(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換し交流電力系統と連系して運転するインバータの単独運転検出装置であって、
前記インバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出された出力電圧の周波数が正帰還により変化を助長する方向に無効電力あるいは電流位相を制御するとともに、前記周波数の周波数変化率が所定値を越えた場合に正側の値へ変化し、周波数変化率が所定値以下となった場合に負側の値へ変化して、ステップ状に変化する値が正帰還により変化を助長する方向に無効電力あるいは電流位相を制御して出力する函数手段と、
前記ステップ状に変化する値から不感帯分を減算した値を所定時間毎に積分した値が単独運転検出レベル以上か否か検出し、前記単独運転検出レベル以上であるときに前記インバータを停止させる信号を出力する異常検出手段と、
前記交流電源系統および前記インバータ出力の電圧位相に同期するとともに、前記函数手段の出力により所定の無効電力あるいは電流位相を制御し前記インバータの出力の無効電力制御を行ない、前記インバータが前記交流電力系統から切り離されたとき、前記インバータの出力電圧の周波数と前記ステップ状に変化する値とに基づいて前記インバータの無効電力が変化するよう駆動し、前記異常検出手段から前記インバータを停止させる信号を受信したときに前記インバータを停止させる駆動手段と、を備えたインバータの単独運転検出装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、前記インバータの有効電力および無効電力を制御するループを構成し、前記インバータが前記交流電力系統から切り離されたとき、前記インバータ出力電圧の周波数と前記ステップ状に変化する値とに基づいて前記インバータの無効電力を制御して、前記インバータの出力電圧の周波数又は周波数変化率が正帰還により変化を助長する方向に制御する手段を備える請求項１記載のインバータの単独運転検出装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、前記インバータの電流と電流基準位相とが合致するように前記インバータの出力電流制御を行い、前記インバータが前記交流電力系統から切り離されたとき、前記インバータの出力電圧の周波数と前記ステップ状に変化する値とに基づいて前記インバータの電流基準の位相を変化させ出力電圧の周波数又は周波数変化率が正帰還作用により変化を助長するように制御する手段を備える請求項１記載の単独運転検出装置。
【請求項４】
前記函数手段は、前記電圧検出手段で検出された電圧から周波数を検出する周波数検出回路と、前記周波数検出回路で検出された前記周波数が上昇すると前記無効電力が進み方向に増加するとともに前記周波数が下降すると前記無効電力が遅れ方向に増加するように制御する第１函数回路と、前記周波数検出回路で検出された前記周波数から周波数変化率を検出する周波数変化率検出回路と、前記周波数変化率検出回路で検出された前記周波数変化率の値に応じてステップ状に変化する値を出力するリミット回路と、前記リミット回路の出力が正のときは前記無効電力を進み方向にシフトするとともに前記リミット回路の出力が負のときは前記無効電力を遅れ方向にシフトするように制御する第２函数回路と、前記第１函数回路の出力と前記第２函数回路の出力との和により、前記インバータの無効電力を制御する加算リミット回路と、を備える請求項２又は請求項３記載のインバータの単独運転検出装置。
【請求項５】
前記リミット回路は、前記周波数変化率が所定値を越えた場合に正側の値へ変化し、前記周波数変化率が所定値以下となった場合に負側の値へ変化するように、ステップ状に変化する値を出力する請求項４記載のインバータの単独運転検出装置。
【請求項６】
前記異常検出手段は、前記ステップ状に変化する値の絶対値からリセット量を減算した値を積分して積分値を出力する演算回路と、前記積分値が前記単独運転検出レベル以上か否か判断して異常を検出するレベル検出回路と、前記レベル検出回路で異常が検出されたときに前記インバータを停止させる異常検出回路と、を備える請求項１記載のインバータの単独運転検出装置。
【請求項７】
前記リセット量は、瞬時電圧低下復帰時の周波数低下を不感とする値である請求項６記載のインバータの単独運転検出装置。
【請求項８】
前記周波数検出回路は、前記電圧検出手段で検出された電圧のゼロクロス信号を検出し、前記ゼロクロス信号の立ち上がりから次ぎの立下りまでの時間と、立下りから次ぎの立ち上がりまでの時間とを測定する手段を備える請求項４記載のインバータの単独運転検出装置。
【請求項９】
直流電力を交流電力に変換し交流電力系統と連系して運転するインバータの単独運転検出装置であって、
前記インバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出された出力電圧の周波数の過去の周波数移動平均と現在の周波数移動平均との差が正帰還により変化を助長する方向に無効電力あるいは電流位相を制御するとともに、前記周波数の周波数変化率が所定値を越えた場合に正側の値へ変化し、周波数変化率が所定値以下となった場合に負側の値へ変化して、ステップ状に変化する値が正帰還により変化を助長する方向に無効電力あるいは電流位相を制御して出力する函数手段と、
前記ステップ状に変化する値から不感帯分を減算した値を所定時間毎に積分した値が単独運転検出レベル以上か否か検出し、前記単独運転検出レベル以上であるときに前記インバータを停止させる信号を出力する異常検出手段と、
前記交流電源系統および前記インバータ出力の電圧位相に同期するとともに、前記函数手段の出力により所定の無効電力あるいは電流位相に制御し前記インバータの出力の無効電力制御を行ない、前記インバータが前記交流電力系統から切り離されたとき、前記過去の周波数移動平均と現在の周波数移動平均との差と前記ステップ状に変化する値とに基づいて前記インバータの無効電力が変化するよう駆動し、前記異常検出手段から前記インバータを停止させる信号を受信したときに前記インバータを停止させる駆動手段と、を備えたインバータの単独運転検出装置。
