(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に連系運転される分散電源の単独運転状態を、前記電力系統の電圧位相の急変から検出する単独運転検出装置であって、
前記電力系統の電圧を測定して得られた測定電圧を、所定の周期でサンプリングしＡ／Ｄ変換してサンプリング電圧を生成するサンプリング電圧生成手段と、
前記サンプリング電圧から系統基本波電圧成分を抽出する抽出手段と、
前記測定電圧から系統基本波の周波数を計測する周波数計測手段と、
前記系統基本波の現サイクルにおける前記系統基本波電圧成分の位相と、前記現サイクルよりｎサイクル前の１サイクルである基準サイクルにおける前記系統基本波電圧成分の位相との位相差が整定値以上であるか否かを検出する電圧位相跳躍検出手段と、
前記周波数に基づいて、事故時運転継続要件で規定されているステップ上昇による周波数急変よりも変動量の大きな周波数急変が生じたか否かを検出する周波数急変検出手段と、
前記系統基本波電圧成分に基づいて、前記電力系統の三相の線間電圧の全てが定格電圧の８０％以上であるか否かを検出する電圧低下検出手段と、
前記現サイクルにおける前記三相の線間電圧の全てが前記定格電圧の８０％以上であり、前記基準サイクルにおける前記三相の線間電圧の全てが前記定格電圧の８０％以上であることを検出し、且つ前記位相差が前記整定値以上となることを検出し、且つ前記大きな周波数急変が生じたことを検出したときに、前記分散電源の単独運転状態を検出する単独運転検出手段と、
を有することを特徴とする単独運転検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の単独運転検出装置において、
前記周波数急変検出手段は、前記ｎサイクルよりも短い第１期間に、所定の周波数変動量以上の周波数変動が生じたか否かを検出し、
前記所定の周波数変動量は、前記ステップ上昇による周波数変動量よりも大きく、且つ前記整定値の電圧位相の急変が発生したときの周波数変動量よりも小さく設定されていることを特徴とする単独運転検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の単独運転検出装置において、
最新の所定数の前記周波数を平均して平均周波数を算出する手段を更に有し、
前記周波数急変検出手段は、
前記第１期間よりも短い第２期間に、前記事故時運転継続要件で規定されているランプ変動よりも大きな変動率で変化する周波数変動を検出することにより、前記周波数の急変の発生を検出する手段と、
前記周波数急変の発生検出から前記第１期間よりも短い第３期間の間に、最新の前記周波数と、前記周波数急変の発生検出の直前に算出された前記平均周波数との差分が前記所定の周波数変動量以上であるか否かを検出する手段と、
を有することを特徴とする単独運転検出装置。
【請求項４】
電力系統に連系運転される分散電源の単独運転状態を、前記電力系統の電圧位相の急変から検出する電圧位相跳躍検出方式の単独運転検出方法であって、
前記電力系統の電圧を測定して得られた測定電圧を、所定の周期でサンプリングしＡ／Ｄ変換してサンプリング電圧を生成する工程と、
前記サンプリング電圧から系統基本波電圧成分を抽出する工程と、
前記測定電圧から系統基本波の周波数を計測する工程と、
前記系統基本波の現サイクルにおける前記系統基本波電圧成分の位相と、前記現サイクルよりｎサイクル前の１サイクルである基準サイクルにおける前記系統基本波電圧成分の位相との位相差が整定値以上であるか否かを検出する工程と、
前記周波数に基づいて、事故時運転継続要件で規定されているステップ上昇による周波数急変よりも変動量の大きな周波数急変が生じたか否かを検出する工程と、
前記系統基本波電圧成分に基づいて、前記電力系統の三相の線間電圧の全てが定格電圧の８０％以上であるか否かを検出する工程と、
前記現サイクルにおける前記三相の線間電圧の全てが前記定格電圧の８０％以上であり、前記基準サイクルにおける前記三相の線間電圧の全てが前記定格電圧の８０％以上であることを検出し、且つ前記位相差が前記整定値以上となることを検出し、且つ前記大きな周波数急変が生じたことを検出したときに、前記分散電源の単独運転状態を検出する工程と、
を有することを特徴とする単独運転検出方法。
【請求項５】
請求項４に記載の単独運転検出方法において、
前記周波数急変を検出する工程では、前記ｎサイクルよりも短い第１期間に、所定の周波数変動量以上の周波数変動が生じたか否かを検出し、
前記所定の周波数変動量は、前記ステップ上昇による周波数変動量よりも大きく、且つ前記整定値の電圧位相の急変が発生したときの周波数変動量よりも小さく設定されていることを特徴とする単独運転検出方法。
【請求項６】
請求項５に記載の単独運転検出方法において、
最新の所定数の前記周波数を平均して平均周波数を算出する工程を更に有し、
前記周波数急変を検出する工程は、
前記第１期間よりも短い第２期間に、前記事故時運転継続要件で規定されているランプ変動よりも大きな変動率で変化する周波数変動を検出することにより、前記周波数の急変の発生を検出する工程と、
前記周波数急変の発生検出から前記第１期間よりも短い第３期間の間に、最新の前記周波数と、前記周波数急変の発生検出の直前に算出された前記平均周波数との差分が前記所定の周波数変動量以上であるか否かを検出する工程と、
を有することを特徴とする単独運転検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単独運転検出装置及び単独運転検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電設備等の分散型電源（分散電源）を電力系統に連系するために、種々の系統連系システムが提案されている。この種の連系系統システムにおいて、電力系統の事故等によって電力会社の変電所の遮断器が開放され、電力系統が商用電源から切り離された場合に、分散電源を電力系統に連系したまま運転（単独運転）させると、商用電源から切り離された電力系統に分散電源から電力を供給した状態となり、単独運転による感電事故等が発生するおそれがある。このため、連系系統システムには、分散電源の単独運転を防止するために、単独運転状態を検出する単独運転検出装置を備え、分散電源が連系運転状態から単独運転状態に移行した場合に、分散電源を電力系統から速やかに切り離す（解列する）ことが求められている。
【０００３】
そこで、単独運転検出装置では、系統停電等により分散電源が単独運転状態になったことを検出する種々の単独運転検出方法が提案されている。このような単独運転検出方法としては、大別して、受動的方式と能動的方式とがある。
【０００４】
受動的方式の単独運転検出方法の１つとして、電圧位相跳躍検出方式の検出方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この検出方法は、系統停止によって分散電源が連系運転から単独運転に移行すると、分散電源の発電出力と負荷との不平衡によって系統の電圧位相が急変するため、この電圧位相の急変に基づいて分散電源の単独運転状態を検出する方法である。詳述すると、系統停止により分散電源が連系運転から単独運転に移行すると、系統の負荷力率が連系運転時の力率から変化する。この力率変化が系統の電圧位相の変化として現われ、系統電圧の位相（電圧位相）が瞬時的に跳躍して急変する。そして、例えば現サイクルにおける系統電圧の位相と、現サイクルより所定サイクル前の基準サイクルにおける系統電圧の位相とを繰り返し比較し、それらの位相差が整定値以上となる比較結果を所定期間内に２回以上検出することにより、上述した電圧位相の跳躍変化を検出する。そして、電圧位相の跳躍変化を検出したときに、分散電源の単独運転状態を検出し、その分散電源を電力系統から速やかに解列する。これにより、系統のノイズや負荷変動等による誤検出を抑制して分散電源の単独運転状態を精度良く検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５１８５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、太陽光発電設備等の普及により、電力系統に連系される分散電源が増加している。このように多数の分散電源が電力系統に連系された場合に、例えば送電線事故による瞬時電圧低下（瞬低）等に起因した電力系統の擾乱によって、多数の分散電源が電力系統から一斉に解列すると、電力系統の電力品質に悪影響を与えるおそれがある。このため、分散電源には、瞬低等に起因した電力系統の擾乱時に電力系統から分散電源を不要解列せずに運転を継続する性能を示す事故時運転継続（ＦＲＴ：Fault Ride Through）要件を満たすことが求められている。さらに、分散電源の単独運転を検出する単独運転検出装置においてもＦＲＴ要件に対応することが必要になっている。そこで、ＦＲＴ要件を満足する単独運転検出装置及び単独運転検出方法の開発が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ＦＲＴ要件を満足することのできる単独運転検出装置及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】
