(57)【要約】【課題】簡単な構成で高応答性が得られる単独運転検出機能を有する分散型電源装置の提供。【解決手段】分散電源である太陽電池１１と系統電源１５との間に接続されるスイッチ２１と、系統電源１５の系統電圧Ｖｏを検出する電圧検出回路２３と、スイッチ２１と電圧検出回路２３と接続される制御回路２７と、を備え、系統電源の１周期より短い所定期間ｔｐに亘り、サンプリング周期Ｐｓ毎にインバータ１９に流れる電流振幅Ｉｏを変化させた際の実測電圧振幅Ｖｍ（ｉ）と理論電圧振幅Ｖｒ（ｉ）を求め、両者の差の絶対値の中から最大電圧振幅差ΔＶｍａｘを求め、最大電圧振幅差ΔＶｍａｘが既定判定値ΔＶｋ以上であれば、分散電源が単独運転であると判断し、スイッチ２１をオフにするようにした。【選択図】図４
2012196108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散電源と、
前記分散電源と系統電源との間に電気的に接続されるスイッチ、および電力変換回路と、
前記系統電源に電気的に接続され、前記系統電源の系統電圧（Ｖｏ）を検出する電圧検出回路と、
前記スイッチ、電力変換回路、および電圧検出回路と電気的に接続される制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記系統電源の１周期より短い所定期間（ｔｐ）に亘り、前記電力変換回路に流れる電流振幅（Ｉｏ）が変化するように前記電力変換回路を制御し、
前記所定期間（ｔｐ）以下のサンプリング周期（Ｐｓ）毎に前記電圧検出回路で検出される前記系統電圧（Ｖｏ）を実測電圧振幅（Ｖｍ（ｉ）：ｉは自然数）として求めるとともに、前記電流振幅（Ｉｏ）を変化させない場合の理論電圧振幅（Ｖｒ（ｉ）：ｉは自然数）を求め、
前記所定期間（ｔｐ）が経過すると、前記電流振幅（Ｉｏ）を元に戻すよう前記電力変換回路を制御し、
前記所定期間（ｔｐ）における前記実測電圧振幅（Ｖｍ（ｉ））と前記理論電圧振幅（Ｖｒ（ｉ））との差の絶対値である電圧振幅差（ΔＶ（ｉ）：ｉは自然数）における最大電圧振幅差（ΔＶｍａｘ）、または平均電圧振幅差（ΔＶａｖｅ）を求め、
前記最大電圧振幅差（ΔＶｍａｘ）、または前記平均電圧振幅差（ΔＶａｖｅ）が既定判定値（ΔＶｋ）以上であれば、前記分散電源が単独運転であると判断し、前記スイッチ、または前記電力変換回路の少なくとも一方をオフにするようにした分散型電源装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記最大電圧振幅差（ΔＶｍａｘ）、または前記平均電圧振幅差（ΔＶａｖｅ）が前記既定判定値（ΔＶｋ）以上となる状態を連続して複数回検出すれば、前記分散電源が単独運転であると判断するようにした請求項１に記載の分散型電源装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記系統電圧（Ｖｏ）から位相（θｏ）を求め、前記位相（θｏ）が単独運転の判定開始位相（θｐ）であれば、前記電流振幅（Ｉｏ）を所定位相（θｄ）だけ進めるか、または遅らせることにより、前記電流振幅（Ｉｏ）を変化させるとともに、前記所定期間（ｔｐ）の計測を開始するようにした請求項１に記載の分散型電源装置。
【請求項４】
前記判定開始位相（θｐ）は、前記系統電圧（Ｖｏ）が実質的に０の際の前記位相（θｏ）であるか、前記系統電圧（Ｖｏ）が実質的に０となる時点より前記所定期間（ｔｐ）だけ前の時点の前記位相（θｏ）であるか、または前記所定期間（ｔｐ）の間に前記系統電圧（Ｖｏ）が０をまたぐような時点の前記位相(θｏ)である請求項３に記載の分散型電源装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記電流振幅（Ｉｏ）の変化量と前記所定期間（ｔｐ）の少なくとも一方を不規則に変更するようにした請求項１に記載の分散型電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電源等の系統電源に連系して運転される分散型電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化対策や省エネルギの観点から、商用で供給される上位の系統電源と連系して運転される太陽電池等の分散電源が普及してきている。この分散電源には、系統電源が故障等により停電した際に分散電源が電力を出力し続けるような単独運転状態になると保守要員が感電する可能性があるので、それを防止するために単独運転を検出して系統電源からの解列を行なう機能が必要となる。従って、分散型電源装置には単独運転検知機能、および系統からの解列機能を備えている。
【０００３】
このような分散電源の単独運転検出装置としては、例えば特許文献１に示すものが提案されている。この単独運転検出装置は、上位の配電系統からの引込線に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電流注入装置を備えるとともに、引込線における計測電圧Ｖｔおよび計測電流Ｉｔに基いて得られる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を備えている。この単独運転検出装置における動作を図５により説明する。図５は横軸に時間をとった場合の系統電源の各種特性の経時変化を示し、（ａ）は計測電圧Ｖｔの経時変化図を、（ｂ）は電圧Ｖｄ１の経時変化図を、（ｃ）は電圧Ｖｄ２の経時変化図を、（ｄ）はマスク信号Ｓ２の経時変化図を、（ｅ）は電圧Ｖｄ３の経時変化図を、それぞれ示す。
