JP2005304227A - 分散電源の単独運転検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 注入電流量を小さくしても、バックグラウンドノイズに対するＳＮ比の悪化を抑制して、分散電源の単独運転を精度良く検出することができる装置を提供する。
【解決手段】 この単独運転検出装置は、電流注入装置３２と供給停止検出装置４２とを備えている。電流注入装置３２は、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注入次数ｍの注入電流Ｊ_m を引込線１８に注入する。供給停止検出装置４２は、引込線１８における計測電圧Ｖ_t および計測電流Ｉ_t から、前記注入期間中の電圧および電流をそれぞれ抽出して出力する第１抽出手段と、それから出力される電圧および電流から、注入次数ｍの電圧および電流をそれぞれ抽出する第２抽出手段と、それから出力される電圧および電流を用いて、注入次数ｍのインピーダンスまたはアドミタンスを算出する演算手段とを備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、上位系統に変電所を介して配電線が接続され、この配電線に、分散電源を有する需要家設備が接続された構成の配電系統に適用されるものであって、分散電源の単独運転を検出する単独運転検出装置に関し、より具体的には、単独運転検出のための注入電流量を小さくしても、バックグラウンドノイズに対するＳＮ比の悪化を防止して、単独運転を精度良く検出することができるようにする手段に関する。

配電線には、近年、コジェネレーション（複合発電）設備等の発電設備を有する需要家設備が接続されるようになってきた。このような発電設備は、分散電源と呼ばれる。

系統事故等によって電力会社の変電所の遮断器が開放されて、上位系統からの電力供給が停止したときに、分散電源が運転（即ち単独運転）を続けていると、上位系統からの電力供給が停止したにもかかわらず配電線に電圧が印加され続けることになるので、感電事故等が発生する恐れがある。そこで、第１ステップとして、このような上位系統からの電力供給の停止、即ち分散電源の単独運転を確実に検出する必要がある。更に第２ステップとして、当該分散電源を配電系統から切り離す（解列する）必要がある。

分散電源の単独運転を検出する装置の一例として、例えば特許文献１には、上位系統に変電所を介して配電線が接続され、この配電線に、分散電源を有する需要家設備が接続された構成の配電系統に適用される単独運転検出装置であって、前記配電線から前記需要家設備への引込線に、当該配電系統の基本波電圧の１倍よりも大きい非整数倍次数（例えば２．４次、２．５次等）ｍの注入電流を注入する電流注入装置と、前記引込線における電圧および電流を計測して得られる計測電圧および計測電流から、前記注入次数ｍの電圧および電流をそれぞれ抽出し、この電圧および電流に基づいて、前記需要家設備の受電点から眺めた前記配電系統の前記注入次数ｍのインピーダンスまたはアドミタンスを算出し、当該インピーダンスまたはアドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給停止、即ち分散電源の単独運転を検出する供給停止検出装置とを備える単独運転検出装置が記載されている。

上記電流注入装置から引込線に注入する注入次数ｍの注入電流は、連続する正弦波電流である。

上記供給停止検出装置は、具体的には、前記注入電流による前記注入次数ｍの電圧Ｖ_m および電流Ｉ_m を計測し、この両者から、注入次数ｍのインピーダンスＺ_m ＝Ｖ_m ／Ｉ_m またはアドミタンスＹ_m ＝Ｉ_m ／Ｖ_m を算出し、このインピーダンスＺ_m の絶対値が所定値よりも大きい状態が所定時間以上継続したか否か、またはアドミタンスＹ_m の絶対値が所定値よりも小さい状態が所定時間以上継続したか否かを判定して、単独運転を検出するものである。

特開平１０−２４８１６８号公報（段落００１６−００２０、図１）

上記のような分散電源の単独運転検出装置においては、注入電流を小さくして、電流注入装置の小型化ひいては単独運転検出装置の小型化を図りたいという要望がある。電流注入装置はパワー回路であり、供給停止検出装置は制御回路であるので、電流注入装置が単独運転検出装置のサイズを支配している。

しかし、上記従来の単独運転検出装置においては、単に注入電流を小さくすると、次のような問題が発生する。これを図９を参照して説明する。

図９は、配電系統における受電点付近を単純化して示す図であり、前述したような配電線１０に、受電点Ｐで、前述したような需要家設備の引込線１８が接続された構成をしている（より具体例は図１参照）。

この引込線１８に、前記電流注入装置から、前記注入次数ｍの注入電流Ｊ_m を注入すると、受電点Ｐを通して配電線１０側に向けて注入電流Ｊ_m の分流Ｊ_msが流れ、それによって受電点Ｐに電圧Ｖ_msが発生する。

