特開 2023-121501 電力供給システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023121501

(43)【公開日】2023-08-31

(54)【発明の名称】電力供給システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/32 20060101AFI20230824BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20230824BHJP

   H02J 13/00 20060101ALI20230824BHJP

   H02J 9/04 20060101ALI20230824BHJP

【ＦＩ】

H02J3/32

H02J3/38 110

H02J13/00 311S

H02J9/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022024873

(22)【出願日】2022-02-21

(71)【出願人】

【識別番号】000213297

【氏名又は名称】中部電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】今枝 弘典

(72)【発明者】

【氏名】宮地 慶

(72)【発明者】

【氏名】山田 琢寛

【テーマコード（参考）】

5G015

5G064

5G066

【Ｆターム（参考）】

5G015FA02

5G015FA13

5G015GA08

5G015GB01

5G015JA05

5G015JA25

5G015JA32

5G015JA47

5G015JA53

5G015JA55

5G015JA59

5G064AA04

5G064AC10

5G064CB07

5G064CB11

5G064CB14

5G064DA03

5G066AA09

5G066DA06

5G066HA03

5G066HA06

5G066HA11

5G066HA13

5G066HA24

5G066HB06

5G066HB09

5G066JA02

5G066JB03

5G066LA02

5G066LA04

5G066LA08

(57)【要約】

【課題】蓄電装置を有効に活用しつつ、全停電状態からの復帰時の突入電流を抑制するようにした電力供給システムを提供すること。
【解決手段】本開示技術では、複数の需要家４、４０を含む需要家群３へ電力を供給するシステムにおいて、需要家群全体への系統からの電力供給を遮断する遮断器２と、需要家群を複数のブロックに分割したブロックごとに設けられ、系統から当該ブロック内の需要家群への電力供給のオンオフを切り換える開閉器１２と、ブロックの１つに設けられた蓄電装置５と、蓄電装置および需要家群の上位側にそれぞれ設けられた変圧器１３、２３と、全停電状態からの復帰動作を制御する復帰制御部７とを有しており、復帰制御部は、ソフトスタートを行う。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の需要家を含む需要家群への電力供給システムであって、
前記需要家群への系統からの電力供給を遮断する遮断器と、
前記需要家群を複数のブロックに分割したブロックごとに設けられ、系統から当該ブロック内の需要家群への電力供給のオンオフを切り換える開閉器と、
前記ブロックの１つに設けられた蓄電装置と、
前記蓄電装置および前記需要家群の上位側にそれぞれ設けられた変圧器と、
全停電状態からの復帰動作を制御する復帰制御部とを有し、
前記復帰制御部は、
前記遮断器を遮断状態にしたまま、各前記開閉器をいずれもオン状態として、
前記蓄電装置の出力電圧を、あらかじめ定めた立ち上げ時間を掛けて立ち上げるソフトスタートを行うものである電力供給システム。

【請求項2】

請求項１に記載の電力供給システムであって、
前記遮断器として、
通常時に前記複数のブロックのうち第１群に属するものに電力を供給する第１遮断器と、
通常時に前記複数のブロックのうち第２群に属するものに電力を供給する第２遮断器とを有し、
前記第１群に属するブロックと前記第２群に属するブロックとの間に設けられ通常時にはオフ状態とされる分離開閉器を有し、
前記蓄電装置は前記第１群に属するブロックの１つに設けられており、
前記復帰制御部は、
前記第１群に属するブロックを対象として前記ソフトスタートを行い、
前記ソフトスタートの後で、前記第２遮断器を遮断状態にしたまま、前記分離開閉器をオン状態とすることにより前記第２群に属するブロックへの区間拡大を行う機能を有するものである電力供給システム。

【請求項3】

請求項２に記載の電力供給システムであって、前記区間拡大では、
前記第２群中の前記開閉器を、時間差をおいて順次オンさせていく電力供給システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示技術は、電力供給システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電力の需要家群に対する電力の供給を、大規模な電源系統から行うばかりでなく、蓄電池等の分散型エネルギーを配置したマイクログリッドにより行うことも行われている。特許文献１の電力管理システムは、停電時に交流電圧を第１の配電系統に供給する主分散電源と、創エネ機器を含む複数の分散電源とが設置されたものである。同文献のシステムはさらに、情報収集部と、発電電力予測部と、消費電力予測部と、運転計画作成部とを備えている。これにより、系統からの送電が途絶えているエリアに対する主分散電源からの電力供給を適切に運用することができるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第6591133号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記した従来の技術は、主分散電源からの電力供給を立ち上げた後の運用を対象とするものである。しかしながら、停電状態にて主分散電源からの電力供給を立ち上げるときのことについては記載がない。このため、電力供給の開始時に発生しうる突入電流については何らの解決策も提供していない。したがって、蓄電電力の供給を開始するときに、突入電流の発生により一瞬ではあるが大電流が流れることがあった。このためリレートリップによりシステムが停止することがあると考えられる。

