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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-04-01
(45)【発行日】2025-04-09
(54)【発明の名称】電源システム
(51)【国際特許分類】
H02J 3/38 20060101AFI20250402BHJP
H02J 3/32 20060101ALI20250402BHJP
H02J 7/34 20060101ALI20250402BHJP
H02J 7/35 20060101ALI20250402BHJP
H02J 9/06 20060101ALI20250402BHJP
【ＦＩ】
H02J3/38 180
H02J3/38 110
H02J3/32
H02J7/34 G
H02J7/35 K
H02J9/06 120
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2021004150
(22)【出願日】2021-01-14
(65)【公開番号】P2022108919
(43)【公開日】2022-07-27
【審査請求日】2023-12-01
(73)【特許権者】
【識別番号】000003942
【氏名又は名称】日新電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100121441
【弁理士】
【氏名又は名称】西村 竜平
(74)【代理人】
【識別番号】100154704
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 真大
(74)【代理人】
【識別番号】100129702
【弁理士】
【氏名又は名称】上村 喜永
(74)【代理人】
【識別番号】100206151
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 惇志
(74)【代理人】
【識別番号】100218187
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 治子
(72)【発明者】
【氏名】柏原 弘典
(72)【発明者】
【氏名】河▲崎▼ 吉則
(72)【発明者】
【氏名】西村 荘治
【審査官】赤穂 嘉紀
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１８７１０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－０４３１４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１６２３２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第６３３８１３１（ＪＰ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ３／００－７／１２
Ｈ０２Ｊ ７／３４－１１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
商用電力系統と重要負荷との間に設けられ、前記重要負荷に電力を供給する電源システムであって、前記商用電力系統から前記重要負荷に給電するための電力線に接続された分散型電源と、
前記電力線において前記分散型電源よりも前記商用電力系統側に設けられ、前記電力線を開閉する機械式スイッチと、
前記電力線において前記機械式スイッチに並列接続され、機械式スイッチのアーク抵抗よりも小さいインピーダンスを持つコンデンサと、
前記電力線において前記機械式スイッチ及び前記コンデンサに並列接続された半導体スイッチと、
前記機械式スイッチよりも前記商用電力系統側の電圧を検出する系統側電圧検出部と、
前記系統側電圧検出部の検出電圧から前記商用電力系統の異常を検出する系統異常検出部と、
前記系統側電圧検出部の検出電圧から前記商用電力系統の復電を検出する系統復電検出部と、
前記重要負荷への給電を制御する制御部とを備え、
定常運用時においては、前記機械式スイッチが投入されるとともに、前記半導体スイッチが開放されており、
前記系統異常検出部により前記商用電力系統の異常が検出された場合には、前記制御部が、前記機械式スイッチを開放し、前記分散型電源と前記商用電力系統とが前記コンデンサを介して接続された状態で、前記分散型電源が運転を継続し、
前記系統復電検出部により前記商用電力系統の復電が検出された場合には、前記制御部が、前記半導体スイッチを投入し、前記分散型電源と前記商用電力系統とが当該半導体スイッチを介して接続される、電源システム。
【請求項2】
前記半導体スイッチが前記制御部により投入された後に、前記機械式スイッチが前記制御部により投入され、その後、前記半導体スイッチが前記制御部により開放される、請求項１記載の電源システム。
【請求項3】
前記系統復電検出部により復電が検出されてから０．１秒以内に前記半導体スイッチが投入される、請求項１又は２記載の電源システム。
【請求項4】
前記半導体スイッチが、自己消弧能力を持たない素子である、請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の電源システム。
【請求項5】
前記コンデンサに直列接続又は並列接続されており、前記コンデンサと前記電力線又は前記重要負荷のリアクトルとの共振を抑制する共振抑制回路をさらに備える、請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の電源システム。
【請求項6】
前記共振抑制回路が、前記コンデンサに直列接続された抵抗素子と、
前記抵抗素子に並列接続されたスイッチング素子とを有する、請求項５記載の電源システム。
【請求項7】
前記系統異常検出部により前記商用電力系統の異常が検出された場合には、前記制御部が、前記機械式スイッチを開放し、その後に、前記スイッチング素子を開放する、請求項６記載の電源システム。
