(57)【要約】【課題】無効電力制御によらないで単独運転を検出する。【解決手段】電力系統及びインバータから出力された交流電圧から周波数を検出する周波数検出部（９１）と、電力系統及びインバータから出力された交流電圧から位相を検出する位相検出部（９２）と、電力系統からの系統電圧に基づいて周波数の異常を検出する異常検出部（９３）と、周波数検出部（９１）によって検出された周波数及び定常状態の周波数からの偏差を求める周波数偏差部（９４）と、周波数偏差部（９４）により求められた周波数偏差の大きさと極性とに従って、電圧位相角の特性関数により、位相角の値を演算して出力する関数部（９５）と、関数部（９５）の出力を用いてインバータ（６）の出力電力を制御し、かつ、異常検出部（９３）によって異常が検出されたときに、インバータを停止またはインバータと電力系統との連系を解除する駆動部（９６）と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散型電源からの電力を交流電力に変換し、かつ、電力系統に連系して運転するインバータを有し、前記分散型電源が前記電力系統から切り離された単独運転状態を検出する単独運転検出装置であって、
前記電力系統及び前記インバータから出力された交流電圧から周波数を検出する周波数検出部と、
前記電力系統及び前記インバータから出力された交流電圧から位相を検出する位相検出部と、
前記電力系統からの系統電圧に基づいて周波数の異常を検出する異常検出部と、
前記周波数検出部によって検出された周波数及び定常状態の周波数からの偏差を求める周波数偏差部と、
前記周波数偏差部により求められた周波数偏差の大きさと極性とに従って、電圧位相角の特性関数により、周波数偏差が正のときには進みの電力が流れ、周波数偏差が負のときには遅れの電力が流れるように位相角の値を演算して出力する関数部と、
前記関数部の出力を用いて前記インバータの出力電力を制御し、かつ、前記異常検出部によって異常が検出されたときに、前記インバータを停止または前記インバータと前記電力系統との連系を解除（解列）する駆動部と、を備えたことを特徴とする単独運転検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の単独運転検出装置であって、
前記異常検出部は、前記駆動部により制御される前記インバータの出力電力の周波数が予め設定されている所定幅の閾値の範囲外となることで異常を検出することを特徴とする単独運転検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の単独運転検出装置であって、
前記閾値の幅は、定常状態の周波数に対して±４Ｈｚの範囲であることを特徴とする単独運転検出装置。
【請求項４】
分散型電源からの電力を交流電力に変換し、かつ、電力系統に連系して運転するインバータを有し、前記分散型電源が前記電力系統から切り離された単独運転状態を検出する単独運転検出方法であって、
前記電力系統及び前記インバータから出力された交流電圧から周波数を検出する周波数検出ステップと、
前記電力系統及び前記インバータから出力された交流電圧から位相を検出する位相検出ステップと、
前記周波数検出ステップによって検出された周波数及び定常状態の周波数からの偏差を求める周波数偏差ステップと、
前記周波数偏差ステップにより求められた周波数偏差の大きさと極性とに従って、電圧位相角の特性関数により、周波数偏差が正のときには進みの電力が流れ、周波数偏差が負のときには遅れの電力が流れるように位相角の値を演算して出力する位相角演算ステップと、
前記位相角演算ステップの出力を用いて前記インバータの出力電力を制御し、かつ、前記電力系統からの系統電圧に基づいて周波数の異常を検出したときに、前記インバータを停止または前記インバータと前記電力系統との連系を解除（解列）する駆動ステップと、を含むことを特徴とする単独運転検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散型電源からの電力を交流電力に変換し、かつ、電力系統に連系して運転するインバータを有し、分散型電源が電力系統から切り離された単独運転状態を検出する単独運転検出装置及び単独運転検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池や燃料電池などの分散型電源の電力を交流電力に変換して一般負荷及び電力系統に連系して出力する電力変換装置が開発されている。
【０００３】
このような電力変換装置では、事故や工事等によって電力系統が停電した場合には、分散型電源を電力系統から切り離す必要がある。すなわち、電力系統からの電力供給が停止されて、電力変換装置が単独で運転を開始した場合、その単独運転を検出して、電力変換装置と電力系統との連系を解除し、分散型電源を電力系統から解列させる必要がある。そのため、分散型電源が電力系統から切り離された単独運転状態を検出する単独運転検出装置が従来から種々提案されている（例えば、特許文献１，２等参照）。
【０００４】
