(57)【要約】【課題】  より早くインバータの単独運転を検出する単独運転検出装置および単独運転検出装置を提供する。【解決手段】  交流電力系統８およびインバータ２から出力された交流電力の電圧から、周波数ｆまたは周波数変化率ｄｆ/ｄｔの異常を検知するように構成された異常検出部と、交流電力系統８およびインバータ２から出力された交流電圧の周波数ｆを検出する周波数検出部２８と、周波数検出部２８によって検出された周波数ｆから移動平均ｆｍを演算する移動平均手段２９と、周波数ｆおよび移動平均ｆｍから周波数偏差Δｆを演算する周波数偏差手段３０と、周波数偏差Δｆの大きさと極性とに従って、周波数偏差Δｆに対する無効電力Ｑの特性函数により無効電力Ｑの値を演算して出力する函数手段３１と、函数手段３１の出力を用いてインバータ２の出力電力を制御するとともに、異常検出部から異常が検出されたときにインバータ２を停止させる駆動部と、を備えた単独運転検出装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するとともに、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、
前記交流電力系統および前記インバータから出力された交流電圧を検出する電圧検出部と、
前記交流電力系統および前記インバータから出力された交流電力の電圧から、周波数または周波数変化率の異常を検知するように構成された異常検出部と、
前記交流電力系統および前記インバータ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部と、
前記周波数検出部によって検出された周波数から周波数の移動平均を演算する移動平均手段と、
前記周波数検出部によって検出された周波数および前記移動平均から周波数偏差を演算する周波数偏差手段と、
前記周波数偏差の大きさと極性とに従って、前記周波数偏差に対する無効電力あるいは電流位相角の特性函数により、前記周波数偏差が正のときは進み無効電力が流れ、前記周波数偏差が負のときは遅れ無効電力が流れるように無効電力あるいは電流位相角の値を演算して出力する函数手段と、
前記函数手段の出力を用いて前記インバータから出力される出力電力を制御するとともに、前記異常検出部から異常が検出されたときに前記インバータを停止させる駆動部と、を備えた単独運転検出装置。
【請求項２】
前記インバータは、３相ブリッジを備え、
前記駆動部は、前記函数部からの出力を用いて前記インバータの出力電力の有効電力および無効電力を制御するとともに、前記異常検出部から異常が知らされたときに前記インバータを停止させるように構成された請求項１記載の単独運転検出装置。
【請求項３】
直流電力を交流電力に変換するとともに、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、
前記交流電力系統および前記インバータから出力された交流電圧を検出する電圧検出部と、
前記交流電力系統および前記インバータから出力された交流電力の電圧から、周波数または周波数変化率の異常を検知するように構成された異常検出部と、
前記交流電力系統および前記インバータ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部と、
前記周波数検出部によって検出された周波数から周波数の移動平均を演算する移動平均手段と、
前記周波数検出部によって検出された周波数から周波数変化率を演算する周波数変化率手段と、
前記周波数検出部によって検出された周波数および前記移動平均から周波数偏差を演算する周波数偏差手段と、
前記周波数偏差および前記周波数変化率の和が正のときは進み無効電力が流れ、前記周波数偏差および前記周波数変化率の和が負のときは遅れ無効電力が流れる前記周波数偏差および前記周波数変化率の和に対する無効電力あるいは電流位相角の特性函数により、前記周波数偏差および前記周波数変化率の和の大きさと極性とに従って、無効電力あるいは電流位相角の値を演算して出力する函数手段と、
前記函数部からの出力を用いて前記インバータの出力電力を制御するとともに、前記異常検出部から異常が知らされたときに前記インバータを停止させる駆動部と、を備えた単独運転検出装置。
【請求項４】
前記インバータと、前記インバータから交流電力が供給される負荷との間にコンタクタが設けられ、
前記異常検出部で異常が検出された際に前記コンタクタが開くように構成された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の単独運転検出装置。
【請求項５】
前記移動平均手段は、前記周波数検出部によって検出された周波数の、平均時間における平均値を前記移動平均として演算する手段であって、
前記平均時間は、前記インバータの単独運転を検出する目標時間の５倍以上に設定される請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の単独運転検出装置。
