(57)【要約】【課題】商用系統周波数の急変や商用系統電圧の位相の急変、或いはそれらの変化が長時間継続する場合でも、ＦＲＴ機能を具備しつつ多数台連系に対応できる単独運転検出装置を提供する。【解決手段】単独運転検出装置は、商用三相系統の三つの線間電圧の系統周波数、あるいは、二つの線間電圧の系統周波数およびPLL回路から得られた三つ目の線間電圧の運転周波数に基づき、各線間電圧の平均周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度に基づいて、誤検出することなく、複数台が商用系統と連系し，確実に同時に単独運転状態を判断する単独運転検出部１７とを備えている。【選択図】図２
2017022800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出装置であって、
商用三相系統の三つの線間電圧のゼロクロスタイミングに基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測部と、
前記系統周波数計測部で時系列的に計測された三つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出部と、
前記無効電力注入量算出部で算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成する無効電流制御部と、
前記無効電流制御部で生成された出力電流指令値に基づいて前記インバータを制御するインバータ制御部と、
前記系統周波数計測部で計測された各線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出部と、
を備えている単独運転検出装置。
【請求項２】
前記単独運転検出部は、前記系統周波数計測部で計測された各線間電圧の周波数が連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている請求項１記載の単独運転検出装置。
【請求項３】
前記単独運転検出部は、前記平均系統周波数及び各線間電圧の周波数に基づいて得られる周波数偏差値と所定の閾値とを比較する比較部と、各比較部からの出力を論理積演算する論理積演算部と、前記系統周波数計測部から出力されるゼロクロス信号に同期して論理積演算部の出力を前記インバータの駆動の許否信号としてラッチするラッチ処理部と、を備えている請求項１または２記載の単独運転検出装置。
【請求項４】
商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出装置であって、
商用三相系統の少なくとも二つの線間電圧のゼロクロスタイミングに基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測部と、
前記系統周波数計測部で時系列的に計測された少なくとも二つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出部と、
前記無効電力注入量算出部で算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成する無効電流制御部と、
前記無効電流制御部で生成された出力電流指令値に基づいて前記インバータを制御するインバータ制御部と、
少なくとも二つの線間電圧から得られる三つ目の線間電圧に基づいて当該三つ目の線間電圧の周波数を出力するＰＬＬ処理部と、
前記系統周波数計測部で計測される当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、前記系統周波数計測部で計測された当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する前記ＰＬＬ処理部で出力された当該三つ目の相線圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出部と、
を備えている単独運転検出装置。
【請求項５】
前記単独運転検出部は、前記ＰＬＬ処理部で算出される運転周波数及び前記系統周波数計測部で計測される系統周波数の双方が、連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている請求項４記載の単独運転検出装置。
【請求項６】
前記単独運転検出部は、前記平均系統周波数及び各線間電圧の周波数に基づいて得られる周波数偏差値、並びに前記ＰＬＬ処理部から出力された運転周波数偏差値を所定の閾値を比較する比較部と、各比較部からの出力を論理積演算する論理積演算部と、前記系統周波数計測部から出力されるゼロクロス信号に同期して論理積演算部の出力を前記インバータの駆動の許否信号としてラッチするラッチ処理部と、を備えている請求項４または５記載の単独運転検出装置。
【請求項７】
前記単独運転検出部は、単独運転状態であると検出すると各線間電圧の系統周期のゼロクロス近傍で前記インバータの運転を停止するように構成されている請求項１から６の何れかに記載の単独運転検出装置。
【請求項８】
前記単独運転検出部は、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に単独運転状態であると判断して前記インバータの運転を停止するように構成されている請求項１から７の何れかに記載の単独運転検出装置。
【請求項９】
前記検出時限ｎ周期が３周期に設定されている請求項８記載の単独運転検出装置。
【請求項１０】
商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出方法であって、
商用三相系統の三つの線間電圧のゼロクロスタイミングに基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測ステップと、
前記系統周波数計測ステップで時系列的に計測された三つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出ステップと、
前記無効電力注入量算出ステップで算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成して前記インバータを制御するインバータ制御ステップと、
前記系統周波数計測ステップで計測された各線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出ステップと、
を備えている単独運転検出方法。
【請求項１１】
前記単独運転検出ステップは、前記系統周波数計測ステップで計測された各線間電圧の周波数が連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている請求項１０記載の単独運転検出方法。
【請求項１２】
前記単独運転検出ステップは、前記平均系統周波数及び各線間電圧の周波数に基づいて得られる周波数偏差値と所定の閾値とを比較する比較ステップと、各比較ステップからの出力を論理積演算する論理積演算ステップと、前記系統周波数計測ステップから出力されるゼロクロス信号に同期して前記論理積演算ステップの出力を前記インバータの駆動の許否信号としてラッチするラッチ処理部ステップ、を備えている請求項１０または１１記載の単独運転検出装置。
【請求項１３】
商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出方法であって、
商用三相系統の少なくとも二つの線間電圧のゼロクロスタイミングに基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測ステップと、
前記系統周波数計測ステップで時系列的に計測された少なくとも二つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出ステップと、
前記無効電力注入量算出ステップで算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成して前記インバータを制御するインバータ制御ステップと、
少なくとも二つの線間電圧から得られる三つ目の線間電圧に基づいて当該三つ目の線間電圧の周波数を出力するＰＬＬ処理ステップと、
前記系統周波数計測ステップで計測される当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、前記系統周波数計測ステップで計測された当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する前記ＰＬＬ処理ステップで出力された当該三つ目の線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出ステップと、
を備えている単独運転検出方法。
【請求項１４】
前記単独運転検出ステップは、前記ＰＬＬ処理ステップで算出される運転周波数及び前記系統周波数計測ステップで計測される系統周波数の双方が、連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている請求項１３記載の単独運転検出方法。
【請求項１５】
前記単独運転検出ステップは、前記平均系統周波数及び各線間電圧の周波数に基づいて得られる周波数偏差値、並びに前記ＰＬＬ処理部から出力された運転周波数偏差値を所定の閾値を比較する比較ステップと、各比較ステップからの出力を論理積演算する論理積演算ステップと、前記系統周波数計測ステップから出力されるゼロクロス信号に同期して前記論理積演算ステップの出力を前記インバータの駆動の許否信号としてラッチするラッチ処理ステップと、を備えている請求項１３または１４記載の単独運転検出方法。
【請求項１６】
前記単独運転検出ステップは、単独運転状態であると検出すると各線間電圧の系統周期のゼロクロス近傍で前記インバータの運転を停止するように構成されている請求項１０から１５の何れかに記載の単独運転検出方法。
【請求項１７】
前記単独運転検出ステップは、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に単独運転状態である判断して前記インバータの運転を停止するように構成されている請求項１０から１６の何れかに記載の単独運転検出方法。
【請求項１８】
前記検出時限ｎ周期が３周期に設定されている請求項１７記載の単独運転検出方法。
【請求項１９】
請求項８または９記載の単独運転検出装置を備えた分散型電源の複数台が商用三相系統と連系可能に接続された系統連系システムであって、
各単独運転検出装置が、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に同時に単独運転状態であると判断して各インバータの運転を停止するように構成されている系統連系システム。
【請求項２０】
請求項１７または１８記載の単独運転検出方法を実行する単独運転検出装置を備えた分散型電源の複数台が商用三相系統と連系可能に接続された系統連系システムの単独運転検出方法であって、
各単独運転検出装置で実行される単独運転検出ステップは、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に他の単独運転検出装置と同時に単独運転状態である判断して前記インバータの運転を停止するように構成されている系統連系システムの単独運転検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出装置、単独運転検出方法及び系統連系システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池や燃料電池等の分散型電源は、直流電力を交流電力に変換するとともに商用系統周波数や商用系統電圧の位相等を合わせて商用系統と連系するために、電力変換装置(以下では、パワーコンディショナ)を備えている。
【０００３】
パワーコンディショナは、分散型電源で生成された直流電圧を所定の直流電圧値に調整するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、インバータの出力から高周波成分を除去するＬＣフィルタ等を備えている。
【０００４】
分散型電源が商用系統と接続している配電線に地絡または短絡事故が発生し、或いは計画停電等によって変電所から配電線への送電が停止した状態、即ち単独運転状態に至った場合に、区分開閉器の動作への影響防止及び配電線の作業の安全性を確保するために当該配電線から分散型電源を確実に解列させる必要がある。
【０００５】
そのための単独運転検出方式には受動的方式と能動的方式があり、何れか一方または双方がパワーコンディショナに採用されている。
【０００６】
受動的方式とは単独運転移行時の発電出力と負荷の不平衡による電圧位相や周波数等の急変を検出する方式で、電圧位相の急変を検出する電圧位相跳躍検出方式、変圧器の飽和現象に伴う第３次高調波を検出する３次高調波電圧歪急増検出方式等がある。
【０００７】
能動的方式とはパワーコンディショナの制御系や外部に付加した抵抗等により常時電圧や周波数に変動を与えておき単独運転移行時に顕著になる変動を検出する方式で、出力電流位相に微小周波数変化による正帰還をかけることにより周波数異常を検出するスリップモード周波数シフト方式や、出力に周期的な無効電力変動を与え、単独運転移行後に発生する周波数変動を検出する無効電力変動方式等がある。
【０００８】
非特許文献１には、太陽光発電用パワーコンディショナの標準形能動的単独運転検出方式として規格化されたステップ注入付周波数フィードバック方式が開示されている。当該ステップ注入付周波数フィードバック方式は、系統周波数の偏差に応じて当該偏差を増大させる方向に予め設定された無効電力量を注入するとともに、周波数偏差が小さく且つ高調波電圧または基本波電圧が所定の変動条件を満たす場合に、周波数が低下する方向に一定の無効電力量を所定時間注入する方式である。
【０００９】
特許文献１には、短い検出時限であっても高精度で単独運転を検出可能なパワーコンディショナを得ることを目的として、直流電力から交流電力に変換されて系統側に出力された電圧である系統電圧を検出するセンサと、前記センサが検出した前記系統電圧の正のゼロクロスを検出し、前記正のゼロクロスの検出間隔から前記系統電圧の第１の周期を検出する第１の周期取得手段と、前記センサが検出した前記系統電圧の負のゼロクロスを検出し、前記負のゼロクロスの検出間隔から前記系統電圧の第２の周期を検出する第２の周期取得手段と、前記第１の周期の情報および第２の周期の情報を検出順に取得し、複数の周期の情報を用いて前記系統の状態を評価して前記系統の異常を検出する系統評価手段と、を備えているパワーコンディショナが開示されている。
【００１０】
当該系統評価手段は、連続して取得した系統の周期の変化の傾きを検出する傾き検出手段、を備え、前記傾き検出手段で検出した傾きが規定より大きい状態が所定時間継続した場合に前記系統の異常と判断するように構成されている。
【００１１】
また、特許文献２には、上述と同様の目的で、直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換して系統及び一般負荷に供給する分散型電源の単独運転検出装置であって、連系された系統の交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出部と、ゼロクロス点間の時間を計測する周期計測部と、計測したゼロクロス点間の時間が複数のゼロクロス点間の時間から算出した平均周期に対して一定時間以上ずれている場合には、前記連系された系統に異常が生じたと認識する位相跳躍認識部と、前記連系された系統に異常が生じたとする認識が一定回数連続してあった場合には単独運転と判断する一方、前記認識が一定回数連続してなかった場合には継続運転と判断する運転継続判断部と、を有することを特徴とする分散型電源の単独運転検出装置が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】日本電機工業会規格  ＪＥＭ１４９８  ２０１２年８月２７日発行