【請求項8】
前記電力線に設けられて、前記商用電力系統から前記重要負荷への給電を遮断する解列スイッチと、前記系統異常検出部により検出された異常が、周波数変動であるか停電であるかを判断する異常判断部とをさらに備え、
前記系統異常検出部により検出された異常が周波数変動であると前記異常判断部により判断された場合には、前記制御部が、前記スイッチング素子を開放し、前記コンデンサと前記抵抗素子とが接続された状態で、前記分散型電源が運転を継続し、
前記系統異常検出部により検出された異常が停電であると前記異常判断部により判断された場合には、前記制御部が、前記解列スイッチを開放し、前記重要負荷を前記商用電力系統から解列する、請求項６又は７記載の電源システム。
【請求項9】
商用電力系統と重要負荷との間に設けられ、前記重要負荷に電力を供給する電源システムであって、
前記商用電力系統から前記重要負荷に給電するための電力線に接続された分散型電源と、
前記電力線において前記分散型電源よりも前記商用電力系統側に設けられ、前記電力線を開閉する機械式スイッチと、
前記電力線において前記機械式スイッチに並列接続されたコンデンサと、
前記電力線において前記機械式スイッチ及び前記コンデンサに並列接続された半導体スイッチと、
前記機械式スイッチよりも前記商用電力系統側の電圧を検出する系統側電圧検出部と、
前記系統側電圧検出部の検出電圧から前記商用電力系統の異常を検出する系統異常検出部と、
前記系統側電圧検出部の検出電圧から前記商用電力系統の復電を検出する系統復電検出部と、
前記重要負荷への給電を制御する制御部と、
前記コンデンサに直列接続又は並列接続されており、前記コンデンサと前記電力線又は前記重要負荷のリアクトルとの共振を抑制する共振抑制回路とを備え、
定常運用時においては、前記機械式スイッチが投入されるとともに、前記半導体スイッチが開放されており、
前記系統異常検出部により前記商用電力系統の異常が検出された場合には、前記制御部が、前記機械式スイッチを開放し、前記分散型電源と前記商用電力系統とが前記コンデンサを介して接続された状態で、前記分散型電源が運転を継続し、
前記系統復電検出部により前記商用電力系統の復電が検出された場合には、前記制御部が、前記半導体スイッチを投入し、前記分散型電源と前記商用電力系統とが当該半導体スイッチを介して接続されており、
前記共振抑制回路は、
前記コンデンサに直列接続された抵抗素子と、
前記抵抗素子に並列接続されたスイッチング素子とを有する、電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電源システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、ＦＲＴ要件を満たしつつ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源を用いて両立する電源システムとして、特許文献１に示すものが考えられている。
【0003】
特許文献１の電源システムは、商用電力系統と重要負荷との間に、半導体スイッチと、当該半導体スイッチに並列接続されたインピーダンス素子とを設け、半導体スイッチよりも重要負荷側に分散型電源を設けて構成されている。また、半導体スイッチよりも商用電力系統側に解列スイッチが設けられている。この電源システムは、商用電力系統に瞬時電圧低下又は周波数変動が発生した場合には、半導体スイッチを開放することにより、インピーダンス素子を介して商用電力系統と分散型電源とを接続するとともに、分散型電源は逆潮流を含む運転を継続する（ＦＲＴ運転）。一方、商用電力系統に停電が発生した場合には、一定時間（例えば２秒間）瞬時電圧低下と認識してＦＲＴ運転をした後に、停電と認識して更に解列スイッチを開放し、分散型電源を自立運転させる。これにより、ＦＲＴ要件を満たしつつ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源を用いて両立させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第６３３８１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記した電源システムは、高価な半導体スイッチにより電力線の開閉を切り替えるので、システムのコストが増大してしまう。
【0006】
そこで、本願発明者は、ＦＲＴ要件を満たしつつ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源を用いて両立する電源システムを低コストで提供するべく、図４に示すように、商用電力系統から重要負荷に給電するための電力線に機械式スイッチを設けるとともに、この機械式スイッチにコンデンサを並列接続したシステム構成を、本発明の開発に当たって中間的に検討した。
【0007】
このようなシステムであれば、瞬時電圧低下や周波数変動が発生した場合に機械式スイッチを開放することで、分散型電源と商用電力系統とがコンデンサを介して連系された状態となる。これにより、高価な半導体スイッチを安価な機械式スイッチで代用することができ、ＦＲＴ要件を満たしつつ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源を用いて両立する電源システムを低コストで提供することが可能となり、上述した課題が解決されるかに思われた。
【0008】
ところが、ＦＲＴ要件には、先に述べたものとは別に、瞬時電圧低下が発生した後、商用電力系統の電圧が健全状態に復帰（以下、復電という）した場合に、復電から最短で０．１秒以内に分散型電源の出力を８０％まで回復させなければならないという規定がある。
【0009】
このＦＲＴ要件を満たすべく、０．１秒以内に分散型電源の出力を回復させようとすると、機械式スイッチを厳密に制御しなければならないが、機械式スイッチは、投入時間が約６０ミリ秒±数１０ミリ秒の範囲で前後する不安定なものであり、厳密な制御は現実的には難しい。