【請求項６】
直流電力を交流電力に変換するとともに、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方法であって、
前記交流電力系統および前記インバータから出力された交流電圧の周波数を検出し、
検出された周波数から周波数の移動平均を演算し、
検出された周波数および前記移動平均から周波数偏差を演算し、
前記周波数偏差が正のときは進み無効電力が流れ、前記周波数偏差が負のときは遅れ無効電力が流れる前記周波数偏差に対する無効電力の特性函数により、前記周波数偏差の大きさと極性とに従って無効電力あるいは位相角の値を演算し、
演算された無効電力あるいは位相角の値を用いて前記インバータから出力される出力電力を制御し、
前記交流電力系統および前記インバータから出力された交流電力の電圧から、周波数または周波数変化率の異常か否か検知し、
周波数または周波数変化率の異常が検知されたときに前記インバータを停止させる単独運転検出方法。
【請求項７】
直流電力を交流電力に変換するとともに、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方法であって、
前記交流電力系統および前記インバータから出力された交流電圧の周波数を検出し、
検出された周波数から周波数の移動平均を演算し、
検出された周波数から周波数変化率を演算し、
検出された周波数および前記移動平均から周波数偏差を演算し、
前記周波数偏差と前記周波数変化率との和が正のときは進み無効電力が流れ、前記周波数偏差と前記周波数変化率との和が負のときは遅れ無効電力が流れる前記周波数偏差と前記周波数変化率との和に対する無効電力の特性函数により、前記周波数偏差と前記周波数変化率との和の大きさと極性とに従って無効電力あるいは位相角の値を演算し、
演算された無効電力あるいは位相角の値を用いて前記インバータから出力される出力電力を制御し、
前記交流電力系統および前記インバータから出力された交流電力の電圧から、周波数または周波数変化率の異常か否か検知し、
周波数または周波数変化率の異常が検知されたときに前記インバータを停止させる単独運転検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インバータの系統連系時の単独運転保護に関し、インバータの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】
単独運転検出装置の一構成例を図６に示しその構成、作用、条件を説明する。図６に示すように、従来のインバータ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を備えた直流電源１から出力された直流電力は、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(Pulse Width Modulation)制御による高周波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、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する。負荷９に供給される交流電力の交流電圧は、電圧検出器１０により検出されＰＬＬ(Phase-locked loop)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。
【０００４】
増幅器１１は、直流電源１の電圧Ｖを検出し、電圧基準Ｖ* と比較した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により駆動回路１５を介してインバータブリッジ２をＰＷＭ制御する。
【０００５】
一方ＰＬＬ回路２２の出力信号Ｖ22から周波数検出回路２５によりインバータ周波数を検出し函数発生回路２４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ブリッジ２の出力無効電力（Ｉ×Ｖsin θ）を制御する。
【０００６】
また、電圧検出器１０で検出された交流電圧は、電圧リレー１７、周波数リレー１８、および、周波数変化率リレー２７に供給される。電圧リレー１７は、負荷９に供給される交流電圧から電圧の異常を検出する。周波数リレー１８は、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。周波数変化率リレー２７は、負荷９に供給される交流電圧から周波数変化率（df／dt）の過大を検出する。
【０００７】
異常が検出された場合には、異常検出回路１９を介して駆動回路１５に異常を通知する信号が供給され、駆動回路１５はインバータ駆動を停止させると同時にコンタクタ６を開とさせて完全にインバータブリッジ２を系統連系から解列する（例えば特許文献１および特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第２７９０４０３号公報