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１５−２３６５３号公報
【特許文献２】特開２０１５−７３３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、特許文献１に開示された系統評価手段を採用しても、検出時限が短いと、ＦＲＴ、位相急変および周波数変動等の様々な外乱が発現した状況下で、系統の周期の変化の傾きを評価する際に予め設定された基準値を上回り、単独運転状態であるとの誤検出（以下、「不要検出」と記す。）を招く虞があった。尚、ＦＲＴ(Fault Ride Through）とは系統擾乱時における運転継続性能をいう。
【００１５】
また、特許文献２に開示されたように位相跳躍認識部で認識された位相跳躍の程度を運転継続判断部で判断するような構成を採用する場合でも、同様に検出時限が短いと、ＦＲＴ以外でも位相急変や周波数変動等により系統電圧周期が大幅に変化する場合に不要検出を招く虞がありその検出感度を下げると単独運転状態を適切に検出できないという問題があった。
【００１６】
さらに、非特許文献１に規定されたステップ注入付周波数フィードバック方式でも、系統周波数の偏差に応じて無効電力量を注入する周波数フィードバック制御時に十分な応答性を確保するための明確な制御回路が提示されているわけではなく、規格で示される０．２秒以内に単独運転状態を検出するためには、特許文献１に開示されたような周波数変化率の値に応じて無効電力の注入量を嵩上げするような回路等が必要になり、制御が複雑になるという問題が内在されている。
【００１７】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、商用系統周波数の急変や商用系統電圧の位相の急変、或いはそれらの変化が長時間継続する場合でも、ＦＲＴ機能を具備しつつ多数台連系に対応できる単独運転検出装置、単独運転検出方法及び系統連系システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の目的を達成するため、本発明による単独運転検出装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出装置であって、商用三相系統の三つの線間電圧のゼロクロスタイミングに基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測部と、前記系統周波数計測部で時系列的に計測された三つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出部と、
前記無効電力注入量算出部で算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成する無効電流制御部と、前記無効電流制御部で生成された出力電流指令値に基づいて前記インバータを制御するインバータ制御部と、前記系統周波数計測部で計測された各線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出部と、を備えている点にある。
【００１９】
系統周波数計測部によって三つの線間電圧のゼロクロスタイミングから系統周波数が計測され、その系統周波数に基づいて時系列的な周波数偏差が発生すると無効電力注入量算出部によってその周波数偏差に応じた無効電力注入量が算出され、インバータから無効電力が注入される。単独運転検出部は系統周波数計測部で計測された各線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度を評価して単独運転状態であるか否かを検出するため、不要検出することがなく速やかに単独運転状態であるか否かを検出することができるようになる。
【００２０】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記単独運転検出部は、前記系統周波数計測部で計測された各線間電圧の周波数が連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている点にある。
【００２１】
商用系統に無効電力を注入した状況で、何らかの要因で商用系統の位相が急変するような場合にはその時点で系統周波数が変動してもその前後で系統周波数が変動することがないのに対して、商用系統からの送電が停止して単独運転状態となる場合にはそれ以降周波数が同じ方向に変動する。そこで、ＰＬＬ処理部で算出される運転周波数及び系統周波数計測部で計測される系統周波数の双方が、連続する複数の系統周期で一方向に変化する、という傾向が見られる場合に単独運転状態であると判断することによって、系統電源の位相急変時や瞬低による位相急変時（ＦＲＴ）の不要検出を確実に回避することができるようになる。
【００２２】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記単独運転検出部は、前記平均系統周波数及び各線間電圧の周波数に基づいて得られる周波数偏差値と所定の閾値とを比較する比較部と、各比較部からの出力を論理積演算する論理積演算部と、前記系統周波数計測部から出力されるゼロクロス信号に同期して論理積演算部の出力を前記インバータの駆動の許否信号としてラッチするラッチ処理部と、を備えている点にある。
【００２３】
比較部から出力される各線間電圧の周波数偏差値と所定の閾値との比較の結果が論理積演算部に入力されるので、一つの線間電圧でも周波数偏差値が所定の閾値よりも大きな値になるとラッチ処理部によってインバータの駆動が停止される旨の許否信号が出力され、全ての線間電圧で周波数偏差値が所定の閾値よりも小さな値になるとラッチ処理部によってインバータの駆動が許容される旨の許否信号が出力される。
【００２４】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出装置であって、商用三相系統の少なくとも一相の線間電圧のゼロクロスタイミングに基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測部と、前記系統周波数計測部で時系列的に計測された少なくとも一相の線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出部と、前記無効電力注入量算出部で算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成する無効電流制御部と、前記無効電流制御部で生成された出力電流指令値に基づいて前記インバータを制御するインバータ制御部と、少なくとも２相の線間電圧から得られる他相の線間電圧に基づいて当該他相の線間電圧の周波数を出力するＰＬＬ処理部と、前記系統周波数計測部で計測される当該２相の線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、前記系統周波数計測部で計測された当該２相の線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する前記ＰＬＬ処理部で出力された当該他相の相線圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出部と、を備えている点にある。
【００２５】
系統周波数計測部によって二つの線間電圧のゼロクロスタイミングから系統周波数が計測され、その系統周波数に基づいて時系列的な周波数偏差が発生すると無効電力注入量算出部によってその周波数偏差に応じた無効電力注入量が算出され、インバータから無効電力が注入される。単独運転検出部は前記系統周波数計測部で計測される何れか二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、前記系統周波数計測部で計測された当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対するＰＬＬ処理部で出力された当該他相の相線圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、を評価して単独運転状態であるか否かを検出するため、不要検出することがなく速やかに単独運転状態であるか否かを検出することができるようになる。しかも、商用三相系統電圧の少なくとも一相の周波数がＰＬＬ処理部で算出されるので、系統周波数計測部に二つの線間電圧のゼロクロス検出部を備えるだけでよく回路構成もシンプルになる。
【００２６】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第四の特徴構成に加えて、前記単独運転検出部は、前記ＰＬＬ処理部で算出される運転周波数及び前記系統周波数計測部で計測される系統周波数の双方が、連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている点にある。
【００２７】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第四または第五の特徴構成に加えて、前記単独運転検出部は、前記平均系統周波数及び各線間電圧の周波数に基づいて得られる周波数偏差値、並びに前記ＰＬＬ処理部から出力された運転周波数偏差値を所定の閾値を比較する比較部と、各比較部からの出力を論理積演算する論理積演算部と、前記系統周波数計測部から出力されるゼロクロス信号に同期して論理積演算部の出力を前記インバータの駆動の許否信号としてラッチするラッチ処理部と、を備えている点にある。
【００２８】
比較部から出力される二つの線間電圧の周波数偏差値と所定の閾値との比較の結果及び運転周波数偏差値と所定の閾値との比較の結果が論理積演算部に入力されるので、一つの線間電圧でも周波数偏差値が所定の閾値よりも大きな値になるとラッチ処理部によってインバータの駆動が停止される旨の許否信号が出力され、全ての線間電圧で周波数偏差値が所定の閾値よりも小さな値になるとラッチ処理部によってインバータの駆動が許容される旨の許否信号が出力される。
【００２９】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記単独運転検出部は、単独運転状態であると検出すると各線間電圧の系統周期のゼロクロス近傍で前記インバータの運転を停止するように構成されている点にある。
【００３０】
上述の構成によれば、三つの線間電圧のゼロクロス近傍の立上りエッジと立下りエッジで単独運転状態を検出することにより、例えば１周期毎に６回の単独運転状態の確認回数を確保できる。即ち、最短０．５周期で検出することが可能になる。尚、二つの線間電圧のゼロクロスおよびＰＬＬ回路からの運転周波数を用いる場合は、例えば１周期毎に４回の単独運転状態の確認回数を確保できる。但し、検出時限は上述と同様に、最短０．５周期に検出することも可能である。
【００３１】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、前記単独運転検出部は、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に単独運転状態であると判断して前記インバータの運転を停止するように構成されている点にある。
【００３２】
上述した第二または第五の特徴構成と同様、商用系統の位相が急変するような場合にはその時点の前後で系統周波数が変動することがないのに対して、単独運転状態となる場合にはそれ以降周波数が同じ方向に変動する。そこで、少なくとも連続するｎ．５系統周期で各系統周波数の挙動をチェックすることにより、商用系統の位相急変による系統周波数の変動であるか否かが正確に検出できるようになる。尚、ｎは整数である。
【００３３】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の八の特徴構成に加えて、前記検出時限ｎ周期が３周期に設定されている点にある。
【００３４】
本発明による分散型電源の単独運転検出方法の第一の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出方法であって、商用三相系統の三つの線間電圧のゼロクロスタイミングに基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測ステップと、前記系統周波数計測ステップで時系列的に計測された三つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出ステップと、前記無効電力注入量算出ステップで算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成して前記インバータを制御するインバータ制御ステップと、前記系統周波数計測ステップで計測された各線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出ステップと、を備えている点にある。
【００３５】
同第二の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記単独運転検出ステップは、前記系統周波数計測ステップで計測された各線間電圧の周波数が連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている点にある。
【００３６】
同第三の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記単独運転検出ステップは、前記平均系統周波数及び各線間電圧の周波数に基づいて得られる周波数偏差値と所定の閾値とを比較する比較ステップと、各比較ステップからの出力を論理積演算する論理積演算ステップと、前記系統周波数計測ステップから出力されるゼロクロス信号に同期して前記論理積演算ステップの出力を前記インバータの駆動の許否信号としてラッチするラッチ処理部ステップ、を備えている点にある。
【００３７】
同第四の特徴構成は、同請求項１３に記載した通り、商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出方法であって、商用三相系統の少なくとも二つの線間電圧のゼロクロスタイミングに基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測ステップと、前記系統周波数計測ステップで時系列的に計測された少なくとも二つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出ステップと、前記無効電力注入量算出ステップで算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成して前記インバータを制御するインバータ制御ステップと、少なくとも二つの線間電圧から得られる三つ目の線間電圧に基づいて当該三つ目の線間電圧の周波数を出力するＰＬＬ処理ステップと、前記系統周波数計測ステップで計測される当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、前記系統周波数計測ステップで計測された当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する前記ＰＬＬ処理ステップで出力された当該三つ目の線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出ステップと、を備えている点にある。
【００３８】
同第五の特徴構成は、同請求項１４に記載した通り、上述の第四の特徴構成に加えて、前記単独運転検出ステップは、前記ＰＬＬ処理ステップで算出される運転周波数及び前記系統周波数計測ステップで計測される系統周波数の双方が、連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている点にある。
【００３９】
