記外部異常停止端子間を開放させる処理の実行を検知した場合に当該検知結果を送信する手段（例えば、図３の通信手段１３０，図５の検知・通信手段１６０）を備えてもよい。

前記送信する手段は、
系統の停電時に開放状態から短絡状態となる第３接点（例えば、図３の接点１５０ｂ）と、
前記第３接点の下流に位置する第２コイル（例えば、図３のコイル１５０ａ）と、
前記第２コイルの通電時に開放状態と短絡状態とが切り替わる第４接点（例えば、図３の接点１５０ｃ）とを備え、
前記第４接点が開放状態から短絡状態となった場合に登録済みの送信先に対して前記検知結果を送信してもよい。

発明の実施の形態

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態の系統再連系システムであるところの太陽光発電システム１０００の模式的な構成を示すブロック図である。図１に示す太陽光発電システム１０００は、以下説明する、再連系装置１００と、地絡過電圧継電器２００と、パワーコンディショナー（以下、「パワコン」と称する。）３００と、接続線４００ａ，４００ｂとに大別される。

なお、本実施形態では、系統再連系システムの例として太陽光発電システム１０００の例を説明するが、本発明は、太陽光発電以外にも風力発電、水力発電など、停電時に系統から電気的に遮断され、復電後に系統に再連系されるパワコンなどの対象を備えるシステムであれば、発電の種別を問わず適用することができる。同様に、本発明は、コージェネレーションシステム、燃料電池システムのインバータなどを備えるシステムにも適用することができる。

再連系装置１００は、系統の復電時に、電気主任技術者、電気管理技術者がパワコン３００を直接操作することなく、遠隔操作によってパワコン３００の系統再連系を実現するものである。再連系装置１００は、パワコン３００に設けられている一対の外部異常停止端子３１０ａ，３１０ｂに対して各々接続される、一対の出力端子１１０ａ，１１０ｂを備えている。出力端子１１０ａ，１１０ｂは、後述するように、系統の停電時には電気的に開放状態から短絡状態となるように構成されている。

地絡過電圧継電器２００は、既知のように、零相変成器等を組み合わせて、地絡を検知した場合にパワコン３００等を系統から切り離すものであり、通常、キュービクルといった高圧受電設備内に設けられている。地絡過電圧継電器２００は、地絡を検知した場合にパワコン３００を系統から電気的に切り離すために、パワコン３００に設けられている一対の外部異常停止端子３１０ａ，３１０ｂに対して、接続線を介して各々接続されている一対の出力端子２１０ａ，２１０ｂを備えている。

パワコン３００は、既知のように、図示しない太陽光パネルで発電された電気を直流から交流に変換するインバータを有する。パワコン３００は、再連系装置１００の出力端子１１０ａ，１１０ｂ及び地絡過電圧継電器２００の出力端子２１０ａ，２１０ｂに対して、一対の接続線を介して接続される外部異常停止端子３１０ａ，３１０ｂを備える。

なお、図１には、１台のパワコン３００しか示していないが、複数台のパワコンを用意してもよい。この場合には、パワコン３００をマスターとし、パワコン３００に対してスレーブとなるパワコンをマルチドロップ式に直列に、外部異常停止端子間を接続すれば、系統の復電後にパワコン３００を系統に再連系すれば、スレーブとなる他の全てのパワコンが系統に再連系されることになる。

接続線４００ａ，４００ｂは、再連系装置１００の出力端子１１０ａ，１１０ｂとパワコン３００の外部異常停止端子３１０ａ，３１０ｂとを接続するものである。なお、典型的には、再連系装置１００と地絡過電圧継電器２００とが物理的に近くに設置されており、かつ、再連系装置１００とパワコン３００とが物理的に遠くに設置されている場合には、再連系装置１００の出力端子１１０ａ，１１０ｂと、地絡過電圧継電器２００の出力端子２１０ａ，２１０ｂとを、それぞれ接続線４００ａ，４００ｂによって接続してもよい。