【特許文献２】特許第２７９６０３５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を“スリップモード周波数シフト”と呼んでいる。この動作原理を図７により説明する。函数発生回路２４の特性は図７のインバータ特性に示すようにインバータ出力周波数（ｆ）に対し定格周波数ｆ0近辺では周波数（ｆ）の上昇に従って電流位相が進み方向（進み無効電力）に増加する特性となっている。
【０００９】
一方、負荷９の特性曲線は周波数（ｆ）が増加すると負荷９のコンデンサ電流は増加しリアクトル電流は減少するので周波数（ｆ）の上昇と共に進み無効電力を吸収する特性となる。図７の負荷特性は負荷９が定格周波数ｆ0で力率＝１の場合の特性カーブを示す。このような状態で交流電力系統８へ流れる有効電力ΔＰ、無効電力ΔＱが共にゼロの条件で遮断器７が開となると単独運転を検出するのに比較的長い時間が必要となる。
【００１０】
有効電力がゼロ（ΔＰ＝０）、無効電力がゼロ（ΔＱ＝０）の定格周波数ｆ0 の点で遮断器７が開となると、定格周波数ｆ0より高い周波数の範囲では、負荷９が吸収する無効電力よりもインバータブリッジ２の出力する進み無効電力がやや大きいので、負荷９はこの進み無効電力を吸収するため周波数（ｆ）が上昇する。
【００１１】
一方、定格周波数ｆ0より低い周波数（ｆ）の範囲では負荷９が吸収する遅れ無効電力よりもインバータブリッジ２が出力する遅れ無効電力が大きいのでこの遅れ無効電力を吸収するため負荷９の周波数（ｆ）は低下して（リアクトルの電流が増加）いくことになる。
【００１２】
このような過程は正帰還により加速的に周波数（ｆ）がシフトして行くが、図８に示すように、インバータブリッジ２から出力される無効電力と、負荷９が吸収する無効電力とが等しい（有効電力も等しい）条件で単独運転になると、インバータの単独運転の検出が遅くなる。図８は、インバータブリッジ２から出力される無効電力と負荷９が吸収する無効電力とが等しい（有効電力も等しい）条件でのシミュレーション波形である。
【００１３】
従来は、例えば単独運転になって約０．５〜１．０秒で検出すれば良い系統連系規程となっているが、最近系統の保護協調上０．１秒で検出することが望まれるようになった。図７に示すような周波数に対する、インバータブリッジ２の無効電力あるいは電流位相角の特性のままこのインバータ特性の傾斜を急にすれば（インバータ特性と負荷特性との交叉角Aを大とすれば）正帰還が強くかかり検出時間は早くなるが、周波数が±１％変化した時力率が９５％以上の制限が系統連系規程にあり時間短縮に限度があった。
【００１４】
本発明はこれらの事情を鑑みて成されたものであって、その目的とするところは上述のような状態においてもより早くインバータの単独運転を検出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】
【００１５】
本発明の第１態様によるインバータの単独運転検出装置は、直流電力を交流電力に変換するとともに、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、前記交流電力系統および前記インバータから出力された交流電力の電圧から、周波数または周波数変化率の異常を検知するように構成された異常検出部と、前記交流電力系統および前記インバータ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部と、前記周波数検出部によって検出された周波数から周波数の移動平均を演算する移動平均手段と、前記周波数検出部によって検出された周波数および前記移動平均から周波数偏差を演算する周波数偏差手段と、前記周波数偏差の大きさと極性とに従って、前記周波数偏差に対する無効電力の特性函数により、前記周波数偏差が正のときは進み無効電力が流れ、前記周波数偏差が負のときは遅れ無効電力が流れるように無効電力あるいは位相角の値を演算して出力する函数手段と、を備えた函数部と、前記函数手段の出力を用いて前記インバータから出力される出力電力を制御するとともに、前記異常検出部から異常が検出されたときに前記インバータを停止させる駆動部と、を備えた単独運転検出装置である。
【００１６】