【請求項１０】
直流電力を交流電力に変換し交流電力系統と連系して運転するインバータの単独運転検出装置であって、
前記インバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出された出力電圧の周波数が正帰還により変化を助長する方向に無効電力あるいは電流位相を制御するとともに、前記周波数の周波数変化率が所定値を越えた場合に正側の値へ変化し、周波数変化率が所定値以下となった場合に負側の値へ変化して、ステップ状に変化する値が正帰還により変化を助長する方向に無効電力あるいは電流位相を制御して出力する函数手段と、
前記ステップ状に変化する値から不感帯分を減算した値を所定時間毎に積分した値が単独運転検出レベル以上か否か検出し、前記単独運転検出レベル以上であるときに前記インバータを停止させる信号を出力する異常検出手段と、
前記交流電源系統および前記インバータ出力の電圧位相に同期するとともに、前記函数手段の出力により所定の無効電力あるいは電流位相を制御し前記インバータの出力の無効電力制御を行ない、前記インバータが前記交流電力系統から切り離されたとき、前記インバータの出力電圧の周波数と周波数変化率とに基づいて前記インバータの無効電力が変化するよう駆動し、前記異常検出手段から前記インバータを停止させる信号を受信したときに前記インバータを停止させる駆動手段と、を備えたインバータの単独運転検出装置。
【請求項１１】
直流電力を交流電力に変換し交流電力系統と連系して運転するインバータの単独運転検出する単独運転検出方法であって、
前記インバータの出力電圧を検出し、
検出された出力電圧の周波数が正帰還により変化を助長する方向に無効電力あるいは電流位相を制御するとともに、前記周波数の周波数変化率が所定値を越えた場合に正側の値へ変化し、周波数変化率が所定値以下となった場合に負側の値へ変化して、ステップ状に変化する値が正帰還により変化を助長する方向に無効電力あるいは電流位相を制御し、
前記ステップ状に変化する値から不感帯分を減算した値を所定時間毎に積分した値が単独運転検出レベル以上であるときに異常であると判断し、
前記交流電源系統および前記インバータ出力の電圧位相に同期するとともに、所定の無効電力あるいは電流位相に制御し前記インバータの出力の無効電力制御を行ない、前記インバータが前記交流電力系統から切り離されたとき、前記インバータの出力電圧の周波数と前記ステップ状に変化する値とに基づいて前記インバータの無効電力が変化するよう駆動し、異常であると判断されたときに前記インバータを停止させる、インバータの単独運転検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、単独運転検出装置および単独運転検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術の一構成例を図８に示しその構成、作用、条件を説明する。図８に示すように、従来の単独運転検出装置では、例えば太陽電池あるいは燃料電池等でなる直流電源１の直流電力はインバータブリッジ２により交流電力に変換され、リアクトル３とコンデンサ４からなるフィルタによりＰＷＭ制御による高周波成分を除去してコンタクタ６を介して負荷９に供給される。
【０００３】
一方、交流電力系統８から遮断器７を介して供給される交流電源にインバータブリッジ２は連系して運転する。負荷９に供給される交流電圧は電圧検出器１０により検出されＰＬＬ回路２２により交流電圧位相に同期した信号を位相シフト回路２３に入力し正弦波回路２６を通して電流基準回路１２に正弦波の信号Ｖｓが入力される。
【０００４】
増幅器１１は、直流電源１の電圧を検出し電圧基準Ｖ* と比較増幅した信号Ｖ１１を電流基準回路１２に入力する。電流基準回路１２は信号Ｖ１１と信号Ｖｓとの積を交流電流基準Ｉ* として増幅器１３へ入力する。この交流電流基準Ｉ* と電流検出器５で検出したインバータ出力電流とが一致するように増幅器１３が制御し、ＰＷＭ回路１４により駆動部１５を介してインバータブリッジ２をＰＷＭ制御する。
【０００５】
一方、電圧検出器１０から交流電圧を検出し、周波数ｆ検出回路３０により交流電圧の周波数を検出し、第１函数３１および加算リミット回路３２を介して位相シフト回路２３により正弦波回路２６の出力信号Ｖｓの位相をシフトしてインバータの出力無効電力（Ｉ×Ｖｓｉｎθ）を制御する。
【０００６】
更に、周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）検出回路２８により交流電圧の周波数変化率を検出し、第２函数２９を介して加算リミット回路３２でＶ３１とＶ２９とを加算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１１５０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような単独運転検出方法は、“高速スリップモード周波数シフト”と呼ばれ、その特性は約１００ｍｓで単独運転を高速に検出することができる。
【０００９】
ところが、２０１２年目標に、周波数変化に対し次ぎの（１）、（２）のＦＲＴ（Fault Ride Through）を達成すること要求されるようになった。  
（１） 瞬時電圧低下時のステップ的な周波数上昇を模擬した試験で０．８Ｈｚ上昇が３サイクル継続（５０Ｈｚ系統）しても、周波数や周波数変化率過大で誤動作しないこと、即ち単独運転検出しないこと。
【００１０】
（２） 瞬時電圧低下復帰時の周波数低下を模擬した試験で２Ｈｚ／ｓｅｃで周波数低下（５０Ｈｚから４７．５Ｈｚまで１．２５秒で変化（スイープ））のような周波数の大幅な変化に対して単独運転を検出せず、しかも、周波数が変化により単独運転を１００ｍｓｅｃ程度で検出する。  
すなわち、単独運転でない場合に誤作動することなく、かつ、高速に単独運転を検出することが可能な信頼性の高い単独運転検出装置および単独運転検出方法が要求されている。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであって、その目的とするところは、周波数が急変又は長時間変化する場合でも誤動作することなく、ＦＲＴ機能を有する単独運転検出装置および単独運転検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