【０００８】
上記課題を解決する単独運転検出装置は、電力系統に連系運転される分散電源の単独運転状態を、前記電力系統の電圧位相の急変から検出する単独運転検出装置であって、前記電力系統の電圧を測定して得られた測定電圧を、所定の周期でサンプリングしＡ／Ｄ変換してサンプリング電圧を生成するサンプリング電圧生成手段と、前記サンプリング電圧から系統基本波電圧成分を抽出する抽出手段と、前記測定電圧から系統基本波の周波数を計測する周波数計測手段と、前記系統基本波の現サイクルにおける前記系統基本波電圧成分の位相と、前記現サイクルよりｎサイクル前の１サイクルである基準サイクルにおける前記系統基本波電圧成分の位相との位相差が整定値以上であるか否かを検出する電圧位相跳躍検出手段と、前記周波数に基づいて、事故時運転継続要件で規定されているステップ上昇による周波数急変よりも変動量の大きな周波数急変が生じたか否かを検出する周波数急変検出手段と、前記位相差が前記整定値以上となることを検出し、且つ前記大きな周波数急変が生じたことを検出したときに、前記分散電源の単独運転状態を検出する単独運転検出手段と、を有することをその要旨とする。
【０００９】
この構成によれば、整定値以上の電圧位相の変化が検出され、且つ事故時運転継続要件で規定されているステップ上昇による周波数急変よりも変動量の大きな周波数急変が生じたことが検出されたときに、分散電源の単独運転状態が検出される。換言すると、上記大きな周波数急変が生じていない場合、例えば事故時運転継続要件に規定されているステップ上昇やランプ変動が生じている場合には、整定値以上の電圧位相変化があっても、分散電源の単独運転状態が検出されない。これにより、事故時運転継続要件に規定されている周波数変動（ランプ上昇又はランプ変動等）に起因して整定値以上の電圧位相変化が生じる場合に、分散電源が不要解列されることを抑制できる。その一方で、上記大きな周波数急変が発生した場合、つまり系統停止等によって整定値以上の電圧位相変化が生じた場合には、分散電源の単独運転状態が検出され、分散電源を電力系統から確実に解列させることができる。
【００１０】
上記単独運転検出装置において、前記系統基本波電圧成分に基づいて、前記電力系統の三相の線間電圧の全てが定格電圧の８０％以上であるか否かを検出する電圧低下検出手段を更に有し、前記単独運転検出手段は、前記三相の線間電圧の全てが前記定格電圧の８０％以上であることを検出し、且つ前記位相差が前記整定値以上となることを検出し、且つ前記大きな周波数急変が生じたことを検出したときに、前記分散電源の単独運転状態を検出することが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、三相の線間電圧のうち１つでも定格電圧の８０％未満まで低下している場合、つまり系統に二相短絡事故が発生している場合には、整定値以上の電圧位相変化があっても、分散電源の単独運転状態が検出されない。これにより、事故時運転継続要件に規定されている電圧低下（二相短絡事故等）に起因して整定値以上の電圧位相変化が生じる場合に、分散電源が不要解列されることを抑制できる。
【００１２】
上記課題を解決する単独運転検出方法は、電力系統に連系運転される分散電源の単独運転状態を、前記電力系統の電圧位相の急変から検出する電圧位相跳躍検出方式の単独運転検出方法であって、前記電力系統の電圧を測定して得られた測定電圧を、所定の周期でサンプリングしＡ／Ｄ変換してサンプリング電圧を生成する工程と、前記サンプリング電圧から系統基本波電圧成分を抽出する工程と、前記測定電圧から系統基本波の周波数を計測する工程と、前記系統基本波の現サイクルにおける前記系統基本波電圧成分の位相と、前記現サイクルよりｎサイクル前の１サイクルである基準サイクルにおける前記系統基本波電圧成分の位相との位相差が整定値以上であるか否かを検出する工程と、前記周波数に基づいて、事故時運転継続要件で規定されているステップ上昇による周波数急変よりも変動量の大きな周波数急変が生じたか否かを検出する工程と、前記位相差が前記整定値以上となることを検出し、且つ前記大きな周波数急変が生じたことを検出したときに、前記分散電源の単独運転状態を検出する工程と、を有することをその要旨としている。
【００１３】
この方法によれば、事故時運転継続要件で規定されているステップ上昇による周波数急変よりも変動量の大きな周波数急変が生じていない場合、例えば事故時運転継続要件に規定されているステップ上昇やランプ変動が生じている場合には、整定値以上の電圧位相変化があっても、分散電源の単独運転状態が検出されない。これにより、事故時運転継続要件に規定されている周波数変動（ランプ上昇又はランプ変動等）に起因して整定値以上の電圧位相変化が生じる場合に、分散電源が不要解列されることを抑制できる。その一方で、上記大きな周波数急変が発生した場合、つまり系統停止等によって整定値以上の電圧位相変化が生じた場合には、分散電源の単独運転状態が検出され、分散電源を電力系統から確実に解列させることができる。
【００１４】
上記単独運転検出方法において、前記系統基本波電圧成分に基づいて、前記電力系統の三相の線間電圧の全てが定格電圧の８０％以上であるか否かを検出する工程を更に有し、前記単独運転状態を検出する工程では、前記三相の線間電圧の全てが前記定格電圧の８０％以上であることを検出し、且つ前記位相差が前記整定値以上となることを検出し、且つ前記大きな周波数急変が生じたことを検出したときに、前記分散電源の単独運転状態を検出することが好ましい。
【００１５】
この方法によれば、三相の線間電圧のうち１つでも定格電圧の８０％未満まで低下している場合、つまり系統に二相短絡事故が発生している場合には、整定値以上の電圧位相変化があっても、分散電源の単独運転状態が検出されない。これにより、事故時運転継続要件に規定されている電圧低下（二相短絡事故等）に起因して整定値以上の電圧位相変化が生じる場合に、分散電源が不要解列されることを抑制できる。
【００１６】
上記単独運転検出方法において、前記単独運転状態を検出する工程では、前記現サイクルにおける前記三相の線間電圧の全てが前記定格電圧の８０％以上であり、前記基準サイクルにおける前記三相の線間電圧の全てが前記定格電圧の８０％以上であることを検出し、且つ前記位相差が前記整定値以上となることを検出し、且つ前記大きな周波数急変が生じたことを検出したときに、前記分散電源の単独運転状態を検出することもできる。
【００１７】
なお、前記周波数急変を検出する工程の一例として、前記ｎサイクルよりも短い第１期間に、所定の周波数変動量以上の周波数変動が生じたか否かを検出する工程を挙げることができ、さらに、前記所定の周波数変動量を、前記ステップ上昇による周波数変動量よりも大きく、且つ前記整定値分の電圧位相の急変が発生したときの周波数変動量よりも小さく設定することができる。
【００１８】
上記単独運転検出方法において、最新の所定数の前記周波数を平均して平均周波数を算出する工程を更に有し、前記周波数急変を検出する工程は、前記第１期間よりも短い第２期間に、前記事故時運転継続要件で規定されているランプ変動よりも大きな変動率で変化する周波数変動を検出することにより、前記周波数の急変の発生を検出する工程と、前記周波数急変の発生検出から前記第１期間よりも短い第３期間の間に、最新の前記周波数と、前記周波数急変の発生検出の直前に算出された前記平均周波数との差分が前記所定の周波数変動量以上であるか否かを検出する工程と、を有することが好ましい。
【００１９】
この方法によれば、第３期間において、最新の周波数と、周波数急変の発生検出の直前に算出された平均周波数との差分が所定の周波数変動量以上であるか否かが検出される。このように、定格周波数と最新の周波数との差分ではなく、最新の周波数と上記周波数急変直前の平均周波数との差分が所定の周波数変動量と比較されるため、周波数急変前の周波数が定格周波数から変動している場合であっても、所定の周波数変動量以上の周波数変動が発生したか否かを精度良く検出することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の単独運転検出装置及び単独運転検出方法によれば、ＦＲＴ要件を満足しつつも、分散電源の単独運転を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実施形態における単独運転検出装置を含む系統連系システムを示すブロック図である。
【図２】一実施形態における電圧位相跳躍検出処理を説明するための説明図である。
【図３】一実施形態におけるサンプリング電圧を説明するための説明図である。
