JP4350776B2 - 分散電源の単独運転検出システムおよび単独運転検出装置 - Google Patents
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Description
θa(t)=ωa(t−Te(t))+θe
θb(t)=ωb(t−Te(t))+θe
図1は、この発明に係る分散電源の単独運転検出システムを備える配電系統の一例を示す単線接続図である。
|f11−f12|=|f21−f22|=Δf
f11≠f12≠f21≠f22
注入電流の周波数および計測電圧の周波数を表1に示したように分ける理由は次のとおりである。
V1 =(Zs +Zt )×I1
V2 =Zs ×ΣI2
条件2:自設備20が注入する注入電流を構成する電流組の各電流の位相が、自設備うなりに対して同一群内で共通した一定の位相関係にあること。例えば、自設備うなりの腹のときの時刻(即ち、自設備うなりの位相が0度のとき)に、上記電流組の各電流の位相が同一群内で共通した一定の位相(例えば0度)にあること。この同一群内で共通した一定の位相とは、後で説明する一致位相θe のことである。
図11〜図13に、同期制御装置50の構成の例をそれぞれ示す。それの説明に先立って、同期制御装置50による制御の原理を詳細に説明する。以下の説明では、第1組の周波数の電流等を例にしているが、第2組の周波数の電流等についても同じである。
まず、第1組の電流I11(t)、I12(t)の位相θ11(t)、θ12(t)とΔθinj(t)(=θ12(t)−θ11(t)。これを自設備うなりの位相と呼ぶ)の関係について考察する。
Te =(φ2 −φ1 )/(ω11−ω12)
θe =(ω11・φ2 −ω12・φ1 )/(ω11−ω12)
Δθinj(t)=θ12(t)−θ11(t)=(ω12−ω11)(t−Te )
Te :Δθinj(t)の位相が0度となる時刻(即ち、電流I11(t)とI12(t)の位相が一致する時刻。従ってこれを、位相一致時刻と呼ぶ)。
θe :Δθinj(t)が0度となる時刻(位相一致時刻)Te での電流I11(t)、I12(t)の位相(即ち、電流I11(t)とI12(t)の位相が一致するときの位相。従ってこれを、一致位相と呼ぶ)。
自群内の同じ周波数の電流同士の同期について、うなりそのものではなく、第1組の上記各電流の位相θ11(t)、θ12(t)と自設備うなりの位相Δθinj(t)との関係で以下にまとめる。これは、本発明は、うなりだけではなく、そこから更に考察して、うなりを生成する二つの信号(電流や電圧)の位相に着目したものだからである。
θ11(t)=ω11(t−Te )+θe ={ω11/(ω12−ω11)}・Δθinj(t)+θe
θ12(t)=ω12(t−Te )+θe ={ω12/(ω12−ω11)}・Δθinj(t)+θe
自設備うなりの位相Δθinj(t)を、他群うなりの位相Δθm(t)に合わせに行くためには、組を成す電流I11(t)、I12(t)の位相θ11(t)、θ12(t)を、それぞれの前記設定された角周波数ω11、ω12(これらは前述したように時間的に変化するものではなく、設定された固定値である)による一定増加の状態から、一時的に(過渡的に)変化させる必要がある。この変化させる過程での電流I11(t)、I12(t)を考察するために、前記数4、数5をそれぞれ次のように変更する。
φ1(t)=dθ11(t)+φ1
φ2(t)=dθ12(t)+φ2
θ11(t)={ω11・t+dθ11(t)}+φ1
=ω11・t+{dθ11(t)+φ1 }
=ω11・t+φ1(t)
Te ={φ2(t)−φ1(t)}/(ω11−ω12)
={φ2 −φ1 +dθ12(t)−dθ11(t)}/(ω11−ω12)
θe(t)={ω11・φ2(t)−ω12・φ1(t)}/(ω11−ω12)
={ω11・φ2 −ω12・φ1 +ω11・dθ12(t)−ω12・dθ11(t)}/(ω11−ω12)
Δθinj(t)=θ12(t)−θ11(t)=(ω12−ω11)(t−Te(t))
θ11(t)=ω11(t−Te(t))+θe(t)={ω11/(ω12−ω11)}・Δθinj(t)+θe(t)
θ12(t)=ω12(t−Te(t))+θe(t)={ω12/(ω12−ω11)}・Δθinj(t)+θe(t)