本発明の第２態様によるインバータの単独運転検出装置は、直流電力を交流電力に変換するとともに、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、前記交流電力系統および前記インバータから出力された交流電力の電圧から、周波数または周波数変化率の異常を検知するように構成された異常検出部と、前記交流電力系統および前記インバータ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部と、前記周波数検出部によって検出された周波数から周波数の移動平均を演算する移動平均手段と、前記周波数検出部によって検出された周波数から周波数変化率を演算する周波数変化率手段と、前記周波数検出部によって検出された周波数および前記移動平均から周波数偏差を演算する周波数偏差手段と、前記周波数偏差および前記周波数変化率の和が正のときは進み無効電力が流れ、前記周波数偏差および前記周波数変化率の和が負のときは遅れ無効電力が流れる前記周波数偏差および前記周波数変化率の和に対する無効電力の特性函数により、前記周波数偏差および前記周波数変化率の和の大きさと極性とに従って、無効電力あるいは位相角の値を演算して出力する函数手段と、を備えた函数部と、前記函数部からの出力を用いて前記インバータの出力電力を制御するとともに、前記異常検出部から異常が知らされたときに前記インバータを停止させる駆動部と、を備えた単独運転検出装置である。
【００１７】
本発明の第３態様によるインバータの単独運転検出方法は、直流電力を交流電力に変換するとともに、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方法であって、前記交流電力系統および前記インバータから出力された交流電圧の周波数を検出し、検出された周波数から周波数の移動平均を演算し、検出された周波数および前記移動平均から周波数偏差を演算し、前記周波数偏差が正のときは進み無効電力が流れ、前記周波数偏差が負のときは遅れ無効電力が流れる前記周波数偏差に対する無効電力の特性函数により、前記周波数偏差の大きさと極性とに従って無効電力あるいは位相角の値を演算し、演算された無効電力あるいは位相角の値を用いて前記インバータから出力される出力電力を制御し、前記交流電力系統および前記インバータから出力された交流電力の電圧から、周波数または周波数変化率の異常か否か検知し、周波数または周波数変化率の異常が検知されたときに前記インバータを停止させる単独運転検出方法である。
【００１８】
本発明の第４態様によるインバータの単独運転検出方法は、直流電力を交流電力に変換するとともに、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方法であって、前記交流電力系統および前記インバータから出力された交流電圧の周波数を検出し、検出された周波数から周波数の移動平均を演算し、検出された周波数から周波数変化率を演算し、検出された周波数および前記移動平均から周波数偏差を演算し、前記周波数偏差と前記周波数変化率との和が正のときは進み無効電力が流れ、前記周波数偏差と前記周波数変化率との和が負のときは遅れ無効電力が流れる前記周波数偏差と前記周波数変化率との和に対する無効電力の特性函数により、前記周波数偏差と前記周波数変化率との和の大きさと極性とに従って無効電力あるいは位相角の値を演算し、演算された無効電力あるいは位相角の値を用いて前記インバータから出力される出力電力を制御し、前記交流電力系統および前記インバータから出力された交流電力の電圧から、周波数または周波数変化率の異常か否か検知し、周波数または周波数変化率の異常が検知されたときに前記インバータを停止させる単独運転検出方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、より早くインバータの単独運転を検出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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインバータの単独運転検出装置の一構成例について説明するための図である。
【図２Ａ】インバータ特性（周波数偏差Δｆに対する無効電力または電流位相角）の一例を示す図である。
【図２Ｂ】インバータ特性（周波数偏差Δｆに対する無効電力または電流位相角）の一例を示す図である。
【図２Ｃ】インバータ特性（周波数偏差Δｆに対する無効電力または電流位相角）の一例を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るインバータの単独運転検出装置の一構成例について説明するための図である。
【図４】周波数と位相角と、又は、周波数と無効電力とによる移動平均の周波数の特性曲線の一例を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るインバータの単独運転検出装置の一構成例について説明するための図である。
【図６】従来の単独運転検出装置の一構成例を説明するための図である。
【図７】従来の単独運転検出装置のインバータ特性および負荷特性の一例を示す図である。
