(57)【要約】【課題】商用電源の系統電圧波形等の周期的な波形を計測する場合、従来は一般的には位相同期装置等を必要とするため、従来の波形観測方法では、系統の故障や事故により系統電圧が無くなると、同時に、商用電源の波形の周期的なゼロクロス点が無くなり、商用電源の波形の計測不能となる問題があった。【解決手段】本発明は、単純なセンサーからＡ／Ｄ変換により取り込まれる時系列データを利用し，対象とする被計測周期波形とは独立の周期で、対象波形の２／３倍以下の周波数で、かつ、対象波形の周期とは無関係のデータ取り込み手段により、対象とする波形の最低周波数の１．５波長分以上のデータを計測して位相同期装置無しで商用電源波形の計測を行うことができる商用電源波形の非同期計測方式を実現したものである。【選択図】              図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源波形の計測において、
対象とする被計測商用電源波形とは無関係で、商用電源波形の最低周波数成分の２／３倍以下の周波数で、かつ、対象の計測波形の周期とは無関係にデータ取り込みを行うデータ取りこみ手段、
該データ取りこみ手段により、対象とする商用電源波形とは無関係に最低周波数成分の１．５波長分以上のデータをくり返し計測する波形計測手段、
とを具備し、被計測商用電源波形の電圧、実効値、平均値、振幅、周波数，位相，高調波等の解析を行うようにした商用電源波形の非同期計測方式。
【請求項２】
商用電力系統に連系された分散型電源システムにおいて、
商用電源波形の周期とは独自に，商用電源波形の周期の２／３倍以下の周波数で、かつ、商用電源波形の周期とは無関係なデータ取りこみ手段、
該データ取りこみ手段により、商用電源波形の周期の最低周波数成分の１．５波長分以上のデータをくり返し計測する波形計測手段、
とを具備し、商用電源波形の状態を計測して、商用電源波形の電圧、実効値、平均値、振幅、周波数、位相、高調波等の解析を行うようにした系統連系用分散型電源システムにおける商用電源波形の非同期計測方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電源波形をその周期とは独立の周期で対象波形の最低周波数成分の２／３倍以下の周波数で、対象とする波形の１．５波長分以上のデータを計測する商用電源波形の非同期計測方式に関する。
本発明の商用電源波形の非同期計測方式は、商用電力と系統連系運転を行う発電機，又は各種の計測機器や制御方式等へ利用することにより、波形計測を単純なセンサーを用いて安易に、位相同期装置無しで商用電源波形の計測を行うことができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、周期波形を計測する場合の計測方法を図４に示す。
図４に示すように、対象とする周期波形（ａ）を周期的にサンプリングするために、対象周期波形（ａ）と同期させて周期波形のデータの取り込みを行っている。又は（ｂ）に示すような、対象周期波形（ａ）と同期したトリガ等により、周期的に被計測波形をサンプリングして取り込みを行っている。このようにして取り込まれた被計測波形のデータを、（ｃ）に示すように、周期波形のデータを計測することにより、周期波形の状態を周期的に計測して、周期波形の周波数，位相，高調波等の解析を行っている。
【０００３】
近年、地球温暖化防止京都会議（ＣＯＰ３）等をきっかけとして、地球規模で、環境とエネルギーに対する関心が急速に高まっており、太陽光発電は再生可能なクリーンエネルギー源として世界中から期待されており、太陽光発電を分散型の電源として使うために太陽光発電から得られる直流出力をインバータにより交流変換し、これを商用交流系統と連系させることが現在広く行われている。
太陽光発電システムにおいては、設置需要家内の負荷における消費電力が、発電状態により系統連系インバータの出力よりも小さいときには余剰分が商用系統に逆潮流され、また同負荷の消費電力が系統連系インバータの出力よりも大きいときには不足分が商用系統から供給される。そしてこのようにして分散型電源として太陽光発電システムを使用できる。
太陽光発電を商用交流系統と連系させるための技術的な安全設備基準として、「系統連系ガイドライン」が定められている。この「ガイドライン」によれば、商用系統が停電時には、系統連系された太陽光発電システムが単独運転しないようにすることが求められている。