一方、一般的に、配電線１０に接続されている負荷（図示省略）等からバックグラウンドノイズが発生し、このバックグラウンドノイズによる電流が配電線１０に流入する（注入される）。このバックグラウンドノイズの内で前記注入次数ｍの次数（周波数）成分を持つものを妨害等価注入電流Ｉ_n と呼ぶことにすると、受電点Ｐを通して引込線１８側に向けて妨害等価注入電流Ｉ_n の分流Ｉ_nsが流れ、それによって受電点Ｐに電圧Ｖ_nsが発生する。

受電点Ｐから眺めた配電系統の例えばアドミタンスは、妨害等価注入電流Ｉ_n がなければ、次式に従って計算されるはずである。

［数１］
Ｙ_m ＝Ｊ_ms／Ｖ_ms

しかし、上記のように、注入次数ｍのバックグラウンドノイズによる妨害等価注入電流Ｉ_n が存在すると、計測されるアドミタンスは次式となる。分子、分母の±の符号は、一つの位相の例を示し、次式とは±がそれぞれ逆になる場合もある。いずれにしても、分子、分母にそれぞれ計測誤差要素Ｉ_ns、Ｖ_nsを含んでしまう。

［数２］
Ｙ_m ＝（Ｊ_ms−Ｉ_ns）／（Ｖ_ms＋Ｖ_ns）

従来の単独運転検出装置のように注入電流Ｊ_m が十分に大きいと、Ｊ_ms≫Ｉ_ns、Ｖ_ms≫Ｖ_nsなので、数２は数１と実質的に同じになり、計測誤差要素の存在は無視できるけれども、注入電流Ｊ_m を小さくすると、計測誤差要素が無視できなくなる。即ち、注入電流Ｊ_m による注入次数ｍの計測電圧および計測電流のレベルが低下してしまい、系統電圧や注入次数ｍのバックグラウンドノイズに対してＳＮ比が悪くなるため、注入次数ｍのアドミタンスＹ_m やインピーダンスＺ_m を精度良く計測することができなくなる。ひいては、分散電源の単独運転検出を精度良く行うことができなくなる。

そこでこの発明は、注入電流量を小さくしても、バックグラウンドノイズに対するＳＮ比の悪化を抑制して、注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスの計測精度を低下させずに済み、分散電源の単独運転を精度良く検出することができる単独運転検出装置を提供することを主たる目的としている。

この発明に係る分散電源の単独運転検出装置は、前記配電線から前記需要家設備への引込線に、当該配電系統の基本波電圧の１倍よりも大きい非整数倍次数の注入電流を注入する電流注入装置と、前記引込線における電圧および電流を計測して得られる計測電圧および計測電流から、前記注入次数の電圧および電流をそれぞれ抽出し、この電圧および電流に基づいて、前記需要家設備の受電点から眺めた前記配電系統の前記注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスを算出し、当該インピーダンスまたはアドミタンスの変化から、前記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とを備えており、かつ前記電流注入装置は、０よりも大きい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注入電流を出力するものであり、前記供給停止検出装置は、前記計測電圧および計測電流から、前記注入期間中の電圧および電流をそれぞれ抽出して出力する第１抽出手段と、この第１抽出手段から出力される電圧および電流から、前記注入次数の電圧および電流をそれぞれ抽出する第２抽出手段と、この第２抽出手段から出力される電圧および電流を用いて、前記注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスを算出する演算手段とを備えていることを特徴としている。

この単独運転検出装置によれば、電流注入装置から出力する注入電流は、前記注入期間と非注入期間とを一定の周期で繰り返すものであるので、従来のように連続的な正弦波の注入電流に比べて、非注入期間が存在するぶん注入電流量を小さくすることができる。

一方、供給停止検出装置は、前記計測電圧および計測電流から、前記注入期間中の電圧および電流をそれぞれ抽出して出力する第１抽出手段を備えているので、前記注入期間中の注入電流は、この第１抽出手段からそのまま出力される。これに対して、バックグラウンドノイズは、前記注入期間中に存在するもののみがこの第１抽出手段から出力されるので、第１抽出手段を通さない場合に比べて、バックグラウンドノイズは小さくなる。

なお、バックグラウンドノイズには、前記注入次数の周波数成分のものとそうでない周波数成分のものとがあるが、前記第２抽出手段で前記注入次数の電圧および電流を抽出することにしていて注入次数以外の周波数成分のバックグラウンドノイズは第２抽出手段から抽出されないので、供給停止検出装置においては、注入次数の周波数成分のバックグラウンドノイズに着目すれば良い。

