(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散電源により得られた電力を連系している電力系統に応じて調整し、該電力系統へ出力する電力変換装置であって、
単独運転状態が発生しているか否かを判別する単独運転判別部を備え、
前記単独運転判別部は、
前記電力系統の電気的変動に関する複数項目の各々の値を、該項目ごとに設定されている判定閾値と比較し、該複数項目のうちの所定数以上の値が該判定閾値を超えたことを、その項目によるトリガーとして検出し、
前記トリガーが検出されたときに前記電力系統の電力状態に能動的変化を与え、該電力状態が該能動的変化に追従したか否かに基づいて、前記判別を行うことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記トリガーが検出されたときの前記判別において、単独運転状態が発生していると判別された場合に、そのトリガーを正トリガーに分類し、
前記分類の結果に基づいて前記項目ごとの判定閾値を更新する、閾値更新部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記閾値更新部は、前記項目ごとに、
正トリガーの分類がなされた回数が所定条件を満たしたときに、前記判定閾値を現状より緩い値に更新する処理、および、
正トリガーの分類がなされなかった回数が所定条件を満たしたときに、前記判定閾値を現状より厳しい値に更新する処理のうちの、少なくとも一方の処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記閾値更新部は、
予め決められた期間ごとに、前記複数項目の各々についての判定閾値更新処理を実行するものであり、
前記判定閾値更新処理は、
前記期間内において、正トリガーの分類がなされた回数が所定回数に達していたときは、前記判定閾値を現状より緩い値に更新し、
前記期間内において、前記正トリガーの分類がなされた回数が所定回数に達しておらず、かつ、前記トリガーの検出回数が所定回数に達していたときは、前記判定閾値を現状より厳しい値に更新することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記閾値更新部は、
何れかの項目の前記判定閾値を現状より緩い値に更新したときは、他の項目の前記判定閾値を現状より厳しい値に修正し、
何れかの項目の前記判定閾値を現状より厳しい値に更新したときは、他の項目の前記判定閾値を現状より緩い値に修正することを特徴とする請求項２から請求項４の何れかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記複数項目は、
電圧の位相跳躍の大きさの変動、電圧の周波数変動、電圧の振幅変動、電圧の３次高調波の振幅変動、電圧の５次高調波の振幅変動、および電圧の７次高調波の振幅変動、のうちの二つ以上の項目であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の電力変換装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れかに記載の電力変換装置、および分散電源を備え、
該分散電源により得られた電力を、前記電力系統に供給することを特徴とする電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散電源により得られた電力を調整する電力変換装置、およびこれを備えた電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流の電力系統に連系して、分散電源（例えば、一般家庭で使用される太陽光発電システム）が発生させた電力を電力系統に供給するパワーコンディショナ（以下「パワコン」と略記することがある）が広く利用されている。
【０００３】
パワコン（電力変換装置）は、分散電源が発生させた直流電力を交流電力に変換し、電力系統に出力する機能を有している。なお一般的に、パワコンから電力系統に出力される電圧の波形などは、電力系統の電力状態が乱されることのないように、電力系統のものとほぼ一致するように調整される。
【０００４】
ところでパワコンの使用にあたっては、単独運転状態（単独運転がなされている状態）の発生に留意する必要がある。単独運転は、例えば電力系統が停電しているにも関わらず、分散電源が電力供給を継続することである。安全性の観点などから、単独運転は極力回避されるべきであり、また単独運転状態が発生した場合には、分散電源を電力系統から速やかに切り離すといった措置が必要となる。
【０００５】
そのためパワコンには、単独運転を検出する手段（単独運転状態が発生したか否かを判別する手段）が設けられており、単独運転状態が発生した場合には、分散電源を電力系統から切り離すようになっている。
【０００６】
単独運転を検出する手法の方式としては、一般的に、受動的検出方式（単独運転に起因する電力系統の電気的変動を検出する方式）と能動的検出方式（電力系統に能動的変化を与え、その電力状態が当該変化に追従するかを検出する方式）が挙げられる。従来の電力変換装置では、受動的検出方式の機能と能動的検出方式の機能を、それぞれ備えることが必要とされていた。なおこれらの機能は互いに関連性は無く、それぞれが独立して単独運転の検出に利用されていた。
【０００７】
なお受動的検出方式としては、電力系統の電圧の位相急変を検出する方式（電圧位相跳躍検出方式）、インバータ、トランス、インダクタンス負荷等から発生する３次高調波電圧の急増を検出する方式（３次高調波電圧歪急増検出方式）、単独運転時の周波数時間微分値の増加を検出する方式（周波数変化率検出方式）、および、電力系統の電圧の振幅変動を検出する方式が挙げられる。
【０００８】
