(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散型電源と電力系統とを接続する系統連系インバータに搭載され、前記系統連系インバータの単独運転を検出する単独運転検出装置であって、
前記電力系統の系統電圧を計測する電圧計測部と、
前記電圧計測部により計測された系統電圧をｄｑ０変換し、前記系統電圧の１周期の１／３倍の移動平均区間で、前記ｄｑ０変換により得られた電圧値の移動平均を演算し、前記移動平均の演算結果と、前記ｄｑ０変換により得られた電圧値とに基づき、前記系統電圧の基本波電圧と高調波電圧とを演算する高調波演算部と、
前記系統電圧の定常状態での周期と前記電圧計測部により計測される系統電圧の周期との偏差を演算する偏差演算部と、
前記高調波演算部により演算された基本波電圧と高調波電圧とに基づき、前記偏差に比例する無効電力を前記系統連系インバータに前記電力系統へ出力させる無効電力指令部と、
前記偏差に基づき、前記系統連系インバータが単独運転状態であるか否かを判定する単独運転検出部と、
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記載の単独運転検出装置において、
前記高調波演算部は、
前記電圧計測部により計測された系統電圧をｄｑ０変換し、前記高調波電圧をｄ軸電圧とｑ軸電圧交流値と０軸電圧とに分離し、前記基本波電圧をｑ軸電圧直流値に分離する電圧成分分離器と、
前記電圧成分分離器により分離されたｑ軸電圧直流値に基づき基本波電圧値を演算する基本波電圧検出器と、
前記電圧成分分離器により分離されたｄ軸電圧とｑ軸電圧交流値と０軸電圧とに基づき、全高調波電圧値を演算する全高調波電圧検出器と、
を有す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記載の単独運転検出装置において、
前記電圧計測部は、前記系統電圧のＵ相電圧、Ｖ相電圧およびＷ相電圧を計測し、
前記電圧成分分離器は、
前記電圧計測部により計測されたＵ相電圧、Ｖ相電圧およびＷ相電圧のうち、基準相の電圧の位相を検出する位相同期回路と、
前記位相同期回路により検出された前記基準相の電圧の位相を用いて前記電圧計測部により計測されたＵ相電圧、Ｖ相電圧およびＷ相電圧をｄｑ０変換することにより、３ｎ±１次（ｎは整数）高調波成分を３ｎ次交流成分に変換したｄ軸電圧と、３ｎ±１次高調波成分を３ｎ次交流成分に変換したｑ軸電圧交流値と基本波電圧を直流成分に変換したｑ軸電圧直流値とが合成されたｑ軸電圧と、３ｎ次高調波電圧を３ｎ次交流成分に変換した０軸電圧とを求めるｄｑ０変換器と、
前記系統電圧の１周期の１／３倍の移動平均区間で、前記ｄｑ０変換器により求められたｑ軸電圧の移動平均を演算することで、前記ｑ軸電圧を前記ｑ軸電圧直流値と前記ｑ軸電圧交流値とに分離する移動平均演算器と、
を有することを特徴とする単独運転検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の単独運転検出装置において、
前記移動平均演算器は、
前記系統電圧の１周期の１／３倍の移動平均区間で、前記ｄｑ０変換器により求められたｑ軸電圧の移動平均を演算することで、前記ｑ軸電圧直流値を求める移動平均ローパスフィルタと、
前記ｄｑ０変換器により求められたｑ軸電圧から前記移動平均ローパスフィルタにより求められたｑ軸電圧直流値を減算することで、前記ｑ軸電圧交流値を求める減算器と、
を有することを特徴とする単独運転検出装置。
【請求項５】
分散型電源と電力系統とを接続する系統連系インバータに搭載され、前記系統連系インバータの単独運転を検出する単独運転検出装置の制御方法であって、
前記電力系統の系統電圧を計測するステップと、
前記計測された系統電圧をｄｑ０変換し、前記系統電圧の１周期の１／３倍の移動平均区間で、前記ｄｑ０変換により得られた電圧値の移動平均を演算し、前記移動平均の演算結果と、前記ｄｑ０変換により得られた電圧値とに基づき、前記系統電圧の基本波電圧と高調波電圧とを演算するステップと、
前記系統電圧の定常状態での周期と計測される前記系統電圧の周期との偏差を演算するステップと、
前記演算された基本波電圧と前記高調波電圧とに基づき、前記偏差に比例する無効電力を前記系統連系インバータに前記電力系統へ出力させるステップと、
前記偏差に基づき、前記系統連系インバータが単独運転状態であるか否かを判定するステップと、
を含むことを特徴とする単独運転検出装置の制御方法。
【請求項６】
分散型電源と電力系統との間に設けられ、前記分散型電源から出力された直流電力を交流電力に変換して、前記電力系統に出力する系統連系インバータであって、
請求項１から４のいずれか１項に記載の単独運転検出装置を有することを特徴とする系統連系インバータ。
