ソーラーグリッドシステムにおけるアイランド検出と防止方法

Oliver Watts

フィールド: 点検と試験

China

アイランド効果の定義

電力供給網が故障、操作ミス、または予定されたメンテナンス停電により中断された場合でも、分散型再生可能エネルギー発電システムは局所的な負荷への電力供給を続け、「アイランド」と呼ばれる自立した領域を形成し、これが電力会社の管理外となることがあります。

アイランド効果による危険性

電圧と周波数制御の喪失：電力会社はアイランド化されたセクション内の電圧と周波数を制御できません。これらのパラメータが許容範囲を超えると、接続されているユーザー設備が損傷する可能性があります。
過負荷リスク：負荷需要がインバーターの定格容量を超えると、電源が過負荷となり、熱損傷や故障を引き起こす可能性があります。
再閉鎖による損傷：自動的にサーキットブレーカーがアイランド化されたセクションに閉じると、即座に再トリップし、インバーターや他の設備に損傷を与える可能性があります。
作業員に対する安全上の危険：停電中であっても、インバーターに接続された線路は帯電しており、メンテナンスチームに対して重大な感電リスクをもたらし、全体的な電力網の安全性を損ないます。

アイランド効果の検出方法

アイランドの検出には、以下の主な方法が使用されます：

周波数ドリフト検出：アイランド化されたマイクログリッドでは、通常、システムの周波数は主要な電力網の標準値から逸脱します。周波数の変動を監視することでアイランド状態を識別することができます。これは専用の周波数監視装置やSCADAシステムを使用して実装できます。
リアクティブパワー変動検出：主要な電力網からのリアクティブパワー支援が得られない場合、発電機のリアクティブパワー出力と負荷の変化の関係がアイランドモードで特徴的になります。リアクティブパワーまたは電力係数の監視によってアイランドの検出が可能です。
電圧異常検出：アイランド化されたマイクログリッドでの電圧の変動は、主要な電力網とは大きく異なることがよくあります。電圧監視装置を通じてこのような異常を検出することで、アイランド状態を示すことができます。
周波数-電圧相関分析：アイランド化されたシステムにおける周波数と電圧のダイナミックな関係は、電力網接続モードとは異なります。この相関を分析することで、アイランドイベントを区別することができます。
逆方向電力流検出：アイランド中に分散型発電機が本来非活性であるべき線路に電力を送り込むことがあります。電力解析器や保護リレーを使用して電力流の方向を監視することで、アイランドを示すことができます。

注：特定のマイクログリッド構成および運用状況により、単一の方法では不十分な場合があります。多くの場合、パッシブおよびアクティブな検出技術の組み合わせが採用されます。また、監視装置の適切な選択、調整、メンテナンスは、信頼性と正確さを確保するために不可欠です。

アイランド効果の防止と緩和策

アイランドの有効な防止または緩和のために、以下のような措置が一般的に採用されます：

集中監視と制御：マイクログリッドと主要な電力網の相互接続状態および運転パラメータを継続的に監視する集中システムを導入します。アイランド検出時には、システムが自動的にアイランド化されたセクションを切り離します。
信頼性のあるアンチアイランド調整ロジック：安定した電力網条件が確認された後にのみ、主要な電力網への再接続を行う強固な切り替えロジックを採用し、危険な再閉鎖を防ぎます。
スマート保護装置：電圧、周波数、その他の重要なパラメータをリアルタイムで監視できるスマート保護リレーを導入します。これらの装置は、アイランドが検出されたときにインバーターや回路を自動的にトリップすることができます。
プログラマブルロジックコントローラ（PLC）：PLCや高度なコントローラを使用して、事前に定義された安全ルールと電力網条件に基づいて切断と再接続手順を自動化します。
スマート負荷管理：アイランド動作中の負荷を動的にバランスさせたり、負荷をシャットダウンしたりするための知能負荷制御システムを統合し、過負荷を防ぎ、システムの安定性を向上させます。
適合テストと規制監督：関連する基準（例：IEEE 1547, IEC 62109）に従い、定期的な適合テストを行い、アンチアイランド機能が安全および性能要件を満たしていることを確認することで、電力網およびエンドユーザーに対するリスクを最小限に抑えます。

参照基準