能動的検出方式としては、インバータの内部周波数に微小バイアスをかけるか、若しくは周波数の変化に正帰還をかけておき、単独運転時に発生する周波数の変化を検出する方式（周波数シフト方式）、インバータの出力有効電力または出力無効電力を常に微小変動させ、周波数や電圧の急増を検出する方式（電力変動方式）、および、インバータ外部に設置したインピーダンスを基本波の１サイクル毎に短時間挿入し、挿入周期に一致する電圧や電流の急変を検出する方式（負荷変動方式）などが挙げられる。
【０００９】
また電力系統における基準レベルを超える電気的変動の発生を監視しておき、これが発生した場合（単独運転の発生が疑われる場合）に、能動的検出方式によって単独運転状態が発生しているか否かを判別する方式も、単独運転を検出する手法の一つとして検討されている。この方式は、実質的には能動的検出方式によって単独運転を検出する一方、基準レベルを超える電気的変動の発生をトリガー（単独運転の検出処理を開始するきっかけ）として位置付けた手法と見ることもできる。なおこの方式のことを、以下では便宜的に「トリガー方式」と称することがある。
【００１０】
トリガー方式によれば、検出精度が高いという能動的検出方式の利点を有しながらも、単独運転発生が疑われる場合にだけ、電力系統へ能動的変化（微小な周波数の変化など）を与えるだけで良い。そのため、トリガー方式が採用された電力変換装置によれば、電力系統の電力状態を必要以上に乱さないようにすることや、不要な電力消費を抑えることなども容易となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−７７６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところでトリガー方式において、トリガーの検出が過剰に鈍感である場合は、単独運転が発生してもトリガーが直ちに検出されず、単独運転の検出が遅れたり見落とされたりするおそれがある。一方、トリガーの検出が過剰に敏感である場合は、単独運転が発生していなくても、何らかのノイズに起因して頻繁にトリガーが検出されてしまい、その度に、能動的検出方式による検出処理が実行されてしまう事態となる。
【００１３】
なお、例えば能動的変化を与える度に電力系統へ供給する電力の力率が変化する場合、能動的検出方式による検出処理が必要以上に実行されるようになっていると、電力系統へ効率よく電力を供給することが難しくなる。このようなことから、トリガー方式においては、トリガーの検出は出来るだけ過不足無くなされることが重要である。
【００１４】
しかしながら、パワコンにより検出される通常時（単独運転が発生していない時）の電力系統の電気的変動は、そのパワコンの使用環境などによって異なることがある。一例を挙げれば、大電力を扱う工場（電力系統に比較的強いノイズを与える）の近傍で用いられる場合、普通の使用環境で用いられる場合に比べて、パワコンにより検出される通常時の電力系統の電気的変動は大きくなる。
【００１５】
このような事情から、トリガーの検出において一項目の電気的変動にしか着目しない場合は、その項目の通常時の電気的変動が使用環境などによって異なっていると、トリガーの適切な検出は困難となる。例えば当該項目について、トリガー検出の基準レベルを何らかの使用環境に適合させていても、その他の使用環境には適合せず、トリガーの適切な検出が難しくなるおそれがある。
【００１６】
本発明は上述した問題に鑑み、トリガー方式により単独運転を検出するものでありながら、トリガーのより適切な検出が容易となる電力変換装置の提供を目的とする。また当該電力変換装置と分散電源を用いた電力供給システムの提供を、他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明に係る電力変換装置は、分散電源により得られた電力を連系している電力系統に応じて調整し、該電力系統へ出力する電力変換装置であって、単独運転状態が発生しているか否かを判別する単独運転判別部を備え、前記単独運転判別部は、前記電力系統の電気的変動に関する複数項目の各々の値を、該項目ごとに設定されている判定閾値と比較し、該複数項目のうちの所定数以上の値が該判定閾値を超えたことを、その項目によるトリガーとして検出し、前記トリガーが検出されたときに前記電力系統の電力状態に能動的変化を与え、該電力状態が該能動的変化に追従したか否かに基づいて、前記判別を行う構成とする。
【００１８】
本構成によれば、電力系統の電気的変動に関する一項目だけではなく、複数項目の各々の値に着目してトリガーが検出される。そのため本構成によれば、トリガーのより適切な検出が容易となる。
【００１９】
また上記構成において、前記トリガーが検出されたときの前記判別において、単独運転状態が発生していると判別された場合に、そのトリガーを正トリガーに分類し、前記分類の結果に基づいて前記項目ごとの判定閾値を更新する、閾値更新部を備えた構成としてもよい。
【００２０】
本構成によれば、単独運転の検出に際しての重要度の観点等から、項目ごとの判定閾値を妥当な値に調整することが可能となる。その結果、トリガーの検出をより一層適切に実行することが可能となる。
【００２１】
また当該構成としてより具体的には、前記閾値更新部は、前記項目ごとに、正トリガーの分類がなされた回数が所定条件を満たしたときに、前記判定閾値を現状より緩い値に更新する処理、および、正トリガーの分類がなされなかった回数が所定条件を満たしたときに、前記判定閾値を現状より厳しい値に更新する処理のうちの、少なくとも一方の処理を行う構成としてもよい。
【００２２】
また上記構成としてより具体的には、前記閾値更新部は、予め決められた期間ごとに、前記複数項目の各々についての判定閾値更新処理を実行するものであり、前記判定閾値更新処理は、前記期間内において、正トリガーの分類がなされた回数が所定回数に達していたときは、前記判定閾値を現状より緩い値に更新し、前記期間内において、前記正トリガーの分類がなされた回数が所定回数に達しておらず、かつ、前記トリガーの検出回数が所定回数に達していたときは、前記判定閾値を現状より厳しい値に更新する構成としてもよい。
