JP2007215392A - 単独運転検出方法、分散型電源の単独運転検出用制御装置、単独運転検出装置および分散型電源 - Google Patents

Abstract

【課題】不要動作をせず、単独運転の高速検出を可能にすること。
【解決手段】電力系統に電力変動を起こす第１ステップと、系統周期を計測する第２ステップと、上記計測により今回の系統周期がそれより以前の系統周期よりも増加するときは系統周期がより増加する方向に、減少するときは系統周期がより減少する方向に上記電力変動を補正する第３ステップと、直近の系統周期と所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差に基づいて直近の系統周期の変化パターンを作成する第４ステップと、上記変化パターンに基づいて単独運転を判定する第５ステップとを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、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を電力系統に注入した電力変動に基づいて検出する単独運転検出方法、分散型電源の単独運転検出用制御装置、単独運転検出装置および分散型電源に関する。

単独運転は、電力系統に事故等が発生して停止したとき、局所的な系統負荷に分散型電源が電力を供給している状態である。分散型電源の単独運転が継続すると、人身や設備の安全に多大な影響がある。

分散型電源とは、需要地あるいはその近辺に電源を設置して発電するものである。このような分散型電源は、現在、ガスタービン、ガスエンジン、太陽光、等を用いたコージェネレーションシステムが主流となっている。今後は、それらシステムに加えて、風力、小規模水力、バイオマス、等の再生可能なエネルギあるいは廃棄物等を利用した発電システムや技術的に開発途上にあるマイクロガスタービンや燃料電池の普及が期待されている。それらの中で、燃料電池は分散型電源の主流と期待も高いものであり、工場等の大規模施設だけでなく、一般住宅等の小規模施設への導入も進められるものと考えられる。

代表的な小型の分散型電源としてはガスエンジン、ガスタービン、マイクロガスタービン、太陽光、燃料電池等を例示することができる。これまで電力会社は需要地から離れた場所に膨大な設備投資を行って発電所を建設し、需要地まで送電してきたために、送電損失等があり、発電効率は３０％前後にとどまっている。

以上説明した分散型電源に対してその単独運転を検出する単独運転検出装置においてその単独運転の検出方式としては、詳しい説明は略するが、無効電力変動方式、有効電力変動方式、高調波注入方式、等の各種方式（電力変動方式）が既に提案されている。

このような電力変動方式での単独運転検出においては単独運転発生から単独運転検出までに０．５〜１．０秒（単独運転検出時間）要している。しかしながら、この単独運転検出時間は例えば０．１秒以下の範囲に短縮する技術（高速検出技術）が望まれるようになっている。

図２５に、分散型電源の多数台連系のイメージ図を示す。パワーコンディショナーの単独運転検出時間は、能動方式で０．５〜１．０秒要している。これは、(i)住宅単位での単独運転を想定した特性であり、分散型電源が少量普及の段階では問題にならなかった。しかし昨今、分散型電源が普及期にはいっており、図２５に示すような多数台連系が実施されている。この場合、(ii)柱上変圧器単位、(iii)区間開閉器単位、(iv)遮断機単位で
の単独運転の可能性がある。これらの高圧系を含んだ場合、高低圧混触事故を想定して、単独運転の高速検出が必要となる。

なお、単独運転に関する技術は多数有り、以下にその特許文献の代表を挙げる。
特開平０２−１４４６１５号公報 特開平０８−９８４１１号公報 特許３３９７９１２号公報 特許３４２４４４３号公報

しかしながら、上記高速検出においての課題は、以下で説明するように、単独運転でないのに単独運転であると誤検出（不要動作）をしないことが要求されている。この不要動作を起こす要因には種々あるが、高速検出と不要動作しないことの両立には技術的に解決が困難な課題があった。

その理由を説明する。まず、負荷に電流が流れたり、分散型電源側のインバータから発電電流が流れると、電力ラインの抵抗成分やインダクタンス成分により、電圧が発生する。この電圧は負荷変動や分散型電源出力変動等により変動し、受電端での電圧ベクトルが変化し、一瞬、系統位相（系統周期）が変化したようになる。一方、電力変動方式においては、単独運転時に電力変動成分が顕著化し、それにより発生する系統周期の変化から単独運転の検出を行うから、上記電力ラインの抵抗成分やインダクタンス成分に基づいた系統周期の変化と単独運転での系統周期の変化を区別することが困難であることにより単独運転でないのに単独運転と誤検出（不要動作）されてしまうおそれがある。