【0010】
そこで本発明は、上述した問題を一挙に解決するべくなされたものであり、商用電力系統の異常時に課されるＦＲＴ要件のみならず、商用電力系統の復電時に課されるＦＲＴ要件をも満たすことができ、且つ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源を用いて両立する電源システムを低コストで提供することをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
すなわち本発明に係る電源システムは、商用電力系統と重要負荷との間に設けられ、前記重要負荷に電力を供給する電源システムであって、前記商用電力系統から前記重要負荷に給電するための電力線に接続された分散型電源と、前記電力線において前記分散型電源よりも前記商用電力系統側に設けられ、前記電力線を開閉する機械式スイッチと、前記電力線において前記機械式スイッチに並列接続されたコンデンサと、前記電力線において前記機械式スイッチ及び前記コンデンサに並列接続された半導体スイッチと、前記機械式スイッチよりも前記商用電力系統側の電圧を検出する系統側電圧検出部と、前記系統側電圧検出部の検出電圧から前記商用電力系統の異常を検出する系統異常検出部と、前記系統側電圧検出部の検出電圧から前記商用電力系統の復電を検出する系統復電検出部と、前記重要負荷への給電を制御する制御部とを備え、定常運用時においては、前記機械式スイッチが投入されるとともに、前記半導体スイッチが開放されており、前記系統異常検出部により前記商用電力系統の異常が検出された場合には、前記制御部が、前記機械式スイッチを開放し、前記分散型電源と前記商用電力系統とが前記コンデンサを介して接続された状態で、前記分散型電源が運転を継続し、前記系統復電検出部により前記商用電力系統の復電が検出された場合には、前記制御部が、前記半導体スイッチを投入し、前記分散型電源と前記商用電力系統とが当該半導体スイッチを介して接続されることを特徴とするものである。
【0012】
このように構成された電源システムであれば、上述した図４に記載のシステム構成と同様、商用電力系統の異常時には機械式スイッチを開放して、分散型電源と商用電力系統とをコンデンサを介して連系させるので、商用電力系統の異常時に課させるＦＲＴ要件を満たしつつ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源を用いて両立させることができる。
しかも、半導体スイッチを機械式スイッチに並列接続するとともに、この半導体スイッチとして、素子構造が単純で高耐圧を有し、大容量ではあるが自己消弧能力を持たないサイリスタ等の素子を使用することができる。さらに、この半導体スイッチを商用電力系統の復電時にのみ投入・開放するので、従来の構成、すなわち半導体スイッチを商用電力系統の異常時及び復電時の両方で投入・開放する構成に比べて、半導体スイッチの使用回数を半分に減らすことができ、半導体スイッチやシステムの寿命を延ばすことができる。かかる作用効果は、電源システムのイニシャルコストやランニングコストの低減につながる。
さらに、商用電力系統の復電時に半導体スイッチを投入するので、復電から０．１秒以内に分散型電源の出力を回復させることが可能となり、復電時に課されるＦＲＴ要件をも満たすことができる。
このように、本発明によれば、商用電力系統に瞬時電圧低下や周波数変動が発生した場合におけるＦＲＴ要件のみならず、商用電力系統の復電時に課されるＦＲＴ要件をも満たすことができ、且つ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源を用いて両立する電源システムを低コストで提供することが可能となる。
しかも、半導体スイッチを機械式スイッチに並列接続するとともに、この半導体スイッチとして、素子構造が単純で高耐圧を有し、大容量ではあるが自己消弧能力を持たないサイリスタ等の素子を使用することができる。さらに、この半導体スイッチを商用電力系統の復電時にのみ投入・開放するので、従来の構成、すなわち半導体スイッチを商用電力系統の異常時及び復電時の両方で投入・開放する構成に比べて、半導体スイッチの使用回数を半分に減らすことができ、半導体スイッチやシステムの寿命を延ばすことができる。かかる作用効果は、電源システムのイニシャルコストやランニングコストの低減につながる。
さらに、商用電力系統の復電時に半導体スイッチを投入するので、復電から０．１秒以内に分散型電源の出力を回復させることが可能となり、復電時に課されるＦＲＴ要件をも満たすことができる。
このように、本発明によれば、商用電力系統に瞬時電圧低下や周波数変動が発生した場合におけるＦＲＴ要件のみならず、商用電力系統の復電時に課されるＦＲＴ要件をも満たすことができ、且つ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源を用いて両立する電源システムを低コストで提供することが可能となる。
【0013】
前記半導体スイッチが前記制御部により投入された後に、前記機械式スイッチが前記制御部により投入され、その後、前記半導体スイッチが前記制御部により開放されることが好ましい。
これならば、分散型電源の出力の回復後に速やかに半導体スイッチを開放することができ、半導体スイッチのさらなる長寿命化を図ることができ、システムの長寿命化や低コスト化につながる。
これならば、分散型電源の出力の回復後に速やかに半導体スイッチを開放することができ、半導体スイッチのさらなる長寿命化を図ることができ、システムの長寿命化や低コスト化につながる。
【0014】
商用電力系統の復電時に課されるＦＲＴ要件が厳しいものであっても対応できるようにするためには、前記系統復電検出部により復電が検出されてから０．１秒以内に前記半導体スイッチが投入されることが好ましい。
【0015】