【００２３】
また上記構成において、前記閾値更新部は、何れかの項目の前記判定閾値を現状より緩い値に更新したときは、他の項目の前記判定閾値を現状より厳しい値に修正し、何れかの項目の前記判定閾値を現状より厳しい値に更新したときは、他の項目の前記判定閾値を現状より緩い値に修正する構成としてもよい。
【００２４】
本構成によれば、全体的な判定閾値の水準が高く、或いは低くなり過ぎることを抑制し、トリガーの適切な検出が阻害されないようにすることが可能となる。
【００２５】
また上記構成としてより具体的には、前記複数項目は、位相跳躍の大きさの変動、周波数変動、電圧の振幅変動、電圧の３次高調波の振幅変動、電圧の５次高調波の振幅変動、および電圧の７次高調波の振幅変動、のうちの二つ以上の項目である構成としてもよい。
【００２６】
また本発明に係る電力供給システムは、上記構成の電力変換装置、および分散電源を備え、該分散電源により得られた電力を、連系している電力系統に供給する構成とする。本構成によれば、上記構成の利点を享受した電力供給システムが実現される。
【発明の効果】
【００２７】
上述した通り、本発明に係る電力変換装置によれば、電力系統の電気的変動に関する一項目だけではなく、複数項目の各々の値に着目してトリガーが検出される。そのため本発明に係る電力変換装置によれば、トリガーのより適切な検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係るパワコンの構成図（電力系統に連系した状態）である。
【図２】単独運転検出回路の構成図である。
【図３】判定閾値管理部に記録される情報についての表である。
【図４】連系制御動作についてのフローチャートである。
【図５】判定閾値更新処理についてのフローチャートである。
【図６】電力系統の電気的変動に関する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施形態について、交流の電力系統に連系するパワーコンディショナ（パワコン）を挙げて、以下に説明する。
【００３０】
図１は、本実施形態のパワコンの構成図（電力系統に連系した状態）を表している。本図に示すように、パワコン１は端子Ｔ１およびＴ２を有しており、端子Ｔ１には分散電源２が接続され、端子Ｔ２には既存の電力系統が接続されている。なお分散電源２は、例えば太陽電池（ＰＶ）や燃料電池（ＦＣ）などであり、直流電力を発生させる直流電源となっている。パワコン１と分散電源２を一体的に見れば、分散電源２により得られた電力を連系している電力系統に供給するための、電力供給システムが形成されていると見ることもできる。
【００３１】
また電力系統は、電力配線に系統電源３（発電所や変電所に相当）や電力系統の遮断に用いられる系統遮断機４などが接続され形成されている。なお本実施形態での電力系統は、５０Ｈｚ（正常周波数範囲は５０±２Ｈｚ）の商用電源を伝送するものとする。電力系統には、電力系統から電力供給を受ける負荷５（各種電気機器など）も接続される。また電力系統については、他の形態（例えば６０Ｈｚの商用電源を伝送するもの）であっても同様に考えることができる。
【００３２】
［パワコンの構成等について］
次にパワコン１の構成等について説明する。図１に示すようにパワコン１は、ダイオード１１、コンデンサ１２、インバータ回路１４、インダクタ１５、コンデンサ１６、電流検出回路１７、電圧検出回路１８、連系リレー１９、制御器２１、ＰＷＭコンパレータ２２、三角波生成回路２３、および単独運転検出回路２４などを備えている。
【００３３】
分散電源２から送出された電力は、各素子（１１、１２）によって状態が整えられ、インバータ回路１４に届けられる。インバータ回路１４は、受取った電力を交流に変換し、後段側に送出する。なおインバータ回路１４は、ＰＷＭコンパレータ２２から受取ったゲート信号Ｓｇに応じて動作する。インバータ回路１４から送出された電力は、インダクタ１５やコンデンサ１６によって波形が整えられ、連系リレー１９を介して、電力系統に出力される。
【００３４】
連系リレー１９は、単独運転検出回路２４から受取ったリレー切替信号Ｓｒに応じて、開閉が切替えられる。通常は、連系リレー１９は閉じられており、パワコン１は電力系統に連系されるが、連系リレー１９が開かれると、当該連系は解除される。
【００３５】
また電流検出回路１７は、端子Ｔ２を流れる電流の値を、継続的に検出する回路である。電流検出回路１７によって検出された電流値の情報は、電流検出信号Ｉｄとして、制御器２１に伝送される。
【００３６】
電圧検出回路１８は、端子Ｔ２の両極間における電圧の値を、継続的に検出する回路である。電圧検出回路１８によって検出された電圧値の情報は、電圧検出信号Ｖｄとして、制御器２１および単独運転検出回路２４に伝送される。
【００３７】
制御器２１は、電流検出信号Ｉｄ、電圧検出信号Ｖｄ、および変化付与信号Ｓｃ（詳しくは後述する）を受取るようになっている。また制御器２１は、これらを合成したものに相当する信号を、インバータ操作量を表す信号として、ＰＷＭコンパレータ２２に出力する。
【００３８】
ＰＷＭコンパレータ２２は、非反転入力端子に制御器２１の出力が入力され、反転入力端子に三角波生成回路２３が生成する基準三角波の信号が入力される。ＰＷＭコンパレータ２２はこれらの比較結果に応じた信号を、ゲート信号Ｓｇとしてインバータ回路１４へ出力する。
【００３９】
単独運転検出回路２４は、電圧検出信号Ｖｄを受取るようになっており、この信号に基づいて、単独運転の検出や連系リレー１９の開閉に関わる各種の動作を行う。ここで単独運転検出回路２４のより詳細な構成について説明する。
【００４０】