したがって、本発明により解決すべき課題は、不要動作をせず、単独運転の高速検出を可能にすることである。

（１）本発明による単独運転検出方法は、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を電力系統に注入した電力変動に基づいて検出する方法において、電力系統に電力変動を起こす第１ステップと、系統周期を計測する第２ステップと、上記計測により今回の系統周期の計測値がそれより以前の系統周期の計測値よりも増加するときは系統周期がより増加する方向に、減少するときは系統周期がより減少する方向に上記電力変動を補正する第３ステップと、直近の系統周期と、この系統周期から所定系統周期分だけ過去の系統周期との計測値の偏差に基づいて上記分散型電源の単独運転判定に用いる変化パターンを作成する第４ステップと、上記変化パターンに基づいて単独運転を判定する第５ステップとを有することを特徴とするものである。

上記において第１ステップの電力変動を起こすタイミングは周期的に限定されるものではなく不定期等の任意でもよい。

本発明によると、第１ステップで電力変動を電力系統に起こし、第２ステップで系統周期を計測し、第３ステップで今回計測した系統周期の計測値が以前の系統周期の計測値よりも増加するときは電力変動をより増加させ、減少するときは電力変動をより減少させる側に補正し、第４ステップで単独運転後の系統周期の計測値と単独運転前の系統周期の計測値との偏差に基づいて分散型電源の単独運転判定のための変化パターンを作成する。そのため、単独運転後は電力系統ではなく分散型電源により系統周期は依存するとともにこの場合の電力ラインには電力変動が起こされているから、系統周期はこの電力変動により変化する。そして、この変化は増加するとより増加し、減少するとより減少するようにフィードバックされる。そのために、上記変化パターンは単独運転時と不要動作時とでは異なる変化パターンになるので、負荷電流や分散型電源側の発電電流等に基づいて系統周期が変化しても、その変化により単独運転を誤検出することがなくなる。そして、本発明では、単独運転時にはその直後から形成される変化パターンにより単独運転検出を行うから、単独運転の高速検出が可能となる。

（２）本発明の好適な一態様は、第４ステップで作成する変化パターンは、直近の複数の系統周期それぞれの計測値と上記過去の系統周期の計測値とから求める複数の偏差の変化で表されるパターンであり、
上記第５ステップでは、直近の複数の系統周期それぞれに対応して設定した閾値以上または閾値以下の領域で表される単独運転判定領域に上記変化パターンが入るときに単独運転であると判定することである。

（３）本発明の好適な一態様は、上記直近系統周期と上記過去系統周期との間隔を５０Ｈｚ電力系統では１００〜２６０ｍｓ（５周期〜１３周期）、６０Ｈｚ電力系統では８３〜２１７ｍｓ（６０Ｈｚ：５周期〜１３周期）とすることである。

この態様では直近系統周期と過去系統周期との間に所定の系統周期分だけ系統周期が介在しているので、第５ステップでの単独運転の判定をより正確に行うことができる結果、高速検出と誤検出防止（不要動作防止）とを両立することができる。

（４）本発明の好適な一態様は、上記複数の偏差を複数の直近系統周期それぞれの計測値と、上記複数の過去系統周期の計測値を平均した値との偏差とする。

この態様では、過去系統周期が複数の系統周期の平均値であるから、第５ステップでの単独運転の判定をより正確に行うことができる結果、高速検出と誤検出防止（不要動作防止）とを両立することができる。

（５）本発明の好適な一態様は、単独運転判定領域は、直近の複数の系統周期のうちの最新の系統周期の計測値から、上記過去の系統周期の計測値を平均した値（平均値）を引いた偏差がプラスのときは直近の複数の系統周期それぞれの計測値から上記平均値を引いた偏差に個別に対応して設定してある閾値以上となる領域であり、一方、
マイナスのときは上記平均値から直近の複数の系統周期それぞれの計測値を引いた偏差に個別に対応して設定してある閾値以下となる領域である。

（６）本発明の好適な一態様は、直近の複数の系統周期それぞれに対応して設定した閾値を、最古の系統周期から最新の系統周期にかけて単調増加または単調減少する値に設定することである。

この態様では単独運転後ではその系統周期が新しい系統周期であるほど閾値が大きくなることから、単独運転時での変化パターンを単調増加あるいは単調減少の変化パターンにすることができる一方で、不要動作時での変化パターンを例えば、最初に系統周期が増加または減少し次に系統周期が減少または増加に転じる変化パターンにすることができる結果、高速検出と誤検出防止（不要動作防止）とをより容易に両立することができる。

（７）本発明の好適な一態様は、上記閾値が増加する方向の場合、直近の複数の系統周期のうち、最古の系統周期の計測値と上記過去系統周期の計測値を平均した値との偏差に対して設定する閾値（最初の閾値）をマイナスの閾値に設定することである。

