JP4443792B2 - Independent operation detection system for private power generation facilities - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力需要家に設備された自家用発電設備の単独運転検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電力を大量に消費する需要家においては、所内の電力消費を節約し、また非常停電等の発生時に所内に電力を供給するために自家用発電機を設置し、電力会社から一定の電力の供給を受けながら、自家用発電機で発生した安価な電力を所内の自家用負荷に供給する自家用発電設備が盛んに設置されつつある。
この自家用発電設備と、電力会社の電力供給側系統は、「系統連系技術用件ガイドライン」に添って安全を維持するための必要な対策が設けられ、自家用発電設備内故障や電力供給側故障等の発生時には各種の保護装置により負荷側の機器類の損失を防止し、早急な故障回復に務めている。
【0003】
しかし、近年、電力供給側において、新エネルギー等分散型電源から余剰電力を積極的に購入するように法規が改正され、自家用発電設備においても一定の条件のもとで電力供給側への連系に応じて余剰電力の販売が可能となり、逆潮流防止装置を装備する必要がなくなりつつある。
しかしながら、自家用発電機の余剰電力を電力供給側に供給できるように逆潮流が許容された設備において、電力供給側が不健全状態にあるか否か、即ち電力会社の発電所側の遮断器が開路されているか、或いは配電線が断線しているか否かを自家用発電設備側で検出することができず、配電線の故障等により電力供給側の各遮断器が開路した状態で自家用発電設備側の連系遮断器が閉路して自家用発電設備が単独運転すると、電力供給側の故障した配電線に自家用発電機の電圧が印加されて配電線の保守点検、復旧作業等が危険となるという問題があった。
【0004】
そこで、電力供給側が不健全状態で自家用発電設備側の連系遮断器を正確に開路して各種事故の発生を防止できるようにするために、電力供給側に連系された自家用発電設備側から電力供給側が不健全状態で自家用発電設備が単独運転していることを容易に検出できる装置が要望されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、電力供給側に連系された自家用発電設備側から電力供給側が不健全状態で自家用発電設備が単独運転していることを容易に検出でき、しかも発熱を最小限に抑え、小型化できてコストダウンが図れる自家用発電設備の単独運転検出装置を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る自家用発電設備の単独運転検出装置は、系統電力会社側の配電線と自家用発電機との間に設けられた分岐線に直列に設けられた第1及び第2の電流検出器と、分岐線における第1及び第2の電流検出器の間の線路に正逆並列接続された一対の半導体素子を介して接続された検出用負荷コンデンサと、一対の半導体素子と検出用負荷コンデンサの接続点にスイッチを介して接続された電荷放電用抵抗と、配電線側の第1の電流検出器に流れる電流のピーク値を検出する第1の電流ピーク値検出器と、自家用発電機側の第2の電流検出器に流れる電流のピーク値を検出する第2の電流ピーク値検出器と、分岐線に流れる電流の1秒間のサイクルのうち、数サイクルの間は一対の半導体素子をゼロクロス点毎に交互にオン・オフさせ、その後の数サイクルの間は一対の半導体素子をオフすると共にスイッチをONするよう制御するスイッチ制御回路と、検出用負荷コンデンサに電流が流れている時における第1電流ピーク値検出器が検出した少なくとも1サイクルの電流のピーク値又は電流のピーク値に基づく平均値或いは実効値が所定の値と略同じか、或いは第2電流ピーク値検出器が検出した少なくとも1サイクルの電流のピーク値又は電流のピーク値に基づく平均値或いは実効値が所定の値より大きいときは自家用発電設備が単独運転の場合と判定する単独運転判定部とを備えて構成されている。
【0007】
本発明の請求項2に係る自家用発電設備の単独運転検出装置は、系統電力会社側の配電線と自家用発電機との間に設けられた分岐線に直列に設けられた第1及び第2の電流検出器と、分岐線における第1及び第2の電流検出器の間の線路に正逆並列接続された一対の半導体素子を介して接続された検出用負荷コンデンサと、一対の半導体素子と検出用負荷コンデンサの接続点にスイッチを介して接続された電荷放電用抵抗と、配電線側の第1の電流検出器に流れる電流の積分値を検出する第1の電流積分値検出器と、自家用発電機側の第2の電流検出器に流れる電流の積分値を検出する第2の電流積分値検出器と、分岐線に流れる電流の1秒間のサイクルのうち、数サイクルの間は一対の半導体素子をゼロクロス点毎に交互にオン・オフさせ、その後の数サイクルの間は一対の半導体素子をオフすると共にスイッチをオンするよう制御するスイッチ制御回路と、検出用負荷コンデンサに電流が流れている時における第1電流積分値検出器が検出した少なくとも1サイクルの電流の積分値が所定の値と略同じか、或いは第2電流積分値検出器が検出した少なくとも1サイクルの電流の積分値が所定の値より大きいときは自家用発電設備が単独運転の場合と判定する単独運転判定部とを備えて構成されている。
【0010】
【発明の実施の形態】
実施の形態1
図1は本発明の実施形態1の自家用発電設備の単独運転検出装置の構成を示す単線結線図、図2は同単独運転検出装置の原理的な構成を示す単線結線図、図3は同単独運転検出装置の分岐線から検出用インピーダンス負荷に流れる電流の模式化した波形図、図4は同自家用発電設備の単独運転検出装置の検出用負荷コンデンサに生じる残留電荷を説明するための波形図である。
図において、1は電力を供給する系統電力会社、2は系統電力会社1から配電線3を介して電力が供給される自家用発電設備、4は系統電力会社1と配電線3との間に設けられた遮断器である。配電線3には複数の一般負荷5が接続されている。これらの一般負荷5は内部に遮断器や断路器等が接続されて地絡事故等が発生したときに各負荷を配電線3より分離して危険を防止する。
6は自家用発電設備2に設けられ、配電線3の分岐点Pより分岐された分岐線、7は分岐線6の分岐点P側に接続された自家用連系遮断器、8は分岐線6の端末側に接続された自家用発電機、9は自家用発電機8に分岐線6を介して接続された自家用負荷である。
