(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１相の交流電圧と前記第１相の交流電圧に対して位相がずれた第２相の交流電圧と前記第１相の交流電圧および前記第２相の交流電圧に対して位相がずれた第３相の交流電圧を出力する３相電源に連系する電力変換部の単独運転を検出する能動型の単独運転検出装置であって、
前記３相電源の第１相の交流電圧の周波数を示す第１相周波数を取得する第１相周波数取得部と、
前記３相電源の第２相の交流電圧の周波数を示す第２相周波数を取得する第２相周波数取得部と、
前記３相電源の第３相の交流電圧の周波数を示す第３相周波数を取得する第３相周波数取得部と、
前記第１相周波数、前記第２相周波数および前記第３相周波数の少なくとも１つに基づいて、前記３相電源の周波数の変化量を導出する周波数変化量導出部と、
前記変化量に基づいて、前記電力変換部の制御に用いられる基準交流の信号の位相と、前記３相電源が出力する交流電圧の位相との差を示す位相差を推定する位相差推定部と、
前記第１相周波数、前記第２相周波数、および前記第３相周波数の少なくとも１つと、前記位相差とに基づいて、前記電力変換部から出力させる電力に関する計画値を導出する計画値導出部と、
を備え、
前記計画値導出部は、前記第１相周波数、前記第２相周波数および前記第３相周波数のいずれかが基準範囲外であった場合に、基準範囲内にある前記第１相周波数、前記第２相周波数および前記第３相周波数のいずれかに基づき前記計画値を導出する、単独運転検出装置。
【請求項２】
前記位相差推定部は、前記３相電源の周波数の変化に対する前記基準交流の信号の位相変化の応答特性を表す伝達関数にさらに基づいて、前記位相差を推定する。請求項１に記載の単独運転検出装置。
【請求項３】
前記周波数変化量導出部は、前記第１相周波数取得部により取得された第１相周波数が基準範囲外であった場合、前記第２相周波数取得部により取得された第２相周波数に基づいて、前記３相の交流電源の周波数の変化量を導出する、請求項１または請求項２に記載の単独運転検出装置。
【請求項４】
前記周波数変化量導出部は、前記第２相周波数取得部により取得された第２相周波数が基準範囲外になるまで、前記第２相周波数取得部により取得された第２相周波数に基づく、前記３相の交流電源の周波数の変化量の導出を継続する、請求項３に記載の単独運転検出装置。
【請求項５】
前記第１相周波数取得部により取得された第１相周波数が前記基準範囲外であった場合、前記周波数変化量導出部は、前記第２相周波数取得部により取得された第２相周波数に基づいて前記変化量が導出できるまで、前記第１相周波数取得部により取得された過去の第１相周波数に基づいて、前記変化量を導出する、請求項３または請求項４に記載の単独運転検出装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の単独運転検出装置と、
前記電力変換部と
前記電力変換部を制御する制御装置と
を備える、電力変換システム。
【請求項７】
前記電力変換部に直流電力を出力する分散型電源
をさらに備える、請求項６に記載の電力変換システム。
【請求項８】
第１相の交流電圧と前記第１相の交流電圧に対して位相がずれた第２相の交流電圧と前記第１相の交流電圧および前記第２相の交流電圧に対して位相がずれた第３相の交流電圧を出力する３相電源に連系する電力変換部の単独運転を検出する能動型の単独運転検出方法であって、
前記３相電源の第１相の交流電圧の周波数を示す第１相周波数を取得する段階と、
前記３相電源の第２相の交流電圧の周波数を示す第２相周波数を取得する段階と、
前記３相電源の第３相の交流電圧の周波数を示す第３相周波数を取得する段階と、
前記第１相周波数、前記第２相周波数および前記第３相周波数の少なくとも１つに基づいて、前記３相電源の周波数の変化量を導出する段階と、
前記変化量に基づいて、前記電力変換部の制御に用いられる基準交流の信号の位相と、前記３相電源が出力する交流電圧の位相との差を示す位相差を推定する段階と、
前記第１相周波数、前記第２相周波数、および前記第３相周波数の少なくとも１つと、前記位相差とに基づいて、前記電力変換部から出力させる電力に関する計画値を導出する段階と、
を備え、
前記計画値を導出する段階は、前記第１相周波数、前記第２相周波数および前記第３相周波数のいずれかが基準範囲外であった場合に、基準範囲内にある前記第１相周波数、前記第２相周波数および前記第３相周波数のいずれかに基づき前記計画値を導出する、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、単独運転装置、電力変換システム、および単独運転検出方に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、系統電源と連系するパワーコンディショナの単独運転を検出する単独運転検出装置が、系統電源の交流電圧と、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）から出力される交流信号との位相差に基づいて、無効電流指令値を補正することが開示されている。
特許文献１  特開２００８−６１３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで低圧配電線と連系する太陽光発電設備はＦＲＴ（Ｆａｕｌｔ  Ｒｉｄｅ  Ｔｈｒｏｕｇｈ）要件を満たす必要がある。３相の太陽光発電設備のＦＲＴ要件というのは瞬時電圧低下または周波数変動に対して、インバータをゲートブロックせず並列運転し、可能な範囲で発電出力を継続することである。例えば残電圧が２０％未満で継続時間が１秒以内の電圧低下に対しては運転を継続し、電圧復帰後１秒以内に電圧低下前の出力の８０％以上の出力まで復帰することが挙げられる。
【０００４】
しかし瞬時電圧低下が起こった場合、系統電圧の周波数を取得できない場合がある。系統電圧の周波数を取得できなければ太陽光発電設備は運転を継続することが困難となり、ＦＲＴ要件を満たすことが困難となる。また系統電圧の周波数を取得できなければＰＬＬ位相差補正もできない。
【０００５】
本発明は電力系統が３相である場合に、いずれかの相に瞬時電圧低下が起こった場合であっても継続して運転することによりＦＲＴ要件を満たし、ＰＬＬ位相差補正を可能な能動型の単独運転検出装置の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る単独運転検出装置は、第１相の交流電圧と第１相の交流電圧に対して位相がずれた第２相の交流電圧と第１相の交流電圧および第２相の交流電圧に対して位相がずれた第３相の交流電圧を出力する３相電源に連系する電力変換部の単独運転を検出する能動型の単独運転検出装置であって、３相電源の第１相の交流電圧の周波数を示す第１相周波数を取得する第１相周波数取得部と、３相電源の第２相の交流電圧の周波数を示す第２相周波数を取得する第２相周波数取得部と、３相電源の第３相の交流電圧の周波数を示す第３相周波数を取得する第３相周波数取得部と、第１相周波数、第２相周波数および第３相周波数の少なくとも１つに基づいて、３相電源の周波数の変化量を導出する周波数変化量導出部と、変化量に基づいて、電力変換部の制御に用いられる基準交流の信号の位相と、３相電源が出力する交流電圧の位相との差を示す位相差を推定する位相差推定部と、第１相周波数、第２相周波数、および第３相周波数の少なくとも１つと、位相差とに基づいて、電力変換部から出力させる電力に関する計画値を導出する計画値導出部と、を備え、計画値導出部は、第１相周波数、第２相周波数および第３相周波数のいずれかが基準範囲外であった場合に基準範囲内にある第１相周波数、第２相周波数および第３相周波数のいずれかに基づき計画値を導出する。
【０００７】