同第六の特徴構成は、同請求項１５に記載した通り、上述の第四または第五の特徴構成に加えて、前記単独運転検出ステップは、前記平均系統周波数及び各線間電圧の周波数に基づいて得られる周波数偏差値、並びに前記ＰＬＬ処理部から出力された運転周波数偏差値を所定の閾値を比較する比較ステップと、各比較ステップからの出力を論理積演算する論理積演算ステップと、前記系統周波数計測ステップから出力されるゼロクロス信号に同期して前記論理積演算ステップの出力を前記インバータの駆動の許否信号としてラッチするラッチ処理ステップと、を備えている点にある。
【００４０】
同第七の特徴構成は、同請求項１６に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記単独運転検出ステップは、単独運転状態であると検出すると各線間電圧の系統周期のゼロクロス近傍で前記インバータの運転を停止するように構成されている点にある。
【００４１】
同第八の特徴構成は、同請求項１７に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、前記単独運転検出ステップは、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に単独運転状態である判断して前記インバータの運転を停止するように構成されている点にある。
【００４２】
同第九の特徴構成は、同請求項１８に記載した通り、上述の第八の特徴構成に加えて前記検出時限ｎ周期が３周期に設定されている点にある。
【００４３】
本発明による系統連系システムの特徴構成は、同請求項１９に記載した通り、上述した第八または第九の特徴構成を有する単独運転検出装置を備えた分散型電源の複数台が商用三相系統と連系可能に接続された系統連系システムであって、各単独運転検出装置が、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に同時に単独運転状態であると判断して各インバータの運転を停止するように構成されている点にある。
【００４４】
本発明による系統連系システムの単独運転検出方法の特徴構成は、同請求項２０に記載した通り、上述した第八または第九の特徴構成を有する単独運転検出方法を実行する単独運転検出装置を備えた分散型電源の複数台が商用三相系統と連系可能に接続された系統連系システムの単独運転検出方法であって、各単独運転検出装置で実行される単独運転検出ステップは、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に他の単独運転検出装置と同時に単独運転状態である判断して前記インバータの運転を停止するように構成されている点にある。
【発明の効果】
【００４５】
以上説明した通り、本発明によれば、系統周波数の急変や系統電圧の位相の急変、或いはそれらの変化が長時間継続する場合でも、ＦＲＴ機能を具備しつつ多数台連系に対応できる単独運転検出装置、単独運転検出方法及び系統連系システムを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による単独運転検出装置が適用される分散型電源の回路図
【図２】本発明による単独運転検出装置の制御ブロックを示す構成図
【図３】（ａ），（ｂ）は系統周波数計測部の動作説明図
【図４】系統周波数計測部に備えたサンプルホールド回路の説明図
【図５】単独運転状態の検出手順（ｎ＝２の一例）の説明図
【図６】（ａ）は単独運転検出回路図、（ｂ）は（ａ）の系統周波数計測部から出力される立上り／立下りパルスの説明図
【図７】別実施形態を示し、本発明による単独運転検出装置の制御ブロックを示す構成図
【図８】別実施形態を示す単独運転検出回路図
【図９】単独運転時の運転周波数ｆＰＬＬと系統周波数ｆＧｒｉｄの特性説明図
【図１０】商用系統電圧の瞬低、且つ、位相急変時の説明図
【図１１】互いが逆相に接続された３台のパワーコンディショナの接続図
【図１２】（ａ），（ｂ）は系統周波数計測部の動作説明図
【図１３】（ａ）は周波数対応無効電力注入部で用いられる周波数偏差・無効電力注入量特性テーブルの説明図、（ｂ）は無効電力ステップ注入部の動作説明図
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明による単独運転検出装置、単独運転検出方法及び系統連系システムを図面に基づいて説明する。
図１には、分散型電源の一例である太陽電池発電装置１００が示されている。太陽電池発電装置１００は、太陽電池パネルＳＰと太陽電池パネルＳＰが接続されたパワーコンディショナＰＣを備えて構成され、系統連系リレーＳＧｒｉｄを介して商用三相系統ｅＧｒｉｄに接続されている。尚、本発明はパワーコンディショナＰＣに接続される電源装置が太陽電池パネルＳＰである場合に限定されるものではなく、燃料電池等の他の発電装置や蓄電装置等が接続される場合であっても適用可能である。
【００４８】
パワーコンディショナＰＣは、太陽電池パネルＳＰで発電された直流電圧を所定の直流リンク電圧Ｖｄｃに昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１と、商用三相系統と連系するように所定の周波数及び電圧値の三相交流電圧に変換するインバータ３と、インバータ３の出力から高調波成分を除去するＬＣフィルタ４を備えている。
【００４９】
単独運転検出装置１０を含む制御ユニットＣＵによってインバータ３に備えたスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６がＰＷＭ制御されて、商用三相系統の周波数、位相、振幅と整合する三相交流電力が出力され、さらにＬＣフィルタ４によってその出力から高調波成分が除去されて正弦波の三相交流電力が出力される。
【００５０】
図１中、符号ｅｕｖはｕ−ｖ間の線間電圧、ｅｖｗはｖ−ｗ間の線間電圧、ｅｕｗはｕ−ｗ間の線間電圧である。また、符号Ｖｄｃは直流バス電圧、Ｃｄｃは直流バス電圧の平滑用の電解コンデンサ、Ｓ１〜Ｓ６はインバータ３のスイッチング素子、ｉｕ，ｉｖ，ｉｗはインバータ３の出力電流、ＬｉｎｖとＣｉｎｖはＬＣフィルタ４を構成するコイルとコンデンサ、ＲｉｎｖはＡＣリアクトルの内部抵抗、ＲｃはコンデンサＣｉｎｖの内部抵抗、ＲＧｒｉｄとＬＧｒｉｄは系統インピーダンス、ＳＧｒｉｄは系統連系リレー、ＺＬｏａｄは三相負荷である。
【００５１】
図２には、マイクロコンピュータとメモリ及び周辺回路等を備えて構成された制御ユニットＣＵに組み込まれた単独運転検出装置１０の機能ブロックが示されている。本実施形態では、単独運転検出装置１０はステップ注入付周波数フィードバック方式に対応するとともに本発明による不要検出回避アルゴリズムを含む制御プログラム等に基づいて所期の単独運転検出方法が実行されるように構成されている。
【００５２】
単独運転検出装置１０は、直流電圧制御部１１と、無効電力制御部１２と、インバータ出力電流制御部１３と、ＰＷＭ制御部１４と、系統周波数計測部１５と、無効電力注入量算出部１６と、単独運転検出部１７と、ＰＬＬ処理部１９等を備えている。無効電力注入量算出部１６はステップ注入付周波数フィードバック方式を具現化する機能ブロックであり、周波数偏差対応無効電力注入部１６Ａと、無効電力ステップ注入部１６Ｂを備えている。
【００５３】
図２中、符号Ｖ＊ｄｃは直流バス電圧の指令値、Ｑ＊ｕｖｗは無効電力の指令値、Ｑ＊は注入量Ｑ＊ｉｎｊを含めた総合無効電力の指令値、Ｑは無効電力のフィードバック値、ＫＱは無効分の総合注入量、Ｋｓｔｅｐは無効分のステップ注入量、Ｋｆｖａｒは周波数フィードバック注入量、Ｐは有効電力のフィードバック値、Ｉ＊Ｐは有効分の電流指令値、Ｉ＊Ｑは無効分の電流指令値、θはＰＬＬ処理部１９で求めた位相角度、ΔｆＶＡＲは周波数偏差量、ΔｆＣＨＫ.ｘは単独運転状態を確認するための周波数偏差量、ｄｕ，ｄｖ，ｄｗはインバータ出力電流制御部１３から出力されるデューティ比である。
【００５４】
図２に示す単独運転検出装置１０では、ｕ，ｖ，ｗの三相交流電圧及び電流をα，β変換して得られる有効電力Ｐ及び無効電力Ｑに基づいて各種の制御演算が実行され、有効電力Ｐ及び無効電力Ｑは、以下の数式〔数１〕，〔数２〕で求められる。
【数１】
2017022800.tif 000003
【数２】
2017022800.tif 000004
【００５５】
三相交流電圧ｅｕｖ，ｅｖｗ，ｅｕｗが系統周波数計測部１５に入力され、系統周波数計測部１５で算出された周波数偏差量ΔｆＶＡＲが周波数偏差対応無効電力注入部１６Ａに入力される。周波数偏差対応無効電力注入部１６Ａでは周波数偏差量ΔｆＶＡＲに応じて当該偏差を増大させる方向に周波数フィードバック注入量Ｋｆｖａｒが算出される。
【００５６】
さらに、三相交流電圧ｅｕｖ，ｅｖｗ，ｅｕｗが無効電力ステップ注入部１６Ｂに入力され、無効電力ステップ注入部１６Ｂでは周波数偏差が小さく且つ高調波電圧または基本波電圧が所定の変動条件を満たす場合に、周波数が低下する方向に所定時間注入するためのステップ注入量Ｋｓｔｅｐが算出される。
【００５７】
周波数フィードバック注入量Ｋｆｖａｒとステップ注入量Ｋｓｔｅｐの加算値である総合注入量ＫＱと有効電力Ｐとの積である注入量Ｑ＊ｉｎｊと無効電力の指令値Ｑ＊ｕｖｗとの加算値が総合無効電力の指令値Ｑ＊として無効電力制御部１２に入力され、フィードバック値Ｑに基づくＰＩＤ演算によって無効成分の電流指令値Ｉ＊Ｑが算出される。
【００５８】
直流バス電圧の指令値Ｖ＊ｄｃが直流電圧制御部１１に入力されて、フィードバック信号である直流バス電圧Ｖｄｃに基づくＰＩＤ演算によって、有効成分の電流指令値Ｉ＊Ｐが算出される。有効成分の電流指令値Ｉ＊Ｐ及び無効成分の電流指令値Ｉ＊Ｑがインバータ出力電流制御部１３に入力される。
【００５９】
インバータ出力電流制御部１３では、ＰＬＬ処理部１９で求められた位相角度θ、インバータ出力電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗがフィードバック信号として入力され、有効成分の電流指令値Ｉ＊Ｐ及び無効成分の電流指令値Ｉ＊Ｑが得られるようにＰＩＤ演算された結果であるデューティ比ｄｕ，ｄｖ，ｄｗがＰＷＭ制御部１４に入力されて、ＰＷＭ制御部１４によって図１に示したインバータ３が駆動される。
【００６０】
単独運転検出部１７は、このようにして無効電流が注入された状態で、系統周波数計測１５から入力された周波数偏差量ΔｆＣＨＫ.ｘ、または、とＰＬＬ処理部１８から入力されたｕ−ｗ間の線間電圧ｅｕｗの運転周波数偏差量ΔｆＰＬＬ及び周波数偏差量ΔｆＣＨＫ.ｘに基づいて単独運転状態か否かを検知し、単独運転状態であると検知されるとＰＷＭ制御部１４に停止信号を出力してインバータ３を停止する。
【００６１】
以下、単独運転検出部１７について詳述する。
単独運転検出部１７は系統周波数計測部１５で検出された系統周波数の変動量に基づいて単独運転状態であるか否かを判断するように構成されている。
【００６２】
系統周波数計測１５は三相の商用系統電圧ｅｕｖ，ｅｖｗ，ｅｕｗの各ゼロクロスタイミングに基づいて系統周波数ｆＧｒｉｄを計測するブロックであり、各線間電圧を分圧する分圧回路と分圧回路で分圧された電圧を二値化する二値化回路とを含むゼロクロス検出回路を備えている。
【００６３】
図３（ａ）に示すように、商用系統電圧ｅｕｖを抵抗分圧した線間電圧波形を、電圧値ゼロを閾値として二値化回路で二値化することにより線間電圧の周波数を示す方形波が得られる。以下の数式〔数３〕で示すように、方形波の立上りエッジ間の時間差から算出した周波数ｆａ（ｚ−ｎ）と、方形波の立下がりエッジ間の時間差から算出した周波数ｆｂ（ｚ−ｎ）との平均値が平均周波数ｆｘとして算出される。
【数３】
2017022800.tif 000005
【００６４】
図３（ｂ）に示すように、線間電圧の周波数を示す方形波の立上りエッジから立下りエッジ迄の時間差から算出した周波数ｆａ（ｚ−ｎ）と、方形波の立下りエッジから立上りエッジ迄の時間差から数式〔数４〕に基づいて算出した周波数ｆｂ（ｚ−ｎ）との平均値を平均周波数ｆｘとして算出するように構成されていてもよい。
【数４】
2017022800.tif 000006
【００６５】
何れの場合も、本実施形態では、２．５ＭＨｚのサンプリング周波数（０．４μｓ．の精度）で検出されるエッジに基づいて周波数ｆａ（ｚ−ｎ）及び周波数ｆｂ（ｚ−ｎ）が求められている。尚、サンプリング周波数は例示であり、この値に限定されることはない。
【００６６】
図４に示すように、系統周波数計測部１５にはサンプルホールド部が設けられ、上述の平均周波数ｆｘ（ｚ）が当該サンプルホールド部によって５ｍｓ．毎にサンプリングされた値ｆｙ（ｚ）に対して、現在から４０サンプリング周期（２００ｍｓ．）前の１６回（８０ｍｓ．）の平均値と現在から８サンプリング周期（４０ｍｓ．）前の８回（４０ｍｓ．）の平均値との差分が周波数偏差量ΔｆＶＡＲとして算出される。
【００６７】
例えば、商用三相系統の周波数が５０Ｈｚであれば、周波数偏差量ΔｆＶＡＲは線間電圧の１０周期前の４周期分の周波数平均値と、現在から直近２周期分の周波数平均値の差分となる。
【００６８】
図５に示すように、単独運転検出部１７は、系統周波数計測部１５によって求められた各線間電圧ｅｕｖ，ｅｖｗ，ｅｕｗに対する各平均周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３に基づいて、以下に示す数式〔数５〕に従って単独運転状態を検知するように構成されている。
【数５】
2017022800.tif 000007
【００６９】
即ち、各相の平均周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の平均値が系統周波数ｆＧｒｉｄとして算出され、現在から３２系統周期から６４系統周期前の３２個の系統周波数ｆＧｒｉｄの平均値が平均系統周波数ｆＧｒｉｄ．ａｖｇとして算出され、平均系統周波数ｆＧｒｉｄ．ａｖｇと各線間電圧の平均周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３との差分と各相の周波数偏差量のリミッタ値ｆｌｉｍとの間の最小値が周波数偏差量の現在値Δｆｘ（ｚ）として算出される。
【００７０】
さらに、周波数偏差量の現在値Δｆｘ（ｚ）からｎ個前の値Δｆｘ（ｚ−ｎ）まで求められ、単独運転状態を確認するための周波数偏差量ΔｆＣＨＫ.ｘが算出される。各相の周波数偏差量ΔｆＣＨＫ.ｘ（ｘ＝１〜３）が全て単独運転状態の判定値ｆｃｓｔより大であれば単独運転状態と判断されてインバータ３が運転停止される。尚、数式〔数５〕中、Ｋは単独運転状態を検出するための感度調整用のゲインであり、ゲインＫが０であれば単独運転状態とは検出されない。
【００７１】
つまり、単独運転検出部１７は、系統周波数計測部１５で計測された各線間電圧ｅｕｖ，ｅｖｗ，ｅｕｗの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３を所定期間平均した平均系統周波数ｆＧｒｉｄ．ａｖｇに対する各線間電圧の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の複数周期に亘る変動の程度に基づいて、具体的には時系列的に算出された複数の周波数偏差量Δｆｘ（ｚ）の積に基づいて単独運転状態であるか否かを検出するように構成されている。数式〔数５〕に示すｎの値はｎ≧２であればよく、ｎ＝２であれば、少なくとも系統周期の連続する３周期の変動が加味され、不要検出が回避できるようになる。
【００７２】
図６（ａ）には、単独運転検出部１７に組み込まれ、各線間電圧の周波数偏差量ΔｆＣＨＫ.ｘ（ｘ＝１〜３）と単独運転状態の判定値ｆｃｓｔとを比較して、ＰＷＭ制御部１４の動作を許容するか停止するかの許否信号を出力する回路ブロックが例示され、図６（ｂ）には、系統周波数計測部１５から出力される立上り／立下りパルスが系統周波数のゼロクロス点を基準に生成される様子が示されている。
【００７３】