【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、単独運転検出装置の制御方法および系統連系インバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池、燃料電池などの分散型電源が電力系統に接続された電力システムが利用されている。このような電力システムでは、分散型電源と電力系統とを接続し、分散型電源が発電した直流電力を交流電力に変換して、電力系統に出力する系統連系インバータが用いられている。
【０００３】
上述したような電力システムでは、事故などにより電力系統における送電が停止されている場合に、系統連系インバータが運転を継続し、局所的に電力を電力系統に供給する状態となることがある。このような状態は単独運転状態と称される。単独運転状態では、系統連系インバータにより電力系統の電力線が充電されることで、事故原因の除去などのための作業時に事故が発生することがある。そのため、系統連系インバータには、単独運転の検出および防止のための機能（単独運転検出装置）を備えることが求められている（非特許文献１参照）。
【０００４】
単独運転検出装置は、電力系統の電圧（系統電圧）の周波数の変化を検出し、周波数の変化量に比例した無効電力を系統連系インバータに電力系統へ出力させる。そして、無効電力による系統電圧の周波数の変化に基づき、系統連系インバータが単独運転状態であるか否かを検出する。系統連系インバータが単独運転状態でない場合には、無効電力を出力しても、系統電圧の変化が生じない。
【０００５】
上述したように、単独運転検出装置は、系統電圧の周波数の変化量に比例した無効電力の電力系統への出力により、系統連系インバータの単独運転を検出する。ここで、系統連系インバータの出力と負荷の出力とが釣り合っているなどの、系統電圧の変化が起こりにくい場合には、単独運転の検出が難しい。そこで、非特許文献１においては、単独運転時に発生する高調波電圧の変化を検出して、無効電力をステップ状に出力することで、系統電圧の周波数変化を促進する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１１７０１６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】社団法人日本電気協会，系統連系規定，ＪＥＡＣ９７０１−２０１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図６は、非特許文献１に記載の方法に対応する単独運転検出装置１ａの構成を示すブロック図である。
【０００９】
図６に示す単独運転検出装置１ａは、電圧計測部２と、周期偏差演算部３と、無効電力指令部４と、単独運転検出部５と、高調波演算部１０ａとを有する。
【００１０】
電圧計測部２は、系統電圧ＶGのＵ相電圧（電圧ＶGU）を検出し、検出結果を周期偏差演算部３と高調波演算部１０ａとに出力する。
【００１１】
周期偏差演算部３は、電圧計測部２により計測された電圧ＶGUの周期と定常状態での周期との偏差（周期偏差）Δｔを演算し、演算結果を無効電力指令部４と単独運転検出部５とに出力する。
【００１２】
高調波演算部１０ａは、電圧計測部２により計測された電圧ＶGUに基づき、系統電圧ＶGの基本波電圧値Ｖfundおよび高調波電圧値Ｖharmを演算（検出）し、検出した基本波電圧値Ｖfundおよび高調波電圧値Ｖharmを無効電力指令部４に出力する。
【００１３】
無効電力指令部４は、周期偏差演算部３から出力された周期偏差Δｔと、高調波演算部１０ａから出力された基本波電圧値Ｖfundおよび高調波電圧値Ｖharmとに基づき、周期偏差Δｔに比例する無効電力の出力を指示する無効電力指令（ｑ’指令）を生成する。
【００１４】
単独運転検出部５は、周期偏差演算部３から出力された周期偏差Δｔに基づき、系統連系インバータが単独運転状態であるか否かを判定し、単独運転状態であると判定した場合には、系統連系インバータの単独運転を検出した旨を示す単独運転検出信号を出力する。
【００１５】
次に、高調波演算部１０ａの構成について詳細に説明する。
【００１６】
高調波演算部１０ａは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）１４と、離散フーリエ変換器（ＤＦＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）１５と、全高調波電圧演算器１６と、基本波電圧演算器１７とを有する。
【００１７】
ＬＰＦ１４は、電圧計測部２により計測された電圧ＶGUから不要な高次高調波電圧を除去して、基本波電圧と所望の周波数帯域の高調波電圧との合成電圧をＤＦＴ１５に出力する。
【００１８】
