(57)【要約】【課題】  注入電流量を小さくしても、バックグラウンドノイズに対するＳＮ比の悪化を抑制して、分散電源の単独運転を精度良く検出することができる装置を提供する。【解決手段】  この単独運転検出装置は、電流注入装置３２と供給停止検出装置４２とを備えている。電流注入装置３２は、所定の大きさの注入電流を供給する注入期間と、注入電流が実質的に０の期間が一定期間続く非注入期間とを一定の周期で繰り返す注入次数ｍの注入電流Ｊm を引込線１８に注入する。供給停止検出装置４２は、引込線１８における計測電圧Ｖt および計測電流Ｉt から、注入電流Ｊm による電圧および電流をバックグラウンドノイズを低減して抽出する第１抽出手段と、それから出力される電圧および電流から、注入次数ｍの電圧および電流をそれぞれ抽出する第２抽出手段と、それから出力される電圧および電流を用いて、注入次数ｍのインピーダンスまたはアドミタンスを算出する演算手段とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位系統に変電所を介して配電線が接続され、この配電線に、分散電源を有する需要家設備が接続された構成の配電系統に適用されるものであって、
前記配電線から前記需要家設備への引込線に、当該配電系統の基本波電圧の１倍よりも大きい非整数倍次数の注入電流を注入する電流注入装置と、
前記引込線における電圧および電流を計測して得られる計測電圧および計測電流から、前記注入次数の電圧および電流をそれぞれ抽出し、この電圧および電流に基づいて、前記需要家設備の受電点から眺めた前記配電系統の前記注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスを算出し、当該インピーダンスまたはアドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを検出する供給停止検出装置とを備える、分散電源の単独運転検出装置において、
前記電流注入装置は、０よりも大きい所定の大きさの注入電流を供給する注入期間Ｔ1 と、注入電流が実質的に０の期間が一定期間続く非注入期間Ｔ2 とを一定の周期で繰り返す注入電流を出力するものであり、
前記供給停止検出装置は、
一定の時間幅のマスク期間Ｔ5 と、前記注入電流の注入期間Ｔ1 に同期していて当該注入期間Ｔ1 を含む時間幅を有するマスク解除期間Ｔ6 とを、前記注入電流の注入期間Ｔ1 の繰り返し周期と同じ周期Ｔ4 で繰り返す第１マスク信号と、この第１マスク信号をＴ4 −Ｔ6 の時間だけ遅らせたものに相当するマスク信号であって第１マスク信号と同じ時間幅のマスク期間Ｔ5 およびマスク解除期間Ｔ6 ならびに第１マスク信号と同じ周期Ｔ4 を有する第２マスク信号とを発生させるマスク信号発生手段と、
このマスク信号発生手段から出力される第１マスク信号および第２マスク信号を用いて、第１マスク信号のマスク解除期間Ｔ6 においては前記計測電圧および計測電流をそれぞれそのまま出力し、第１マスク信号および第２マスク信号のマスク期間Ｔ5 においては前記計測電圧および計測電流をそれぞれ０にして出力し、第２マスク信号のマスク解除期間Ｔ6 においては前記計測電圧および計測電流の正負の極性をそれぞれ反転して出力する第１抽出手段と、
この第１抽出手段から出力される電圧および電流から、前記注入次数の電圧および電流をそれぞれ抽出して出力する第２抽出手段と、
この第２抽出手段から出力される電圧および電流を用いて、前記注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスを算出する演算手段とを備えている、ことを特徴とする分散電源の単独運転検出装置。
【請求項２】
前記供給停止検出装置は、前記第１抽出手段の前段に、前記計測電圧および計測電流から、前記配電系統の少なくとも基本波電圧成分および基本波電流成分をそれぞれ除去する除去手段を更に備えており、
前記第１抽出手段は、当該第１抽出手段において処理する前記計測電圧および計測電流として、前記除去手段を通した後の電圧および電流をそれぞれ用いるものである請求項１記載の分散電源の単独運転検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上位系統に変電所を介して配電線が接続され、この配電線に、分散電源を有する需要家設備が接続された構成の配電系統に適用されるものであって、分散電源の単独運転を検出する単独運転検出装置に関し、より具体的には、単独運転検出のための注入電流量を小さくしても、バックグラウンドノイズに対するＳＮ比の悪化を防止して、単独運転を精度良く検出することができるようにする手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
配電線には、近年、風力発電、廃棄物発電、小水力発電、コジェネレーション（複合発電）等の発電設備が接続されることが盛んになってきた。このような発電設備は、分散電源と呼ばれる。
【０００３】
系統事故等によって電力会社の変電所の遮断器が開放されて、上位系統からの電力供給が停止したときに、分散電源が運転（即ち単独運転）を続けていると、上位系統からの電力供給が停止したにもかかわらず配電線に電圧が印加され続けることになるので、感電事故等が発生する恐れがある。そこで、第１ステップとして、このような上位系統からの電力供給の停止、即ち分散電源の単独運転を確実に検出する必要がある。更に第２ステップとして、当該分散電源を配電系統から切り離す（解列する）必要がある。
【０００４】