【0011】
10、11は分岐線6に直列に設けられた第1及び第2電流検出器(CT1、CT2)である。12は配電線側(以下、「系統側」という)の第1電流検出器10に流れる電流のピーク値を検出する第1電流ピーク値検出器、13は自家用発電機8側(以下、「発電機側」という)の第2電流検出器11に流れる電流のピーク値を検出する第2電流ピーク値検出器、14は系統側の第1電流検出器10に流れる電流の積分値を検出する第1電流積分値検出器、15は発電機側の第2電流検出器11に流れる電流の積分値を検出する第2電流積分値検出器、16は第1及び第2電流ピーク値検出器12、13と第1及び第2電流積分値検出器14、15に接続され、これらの検出値から自家用発電設備2の単独運転を検出する単独運転判定部である。
【0012】
20、21は分岐線6における第1及び第2電流検出器10、11の間の線路aに正逆並列接続された一対の半導体素子であるIGBT、22は一端が一対のIGBT20、21に接続され、他端が接地された検出用負荷コンデンサ、23は一端が検出用負荷コンデンサ22に接続され、他端が接地された電荷放電用抵抗、24は一端が検出用負荷コンデンサ22に接続され、他端が電荷放電用抵抗23に接続されたスイッチである。
25は分岐線6に流れる電流のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出回路、26はゼロクロス点検出回路28が検出したゼロクロス点に基づいて一対のIGBT20、21をオン・オフさせると共にスイッチ24をオン・オフさせるスイッチ駆動回路である。
【0013】
まず、本発明の実施の形態1の自家用発電設備の単独運転検出装置により自家用発電設備2の単独運転を検出できる原理の大略を図2に基づいて説明する。なお、図2において、図1と実質的に同一の構成は同一符号を付して説明を省略する。
例えば、自家用発電設備2内の自家用負荷9が必要とする電力を自家用発電機8を駆動しながら供給する。そして、自家用負荷9の電力が自家用発電機8の出力以上に必要となったら、不足する電力が系統電力会社1から自家用連系遮断器7を経由して自家用負荷9へ供給される。
又、自家用負荷9の負荷容量が減少して自家用発電機8の出力に余剰電力が発生したら、この余剰電力は自動的に自家用連系遮断器7より電力供給側である系統電力会社1側へ逆潮させて余剰電力を系統電力会社1へ販売するものである。
【0014】
ところで、自家用発電設備2が系統電力会社1側と連系されて健全な正常な場合と系統電力会社1側と連系中に不健全な状態となり自家用発電設備2が単独運転している場合では、図2に示すように系統電力会社1側の配電線3と自家用発電機8との間に設けられた分岐線6に検出用負荷コンデンサ22を瞬間的に投入すると、その分岐線6の系統側と発電機側とに流れる電流のピーク値がそれぞれ違うことにより、それに基づき連系されて正常な場合か単独運転の場合かを判定するようにしたものである。
ここで、系統電力会社1側と連系中に不健全な状態となり自家用発電設備2が単独運転している場合とは系統電力会社1側に故障が発生して連系遮断器4が開路されているか、或いは配電線3が断線している場合をいう。
【0015】
自家用発電設備が系統電力会社側と連系されて健全な正常な場合に、分岐線6に流れている電流のゼロクロス点でスイッチSをオンして検出用負荷コンデンサ22を瞬間的に投入した時に、分岐線6の系統側と発電機側とに流れる電流を第1及び第2電流検出器10、11で検出すると、その電流波形は図3の(a)の破線で示すように、発電機側の第2電流検出器11(CT2)が検出する電流のピーク値は少ししか変化しないが、系統側の第1電流検出器10(CT1)が検出する電流のピーク値は大きく変化することが分かる。
これは自家用発電機8の発電電流が発電機側から系統側に流れている場合に検出用負荷コンデンサ22を瞬間的に投入した時に、発電機側からの電流igの他に系統側からの電流ikが検出用負荷コンデンサ22に流れる込み、しかもikはigに比べて非常に大きいために第1電流検出器10(CT1)が検出する電流が減少することによるためと考えられるからである。
【0016】
次に、自家用発電設備が系統電力会社側と連系中に不健全な状態となって自家用発電設備が単独運転している場合に、分岐線6に流れている電流のゼロクロス点でスイッチ12をオンして検出用負荷コンデンサ22を瞬間的に投入した時に、分岐線6の系統側と発電機側とに流れる電流を第1及び第2の電流検出器10と11とで検出すると、その電流波形は図3の(b)の破線で示すように、系統側の第1の電流検出器10(CT1)が検出する電流のピーク値は少ししか変化しないが、発電機側の第2の電流検出器11(CT2)が検出する電流のピーク値は大きく変化することが分かっている。
【0017】
これは自家用発電機8の発電電流が発電機側から系統側に流れている場合に検出用負荷コンデンサ22を瞬間的に投入した時に、今まで系統側からの電流ikは流れずゼロでそのままであるが、発電機側からの電流igは検出用負荷コンデンサ22が投入された分だけ余計に流れ込むために第2電流検出器11(CT2)が検出する電流が増大することによるためと考えられるからである。
従って、第1電流検出器10又は第2電流検出器11で検出した電流のピーク値の変化を見ることにより、自家用発電設備が系統電力会社側と連系されて健全な正常な場合と系統電力会社側と連系中に不健全な状態で自家用発電設備が単独運転している場合とを判定することができる。
【0018】
次に、本発明の実施の形態1の自家用発電設備の単独運転検出装置の動作について説明する。
まず、一対のIGBT20、21がオフしている状態のままでは、分岐線6に流れている電流の一部が検出用負荷コンデンサ22に流れることはないから、検出用負荷コンデンサ22がないのと同じ状態となり、分岐線6に流れる電流を第1及び第2の電流検出器10と11で検出しても、その検出値は同じとなる。これは系統連系中の正常時や単独運転の異常時でも同じである。
【0019】
次に、分岐線6に流れている電流の1サイクルの間に正の半サイクルが始まるゼロクロス点から正の半サイクルが終わるまでの間はIGBT20をオンし、IGBT21をオフし、次の負の半サイクルが始まるゼロクロス点から負の半サイクルが終わるまでの間はIGBT20をオフし、IGBT21をオンする。
そうすると、正の半サイクルの間は検出用負荷コンデンサ22に正の電流が流れ、次の負の半サイクルの間は検出用負荷コンデンサ22に負の電流が流れる。
