(57)【要約】【課題】能動的単独運転検出方法として無効電力変動方式を適用する場合、周波数検出性能を低下させるため単独運転の判定が出来なくなる可能性がある。【解決手段】能動的単独運転検出に用いる能動信号として、予め設定された基準能動信号に算出された絶対値ｒに基づいて可変するゲインを乗算して求める。また、位相同期回路ＰＬＬは、入力された位相角θと演算により求めた内部位相角θ´の差分に絶対値ｒに基づいて可変するゲインを乗算する。乗算値は比例積分演算して周波数ｆ信号として単独運転検出信号として用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電線系統にＰＣＳ（パワーコンディショナ）を介して連系される系統連系装置の単独運転検出装置であって、単独運転検出装置は、受電端電圧を検出して受電端電圧の絶対値ｒと位相角θを求める極座標変換器と、求めた位相角θから周波数ｆと内部位相角θ´を求める位相同期回路ＰＬＬを有し、位相同期回路ＰＬＬが算出した周波数ｆに基づいて単独運転状態を判別する能動的単独運転検出方式を備えたものにおいて、
前記位相同期回路ＰＬＬは、入力された位相角θと演算により求めた内部位相角θ´の差分に前記絶対値ｒに基づく可変ゲインＧ１を乗算し、乗算値を比例積分演算して前記周波数ｆ信号とし
前記能動的単独運転検出に用いる能動信号は、予め設定された基準能動信号に前記絶対値ｒもしくは前記可変ゲインＧ１に基づく可変ゲインＧ２を乗算して求めた信号であることを特徴とした単独運転検出装置。
【請求項２】
前記能動信号は、無効電力指令値として前記ＰＣＳが有するインバータの電流制御部に入力されて交流電流指令値の演算に用いることを特徴とした請求項１記載の単独運転検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単独運転検出装置に係わり、特に電圧低下時においても単独運転状態を判定できる検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
系統連系装置では、連系する配電線系統で事故が発生した場合に解列点が開放されて単独運転状態となる。
図５は系統連系装置の単独運転状態における構成図を示したものである。１は直流電源、１０はパワーコンディショナ（以下ＰＣＳという）で、直流をＩＧＢＴ等のスイッチングデバイスで構成されるインバータ１１により三相交流に変換し、交流電流の高調波成分を抑制するために設けられたフィルタ回路１２を介して負荷２に供給される。３は連系遮断器、４は配電線系統である。
【０００３】
ＰＣＳ１０は、電圧検出部１３によりａ点の受電端電圧を検出して系統電圧位相同期部１４に入力し、内部位相角θ´と周波数ｆを演算して求める。周波数ｆは単独運転状態判定部１５に入力し、この単独運転状態判定部１５において単独運転状態また、検出された内部位相角θ´は電流制御部１６に入力される。電流制御部１６には、電流検出部１８により検出された電流検出値Idetと、有効電力指令値Pref及び無効電力指令値Qrefを入力されてインバータ電圧指令Ｖrefを演算しＰＷＭ制御部１７に出力する。ＰＷＭ制御部１７では、インバータ電圧指令Ｖrefに基づいてインバータ１１のスイッチングデバイスのオン・オフ信号を生成し、インバータ１１はこの信号に基づいて交流電圧を出力し、負荷２又は配電線系統４へ給電する。
【０００４】
ここで、無効電力指令値Qrefは、単独運転状態を検出するために設けられている。無効電力指令値Qrefの振幅は図５で示すように三角波状に変動させる（なお、能動信号は、三角波状の無効電力変動指令に限らなくてもよい）。単独運転時には、無効電力指令値Qrefの変動にしたがってＰＣＳのａ点での出力電圧の周波数ｆが変化する。一方、単独運転でない状態、すなわち、系統電圧が正常な状態では受電端ａの電圧周波数ｆは系統電圧の周波数に依存するため、無効電力指令値Qrefによっては変化しない。したがって、単独運転状態判定部１５において、周波数の変化を検出することで単独運転状態か否かの検出が可能となる。
【０００５】
このように、系統に対してＰＣＳから外乱を与えることにより単独運転状態を検出する手法を能動的単独運転検出方法という。また、外乱として無効電力変動を系統に与える手法を無効電力変動方式という。さらに、能動的単独運転検出方法において上記無効電力指令値Qrefのような外乱を与えるための指令信号を能動信号という。
【０００６】
系統連系装置においては、系統事故を検出するために不足電圧リレーや単独運転リレーが設置される。ＰＣＳが出力する電力が負荷の要求する電力よりも低い場合（ＰＣＳ≪負荷）で単独運転状態になると、系統連系装置の受電端ａの電圧が低下するため、この電圧低下を不足電圧リレーにより検出して系統連系装置を停止しており、単独運転の判定に単独運転リレーを使用していなかった。
【０００７】
しかし、非特許文献で規定する事故時運転継続（以下、ＦＲＴという）要件が適用される系統連系装置の場合、配電線系統４の電圧が事故などにより低下した状態でも運転継続が要求されているため、電力の比率がＰＣＳ≪負荷の場合でも単独運転リレーによりその状態を検出する必要がある。