ＤＦＴ１５は、ＬＰＦ１４の出力に対して離散フーリエ変換を行うことで、基本波電圧の正弦波成分（ｓｉｎ（ｆｕｎｄ））および余弦波成分（ｃｏｓ（ｆｕｎｄ））と、各次高調波電圧の正弦波成分（ｓｉｎ（２ｎｄ），ｓｉｎ（３ｒｄ），・・・）および余弦波成分（ｃｏｓ（２ｎｄ），ｃｏｓ（３ｒｄ），・・・）を演算する。なお、離散フーリエ変換の代わりに、高速フーリエ変換を用いてもよい。
【００１９】
全高調波電圧演算器１６は、ＤＦＴ１５により演算された各次高調波電圧の正弦波成分および余弦波成分に基づき、全高調波電圧の実効値を演算し、高調波電圧値Ｖharmとして無効電力指令部４に出力する。
【００２０】
基本波電圧演算器１７は、ＤＦＴ１５により演算された基本波電圧の正弦波成分および余弦波成分に基づき、基本波電圧の実効値を演算し、基本波電圧値Ｖfundとして無効電力指令部４に出力する。
【００２１】
単独運転状態の検出を高精度に行うためには、高調波電圧の演算を高精度かつ高速に行う必要がある。
【００２２】
単独運転検出装置１ａにおいては、高調波電圧の演算（検出）のために、離散フーリエ変換や高速フーリエ変換が用いられる。離散フーリエ変換や高速フーリエ変換を用いる場合、最小でも系統電圧の１周期に当たる期間が必要となる。また、離散フーリエ変換や高速フーリエ変換を用いる場合、複雑で多くのデータを使用する演算が必要となり、演算に要する時間が長くなる。また、非特許文献１では、所定の次数の高調波までを求めればよいと規定されているが、離散フーリエ変換や高速フーリエ変換を用いる場合、それ以上の次数の不必要な高調波電圧まで含まれてしまうため、精度が悪い。
【００２３】
なお、特許文献１には、計測された系統電圧をｄｑ変換することで基本波電圧および高調波電圧を求める方法が記載されている。しかしながら、この方法でも、高調波電圧の演算に必要な期間は、系統電圧の１周期に当たる期間となっている。さらに、ｄｑ変換では、３相の電圧の位相が重なる３の倍数次高調波（３ｎ次高調波）を検出することができない。単独運転状態になった場合、３ｎ次高調波が増加するが、特許文献１に記載されている方法では、３ｎ次高調波を検出することができず、検出精度が悪い。
【００２４】
本発明の目的は、上述した課題を解決し、高調波電圧の検出に要する時間の短縮および精度の向上を図ることができる単独運転検出装置、単独運転検出装置の制御方法および系統連系インバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するため、本発明に係る単独運転検出装置は、分散型電源と電力系統とを接続する系統連系インバータに搭載され、前記系統連系インバータの単独運転を検出する単独運転検出装置であって、前記電力系統の系統電圧を計測する電圧計測部と、前記電圧計測部により計測された系統電圧をｄｑ０変換し、前記系統電圧の１周期の１／３倍の移動平均区間で、前記ｄｑ０変換により得られた電圧値の移動平均を演算し、前記移動平均の演算結果と、前記ｄｑ０変換により得られた電圧値とに基づき、前記系統電圧の基本波電圧および高調波電圧を演算する高調波演算部と、前記系統電圧の定常状態での周期と前記電圧計測部により計測される系統電圧の周期との偏差を演算する偏差演算部と、前記高調波演算部により演算された基本波電圧と高調波電圧とに基づき、前記偏差に比例する無効電力を前記系統連系インバータに前記電力系統へ出力させる無効電力指令部と、前記偏差に基づき、前記系統連系インバータが単独運転状態であるか否かを判定する単独運転検出部とを有する。
【００２６】
また、本発明に係る単独運転検出装置において、前記高調波演算部は、前記電圧計測部により計測された系統電圧をｄｑ０変換し、前記高調波電圧をｄ軸電圧とｑ軸電圧交流値と０軸電圧とに分離し、前記基本波電圧をｑ軸電圧直流値に分離する電圧成分分離器と、前記電圧成分分離器により分離されたｑ軸電圧直流値に基づき基本波電圧値を演算する基本波電圧検出器と、前記電圧成分分離器により分離されたｄ軸電圧とｑ軸電圧交流値と０軸電圧とに基づき、全高調波電圧値を演算する全高調波電圧検出器と、を有することが好ましい。
【００２７】
また、本発明に係る単独運転検出装置において、前記電圧計測部は、前記系統電圧のＵ相電圧、Ｖ相電圧およびＷ相電圧を計測し、前記電圧成分分離器は、前記電圧計測部により計測されたＵ相電圧、Ｖ相電圧およびＷ相電圧のうち、基準相の電圧の位相を検出する位相同期回路と、前記位相同期回路により検出された基準相の電圧の位相を用いて前記電圧計測部により計測されたＵ相電圧、Ｖ相電圧およびＷ相電圧をｄｑ０変換することにより、３ｎ±１次（ｎは整数）高調波成分を３ｎ次交流成分に変換したｄ軸電圧と、３ｎ±１次高調波成分を３ｎ次交流成分に変換したｑ軸電圧交流値と前記基本波電圧を直流成分に変換したｑ軸電圧直流値とが合成されたｑ軸電圧と、３ｎ次高調波電圧を３ｎ次交流成分に変換した０軸電圧とを求めるｄｑ０変換器と、前記系統電圧の１周期の１／３倍の移動平均区間で、前記ｄｑ０変換器により求められたｑ軸電圧の移動平均を演算することで、前記ｑ軸電圧を前記ｑ軸電圧直流値と前記ｑ軸電圧交流値とに分離する移動平均演算器と、を有することが好ましい。