前記半導体スイッチの具体的な実施態様としては、自己消弧能力を持たない素子であり、例えばサイリスタを挙げることができる。
【0016】
ところで、商用電力系統に瞬時電圧低下や周波数変動が生じた場合に分散型電源と商用電力系統とをコンデンサを介して連系させると、コンデンサと電力線又は重要負荷のリアクトルとが共振する恐れがある。このことから、周波数変動時も運転を継続した場合、共振周波数が系統に存在する高調波や分散型電源から発生する高調波と一致すると、系統や重要負荷に不要な影響を与えかねない。
【0017】
そこで、前記コンデンサに直列接続又は並列接続されており、前記コンデンサと前記電力線又は前記重要負荷のリアクトルとの共振を抑制する共振抑制回路をさらに備えることが好ましい。
このような構成であれば、共振周波数が系統に存在する高調波や分散型電源から発生する高調波と一致したとしても、コンデンサと電力線又は重要負荷のリアクトルとの共振を共振抑制回路により抑制することができ、系統や重要負荷への不要な影響を防ぐことができる。
このような構成であれば、共振周波数が系統に存在する高調波や分散型電源から発生する高調波と一致したとしても、コンデンサと電力線又は重要負荷のリアクトルとの共振を共振抑制回路により抑制することができ、系統や重要負荷への不要な影響を防ぐことができる。
【0018】
前記共振抑制回路の具体的な実施態様としては、前記コンデンサに直列接続された抵抗素子と、前記抵抗素子に並列接続されたスイッチング素子とを有するものを挙げることができる。
【0019】
かかる構成において、機械式スイッチとスイッチング素子と制御方法としては、商用電力系統の異常が検出された場合に、機械式スイッチとスイッチング素子とを同時に開放する制御方法が考えられるが、この場合、スイッチ開放時間のばらつきにより、機械式スイッチの開放がスイッチング素子よりも遅れると、スイッチング素子の接点間でアークが発生してしまい、その接点寿命を低下させる恐れがある。
そこで、前記系統異常検出部により前記商用電力系統の異常が検出された場合には、前記制御部が、前記機械式スイッチを開放し、その後に、前記スイッチング素子を開放することが好ましい。
これならば、商用電力系統の異常時に電流をコンデンサに確実に転流及び限流させることができる。
そこで、前記系統異常検出部により前記商用電力系統の異常が検出された場合には、前記制御部が、前記機械式スイッチを開放し、その後に、前記スイッチング素子を開放することが好ましい。
これならば、商用電力系統の異常時に電流をコンデンサに確実に転流及び限流させることができる。
【0020】
前記電力線に設けられて、前記商用電力系統から前記重要負荷への給電を遮断する解列スイッチと、前記系統異常検出部により検出された異常が、周波数変動であるか停電であるかを判断する異常判断部とをさらに備え、前記系統異常検出部により検出された異常が周波数変動であると前記異常判断部により判断された場合には、前記制御部が、前記スイッチング素子を開放し、前記コンデンサと前記抵抗素子とが接続された状態で、前記分散型電源が運転を継続し、前記系統異常検出部により検出された異常が停電であると前記異常判断部により判断された場合には、前記制御部が、前記解列スイッチを開放し、前記重要負荷を前記商用電力系統から解列することが好ましい。
このような構成であれば、商用電力系統の異常が周波数変動である場合には、コンデンサを介して商用電力系統と分散型電源とを連系させて、分散型電源をＦＲＴ運転させつつ、コンデンサと抵抗素子とが直列接続されるので、上述した共振を抑制することができる。
一方、商用電力系統の異常が停電である場合には、解列スイッチを開放して、分散型電源を自立運転させることができる。
これにより、ＦＲＴ要件を満たしつつ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源を用いて両立させるようにしている。
このような構成であれば、商用電力系統の異常が周波数変動である場合には、コンデンサを介して商用電力系統と分散型電源とを連系させて、分散型電源をＦＲＴ運転させつつ、コンデンサと抵抗素子とが直列接続されるので、上述した共振を抑制することができる。
一方、商用電力系統の異常が停電である場合には、解列スイッチを開放して、分散型電源を自立運転させることができる。
これにより、ＦＲＴ要件を満たしつつ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源を用いて両立させるようにしている。
【発明の効果】
【0021】
このように構成した本発明によれば、商用電力系統の異常時に課されるＦＲＴ要件のみならず、商用電力系統の復電時に課されるＦＲＴ要件をも満たすことができ、且つ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源を用いて両立する電源システムを低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本実施形態の電源システムの構成を示す模式図である。
【図2】その他の実施形態の電源システムの構成を示す模式図である。
【図3】その他の実施形態の電源システムの構成を示す模式図である。
【図4】本発明の開発に当たり中間的に検討したシステム構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下に、本発明に係る電源システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
【0024】
＜システムの全体構成＞
本実施形態の電源システム１００は、図１に示すように、商用電力系統１０と重要負荷２０との間に設けられ、商用電力系統１０の異常時に重要負荷２０に電力を供給する無停電電源システムとしての機能（無停電電源機能）と、商用電力系統１０に対して順潮流及び逆潮流することで負荷平準化する分散型電源システムとしての機能（負荷平準化機能）を発揮するものである。