分散電源の単独運転を検出する装置の一例として、例えば特許文献１には、上位系統に変電所を介して配電線が接続され、この配電線に、分散電源を有する需要家設備が接続された構成の配電系統に適用される単独運転検出装置であって、前記配電線から前記需要家設備への引込線に、当該配電系統の基本波電圧の１倍よりも大きい非整数倍次数（例えば２．４次、２．５次等）ｍの注入電流を注入する電流注入装置と、前記引込線における電圧および電流を計測して得られる計測電圧および計測電流から、前記注入次数ｍの電圧および電流をそれぞれ抽出し、この電圧および電流に基づいて、前記需要家設備の受電点から眺めた前記配電系統の前記注入次数ｍのインピーダンスまたはアドミタンスを算出し、当該インピーダンスまたはアドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給停止、即ち分散電源の単独運転を検出する供給停止検出装置とを備える単独運転検出装置が記載されている。
【０００５】
上記電流注入装置から引込線に注入する注入次数ｍの注入電流は、連続する正弦波電流である。
【０００６】
上記供給停止検出装置は、具体的には、前記注入電流による前記注入次数ｍの電圧Ｖm および電流Ｉm を計測し、この両者から、注入次数ｍのインピーダンスＺm ＝Ｖm ／Ｉm またはアドミタンスＹm ＝Ｉm ／Ｖm を算出し、このインピーダンスＺm の絶対値が所定値よりも大きい状態が所定時間以上継続したか否か、またはアドミタンスＹm の絶対値が所定値よりも小さい状態が所定時間以上継続したか否かを判定して、単独運転を検出するものである。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２４８１６８号公報（段落００１６−００２０、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような分散電源の単独運転検出装置においては、注入電流を小さくして、電流注入装置の小型化ひいては単独運転検出装置の小型化を図りたいという要望がある。電流注入装置はパワー回路であり、供給停止検出装置は制御回路であるので、電流注入装置が単独運転検出装置のサイズを支配している。
【０００９】
しかし、上記従来の単独運転検出装置においては、単に注入電流を小さくすると、次のような問題が発生する。これを図１２を参照して説明する。
【００１０】
図１２は、配電系統における受電点付近を単純化して示す図であり、前述したような配電線１０に、受電点Ｐで、前述したような需要家設備の引込線１８が接続された構成をしている（より具体例は図１参照）。
【００１１】
この引込線１８に、前記電流注入装置から、前記注入次数ｍの注入電流Ｊm を注入すると、受電点Ｐを通して配電線１０側に向けて注入電流Ｊm の分流Ｊmsが流れ、それによって受電点Ｐに電圧Ｖmsが発生する。
【００１２】
一方、一般的に、配電線１０に接続されている負荷（図示省略）等からバックグラウンドノイズが発生し、このバックグラウンドノイズによる電流が配電線１０に流入する（注入される）。このバックグラウンドノイズの内で前記注入次数ｍの次数（周波数）成分を持つものを妨害等価注入電流Ｉn と呼ぶことにすると、受電点Ｐを通して引込線１８側に向けて妨害等価注入電流Ｉn の分流Ｉnsが流れ、それによって受電点Ｐに電圧Ｖnsが発生する。
【００１３】
受電点Ｐから眺めた配電系統の例えばアドミタンスは、妨害等価注入電流Ｉn がなければ、次式に従って計算されるはずである。
【００１４】
［数１］
Ｙm ＝Ｊms／Ｖms
【００１５】
しかし、上記のように、注入次数ｍのバックグラウンドノイズによる妨害等価注入電流Ｉn が存在すると、計測されるアドミタンスは次式となる。分子、分母の±の符号は、一つの位相の例を示し、次式とは±がそれぞれ逆になる場合もある。いずれにしても、分子、分母にそれぞれ計測誤差要素Ｉns、Ｖnsを含んでしまう。
【００１６】
［数２］
Ｙm ＝（Ｊms−Ｉns）／（Ｖms＋Ｖns）
【００１７】
従来の単独運転検出装置のように注入電流Ｊm が十分に大きいと、Ｊms≫Ｉns、Ｖms≫Ｖnsなので、数２は数１と実質的に同じになり、計測誤差要素の存在は無視できるけれども、注入電流Ｊm を小さくすると、計測誤差要素が無視できなくなる。即ち、注入電流Ｊm による注入次数ｍの計測電圧および計測電流のレベルが低下してしまい、系統電圧や注入次数ｍのバックグラウンドノイズに対してＳＮ比が悪くなるため、注入次数ｍのアドミタンスＹm やインピーダンスＺm を精度良く計測することができなくなる。ひいては、分散電源の単独運転検出を精度良く行うことができなくなる。
【００１８】
そこでこの発明は、注入電流量を小さくしても、バックグラウンドノイズに対するＳＮ比の悪化を抑制して、注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスの計測精度を低下させずに済み、分散電源の単独運転を精度良く検出することができる単独運転検出装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明に係る分散電源の単独運転検出装置は、
（１）前記配電線から前記需要家設備への引込線に、当該配電系統の基本波電圧の１倍よりも大きい非整数倍次数の注入電流を注入する電流注入装置と、
（２）前記引込線における電圧および電流を計測して得られる計測電圧および計測電流から、前記注入次数の電圧および電流をそれぞれ抽出し、この電圧および電流に基づいて、前記需要家設備の受電点から眺めた前記配電系統の前記注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスを算出し、当該インピーダンスまたはアドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを検出する供給停止検出装置とを備えており、かつ
（３）前記電流注入装置は、０よりも大きい所定の大きさの注入電流を供給する注入期間Ｔ1 と、注入電流が実質的に０の期間が一定期間続く非注入期間Ｔ2 とを一定の周期で繰り返す注入電流を出力するものであり、
（４）前記供給停止検出装置は、