このように、検出用負荷コンデンサ22に正と負の電流が流れる時における分岐線6に流れる電流の変化を第1電流検出器10又は第2電流検出器11で検出して単独運転を検知する。
【0020】
しかし、検出用負荷コンデンサ22に正と負の電流を流した場合、正の半サイクルの電流と負の半サイクルの電流が全く等しいときには検出用負荷コンデンサ22に残留電荷が残ることはないが、正確には正の半サイクルの電流と負の半サイクルの電流が全く等しいということはなく、いずれかの電流分が多いのが通例であるため、検出用負荷コンデンサ22に残留電荷が残ることになる。
従って、数サイクルにわたって検出用負荷コンデンサ22に正と負の電流を流していくと、次第に検出用負荷コンデンサ22に残留電荷が溜まっていき、検出用負荷コンデンサ22に電流が流れなくなる事態が生じる。
そこで、数サイクルにわたって検出用負荷コンデンサ22に正と負の電流を流した後に、検出用負荷コンデンサ22に溜まった残留電荷を除去する必要が生じる。
このため、例えば1秒間のうち、初めの数サイクルは検出用負荷コンデンサ22に正と負の電流を流し、次の数サイクルは検出用負荷コンデンサ22に溜まった残留電荷を除去し、これらを1秒間に3〜5回の設定回数り返し、設定した回数を連続して検知した場合に単独運転と判定して異常信号を出す。
【0021】
以上の動作を図1に基づいて詳細に説明する。
スイッチ駆動回路26はゼロクロス点検出回路25からのゼロクロス点検出信号を受けている。
そこで、スイッチ駆動回路26は例えば1秒間のうち、分岐線6に流れている電流の1サイクルの間に正の半サイクルが始まるゼロクロス点から正の半サイクルが終わるまでの間はIGBT20をオンし、IGBT21をオフし、次の負の半サイクルが始まるゼロクロス点から負の半サイクルが終わるまでの間はIGBT20をオフし、IGBT21をオンする。
そうすると、正の半サイクルの間は検出用負荷コンデンサ22に正の電流が流れ、次の負の半サイクルの間は検出用負荷コンデンサ22に負の電流が流れる。
そして、この時点における第1及び第2の電流検出器10、11が検出した電流から第1及び第2の電流ピーク値検出器12、13が検出した電流ピーク値と第1及び第2の電流積分値相検出器14、15が検出した電流の積分値は単独運転判定部16に入力されている。
【0022】
単独運転判定部16では、1サイクルの間に検出用負荷コンデンサ22に電流が流れている時における第1の電流ピーク値検出器12が検出した電流の正又は負の半サイクルのピーク値と検出用負荷コンデンサ22に電流が流れていない時における第1の電流ピーク値検出器12が検出した電流の正又は負の半サイクルのピーク値とを比較し、検出用負荷コンデンサ22に電流が流れている時における第1の電流ピーク値検出器12が検出した電流の正又は負の半サイクルのピーク値が検出用負荷コンデンサ22に電流が流れていない時における第1の電流ピーク値検出器12が検出した電流の正又は負の半サイクルのピーク値より減少している状態で、両ピーク値の差A1が所定の値A1ref より大きいときは自家用発電設備2が系統電力会社1側と連系されて健全な正常な場合と判定することができ、両ピーク値の差A1が所定の値A1ref より小さいときは自家用発電設備2が系統電力会社1側と連系中に不健全な異常な状態となって単独運転をしている場合と判定することができる。
【0023】
また、1サイクルの間に検出用負荷コンデンサ22に電流が流れている時における第2の電流ピーク値検出器13が検出した電流の正又は負の半サイクルのピーク値と検出用負荷コンデンサ22に電流が流れていない時における第2の電流ピーク値検出器13が検出した電流の正又は負の半サイクルのピーク値とを比較し、検出用負荷コンデンサ22に電流が流れている時における第2の電流ピーク値検出器13が検出した電流の正又は負の半サイクルのピーク値が検出用負荷コンデンサ22に電流が流れていない時における第2の電流ピーク値検出器13が検出した電流の正又は負の半サイクルのピーク値より増大している状態で、両ピーク値の差A2が所定の値A2ref より大きいときは自家用発電設備2が系統電力会社1側と連系中に不健全な異常な状態となって単独運転をしている場合と判定することができ、両ピーク値の差A2が所定の値A2ref より小さいときは自家用発電設備2が系統電力会社1側と連系されて健全な正常な場合と判定することができる。
なお、検出用負荷コンデンサ22に電流が流れていない時における第1の電流ピーク値検出器12と第2の電流ピーク値検出器13が検出した電流の正又は負の半サイクルのピーク値を単独運転判定部16に所定の基準値として記憶させておいてもよい。
【0024】
また、単独運転判定部16では、1サイクルの間に検出用負荷コンデンサ22に電流が流れている時における第1の電流積分値検出器14が検出した電流の正又は負の半サイクルの電流の積分値と検出用負荷コンデンサ22に電流が流れていない時における第1の電流積分値検出器14が検出した電流の正又は負の半サイクルの積分値とを比較し、検出用負荷コンデンサ22に電流が流れている時における第1の電流積分値検出器14が検出した電流の正又は負の半サイクルの積分値が検出用負荷コンデンサ22に電流が流れていない時における第1の電流積分値検出器14が検出した電流の正又は負の半サイクルの積分値より減少している状態で、両積分値の差A3が所定の値A3ref より大きいときは自家用発電設備2が系統電力会社1側と連系されて健全な正常な場合と判定することができ、両積分値の差A3が所定の値A3ref より小さいときは自家用発電設備2が系統電力会社1側と連系中に不健全な異常な状態となって単独運転をしている場合と判定することができる。
【0025】
また、1サイクルの間に検出用負荷コンデンサ22に電流が流れている時における第2の電流積分値検出器15が検出した電流の正又は負の半サイクルの積分値と検出用負荷コンデンサ22に電流が流れていない時における第2の電流積分値検出器15が検出した電流の正又は負の半サイクルの積分値とを比較し、検出用負荷コンデンサ22に電流が流れている時における第2の電流積分値検出器15が検出した電流の正又は負の半サイクルの積分値が検出用負荷コンデンサ22に電流が流れていない時における第2の電流積分値検出器15が検出した電流の正又は負の半サイクルの積分値より増大している状態で、両積分値の差A4が所定の値A4ref より大きいときは自家用発電設備2が系統電力会社1側と連系中に不健全な異常な状態となって単独運転をしている場合と判定することができ、両積分値の差A4が所定の値A4ref より小さいときは自家用発電設備2が系統電力会社1側と連系されて健全な正常な場合と判定することができる。