【０００４】
電流注入装置は上記した通り、所定の大きさの注入電流Ｉｔｍを引込線に供給する注入期間と、非注入期間とを一定の周期で繰り返すため、供給停止検出装置により計測される計測電圧Ｖｔは図５（ａ）に示すように、一定の周期ごとに注入電流Ｉｔｍによる電圧Ｖｔｍが重畳された波形となる。この計測電圧Ｖｔから、供給停止検出装置は注入期間中の電圧を抽出する。
【０００５】
具体的には、まず供給停止検出装置は、計測電圧Ｖｔをローパスフィルタ、ＡＤ変換器に入力して電圧Ｖｄを出力し、この電圧Ｖｄを離散フーリエ変換器に入力することにより、上位の配電系統における基本波の電圧Ｖｄ１を抽出し出力する。この電圧Ｖｄ１の経時変化を図５（ｂ）に示す。
【０００６】
次に、ＡＤ変換器から出力される電圧Ｖｄから基本波の電圧Ｖｄ１を減算器で減算することで電圧Ｖｄ２が得られる。この電圧Ｖｄ２の経時変化を図５（ｃ）に示す。電圧Ｖｄ２は、基本波電圧成分が除去されて、注入電流Ｉｔｍによる電圧Ｖｔｍにバックグラウンドノイズ電圧Ｖｎが重畳した波形となる。
【０００７】
この電圧Ｖｄ２は、マスク回路に入力される。一方、マスク回路には図５（ｄ）に示すように、注入電流Ｉｔｍに同期し、論理値０で一定の時間幅のマスク期間Ｔ５と、論理値１で一定の時間幅のマスク解除期間Ｔ６とを一定の周期Ｔ４で繰り返すマスク信号Ｓ２も入力される。これにより、マスク回路はマスク解除期間Ｔ６の電圧Ｖｄ２をそのまま出力し、マスク期間Ｔ５の電圧Ｖｄ２を強制的に０にして出力する。その結果、マスク回路からは、図５（ｅ）に示すように、マスク期間Ｔ５に存在するバックグラウンドノイズ電圧Ｖｎが除去された、注入期間中の電圧Ｖｄ３が抽出、出力される。
【０００８】
この電圧Ｖｄ３に対しては、さらに離散フーリエ変換器に入力することにより、注入電流Ｉｔｍの注入次数ｍの電圧Ｖｂが抽出、出力される。
【０００９】
なお、計測電流Ｉｔについても上記した電圧Ｖｂを求める方法と同様にして、電流Ｉｂが抽出、出力される。
【００１０】
こうして得られた電流Ｉｂを電圧Ｖｂで除することによりアドミタンスＹｂが判定器に出力される。判定器はアドミタンスＹｂの絶対値が所定の基準値Ｒ１より小さくなれば単独運転を検出する。
【００１１】
このような単独運転検出装置は、注入電流Ｉｔｍを引込線に供給する注入期間と、非注入期間とを一定の周期で繰り返すので、連続的な正弦波の注入電流に比べて、注入電流を小さくできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−３０４２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記した分散電源の単独運転検出装置によると、確かに小さな注入電流で単独運転を検出することができるのであるが、その検出のために計測電圧Ｖｔと計測電流Ｉｔ毎に離散フーリエ変換を２回行なうとともにアドミタンスＹを求めるために除算を行なっているので、供給停止検出装置の構成が複雑になり単独運転検出までに時間がかかるという課題があった。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡単な構成で高応答性が得られる単独運転検出機能を有する分散型電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の分散型電源装置は、分散電源と、前記分散電源と系統電源との間に電気的に接続されるスイッチ、および電力変換回路と、前記系統電源に電気的に接続され、前記系統電源の系統電圧（Ｖｏ）を検出する電圧検出回路と、前記スイッチ、電力変換回路、および電圧検出回路と電気的に接続される制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記系統電源の１周期より短い所定期間（ｔｐ）に亘り、前記電力変換回路に流れる電流振幅（Ｉｏ）が変化するように前記電力変換回路を制御し、前記所定期間（ｔｐ）以下のサンプリング周期（Ｐｓ）毎に前記電圧検出回路で検出される前記系統電圧（Ｖｏ）を実測電圧振幅（Ｖｍ（ｉ）：ｉは自然数）として求めるとともに、前記電流振幅（Ｉｏ）を変化させない場合の理論電圧振幅（Ｖｒ（ｉ）：ｉは自然数）を求め、前記所定期間（ｔｐ）が経過すると、前記電流振幅（Ｉｏ）を元に戻すよう前記電力変換回路を制御し、前記所定期間（ｔｐ）における前記実測電圧振幅（Ｖｍ（ｉ））と前記理論電圧振幅（Ｖｒ（ｉ））との差の絶対値である電圧振幅差（ΔＶ（ｉ）：ｉは自然数）における最大電圧振幅差（ΔＶｍａｘ）、または平均電圧振幅差（ΔＶａｖｅ）を求め、前記最大電圧振幅差（ΔＶｍａｘ）、または前記平均電圧振幅差（ΔＶａｖｅ）が既定判定値（ΔＶｋ）以上であれば、前記分散電源が単独運転であると判断し、前記スイッチ、または前記電力変換回路の少なくとも一方をオフにするようにしたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の分散型電源装置によれば、所定期間（ｔｐ）において、系統電源の電流振幅（Ｉｏ）を変化させることにより単独運転時に現れる実測電圧振幅（Ｖｍ（ｉ））と、電流振幅（Ｉｏ）を変化させない場合の理論電圧振幅（Ｖｒ（ｉ））との差の絶対値より、その最大値（最大電圧振幅差（ΔＶｍａｘ））、または平均値（平均電圧振幅差（ΔＶａｖｅ））を求めて単独運転の判断を行う。従って、制御回路の構成が複雑になることなく、演算時間も短いため、分散型電源装置の単独運転検出機能において、簡単な構成で高応答性が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１における分散型電源装置のブロック回路図