（ａ）一定の時間幅のマスク期間Ｔ5 と、前記注入電流の注入期間Ｔ1 に同期していて当該注入期間Ｔ1 を含む時間幅を有するマスク解除期間Ｔ6 とを、前記注入電流の注入期間Ｔ1 の繰り返し周期と同じ周期Ｔ4 で繰り返す第１マスク信号と、この第１マスク信号をＴ4 −Ｔ6 の時間だけ遅らせたものに相当するマスク信号であって第１マスク信号と同じ時間幅のマスク期間Ｔ5 およびマスク解除期間Ｔ6 ならびに第１マスク信号と同じ周期Ｔ4 を有する第２マスク信号とを発生させるマスク信号発生手段と、
（ｂ）このマスク信号発生手段から出力される第１マスク信号および第２マスク信号を用いて、第１マスク信号のマスク解除期間Ｔ6 においては前記計測電圧および計測電流をそれぞれそのまま出力し、第１マスク信号および第２マスク信号のマスク期間Ｔ5 においては前記計測電圧および計測電流をそれぞれ０にして出力し、第２マスク信号のマスク解除期間Ｔ6 においては前記計測電圧および計測電流の正負の極性をそれぞれ反転して出力する第１抽出手段と、
（ｃ）この第１抽出手段から出力される電圧および電流から、前記注入次数の電圧および電流をそれぞれ抽出して出力する第２抽出手段と、
（ｄ）この第２抽出手段から出力される電圧および電流を用いて、前記注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスを算出する演算手段とを備えている、ことを特徴としている。
【００２０】
この単独運転検出装置によれば、電流注入装置から出力する注入電流は、前記注入期間Ｔ1 と非注入期間Ｔ2 とを一定の周期で繰り返すものであるので、従来のように連続的な正弦波の注入電流に比べて、非注入期間Ｔ2 が存在するぶん注入電流量を小さくすることができる。
【００２１】
一方、供給停止検出装置は、前記マスク信号発生手段から出力される第１マスク信号および第２マスク信号を用いて、第１マスク信号のマスク解除期間Ｔ6 においては前記計測電圧および計測電流をそれぞれそのまま出力し、第１マスク信号および第２マスク信号のマスク期間Ｔ5 においては前記計測電圧および計測電流をそれぞれ０にして出力し、第２マスク信号のマスク解除期間Ｔ6 においては前記計測電圧および計測電流の正負の極性をそれぞれ反転して出力する第１抽出手段を備えているので、前記計測電圧および計測電流中に含まれる前記注入電流による電圧および電流は、第１マスク信号のマスク解除期間Ｔ6 にのみ存在することになり、第１抽出手段からそのまま出力される。これに対して、バックグラウンドノイズは、原理的には全期間に存在するけれども、マスク期間Ｔ5 に存在するものは強制的に０にされ、第１マスク信号のマスク解除期間Ｔ6 に存在するものと、第２マスク信号のマスク解除期間Ｔ6 に存在するものを極性反転したものとを合成したもの、換言すれば前者から後者を引いたもののみが第１抽出手段から出力されるので、第１抽出手段を通さない場合に比べて、バックグラウンドノイズは非常に小さくなる。
【００２２】
なお、バックグラウンドノイズには、前記注入次数の周波数成分のものとそうでない周波数成分のものとがあるが、前記第２抽出手段で前記注入次数の電圧および電流を抽出することにしていて注入次数以外の周波数成分のバックグラウンドノイズは第２抽出手段から抽出されないので、供給停止検出装置においては、注入次数の周波数成分のバックグラウンドノイズに着目すれば良い。
【００２３】
上記のようにして、注入電流量を小さくしても、第１抽出手段から出力される電圧および電流のバックグラウンドノイズに対するＳＮ比が向上する。そして、第２抽出手段は、ＳＮ比の向上した電圧および電流から前記注入次数の電圧および電流をそれぞれ抽出して出力するので、注入次数の電圧および電流を精度良く抽出することができ、当該電圧および電流を用いて、演算手段は、前記注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスを精度良く算出することができる。
【００２４】
なお、第１抽出手段の前段に、前記計測電圧および計測電流から、前記配電系統の少なくとも基本波電圧成分および基本波電流成分をそれぞれ除去する除去手段を更に設け、前記第１抽出手段は、当該第１抽出手段において処理する前記計測電圧および計測電流として、前記除去手段を通した後の電圧および電流をそれぞれ用いるものとしても良い。
【００２５】
そのようにすると、仮に基本波電圧成分または基本波電流成分の大きさに幾らかの変動が存在していても、基本波成分は除去手段によって除去されるので、基本波成分の変動に起因して発生する見かけ上の前記注入次数成分が前記第１抽出手段に供給されるのを防止することができる。その結果、第１抽出手段から出力される電圧および電流のバックグラウンドノイズに対するＳＮ比がより向上し、ひいては前記注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスの計測精度がより向上する。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１に記載の発明によれば、電流注入装置から出力する注入電流は、注入期間Ｔ1 と非注入期間Ｔ2 とを一定の周期で繰り返すものであるので、従来のように連続的な正弦波の注入電流に比べて、非注入期間Ｔ2 が存在するぶん注入電流量を小さくすることができる。その結果、電流注入装置の小型化ひいては当該単独運転検出装置の小型化を図ることができる。
【００２７】
しかも、マスク信号発生手段から出力される第１マスク信号および第２マスク信号を用いて、第１マスク信号のマスク解除期間Ｔ6 においては計測電圧および計測電流をそれぞれそのまま出力し、第１マスク信号および第２マスク信号のマスク期間Ｔ5 においては計測電圧および計測電流をそれぞれ０にして出力し、第２マスク信号のマスク解除期間Ｔ6 においては計測電圧および計測電流の正負の極性をそれぞれ反転して出力する第１抽出手段を備えていて、この第１抽出手段から出力される電圧および電流のバックグラウンドノイズに対するＳＮ比が向上するので、第２抽出手段は注入次数の電圧および電流を精度良く抽出することができ、演算手段は注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスを精度良く算出することができる。その結果、注入電流量を小さくしても、バックグラウンドノイズに対するＳＮ比の悪化を抑制して、単独運転を精度良く検出することができる。