上記のようにして、注入電流量を小さくしても、第１抽出手段から出力される電圧および電流のバックグラウンドノイズに対するＳＮ比が向上する。そして、第２抽出手段は、ＳＮ比の向上した電圧および電流から前記注入次数の電圧および電流をそれぞれ抽出するので、注入次数の電圧および電流を精度良く抽出することができ、当該電圧および電流を用いて、演算手段は、前記注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスを精度良く算出することができる。

なお、前記第１抽出手段の前段に、前記計測電圧および計測電流から、前記配電系統の少なくとも基本波電圧成分および基本波電流成分をそれぞれ除去する除去手段を更に設け、前記第１抽出手段を、前記除去手段を通した後の電圧および電流から、前記注入期間中の電圧および電流をそれぞれ抽出して出力するものとしても良い。

そのようにすると、仮に基本波電圧成分または基本波電流成分の大きさに幾らかの変動が存在していても、基本波成分は除去手段によって除去されるので、基本波成分の変動に起因して発生する見かけ上の前記注入次数成分が前記第１抽出手段に供給されるのを防止することができる。その結果、第１抽出手段から出力される電圧および電流のバックグラウンドノイズに対するＳＮ比がより向上し、ひいては前記注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスの計測精度がより向上する。

前記電流注入装置を、それから出力する前記注入電流に同期した信号であって、前記注入期間および非注入期間を表すマスク信号を出力するものとし、前記第１抽出手段を、前記マスク信号を用いて、前記注入期間中の電圧および電流をそれぞれ抽出して出力する第１および第２のマスク回路を有するものとしても良い。

請求項１に記載の発明によれば、電流注入装置から出力する注入電流は、注入期間と非注入期間とを一定の周期で繰り返すものであるので、従来のように連続的な正弦波の注入電流に比べて、非注入期間が存在するぶん注入電流量を小さくすることができる。その結果、電流注入装置の小型化ひいては当該単独運転検出装置の小型化を図ることができる。

しかも、計測電圧および計測電流から、注入期間中の電圧および電流をそれぞれ抽出する第１抽出手段を備えていて、この第１抽出手段から出力される電圧および電流のバックグラウンドノイズに対するＳＮ比が向上するので、第２抽出手段は注入次数の電圧および電流を精度良く抽出することができ、演算手段は注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスを精度良く算出することができる。その結果、注入電流量を小さくしても、バックグラウンドノイズに対するＳＮ比の悪化を抑制して、単独運転を精度良く検出することができる。

請求項２に記載の発明によれば、仮に基本波電圧成分または基本波電流成分の大きさに幾らかの変動が存在していても、その変動の影響を排除して、注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスの計測精度をより向上させることができるので、単独運転検出の精度がより向上するという更なる効果を奏する。

請求項３に記載の発明によれば、マスク信号およびマスク回路という単純な手段によって、注入期間中の電圧および電流をそれぞれ抽出することができるという更なる効果を奏する。

図１は、この発明に係る分散電源の単独運転検出装置を備える配電系統の一例を示す単線接続図である。

この配電系統は、上位系統２に変電所４を介して幾つかの配電線１０、１１が接続された構成をしている。変電所４は、変圧器（バンクトランス）６と、その２次側と配電線１０、１１とを接続する遮断器（バンク遮断器）８とを備えている。なお、電圧が７ｋＶを超える特別高圧の場合の配電線は、実務上は、送配電線と呼ばれるが、この明細書では、この場合も統一して配電線と呼ぶことにしている。

各配電線１０、１１には、幾つかの一般需要家設備１２、分散電源を有する幾つかの需要家設備１４、１５、および幾つかの力率改善用コンデンサ１６等が接続されている。

この例では、配電線１０に受電点Ｐで接続された需要家設備１４内に、以下に説明するような単独運転検出装置を設けている。

需要家設備１４においては、その受電点Ｐに引込線１８および遮断器２０を介して構内母線２２が接続され、この構内母線２２に変圧器２４を介して負荷２５が接続されている。

更に、構内母線２２に遮断器２６および連系用の遮断器２８を介して分散電源３０が接続されており、通常は、遮断器２６および２８を閉じて、分散電源３０から当該配電系統の基本波に同期した電力を構内母線２２に供給するようにしている。これを連系運転と呼ぶ。

系統事故等の際には、変電所４の遮断器８が開放される。その際、前述したように、分散電源３０が運転（即ち単独運転）していると、感電事故等が発生する恐れがあるので、分散電源３０の単独運転を確実に検出し、更には遮断器２８を開放して分散電源３０を配電系統から切り離す（解列する）必要がある。