なお、検出用負荷コンデンサ22に電流が流れていない時における第1の電流積分値検出器114と第2の電流積分値検出器15が検出した電流の正又は負の半サイクルの積分値を単独運転判定部16に予め所定の基準値として記憶させておいてもよい。
【0026】
そして、この実施の形態1の単独運転判定部16は、第1電流ピーク値検出器12が検出した電流のピーク値による判定又は第2電流ピーク値検出器13が検出した電流のピーク値による判定だけでなく、第1及び第2の電流ピーク値検出器12が検出した電流のピーク値による判定が同じときに、或いは第1電流積分値検出器14が検出した電流の積分値による判定又は第2電流積分値検出器15が検出した電流の積分値による判定だけでなく、第1及び第2の電流積分値検出器15が検出した電流の積分値による判定が同じときに、更にまた第1及び第2の電流ピーク値検出器12、13が検出した電流のピーク値による判定と第1及び第2電流積分値検出器14、15が検出した電流の積分値による判定とが同じときに、それぞれ自家用発電設備2が系統電力会社1側と連系されて健全な正常な場合と、自家用発電設備2が系統電力会社1側と連系中に不健全な異常な状態で自家用発電設備2が単独運転している場合とに分けて判定する。
【0027】
それは、このような2つ又は3つの観点から判断した方がより正確に判定できるからである。
従って、このように自家用発電設備2が系統電力会社1側と連系中に不健全な状態で自家用発電設備2が単独運転していると判定した場合は、直ちに自家用発電設備2を系統電力会社1側から分離させ、自家用発電設備2側の機器類の損傷、或いは系統電力会社1側の配電線3の保守点検時の事故等の各種の事故の発生を防止することができる。
【0028】
これによって、自家用発電機8は連続運転しながら設備内の自家用負荷9に電力を供給でき、故障により系統側遮断器4やその他の各遮断器が開路されて無負荷状態の電線路3に自家用発電機8等により電力が送電されることなく、安全に故障点検、復旧作業ができる。
また、配電線3の故障復旧後に直ちに系統電力会社1側の系統側遮断器4を閉路しても、自家用連系遮断器7が開路されていれば自家用発電設備2側の機器類が損傷することなく、自家用発電機8は電圧、周波数、位相等を同期検定器等で系統電力会社1側と正確に同期させた後で自家用連系遮断器7を閉路し、連系させながら自家用発電設備2を系統電力会社1側と系統連系させて通常状態に復帰
【0029】
また、上述の如く、理論的には検出用負荷コンデンサ22に正と負の電流を流した場合、正の半サイクルの電流と負の半サイクルの電流が全く等しいときには検出用負荷コンデンサ22に残留電荷が残ることはないが、正確には正の半サイクルの電流と負の半サイクルの電流が全く等しいということはなく、いずれかの電流分が多いのが通例であるため、検出用負荷コンデンサ22に残留電荷が残ることになる。
【0030】
そこで、例えば1秒間のうち、初めは検出用負荷コンデンサ22に電流を流すために、スイッチ駆動回路26は分岐線6に流れている電流の1サイクルの間に正の半サイクルが始まるゼロクロス点から正の半サイクルが終わるまでの間はIGBT20をオンし、IGBT21をオフし、次の負の半サイクルが始まるゼロクロス点から負の半サイクルが終わるまでの間はIGBT20をオフし、IGBT21をオンすることを数サイクル繰り返す。このときはスイッチ駆動回路26はスイッチ24をオフしたままである。
【0031】
しかる後に、今度はスイッチ駆動回路26は数サイクルの間はIGBT20とIGBT21を共にオフし、スイッチ24をオンさせる。
そうすると、検出用負荷コンデンサ22に溜まった残留電荷は電荷放電用抵抗23で放電されることにより、検出用負荷コンデンサ22に溜まった残留電荷は除去されることとなる。そこで、これらを1秒間に3〜5回の設定回数り返し、設定した回数を連続して検知した場合に単独運転と判定して異常信号を出す。
なお、検出用負荷コンデンサ22にはゼロクロス点を基準に電流が流されるので、サージ電流やアークが生じず、検出用負荷コンデンサ22が破壊されることはない。
また、検出用負荷コンデンサ22が消費する電力は検出用負荷抵抗に比べて大幅に少なくて済み、発熱も少ないために検出用負荷コンデンサ22は検出用負荷抵抗に比べて小さいもので済み、装置全体の小型化を図ることもできる。
【0032】
なお、上記実施の形態1では、単独運転判定部16が第1電流ピーク値検出器12が検出した電流のピーク値により判定又は第2電流ピーク値検出器13が検出した電流のピーク値により判定するようにしているが、かかる電流のピーク値に基づいて平均値又は実効値を演算して求め、平均値又は実効値により判定することができることはいうまでもない。
【0033】
また、単独運転判定部16が第1の電流積分値検出器14、15が検出した電流の積分値により判定又は第2の電流積分値検出器15が検出した電流の積分値により判定するようにしたのは、第1電流ピーク値検出器12が検出した電流のピーク値により判定又は第2電流ピーク値検出器13が検出した電流のピーク値により判定するのに比べて、電流の積分値であるため、誤動作が少ないことによるものである。
【0034】
【発明の効果】
本発明の請求項1によれば、系統電力会社側の配電線と自家用発電機との間に設けられた分岐線に直列に設けられた第1及び第2の電流検出器と、分岐線における第1及び第2の電流検出器の間の線路に正逆並列接続された一対の半導体素子を介して接続された検出用負荷コンデンサと、一対の半導体素子と検出用負荷コンデンサの接続点にスイッチを介して接続された電荷放電用抵抗と、配電線側の第1の電流検出器に流れる電流のピーク値を検出する第1の電流ピーク値検出器と、自家用発電機側の第2の電流検出器に流れる電流のピーク値を検出する第2の電流ピーク値検出器と、分岐線に流れる電流の1秒間のサイクルのうち、数サイクルの間は一対の半導体素子をゼロクロス点毎に交互にオン・オフさせ、その後の数サイクルの間は一対の半導体素子をオフすると共にスイッチをONするよう制御するスイッチ制御回路とを備え、単独運転判定部が検出用負荷コンデンサに電流が流れている時における第1電流ピーク値検出器が検出した少なくとも1サイクルの電流のピーク値又は電流のピーク値に基づく平均値或いは実効値が所定の値と略同じか、或いは第2電流ピーク値検出器が検出した少なくとも1サイクルの電流のピーク値又は電流のピーク値に基づく平均値或いは実効値が所定の値より大きいときは自家用発電設備が単独運転の場合と判定することができるので、自家用発電設備が単独運転していると判定した場合は直ちに自家用発電設備を系統電力会社側から分離させ、自家用発電設備側の機器類の損傷、或いは系統電力会社側の配電線の保守点検時の事故等の各種の事故の発生を防止できるという効果を有する。