上記単独運転検出装置において、位相差推定部は、３相電力系統の周波数の変化に対する基準交流の信号の位相変化の応答特性を表す伝達関数にさらに基づいて、位相差を推定してよい。
【０００８】
上記単独運転検出装置において、周波数変化量導出部は、第１相周波数取得部により取得された第１相周波数が基準範囲外であった場合、第２相周波数取得部により取得された第２相周波数に基づいて、３相の電力系統の周波数の変化量を導出してよい。
【０００９】
上記単独運転検出装置において、周波数変化量導出部は、第２相周波数取得部により取得された第２相周波数が基準範囲外になるまで、第２相周波数取得部により取得された第２相周波数に基づく、３相の電力系統の周波数の変化量の導出を継続してよい。
【００１０】
上記単独運転検出装置において、第１相周波数取得部により取得された第１相周波数が基準範囲外であった場合、周波数変化量導出部は、第２相周波数取得部により取得された第２相周波数に基づいて変化量が導出できるまで、第１相周波数取得部により取得された過去の第１相周波数に基づいて、変化量を導出してよい。
【００１１】
本発明に係る電力変換システムは、上記単独運転検出装置と、制御装置と、電力変換部とを備える。
【００１２】
上記電力変換システムは、電力変換部に直流電力を出力する分散型電源をさらに備えてよい。
【００１３】
本発明に係る単独運転検出方法は、第１相の交流電圧と第１相の交流電圧に対して位相がずれた第２相の交流電圧と第１相の交流電圧および第２相の交流電圧に対して位相がずれた第３相の交流電圧を出力する３相電源に連系する電力変換部の単独運転を検出する単独運転検出方法であって、３相電源の第１相の交流電圧の周波数を示す第１相周波数を取得する段階と、３相電源の第２相の交流電圧の周波数を示す第２相周波数を取得する段階と、３相電源の第３相の交流電圧の周波数を示す第３相周波数を取得する段階と、第１相周波数、第２相周波数および第３相周波数の少なくとも１つに基づいて、３相電源の周波数の変化量を導出する段階と、変化量に基づいて、電力変換部の制御に用いられる基準交流の信号の位相と、３相電源が出力する交流電圧の位相との差を示す位相差を推定する段階と、第１相周波数、第２相周波数、および第３相周波数の少なくとも１つと、位相差とに基づいて、電力変換部から出力させる電力に関する計画値を導出する段階と、を備え、計画値を導出する段階は、第１相周波数、第２相周波数および第３相周波数のいずれかが基準範囲外であった場合に、基準範囲内にある第１相周波数、第２相周波数および第３相周波数のいずれかに基づき計画値を導出する。
【００１４】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る電力変換システムの全体構成の一例を示すシステム構成図を示す図である。
【図２】系統電源の交流電圧と基準交流の信号との間に生じる位相差が無効電力値に与える影響について説明するための図である。
【図３】単独運転検出装置の機能ブロックの一例を示す図である。
【図４】無効電力値ｑ１−周波数偏差特性の一例を示す図である。
【図５】経過時間毎の伝達関数を導出する手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】交流電圧の周波数、伝達関数、および位相差について説明するための図である。
【図７】周波数変化量導出部が周波数変化量を導出する手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】図７に示すフローチャートに従って周波数変化量導出部が周波数変化量を導出する例について説明するための図である。
【図９】系統電源の周波数の変化に伴い無効電力値を補正する手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】いずれか一相のみが周波数が周波数保持部に順次登録される場合に周波数変化量導出部が周波数変化量を導出する手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１０に示すフローチャートに従って周波数変化量導出部が周波数変化量を導出する例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る電力変換システム１０００の全体構成の一例を示すシステム構成図を示す。電力変換システム１０００は、太陽電池アレイ２００と、パワーコンディショナ１００とを備える。太陽電池アレイ２００は、複数の太陽電池モジュールが直列に接続された複数の太陽電池ストリングが並列に接続されている。太陽電池アレイ２００は、分散型電源の一例である。分散型電源として、ガスエンジン、ガスタービン、マイクロガスタービン、燃料電池、風力発電装置、電気自動車、または蓄電システムなどが用いられてよい。
【００１８】
パワーコンディショナ１００は、基準交流の信号に基づいて分散型直流電源である太陽電池アレイ２００と３相の電力系統３００とを連系させる。パワーコンディショナ１００は、電力変換装置の一例である。３相の電力系統３００は、１２０度ずつ位相がずれたＵ相、Ｖ相、およびＷ相の３相の交流電圧を出力する三相交流電源である。３相の電力系統３００は、３相電源の一例である。
【００１９】
パワーコンディショナ１００は、太陽電池アレイ２００から出力される直流電圧を昇圧し、昇圧された直流電圧を三相交流電圧に変換して、３相の電力系統３００側に出力する。パワーコンディショナ１００は、電力変換部１０、制御装置８０、および単独運転検出装置４００を備える。電力変換部１０は、コンデンサＣ１、昇圧回路２０、コンデンサＣ２、インバータ４０、複数のコイルＬ、およびリレー５０を備える。なお、単独運転検出装置４００は、パワーコンディショナ１００に内蔵されずに、パワーコンディショナ１００の外部に設けられてもよい。
【００２０】
コンデンサＣ１の一端および他端は、太陽電池アレイ２００の正極端子および負極端子に電気的に接続され、太陽電池アレイ２００から出力される直流電圧を平滑化する。昇圧回路２０は、いわゆるチョッパ方式スイッチングレギュレータでよい。昇圧回路２０は、太陽電池アレイ２００からの電圧を昇圧する。昇圧回路２０は、例えば、ハーフブリッジ型昇圧回路、フルブリッジ型昇圧回路などのトランス巻線を有する絶縁型昇圧回路により構成してもよい。
【００２１】
コンデンサＣ２は、昇圧回路２０から出力される直流電圧を平滑化する。インバータ４０は、スイッチを含み、スイッチがオンオフすることで昇圧回路２０から出力された直流電圧を交流電圧に変換し、３相の電力系統３００側に出力する。インバータ４０は、例えば、並列に接続された３組のハーフブリッジ回路により構成されてよい。それぞれのハーフブリッジ回路は、互いに直列に接続されたスイッチを含んでよい。スイッチは、逆並列に還流ダイオードが接続されたＩＧＢＴなどの半導体スイッチでよい。
【００２２】
インバータ４０と３相の電力系統３００との間には、コイルＬが設けられる。コイルＬは、インバータ４０から出力された交流電圧からノイズを除去する。コイルＬと３相の電力系統３００との間には、リレー５０が設けられる。リレー５０は、インバータ４０と３相の電力系統３００との間を電気的に遮断するか否かを切り替える。リレー５０がオンすることで、パワーコンディショナ１００と３相の電力系統３００とが電気的に接続され、オフすることでパワーコンディショナ１００と３相の電力系統３００とが電気的に遮断される。
【００２３】