【０００８】
系統連系装置において、ＦＲＴ要件などの系統擾乱時の単独運転検出について特許文献１，２が公知となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−３０３０６
【特許文献２】特開２００８−２９０６５
【非特許文献】
【００１０】
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】
【００１１】
特許文献１は、単独運転検出方法の受動的方法である周波数変化率検出方式と、能動的検出方法である周波数シフト方式を組み合わせたもので、ＰＣＳの内部発信器の制御によって系統擾乱時における系統周波数の変動では無効電力が発生しないレベルにゲインを設定する。系統周波数の短時間移動平均と長時間移動平均との差分が系統擾乱時における差分の範囲を超えたときにゲイン値を増大させて系統周波数を加速させることで単独運転を検出することが記載されている。
【００１２】
また、特許文献２には、計測電流に基づいて配電系統の注入次数のアドミタンス又はサセプタンスを計測してその変化から単独運転になったことを検出する第１単独運転検出装置と、注入次数の電圧を計測してその増大から単独運転を検出する第２単独運転検出装置との組み合わせによって単独運転を検出することが記載されている。
【００１３】
ＦＲＴ要件では、系統電圧低下状態でも運転継続する必要がある。系統電圧が極端に低下した場合には位相同期回路ＰＬＬの制御ゲインを低下させることで検出周波数を安定化できる。ここで、系統電圧が低下したときの単独運転検出で問題となるのは、位相同期回路ＰＬＬの制御ゲインを低下させることで受電端電圧の周波数ｆの測定性能が低下することである。すなわち、周波数の測定性能が低下することで単独運転状態の検出が適切にできなくなる問題を有している。
【００１４】
本発明が目的とするところは、ＰＣＳにおいて系統電圧低下時でも単独運転検出精度を維持する単独運転検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、配電線系統にＰＣＳ（パワーコンディショナ）を介して連系される系統連系装置の単独運転検出装置であって、単独運転検出装置は、受電端電圧を検出して受電端電圧の絶対値ｒと位相角θを求める極座標変換器と、求めた位相角θから周波数ｆと内部位相角θ´を求める位相同期回路ＰＬＬを有し、位相同期回路ＰＬＬが算出した周波数ｆに基づいて単独運転状態を判別する能動的単独運転検出方式を備えたものにおいて、
前記位相同期回路ＰＬＬは、入力された位相角θと演算により求めた内部位相角θ´の差分に前記絶対値ｒに基づく可変ゲインＧ１を乗算し、乗算値を比例積分演算して前記周波数ｆ信号とし
前記能動的単独運転検出に用いる能動信号は、予め設定された基準能動信号に前記絶対値ｒもしくは前記可変ゲインＧ１に基づく可変ゲインＧ２を乗算して求めた信号であることを特徴としたものである。
【００１６】
また、本発明での能動信号は、無効電力指令値として前記ＰＣＳが有するインバータの電流制御部に入力されて交流電流指令値の演算に用いることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上のとおり、本発明によれば、ＦＲＴ要件が適用される系統連系装置において、系統電圧低下時には能動信号を増幅し、系統電圧低下前と同等の性能で単独運転検出を行うことが可能となる。これにより、系統電圧が広範囲に変化した場合でも、能動信号を注入することで系統の周波数の変化に対応した単独運転の判定ができ、能動的単独運転検出の検出性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態を示す単独運転検出装置の制御回路構成図。
【図２】ＦＲＴ要件適用前の単独運転時の機能範囲図。
【図３】ＦＲＴ要件適用時の単独運転停止時の機能範囲図。
【図４】受電端電圧に対するゲインの変化図。
【図５】系統連系装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は本発明の制御回路の構成図を示したもので、図５で示す系統電圧位相同期部１４に相当する部分図である。２０は極座標変換部で、図５の受電端ａ点で検出された三相電圧ｕ，ｖ，ｗを入力して極座標変換し、位相角θと受電端電圧の振幅に相当する絶対値ｒを演算してＰＬＬ（位相同期回路）に出力する。位相角θは加算部２１において内部位相角θ´と加算されて両者の偏差が求められ、その偏差分は乗算部２２に入力される。乗算部２２では、偏差分に絶対値ｒに対応して変化するゲインＧ１を乗じて位相誤差θerrを求める。位相誤差θerrは、比例積分回路２３においてＰＩ演算して周波数ｆを求め、その周波数ｆを積算器２４で積算することで内部位相角θ´を求めて位相角θと差演算が行われる。なお、この内部位相角θ´が図５における内部位相角θ´として、電流制御部１６に出力される。