そのために、この実施形態ではこの需要家設備１４内に、分散電源３０の単独運転を検出する単独運転検出装置を設けている。この単独運転検出装置は、電流注入装置３２と、供給停止検出装置４２とを備えている。この電流注入装置３２および供給停止検出装置４２が、前記特許文献１に記載のものと異なる。

引込線１８には、当該引込線１８における電圧および電流を計測する計器用変圧器４０および計器用変流器４１が接続されており、これら４０、４１で計測して得られる計測電圧Ｖ_t および計測電圧Ｉ_t が供給停止検出装置４２に供給される。

電流注入装置３２は、この例では電圧整合用の変圧器３８を介して、引込線１８に、ひいては受電点Ｐおよび配電線１０に、当該配電系統の基本波電圧の１倍よりも大きい非整数倍次数（即ち帯小数次数）ｍの注入電流Ｊ_m を注入する。この注入電流Ｊ_m の次数（即ち注入次数）ｍは、単独運転の検出精度を高めるためには、例えば、配電線１０の電圧が７ｋＶ以下の高圧の場合は、１＜ｍ＜２．７の範囲内が好ましく、配電線１０の電圧が７ｋＶを超える特別高圧の場合は、１＜ｍ＜３．６の範囲内が好ましいことが実験によって確かめられている。従って例えば、注入次数ｍとして２．５次を用いる。

しかも電流注入装置３２は、従来例のような連続した正弦波の注入電流を出力するものではなく、例えば図３に示す例のように、０よりも大きい所定の大きさの注入電流を供給する注入期間Ｔ₁ と、注入電流が実質的に０（即ち０またはほぼ０）の期間が一定期間続く非注入期間Ｔ₂ とを一定の周期Ｔ₃ で繰り返す注入電流Ｊ_m を出力するものである。この図３の例の注入電流Ｊ_m は、正負両極性の繰り返しパルス波形のものであり、１／Ｔ₃ が注入次数ｍの周波数に相当する。

但し、注入電流Ｊ_m の波形は、図３に例示したインパルス状のものに限られるものではなく、矩形波状のもの、正弦波を断続した波形のもの等でも良い。

なお、図３では、注入電流Ｊ_m の波形は、時間軸を小さくして図示しているのでギザギザに見えるが、時間軸を拡大して表示すると、図５（Ｂ）に示す注入電流Ｉ_tmとほぼ同じ滑らかな波形をしている。図６（Ｂ）を除く他の図における電圧、電流等の波形についても同様である。

図３に示す注入電流Ｊ_m を注入したときの前記計測電圧Ｖ_t および計測電流Ｉ_t の波形の例を図４に示す。計測電圧Ｖ_t は、正弦波の系統電圧に注入電流によるパルス状の電圧Ｖ_tmが重畳された波形をしていることが分かる。計測電流Ｉ_t は、このシミュレーションでは負荷電流を０としたので、図３の注入電流Ｊ_m とほぼ同じ波形をしている。なお、図４（Ａ）、図６（Ａ）において、注入電流による電圧Ｖ_tmは、その存在を分かりやすくするために、若干拡大して図示している。

引込線１８における注入電流Ｉ_tm、および当該注入電流Ｉ_tmによる電圧Ｖ_tmの波形の例を、図５に時間軸を拡大して示す。

図１に示す供給停止検出装置４２は、上記計測電圧Ｖ_t および計測電流Ｉ_t に基づいて、前記受電点Ｐから眺めた当該配電系統の前記注入次数ｍのインピーダンスまたはアドミタンスを算出し、当該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２からの電力供給が停止したことを判定して、上位系統２からの電力供給が停止したことを表す、即ち分散電源３０の単独運転を表す供給停止検出信号Ｓ₁ を出力するものである。この例では、この供給停止検出信号Ｓ₁ に応答して遮断器２８が開放される。

より具体的には、供給停止検出装置４２は、この例では図２に示すように、上記計測電圧Ｖ_t 、計測電流Ｉ_t を受けて、後述する離散フーリエ変換器５２、５４等でのサンプリングに不要な成分を除去するローパスフィルタ４４、４６と、それから出力されるアナログの電圧、電流をディジタルに変換して電圧Ｖ_d 、電流Ｉ_d をそれぞれ出力するＡＤ変換器４８、５０とを備えている。