【図２】本発明の実施の形態１における分散型電源装置の正常時における各種特性の経時変化図で、（ａ）は位相θの経時変化図、（ｂ）は電流指令値Ｉｓの経時変化図、（ｃ）は系統電圧Ｖｏの経時変化図
【図３】本発明の実施の形態１における分散型電源装置の単独運転時における各種特性の経時変化図で、（ａ）は位相θの経時変化図、（ｂ）は電流指令値Ｉｓの経時変化図、（ｃ）は系統電圧Ｖｏの経時変化図
【図４】本発明の実施の形態１における分散型電源装置の単独運転時における系統電圧Ｖｏの経時変化拡大図
【図５】従来の分散電源の単独運転検出装置の系統電源の各種特性の経時変化図で、（ａ）は計測電圧Ｖｔの経時変化図、（ｂ）は電圧Ｖｄ１の経時変化図、（ｃ）は電圧Ｖｄ２の経時変化図、（ｄ）はマスク信号Ｓ２の経時変化図、（ｅ）は電圧Ｖｄ３の経時変化図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における分散型電源装置のブロック回路図である。図２は、本発明の実施の形態１における分散型電源装置の正常時における各種特性の経時変化図で、（ａ）は位相θの経時変化図を、（ｂ）は電流指令値Ｉｓの経時変化図を、（ｃ）は系統電圧Ｖｏの経時変化図をそれぞれ示す。図３は、本発明の実施の形態１における分散型電源装置の単独運転時における各種特性の経時変化図で、（ａ）は位相θの経時変化図を、（ｂ）は電流指令値Ｉｓの経時変化図を、（ｃ）は系統電圧Ｖｏの経時変化図をそれぞれ示す。図４は、本発明の実施の形態１における分散型電源装置の単独運転時における系統電圧Ｖｏの経時変化拡大図である。なお、図１において太線は電力系配線を、細線は信号系配線をそれぞれ示す。
【００２０】
図１において、分散電源である太陽電池１１は負荷１３が接続された系統電源１５と電源回路１７を介して電気的に接続される。
【００２１】
電源回路１７の電力系配線には、太陽電池１１から得られる直流電力を交流電力に変換する電力変換回路であるインバータ１９と、インバータ１９からの交流電力出力を系統電源１５に接続したり解列したりするためのスイッチ２１が接続される。従って、太陽電池１１と系統電源１５との間にはスイッチ２１が電気的に接続される構成となる。ここで、スイッチ２１は外部からの信号に応じてオンオフ制御ができる構成のものであり、本実施の形態１ではリレーを用いた。なお、スイッチ２１はリレーに限定されるものではなく、大電力用のパワー半導体スイッチング素子等を用いてもよい。また、スイッチ２１は電力系配線の正極側、負極側それぞれに設けられ、両スイッチ２１は同時にオンオフする構成としている。
【００２２】
電源回路１７の信号系配線には、系統電源１５と電気的に接続され、系統電源１５の系統電圧Ｖｏを検出する電圧検出回路２３と、太陽電池１１と系統電源１５との間の電力系配線に流れる電流Ｉを検出する電流検出回路２５と、制御回路２７が接続される。ここで、制御回路２７はマイクロコンピュータとメモリ等の周辺回路（いずれも図示せず）で構成され、インバータ１９、スイッチ２１、電圧検出回路２３、および電流検出回路２５と信号系配線で電気的に接続される。従って、制御回路２７は電圧検出回路２３から系統電圧Ｖｏを、電流検出回路２５から電流Ｉを、それぞれ読み込むことができる。また、系統電圧Ｖｏや電流Ｉ等の入力値に応じて、インバータ１９を制御信号ｃｏｎｔにより制御したり、スイッチ２１をオンオフ信号ＯＮＯＦＦにより制御する。なお、制御回路２７における動作は、電流検出回路２５にて検出した電流Ｉが電流指令値Ｉｓになるようにインバータ１９を制御信号ｃｏｎｔにより制御する動作を含む。
【００２３】
次に、このような構成の分散型電源装置の動作について説明する。
【００２４】
まず、分散型電源装置の主要な動作としては、スイッチ２１がオンの状態で、太陽電池１１により発電された直流電力をインバータ１９が系統電源１５の周波数ｆｃ（例えば５０Ｈｚ）に合わせた交流電力に変換し、負荷１３に供給する。一方、負荷１３には系統電源１５も接続されているので、太陽電池１１による発電電力が負荷１３の消費電力を下回れば、系統電源１５からの電力も負荷１３に供給される。なお、太陽電池１１による発電電力が負荷１３の消費電力を上回る場合は、系統電源１５へ逆潮流を行うようにしてもよい。
【００２５】
次に、本実施の形態１における特徴となる単独運転検出動作について、まず系統電源１５が正常な場合を図２により説明する。
【００２６】
制御回路２７は、電圧検出回路２３により系統電源１５の系統電圧Ｖｏを検出している。次に、制御回路２７は、系統電圧Ｖｏより、その時点における位相θｏを求める。ここで、位相θｏは、制御回路２７が現在の系統電源１５の電圧波形に対し９０度の位相遅れ状態の電圧（以下、系統電圧計算値Ｖｏｃという）を演算により作り出し、これら系統電圧Ｖｏと系統電圧計算値Ｖｏｃとをパラメータとした位相θｏとの関数から求められる。
【００２７】
なお、位相θｏの求め方は上記の方法に限定されるものではなく、例えば６０度の位相ずれ状態の演算を行なうことで擬似的に三相波形を作り、この三相波形から位相θｏを求める方法や、系統電圧Ｖｏの電圧振幅におけるゼロ点を検出し、系統電源１５の周波数と前記ゼロ点からの経過時間から位相θｏを求める方法などを適用してもよい。