特許文献１には、直流電力を交流電力に変換するとともに、交流電力系統と連系して運転するインバータの単独運転検出装置であって、交流電力系統およびインバータから出力された交流電圧を検出する電圧検出部と、交流電力系統およびインバータから出力された交流電力の電圧から、周波数または周波数変化率の異常を検知するように構成された異常検出部と、交流電力系統およびインバータから出力された交流電圧の周波数を検出する周波数検出部と、周波数検出部によって検出された周波数から周波数の移動平均を演算する移動平均手段と、周波数検出部によって検出された周波数及び移動平均から周波数偏差を演算する周波数偏差手段と、周波数偏差の大きさと極性とに従って、周波数偏差に対する無効電力あるいは電流位相角の特性函数により、周波数偏差が正のときは進み無効電力が流れ、周波数偏差が負のときは遅れ無効電力が流れるように無効電力あるいは電流位相角の値を演算して出力する函数手段と、函数手段の出力を用いてインバータから出力される出力電力を制御するとともに、異常検出部から異常が検出されたときにインバータを停止させる駆動部と、を備えた単独運転検出装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、分散型電源が電力系統から切り離され単独運転しているか否かの検出のために、電力系統に無効電力を注入すると共にこの注入で電力系統に起きる電気的変動に基づいて単独運転を検出するようにした単独運転検出方法において、電力系統に電気的変動に基づいて電力系統に無効電力（既注入無効電力）を注入すると共にこの既注入無効電力が負荷無効電力とバランスしたときに電力系統に無効電力（追加注入無効電力）を、一定期間、追加注入する第１ステップと、追加注入無効電力の位相を電気的変動の符号に基づいて判定し、追加注入無効電力の位相を判定に対応した位相にする第２ステップと、第１ステップでの追加無効電力注入後から一定期間よりも短い期間経過した後に、再度、追加注入無効電力の位相の判定（再判定）を、電気的変動の符号に基づいて行う第３ステップと、再判定時点での電気的変動の符号からは追加注入無効電力の位相が第１ステップで注入した追加注入無効電力の位相とは逆位相になっているという再判定のときは、電気的変動の符号に対応した位相の追加注入無効電力を、改めて一定期間、注入する第４ステップと、再判定時点での電気的変動の符号からは追加注入無効電力の位相が第１ステップで注入した追加注入無効電力の位相と同位相であるという再判定のときは、第１ステップで追加注入無効電力注入後から一定期間経過するまでの残り期間、第１ステップで注入した追加注入無効電力と同位相で追加注入無効電力の注入を継続する第５ステップと、を含む単独運転検出方法を実施する単独運転検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１８８６９０号公報
【特許文献２】特開２００９−１３６０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
すなわち、上記特許文献１，２に記載の単独運転検出装置は、いずれも注入される電力として無効電力制御を用いて単独運転を検出する構成となっている。この構成は、上記以外の従来の単独運転検出装置においても同じである。
【０００８】
本発明はかかる実情に鑑みて創案されたものであり、その目的は、無効電力制御によらないで単独運転を検出可能な単独運転検出装置及び単独運転検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の単独運転検出装置は、分散型電源からの電力を交流電力に変換し、かつ、電力系統に連系して運転するインバータを有し、前記分散型電源が前記電力系統から切り離された単独運転状態を検出する単独運転検出装置であって、前記電力系統及び前記インバータから出力された交流電圧から周波数を検出する周波数検出部と、前記電力系統及び前記インバータから出力された交流電圧から位相を検出する位相検出部と、前記電力系統からの系統電圧に基づいて周波数の異常を検出する異常検出部と、前記周波数検出部によって検出された周波数及び定常状態の周波数からの偏差を求める周波数偏差部と、前記周波数偏差部により求められた周波数偏差の大きさと極性とに従って、電圧位相角の特性関数により、周波数偏差が正のときには進みの電力が流れ、周波数偏差が負のときには遅れの電力が流れるように位相角の値を演算して出力する関数部と、前記関数部の出力を用いて前記インバータの出力電力を制御し、かつ、前記異常検出部によって異常が検出されたときに、前記インバータを停止または前記インバータと前記電力系統との連系を解除（解列）する駆動部と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の単独運転検出装置によれば、前記異常検出部は、前記駆動部により制御される前記インバータの出力電力の周波数が予め設定されている所定幅の閾値の範囲外となることで異常を検出する構成としてもよい。
【００１１】
また、本発明の単独運転検出装置によれば、前記閾値の幅は、定常状態の周波数に対して±４Ｈｚの範囲とすることができる。
【００１２】