【図８】従来の単独運転検出装置の動作の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の一実施形態に係るインバータの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。一実施形態に係る単独運転検出装置は、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、および周波数の移動平均を検出し、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系統の電流の電流基準を発生してインバータの出力電流を制御すると共に、周波数と周波数の移動平均との差（周波数偏差）に応じて基準位相を補正し、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て保護動作を高速に行なうように構成されている。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の第１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。
【００２３】
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。
【００２４】
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の直流電力を交流電力に変換する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。
【００２５】
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。
【００２６】
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により駆動回路１５を介してインバータブリッジ２をＰＷＭ制御する。
【００２７】
一方、周波数検出回路２８によりインバータブリッジ２の出力電圧の周波数ｆを検出し、函数部１００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×Ｖsin θ）を制御する。
【００２８】
本実施形態では、増幅器１１、電流基準回路１２、増幅器１３、ＰＷＭ回路、駆動回路１５、ＰＬＬ回路２２、位相シフト回路２３、および、正弦波回路２６は、後に説明する函数部１００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を停止させる駆動部である。
【００２９】
函数部１００は、周波数検出回路２８から出力されたインバータ周波数ｆが供給され周波数ｆから移動平均ｆｍを演算して出力する移動平均回路２９と、周波数ｆと移動平均ｆｍとが供給され周波数ｆと移動平均ｆｍとの差分により周波数偏差Δｆを演算する位相シフト用周波数偏差回路３０と、周波数偏差Δｆが供給され周波数偏差Δｆに対する無効電力Ｑ（または電流位相角θ）の函数により出力信号（無効電力Ｑあるいは電流位相角θの値）を演算する函数回路３１と、を備えている。函数回路３１から出力された信号Ｖ31は、位相シフト回路２３に供給される。
【００３０】
また、電圧検出器１０で検出された交流電圧は、電圧リレー１７、周波数リレー１８、および、周波数変化率リレー２７に供給される。電圧リレー１７は、負荷９に供給される交流電圧から電圧の異常を検出する。周波数リレー１８は、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。周波数変化率リレー２７は、負荷９に供給される交流電圧から周波数変化率（df／dt）の過大を検出する。
【００３１】
異常が検出された場合には、異常検出回路１９を介して駆動回路１５に異常を通知する信号が供給され、駆動回路１５がインバータ駆動を停止させると同時に、異常検出回路１９から出力された信号によりコンタクタ６を開とさせて完全にインバータブリッジ２を系統連系から解列する。
【００３２】
本実施形態に係る単独運転検出装置では、インバータブリッジ２の交流側が交流電力系統から切り離されたとき、交流電力系統８側の周波数ｆが周波数ｆの移動平均ｆｍより、僅かに増加あるいは減少する。即ち、周波数ｆから移動平均ｆｍを引いた値を周波数偏差Δｆ（ｆ−ｆｍ＝Δｆ）とすると、周波数ｆは移動平均ｆｍと周波数偏差Δｆとの和（ｆ＝ｆｍ＋Δｆ）となる。
【００３３】
この場合、移動平均ｆｍの平均時間は単独運転検出目標時間より長く設定する。本実施形態では、移動平均ｆｍの平均時間を、単独運転検出目標時間の５倍以上の時間としている。例えば単独運転検出目標時間を１００ｍｓとする場合、移動平均ｆｍの平均時間は１００ｍｓの５倍以上の時間、すなわち５００ｍｓ以上としている。移動平均ｆｍは、平均時間において検出された周波数ｆの平均値であって、平均時間がｔであるとき、移動平均ｆｍは、平均時間ｔ間に検出された周波数ｆの和を平均時間ｔで割った値である。
【００３４】