【００２８】
このようにして位相θｏを求めた結果の一例を図２の時刻ｔ０で説明する。図２（ｃ）に示すように、時刻ｔ０で系統電圧Ｖｏが最小値であったとする。この系統電圧Ｖｏから、上記した方法で系統電圧計算値Ｖｏｃを求め、これらをパラメータとした関数から位相θｏを求めると、図２（ａ）の時刻ｔ０に示すように、θｏ＝−１８０度となる。その後、系統電圧Ｖｏが図２（ｃ）に示すように経時的に上昇すると、図２（ａ）に示すように、位相θｏも上昇する。なお、この際の制御回路２７における上記した電流指令値Ｉｓは、図２（ｂ）に示すように、系統電圧Ｖｏと同等の挙動となるように決定される。時刻ｔ３で図２（ｃ）に示すように、系統電圧Ｖｏが最大値に至ると、図２（ａ）に示すように、上記した方法で求められた位相θｏは０度となる。さらにその後、図２（ｃ）に示すように、系統電圧Ｖｏが経時的に低下すると、図２（ａ）に示すように、位相θｏは正となり経時的に増加する。そして、時刻ｔ４で図２（ｃ）に示すように、系統電圧Ｖｏが再び最小値に至ると、図２（ａ）に示すように、位相θｏは１８０度から−１８０度に下がる。この時刻ｔ４の状態は時刻ｔ０と同じであるので、以後、このような動作を繰り返すことになる。なお、系統電源１５の周波数ｆｃを５０Ｈｚとすると、時刻ｔ０から時刻ｔ４までの１周期は２０ｍ秒となる。
【００２９】
このように、２０ｍ秒ごとに繰り返される系統電圧Ｖｏの変化に対し、制御回路２７は分散電源である太陽電池１１の単独運転を検出するために、系統電源１５の１周期より短い所定期間ｔｐに亘り、電力変換回路、すなわちインバータ１９に流れる電流振幅Ｉｏが変化するようにインバータ１９を制御する。
【００３０】
具体的には、まず制御回路２７は、系統電圧Ｖｏから求めた位相θｏが単独運転の判定開始位相θｐであるか否かを判断する。なお、本実施の形態１では、系統電圧Ｖｏが経時的に増加する際であって、系統電圧Ｖｏが実質的に０になる時点（図２（ｃ）の時刻ｔ１）における位相θｏを判定開始位相θｐと定義した。また、系統電圧Ｖｏが実質的に０になるとは、系統電圧Ｖｏの検出における誤差範囲内で０であると定義する。
【００３１】
次に、制御回路２７は、位相θｏが判定開始位相θｐとなれば、電流振幅Ｉｏを所定位相θｄだけ進めるようにインバータ１９へ制御信号ｃｏｎｔを出力する。ここで、所定位相θｄは系統電圧Ｖｏに高調波歪などの影響を大きく与えず、かつ、単独運転の検出が可能な値として、予め実測に基き決定されている。本実施の形態１では所定位相θｄを５度とした。
【００３２】
この動作により、位相θｏは所定位相θｄ（＝５度）分、進むことになるので、図２（ａ）に示すように、位相θｏは時刻ｔ１で５度分、増加する。なお、図２（ａ）では時刻ｔ１における位相θｏの変化を実際より誇張して示している。そして、位相θｏを進めた分、図２（ｂ）に示すように、電流指令値Ｉｓも矩形波状に上乗せ増加される。この上乗せ分も図２（ｂ）では実際より誇張して示している。これらの結果、この時点（時刻ｔ１）以降の電流振幅Ｉｏを変化させることができる。
【００３３】
その後、制御回路２７は所定期間ｔｐの計測を開始する。ここで、所定期間ｔｐの決定方法は、所定位相θｄと同様に、系統電圧Ｖｏに高調波歪や力率などの影響を大きく与えず、かつ、単独運転の検出が可能な値として、予め実測に基き決定されている。本実施の形態１では所定期間ｔｐを０．５ｍ秒とした。
【００３４】
そして、所定期間ｔｐが経過した時刻ｔ２で、制御回路２７は図２（ａ）に示すように位相θｏを元に戻す。具体的には所定位相θｄである５度分、進めていた位相θｏを５度戻す。その結果、時刻ｔ２で位相θｏは、所定位相θｄを進める前（時刻ｔ１以前）の経時変化特性の延長上の値となる。これにより、電流指令値Ｉｓは、図２（ｂ）に示すように、時刻ｔ２で小さくなり、時刻ｔ１以前の電流指令値Ｉｓにおける経時変化特性の延長上の値となる。
【００３５】
このようにして所定期間ｔｐに亘り、制御回路２７は図２（ｂ）の特性に従って、インバータ１９に流れる電流振幅Ｉｏを変化させるが、図２では系統電源１５が正常な場合であるので、電流振幅Ｉｏが変化しても、圧倒的に大容量の系統電源１５から見れば系統電圧Ｖｏには、ほとんど影響しない。その結果、電流振幅Ｉｏが変化する時刻ｔ１から時刻ｔ２までの系統電圧Ｖｏの波形は、図２（ｃ）に示すように、ほぼ変化しない状態となる。従って、上記したように、制御回路２７は電圧検出回路２３により系統電源１５の系統電圧Ｖｏを検出しているので、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの系統電圧Ｖｏの波形が変化していなければ系統電源１５が正常であると判断できる。すなわち、下記に述べる系統電源１５が異常時の系統電圧Ｖｏによる異常判断条件が成立しなければ、制御回路２７は系統電源１５が正常であると判断している。
【００３６】
次に、系統電源１５が停電等の異常時における単独運転検出動作について、図３により説明する。
【００３７】
まず、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの動作は図２と同じであるので、説明を省略する。
【００３８】