また、スイッチを閉成から開成しても検出用負荷コンデンサに電荷がない状態で開成されるためにアークが生じず、検出用負荷コンデンサが破壊されることはなく、検出用負荷コンデンサが消費する電力は検出用負荷抵抗に比べて大幅に少なくて済み、発熱も少ないために検出用負荷コンデンサは小さいもので済み、装置全体の小型化を図ることもできるという効果がある。
【0035】
また、スイッチ制御回路は分岐線に流れる電流の1秒間のサイクルのうち、数サイクルの間は一対の半導体素子をゼロクロス点毎に交互にオン・オフさせ、その後の数サイクルの間は一対の半導体素子をオフすると共にスイッチをオンするよう制御するので、検出用負荷コンデンサにはゼロクロス点を基準に電流が流されることとなり、サージ電流やアークが生じず、検出用負荷コンデンサが破壊されることはなく、検出用負荷コンデンサに溜まった残留電荷は残留電荷放電用抵抗によって放電されるため、残留電荷の悪影響を受けることはなくなり、検出用負荷コンデンサが消費する電力は検出用負荷抵抗に比べて大幅に少なくて済み、発熱も少ないために検出用負荷コンデンサは小さいもので済み、装置全体の小型化を図ることもできるという効果がある。
【0036】
本発明の請求項2によれば、系統電力会社側の配電線と自家用発電機との間に設けられた分岐線に直列に設けられた第1及び第2の電流検出器と、分岐線における第1及び第2の電流検出器の間の線路に正逆並列接続された一対の半導体素子を介して接続された検出用負荷コンデンサと、一対の半導体素子と検出用負荷コンデンサの接続点にスイッチを介して接続された電荷放電用抵抗と、配電線側の第1の電流検出器に流れる電流の積分値を検出する第1の電流積分値検出器と、自家用発電機側の第2の電流検出器に流れる電流の積分値を検出する第2の電流積分値検出器と、分岐線に流れる電流の1秒間のサイクルのうち、数サイクルの間は一対の半導体素子をゼロクロス点毎に交互にオン・オフさせ、その後の数サイクルの間は一対の半導体素子をオフすると共にスイッチをオンするよう制御するスイッチ制御回路とを備え、単独運転判定部が検出用負荷コンデンサに電流が流れている時における第1電流積分値検出器が検出した少なくとも1サイクルの電流の積分値が所定の値と略同じか、或いは第2電流積分値検出器が検出した少なくとも1サイクルの電流の積分値が所定の値より大きいときは自家用発電設備が単独運転の場合と判定することができるので、自家用発電設備が単独運転していると判定した場合は直ちに自家用発電設備を系統電力会社側から分離させ、自家用発電設備側の機器類の損傷、或いは系統電力会社側の配電線の保守点検時の事故等の各種の事故の発生を防止できるという効果を有する。
【0037】
また、スイッチ制御回路は分岐線に流れる電流の1秒間のサイクルのうち、数サイクルの間は一対の半導体素子をゼロクロス点毎に交互にオン・オフさせ、その後の数サイクルの間は一対の半導体素子をオフすると共にスイッチをオンするよう制御するので、検出用負荷コンデンサにはゼロクロス点を基準に電流が流されることとなり、サージ電流やアークが生じず、検出用負荷コンデンサが破壊されることはなく、検出用負荷コンデンサに溜まった残留電荷は残留電荷放電用抵抗によって放電されるため、残留電荷の悪影響を受けることはなくなり、検出用負荷コンデンサが消費する電力は検出用負荷抵抗に比べて大幅に少なくて済み、発熱も少ないために検出用負荷コンデンサは小さいもので済み、装置全体の小型化を図ることもできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1の自家用発電設備の単独運転検出装置の構成を示す単線結線図である。
【図2】同単独運転検出装置の原理的構成を示す単線結線図である。
【図3】同単独運転検出装置の分岐線から検出用負荷コンデンサに流れる電流の模式化した波形図である。
【図4】同自家用発電設備の単独運転検出装置の検出用負荷コンデンサに生じる残留電荷を説明するための波形図である。
【符号の説明】
1 系統電力会社
2 自家用発電設備
3 配電線
6 分岐線
8 自家用発電機
9 自家用負荷
10 第1電流検出器(CT1)
11 第2電流検出器(CT2)
12 第1電流ピーク値検出器
13 第2電流ピーク値検出器
14 第1電流積分値検出器
15 第2電流積分値検出器
16 単独運転判定部
20 IGBT(半導体素子)
21 IGBT(半導体素子)
22 検出用負荷コンデンサ
23 電荷放電用抵抗
25 ゼロクロス点検出回路
26 スイッチ駆動回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an independent operation detection device for a private power generation facility installed in a power consumer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, consumers who consume a large amount of power have installed a private generator to save power consumption in the facility and supply power to the facility when an emergency power failure occurs. While receiving supply, private power generation facilities that supply inexpensive electric power generated by private power generators to private loads in the office are being actively installed.