【００２８】
また、本発明に係る単独運転検出装置において、前記移動平均演算器は、前記系統電圧の１周期の１／３倍の移動平均区間で、前記ｄｑ０変換器により求められたｑ軸電圧の移動平均を演算することで、前記ｑ軸電圧直流値を求める移動平均ローパスフィルタと、前記ｄｑ０変換器により求められたｑ軸電圧から前記移動平均ローパスフィルタにより求められたｑ軸電圧直流値を減算することで、前記ｑ軸電圧交流値を求める減算器と、を有することが好ましい。
【００２９】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る単独運転検出装置の制御方法は、分散型電源と電力系統とを接続する系統連系インバータに搭載され、前記系統連系インバータの単独運転を検出する単独運転検出装置の制御方法であって、前記電力系統の系統電圧を計測するステップと、前記計測された系統電圧をｄｑ０変換し、前記系統電圧の１周期の１／３倍の移動平均区間で、前記ｄｑ０変換により得られた電圧値の移動平均を演算し、前記移動平均の演算結果と、前記ｄｑ０変換により得られた電圧値とに基づき、前記系統電圧の基本波電圧および高調波電圧を演算するステップと、前記系統電圧の定常状態での周期と計測される前記系統電圧の周期との偏差を演算するステップと、前記演算された基本波電圧と前記高調波電圧とに基づき、前記偏差に比例する無効電力を前記系統連系インバータに前記電力系統へ出力させるステップと、前記偏差に基づき、前記系統連系インバータが単独運転状態であるか否かを判定するステップとを含む。
【００３０】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る系統連系インバータは、分散型電源と電力系統との間に設けられ、前記分散型電源から出力された直流電力を交流電力に変換して、前記電力系統に出力する系統連系インバータであって、上記のいずれか１つの単独運転検出装置を有する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る単独運転検出装置、単独運転検出装置の制御方法および系統連系インバータによれば、高調波電圧の検出に要する時間の短縮および精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る単独運転検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す高調波演算部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る系統連系インバータの構成を示すブロック図である。
【図４】３ｎ±１次高調波のαβ平面座標上でのベクトル軌跡を示す図である。
【図５】３ｎ次高調波の０β平面座標上でのベクトル軌跡を示す図である。
【図６】関連する単独運転検出装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態に係る単独運転検出装置１の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る単独運転検出装置１は、分散型電源と電力系統とを接続し、分散型電源から出力された直流電力を交流電力に変換して電力系統に出力する系統連系インバータに搭載され、系統連系インバータが単独運転状態であるか否かを検出するものである。なお、図１において、図６と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３５】
図１に示す単独運転検出装置１は、図６に示す単独運転検出装置１ａと比較して、高調波演算部１０ａを高調波演算部１０に変更した点が異なる。なお、本実施形態においては、電圧計測部２は、系統電圧ＶGのＵ相電圧（電圧ＶGU）、Ｖ相電圧（電圧ＶGV）、Ｗ相電圧（電圧ＶGW）を検出し、検出した電圧ＶGU，ＶGV，ＶGWを高調波演算部１０に出力する。
【００３６】
高調波演算部１０は、電圧計測部２により計測された電圧ＶGU，ＶGV，ＶGWに基づき、系統電圧ＶGの基本波電圧値Ｖfundおよび高調波電圧値Ｖharmを演算（検出）し、検出した基本波電圧値Ｖfundおよび高調波電圧値Ｖharmを無効電力指令部４に出力する。
【００３７】
次に、高調波演算部１０の構成について、図１および図２を参照して説明する。図２は、高調波演算部１０の構成をより詳細に示す図である。
【００３８】