【0005】

本開示技術の課題とするところは、蓄電装置を有効に活用しつつ、全停電状態からの復帰時の突入電流を抑制するようにした電力供給システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示技術の一態様における電力供給システムは、複数の需要家を含む需要家群へ電力を供給するシステムであって、需要家群全体への系統からの電力供給を遮断する遮断器と、需要家群を複数のブロックに分割したブロックごとに設けられ、系統から当該ブロック内の需要家群への電力供給のオンオフを切り換える開閉器と、ブロックの１つに設けられた蓄電装置と、蓄電装置および需要家群の上位側にそれぞれ設けられた変圧器と、全停電状態からの復帰動作を制御する復帰制御部とを有し、復帰制御部は、遮断器を遮断状態にしたまま、各開閉器をいずれもオン状態として、蓄電装置の出力電圧を、あらかじめ定めた立ち上げ時間を掛けて立ち上げるソフトスタートを行うものである。

【0007】

上記態様における電力供給システムでは、復帰動作を、各開閉器をいずれもオン状態として蓄電装置をソフトスタートさせるソフトスタート動作により行う。これにより、各変圧器への印加電圧が急激に立ち上がることを防止し、突入電流を抑制しつつ、需要家群全体への電力供給を、蓄電装置の蓄電電力により一斉に開始する。

【0008】

上記態様の電力供給システムはさらに、遮断器として、通常時に複数のブロックのうち第１群に属するものに電力を供給する第１遮断器と、通常時に複数のブロックのうち第２群に属するものに電力を供給する第２遮断器とを有し、第１群に属するブロックと第２群に属するブロックとの間に設けられ通常時にはオフ状態とされる分離開閉器を有し、蓄電装置は第１群に属するブロックの１つに設けられており、復帰制御部は、第１群に属するブロックを対象としてソフトスタートを行い、ソフトスタートの後で、第２遮断器を遮断状態にしたまま、分離開閉器をオン状態とすることにより第２群に属するブロックへの区間拡大を行う機能を有するシステムとすることもできる。このようにすると、第１群の中にある蓄電装置の蓄電電力を用いて、隣の第２群の需要家群へも電力を供給することができる。

【0009】

さらに、区間拡大では、第２群中の開閉器を、時間差をおいて順次オンさせていくことが望ましい。このようにすると、区間拡大動作時における突入電流が１ブロック分ずつ別々のタイミングで発生する。このため、複数のブロックの突入電流が重なって同時に発生することがない。したがって電流の瞬間値はそれほど大きなものとはならないので、リレートリップが起こりにくい。

【発明の効果】

【0010】

本開示技術によれば、蓄電装置を有効に活用しつつ、全停電状態からの復帰時の突入電流を抑制するようにした電力供給システムが提供されている。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態における需要家群を示す模式図である。

【図2】需要家群のブロック構成を示す模式図である。

【図3】全停電状態を示す模式図である。

【図4】ソフトスタート動作を行うときの状態を示す模式図である。

【図5】ソフトスタートによる蓄電装置の出力電圧の立ち上げを示すグラフである。

【図6】ソフトスタートを行ったときの電流値の変化を示すグラフである。

【図7】区間拡大動作を行う態様の需要家群のブロック構成を示す模式図である。

【図8】区間拡大動作を開始する前の時点での状態を示す模式図である。

【図9】区間拡大動作を行っている状態を示す模式図（その１）である。

【図10】区間拡大動作を行っている状態を示す模式図（その２）である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示技術を具体化した実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は、図１のような電力供給システム１０を対象とする。電力供給システム１０は、系統線１から遮断器２を介して電力供給を受ける需要家群３を対象とする。遮断器２は、系統線１からの電力供給を遮断する機能を有するものである。

【0013】

需要家群３には、複数の需要家４、４０が含まれている。需要家４は、一般家庭等の比較的小規模な需要家である。需要家４０は、工場、学校、病院等の比較的大規模な需要家である。遮断器２の下位には、需要家４、４０の他に蓄電器５が配置されている。さらに太陽光発電装置その他の小規模発電装置が配置されていてもよい。以下の説明で需要家群３というときは、蓄電器５、および存在する場合には小規模発電装置もその中に含むものとする。