【００２８】
請求項２に記載の発明によれば、仮に基本波電圧成分または基本波電流成分の大きさに幾らかの変動が存在していても、その変動の影響を排除して、注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスの計測精度をより向上させることができるので、単独運転検出の精度がより向上するという更なる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、この発明に係る分散電源の単独運転検出装置を備える配電系統の一例を示す単線接続図である。
【００３０】
この配電系統は、上位系統２に変電所４を介して幾つかの配電線１０、１１が接続された構成をしている。変電所４は、変圧器（バンクトランス）６と、その２次側と配電線１０、１１とを接続する遮断器（バンク遮断器）８とを備えている。なお、電圧が７ｋＶを超える特別高圧の場合の配電線は、実務上は、送配電線と呼ばれるが、この明細書では、この場合も統一して配電線と呼ぶことにしている。
【００３１】
各配電線１０、１１には、幾つかの一般需要家設備１２、分散電源を有する幾つかの需要家設備１４、１５、および幾つかの力率改善用コンデンサ１６等が接続されている。
【００３２】
この例では、配電線１０に受電点Ｐで接続された需要家設備１４内に、以下に説明するような単独運転検出装置を設けている。
【００３３】
需要家設備１４においては、その受電点Ｐに引込線１８および遮断器２０を介して構内母線２２が接続され、この構内母線２２に変圧器２４を介して負荷２５が接続されている。
【００３４】
更に、構内母線２２に遮断器２６および連系用の遮断器２８を介して分散電源３０が接続されており、通常は、遮断器２６および２８を閉じて、分散電源３０から当該配電系統の基本波に同期した電力を構内母線２２に供給するようにしている。これを連系運転と呼ぶ。
【００３５】
系統事故等の際には、変電所４の遮断器８が開放される。その際、前述したように、分散電源３０が運転（即ち単独運転）していると、感電事故等が発生する恐れがあるので、分散電源３０の単独運転を確実に検出し、更には遮断器２８を開放して分散電源３０を配電系統から切り離す（解列する）必要がある。
【００３６】
そのために、この実施形態ではこの需要家設備１４内に、分散電源３０の単独運転を検出する単独運転検出装置を設けている。この単独運転検出装置は、電流注入装置３２と、供給停止検出装置４２とを備えている。この電流注入装置３２および供給停止検出装置４２が、前記特許文献１に記載のものと異なる。
【００３７】
引込線１８には、当該引込線１８における電圧および電流を計測する計器用変圧器４０および計器用変流器４１が接続されており、これら４０、４１で計測して得られる計測電圧Ｖt および計測電圧Ｉt が供給停止検出装置４２に供給される。
【００３８】
電流注入装置３２は、この例では電圧整合用の変圧器３８を介して、引込線１８に、ひいては受電点Ｐおよび配電線１０に、当該配電系統の基本波電圧の１倍よりも大きい非整数倍次数（即ち帯小数次数）ｍの注入電流Ｊm を注入する。この注入電流Ｊm の次数（即ち注入次数）ｍは、単独運転の検出精度を高めるためには、例えば、配電線１０の電圧が７ｋＶ以下の高圧の場合は、１＜ｍ＜２．７の範囲内が好ましく、配電線１０の電圧が７ｋＶを超える特別高圧の場合は、１＜ｍ＜３．６の範囲内が好ましいことが実験によって確かめられている。従って例えば、注入次数ｍとして２．５次を用いる。
【００３９】
しかも電流注入装置３２は、従来例のような連続した正弦波の注入電流を出力するものではなく、例えば図５に示す例のように、０よりも大きい所定の大きさの注入電流を供給する注入期間Ｔ1 と、注入電流が実質的に０（即ち０またはほぼ０）の期間が一定期間続く非注入期間Ｔ2 とを一定の周期Ｔ3 で繰り返す注入電流Ｊm を出力するものである。この図５の例の注入電流Ｊm は、正負両極性の繰り返しパルス波形のものであり、注入期間Ｔ1 の繰り返し周期はＴ3 ／２である。また、１／Ｔ3 が注入次数ｍの周波数に相当する。
【００４０】
但し、注入電流Ｊm の波形は、図５に例示したインパルス状のものに限られるものではなく、矩形波状のもの、正または負片方の単極性パルス状のもの、正弦波を断続した波形のもの等でも良い。
【００４１】
なお、図５では、注入電流Ｊm の波形は、時間軸を小さくして図示しているのでギザギザに見えるが、時間軸を拡大して表示すると、図７（Ｂ）に示す注入電流Ｉtmとほぼ同じ滑らかな波形をしている。図８（Ｂ）を除く他の図における電圧、電流等の波形についても同様である。
【００４２】
図５に示す注入電流Ｊm を注入したときの前記計測電圧Ｖt および計測電流Ｉt の波形の例を図６に示す。計測電圧Ｖt は、正弦波の系統電圧に注入電流によるパルス状の電圧Ｖtmが重畳された波形をしていることが分かる。計測電流Ｉt は、このシミュレーションでは負荷電流を０としたので、図５の注入電流Ｊm とほぼ同じ波形をしている。なお、図６（Ａ）、図８（Ａ）において、注入電流による電圧Ｖtmは、その存在を分かりやすくするために、若干拡大して図示している。
【００４３】
引込線１８における注入電流Ｉtm、および当該注入電流Ｉtmによる電圧Ｖtmの波形の例を、図７に時間軸を拡大して示す。
【００４４】
電流注入装置３２は、この例では、図４（Ａ）に示すように、上記注入電流Ｊm に同期していて、周期が注入電流Ｊm と同じＴ3 、大きさが論理値１、その立上り時点が注入電流Ｊm の一方の極性（例えば正）の立上り時点と一致またはほぼ一致している同期信号Ｓ2 を出力し、それを図１に示す供給停止検出装置４２に与える。