次に、図２（ｃ）の場合と同様に、時刻ｔ１で系統電圧Ｖｏ（ここでの系統電圧Ｖｏは系統電源１５が停電しているので、インバータ１９の出力電圧となる）が０になると、制御回路２７は図３（ａ）に示すように、位相θｏを所定位相θｄ（＝５度）分、進ませることにより、図３（ｂ）に示すように、電流指令値Ｉｓを変化させる。なお、この動作、および挙動は図２の場合と同じである。
【００３９】
しかし、図３では系統電源１５が停電しているので、系統電圧Ｖｏは、図３（ｃ）の時刻ｔ１から時刻ｔ２までに示すように、電流指令値Ｉｓに応じて変化する。この系統電圧Ｖｏの変化の拡大図を図４に示す。なお、図４は図３（ｃ）の丸点線で囲んだ部分の拡大図であり、横軸は時刻ｔを、縦軸は系統電圧Ｖｏを、それぞれ示す。
【００４０】
図４において、時刻ｔ１で位相θｏが所定位相θｄ分、進むことにより、電流指令値Ｉｓが変化し、それに応じて電流振幅Ｉｏが変化する。その結果、系統電圧Ｖｏが、時刻ｔ１までより大きな変化率で増加する。ここで、理想的には位相θｏを進めると同時に、系統電圧Ｖｏは図４の太長点線に示すように急峻に増加するところであるが、負荷１３や電送線路などの影響により実際には遅れが発生する。
【００４１】
こうして増加する系統電圧Ｖｏは制御回路２７により経時的に読み込まれる。この所定期間ｔｐの間に読み込まれた系統電圧Ｖｏを実測電圧振幅Ｖｍ（ｉ）と呼ぶ。なお、変数ｉは何番目に読み込んだかを示す自然数で、制御回路２７が系統電圧Ｖｏを読み込むサンプリング周期Ｐｓ毎に変数ｉが１ずつ増加する。ここで、所定期間ｔｐが０．５ｍ秒であるので、サンプリング周期Ｐｓは所定期間ｔｐ以下の値、例えば０．０５ｍ秒としている。従って、変数ｉは１から１０までとなるので、制御回路２７は所定期間ｔｐの間に１０個の実測電圧振幅Ｖｍ（ｉ）が読み込まれる。
【００４２】
なお、サンプリング周期Ｐｓは上記した０．０５ｍ秒に限定されるものではなく、所定期間ｔｐ以下であればよい。すなわち、サンプリング周期Ｐｓが所定期間ｔｐ以下であれば、所定期間ｔｐと等しい最大のサンプリング周期Ｐｓであっても、所定期間ｔｐ内に１回は実測電圧振幅Ｖｍ（ｉ）を読み込むことができる。これに対し、サンプリング周期Ｐｓが所定期間ｔｐより大きければ、実測電圧振幅Ｖｍ（ｉ）を読み込めない可能性がある。従って、サンプリング周期Ｐｓは所定期間ｔｐ以下としている。
【００４３】
制御回路２７は、実測電圧振幅Ｖｍ（ｉ）を読み込むと同時に、電流振幅Ｉｏを変化させない場合の理論位相θｒから理論電圧振幅Ｖｒ（ｉ）を求める。すなわち、時刻ｔ１で位相θｏは所定位相θｄ分、進められているが、進めなかった時の理論位相θｒから理論電圧振幅Ｖｒ（ｉ）を制御回路２７が計算する。なお、理論電圧振幅Ｖｒ（ｉ）は、上記した系統電圧Ｖｏから位相θｏを求める計算の逆関数を用いて、理論位相θｒより求められる。これをサンプリング周期Ｐｓ毎、すなわち実測電圧振幅Ｖｍ（ｉ）が読み込まれる毎に、理論電圧振幅Ｖｒ（ｉ）も計算で求める。なお、この理論電圧振幅Ｖｒ（ｉ）の経時特性を図４の太短点線で示す。また、理論電圧振幅Ｖｒ（ｉ）の変数ｉは実測電圧振幅Ｖｍ（ｉ）の変数ｉと同じである。
【００４４】
その後、所定期間ｔｐが経過した時刻ｔ２で制御回路２７は電流振幅Ｉｏを元に戻すよう電流指令値Ｉｓを変更する。この動作は図２の時刻ｔ２で説明した動作と同じである。従って、時刻ｔ２以降の系統電圧Ｖｏは、図３（ｂ）の電流指令値Ｉｓの変化に応じて、本来ならば時刻ｔ２で急峻に元の波形に戻る、すなわち図４の太長点線の挙動を示すところが、負荷１３や電送線路などの影響により遅れて戻る特性を示す。
【００４５】
次に、制御回路２７は時刻ｔ２で電流振幅Ｉｏを元に戻した後、所定期間ｔｐにおける実測電圧振幅Ｖｍ（ｉ）と理論電圧振幅Ｖｒ（ｉ）との差の絶対値を変数ｉ毎に求める。そして、この値を電圧振幅差ΔＶ（ｉ）として制御回路２７に内蔵されたメモリに記憶する。こうして、本実施の形態１では１０個の電圧振幅差ΔＶ（ｉ）が求められる。
【００４６】
その後、制御回路２７は１０個の電圧振幅差ΔＶ（ｉ）の中から最大電圧振幅差ΔＶｍａｘを求める。ここでは、図４に示すように、電圧振幅差ΔＶ（ｉ）が経時的に大きくなるので、最後に求められた電圧振幅差ΔＶ（ｉ）（＝ΔＶ（１０））が最大電圧振幅差ΔＶｍａｘとなる。
【００４７】
次に、制御回路２７は最大電圧振幅差ΔＶｍａｘと既定判定値ΔＶｋとを比較する。ここで、既定判定値ΔＶｋとは、系統電源１５が異常時における最大電圧振幅差ΔＶｍａｘに対し、検出や計算の誤差分を基にしたマージンを差し引いて予め決定された値であり、この既定判定値ΔＶｋ以上に最大電圧振幅差ΔＶｍａｘが大きければ分散電源（太陽電池１１）が単独運転であると判断できる。
【００４８】
このことから、系統電源１５が正常な場合は、図２（ｃ）に示すように所定期間ｔｐにおける系統電圧Ｖｏの変化がほとんど現れないので、最大電圧振幅差ΔＶｍａｘは極めて小さく、既定判定値ΔＶｋ以上にならない。従って、単独運転ではないと判断できる。
【００４９】
以上に説明した図２や図３の動作を繰り返すことで、系統電源１５の停電などによる異常が発生すると、分散電源（太陽電池１１）の単独運転を判断することができる。
【００５０】
ここで、太陽電池１１、系統電源１５、電源回路１７等のノイズ環境が良好であれば、上記のようにして単独運転を判断してもよいが、ノイズ環境が悪ければ、たまたまノイズが原因で最大電圧振幅差ΔＶｍａｘが既定判定値ΔＶｋ以上となり、単独運転であると判断してしまう可能性がある。そこで、本実施の形態１では、制御回路２７は、最大電圧振幅差ΔＶｍａｘが既定判定値ΔＶｋ以上となる状態を連続して複数回検出すれば、分散電源（太陽電池１１）が単独運転であると判断するようにしている。具体的には、最大電圧振幅差ΔＶｍａｘが既定判定値ΔＶｋ以上となる状態が３回連続すれば、単独運転と判断するようにしている。なお、連続する回数は、多いほどノイズの影響を少なくできるが、単独運転の判断までに時間がかかるので、使用環境におけるノイズの程度に応じて、できるだけ少ない回数となるよう適宜決定すればよい。