このため、単独運転防止機能をもたせるために常時システムの周期波形を計測監視する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の周期波形を計測する方法では、対象周期波形と同期した波形の取り込みができない場合、又は、トリガ等により周期的なサンプリングができない場合、被計測周期波形の正確な計測ができなくなるという問題点がある。
例えば、太陽光発電システムにおけるインバータの制御においては、太陽電池の直流電力を商用電源の系統電圧波形に同期した交流電力に変換し、系統連系運転を行っている。
このため、太陽光発電システムの単独運転を防止するために、常に商用電源の系統電圧波形の計測、解析を行うことが必要であるが、従来の波形観測方法では，系統の故障や事故により周期的な波形が無くなると、同時に、商用電源の波形の周期的な計測が不能となる。（特開平７−１６３０６５，特開平１０−２０１１０７）
【０００５】
図５は、商用電源の周期波形と同期して取り込むことにより、被計測周期波形の計測、解析を行う場合の波形の説明図である。
分散型電源の一例として、太陽光発電システムにおけるインバータの制御は、太陽電池の直流電力を商用電源の系統電圧波形に同期した交流電力に変換し、系統連系運転を行っている。このため、太陽光発電システムの単独運転を防止するために、図５の（ａ）に示すように、常に商用電源の周期と同期して取り込むことにより系統電圧波形の計測、解析を行なっている。しかしながら、図５の（ａ）に示すような従来の波形観測方法では、図５の（ｂ）に示すように、系統の故障や事故により系統電圧が無くなると同時に商用電源の波形の周期的な計測が不能となる場合があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、商用電源波形の計測において、対象とする被計測周期波形とは無関係の周期で、対象波形の最低周波数成分の２／３倍以下の周波数で、かつ、対象の計測波形の周期とは無関係に、データ取りこみを行うデータ取りこみ手段、該データ取りこみ手段により、対象とする周期波形とは無関係に最低周波数成分の１．５波長分以上のデータをくり返し計測する波形計測手段、とを具備し、被計測周期波形の波形、実効値、平均値、振幅、周波数，位相，高調波等の解析を行うようにした商用電源波形の非同期計測方式を実現したものである。
本発明の特徴は，対象とする被計測商用電源波形の最低周波数成分２／３倍以下の周波数で、対象とする波形の１．５波長分以上のデータを、被測定周波数の位相にかかわりなく独立に計測するようにしたことで、非同期方式であっても本発明の方式は測定値の中に、例えば計測の起点となるゼロクロス点を必ず３点含むので、確実に測定することが可能である。
本発明の方式により、位相同期装置が不要となりまた被測定波形の周波数が変化した場合にも、波形を独自の周期で計測することが可能となり、従来発生していた計測不能状態を回避できる特徴がある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
【実施例】
本発明の商用電源波形の非同期計測方式が交流電力の監視に使用される太陽光発電システムの一例を図１に示す。
図１において、１は太陽電池である。２は系統連系型インバータで、３はインバータ制御部である。４は分電盤、５は設置需要家内の負荷、６は系統の商用電源、７は電流変成器、８は電圧変成器である。
太陽電池１から出力される直流電力は、インバータ２に加えられ、インバータ２により商用電源の周波数の交流電力に変換される。インバータ２は変成器７と電圧変成器８により計測された値から系統の状態を監視し、インバータ２の交流出力は、分電盤４を介して家庭負荷５に供給され、又系統商用電源６に接続されている。
【０００８】
太陽電池１の出力電流と電圧の値は電流変成器７および電圧変成器８により検出されインバータ制御部３に加えられる。また，インバータ２が連系している系統の交流電流と電圧の値は電流変成器７および電圧変成器８により検出され制御部３に加えられる。
インバータ制御部３は，太陽電池１の出力電流と電圧の値より最適な出力電流指示値を算出し，出力電流指示値をインバータ２に対して与えることによりインバータ２に運転の指示を行う。
【０００９】
太陽光発電システムにおいては，設置需要家内の負荷５における消費電力がインバータ２の出力電力よりも小さいときには余剰分が系統商用電源６に逆潮流され，また，設置需要家内の負荷５の消費電力がインバータ２の出力よりも大きいときには，不足分が系統商用電源６から供給されることにより、エネルギー源として太陽光発電システムを利用することができる。
このための技術的な安全設備基準として、「系統連系ガイドライン」が定められている。この「ガイドライン」によれば，系統が停電時には連系している発電システムは単独運転しないように施設することが求められている。このため，系統連系インバータ２の制御装置３は，常時系統の状態を確実に監視する必要がある。