【図４】一実施形態における電圧位相跳躍検出処理を説明するための説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、線間電圧のベクトルを示す説明図である。
【図６】一実施形態における電圧低下検出処理を説明するための説明図である。
【図７】ステップ上昇を説明するための説明図である。
【図８】ランプ変動を説明するための説明図である。
【図９】位相変動時の周波数変動を示す波形図である。
【図１０】一実施形態における位相変動時の周波数変動を示す波形図である。
【図１１】一実施形態における単独運転検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図１２】一実施形態における単独運転検出処理の動作シーケンスを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、単独運転検出装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、商用電源１には、変電所の遮断器２を介して電力系統（配電線）３が接続されている。電力系統３には、負荷４及び分散電源５が接続されている。負荷４は、多数の負荷をまとめて図示したものである。分散電源５は、系統健全時には、電力系統３に連系して運転される。一方、分散電源５が電力系統３に連系運転されている際に、何らかの事故等によって遮断器２が開放されると、分散電源５は単独運転になる。
【００２３】
分散電源５は、例えば、引込線６及び遮断器７を介して、電力系統３に接続されている。分散電源５としては、例えば、太陽光発電設備、コージェネレーション発電設備、燃料電池発電設備、風力発電設備等が挙げられる。なお、引込線６には、通常は、図示以外の遮断器、変圧器等が接続されているが、ここでは図示を省略している。
【００２４】
電力系統３には、分散電源５の単独運転を検出する単独運転検出装置１０が接続されている。例えば、単独運転検出装置１０は、電圧検出器８を介して、電力系統３に接続されている。電圧検出器８は、電力系統３における三相の電圧（例えば、系統電圧の線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａ）を所定のサンプリング周期で測定し、その測定した測定電圧Ｖｔを単独運転検出装置１０に出力する。電圧検出器８としては、例えば、計器用変圧器（ＶＴ：Voltage Transformer）を用いることができる。
【００２５】
単独運転検出装置１０は、電圧検出器８で測定された測定電圧Ｖｔに基づいて、系統電圧の電圧値、位相及び周波数を算出し、それら電圧値、位相及び周波数の変化から、分散電源５が単独運転状態であるか否かを検出する。単独運転検出装置１０は、分散電源５の単独運転状態を検出したときに単独運転検出信号ＤＳを生成し、その単独運転検出信号ＤＳを遮断器７及び分散電源５に供給する。この単独運転検出信号ＤＳにより、遮断器７を直ちに開放して分散電源５を電力系統３から解列し、分散電源５の運転を停止する。
【００２６】
単独運転検出装置１０は、補助変圧器１１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２と、サンプルホールド回路１３と、Ａ／Ｄ変換回路１４と、周波数計測回路１５と、演算処理部（ＣＰＵ）１６と、メモリ１７と、入出力インタフェース（入出力Ｉ／Ｆ）１８とを有している。
【００２７】
補助変圧器（補助ＰＴ）１１には測定電圧Ｖｔが入力される。補助変圧器１１は、入力した測定電圧Ｖｔを所定のＰＴ比に従って変換し、その変換後の測定電圧ＶｔをＬＰＦ１２に出力する。ＬＰＦ１２は、補助変圧器１１からの測定電圧Ｖｔに含まれるノイズ（ここでは、高周波成分）を減衰させるフィルタ回路である。ＬＰＦ１２は、フィルタ処理後の測定電圧Ｖｔｆを、サンプルホールド回路１３及び周波数計測回路１５に出力する。
【００２８】
サンプルホールド回路１３は、例えば、演算処理部１６から与えられたサンプルホールド指令パルスに基づいて、そのパルスの周期で測定電圧Ｖｔｆをサンプリングしてホールドすることを繰り返し、時々刻々のサンプリング値のホールド出力をＡ／Ｄ変換回路１４に供給する。例えば、サンプルホールド指令パルスは、一定周波数のパルス信号である。このため、本例のサンプルホールド回路１３は、測定電圧Ｖｔｆを、固定周波数サンプリング方式でサンプリングしてホールドする。
【００２９】
Ａ／Ｄ変換回路１４は、演算処理部１６から与えられたＡ／Ｄ変換指令パルスに基づいて、サンプルホールド回路１３から出力される時々刻々のホールド出力をＡ／Ｄ変換し、変換後のデジタル信号をサンプリング電圧Ｖｉとして演算処理部１６に出力する。Ａ／Ｄ変換回路１４は、サンプルホールド回路１３からのホールド出力（測定電圧Ｖｔｆ）を、例えば電気角３０度の間隔でデジタルのサンプリング電圧Ｖｉに変換する。すなわち、Ａ／Ｄ変換回路１４は、所定の間隔で、サンプルホールド回路１３からのホールド出力から、デジタルのサンプリング電圧Ｖｉを生成する。
【００３０】
サンプリング電圧Ｖｉは、演算処理部１６を通じて、メモリ１７のＲＡＭに書き込まれる。そして、メモリ１７のＲＡＭには、最新の一定量、例えば電力系統３の基本波（系統基本波）のｎサイクル分のサンプリング電圧Ｖｉが保持される。すなわち、メモリ１７のＲＡＭには、最新のサンプリング電圧Ｖｉからｎサイクル前のサンプリング電圧Ｖｉまでのｎサイクル分のサンプリング電圧Ｖｉが保持される。なお、上記ｎは、例えば、３以上の自然数に設定することができ、本例ではｎ＝４に設定されている。
【００３１】
周波数計測回路１５には、ＬＰＦ１２からの測定電圧Ｖｔｆが入力される。周波数計測回路１５は、測定電圧Ｖｔｆから、系統電圧（例えば、線間電圧Ｖａｂ）の周波数（系統基本波周波数）ｆを計測する。周波数計測回路１５としては、複合形継電器であれば、周波数継電器（周波数リレー）と共用することができる。周波数継電器としては、例えば、過周波数継電器（ＯＦＲ）や不足周波数継電器（ＵＦＲ）を用いることができる。例えば、周波数計測回路１５は、測定電圧Ｖｔｆ（線間電圧Ｖａｂの測定電圧Ｖｔｆ）を方形波に変換し、その方形波内に内部クロック信号のクロックパルスが何個入っているかをカウントすることにより、系統基本波周波数ｆを測定する。具体的には、周波数計測回路１５は、系統基本波の定格周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の９０°間隔でカウント動作を開始し、系統基本波の１サイクルの間に４個のカウントデータを生成する。そして、周波数計測回路１５は、所定の周期毎に、上記４個のカウントデータの平均値を算出することにより、系統基本波周波数ｆを算出する。なお、所定の周期としては、例えば、系統基本波の定格周波数の１周期よりも短い周期（例えば、１０ｍｓ）に設定することができる。例えば、所定の周期としては、上記周波数継電器のリレー周期を用いることができる。
【００３２】
周波数計測回路１５で計測された系統基本波周波数ｆは、演算処理部１６を通じて、メモリ１７のＲＡＭに順次書き込まれる。そして、メモリ１７のＲＡＭには、最新の所定量、例えばｍ個の系統基本波周波数ｆが保持される。すなわち、メモリ１７のＲＡＭには、最新の系統基本波周波数ｆから（ｍ−１）個前の系統基本波周波数ｆまでのｍ個の系統基本波周波数ｆが保持される。上記ｍは、例えば、４〜６４程度の自然数に設定することができる。なお、系統基本波周波数ｆを算出する際に生成されたカウントデータは、演算処理部１６に供給される。
【００３３】
演算処理部１６は、メモリ１７のＲＯＭに保持されたデジタルフィルタ処理、電圧位相跳躍検出処理、電圧低下検出処理及び周波数急変検出処理等の各種の処理プログラムを実行する。演算処理部１６は、上記処理プログラムの実行によって分散電源５の単独運転状態を検出したときに、単独運転検出信号ＤＳを生成する。そして、演算処理部１６は、生成した単独運転検出信号ＤＳを、入出力Ｉ／Ｆ１８を介して遮断器７及び分散電源５に供給する。
【００３４】
次に、演算処理部１６で実行される各種処理について説明する。
デジタルフィルタ処理では、演算処理部１６は、いわゆる離散フーリエ変換に基づき、例えば上述したサンプルホールドの間隔で、サンプリング電圧Ｖｉから系統基本波電圧成分（ここでは、三相の線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａのベクトル量）を抽出することを繰り返す。また、電圧位相跳躍検出処理では、演算処理部１６は、系統基本波の現サイクル（最新のサイクル）よりもｎサイクル（ここでは、４サイクル）前の１サイクルを連系運転位相の基準サイクルとし、現サイクルにおける系統基本波電圧成分の位相（以下、単に「電圧位相」ともいう。）と基準サイクルにおける電圧位相とを比較する。そして、演算処理部１６は、比較結果に基づいて、現サイクルの電圧位相が、基準サイクルの電圧位相から整定値（設定値）θ以上ずれているか否か、すなわち電圧位相の跳躍変化の有無を検出し、検出結果をメモリ１７のＲＡＭに蓄積保持する。なお、整定値θは、例えば、２〜２０°（好適には、３〜１０°）程度に設定することができる。本例では、整定値θが１０°に設定されている。