換言すると、地絡過電圧継電器２００の出力端子２１０ａ，２１０ｂにおいて、再連系装置１００の出力端子１１０ａ，１１０ｂに接続する接続線と、パワコン３００の外部異常停止端子３１０ａ，３１０ｂに接続する接続線との双方を共挟みする態様で接続してもよい。これによって、出力端子１１０ａ，１１０ｂと外部異常停止端子３１０ａ，３１０ｂとを出力端子２１０ａ，２１０ｂを介して接続することができる。

図２は、図１に示す再連系装置１００の概念的な内部構成を示すブロック図である。図２には、既述の出力端子１１０ａ，１１０ｂのほかに、以下説明する、停電検知手段１２０と、通信手段１３０と、制御手段１４０と、復電検知手段１５０とを示している。

停電検知手段１２０は、系統の停電を検知するものである。停電の検知は、例えば、リレー回路によって実現してもよいし、商用ＡＣ電源を監視することを電子回路等によって実現してもよいし、これら以外の手法によって実現してもよい。

通信手段１３０は、系統の復電を検出した時に、あらかじめ設定されたｅメールアドレスなどの送信先に対して復電を検出した旨を送信したり、これを受けるなどして当該送信先から送信される再連系指示を受信したりするものである。このｅメールアドレスとしては、例えば、再連系指示を送信することになる、電気主任技術者等のものが挙げられる。

制御手段１４０は、停電検知手段１２０によって系統の停電が検知された場合にパワコン３００の外部異常停止端子３１０ａ，３１０ｂ間を短絡させ、復電検知手段１５０によって系統の復電が検知され、かつ、通信手段１３０によって再連系指示が受信された場合に当該指示に従ってパワコン３００の外部異常停止端子３１０ａ，３１０ｂ間を開放させるものである。

復電検知手段１５０は、系統の復電を検知するものである。復電の検知は、例えば、リレー回路によって実現してもよいし、商用ＡＣ電源を監視することを電子回路等によって実現してもよいし、これら以外の手法によって実現してもよい。

図３は、図２に示す再連系装置１００の停電検知手段１２０、制御手段１４０及び復電検知手段１５０をリレー回路によって実現した例を示す回路図である。なお、これらの各手段は、例えば、図５に示す構成によっても実現でき、図３に示す構成に限られるものではない。

また、図３では、コイル１２０ａ，１５０ａとこれらによって開閉状態が切り替えられる各接点１２０ｃ等とを破線で示している。すなわち、例えば、コイル１２０ａであれば、接点１２０ｃ,１４０ｂ，１５０ｂの開閉状態を切り替えるということを示している。なお、図３に示す各接点１２０ｃ等の開閉状態は、系統が停電時のものを示している。

図４は、図３に示す各接点１２０ｃ等の開閉状態を示すタイミング図である。なお、図４に示すタイミング図では、各接点１２０ｃ等がＨｉの場合に閉状態、Ｌｏｗの場合に開状態を示している。以下、図３及び図４を用いて、再連系装置１００の構成例及びその動作について説明する。

まず、図３に示す各部分と図２に示す各手段との関係を説明する。停電検知手段１２０は、主として、コイル１２０ａと、ａ接点１２０ｃとによって構成されるリレー回路によって実現している。

制御手段１４０は、主として、コイル１２０ａと、ｂ接点１４０ｂと、ａ接点１４０ａとによって構成されるリレー回路によって実現している。

復電検知手段１５０は、主として、コイル１５０ａと、ａ接点１５０ｃとによって構成されるリレー回路によって実現している。

再連系装置１００の電源は、例えば、地絡過電圧継電器２００が設けられているキュービクルのコンセント電源から確保することができるし、いわゆる商用電源からも確保することができる。このため、例えば、キュービクルに電力が供給されていれば、再連系装置１００にも電力が供給される。

コイル１２０ａは、ａ接点１２０ｃの開閉状態を切り替えることができる。図４に示す系統の「停電」が発生するまでは、コイル１２０ａは通電しており、このため、ａ接点１２０ｃは、コイル１２０ａの励磁により閉状態となる。また、ａ接点１２０ｃが閉状態であれば、コイル１２０ａは通電するので、コイル１２０ａの励磁によって、ａ接点１２０ｃの閉状態は維持される。