実施形態による単独運転検出装置は、直流電力を交流電力に変換し交流電力系統と連系して運転するインバータの単独運転検出装置であって、前記インバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段で検出された出力電圧の周波数が正帰還により変化を助長する方向に無効電力あるいは電流位相を制御するとともに、前記周波数の周波数変化率が所定値を越えた場合に正側の値へ変化し、周波数変化率が所定値以下となった場合に負側の値へ変化して、ステップ状に変化する値が正帰還により変化を助長する方向に無効電力あるいは電流位相を制御して出力する函数手段と、前記ステップ状に変化する値から不感帯分を減算した値を所定時間毎に積分した値が単独運転検出レベル以上か否か検出し、前記単独運転検出レベル以上であるときに前記インバータを停止させる信号を出力する異常検出手段と、前記交流電源系統および前記インバータ出力の電圧位相に同期するとともに、前記函数手段の出力により所定の無効電力あるいは電流位相を制御し前記インバータの出力の無効電力制御を行ない、前記インバータが前記交流電力系統から切り離されたとき、前記インバータの出力電圧の周波数と前記ステップ状に変化する値とに基づいて前記インバータの無効電力が変化するよう駆動し、前記異常検出手段から前記インバータを停止させる信号を受信したときに前記インバータを停止させる駆動手段と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る単独運転検出装置の一構成例を概略的に示す図である。
【図２Ａ】図１に示す単独運転検出装置の第１函数回路の特性関数の一例を示す図である。
【図２Ｂ】図１に示す単独運転検出装置の第２函数回路の特性関数の一例を示す図である。
【図２Ｃ】図１に示す単独運転検出装置の加算リミット回路の出力の一例を示す図である。
【図３Ａ】図１に示す単独運転検出装置においてＦＲＴ機能を実施する際のリミット回路の動作の一例を説明するための図である。
【図３Ｂ】図１に示す単独運転検出装置において、ＦＲＴ機能を実施する際の演算回路およびレベル検出回路の動作の一例を説明するための図である。
【図４Ａ】交流系統が故障した際の周波数変化の一例を示す図である。
【図４Ｂ】交流系統が故障した際の周波数変化の一例を示す図である。
【図５】図１に示す単独運転検出装置において周波数を検出の動作の一例を説明するための図である。
【図６Ａ】単独運転時の周波数変化のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図６Ｂ】単独運転時の周波数変化のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る単独運転検出装置の一構成例を概略的に示す図である。
【図８】従来の単独運転検出装置の一構成例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態に係る単独運転検出装置および単独運転検出方法について、図面を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態に係るインバータの単独運転検出装置は、交流電力系統及びインバータの出力電力の電圧位相を同期させ、出力電流を所定の電流位相に制御し、インバータの出力の無効電力の制御を行なう。また、インバータが前記交流電力系統から切り離されたときには、インバータの出力電圧の周波数に基づいてインバータの無効電力が変化するようインバータを駆動する。
【００１６】
さらに、通常の周波数変化（定常状態）に対し充分ゆるやかに追従して無効電力がほぼゼロになるよう周波数に対する無効電力の特性曲線を移動させ、早い周波数変化（異常状態）に対し周波数が正帰還により変化を助長する方向に制御する。
【００１７】
本実施形態に係る単独運転検出装置は、例えば太陽電池あるいは燃料電池等でなる直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換し交流系統に連系して運転するインバータの単独運転検出保護装置であって、インバータの出力側の電圧位相、周波数、および周波数変化率を検出し、検出した電圧位相から基準位相を取得し、この基準位相に応じた位相の交流の電流基準を発生しインバータの出力電流を制御すると共に、周波数と周波数変化率に応じてステップ状に変化する値とに応じて基準位相θを補正し、これによりインバータが交流系統から切り離されたことを検出し保護動作を高速に行う。
【００１８】
また、インバータの周波数の増加あるいは減少、および、周波数変化率に応じてステップ状に変化する値の極性と大きさとにより、取得した基準位相を進みあるいは遅れに補正し、周波数の過大過少、および周波数変化率に応じてステップ状に変化する値を用いた演算結果の過大を検出して保護を行う。
【００１９】
すなわち、本実施形態に係る単独運転検出装置では、インバータの交流側が交流電力系統から切り離されたとき交流電源の周波数と周波数変化率とがわずかに増加あるいは減少する。この周波数と周波数変化率との増加あるいは減少を検出し、周波数が増加、周波数変化率が正の場合は、インバータの電流位相を進め、周波数がさらに増加する方向に正帰還をかける。周波数と周波数変化率との増加あるいは減少を検出し、周波数が減少あるいは周波数変化率が負の場合は、インバータの電流位相を遅らせて周波数がさらに減少する方向に正帰還をかける。
【００２０】
上記のように、インバータの出力と負荷での消費電力とのバランスを急速に崩すことにより交流電源の電圧、周波数、周波数変化率を検出して、周波数の値と周波数変化率に応じてステップ状に変化する値とが所定値を越えたとき早期に単独運転を検出しインバータの運転を停止させる。
【００２１】
図１に、第１実施形態に係る単独運転検出装置の一構成例を概略的に示す。  