また、本発明の単独運転検出方法は、分散型電源からの電力を交流電力に変換し、かつ、電力系統に連系して運転するインバータを有し、前記分散型電源が前記電力系統から切り離された単独運転状態を検出する単独運転検出方法であって、前記電力系統及び前記インバータから出力された交流電圧から周波数を検出する周波数検出ステップと、前記電力系統及び前記インバータから出力された交流電圧から位相を検出する位相検出ステップと、前記周波数検出ステップによって検出された周波数及び定常状態の周波数からの偏差を求める周波数偏差ステップと、前記周波数偏差ステップにより求められた周波数偏差の大きさと極性とに従って、電圧位相角の特性関数により、周波数偏差が正のときには進みの電力が流れ、周波数偏差が負のときには遅れの電力が流れるように位相角の値を演算して出力する位相角演算ステップと、前記位相角演算ステップの出力を用いて前記インバータの出力電力を制御し、かつ、前記電力系統からの系統電圧に基づいて周波数の異常を検出したときに、前記インバータを停止または前記インバータと前記電力系統との連系を解除（解列）する駆動ステップと、を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の単独運転検出装置及び単独運転検出方法は、上記のように構成したので、無効電力制御を用いなくても単独運転状態を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の単独運転検出装置を備えた電力変換装置の機能ブロック図である。
【図２】インバータ制御部の機能ブロック図である。
【図３】本発明の単独運転検出方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の単独運転検出装置を備えた電力変換装置１の機能ブロック図である。
【００１７】
電力変換装置１は、分散型電源２と電力系統３及び一般負荷４との間に接続されており、直流電圧検出器５、インバータ６、交流電圧検出器７、連系リレー（電磁開閉器）８、インバータ制御部９等を備えている。
【００１８】
分散型電源２は、例えば太陽電池、燃料電池、蓄電池などの直流電源であり、直流電力を出力する。なお、分散型電源２は、直流電力を出力する直流電源に限らず、他の電源、例えば、交流電力を出力する交流電源であってもよい。また、分散型電源２は、各種発電機により発電された交流電力を直流電力に変換して出力する装置であってもよい。
【００１９】
電力系統３は、電力会社の発電所から電力変換装置１までを結ぶ配線系統である。
【００２０】
一般負荷４は、電力系統３に接続された家庭内、商業施設内、工場内等に設置されている電気機器である。
【００２１】
直流電圧検出器５は、分散型電源２より出力された直流電力の直流電圧を検出して、インバータ制御部９に入力する。
【００２２】
インバータ６は、インバータ制御部９からの指令信号に従って制御され、分散型電源２からの直流電力を交流電力に変換し、かつ、電力系統３に連系して運転する。インバータ６は、図示は省略しているが、スイッチング回路やフィルタ回路等を含んで構成されている。
【００２３】
交流電圧検出器７は、電力系統３及びインバータ６から出力された交流電力の交流電圧を検出して、インバータ制御部９に入力する。
【００２４】
連系リレー８は、電力系統３及び一般負荷４への接続端子Ｔとインバータ６との間の電力ラインに挿入されており、通常は閉じた状態となって、分散型電源２と電力系統３及び一般負荷４とを接続する。一方、インバータ制御部９から単独運転を示す解列信号を受信すると、インバータ６と電力系統３との連系（接続）を解除し、分散型電源２を電力系統３から切り離して解列する。
【００２５】
図２は、インバータ制御部９の機能ブロック図である。分散型電源２が電力系統３から切り離された単独運転状態を検出する単独運転検出装置は、インバータ制御部９によって実現されている。
【００２６】
図２に示すように、インバータ制御部９は、電力系統３及びインバータ６から出力された交流電圧から周波数を計測（検出）する周波数計測部（周波数検出部）９１と、電力系統３及びインバータ６から出力された交流電圧から位相を計測（検出）する位相計測部（位相検出部）９２と、電力系統３からの系統電圧に基づいて周波数の異常を検出する異常検出部９３と、周波数計測部９１によって計測（検出）された周波数及び定常状態の周波数からの偏差を求める周波数偏差部９４と、周波数偏差部９４により求められた周波数偏差の大きさと極性とに従って、電圧位相角の特性関数（位相特性関数）により、周波数偏差が正のときには進みの電力が流れ、周波数偏差が負のときには遅れの電力が流れるように位相角の値を演算して出力する関数部（位相角演算部）９５と、関数部９５の出力を用いてインバータ６の出力電力を制御し、かつ、異常検出部９３によって異常が検出されたときに、インバータ６を停止またはインバータ６と電力系統３との連系を解除（解列）する駆動部９６と、を備えている。駆動部９６は、電流制御部９６ａとＰＷＭ演算部９６ｂと駆動回路部９６ｃとで構成されている。
【００２７】
周波数計測部９１では、系統電圧より現在の系統周波数を計測する。このとき、周波数は系統周期ごと（例えば、２０ｍｓ（５０Ｈｚ）ごと）に計測される。
【００２８】
位相計測部９２では、系統電圧より、現在の系統の位相を計測する。
【００２９】