図１に示すように、高調波演算部１０は、電圧成分分離器１１と、全高調波電圧検出器１２と、基本波電圧検出器１３とを有する。
【００３９】
電圧成分分離器１１は、系統電圧ＶGの基本波電圧成分と高調波電圧成分とを分離し、高調波電圧成分を全高調波電圧検出器１２に出力し、基本波電圧成分を基本波電圧検出器１３に出力する。
【００４０】
電圧成分分離器１１は、ｄｑ０変換部１１１と、移動平均演算器１１２とを有する。
【００４１】
ｄｑ０変換部１１１は、電圧計測部２により計測された電圧ＶGU，ＶGV，ＶGWを、αβ０軸座標系における０軸を中心として位相θだけ回転させたｄｑ０軸座標系におけるｄ軸電圧Ｖd、ｑ軸電圧Ｖqおよび０軸電圧Ｖ0に変換するｄｑ０変換を行う。ｄｑ０変換部１１１は、ｄｑ０変換により得られたｄ軸電圧Ｖdおよび０軸電圧Ｖ0を移動平均演算器１１２に出力する。また、ｄｑ０変換部１１１は、ｄｑ０変換により得られたｑ軸電圧Ｖqを移動平均演算器１１２に出力する。
【００４２】
図２を参照して、ｄｑ０変換部１１１の構成をより詳細に説明すると、ｄｑ０変換部１１１は、位相同期回路（ＰＬＬ：Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）１１３と、ｄｑ０変換器１１４とを有する。
【００４３】
ＰＬＬ１１３は、電圧ＶGUが入力され、電圧ＶGUの位相θを求める。
【００４４】
ｄｑ０変換器１１４は、ＰＬＬ１１３により求められた位相θを用いて、電圧計測部２により計測された三相電圧（電圧ＶGU，ＶGV，ＶGW）のｄｑ０変換を行い、ｄ軸電圧Ｖd、ｑ軸電圧Ｖqおよび０軸電圧Ｖ0を求める。ｄｑ０変換器１１４は、ｄｑ０変換により得られたｄ軸電圧Ｖdおよび０軸電圧Ｖ0を移動平均演算器１１２に出力し、ｄｑ０変換により得られたｑ軸電圧Ｖqを移動平均演算器１１２に出力する。
【００４５】
図１を再び参照すると、移動平均演算器１１２は、ｄｑ０変換部１１１から出力されたｑ軸電圧Ｖqを直流成分（ｑ軸電圧直流値）ＶqDCと交流成分（ｑ軸電圧交流値）Ｖ’qとに分離し、直流成分ＶqDCを基本波電圧検出器１３に出力し、交流成分Ｖ’qを全高調波電圧検出器１２に出力する。
【００４６】
図２を参照して、移動平均演算器１１２の構成をより詳細に説明すると、移動平均演算器１１２は、移動平均ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１５と、減算器１１６とを有する。
【００４７】
移動平均ＬＰＦ１１５は、所定区間でのｑ軸電圧Ｖqの移動平均を求める。ｑ軸電圧Ｖqの移動平均を求めることで、ｑ軸電圧Ｖqの直流成分ＶqDCが得られる。移動平均ＬＰＦ１１５は、得られたｑ軸電圧Ｖqの直流成分ＶqDCを基本波電圧検出器１３および減算器１１６に出力する。
【００４８】
減算器１１６は、ｄｑ０変換部１１１から出力されたｑ軸電圧Ｖqから直流成分ＶqDCを減算する。ｑ軸電圧Ｖqから直流成分ＶqDCを減算することで、ｑ軸電圧Ｖqの交流成分Ｖ’qが得られる。減算器１１６は、得られたｑ軸電圧Ｖqの交流成分Ｖ’qを全高調波電圧検出器１２に出力する。
【００４９】
全高調波電圧検出器１２は、ｄｑ０変換部１１１から出力されたｄ軸電圧Ｖdの二乗平均平方根（ＲＭＳ：Ｒｏｏt  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）を演算し、その演算値に１／√３を乗算し、その乗算値を二乗する。全高調波電圧検出器１２は、移動平均演算器１１２から出力されたｑ軸電圧Ｖqの交流成分Ｖ’qと、ｄｑ０変換部１１１から出力された０軸電圧Ｖ0とについても同様の演算を行う。そして、全高調波電圧検出器１２は、ｄ軸電圧Ｖd、ｑ軸電圧Ｖqの交流成分Ｖ’qおよび０軸電圧Ｖ0それぞれの演算値を加算する。さらに、全高調波電圧検出器１２は、その加算値の平方根を高調波電圧Ｖharmとして出力する。
【００５０】
基本波電圧検出器１３は、移動平均演算器１１２から出力されたｑ軸電圧Ｖqの直流成分ＶqDCに１／√３を乗算し、その乗算値を二乗する。さらに、基本波電圧検出器１３は、二乗後の値の平方根を基本波電圧Ｖfundとして出力する。
【００５１】
次に、単独運転検出装置１を搭載した系統連系インバータの構成について説明する。
【００５２】
図３は、本発明の一実施形態に係る系統連系インバータを含む電力システム６０の構成を示す図である。
【００５３】
図３に示す電力システム６０は、分散型電源６１と、電力系統６２と、系統連系インバータ６３とを有する。
【００５４】
分散型電源６１は、例えば、風力発電機やタービン発電機などの、回転機を発電機として交流電力を発電し、整流器などの電力変換器で直流電力に変換して出力する発電装置である。また、分散型電源６１は、太陽光発電や燃料電池などの直流電力を出力する発電装置である。
【００５５】