【００３５】
このようなデジタルフィルタ処理及び電圧位相跳躍検出処理は、例えば上記特許文献１にも記載されているが、これらの処理について以下に簡単に説明する。
図２に示すように、まず、系統基本波（測定電圧Ｖｔｆ）における注目サイクルを「０」とした場合に、この注目サイクルよりも時間的に前のサイクルを順にサイクル「−１」、「−２」、…、「−６」とし、注目サイクルよりも時間的に後のサイクルを順にサイクル「＋１」、「＋２」、…、「＋５」とする。図２の例では、基準サイクルを現サイクルの４サイクル前の１サイクルに設定する（ｎ＝４）。このとき、サイクル「−１」内の時刻ｔｘで系統停止が発生し、電圧位相が、時刻ｔｘ以前の連系運転時の位相から単独運転時の位相に急変したとすると、現サイクルと基準サイクルとの電圧位相の比較結果は次のようになる。
【００３６】
（Ａ）現サイクルが「−２」サイクル以前の場合
現サイクルが「−２」サイクル以前のサイクルの場合には、基準サイクルが「−６」サイクル以前のサイクルとなり、現サイクルと基準サイクルとの両サイクルが連系運転の同一位相になる。このため、電圧位相の比較結果は、位相跳躍変化無しという結果になる。
【００３７】
（Ｂ）現サイクルが「−１」サイクルの場合
現サイクルが「−１」サイクルで、基準サイクルが「−５」サイクルの場合には、現サイクル中に系統停止が発生し、現サイクルの電圧位相が過渡現象を含むため、電圧位相の比較結果（位相跳躍変化の有無）は不確定になる。
【００３８】
（Ｃ）現サイクルが「０」〜「＋２」サイクルの場合
現サイクルが「０」、「＋１」、「＋２」サイクルの場合には、基準サイクルがそれぞれ「−４」、「−３」、「−２」サイクルになる。これらの場合には、現サイクルが単独運転位相となる一方で、基準サイクルが連系運転位相となる。このため、これらの期間では、現サイクルと基準サイクルとの電圧位相が整定値θ（例えば、１０°）以上ずれる。したがって、位相跳躍変化有りとなる比較結果が２回（２サイクル）以上発生する。
【００３９】
（Ｄ）現サイクルが「＋３」サイクルの場合
現サイクルが「＋３」サイクルで、基準サイクルが「−１」サイクルの場合には、基準サイクル中に系統停止が発生し、基準サイクルの電圧位相が過渡現象を含むため、電圧位相の比較結果は上記（Ｂ）と同様に不確定になる。
【００４０】
（Ｅ）現サイクルが「＋４」サイクル以後の場合
現サイクルが「＋４」サイクル以後のサイクルの場合には、基準サイクルが「０」サイクル以後のサイクルとなり、現サイクルと基準サイクルとの両サイクルが単独運転の同一位相になる。このため、電圧位相の比較結果は、位相跳躍変化無しという結果になる。
【００４１】
このように、系統停止が発生すると、現サイクルと基準サイクルとの電圧位相の比較により、系統停止が発生した時刻ｔｘの「−１」サイクルの直後の複数サイクル（ここでは、「０」〜「＋２」サイクル）において、位相跳躍変化有りと検出されるサイクルが２サイクル以上発生する。なお、本例では、現サイクルと基準サイクルとのサイクル差ｎを「４」としたが、この値を増やすことにより、位相跳躍変化有りの検出サイクル数を３サイクル以上に増やすことができる。
【００４２】
次に、各サイクルにおける電圧位相の比較方法について説明する。
図３に示すように、現サイクルにおいて、固定周波数サンプリング方式により、一定間隔のサンプリング点（図中●印参照）で測定電圧Ｖｔｆ（たとえば、系統電圧の線間電圧Ｖａｂ）がサンプリングされ、デジタル信号に変換されたサンプリング電圧Ｖｉがメモリ１７に順次蓄積される。基本系統波の１サイクルにおけるサンプリング数を２ｋ個としたときに、現サイクルにおける２ｋ個のサンプリング電圧Ｖｉがメモリ１７に蓄積されると、現サイクル及び基準サイクルにおける２ｋ個のサンプリング電圧Ｖｉが演算処理部１６により読み出される。すなわち、図３の例では、現サイクルの最後のサンプリング電圧Ｖｉ、つまり時刻ｔ０における最新のサンプリング電圧Ｖｉを「Ｖ０」としたときに、現サイクルにおける２ｋ個のサンプリング電圧Ｖ０〜Ｖ２ｋ−１がメモリ１７から読み出される。また、基準サイクルの最後のサンプリング電圧Ｖｉ、つまり時刻ｔｎにおけるサンプリング電圧Ｖｉを「Ｖ２ｋｎ」としたときに、基準サイクルにおける２ｋ個のサンプリング電圧Ｖ２ｋｎ〜Ｖ２ｋ（ｎ＋１）−１がメモリ１７から読み出される。
【００４３】
演算処理部１６は、デジタルフィルタ処理により、読み出した現サイクル及び基準サイクルのサンプリング電圧Ｖｉに基づいて、現サイクル及び基準サイクルそれぞれの１サイクルの系統基本波電圧成分（ここでは、線間電圧Ｖａｂのベクトル量）の余弦成分（ｃｏｓ成分）Ｖｃ及び正弦成分（ｓｉｎ成分）Ｖｓを算出する。これらｃｏｓ成分Ｖｃ及びｓｉｎ成分Ｖｓは、系統基本波の定格周波数をｆｏとし、サンプリング周波数を２ｋ・ｆｏとしたときに、以下の式１及び式２により求めることができる。
【００４４】
【数１】
0006544109.tif 000002
【００４５】
【数２】
0006544109.tif 000003
ここで、現サイクルのｃｏｓ成分ＶｃをＶｃ０とし、現サイクルのｓｉｎ成分ＶｓをＶｓ０とすると、ｃｏｓ成分Ｖｃ０及びｓｉｎ成分Ｖｓ０は、現サイクルにおける２ｋ個のサンプリング電圧Ｖ０〜Ｖ２ｋ−１から求められる。すなわち、上記式１及び式２におけるサンプリング電圧Ｖｉをサンプリング電圧Ｖ０〜Ｖ２ｋ−１として求めたｃｏｓ成分Ｖｃ及びｓｉｎ成分Ｖｓがそれぞれ現サイクルのｃｏｓ成分Ｖｃ０及びｓｉｎ成分Ｖｓ０となる。同様に、基準サイクルのｃｏｓ成分ＶｃをＶｃｎとし、基準サイクルのｓｉｎ成分ＶｓをＶｓｎとすると、基準サイクルのｃｏｓ成分Ｖｃｎ及びｓｉｎ成分Ｖｓｎは、基準サイクルにおける２ｋ個のサンプリング電圧Ｖ２ｋｎ〜Ｖ２ｋ（ｎ＋１）−１から求められる。
【００４６】
但し、式１及び式２により算出したｃｏｓ成分Ｖｃ０，Ｖｃｎ及びｓｉｎ成分Ｖｓ０，Ｖｓｎには、電力系統３の系統周波数が変動したときに、その変動に基づくゲイン変動及び位相変動が含まれる。このため、ｃｏｓ成分Ｖｃ０，Ｖｃｎ及びｓｉｎ成分Ｖｓ０，Ｖｓｎに基づいて電圧位相の比較を行うと、その比較結果に系統周波数の変動の影響が含まれてしまう。そこで、演算処理部１６は、以下の式３〜式６により、系統周波数の変動に基づくｃｏｓ成分Ｖｃ０，Ｖｃｎ及びｓｉｎ成分Ｖｓ０，Ｖｓｎにおける位相ずれを補正している。
【００４７】
【数３】
0006544109.tif 000004
【００４８】
【数４】
0006544109.tif 000005
【００４９】
【数５】
0006544109.tif 000006
【００５０】
【数６】
0006544109.tif 000007
上記式３及び式５におけるΔは周波数変動差であり、以下の式により求めることができる。
【００５１】
【数７】
0006544109.tif 000008
上記式７における「ｆａ」は現在の周波数を示す平均周波数であり、例えば周波数計測回路１５により測定された周波数ｆに基づいて求めることができる。例えば、演算処理部１６は、メモリ１７に保持されている最新の所定数の周波数ｆを平均することにより、周波数の急変等を除去した平均周波数ｆａを算出することができる。このように、周波数変動差Δは、定格周波数ｆｏに対する平均周波数ｆａ（現在の周波数）の変動割合を示している。
【００５２】
続いて、図４に示すように、演算処理部１６は、補正後の基準サイクルのｃｏｓ成分Ｖｃｎ´及びｓｉｎ成分Ｖｓｎ´のベクトルαを基準にして、補正後の現サイクルのｃｏｓ成分Ｖｃ０´及びｓｉｎ成分Ｖｓ０´のベクトルβの位相が、進み方向又は遅れ方向に整定値θ以上ずれているか否かを検出する。本例の演算処理部１６は、補正後の基準サイクルにおける線間電圧Ｖａｂのベクトルαを基準にして、補正後の現サイクルにおける線間電圧Ｖａｂのベクトルβの位相が整定値θ以上ずれているか否かを検出する。すなわち、演算処理部１６は、ベクトルβが図４の斜線部の領域に含まれるベクトルになるか否かを検出する。具体的には、演算処理部１６は、以下の式８又は式９が成立するか否かを判定することにより、ベクトルβとベクトルαとの位相差が整定値θ以上あるか否か、つまり電圧位相の跳躍変化があるか否かを判定している。
【００５３】
【数８】
0006544109.tif 000009
【００５４】
【数９】
0006544109.tif 000010
これら式８及び式９のいずれか一方の式が成立した場合には、現サイクルのベクトルβの位相が基準サイクルのベクトルαの位相に対して整定値θ以上ずれ、ベクトルβが図４の斜線部の領域内に位置している。このため、式８及び式９のいずれか一方の式が成立した場合には、整定値θ以上の位相跳躍が発生していると判定することができる。
【００５５】