図２は単独運転検出回路２４の構成図である。本図に示すように、単独運転検出回路２４は、変換部４１、変動算出部４２、判定部４３、ＯＲゲート４４、能動的変化付与部４５、単独運転判定部４６、判定閾値管理部４７、およびＦＦＴ解析部５０などを備えている。
【００４１】
変換部４１は、周波数信号変換部４１ａ、位相信号変換部４１ｂ、振幅信号変換部４１ｃ、および高調波振幅信号変換部４１ｄを有しており、入力された電圧検出信号Ｖｄを、電力系統の電力状態（本実施形態では、特に電圧波形の状態）に関する各項目の信号に変換する。なお当該項目としては、電力系統における交流電圧の周波数、位相、振幅、および高調波の振幅が設定されている。
【００４２】
より具体的には、周波数信号変換部４１ａは、電圧検出信号Ｖｄを周波数信号（電力系統における交流電圧の周波数を表す信号）に変換する。また位相信号変換部４１ｂは、電圧検出信号Ｖｄを位相信号（電力系統における交流電圧の位相を表す信号）に変換する。また振幅信号変換部４１ｃは、電圧検出信号Ｖｄを振幅信号（電力系統における交流電圧の振幅を表す信号）に変換する。また高調波振幅信号変換部４１ｄは、電圧検出信号Ｖｄを高調波振幅信号（電力系統における交流電圧の高調波の振幅を表す信号）に変換する。なお本実施形態では、高調波は３次高調波であるとするが、これに限定されるものではなく、５次高調波や７次高調波などとしても構わない。
【００４３】
変動算出部４２は、周波数変動算出部４２ａ、位相変動算出部４２ｂ、振幅変動算出部４２ｃ、および高調波振幅変動算出部４２ｄを有しており、変換部４１から入力された各信号に基づいて、各項目についての変動量を算出する。
【００４４】
より具体的には、周波数変動算出部４２ａは、周波数信号に基づいて周波数の変動量を算出する。また位相変動算出部４２ｂは、位相信号に基づいて位相跳躍の大きさの変動量を算出する。また振幅変動算出部４２ｃは、振幅信号に基づいて振幅の変動量を算出する。また高調波振幅変動算出部４２ｄは、高調波振幅信号に基づいて高調波の振幅の変動量を算出する。なお各部（４２ａ〜４２ｄ）による算出結果は、判定部４３に伝えられる。
【００４５】
変動量の算出は、例えば、瞬時値と移動平均値との差を算出することにより実現され、これにより、移動平均値からの変動の量が算出される。なお変動量をどのような手順で算出するかについては、これに限定されるものではない。例えば、上述の瞬時値の代わりに、直近の数回分の瞬時値の平均を用いても良く、上述の移動平均値の代わりに、予め設定された基準値（固定値）を用いても構わない。
【００４６】
判定部４３は、周波数判定部４３ａ、位相判定部４３ｂ、振幅判定部４３ｃ、および高調波振幅判定部４３ｄを有しており、変動算出部４２からは各項目の算出結果が、判定閾値管理部４７からは各項目の判定閾値が、それぞれ伝えられるようになっている。そして判定部４３は、項目ごとに算出結果を判定閾値と比較し、この比較の結果、すなわち大小関係の判定結果を表す信号（算出結果の方が大きい場合はＨレベル、そうでない場合はＬレベル）を、ＯＲゲート４４および判定閾値管理部４７に出力する。
【００４７】
より具体的には、周波数判定部４３ａは、周波数についての算出結果を判定閾値と比較し、その結果を表す信号を出力する。また位相判定部４３ｂは、位相についての算出結果を判定閾値と比較し、その結果を表す信号を出力する。また振幅判定部４３ｃは、振幅についての算出結果を判定閾値と比較し、その結果を表す信号を出力する。また高調波振幅判定部４３ｄは、高調波の振幅についての算出結果を判定閾値と比較し、その結果を表す信号を出力する。
【００４８】
以上の説明から明らかな通り、判定部４３によれば、電力系統の電気的変動に関する複数項目の各々を継続的に監視し、それぞれの項目の値を、項目ごとに設定されている判定閾値と比較する動作（後述する、ステップＳ１およびＳ２の動作）の実行が可能となっている。なお以降、特に断りの無い限り、「電気的変動」は、電力系統の電気的変動を指すものとする。
【００４９】
また本実施形態の場合、電気的変動に関する複数項目は、「電圧の位相跳躍の大きさの変動」、「電圧の周波数変動」、「電圧の振幅変動」、および「電圧の高調波（３次高調波）の振幅変動」となる。但しこれは一例に過ぎず、その他にも様々な形態とすること可能である。例えば、電圧の３次高調波の振幅変動だけでなく、５次高調波や７次高調波の振幅変動などが項目に含まれるようにしても良く、項目の数も、２以上の任意とすることが可能である。
【００５０】
ＯＲゲート４４は、判定部４３から受取った各信号の論理和を示す信号を、能動的変化付与部４５に送出する。これにより、何れかの項目について判定閾値より算出結果の方が大きい場合には、能動的変化付与部４５にＨレベルの信号が送出され、そうでない場合はＬレベルの信号が送出される。
【００５１】
能動的変化付与部４５は、ＯＲゲート４４から送出されてくる信号を監視し、この信号がＨレベルとなったときに、制御器２１へ出力される変化付与信号ＳｃをＬレベル（ゼロレベル）からＨレベルに変更する。この変化付与信号Ｓｃは、後述の説明で明らかとなる通り、電力系統の電力状態に能動的変化を与えるための信号であり、Ｈレベルの具体的な値は、適切な大きさの能動的変化が与えられるように設定されている。
【００５２】
なお変化付与信号ＳｃがＨレベルに維持される時間は、電力系統の電力状態が能動的変化に追従したか否かが、十分に判別可能となる程度に設定されている。また能動的変化付与部４５は、Ｈレベルの変化付与信号Ｓｃを出力したときに、その旨を単独運転判定部４６へ報知する。
【００５３】
単独運転判定部４６は、Ｈレベルの変化付与信号Ｓｃが出力された場合に、能動的検出方式により、単独運転の発生の有無を判別する。すなわち単独運転判定部４６は、電圧検出信号Ｖｄに基づいて電力系統の電力状態を監視する。そして単独運転判定部４６は、この電力状態が能動的変化に追従した場合には、単独運転が発生したと判別し、追従しなかった場合には、単独運転は発生していないと判別する。なお、当該判別が実行される度に、判別結果の情報が判定閾値管理部４７へ伝えられるようになっている。