本実施形態に係る単独運転検出装置は、例えば太陽電池あるいは燃料電池等を備えた直流電源１と、直流電源１から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータブリッジ２とを備え、インバータブリッジ２の単独運転を検出している。インバータブリッジ２から出力された交流電力は、リアクトル３とコンデンサ４とを備えたフィルタによりＰＷＭ制御による高周波分が除去され、コンタクタ６を介して負荷９に供給される。
【００２２】
本実施形態に係る単独運転検出装置は、交流電力系統８およびインバータブリッジ２から出力されて負荷９に供給される交流電圧を検出する電圧検出器１０と、電圧検出器１０で検出された出力電圧の周波数（ｆ）が正帰還により変化を助長する方向に無効電力Ｑあるいは電流位相θを制御するとともに、周波数（ｆ）の周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）の値に応じてステップ状に変化する値が正帰還により変化を助長する方向に無効電力Ｑあるいは電流位相θを制御して出力する函数手段と、ステップ状に変化する値に基づく値が単独運転検出レベルＫ以上か否か検出し、単独運転検出レベルＫ以上であるときにインバータブリッジ２を停止させる信号を出力する異常検出手段と、交流電源系統８およびインバータブリッジ２の出力の電圧位相に同期するとともに、函数手段の出力により所定の無効電力Ｑあるいは電流位相θに制御しインバータブリッジ２の出力の無効電力制御を行ない、インバータブリッジ２が交流電力系統８から切り離されたとき、インバータブリッジ２の出力電圧の周波数（ｆ）とステップ状に変化する値とに基づいてインバータブリッジ２の無効電力Ｑが変化するよう駆動し、異常検出手段からインバータブリッジ２を停止させる信号を受信したときにインバータブリッジ２を停止させる駆動手段と、を備える。  
電圧検出器１０で検出された交流電圧は、異常検出手段の電圧リレー１７、周波数リレー１８、および、周波数検出回路３０、に供給される。
【００２３】
駆動手段は、増幅器１１、電流基準回路１２、増幅器１３、ＰＷＭ回路１４、駆動部１５、ＰＬＬ回路２２、位相シフト回路２３、および、正弦波回路２６を含み、加算リミット回路３２からの出力を用いてインバータブリッジ２の出力電力を制御するとともに、異常検出手段の異常検出回路１９から異常が知らされたときにインバータブリッジ２を停止させるように構成されている。
【００２４】
インバータブリッジ２は、交流電力系統８から遮断器７を介して供給される交流電力に連系して運転している。負荷９に供給される交流電圧は、電圧検出器１０により検出されＰＬＬ回路２２に供給される。ＰＬＬ回路２２は、交流電圧位相に同期した信号Ｖ２２を位相シフト回路２３に入力し、正弦波回路２６を通して電流基準回路１２に正弦波の信号Ｖｓが入力される。
【００２５】
増幅器１１は、直流電源１の電圧を検出し電圧基準Ｖ* と比較して、それらの差分を増幅した信号Ｖ１１を電流基準回路１２に入力する。電流基準回路１２は信号Ｖ１１と信号Ｖｓとの積を交流電流基準Ｉ* として増幅器１３へ入力する。この交流電流基準Ｉ* と電流検出器５で検出したインバータブリッジ２の出力電流とが一致するように増幅器１３が制御し、ＰＷＭ回路１４により駆動部１５を介してインバータブリッジ２をＰＷＭ制御する。
【００２６】
異常検出手段は、負荷９に供給される交流電圧の異常を検出する電圧リレー１７と、負荷９に供給される交流電圧から周波数異常を検出する周波数リレー１８と、リミット回路３６から出力された値の絶対値から後述するリセット量Ａを減算した値を積分する演算回路３７と、演算回路３７から出力された積分値（ステップ状に変化する値に基づく値）を単独運転検出レベルＫと比較することにより異常を検出するレベル検出回路３８と、電圧リレー１７、周波数リレー１８、およびレベル検出回路３８で異常が検出された場合に異常を通知する信号を出力する異常検出回路１９と、を備える。
【００２７】
異常検出手段により異常が検出された場合には、異常検出回路１９は駆動部１５に異常を通知する信号が供給され、駆動部１５がインバータ駆動を停止させるとともに、コンタクタ６を開とさせて完全にインバータブリッジ２を系統連系から開列する。
【００２８】
函数手段は、交流電力系統８およびインバータブリッジ２から出力された交流電圧の周波数を検出する周波数検出回路３０と、周波数検出回路３０で検出された周波数の周波数変化率を検出する周波数変化率検出回路２８と、周波数変化率検出回路２８で検出された周波数変化率の値に応じて後述するようにステップ状に上昇あるいは降下する値を出力するリミット回路３６と、周波数に対する無効電力Ｑあるいは電流位相角θの特性函数により、周波数の変化が正のときは進み無効電力が流れ、周波数の変化が負のときは遅れ無効電力が流れるように無効電力Ｑあるいは電流位相角θの値を演算して出力する第１函数回路３１と、リミット回路３６から出力されるステップ状に変化する値に対する無効電力Ｑあるいは電流位相角θの特性函数により、ステップ状に変化する値が正のときは進み無効電力が流れ、ステップ状に変化する値が負のときは遅れ無効電力が流れるように無効電力Ｑあるいは電流位相角θの値を演算して出力する第２函数回路２９と、第１函数回路３１の出力と第２函数回路２９の出力とを加算する加算リミット回路３２と、を備える。
【００２９】
図１において周波数検出回路３０は、電圧検出器１０で検出された交流電圧から、負荷９へ供給される電力の周波数（ｆ）を検出し第１函数回路３１および周波数変化率検出回路２８へ送信する。
【００３０】
図５に、周波数検出回路３０での周波数検出動作の一例を説明する図を示す。周波数検出回路３０は、交流電源電圧のゼロクロス信号を検出し、ゼロクロス信号の立ち上がりから次ぎの立ち上がりを１サイクルとして周波数（ｆ）を検出し、ゼロクロス信号の立下りから次ぎの立下りまでを１サイクルとして検出し、例えば交流電源が５０Ｈｚである場合は１０ｍｓ毎に周波数（ｆ）を検出する。このように周波数検出回路３０で周波数（ｆ）を検出すると、ゼロクロスの立ち上がりから次ぎの立ち上がりまでを１サイクルとして、例えば交流電源が５０Ｈｚである場合に周波数を２０ｍｓ毎に検出するよりも、単独運転を高速に検出することができる。
【００３１】