即ち、単独運転検出部１７は、平均系統周波数及び各線間電圧の周波数に基づいて得られる周波数偏差値と所定の閾値とを比較する比較部１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃと、各比較部からの出力を論理積演算する論理積演算部１７Ｄと、系統周波数計測部１５から出力されるゼロクロス信号に同期して論理積演算部１７Ｄの出力をインバータ３の駆動の許否信号Ｓとしてラッチするラッチ処理部１７Ｅと、を備えている。
【００７４】
比較部１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃから出力される各線間電圧の周波数偏差値ΔｆＣＨＫ.ｘ（ｘ＝１〜３）と所定の閾値ｆｃｓｔとの比較の結果が論理積演算部１７Ｄに入力されるので、一つの線間電圧でも周波数偏差値が所定の閾値よりも大きな値になるとラッチ処理部１７Ｅによってインバータ３の駆動が停止される旨の許否信号が出力され、全ての線間電圧で周波数偏差値が所定の閾値よりも小さな値になるとラッチ処理部１７Ｅによってインバータの駆動が許容される旨の許否信号が出力される。
【００７５】
図７には、マイクロコンピュータとメモリ及び周辺回路等を備えて構成された制御ユニットＣＵに組み込まれた単独運転検出装置１０の別実施形態を示す機能ブロックが示されている。図１との違いは、系統周波数計測部１５に二つの線間電圧の周波数を算出するゼロクロス検出回路を備え、三つ目の線間電圧の周波数を算出するＰＬＬ処理部１８を備えた点にある。
【００７６】
図７中、符号ΔｆＰＬＬはＰＬＬ処理部１８で求めたｕ−ｗ間の線間電圧ｅｕｗの運転周波数偏差量、ｅ＾ｕｗはｕ−ｖ間とｖ−ｗ間の線間電圧の和である。
【００７７】
図５の例では、系統周波数計測部１５によって求められた各線間電圧ｅｕｖ，ｅｖｗ，ｅｕｗに対する各平均周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３に基づいて単独運転状態を検知する構成を説明したが、少なくとも二つの線間電圧から三つ目の線間電圧を模擬するＰＬＬ処理部１８を備え、ＰＬＬ処理部１８で得られた運転周波数偏差量ΔｆＰＬＬと、系統周波数計測部１５によって求められた当該二つの線間電圧に対する各平均周波数とに基づいて、以下に示す数式〔数６〕に従って単独運転状態を検知するように構成されている。
【数６】
2017022800.tif 000008
【００７８】
系統周波数ｆＧｒｉｄは、系統周波数計測部１５により測定された線間電圧ｅｕｖの平均周波数ｆ１及び線間電圧ｅｖｗの平均周波数ｆ２の平均値である。また、線間電圧ｅｕｖと線間電圧ｅｖｗから算出した線間電圧ｅ＾ｕｗを用いて、ＰＬＬ処理部１８（図２参照）によって算出される系統周波数が線間電圧ｅｕｗの運転周波数ｆＰＬＬとして求められる。数式〔数６〕に示すｎの値もｎ≧２であればよく、ｎ＝２であれば、少なくとも系統周期の連続する３周期の変動が加味され、不要検出が回避できるようになる。
【００７９】
つまり、単独運転検出装置１０は、少なくとも二つの線間電圧から得られる他相の線間電圧に基づいて当該他相の線間電圧の周波数を出力するＰＬＬ処理部をさらに備え、単独運転検出部１７は、系統周波数計測部１５で計測される当該２相の線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、系統周波数計測部１５で計測された当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対するＰＬＬ処理部１８で出力された当該他相の相線圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、に基づいて単独運転状態であるか否かを検出するように構成されている。
【００８０】
図８には、単独運転検出部１７に組み込まれ、二つの線間電圧の周波数偏差値ΔｆＣＨＫ.ｘ（ｘ＝１〜２）及び当該二つの線間電圧から算出された三つ目の線間電圧の周波数偏差値ΔｆＰＬＬと単独運転状態の判定値ｆｃｓｔとを比較して、ＰＷＭ制御部１４の動作を許容するか停止するかの許否信号を出力する回路ブロックが例示されている。図８に示す立上り／立下りパルスは図６（ｂ）と同様である。
【００８１】
即ち、単独運転検出部１７は、平均系統周波数及び各線間電圧の周波数に基づいて得られる周波数偏差値ΔｆＣＨＫ.ｘ（ｘ＝１〜２）、並びにＰＬＬ処理部１８から出力された運転周波数偏差値ΔｆＰＬＬを所定の閾値ｆｃｓｔと比較する比較部１７ａ，１７ｂ，１７ｃと、各比較部からの出力を論理積演算する論理積演算部１７ｄと、前記系統周波数計測部１５から出力されるゼロクロス信号に同期して論理積演算部１７ｄの出力をインバータ３の駆動の許否信号Ｓとしてラッチするラッチ処理部１７ｅと、を備えている。
【００８２】
比較部１７ａ，１７ｂ，１７ｃから出力される二つの線間電圧の周波数偏差値と所定の閾値との比較の結果及び運転周波数偏差値と所定の閾値との比較の結果が論理積演算部１７ｄに入力されるので、一つの線間電圧でも周波数偏差値が所定の閾値よりも大きな値になるとラッチ処理部１７ｅによってインバータの駆動が停止される旨の許否信号が出力され、全ての線間電圧で周波数偏差値が所定の閾値よりも小さな値になるとラッチ処理部１７ｅによってインバータの駆動が許容される旨の許否信号が出力される。
【００８３】
一般的に、商用三相系統が正常（系統電圧の範囲が２０１±２０Ｖ）である場合には正しく検出できるが、落雷などにより電力設備に故障が生じ、送配電網の電圧が瞬間的に低下する現象が発生した場合（ＦＲＴ）に、入力電圧の低下および位相のずれが発生する。
【００８４】
図１０にはその一例が示されている。線間電圧ｅｕｖが９０°の時に瞬低が発生し、位相が最大＋４１°ずれた瞬間に、系統周期Ｔａ（ｚ−４）が広くなり(周波数低下)、単独運転状態と不要検出されるような状態が発生する。
【００８５】
しかし、数式〔数５〕、〔数６〕に示したように、ｎ≧２に設定されていれば、単独運転状態を検出するために、現在値（ｚ）、一つ前の値（ｚ−１）及び二つ前の値（ｚ−２）との因果関係が考慮されるので、単独運転状態の不要検出が回避可能になる。尚、他の二つの線間電圧ｅｖｗ，ｅｕｗも同様である。ここに、ｎは整数である。
【００８６】
図９に示すように、単独運転検出部１７はＰＬＬ処理部１８で算出される運転周波数ｆＰＬＬ及び系統周波数計測部１５で計測される系統周波数ｆＧｒｉｄの双方が連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されていることが好ましく、不要検出を回避して単独運転状態を正確に検出できるようになる。尚、数式〔数６〕に示したように、運転周波数ｆＰＬＬの応答性が系統周波数ｆＧｒｉｄより遅くなり、運転周波数偏差量ΔｆＰＬＬの感度を高めるために、ゲインＭの調整範囲は、０〜２Ｋまで調整できるように設計されている。
【００８７】
双方の値が次第に高くなる場合もあれば、反対に双方の値が次第に低くなる場合もある。これに対して、図１０のように位相が急変した場合には、ＰＬＬ処理部１８で算出される運転周波数ｆＰＬＬ及び系統周波数計測部１５で計測される系統周波数ｆＧｒｉｄの双方が、急変時のサイクルでのみ一時的に上昇または下降し、その後定常に復帰するので、その傾向を判別することによって不要検出を回避し、単独運転状態を正確且つ迅速に検出できるのである。
【００８８】
つまり、単独運転検出部１７は、ＰＬＬ処理部１８で算出される運転周波数及び系統周波数計測部１５で計測される系統周波数の双方が、連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている。
【００８９】
本発明によれば、単独運転状態を確認するための周波数偏差量ΔｆＣＨＫ.ｘは現在値からｎ個の前の値の積を計算することにより、ＦＲＴ時、位相急変時及び周波数変動等の様々な外乱の状況においても、ΔｆＣＨＫ.ｘが複数の周期に亘る積で求めているので誤検出することがなく、的確に単独運転状態を確実に検出することができる。
【００９０】
上述した単独運転検出部１７は、単独運転状態であると検出すると、インバータのスイッチング損失を低減しながらも速やかに停止させることができるように、各線間電圧の系統周期のゼロクロス近傍でインバータの運転を停止するように構成されている。単独運転状態であると検出した直後の各線間電圧の系統周期のゼロクロス近傍でインバータの運転を停止することが好ましい。
【００９１】
そして、単独運転検出部１７は、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に単独運転状態であると判断してインバータの運転を停止するように構成されている。
【００９２】
商用系統の位相が急変するような場合にはその時点の前後で系統周波数が変動することがないのに対して、単独運転状態となる場合にはそれ以降周波数が同じ方向に変動する。そこで、少なくとも連続するｎ．５系統周期で各系統周波数の挙動をチェックすることにより、商用系統の位相急変による系統周波数の変動であるか否かが正確に検出できるようになる。
【００９３】
また、図１１に示すように３台のパワーコンディショナ（ＰＣＳ）が同一の商用三相系統に接続された系統連系システムでは、各単独運転検出装置が、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に同時に単独運転状態であると判断して各インバータの運転を停止するように構成される。
【００９４】
それぞれの線間電圧が逆相に接続されている場合に単独運転状態が発生しても、上述した数式〔数５〕または〔数６〕を適用することにより３台のパワーコンディショナ（ＰＣＳ）で同時に単独運転状態を検出することができる。
【００９５】
それぞれのパワーコンディショナ（ＰＣＳ）は、各線間電圧の平均周波数の変化量を同時に監視し、上述した数式〔数５〕または〔数６〕を適用した場合でｎ＝３に設定すると、最速３サイクル半の前後で３台同時に運転を停止させることができるようになる。尚、３台を例に説明したが、同一の商用三相系統に複数台のパワーコンディショナ（ＰＣＳ）が接続されている場合でも同様である。
【００９６】
換言すると、本発明による系統連系システムの単独運転検出方法は、各単独運転検出装置で実行される上述の単独運転検出ステップが、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に他の単独運転検出装置と同時に単独運転状態である判断して前記インバータの運転を停止するように構成されている。
【００９７】
以上説明した通り、上述の数式〔数５〕に従って演算する単独運転検出装置１０によって、本発明による単独運転検出方法が実行される。
即ち、商用三相系統の三つの線間電圧のゼロクロスタイミングに基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測ステップと、系統周波数計測ステップで時系列的に計測された三つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出ステップと、無効電力注入量算出ステップで算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるようにインバータに対する出力電流指令値を生成してインバータを制御するインバータ制御ステップと、系統周波数計測ステップで計測された各線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出ステップとが実行される。
【００９８】
さらに、上述の数式〔数６〕に従って演算する単独運転検出装置１０によって、本発明による単独運転検出方法が実行される。
即ち、商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出方法であって、商用三相系統の二つの線間電圧のゼロクロスタイミングに基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測ステップと、系統周波数計測ステップで時系列的に計測された二つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出ステップと、無効電力注入量算出ステップで算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるようにインバータに対する出力電流指令値を生成してインバータを制御するインバータ制御ステップと、二つの線間電圧から得られる三つ目の線間電圧に基づいて当該他相の線間電圧の周波数を出力するＰＬＬ処理ステップと、系統周波数計測ステップで計測される当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、系統周波数計測ステップで計測された当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対するＰＬＬ処理ステップで出力された当該三つ目の相線圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出ステップとが実行される。
【００９９】
以下、ステップ注入付周波数フィードバック方式を具現化する無効電力注入量算出部１６について説明する。
【０１００】
周波数偏差対応無効電力注入部１６Ａは系統周波数計測部１５で計測された系統周波数ｆＧｒｉｄに基づいて得られる周波数偏差ΔｆＧｒｉｄに応じて無効電力注入量を算出するブロックで、ある時点の周波数偏差ΔｆＧｒｉｄに応じて以後の周波数偏差が次第に大きくなるように無効電力注入量が定められた周波数偏差・無効電力注入量特性テーブルから周波数フィードバック注入量Ｋｆｖａｒを算出する。ここに、系統周波数ｆＧｒｉｄは、数式〔数５〕または〔数６〕で得られる値である。
【０１０１】
図１２（ｂ）に示すように、系統周波数ｆＧｒｉｄは１周期毎に更新され、５ｍｓ．間隔で直近の４０ｍｓ．間の移動平均が算出され、記憶部に記憶される。図１２（ａ）に示すように、直近の移動平均算出時から２００ｍｓ．前の８０ｍｓ．分の移動平均から直近の４０ｍｓ．間の移動平均を減算することによって周波数偏差ΔｆＧｒｉｄが算出される。
【０１０２】
図１３（ａ）には周波数偏差・無効電力特性が示されている。周波数対応無効電力注入部２０は周波数偏差・無効電力特性に基づいて周波数フィードバック注入量Ｋｆｖａｒを算出し、周波数偏差ΔｆＧｒｉｄの算出から系統周波数ｆＧｒｉｄの半サイクル以内に算出した周波数フィードバック注入量Ｋｆｖａｒを注入する。
【０１０３】
当該周波数偏差・無効電力特性は、周波数偏差ΔｆＧｒｉｄが±０．０１Ｈｚ以内の低感帯領域と、その両外側の高感帯領域で傾きが異なる周波数フィードバック注入量Ｋｆｖａｒが規定されている。何れも周波数偏差を増大させる方向への無効電力注入量Ｋｆｖａｒが規定され、周波数偏差ΔｆＧｒｉｄが低感帯領域の１段目ゲインの傾きよりも高感帯領域の２段目ゲインの傾きが大きくなるように設定されている。最大値は±０．２５ｐ．ｕ．（per unit）に設定されている。尚、周波数偏差・無効電力特性は例示であり、この特性に限定されるものではない。
【０１０４】
無効電力ステップ注入部１６Ｂはある時点の周波数偏差ΔｆＧｒｉｄに変動がなく各線間電圧ｅｕｖ，ｅｖｗ，ｅｕｗ及び／または高調波電圧ＴＨＤｖが変動する場合に電流位相が一定方向で一定量のステップ注入量Ｋｆｓｔｅｐを算出するブロックである。尚、本明細書では「周波数偏差に変動がない状態」とは変動が小さい状態、つまり上述の低感帯領域にある状態を含む概念で用いている。
【０１０５】
図１３（ｂ）に示すように、無効電力ステップ注入部１６Ｂは、周波数偏差ΔｆＧｒｉｄが低感帯領域であるときに、高調波電圧ＴＨＤｖの変動が数式〔数７〕に示す全ての条件式を満たすと判断すると、それから半サイクル以内に、３サイクル以下の時間で上限を０．１ｐ．ｕ．とする無効電力をパワーコンディショナＰＣから見て電流位相を遅らせる方向に、つまり周波数が低下する方向に注入する。
【０１０６】
〔数７〕
ＴＨＤｖ（ｚ）−ＴＨＤａｖｒ（ｚ）＞２Ｖ
ＴＨＤｖ（ｚ−１）−ＴＨＤａｖｒ（ｚ）＞２Ｖ
ＴＨＤｖ（ｚ−２）−ＴＨＤａｖｒ（ｚ）＞−０．５Ｖ