このＡＤ変換器４８、５０から出力される電圧Ｖ_d 、電流Ｉ_d は、基本波の離散フーリエ変換器（ＤＦＴ）５２、５４および減算器５６、５８にそれぞれ供給される。これらの要素５２、５４、５６、５８が、この実施形態では、前記計測電圧Ｖ_t および計測電流Ｉ_t から、前記配電系統の少なくとも基本波電圧成分および基本波電流成分をそれぞれ除去する除去手段を構成している。

基本波の離散フーリエ変換器５２、５４は、計測電圧Ｖ_t 、計測電流Ｉ_t をディジタル化した上記電圧Ｖ_d 、電流Ｉ_d をフーリエ変換して、それらの基本波の電圧Ｖ_d1、電流Ｉ_d1をそれぞれ抽出して出力する。上記計測電圧Ｖ_t 、電圧Ｖ_d1等のシミュレーション波形の例を図６に示す。電流波形は、電圧波形とほぼ同様であるので、図示を省略する（以下同様）。図６（Ｂ）において電圧Ｖ_d1の波形に多数の小さな段差が付いているのは、離散フーリエ変換によって信号を離散的に切り出したからであり、サンプリング周波数を高くすればこの段差はより小さくなりより滑らかになる。

減算器５６は、上記電圧Ｖ_d から上記電圧Ｖ_d1を減算して、電圧Ｖ_d2を出力する。減算器５８は、上記電流Ｉ_d から上記電流Ｉ_d1を減算して、電流Ｉ_d2を出力する。電圧Ｖ_d2の波形を図６（Ｃ）に示す。上記減算の結果、基本波電圧成分が除去されて、電圧Ｖ_d2は、注入電流による注入次数ｍの電圧Ｖ_tmにバックグラウンドノイズ電圧Ｖ_n が重畳した波形をしている。

上記のような除去手段を設けることは必須ではないけれども、それを設けておくと、仮に基本波電圧成分または基本波電流成分の大きさに幾らかの変動が存在していても、基本波成分は上記除去手段によって除去されるので、基本波成分の変動に起因して発生する見かけ上の注入次数ｍの成分が次の第１抽出手段（この実施形態ではマスク回路６０、６２）に供給されるのを防止することができる。その結果、第１抽出手段から出力される電圧Ｖ_d3および電流Ｉ_d3のバックグラウンドノイズに対するＳＮ比がより向上し、ひいては注入次数ｍのインピーダンスＺ_m またはアドミタンスＹ_m の計測精度がより向上する。

なお、より計測精度を高めるためには、必要に応じて離散フーリエ変換器５２、５４で基本波成分の他に５次成分や７次成分も抽出し、減算器５６、５８で元の電圧Ｖ_d 、電流Ｉ_d から減算して、基本波成分の他に５次成分や７次成分も除去するようにしても良い。３相回路では、一般的に３次成分は殆ど生じないので、これの除去処理は敢えて行わなくても良い。

減算器５６、５８から出力される電圧Ｖ_d2、電流Ｉ_d2は、第１および第２のマスク回路６０および６２にそれぞれ供給される。このマスク回路６０および６２は、前記計測電圧Ｖ_t および計測電流Ｉ_t から、より具体的にはこの例では上記電圧Ｖ_d2および電流Ｉ_d2から、前記注入期間Ｔ₁ 中の電圧および電流をそれぞれ抽出して出力する第１抽出手段を構成している。

この実施形態では、具体的には、前記電流注入装置３２から、それから出力する前記注入電流Ｊ_m に同期した信号であって、前記注入期間Ｔ₁ および非注入期間Ｔ₂ を表すマスク信号Ｓ₂ が出力され、このマスク信号Ｓ₂ がマスク回路６０および６２に供給される。このマスク信号Ｓ₂ の波形の例を図６（Ｄ）に示す。その拡大図を図７に示す。このマスク信号Ｓ₂ は、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 で繰り返すものである。このマスク信号Ｓ₂ の周期Ｔ₄ は、図３に示した正負両極性の繰り返しパルス波形の注入電流Ｊ_m に対応するために、注入電流Ｊ_m の周期Ｔ₃ の２倍の周期Ｔ₄ （＝２Ｔ₃ ）を有している。マスク解除期間Ｔ₆ は、注入電流Ｊ_m の注入期間Ｔ₁ に同期しており、しかも注入期間Ｔ₁ を含む時間幅を有している。

そして、マスク回路６０、６２は、マスク信号Ｓ₂ を用いて、入力された電圧Ｖ_d2、電流Ｉ_d2とマスク信号Ｓ₂ との掛け算をそれぞれ行い、マスク解除期間Ｔ₆ の電圧Ｖ_d2、電流Ｉ_d2はそのまま出力し、マスク期間Ｔ₅ の電圧Ｖ_d2、電流Ｉ_d2は強制的に０にして出力する。このようにして、マスク回路６０および６２は、注入期間Ｔ₁ 中の電圧および電流をそれぞれ抽出して出力する。その出力が電圧Ｖ_d3および電流Ｉ_d3である。この電圧Ｖ_d3の波形の一例を図６（Ｅ）に示す。