This private power generation facility and the power supply system of the power company are provided with necessary measures to maintain safety in accordance with the “Guidelines for grid interconnection technology”. In the event of an occurrence, etc., various protective devices prevent loss of equipment on the load side, and work to recover quickly.
[0003]
However, in recent years, laws and regulations have been revised on the power supply side to actively purchase surplus power from distributed power sources such as new energy, and private power generation facilities are also connected to the power supply side under certain conditions. As a result, surplus power can be sold, and it is no longer necessary to equip a reverse power flow prevention device.
However, in a facility where reverse power flow is allowed so that surplus power of the private generator can be supplied to the power supply side, whether or not the power supply side is in an unhealthy state, that is, the breaker on the power station side of the power company is opened. It is impossible to detect whether the distribution line is disconnected or whether the distribution line is disconnected, and the private generation facility side with each circuit breaker opened due to a breakdown of the distribution line, etc. If the interconnection circuit breaker is closed and the private power generation facility is operated alone, the voltage of the private generator is applied to the broken distribution line on the power supply side, which makes maintenance and restoration work on the distribution line dangerous. there were.
[0004]
Therefore, in order to prevent the occurrence of various accidents by accurately opening the interconnection breaker on the private power generation facility side when the power supply side is in an unhealthy state, from the private power generation facility side connected to the power supply side There is a demand for an apparatus that can easily detect that the power generation side is in an unhealthy state and the private power generation facility is operating alone.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and can easily detect that the power generation side is in an unhealthy state and the private power generation facility is operating independently from the power generation side connected to the power supply side. An object of the present invention is to provide an independent operation detection device for a private power generation facility that can minimize heat generation, reduce the size, and reduce costs.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to
[0007]
According to claim 2 of the present invention, an independent operation detection device for a private power generation facility includes a first and a second provided in series on a branch line provided between a distribution line on a grid power company side and a private generator. A current detector, a detection load capacitor connected via a pair of semiconductor elements connected in forward and reverse parallel to a line between the first and second current detectors in the branch line, and a pair of semiconductor elements and detection A charge discharging resistor connected to the connection point of the load capacitor via a switch; A first current integrated value detector that detects an integrated value of the current flowing through the first current detector on the distribution line side, and a first current detector that detects an integrated value of the current flowing through the second current detector on the private generator side. Two current integral detectors; Among several cycles of the current flowing through the branch line, the pair of semiconductor elements are alternately turned on and off at each zero cross point for several cycles, and the pair of semiconductor elements are turned off and switched for several cycles thereafter. Switch control circuit that controls to turn on, and when current is flowing through the load capacitor for detection The integrated value of the current of at least one cycle detected by the first current integrated value detector is substantially the same as the predetermined value, or the integrated value of the current of at least one cycle detected by the second current integrated value detector is When it is larger than the predetermined value, it is configured to include a single operation determination unit that determines that the private power generation facility is in a single operation.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a single-line connection diagram showing the configuration of an isolated operation detection device for private power generation equipment according to
In the figure, 1 is a grid power company that supplies power, 2 is a private power generation facility to which power is supplied from the
[0011]
[0012]
Reference numerals 20 and 21 denote IGBTs which are a pair of semiconductor elements connected in the forward and reverse parallel to the line a between the first and second
[0013]
First, an outline of the principle by which the independent operation of the private power generation facility 2 can be detected by the single operation detection device for the private power generation facility according to
For example, the electric power required by the private load 9 in the private power generation facility 2 is supplied while driving the
Further, when the load capacity of the private load 9 decreases and surplus power is generated at the output of the
[0014]
By the way, when the private power generation facility 2 is connected to the
Here, when the power generation facility 2 for private use is in an unhealthy state during interconnection with the
[0015]
When the private power generation facility is connected to the grid power company and is healthy and normal, when the switch S is turned on at the zero crossing point of the current flowing through the
This is because the current from the system side in addition to the current ig from the generator side when the
[0016]
Next, when the private power generation facility is in an unhealthy state during the interconnection with the grid power company and the private power generation facility is operating alone, the switch 12 is turned on at the zero crossing point of the current flowing through the
[0017]
This is because the current ik from the system side does not flow until the
Therefore, by looking at the change in the peak value of the current detected by the first
[0018]
Next, operation | movement of the independent operation | movement detection apparatus of the private generation equipment of
First, in the state where the pair of IGBTs 20 and 21 are turned off, a part of the current flowing in the
[0019]
Next, the IGBT 20 is turned on and the IGBT 21 is turned off until the positive half cycle ends from the zero crossing point where the positive half cycle starts during one cycle of the current flowing through the
Then, a positive current flows through the
As described above, the first
[0020]
However, when positive and negative currents are passed through the
Accordingly, when positive and negative currents are allowed to flow through the
Therefore, after passing positive and negative currents through the
For this reason, for example, in the first few seconds, positive and negative currents are supplied to the
[0021]
The above operation will be described in detail with reference to FIG.