│ＴＨＤｖ（ｚ−３）−ＴＨＤａｖｒ（ｚ）│＜０．５Ｖ
│ＴＨＤｖ（ｚ−４）−ＴＨＤａｖｒ（ｚ）│＜０．５Ｖ
│ＴＨＤｖ（ｚ−５）−ＴＨＤａｖｒ（ｚ）│＜０．５Ｖ
【０１０７】
以下の数式〔数８〕に示すように、本実施形態では高調波電圧実効値ＴＨＤｖとして２次から７次までの総合高調波電圧実効値が好ましい態様として採用されているが、さらに高次の高調波が含められていてもよい。尚、数式〔数８〕はｕ−ｗ間の線間電圧の高調波電圧実効値ＴＨＤｖの一例が示されている。ｕ−ｖ間およびｖ−ｗ間の線間電圧の高調波電圧実効値も数式〔数８〕と同様に計算できると考えられる。
【数８】
2017022800.tif 000009
【０１０８】
また、無効電力ステップ注入部１６Ｂは、周波数偏差ΔｆＧｒｉｄが低感帯領域であるときに、ｕ−ｗ間の線間電圧の実効値の変動Ｅｕｗ.ｒｍｓが数式〔数９〕に示す全ての条件式を満たすと判断すると、それから半サイクル以内に、３サイクル以下の時間で上限を０．１ｐ．ｕ．とする無効電力をパワーコンディショナＰＣから見て電流位相を遅らせる方向に、つまり周波数が低下する方向に注入する。
【０１０９】
〔数９〕
Ｅｕｗ.ｒｍｓ（ｚ）−Ｅｕｗ.ｒｍｓ.ａｖｒ（ｚ）＞２．５Ｖ
Ｅｕｗ.ｒｍｓ（ｚ−１）−Ｅｕｗ.ｒｍｓ.ａｖｒ（ｚ）＞２．５Ｖ
Ｅｕｗ.ｒｍｓ（ｚ−２）−Ｅｕｗ.ｒｍｓ.ａｖｒ（ｚ）＞−０．５Ｖ
│Ｅｕｗ.ｒｍｓ（ｚ−３）−Ｅｕｗ.ｒｍｓ.ａｖｒ（ｚ）│＜０．５Ｖ
│Ｅｕｗ.ｒｍｓ（ｚ−４）−Ｅｕｗ.ｒｍｓ.ａｖｒ（ｚ）│＜０．５Ｖ
│Ｅｕｗ.ｒｍｓ（ｚ−５）−Ｅｕｗ.ｒｍｓ.ａｖｒ（ｚ）│＜０．５Ｖ
【０１１０】
上述の各実施形態は本発明による分散型電源の単独運転検出装置及び単独運転検出方法の一例に過ぎず、各構成ブロックの具体的な構成（ハードウェアやソフトウェア）や各種の数値等は本発明による作用効果が奏される範囲で適宜変更設計することも可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１１１】
１：ＤＣ／ＤＣコンバータ
３：インバータ
４：ＬＣフィルタ
１０：単独運転検出装置
１１：直流電圧制御部
１２：無効電力制御部
１３：インバータ出力電流制御部
１４：ＰＷＭ制御部
１５：系統周波数計測部
１６：無効電力注入量算出部
１６Ａ：周波数偏差対応無効電力注入部
１６Ｂ：無効電力ステップ注入部
１７：単独運転検出部
１８：ＰＬＬ処理部
１００：分散型電源（太陽電池発電装置）
ＰＣ：パワーコンディショナ
ＳＰ：太陽電池パネル
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６：インバータブリッジに備えたスイッチ素子
【図１】
2017022800.tif 000010
【図２】
2017022800.tif 000011
【図３】
2017022800.tif 000012
【図４】
2017022800.tif 000013
【図５】
2017022800.tif 000014
【図６】
2017022800.tif 000015
【図７】
2017022800.tif 000016
【図８】
2017022800.tif 000017
【図９】
2017022800.tif 000018
【図１０】
2017022800.tif 000019
【図１１】
2017022800.tif 000020
【図１２】
2017022800.tif 000021
【図１３】
2017022800.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月14日(2016.10.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出装置であって、
商用三相系統の三つの線間電圧のゼロクロス信号の立上りエッジ間及び立下りエッジ間の平均値、または、立上りエッジから立下りエッジ間及び立下りエッジから立上りエッジ間の平均値に基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測部と、
前記系統周波数計測部で時系列的に計測された三つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出部と、
前記無効電力注入量算出部で算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成する無効電流制御部と、
前記無効電流制御部で生成された出力電流指令値に基づいて前記インバータを制御するインバータ制御部と、
前記系統周波数計測部で計測された各線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出部と、
を備えている単独運転検出装置。
【請求項２】
前記単独運転検出部は、前記系統周波数計測部で計測された各線間電圧の周波数が連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている請求項１記載の単独運転検出装置。
【請求項３】
商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出装置であって、
商用三相系統の少なくとも二つの線間電圧のゼロクロス信号の立上りエッジ間及び立下りエッジ間の平均値、または、立上りエッジから立下りエッジ間及び立下りエッジから立上りエッジ間の平均値に基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測部と、
前記系統周波数計測部で時系列的に計測された少なくとも二つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出部と、
前記無効電力注入量算出部で算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成する無効電流制御部と、
前記無効電流制御部で生成された出力電流指令値に基づいて前記インバータを制御するインバータ制御部と、
少なくとも二つの線間電圧から得られる三つ目の線間電圧に基づいて当該三つ目の線間電圧の周波数を出力するＰＬＬ処理部と、
前記系統周波数計測部で計測される当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、前記系統周波数計測部で計測された当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する前記ＰＬＬ処理部で出力された当該三つ目の相線圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出部と、
を備えている単独運転検出装置。
【請求項４】
前記単独運転検出部は、前記ＰＬＬ処理部で算出される運転周波数及び前記系統周波数計測部で計測される系統周波数の双方が、連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている請求項３記載の単独運転検出装置。
【請求項５】
前記単独運転検出部は、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に単独運転状態であると判断して前記インバータの運転を停止するように構成されている請求項１から４の何れかに記載の単独運転検出装置。
【請求項６】
商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出方法であって、
商用三相系統の三つの線間電圧のゼロクロス信号の立上りエッジ間及び立下りエッジ間の平均値、または、立上りエッジから立下りエッジ間及び立下りエッジから立上りエッジ間の平均値に基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測ステップと、
前記系統周波数計測ステップで時系列的に計測された三つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出ステップと、
前記無効電力注入量算出ステップで算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成して前記インバータを制御するインバータ制御ステップと、
前記系統周波数計測ステップで計測された各線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出ステップと、
を備えている単独運転検出方法。
【請求項７】
前記単独運転検出ステップは、前記系統周波数計測ステップで計測された各線間電圧の周波数が連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている請求項６記載の単独運転検出方法。
【請求項８】
商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出方法であって、
商用三相系統の少なくとも二つの線間電圧のゼロクロス信号の立上りエッジ間及び立下りエッジ間の平均値、または、立上りエッジから立下りエッジ間及び立下りエッジから立上りエッジ間の平均値に基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測ステップと、
前記系統周波数計測ステップで時系列的に計測された少なくとも二つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出ステップと、
前記無効電力注入量算出ステップで算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成して前記インバータを制御するインバータ制御ステップと、
少なくとも二つの線間電圧から得られる三つ目の線間電圧に基づいて当該三つ目の線間電圧の周波数を出力するＰＬＬ処理ステップと、
前記系統周波数計測ステップで計測される当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、前記系統周波数計測ステップで計測された当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する前記ＰＬＬ処理ステップで出力された当該三つ目の線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出ステップと、
を備えている単独運転検出方法。
【請求項９】
前記単独運転検出ステップは、前記ＰＬＬ処理ステップで算出される運転周波数及び前記系統周波数計測ステップで計測される系統周波数の双方が、連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている請求項８記載の単独運転検出方法。
【請求項１０】
前記単独運転検出ステップは、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に単独運転状態である判断して前記インバータの運転を停止するように構成されている請求項６から９の何れかに記載の単独運転検出方法。
【請求項１１】
請求項５記載の単独運転検出装置を備えた分散型電源の複数台が商用三相系統と連系可能に接続された系統連系システムであって、
何れかの分散型電源の線間電圧が他の分散型電源と逆相に接続された場合に、各単独運転検出装置が、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に同時に単独運転状態であると判断して各インバータの運転を停止するように構成されている系統連系システム。
【請求項１２】
請求項１０記載の単独運転検出方法を実行する単独運転検出装置を備えた分散型電源の複数台が商用三相系統と連系可能に接続された系統連系システムの単独運転検出方法であって、
何れかの分散型電源の線間電圧が他の分散型電源と逆相に接続された場合に、各単独運転検出装置で実行される単独運転検出ステップは、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に他の単独運転検出装置と同時に単独運転状態である判断して前記インバータの運転を停止するように構成されている系統連系システムの単独運転検出方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出装置、単独運転検出方法及び系統連系システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池や燃料電池等の分散型電源は、直流電力を交流電力に変換するとともに商用系統周波数や商用系統電圧の位相等を合わせて商用系統と連系するために、電力変換装置(以下では、パワーコンディショナ)を備えている。
【０００３】
パワーコンディショナは、分散型電源で生成された直流電圧を所定の直流電圧値に調整するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、インバータの出力から高周波成分を除去するＬＣフィルタ等を備えている。
【０００４】
分散型電源が商用系統と接続している配電線に地絡または短絡事故が発生し、或いは計画停電等によって変電所から配電線への送電が停止した状態、即ち単独運転状態に至った場合に、区分開閉器の動作への影響防止及び配電線の作業の安全性を確保するために当該配電線から分散型電源を確実に解列させる必要がある。
【０００５】
そのための単独運転検出方式には受動的方式と能動的方式があり、何れか一方または双方がパワーコンディショナに採用されている。
【０００６】
受動的方式とは単独運転移行時の発電出力と負荷の不平衡による電圧位相や周波数等の急変を検出する方式で、電圧位相の急変を検出する電圧位相跳躍検出方式、変圧器の飽和現象に伴う第３次高調波を検出する３次高調波電圧歪急増検出方式等がある。
【０００７】
能動的方式とはパワーコンディショナの制御系や外部に付加した抵抗等により常時電圧や周波数に変動を与えておき単独運転移行時に顕著になる変動を検出する方式で、出力電流位相に微小周波数変化による正帰還をかけることにより周波数異常を検出するスリップモード周波数シフト方式や、出力に周期的な無効電力変動を与え、単独運転移行後に発生する周波数変動を検出する無効電力変動方式等がある。
【０００８】
非特許文献１には、太陽光発電用パワーコンディショナの標準形能動的単独運転検出方式として規格化されたステップ注入付周波数フィードバック方式が開示されている。当該ステップ注入付周波数フィードバック方式は、系統周波数の偏差に応じて当該偏差を増大させる方向に予め設定された無効電力量を注入するとともに、周波数偏差が小さく且つ高調波電圧または基本波電圧が所定の変動条件を満たす場合に、周波数が低下する方向に一定の無効電力量を所定時間注入する方式である。
【０００９】
特許文献１には、短い検出時限であっても高精度で単独運転を検出可能なパワーコンディショナを得ることを目的として、直流電力から交流電力に変換されて系統側に出力された電圧である系統電圧を検出するセンサと、前記センサが検出した前記系統電圧の正のゼロクロスを検出し、前記正のゼロクロスの検出間隔から前記系統電圧の第１の周期を検出する第１の周期取得手段と、前記センサが検出した前記系統電圧の負のゼロクロスを検出し、前記負のゼロクロスの検出間隔から前記系統電圧の第２の周期を検出する第２の周期取得手段と、前記第１の周期の情報および第２の周期の情報を検出順に取得し、複数の周期の情報を用いて前記系統の状態を評価して前記系統の異常を検出する系統評価手段と、を備えているパワーコンディショナが開示されている。
【００１０】
当該系統評価手段は、連続して取得した系統の周期の変化の傾きを検出する傾き検出手段、を備え、前記傾き検出手段で検出した傾きが規定より大きい状態が所定時間継続した場合に前記系統の異常と判断するように構成されている。
【００１１】