【００４５】
供給停止検出装置４２は、上記計測電圧Ｖt および計測電流Ｉt に基づいて、前記受電点Ｐから眺めた当該配電系統の前記注入次数ｍのインピーダンスまたはアドミタンスを算出し、当該インピーダンスまたはアドミタンスの変化から、上位系統２からの電力供給が停止したことを判定して、上位系統２からの電力供給が停止したことを表す、即ち分散電源３０の単独運転を表す供給停止検出信号Ｓ1 を出力するものである。この例では、この供給停止検出信号Ｓ1 に応答して遮断器２８が開放される。
【００４６】
より具体的には、供給停止検出装置４２は、この例では図２に示すように、上記計測電圧Ｖt 、計測電流Ｉt を受けて、後述する離散フーリエ変換器５２、５４等でのサンプリングに不要な成分を除去するローパスフィルタ４４、４６と、それから出力されるアナログの電圧、電流をディジタルに変換して電圧Ｖd 、電流Ｉd をそれぞれ出力するＡＤ変換器４８、５０とを備えている。
【００４７】
このＡＤ変換器４８、５０から出力される電圧Ｖd 、電流Ｉd は、基本波の離散フーリエ変換器（ＤＦＴ）５２、５４および減算器５６、５８にそれぞれ供給される。これらの要素５２、５４、５６、５８が、この実施形態では、前記計測電圧Ｖt および計測電流Ｉt から、前記配電系統の少なくとも基本波電圧成分および基本波電流成分をそれぞれ除去する除去手段を構成している。
【００４８】
基本波の離散フーリエ変換器５２、５４は、計測電圧Ｖt 、計測電流Ｉt をディジタル化した上記電圧Ｖd 、電流Ｉd をフーリエ変換して、それらの基本波の電圧Ｖd1、電流Ｉd1をそれぞれ抽出して出力する。上記計測電圧Ｖt 、電圧Ｖd1等のシミュレーション波形の例を図８に示す。電流波形は、電圧波形とほぼ同様であるので、図示を省略する（以下同様）。図８（Ｂ）において電圧Ｖd1の波形に多数の小さな段差が付いているのは、離散フーリエ変換によって信号を離散的に切り出したからであり、サンプリング周波数を高くすればこの段差はより小さくなりより滑らかになる。
【００４９】
減算器５６は、上記電圧Ｖd から上記電圧Ｖd1を減算して、電圧Ｖd2を出力する。減算器５８は、上記電流Ｉd から上記電流Ｉd1を減算して、電流Ｉd2を出力する。電圧Ｖd2の波形を図８（Ｃ）に示す。上記減算の結果、基本波電圧成分が除去されて、電圧Ｖd2は、注入電流による注入次数ｍの電圧Ｖtmにバックグラウンドノイズ電圧Ｖn が重畳した波形をしている。
【００５０】
上記のような除去手段を設けることは必須ではないけれども、それを設けておくと、仮に基本波電圧成分または基本波電流成分の大きさに幾らかの変動が存在していても、基本波成分は上記除去手段によって除去されるので、基本波成分の変動に起因して発生する見かけ上の注入次数ｍの成分が次の第１抽出手段（この実施形態では抽出器６０、６２）に供給されるのを防止することができる。その結果、第１抽出手段から出力される電圧Ｖd3および電流Ｉd3のバックグラウンドノイズに対するＳＮ比がより向上し、ひいては注入次数ｍのインピーダンスＺm またはアドミタンスＹm の計測精度がより向上する。
【００５１】
なお、より計測精度を高めるためには、必要に応じて離散フーリエ変換器５２、５４で基本波成分の他に５次成分や７次成分も抽出し、減算器５６、５８で元の電圧Ｖd 、電流Ｉd から減算して、基本波成分の他に５次成分や７次成分も除去するようにしても良い。３相回路では、一般的に３次成分は殆ど生じないので、これの除去処理は敢えて行わなくても良い。
【００５２】
減算器５６、５８から出力される電圧Ｖd2、電流Ｉd2は、第１および第２の抽出器６０および６２にそれぞれ供給される。但し、上記除去手段を設けない場合は、上記電圧Ｖd 、電流Ｉd が抽出器６０、６２にそれぞれ供給され、当該電圧Ｖd 、電流Ｉd が以下に述べる電圧Ｖd2、電流Ｉd2の代わりに以下のように処理される。いずれにしても、上記電圧Ｖd 、Ｖd2は上記計測電圧Ｖt に相当しており、上記電流Ｉd 、Ｉd2は上記計測電流Ｉt に相当している。
【００５３】
供給停止検出装置４２は、この実施形態では、電流注入装置３２から供給される前記同期信号Ｓ2 を用いて、一定の時間幅のマスク期間Ｔ5 と、前記注入電流Ｊm の注入期間Ｔ1 に同期していて当該注入期間Ｔ1 を含む時間幅を有するマスク解除期間Ｔ6 とを、前記注入電流Ｊm の注入期間Ｔ1 の繰り返し周期Ｔ3 ／２と同じ周期Ｔ4 （＝Ｔ3 ／２）で繰り返す第１マスク信号Ｓ3 と、この第１マスク信号Ｓ3 をＴ4 −Ｔ6 の時間だけ遅らせたものに相当するマスク信号であって第１マスク信号Ｓ3 と同じ時間幅のマスク期間Ｔ5 およびマスク解除期間Ｔ6 ならびに第１マスク信号Ｓ3 と同じ周期Ｔ4 を有する第２マスク信号Ｓ4 とを発生させるマスク信号発生器８０を備えている。このマスク信号発生器８０が、前記マスク信号発生手段を構成している。
【００５４】
より具体的には、マスク信号発生器８０は、この実施形態では図３および図４に示すように、前記同期信号Ｓ2 に応答して、前記注入電流Ｊm の注入期間Ｔ1 に同期していて当該注入期間Ｔ1 を含む時間幅を有していて論理値が１のマスク解除期間Ｔ6 と、論理値が０で一定の時間幅のマスク期間Ｔ5 とを、前記注入電流Ｊm の注入期間Ｔ1 の繰り返し周期Ｔ3 ／２と同じ周期Ｔ4 （＝Ｔ3 ／２）で繰り返す第１マスク信号Ｓ3 を発生させる第１マスク信号発生器８２と、この第１マスク信号発生器８２からの第１マスク信号Ｓ3 をＴ4 −Ｔ6 の時間だけ遅らせた第２マスク信号Ｓ4 を発生させる第２マスク信号発生器８４とを有している。従って、この第２マスク信号Ｓ4 も、第１マスク信号Ｓ3 と同じ時間幅のマスク期間Ｔ5 （その論理値は０）およびマスク解除期間Ｔ6 （その論理値は１）ならびに第１マスク信号Ｓ3 と同じ周期Ｔ4 を有している。
【００５５】