第１函数回路３１は受信した周波数（ｆ）から特性函数により算出した出力Ｖ３１（無効電力あるいは電流位相θ）を加算リミット回路３２に入力する。
【００３２】
図２Ａに、基準周波数ｆ０近辺における、周波数（ｆ）とインバータブリッジ２の無効電力（あるいは電流位相θ）との関係の一例を示す。図２Ａに示すように、基準（定格）周波数ｆ０近辺では、インバータブリッジ２は、インバータ出力周波数（ｆ）の上昇によって無効電力（あるいは電流位相θ）が進み方向に増加する特性である。
【００３３】
周波数変化率検出回路２８は、周波数検出回路３０から出力された周波数（ｆ）の周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）を検出し、リミット回路３６へ送信する。図１において、リミット回路３６は、図３Ａに示すように正又は負の周波数変化率ｄｆ／ｄｔが発散する場合、入力された周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）の大きさに応じて、絶対値が小さい値から順次大きい値へ、ステップ状に変化する値を出力する。すなわち、リミット回路３６は、周波数変化率が所定値を越えた場合に正側の値へ変化し、周波数変化率が所定値以下となった場合に負側の値へ変化ように、ステップ状に変化する値を出力する
具体的には、リミット回路３６は、周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）が正のときには、周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）が所定値を越えた場合（周波数変化率の絶対値が大きくなった場合）に正側の値へ出力を変化させ、周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）が所定値以下となった場合（周波数変化率の絶対値が小さくなった場合）に負側の値へ出力を変化させる。
【００３４】
また、リミット回路３６は、周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）が負のときには、周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）が所定値未満となった場合（周波数変化率の絶対値が大きくなった場合）に負側の値へ出力を変化させ、周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）が所定値以上となった場合（周波数変化率の絶対値が小さくなった場合）に正側の値へ出力を変化させる。
【００３５】
なお、図３Ａでは、周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）が発散し、リミット回路３６の出力が正側又は負側にステップ状に変化する例を示しているが、これは単独運転になった場合、周波数（ｆ）が正帰還により発散するように変化するからである。
【００３６】
図６Ａおよび図６Ｂは、インバータブリッジ２が単独運転になったときの、本実施形態に係る単独運転検出装置によるシミュレーション結果の一例である。この例では、０．００ｓの時点でインバータブリッジ２が単独運転になった場合のシミュレーションである。図６Ａに示す場合、インバータブリッジ２が単独運転になった後、周波数（ｆ）は正帰還作用により次第に周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）を増大しながら周波数（ｆ）が変化する。図６Ｂに示す場合、インバータブリッジ２が単独運転になった後、周波数（ｆ）は正帰還作用により次第に周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）が負の方向に増加しながら周波数（ｆ）が変化する。
【００３７】
図４Ａに、瞬時電圧低下時のステップ的な周波数上昇の一例を示す。また、図４Ｂに、瞬時電圧低下時の周波数低下の一例を示す。インバータブリッジ２が単独運転となったときに図６Ａおよび図６Ｂに示すように周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）が増大（あるいは減少）しながら周波数（ｆ）が変化するのに対し、交流電力系統８の故障時は、図４Ａおよび図４Ｂに示す故障時の周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）の変化はほぼ一定となり、これらの差異は明確である。この差異を利用して、本実施形態では、単独運転時はリミット回路３６から出力された周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）に応じてステップ状に変化する値の絶対値が次第に増加することから、交流電力系統８の故障と単独運転とを区別するとともに、リミット回路３６の出力を第２函数回路２９の入力としている。
【００３８】
以下の説明において、周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）がリミット回路３６を通過した出力値の絶対値を以下のようにリミット値とする。
【数１】
0005645622.tif 000002
【００３９】
演算回路３７は、上記リミット値を１０ｍｓ毎に演算し、リセット量Ａにより不感帯分を減算し（リミット値−Ａ）とし、この結果を１０ｍｓ毎に積分して、
【数２】
0005645622.tif 000003
【００４０】
を演算する。この結果は、レベル検出回路３８に入力され、
【数３】
0005645622.tif 000004
【００４１】
としてレベル検出回路３８において単独運転検出レベルＫと比較され、単独運転検出レベルＫ以上となった事で単独運転が検出される。レベル検出回路３８は、単独運転を検出した場合には、その旨を異常検出回路１９へ通知し、異常検出回路１９がインバータブリッジ２を停止すると同時に、コンタクタ６を開としてインバータブリッジ２を系統から開列している。
【００４２】