また、特許文献２には、上述と同様の目的で、直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換して系統及び一般負荷に供給する分散型電源の単独運転検出装置であって、連系された系統の交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出部と、ゼロクロス点間の時間を計測する周期計測部と、計測したゼロクロス点間の時間が複数のゼロクロス点間の時間から算出した平均周期に対して一定時間以上ずれている場合には、前記連系された系統に異常が生じたと認識する位相跳躍認識部と、前記連系された系統に異常が生じたとする認識が一定回数連続してあった場合には単独運転と判断する一方、前記認識が一定回数連続してなかった場合には継続運転と判断する運転継続判断部と、を有することを特徴とする分散型電源の単独運転検出装置が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】日本電機工業会規格  ＪＥＭ１４９８  ２０１２年８月２７日発行
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１５−２３６５３号公報
【特許文献２】特開２０１５−７３３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、特許文献１に開示された系統評価手段を採用しても、検出時限が短いと、ＦＲＴ、位相急変および周波数変動等の様々な外乱が発現した状況下で、系統の周期の変化の傾きを評価する際に予め設定された基準値を上回り、単独運転状態であるとの誤検出（以下、「不要検出」と記す。）を招く虞があった。尚、ＦＲＴ(Fault Ride Through）とは系統擾乱時における運転継続性能をいう。
【００１５】
また、特許文献２に開示されたように位相跳躍認識部で認識された位相跳躍の程度を運転継続判断部で判断するような構成を採用する場合でも、同様に検出時限が短いと、ＦＲＴ以外でも位相急変や周波数変動等により系統電圧周期が大幅に変化する場合に不要検出を招く虞がありその検出感度を下げると単独運転状態を適切に検出できないという問題があった。
【００１６】
さらに、非特許文献１に規定されたステップ注入付周波数フィードバック方式でも、系統周波数の偏差に応じて無効電力量を注入する周波数フィードバック制御時に十分な応答性を確保するための明確な制御回路が提示されているわけではなく、規格で示される０．２秒以内に単独運転状態を検出するためには、特許文献１に開示されたような周波数変化率の値に応じて無効電力の注入量を嵩上げするような回路等が必要になり、制御が複雑になるという問題が内在されている。
【００１７】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、商用系統周波数の急変や商用系統電圧の位相の急変、或いはそれらの変化が長時間継続する場合でも、ＦＲＴ機能を具備しつつ多数台連系に対応できる単独運転検出装置、単独運転検出方法及び系統連系システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の目的を達成するため、本発明による単独運転検出装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出装置であって、商用三相系統の三つの線間電圧のゼロクロス信号の立上りエッジ間及び立下りエッジ間の平均値、または、立上りエッジから立下りエッジ間及び立下りエッジから立上りエッジ間の平均値に基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測部と、前記系統周波数計測部で時系列的に計測された三つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出部と、前記無効電力注入量算出部で算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成する無効電流制御部と、前記無効電流制御部で生成された出力電流指令値に基づいて前記インバータを制御するインバータ制御部と、前記系統周波数計測部で計測された各線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出部と、を備えている点にある。
【００１９】
系統周波数計測部によって三つの線間電圧のゼロクロスタイミングから系統周波数が計測され、その系統周波数に基づいて時系列的な周波数偏差が発生すると無効電力注入量算出部によってその周波数偏差に応じた無効電力注入量が算出され、インバータから無効電力が注入される。単独運転検出部は系統周波数計測部で計測された各線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度を評価して単独運転状態であるか否かを検出するため、不要検出することがなく速やかに単独運転状態であるか否かを検出することができるようになる。
【００２０】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記単独運転検出部は、前記系統周波数計測部で計測された各線間電圧の周波数が連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている点にある。
【００２１】
商用系統に無効電力を注入した状況で、何らかの要因で商用系統の位相が急変するような場合にはその時点で系統周波数が変動してもその前後で系統周波数が変動することがないのに対して、商用系統からの送電が停止して単独運転状態となる場合にはそれ以降周波数が同じ方向に変動する。そこで、系統周波数計測部で計測される系統周波数が、連続する複数の系統周期で一方向に変化する、という傾向が見られる場合に単独運転状態であると判断することによって、系統電源の位相急変時や瞬低による位相急変時（ＦＲＴ）の不要検出を確実に回避することができるようになる。
【００２２】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出装置であって、商用三相系統の少なくとも一相の線間電圧のゼロクロス信号の立上りエッジ間及び立下りエッジ間の平均値、または、立上りエッジから立下りエッジ間及び立下りエッジから立上りエッジ間の平均値に基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測部と、前記系統周波数計測部で時系列的に計測された少なくとも一相の線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出部と、前記無効電力注入量算出部で算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成する無効電流制御部と、前記無効電流制御部で生成された出力電流指令値に基づいて前記インバータを制御するインバータ制御部と、少なくとも２相の線間電圧から得られる他相の線間電圧に基づいて当該他相の線間電圧の周波数を出力するＰＬＬ処理部と、前記系統周波数計測部で計測される当該２相の線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、前記系統周波数計測部で計測された当該２相の線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する前記ＰＬＬ処理部で出力された当該他相の相線圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出部と、を備えている点にある。
【００２３】
系統周波数計測部によって二つの線間電圧のゼロクロスタイミングから系統周波数が計測され、その系統周波数に基づいて時系列的な周波数偏差が発生すると無効電力注入量算出部によってその周波数偏差に応じた無効電力注入量が算出され、インバータから無効電力が注入される。単独運転検出部は前記系統周波数計測部で計測される何れか二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、前記系統周波数計測部で計測された当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対するＰＬＬ処理部で出力された当該他相の相線圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、を評価して単独運転状態であるか否かを検出するため、不要検出することがなく速やかに単独運転状態であるか否かを検出することができるようになる。しかも、商用三相系統電圧の少なくとも一相の周波数がＰＬＬ処理部で算出されるので、系統周波数計測部に二つの線間電圧のゼロクロス検出部を備えるだけでよく回路構成もシンプルになる。
【００２４】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記単独運転検出部は、前記ＰＬＬ処理部で算出される運転周波数及び前記系統周波数計測部で計測される系統周波数の双方が、連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている点にある。
【００２５】
ＰＬＬ処理部で算出される運転周波数及び系統周波数計測部で計測される系統周波数の双方が、連続する複数の系統周期で一方向に変化する、という傾向が見られる場合に単独運転状態であると判断することによって、系統電源の位相急変時や瞬低による位相急変時（ＦＲＴ）の不要検出を確実に回避することができるようになる。
【００２６】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記単独運転検出部は、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に単独運転状態であると判断して前記インバータの運転を停止するように構成されている点にある。
【００２７】
上述した第二または第四の特徴構成と同様、商用系統の位相が急変するような場合にはその時点の前後で系統周波数が変動することがないのに対して、単独運転状態となる場合にはそれ以降周波数が同じ方向に変動する。そこで、少なくとも連続するｎ．５系統周期で各系統周波数の挙動をチェックすることにより、商用系統の位相急変による系統周波数の変動であるか否かが正確に検出できるようになる。尚、ｎは整数である。
【００２８】
本発明による分散型電源の単独運転検出方法の第一の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出方法であって、商用三相系統の三つの線間電圧のゼロクロス信号の立上りエッジ間及び立下りエッジ間の平均値、または、立上りエッジから立下りエッジ間及び立下りエッジから立上りエッジ間の平均値に基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測ステップと、前記系統周波数計測ステップで時系列的に計測された三つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出ステップと、前記無効電力注入量算出ステップで算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成して前記インバータを制御するインバータ制御ステップと、前記系統周波数計測ステップで計測された各線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出ステップと、を備えている点にある。
【００２９】
同第二の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記単独運転検出ステップは、前記系統周波数計測ステップで計測された各線間電圧の周波数が連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている点にある。
【００３０】
同第三の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出方法であって、商用三相系統の少なくとも二つの線間電圧のゼロクロス信号の立上りエッジ間及び立下りエッジ間の平均値、または、立上りエッジから立下りエッジ間及び立下りエッジから立上りエッジ間の平均値に基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測ステップと、前記系統周波数計測ステップで時系列的に計測された少なくとも二つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出ステップと、前記無効電力注入量算出ステップで算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるように前記インバータに対する出力電流指令値を生成して前記インバータを制御するインバータ制御ステップと、少なくとも二つの線間電圧から得られる三つ目の線間電圧に基づいて当該三つ目の線間電圧の周波数を出力するＰＬＬ処理ステップと、前記系統周波数計測ステップで計測される当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、前記系統周波数計測ステップで計測された当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する前記ＰＬＬ処理ステップで出力された当該三つ目の線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出ステップと、を備えている点にある。
【００３１】
同第四の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記単独運転検出ステップは、前記ＰＬＬ処理ステップで算出される運転周波数及び前記系統周波数計測ステップで計測される系統周波数の双方が、連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている点にある。
【００３２】
同第五の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記単独運転検出ステップは、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に単独運転状態である判断して前記インバータの運転を停止するように構成されている点にある。
【００３３】
本発明による系統連系システムの特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述した第五の特徴構成を有する単独運転検出装置を備えた分散型電源の複数台が商用三相系統と連系可能に接続された系統連系システムであって、何れかの分散型電源の線間電圧が他の分散型電源と逆相に接続された場合に、各単独運転検出装置が、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に同時に単独運転状態であると判断して各インバータの運転を停止するように構成されている点にある。
【００３４】
本発明による系統連系システムの単独運転検出方法の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、上述した第五の特徴構成を有する単独運転検出方法を実行する単独運転検出装置を備えた分散型電源の複数台が商用三相系統と連系可能に接続された系統連系システムの単独運転検出方法であって、何れかの分散型電源の線間電圧が他の分散型電源と逆相に接続された場合に、各単独運転検出装置で実行される単独運転検出ステップは、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に他の単独運転検出装置と同時に単独運転状態である判断して前記インバータの運転を停止するように構成されている点にある。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明した通り、本発明によれば、系統周波数の急変や系統電圧の位相の急変、或いはそれらの変化が長時間継続する場合でも、ＦＲＴ機能を具備しつつ多数台連系に対応できる単独運転検出装置、単独運転検出方法及び系統連系システムを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による単独運転検出装置が適用される分散型電源の回路図