マスク信号Ｓ3 、Ｓ4 の周期Ｔ4 をＴ3 ／２とするのは、図５に示した正負両極性の繰り返しパルス波形の注入電流Ｊm に対応するためである。注入電流Ｊm が正または負の単極性の繰り返しパルス波形の場合は、マスク信号Ｓ3 、Ｓ4 の周期Ｔ4 は、当該単極性パルスの周期と同じにすれば良い。
【００５６】
第２マスク信号発生器８４は、この例では具体的には、Ｔ4 −Ｔ6 の遅延時間を有する遅延回路である。但し、第２マスク信号発生器８４は、それ自身で、前記同期信号Ｓ2 に応答して、上記第２マスク信号Ｓ4 、即ち第１マスク信号Ｓ3 をＴ4 −Ｔ6 の時間だけ遅らせたものに相当する第２マスク信号Ｓ4 を発生させるものでも良い。
【００５７】
供給停止検出装置４２は、この実施形態では、上記マスク信号発生器８０から出力される第１マスク信号Ｓ3 および第２マスク信号Ｓ4 を用いて、第１マスク信号Ｓ3 のマスク解除期間Ｔ6 においては前記電圧Ｖd2および電流Ｉd2をそれぞれそのまま出力し、第１マスク信号Ｓ3 および第２マスク信号Ｓ4 のマスク期間Ｔ5 においては前記電圧Ｖd2および電流Ｉd2をそれぞれ０にして出力し、第２マスク信号のマスク解除期間Ｔ6 においては前記電圧Ｖd2および電流Ｉd2の正負の極性をそれぞれ反転して出力する抽出器６０および６２を備えている。この抽出器６０、６２からの出力が、それぞれ電圧Ｖd3、電流Ｉd3である。この抽出器６０および６２が、前記第１抽出手段を構成している。
【００５８】
この抽出器６０、６２のより具体例を図３に示す。
【００５９】
抽出器６０は、前記電圧Ｖd2と前記第１マスク信号Ｓ3 との掛け算を行い、マスク解除期間Ｔ6 の電圧Ｖd2はそのまま出力し、マスク期間Ｔ5 の電圧Ｖd2は強制的に０にして出力するマスク回路８６と、前記電圧Ｖd2と前記第２マスク信号Ｓ4 との掛け算を行い、マスク解除期間Ｔ6 の電圧Ｖd2はそのまま出力し、マスク期間Ｔ5 の電圧Ｖd2は強制的に０にして出力するマスク回路８８と、マスク回路８６から出力される電圧Ｖd4からマスク回路８８から出力される電圧Ｖd5を減算して出力する減算器９０とを備えている。この減算器９０からの出力が前記電圧Ｖd3であり、Ｖd3＝Ｖd4−Ｖd5である。電圧Ｖd5は減算器９０で減算されるから、その正負の極性を反転して出力することと実質的に同じである。上記のようにする代わりに、マスク回路８８の出力側に電圧Ｖd5の極性を反転させる極性反転器を設け、減算器９０の代わりに加算器を設けても良く、そのようにしても前記電圧Ｖd3を出力することができる。上記マスク回路８６および８８は、この例では具体的には、それぞれＡＮＤ回路である。
【００６０】
抽出器６２は、電流を上記抽出器６０と同様に処理するマスク回路９２、９４および減算器９６を備えている。従って、上記抽出器６０の説明における電圧Ｖd2、Ｖd3、Ｖd4、Ｖd5は、電流Ｉd2、Ｉd3、Ｉd4、Ｉd5にそれぞれ置き換えれば良いので、ここでは重複説明を省略する。
【００６１】
前記計測電圧Ｖt および計測電流Ｉt 中に含まれる前記注入電流Ｊm による電圧Ｖtmおよび電流Ｉtmは、第１マスク信号Ｓ3 のマスク解除期間Ｔ6 にのみ存在することになり、抽出器６０、６２からそれぞれそのまま出力される。
【００６２】
これに対して、バックグラウンドノイズは原理的には全期間に存在するけれども、（ａ）マスク信号Ｓ4 およびＳ5 のマスク期間Ｔ5 に存在するものは強制的に０にされる。（ｂ）しかも、マスク解除期間Ｔ6 に存在するバックグラウンドノイズは、第１マスク信号Ｓ3 のマスク解除期間Ｔ6 に存在するものと、第２マスク信号Ｓ4 のマスク解除期間Ｔ6 に存在するものを極性反転したものとを合成したもの、換言すれば前者から後者を引いたものが抽出器６０、６２から出力される。第１マスク信号Ｓ3 のマスク解除期間Ｔ6 に存在するバックグラウンドノイズと、第２マスク信号Ｓ4 のマスク解除期間Ｔ6 に存在するバックグラウンドノイズは、通常は波形が互いに近似していると考えられるので、上記のように引き算を行うと、残留するバックグラウンドノイズのレベル（大きさ）は非常に小さくなる。上記（ａ）および（ｂ）の効果が合わさって、抽出器６０、６２を通さない場合に比べて、バックグラウンドノイズは非常に小さくなる。即ち、電圧Ｖd3、電流Ｉd3に含まれるバックグラウンドノイズは、あるいは当該バックグラウンドノイズをフーリエ解析してその前記注入次数ｍの周波数成分を抽出したときの当該成分の振幅レベルは、非常に小さくなる。
【００６３】
上記のような処理によって、注入次数ｍの周波数成分のバックグラウンドノイズの振幅レベルを非常に小さくすることができることを以下に更に説明する。
【００６４】
なお、上記のようにして電圧Ｖd2、電流Ｉd2を処理して電圧Ｖd3、電流Ｉd3を出力することは、図８（Ｄ）、図９に示すような、第１マスク信号Ｓ3 に相当する信号と、第２マスク信号Ｓ4 の論理値１を−１に反転させたものに相当する信号とを合成したマスク信号Ｓ5 を用いて、このマスク信号Ｓ5 と電圧Ｖd2、電流Ｉd2とをそれぞれ掛け算して電圧Ｖd3、電流Ｉd3をそれぞれ出力することと処理内容は同じであるので、そのような処理を行っても良い。以下においては、説明が簡単であるので、このマスク信号Ｓ5 を用いた場合を例に説明する。
【００６５】
まず波形を簡単に説明すると、上記マスク信号Ｓ5 を用いて得られる電圧Ｖd3の波形を図８（Ｅ）に示す。マスク解除期間Ｔ6 以外の期間に存在するバックグラウンドノイズ電圧Ｖn が除去されていることが分かる。図示しないけれども、バックグラウンドノイズ電流も同様に除去される。
【００６６】
次に詳細に説明すると、図９は、図８（Ｃ）、（Ｄ）の一部分を拡大したものに相当する。但し、図９では、注入電流による電圧Ｖtmは、説明に必要がないので省略している。  
【００６７】