この場合、注入電流Ｉ_tmや当該注入電流による電圧Ｖ_tmは、マスク解除期間Ｔ₆ にのみ存在し、バックグラウンドノイズはマスク解除期間Ｔ₆ およびマスク期間Ｔ₅ の両方に存在する。このマスク期間Ｔ₅ に存在するバックグラウンドノイズ電圧Ｖ_n が除去されることが図６（Ｅ）からも分かる。図示しないけれども、バックグラウンドノイズ電流も同様に除去される。

上記のようにして、マスク期間Ｔ₅ に存在するバックグラウンドノイズを除去することによって、当該バックグラウンドノイズをフーリエ解析してその前記注入次数ｍの周波数成分を抽出すると、当該注入次数ｍの周波数成分のバックグラウンドノイズの振幅レベルは小さくなる。これを図７および図８を参照して詳述する。図７は、図６（Ｃ）〜（Ｄ）の一部分を拡大したものに相当する。但し、図７では、注入電流による電圧Ｖ_tmは、説明に必要がないので省略している。

なお、バックグラウンドノイズには、前記注入次数ｍの周波数成分のものとそうでない周波数成分のものとがあるが、後述する第２抽出手段（注入次数ｍの離散フーリエ変換器６４、６６）で注入次数ｍの電圧Ｖ_m および電流Ｉ_m を抽出することにしていて注入次数ｍ以外の周波数成分のバックグラウンドノイズは第２抽出手段から抽出されないので、この供給停止検出装置４２においては、注入次数ｍの周波数成分のバックグラウンドノイズに着目すれば良い。この注入次数ｍの周波数成分のバックグラウンドノイズは、フーリエ解析すれば、余弦波（ｃｏｓ波）状または正弦波（ｓｉｎ波）状をしている。

図７に示すように、前記注入次数ｍの周波数成分のバックグラウンドノイズＶ_n に着目する。この電圧Ｖ_n の周期は、どちらも同じ注入次数ｍだから、前記注入電流Ｊ_m の周期と同じくＴ₃ である。マスク信号Ｓ₂ は、前述したように論理値０、１の信号である。その周期Ｔ₄ は、前述したようにＴ₄ ＝Ｔ₃ ／２である。但し、上記バックグラウンドノイズ電圧Ｖ_n とマスク信号Ｓ₂ との間の位相は、通常は一定の関係にはない。また、上記バックグラウンドノイズ電圧Ｖ_n の絶対値は、ここではマスクの前後における比率を求めるので、図７に例示するようなものである必要はない。

マスク信号Ｓ₂ のマスク解除期間Ｔ₆ の中心と上記バックグラウンドノイズ電圧Ｖ_n の最大点との間の位相差をθとすると、図７（Ａ）はθ＝０°の場合を示し、図７（Ｂ）はθ＝９０°の場合を示す。マスク回路６０（電流の場合は６２）を通すことによって、上記バックグラウンドノイズ電圧Ｖ_n の内でマスク解除期間Ｔ₆ にある部分７２（太線で示す）のみが残留し、他の部分は０となる。このバックグラウンドノイズ電圧Ｖ_n の残留分の大きさは、図７（Ａ）に示すようにθ＝０°で最大となり、図７（Ｂ）に示すようにθ＝９０°で最小となることが、図７から定性的に理解することができる。

上記バックグラウンドノイズ電圧Ｖ_n の残留分Ｖ_nrの大きさを、位相差θとの関係で定量的に求める。マスク信号Ｓ₂ のデューティ比をΔ（＝Ｔ₆ ／Ｔ₄ ）とし、マスクする前のバックグラウンドノイズ電圧Ｖ_n の最大値を１とすると、バックグラウンドノイズ電圧Ｖ_n の残留分Ｖ_nrは、簡略化すると、次式を用いてフーリエ解析することによって求めることができる。次式では、θは、０、π／１２、・・・、２πのようにπを用いて表している。ｊは虚数単位である。