なお、リミット回路３６の出力値を極性ありで第２函数回路２９へ入力しているのは、大きな周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）分により単独運転でない場合に無効電力が急変することを防ぐためであり、又、周波数変化率検出回路２８の出力を直接第２函数回路２９へ入力することでも無効電力変動は大きくなることがあるが単独運転検出時の作用は同じである（無効電力が急変すると電圧が急変するので好ましくないが、この方法でも単独運転検出は高速に行うことが可能である）。
【００４３】
すなわち、周波数変化率検出回路２８の出力を第２函数回路２９の入力としてもよい。この場合、函数手段は、電圧検出器１０で検出された電圧から周波数（ｆ）を検出する周波数検出回路３０と、周波数検出回路３０で検出された周波数（ｆ）が上昇すると無効電力Ｑが進み方向に増加するとともに周波数（ｆ）が下降すると無効電力Ｑが遅れ方向に増加するように制御する第１函数回路３１と、周波数検出回路３０で検出された周波数（ｆ）から周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）を検出する周波数変化率検出回路２８と、周波数変化率検出回路２８で検出された周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）が正のときは無効電力Ｑを進み方向にシフトするとともに周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）が負のときは無効電力Ｑを遅れ方向にシフトするように制御する第２函数回路２９と、第１函数回路３１の出力と第２函数回路２９の出力との和により、インバータブリッジ２の無効電力Ｑを制御する加算リミット回路３２と、を備える。
【００４４】
図３Ｂ（ａ）には、図３Ａに示すようにリミット回路３６の出力値がステップ状に変化する場合の（リミット値−０．０２）の値を一例として示している。また、図３Ｂ（ｂ）には、図３Ａに示すようにリミット回路３６の出力値がステップ状に変化する場合のΣ（リミット値−０．０２）の値を一例として表に示した。このとき、レベルＫを０．５とすると、Σ（リミット値−０．０２）が５０ｍｓ後に０．８９５となり、本実施形態に係る単独運転検出装置によれば、最短５０ｍｓで単独運転を検出することができる。
【００４５】
なお、図３に示すようにリミット回路３６の出力が変化する場合、単独運転検出レベルＫの値は０．４６５以上０．８９５以下とすると、最短時間で単独運転を検出することができる。単独運転検出レベルＫは、リミット回路３６から出力されるステップ状の値がどのように変化するかに応じて設定される。
【００４６】
また、ＦＲＴの規定では図４Ａに示すように周波数が急変する場合であっても、単独運転を検出しないことが要求されているが、図３Ｂ（ｂ）に示すようにΣ（リミット値−０．０２）の値は、２０ｍｓ後に０．０９５となるが０．５よりはるかに小さく、周波数が急変した場合であっても誤検出されないことは明白である。
【００４７】
さらに、図４Ｂに示すように、周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）が０．０４Ｈｚ／２０ｍｓ（１０ｍｓ毎にサンプリングする場合には０．０２Ｈｚ／１０ｍｓ）（５０Ｈｚ時の場合）で長時間周波数が変化する場合には、図３Ｂ（ａ）に示すリミット値−０．０２の値はゼロ（リミット値−０．０２＝０）であるので、図３Ｂ（ｂ）に示すΣ（リミット値−０．０２）＝０＜０．５となり、この場合にも単独運転の誤検出がされないこととなる。
【００４８】
リミット回路３６の出力は第２函数回路２９にも入力されている。第２函数回路２９に入力されたリミット回路３６の出力は、第２函数回路２９の特性函数に入力された後、加算リミット３２で第１函数回路３１の出力Ｖ３１と加算され、インバータ電流位相を変えて無効電力を変化させ、周波数に正帰還をかけて周波数をシフトさせる。
【００４９】
第２函数回路２９は受信した周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）がリミット回路３６でリミットされた値から特性函数により算出した出力Ｖ２９（無効電力あるいは電流位相θ）を加算リミット回路３２に入力する。
【００５０】
図２Ｂに、リミット回路３６から入力される値とインバータブリッジ２の無効電力（あるいは電流位相θ）との関係の一例を示す。図２Ｂに示すように、インバータブリッジ２は、リミット回路３６から入力される値の上昇によって、無効電力（あるいは電流位相θ）が進み方向に増加する特性である。
【００５１】
加算リミット回路３２は出力Ｖ２９と出力Ｖ３１とを受信し、出力Ｖ２９と出力Ｖ３１とを加算して最大値をリミットした出力Ｖ２９を位相シフト回路２３へ出力する。図２Ｃに、加算リミット回路３２の出力Ｖ３２の一例を示す。図２Ｃに示すように、出力Ｖ３２は、定格周波数ｆ０の近くでは周波数および周波数変化率の変化を助長するように、傾きが大きくなっている。位相シフト回路２３は、出力Ｖ３２より得られた基準位相によって正弦波回路２６の出力信号Ｖｓの位相をシフトしてインバータブリッジ２の出力無効電力（Ｉ×Ｖｓｉｎθ）を制御する。
【００５２】
上記のように、本実施形態に係る単独運転検出装置は、スリップモード周波数シフトの特性で動作し、図２Ｃに示すように、定格周波数ｆ０の近くでは周波数（ｆ）の上昇に従って電流位相が進み、進み無効電力が増加するように正弦波回路２６の出力信号Ｖｓの位相をシフトさせる。
【００５３】
すなわち、本実施形態に係る単独運転検出装置では、インバータの交流側が交流電力系統から切り離されたとき交流電源の周波数（ｆ）と周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）とがわずかに増加あるいは減少する。
【００５４】
この周波数（ｆ）と周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）との増加あるいは減少を検出し、周波数（ｆ）が増加、周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）が正の場合は、インバータブリッジ２の電流位相を進め、周波数（ｆ）がさらに増加する方向に正帰還をかける。