上記数17から、一致位相θe(t)が固定値(時間的に変化しない)ことの条件を求める。微小な時間Δtが経ったときの一致位相θe(t)の変化量は、数17の第2行目の時間的変動項を用いて、次式で表される。
θe(t+Δt)−θe(t)
={ω11・dθ12(t+Δt)−ω12・dθ11(t+Δt)}/(ω11−ω12)−{ω11・dθ12(t)−ω12・dθ11(t)}/(ω11−ω12)
={(ω11(dθ12(t+Δt)−dθ12(t))−ω12(dθ11(t+Δt)−dθ11(t))}/(ω11−ω12)
{ω11(dθ12(t+Δt)−dθ12(t)}−ω12{dθ11(t+Δt)−dθ11(t)}=0
{dθ11(t+Δt)−dθ11(t)}/{dθ12(t+Δt)−dθ12(t)}=ω11/ω12
Δθ11=ω11・Δt+{dθ11(t+Δt)−dθ11(t)}
Δθ12=ω12・Δt+{dθ11(t+Δt)−dθ11(t)}
Δθ11/Δθ12=ω11/ω12
θ11(t)=ω11・(t−Te(t))+θe
θ12(t)=ω12・(t−Te(t))+θe
θ11(t+Δt)=ω11・{(t+Δt)−Te(t+Δt)}+θe
θ12(t+Δt)=ω12・{(t+Δt)−Te(t+Δt)}+θe
Δθ11=θ11(t+Δt)−θ11(t)
=ω11{Δt−(Te(t+Δt)−Te(t)}
Δθ12=θ12(t+Δt)−θ12(t)
=ω12{Δt−(Te(t+Δt)−Te(t)}
Δθ11/Δθ12=ω11/ω12
dθ11(t)/dt=ω11・{1−dTe(t)/dt}
dθ12(t)/dt=ω12・{1−dTe(t)/dt}
ω11(t)/ω12(t)=ω11/ω12
次に、上記(3)で説明した原理に基づく制御を行う同期制御装置50の構成の例を説明する。
θ110(t)=ω11・t+θe
θ120(t)=ω12・t+θe
dθ(t)=Δθinj(t)−Δθm(t)
Δθinj(t)=θ12(t)−θ11(t)=(ω12−ω11)(t−Te(t))
−180°(即ち−π)<dθ(t)≦180°(即ちπ)
r=k・dθ(t)
θ11(t)=ω11・(t−Te(t))+θe
=ω11・t−ω11・Te(t)+θe
θ12(t)=ω12・(t−Te(t))+θe
=ω12・t−ω12・Te(t)+θe
2πf11・t=ω11・t
2πf12・t=ω12・t
2πf11・Te(t)=ω11・Te(t)
2πf12・Te(t)=ω12・Te(t)
θa(t)=ωa(t−Te(t))+θe
θb(t)=ωb(t−Te(t))+θe
上記電流注入装置40の構成の一例を図20に示す。
S11(t)=S11p・sinθ11(t)
S12(t)=S12p・sinθ12(t)
I11(t)=I11p・sinθ11(t)
I12(t)=I12p・sinθ12(t)
上記図12に示した同期制御装置50を用いて、自設備うなりの位相Δθinj(t)を他群うなりの位相Δθm(t)に同期させる制御のシミュレーションを行った結果を説明する。
上記単独運転監視装置30の構成の一例を図21に示す。
T1 =(t2 −t0 )+T0
=(3.035−3.000)+0.05
=0.085 [秒]
3相配電線に複数の分散電源保有設備20を接続する場合の一例を図23に示し、その等価回路を図24に示す。
なお、各分散電源保有設備20内の上記単独運転監視装置30、電流注入装置40および同期制御装置50に着目すれば、これらの装置30、40および50は、当該設備20内の分散電源26の単独運転を検出する単独運転検出装置を構成している、と言うことができる。換言すれば、各分散電源保有設備20は、上記単独運転監視装置30、電流注入装置40および同期制御装置50を有する単独運転検出装置をそれぞれ備えている、と言うことができる。
前述したように、上記単独運転検出システムを構築した後に、上記第1群および/または第2群を構成する分散電源保有設備20の数を変更(以下では増加に着目)しても良い。所要の分散電源保有設備20を、修理等のために別の(例えば新しい)分散電源保有設備と交換しても良い。
4 変電所
10 配電線
16 引込線
20 分散電源保有設備
26 分散電源
30 単独運転監視装置
40 電流注入装置
42 注入信号発生器
48 注入電流形成器
50 同期制御装置
58 他群うなり位相算出器