本実施形態の電源システム１００は、図１に示すように、商用電力系統１０と重要負荷２０との間に設けられ、商用電力系統１０の異常時に重要負荷２０に電力を供給する無停電電源システムとしての機能（無停電電源機能）と、商用電力系統１０に対して順潮流及び逆潮流することで負荷平準化する分散型電源システムとしての機能（負荷平準化機能）を発揮するものである。
【0025】
ここで、商用電力系統１０は、電力会社（電気事業者）の電力供給網であり、発電所、送電系統及び配電系統を有するものである。また、重要負荷２０は、停電や瞬低などの系統異常時においても電力を安定して供給すべき負荷であり、図１では１つであるが、複数あってもよい。
【0026】
具体的に電源システム１００は、分散型電源１と、商用電力系統１０と分散型電源１及び重要負荷２０とを接続する開閉スイッチ２と、開閉スイッチ２に並列接続された転流回路３と、重要負荷２０を商用電力系統１０から解列するための解列スイッチ４と、開閉スイッチ２よりも商用電力系統１０側の電圧を検出する系統側電圧検出部５と、系統側電圧検出部５の検出電圧から商用電力系統１０の異常を検出する系統異常検出部６と、系統側電圧検出部５の検出電圧から商用電力系統１０の電圧が健全状態に復帰したこと（以下、復電という）を検出する系統復電検出部７と、重要負荷２０への給電を制御する制御部８とを備えている。
【0027】
分散型電源１は、商用電力系統１０から重要負荷２０に給電するための電力線Ｌ１に接続されている。この分散型電源１は、商用電力系統１０に連系されるものであり、例えば太陽光発電や燃料電池などの直流発電設備、二次電池（蓄電池）などの電力貯蔵装置（蓄電デバイス）、風力発電やマイクロガスタービンなどの交流で出力された電気エネルギを直流に整流したうえで、電力変換装置を用いて系統連系をされる発電設備、又は、同期発電機や誘導発電機などの交流発電設備である。
【0028】
開閉スイッチ２は、電力線Ｌ１において分散型電源１の接続点よりも商用電力系統１０側に設けられて電力線Ｌ１を開閉するものであり、具体的には機械式スイッチ（以下、機械式スイッチ２ともいう）である。この機械式スイッチ２は、制御部８から送信される信号に応じて、所定の開極時間で開閉駆動される。
【0029】
転流回路３は、機械式スイッチ２を開放した際に電流が流れ込む（転流）ように構成され、これを限流させるものである。具体的にこの転流回路３は、機械式スイッチ２に対して並列接続され、互いに並列接続されているコンデンサ３１と転流素子３２とを備える。コンデンサ３１は、具体的には例えばフィルムコンデンサ等であり、転流素子３２は、具体的には例えば抵抗とリアクトルとを組み合わせた素子である。
【0030】
コンデンサ３１は、機械式スイッチ２を開放した際に、機械式スイッチ２に流れる電流を、アークを生じさせることなく瞬時に転流回路３に転流させ、機械式スイッチ２をゼロ点関係なく高速に遮断できるようにその静電容量が定められている。すなわち、このコンデンサ３１は、機械式スイッチ２のアーク抵抗よりも小さいインピーダンスのものである。
【0031】
本実施形態のコンデンサ３１をより具体的に説明すると、商用電力系統１０の定格電圧をＶ、機械式スイッチ２の開放（又は開極）を開始してから、当該機械式スイッチ２の両端電圧の変化量が安定するまでの時間（過渡時間ともいう）をＴ、機械式スイッチ２の開放時に流れる遮断電流（最大時）をｉＳＷとして、コンデンサ３１の容量Ｃが以下の（１）式を満たすようにコンデンサ３１を構成している。また各パラメータの誤差を考慮すると、余裕をもって（１）’式を満たすようにコンデンサ３１を構成するのが好ましい。
Ｃ×（Ｖ／Ｔ）＞ｉＳＷ・・・（１）
Ｃ×（Ｖ／Ｔ）＞１．３×ｉＳＷ・・・（１）’
Ｃ×（Ｖ／Ｔ）＞ｉＳＷ・・・（１）
Ｃ×（Ｖ／Ｔ）＞１．３×ｉＳＷ・・・（１）’
【0032】
解列スイッチ４は、電力線Ｌ１において分散型電源１よりも商用電力系統１０側に設けられており、例えば機械式スイッチである。この解列スイッチ４は、制御部８から送信される信号に応じて制御駆動される。
【0033】
系統側電圧検出部５は、電力線Ｌ１において機械式スイッチ２よりも商用電力系統１０側の電圧を、計器用変圧器を介して検出するものである。具体的に系統側電圧検出部５は、機械式スイッチ２及び転流回路３からなる並列回路よりも商用電力系統１０側に計器用変圧器を介して接続されている。
【0034】
系統異常検出部６は、系統側電圧検出部５により検出された検出電圧と、予め定められた整定値とを比較して、前記検出電圧が前記整定値以下である場合に、瞬時電圧低下を検出する。また、系統異常検出部６は、系統側電圧検出部５により検出された検出電圧から周波数変動（周波数上昇（ＯＦ）、周波数低下（ＵＦ））を検出する。なお、この周波数変動は、例えばステップ上昇や、ランプ上昇・下降である。さらに、系統異常検出部６は、系統側電圧検出部５により検出された検出電圧から停電を検出する。その他、系統異常検出部６は、瞬時電圧低下、周波数変動及び停電に加えて、電圧上昇、位相変動、電圧不平衡、高調波異常又はフリッカの少なくとも１つを検出してもよい。
【0035】
系統復電検出部７は、系統側電圧検出部５により検出された検出電圧と、予め定められた上述の整定値とを比較して、前記検出電圧が前記整定値を上回った場合に、商用電力系統１０の電圧が復帰したこと、すなわち商用電力系統１０の復電を検出する。
【0036】
制御部８は、電源システム１００が備える各機器の運転／停止、開放／閉止等を制御するものである。
【0037】
然して、本実施形態の電源システム１００は、電力線Ｌ１において、機械式スイッチ２及びコンデンサ３１（転流回路３）に並列接続された半導体スイッチ９をさらに備えてなる。
【0038】
この半導体スイッチ９は、機械式スイッチ２よりも高速に動作するものであり、自己消弧能力を持たない素子であるサイリスタ等の高速に導通可能なものを挙げることができる。なお、半導体スイッチ９としては、ＩＧＢＴを用いても良い。
【0039】