電力系統６２は、構内電力系統あるいは電力会社の変電所に接続された配電線である。
【００５６】
系統連系インバータ６３は、分散型電源６１と電力系統６２とを接続する。系統連系インバータ６３は、例えば、複数個の半導体素子を有し、複数個の半導体素子のスイッチングを制御することで、分散型電源６１から出力された直流電力を交流電力に変換して、電力系統６２に出力する。
【００５７】
系統連系インバータ６３は、単独運転検出装置１と、ＤＣ／ＡＣ変換器６４と、連系開閉器６５と、停止装置６６と、インバータ出力制御装置６７とを有する。
【００５８】
単独運転検出装置１は、系統電圧ＶGの周波数の変化を検出し、周波数の変化量に比例した無効電力の出力を指示する無効電力指令（ｑ’指令）をインバータ出力制御装置６７に出力する。また、単独運転検出装置１は、系統連系インバータ６３の単独運転を検出すると、系統連系インバータ６３の単独運転を検出した旨を示す単独運転検出信号を停止装置６６に出力する。
【００５９】
ＤＣ／ＡＣ変換器６４は、インバータ出力制御装置６７の制御に従い、分散型電源６１が発電した直流電力を交流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣ変換器６４は、例えば、複数個の半導体素子を有し、複数個の半導体素子のスイッチングを制御することで、分散型電源６１が発電した直流電力を交流電力に変換する。
【００６０】
連系開閉器６５は、ＤＣ／ＡＣ変換器６４と電力系統６２との間に設けられた開閉器である。連系開閉器６５が閉状態である場合には、ＤＣ／ＡＣ変換器６４から出力された交流電力が電力系統６２に送電される。連系開閉器６５が開状態である場合には、ＤＣ／ＡＣ変換器６４と電力系統６２とは遮断され、ＤＣ／ＡＣ変換器６４から電力系統６２への送電は行われない。
【００６１】
停止装置６６は、単独運転検出装置１から単独運転検出信号が出力されると、連系開閉器６５を開状態にする旨を示す開閉器・開指令を連系開閉器６５に出力する。また、停止装置６６は、単独運転検出装置１から単独運転検出信号が出力されると、ＤＣ／ＡＣ変換器６４の動作を停止する旨を示すゲートブロック指令をインバータ出力制御装置６７に出力する。
【００６２】
インバータ出力制御装置６７は、ＤＣ／ＡＣ変換器６４が出力する交流電圧Ｖinvおよび交流電力ＩGと、系統電圧ＶGと、分散型電源６１の出力電圧ＶDCとに基づき、ＤＣ／ＡＣ変換器６４の出力を制御する出力指令を生成し、ＤＣ／ＡＣ変換器６４に出力する。また、インバータ出力制御装置６７は、連系開閉器６５の開閉を制御する開閉器・開閉指令を連系開閉器６５に出力する。また、インバータ出力制御装置６７は、単独運転検出装置１から無効電力指令（ｑ’指令）が出力されると、無効電力指令に示される無効電力が出力されるようにＤＣ／ＡＣ変換器６４の出力を制御する。また、インバータ出力制御装置６７は、停止装置６６からゲートブロック信号が出力されると、ＤＣ／ＡＣ変換器６４が有する半導体素子のスイッチング動作を停止させることでゲートブロックを行う。
【００６３】
次に、本実施形態に係る高調波演算部１０による基本波電圧および高調波電圧の検出動作について説明する。
【００６４】
ＰＬＬ１１３は、電圧計測部２により計測された電圧ＶGUの位相θを検出する。なお、本実施形態においては、Ｕ相を基準相とし、電圧ＶGUを用いて基準相の電圧の位相を検出しているが、これに限られるものではない。Ｖ相やＷ相を基準相としてもよく、また、基準相の電圧の位相の検出方法も適宜、選択可能である。
【００６５】
ｄｑ０変換器１１４は、ＰＬＬ１１３により検出された位相θを用いて、電圧計測部２により計測された三相電圧（電圧ＶGU，ＶGV，ＶGW）をｄｑ０変換して、ｄｑ０軸座標系におけるｄ軸電圧Ｖd、ｑ軸電圧Ｖqおよび０軸電圧Ｖ0を求める。
【００６６】
なお、ｄｑ０変換は、以下の式（１）を用いて直接的に、あるいは、以下の式（２）および式（３）を用いて、αβ０座標系を介して間接的に行うことができる。
【数１】
0006342354.tif 000002
【００６７】
ｄｑ０変換により得られた回転座標系（ｄｑ０座標系）のｄｑ０軸電圧は、αβ０空間に存在する空間ベクトルと捉えることができる。αβ０空間は、α軸とβ軸とを持つ平面に奥行きとして０軸を加えたものである。したがって、ｄｑ０軸電圧は、αβ０空間の０軸を中心に回転するベクトルと考えることができる。
【００６８】
ｄｑ０変換により得られた回転座標系のｄｑ０軸電圧は、基準相であるＵ相の電圧の位相θを用いてｄｑ０変換を行っているため、三相平衡でオフセットを持たない正弦波であれば、ｄ軸および０軸は常に零となり、ｑ軸は実効値を√３倍した値となる。
【００６９】