このように、電圧位相跳躍検出処理では、電力系統３の系統周波数の変動に伴う系統電圧の位相ずれを補正した上で、現サイクルの電圧位相と基準サイクルの電圧位相とを比較している。しかし、この電圧位相跳躍検出処理のみでは、ＦＲＴ要件を満足できるものではなかった。すなわち、電圧位相跳躍検出処理のみでは、電力系統３の擾乱がＦＲＴ要件の規定内であっても、整定値θ以上の位相変化が検出されると、分散電源５が電力系統３から不要解列されてしまう。このように分散電源５が不要解列されると、特に多数の分散電源５が一斉に不要解列されると、系統全体の電圧や周波数に影響を与えて系統の安定性が損なわれるおそれがある。そこで、本実施形態の演算処理部１６では、ＦＲＴ要件に規定されている電圧低下及び周波数変動では分散電源５を不要解列させないようにするために、電圧位相跳躍検出処理に加えて、電圧低下検出処理及び周波数急変検出処理を実行するようにした。これらの点について、以下に詳述する。
【００５６】
ここで、ＦＲＴ要件は、系統送電線事故に伴う系統電圧の電圧低下及び周波数変動が発生したときに、発電設備（分散電源）が運転継続する条件（つまり、電圧低下耐量及び周波数変動耐量）を既定している。
【００５７】
まず、ＦＲＴ要件における電圧低下耐量について説明する。例えば、太陽光発電設備のＦＲＴ要件では、系統の三相短絡事故の場合に、系統電圧の残電圧が定格２０％以上となる電圧低下に対しては分散電源の運転を継続し、解列しないようにする電圧低下耐量が要求される。また、太陽光発電設備のＦＲＴ要件では、系統の二相短絡事故の場合に、系統電圧の残電圧が定格５２％以上であって、位相変化が４１°以下である電圧低下に対しては分散電源の運転を継続し、解列しないようにする電圧低下耐量が要求される。
【００５８】
図５（ａ）は、系統健全時の系統電圧の三相の線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａのベクトルを示している。図５（ｂ）は、三相短絡事故時における三相の線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａのベクトルを示している。図５（ｃ）は、二相短絡事故時、具体的にはＹ結線の系統におけるｂ相とｃ相間で二相短絡事故が発生したときの三相の線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａのベクトルを示している。
【００５９】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、三相短絡事故時には、各線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａが定格電圧よりも低くなるが（例えば、定格電圧の２０％）、線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａにおける位相の変化はない。この場合には、上述した電圧位相跳躍検出処理において電圧位相の跳躍変化が検出されないため、三相短絡事故に伴って分散電源５が不要解列されることはない。
【００６０】
一方、図５（ａ）及び図５（ｃ）に示すように、二相短絡事故時には、線間電圧Ｖａｂ，Ｖｃａに比べて線間電圧Ｖｂｃが大きく低下し、線間電圧Ｖａｂ，Ｖｃａの位相が変化する。図５（ｃ）の例では、線間電圧Ｖｂｃが定格電圧の３０％まで低下し、線間電圧Ｖａｂ，Ｖｃａが定格電圧の８７％まで低下し、系統健全時（図５（ａ）参照）に対する線間電圧Ｖａｂ，Ｖｃａの位相変化が２１°となる。この場合には、線間電圧Ｖａｂ，Ｖｃａの位相変化が整定値θ以上となるため、電圧位相跳躍検出処理において位相跳躍有りと判定されてしまう。このため、電圧位相跳躍検出処理のみでは、ＦＲＴ要件に規定されている二相短絡事故時に分散電源５が不要解列される場合がある。
【００６１】
そこで、本実施形態の演算処理部１６では、電圧位相跳躍検出処理に加えて、電圧低下検出処理を実行するようにした。この電圧低下検出処理では、上記デジタルフィルタ処理により抽出された線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａのベクトル量に基づいて、線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａの電圧値が所定範囲内に収まっているか否かを判定する。例えば、二相短絡事故が発生した場合には、短絡箇所である線間電圧の電圧値が定格電圧の８０％未満の電圧値まで低下する。このため、線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａの電圧値が定格電圧の８０％未満の電圧値まで低下しているか否かを判定することにより、二相短絡事故が発生しているか否かを判定することができる。そこで、電圧低下検出処理では、定格電圧の電圧値をＶｒとしたときに、以下の式１０〜式１２の全てが成立しているか否かを判定している。
【００６２】
【数１０】
0006544109.tif 000011
【００６３】
【数１１】
0006544109.tif 000012
【００６４】
【数１２】
0006544109.tif 000013
式１０〜式１２のうち１つでも成立していない場合には、現サイクルにおいて二相短絡事故が発生していると判断することができる。
【００６５】
さらに、電圧低下検出処理では、電圧位相跳躍検出処理における基準サイクルにおいて二相短絡事故が発生しているか否かを判断するために、以下の式１３〜式１５の全てが成立しているか否かを判定している。以下の式１３〜式１５では、現サイクルよりｎサイクル前（本例では、４サイクル前）の基準サイクルにおける線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａの電圧値をそれぞれＶａｂｎ，Ｖｂｃｎ，Ｖｃａｎとしている。
【００６６】
【数１３】
0006544109.tif 000014
【００６７】
【数１４】
0006544109.tif 000015
【００６８】
【数１５】
0006544109.tif 000016
すなわち、図６に示すように、電圧低下検出処理では、現サイクルの線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａのベクトルと、基準サイクルの線間電圧Ｖａｂｎ，Ｖｂｃｎ，Ｖｃａｎのベクトルとの全てのベクトルが図中の梨地模様の領域内に位置しているか否かを判定している。このとき、式１０〜式１５のうち１つでも成立していない場合（図６に示した６つのベクトルの１つでも梨地模様の領域から外れている場合）には、現サイクル又は基準サイクルにおいて二相短絡事故が発生していると判断することができる。このように二相短絡事故が発生した場合には、上述したように、電圧位相跳躍検出処理において位相跳躍有りと検出される可能性がある。そこで、本例の演算処理部１６は、式１０〜式１５のうち１つでも成立していない場合には、位相跳躍有りと検出された場合であっても、単独運転検出信号ＤＳを生成しないようにした。これにより、現サイクル又は基準サイクルにおいてＦＲＴ要件に規定されている二相短絡事故が発生し、整定値θ以上の電圧位相の変化が検出される場合であっても、分散電源５が不要解列されることを好適に抑制することができる。
【００６９】
次に、ＦＲＴ要件における周波数変動耐量について説明する。例えば、太陽光発電設備のＦＲＴ要件では、系統周波数がステップ状に＋０．８Ｈｚ（５０Ｈｚ系統に連系する場合）又は＋１．０Ｈｚ（６０Ｈｚ系統に連系する場合）だけ変化して３サイクル間継続する周波数変動（ステップ上昇）に対しては分散電源の運転を継続し、解列しないようにする周波数変動耐量が要求される。
【００７０】
すなわち、図７に示すように、定格周波数ｆｏが５０Ｈｚの場合には、系統周波数が５０Ｈｚから５０．８Ｈｚに変化して３サイクル（０．０６ｓ）間継続する周波数変動（図中梨地模様参照）に対しては分散電源５の運転を継続する必要がある。しかし、系統周波数がステップ上昇した場合には、そのステップ上昇前後で電圧位相が変化した様に見える。この場合には、ステップ上昇前後における電圧位相の変化が整定値θ（例えば、１０°）以上となる場合があるため、電圧位相跳躍検出処理において位相跳躍有りと判定される可能性がある。このため、電圧位相跳躍検出処理のみでは、ＦＲＴ要件に規定されている周波数変動（ステップ上昇）時に分散電源５が不要解列される場合がある。
【００７１】
また、太陽光発電設備のＦＲＴ要件では、ランプ状の±２Ｈｚ／ｓの系統周波数の周波数変動に対しては運転を継続し、解列しないようにする周波数変動耐量が要求される。このＦＲＴ要件では、定格周波数が５０Ｈｚの場合には、系統周波数の上限が５１．５Ｈｚ、下限が４７．５Ｈｚにそれぞれ制限され、定格周波数が６０Ｈｚの場合には、系統周波数の上限が６１．８Ｈｚ、下限が５７．０Ｈｚにそれぞれ制限されている。
【００７２】