パワーコンディショナ１００は、電圧センサ１２、１６、６０Ｕ、６０Ｖおよび６０Ｗ、並びに電流センサ１４、１８、および１９をさらに備える。電圧センサ１２は、太陽電池アレイ２００の両端の電位差に対応する電圧Ｖ１を検知する。電圧センサ１６は、昇圧回路２０の出力側の両端の電位差に対応する電圧Ｖ２を検知する。電圧センサ６０Ｕは、電力変換部１０の出力側の第１出力端６２Ｕと第２出力端６２Ｖとの間の両端の電位差に対応するＵ相の電圧値Ｕを検知する。電圧センサ６０Ｖは、電力変換部１０の出力側の第２出力端６２Ｖと第３出力端６２Ｗとの間の両端の電位差に対応するＶ相の電圧値Ｖを検知する。電圧センサ６０Ｗは、電力変換部１０の出力側の第３出力端６２Ｗと第１出力端６２Ｕとの間の両端の電位差に対応するＷ相の電圧値Ｗを検知する。
【００２４】
電流センサ１４は、太陽電池アレイ２００から出力され、昇圧回路２０の入力側に流れる電流の電流値Ｉ１を検知する。電流センサ１８は、昇圧回路２０から出力される電流の電流値Ｉ２を検知する。電流センサ１９は、インバータ４０から出力される電流の電流値Ｉ３を検知する。電流センサ１９は、３相のそれぞれの電流のうちいずれか１つの相に対応する電流を電流値Ｉ３として検知してよい。
【００２５】
制御装置８０は、太陽電池アレイ２００から最大電力が得られるように、電圧センサ１２、１６、６０Ｕ、６０Ｖおよび６０Ｗ、並びに電流センサ１４、１８および１９により検知される電圧および電流に基づいて昇圧回路２０、およびインバータ４０のスイッチング動作を制御して、太陽電池アレイ２００から出力される直流電圧を昇圧し、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して、３相の電力系統３００側に出力する。
【００２６】
以上のように構成されたパワーコンディショナ１００は、３相の電力系統３００が停止した場合には、リレー５０をオフして、パワーコンディショナ１００と３相の電力系統３００とを電気的に遮断しなければならない。また、パワーコンディショナ１００は、３相の電力系統３００側に出力する電圧が上限電圧以上にならないように、電圧を制御しなければならない。
【００２７】
単独運転検出装置４００は、能動型の単独運転検出装置の一例であり、インバータ４０から出力される電流の位相と、電圧の位相との間の位相差、およびインバータ４０から出力される電流の振幅を制御装置８０に調整させることで、パワーコンディショナ１００に無効電力を出力させる。単独運転検出装置４００は、無効電力の供給に伴う３相の電力系統３００の電圧の周波数変動を検知することで、３相の電力系統３００が停止している、つまりパワーコンディショナ１００が単独運転していることを検知する。
【００２８】
また、単独運転検出装置４００は、パワーコンディショナ１００から出力される電圧が上限電圧以上になった場合に、インバータ４０から出力される電流の位相と、電圧の位相との間の位相差、およびインバータ４０から出力される電流の振幅を制御装置８０に調整させることで、パワーコンディショナ１００に３相の電力系統３００側に供給している無効電力を増加させる。無効電力を増加させることで、３相の電力系統３００の電圧が低下する。これに伴い、制御装置８０は、パワーコンディショナ１００から出力される電圧が上限電圧より小さくなるように制御できる。なお、上限電圧は、系統連系規定によって定められる上限値に基づく値でもよい。
【００２９】
本実施形態において、制御装置８０と単独運転検出装置４００とは、それぞれ個別のモジュールとして構成されており、制御装置８０と単独運転検出装置４００とは伝送ケーブル９０を介して接続されている。制御装置８０および単独運転検出装置４００は、それぞれ基板と基板上に設けられたマイクロコンピュータなどにより構成される。制御装置８０の基板と、単独運転検出装置４００の基板とは、コネクタを有し、それぞれのコネクタが伝送ケーブル９０を介して接続されている。なお、制御装置８０および単独運転検出装置４００は無線通信機能を有し、制御装置８０と単独運転検出装置４００とは、互いに無線通信により信号をやり取りしてもよい。
【００３０】
制御装置８０は、有効電力値出力部８２、および無効電力値入力部８４、およびＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）８６を備える。ＰＬＬ８６は、３相の電力系統３００の交流電圧に同期させた基準交流の信号を出力する。制御装置８０は、ＰＬＬ８６が出力する基準交流の信号に基づいてパワーコンディショナ１００から出力させる電力を制御している。有効電力値出力部８２は、パワーコンディショナ１００から出力される有効電力値Ｐを導出して、伝送ケーブル９０を介して単独運転検出装置４００に出力する。有効電力値出力部８２は、電圧センサ６０Ｕ、６０Ｖおよび６０Ｗにより検知される電圧値Ｕ、電圧値Ｖ、電圧値Ｗの少なくとも１つと、電流センサ１９により検知される電流値Ｉ３とから、パワーコンディショナ１００から出力される有効電力値Ｐを導出してよい。無効電力値入力部８４は、単独運転検出装置４００から、パワーコンディショナ１００から出力すべき無効電力値を含む出力電力に関する計画値を伝送ケーブル９０を介して入力する。
【００３１】
図２は、３相の電力系統３００の交流電圧（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれか１つ、以下同様）と基準交流の信号との間に生じる位相差が無効電力値に与える影響について説明するための図である。第１Ｘ軸（Ｘ１）および第１Ｙ軸（Ｙ１）は、３相の電力系統３００における有効電力と無効電力との関係を示すための第１ＸＹ座標を表し、第２Ｘ軸（Ｘ２）および第２Ｙ軸（Ｙ２）は、制御装置８０において認識されている有効電力と無効電力との関係を示すための第２ＸＹ座標を表す。例えば、３相の電力系統３００の交流電圧と基準交流の信号との間に位相差が生じていないことを前提として、単独運転検出装置４００が、無効電力値Ｑ１と有効電力値Ｐ１とを導出する。言い換えれば、第１ＸＹ座標と第２ＸＹ座標とが一致するものとして、単独運転検出装置４００が、無効電力値Ｑ１と有効電力値Ｐ１とを導出する。ここで、３相の電力系統３００の交流電圧と基準交流の信号との間に位相差θが生じていた場合、実際にパワーコンディショナ１００から出力される電力は、無効電力値Ｑ１と有効電力値Ｐ１とを含む皮相電力値Ｗ１に対して位相差θだけずれた、無効電力値Ｑ２（Ｑ２＝Ｑ１×ｃｏｓθ）および有効電力値Ｐ２（Ｐ２＝Ｐ１×ｓｉｎθ）を含む皮相電力値Ｗ２に対応する電力になる。したがって、皮相電力値Ｗ２に対して位相差θを相殺するための回転補正をしなければ、パワーコンディショナ１００から出力すべき無効電力を出力できず、単独運転検出装置４００は、パワーコンディショナ１００の単独運転を即座に検出できない場合がある。
【００３２】
一方、制御装置８０と単独運転検出装置４００とを別体としてモジュール化した場合、単独運転検出装置４００は、高速通信などの特別な機能を備えなければ、ＰＬＬ８６から即座にかつ正確に基準交流の信号を受信できない。ＰＬＬ８６から受信する基準交流の信号に遅延が生じていると、単独運転検出装置４００は、３相の電力系統３００の交流電圧と基準交流の信号との間の位相差を即座に精度よく把握することができない。
【００３３】
そこで、本実施形態では、単独運転検出装置４００は、制御装置８０からＰＬＬ８６が出力する基準交流の信号を受信せずに、３相の電力系統３００の交流電圧と基準交流の信号との間の位相差を推定する。より具体的には、単独運転検出装置４００は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのいずれか一相について検出された交流電圧に基づいてその交流電圧の周波数を、３相の電力系統が出力する交流電圧の周波数ｆとして順次導出する。そして、単独運転検出装置４００は、順次導出される周波数ｆから周波数変化量Δｆを導出する。さらに、単独運転検出装置４００は、周波数変化量Δｆに基づいて、３相の電力系統３００の交流電圧と基準交流の信号との間の位相差を推定する。単独運転検出装置４００は、周波数の変化に対する基準交流の信号の位相変化の応答特性を表す伝達関数と周波数変化量Δｆとに基づいて、位相差を推定してよい。