ＵＶＷ相に高調波が現れた場合、高調波の次数によりｄｑ０軸電圧の現れ方が異なる。以下では、高調波を２，５，８，１１・・・といった３ｎ−１次高調波（ｎは整数）と、４，７，１０，１３・・・といった３ｎ＋１次高調波と、３，６，９，１２・・・といった３ｎ次高調波との３種類に分ける。
【００７０】
３ｎ−１次高調波は、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧に現れる。３ｎ−１次高調波は、系統電圧ＶGの周期の１／（３ｎ）倍の周期、すなわち３ｎ倍の周波数でαβ平面上を位相θの負の方向に回転するベクトルとして現れる。そのため、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧には、系統電圧ＶGの周期の１／（３ｎ）倍の周期、すなわち３ｎ次の正弦波交流として現れる。
【００７１】
３ｎ＋１次高調波は、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧に現れる。３ｎ＋１次高調波は、系統電圧ＶGの周期の１／（３ｎ）倍の周期、すなわち３ｎ倍の周波数でαβ平面上を位相θの正の方向に回転するベクトルとして現れる。そのため、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧には、系統電圧ＶGの周期の１／（３ｎ）倍の周期、すなわち３ｎ次の正弦波交流として現れる。
【００７２】
３ｎ次高調波、１周期が基本波の１２０°に当たる期間であり、ＵＶＷ相の位相差と等しいため、全ての相の３ｎ次高調波が重なる。そのため、ｄｑ０変換ではオフセットとして変換されるため、０軸に系統電圧ＶGの周期の１／（３ｎ）倍の周期、すなわち３ｎ次の正弦波交流として現れる。
【００７３】
図４は、αβ０空間のうちα軸を横軸、β軸を縦軸としたαβ平面座標上の２，４，５，７次高調波のベクトル軌跡を示す図である。正円はオフセットを持たない三相平衡正弦波のベクトル軌跡を示し、そのベクトル軌跡は基本波周期で１周する。図４においては、三相平衡正弦波のベクトル軌跡に、基本波の１／ｍ倍の大きさのｍ次高調波を加えたベクトル軌跡を重ねて示している。各高調波は固有のベクトル軌跡を持つ。また、３ｎ次高調波は、奥行き方向である０軸に現れるため、αβ平面座標上では観測することができない。
【００７４】
図５は、αβ０空間のうち０軸を横軸、β軸を縦軸とした０β平面座標上の３次および６次高調波のベクトル軌跡を示す図である。図５においては、三相平衡正弦波に基本波の１／ｍ倍の大きさのｍ次高調波を加えたベクトル軌跡を示している。３ｎ次高調波を持たない場合は、０β平面座標上で０軸方向への大きさを持たず、β軸上を移動する、すなわちαβ座標のみを持つ平面のベクトル軌跡となるが、３ｎ次高調波を持つ場合には、図５に示すように、０軸方向に変化する固有のベクトル軌跡となる。
【００７５】
このように、３ｎ±１次高調波は、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧に、系統電圧ＶGの周期の１／（３ｎ）倍の周期の正弦波交流として現れる。また、３ｎ次高調波は、０軸電圧Ｖ0に、系統電圧ＶGの周期の１／（３ｎ）倍の周期正弦波交流として現れる。一方、本実施形態においては、基準相であるＵ相の電圧ＶGUの位相θを用いたｄｑ０変換を行っているため、基本波電圧はｑ軸電圧にのみ、√３倍した実効値の大きさを持つｑ軸電圧直流値として現れる。すなわち、ｑ軸電圧は、３ｎ±１次高調波電圧に起因する交流電圧（ｑ軸電圧交流値）と基本波電圧に起因する直流電圧（ｑ軸電圧直流値）とが合成されたものである。
【００７６】
なお、本実施形態においては、Ｕ相電圧（電圧ＶGU）の位相θを用いたｄｑ０変換を行っているため、基本波電圧に起因する直流電圧がｑ軸に現れているが、基準とする相によっては、基本波電圧に起因する直流電圧がｄ軸に現れることもある。
【００７７】
移動平均演算器１１２（移動平均ＬＰＦ１１５）は、系統電圧ＶGの周期の１／３の区間を移動平均区間として、ｑ軸電圧Ｖqの移動平均を演算する。
【００７８】
上述したように、高調波電圧は、ｑ軸電圧には３ｎ次の正弦波交流の合成として現れるため、ｑ軸電圧は、系統電圧ＶGの周期の１／（３ｎ）倍の周期を有する。そのため、移動平均演算器１１２（移動平均ＬＰＦ１１５）の移動平均区間を、系統電圧ＶGの周期の１／３の区間を設定することで、高調波電圧に起因する交流成分を打ち消し、基本波電圧に起因する直流成分（ｑ軸電圧直流値）を求めることができる。また、移動平均ＬＰＦ１１５は、移動平均区間の１／ｎの周期を持つ交流成分の減衰特性に優れているため、直流成分と３ｎ次交流成分とからなるｑ軸電圧から直流成分を得るのに適している。
【００７９】
高調波電圧はすべて１／（３ｎ）周期であるため、移動平均ＬＰＦ１１５で得られたｑ軸電圧直流値ＶqDCを減算器１１６においてｑ軸電圧Ｖqから減算することにより、ｑ軸電圧交流値Ｖ’qを求めることができる。