（８）本発明の好適な一態様は、上記閾値が増加する方向の場合、直近の複数の系統周期のうち、最古の系統周期の計測値と上記過去系統周期の計測値を平均した値との偏差に対して設定する閾値（最初の閾値）をマイナスの閾値に設定することである。

（９）本発明の好適な一態様は、上記偏差を求めるときの直近の複数の系統周期それぞれの値を、連続する２系統周期以上の計測値を平均した値を用いることである。

この態様では単独運転時に周波数が変動しながら変化する場合でも検出可能となる。

（１０）本発明の好適な一態様は、上記偏差を求めるときに直近の複数の系統周期それぞれの計測値が通常の変化よりも緩やかに変化する場合、上記閾値の変化を上記系統周期の計測値の変化に追随して緩やかな変化に設定することである。

この態様では単独運転時に周波数変化が緩やかな場合でも検出可能となる。

（１１）本発明の好適な一態様は、上記（９）（１０）において、上記第４ステップでの単独運転判定に用いる上記直近の系統周期の数を、系統周期の計測値の変化が通常の変化の場合に設定する系統周期の数よりも増やすことである。

この態様では不要動作を防止し、単独運転時に周波数が変動しながら変化する場合や、周波数変化が緩やかな場合でも検出可能となる。

（１２）本発明の好適な一態様は、上記偏差を求めるときに直近の複数の系統周期の計測値の変化を通常の変化とそれ以外の変化とに分け、通常の変化の場合はそれぞれの系統周期ごとに閾値を設定し、それ以外の変化の場合は各系統周期の値を連続する２つ以上の系統周期それぞれの計測値を平均した値とすると共に上記第４ステップでの単独運転判定に用いる直近の複数の系統周期の数を、系統周期の計測値の変化が通常の変化の場合に設定する系統周期の数よりも増やすことである。

この態様では単独運転時における高速検出と、周波数が変動しながら変化する場合と、周波数変化が緩やかな場合のいずれでも検出可能となる。

（１３）本発明による制御装置は、分散型電源が電力系統から切り離されて単独運転しているか否かを検出する単独運転検出装置に対してその検出動作を制御する制御装置において、電力系統に電力変動を起こす第１手段と、系統周期を計測する第２手段と、上記計測により今回の系統周期の計測値がそれより以前の系統周期の計測値よりも増加するときは系統周期がより増加する方向に、減少するときは系統周期がより減少する方向に上記電力変動を補正する第３手段と、直近の系統周期とこの直近の系統周期から所定系統周期分だけ過去の系統周期との計測値の偏差に基づいて上記分散型電源の単独運転判定のための変化パターンを作成する第４手段と、上記変化パターンに基づいて単独運転を判定する第５手段とを具備したことを特徴とするものである。

本発明では、上記（１）の方法を実行する構成を備えたから、高速検出と誤検出防止（不要動作防止）とを両立することができる。

（１４）本発明による制御装置は、分散型電源が電力系統から切り離されて単独運転しているか否かを検出する単独運転検出装置に対してその検出動作を制御する制御装置において、当該制御装置は、マイクロコンピュータを内蔵しており、上記（１）ないし（１２）のいずれかに記載の方法を実行するソフトウエアプログラムを備えたマイクロコンピュータにより構成されていることを特徴とするものである。

本発明の制御装置によれば、（１）ないし（１２）のいずれかに記載の方法を実行するものであるから、単独運転検出装置に対してその高速検出と誤検出防止（不要動作防止）とを両立させることができる。

（１５）本発明の単独運転検出装置は、分散型電源が電力系統から切り離されて単独運転しているか否かを検出する単独運転検出装置において上記に記載の制御装置を備えることを特徴とするものである。

（１６）本発明による分散型電源は、電力系統から切り離されて単独運転しているか否かを検出する単独運転検出装置を内蔵する分散型電源において、この単独運転検出装置が上記に記載の制御装置を備える、ことを特徴とするものである。

本発明によれば、単独運転を不要動作することなく、高速で検出することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る単独運転検出方法、その制御装置、単独運転検出装置および分散型電源を説明する。

図１は分散型電源と単独運転検出装置とを備えた電力制御システムの構成を示す。図１を参照して、１０は太陽電池や燃料電池等の分散型電源、２０は単独運転検出装置、３０は電力系統である。

単独運転検出装置２０は、連系リレー２１と、制御装置２２と、インバータ制御部２３と、インバータ２４と、連系リレー２５と、電流検出器２６とを備える。

連系リレー２１は、分散型電源１０と電力系統３０との間の電力ラインに介装されている。

制御装置２２は、マイクロコンピュータにより構成されたものであり、ソフトウエアプログラムに従い、電力系統に周期的に電力変動を起こす第１ステップと、系統周期を計測する第２ステップと、上記計測により今回の系統周期がそれより以前の系統周期よりも増加するときは系統周期がより増加する方向に、減少するときは系統周期がより減少する方向に上記電力変動を補正する第３ステップと、直近の系統周期と所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差に基づいて直近の系統周期の変化パターンを作成する第４ステップと、上記変化パターンに基づいて単独運転を判定する第５ステップとを実施するものである。