【００５４】
判定閾値管理部４７は、各項目の判定閾値についての管理を行う。判定閾値管理部４７は、図３の表に示すように、各項目についての「判定閾値」、および「判定閾値の範囲」（下限値および上限値）の各情報を記録している。判定閾値は、その値を超える電気的変動が発生した場合には、単独運転が発生したと推測される値である。
【００５５】
但し妥当な判定閾値は、パワコン１の使用環境などによって異なることがある。そこで判定閾値は、後述する判定閾値更新処理の実行により、下限値から上限値までの範囲で適宜更新される。なお判定閾値の初期値については、例えば固定値となっていても良く、ユーザ等による指示や、ＦＦＴ解析部５０の解析結果などに基づいて決められるようになっていても良い。
【００５６】
また判定閾値管理部４７は、図３の表に示すように、各項目についての「トリガー検出回数Ｔ」および「正トリガー分類回数Ｓ」の各値を記録している。これらの値は、初期値はゼロに設定されており、随時更新（カウントアップ）されるようになっている（後述する、ステップＳ３およびＳ６の動作を参照）。これらの情報は、後述の説明で明らかとなるように、判定閾値更新処理において参照されることとなる。
【００５７】
また判定閾値管理部４７は、周波数についての判定閾値を周波数判定部４３ａへ、位相跳躍についての判定閾値を位相判定部４３ｂへ、振幅についての判定閾値を振幅判定部４３ｃへ、高調波の振幅についての判定閾値を高調波振幅判定部４３ｄへ、それぞれ継続的に伝える。これにより各部（４３ａ〜４３ｄ）でなされる比較の処理には、最新の判定閾値が用いられるようになっている。
【００５８】
ＦＦＴ解析部５０は、電圧検出信号Ｖｄに対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）による周波数解析を行い、その結果を判定閾値管理部４７に伝える。これにより判定閾値管理部４７は、当該結果を、判定閾値の初期値設定などに利用することが可能となっている。
【００５９】
［パワコンの動作内容等について］
次にパワコン１が行う主な動作について説明する。パワコン１は基本動作として、分散電源２から送られてくる電力を調整し、電力系統へ出力する動作を継続的に行う。
【００６０】
ここで出力される電力の状態は、所定の連系規定に準拠している必要がある。すなわち、出力される高調波電圧の歪率や力率などが規定の範囲内に収まることや、出力される電流の波形を正弦波とすること等が必要とされる。また電力系統の電力状態を乱さぬように、出力される電力の状態が、電力系統の電力状態と整合するように（つまり、交流の周波数、位相、および電圧振幅などが略一致するように）なっていることも必要とされる。
【００６１】
そこで制御器２１、ＰＷＭコンパレータ２２、および三角波生成回路２３等によって形成された一連の装置は、電流検出信号Ｉｄおよび電圧検出信号Ｖｄに基づき、電流が流れることによる電圧降下や電力系統の電圧状態を考慮しつつ、このような条件が満たされるようにゲート信号Ｓｇを生成する。
【００６２】
これによりパワコン１は、インバータ回路１４をＰＷＭ［Pulse Width Modulation］方式によって制御し、分散電源２から送られてくる電力を適切に調整するようになっている。なお通常時においては、変化付与信号ＳｃはＬレベル（ゼロレベル）となっており、電力の調整には影響を及ぼさない。
【００６３】
［連系制御動作について］
ところで単独運転状態が発生したときには、分散電源２を電力系統から解列させる必要がある。そこでパワコン１は上述した基本動作の実行に並行し、単独運転状態の発生の有無を的確に判別して、必要に応じて電力系統との連系を解除させる動作（連系制御動作）をも実行する。この連系制御動作の流れについて、図４に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。
【００６４】
判定部４３は、電気的変動の複数項目を継続的に監視し（ステップＳ１）、それぞれの項目の値を、項目ごとに設定されている判定閾値と比較する（ステップＳ２）。なお電気的変動の複数項目とは、先述した通り、「電圧の位相跳躍の大きさの変動」、「電圧の周波数変動」、「電圧の振幅変動」、および「電圧の高調波の振幅変動」の４個の項目である。
【００６５】
判定部４３は、何れかの項目の値が判定閾値を超えたときは（ステップＳ２のＹ）、先述した通り、その旨を表す信号（大小関係の判定結果を表す信号）を、ＯＲゲート４４および判定閾値管理部４７に出力する。この出力を受けて判定閾値管理部４７は、判定閾値を超えた項目についてのトリガー検出回数Ｔの値を、１だけ増加（カウントアップ）させる（ステップＳ３）。
【００６６】
またこの出力を受けて能動的変化付与部４５は、Ｈレベルの変化付与信号Ｓｃを制御器２１へ出力することになる。これにより制御器２１は、電流検出信号Ｉｄおよび電圧検出信号Ｖｄに加え、Ｈレベルの変化付与信号Ｓｃをも合成したものに相当する信号を、インバータ操作量を表す信号として生成する。
【００６７】
そのため、パワコン１から電力系統へ出力される電力は、電力系統の電力状態に整合した状態に、能動的変化に相当する電力が上乗せされた状態となる。この結果、電力系統の電力状態には、能動的変化が付与されることになる（ステップＳ４）。
【００６８】
そして単独運転判定部４６は、この電力状態が能動的変化に追従した場合には（ステップＳ５のＹ）、単独運転状態が発生したと判別する。この場合、単独運転判定部４６は、その旨を判定閾値管理部４７に伝えるとともに、連系リレー１９を開くためのリレー切替信号Ｓｒを出力する。
【００６９】