【００８０】
基本波電圧検出器１３は、移動平均演算器１１２により求められたｑ軸電圧直流値ＶqDCを１／√３倍した値の絶対値を取ることで、基本波電圧値Ｖfundを得る。
【００８１】
また、高調波電圧検出器１２は、ｄ軸電圧Ｖd、ｑ軸電圧交流値Ｖ’qおよび０軸電圧Ｖ0の実効値を求める。高調波電圧検出器１２は、高調波電圧を変換した３ｎ次の正弦波交流の合成の実効値を算出するため、実効値演算の積分期間を系統電圧ＶGの周期の１／３の期間とする。
【００８２】
高調波電圧検出器１２は、算出したｄ軸電圧Ｖd、ｑ軸電圧交流値Ｖ’qおよび０軸電圧Ｖ0の実効値に基づき、以下の式（４）を用いて、全高調波電圧値Ｖharmの実効値を得る。
【数２】
0006342354.tif 000003
【００８３】
このように本実施形態によれば、単独運転検出装置１は、系統電圧ＶGを計測する電圧計測部２と、電圧計測部２により計測された系統電圧ＶGから基本波電圧と高調波電圧とを演算する高調波演算部１０と、系統電圧ＶGの定常状態での周期と電圧計測部２により計測される系統電圧ＶGの周期との偏差を演算する偏差演算部３と、高調波演算部１０により演算された基本波電圧と高調波電圧とに基づき、偏差演算部３により演算された偏差に比例する無効電力を系統連系インバータ６３に電力系統６２へ出力させる無効電力指令部４と、偏差演算部３により演算された偏差に基づき、系統連系インバータ６３が単独運転状態であるか否かを判定する単独運転検出部５と、を有する。また、高調波演算部１０は、電圧計測部２により計測された系統電圧ＶGをｄｑ０変換し、系統電圧ＶGの１周期の１／３倍の移動平均区間で、ｄｑ０変換により得られた電圧値の移動平均を演算し、移動平均の演算結果と、ｄｑ０変換により得られた電圧値とに基づき、基本波電圧および高調波電圧を演算する。
【００８４】
電圧計測部２により計測された系統電圧ＶGをｄｑ０変換することで、系統電圧ＶGの３ｎ±１次高調波電圧は、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧に、系統電圧ＶGの周期の１／（３ｎ）倍の周期、すなわち３ｎ次の正弦波交流として現れる。また、系統電圧ＶGの３ｎ次高調波電圧は、０軸に電力系統６２の電圧周期の１／（３ｎ）倍の周期、すなわち３ｎ次の正弦波交流として現れる。
【００８５】
そして、系統電圧ＶGの１周期の１／３倍の移動平均区間で、ｑ軸電圧Ｖqの移動平均を演算することで、ｑ軸電圧Ｖqの、基本波電圧に起因する直流成分（ｑ軸電圧直流値ＶqDC）と高調波電圧に起因する交流成分（ｑ軸電圧交流値Ｖ’q）とを分離することができる。そして、ｑ軸電圧直流値ＶqDCに基づき、基本波電圧を求めることができ、また、ｄｑ０変換により得られたｄ軸電圧Ｖdおよび０軸電圧Ｖ0とｑ軸電圧交流値Ｖ’qとに基づき、全高調波電圧を求めることできる。
【００８６】
したがって、系統電圧ＶGの１周期の１／３倍の期間で基本波電圧および高調波電圧を求めることができるので、高調波電圧の検出に要する時間の短縮を図ることができる。さらに、系統連系インバータ６３の単独運転時に増加する３ｎ次高調波電圧も検出することができるので、系統連系インバータ６３の単独運転の検出精度の向上を図ることもできる。
【００８７】
本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロックなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１    単独運転検出装置
２    電圧計測部
３    周期偏差演算部
４    無効電力指令部
５    単独運転検出部
１０    高調波演算部
１１    電圧成分分離器
１２    全高調波電圧検出器
１３    基本波電圧検出器
６０    電力システム
６１    分散型電源
６２    電力系統
６３    系統連系インバータ
６４    ＤＣ／ＡＣ変換器
６５    連系開閉器
６６    停止装置
６７    インバータ出力制御装置
１１１    ｄｑ０変換部
１１２    移動平均演算器
１１３    位相同期回路（ＰＬＬ）
１１４    ｄｑ０変換器
１１５    移動平均ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１１６    減算器
【図１】
0006342354.tif 000004
【図２】
0006342354.tif 000005
【図３】
0006342354.tif 000006
【図４】
0006342354.tif 000007
【図５】
0006342354.tif 000008
【図６】
0006342354.tif 000009