【００３４】
ところで、単独運転検出装置４００が、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのいずれか一相のみについて交流電圧を測定し、位相差を推定する場合、検出対象の一相に異常が発生すると、その相についての交流電圧の周波数を正確に導出できず、ＦＲＴ要件を満たすことができない。しかし三相の場合、一相に異常が発生していても他の相について異常がなければ、パワーコンディショナ１００は、ＦＲＴの要件を満たすためにそのまま運転を継続するほうが好ましい場合もある。
【００３５】
そこで、本実施形態では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかに異常が発生した場合でも、単独運転検出装置４００が３相の電力系統３００に同期した基準交流の信号を生成することにより、ＦＲＴ要件を満たしつつ、ＰＬＬ位相差補正がなされた単独運転検出を行う。
【００３６】
図３は、単独運転検出装置４００の機能ブロックの一例を示す図である。単独運転検出装置４００は、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、Ｗ相周波数取得部４０１Ｗ、周波数保持部４０２、周波数選択部４０３、移動平均値導出部４０４、周波数偏差導出部４０６、出力電圧値取得部４１０、周波数変化量導出部４３０、計画値導出部５００、位相差推定部４４０、伝達関数取得部４４１、伝達関数保持部４４２、有効電力値取得部４４６、計画値送出部４５０、および単独運転検出部４６０を備える。
【００３７】
計画値導出部５００は、パワーコンディショナ１００が出力すべき出力電力に関する計画値を導出する。計画値導出部５００は、第１無効電力値導出部５０２、第２無効電力値導出部５０４、無効電力値加算部５０６、および無効電力値補正部５１０を含む。
【００３８】
Ｕ相周波数取得部４０１Ｕは、電圧センサ６０Ｕを介して、３相の電力系統３００のＵ相の交流電圧に対応する電圧を取得し、取得した電圧から３相の電力系統３００のＵ相の周波数ｆＵを計測することで、Ｕ相の周波数ｆＵを取得する。Ｖ相周波数取得部４０１Ｖは、電圧センサ６０Ｖを介して、３相の電力系統３００のＶ相の交流電圧に対応する電圧を取得し、取得した電圧から３相の電力系統３００のＶ相の周波数ｆＶを計測することで、Ｖ相の周波数ｆＶを取得する。Ｗ相周波数取得部４０１Ｗは、電圧センサ６０Ｗを介して、３相の電力系統３００のＷ相の交流電圧に対応する電圧を取得し、取得した電圧から３相の電力系統３００のＷ相の周波数ｆＷを計測することで、Ｗ相の周波数ｆＷを取得する。
【００３９】
Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１ＶおよびＷ相周波数取得部４０１Ｗは、それぞれ、例えば、電圧センサ６０Ｕ、６０Ｖ、６０Ｗから検出される電圧信号の立ち下がりと立ち上がりの中間値と、次の立ち下がりと立ち上がりの中間値との時間差を一周期として計測する。３相の電力系統３００の系統周波数が５０Ｈｚ（１系統周期が２０ｍ秒）である場合、計測周期は、系統周期の１／３以下、例えば、５ｍ秒でもよい。
【００４０】
Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１ＶおよびＷ相周波数取得部４０１Ｗのいずれか１つが、３相電源の第１相の交流電圧の周波数を示す第１相周波数を取得する第１相周波数取得部の一例である。Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１ＶおよびＷ相周波数取得部４０１Ｗの他のいずれか１つが、３相電源の第２相の交流電圧の周波数を示す第２相周波数を取得する第２相周波数取得部の一例である。
【００４１】
周波数保持部４０２は、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕが取得したＵ相の周波数ｆＵ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖが取得したＶ相の周波数ｆＶ、Ｗ相周波数取得部４０１Ｗが取得したＷ相の周波数ｆＷを順次保持する。
【００４２】
周波数選択部４０３は、周波数保持部４０２に保持されている周波数の中から、周波数変化量、計画値、および単独運転の検出に用いる相に対応する周波数を順次選択する。本実施形態では、周波数選択部４０３は、検出対象の相について瞬時電圧低下が発生しておらず、取得した電圧が周波数を計算できるような基準範囲内であれば、検出対象の相を切り替えずに、継続的に同じ相に対応する周波数を選択する。検出対象の相について取得される周波数が、瞬時電圧低下の影響で計測が正確な計測が不可能となることで基準範囲外になると、周波数選択部４０３は、検出対象の相を切り替える。
【００４３】
周波数変化量導出部４３０は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の周波数の少なくとも１つに基づいて、３相の電力系統３００の交流電源の周波数の変化量を導出する。位相差推定部４４０は、周波数の変化量に基づいて、電力変換部１０の制御に用いられる基準交流の信号の位相と、３相の電力系統３００が出力する交流電圧の位相との差を示す位相差を推定する。位相差推定部４４０は、３相の電力系統３００の周波数の変化に対する基準交流の信号の位相変化の応答特性を表す伝達関数にさらに基づいて、位相差を推定してよい。計画値導出部５００は、電力変換部１０から出力させる電力に関する計画値を、位相差推定部４４０により推定された位相差に基づいて補正する。計画値送出部４５０は、計画値および基準交流の信号に基づいて電力変換部１０を制御する制御装置８０に計画値を送出する。
【００４４】
移動平均値導出部４０４は、周波数選択部４０３により選択された相の周波数に基づいて、予め定められた移動平均時間分の系統周波数の移動平均値を順次導出する。移動平均時間は、系統周波数の一周期、例えば２０ｍ秒よりも長く、かつ単独運転状態になってから単独運転状態が検出されるまでに許容されている時間以下でもよい。移動平均時間は、例えば１００ｍ秒よりも短い時間でもよく、移動平均時間は、例えば４０ｍ秒でもよい。例えば、周波数選択部４０３により選択されたＵ相の周波数に基づいて、予め定められた移動平均時間分の系統周波数の移動平均値を順次導出する。Ｕ相の周波数が基準範囲外であれば、移動平均値導出部４０４は、周波数選択部４０３により選択されたＶ相の周波数に基づいて、予め定められた移動平均時間分の系統周波数の移動平均値を順次導出する。さらに、Ｖ相の周波数が基準範囲外であれば、移動平均値導出部４０４は、周波数選択部４０３により選択されたＷ相の周波数に基づいて、予め定められた移動平均時間分の系統周波数の移動平均値を順次導出する。
【００４５】
周波数偏差導出部４０６は、移動平均値導出部４０４により導出された最新の移動平均値と、最新の移動平均値から予め定められた時間前、例えば２００ｍ秒前の過去の移動平均値との差分を周波数偏差として導出する。周波数偏差導出部４０６は、系統周波数の計測周期と同一の周期毎、例えば５ｍ秒毎に周波数偏差を導出してもよい。
【００４６】
第１無効電力値導出部５０２は、３相の電力系統３００の周波数偏差に基づき無効電力値ｑ１を導出する。第１無効電力値導出部５０２は、３相の電力系統３００の周波数偏差に比例して無効電力値ｑ１が多くなるように、無効電力値ｑ１を導出してよい。第１無効電力値導出部５０２は、例えば、図４に示すような無効電力値ｑ１−周波数偏差特性を参照して、周波数偏差に対応する無効電力値ｑ１を導出してもよい。
【００４７】
