(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自家用発電装置と商用電源の系統連系を保護するべく３次高調波電圧歪み急増検出方式で自家用発電装置の単独運転を検出する系統連系型発電装置の保護装置において、３次高調波電圧歪み急増をモニターするモニター手段と、モニターされた前記３次高調波電圧歪み急増から単独運転を判断する単独運転検出手段と、単独運転検出手段が単独運転であると判断したときにフィードバックをかけて、該単独運転時の３次高調波電圧の時間軸波形をメモリーするメモリー手段と、メモリーされた３次高調波電圧の時間軸波形を学習して、以後発生する３次高調波電圧波形パターンに対する単独運転の判定基準を次々に設定する単独運転判定基準学習手段とを有し、前記単独運転判定基準学習手段は、３次高調波電圧の時間軸波形電圧を形状・波高値等によりパターンに分類し、各パターンごとに判定基準の閾値を設定して行くものであることを特徴とする系統連系型発電装置の保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連系保護装置とインバータ、又は連系保護機能内蔵型インバータを用いて、太陽電池による自家用発電と商用電源を連系させる家庭用小規模発電システムに係る系統連系型発電装置の保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、系統連系型自家用発電設備（自立運転はしない）においては、連系に関する技術指針により、作業者の安全確保（感電防止）のため、停電時に自家用発電設備の運転を停止させるべく、単独運転検出機能が必要とされ、その単独運転検出の手段として現在実効的と認められている受動的方式、能動的方式の中から、それぞれ一つを組み合わせて採用することと定められている。
【０００３】
しかしながら、従来の系統連系保護装置及び系統連系保護機能内蔵型インバータで採用されている単独運転機能・受動的方式のおける３次高調波電圧歪み急増検出法式では、停電時に発生する３次高調波電圧の大きさ（ピーク値、又は実効値）によって、単独運転であるか否か（停電であるか否か）の判断を行っている。
【０００４】
つまり、系統連系保護装置又は系統連系保護機能内蔵型インバータの中に、３次高調波電圧の閾値を設定できるようになっており、何らかの原因で発生した３次高調波電圧の大きさ（ピーク値、又は実効値）が閾値を越えれば停電と判断し、閾値以下であれば停電ではないと判断する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現実問題として個々のインバータ設置先では、▲１▼柱状トランスの容量、▲２▼柱状トランスからインバータまでの線路インピーダンス、▲３▼設置先家屋及び同一柱状トランスから電力供給される周辺家屋の負荷インピーダンス等により、停電時及びそれ以外（瞬時電圧降下、瞬時停電、位相跳躍等）の時に発生する３次高調波電圧の大きさ、波形が空間的及び時間的に様々に甚だしく異なっている。
【０００６】
従って、停電時の判断に、３次高調波電圧の特定の値（技術指針の標準値等）を設定していたのでは、例えば設定値が小さすぎると、停電ではないのに誤って停電と判断し、無為にインバータを停止させたり、或いは逆に設定値が大きすぎると実際に停止しているのに検出できず、インバータが単独運転を続けてしまうことになる。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたものであって、系統連系保護のための３次高調波電圧による停電・非停電の判断基準をより精度の高いものに更新させることができる系統連系型発電装置の保護装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため次の構成を有する。
請求項１の発明は、自家用発電装置と商用電源の系統連系を保護するべく３次高調波電圧歪み急増検出方式で自家用発電装置の単独運転を検出する系統連系型発電装置の保護装置において、３次高調波電圧歪み急増をモニターするモニター手段と、モニターされた前記３次高調波電圧歪み急増から単独運転を判断する単独運転検出手段と、単独運転検出手段が単独運転であると判断したときにフィードバックをかけて、該単独運転時の３次高調波電圧の時間軸波形をメモリーするメモリー手段と、メモリーされた３次高調波電圧の時間軸波形を学習して、以後発生する３次高調波電圧波形パターンに対する単独運転の判定基準を次々に設定する単独運転判定基準学習手段とを有し、前記単独運転判定基準学習手段は、３次高調波電圧の時間軸波形電圧を形状・波高値等によりパターンに分類し、各パターンごとに判定基準の閾値を設定して行くものであることを特徴とする系統連系型発電装置の保護装置である。
【０００９】
請求項２の発明は、前記単独運転判定基準学習手段は、３次高調波電圧の時間軸波形電圧を形状・波高値等によりパターンに分類し、各パターンごとに判定基準の閾値を設定して行くものであることを特徴とする請求項１に記載の系統連系型発電装置の保護装置である。
【００１０】