【００５１】
こうして、太陽電池１１の単独運転が判断されると、制御回路２７はスイッチ２１をオフにするよう、オンオフ信号ＯＮＯＦＦをスイッチ２１に出力する。これを受け、スイッチ２１はオフとなり、太陽電池１１を系統電源１５から切り離す。なお、ここではスイッチ２１をオフにするように制御しているが、これは電力変換回路（インバータ１９）をオフにするように制御信号ｃｏｎｔを出力するようにしてもよい。これによっても太陽電池１１を系統電源１５から切り離すことができる。また、スイッチ２１とインバータ１９の両方をオフにするようにしてもよい。この場合、太陽電池１１を系統電源１５から切り離す確実性が増し、さらなる高信頼性が得られる。従って、制御回路２７は太陽電池１１の単独運転が判断されると、スイッチ２１、またはインバータ１９の少なくとも一方をオフにするように制御すればよい。
【００５２】
以上の構成、動作により、１周期より短い所定期間ｔｐにおいて、系統電源１５の電流振幅Ｉｏを変化させることにより単独運転時に現れる実測電圧振幅Ｖｍ（ｉ）と、電流振幅Ｉｏを変化させない場合の理論電圧振幅Ｖｒ（ｉ）との差の絶対値の内、最大値（＝最大電圧振幅差ΔＶｍａｘ）を求めるだけで単独運転の判断を行うことができるので、離散フーリエ変換などの複雑な動作が不要となり、その分、演算時間も短くなる。従って、単独運転検出機能において簡単な構成で高応答性が得られる分散型電源装置が実現できる。
【００５３】
なお、本実施の形態１では、実測電圧振幅Ｖｍ（ｉ）と理論電圧振幅Ｖｒ（ｉ）との差の絶対値より最大電圧振幅差ΔＶｍａｘを求めて単独運転を判断しているが、これは最大電圧振幅差ΔＶｍａｘに替えて平均電圧振幅差ΔＶａｖｅとしてもよい。すなわち、本実施の形態１では、１回の所定期間ｔｐにて、実測電圧振幅Ｖｍ（ｉ）と理論電圧振幅Ｖｒ（ｉ）との差の絶対値が１０個得られるので、それらの平均値を求めて平均電圧振幅差ΔＶａｖｅとする。そして、この平均電圧振幅差ΔＶａｖｅに対応し、予め決定された既定判定値ΔＶｋと、求められた平均電圧振幅差ΔＶａｖｅとを比較する。その結果、平均電圧振幅差ΔＶａｖｅが既定判定値ΔＶｋ以上であれば、分散電源が単独運転であると判断する。このような方法により、所定期間ｔｐの間にノイズが発生しても、その影響を低減することができ、ノイズに対する単独運転の判断精度が向上する。但し、図４より明らかなように、平均電圧振幅差ΔＶａｖｅは最大電圧振幅差ΔＶｍａｘよりも小さくなるので、検出感度が低下する。それに合わせて既定判定値ΔＶｋも小さく決定する必要があるので、感度低下に伴い相対的に比較判断誤差が大きくなる。ゆえに、ノイズ環境が良好であれば最大電圧振幅差ΔＶｍａｘを用い、ノイズの影響が大きい場合は平均電圧振幅差ΔＶａｖｅを用いるようにすればよい。
【００５４】
なお、図４より実測電圧振幅Ｖｍ（ｉ）と理論電圧振幅Ｖｒ（ｉ）との差の絶対値は所定期間ｔｐの後半ほど大きくなり、かつ安定する傾向となるので、例えば後半５個の値を用いて平均電圧振幅差ΔＶａｖｅを求めるようにしてもよい。この場合はノイズの影響を低減しつつ比較判断誤差も小さくできる。
【００５５】
但し、所定期間ｔｐを超えてノイズが発生する環境の場合は、最大電圧振幅差ΔＶｍａｘを用いる場合であっても、平均電圧振幅差ΔＶａｖｅを用いる場合であっても、単独運転の判定条件を複数回連続して検出すれば、単独運転であると判断する動作とすればよい。これにより、いずれの場合もさらなる高精度な単独運転判断が可能となる。
【００５６】
また、本実施の形態１では位相θｏが単独運転の判定開始位相θｐであれば、電流振幅Ｉｏを所定位相θｄだけ進めているが、これは所定位相θｄだけ遅らせてもよい。この場合も、所定位相θｄだけ遅らせた所定期間ｔｐにおける最大電圧振幅差ΔＶｍａｘを求めて、遅らせた場合に予め決定される所定判定値ΔＶｋと比較することで、位相θｏを進めた場合と同様にして単独運転の判断ができる。
【００５７】
また、本実施の形態１では判定開始位相θｐを系統電圧Ｖｏが実質的に０の際の位相θｏとして定義しているが、これは系統電圧Ｖｏが０以外の既定値に決定するようにしても単独運転の判断が可能である。但し、系統電圧Ｖｏが実質的に０の場合は、正弦波の系統電圧Ｖｏにおいて、その微分値の絶対値が最大となるため、位相θｏをずらした時の電流振幅Ｉｏの変化に対する異常時の系統電圧Ｖｏの変化も大きくなる。従って、最大電圧振幅差ΔＶｍａｘの絶対値が大きくなるので、所定判定値ΔＶｋとの比較判断誤差が相対的に小さくなる。ゆえに、本実施の形態１のように、判定開始位相θｐを系統電圧Ｖｏが実質的に０の際の位相θｏと定義する方が高精度な単独運転判断が可能となるため、望ましい。
【００５８】
また、本実施の形態１では系統電圧Ｖｏが経時的に増加する時であって、その値が実質的に０の際の位相θｏを判定開始位相θｐと定義しているが、これは系統電圧Ｖｏが経時的に減少する時であって、その値が実質的に０の際の位相θｏを判定開始位相θｐと定義してもよい。この場合も、増加する時と同様に高精度な単独運転判断が可能となる効果が得られる。