【図２】本発明による単独運転検出装置の制御ブロックを示す構成図
【図３】（ａ），（ｂ）は系統周波数計測部の動作説明図
【図４】系統周波数計測部に備えたサンプルホールド回路の説明図
【図５】単独運転状態の検出手順（ｎ＝２の一例）の説明図
【図６】（ａ）は単独運転検出回路図、（ｂ）は（ａ）の系統周波数計測部から出力される立上り／立下りパルスの説明図
【図７】別実施形態を示し、本発明による単独運転検出装置の制御ブロックを示す構成図
【図８】別実施形態を示す単独運転検出回路図
【図９】単独運転時の運転周波数ｆＰＬＬと系統周波数ｆＧｒｉｄの特性説明図
【図１０】商用系統電圧の瞬低、且つ、位相急変時の説明図
【図１１】互いが逆相に接続された３台のパワーコンディショナの接続図
【図１２】（ａ），（ｂ）は系統周波数計測部の動作説明図
【図１３】（ａ）は周波数対応無効電力注入部で用いられる周波数偏差・無効電力注入量特性テーブルの説明図、（ｂ）は無効電力ステップ注入部の動作説明図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明による単独運転検出装置、単独運転検出方法及び系統連系システムを図面に基づいて説明する。
図１には、分散型電源の一例である太陽電池発電装置１００が示されている。太陽電池発電装置１００は、太陽電池パネルＳＰと太陽電池パネルＳＰが接続されたパワーコンディショナＰＣを備えて構成され、系統連系リレーＳＧｒｉｄを介して商用三相系統ｅＧｒｉｄに接続されている。尚、本発明はパワーコンディショナＰＣに接続される電源装置が太陽電池パネルＳＰである場合に限定されるものではなく、燃料電池等の他の発電装置や蓄電装置等が接続される場合であっても適用可能である。
【００３８】
パワーコンディショナＰＣは、太陽電池パネルＳＰで発電された直流電圧を所定の直流リンク電圧Ｖｄｃに昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１と、商用三相系統と連系するように所定の周波数及び電圧値の三相交流電圧に変換するインバータ３と、インバータ３の出力から高調波成分を除去するＬＣフィルタ４を備えている。
【００３９】
単独運転検出装置１０を含む制御ユニットＣＵによってインバータ３に備えたスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６がＰＷＭ制御されて、商用三相系統の周波数、位相、振幅と整合する三相交流電力が出力され、さらにＬＣフィルタ４によってその出力から高調波成分が除去されて正弦波の三相交流電力が出力される。
【００４０】
図１中、符号ｅｕｖはｕ−ｖ間の線間電圧、ｅｖｗはｖ−ｗ間の線間電圧、ｅｕｗはｕ−ｗ間の線間電圧である。また、符号Ｖｄｃは直流バス電圧、Ｃｄｃは直流バス電圧の平滑用の電解コンデンサ、Ｓ１〜Ｓ６はインバータ３のスイッチング素子、ｉｕ，ｉｖ，ｉｗはインバータ３の出力電流、ＬｉｎｖとＣｉｎｖはＬＣフィルタ４を構成するコイルとコンデンサ、ＲｉｎｖはＡＣリアクトルの内部抵抗、ＲｃはコンデンサＣｉｎｖの内部抵抗、ＲＧｒｉｄとＬＧｒｉｄは系統インピーダンス、ＳＧｒｉｄは系統連系リレー、ＺＬｏａｄは三相負荷である。
【００４１】
図２には、マイクロコンピュータとメモリ及び周辺回路等を備えて構成された制御ユニットＣＵに組み込まれた単独運転検出装置１０の機能ブロックが示されている。本実施形態では、単独運転検出装置１０はステップ注入付周波数フィードバック方式に対応するとともに本発明による不要検出回避アルゴリズムを含む制御プログラム等に基づいて所期の単独運転検出方法が実行されるように構成されている。
【００４２】
単独運転検出装置１０は、直流電圧制御部１１と、無効電力制御部１２と、インバータ出力電流制御部１３と、ＰＷＭ制御部１４と、系統周波数計測部１５と、無効電力注入量算出部１６と、単独運転検出部１７と、ＰＬＬ処理部１９等を備えている。無効電力注入量算出部１６はステップ注入付周波数フィードバック方式を具現化する機能ブロックであり、周波数偏差対応無効電力注入部１６Ａと、無効電力ステップ注入部１６Ｂを備えている。
【００４３】
図２中、符号Ｖ＊ｄｃは直流バス電圧の指令値、Ｑ＊ｕｖｗは無効電力の指令値、Ｑ＊は注入量Ｑ＊ｉｎｊを含めた総合無効電力の指令値、Ｑは無効電力のフィードバック値、ＫＱは無効分の総合注入量、Ｋｓｔｅｐは無効分のステップ注入量、Ｋｆｖａｒは周波数フィードバック注入量、Ｐは有効電力のフィードバック値、Ｉ＊Ｐは有効分の電流指令値、Ｉ＊Ｑは無効分の電流指令値、θはＰＬＬ処理部１９で求めた位相角度、ΔｆＶＡＲは周波数偏差、ΔｆＣＨＫ.ｘは単独運転状態を確認するための周波数偏差、ｄｕ，ｄｖ，ｄｗはインバータ出力電流制御部１３から出力されるデューティ比である。
【００４４】
図２に示す単独運転検出装置１０では、ｕ，ｖ，ｗの三相交流電圧及び電流をα，β変換して得られる有効電力Ｐ及び無効電力Ｑに基づいて各種の制御演算が実行され、有効電力Ｐ及び無効電力Ｑは、以下の数式〔数１〕，〔数２〕で求められる。
【数１】
2017022800.tif 000023
【数２】
2017022800.tif 000024
【００４５】
三相交流電圧ｅｕｖ，ｅｖｗ，ｅｕｗが系統周波数計測部１５に入力され、系統周波数計測部１５で算出された周波数偏差ΔｆＶＡＲが周波数偏差対応無効電力注入部１６Ａに入力される。周波数偏差対応無効電力注入部１６Ａでは周波数偏差ΔｆＶＡＲに応じて当該偏差を増大させる方向に周波数フィードバック注入量Ｋｆｖａｒが算出される。
【００４６】
さらに、三相交流電圧ｅｕｖ，ｅｖｗ，ｅｕｗが無効電力ステップ注入部１６Ｂに入力され、無効電力ステップ注入部１６Ｂでは周波数偏差が小さく且つ高調波電圧または基本波電圧が所定の変動条件を満たす場合に、周波数が低下する方向に所定時間注入するためのステップ注入量Ｋｓｔｅｐが算出される。
【００４７】
周波数フィードバック注入量Ｋｆｖａｒとステップ注入量Ｋｓｔｅｐの加算値である総合注入量ＫＱと有効電力Ｐとの積である注入量Ｑ＊ｉｎｊと無効電力の指令値Ｑ＊ｕｖｗとの加算値が総合無効電力の指令値Ｑ＊として無効電力制御部１２に入力され、フィードバック値Ｑに基づくＰＩＤ演算によって無効成分の電流指令値Ｉ＊Ｑが算出される。
【００４８】
直流バス電圧の指令値Ｖ＊ｄｃが直流電圧制御部１１に入力されて、フィードバック信号である直流バス電圧Ｖｄｃに基づくＰＩＤ演算によって、有効成分の電流指令値Ｉ＊Ｐが算出される。有効成分の電流指令値Ｉ＊Ｐ及び無効成分の電流指令値Ｉ＊Ｑがインバータ出力電流制御部１３に入力される。
【００４９】
インバータ出力電流制御部１３では、ＰＬＬ処理部１９で求められた位相角度θ、インバータ出力電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗがフィードバック信号として入力され、有効成分の電流指令値Ｉ＊Ｐ及び無効成分の電流指令値Ｉ＊Ｑが得られるようにＰＩＤ演算された結果であるデューティ比ｄｕ，ｄｖ，ｄｗがＰＷＭ制御部１４に入力されて、ＰＷＭ制御部１４によって図１に示したインバータ３が駆動される。
【００５０】
単独運転検出部１７は、このようにして無効電流が注入された状態で、系統周波数計測部１５から入力された周波数偏差ΔｆＣＨＫ.ｘ（図２参照。）、または、系統周波数計測部１５から入力された周波数偏差ΔｆＣＨＫ.ｘ及びＰＬＬ処理部１８から入力されたｕ−ｗ間の線間電圧ｅｕｗの運転周波数偏差ΔｆＰＬＬ（図７参照。）に基づいて単独運転状態か否かを検知し、単独運転状態であると検知されるとＰＷＭ制御部１４に停止信号を出力してインバータ３を停止する。
【００５１】
以下、単独運転検出部１７について詳述する。
単独運転検出部１７は系統周波数計測部１５で検出された系統周波数の変動量に基づいて単独運転状態であるか否かを判断するように構成されている。
【００５２】
系統周波数計測部１５は三相の商用系統電圧ｅｕｖ，ｅｖｗ，ｅｕｗの各ゼロクロスタイミングに基づいて系統周波数ｆＧｒｉｄを計測するブロックであり、各線間電圧を分圧する分圧回路と分圧回路で分圧された電圧を二値化する二値化回路とを含むゼロクロス検出回路を備えている。
【００５３】
図３（ａ）に示すように、商用系統電圧ｅｕｖを抵抗分圧した線間電圧波形を、電圧値ゼロを閾値として二値化回路で二値化することにより線間電圧の周波数を示す方形波が得られる。以下の数式〔数３〕で示すように、方形波の立上りエッジ間の時間差から算出した周波数ｆａ（ｚ−ｎ）と、方形波の立下がりエッジ間の時間差から算出した周波数ｆｂ（ｚ−ｎ）との平均値が平均周波数ｆｘとして算出される。
【数３】
2017022800.tif 000025
【００５４】
図３（ｂ）に示すように、線間電圧の周波数を示す方形波の立上りエッジから立下りエッジ迄の時間差から算出した周波数ｆａ（ｚ−ｎ）と、方形波の立下りエッジから立上りエッジ迄の時間差から数式〔数４〕に基づいて算出した周波数ｆｂ（ｚ−ｎ）との平均値を平均周波数ｆｘとして算出するように構成されていてもよい。
【数４】
2017022800.tif 000026
【００５５】
何れの場合も、本実施形態では、２．５ＭＨｚのサンプリング周波数（０．４μｓ．の精度）で検出されるエッジに基づいて周波数ｆａ（ｚ−ｎ）及び周波数ｆｂ（ｚ−ｎ）が求められている。尚、サンプリング周波数は例示であり、この値に限定されることはない。
【００５６】
図４に示すように、系統周波数計測部１５にはサンプルホールド部が設けられ、上述の平均周波数ｆｘ（ｚ）が当該サンプルホールド部によって５ｍｓ．毎にサンプリングされた値ｆｙ（ｚ）に対して、現在から４０サンプリング周期（２００ｍｓ．）前の１６回（８０ｍｓ．）の平均値と現在から８サンプリング周期（４０ｍｓ．）前の８回（４０ｍｓ．）の平均値との差分が周波数偏差ΔｆＶＡＲとして算出される。
【００５７】
例えば、商用三相系統の周波数が５０Ｈｚであれば、周波数偏差ΔｆＶＡＲは線間電圧の１０周期前の４周期分の周波数平均値と、現在から直近２周期分の周波数平均値の差分となる。
【００５８】
図５に示すように、単独運転検出部１７は、系統周波数計測部１５によって求められた各線間電圧ｅｕｖ，ｅｖｗ，ｅｕｗに対する各平均周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３に基づいて、以下に示す数式〔数５〕に従って単独運転状態を検知するように構成されている。
【数５】
2017022800.tif 000027
【００５９】
即ち、各相の平均周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の平均値が系統周波数ｆＧｒｉｄとして算出され、現在から３２系統周期から６４系統周期前の３２個の系統周波数ｆＧｒｉｄの平均値が平均系統周波数ｆＧｒｉｄ．ａｖｇとして算出され、平均系統周波数ｆＧｒｉｄ．ａｖｇと各線間電圧の平均周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３との差分と各相の周波数偏差のリミッタ値ｆｌｉｍとの間の最小値が周波数偏差の現在値Δｆｘ（ｚ）として算出される。
【００６０】
さらに、周波数偏差が現在値Δｆｘ（ｚ）からｎ個前の値Δｆｘ（ｚ−ｎ）まで求められ、単独運転状態を確認するための周波数偏差ΔｆＣＨＫ.ｘが算出される。各相の周波数偏差ΔｆＣＨＫ.ｘ（ｘ＝１〜３）が全て単独運転状態の判定値ｆｃｓｔより大であれば単独運転状態と判断されてインバータ３が運転停止される。尚、数式〔数５〕中、Ｋは単独運転状態を検出するための感度調整用のゲインであり、ゲインＫが０であれば単独運転状態とは検出されない。
【００６１】
つまり、単独運転検出部１７は、系統周波数計測部１５で計測された各線間電圧ｅｕｖ，ｅｖｗ，ｅｕｗの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３を所定期間平均した平均系統周波数ｆＧｒｉｄ．ａｖｇに対する各線間電圧の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の複数周期に亘る変動の程度に基づいて、具体的には時系列的に算出された複数の周波数偏差Δｆｘ（ｚ）の積に基づいて単独運転状態であるか否かを検出するように構成されている。数式〔数５〕に示すｎの値はｎ≧２であればよく、ｎ＝２であれば、少なくとも系統周期の連続する３周期の変動が加味され、不要検出が回避できるようになる。
【００６２】
図６（ａ）には、単独運転検出部１７に組み込まれ、各線間電圧の周波数偏差ΔｆＣＨＫ.ｘ（ｘ＝１〜３）と単独運転状態の判定値ｆｃｓｔとを比較して、ＰＷＭ制御部１４の動作を許容するか停止するかの許否信号を出力する回路ブロックが例示され、図６（ｂ）には、系統周波数計測部１５から出力される立上り／立下りパルスが系統周波数のゼロクロス点を基準に生成される様子が示されている。
【００６３】
即ち、単独運転検出部１７は、平均系統周波数及び各線間電圧の周波数に基づいて得られる周波数偏差と所定の閾値とを比較する比較部１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃと、各比較部からの出力を論理積演算する論理積演算部１７Ｄと、系統周波数計測部１５から出力されるゼロクロス信号に同期して論理積演算部１７Ｄの出力をインバータ３の駆動の許否信号Ｓとしてラッチするラッチ処理部１７Ｅと、を備えている。
【００６４】
比較部１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃから出力される各線間電圧の周波数偏差ΔｆＣＨＫ.ｘ（ｘ＝１〜３）と所定の閾値ｆｃｓｔとの比較の結果が論理積演算部１７Ｄに入力されるので、全ての線間電圧で周波数偏差が所定の閾値よりも大きな値になるとラッチ処理部１７Ｅによってインバータ３の駆動が停止される旨の許否信号が出力され、一つの線間電圧でも周波数偏差が所定の閾値よりも小さな値になるとラッチ処理部１７Ｅによってインバータの駆動が許容される旨の許否信号が出力される。
【００６５】
図７には、マイクロコンピュータとメモリ及び周辺回路等を備えて構成された制御ユニットＣＵに組み込まれた単独運転検出装置１０の別実施形態を示す機能ブロックが示されている。図１との違いは、系統周波数計測部１５に二つの線間電圧の周波数を算出するゼロクロス検出回路を備え、三つ目の線間電圧の周波数を算出するＰＬＬ処理部１８を備えた点にある。
【００６６】
図７中、符号ΔｆＰＬＬはＰＬＬ処理部１８で求めたｕ−ｗ間の線間電圧ｅｕｗの運転周波数偏差、ｅ＾ｕｗはｕ−ｖ間とｖ−ｗ間の線間電圧の和である。
【００６７】
図５の例では、系統周波数計測部１５によって求められた各線間電圧ｅｕｖ，ｅｖｗ，ｅｕｗに対する各平均周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３に基づいて単独運転状態を検知する構成を説明したが、少なくとも二つの線間電圧から三つ目の線間電圧を模擬するＰＬＬ処理部１８を備え、ＰＬＬ処理部１８で得られた運転周波数偏差ΔｆＰＬＬと、系統周波数計測部１５によって求められた当該二つの線間電圧に対する各平均周波数とに基づいて、以下に示す数式〔数６〕に従って単独運転状態を検知するように構成されている。
【数６】
2017022800.tif 000028
【００６８】
系統周波数ｆＧｒｉｄは、系統周波数計測部１５により測定された線間電圧ｅｕｖの平均周波数ｆ１及び線間電圧ｅｖｗの平均周波数ｆ２の平均値である。また、線間電圧ｅｕｖと線間電圧ｅｖｗから算出した線間電圧ｅ＾ｕｗを用いて、ＰＬＬ処理部１８（図７参照）によって算出される系統周波数が線間電圧ｅｕｗの運転周波数ｆＰＬＬとして求められる。数式〔数６〕に示すｎの値もｎ≧２であればよく、ｎ＝２であれば、少なくとも系統周期の連続する３周期の変動が加味され、不要検出が回避できるようになる。