ここで、一例として、Δ＝０．１としたときの前記位相差θに対する残留分Ｖ_nrを計算してグラフ化したものを図８に示す。マスクする前のバックグラウンドノイズ電圧Ｖ_n の最大値を１としたので、図８の縦軸は、マスクしない場合に対する残留分Ｖ_nrの比率を示している。この図に示すように、上記条件の場合、前記注入次数ｍのバックグラウンドノイズ電圧Ｖ_n の残留分Ｖ_nrの大きさは、マスクしない場合に比べて、最大でも１／５（＝０．２）に低減する。

上記のようにして、図２に示すマスク回路６０および６２からそれぞれ出力される電圧Ｖ_d3および電流Ｉ_d3のバックグラウンドノイズに対するＳＮ比が向上する。そしてこの電圧Ｖ_d3および電流Ｉ_d3が、前記注入次数ｍの離散フーリエ変換器６４および６６にそれぞれ供給される。両離散フーリエ変換器６４、６６が、この実施形態では、第１抽出手段から出力される電圧および電流から前記注入次数ｍの電圧Ｖ_m および電流Ｉ_m を抽出する第２抽出手段を構成している。即ち、離散フーリエ変換器６４、６６は、上記電圧Ｖ_d3、電流Ｉ_d3をそれぞれフーリエ変換して、前記注入次数ｍの電圧Ｖ_m 、電流Ｉ_m をそれぞれ抽出して出力する。

上記電圧Ｖ_m および電流Ｉ_m は、演算器６８に供給される。それらを用いて、演算器６８は、この例では、次式に従って、前記注入次数ｍのアドミタンスＹ_m を算出して出力する。

［数４］
Ｙ_m ＝Ｉ_m ／Ｖ_m

上記アドミタンスＹ_m は、判定器７０に供給される。判定器７０は、このアドミタンスＹ_m の変化から、単独運転を検出して前記供給停止検出信号Ｓ₁ を出力する。具体的には、判定器７０は、上記アドミタンスＹ_m の絶対値｜Ｙ_m ｜を所定の基準値Ｒ₁ と比較して、前者｜Ｙ_m ｜が後者Ｒ₁ よりも小さくなったときに、前記供給停止検出信号Ｓ₁ を出力する。基準値Ｒ₁ の大きさは、例えば、連系運転時の｜Ｙ_m ｜の１／２程度にすれば良い。また、単独運転以外の何らかによる｜Ｙ_m ｜の瞬時の変動による誤検出を防止するためには、｜Ｙ_m ｜＜Ｒ₁ の状態が所定時間以上継続したときに供給停止検出信号Ｓ₁ を出力するようにするのが好ましい。この所定時間は、例えば、０．３秒以上１０秒以下の所定時間にすれば良い。

以上のように、この単独運転検出装置においては、電流注入装置３２から出力する注入電流Ｊ_m は、注入期間Ｔ₁ と非注入期間Ｔ₂ とを一定の周期で繰り返すものであるので、従来のように連続的な正弦波の注入電流に比べて、非注入期間Ｔ₂ が存在するぶん注入電流量を小さくすることができる。その結果、電流注入装置３２の小型化ひいては当該単独運転検出装置の小型化を図ることができる。

しかも、計測電圧Ｖ_t および計測電流Ｉ_t から、注入期間Ｔ₁ 中の電圧Ｖ_d3および電流Ｉ_d3をそれぞれ抽出する第１抽出手段（マスク回路６０、６２）を備えていて、上記のような作用によってこの第１抽出手段から出力される電圧Ｖ_d3および電流Ｉ_d3のバックグラウンドノイズに対するＳＮ比が向上するので、第２抽出手段（離散フーリエ変換器６４、６６）は注入次数ｍの電圧Ｖ_m および電流Ｉ_m を精度良く抽出することができ、演算手段（演算器６８）は注入次数ｍのアドミタンスＹ_m 等を精度良く算出することができる。その結果、注入電流量を小さくしても、バックグラウンドノイズに対するＳＮ比の悪化を防止して、単独運転を精度良く検出することができる。

なお、第１抽出手段としては、上記のようなマスク信号Ｓ₂ を用いるマスク回路６０、６２を採用すると単純な手段で済むという利点があるけれども、それに限られるものではなく、上記計測電圧Ｖ_t および計測電流Ｉ_t から、あるいはそれらを上記のように処理して得られる電圧および電流から、上記注入期間Ｔ₁ 中の電圧および電流をそれぞれ抽出して出力するものであれば、他の回路や手段でも良い。