ここで、停電時に発生する３次高調波電圧に対して閾値を一義的に固定するのではなく、設置場所や周辺の状況における空間的及び時間的変動に対応できるよう、停電時の３次高調波電圧の発生パターンを認識することが必要になる。
そこで、本発明では、停電時に発生した３次高調波電圧の時間軸波形を次々にメモリーし、例えばその形状・波高値等によりパターンに分類し、各パターンごとに閾値を設定して行く。
【００１１】
図１は、停電時に発生する３次高調波電圧の時間軸波形の一例である。この例では、３次高調波電圧の極大値が２カ所に現れているのが特徴であり、本発明におけるパターンの認識においては、例えばこの２つの極大値が現れる時間軸位置・二つの極大値の比・最大３次高調波電圧値等をパターンの認識として採用し、以後、これと同じような３次高調波電圧波形パターンが発生したときに、停電と判断するのである。
【００１２】
因に、３次高調波電圧とは高調波電圧歪みにおける３次成分｛基本周波数（関西では６０Ｈｚ）の３倍の周波数｝を表している。
一般的に、電圧波形を取ると、理想的には、完全に正弦波が好ましいが、実際はそれなりに歪みを持っている。歪んだ電圧波形は基本波と高調波（２次、３次、…）との重ね合わせにより構成される。例えば図３に示すようになる。
【００１３】
停電時には、インバータ、トランス、インダクタンス、負荷等から電圧の歪みが発生するのであるが、とりわけ３次高調波成分の急増が目覚ましいため、単独運転検出の要因に利用されている。
ただし、３次高調波電圧歪みの発生パターン、メカニズムについてはいまだ解明されていない。
【００１４】
図２は、本発明に回路構成の説明図である。
フィルター回路１０は、系統１２の電圧（系統電圧）に含まれる３次高調波電圧成分を抽出するものであり、３次高調波電圧の値（ピーク値、又は実効値）が基準を越えたときに、電圧検出回路１４によりトリガ信号をＡ／Ｄ変換回路１６に送り、３次高調波電圧の波形が１次メモリー１８に記憶される。
【００１５】
前記系統電圧は、他の連系保護機能（過電圧・不足電圧・周波数上昇・周波数低下）や単独の運転検出能動的方式の系統電圧異常検出回路２０により監視されており、実際の停電が起きているかどうかは、これらの系統電圧異常検出回路２０により、わずかの時間差をもって判断できる。停電及び非停電に応じてそれぞれトリガ信号を１次メモリ１８に送り、３次高調波電圧の波形がメインメモリ１（停電）２２１、メインメモリ２（非停電）２２２に記憶される。
【００１６】
本発明に係る単独運転受動的方式（３次高調波電圧歪み急増検出方式）では、メインメモリに蓄積される停電及び非停電の３次高調波電圧により停電・非停電の判断基準（例えば閾値）が、より精度の高いものに更新させることが可能である。
【００１７】
したがって、例えばインバータの設置場所において、設置時に３次高調波電圧の判断基準（閾値）を安全を見て小さい値に設定（停電の判断が起こりやい）したとして、当初、その判断基準により停電の誤判断が生じても、以後メインメモリによる学習機能により判断基準が次々に更新されて、停電の誤判断が解消され、無為にインバータの系統からの解列やゲートブロックが減ぜられる。
【００１８】
又、逆に、設置時に判断基準（閾値）を大きい値に設定（停電の判断が起こりにくい）したとしても、当初は、その判断基準により停電の検出ができなくても（実際は他の保護機能により停電検出がなされる）、以後、メインメモリによる学習機能により判断基準（閾値）が小さな値に次々に更新され、停電の不検出が解消される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図４は、本実施形態に係る系統保護機能（保護装置に相当）内蔵型逆変換装置（インバータ）２４の回路構成（連系型保護機能）例を示すものである。
【００２０】
逆変換装置２４は、大きくはインバータ主回路部２６と保護機能回路部２８とに分けられる。
インバータ主回路部２６は、自家用発電機（例えば太陽電池）からの電源を商用周波数電圧に変換して、系統１２に入力する等して連系するためのものである。
【００２１】
前記保護機能回路部２８は、連系保護機能（過電圧（ＯＶＲ）、不足電圧（ＵＶＲ）、周波数上昇（ＯＦＲ）、周波数低下（ＵＦＲ））回路３０ａ、単独運転検出能動的方式回路３０ｂ、および本発明にかかる単独運転検出受動的方式回路３０ｃからなる系統電圧異常検出回路３０を有している。この場合、単独運転検出受動方式回路３０ｃは、フィルター回路・電圧検出回路からなるセンサー部とその他からなる制御部で構成される。
なお、その他の構成は、前記図２の回路構成と同様の部分に同一の符号を付してその説明を略する。
【００２２】
前記逆変換装置２４においては、前記系統電圧異常検出回路３０により系統電圧の異常を検出すると、インバータ主回路２６にゲートブロック信号や連系リレー開放信号を送り、インバータ主回路２６の出力を停止する。
【００２３】
前記保護機能回路部２８における異常電圧の検出は図５のフローチャートにしたがって行う。このフローチャートでは各ステップをＳ１…と略記している。
系統で発生した３次高調波電圧は、系統１２の電圧からフィルター回路１０で抽出する（Ｓ１）。
【００２４】