64 一致位相設定器
70 電流位相設定器
72 減算器(うなり位相算出手段)
86 減算器(自設備うなり算出手段)
88 うなり同期器
100 位相一致時刻発生器
102 クロック装置
114、118 位相発生器
Δθinj(t) 自設備うなりの位相
Δθm(t) 他群うなりの位相
dθ(t) うなり位相差
θe 一致位相
Te(t) 位相一致時刻
Iinj 注入電流
f11、f12、f21、f22 注入周波数
Claims (12)
- 上位系統に変電所を介して配電線が接続された配電系統の配電線に、分散電源を有する複数の分散電源保有設備が接続されており、かつ各分散電源保有設備は、当該分散電源保有設備と前記配電線とを接続する引込線を通して前記配電線に、当該配電系統の基本波周波数とは異なる周波数である注入周波数の注入電流を注入する電流注入装置と、前記引込線における注入周波数の電圧を計測して、当該電圧の増大から、当該分散電源保有設備内の分散電源が単独運転になったことを検出する単独運転監視装置とを備えている構成の単独運転検出システムにおいて、
(a)前記複数の分散電源保有設備を第1群と第2群との2群に分類し、
(b)うなりを生じさせる二つの注入周波数からそれぞれ成る2組の注入周波数であって、各組を成す二つの注入周波数間の周波数差は両組で互いに同じであり、かつ両組を構成する四つの注入周波数はそれぞれ異なる第1組および第2組の注入周波数を用いて、
(c)第1群に属する各分散電源保有設備の電流注入装置は第1組の注入周波数が設定されて当該注入周波数の電流組を含む注入電流を注入し、同分散電源保有設備の単独運転監視装置は第2組の注入周波数の内の少なくとも一方の注入周波数が設定されて当該注入周波数の電圧を計測して前記単独運転を検出するよう構成されており、
(d)第2群に属する各分散電源保有設備の電流注入装置は第2組の注入周波数が設定されて当該注入周波数の電流組を含む注入電流を注入し、同分散電源保有設備の単独運転監視装置は第1組の注入周波数の内の少なくとも一方の注入周波数が設定されて当該注入周波数の電圧を計測して前記単独運転を検出するよう構成されており、
(e)かつ両群の各分散電源保有設備は、自設備が属する方の群を自群、自設備が属さない方の群を他群と呼ぶと、自設備の電流注入装置が注入する注入電流を構成する電流組の各電流の位相を、当該注入電流が生じさせるうなりである自設備うなりの位相に対して同一群内で共通した一定の位相関係に保つと共に、当該自設備うなりを、他群に属する分散電源保有設備の電流注入装置が注入する注入電流の総体が生じさせる電圧のうなりである他群うなりに同期させる同期制御装置をそれぞれ備えている、ことを特徴とする分散電源の単独運転検出システム。 - 前記同期制御装置は、
(a)前記引込線における電圧に含まれている電圧であって、他群に属する分散電源保有設備の電流注入装置の注入周波数の電圧を計測して、当該電圧に基づいて前記他群うなりの位相を算出する他群うなり位相算出手段と、
(b)自設備の電流注入装置が注入する注入電流を構成する電流組の各電流の位相が、前記自設備うなりの位相に対して同一群内で共通した一定の位相関係になるように、当該電流組の各電流の位相をそれぞれ設定する電流位相設定手段と、
(c)前記自設備うなりの位相と前記他群うなりの位相との位相差を求めて、当該位相差が同一群内で共通した一定値になるように、自設備の電流注入装置が注入する注入電流を構成する電流組の各電流の位相を、両位相の変化量間の比率を両電流の前記設定された周波数間の比率と同じ比率に保ったまま変化させて、前記自設備うなりを前記他群うなりに同期させるうなり同期手段とを備えている請求項1記載の分散電源の単独運転検出システム。 - 前記同期制御装置は、
(a)前記引込線における電圧に含まれている電圧であって、他群に属する分散電源保有設備の電流注入装置の注入周波数の電圧を計測して、当該電圧に基づいて前記他群うなりの位相を算出する他群うなり位相算出手段と、
(b)自設備の電流注入装置が注入する注入電流を構成する電流組の各電流の位相が、前記自設備うなりの位相に対して同一群内で共通した一定の位相関係になるように、当該電流組の各電流の位相をそれぞれ設定する電流位相設定手段と、