【0014】

需要家４、４０における電力需要は、系統線１からの電力供給により賄われる他に、蓄電器５からの放電によっても賄われる。蓄電器５の充電は、深夜のような電気代が安い時間帯に系統線１からの電力供給により行われる。小規模発電装置を持つ需要家群３の場合には小規模発電装置の発電電力も蓄電器５の充電に充てることができる。本開示技術では、需要家群３において全停電が起こった後の回復時の動作を対象とする。

【0015】

需要家群３における系統線１からの配電系統の概要は、図２に示されるようになっている。需要家４、４０は、遮断器２より下位の主高圧線１１に、変圧器１３を介して接続されている。１つの変圧器１３の下位には、１つの大規模需要家４０、または複数の小規模需要家４が存在している。各変圧器１３の容量は同一でなくてもよい。蓄電器５は、遮断器２より下位の主高圧線１１に、変圧器２３を介して接続されている。変圧器２３の下位には、蓄電器５のみが存在しており需要家４、４０は存在していない。変圧器２３の容量がいずれかの変圧器１３の容量と同一であってもよい。変圧器１３および変圧器２３は、需要家群３における主要なインダクタンス負荷である。

【0016】

遮断器２より下位の主高圧線１１上の複数箇所に、区間開閉器１２が配置されている。主高圧線１１における遮断器２から最初の区間開閉器１２までの範囲、および区間開閉器１２からその隣の区間開閉器１２までの範囲をそれぞれ「区間」という。需要家群３は、区間開閉器１２により複数のブロック９に分割されている。需要家４、４０、および蓄電器５のうち同一のブロック９に属するものは、主高圧線１１における同一の区間に接続されている。区間開閉器１２により、系統切替時等の供給元電源の切り替え、および、事故時における故障個所の復旧のための切り離しに対応している。

【0017】

区間開閉器１２は、そのすぐ下流側のブロック９に属する需要家４、４０への電力供給のオンオフを切り換える開閉器である。区間開閉器１２とは別に、大規模需要家４０には個別開閉器１８が設けられている。蓄電器５には個別開閉器８が設けられている。個別開閉器８、１８は、主高圧線１１とそれぞれの変圧器１３、２３との間に配置されている。１つのブロック９に属するものの内訳としては、図２に示されるものと異なるブロック９があってもよい。例えば、小規模需要家４のみが属するブロック９、大規模需要家４０のみが属するブロック９、蓄電器５のみが属するブロック９があってもよい。ブロック９の総数はもっと多くてもよい。

【0018】

図２に示すように、蓄電器５と変圧器２３との間にはパワーコンディショナー６が配置されている。さらに、制御部７が設けられている。蓄電器５とパワーコンディショナー６とで蓄電装置を構成している。パワーコンディショナー６は、直流交流変換、周波数調整等を行うものである。制御部７は、蓄電器５およびパワーコンディショナー６を制御する制御端末である。制御部７に個別開閉器８の開閉制御機能を持たせることも可能である。あるいは図２中の制御部７とは別に制御端末（例えば後述する図７中の制御部１４）を設けてそこに個別開閉器８の開閉制御機能を持たせることもできる。通常の送電状態では、遮断器２、すべての区間開閉器１２、すべての個別開閉器８、１８がいずれもオン状態である。需要家群３が全停電状態にあるときには図３に示すように、すべての区間開閉器１２および蓄電器５の個別開閉器８がオフにされる。

【0019】

本形態では、全停電状態になり系統線１からの電力供給が回復していないときに、蓄電器５の貯蔵電力を利用して需要家群３への電力供給を行う。その蓄電器５からの電力供給の開始時にソフトスタート動作を行う。ソフトスタート動作を行う目的は、電力供給の開始時には、変圧器１３、２３の残留磁束等の要因による突入電流が流れる可能性があるので、これを緩和するためである。ソフトスタート動作を行う前に、需要家群３全体の送電線網の巡回視察は済まされており、異常箇所は見つからなかった、あるいはあったとしても切り離し済みとされているものとする。ソフトスタート動作は、制御部７が行う復帰動作の１つである。もう１つの復帰動作である区間拡大動作については、ソフトスタート動作の説明の後で説明する。

【0020】

［ソフトスタート動作］
ソフトスタート動作について説明する。ソフトスタート動作は、遮断器２をオフにして次の１．、２．の手順で行われる。需要家群３の電力使用機器のオンオフ状況は問わない。
１．すべての区間開閉器１２および蓄電器５の個別開閉器８をいずれもオン状態にする（図４参照）。個別開閉器１８については、図４中ではすべてオンにしているが、任意である。
２．蓄電器５をソフトスタートさせる。