【００２０】
ＰＬＬで生成された周波数ｆは、能動的単独運転状態判定部（AISL）２５に出力されて能動的単独運転状態が判定される。また、乗算部２６では、極座標変換部２０で求められた絶対値ｒに応じて変化するゲインＧ２が、予め設定された基準能動信号AISLと乗算されて能動信号となり、電流制御部１６に出力される。つまり、本発明では周波数ｆに応じてゲインＧ１，Ｇ２を共に可変するものである。
【００２１】
次に本発明の動作について説明する。
【００２２】
（１）ＦＲＴ要件適用前の単独運転時のＰＣＳ停止について
図２はＦＲＴ要件適用前の単独運転時にＰＣＳを停止する機能の適用範囲を示した図である。図２において、ＰpcsとＱpcsは単独運転状態となる前のＰＣＳの有効電力と無効電力を示し、ＰloadとＱloadは単独運転状態となる前の負荷２の有効電力と無効電力を示す。また、ｄＰ（＝Ｐpcs−Ｐload）とｄＱ（＝Ｑpcs−Ｑload）は単独運転状態となる前の配電線系統４に流れ込んでいた有効電力と無効電力を示したものである。
【００２３】
単独運転前の無効電力ｄＱの絶対値が大きいときには単独運転状態時に周波数が変化するため、保護装置として設置される電圧位相跳躍や周波数変化率の受動的単独運転検出リレー（PISL）によりＰＣＳを停止する。
【００２４】
有効電力ｄＰが正の方向で大きい場合には、配電線系統４の電圧が上昇するため保護装置として設置される過電圧リレー（OVR）によりＰＣＳを停止する。
【００２５】
有効電力ｄＰが負の方向で大きい場合には、配電線系統４の電圧が低下するため不足電圧リレー（UVR）によりＰＣＳを停止する。
【００２６】
無効電力ｄＱと有効電力ｄＰが共に一定値以下で、上記各リレーが動作しない範囲では、能動的単独運転検出リレー（AISL）２５（能動的単独運転状態判定部）によりＰＣＳを停止する。
なお、検出範囲は各リレーの整定値により変動する。
【００２７】
（２）ＦＲＴ要件適用時の単独運転時のＰＣＳ停止について
図３は、ＦＲＴ要件適用時でＰＣＳを停止する機能の適用範囲を示したものである。ＦＲＴ要件を適用するに際しての問題点は、有効電力ｄＰが負の方向に大きく配電線系統の電圧が低下する場合である。ＦＲＴ要件では系統電圧が低下した場合でも一定時間のＰＣＳの継続運転が要求されている。そのため、従来では不足電圧リレーの検出時間を延ばして対応している。例えば、非特許文献では低圧系統に連系する系統連系装置において、単独運転状態になった場合に１秒以内で装置を停止することを求めており、同じくＦＲＴ要件として１秒間の運転継続を求めている。
【００２８】
従来では、不足電圧リレー（UVR）でＰＣＳを停止して有効電力ｄＰが負の方向に大きい場合でも、単独運転状態判定部１５により検出する必要があった。この検出を周波数ｆにより検出していることにより、前述のように単独運転検出機能が低下する。例えば、系統の残電圧が０％のときに同期する対象がなくなるために周波数が不確定になり、これを積算すると内部位相θ´と系統位相θとの間にずれが生じる。これにより、電流の位相が大きくずれて電力の逆流となり、過電圧によってＰＣＳが停止する可能性がある。この現象を防止するために、系統電圧低下時にＰＬＬのゲインを低下させているが、同時に周波数の測定性能も低下してしまう。
【００２９】
能動的単独運転検出方法として無効電力変動方式を適用する場合には、系統の周波数の変化により単独運転状態を判定するが、系統電圧低下時にＰＬＬの応答が遅くなると単独運転の検出時間が伸びる可能性がある。本発明では、このような場合でも系統電圧低下前と同様の周波数変動を測定するため、系統電圧が低下するのに同期して能動信号を増幅するものである。
【００３０】
図４は受電端電圧Ｖabs（≒系統電圧）に対するＰＬＬのゲインＧ１と能動信号のゲインＧ２の変化例を示したものである。図４で示すように、受電端電圧Ｖabsの低下時に、受電端電圧の絶対値に対してＰＬＬのゲインＧ１を低下させるが、能動信号のゲインＧ２を同時に増加させることで、能動信号による周波数の変動を系統電圧低下前後で同等とすることが出来る。
【００３１】
これにより、能動信号を注入して系統の周波数の変化により単独運転を判定する能動的単独運転検出の検出性能を維持することができる。そのため、ＦＲＴ要件が適用される系統連系装置においても、系統電圧低下時に系統電圧低下前と同等の性能で単独運転検出を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００３２】
１…  直流電源
２…  負荷
３…  連系遮断器
４…  配電線系統
１０…  ＰＣＳ（パワーコンディショナ）
１１…  インバータ
１５…  単独運転状態判定部
１６…  電流制御部
２０…  極座標変換器
２２，２６…  乗算部
ＰＬＬ…  位相同期回路
【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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