制御装置２２をマイクロコンピュータ以外のハードウエアで構成することもできるが、実施の形態では、マイクロコンピュータを内蔵しそのマイクロコンピュータのソフトウエアプログラムにより実行する機能図である図２で示す。図２において、２２ａは定期変動部、２２ｂは周波数フィードバック部、２２ｃは加算部、２２ｄは計測部、２２ｅは変化パターン生成部、２２ｆは判定部である。

第１ステップは定期変動部２２ａにより実施される。定期変動部２２ａは電波時計等により他の単独運転検出装置と同期したタイミングで無効電力を変動させることが好ましい。これは無効電力が多数台の単独運転検出装置で非同期に変動させると、相互に無効電力を打ち消しあうのを避けるためである。また、無効電力を変動させるのは、単独運転の検出出力とインバータの発電出力や負荷の消費電流とのバランスを定期的に崩すためである。ただし、無効電力が多数台の単独運転検出装置から同期して注入されると無効電力が過大となってフリッカの問題が発生するおそれがあるから、その場合には、フリッカ防止入力を加算部２２ｃに入力して無効電力のレベルを低減することが好ましい。

第２ステップは、計測部２２ｄにより実行する。計測部２２ｄは電力系統の電圧波形の周期（系統周期）を計測する。この系統周期の計測技術は周知であるのでその説明は略する。

第３ステップは、周波数フィードバック部２２ｂと加算部２２ｃとにより実行する。周波数フィードバック部２２ｂは計測部２２ｄが計測した系統周期から今回の系統周期がそれより以前の系統周期よりも増加するときは系統周期をより増加させ、また減少するときは系統周期をより減少させる補正無効電力を加算部２２ｃに入力する。これにより無効電力は補正される。

第４ステップは、変化パターン作成部２２ｅにより実行される。変化パターン作成部２２ｅは、直近の系統周期と所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差に基づいて直近の系統周期の変化パターンを作成する。

第５ステップは、判定部２２ｆにより実行される。

判定部２２ｆの判定条件を図３を参照して説明する。

図３においてｎｉはｉサイクル前の系統周期である。ｉが小さいほど新しい系統周期である。したがって、ｎ１は最新の系統周期であり、ｎ２４は最古の系統周期である。Ｎ０，Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は今回の系統周期ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４それぞれのデータ（計測値）である。Ｎａｖｅは前回の系統周期ｎ１５〜ｎ２４の系統周期の計測値を平均した平均データ（平均値）である。平均値の算出についての一例として、ｎ１５〜ｎ２４の１０個の中で最大値と最小値の２個を除いた８個のデータについての平均値としている。（その理由はノイズなどの影響で誤差の多いデータを排除する為である。）
また、今回と前回の系統周期の間の系統周期ｎ５〜ｎ１４を除外するのは、今回の系統周期ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４が単独運転後であった場合に、単独運転前の安定した平均値を確保し、単独運転の異常判定を正確にするためである。

また、系統周期については、電力系統の電源周波数５０Ｈｚ，６０Ｈｚによって系統周期の値が変わる。５０Ｈｚでは一系統周期が２０ｍｓ、６０Ｈｚでは一系統周期が１６．７ｍｓとなる。以降の説明では、便宜上５０Ｈｚの時について説明する。

なお、系統周期ｎ５〜ｎ１４を除外する理由について、図４を用いて説明する。直近の系統周期と所定系統周期分だけ過去の系統周期
図４（ａ）で示す例は、過去の系統周期ｎ５〜ｎ１４のうちの最新の系統周期ｎ５と、直近の複数の系統周期ｎ１〜ｎ４のうちの最古の系統周期ｎ４との間隔がないために、単独運転時に緩やかに系統周期が変化する場合、安定した平均値Ｎａｖｅが確保できない。このため、直近の複数の系統周期ｎ１〜ｎ４それぞれの計測値Ｎ０〜Ｎ３と、過去の系統周期ｎ５〜ｎ１４の計測値の平均値Ｎａｖｅとの差が無くなる方向に進むため、単独運転が検出し難くなる。