図１に示す単独運転検出装置では、周波数検出回路２８により交流電力系統の周波数ｆを検出し、移動平均回路２９により周波数の移動平均ｆｍを演算し、位相シフト用周波数偏差回路３０により周波数偏差ΔｆはΔｆ≒ｆ−ｆｍより求め、函数回路３１より例えば図２Ａに示すような無効電力Ｑの位相特性の函数とし、位相シフト回路２３により、回数回路３１から出力された周波数偏差Δｆに対する無効電力Ｑ（または電流位相角θ）に基づいて位相がシフトされる。シフトされた位相に基づいて、正弦波回路２６が正弦波Ｖｓを出力し、電流基準回路１２において電流基準Ｉ*のインバータブリッジ２から出力される交流電流の電流位相角θを補正する。このように電流位相角θを補正して、インバータブリッジ２の無効電力Ｑを図２Ａに示す位相特性となるよう制御する。
【００３５】
すなわち、インバータブリッジ２の出力電力の無効電力又はインバータブリッジ２の電流位相角は、図２Ａに示す無効電力の特性函数に従って、周波数偏差Δｆが正（＋）のときは進み無効電力が流れ、周波数偏差Δｆが負（−）のときは遅れ無効電力が流れる方向に制御される。
【００３６】
以上のように周波数偏差Δｆが増加（＋）するときは進み無効電力を流し、周波数ｆをさらに増加するよう正帰還をかける。周波数偏差Δｆが減少（−）するときは遅れ無効電力を流し、周波数ｆをさらに減少させるように正帰還をかけて急速に周波数ｆをシフトする。
【００３７】
先に説明したように、周波数ｆに対する電流位相の特性が定格周波数に対し±１％変化したとき、力率が９５％以上であることが規定されているので、位相特性曲線の傾斜の上限値が限定され、周波数シフトの速度が限定されてしまう。これに対し、図１に示す単独運転検出装置および単独運転検出方法を用いた場合、定常状態では電流位相角はほぼゼロであり力率は１に近い。そのため、出力無効電力又は電流位相角の特性函数の傾斜を急に（大きく）することが可能となる。
【００３８】
ここで、単独運転検出時間として１００ｍｓをターゲット（目標時間）にすると、４０〜８０ｍｓ程度で周波数ｆをシフトし、残りの１サイクル２０ｍｓは周波数ｆが変化したことを確認するための時間とすることが可能である。
【００３９】
よって、周波数ｆの移動平均時間を５００ｍｓ程度とすると、４０〜８０ｍｓ間の周波数変化は、周波数ｆの移動平均ｆｍでは１０分の１程度に抑えられ、定常時の力率はほぼ１の状態にすることができる。このことから、正帰還のゲインを高くすることができるので、高速な周波数シフトが可能となり、定常時は高力率の性能を保ち、かつ、１００ｍｓ前後の高速単独運転検出を実現することができる。
【００４０】
すなわち、本実施形態に係るインバータの単独運転検出装置および単独運転検出方法にでは、周波数ｆと移動平均ｆｍとの差分である周波数偏差Δｆ（ｆ−ｆｍ＝Δｆ）に対しては、定常的にはｆ−ｆｍ≒０であるので定常時の電流位相角θは特に考慮する必要がないため、周波数偏差Δｆに対する電流位相角θ（または無効電力Ｑ）の特性函数の傾きを急に（大きく）して正帰還作用のゲインを上昇させて高速に周波数ｆをシフトさせる。
【００４１】
周波数ｆがシフトすると、電圧検出器１０の出力から周波数リレー１８により周波数異常が検出され、周波数変化率リレー２７により周波数変化率（ｄｆ/ｄｔ）の過大が検出される。
【００４２】
上記のように、周波数変化率（ｄｆ/ｄｔ）又は周波数変化率（ｄｆ/ｄｔ）の数回の加算値の過大が検出されると、インバータブリッジ２の駆動素子（図示せず）のゲートが遮断されるとともに、周波数ｆの過大、周波数ｆの過少、インバータブリッジ２の電圧過大、および/または、インバータブリッジ２の電圧過少の検出により、異常検出回路１９を介して駆動回路１５によりインバータブリッジ２と交流電力系統８との間の連系遮断器（コンタクタ６）を開とする。
【００４３】
すなわち、電圧リレー１７、周波数リレー１８、周波数変化率リレー２７、および異常検出回路１９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力の電圧から、電圧、周波数ｆまたは周波数変化率ｄｆ/ｄｔの異常を検知するように構成された異常検出部である。
【００４４】
この結果、本実施形態に係るインバータの単独運転検出装置および単独運転検出方法によれば、インバータの単独運転検出保護を高速化することができる。なお、インバータブリッジ２は、駆動ゲートにより停止させることができるので、異常が検出されてから、最も早く約１０μｓで停止可能である。
【００４５】
次に、本発明の第２実施形態に係るインバータの単独運転検出装置および単独運転検出方法について、図面を参照して以下に説明する。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。
【００４６】
本実施形態に係る単独運転検出装置では、インバータブリッジ２から出力される交流電力の有効電力および無効電力を制御するループを構成し、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に基づいてインバータブリッジの無効電力が変化するよう駆動する。
【００４７】