関数部９５では、定格の周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）と現在の周波数との偏差を求め、特性関数により計測した位相を補正する。
【００３０】
電流制御部９６ａでは、位相特性関数によって求めた位相をもとに目標電圧を算出する。
【００３１】
ＰＷＭ演算部９６ｂでは、直流電圧検出器５で検出された直流電圧と、電流制御部９６ａによって求められた目標電圧及び入力電圧とによりＰＷＭの出力時間を決定し、駆動回路部９６ｃを介してインバータ６をＰＷＭ制御する。
【００３２】
異常検出部９３では、周波数が予め設定された所定幅の閾値の範囲外になったことを検出すると、連系リレー８に単独運転を示す解列信号を出力する。
【００３３】
次に、図３に示す単独運転検出フローチャートを参照して、本実施形態の単独運転検出装置による単独運転の検出動作について説明する。
【００３４】
本実施形態の単独運転検出装置では、電力変換装置１の動作中において、交流電圧検出器７により系統電圧を計測し（ステップＳ１）、その系統電圧より周波数計測部９１において周波数を計測する（ステップＳ２）。そして、周波数偏差部９４により求められた周波数の偏差により、関数部９５において位相を計測し（ステップＳ４）、その計測値で出力する位相を変化させることで、駆動部９６よりインバータ６へ出力される電圧の位相を変化させる（ステップＳ５〜ステップＳ７）。
【００３５】
この場合、電力変換装置１が系統電力に連系されていて遮断されていない場合には、系統電圧が強力であるので、位相を変化させても周波数はほとんど変化しない。
【００３６】
一方、系統電圧が遮断されている場合には、位相を変化させることによって周波数も変化するので、異常検出部９３では、この周波数の変化を検出する（ステップＳ３）。
【００３７】
すなわち、異常検出部９３では、駆動部９６により制御されるインバータ６の出力電圧の周波数が予め設定されている所定幅の閾値の範囲外となることで異常を検出する。具体的には、閾値の幅は、定常状態（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の周波数に対して±４Ｈｚの範囲とすることができる。
【００３８】
この場合、系統電力から遮断されている単独運転状態では、位相が変化することにより出力の周波数が変化する。関数部９５では、周波数の変化方向により、動きを助長するような動作を行う。すなわち、周波数の偏差が正の場合は遅れの位相補正を、負の場合は進みの位相補正を行なう。これにより、電圧の周波数が急峻に変化し、単独運転を検出可能になる。すなわち、検出周波数が定格周波数に対して±４Ｈｚの範囲を越えた場合（ステップＳ３でＹｅｓと判断たれた場合）には、単独運転であると判断して出力を停止する（ステップＳ８）。若しくは、連系を解列し、一般負荷４にのみ電力を供給する。
【００３９】
すなわち、本発明の単独運転検出方法は、電力系統３及びインバータ６から出力された交流電圧から周波数を検出する周波数検出ステップと、電力系統３及びインバータ６から出力された交流電圧から位相を検出する位相検出ステップと、電力系統３からの系統電圧に基づいて周波数の異常を検出する異常検出ステップと、周波数検出ステップによって検出された周波数及び定常状態の周波数からの偏差を求める周波数偏差ステップと、周波数偏差ステップにより求められた周波数偏差の大きさと極性とに従って、電圧位相角の特性関数により、周波数偏差が正のときには進みの電力が流れ、周波数偏差が負のときには遅れの電力が流れるように位相角の値を演算して出力する位相角演算ステップと、位相角演算ステップの出力を用いてインバータ６の出力電力を制御し、かつ、異常検出ステップによって異常が検出されたときに、インバータ６を停止またはインバータ６と電力系統３との連系を解除（解列）する駆動ステップと、を含む構成としている。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態に係る単独運転検出装置及び単独運転検出方法によれば、無効電力制御を用いなくても単独運転状態を確実に検出することが可能となる。
【００４１】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲に示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００４２】
１      電力変換装置
２      分散型電源
３      電力系統
４      一般負荷
５      直流電圧検出器
６      インバータ
７      交流電圧検出器
８      連系リレー（電磁開閉器）
９      インバータ制御部
９１    周波数計測部（周波数検出部の一例）
９２    位相計測部（位相検出部の一例）
９３    異常検出部
９４    周波数偏差部
９５    関数部
９６    駆動部
９６ａ  電流制御部
９６ｂ  ＰＷＭ演算部
９６ｃ  駆動回路部
Ｔ      接続端子
【図１】
2017131065.tif 000003
【図２】
2017131065.tif 000004
【図３】
2017131065.tif 000005