出力電圧値取得部４１０は、電圧センサ６０Ｕ、６０Ｖ、６０Ｗのいずれかにより検出される３相の電力系統３００の電圧に対応する電圧値Ｖ３を取得する。第２無効電力値導出部５０４は、取得された電圧値Ｖ３が、予め定められた上限電圧値Ｖｔｈ以上か否かを判定する。第２無効電力値導出部５０４は、電圧値Ｖ３が上限電圧値Ｖｔｈ以上の場合には、３相の電力系統３００側に供給すべき無効電力を増加させてパワーコンディショナ１００の出力電圧の上昇を抑制すべく、無効電力値ｑ２を導出する。
【００４８】
無効電力値加算部５０６は、第１無効電力値導出部５０２により導出された無効電力値ｑ１と、第２無効電力値導出部５０４により導出された無効電力値ｑ２とを加算することで、無効電力値Ｑを導出する。
【００４９】
ここで、無効電力値加算部５０６から出力される無効電力値Ｑは、３相の電力系統３００の交流電圧と制御装置８０で用いられるＰＬＬ８６から出力される基準交流の信号との間の位相差が考慮されていない。そこで、無効電力値補正部５１０が、位相差を考慮して、無効電力値加算部５０６から出力される無効電力値Ｑを補正し、補正後の無効電力値Ｑ'を導出する。
【００５０】
３相の電力系統の交流電圧と基準交流の信号との間の位相差をθ、パワーコンディショナ１００から出力される有効電力の有効電力値をＰとした場合、無効電力値補正部５１０は、次式（１）に基づいて、位相差θを回転補正した無効電力値Ｑ'を導出してよい。
Ｑ'＝Ｑ×ｃｏｓθ−Ｐ×ｓｉｎθ  ・・・（１）
【００５１】
有効電力値取得部４４６は、パワーコンディショナ１００において系統へ出力されることが計画された電力の値を取得する。有効電力値取得部４４６は、制御装置８０から有効電力値Ｐを取得してよい。
【００５２】
周波数変化量導出部４３０は、３相の電力系統３００から出力される交流電圧の単位時間あたりの周波数変化量Δｆを取得する。周波数変化量導出部４３０は、周波数選択部４０３により選択された相に対応する周波数により、単位時間毎に周波数変化量Δｆを導出することで、周波数変化量Δｆを取得してよい。周波数変化量導出部４３０は、制御装置８０から周波数変化量Δｆを取得してもよい。
【００５３】
ここで、周波数変化量Δｆと、基準交流の信号と３相の電力系統３００の交流電圧との位相差θとの間には、重ね合わせ演算が可能な線形応答の関係がある。そこで、基準交流の信号と３相の電力系統３００の交流電圧との位相差と、３相の電力系統３００の交流電圧の周波数変化量Δｆとの間の対応関係を実験またはシミュレーションなどにより予め特定しておく。これにより、単独運転検出装置４００は、制御装置８０から位相差θを受信することなく、その対応関係を用いることで、周波数変化量Δｆから位相差θを推定する。
【００５４】
位相差推定部４４０は、周波数変化量導出部４３０により取得された周波数変化量Δｆが基準変化量以上である場合、基準交流の信号と３相の電力系統３００の交流電圧との位相差と、３相の電力系統３００の交流電圧の周波数変化量Δｆとの間の予め定められた対応関係に基づいて、周波数変化量導出部４３０により取得された周波数変化量Δｆに対応する位相差θを推定する。
【００５５】
伝達関数保持部４４２は、周波数変化量Δｆが基準変化量以上に変化してからの経過時間毎に位相差θの対応関係を保持する。伝達関数保持部４４２は、３相の電力系統３００の交流電圧の周波数変化量Δｆと、基準交流の信号と交流電圧との位相差θとの間の関係を経過時間毎に保持してもよい。伝達関数は、系統電圧の周波数の変化に対するパワーコンディショナ１００の基準交流の信号の位相変化の応答特性を表す。伝達関数保持部４４２は、周波数変化量Δｆが基準変化量以上に変化してからの経過時間Ｔｎ（ｎ≧１、ｎは、正の整数）毎に、伝達関数（θｎ＝Ｆ（Δｆ））を保持してもよい。伝達関数保持部４４２は、３相の電力系統３００の交流電圧の周波数変化量Δｆと、基準交流の信号と交流電圧との位相差θとを対応付けたテーブルを伝達関数として保持してもよい。伝達関数取得部４４１は、伝達関数保持部４４２に保持されている伝達関数を取得する。位相差推定部４４０は、周波数変化量導出部４３０により取得された周波数変化量Δｆと、伝達関数取得部４４１により取得された伝達関数とから３相の電力系統３００の系統電圧の位相と基準交流の信号の位相との差である位相差を逐次推定する。
【００５６】
計画値導出部５００は、位相差推定部４４０により推定された位相差に基づくパワーコンディショナ１００の出力電力の誤差を低減させるための新たな出力電力に関する計画値を導出する。計画値導出部５００は、パワーコンディショナ１００において３相の電力系統３００へ出力されることが計画された電力の位相を３相の電力系統３００の位相に近づく方向へ回転した電力をパワーコンディショナ１００に出力させるための新たな出力電圧に関する計画値を導出することで出力電力の誤差を低減させてよい。計画値導出部５００は、位相差推定部４４０により推定された位相差および有効電力値取得部４４６により取得された有効電力値Ｐに基づいて、新たな無効電力値に関する計画値を導出してよい。無効電力値補正部５１０は、位相差推定部４４０により推定された位相差θに基づいて、無効電力値加算部５０６から出力された無効電力値Ｑを回転補正して、パワーコンディショナ１００に出力させる無効電力値Ｑ'を導出する。
【００５７】
計画値送出部４５０は、計画値導出部５００により導出された出力電力に関する計画値をパワーコンディショナ１００に送出する。計画値送出部４５０は、無効電力値補正部５１０により導出された無効電力値Ｑ'に対応する電力をパワーコンディショナ１００から出力させるための計画値をパワーコンディショナ１００に送出する。計画値送出部４５０は、無効電力値Ｑ'に基づきパワーコンディショナ１００が出力すべき電流の電流値を示す指示信号を制御装置８０に送出することで、無効電力値Ｑ'に対応する電力をパワーコンディショナ１００から出力させてよい。
【００５８】
単独運転検出部４６０は、３相の電力系統３００の電圧または周波数の変動を検知した場合、３相の電力系統３００が停止し、パワーコンディショナ１００が単独運転していると判断して、制御装置８０に、パワーコンディショナ１００を停止するよう停止信号を送信する。制御装置８０は、停止信号を受けて、リレー５０を開放して、インバータ４０と３相の電力系統３００との間を電気的に遮断してよい。
【００５９】
図５は、経過時間毎の伝達関数（θｎ＝Ｆ（Δｆ））を導出する手順の一例を示すフローチャートである。
【００６０】
まず、測定対象のパワーコンディショナ１００を３相の電力系統３００ではなく、出力電圧と周波数を任意に変化させることが可能な模擬系統電源に接続する。また、パワーコンディショナ１００と模擬系統電源とを制御可能な測定装置をパワーコンディショナ１００と模擬系統電源とに接続する。測定装置は、パワーコンディショナ１００からの無効電力の出力を停止させる（Ｓ１００）。次いで、模擬系統電源の交流電圧の周波数を測定対象のΔｆだけ変化させ（Ｓ１０２）、パワーコンディショナ１００から出力される電流と電圧との位相差φを取得する（Ｓ１０４）。測定装置は、電流センサおよび電圧センサを介して、パワーコンディショナ１００から出力される電流および電圧を検知して、検知された電流のゼロクロス点と電圧のゼロクロス点との間隔を導出することで、電流と電圧との位相差φを取得してもよい。
【００６１】
取得された電流と電圧との位相差φは、測定装置がパワーコンディショナ１００に対して無効電力の出力の停止を指示しているのにもかかわらず、生じている位相差である。この位相差φは、周波数をΔｆだけ変化させたことに伴い生じたＰＬＬから出力される基準交流の信号と、模擬系統電源から出力される交流電圧との位相差θに相当する。そこで、測定装置は、模擬系統電源の交流電圧の周波数をΔｆだけ変化させてからの経過時間、およびΔｆに関連付けて位相差φを位相差θとしてメモリに記憶しておく。
【００６２】