また、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インバータブリッジ２を制御する。
【００４８】
図３に示すように、本実施形態に係る単独運転検出装置では、インバータブリッジ２が３相ブリッジである。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はインバータブリッジ２の２相に接続し、インバータブリッジ２の出力電流を検出している。
【００４９】
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の電圧とから有効電力Ｐと、無効電力Ｑとを算出する。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１１から出力された有効電力基準Ｐ*と有効電力Ｐと増幅器１３ａにて増幅し信号Ｖ１３ａを３相変換器３４へ入力する。
【００５０】
函数回路３１の出力は無効電力基準回路３３に入力され、無効電力基準回路３３から出力される無効電力基準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との誤差を増幅器１３ｂで増幅して信号Ｖ１３ｂとして出力する。信号Ｖ１３ｂは３相変換器３４を介してＰＷＭ回路１４に入力され、ＰＷＭ回路１４により駆動回路１５を介してインバータブリッジ２の出力電流を制御し、インバータブリッジ２から出力される有効電力Ｐと無効電力Ｑとを制御する。
【００５１】
本実施形態では、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、駆動回路１５は、函数部１００から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を停止させる駆動部である。
【００５２】
上記のように、図１に示すようにインバータブリッジ２が単相の場合は、電流位相を変えることにより無効電力Ｑ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３に示すようにインバータブリッジ２が３相の場合は、インバータブリッジ２から出力される無効電力Ｑ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。
【００５３】
図３に示すように、本実施形態に係るインバータの単独運転検出装置は、上記構成以外は、図１に示す第１実施形態に係る単独運転検出装置と同様の構成である。すなわち、本実施形態に係るインバータの単独運転検出装置および単独運転検出方法によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に周波数ｆと移動平均ｆｍとの差である周波数偏差Δｆ（ｆ−ｆｍ＝Δｆ）において、定常的にはｆ−ｆｍ≒０であるので周波数偏差Δｆに対する力率は特に考慮する必要がないので、周波数偏差Δｆに対する無効電力Ｑの特性函数の傾きを急に（大きく）して、正帰還作用のゲインを大きくして高速に周波数ｆをシフトさせる。
【００５４】
そうすると、電圧検出器１０の出力から電圧リレー１７により異常が検出され、周波数リレー１８により周波数異常が検出され、周波数変化率リレー２７により周波数変化率（ｄｆ/ｄｔ）の過大が検出され、異常検出回路１９を介して駆動回路１５によりインバータ駆動を停止させる（駆動素子のゲートが遮断される）とともに、連系遮断器（コンタクタ６）を開として完全にインバータブリッジ２を系統連系から解列させる。この結果、本実施形態に係るインバータの単独運転検出装置および単独運転検出方法によれば、インバータの単独運転検出保護を高速化することができる。
【００５５】
次に、本発明の第３実施形態に係るインバータの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、上述の第１実施形態および第２実施形態に係るインバータの単独運転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。
【００５６】
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の無効電力又はインバータブリッジ２の電流位相角の特性函数に従って、周波数偏差Δｆと周波数変化率ｄｆ/ｄｔの係数倍した値との和（Δｆ＋ｋ×ｄｆ/ｄｔ）の大きさと極性とに応じて、無効電力又は電流位相角を制御している。図５に示す場合は、係数ｋが１の場合である。係数ｋの値は、インバータブリッジ２の特性に応じて適宜変更可能である。
【００５７】
図５に示すように、本実施形態では、函数部１００は、さらに周波数検出回路２８から出力された周波数ｆから周波数変化率ｄｆ/ｄｔを演算する周波数変化率回路５０と、位相シフト用周波数偏差回路３０から出力された周波数偏差Δｆと周波数変化率ｄｆ/ｄｔとを加算する加算回路５１と、をさらに備えている。加算回路５１から出力された、周波数偏差Δｆと周波数変化率ｄｆ/ｄｔとの和は函数回路３１に供給される。