＜システムの動作説明＞
次に、上述した制御部８の具体的な動作について説明する。
次に、上述した制御部８の具体的な動作について説明する。
【0040】
本実施形態の制御部８は、系統異常検出部６や系統復電検出部７からの信号に応じて、（１）定常運用時モード、（２）瞬低時・周波数変動時モード、（３）停電時モード、（４）復電時モードの複数の制御モードを取るように構成されている。以下に、各制御モードについて説明する。
【0041】
（１）定常運用時モード
系統異常検出部６により系統異常が検出されていない定常運用時には、制御部８は機械式スイッチ２及び解列スイッチ４を閉じるとともに、半導体スイッチ９を開放している。この場合、分散型電源１及び重要負荷２０は、機械式スイッチ２を介して商用電力系統１０に接続されている。転流回路３は、機械式スイッチ２に並列接続されているが、機械式スイッチ２のインピーダンスが転流回路３のインピーダンスよりも小さいため、商用電力系統１０と分散型電源１及び重要負荷２０とは、機械式スイッチ２を介して電力をやり取りする。かかる構成により、分散型電源１による逆潮流によって、ピークカットを実現することができる。
系統異常検出部６により系統異常が検出されていない定常運用時には、制御部８は機械式スイッチ２及び解列スイッチ４を閉じるとともに、半導体スイッチ９を開放している。この場合、分散型電源１及び重要負荷２０は、機械式スイッチ２を介して商用電力系統１０に接続されている。転流回路３は、機械式スイッチ２に並列接続されているが、機械式スイッチ２のインピーダンスが転流回路３のインピーダンスよりも小さいため、商用電力系統１０と分散型電源１及び重要負荷２０とは、機械式スイッチ２を介して電力をやり取りする。かかる構成により、分散型電源１による逆潮流によって、ピークカットを実現することができる。
【0042】
（２）瞬低時・周波数変動時モード
系統異常検出部６により瞬時電圧低下又は周波数変動が検出された瞬低時・周波数変動時には、制御部８は、機械式スイッチ２を開放する。そして、商用電力系統１０と分散型電源１及び重要負荷２０とを転流回路３を介して接続された状態として、分散型電源１による運転を継続し、重要負荷２０の電圧・周波数が安定するように充放電させ、潮流バランスを調整する。
系統異常検出部６により瞬時電圧低下又は周波数変動が検出された瞬低時・周波数変動時には、制御部８は、機械式スイッチ２を開放する。そして、商用電力系統１０と分散型電源１及び重要負荷２０とを転流回路３を介して接続された状態として、分散型電源１による運転を継続し、重要負荷２０の電圧・周波数が安定するように充放電させ、潮流バランスを調整する。
【0043】
（３）停電時モード
系統異常検出部６により停電が検出された停電時には、制御部８は、解列スイッチ４を開放するとともに分散型電源１を自立運転させる。具体的に制御部８は、系統側電圧検出部５の検出電圧が所定の解列条件を満たす場合に解列スイッチ４を開放する。ここで、所定の解列条件は、系統電圧の電圧低下（検出電圧が前記整定値以下となっている状態）の継続時間が所定値以上（瞬低継続時間よりも長い時間）となることである。つまり、所定の解列条件を満たすまでは、瞬時電圧低下と認識して、制御部８は機械式スイッチ２を開放し、分散型電源１は、ＦＲＴ運転をする。そして、所定の解列条件を満たすと、制御部８は解列スイッチ４を開放し、解列スイッチ４が開放された状態で、分散型電源１は自立運転モードとなり重要負荷２０に給電する。このように分散型電源１は、健全時の連系運転からＦＲＴ運転をした後に自立運転になる。なお、解列スイッチ４を開放する時には、機械式スイッチ２は既に解放されているので、解列スイッチ４の開放による過電流は転流回路３によって限流される。
系統異常検出部６により停電が検出された停電時には、制御部８は、解列スイッチ４を開放するとともに分散型電源１を自立運転させる。具体的に制御部８は、系統側電圧検出部５の検出電圧が所定の解列条件を満たす場合に解列スイッチ４を開放する。ここで、所定の解列条件は、系統電圧の電圧低下（検出電圧が前記整定値以下となっている状態）の継続時間が所定値以上（瞬低継続時間よりも長い時間）となることである。つまり、所定の解列条件を満たすまでは、瞬時電圧低下と認識して、制御部８は機械式スイッチ２を開放し、分散型電源１は、ＦＲＴ運転をする。そして、所定の解列条件を満たすと、制御部８は解列スイッチ４を開放し、解列スイッチ４が開放された状態で、分散型電源１は自立運転モードとなり重要負荷２０に給電する。このように分散型電源１は、健全時の連系運転からＦＲＴ運転をした後に自立運転になる。なお、解列スイッチ４を開放する時には、機械式スイッチ２は既に解放されているので、解列スイッチ４の開放による過電流は転流回路３によって限流される。
【0044】
（４）復電時モード
系統復電検出部７により商用電力系統１０の復電が検出された復電時には、制御部８は、半導体スイッチ９を投入する。具体的にこの実施形態では、上述した瞬低時・周波数変動時モードの最中に復電が検出された場合に、制御部８が、半導体スイッチ９を投入し、これにより分散型電源１と商用電力系統１０とが半導体スイッチ９を介して接続される。なお、本実施形態の半導体スイッチ９は、系統復電検出部７により復電が検出されてから０．１秒以内に投入可能なものである。本実施形態では、復電が検出された場合に、制御部８が半導体スイッチ９と機械式スイッチ２との双方に同時に投入信号を出力するが、動作の速い半導体スイッチ９が先に投入され、その後に、機械式スイッチ２が投入される。なお、制御部８としては、半導体スイッチ９に投入信号を出力した後、所定時間後に、機械式スイッチ２に投入信号を出力しても良い。そして、機械式スイッチ２が投入された後、制御部８は、半導体スイッチ９を開放する。