そして、３次高調波電圧の急増が発生するか否かを判断し（Ｓ２）、発生したならば（Ｓ２：ｙｅｓ）、電圧検出回路１４からトリガ信号をＡ／Ｄ変換回路１６に送り（Ｓ３）、３次高調波電圧波形を一旦１次メモリ１８に収容する（Ｓ４）。
【００２５】
なお、メインメモリ（１）２２１には停電と判断できる電圧値（又は波形）が、またメインメモリ（２）２２２には非停電と判断できる電圧値（又は波形）が蓄積されている。（インバータ設置当初はメインメモリ（１）２２１に設定値のみが記憶される。）
【００２６】
１次メモリ１８に記憶された電圧波形のパターン分析を行う（Ｓ５）。分析された波形パターン（例えばＴＩＰＥ１〜ＴＡＩＰＥ３）のうちの一つのパターンについてＳ６以降で停電の判断をする。図５では３次高調波電圧の値をＸ１とする。
【００２７】
Ｓ６では、例えば、ＴＩＰＥ２の波形において、１次メモリ１８に収納された３次高調波電圧の値Ｘ１がメインメモリ（１）２２１の判断基準の値ａ１以上（Ｘ１≧ａ１）であれば、停電と判断し、ゲートブロック信号を送信する（Ｓ６１）。
一方、前記１次メモリ１８に収納された３次高調波電圧の値Ｘ１がメインメモリ（２）２２２の判断基準の値ｂ１以下（Ｘ１≦ｂ１）であれば、非停電と判断する。
【００２８】
さらに、前記１次メモリ１８に収納された３次高調波電圧の値Ｘ１がメインメモリ（１）２２１の判断基準の値ａ１とメインメモリ（２）２２２の判断基準の値ｂ１との間にある（ｂ１＜Ｘ１＜ａ１）ときは、一旦停電と判断し、それが追って他の保護機能で検証され（Ｓ７）、正しい判断であったときは（Ｓ７：ｙｅｓ）、１次メモリに収容された３次高調波電圧の値Ｘ１がメインメモリ（１）２２１に記憶され、新たな判断基準の値ａ１（ａ１＝Ｘ１）となる（Ｓ８）。
一方、間違った判断であったときは１次メモリ１８に記憶された３次高調波電圧の値Ｘ１がメインメモリ（２）２２２に記憶され新たな判断基準の値ｂ１（ｂ１＝Ｘ１）となる（Ｓ９）。
【００２９】
また、前記Ｓ６において、１次メモリ１８に記憶された３次高調波電圧の値Ｘ１がメインメモリ（１）２２１の値ａ１以上になって停電と判断したが、これを追って他の保護機能から検証する（Ｓ１０）。この場合、間違った判断であったときは（Ｓ１０：ｎｏ）、例えば、波形分析し（Ｓ１１）、新たな波形パターンであれば（Ｓ１２：ｙｅｓ）終了する。一方、新たな波形パターンでないならば（Ｓ１２：ｎｏ）、メインメモリ（１）２２１の判断基準の値ａ１を１０％増し（ａ１＝ａ１×１．１）する（Ｓ１３）。
【００３０】
さらにまた、前記前記１次メモリ１８に記憶された３次高調波電圧の値Ｘ１がメインメモリ（２）２２２の値ｂ１以下になって非停電と判断したが、これを追って検証する（Ｓ１４）。例えば、波形分析し（Ｓ１５）、新たな波形パターンであれば（Ｓ１６：ｙｅｓ）終了する。一方、新たな波形パターンでないならば（Ｓ１６：ｎｏ）、メインメモリ（２）２２２の判断基準の値ｂ１を１０％減（ｂ１＝ｂ１×０．９）する（Ｓ１７）。
【００３１】
以上の手順を繰り返し行い、判断基準の値ａ１およびｂ１を更新することにより、すなわち、学習することにより、精度の高い停電・非停電の判断が実現できる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されないことはもちろんである。例えば、前記Ｓ１６で停電と判断し、追って間違った判断であるとき（Ｓ１０：ｎｏ）には、前記Ｓ１０〜Ｓ１３の手順を採用する他、同じ再度起こったときに前記メインメモリ（１）２２１の判断基準の値ａ１を１０％大きくするような処理を施すこともできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、系統連系発電装置設置先の電気環境により設定が困難である単独運転検出受動方式（３次高調波電圧歪み急増検出方式）の３次高調波電圧の閾値が、学習機能により、より精度の高いものに自動的に変更させることでき、従来の受動方式では難しいとされている無為なインバータの運転停止が極力抑制されるため、発電効率の高いシステムを実現させることが可能になるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】３次高調波電圧の時間軸波形の一例の説明図である。
【図２】本発明の回路構成例の説明図である。
【図３】３次高調波電圧の波形例の説明図である。
【図４】本発明の本実施形態に係る系統保護機能（保護装置に相当）内蔵型逆変換装置（インバータ）の回路構成（連系型保護機能）例を示す説明図である。
【図５】実施形態にかかるフローチャートである。
【符号の説明】
１０  フィルター回路
１２  系統
１４  電圧検出回路
１６  Ａ／Ｄ変換回路
１８  １次メモリー
２２１  メインメモリー（１）（停電検出用）
２２２  メインメモリー（２）（非停電検出用）
２４  逆変換装置
２６  インバータ主回路部
２８  保護機能回路部
３０  系統電圧異常検出回路
３０ｃ  単独運転検出受動的方式回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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