さらに、系統の「停電」が発生するまでは、コイル１２０ａの励磁によりによって、ｂ接点１４０ｂは開状態となる。したがって、この場合、出力端子１１０ａ，１１０ｂは開放状態である。さらにまた、系統の「停電」が発生するまでは、コイル１２０ａの励磁によって、ｂ接点１５０ｂも開状態となる。このため、その下流に位置するコイル１５０ａは通電されない。この状態は、コイル１２０ａが通電中は維持される。

コイル１５０ａは、ａ接点１５０ｃの開閉状態を切り替えるものである。系統の「停電」が発生するまでは、コイル１５０ａは通電していないので、ａ接点１５０ｃは、コイル１２０ａの励磁により開状態とされる。この状態は、コイル１２０ａが通電中は維持される。

以上をまとめると、系統の「停電」が発生するまでは、これまで説明した各ａ接点及び各ｂ接点の開閉状態はそのまま維持される。

なお、ａ接点１４０ａは、通信手段１３０内の図示しないコイル等によって開閉状態が切り替えられるようにしてある。具体的には、ａ接点１４０ａは、系統の復電後に電気主任技術者等から再連系指示が送信され、それを通信手段１３０によって受信した場合に、一時的に閉状態に切り替えられるようにしてある。

その後、何らかの原因によって系統の「停電」が発生すると、コイル１２０ａに流れていた電流が停止する、すなわち、コイル１２０ａが通電しなくなる。このため、コイル１２０ａは励磁しなくなるので、ａ接点１２０ｃは閉状態から開状態に切り替わる。

また、系統の「停電」によりコイル１２０ａが通電しなくなると、ｂ接点１５０ｂはコイル１２０ａが励磁しなくなるので、開状態から閉状態に切り替わる。しかし、ｂ接点１５０ｂの下流に位置するコイル１５０ａは、系統の停電により電流が流れないので通電しない。このため、コイル１５０ａに付帯するａ接点１５０ｃは、開状態のままである。

さらに、系統の「停電」によりコイル１２０ａが通電しなくなると、ｂ接点１４０ｂは開状態から閉状態に切り替わる。これにより、出力端子１１０ａ，１１０ｂ間は短絡状態となる。これにより、図１を用いて概説したように、出力端子１１０ａ，１１０ｂにそれぞれ接続されている接続線４００ａ，４００ｂを通じて、パワコン３００の外部異常停止端子３１０ａ，３１０ｂ間も短絡状態となる。

なお、通信手段１３０は、自手段への電力供給の有無を監視することで、電力供給が停止した時に、その旨を、あらかじめ設定したｅメールアドレスに向けて送信してもよい。

その後、図４に示す系統の「復電」があると、キュービクルへ電力が供給されることになるので、キュービクルから電源を確保している場合には、再連系装置１００にも電力が供給されることになる。これにより、電源端子Ｐ１，Ｐ２に直接的に接続されている通信手段１３０が通電する。

また、系統が復電しただけでは、コイル１２０ａは通電していないので、ｂ接点１５０ｂは閉状態のままである。したがって、ｂ接点１５０ｂの下流に位置するコイル１５０ａが通電し励磁する。これにより、ａ接点１５０ｃが閉状態に切り替わる。

一方、通信手段１３０は、自手段内にあるａ接点１５０ｃの接続端子を監視する手段を有しており、ａ接点１５０ｃが閉状態に切り替わると、あらかじめ設定されたｅメールアドレスなどの送信先に対して復電を検出した旨などを送信する。

これに応じて、電力会社に再連系をしてよいことを確認した電気主任技術者等から、図４に示す「遠隔再連系」の指示がされると、通信手段１３０は、この指示を受信して、ａ接点１４０ａを一時的に開状態から閉状態に切り替える。この結果、ａ接点１４０ａの下流に位置するコイル１２０ａが通電し励磁する。