【００５５】
周波数（ｆ）と周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）との増加あるいは減少を検出し、周波数（ｆ）が減少あるいは周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）が負の場合は、インバータブリッジ２の電流位相を遅らせて周波数（ｆ）がさらに減少する方向に正帰還をかける。
【００５６】
上記のように、インバータの出力と負荷とのバランスを急速に崩すことにより、交流電源の周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）がリミット回路３６を介して演算回路３７に入力され、演算回路３７で周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）のリミット値の積分値を演算し、その積分値をレベル検出回路３８で判定して一定値以上になったことでＦＲＴ耐量がある高速単独運転検出を行なうと同時に、電圧リレー１７や周波数リレー１８により系統が異常電圧や異常周波数となった時は系統異常でインバータをゲート遮断すると同時にコンタクタ６を開としてインバータを系統から開列する。
【００５７】
すなわち、本実施形態によれば、周波数が急変又は長時間変化する場合でも誤動作することなく、ＦＲＴ機能を有する単独運転検出装置および単独運転検出方法を提供することができる。
【００５８】
次に、第２実施形態に係る単独運転検出装置および単独運転検出方法について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態に係る単独運転検出装置および単独運転検出方法と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５９】
図７に第２実施形態に係る単独運転検出装置の一構成例を示す。  
本実施形態に係る単独運転検出装置は、インバータブリッジ２が３相となり、電源（交流電力系統）８も３相であるため一般的にはインバータ出力の有効電力Ｐおよび無効電力ＱをＰＱ検出回路３５で検出し、増幅器１３ａで有効電力基準Ｐ*と比較増幅してＶ１３ａとし、無効電力基準回路３３の出力Ｑ*とＱを比較増幅してＶ１３ｂとし、Ｖ１３ａとＶ１３ｂとの出力を３相変換回路３４を介してＰＷＭ信号として３相インバータブリッジ２を駆動して、３相インバータの無効電力Ｑを制御して単独運転時の無効電力を制御してインバータの周波数を正帰還作用で高速にシフトするように構成されている。
【００６０】
図７に本実施形態に係る単独運転検出装置の一構成例を示す。本実施形態に係るインバータの単独運転検出装置のインバータブリッジ２は、３相ブリッジのインバータである。インバータブリッジ２の交流側にはリアクトル３ａ、３ｂ、３ｃが接続され、リアクトル３ａ、３ｂ、３ｃは夫々フィルタコンデンサ４ａ、４ｂ、４ｃとデルタ接続されている。電流検出器５ａ、５ｂは２相に接続し、インバータブリッジの出力電流を計測している。
【００６１】
本実施形態では、駆動手段は、増幅器１１、増幅器１３ａ、増幅器１３ｂ、ＰＷＭ回路１４、無効電力基準回路３３、３相変換回路３４、ＰＱ検出回路３５、および、駆動部１５を含み、加算リミット回路３２の出力を用いてインバータブリッジ２の出力電力の有効電力Ｐおよび無効電力Ｑを制御するとともに、異常検出部から異常が知らされたときにインバータブリッジ２を停止させるように構成されている。
【００６２】
ＰＱ検出回路３５は、インバータブリッジ２の出力電流と負荷９に供給される電圧とから有効電力Ｐ、無効電力Ｑを算出する。増幅器１１は、直流電源１の電圧を検出し電圧基準Ｖ*と比較増幅した有効電力基準Ｐ*を増幅器１３ａに出力する。増幅器１３ａは、増幅器１１から出力された有効電力基準Ｐ*と有効電力Ｐとを増幅した信号Ｖ１３ａを、３相変換回路３４へ入力する。
【００６３】
加算リミット回路３２の出力Ｖ３２は、無効電力基準回路３３に入力される。無効電力基準回路３３は、出力Ｖ３２に基づく無効電力基準Ｑ*を増幅器１３ｂへ出力する。増幅器１３ｂは、無効電力基準Ｑ*と、ＰＱ検出回路３５で検出したインバータブリッジ２の無効電力Ｑとの誤差を増幅して信号Ｖ１３ｂとして出力する。信号Ｖ１３ｂは３相変換回路３４に入力され、信号Ｖ１３ｂを３相インバータに対応する信号に変換する３相変換回路３４の出力がＰＷＭ回路１４に入力され、ＰＷＭ回路１４により駆動部１５を介してインバータブリッジ２の出力電流を制御し、有効電力と無効電力とを制御する方式が３相インバータでは行われる。
【００６４】
上記のように、図１に示す単相の場合は電流位相を変えることにより無効電力を変化させてインバータブリッジ２の単独運転を高速検出していたが、図７に示す３相の場合は無効電力を直接制御することにより、インバータブリッジ２の単独運転を高速検出する。
【００６５】
図７に示すように、上記の構成以外は、図１に示す本発明の第１実施形態に係る単独運転検出装置と周波数の正帰還作用は同様の構成である。すなわち、本実施形態に係る単独運転検出装置および単独運転検出方法によれば、第１実施形態に係る単独運転検出装置および単独運転検出方法と同様に、インバータの出力と負荷とのバランスを急速に崩すことにより、交流電源の周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）がリミット回路３６を介して演算回路３７に入力され、演算回路３７で周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）のリミット値の積分値を演算し、その積分値をレベル検出回路３８で判定して一定値以上になったことでＦＲＴ耐量がある高速単独運転検出を行なうと同時に、電圧リレー１７や周波数リレー１８により系統が異常電圧や異常周波数となった時は系統異常でインバータをゲート遮断すると同時にコンタクタ６を開としてインバータを系統から開列する。
【００６６】
すなわち、本実施形態によれば、周波数が急変又は長時間変化する場合でも誤動作することなく、ＦＲＴ機能を有する単独運転検出装置および単独運転検出方法を提供することができる。