図４（ｂ）で示す例は、系統周期が緩やかに変動しており、このため、過去の系統周期ｎ２１５〜ｎ２２４の計測値の平均値Ｎａｖｅのうちの最新の系統周期ｎ２１５と、直近の複数の系統周期ｎ１〜ｎ４のうちの最古の系統周期ｎ４との間隔が長い場合で、単独運転発生時に平均値Ｎａｖｅが、直近の系統周期ｎ１〜ｎ４それぞれの計測値Ｎ０〜Ｎ３と、過去の系統周期ｎ２１５〜ｎ２２４の平均値Ｎａｖｅとの間に差が小さくなる方向にゆれていた場合、単独運転が検出し難くなる。

以上のことから、平均値Ｎａｖｅに関わる系統周期のうちの最新の系統周期と、直近の複数の系統周期ｎ１〜ｎ４のうちの最古の系統周期ｎ４との間隔は適切な間隔が必要である。高低圧混触事故時の単独運転検出時間は最長で２００ｍｓ程度許容されると考えるため、それを考慮して図４（ｃ）で示す例のように、計測値Ｎ３に関わる直近の系統周期ｎ４と平均値Ｎａｖｅに関わる系統周期ｎ１５との間隔を２００ｍｓ程度にしている。なお、直近系統周期ｎ４と過去系統周期ｎ１５との間隔は所定の間隔であればよい。所定の間隔は、１００〜２６０ｍｓ（５０Ｈｚ：５周期〜１３周期）、８３〜２１７ｍｓ（６０Ｈｚ：５周期〜１３周期）である。

単独運転である異常判定条件は次式が成立するときである。但し、ｔｈ０は第０閾値、ｔｈ１は第１閾値、ｔｈ２は第２閾値、ｔｈ３は第３閾値であって、ｔｈ０＞ｔｈ１＞ｔｈ２＞ｔｈ３である。このように各閾値は系統周期が最新ほど大きく設定している。
Ｎ０−Ｎａｖｅ＞０であるとき、
Ｎ０−Ｎａｖｅ＞ｔｈ０…（１）
Ｎ１−Ｎａｖｅ＞ｔｈ１…（２）
Ｎ２−Ｎａｖｅ＞ｔｈ２…（３）
Ｎ４−Ｎａｖｅ＞ｔｈ３…（４）
が成立するか、
Ｎ０−Ｎａｖｅ＜０であるとき、
Ｎａｖｅ−Ｎ０＞ｔｈ０…（５）
Ｎａｖｅ−Ｎ１＞ｔｈ１…（６）
Ｎａｖｅ−Ｎ２＞ｔｈ２…（７）
Ｎａｖｅ−Ｎ３＞ｔｈ３…（８）
が成立するときである。

以上の判定条件式に従い単独運転と判定する変化パターンを図５に示す。Ｐ１〜Ｐ４は変化パターン、ＡはＮ０−Ｎａｖｅ＞０であるときの判定領域、ＢはＮ０−Ｎａｖｅ＜０であるときの判定領域である。この判定領域は上記閾値ｔｈ０〜ｔｈ３により決まる領域である。

図５（ａ）（ｂ）では系統周期が単調増加する単独運転の変化パターンＰ１，Ｐ２であり、図５（ｃ）（ｄ）では系統周期が単調減少する単独運転の変化パターンＰ３，Ｐ４である。Ｎ０−Ｎａｖｅ＞０では変化パターンＰ１，Ｐ２は判定領域Ａに入っており、単独運転と判定することができる。Ｎ０−Ｎａｖｅ＜０では変化パターンＰ３，Ｐ４は判定領域Ｂに入っており、単独運転と判定することができる。

なお、図５中、上向きの矢印は閾値がプラスの意味、下向きの矢印は閾値がマイナスの意味を表している。なお、単独運転時に系統周波数が、一旦マイナスに振れてからプラス側に変化していく場合がある。そのため、単独運転発生から４周期で検出するために、閾値が増加する方向の場合、直近の複数の系統周期ｎ１〜ｎ４のうち、最古の系統周期ｎ４の計測値Ｎ３と上記過去系統周期の計測値を平均した平均値Ｎａｖｅとの偏差に対して設定する閾値（最初の閾値）ｔｈ３を図５（ａ）（ｂ）で示すようにマイナスの閾値に設定する。また、閾値が減少する方向の場合、図５（ｃ）（ｄ）で示すように上記最初の閾値ｔｈ３をプラスの閾値に設定する。