これにより、コイル１２０ａに付帯するａ接点１２０ｃが開状態から閉状態に、ｂ接点１４０ｂが閉状態から開状態に、ｂ接点１５０ｂも閉状態から開状態に、それぞれ切り替わる。ａ接点１２０ｃが閉状態になると、その後に、一時的な閉状態に切り替えられたａ接点１４０ａが開状態に切り替わっても、コイル１２０ａは通電しているので、その励磁は維持される。

また、「遠隔再連系」によるコイル１２０ａの励磁によって、ｂ接点１４０ｂが閉状態から開状態に切り替わると、出力端子１１０ａ，１１０ｂ間は開放状態となり、ひいては、パワコン３００の外部異常停止端子３１０ａ，３１０ｂも開放状態となる。したがって、パワコン３００は、外部異常状態を脱することになり、系統に再連系されることになる。

また、「遠隔再連系」によるコイル１２０ａの励磁によって、ｂ接点１５０ｂも閉状態から開状態に切り替わると、その下流に位置するコイル１５０ａは通電しなくなるので、コイル１５０ａに付帯するａ接点１５０ｃは閉状態から開状態となる。このため、通信手段１３０は、ａ接点１５０ｃが接続されている端子を監視することで、外部異常停止端子間を開放させる処理の実行、すなわち、典型的には系統の再連系処理が完了したことを、あらかじめ設定したｅメールアドレスに向けて送信することができる。

なお、系統再連系システムを安価に製造するために、コイル１５０ａ、ｂ接点１５０ｂをなくすとともに、コイル１２０ａの励磁によりａ接点１５０ｃの開放状態と短絡状態とを切り替えるようにしてもよい。さらに、ａ接点１５０ｃに代えてｂ接点を用いてもよい。このような構成でも、通信手段１３０は、ａ接点１５０ｃ又は代替のｂ接点が接続されている端子を監視することで、上記完了したことを、あらかじめ設定したｅメールアドレスに向けて送信することができる。

なお、本実施形態では、図３に示すリレー回路を用いて制御手段１４０等を実現する例を説明したが、この他にも、例えば、フォトカプラを用いて実現することもできる。具体的には、例えば、出力端子１１０ａ，１１０ｂにフォトカプラを接続し、停電検知手段１２０によって系統の停電が検知された場合に、フォトカプラを通電状態とする。また、復電検知手段１５０によって系統の復電が検知され、かつ、その後に通信手段１３０によって再連系指示が受信された場合に、フォトカプラを絶縁状態とする。

こうすれば、図３を用いて説明した場合と同様に、パワコン３００の系統再連系を実現することができる。なお、フォトカプラの制御は、上記動作をＣＰＵに実行させるためのプログラムを用意し、これをメモリに格納しておき、ＣＰＵとメモリとの協同によって実現してもよい。

図５は、図３に示す回路図の変形例を示す図である。図５には、図２に示す停電検知手段１２０と復電検知手段１５０と通信手段１３０とを統合した検知・通信手段１６０と、図３に示すａ接点１２０ｃ，１４０ａを統合したａ接点１６０ｂと、図３に示すコイル１２０ａの一部の動作を実行するコイル１６０ａとを示している。なお、図５に示すａ接点１６０ｂ及びｂ接点１４０ｂは、系統が停電時の状態を示している。

まず、系統の停電が発生するまでは、ａ接点１６０ｂは閉状態であり、これにより、コイル１６０ａは通電しているため、ａ接点１６０ｂはコイル１６０ａの励磁により閉状態が維持される。また、ｂ接点１４０ｂはコイル１６０ａの励磁により開状態が維持される。

その後、何らかの原因により、系統の停電が発生したとする。検知・通信手段１６０は、例えば、商用ＡＣ電源を監視していれば、系統の停電を検知することができるので、実際に停電を検知したら、ａ接点１６０ｂを閉状態から開状態へ切り替える。これにより、コイル１６０ａは通電しなくなるため、コイル１６０ａの励磁によりｂ接点１４０ｂは開状態から閉状態に切り替わる。