The switch drive circuit 26 receives the zero cross point detection signal from the zero cross
Therefore, the switch drive circuit 26 turns on the IGBT 20 from the zero cross point where the positive half cycle starts during one cycle of the current flowing through the
Then, a positive current flows through the
Then, the current peak value detected by the first and second current
[0022]
The isolated
[0023]
Further, the positive or negative half-cycle peak value of the current detected by the second current
Note that the positive or negative half-cycle peak value of the current detected by the first current peak value detector 12 and the second current
[0024]
In addition, in the isolated
[0025]
Further, the positive or negative half-cycle integral value of the current detected by the second current
The integral value of the positive or negative half cycle of the current detected by the first current integral value detector 114 and the second current
[0026]
Then, the isolated
[0027]
This is because the determination can be made more accurately by judging from these two or three viewpoints.
Therefore, when it is determined that the private power generation facility 2 is operating alone in an unhealthy state while the private power generation facility 2 is connected to the
[0028]
As a result, the
Moreover, even if the system side circuit breaker 4 on the
[0029]
As described above, theoretically, when positive and negative currents are passed through the
[0030]
Therefore, for example, in order to pass a current through the
[0031]
Thereafter, the switch drive circuit 26 turns off both the IGBT 20 and the IGBT 21 and turns on the switch 24 for several cycles.
As a result, the residual charge accumulated in the
Since a current flows through the
In addition, the power consumed by the
[0032]
In the first embodiment, the
[0033]
In addition, the isolated
[0034]
【The invention's effect】
According to
In addition, even if the switch is opened from the closed state, the detection load capacitor is opened with no electric charge, so that no arc is generated, the detection load capacitor is not destroyed, and the detection load capacitor is consumed. The electric power is much smaller than the detection load resistance, and since the heat generation is small, the detection load capacitor is small, and the entire apparatus can be reduced in size.
[0035]
In addition, the switch control circuit alternately turns on and off the pair of semiconductor elements at every zero cross point for several cycles out of the one second cycle of the current flowing through the branch line, and the pair of semiconductors for the subsequent several cycles. Since the device is controlled to be turned off and the switch is turned on, a current flows through the detection load capacitor with reference to the zero cross point, and no surge current or arc is generated, and the detection load capacitor is not destroyed. Since the residual charge accumulated in the detection load capacitor is discharged by the residual charge discharge resistor, the residual charge is not adversely affected, and the power consumed by the detection load capacitor is much larger than that of the detection load resistor. The load capacitor for detection can be small because it requires less heat and generates less heat, and the entire device can be downsized. There is an effect that.
[0036]
According to claim 2 of the present invention, the first and second current detectors provided in series with the branch line provided between the distribution line on the grid power company side and the private generator, and the branch line A load capacitor for detection connected via a pair of semiconductor elements connected in a forward and reverse parallel to the line between the first and second current detectors, and a switch at a connection point between the pair of semiconductor elements and the load capacitor for detection A charge discharging resistor connected via A first current integrated value detector that detects an integrated value of the current flowing through the first current detector on the distribution line side, and a first current detector that detects an integrated value of the current flowing through the second current detector on the private generator side. Two current integral detectors; Among several cycles of the current flowing through the branch line, the pair of semiconductor elements are alternately turned on and off at each zero cross point for several cycles, and the pair of semiconductor elements are turned off and switched for several cycles thereafter. A switch control circuit that controls to turn on, and the islanding determination unit when the current flows through the detection load capacitor The integrated value of the current of at least one cycle detected by the first current integrated value detector is substantially the same as the predetermined value, or the integrated value of the current of at least one cycle detected by the second current integrated value detector is When it is greater than the predetermined value, it can be determined that the private power generation facility is operating alone, so if it is determined that the private power generation facility is operating independently, the private power generation facility is immediately separated from the grid power company side, It has the effect of preventing the occurrence of various accidents such as damage to equipment on the private power generation facility side or accidents during maintenance inspection of distribution lines on the grid power company side.
[0037]
In addition, the switch control circuit alternately turns on and off the pair of semiconductor elements at every zero cross point for several cycles out of the one second cycle of the current flowing through the branch line, and the pair of semiconductors for the subsequent several cycles. Since the device is controlled to be turned off and the switch is turned on, a current flows through the detection load capacitor with reference to the zero cross point, and no surge current or arc is generated, and the detection load capacitor is not destroyed. Since the residual charge accumulated in the detection load capacitor is discharged by the residual charge discharge resistor, the residual charge is not adversely affected, and the power consumed by the detection load capacitor is much larger than that of the detection load resistor. The load capacitor for detection can be small because it requires less heat and generates less heat, and the entire device can be downsized. There is an effect that.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a single line connection diagram illustrating a configuration of an isolated operation detection device for a private power generation facility according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a single-line diagram showing the basic configuration of the isolated operation detection device.
FIG. 3 is a waveform diagram schematically illustrating a current flowing from a branch line of the islanding detection device to a load capacitor for detection.
FIG. 4 is a waveform diagram for explaining residual charges generated in a detection load capacitor of the isolated operation detection device for the private power generation facility.