【００１０】
図２は，本発明の商用電源波形の非同期計測方式を，系統連系インバータの制御装置３の商用電源波形の波形計測に適用した実施例を説明するための波形図である。
図２の（ａ）は、商用電源の周期波形を示し、図２の（ｂ）は、商用電源の周期波形を取り込むための独自の周期信号を示す。図２の（ｃ）は独自の周期により被計測波形の最低周波数の１．５波長分以上のデータを計測する期間を示す。
計測，解析の対象となる周期波形の一例として，図２の（ａ）に示す波形は、周波数５０Ｈｚの系統商用電源の波形である。この波形の最低周波数を４７Ｈｚと仮定すると，図２の（ａ）に示す５０Ｈｚの周波数とは非同期の４７Ｈｚの２／３倍である３１．３Ｈｚで波形の取り込みが行われる。
図２の（ｂ）の信号により取り込みが行われた波形は図２の（ｃ）に示すように、その１．５倍の周期の３１．９２ｍｓ分の計測を行うことにより、図２の（ａ）の被計測波形のゼロクロス点が必ず３個計測データに入ることになる。
このような処理により，図２（ａ）の周波数５０Ｈｚの系統商用電源の実効値、周波数，位相，高調波の解析等を位相同期装置無しで行うことが可能となる。
【００１１】
図３は、図２に示した系統商用電源の電圧波形を取り込むためのサンプリングを行うプログラムの手順を示したフローチャートである。このプログラムは、図１に示した、インバータ制御装置３のＣＰＵにより実行されるものである。
系統商用電源の電圧波形を取り込むためのサンプリングは、図３に示すように以下の手順により実行される。
１．最初に、系統商用電源の電圧の瞬時値を、最低周波数成分の２／３倍の周波数、即ち該周波波数の１．５倍の周期の３１．９２ｍｓの間サンプリングして取り込む。
２．サンプリングした系統商用電源の電圧の瞬時値より、絶対的なゼロレベルとの比較、または、平均値比較によってゼロクロス点を算出する。
３．算出されたゼロクロス点より、系統商用電源の電圧の周期の開始点と終了点を算出し、  系統商用電源の電圧の周期より周波数を算出する。
４．取り込んだデータより高調波、位相、電圧実効値等を算出し、終了する。
上記の１〜４の手順を繰り返し実行することにより、系統波形の周期性が無くなるような、欠波状態の場合にも、系統電圧計測を続行することが可能となる。
このように、被計測波形が変化した場合にも対象波形に同期してサンプリングを行う必要がないため波形の状態を計測することができ、系統商用電源の故障や事故により周期的な系統電圧が無くなった際の問題点も改善できる。
【００１２】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は商用電源波形計測において，対象とする被計測周期波形とは独立の周期で、対象波形の最低周波数の２／３倍以下で、対象とする波形の１．５波長分以上のデータを計測して，被計測周期波形の実効値，周波数，位相，高調波等の測定・解析を行えるようにした商用電源波形の非同期計測方式を実現したものである。
本発明では，被計測商用電源波形とは独立の周期で、対象波形の最低周波数の２／３倍以下で，対象とする波形の１．５波長分以上のデータを計測しているために、対象波形が変化した場合にも波形の状態を計測することができる。このため、位相同期装置を用いることなく商用電源波形の計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の商用電源波形の非同期計測方式が交流電力の監視に使用される太陽光発電システムの一例を示す。
【図２】本発明の商用電源波形の非同期計測方式を系統連系インバータの制御装置に設置し，商用電源波形の波形計測に適用し，実施した例を説明するための波形図である。
【図３】図２に示した系統商用電源の電圧波形を取り込むためのサンプリングを行うプログラムの手順を示したフローチャートである。
【図４】従来、一般的に行われている周期波形を計測する場合の計測方法を示す。
【図５】従来の位相同期方法を用いて波形をサンプリングした場合，計測ができなくなることの一例を示した図である。
【符号の説明】
１・・・太陽電池，
２・・・系統連系型インバータ，
３・・・インバータ制御部，
４・・・分電盤，
５・・・家庭負荷，
６・・・系統，
７・・・電流変成器，
８・・・電圧変成器，
【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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