【0021】

ソフトスタートとは、蓄電器５の貯蔵電力に基づくパワーコンディショナー６の出力交流電圧を、図５に示すようにゼロから目標電圧まで徐々に上昇させることである。これにより図６に示すように、電圧立ち上げ時に変圧器１３に流れる突入電流を緩和する。ソフトスタート動作は、制御部７の制御により行われる。制御部７は、ソフトスタート動作部としての機能を有する復帰制御部でもある。

【0022】

図６は、通常状態で想定される最大負荷時の電流値が約２６Ａである需要家群３を想定して、立ち上げ時間を２秒に設定してソフトスタートを行った場合の電流値の変遷である。図６は３相各相のグラフを重ね書きしたものであるが、本形態としての評価上はピーク電流値にのみ着目すれば十分である。図６中のピーク電流値は約１１．８Ａで、これは十分に許容範囲内である。

【0023】

本発明者らが行ったシミュレーションの結果では、立ち上げ時間を０．１秒に短縮しても突入電流の緩和は十分であった。立ち上げ時間を過度に長くすることに特段の利点はないので、立ち上げ時間は０．１～１０秒の範囲内に設定することが望ましい。ソフトスタート動作により、需要家群３全体に対して蓄電器５から電力供給する状態となる。以上がソフトスタート動作の説明である。

【0024】

［区間拡大動作］
区間拡大動作は、前述のソフトスタート動作が完了した後に、蓄電器５から電力供給される範囲をさらに拡大する動作である。この動作は、需要家群が複数の群に分割されている場合に適用される。この動作が適用される電力供給システムには、図７に示す需要家群が含まれている。図７の需要家群では、主高圧線１１中に分離開閉器２２が設けられている。図７中における分離開閉器２２の左側には、図２に示した需要家群３と同じ需要家群が配置されている。以下これを第１群の需要家群３といい、図２中の遮断器２を第１遮断器２という。図７中における分離開閉器２２の右側の需要家群を第２群の需要家群３３という。分離開閉器２２は、区間開閉器１２と同様のものであるが、運用上、通常時にはオフ状態とされており特殊な場合にのみオン状態とされるものである。分離開閉器２２は通常時には、第１群の需要家群３と第２群の需要家群３３とを分離している。

【0025】

図７中における分離開閉器２２の右側の第２群の需要家群３３には、複数のブロック９が配置されている。図７では第２群に属するブロック９が３つ描かれているが、もっと多くてもよい。各ブロック９の内容は、第１群の需要家群３（図２）の場合と同じく任意である。第２群のブロック９同士の間にも区間開閉器１２が配置されている。第２群の需要家群３３は、通常時には第２遮断器３２を介して系統線３１から電力供給を受けるようになっている。図２中の系統線１と図７中の系統線３１とは、別々の変電所の管轄下にあることもありうる。図７の電力供給システムには、区間開閉器１２、分離開閉器２２を操作する制御部１４が設けられている。制御部１４は、区間拡大動作に関して復帰制御部として機能する。

【0026】

上記の第１群の需要家群３と第２群の需要家群３３とがいずれも全停電状態になり、そのうちの第１群の需要家群３について前述のソフトスタート動作が完了しているものとする。この状態まで分離開閉器２２はオフ状態のままである。この状態から、第２群の需要家群３３に対して区間拡大動作を行うことができる。区間拡大動作を開始する前の時点では、図８に示すように、第２遮断器３２と分離開閉器２２とがいずれもオフにされている。第２群の需要家群３３の中の区間開閉器１２もすべてオフにされている。この時点で第１群の需要家群３は、図４に示した状態にあり、パワーコンディショナー６の出力電圧の立ち上げも完了している。このとき図７では、分離開閉器２２のすぐ左側まで、パワーコンディショナー６の出力電圧が来ている状態にある。

【0027】

制御部１４に区間拡大動作の実行を指示すると、この図８の状態から、分離開閉器２２がオン状態となり、図９の状態となる。これにより、第２群の需要家群３３のうち一番左のブロック９に属する需要家４、４０への電力供給が開始される。図９中の他のブロック９に属する需要家４、４０への電力供給はこの時点ではまだ開始されない。需要家群３３の電力使用機器のオンオフ状況は問わない。

【0028】

区間開閉器１２として、時間差オン機能を有するものを用いることができる。その場合の区間開閉器１２は、オフ状態にされていても、電圧が印加されると自動的にオン状態に転ずる。電圧が印加されてからオンするまでには一定の時間差がある。この時間差は、５～３０秒の範囲内の任意の値に設定されていればよい。