【００５９】
なお、系統電圧Ｖｏが実質的に０となる時点より所定期間ｔｐだけ前の時点の位相θｏを予め計算で求め、それを判定開始位相θｐとして決定してもよい。この場合は所定期間ｔｐが経過した時点で系統電圧Ｖｏが実質的に０となる。さらに、所定期間ｔｐの間に系統電圧Ｖｏが０をまたぐような時点の位相を予め求め、それを判定開始位相θｐとして決定してもよい。これらについても、いずれも系統電圧Ｖｏの微分値の絶対値が最大になる時点を含むため、上記した所定判定値ΔＶｋとの比較判断誤差が相対的に小さくなり、高精度な単独運転判断が可能となる。
【００６０】
また、本実施の形態１では、所定位相θｄを５度としているが、これは５度に限定されるものではなく、それより大きくても小さくてもよい。但し、大きすぎると、正常な系統電源１５に対して重畳される高調波歪の割合が大きくなり、負荷１３や系統電源１５に与える影響が大きくなる。また、小さすぎると、最大電圧振幅差ΔＶｍａｘの絶対値も小さくなり、単独運転判断の精度が低下する。従って、電源回路１７を使用する環境や仕様に応じて、予め最適な所定位相θｄを決定すればよい。
【００６１】
また、本実施の形態１では所定期間ｔｐを０．５ｍ秒としているが、これは０．５ｍ秒に限定されるものではなく、サンプリング周期Ｐｓより長ければ０．５ｍ秒より大きくても小さくてもよい。但し、大きすぎると、位相θｏをずらす期間が長くなることになるので、正常な系統電源１５に対して重畳される高調波歪の割合が大きくなり、負荷１３や系統電源１５に与える影響が大きくなる。また、小さすぎると、最大電圧振幅差ΔＶｍａｘの絶対値も小さくなり、単独運転判断の精度が低下する。従って、電源回路１７を使用する環境や仕様に応じて、予め最適な所定期間ｔｐを決定すればよい。なお、所定期間ｔｐを１周期以上とすると、常に位相θｏがずれた状態となり、負荷１３や系統電源１５に与える影響がさらに大きくなるので、所定期間ｔｐは１周期より短くしている。
【００６２】
また、本実施の形態１では、位相θｏを所定位相θｄだけ進めて、ずらすことによって電流振幅Ｉｏを変化させているが、これは位相θｏをずらす動作に限定されるものではなく、例えば制御回路２７が所定期間ｔｐに亘って電流振幅Ｉｏを既定の電流幅だけ大きく、または小さくするように電流指令値Ｉｓを変える制御をインバータ１９に対して行なうことで、電流振幅Ｉｏを変化させる構成としてもよい。この場合、本実施の形態１で述べたような、系統電圧Ｖｏから位相θｏを求めたり、理論位相θｒより理論電圧振幅Ｖｒ（ｉ）を求める必要がなくなり、さらに簡単かつ高応答に単独運転判断が可能となる効果が得られる。なお、この場合の理論電圧振幅Ｖｒ（ｉ）は、電流指令値Ｉｓを変えていない時の電圧検出回路２３で検出される系統電圧Ｖｏにおける過去の経時特性から計算して求められる。
【００６３】
また、本実施の形態１では、電流振幅Ｉｏを変化させる動作を１周期に１回だけ行なっているが、それに限定されず、１周期内で複数回行うようにしてもよい。この場合、単独運転をより高応答に判断できるが、回数を多くしすぎると負荷１３や系統電源１５に与える影響も大きくなるので、影響が許容される範囲で適宜回数を決定すればよい。
【００６４】
（実施の形態２）
本実施の形態２における分散型電源装置の構成は図１と同じであるので、詳細な説明を省略する。すなわち、本実施の形態２における特徴は、制御回路２７が、電流振幅Ｉｏの変化量と所定期間ｔｐの両方を不規則に変更するようにした動作にある。この動作の詳細を以下に説明する。
【００６５】
まず、電流振幅Ｉｏの変化について、実施の形態１では位相θｏを所定位相θｄ（５度）だけ進めることで電流振幅Ｉｏを変化させているので、その変化量、すなわち図２（ｂ）や図３（ｂ）の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの電流Ｉの波形の形状が一義的に決まっている。
【００６６】
これに対し、本実施の形態２では、制御回路２７が、電流振幅Ｉｏの変化量を不規則に変更する動作としている。具体的には、時刻ｔ１の時点で所定位相θｄを既定の範囲の中で不規則に変更する。その結果、位相θｏの進む角度が変更されることになるので、それに対応して、図３（ｂ）の時刻ｔ１以降に示すインバータ１９に流れる電流Ｉの増加率が変更される。従って、電流振幅Ｉｏの変化量が不規則に変更されることになる。
【００６７】
なお、所定位相θｄの既定の範囲とは、負荷１３や系統電源１５に与える影響が許容される最大所定位相θｄｍａｘから、単独運転判断の必要精度が確保できる最小所定位相θｄｍｉｎまでの範囲のことであり、最大所定位相θｄｍａｘと最小所定位相θｄｍｉｎは予め実測に基いて決定しておく。そして、制御回路２７は最大所定位相θｄｍａｘと最小所定位相θｄｍｉｎの範囲から不規則に任意の値を選択し、所定位相θｄとして変更する。
【００６８】
次に、所定期間ｔｐについて、実施の形態１では一定値（０．５ｍ秒）に決まっており、時刻ｔ１も位相θｏが判定開始位相θｐになる時点と決まっているので、時刻ｔ２、すなわち単独運転判断のタイミングが一定となっている。
【００６９】
これに対し、本実施の形態２では、制御回路２７が所定期間ｔｐを不規則に変更する動作を行う。具体的には、位相θｏが判定開始位相θｐになる時刻ｔ１の時点で、所定期間ｔｐを既定の範囲の中で不規則な値に変更する。その結果、図３（ｂ）の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの幅が不規則に変更される。これにより、時刻ｔ２が変更されるので、所定期間ｔｐを不規則に変更することにより、単独運転判断のタイミングが不規則に変更されることになる。
