令和7年度 上期 機械 問8

太陽光発電のパワーコンディショナ(単独運転検出と不要動作の防止)

機械A問題配点 5点
令和7年度 上期 機械 問8 の問題文

出典:一般財団法人 電気技術者試験センター 令和7年度 上期 第三種電気主任技術者試験 機械科目 問題(問題文・選択肢は改変せず、公開PDFの該当ページをそのまま掲載しています)

解説

語句の穴埋め。**単独運転**という言葉を知っているかが最大の分かれ目になる。

**(ア) パワーコンディショナの構成要素** **逆変換装置**(インバータ)。太陽電池が出すのは直流なので、系統につなぐには交流に変換する必要がある。直流を交流にするのが逆変換装置。整流装置は逆で、交流を直流にする装置なので誤り。

**(イ) 継続してはいけない状態** **単独運転**。配電線側で事故が起きて電力会社が送電を止めたのに、太陽光発電だけが発電を続けて、その区間に電気を送り続けてしまう状態をいう。

これが危険なのは、**停電したはずの電線が生きている**からである。復旧作業をする人が感電する恐れがあり、事故の復旧作業そのものを妨げる。だから系統連系では、単独運転を検出したら速やかに解列することが義務づけられている。

「自立運転」は紛らわしいが、こちらは**意図的に**系統から切り離して、自家消費用にコンセントへ給電する機能のこと。停電時に非常用電源として使うための正常な運転モードで、「継続しないように」と言われる対象ではない。

**(ウ) 常時監視する量** **周波数**。電圧位相と並んで挙げられているので、電気の波そのものの性質が入る。単独運転になると、発電量と負荷が一致しない限り周波数が動く。発電電力は電圧位相と並べる量として不自然で、監視によって単独運転を検出する指標にもならない。

**(エ) 不要な解列をしてはいけない事象** **瞬時電圧低下**。他所の落雷などで一瞬だけ電圧が下がることがあるが、これは系統が生きている状態なので解列する必要がない。ここで切り離してしまうと、太陽光が次々に系統から抜けて供給が不安定になる。 一方、「停電」は解列すべき事象そのものなので、「不要な切り離しをしないよう対策」の対象にはならない。

(ア)逆変換装置、(イ)単独運転、(ウ)周波数、(エ)瞬時電圧低下。正解は(3)。

選択肢ごとの理由

  • (1)(イ)の自立運転は、意図的に系統から切り離して自家消費する正常な機能。継続を防ぐ対象は単独運転。(エ)の停電は解列すべき事象そのもの。
  • (2)(ウ)の発電電力は、電圧位相と並べて常時監視する量としては不自然で、単独運転の検出指標にもならない。周波数が入る。
  • (3)正しい。逆変換装置+系統連系用保護装置、単独運転の防止、電圧位相と周波数の急変を監視、瞬時電圧低下では解列しない。
  • (4)(ア)の整流装置は交流→直流の変換で向きが逆。太陽電池の直流を交流にするのは逆変換装置。
  • (5)(ア)(エ)が誤り。整流装置ではなく逆変換装置、また停電は解列すべき事象で不要動作の対象ではない。

この論点は、データセンターの現場でこう出てくる

データセンターは太陽光発電を屋上に載せることがあり、また非常用発電機という「系統につながる発電設備」を必ず持っている。単独運転の考え方は、そのどちらにも効いてくる。 **① 屋上の太陽光** 連系している以上、パワーコンディショナには単独運転検出機能が入っている。問題はここから先で、**データセンターは自分でUPSと非常用発電機を持っているため、停電時にも構内に電圧が残る**。パワーコンディショナから見ると「系統が生きているように見える」状態になりうるため、非常用発電機と太陽光を同じ母線に載せる設計では、両者の協調を設計段階で決めておく必要がある。停電時は太陽光を確実に切り離す、という構成にするのが素直である。 **② 非常用発電機の系統連系保護** 非常用発電機を系統と並列運転する(同期切替をする)場合、発電機側にも単独運転を防ぐ保護が要る。系統が停電したのに発電機が系統側へ電気を送り続けると、太陽光と同じ問題が起きる。**逆電力継電器(RPR)・不足電圧継電器(UVR)・周波数継電器(OFR/UFR)**の組み合わせで検出するのが定石で、月次点検ではこれらの動作試験を行う。 **③ (エ)の瞬時電圧低下がいちばん実務的** 落雷による瞬時電圧低下は年に何度も起きる。ここで保護装置が過敏に動くと、切れなくてよいものが切れて、かえって停電が増える。「異常は確実に検出するが、正常な揺らぎでは動かない」という設計のさじ加減は、データセンターの保護協調そのものである。 そしてサーバを守っているUPSも、まさにこの瞬時電圧低下を吸収するために置かれている。**空調はUPSにつながっていないことが多い**ので、瞬低で空調だけが止まり、サーバは動いたまま室温が上がる——という事故が実際に起きる。何を守り、何を守らないかを決めているのが保護の設計である。

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