分散型電源と系統連系

分散型電源と系統連系は、需要家の近くに分散して設置される発電設備を既存の電力系統に接続し、その接続点で電圧・保護・安全をどのように確保するかを定める制度・原理である。大規模な発電所が送電網の上位に接続される従来の電力系統に対し、太陽光発電、風力発電、コージェネレーションなどの分散型電源は配電系統に接続されることが多い。試験では、この接続に伴って生じる電圧の変化、故障時の保護、単独運転の防止が中心的な論点となる。

分散型電源の種類と出力の特性

分散型電源とは、需要家の構内や配電線の近くに設置される比較的小規模な発電設備の総称である。太陽光発電や風力発電は、出力が日射や風速といった気象条件に左右されるため、発電量が需要と一致しない時間帯が生じる。一方、コージェネレーションは熱と電気を同時に利用する設備であり、熱需要に応じて運転されるため、出力の時間的な変動の仕方が再生可能エネルギーとは異なる。試験では、分散型電源の出力変動の原因を発電方式ごとに区別して理解しておく必要がある。

分散型電源の導入が進むと、配電系統の潮流は従来の一方向の流れから、需要家側で発電された電力が配電線側へ流れる状態を含むものへと変わる。このような状態を前提として、系統連系の技術的な条件が整備されている。

逆潮流と電圧上昇

系統連系された分散型電源の発電量が構内負荷より多い場合、余剰の電力は配電線側へ流れる。この配電線側へ向かう電力の流れを逆潮流という。逆潮流が生じると、配電線の電圧分布は従来の潮流を前提としたものから変化し、連系点付近の電圧が上昇する場合がある。電圧が上昇するか否かは、連系点の位置、分散型電源の出力、構内負荷の大きさ、配電線のインピーダンスによって決まる。

逆潮流を防止することと、単独運転を防止することは、目的が異なる制御である。逆潮流は電力の流れの方向に関する現象であり、単独運転は系統停電時に分散型電源が系統から切り離されない状態である。両者を同じ現象として扱うと、保護の目的を誤って理解することになる。

単独運転の検出と解列

単独運転とは、系統の停電時に分散型電源が系統から切り離されず、構内の負荷に対して単独で電力を供給し続ける状態である。この状態が続くと、停電中の配電線で作業する者が感電するおそれがあるほか、系統の復旧時に再閉路した電源と分散型電源の位相がずれ、機器の損傷を招くおそれがある。そのため、系統連系の技術要件では、単独運転を検出して分散型電源を系統から解列する保護が求められる。