これを受けて判定閾値管理部４７は、判定閾値を超えた項目についての正トリガー分類回数Ｓの値を、１だけ増加（カウントアップ）させる（ステップＳ６）。また連系リレー１９は、リレー切替信号Ｓｒを受けて開状態となり、パワコン１の電力系統への連系は解除される（ステップＳ７）。連系が解除された後は、例えば単独運転状態の解消が確認された後に連系が復旧され、ステップＳ１の動作が繰り返される。
【００７０】
なお、電力系統の電力状態が能動的変化に追従しなかった場合には（ステップＳ５のＮ）、単独運転判定部４６は、単独運転状態は発生していないと判別する。この場合、ステップＳ６やステップＳ７の動作が実行されることなく、ステップＳ１の動作が繰り返される。
【００７１】
上述した通り、連系制御動作においては、単独運転状態が発生しているか否かを判別するための動作が実行されるようになっている。そしてこの動作は、電気的変動に関する何れかの項目の値が判定閾値を超えたことを、その項目によるトリガーとして検出し（特にステップＳ２を参照）、このトリガーが検出されたときに、能動的検出方式によって単独運転状態が発生しているか否かを判別する（特にステップＳ５を参照）動作となっている。
【００７２】
また連系制御動作においては、トリガーが検出されたときにおける当該判別の結果に応じて、そのトリガーが、正トリガー（単独運転状態が発生していると判別された場合）と誤トリガー（単独運転状態は発生していないと判別された場合）の何れかに分類されるようになっている。
【００７３】
また各項目の「トリガー検出回数Ｔ」の値は、現在までに、その項目によるトリガーが検出された回数を表している。また各項目の「正トリガー分類回数Ｓ」の値は、現在までに、その項目について正トリガーの分類がなされた回数を表している。なお各項目について誤トリガーの分類がなされた回数は、「トリガー検出回数Ｔ」と「正トリガー分類回数Ｓ」との差として求められる。
【００７４】
ところで正トリガーの分類がなされた場合、そのトリガーの検出は、結果的に、単独運転状態の検出に貢献したと言える。このことから、電気的変動の複数項目のうち、正トリガーの要因となり易いものは、単独運転の検出に際して重要度が高いと考えられる。そこで当該項目の判定閾値については、単独運転の適切な検出が妨げられないように、厳し過ぎない値に設定しておくことが望ましい。
【００７５】
一方で誤トリガーの分類がなされた場合、そのトリガーの検出は、結果的に、単独運転状態の検出に貢献しなかったと言える。更に言えば、今回の能動的検出方式の動作（ステップＳ４およびＳ５の動作）は、結果的には無駄であったと言える。このことから、電気的変動の複数項目のうち、誤トリガーの要因となり易いものは、単独運転の検出に際して重要度が低いと考えられる。そこで当該項目の判定閾値については、能動的検出方式の動作が無駄になされることを極力避けるため、緩過ぎない値に設定しておくことが望ましい。
【００７６】
以上のことから、各項目の判定閾値については、正トリガー或いは誤トリガーの分類結果に応じて、トリガーの検出がより適切に（出来るだけ過不足無く）なされるように、適宜更新されることが望ましい。そこでパワコン１は、各項目の判定閾値を更新するための判定閾値更新処理を実行する。
【００７７】
［判定閾値更新処理について］
この判定閾値更新処理の流れについて、図５に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。なお当該処理において用いられる具体的な数式や値および処理の手順などは、当該処理の主旨を逸脱しない限り、別の形態とすることが可能である。
【００７８】
判定閾値は、先述したように、「電圧の位相跳躍の大きさの変動」、「電圧の周波数変動」、「電圧の振幅変動」、および「電圧の高調波の振幅変動」の複数の項目ごとに設けられている。そこでこれらのうちの何れか一項目に着目し、これを処理対象とする（ステップＳ１１）。
【００７９】
先ず、正トリガー分類回数Ｓが１以上であるかが判別される（ステップＳ１２）。正トリガー分類回数Ｓが１以上である場合（ステップＳ１２のＹ）、次の（１）式が成立するか否かが判別される（ステップＳ１３）。
Ｙｂ−Ｙｏ×０．１＜Ｙｍｉｎ      ・・・・・（１）
但し、Ｙｂは現在（更新前）の判定閾値、Ｙｏは判定閾値の初期値、Ｙｍｉｎは判定閾値の下限値（図３を参照）を表す。なお（１）式は、判定閾値の通常の更新値（左辺）が、下限値を下回るか否かを判別するための式である。
【００８０】
そして（１）式が成立しない場合には（ステップＳ１３のＮ）、判定閾値は次の（２）式に示すように更新される（ステップＳ１４）。
Ｙ＝Ｙｂ−Ｙｏ×０．１      ・・・・・（２）
但し、Ｙは更新後の判定閾値を表す。（２）式によれば、判定閾値は、現状より緩い値（小さい値）に更新されることとなる。一方、（１）式が成立する場合には（ステップＳ１３のＹ）、判定閾値は、その下限値Ｙｍｉｎに更新される（ステップＳ１５）。なお現状の判定閾値が、既に下限値Ｙｍｉｎに達している場合、判定閾値は現状のままとされる。
【００８１】
また、正トリガー分類回数Ｓが０である場合（ステップＳ１２のＮ）、次に、トリガー検出回数Ｔが５を超えているかが判別される（ステップＳ１６）。トリガー検出回数Ｔが５を超えていない場合（ステップＳ１６のＮ）、つまりトリガーの検出回数が比較的少なかった場合には、判定閾値は現状のままとされる（ステップＳ１７）。
【００８２】
一方で、トリガー検出回数Ｔが５を超えている場合（ステップＳ１６のＹ）、つまりトリガーの検出回数が比較的多かったにも関わらず、正トリガーの分類回数が０であった場合には、次の（３）式が成立するか否かが判別される（ステップＳ１８）。
Ｙｂ＋Ｙｏ×０．１＞Ｙｍａｘ      ・・・・・（３）
但し、Ｙｍａｘは判定閾値の上限値（図３を参照）を表す。なお（３）式は、判定閾値の通常の更新値（左辺）が、上限値を上回るか否かを判別するための式である。
【００８３】
そして（３）式が成立しない場合には（ステップＳ１８のＮ）、判定閾値は次の（４）式に示すように更新される（ステップＳ１９）。