また、インピーダンスとアドミタンスとは単に逆数の関係なので、上記注入次数ｍの電圧Ｖ_m および電流Ｉ_m に基づいて、上記演算器６８において注入次数ｍのインピーダンスＺ_m （＝Ｖ_m ／Ｉ_m ）を算出し、判定器７０において、このインピーダンスＺ_m の変化から、単独運転を検出するようにしても良い。例えば、判定器７０は、所定の基準値をＲ₂ とすると、｜Ｚ_m ｜＞Ｒ₂ の状態が所定時間以上継続したときに供給停止検出信号Ｓ₁ を出力するものでも良い。基準値Ｒ₂ の大きさは、例えば、連系運転時の｜Ｚ_m ｜の２倍程度にすれば良い。所定時間は、例えば、上記と同様にすれば良い。

また、単独運転時には、上記アドミタンスＹ_m やインピーダンスＺ_m よりも、通常は、それらの成分である注入次数ｍのコンダクタンスｇ_m やサセプタンスｂ_m の絶対値｜ｇ_m ｜や｜ｂ_m ｜の方が変化が大きいので、判定器７０において、｜Ｙ_m ｜または｜Ｚ_m ｜の代わりに｜ｇ_m ｜または｜ｂ_m ｜の変化から、上述した｜Ｙ_m ｜または｜Ｚ_m ｜の場合と同様にして、単独運転を検出するようにしても良い。

また、この実施形態では、上記のような分散電源３０の単独運転検出から更に進めて、上記供給停止検出信号Ｓ₁ によって上記遮断器２８を開放して、分散電源３０の単独運転を防止するようにしているけれども、この発明は、分散電源３０の単独運転検出が主目的であるので、遮断器２８を開放する構成は必須ではない。

この発明に係る分散電源の単独運転検出装置を備える配電系統の一例を示す単線接続図である。 図１中の供給停止検出装置の一例を示すブロック図である。 注入電流の波形の一例を示す図である。 引込線における計測電圧および計測電流の波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。 引込線における注入電流および当該注入電流による電圧の波形のシミュレーション結果の一例を、時間軸を拡大して示す図である。 図２に示すブロック図中の各部における電圧等の波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。 マスク回路の動作の例を示す図である。 図７中の位相差とバックグラウンドノイズ電圧の残留分との関係の計算結果の一例を示す図である。 配電系統における受電点付近を単純化して示す図である。

符号の説明

２ 上位系統
４ 変電所
１０、１１ 配電線
１４、１５ 需要家設備
１８ 引込線
３０ 分散電源
３２ 電流注入装置
４２ 供給停止検出装置
５２、５４ 離散フーリエ変換器
５６、５８ 減算器
６０、６２ マスク回路
６４、６６ 離散フーリエ変換器
６８ 演算器
７０ 判定器
Ｊ_m 注入電流

Claims (3)

1. 上位系統に変電所を介して配電線が接続され、この配電線に、分散電源を有する需要家設備が接続された構成の配電系統に適用されるものであって、
   前記配電線から前記需要家設備への引込線に、当該配電系統の基本波電圧の１倍よりも大きい非整数倍次数の注入電流を注入する電流注入装置と、
   前記引込線における電圧および電流を計測して得られる計測電圧および計測電流から、前記注入次数の電圧および電流をそれぞれ抽出し、この電圧および電流に基づいて、前記需要家設備の受電点から眺めた前記配電系統の前記注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスを算出し、当該インピーダンスまたはアドミタンスの変化から、前記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とを備える、分散電源の単独運転検出装置において、
   前記電流注入装置は、０よりも大きい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注入電流を出力するものであり、
   前記供給停止検出装置は、前記計測電圧および計測電流から、前記注入期間中の電圧および電流をそれぞれ抽出して出力する第１抽出手段と、この第１抽出手段から出力される電圧および電流から、前記注入次数の電圧および電流をそれぞれ抽出する第２抽出手段と、この第２抽出手段から出力される電圧および電流を用いて、前記注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスを算出する演算手段とを備えていることを特徴とする分散電源の単独運転検出装置。
2. 前記供給停止検出装置は、前記第１抽出手段の前段に、前記計測電圧および計測電流から、前記配電系統の少なくとも基本波電圧成分および基本波電流成分をそれぞれ除去する除去手段を更に備えており、
   前記第１抽出手段は、前記除去手段を通した後の電圧および電流から、前記注入期間中の電圧および電流をそれぞれ抽出して出力するものである請求項１記載の分散電源の単独運転検出装置。
3. 前記電流注入装置は、それから出力する前記注入電流に同期した信号であって、前記注入期間および非注入期間を表すマスク信号を出力するものであり、
   前記第１抽出手段は、前記マスク信号を用いて、前記注入期間中の電圧および電流をそれぞれ抽出して出力する第１および第２のマスク回路を有している請求項１または２記載の分散電源の単独運転検出装置。

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