【００５８】
函数回路３１は、周波数偏差Δｆと周波数変化率ｄｆ/ｄｔとの和に対する無効電力Ｑ（あるいは電流位相角θ）の函数を演算する。周波数変化率ｄｆ/ｄｔを加算回路５１で周波数偏差Δｆと加算し、函数回路３１を介して位相シフト回路２３又は無効電力基準回路３３に演算された無効電力値または電流位相角値を入力することにより、無効電力の制御に周波数ｆの微分要素を追加して、より早い単独運転検出を行なうことができる。
【００５９】
以上説明したように、上記第１、および第２実施形態に係るインバータの単独運転検出装置および単独運転検出方法によれば、ｆ−ｆｍ＝Δｆにより求められた周波数偏差Δｆにより、周波数偏差Δｆが正のとき、進み無効電力が進み方向に制御する。周波数偏差Δｆが負のとき、遅れ無効電力が増加するように制御する。
【００６０】
そして、さらに上記第３実施形態に係るインバータの単独運転検出装置および単独運転検出方法によれば、周波数変化率ｄｆ/ｄｔ分を周波数偏差Δｆ信号に加算して、周波数偏差Δｆと周波数変化率ｄｆ/ｄｔの係数倍との和（Δｆ＋ｋ×ｄｆ/ｄｔ）により無効電力Ｑ（又は電流位相角θ）を制御する。このことにより定常時は高力率で、しかも、高速に単独運転を検出可能な、インバータの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。
【００６１】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記第１実施形態および第２実施形態において、周波数偏差Δｆと出力電流の電流位相角θと（又は周波数偏差Δｆと無効電力Ｑと）の特性は、図２Ｂと図２Ｃとに示すように種々変更することも工夫できる。図２Ｂおよび図２Ｃでは、周波数偏差Δｆの絶対値が所定の値以下の場合と、所定の値よりも大きい場合とで、無効電力Ｑ（又は電流位相角θ）の特性函数の傾きが異なっている。
【００６２】
図２Ｂでは、周波数偏差Δｆの絶対値が所定の値以下のときに、所定の値より大きいときより無効電力Ｑ（又は電流位相角θ）の特性函数の傾きが大きくなっている。図２Ｃでは、周波数偏差Δｆの絶対値が所定の値以下のときに、所定の値より大きいときより無効電力Ｑ（又は電流位相角θ）の特性函数の傾きが小さくなっている。また、無効電力Ｑ（又は電流位相角θ）の特性函数は、直線的な函数であってもよく、曲線的な函数であってもよい。このように、無効電力Ｑ（又は電流位相角θ）の特性函数の傾きを周波数偏差Δｆの大きさに応じて変更することによって、インバータの単独運転を最も早く、確実に検出できるように工夫することができる。
【００６３】
また、上記実施形態では周波数偏差Δｆ（ｆ−ｆｍ＝Δｆ）に対する無効電力Ｑ又は電流位相角θの特性函数を用いていたが、例えば図４に示すように、周波数ｆと電流位相角θと（又は周波数ｆと無効電力Ｑと）の特性函数に変更し、移動平均ｆｍの特性曲線とし、短時間の周波数ｆに対して電流位相角θ（又は無効電力Ｑ）を変えることでも上記第１乃至第３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な効果を得ることができる。
【００６４】
また、周波数ｆの検出や周波数変化率ｄｆ/ｄｔの検出には交流電力系統８から供給される交流電力の１サイクル毎で計測していたが、より高速化をはかるためハーフサイクル毎に計測するよう工夫することもできる。
【００６５】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
ｆｍ…周波数の移動平均、Δｆ…周波数偏差、Ｑ…無効電力、θ…電流位相角（力率角）、Ｐ…有効電力、Ｐ…有効電力基準、Ｑ…無効電力基準、１…直流電源、２…インバータブリッジ（インバータ）、３、３ａ、３ｂ、３ｃ…リアクトル、４、４ａ、４ｂ、４ｃ…コンデンサ、５、５ａ、５ｂ…電流検出器、６…コンタクタ、７…遮断器、８…交流電力系統、９…負荷、１０…電圧検出器、１１…増幅器、１２…電流基準回路、１３、１３ａ、１３ｂ…増幅器、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、２７…周波数変化率リレー、２８…周波数検出回路、２９…移動平均回路、３０…位相シフト用周波数偏差回路、３１…函数回路、３３…無効電力基準回路、３４…３相変換器、３５…ＰＱ検出回路、５０…周波数変化率回路、５１…加算回路、１００…函数部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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【図７】
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【図８】
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