(c)前記自設備うなりの位相と前記他群うなりの位相との位相差を求めて、当該位相差が同一群内で共通した一定値になるように、当該位相差に応じて、自設備の電流注入装置が注入する注入電流を構成する電流組の各電流の周波数を、両周波数間の比率を前記設定された周波数間の比率に保ったまま増減させて、前記自設備うなりを前記他群うなりに同期させるうなり同期手段とを備えている請求項1記載の分散電源の単独運転検出システム。 - 前記電流位相設定手段は、前記自設備うなりの位相が0度になるときの前記電流組の各電流の位相を0度に設定するものであり、
前記うなり同期手段は、前記自設備うなりの位相と前記他群うなりの位相との位相差を0度にするものである請求項2または3記載の分散電源の単独運転検出システム。 - (1)前記同期制御装置は、
(a)前記引込線における電圧に含まれている電圧であって、他群に属する分散電源保有設備の電流注入装置の注入周波数の電圧を計測して、当該電圧に基づいて前記他群うなりの位相を算出する他群うなり位相算出手段と、
(b)時刻tを表す信号を発生するクロック手段と、
(c)下記のうなり位相差に応じたものであって、当該うなり位相差を同一群内で共通した一定値にする位相一致時刻Te(t)((t)は時間的に変動する物理量であることを示す。以下同様)を発生する位相一致時刻発生手段と、
(d)同一群内で共通の固定された位相である一致位相θe を設定する一致位相設定手段と、
(e)自設備の組を成す前記設定された二つの注入周波数を角周波数で表してωa 、ωb とすると、前記時刻t、位相一致時刻Te(t)および一致位相θe を用いて、次式またはそれと数学的に等価の式で表される二つの位相θa(t)、θb(t)を発生する位相発生手段と、
θa(t)=ωa(t−Te(t))+θe 、
θb(t)=ωb(t−Te(t))+θe
(f)前記二つの位相θa(t)、θb(t)間の位相差を求めて前記自設備うなりの位相を算出する自設備うなり位相算出手段と、
(g)前記自設備うなりの位相と前記他群うなりの位相との位相差であるうなり位相差を算出するうなり位相差算出手段とを備えており、
(2)前記電流注入装置は、
(a)前記二つの位相θa(t)、θb(t)を用いて、当該位相θa(t)、θb(t)をそれぞれ有する二つの正弦波交流信号を含む注入信号を発生する注入信号発生手段と、
(b)前記注入信号を用いて前記注入電流を形成する注入電流形成手段とを備えている請求項1記載の分散電源の単独運転検出システム。 - 前記位相一致時刻発生手段は、前記うなり位相差を0度にする前記位相一致時刻Te(t)を発生するものであり、
前記一致位相設定手段は、前記自設備うなりの位相が0度になるときの前記一致位相θe を0度に設定するものである請求項5記載の分散電源の単独運転検出システム。 - 前記第1組および第2組の注入周波数を構成する各注入周波数は、いずれも、前記配電系統の基本波周波数の1倍よりも大きい非整数倍の周波数である請求項1ないし6のいずれかに記載の分散電源の単独運転検出システム。
- 前記配電線は3相配電線であり、
前記各分散電源保有設備は当該3相配電線の三つの線間の内の一つの線間にそれぞれ接続されており、
かつ当該3相配電線の第1の線間に接続されている分散電源保有設備および第2の線間に接続されている分散電源保有設備を前記第1群に属させ、第3の線間に接続されている分散電源保有設備を前記第2群に属させている請求項1ないし7のいずれかに記載の分散電源の単独運転検出システム。 - 請求項1ないし8のいずれかに記載の分散電源の単独運転検出システムを備えている前記配電系統の配電線に接続されて、前記第1群および第2群の分散電源保有設備の内の一方の群の一員となる後続の分散電源保有設備内の分散電源の単独運転を検出する装置であって、
(a)前記第1組および第2組の内の一方の組の注入周波数が設定されて当該周波数の電流組を含む注入電流を、前記後続の分散電源保有設備と前記配電線とを接続する引込線を通して前記配電線に注入する電流注入装置と、
(b)前記後続の分散電源保有設備用の前記引込線における電圧であって、前記第1組および第2組の内の他方の組の注入周波数を構成している少なくとも一方の注入周波数が設定されて当該周波数の電圧を計測して、当該電圧の増大から、前記後続の分散電源保有設備内の分散電源が単独運転になったことを検出する単独運転監視装置と、