系統復電検出部７により商用電力系統１０の復電が検出された復電時には、制御部８は、半導体スイッチ９を投入する。具体的にこの実施形態では、上述した瞬低時・周波数変動時モードの最中に復電が検出された場合に、制御部８が、半導体スイッチ９を投入し、これにより分散型電源１と商用電力系統１０とが半導体スイッチ９を介して接続される。なお、本実施形態の半導体スイッチ９は、系統復電検出部７により復電が検出されてから０．１秒以内に投入可能なものである。本実施形態では、復電が検出された場合に、制御部８が半導体スイッチ９と機械式スイッチ２との双方に同時に投入信号を出力するが、動作の速い半導体スイッチ９が先に投入され、その後に、機械式スイッチ２が投入される。なお、制御部８としては、半導体スイッチ９に投入信号を出力した後、所定時間後に、機械式スイッチ２に投入信号を出力しても良い。そして、機械式スイッチ２が投入された後、制御部８は、半導体スイッチ９を開放する。
【0045】
＜本実施形態の効果＞
このように構成された電源システム１００であれば、商用電力系統１０の異常時には機械式スイッチ２を開放して、分散型電源１と商用電力系統１０とをコンデンサ３１を介して連系させるので、商用電力系統１０の異常時に課させるＦＲＴ要件を満たしつつ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源１を用いて両立させることができる。しかも、コンデンサ３１として、機械式スイッチ２のアーク抵抗よりも小さいインピーダンスのものを選定しているので、機械式スイッチ２の開放時にアークを生じさせることなくコンデンサ３１に転流及び限流させることができ、機械式スイッチ２をゼロ点関係なく高速に遮断することができる。
しかも、半導体スイッチ９としてＩＧＢＴよりも素子構造がより単純で高耐圧を有し、大容量ではあるが自己消弧能力を持たないサイリスタを使用するとともに、この半導体スイッチ９を商用電力系統１０の復電時にのみ投入・開放するので、従来の構成、すなわち半導体スイッチ９としてＩＧＢＴなど自己消弧能力を持つ素子を使用し、その半導体スイッチ９を商用電力系統１０の異常時及び復電時の両方で投入・開放する構成に比べて、半導体スイッチ９の使用回数を半分に減らすことができ、半導体スイッチ９やシステムの寿命を延ばすことができる。かかる作用効果は、電源システム１００のイニシャルコストやランニングコストの低減につながる。
さらに、商用電力系統１０の復電時に半導体スイッチ９を投入するので、復電から０．１秒以内に分散型電源１の出力を回復させることが可能となり、復電時に課されるＦＲＴ要件をも満たすことができる。
このように、本実施形態の電源システム１００によれば、商用電力系統１０に瞬時電圧低下や周波数変動が発生した場合におけるＦＲＴ要件のみならず、商用電力系統１０の復電時に課されるＦＲＴ要件をも満たすことができ、且つ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源１を用いて両立する電源システム１００を低コストで提供することが可能となる。
このように構成された電源システム１００であれば、商用電力系統１０の異常時には機械式スイッチ２を開放して、分散型電源１と商用電力系統１０とをコンデンサ３１を介して連系させるので、商用電力系統１０の異常時に課させるＦＲＴ要件を満たしつつ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源１を用いて両立させることができる。しかも、コンデンサ３１として、機械式スイッチ２のアーク抵抗よりも小さいインピーダンスのものを選定しているので、機械式スイッチ２の開放時にアークを生じさせることなくコンデンサ３１に転流及び限流させることができ、機械式スイッチ２をゼロ点関係なく高速に遮断することができる。
しかも、半導体スイッチ９としてＩＧＢＴよりも素子構造がより単純で高耐圧を有し、大容量ではあるが自己消弧能力を持たないサイリスタを使用するとともに、この半導体スイッチ９を商用電力系統１０の復電時にのみ投入・開放するので、従来の構成、すなわち半導体スイッチ９としてＩＧＢＴなど自己消弧能力を持つ素子を使用し、その半導体スイッチ９を商用電力系統１０の異常時及び復電時の両方で投入・開放する構成に比べて、半導体スイッチ９の使用回数を半分に減らすことができ、半導体スイッチ９やシステムの寿命を延ばすことができる。かかる作用効果は、電源システム１００のイニシャルコストやランニングコストの低減につながる。
さらに、商用電力系統１０の復電時に半導体スイッチ９を投入するので、復電から０．１秒以内に分散型電源１の出力を回復させることが可能となり、復電時に課されるＦＲＴ要件をも満たすことができる。
このように、本実施形態の電源システム１００によれば、商用電力系統１０に瞬時電圧低下や周波数変動が発生した場合におけるＦＲＴ要件のみならず、商用電力系統１０の復電時に課されるＦＲＴ要件をも満たすことができ、且つ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源１を用いて両立する電源システム１００を低コストで提供することが可能となる。
【0046】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【0047】
例えば、半導体スイッチ９は、図２に示すように、機械式スイッチ２及び解列スイッチ４の双方に対して並列接続されていても良い。
このような構成であれば、瞬低時・周波数変動時モードの最中における復電時のみならず、停電時モードの最中における復電時においても、制御部８が半導体スイッチ９を投入することで、０．１秒以内に分散型電源１の出力を回復させることができ、ＦＲＴ要件をより確実に満たすことができるようになる。
このような構成であれば、瞬低時・周波数変動時モードの最中における復電時のみならず、停電時モードの最中における復電時においても、制御部８が半導体スイッチ９を投入することで、０．１秒以内に分散型電源１の出力を回復させることができ、ＦＲＴ要件をより確実に満たすことができるようになる。
【0048】
また、前記実施形態における転流回路３は、並列接続されたコンデンサ３１と転流素子３２とを備えていたが、転流回路３としてはコンデンサ３１のみを備えるものであっても良い。