【００７０】
なお、所定期間ｔｐの既定の範囲とは、所定位相θｄの既定の範囲と同様に、負荷１３や系統電源１５に与える影響が許容される最大所定期間ｔｐｍａｘから、単独運転判断の必要精度が確保できる最小所定期間ｔｐｍｉｎまでの範囲のことであり、最大所定期間ｔｐｍａｘと最小所定期間ｔｐｍｉｎは予め実測に基いて決定しておく。そして、制御回路２７は最大所定期間ｔｐｍａｘと最小所定期間ｔｐｍｉｎの範囲から不規則に任意の値を選択し、所定期間ｔｐとして変更する。
【００７１】
このような動作とすることにより、電流振幅Ｉｏの変化幅と所定期間ｔｐが不規則に変更されるので、図２（ｂ）や図３（ｂ）の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの電流Ｉの波形が不規則に変化することになる。その結果、最大電圧振幅差ΔＶｍａｘも不規則に変化する。ゆえに、制御回路２７は、変更された電流振幅Ｉｏの変化幅と所定期間ｔｐに応じて既定判定値ΔＶｋも変更している。具体的には、最大所定位相θｄｍａｘと最小所定位相θｄｍｉｎの範囲における所定位相θｄと、最大所定期間ｔｐｍａｘと最小所定期間ｔｐｍｉｎの範囲における所定期間ｔｐとをパラメータとした既定判定値ΔＶｋとの対応テーブルを実測により予め求めてメモリに記憶しておく。そして、制御回路２７が不規則に選択した所定位相θｄと所定期間ｔｐから、前記対応テーブルを参照することにより既定判定値ΔＶｋを求める。これにより、所定位相θｄと所定期間ｔｐを変更しても単独運転判断の精度を維持できる。
【００７２】
このように所定位相θｄと所定期間ｔｐを変更すると、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの電流Ｉの波形が不規則に変化するので、単独運転時であれば図４における系統電圧Ｖｏの波形も１周期ごとに不規則に変化することになる。これにより、波形と単独運転判断のタイミングが１周期毎に異なるので、系統電源１５に重畳されるノイズの影響を低減することができる。これは、以下の理由による。
【００７３】
実施の形態１における一義的に決定された所定位相θｄと所定期間ｔｐに基いた図４の系統電圧Ｖｏの波形と同等のノイズ波形が系統電源１５に重畳された場合、実施の形態１の構成、動作では、系統電源１５が正常でも制御回路２７は単独運転であると判断してしまう。これを避けるために、実施の形態１では最大電圧振幅差ΔＶｍａｘが既定判定値ΔＶｋ以上となる状態を３回連続で検出すれば単独運転であると判断している。
【００７４】
これに対し、本実施の形態２によれば、電流Ｉの波形が不規則に変化するので、ノイズと同等の波形になる可能性が低減される。従って、制御回路２７がノイズによる波形により単独運転であると誤判断する確率を小さくすることができる。その結果、実施の形態１のように複数回の連続検出を行なう必要がないので、ノイズの影響があっても高応答に単独運転を判断できる。
【００７５】
上記以外の動作は実施の形態１と同じである。
【００７６】
以上の構成、動作により、単独運転検出機能において簡単な構成で高応答性が得られる上に、高精度な単独運転検出が可能となる分散型電源装置が実現できる。
【００７７】
なお、本実施の形態２では、電流振幅Ｉｏの変化量と所定期間ｔｐを両方とも不規則に変更しているが、これはいずれか一方のみを不規則に変更するようにしてもよい。すなわち、所定位相θｄのみを変更して電流振幅Ｉｏの変化量を不規則に変更すると、電流Ｉの波形が不規則に変更される。その結果、系統電源１５に重畳されるノイズと同等の波形になる可能性が低減される。同様に、所定期間ｔｐのみを不規則に変更すると、単独運転判断のタイミングが不規則に変更される。これによっても、系統電源１５に重畳されるノイズと同等の波形になる可能性が低減される。従って、制御回路２７は、電流振幅Ｉｏの変化量と所定期間ｔｐの少なくとも一方を不規則に変更するように制御することで、ノイズの影響が低減され、高精度な単独運転検出が可能となる。但し、本実施の形態２で述べたように、電流振幅Ｉｏの変化量と所定期間ｔｐを両方とも不規則に変更する方が、さらに高精度な単独運転検出が可能となる。
【００７８】
また、実施の形態１、２では、分散電源として太陽電池１１を用いた例を示したが、これは燃料電池や風力発電機、内燃機関の駆動による発電機、蓄電装置等のように、系統電源１５に直接接続されないものであればよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明にかかる分散型電源装置は、簡単な構成で高応答に単独運転検出ができるので、特に系統電源に連系して運転される分散型電源装置等として有用である。
【符号の説明】
【００８０】
１１  太陽電池
１５  系統電源
２１  スイッチ
２３  電圧検出回路
２７  制御回路
【図１】
2012196108.tif 000003
【図２】
2012196108.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012196108.tif 000006
【図５】
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