すなわち、図８に示すように、定格周波数ｆｏが５０Ｈｚの場合には、系統周波数が＋２Ｈｚ／ｓの変化率で５１．５Ｈｚまで上昇する周波数変動、及び系統周波数が−２Ｈｚ／ｓの変化率で４７．５Ｈｚまで低下する周波数変動（図中梨地模様の領域参照）に対しては分散電源５の運転を継続する必要がある。しかし、系統周波数が−２Ｈｚ／ｓの変化率で変動した場合には、その周波数変動（ランプ変動）により電圧位相が変化した様に見える。この場合には、ランプ変動時における電圧位相の変化が整定値θ以上となる場合があるため、電圧位相跳躍検出処理において位相跳躍有りと判定される可能性がある。このため、電圧位相跳躍検出処理のみでは、ＦＲＴ要件に規定されている周波数変動（ランプ変動）時に分散電源５が不要解列される場合がある。
【００７３】
このように系統周波数に周波数変動が生じると、系統の電圧位相に変化が生じた様に見える。これとは反対に、系統の電圧位相に変化が生じた場合には、系統周波数に周波数変動が生じた様に見える。
【００７４】
図９は、＋０．８Ｈｚのステップ上昇と３°の位相跳躍時とにおける系統周波数の周波数変動の見え方を示している。図９に示すように、３°の位相跳躍時には、−０．４Ｈｚ程度の周波数変動が見られる。この３°の位相跳躍に起因した周波数変動は、ステップ上昇と同様に、瞬時的に発生している。すなわち、３°の位相跳躍発生に伴って、系統周波数が急変している。この位相跳躍に伴って急変したときの系統周波数ｆｃは、変化した位相をθｃとすると、以下の式で求めることができる。
【００７５】
【数１６】
0006544109.tif 000017
上記式１６から、＋０．８Ｈｚのステップ上昇は、約５．８°の位相跳躍に伴う周波数変動に相当することが分かる。また、整定値θが１０°に設定されている場合に、その整定値θの位相跳躍が発生した場合には、上記式１６から、系統周波数は５０Ｈｚから４８．６Ｈｚ又は５１．４Ｈｚまで急変することが分かる。このように、＋０．８Ｈｚのステップ上昇による周波数変動量（＝０．８Ｈｚ）は、整定値θ（＝１０°）の位相跳躍に伴う周波数変動量（＝１．４Ｈｚ）よりも小さくなる。
【００７６】
一方、ランプ変動による周波数変動量は、最大で２．５Ｈｚとなるため、整定値θ（＝１０°）の位相跳躍による周波数変動量（＝１．４Ｈｚ）よりも大きくなる。但し、ランプ変動は、ステップ上昇や位相跳躍に伴う周波数変動に比べて、単位時間当たりの周波数の変動量が小さい。例えば、ランプ変動では、整定値θ（＝１０°）の位相跳躍に伴う周波数変動量である１．４Ｈｚの分だけ変動（つまり、５０Ｈｚから４８．６Ｈｚまで変動）するのに０．７ｓ（系統基本波の３５周期分）の時間がかかる。これに対し、位相跳躍による周波数変動では、０．０４ｓ程度（系統基本波の２周期程度）という短い時間で５０Ｈｚから４８．６Ｈｚまで変動（急変）する。
【００７７】
以上のことから、ランプ変動による変動時間よりも短い期間内に、ステップ上昇による周波数変動量よりも大きな周波数変動が生じたか否かを検出することにより、ＦＲＴ要件に規定されている周波数変動（ステップ上昇又はランプ変動）が生じているか否かを判定することができる。そこで、演算処理部１６では、電圧位相跳躍検出処理に加えて、整定値θ相当の周波数急変が生じているか否かを検出する周波数急変検出処理を実行するようにした。
【００７８】
図１０に示すように、本例の周波数急変検出処理では、所定の微小期間（第１期間）Ｔ１において、整定値θ程度の位相跳躍が発生したときの周波数変動量ΔＦ以上の周波数変動が生じているか否かを判定する。
【００７９】
ここで、微小期間Ｔ１は、例えば、現サイクルと基準サイクルとのサイクル差ｎ分の時間、つまりｎサイクル分の時間よりも短い時間に設定することができる。例えば、微小期間Ｔ１は、系統基本波の２〜３サイクル分の時間（４０〜６０ｍｓ）に設定することができる。周波数変動量ΔＦは、ＦＲＴ要件に規定されているステップ上昇による周波数変動量（＝０．８Ｈｚ）よりも大きい変動量に設定されている。また、周波数変動量ΔＦは、整定値θ以上の位相跳躍（つまり、系統停止による位相跳躍）が発生した場合に単独運転状態を確実に検出できるように、整定値θの位相跳躍が発生したときの周波数変動量よりも小さい変動量に設定することが好ましい。本例の周波数変動量ΔＦは、整定値θよりも小さい位相θｂ分の位相跳躍が発生したときの周波数変動量に設定されている。この場合の周波数変動量ΔＦは、以下の式により求めることができる。
【００８０】
【数１７】
0006544109.tif 000018
なお、位相θｂは、例えば整定値θが１０°である場合には、その整定値θの６６％〜８０％程度の位相（つまり、６．６°〜８°）に設定することができる。
【００８１】
次に、周波数急変検出処理における具体的な処理の一例について説明する。
周波数計測回路１５は、測定電圧Ｖｔから系統基本波周波数ｆを算出する際に生成するカウントデータ、つまり系統基本波の所定位相（ここでは、９０°）間隔で生成するカウントデータを演算処理部１６に順次供給する。演算処理部１６は、例えば、系統基本波の１サイクルの間に得られる複数個（ここでは、４個）のカウントデータに基づいて、系統基本波周波数ｆにおける急変の発生を検出する。例えば、演算処理部１６は、４個のカウントデータの中の最小カウント値と最大カウント値とのカウント差が所定値（例えば、４〜８カウント）以上となった場合に、系統基本波周波数ｆの急変を検出する。すなわち、４個のカウントデータを生成する期間中（ここでは、１サイクルの間）にランプ変動では生じ得ない大きな周波数変動が生じたことを検出した場合に、系統基本波周波数ｆの急変の発生を検出することができる。ここで、上記所定値は、ＦＲＴ要件に規定されているランプ変動における最大の変化率である±２Ｈｚ／ｓよりも大きな変化率の周波数変動によって生じるカウント差に設定されている。したがって、ランプ変動では、最小カウント値と最大カウント値とのカウント差が所定値以上にならないため、系統基本波周波数ｆの急変の発生が検出されることはない。なお、系統基本波周波数ｆの急変発生を検出する期間（第２期間）は、微小期間Ｔ１よりも短い期間であって、本例では系統基本波の１サイクル分の時間に設定されている。
【００８２】
図１０に示したステップ上昇及び位相跳躍の例では、時刻ｔ２において、最小カウント値と最大カウント値との差が所定値以上となって、系統基本波周波数ｆの急変（ここでは、急増）が検出されたとする。このように系統基本波周波数ｆの急変が検出されると、演算処理部１６は、例えば、急変を検出した時刻ｔ２から時刻ｔ３までの微小期間（第３期間）Ｔ２の中で周波数変動量ΔＦ以上の周波数変動が生じるか否かを検出する。ここで、微小期間Ｔ２は、上記微小期間Ｔ１よりも短い期間であって、例えば２０〜４０ｍｓ程度（本例では、４０ｍｓ）の時間に設定することができる。
【００８３】
演算処理部１６は、例えば、微小期間Ｔ２において、所定の周期（例えば、１０ｍｓ）毎に周波数計測回路１５で計測される系統基本波周波数ｆ（図中の各プロット点参照）と、時刻ｔ２直前に算出された平均周波数ｆａ（例えば、時刻ｔ１で算出された平均周波数ｆａ）との差分Δｆが周波数変動量ΔＦ以上となるか否かを判定する。このため、微小期間Ｔ２では、最新の系統基本波周波数ｆと、時刻ｔ２直前に算出された平均周波数ｆａとの比較が複数回（ここでは、４回）実行される。このとき、図１０に示すように、整定値θ以上の位相跳躍では、差分Δｆが周波数変動量ΔＦよりも大きくなる一方で、ステップ上昇では、差分Δｆが周波数変動量ΔＦよりも大きくなることはない。このため、微小期間Ｔ２内に差分Δｆが周波数変動量ΔＦ以上になったか否かを検出することで、周波数急変が、位相跳躍及びＦＲＴ要件に規定されているステップ上昇のいずれに起因するものであるかを判定することができる。すなわち、微小期間Ｔ２内に周波数変動量ΔＦ以上となる差分Δｆを検出できない場合には、整定値θ以上の位相跳躍（つまり、系統停止による位相跳躍）が発生していないと判断することができる。
【００８４】
そこで、本例の演算処理部１６は、微小期間Ｔ１内で周波数変動量ΔＦ以上の周波数変動が検出されなければ（つまり、整定値θ相当の周波数急変が検出されなければ）、単独運転検出信号ＤＳを生成しないようにしている。これにより、ＦＲＴ要件に規定されている周波数変動（ステップ上昇又はランプ変動）が発生して整定値θ以上の電圧位相の変化が検出される場合であっても、分散電源５が不要解列されることを好適に抑制することができる。
【００８５】
なお、演算処理部１６は、サンプリング電圧Ｖｉから系統基本波電圧成分を抽出する抽出手段と、電圧位相跳躍検出手段と、電圧低下検出手段と、周波数急変検出手段と、単独運転検出手段として機能する。
【００８６】
次に、単独運転検出装置１０（主に、演算処理部１６）の動作について説明する。
図１１に示すステップＳ１では、固定周波数サンプリング方式により、測定電圧Ｖｔｆがサンプルホールドされ、最新のサンプリング値のホールド出力がデジタルのサンプリング電圧Ｖｉに変換され、そのサンプリング電圧Ｖｉが演算処理部１６に入力される。そして、演算処理部１６は、最新のサンプリング電圧Ｖｉをメモリ１７のＲＡＭに書き込む。