【0029】

図９で分離開閉器２２がオンになるとその直後に、図９中で左から一番目の区間開閉器１２にも電圧がかかる。それから前述の時間差が経過した後に当該区間開閉器１２が上記自動オン機能もしくは制御部１４の制御によりオンとなる。これにより図１０の状態となり、左から二番目のブロック９に属する需要家４、４０への電力供給が新たに開始される。この要領で、第２群のブロック９が前述の時間差ごとに１つずつ、電力供給範囲に加わっていく。やがて第２群の需要家群３３のすべてに、図２中の蓄電器５からの電力供給が行き渡る。これが区間拡大動作である。つまり区間拡大動作では、分離開閉器２２をオンすることにより第２群の需要家群３３への電力供給を開始する。区間拡大動作の開始と同時に電力が供給されるのは１つのブロック９だけであり、その後、前述の時間差をおいて電力供給範囲が１ブロックずつ拡大していく。

【0030】

区間拡大動作でも突入電流が発生する。分離開閉器２２がオンになったとき、および、その後の各区間開閉器１２がオンになったときである。このため、制御部１４に区間拡大動作の実行を指示するか否かは、分離開閉器２２や区間開閉器１２がオンになったときの突入電流によってリレートリップが起こると予想されるか否かによって決定しなければならない。この判断は、蓄電器５の出力余力、需要家群３３の各ブロック９の内容、分離開閉器２２や区間開閉器１２がオンになる時点での立ち上げ済みのブロック９による使用電流、等の要因を総合的に考慮して行う。区間拡大動作を実行してもリレートリップには至らないと判断される場合にのみ、電力供給システムの管理者が制御部１４に区間拡大動作の実行を指示する。

【0031】

区間開閉器１２を順次オンさせていく動作については、前述の区間開閉器１２の時間差オン機能による代わりに、前述の制御部１４の制御により同様のことを行うこととしてもよい。あるいは個別操作により行ってもよい。図２中の第１群の需要家群３に配置されている区間開閉器１２も時間差オン機能を持つものであってもよいが、ソフトスタート動作でその機能が使用されることはない。分離開閉器２２も区間開閉器１２と同様の時間差オン機能を持つものであってもよいが、その場合、通常の送電時には強制的にその機能を停止させておく。

【0032】

ソフトスタート動作もしくはソフトスタート動作および区間拡大動作により蓄電器５から需要家群３、３３への電力供給体制が整うと、以後、系統線１からの電力供給が回復するまでの間、需要家群３、３３は、蓄電器５からの電力供給により、通常時とほぼ同様に電力を消費することができる。蓄電器５には、全停電状態になる前のもともとの蓄電残量が十分にあることが要請される。このため、通常時にて、蓄電器５の蓄電残量に下限値を設け、蓄電器５の実際の蓄電残量がその下限値を下回ることがないように運用することが望ましい。

【0033】

以上詳細に説明したように本実施の形態によれば、蓄電装置を有する需要家群３において全停電状態となった後に、ソフトスタート動作もしくはソフトスタート動作および区間拡大動作により、蓄電装置から需要家群３、３３への電力供給を開始することとしている。これにより、蓄電装置を有効に活用しつつ、全停電状態からの復帰時の突入電流を抑制するようにした電力供給システムが実現されている。

【0034】

本実施の形態および実施例は単なる例示にすぎず、本開示技術を何ら限定するものではない。したがって本開示技術は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、蓄電器５の上の個別開閉器８のオンをその自動オン機能によるようにしてもよい。図２中における蓄電器５およびパワーコンディショナー６の位置は、同図中で最も左のブロック９の中には限らない。同図中の他のブロック９の中であってもよい。

【0035】

需要家群３、３３におけるブロック９の配置について、図２、図７等では直列状の配置を示したが、並列配置の部分があってもよい。並列配置の部分がありかつ区間拡大動作を行う場合、互いに等位となる区間開閉器１２同士で、時間差オン機能の待機時間に差を付けておくことが望ましい。パワーコンディショナー６は、同等の機能を有する他の機器で置き替えてもよい。蓄電器５の配置されているブロック９において、変圧器２３の下位に蓄電器５の他に需要家４、４０が存在していてもよい。

【符号の説明】

【0036】

１ 系統線 １２ 区間開閉器
２ 遮断器 １３ 変圧器
３ 需要家群 １４ 制御部
４ 需要家 ２２ 分離開閉器
５ 蓄電器 ２３ 変圧器
７ 制御部 ３２ 遮断器
８ 個別開閉器 ３３ 需要家群
９ ブロック ４０ 大規模需要家
１０ 電力供給システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】