【0049】
ところで、商用電力系統１０に瞬時電圧低下や周波数変動が生じた場合に分散型電源１と商用電力系統１０とをコンデンサ３１を介して連系させると、コンデンサ３１と電力線Ｌ１又は重要負荷２０のリアクトルとが共振する恐れがある。このことから、周波数変動時も運転を継続した場合、共振周波数が商用電力系統１０に存在する高調波や分散型電源１から発生する高調波と一致すると、商用電力系統１０や重要負荷２０に不要な影響を与えかねない。
【0050】
そこで、本発明に係る電源システム１００としては、図３に示すように、コンデンサ３１に直列接続されており、コンデンサ３１と電力線Ｌ１又は重要負荷２０のリアクトルとの共振を抑制する共振抑制回路Ｘをさらに備えていても良い。なお、図示していないが、共振抑制回路Ｘは、コンデンサ３１に並列接続されていても良いし、複数の共振抑制回路Ｘが設けられていても良い。
具体的にこの共振抑制回路Ｘは、コンデンサ３１に直列接続されたダンピング素子たる抵抗素子Ｘ１と、抵抗素子Ｘ１に並列接続されたスイッチング素子Ｘ２とを有する。なお、ダンピング素子としては、抵抗素子Ｘ１とリアクトル（不図示）とを組み合わせて、例えば偶数時調波などの任意の共振点に変更可能なものであっても良い。
このような構成であれば、共振周波数が商用電力系統１０に存在する高調波や分散型電源１から発生する高調波と一致したとしても、コンデンサ３１と電力線Ｌ１又は重要負荷２０のリアクトルとの共振を共振抑制回路Ｘにより抑制することができ、商用電力系統１０や重要負荷２０への不要な影響を防ぐことができる。
具体的にこの共振抑制回路Ｘは、コンデンサ３１に直列接続されたダンピング素子たる抵抗素子Ｘ１と、抵抗素子Ｘ１に並列接続されたスイッチング素子Ｘ２とを有する。なお、ダンピング素子としては、抵抗素子Ｘ１とリアクトル（不図示）とを組み合わせて、例えば偶数時調波などの任意の共振点に変更可能なものであっても良い。
このような構成であれば、共振周波数が商用電力系統１０に存在する高調波や分散型電源１から発生する高調波と一致したとしても、コンデンサ３１と電力線Ｌ１又は重要負荷２０のリアクトルとの共振を共振抑制回路Ｘにより抑制することができ、商用電力系統１０や重要負荷２０への不要な影響を防ぐことができる。
【0051】
また、同図３に示す構成において、制御部８としては、系統異常検出部６により商用電力系統１０の異常が検出された場合に、機械式スイッチ２を開放し、その後に、スイッチング素子Ｘ２を開放することが好ましい。
これならば、商用電力系統１０の異常時に電流をコンデンサ３１に確実に転流及び限流させることができる。
これならば、商用電力系統１０の異常時に電流をコンデンサ３１に確実に転流及び限流させることができる。
【0052】
さらに、同図３に示す構成において、制御部８としては、系統異常検出部６により検出された異常が、周波数変動であるか停電であるかを判断する異常判断部８１をさらに備えていても良い。
そして、系統異常検出部６により検出された異常が周波数変動であると異常判断部８１により判断された場合には、制御部８は、スイッチング素子Ｘ２を開放し、コンデンサ３１と抵抗素子Ｘ１とが接続された状態で、分散型電源１が運転を継続する。
一方、系統異常検出部６により検出された異常が停電であると異常判断部８１により判断された場合には、制御部８は、解列スイッチ４を開放し、重要負荷２０を商用電力系統１０から解列する。
そして、系統異常検出部６により検出された異常が周波数変動であると異常判断部８１により判断された場合には、制御部８は、スイッチング素子Ｘ２を開放し、コンデンサ３１と抵抗素子Ｘ１とが接続された状態で、分散型電源１が運転を継続する。
一方、系統異常検出部６により検出された異常が停電であると異常判断部８１により判断された場合には、制御部８は、解列スイッチ４を開放し、重要負荷２０を商用電力系統１０から解列する。
【0053】
このような構成であれば、商用電力系統１０の異常が周波数変動である場合には、コンデンサ３１を介して商用電力系統１０と分散型電源１とを連系させて、分散型電源１をＦＲＴ運転させつつ、コンデンサ３１と抵抗素子Ｘ１とが直列接続されるので、上述した共振を抑制することができる。
一方、商用電力系統１０の異常が停電である場合には、解列スイッチ４を開放して、分散型電源１を自立運転させることができる。
これにより、ＦＲＴ要件を満たしつつ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源１を用いて両立させるようにしている。
一方、商用電力系統１０の異常が停電である場合には、解列スイッチ４を開放して、分散型電源１を自立運転させることができる。
これにより、ＦＲＴ要件を満たしつつ、無停電電源機能及び負荷平準化機能を共通の分散型電源１を用いて両立させるようにしている。
【0054】
その他、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【0055】
１００・・・電源システム
１０ ・・・商用電力系統
２０ ・・・重要負荷
Ｌ１ ・・・電力線
１ ・・・分散型電源
２ ・・・機械式スイッチ
３１ ・・・コンデンサ
４ ・・・解列スイッチ
５ ・・・系統側電圧検出部
６ ・・・系統異常検出部
７ ・・・系統復電検出部
８ ・・・制御部
８１ ・・・異常判断部
９ ・・・半導体スイッチ
Ｘ ・・・共振抑制回路
１０ ・・・商用電力系統
２０ ・・・重要負荷
Ｌ１ ・・・電力線
１ ・・・分散型電源
２ ・・・機械式スイッチ
３１ ・・・コンデンサ
４ ・・・解列スイッチ
５ ・・・系統側電圧検出部
６ ・・・系統異常検出部
７ ・・・系統復電検出部
８ ・・・制御部
８１ ・・・異常判断部
９ ・・・半導体スイッチ
Ｘ ・・・共振抑制回路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