[Explanation of symbols]
1 Power company
2 Private power generation facilities
3 Distribution lines
6 branch line
8 Private generator
9 Private load
10 First current detector (CT1)
11 Second current detector (CT2)
12 First current peak value detector
13 Second current peak value detector
14 First current integral detector
15 Second current integrated value detector
16 Independent operation determination unit
20 IGBT (semiconductor element)
21 IGBT (semiconductor element)
22 Load capacitor for detection
23 Charge discharge resistance
25 Zero cross point detection circuit
26 Switch drive circuit
Claims (2)
系統電力会社側の配電線と自家用発電機との間に設けられた分岐線に直列に設けられた第1及び第2の電流検出器と、
分岐線における第1及び第2の電流検出器の間の線路に正逆並列接続された一対の半導体素子を介して接続された検出用負荷コンデンサと、
一対の半導体素子と検出用負荷コンデンサの接続点にスイッチを介して接続された電荷放電用抵抗と、
配電線側の第1の電流検出器に流れる電流のピーク値を検出する第1の電流ピーク値検出器と、
自家用発電機側の第2の電流検出器に流れる電流のピーク値を検出する第2の電流ピーク値検出器と、
分岐線に流れる電流の1秒間のサイクルのうち、数サイクルの間は一対の半導体素子をゼロクロス点毎に交互にオン・オフさせ、その後の数サイクルの間は一対の半導体素子をオフすると共にスイッチをONするよう制御するスイッチ制御回路と、
検出用負荷コンデンサに電流が流れている時における第1電流ピーク値検出器が検出した少なくとも1サイクルの電流のピーク値又は電流のピーク値に基づく平均値或いは実効値が所定の値と略同じか、或いは第2電流ピーク値検出器が検出した少なくとも1サイクルの電流のピーク値又は電流のピーク値に基づく平均値或いは実効値が所定の値より大きいときは自家用発電設備が単独運転の場合と判定する単独運転判定部とからなることを特徴とする自家用発電設備の単独運転検出装置。It is a private power generation facility having a private load that is supplied with power from the grid power company that supplies power via a distribution line and that is mainly supplied with power from a private generator,
First and second current detectors provided in series with a branch line provided between a distribution line on the grid power company side and a private generator;
A load capacitor for detection connected via a pair of semiconductor elements connected in forward and reverse parallel to a line between the first and second current detectors in the branch line;
A charge discharge resistor connected via a switch to a connection point between the pair of semiconductor elements and the load capacitor for detection;
A first current peak value detector for detecting a peak value of a current flowing through the first current detector on the distribution line side;
A second current peak value detector for detecting a peak value of a current flowing through the second current detector on the private generator side;
Among several cycles of the current flowing through the branch line, the pair of semiconductor elements are alternately turned on and off at every zero cross point for several cycles, and the pair of semiconductor elements are turned off and switched for several cycles thereafter. A switch control circuit for controlling to turn on,
Whether at least one cycle of the current peak value detected by the first current peak value detector when current is flowing through the detection load capacitor, or an average value or effective value based on the current peak value is substantially the same as a predetermined value Or, when the peak value of the current of at least one cycle detected by the second current peak value detector or the average value or effective value based on the peak value of the current is larger than a predetermined value, it is determined that the private power generation facility is in a single operation. An independent operation detection device for a private power generation facility, characterized by comprising an isolated operation determination unit.
系統電力会社側の配電線と自家用発電機との間に設けられた分岐線に直列に設けられた第1及び第2の電流検出器と、
分岐線における第1及び第2の電流検出器の間の線路に正逆並列接続された一対の半導体素子を介して接続された検出用負荷コンデンサと、
一対の半導体素子と検出用負荷コンデンサの接続点にスイッチを介して接続された電荷放電用抵抗と、
配電線側の第1の電流検出器に流れる電流の積分値を検出する第1の電流積分値検出器と、
自家用発電機側の第2の電流検出器に流れる電流の積分値を検出する第2の電流積分値検出器と、
分岐線に流れる電流の1秒間のサイクルのうち、数サイクルの間は一対の半導体素子をゼロクロス点毎に交互にオン・オフさせ、その後の数サイクルの間は一対の半導体素子をオフすると共にスイッチをオンするよう制御するスイッチ制御回路と、
検出用負荷コンデンサに電流が流れている時における第1電流積分値検出器が検出した少なくとも1サイクルの電流の積分値が所定の値と略同じか、或いは第2電流積分値検出器が検出した少なくとも1サイクルの電流の積分値が所定の値より大きいときは自家用発電設備が単独運転の場合と判定する単独運転判定部とからなることを特徴とする自家用発電設備の単独運転検出装置。It is a private power generation facility having a private load that is supplied with power from the grid power company that supplies power via a distribution line and that is mainly supplied with power from a private generator,
First and second current detectors provided in series with a branch line provided between a distribution line on the grid power company side and a private generator;
A load capacitor for detection connected via a pair of semiconductor elements connected in forward and reverse parallel to a line between the first and second current detectors in the branch line;
A charge discharge resistor connected via a switch to a connection point between the pair of semiconductor elements and the load capacitor for detection;
A first current integrated value detector for detecting an integrated value of a current flowing through the first current detector on the distribution line side;
A second current integrated value detector for detecting an integrated value of a current flowing through the second current detector on the private generator side;
Among several cycles of the current flowing through the branch line, the pair of semiconductor elements are alternately turned on and off at each zero cross point for several cycles, and the pair of semiconductor elements are turned off and switched for several cycles thereafter. A switch control circuit for controlling to turn on,
The integrated value of the current of at least one cycle detected by the first current integrated value detector when the current is flowing through the detection load capacitor is substantially the same as the predetermined value or detected by the second current integrated value detector. An independent operation detection device for private power generation facilities, comprising: an independent operation determination unit that determines that the private power generation facility is in a single operation when the integral value of the current of at least one cycle is greater than a predetermined value.
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