Ｙ＝Ｙｂ＋Ｙｏ×０．１      ・・・・・（４）
（４）式によれば、判定閾値は、現状より厳しい値（大きい値）に更新されることとなる。一方、（３）式が成立する場合には（ステップＳ１８のＹ）、判定閾値は、その上限値Ｙｍａｘに更新される（ステップＳ２０）。なお現状の判定閾値が、既に上限値Ｙｍａｘに達している場合、判定閾値は現状のままとされる。
【００８４】
ステップＳ１４、Ｓ１５、Ｓ１７、Ｓ１９、またはＳ２０の処理がなされた後、未処理の項目が残っていれば（ステップＳ２１のＮ）、その中の次の一項目について（ステップＳ２２）、ステップＳ１２の処理が行われる。一方、全ての項目について処理済みとなっていれば（ステップＳ２１のＹ）、今回の判定閾値更新処理は終了される。
【００８５】
なお上述した判定閾値更新処理は、予め定められた一定期間（例えば数日程度の期間）ごとに実行される。またトリガー検出回数Ｔおよび正トリガー分類回数Ｓの値は、判定閾値更新処理が終了する度に、リセットされるようになっている。
【００８６】
但し判定閾値更新処理が実行されるタイミングは、種々の形態とすることが可能であり、例えば、トリガーが検出される度に、判定閾値更新処理が実行されるようにしても構わない。またトリガー検出回数Ｔや正トリガー分類回数Ｓの値をリセットするか否か、或いはどのようなタイミングでリセットするかについても、種々の形態とすることが可能である。
【００８７】
また上述の説明から明らかなように、判定閾値更新処理によれば、電気的変動の複数項目のうち、単独運転の検出に際して重要度が高いと考えられるもの（正トリガーの分類がなされた回数が所定条件を満たし、正トリガーの要因になり易いと見込まれるもの）については、判定閾値は緩い側に更新され（特にステップＳ１４を参照）、厳し過ぎる値とはならないように調整される。本実施形態の場合は、１回でも正トリガーの分類がなされた項目については、判定閾値が緩い側に更新され、トリガー検出の機能が働き易いようにされる。
【００８８】
また更に判定閾値更新処理によれば、単独運転の検出に際して重要度が低いと考えられるもの（誤トリガーの分類がなされた回数、すなわち正トリガーの分類がなされなかった回数が所定条件を満たし、誤トリガーの要因になり易いと見込まれるもの）については、判定閾値は厳しい側に更新され（特にステップＳ１９を参照）、緩過ぎる値とはならないように調整される。本実施形態の場合は、例えば１０回もトリガーが検出されたにも関わらず、１回も正トリガーの分類がなされなかった（換言すれば、１０回も誤トリガーの分類がなされた）項目については、判定閾値が厳しい側に更新され、トリガー検出の機能が働き難いようにされる。
【００８９】
なおパワコン１は、例えば判定閾値更新処理が終了する度に、何れかの項目の判定閾値を現状より緩い値に更新したときは、他の項目の判定閾値を現状より厳しい値に修正する一方、何れかの項目の判定閾値を現状より厳しい値に更新したときは、他の項目の判定閾値を現状より緩い値に修正するようにしてもよい。例えば先述した４個の項目のうち、何れか１個の項目の判定閾値が１レベル分だけ厳しい値に更新されたときは、その他の３個の項目の判定閾値については、１レベル分の１／３だけ緩い値に修正されるようにしてもよい。このようにすれば、パワコン１における全体的な判定閾値の水準（各項目の判定閾値の平均）が高く、或いは低くなり過ぎることを抑制し、トリガーの適切な検出が阻害されないようにすることが可能となる。
【００９０】
［使用環境などによる電気的変動の違いについて］
ところでパワコン１により検出される通常時（単独運転が発生していない時）の電気的変動は、パワコン１の使用環境などによって異なることがある。この点について、図６を参照しながら以下に説明する。
【００９１】
図６に示すように一般的な電力系統では、発電所６からの電力は高圧送電線を介して変電所７へ送電され、変電所７において複数のバンク（各需要家への送電線）に分配される。一方、電力の需要家（一般家庭や工場など）では、変電所７から送電されてきた電力が、電気機器などの負荷５に与えられる。また分散電源２を所有している需要家では、パワコン１が用いられ、分散電源２が電力系統に連系される。
【００９２】
この状況下で、例えば図６に示すバンクＡにおいて系統遮断が生じた場合、バンクＡ（電力系統）には、これに起因した電気的変動が生じることになる。バンクＡに接続されているパワコン１は、先述したステップＳ１およびＳ２の動作によって、この電気的変動をトリガーとして検出することが期待される。
【００９３】
ここで図６に示すように、需要家８ｅは、大電力を扱う工場（負荷５の使用時に、電力系統における電圧の高調波に対して、比較的強い歪を与える）であるとする。この場合、当該歪は周囲の電力系統（特にバンクＢのうちの、当該工場に近い部分）に伝わることとなる。その結果、パワコン１によって検出される通常時の電圧の高調波の変動は、需要家（８ａ〜８ｃ）で使用されているものに比べ、当該工場に近い需要家８ｄで使用されているものの方が大きくなり易い。
【００９４】
このように、パワコン１により検出される通常時の電気的変動は、パワコン１の使用環境などによって異なることがある。なおここで説明した内容は一例であり、この電気的変動は、一般家庭における大きい負荷５（例えば洗濯機や吸引力の高い掃除機）の使用など、実際には様々な要因によって異なることがある。またどの項目の電気的変動がこういった状況となるかは、その要因などによって変動することがあり、予め特定しておくことは難しい場合がある。なお、単独運転状態が発生した時にパワコン１が検出する電気的変動についても、同様の理由により、パワコン１の使用環境などによって異なる場合がある。
【００９５】