また、単に検出閾値を下げることで不要動作し易くなるという欠点がある。これについて、図６，７を用いて説明する。図６は単独運転時、図７は単独運転でない時（系統周波数擾乱）の変化パターンを表しており、図６（ａ），図７（ａ）は閾値を下げた場合の変化パターンＰ５，Ｐ６、図６（ｂ），図７（ｂ）は実施の形態の場合の変化パターンＰ７，Ｐ８を表している。検出閾値を下げれば、単独運転時の高速検出は可能である（図６（ａ）では８０ｍｓで検出）。しかし、系統擾乱（大型負荷の投入、解列など）で系統周波数が変動した場合は誤検出（不要動作）してしまう（図７（ａ））。系統擾乱による系統周波数変動は、図７のように過渡的に変動するのみである。周波数フィードバック機能（図２の第３ステップ）のため、系統周波数の変化に正帰還をかけるように電力変動を増加させるため、系統周波数は一定方向に変化する（増加または減少）。この特性に着目し、図６（ｂ），図７（ｂ）のように階段的な閾値を設けることにより、誤動作（不要動作）なく、高速検出（２０ｍｓ×４＝８０ｍｓ）を実現している。

以上により実施の形態では、図５の変化パターンから単独運転の誤検出をすることなく単独運転の検出が可能となる。

図１に戻って、分散型電源１０に外付けされている単独運転検出装置２０においては、制御装置２２からインバータ制御部２３に電力系統に周期的に電力変動を注入するための制御指令が入力される。これにより、インバータ制御部２３はインバータ２４を駆動して電力ライン２７に無効電力変動を注入する。なお、制御装置２２により連系リレー２１、２５は閉じている。また、分散型電源１０内部にも図示略のインバータが内蔵されており、単独運転検出装置２０のインバータ２４は無効電力変動注入専用である。制御装置２２は、電力ライン２７からの電圧波形から系統周期を計測している。制御装置２２は、今回計測した系統周期が、それより以前の系統周期よりも増加するときは系統周期がより増加する方向に、減少するときは系統周期がより減少する方向に上記電力変動の注入を補正制御する。そのため、インバータ制御部２３にその補正制御指令を入力する。インバータ制御部２３はこの補正制御指令に応答してインバータ２４を駆動し、これによって電力ライン２７には補正された無効電力変動が注入される。一方、制御装置２２は、図３、図５を参照して説明したように、直近の系統周期と所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差に基づいて直近の系統周期の変化パターンを作成するとともに、その変化パターンに基づいて単独運転を判定する。制御装置２２は単独運転と判定すると、連系リレー２１、２５をオフ制御するとともにインバータ制御部２３にインバータ停止の制御指令を入力してインバータ２４を停止させる。その一方で、不要動作と判定すると、単独運転では無いので、そのまま、運転を継続する。こうして実施の形態では、不要動作で単独運転の誤検出をするおそれなく、その単独運転を高速で検出して単独運転を停止させることができる。

図８は単独運転検出装置を内蔵した分散型電源を示す。この分散型電源は太陽電池や燃料電池等の電源本体５０と、単独運転検出装置６０とから構成されている。単独運転検出装置６０は、インバータ６１と、電流検出器６２と、連系リレー６３と、インバータ制御部６４と、実施の形態の制御装置６５とを備える。

以上の構成において、単独運転検出装置６０においては、制御装置６５からインバータ制御部６４に電力系統に周期的に電力変動を注入するための制御指令が入力される。これにより、インバータ制御部６４はインバータ６１を駆動して電力ライン６６に無効電力変動を注入する。なお、制御装置６５により連系リレー６３は閉じている。

制御装置６５は、電力ライン６６からの電圧波形から系統周期を計測している。制御装置６５は、今回計測した系統周期が、それより以前の系統周期よりも増加するときは系統周期がより増加する方向に、減少するときは系統周期がより減少する方向に上記電力変動の注入を補正制御する。そのため、インバータ制御部６４にその補正制御指令を入力する。インバータ制御部６４はこの補正制御指令に応答してインバータ６１を駆動し、これによって電力ライン６６には補正された無効電力変動が注入される。

一方、制御装置６５は、図３、図５を参照して説明したように、直近の系統周期と所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差に基づいて直近の系統周期の変化パターンを作成するとともに、その変化パターンに基づいて単独運転を判定する。制御装置６５は単独運転と判定すると、連系リレー６３をオフ制御するとともにインバータ制御部６４にインバータ停止の制御指令を入力してインバータ６１を停止させる。その一方で、不要動作と判定すると、単独運転では無いので、そのまま、運転を継続する。こうして実施の形態では、不要動作で単独運転の誤検出をするおそれなく、その単独運転を高速で検出して単独運転を停止させることができる。

図９は単独運転検出装置を外付けした分散型電源を示す。単独運転検出装置８０は分散型電源７０に外付けされている。単独運転検出装置８０は、連系リレー８１、単独運転検出判定部８２、単独運転高速制御部８３、インバータ制御部８４、インバータ８５、電流検出器８６を備える。