なお、バックグラウンドノイズには、前記注入次数ｍの周波数成分のものとそうでない周波数成分のものとがあるが、後述する第２抽出手段（注入次数ｍの離散フーリエ変換器６４、６６）で注入次数ｍの電圧Ｖm および電流Ｉm を抽出することにしていて注入次数ｍ以外の周波数成分のバックグラウンドノイズは第２抽出手段から抽出されないので、この供給停止検出装置４２においては、注入次数ｍの周波数成分のバックグラウンドノイズに着目すれば良い。この注入次数ｍの周波数成分のバックグラウンドノイズは、フーリエ解析すれば、余弦波（ｃｏｓ波）状または正弦波（ｓｉｎ波）状をしている。
【００６８】
図９に示すように、前記注入次数ｍの周波数成分のバックグラウンドノイズ電圧Ｖn に着目する。この電圧Ｖn の周期は、どちらも同じ注入次数ｍだから、前記注入電流Ｊm の周期と同じくＴ3 である。マスク信号Ｓ5 は、前述したように論理値０、１、−１の信号である。その周期Ｔ4 は、前述したようにＴ4 ＝Ｔ3 ／２である。但し、上記バックグラウンドノイズ電圧Ｖn とマスク信号Ｓ5 との間の位相は、通常は一定の関係にはない。また、上記バックグラウンドノイズ電圧Ｖn の絶対値は、ここではマスクの前後における比率を求めるので、図９に例示するようなものである必要はない。
【００６９】
マスク信号Ｓ5 の論理値１側のマスク解除期間Ｔ6 の中心と上記バックグラウンドノイズ電圧Ｖn の最大点との間の位相差をθとすると、図９（Ａ）はθ＝０°の場合を示し、図９（Ｂ）はθ＝９０°の場合を示す。抽出器６０（電流の場合は６２）を通すことによって、上記バックグラウンドノイズ電圧Ｖn の内でマスク解除期間Ｔ6 にある部分７２（太線で示す）はそのまま残留し、論理値−１のマスク解除期間Ｔ6 にある部分７４は正負の極性が反転して太線で示す部分７６として残留し、他の部分は０となる。このバックグラウンドノイズ電圧Ｖn の部分７２と７６とを加算した（換言すれば、上記部分７２から上記部分７４を減算した。後述する数３はこれを示す）後の残留分の大きさは、位相差θが０°の場合も９０°の場合も、非常に小さくなることが図９から定性的に理解することができる。
【００７０】
上記バックグラウンドノイズ電圧Ｖn の残留分Ｖnrの大きさを、位相差θとの関係で定量的に求める。マスク信号Ｓ5 のデューティ比をΔ（＝Ｔ6 ／Ｔ4 ）とし、マスクする前のバックグラウンドノイズ電圧Ｖn の最大値を１とすると、バックグラウンドノイズ電圧Ｖn の残留分Ｖnrは、簡略化すると、次式を用いてフーリエ解析することによって求めることができる。次式では、θは、０、π／１２、・・・、２πのようにπを用いて表している。ｊは虚数単位である。次式の第１項は論理値１のマスク解除期間Ｔ6 における残留分（図９の上記部分７２に相当）であり、第２項は論理値−１のマスク解除期間Ｔ6 における残留分（上記部分７４に相当）である。
【００７１】
【数３】
2005354869.tif 000003
【００７２】
ここで、一例として、Δ＝０．１としたときの前記位相差θに対する残留分Ｖnrを計算してグラフ化したものを図１０に示す。マスクする前のバックグラウンドノイズ電圧Ｖn の最大値を１としたので、図１０の縦軸は、マスクしない場合に対する残留分Ｖnrの比率を示している。この図に示すように、上記条件の場合、前記注入次数ｍのバックグラウンドノイズ電圧Ｖn の残留分Ｖnrの大きさは、マスクしない場合に比べて、位相差θに依らずに、わずか約６％に低減する。即ち、極めて小さくなる。
【００７３】
ちなみに、上記実施形態との比較例を示すと、上記論理値−１のマスク解除期間Ｔ6 を設けず当該期間を０にしても（即ち、前記第１マスク信号Ｓ3 のみを用いても）、バックグラウンドノイズ電圧Ｖn の残留分Ｖnrが小さくなり、当該残留分の大きさはθ＝０°で最大となり、θ＝９０°で最小となることは、図９から定性的に理解することができる。また、この比較例の場合は、上記数３の第１項のみを使用することになり、その場合の残留分Ｖnrを上記実施形態と同一条件でフーリエ解析した結果を図１１に示す。この場合は、残留分Ｖnrの大きさは、上記位相差θに依存し、マスクしない場合に比べて約２０％〜約０％の間に低減される。
【００７４】
バックグラウンドノイズはどの位相で出現するかは定まらないので、上記位相差θも一定には定まらない。従って、上記比較例における残留分Ｖnrは２０％程度と見ておくのが妥当であり、この比較例と比べても、上記実施形態によれば、残留分Ｖnrは１／３以下に（即ち６／２０程度に）減少する。
【００７５】
この実施形態によれば、上記のようにして、図２に示す抽出器６０および６２からそれぞれ出力される電圧Ｖd3および電流Ｉd3のバックグラウンドノイズに対するＳＮ比が向上する。そしてこの電圧Ｖd3および電流Ｉd3が、前記注入次数ｍの離散フーリエ変換器６４および６６にそれぞれ供給される。両離散フーリエ変換器６４、６６が、この実施形態では、第１抽出手段から出力される電圧および電流から前記注入次数ｍの電圧Ｖm および電流Ｉm を抽出して出力する第２抽出手段を構成している。即ち、離散フーリエ変換器６４、６６は、上記電圧Ｖd3、電流Ｉd3をそれぞれフーリエ変換して、前記注入次数ｍの電圧Ｖm 、電流Ｉm をそれぞれ抽出して出力する。
【００７６】
上記電圧Ｖm および電流Ｉm は、演算器６８に供給される。この演算器６８が前記演算手段を構成している。演算器６８は、上記電圧Ｖm および電流Ｉm を用いて、この例では、次式に従って、前記注入次数ｍのアドミタンスＹm を算出して出力する。
【００７７】
［数４］
Ｙm ＝Ｉm ／Ｖm 
【００７８】
上記アドミタンスＹm は、判定器７０に供給される。判定器７０は、このアドミタンスＹm の変化から、単独運転を検出して前記供給停止検出信号Ｓ1 を出力する。具体的には、判定器７０は、上記アドミタンスＹm の絶対値｜Ｙm ｜を所定の基準値Ｒ1 と比較して、前者｜Ｙm ｜が後者Ｒ1 よりも小さくなったときに、前記供給停止検出信号Ｓ1 を出力する。基準値Ｒ1 の大きさは、例えば、連系運転時の｜Ｙm ｜の１／２程度にすれば良い。また、単独運転以外の何らかによる｜Ｙm ｜の瞬時の変動による誤検出を防止するためには、｜Ｙm ｜＜Ｒ1 の状態が所定時間以上継続したときに供給停止検出信号Ｓ1 を出力するようにするのが好ましい。この所定時間は、例えば、０．３秒以上１０秒以下の所定時間にすれば良い。