そして仮にパワコン１が、トリガーの検出において一項目の電気的変動にしか着目しないとすると、その項目の通常時の電気的変動が使用環境などによって異なっていれば、トリガーの適切な検出が難しくなる。例えば当該項目について、通常時の電気的変動が比較的大きい使用環境に合わせ、判定閾値が比較的厳しい値に設定されている場合、普通の使用環境においては、単独運転が発生してもトリガーが直ちに検出されないおそれがある。
【００９６】
しかし本実施形態のパワコン１は、電気的変動に関する複数項目に着目してトリガーを検出するため、トリガーを適切に検出することが容易となっている。例えば、ある項目に着目するだけでは、単独運転の発生時にトリガーが直ちに検出されない状況下であっても、その他の項目に基づいて、トリガーを適切に検出することが可能となっている。
【００９７】
そして更にパワコン１においては、先述した判定閾値更新処理が実行されることにより、自機の使用環境などに応じて、項目ごとの判定閾値を自動的に調整される。その結果、パワコン１によれば、トリガーの検出をより一層適切に実行することが可能となっている。
【００９８】
［その他］
以上までに説明した通り、本実施形態に係るパワコン１は、分散電源２により得られた電力を連系している電力系統に応じて調整し、この電力系統へ出力するものである。またパワコン１は、単独運転状態が発生しているか否かを判別する機能部（単独運転判別部）を備えている。
【００９９】
単独運転判別部は、電気的変動に関する複数項目の各々の値を、項目ごとに設定されている判定閾値と比較し、この複数項目のうちの所定数（本実施形態では１）以上の値が判定閾値を超えたことを、その項目によるトリガーとして検出する。更に単独運転判別部は、このトリガーが検出されたときに電力系統の電力状態に能動的変化を与え、この電力状態が能動的変化に追従したか否かに基づいて、単独運転状態が発生しているか否かの判別を行うようになっている。
【０１００】
このようにパワコン１によれば、電気的変動に関する一項目だけではなく、複数項目の各々の値に着目してトリガーが検出される。そのためパワコン１によれば、トリガーのより適切な検出が容易となっている。
【０１０１】
なお上記の所定数は、全ての項目の個数を上限として、２以上の任意数としておいても構わない。この所定数を大きくしておく程、トリガーの検出条件はより厳しい側に（より慎重な側に）設定されることとなる。
【０１０２】
またパワコン１は、トリガーが検出されたときにおける単独運転状態が発生しているか否かの判別の結果に応じて、そのトリガーを、正トリガーと誤トリガーの何れかに分類するようになっている。そして更にパワコン１は、この分類の結果に基づいて項目ごとの判定閾値を更新する機能部（閾値更新部）を備えている。
【０１０３】
そのためパワコン１によれば、単独運転の検出に際しての重要度の観点等から、項目ごとの判定閾値を妥当な値に調整することが可能となっている。その結果、トリガーの検出をより一層適切に実行することが可能となっている。
【０１０４】
ところで、先述した電気的変動の項目における「電圧の位相跳躍の大きさの変動」、「電圧の周波数変動」、および「電圧の振幅変動」については、通常、電力系統における電圧波形（周波数は５０または６０Ｈｚ）の１周期の間隔（波形のゼロクロスごとの間隔であり、１６〜２０ｍｓ程度）で、その値が算出される。一方、「電圧の高調波の振幅変動」については、この間隔よりも短い間隔（ｎ次高調波の場合、１／ｎの間隔）で、その値が算出される。すなわち「電圧の高調波の振幅変動」の項目によれば、他の項目に比べ、トリガーをより早く検出することが可能である。
【０１０５】
しかし先述した例（図６を参照）のように、工場などによって、電力系統における電圧の高調波に比較的強い歪が与えられる場合は、「電圧の高調波の振幅変動」の項目によって、不要なトリガー（後に誤トリガーに分類されるもの）が検出され易くなるおそれがある。そこで「電圧の高調波の振幅変動」の項目について誤トリガーの分類がなされた場合、この項目については、トリガーの検出における優先順位を下げるようにしてもよい。
【０１０６】
例えば優先順位が下げられたときは、その項目についてトリガーが検出されても、他の項目についてもトリガーが検出されるまでは、トリガーが検出されたとは扱われないようにする。このようにパワコン１においては、正トリガーと誤トリガーの分類の結果に基づいて、トリガーの検出における各項目の優先順位が調節されるようにしても構わない。なお各項目の優先順位をどのように決定するか、および、優先順位の違いによって項目間にどのような差を設けるか等については、種々の形態とすることが可能である。
【０１０７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、電力系統に連系するパワーコンディショナ等に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１    パワーコンディショナ（電力変換装置）
２    分散電源
３    系統電源
４    系統遮断機
５    負荷
６    発電所
７    変電所
８ａ〜８ｅ    需要家
１１    ダイオード
１２    コンデンサ
１４    インバータ回路
１５    インダクタ
１６    コンデンサ
１７    電流検出回路
１８    電圧検出回路
１９    連系リレー
２１    制御器
２２    ＰＷＭコンパレータ
２３    三角波生成回路
２４    単独運転検出回路
４１    変換部
４２    変動算出部
４３    判定部
４４    ＯＲゲート
４５    能動的変化付与部
４６    単独運転判定部
４７    判定閾値管理部
５０    ＦＦＴ解析部
【図１】
0005570929.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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