以上の構成において、単独運転検出装置８０において、単独運転検出判定部８２は、通常の単独運転検出装置に相当するものである。この単独運転検出装置８０では、実施の形態の制御装置に該当するものである。

単独運転高速制御部８３からインバータ制御部８４に電力系統に周期的に電力変動を注入するための制御指令が入力される。これにより、インバータ制御部８４はインバータ８５を駆動して電力ライン８７に無効電力変動を注入する。

単独運転高速制御部８３は、電力ライン８７からの電圧波形から系統周期を計測している。単独運転高速制御部８３は、今回計測した系統周期が、それより以前の系統周期よりも増加するときは系統周期がより増加する方向に、減少するときは系統周期がより減少する方向に上記電力変動の注入を補正制御する。そのため、インバータ制御部８４にその補正制御指令を入力する。インバータ制御部８４はこの補正制御指令に応答してインバータ８５を駆動し、これによって電力ライン８７には補正された無効電力変動が注入される。

一方、単独運転高速制御部８３は、図３、図５を参照して説明したように、直近の系統周期と所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差に基づいて直近の系統周期の変化パターンを作成するとともに、その変化パターンに基づいて単独運転を判定する。単独運転高速制御部８３は単独運転と判定すると、インバータ制御部８４にインバータ停止の制御指令を入力してインバータ８５を停止させる。その一方で、不要動作と判定すると、単独運転では無いので、そのまま、運転を継続する。こうして実施の形態では、不要動作で単独運転の誤検出をするおそれなく、その単独運転を高速で検出して単独運転を停止させることができる。

図１０は単独運転検出装置を外付けした分散型電源を示す。単独運転検出装置１００は分散型電源９０に外付けされている。分散型電源９０は、インバータ制御部９１、インバータ制御部９１により制御される図示略のインバータ、連系リレー９２を備える。単独運転検出装置１００は、単独運転検出判定部１０２、単独運転高速制御部１０１を備える。単独運転検出判定部１０２と、単独運転高速制御部１０１とにより実施の形態の制御装置を構成する。

以上の構成の単独運転検出装置１００において、単独運転高速制御部１０１はインバータ制御部９１に電力系統に周期的に電力変動を注入するための制御指令を入力する。これにより、インバータ制御部９１はインバータを駆動して電力ライン９３に無効電力変動を注入する。

単独運転高速制御部１０１は、電力ライン９３からの電圧波形から系統周期を計測している。単独運転高速制御部１０１は、今回計測した系統周期が、それより以前の系統周期よりも増加するときは系統周期がより増加する方向に、減少するときは系統周期がより減少する方向に上記電力変動の注入を補正制御する。そのため、インバータ制御部９１にその補正制御指令を入力する。インバータ制御部９１はこの補正制御指令に応答して図示略のインバータを駆動し、これによって電力ライン９３には補正された無効電力変動が注入される。単独運転検出判定部１０２が単独運転を判定すると、この判定を受けて、単独運転高速制御部１０１は、インバータ制御部９１にインバータ停止の制御指令を入力してインバータを停止させる。その一方で、不要動作と判定すると、単独運転では無いので、そのまま、運転を継続する。こうして実施の形態では、不要動作で単独運転の誤検出をするおそれなく、その単独運転を高速で検出して単独運転を停止させることができる。

図１１は単独運転検出装置を外付けした分散型電源を示す。単独運転検出装置１２０は分散型電源１１０に外付けされている。分散型電源１１０は、インバータ制御部１１１、インバータ制御部１１１により制御される図示略のインバータ、連系リレー１１３、実施の形態の制御装置に該当する単独運転高速制御部１１２を備える。単独運転検出装置１２０は、通常の単独運転検出装置である単独運転検出判定部１２１を備える。

以上の構成において、単独運転高速制御部１１２はインバータ制御部１１１に電力系統に周期的に電力変動を注入するための制御指令を入力する。これにより、インバータ制御部１１１はインバータを駆動して電力ライン１１４に無効電力変動を注入する。

単独運転高速制御部１１２は、電力ライン１１４からの電圧波形から系統周期を計測している。単独運転高速制御部１１２は、今回計測した系統周期が、それより以前の系統周期よりも増加するときは系統周期がより増加する方向に、減少するときは系統周期がより減少する方向に上記電力変動の注入を補正制御する。そのため、インバータ制御部１１１にその補正制御指令を入力する。インバータ制御部１１１はこの補正制御指令に応答して図示略のインバータを駆動し、これによって電力ライン１１４には補正された無効電力変動が注入される。単独運転高速制御部１１２は、単独運転を検出すると、インバータ制御部１１１にインバータ停止の制御指令を入力してインバータを停止させる。その一方で、不要動作と判定すると、単独運転では無いので、そのまま、運転を継続する。こうして実施の形態では、不要動作で単独運転の誤検出をするおそれなく、その単独運転を高速で検出して単独運転を停止させることができる。