【００７９】
以上のように、この単独運転検出装置においては、電流注入装置３２から出力する注入電流Ｊm は、注入期間Ｔ1 と非注入期間Ｔ2 とを一定の周期で繰り返すものであるので、従来のように連続的な正弦波の注入電流に比べて、非注入期間Ｔ2 が存在するぶん注入電流量を小さくすることができる。その結果、電流注入装置３２の小型化ひいては当該単独運転検出装置の小型化を図ることができる。
【００８０】
しかも、マスク信号発生器８０から出力される第１マスク信号Ｓ3 および第２マスク信号Ｓ4 を用いて、第１マスク信号Ｓ3 のマスク解除期間Ｔ6 においては計測電圧Ｖt および計測電流Ｉt をそれぞれそのまま出力し、第１マスク信号Ｓ3 および第２マスク信号Ｓ4 のマスク期間Ｔ5 においては計測電圧Ｖt および計測電流Ｉt をそれぞれ０にして出力し、第２マスク信号Ｓ4 のマスク解除期間Ｔ6 においては計測電圧Ｖt および計測電流Ｉt の正負の極性をそれぞれ反転して出力する第１抽出手段（抽出器６０、６２）を備えていて、上記のような作用によって、第１抽出手段から出力される電圧Ｖd3および電流Ｉd3のバックグラウンドノイズに対するＳＮ比が向上するので、第２抽出手段（離散フーリエ変換器６４、６６）は注入次数ｍの電圧Ｖm および電流Ｉm を精度良く抽出することができ、演算手段（演算器６８）は注入次数ｍのアドミタンスＹm 等を精度良く算出することができる。その結果、注入電流量を小さくしても、バックグラウンドノイズに対するＳＮ比の悪化を防止して、単独運転を精度良く検出することができる。
【００８１】
なお、インピーダンスとアドミタンスとは単に逆数の関係なので、上記注入次数ｍの電圧Ｖm および電流Ｉm に基づいて、上記演算器６８において注入次数ｍのインピーダンスＺm （＝Ｖm ／Ｉm ）を算出し、判定器７０において、このインピーダンスＺm の変化から、単独運転を検出するようにしても良い。例えば、判定器７０は、所定の基準値をＲ2 とすると、｜Ｚm ｜＞Ｒ2 の状態が所定時間以上継続したときに供給停止検出信号Ｓ1 を出力するものでも良い。基準値Ｒ2 の大きさは、例えば、連系運転時の｜Ｚm ｜の２倍程度にすれば良い。所定時間は、例えば、上記と同様にすれば良い。
【００８２】
また、単独運転時には、上記アドミタンスＹm やインピーダンスＺm よりも、通常は、それらの成分である注入次数ｍのサセプタンスｂm の方が変化が大きいので、判定器７０において、｜Ｙm ｜または｜Ｚm ｜の代わりにサセプタンスｂm の変化から、上述した｜Ｙm ｜または｜Ｚm ｜の場合と同様にして、単独運転を検出するようにしても良い。
【００８３】
また、この実施形態では、上記のような分散電源３０の単独運転検出から更に進めて、上記供給停止検出信号Ｓ1 によって上記遮断器２８を開放して、分散電源３０の単独運転を防止するようにしているけれども、この発明は、分散電源３０の単独運転検出が主目的であるので、遮断器２８を開放する構成は必須ではない。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】この発明に係る分散電源の単独運転検出装置を備える配電系統の一例を示す単線接続図である。
【図２】図１中の供給停止検出装置の一例を示すブロック図である。
【図３】図２中のマスク信号発生器および抽出器の一例を示すブロック図である。
【図４】図３中の同期信号およびマスク信号の波形の一例を示す図である。
【図５】注入電流の波形の一例を示す図である。
【図６】引込線における計測電圧および計測電流の波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図７】引込線における注入電流および当該注入電流による電圧の波形のシミュレーション結果の一例を、時間軸を拡大して示す図である。
【図８】図２に示すブロック図中の各部における電圧等の波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図９】抽出器の動作の例を示す図である。
【図１０】図９中の位相差とバックグラウンドノイズ電圧の残留分との関係の計算結果の一例を示す図である。
【図１１】比較例における位相差とバックグラウンドノイズ電圧の残留分との関係の計算結果の一例を示す図である。
【図１２】配電系統における受電点付近を単純化して示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
２  上位系統
４  変電所
１０、１１  配電線
１４、１５  需要家設備
１８  引込線
３０  分散電源
３２  電流注入装置
４２  供給停止検出装置
５２、５４  離散フーリエ変換器
５６、５８  減算器
６０、６２  抽出器
６４、６６  離散フーリエ変換器
６８  演算器
７０  判定器
８０  マスク信号発生器
Ｊm   注入電流
Ｓ3   第１マスク信号
Ｓ4   第２マスク信号
【図１】
2005354869.tif 000004
【図２】
2005354869.tif 000005
【図３】
2005354869.tif 000006
【図４】
2005354869.tif 000007
【図５】
2005354869.tif 000008
【図６】
2005354869.tif 000009
【図７】
2005354869.tif 000010
【図８】
2005354869.tif 000011
【図９】
2005354869.tif 000012
【図１０】
2005354869.tif 000013
【図１１】
2005354869.tif 000014
【図１２】
2005354869.tif 000015