測定装置は、取得した位相差が、基準位相差以上である場合（Ｓ１０６）、ステップＳ１０４に戻り、改めてパワーコンディショナ１００から出力される電流と電圧との位相差φを取得する。位相差が基準位相差より小さくなった場合、測定装置は、測定対象の他のΔｆがあるか否かを判定する（Ｓ１０８）。測定対象の他のΔｆがあれば、想定装置は、他のΔｆについてステップＳ１０２〜ステップＳ１０６の処理を繰り返す。
【００６３】
測定装置は、測定対象のΔｆについて経過時間毎の位相差を取得した場合、それぞれのΔｆについて、経過時間毎の伝達関数（θ＝Ｆ（Δｆ））を導出する（Ｓ１１０）。
【００６４】
以上の通り、測定装置は、測定対象のΔｆ毎に、Δｆと位相差θとの間の対応関係を示す伝達関数を経過時間毎に導出する。導出されたそれぞれの伝達関数は、単独運転検出装置４００の伝達関数保持部４４２に登録される。
【００６５】
図６は、交流電圧の周波数、伝達関数、および位相差について説明するための図である。交流電圧の周波数変化が、時点Ｔ０で開始され、時点Ｔ０から時点Ｔ１までの間に交流電圧の周波数がΔｆ１だけ変化し、時点Ｔ１から時点Ｔ２までの間に交流電圧の周波数がΔｆ２だけ変化し、時点Ｔ２から時点Ｔ３までの間に交流電圧の周波数がΔｆ３だけ変化し、時点Ｔ３から時点Ｔ４までの間に交流電圧の周波数がΔｆ４だけ変化したとする。そして、Δｆ１について伝達関数ｐｈ１が導出される。同様に、Δｆ２について伝達関数ｐｈ２が導出され、Δｆ３について伝達関数ｐｈ３が導出され、Δｆ４について伝達関数ｐｈ４が導出される。このように、それぞれの経過時間について導出される伝達関数ｐｈ１〜ｐｈ４は時間の成分を含む。よって、無効電力値Ｑの補正に用いられる位相差は、それぞれの経過時間毎の伝達関数に従って導出された各位相差の総和である。
【００６６】
総位相差ＰＨは、それぞれの経過時間毎の伝達関数ｐｈ１〜ｐｈ４に従って導出された各位相差の総和（ＰＨ＝ｐｈ１＋ｐｈ２＋ｐｈ３＋ｐｈ４）の変化を示す。総位相差ＰＨで示す通り、位相差θは、交流電圧の周波数に変化が生じてから交流電圧の周波数の変化が終了するまで徐々に増加し、交流電圧の周波数の変化が終了してから徐々に減少して、収束する。無効電力値補正部５１０は、交流電圧の周波数に変化が生じてから位相差θに基づく無効電力値Ｑの補正を開始し、交流電圧の周波数の変化が終了後、位相差θが収束するまで、位相差θに基づく無効電力値Ｑの補正を行う。
【００６７】
図７は、周波数変化量導出部４３０が周波数変化量を導出する手順の一例を示すフローチャートである。図８は、図７に示すフローチャートに従って周波数変化量導出部４３０が周波数変化量を導出する例について説明するための図である。
【００６８】
本実施形態では、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、Ｗ相周波数取得部４０１Ｗがそれぞれ継続的に各相の周波数を取得して、周波数保持部４０２に順次登録する例について説明する。つまり、周波数保持部４０２には、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、Ｗ相周波数取得部４０１Ｗが取得した各相の周波数ｆＵ、ｆＶ、ｆＷが順次登録される。周波数変化量導出部４３０は、周波数保持部４０２に登録されている各相の周波数ｆＵ、ｆＶ、ｆＷの少なくとも１つに基づいて、周波数変化量を導出する。
【００６９】
Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、およびＷ相周波数取得部４０１Ｗが各相の周波数（ｆＵ、ｆＶ、ｆＷ）を取得する（Ｓ２００）。各相は、１２０度ずつ位相がずれているので、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、およびＷ相周波数取得部４０１Ｗが取得して、周波数保持部４０２に保持される時間には時間差がある。
【００７０】
ここで、検出対象の相がＵ相であるＵ相検出モードに設定されている場合、周波数選択部４０３は、周波数保持部４０２からＵ相周波数取得部４０１Ｕにより取得された最新の周波数ｆＵが基準範囲（例えば、３相の電力系統の周波数が、５０Ｈｚの場合、５０Ｈｚ±１）内かどうかを判定する（Ｓ２０２）。最新の周波数ｆＵが基準範囲内である場合、周波数選択部４０３は、周波数保持部４０２からＵ相周波数取得部４０１Ｕにより取得された最新の周波数（今回の周波数）ｆＵ、および最新の周波数ｆＵより１つ前の過去の周波数（前回の周波数）ｆＵを周波数変化量導出部４３０に提供する。周波数変化量導出部４３０は、今回および前回の周波数ｆＵとの差を導出することで、周波数変化量Δｆを導出する（Ｓ２０４）。
【００７１】
周波数選択部４０３は、例えば、図８に示すように、今回の周波数ｆＵ―２と前回の周波数ｆＵ−１とから周波数変化量Δｆ（＝ｆＵ―２−ｆＵ−１）を導出してよい。そして、周波数変化量Δｆを導出後、次の周期で、また、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、およびＷ相周波数取得部４０１Ｗが各相の周波数（ｆＵ、ｆＶ、ｆＷ）を取得する（Ｓ２０６）。Ｕ相の周波数ｆＵが基準範囲内であれば、周波数選択部４０３は、Ｕ相の周波数ｆＵを周波数変化量導出部４３０に提供することを継続し、周波数変化量導出部４３０は、Ｕ相の周波数ｆＵに基づいて、周波数変化量Δｆの導出を継続する。
【００７２】
一方、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕにより取得されたＵ相の周波数ｆＵが基準範囲外である場合、Ｕ相に異常が発生しており周波数を正しく取得できていない可能性があると判断して、周波数選択部４０３は、検出対象の相をＵ相からＶ相に切り替える。つまり、周波数選択部４０３は、Ｕ相検出モードからＶ相検出モードに切り替える。
【００７３】
そして、周波数選択部４０３は、周波数保持部４０２から最新のＶ相の周波数（今回の）ｆＶを取得し、その周波数ｆＶが基準範囲内であるか否かを判定する（Ｓ２０８）。周波数ｆＶが基準範囲内である場合、周波数選択部４０３は、周波数保持部４０２から最新のＶ相の周波数（今回の周波数）ｆＶと、最新のＶ相の周波数ｆＶより１つ前の過去の周波数（前回の周波数）ｆＶとを、周波数変化量導出部４３０に提供する。周波数変化量導出部４３０は、今回のＶ相の周波数ｆＶと前回のＶ相の周波数ｆＶとから周波数変化量Δｆを導出する（Ｓ２１０）。例えば、図８に示すように、周波数変化量導出部４３０は、Ｕ相の周波数ｆＵに基づいて周波数変化量Δｆ（＝ｆＵ―３−ｆＵ−２）が導出できなかった場合、Ｖ相の周波数ｆＶに基づいて周波数変化量Δｆ（＝ｆＶ―３−ｆＶ−２）を導出する。
【００７４】
次の周期で、また、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、およびＷ相周波数取得部４０１Ｗが各相の周波数（ｆＵ、ｆＶ、ｆＷ）を取得する（Ｓ２１２）。
【００７５】
そして、Ｖ相の周波数ｆＶが基準範囲内であれば、周波数選択部４０３は、Ｖ相の周波数ｆＶを周波数変化量導出部４３０に提供することを継続し、周波数変化量導出部４３０は、Ｖ相の周波数ｆＶに基づいて、周波数変化量Δｆの導出を継続する。
【００７６】
一方、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖにより取得されたＶ相の周波数ｆＶが基準範囲外であれば、Ｖ相に異常が発生している可能性があると判断して、周波数選択部４０３は、検出対象の相をＶ相からＷ相に切り替える。つまり、周波数選択部４０３は、Ｖ相検出モードからＷ相検出モードに切り替える。
【００７７】