【００６９】
つまり、単独運転検出装置１０は、少なくとも二つの線間電圧から得られる他相の線間電圧に基づいて当該他相の線間電圧の周波数を出力するＰＬＬ処理部をさらに備え、単独運転検出部１７は、系統周波数計測部１５で計測される当該２相の線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、系統周波数計測部１５で計測された当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対するＰＬＬ処理部１８で出力された当該他相の相線圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、に基づいて単独運転状態であるか否かを検出するように構成されている。
【００７０】
図８には、単独運転検出部１７に組み込まれ、二つの線間電圧の周波数偏差ΔｆＣＨＫ.ｘ（ｘ＝１〜２）及び当該二つの線間電圧から算出された三つ目の線間電圧の周波数偏差ΔｆＰＬＬと単独運転状態の判定値ｆｃｓｔとを比較して、ＰＷＭ制御部１４の動作を許容するか停止するかの許否信号を出力する回路ブロックが例示されている。図８に示す立上り／立下りパルスは図６（ｂ）と同様である。
【００７１】
即ち、単独運転検出部１７は、平均系統周波数及び各線間電圧の周波数に基づいて得られる周波数偏差ΔｆＣＨＫ.ｘ（ｘ＝１〜２）、並びにＰＬＬ処理部１８から出力された運転周波数偏差ΔｆＰＬＬを所定の閾値ｆｃｓｔと比較する比較部１７ａ，１７ｂ，１７ｃと、各比較部からの出力を論理積演算する論理積演算部１７ｄと、前記系統周波数計測部１５から出力されるゼロクロス信号に同期して論理積演算部１７ｄの出力をインバータ３の駆動の許否信号Ｓとしてラッチするラッチ処理部１７ｅと、を備えている。
【００７２】
比較部１７ａ，１７ｂ，１７ｃから出力される二つの線間電圧の周波数偏差と所定の閾値との比較の結果及び運転周波数偏差と所定の閾値との比較の結果が論理積演算部１７ｄに入力されるので、全ての線間電圧で周波数偏差が所定の閾値よりも大きな値になるとラッチ処理部１７ｅによってインバータの駆動が停止される旨の許否信号が出力され、一つの線間電圧でも周波数偏差が所定の閾値よりも小さな値になるとラッチ処理部１７ｅによってインバータの駆動が許容される旨の許否信号が出力される。
【００７３】
一般的に、商用三相系統が正常（系統電圧の範囲が２０１±２０Ｖ）である場合には正しく検出できるが、落雷などにより電力設備に故障が生じ、送配電網の電圧が瞬間的に低下する現象が発生した場合（ＦＲＴ）に、入力電圧の低下および位相のずれが発生する。
【００７４】
図１０にはその一例が示されている。線間電圧ｅｕｖが９０°の時に瞬低が発生し、位相が最大＋４１°ずれた瞬間に、系統周期Ｔａ（ｚ−４）が広くなり(周波数低下)、単独運転状態と不要検出されるような状態が発生する。
【００７５】
しかし、数式〔数５〕、〔数６〕に示したように、ｎ≧２に設定されていれば、単独運転状態を検出するために、現在値（ｚ）、一つ前の値（ｚ−１）及び二つ前の値（ｚ−２）との因果関係が考慮されるので、単独運転状態の不要検出が回避可能になる。尚、他の二つの線間電圧ｅｖｗ，ｅｕｗも同様である。ここに、ｎは整数である。
【００７６】
図９に示すように、単独運転検出部１７はＰＬＬ処理部１８で算出される運転周波数ｆＰＬＬ及び系統周波数計測部１５で計測される系統周波数ｆＧｒｉｄの双方が連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されていることが好ましく、不要検出を回避して単独運転状態を正確に検出できるようになる。尚、数式〔数６〕に示したように、運転周波数ｆＰＬＬの応答性が系統周波数ｆＧｒｉｄより遅くなり、運転周波数偏差ΔｆＰＬＬの感度を高めるために、ゲインＭの調整範囲は、０〜２Ｋまで調整できるように設計されている。
【００７７】
双方の値が次第に高くなる場合もあれば、反対に双方の値が次第に低くなる場合もある。これに対して、図１０のように位相が急変した場合には、ＰＬＬ処理部１８で算出される運転周波数ｆＰＬＬ及び系統周波数計測部１５で計測される系統周波数ｆＧｒｉｄの双方が、急変時のサイクルでのみ一時的に上昇または下降し、その後定常に復帰するので、その傾向を判別することによって不要検出を回避し、単独運転状態を正確且つ迅速に検出できるのである。
【００７８】
つまり、単独運転検出部１７は、ＰＬＬ処理部１８で算出される運転周波数及び系統周波数計測部１５で計測される系統周波数の双方が、連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に単独運転状態と判断するように構成されている。
【００７９】
本発明によれば、単独運転状態を確認するための周波数偏差ΔｆＣＨＫ.ｘは現在値からｎ個の前の値の積を計算することにより、ＦＲＴ時、位相急変時及び周波数変動等の様々な外乱の状況においても、ΔｆＣＨＫ.ｘが複数の周期に亘る積で求めているので誤検出することがなく、的確に単独運転状態を確実に検出することができる。
【００８０】
上述した単独運転検出部１７は、単独運転状態であると検出すると、インバータのスイッチング損失を低減しながらも速やかに停止させることができるように、各線間電圧の系統周期のゼロクロス近傍でインバータの運転を停止するように構成されている。単独運転状態であると検出した直後の各線間電圧の系統周期のゼロクロス近傍でインバータの運転を停止することが好ましい。
【００８１】
そして、単独運転検出部１７は、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に単独運転状態であると判断してインバータの運転を停止するように構成されている。
【００８２】
商用系統の位相が急変するような場合にはその時点の前後で系統周波数が変動することがないのに対して、単独運転状態となる場合にはそれ以降周波数が同じ方向に変動する。そこで、少なくとも連続するｎ．５系統周期で各系統周波数の挙動をチェックすることにより、商用系統の位相急変による系統周波数の変動であるか否かが正確に検出できるようになる。
【００８３】
また、図１１に示すように３台のパワーコンディショナ（ＰＣＳ）が同一の商用三相系統に接続された系統連系システムでは、各単独運転検出装置が、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に同時に単独運転状態であると判断して各インバータの運転を停止するように構成される。
【００８４】
それぞれの線間電圧が逆相に接続されている場合に単独運転状態が発生しても、上述した数式〔数５〕または〔数６〕を適用することにより３台のパワーコンディショナ（ＰＣＳ）で同時に単独運転状態を検出することができる。
【００８５】
それぞれのパワーコンディショナ（ＰＣＳ）は、各線間電圧の平均周波数の変化量を同時に監視し、上述した数式〔数５〕または〔数６〕を適用した場合でｎ＝３に設定すると、最速３サイクル半の前後で３台同時に運転を停止させることができるようになる。尚、３台を例に説明したが、同一の商用三相系統に複数台のパワーコンディショナ（ＰＣＳ）が接続されている場合でも同様である。
【００８６】
換言すると、本発明による系統連系システムの単独運転検出方法は、各単独運転検出装置で実行される上述の単独運転検出ステップが、単独運転状態であると検出するために設定された検出時限ｎ周期に対して、単独運転状態となった後のｎ．５周期後に他の単独運転検出装置と同時に単独運転状態である判断して前記インバータの運転を停止するように構成されている。
【００８７】
以上説明した通り、上述の数式〔数５〕に従って演算する単独運転検出装置１０によって、本発明による単独運転検出方法が実行される。
即ち、商用三相系統の三つの線間電圧のゼロクロスタイミングに基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測ステップと、系統周波数計測ステップで時系列的に計測された三つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出ステップと、無効電力注入量算出ステップで算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるようにインバータに対する出力電流指令値を生成してインバータを制御するインバータ制御ステップと、系統周波数計測ステップで計測された各線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出ステップとが実行される。
【００８８】
さらに、上述の数式〔数６〕に従って演算する単独運転検出装置１０によって、本発明による単独運転検出方法が実行される。
即ち、商用三相系統と連系するインバータを備えた分散型電源の単独運転検出方法であって、商用三相系統の二つの線間電圧のゼロクロスタイミングに基づいて当該線間電圧の周波数を計測する系統周波数計測ステップと、系統周波数計測ステップで時系列的に計測された二つの線間電圧の周波数の直近の所定期間の平均値に対する過去の所定期間の平均値の差である周波数偏差に応じて無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出ステップと、無効電力注入量算出ステップで算出された無効電力注入量の無効電力が商用三相系統に注入されるようにインバータに対する出力電流指令値を生成してインバータを制御するインバータ制御ステップと、二つの線間電圧から得られる三つ目の線間電圧に基づいて当該他相の線間電圧の周波数を出力するＰＬＬ処理ステップと、系統周波数計測ステップで計測される当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対する各線間電圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、系統周波数計測ステップで計測された当該二つの線間電圧の周波数を所定期間平均した平均系統周波数に対するＰＬＬ処理ステップで出力された当該三つ目の相線圧の周波数の複数周期に亘る変動の程度と、に基づいて単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出ステップとが実行される。
【００８９】
以下、ステップ注入付周波数フィードバック方式を具現化する無効電力注入量算出部１６について説明する。
【００９０】
周波数偏差対応無効電力注入部１６Ａは系統周波数計測部１５で計測された系統周波数ｆＧｒｉｄに基づいて得られる周波数偏差ΔｆＧｒｉｄに応じて無効電力注入量を算出するブロックで、ある時点の周波数偏差ΔｆＧｒｉｄに応じて以後の周波数偏差が次第に大きくなるように無効電力注入量が定められた周波数偏差・無効電力注入量特性テーブルから周波数フィードバック注入量Ｋｆｖａｒを算出する。ここに、系統周波数ｆＧｒｉｄは、数式〔数５〕または〔数６〕で得られる値である。
【００９１】
図１２（ｂ）に示すように、系統周波数ｆＧｒｉｄは１周期毎に更新され、５ｍｓ．間隔で直近の４０ｍｓ．間の移動平均が算出され、記憶部に記憶される。図１２（ａ）に示すように、直近の移動平均算出時から２００ｍｓ．前の８０ｍｓ．分の移動平均から直近の４０ｍｓ．間の移動平均を減算することによって周波数偏差ΔｆＧｒｉｄが算出される。
【００９２】
図１３（ａ）には周波数偏差・無効電力特性が示されている。周波数対応無効電力注入部２０は周波数偏差・無効電力特性に基づいて周波数フィードバック注入量Ｋｆｖａｒを算出し、周波数偏差ΔｆＧｒｉｄの算出から系統周波数ｆＧｒｉｄの半サイクル以内に算出した周波数フィードバック注入量Ｋｆｖａｒを注入する。
【００９３】
当該周波数偏差・無効電力特性は、周波数偏差ΔｆＧｒｉｄが±０．０１Ｈｚ以内の低感帯領域と、その両外側の高感帯領域で傾きが異なる周波数フィードバック注入量Ｋｆｖａｒが規定されている。何れも周波数偏差を増大させる方向への無効電力注入量Ｋｆｖａｒが規定され、周波数偏差ΔｆＧｒｉｄが低感帯領域の１段目ゲインの傾きよりも高感帯領域の２段目ゲインの傾きが大きくなるように設定されている。最大値は±０．２５ｐ．ｕ．（per unit）に設定されている。尚、周波数偏差・無効電力特性は例示であり、この特性に限定されるものではない。
【００９４】
無効電力ステップ注入部１６Ｂはある時点の周波数偏差ΔｆＧｒｉｄに変動がなく各線間電圧ｅｕｖ，ｅｖｗ，ｅｕｗ及び／または高調波電圧ＴＨＤｖが変動する場合に電流位相が一定方向で一定量のステップ注入量Ｋｆｓｔｅｐを算出するブロックである。尚、本明細書では「周波数偏差に変動がない状態」とは変動が小さい状態、つまり上述の低感帯領域にある状態を含む概念で用いている。
【００９５】
図１３（ｂ）に示すように、無効電力ステップ注入部１６Ｂは、周波数偏差ΔｆＧｒｉｄが低感帯領域であるときに、高調波電圧ＴＨＤｖの変動が数式〔数７〕に示す全ての条件式を満たすと判断すると、それから半サイクル以内に、３サイクル以下の時間で上限を０．１ｐ．ｕ．とする無効電力をパワーコンディショナＰＣから見て電流位相を遅らせる方向に、つまり周波数が低下する方向に注入する。
【００９６】
〔数７〕
ＴＨＤｖ（ｚ）−ＴＨＤａｖｒ（ｚ）＞２Ｖ
ＴＨＤｖ（ｚ−１）−ＴＨＤａｖｒ（ｚ）＞２Ｖ
ＴＨＤｖ（ｚ−２）−ＴＨＤａｖｒ（ｚ）＞−０．５Ｖ
│ＴＨＤｖ（ｚ−３）−ＴＨＤａｖｒ（ｚ）│＜０．５Ｖ
│ＴＨＤｖ（ｚ−４）−ＴＨＤａｖｒ（ｚ）│＜０．５Ｖ
│ＴＨＤｖ（ｚ−５）−ＴＨＤａｖｒ（ｚ）│＜０．５Ｖ
【００９７】
以下の数式〔数８〕に示すように、本実施形態では高調波電圧実効値ＴＨＤｖとして２次から７次までの総合高調波電圧実効値が好ましい態様として採用されているが、さらに高次の高調波が含められていてもよい。尚、数式〔数８〕はｕ−ｗ間の線間電圧の高調波電圧実効値ＴＨＤｖの一例が示されている。ｕ−ｖ間およびｖ−ｗ間の線間電圧の高調波電圧実効値も数式〔数８〕と同様に計算できると考えられる。
【数８】
2017022800.tif 000029
【００９８】
また、無効電力ステップ注入部１６Ｂは、周波数偏差ΔｆＧｒｉｄが低感帯領域であるときに、ｕ−ｗ間の線間電圧の実効値の変動Ｅｕｗ.ｒｍｓが数式〔数９〕に示す全ての条件式を満たすと判断すると、それから半サイクル以内に、３サイクル以下の時間で上限を０．１ｐ．ｕ．とする無効電力をパワーコンディショナＰＣから見て電流位相を遅らせる方向に、つまり周波数が低下する方向に注入する。
【００９９】
〔数９〕
Ｅｕｗ.ｒｍｓ（ｚ）−Ｅｕｗ.ｒｍｓ.ａｖｒ（ｚ）＞２．５Ｖ
Ｅｕｗ.ｒｍｓ（ｚ−１）−Ｅｕｗ.ｒｍｓ.ａｖｒ（ｚ）＞２．５Ｖ
Ｅｕｗ.ｒｍｓ（ｚ−２）−Ｅｕｗ.ｒｍｓ.ａｖｒ（ｚ）＞−０．５Ｖ
│Ｅｕｗ.ｒｍｓ（ｚ−３）−Ｅｕｗ.ｒｍｓ.ａｖｒ（ｚ）│＜０．５Ｖ
│Ｅｕｗ.ｒｍｓ（ｚ−４）−Ｅｕｗ.ｒｍｓ.ａｖｒ（ｚ）│＜０．５Ｖ
│Ｅｕｗ.ｒｍｓ（ｚ−５）−Ｅｕｗ.ｒｍｓ.ａｖｒ（ｚ）│＜０．５Ｖ
【０１００】
上述の各実施形態は本発明による分散型電源の単独運転検出装置及び単独運転検出方法の一例に過ぎず、各構成ブロックの具体的な構成（ハードウェアやソフトウェア）や各種の数値等は本発明による作用効果が奏される範囲で適宜変更設計することも可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１０１】
１：ＤＣ／ＤＣコンバータ
３：インバータ
４：ＬＣフィルタ
１０：単独運転検出装置
１１：直流電圧制御部
１２：無効電力制御部
１３：インバータ出力電流制御部
１４：ＰＷＭ制御部
１５：系統周波数計測部
１６：無効電力注入量算出部
１６Ａ：周波数偏差対応無効電力注入部
１６Ｂ：無効電力ステップ注入部
１７：単独運転検出部
１８：ＰＬＬ処理部
１００：分散型電源（太陽電池発電装置）
ＰＣ：パワーコンディショナ
ＳＰ：太陽電池パネル
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６：インバータブリッジに備えたスイッチ素子