【００８７】
次に、ステップＳ２では、所定の周期毎に、測定電圧Ｖｔｆ（例えば、線間電圧Ｖａｂ）から最新の系統基本波周波数ｆが計測され、その最新の系統基本波周波数ｆが演算処理部１６に入力される。そして、演算処理部１６は、最新の系統基本波周波数ｆをメモリ１７のＲＡＭに書き込む。このとき、演算処理部１６には、系統基本波周波数ｆを算出する際に生成されるカウントデータも入力される。
【００８８】
続いて、演算処理部１６は、メモリ１７に保持されている最新の所定数の系統基本波周波数ｆを読み出し、それら所定数の系統基本波周波数ｆを平均化して平均周波数ｆａを算出する（ステップＳ３）。
【００８９】
次いで、ステップＳ４において、演算処理部１６は、メモリ１７から現サイクルにおける２ｋ個のサンプリング電圧Ｖｉを読み出し、上記式１及び式２から、現サイクルの系統基本波電圧成分（ここでは、線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａ）のｃｏｓ成分Ｖｃ０及びｓｉｎ成分Ｖｓ０を算出する。また、演算処理部１６は、メモリ１７から基準サイクルにおける２ｋ個のサンプリング電圧Ｖｉを読み出し、上記式１及び式２から、基準サイクルの系統基本波電圧成分（ここでは、線間電圧Ｖａｂｎ，Ｖｂｃｎ，Ｖｃａｎ）のｃｏｓ成分Ｖｃｎ及びｓｉｎ成分Ｖｓｎを算出する。
【００９０】
次に、演算処理部１６は、先のステップＳ３で算出した平均周波数ｆａに基づいて、上記式７から周波数変動差Δ（＝（ｆａ−ｆｏ）／ｆｏ）を算出する（ステップＳ５）。続いて、演算処理部１６は、上記式３〜式６に基づいて、例えば線間電圧Ｖａｂの成分Ｖｃ０，Ｖｓ０を成分Ｖｃ０´，Ｖｓ０´にそれぞれ補正し、例えば線間電圧Ｖａｂｎの成分Ｖｃｎ，Ｖｓｎを成分Ｖｃｎ´，Ｖｓｎ´にそれぞれ補正する（ステップＳ６）。
【００９１】
次いで、演算処理部１６は、先のステップＳ１〜Ｓ６で入力及び算出した各数値に基づいて、分散電源５が単独運転状態にあるか否かを検出する（ステップＳ７）。
図１２は、ステップＳ７における単独運転検出処理の動作シーケンスを示している。図１２に示すように、本例の単独運転検出処理では、条件Ｃ１〜Ｃ６の全ての条件を満たし、且つ条件Ｃ７，Ｃ８のいずれか一方の条件を満たし、且つ条件Ｃ９を満たしたときに、分散電源５が単独運転状態であると検出する。この単独運転検出処理を以下に詳述する。
【００９２】
条件Ｃ１〜Ｃ６は、上記式１０〜式１５にそれぞれ対応しており、現サイクルの線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａ及び基準サイクルの線間電圧Ｖａｂｎ，Ｖｂｃｎ，Ｖｃａｎが所定範囲に収まっているか否かを判定するための条件である。換言すると、条件Ｃ１〜Ｃ６は、系統に二相短絡事故が発生しているか否かを判定するための条件である。
【００９３】
判定処理２１〜２６では、条件Ｃ１〜Ｃ６のそれぞれが成立したか否かが判定される。例えば、判定処理２１では、所定回数連続して条件Ｃ１（式１０）が成立した場合に、その条件Ｃ１が成立したと判定する。判定処理２２〜２６も同様に、所定回数連続して条件Ｃ２〜Ｃ６が成立した場合に、それら条件Ｃ２〜Ｃ６がそれぞれ成立したと判定する。そして、判定処理２７では、判定処理２１〜２６において条件Ｃ１〜Ｃ６の全てが成立したと判定されたときに、条件Ｃ１〜Ｃ６の全てが重畳された条件Ｃ１０が生成される。この場合には、各線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａ，Ｖａｂｎ，Ｖｂｃｎ，Ｖｃａｎが所定範囲（０．８Ｖｒ〜１．２Ｖｒ）に収まっており、二相短絡事故が発生していないと判断することができる。一方、判定処理２１〜２６において、条件Ｃ１〜Ｃ６のうち１つでも条件が成立していないと判定されると、判定処理２７では、条件Ｃ１０が生成されない。この場合には、二相短絡事故が発生していると判断することができる。
【００９４】
条件Ｃ７，Ｃ８は、上記式８及び式９にそれぞれ対応しており、基準サイクルの電圧位相に対して現サイクルの電圧位相が整定値θ以上変化しているか否か、つまり電圧位相の跳躍変化があるか否かを判定するための条件である。判定処理２８では、条件Ｃ７，Ｃ８（式８及び式９）のいずれか一方の条件が所定回数連続して成立した場合に、そのいずれか一方の条件が成立したと判定する。すなわち、図２で説明したように、位相跳躍変化有りとの比較結果が２回以上連続して発生した場合に、整定値θ以上の位相跳躍変化があると判定する。
【００９５】
判定処理２９では、判定処理２７で条件Ｃ１０が生成され、且つ判定処理２８で条件Ｃ７，Ｃ８のいずれか一方が成立していると判定された場合に、条件Ｃ７，Ｃ８と条件Ｃ１０を重畳した条件Ｃ１１が生成される。この場合には、判定処理２７で二相短絡事故が発生していないと判断され、且つ判定処理２８で位相跳躍変化があると判断されているため、二相短絡事故に起因していない位相跳躍変化が生じていると判断することができる。一方、判定処理２９では、判定処理２７で条件Ｃ１０が生成されていないと（つまり、二相短絡事故が発生していると判断されると）、判定処理２８で位相跳躍変化があると判定された場合であっても、単独運転検出信号ＤＳを生成しないように動作する。これは、この場合の位相跳躍変化が二相短絡事故に起因して生じたものであると判断できるためである。このような動作により、ＦＲＴ要件に規定されている電圧低下（二相短絡事故）に起因して整定値θ以上の電圧位相変化が生じる場合に、分散電源５が不要解列されることを抑制できる。
【００９６】
判定処理３０では、条件Ｃ１１が所定回数連続して成立した場合に、その条件Ｃ１１が成立したと判定する。
一方、条件Ｃ９は、整定値θ相当の周波数急変が発生したか否かを判定するための条件である。すなわち、条件Ｃ９は、微小期間Ｔ１，Ｔ２において周波数変動量ΔＦ以上の周波数変動を検出した場合に成立する条件である。判定処理３１では、例えば、微小期間Ｔ１，Ｔ２内で周波数変動量ΔＦ以上の周波数変動が１回でも検出されると、条件Ｃ９が成立したと判定する。この場合には、ＦＲＴ要件に規定されているステップ上昇やランプ変動では生じ得ない周波数急変が発生していることから、それらステップ上昇及びランプ変動が生じていないと判断することができる。
【００９７】
判定処理３２では、判定処理３０で条件Ｃ１１が成立していると判定され、且つ判定処理３１で条件Ｃ９が成立していると判定された場合に、分散電源５が単独運転状態であると判定する。この場合には、条件Ｃ１〜Ｃ６の全てが成立し、且つ条件Ｃ７，Ｃ８のいずれか一方の条件が成立し、且つ条件Ｃ９が成立している。そして、判定処理３０で二相短絡事故に起因しない位相跳躍変化があると判定され、判定処理３１でステップ上昇及びランプ変動が生じていないと判定されている。このため、この場合には、ＦＲＴ要件に規定されている電圧低下及び周波数変動（ステップ上昇及びランプ変動）に起因していない位相跳躍変化、つまり系統停止による位相跳躍変化が発生していると判断することができ、分散電源５の単独運転状態を迅速に検出することができる。そして、分散電源５の単独運転状態を検出した場合には（図１１のステップＳ７でＹＥＳ）、単独運転検出信号ＤＳが生成される（ステップＳ８）。これにより、系統停止によって位相跳躍変化が発生した場合、つまり分散電源５の単独運転時には、分散電源５を電力系統３から確実に解列させることができる。
【００９８】
一方、判定処理３２では、条件Ｃ９が成立していないと判定されると、判定処理２８〜３０で二相短絡事故に起因しない位相跳躍変化があると判定された場合であっても、単独運転検出信号ＤＳを生成しないように動作する（図１１のステップＳ７でＮＯ）。これは、この場合の位相跳躍変化がＦＲＴ要件に規定されているステップ上昇又はランプ変動に起因して生じたものであると判断できるためである。このような動作により、ＦＲＴ要件に規定されている電圧低下（二相短絡事故）又は周波数変動（ランプ上昇又はランプ変動）に起因して整定値θ以上の電圧位相変化が生じる場合に、分散電源５が不要解列されることを抑制できる。
【００９９】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）電圧位相の跳躍変化の検出という条件に加えて、整定値θ相当の周波数急変の検出という条件を、分散電源５の単独運転状態の検出条件に加えるようにした。すなわち、整定値θ以上の電圧位相変化があることを検出し、且つＦＲＴ要件で規定されているステップ上昇による周波数急変よりも大きな周波数急変が生じたことを検出したときに、分散電源５の単独運転状態を検出するようにした。換言すると、上記大きな周波数急変、つまり周波数変動量ΔＦ以上の周波数急変が生じていない場合、例えばＦＲＴ要件に規定されているステップ上昇やランプ変動が生じている場合には、整定値θ以上の電圧位相変化があっても、分散電源５の単独運転状態を検出しないようにした。これにより、ＦＲＴ要件に規定されている周波数変動（ランプ上昇又はランプ変動）に起因して整定値θ以上の電圧位相変化が生じる場合に、分散電源５が不要解列されることを抑制できる。その一方で、周波数変動量ΔＦ以上の周波数急変が発生した場合、つまり系統停止等によって整定値θ以上の電圧位相変化が生じた場合には、分散電源５を電力系統３から確実に解列させることができる。