(c)前記後続の分散電源保有設備を自設備と呼び、当該自設備が一員となる方の分散電源保有設備の群を自群、当該自設備が一員とならない方の分散電源保有設備の群を他群と呼ぶと、自設備用の前記電流注入装置が注入する注入電流を構成する電流組の各電流の位相を、当該注入電流が生じさせるうなりである自設備うなりの位相に対して同一群内で共通した一定の位相関係に保つと共に、当該自設備うなりを、他群に属する分散電源保有設備の電流注入装置が注入する注入電流の総体が生じさせる電圧のうなりである他群うなりに同期させる同期制御装置とを備えていることを特徴とする分散電源の単独運転検出装置。 - 前記同期制御装置は、
(a)前記引込線における電圧に含まれている電圧であって、他群に属する分散電源保有設備の電流注入装置の注入周波数の電圧を計測して、当該電圧に基づいて前記他群うなりの位相を算出する他群うなり位相算出手段と、
(b)自設備の電流注入装置が注入する注入電流を構成する電流組の各電流の位相が、前記自設備うなりの位相に対して同一群内で共通した一定の位相関係になるように、当該電流組の各電流の位相をそれぞれ設定する電流位相設定手段と、
(c)前記自設備うなりの位相と前記他群うなりの位相との位相差を求めて、当該位相差が同一群内で共通した一定値になるように、自設備の電流注入装置が注入する注入電流を構成する電流組の各電流の位相を、両位相の変化量間の比率を両電流の前記設定された周波数間の比率と同じ比率に保ったまま変化させて、前記自設備うなりを前記他群うなりに同期させるうなり同期手段とを備えている請求項9記載の分散電源の単独運転検出装置。 - 前記同期制御装置は、
(a)前記引込線における電圧に含まれている電圧であって、他群に属する分散電源保有設備の電流注入装置の注入周波数の電圧を計測して、当該電圧に基づいて前記他群うなりの位相を算出する他群うなり位相算出手段と、
(b)自設備の電流注入装置が注入する注入電流を構成する電流組の各電流の位相が、前記自設備うなりの位相に対して同一群内で共通した一定の位相関係になるように、当該電流組の各電流の位相をそれぞれ設定する電流位相設定手段と、
(c)前記自設備うなりの位相と前記他群うなりの位相との位相差を求めて、当該位相差が同一群内で共通した一定値になるように、当該位相差に応じて、自設備の電流注入装置が注入する注入電流を構成する電流組の各電流の周波数を、両周波数間の比率を前記設定された周波数間の比率に保ったまま増減させて、前記自設備うなりを前記他群うなりに同期させるうなり同期手段とを備えている請求項9記載の分散電源の単独運転検出装置。 - (1)前記同期制御装置は、
(a)前記引込線における電圧に含まれている電圧であって、他群に属する分散電源保有設備の電流注入装置の注入周波数の電圧を計測して、当該電圧に基づいて前記他群うなりの位相を算出する他群うなり位相算出手段と、
(b)時刻tを表す信号を発生するクロック手段と、
(c)下記のうなり位相差に応じたものであって、当該うなり位相差を同一群内で共通した一定値にする位相一致時刻Te(t)((t)は時間的に変動する物理量であることを示す。以下同様)を発生する位相一致時刻発生手段と、
(d)同一群内で共通の固定された位相である一致位相θe を設定する一致位相設定手段と、
(e)自設備の組を成す前記設定された二つの注入周波数を角周波数で表してωa 、ωb とすると、前記時刻t、位相一致時刻Te(t)および一致位相θe を用いて、次式またはそれと数学的に等価の式で表される二つの位相θa(t)、θb(t)を発生する位相発生手段と、
θa(t)=ωa(t−Te(t))+θe 、
θb(t)=ωb(t−Te(t))+θe
(f)前記二つの位相θa(t)、θb(t)間の位相差を求めて前記自設備うなりの位相を算出する自設備うなり位相算出手段と、
(g)前記自設備うなりの位相と前記他群うなりの位相との位相差であるうなり位相差を算出するうなり位相差算出手段とを備えており、
(2)前記電流注入装置は、
(a)前記二つの位相θa(t)、θb(t)を用いて、当該位相θa(t)、θb(t)をそれぞれ有する二つの正弦波交流信号を含む注入信号を発生する注入信号発生手段と、
(b)前記注入信号を用いて前記注入電流を形成する注入電流形成手段とを備えている請求項9記載の分散電源の単独運転検出装置。
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