フレキシビリティを有する配電系統の保護システムの構築

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K04001
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 青木 睦 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70362316)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 配電系統の保護システム / 分散形電源 / 多地点同期計測システム

研究実績の概要

本研究では，VPP(Virtual Power Plant)など小規模電力系統を含む将来の配電システムにおいて，多地点同期計測システムによる状態監視および，それによる系統の状態把握，そして，その状態に応じた適切な保護方法を提供する保護システムを確立することを目的とするものである。2022年度は，インバータにより電力系統と連系されるインバータ型電源を多数台設置した場合の三相短絡事故時のシミュレーション，および，それに対する保護システムの構成について検討を行った。また，負荷の高調波が地絡事故電流に与える影響について検討を行った。
現在の配電系統は樹枝状構成となっており，配電用変電所における各フィーダにおいて線路の事故検出および遮断を行っている。太陽光発電システムなどの再生可能エネルギーによる電源やその変動を抑制するための蓄電池システムの導入が拡大した場合，それらのエネルギーリソースからも事故電流の供給がなされ，配電用変電所における保護システムが，適切に動作できないことが考えられる。2022年度はインバータ型の電源が多数連系した配電系統モデルでシミュレーションを行った結果，インバータの過電流抑制機能により，変電所の保護システムへの影響が小さいことが分かった。しかし，分散型エネルギーリソースを有する需要家は，系統事故時に故障電流を供給するので，配電用変電所の保護システムと需要家の保護システムの保護協調が必要になることが分かった。このことから，保護方式について検討した結果，短絡電流の方向を判定する方向過電流リレーの適用が有用であると考え，その有効性を確認した。
太陽光発電などの再生可能エネルギー電源が大量に連系された場合の配電系統の保護システムの構築は，将来の配電系統において重要な課題である。また，事故時のインバータの動作について，貴重な知見を得ることができた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

太陽光発電システムや蓄電池システムなどの分散型のエネルギーリソースが多数連系される配電システムの系統故障時の応動評価と保護システムの構築に向けて，高圧配電線や需要家構内などのいくつかの事故点において，三相短絡事故時のシミュレーションを行った。このようなインバータ型の分散電源が主体となる配電系統において，インバータの過電流抑制機能の実装方法が課題であることが分かった。これまで，今回のモデルにおいて事故時の動作を確認することができている。その結果，インバータの過電流抑制機能により，インバータからの事故電流はある程度抑制されて供給されることが分かった。今後は，構築したシミュレーションモデルを用いて，過電流抑制機能の改良を行うことと，二相短絡や地絡などの他の系統事故や系統故障のシミュレーションを行い，それを踏まえて配電用変電所の保護リレーと需要家の保護リレーの適切な保護協調方法の検討をしていく予定である。

今後の研究の推進方策

2023年度は，保護リレーの適切な整定値の検討として，方向過電流リレーの動作時間整定，および，誤動作がないかの確認を行う。また，負荷の高調波が地絡電流波形ひずみに大きな影響を及ぼすことが分かったので，それを踏まえたリレーの動作について検討を行う。また，二相短絡や多地点位相地絡など他の保護様相についてもシミュレーションを行い，適切な保護リレーの整定について検討していく。昨年度に購入した計算機を活用して，それぞれの条件における系統故障のシミュレーションを実施していく。そのアルゴリズムの有効生について，汎用型の保護・制御装置であるIED(Intelligent Electronic Device)が，将来の配電線に設置されることを想定して，検討したアルゴリズムをIEDに組み込むことができるか検討していく。
また，系統故障時における系統の電圧や電流は，定インピーダンス負荷や誘導電動機などの負荷特性に依存する部分も大きいと考えられる。このため，分散電源の出力の違いや負荷特性の違いによる事故電流の違いなどについてもシミュレーションを行い，保護リレーの適切な整定値について検討を行っていく予定である。

次年度使用額が生じた理由

IEDによる実証試験を行うため，実験用部品等の消耗品を次年度に購入することとした。