【０１００】
このように、単独運転検出装置１０によれば、電力系統の擾乱がＦＲＴ要件を満たす場合には分散電源５を不要解列させずに運転を継続させることができるとともに、分散電源５の単独運転時には分散電源５を電力系統３から確実に解列させることができる。
【０１０１】
（２）さらに、周波数変動量ΔＦ以上の周波数急変の検出という条件を単独運転状態の検出条件に加えたことにより、ステップ上昇がＦＲＴ要件で規定されている期間（３サイクル）よりも長い期間（例えば、４サイクル以上）継続した場合であっても、そのステップ上昇に伴って、分散電源５が不要解列されることを抑制できる。すなわち、ステップ上昇が４サイクル以上継続した場合であっても、周波数変動量ΔＦ以上の周波数急変は生じないため、上記ステップ上昇に伴って分散電源５が不要解列されることを抑制できる。
【０１０２】
（３）さらに、三相の線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａの全てが定格電圧Ｖｒの８０％以上であるという条件を、分散電源５の単独運転状態の検出条件に加えるようにした。すなわち、三相の線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａの全てが定格電圧Ｖｒの８０％以上であることを検出し、且つ整定値θ以上の電圧位相変化があることを検出し、且つ周波数変動量ΔＦ以上の周波数急変が生じたことを検出したときに、分散電源５の単独運転状態を検出するようにした。換言すると、線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａのうち１つでも定格電圧Ｖｒの８０％未満まで低下している場合、つまり系統に二相短絡事故が発生している場合には、整定値θ以上の電圧位相変化があっても、分散電源５の単独運転状態を検出しないようにした。これにより、ＦＲＴ要件に規定されている電圧低下（二相短絡事故）に起因して整定値θ以上の電圧位相変化が生じる場合に、分散電源５が不要解列されることを抑制できる。
【０１０３】
（４）電圧低下検出処理において、三相の線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａの全てが定格電圧Ｖｒの８０％以上であるか否かを検出するようにした。これにより、ａ相、ｂ相、ｃ相のいずれの箇所で二相短絡事故が発生したとしても、その二相短絡事故を検出することができる。このため、いずれの箇所で二相短絡事故が発生したとしても、その二相短絡事故に伴って分散電源５が不要解列されることを抑制できる。
【０１０４】
（５）周波数急変検出処理において、系統基本波周波数ｆの急変の発生検出から微小期間Ｔ２の間に、上記発生検出の直前に算出された平均周波数ｆａと、最新の系統基本波周波数ｆとの差分Δｆが周波数変動量ΔＦ以上となるか否かを検出するようにした。このように、定格周波数ｆｏからの変動量ではなく、上記発生検出の直前の平均周波数ｆａからの変動量を差分Δｆとしたため、周波数急変の発生前の系統基本波周波数ｆが定格周波数ｆｏから変動している場合であっても、周波数変動量ΔＦ以上の周波数変動が発生したか否かを精度良く検出することができる。
【０１０５】
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態における周波数急変検出処理は、整定値θ相当の周波数急変を検出することが可能な方法であれば、その方法は特に限定されない。すなわち、周波数急変検出処理では、ＦＲＴ要件に規定されているステップ上昇及びランプ変動では生じ得ない程に大きな周波数急変を検出することができれば良い。
【０１０６】
例えば上記実施形態の周波数急変検出処理では、微小期間Ｔ２において、系統基本波周波数ｆと平均周波数ｆａとの差分Δｆが周波数変動量ΔＦ以上であるか否かを判定するようにした。これに限らず、例えば、微小期間Ｔ２において、系統基本波周波数ｆと定格周波数ｆｏとの差分が周波数変動量ΔＦ以上であるか否かを判定するようにしてもよい。この場合には、周波数変動量ΔＦを、周波数急変の発生直前に生じうる系統基本波周波数ｆの変動分を考慮して設定することが好ましい。
【０１０７】
また、上記実施形態の周波数急変検出処理では、周波数計測回路１５からのカウントデータに基づいて周波数急変の発生を検出した後に、所定の微小期間Ｔ２で周波数変動量ΔＦ以上の周波数変動が生じるか否かを検出するようにした。これに限らず、例えば所定の微小期間Ｔ１内で生成される複数個の系統基本波周波数ｆの最小値と最大値との差分が周波数変動量ΔＦ以上になっているか否かを検出するようにしてもよい。この場合には、最新の系統基本波周波数ｆが生成される毎に、上記最小値と最大値との差分の算出と、その差分と周波数変動量ΔＦとの比較とが実行される。
【０１０８】
・上記実施形態の電圧低下検出処理では、各線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａ，Ｖａｂｎ，Ｖｂｃｎ，Ｖｃａｎの電圧値が、定格電圧Ｖｒの８０％以上１２０％以下の電圧範囲に収まっているか否かを判定するようにした。これに限らず、上記電圧範囲は、定格電圧Ｖｒの８０％以上１２０％以下の電圧範囲に限らず、例えば、二相短絡事故時等における各線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａ，Ｖａｂｎ，Ｖｂｃｎ，Ｖｃａｎの電圧低下を検出可能な電圧範囲であれば特に限定されない。例えば、各線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａ，Ｖａｂｎ，Ｖｂｃｎ，Ｖｃａｎの電圧値が、定格電圧Ｖｒの８０％以上の電圧値であるか否かのみを判定するようにしてもよい。また、各線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａ，Ｖａｂｎ，Ｖｂｃｎ，Ｖｃａｎの電圧値が、定格電圧Ｖｒの７５％以上の電圧値であるか否かを判定するようにしてもよい。これらの場合であっても、系統に二相短絡事故が発生したか否かについて判断することができる。
【０１０９】
・上記実施形態では、固定周波数サンプリング方式により、測定電圧Ｖｔｆからサンプリング電圧Ｖｉの生成を行うようにした。これに限らず、例えば、固定周波数サンプリング方式の代わりにいわゆる同期サンプリング方式を採用するようにしてもよい。この場合には、例えば周波数計測回路１５により計測された系統基本波周波数ｆに基づいて、その系統基本波周波数ｆに同期して動作するＰＬＬ同期回路を単独運転検出装置１０内に設ける。そして、ＰＬＬ同期回路により生成されるクロックパルス（つまり、系統基本波周波数ｆに同期したクロックパルス）に基づいて、系統基本波周波数ｆに同期したサンプリング周波数でサンプリング電圧Ｖｉの生成を行うようにしてもよい。この同期サンプリング方式の場合には、系統周波数の変動に伴う電圧位相の補正を省略することができるため、演算処理部１６の演算負担等を軽減することができる。
【０１１０】
・図１では、電力系統３に接続された分散電源５を１つのみ図示したが、複数の分散電源５を電力系統３に接続するようにしてもよい。この場合に、互いに異なる種類の分散電源５を電力系統３に接続するようにしてもよい。さらに、単独運転検出装置１０は、それら複数種類の分散電源５の単独運転状態を検出することができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１…商用電源、３…電力系統、５…分散電源、１０…単独運転検出装置、１３…サンプルホールド回路（サンプリング電圧生成手段）、１４…Ａ／Ｄ変換回路（サンプリング電圧生成手段）、１５…周波数計測回路（周波数計測手段）、１６…演算処理部。
【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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【図６】
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【図７】
0006544109.tif 000025
【図８】
0006544109.tif 000026
【図９】
0006544109.tif 000027
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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