そして、周波数選択部４０３は、周波数保持部４０２から最新のＷ相の周波数（今回の）ｆＷを取得し、その周波数ｆＷが基準範囲内であるか否かを判定する（Ｓ２１４）。周波数ｆＷが基準範囲内である場合、Ｗ相の電圧の周波数は正しく取得できていると考えられるため、周波数選択部４０３は、周波数保持部４０２から最新のＷ相の周波数（今回の周波数）ｆＷと、最新のＷ相の周波数ｆＷより１つ前の過去の周波数（前回の周波数）ｆＷとを、周波数変化量導出部４３０に提供する。周波数変化量導出部４３０は、今回のＷ相の周波数ｆＷと前回のＷ相の周波数ｆＷとから周波数変化量Δｆを導出する（Ｓ２１６）。さらに次の周期で、また、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、およびＷ相周波数取得部４０１Ｗが各相の周波数（ｆＵ、ｆＶ、ｆＷ）を取得する（Ｓ２１８）。
【００７８】
以上のように、本実施形態によれば、各相の周波数を順次計測して、周波数保持部４０２に保持している。したがって、周波数変化量導出部４３０は、検出対象の相の周波数が基準範囲内であれば、その相の周波数を用いて、周波数変化量Δｆの導出を継続する。さらに、検出対象の相の周波数が基準範囲外である場合でも、周波数変化量導出部４３０は、周波数保持部４０２に保持されている他の相の周波数を利用して周波数変化量Δｆを導出できる。よって、検出対象の相の周波数により位相差を推定できない場合でも、位相差推定部４４０は、位相差の推定を継続できる。
【００７９】
図９は、３相の電力系統３００の周波数の変化に伴い無効電力値を補正する手順の一例を示すフローチャートである。
【００８０】
周波数変化量導出部４３０は、例えば、上記の通り、図７に示すフローチャートに従って、いずれかの相の周波数に基づいて、周波数変化量Δｆを周波数変化量を導出する（Ｓ３００）。周波数変化量導出部４３０により取得された周波数変化量Δｆが基準変化量より大きい場合（Ｓ３０２）、位相差推定部４４０は、３相の電力系統３００の交流電圧の周波数に変化が生じたと判断する。なお、基準変化量の絶対値は、０以上の値でよい。位相差推定部４４０は、周波数の変化を検知してからの経過時間に対応する伝達関数を伝達関数保持部４４２から取得する（Ｓ３０４）。
【００８１】
次いで、位相差推定部４４０は、取得された伝達関数に基づいて、取得された周波数変化量に対応する位相差を推定する（Ｓ３０６）。さらに、位相差推定部４４０は、周波数の変化を検知してから、現時点までに推定された他の位相差があれば、現時点までに推定された各位相差を加算する（Ｓ３０８）。無効電力値補正部５１０は、位相差推定部４４０から加算後の位相差の提供を受ける。さらに、無効電力値補正部５１０は、有効電力値取得部４４６からパワーコンディショナ１００が出力している有効電力値Ｐの提供を受ける。そして、無効電力値補正部５１０は、無効電力値加算部５０６から提供される無効電力値Ｑを、位相差および有効電力値Ｐを用いて式（１）に従って補正し、無効電力値Ｑ'を導出する（Ｓ３１０）。
【００８２】
計画値送出部４５０は、導出された無効電力値Ｑ'に対応する電力をパワーコンディショナ１００から出力させるように、制御装置８０に指示する（Ｓ３１２）。つまり、計画値送出部４５０は、電力変換部１０から出力させる電力に関する計画値を制御装置８０に伝送ケーブル９０を介して送出する。計画値送出部４５０は、パワーコンディショナ１００が出力すべき無効電力値Ｑ'を示す指示信号を制御装置８０に出力することで、無効電力値Ｑ'に対応する電力をパワーコンディショナ１００から出力させてよい。
【００８３】
次いで、周波数変化量導出部４３０は、改めて、３相の電力系統３００の交流電圧の周波数の周波数変化量を導出し（Ｓ３１４）、加算後の位相差が基準位相差より大きければ（Ｓ３１６）、単独運転検出装置４００は、ステップＳ４０４〜ステップＳ４１４までの処理を繰り返す。一方、加算後の位相差が基準位相差以下であれば、無効電力値の補正の処理を終了する。
【００８４】
以上の通り、本実施形態に係る単独運転検出装置４００によれば、計測された周波数に異常がないと判断された相の周波数変化量を３相の電力系統３００の交流電圧の周波数変化量として、その周波数変化量に基づいて、３相の電力系統３００の交流電圧と基準交流の信号との間の位相差を推定する。１つの相の周波数の計測に異常が発生しても、他の相の周波数の計測により、単独運転検出装置４００は、位相差の推定を継続する。よって、１つの相の周波数の計測に異常が発生しても、単独運転検出装置４００は、制御装置８０からＰＬＬ８６が出力する基準交流の信号を受信せずに、３相の電力系統３００の交流電圧と基準交流の信号との間の位相差を把握できる。単独運転検出装置４００を制御装置８０とは別体となるようにモジュール化した場合でも、３相の電力系統３００の交流電圧と基準交流の信号との間の位相差を把握できる。よって、単独運転検出装置４００は、位相差を考慮してパワーコンディショナ１００から出力させるべき無効電力値を導出できる。位相差が生じても、単独運転検出装置４００は、所望の無効電力をパワーコンディショナ１００から出力させることができるので、パワーコンディショナ１００の単独運転を即座に検知することができる。
【００８５】
上記では、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、Ｗ相周波数取得部４０１Ｗがそれぞれ継続的に各相の周波数を取得して、周波数保持部４０２に順次登録する例について説明した。しかし、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、Ｗ相周波数取得部４０１Ｗがそれぞれ継続的に各相の周波数を取得して、周波数保持部４０２に順次登録する場合、周波数保持部４０２で用いられるメモリ容量が、１相のみの周波数を保持する場合に比べて、大きくなる。また、各相で計測される周波数のタイミングには時間差がある。したがって、例えば、図８に示すように、周波数変化量Δｆ（＝ｆＵ―３−ｆＵ−２）が導出できなかった場合に、周波数変化量Δｆ（＝ｆＶ―３−ｆＶ−２）を導出するまでには、時間差があり、次の位相差が推定されるまでに通常よりも時間がかかる場合がある。
【００８６】
そこで、周波数保持部４０２に順次登録される周波数は、いずれか一相のみに制限して、検出対象の相で検出される周波数が基準範囲外であった場合に、周波数保持部４０２に順次登録される周波数の相を切り替えてよい。これにより、周波数を記憶するために利用されるメモリ容量の増加を抑制できる。また、検出対象の相で検出される周波数が基準範囲外であった場合に、切替後の相の周波数が取得できるまでの間、周波数変化量導出部４３０は、検出対象の相で検出される周波数が基準範囲外になる前に検出された過去の周波数を利用して、周波数変化量を導出してよい。周波数変化量導出部４３０は、検出対象の相で検出される周波数が基準範囲外になる前に検出された過去の周波数を利用して、前回の周波数変化量を、今回の周波数変化量として導出してよい。あるいは、周波数変化量導出部４３０は、検出対象の相で検出される周波数が基準範囲外になる前に検出された過去の周波数を利用して、今回の周波数変化量がゼロとなるように今回の周波数変化量を導出してよい。
【００８７】
例えば、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、Ｗ相周波数取得部４０１Ｗのうちのいずれか１つにより取得された一相の周波数が基準範囲外であった場合、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、Ｗ相周波数取得部４０１Ｗのうちの他のいずれか１つにより、他の相の周波数の取得を開始する。そして、周波数変化量導出部４３０は、取得された他の相の周波数に基づいて周波数変化量Δｆが導出できるまで、前回の相について取得されていた過去の周波数に基づいて、周波数変化量Δｆを導出する。これにより、位相差の推定に遅延が生じることを抑制できる。
【００８８】