その後、系統が復電し、検知・通信手段１６０が、例えば、商用ＡＣ電源を監視することによって、その復電を検知すると、あらかじめ設定されたｅメールアドレス等に、復電を検知した旨を送信する。

これに応じて、電力会社に再連系をしてよいことを確認した電気主任技術者等から、遠隔再連系の指示がされ、この指示を検知・通信手段１６０によって受信すると、ａ接点１６０ｂを開状態から閉状態に切り替える。この結果、ａ接点１６０ａの下流に位置するコイル１６０ａが通電し励磁する。

これにより、コイル１６０ａに付帯するｂ接点１５０ｂが、閉状態から開状態に切り替わる。このため、出力端子１１０ａ，１１０ｂ間は開放状態となり、ひいては、パワコン３００の外部異常停止端子３１０ａ，３１０ｂも開放状態となる。したがって、パワコン３００は、外部異常状態を脱することになり、系統に再連系されることになる。

本発明の実施形態の系統再連系システムであるところの太陽光発電システム１０００の模式的な構成を示すブロック図である。 図１に示す再連系装置１００の概念的な内部構成を示すブロック図である。 図２に示す再連系装置１００の停電検知手段１２０、制御手段１４０及び復電検知手段１５０をリレー回路によって実現した例を示す回路図である。 図３に示す各接点１２０ｃ等の開閉状態を示すタイミング図である。 図３に示す回路図の変形例を示す図である。

１００ 再連系装置
２００ 地絡過電圧継電器
１１０ａ，１１０ｂ，２１０ａ，２１０ｂ 出力端子
１２０ 停電検知手段
１２０ａ コイル
１２０ｃ ａ接点
１３０ 通信手段
１４０ 制御手段
１４０ａ ａ接点
１４０ｂ ｂ接点
１５０ 復電検知手段
１５０ａ コイル
１５０ｂ ｂ接点
１５０ｃ ａ接点
１６０ 検知・通信手段
１６０ａ コイル
１６０ｂ ａ接点
３００ パワコン
３１０ａ，３１０ｂ 外部異常停止端子
４００ａ，４００ｂ 接続線
１０００ 太陽光発電システム
Ｐ１，Ｐ２ 電源端子

Claims (6)

1. 系統の停電を検知する手段と、
   前記停電を検知する手段によって停電が検知されたときに前記系統に接続されている電源に設けられている一対の外部異常停止端子間を短絡させる手段と、
   前記系統の復電後に送信される再連系指示を受信する手段と、
   前記受信する手段によって受信される再連系指示に従って前記外部異常停止端子間を開放させる手段と、
   を備える系統再連系装置。
2. 前記外部異常停止端子に対して各々接続される一対の出力端子と、
   前記出力端子間に接続されており系統の停電時に開放状態から短絡状態となる端子間接点と、
   前記再連系指示に従って前記端子間接点を短絡状態から開放状態に切り替える手段と、
   を備える、請求項１記載の系統再連系装置。
3. 前記開放状態に切り替える手段は、
   前記受信する手段によって再連系指示が受信された場合に開放状態から短絡状態となる第１接点と、
   前記第１接点が開放状態から短絡状態に切り替わることを契機に前記端子間接点を短絡状態から開放状態に切り替える第１コイルと、
   を備える、請求項２記載の系統再連系装置。
4. 系統の停電若しくは復電、又は、前記外部異常停止端子間を開放させる処理の実行を検知した場合に当該検知結果を送信する手段を備える、請求項１記載の系統再連系装置。
5. 前記送信する手段は、
   系統の停電時に開放状態から短絡状態となる第３接点と、
   前記第３接点の下流に位置する第２コイルと、
   前記第２コイルの通電時に開放状態から短絡状態に切り替わる第４接点とを備え、
   前記第４接点が開放状態から短絡状態となった場合に登録済みの送信先に対して前記検知結果を送信する、請求項４記載の系統再連系装置。
6. 請求項１から５のいずれか記載の系統再連系装置と、
   前記系統再連系装置によって系統に再連系される対象と、
   を備える、系統再連系システム。

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