【００６７】
なお、図１および図７では周波数（ｆ）を検出し、これを第１函数回路３１を介して加算リミット回路３２に入力しているが、周波数（ｆ）の代わりとして周波数（ｆ）の移動平均（ｆｍ）の過去と現在との差を計算して、移動平均差分値Δｆｍ（過去の移動平均ｆｍ−現在の移動平均ｆｍ）を演算し、移動平均差分値Δｆを第１函数回路３１に入力することでも作用は同じである。
【００６８】
この場合、函数手段は、電圧検出器１０で検出された電圧から周波数（ｆ）を検出する周波数検出回路３０と、検出された周波数（ｆ）から周波数移動平均（ｆｍ）を検出し、過去の周波数移動平均と現在の周波数移動平均との差Δｆｍを出力する移動平均検出回路（図示せず）と、移動平均検出回路の出力が上昇すると進み無効電力が増加するとともに移動平均検出回路の出力が下降すると遅れ前記無効電力が増加する方向に制御する第１函数回路３１と、周波数検出回路３０で検出された周波数（ｆ）から周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）を検出する周波数変化率検出回路２８と、波数変化率検出回路２８で検出された周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）がステップ状に変化するようにリミットするリミット回路３６と、リミット回路３６の出力が正のときは無効電力を進み方向にシフトするとともにリミット回路３６の出力が負のときは無効電力を遅れ方向にシフトするように制御する第２函数回路２９と、第１函数回路３１の出力と第２函数回路２９の出力との和により、インバータの無効電力を制御する加算リミット回路３２と、を備える。第１函数回路３１は、正帰還により移動平均差分値Δｆｍの変化が助長されるように、無効電力あるいは電流位相の値を出力する。
【００６９】
なお、上記第１実施形態および第２実施形態において説明した演算は、マイコンを介して処理可能であることは説明するまでもない。  
以上説明したように、上記第１実施形態および第２実施形態によれば、ステップ的な周波数変化に対して周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）を制限するパターンで周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）をリミットした。
【００７０】
リミット回路３６の出力を演算回路３７で演算した結果である
【数４】
0005645622.tif 000005
【００７１】
と単独運転検出レベルＫとを比較して、上記積分値が単独運転検出レベルＫ以上であるときに単独運転検出することにより、ＦＲＴ耐量を有した高速単独運転を実現できる。さらに周波数変化率ｄｆ／ｄｔ（０．０４Ｈｚ／２０ｍｓ、又は、０．０２Ｈｚ／１０ｍｓ）の１．２５秒に及ぶ長時間変化に対しては、
【数５】
0005645622.tif 000006
【００７２】
のリセット量Ａの値を０．０４Ｈｚ／２０ｍｓ（１０ｍｓ毎にサンプリングする場合０．０２／１０ｍｓ）とすることにより不感とした単独運転検出とし、さらに、電源電圧のゼロクロス点の立ち上がりから立ち上がりの時間、立と下りから立ち下りの時間を測定して制御することにより１０ｍｓサンプリング検出を行なうことにより、より高速な単独運転を検出することができる。リセット量Ａは、略２Ｈｚ／ｓ（５０Ｈｚの場合、０．０４Ｈｚ／２０ｍｓ、１０ｍｓ毎にサンプリングする場合０．０２／１０ｍｓ）とすることが望ましい。リセット量Ａは、例えば、瞬時電圧低下復帰時の周波数低下を不感となるように設定される。周波数の変化率が０．０４Ｈｚ／２０ｍｓで変わる故障に対し、ＦＲＴを行なうには０．０４をリセットすれば不感となる。リセット量Ａは、ＦＲＴの仕様に応じて変更される。
【００７３】
また、図１および図７の第２函数２９の入力は周波数変化率検出回路２８の出力を直接入力しても無効電力が急変することは発生するが、単独運転をＦＲＴの規定を満足しながら高速に行なうことは説明するまでもない。
【００７４】
また、周波数検出は２０ｍｓ毎でも単独運転検出が、やや遅くなるが、ほぼ満足する性能が達成される。
【００７５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７６】
Ｖ＊…電圧基準、Ｉ＊…交流電流基準、Ａ…リセット量、Ｖ３１、Ｖ２９、Ｖ３２…出力、Ｐ…有効電力、Ｑ…無効電力、Ｐ＊…有効電力基準、Ｑ＊…無効電力基準、Δｆ…周波数の移動平均差分値、Ｋ…単独運転検出レベル、１…直流電源、２…インバータブリッジ、３相インバータブリッジ、３、３ａ、３ｂ、３ｃ…リアクトル、４、４ａ、４ｂ、４ｃ…コンデンサ、５、５ａ、５ｂ、５ｃ…電流検出器、６…コンタクタ（リレー）、７…遮断器、８…交流電力系統、９…負荷、１０…電圧検出器（電圧検出手段）、１１、１３、１３ａ、１３ｂ…増幅器、１２…電流基準回路、１４…ＰＷＭ回路、１５…駆動部、１７…電圧リレー、１８…周波数リレー、１９…異常検出回路、２２…ＰＬＬ回路、２３…位相シフト回路、２６…正弦波回路、２８…周波数変化率検出回路、２９…第２函数回路、３０…周波数検出回路、３１…第１函数回路、３２…加算リミット回路、３３…無効電力基準回路、３４…３相変換回路、３５…ＰＱ検出回路、３６…リミット回路、３７…演算回路、３８…レベル検出回路。
【図１】
0005645622.tif 000007
【図２Ａ】
0005645622.tif 000008
【図２Ｂ】
0005645622.tif 000009
【図２Ｃ】
0005645622.tif 000010
【図３Ａ】
0005645622.tif 000011
【図３Ｂ】
0005645622.tif 000012
【図４Ａ】
0005645622.tif 000013
【図４Ｂ】
0005645622.tif 000014
【図５】
0005645622.tif 000015
【図６Ａ】
0005645622.tif 000016
【図６Ｂ】
0005645622.tif 000017
【図７】
0005645622.tif 000018
【図８】
0005645622.tif 000019