図１０は、いずれか一相のみが周波数が周波数保持部４０２に順次登録される場合に周波数変化量導出部４３０が周波数変化量を導出する手順の一例を示すフローチャートである。図１１は、図１０に示すフローチャートに従って周波数変化量導出部４３０が周波数変化量を導出する例について説明するための図である。
【００８９】
まず、周波数選択部４０３が、周波数保持部４０２に一次記憶された直近の計測対象相の周波数と周波数変化量とを取得する（Ｓ４００）。さらに、周波数選択部４０３は、周波数保持部４０２を参照して、今回の計測対象相の周波数を取得する（Ｓ４０２）。次いで、周波数選択部４０３は、今回の計測対象相の周波数が基準範囲内であるか否かを判定する（Ｓ４０４）。例えば、計測対象相がＵ相であれば、周波数選択部４０３は、周波数保持部４０２に保持された今回のＵ相の周波数ｆＵを参照して、今回のＵ相の周波数ｆＵが基準範囲内であるか否かを判定する。今回の計測対象相の周波数が基準範囲内であれば、周波数選択部４０３は、周波数保持部４０２に一次記憶された直近の計測対象相の周波数と今回の計測対象相の周波数とから周波数変化量Δｆを導出する（Ｓ４０６）。例えば、直近の計測対象相がＷ相であり、今回の計測対象相がＵ相であれば、周波数選択部４０３は、今回のＵ相の周波数ｆＵと直近のＷ相の周波数ｆＷとを周波数変化量導出部４３０に提供し、周波数変化量導出部４３０は、今回のＵ相の周波数ｆＵと直近のＷ相の周波数ｆＷとから周波数変化量Δｆを導出する。
【００９０】
周波数変化量Δｆを導出後、次の周期で、改めて、周波数選択部４０３は、計測対象相の周波数を取得し（Ｓ４０８）、計測対象相の今回の周波数が基準範囲内か否かを判定する（Ｓ４１０）。今回の周波数が基準範囲内であれば、周波数選択部４０３は、計測対象相の前回の周波数と今回の周波数とを周波数変化量導出部４３０に提供し、周波数変化量導出部４３０は、前回の周波数と今回の周波数とから周波数変化量Δｆを導出し（Ｓ４１２）。直近の計測対象相の周波数と周波数変化量を一次記憶する（Ｓ４１４）。その後ステップＳ４００以降の処理を繰り返す。
【００９１】
一方、ステップＳ４０４またはステップＳ４１０で、計測対象相の今回の周波数ｆが基準範囲外であれば、周波数選択部４０３は、計測対象相を他の相に切り替え（Ｓ４１６）、次いで、ステップＳ４００以降の処理を繰り返す。
【００９２】
計測対象相がＵ相の場合に、Ｕ相の周波数の計測に異常が発生し、今回の周波数ｆＵが基準範囲外あれば、例えば、図１１に示すように、周波数変化量導出部４３０は、ｆＵ−２−ｆＵ−２から周波数変化量Δｆをゼロとして導出して、周波数保持部４０２に一時記憶する。あるいは、周波数変化量導出部４３０は、前回導出した周波数変化量Δｆを今回の周波数変化量Δｆとして導出し、周波数保持部４０２に一時記憶する。
【００９３】
また、例えば、計測対象相がＵ相からＶ相に切り替わり、今回計測されたＶ相の周波数ｆＶが基準範囲内であれば、今回のＶ相の周波数ｆＶと、直近のＵ相の周波数ｆｕとから、周波数変化量Δｆを導出する。例えば、図１１に示すように、周波数変化量導出部４３０は、ｆＶ−３−ｆＵ−２から周波数変化量Δｆを導出する。さらに次の周期で、計測されたＶ相の周波数ｆＶが基準範囲内であれば、例えば、図１１に示すように、周波数変化量導出部４３０は、ｆＶ−４−ｆＶ−３から周波数変化量Δｆを導出する。同様に、次の周期でも、今回のＶ相の周波数ｆＶが基準範囲内であれば、周波数選択部４０３は、ｆＶ−５−ｆＶ−４から周波数変化量Δｆを導出する。
【００９４】
以上の通り、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、およびＷ相周波数取得部４０１Ｗのいずれかにより取得された検出対象の相の周波数および周波数変化量が、周波数保持部４０２に順次一時記憶されてよい。そして、検出対象（計測対象）の相で検出される周波数が基準範囲外の場合、周波数保持部４０２に順次一時記憶される周波数の相を切り替えてよい。これにより、周波数を記憶しておくために利用されるメモリ容量の増加を抑制できる。また、検出対象の相で検出される周波数が基準範囲外であった場合に、切替後の相の周波数が取得できるまでの間、周波数変化量導出部４３０は、前回の検出対象の相で検出された周波数が基準範囲外になる前に検出された過去の周波数を利用して、周波数変化量を導出する。これにより、位相差の推定に遅延が生じることを抑制できる。
【００９５】
なお、いずれか一相の周波数が周波数保持部４０２に保持される場合、つまりいずれか一相の周波数がメモリに記憶される場合、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、およびＷ相周波数取得部４０１Ｗのうち検出対象の一相に対応する取得部のみが、対応する電圧センサ６０Ｕ、６０Ｖ、または６０Ｗからの電圧信号に基づいて、周波数を取得してよい。あるいは、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、およびＷ相周波数取得部４０１Ｗは、それぞれの電圧センサ６０Ｕ、６０Ｖ、および６０Ｗからの電圧信号に基づいて、各相の周波数を取得することを継続しつつ、周波数保持部４０２に登録される周波数を、検出対象の一相に対応する周波数のみに制限してもよい。つまり、Ｕ相周波数取得部４０１Ｕ、Ｖ相周波数取得部４０１Ｖ、およびＷ相周波数取得部４０１Ｗのうち検出対象の一相に対応する取得部のみが、周波数保持部４０２に周波数を登録してもよい。
【００９６】
本実施形態に係る単独運転検出装置４００が備える各部は、パワーコンディショナ１００の単独運転検出に関する各種処理を行う、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムをインストールし、このプログラムをコンピュータに実行させることで、構成してもよい。つまり、コンピュータにパワーコンディショナ１００の単独運転検出に関する各種処理を行うプログラムを実行させることにより、単独運転検出装置４００が備える各部としてコンピュータを機能させることで、単独運転検出装置４００を構成してもよい。
【００９７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００９８】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００９９】
１０  電力変換部
１２，１６，６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗ  電圧センサ
１４，１８，１９  電流センサ
２０  昇圧回路
４０  インバータ
５０  リレー
８０  制御装置
８２  有効電力値出力部
８４  無効電力値入力部
８６  ＰＬＬ
９０  伝送ケーブル
１００  パワーコンディショナ
２００  太陽電池アレイ
３００  ３相の電力系統
４００  単独運転検出装置
４０１Ｕ  Ｕ相周波数取得部
４０１Ｖ  Ｖ相周波数取得部
４０１Ｗ  Ｗ相周波数取得部
４０２  周波数保持部
４０３  周波数選択部
４０４  移動平均値導出部
４０６  周波数偏差導出部
４１０  出力電圧値取得部
４３０  周波数変化量導出部
４４０  位相差推定部
４４１  伝達関数取得部
４４２  伝達関数保持部
４４６  有効電力値取得部
４５０  計画値送出部
４６０  単独運転検出部
５００  計画値導出部
５０２  第１無効電力値導出部
５０４  第２無効電力値導出部
５０６  無効電力値加算部
５１０  無効電力値補正部
１０００  電力変換システム
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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