以下、実施の形態の不要動作対策を施すことを前提とした実施例について説明する。

（実施例１）
本実施例は、単独運転時に、負荷やパワーコンディショナーの影響で、周波数が変動しながら変化する場合でも検出可能とする例である。

すなわち、図１２（ａ）、図１３（ａ）に示す階段的な閾値では、系統周期ｎ２において、系統周波数の変動により変化パターンＰ９が系統周期ｎ２でハッチングで示す単独運転判定領域外となり、単独運転の検出が不可能となる。

そこで、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）に示すように、連続２周期の平均をとることにより、系統周波数の変動の影響を無くしている。すなわち、系統周期ｎ１の計測値をＮ０とする代わりに、その計測値Ｎ０と、系統周期ｎ２の計測値Ｎ１とを平均した値（平均値）Ｎａｖｅ０を系統周期ｎ１の値とし、系統周期ｎ２の計測値をＮ１とする代わりに、その計測値Ｎ１と、系統周期ｎ３の計測値Ｎ２との平均値Ｎａｖｅ１を系統周期ｎ２の値とする。以下、系統周期ｎ３、ｎ４も同様にして、その値をＮａｖｅ２，Ｎａｖｅ３とする。これにより、変化パターンＰ１０が系統周期ｎ２のところで単独運転判定領域となり、確実に単独運転を検出することができる。

なお、系統周波数差が増加する方向のみ図示しているが、減少する方向も同様である。

また、図１２、図１３では直近系統周期を、連続２周期で平均処理した周期を用いる例を挙げたが、これに限るものではなく、例えば連続３周期以上で平均処理した周期を用いてもよい。

（実施例２）
本実施例は、単独運転時に、負荷（回転機の慣性モーメント、誘導性負荷や容量性負荷などの無効電力）やパワーコンディショナーの影響で、系統周波数変化が緩やかな場合でも検出可能とする例である。

すなわち、図１４（ａ）の変化パターンＰ１１は、系統周期ｎ１，ｎ２それぞれの計測値Ｎ０，Ｎ１において、系統周波数変化が緩やかであるため単独運転判定領域外となり、単独運転の検出が不可能となる。

そこで、図１４（ｂ）に示すように、単独運転判定領域となる閾値の変化を緩やかに小さくする。これにより、図１４（ｂ）の変化パターンＰ１２は系統周期ｎ１，ｎ２において、単独運転判定領域内となり、確実に単独運転を検出することができる。

なお、周波数差が増加する方向のみ図示しているが、減少する方向も同様である。

（実施例３）
本実施例は、単独運転時に、周波数変化が緩やかな場合でも検出可能とする例である。

図１５（ａ）、図１６（ａ）の変化パターンＰ１３は、比較のため、閾値の変化を緩やかにした実施例２に相当する。

本実施例は、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）の変化パターンＰ１４に示すように、単独運転判定領域となる閾値の変化を緩やかにするとともに、単独運転判定を行うための直近の系統周期の数を増やしている。すなわち、実施例２では、直近の系統周期の数が４つであったのに対し、本実施例では５つとし長くして単独運転判定領域を増やしてある。

これにより、系統周波数変化が緩やかな場合（偏差の変化が緩やか）でも確実に単独運転を検出することができる。さらに、実施例２のように、単に閾値の変化を緩やかにした場合、検出閾値が下がることで図７（ａ）の例で説明したように不要動作となる恐れがあるが、本実施例のように単独運転判定を行うための直近の系統周期の数を増やすことで、閾値が下がるのを防ぎ、不要動作を防止することができる。

なお、系統周波数変化が増加する方向のみ図示しているが、減少する方向も同様である。

（実施例４）
本実施例は、単独運転時に、系統周波数が変動しながら変化する場合と、周波数変化が緩やかな場合のいずれでも検出可能とする例である。

すなわち、図１７（ａ）、図１８（ａ）の変化パターンＰ１５に示す階段的な閾値では、系統周期Ｎ１において、周波数の変動により単独運転判定領域外となり、単独運転の検出が不可能となる。

そこで、図１７（ｂ）、図１８（ｂ）の変化パターンＰ１６に示すように、連続２周期の平均をとることにより、系統周波数の変動の影響を無くすとともに、単独運転判定を行うための直近の系統周期の数を増やしている。すなわち、図１２（ｂ）と同様に、系統周期ｎ１の値をＮ０とＮ１の平均値Ｎａｖｅ０とし、系統周期ｎ２の値をＮ１とＮ２の平均値Ｎａｖｅ１とし、系統周期ｎ３の値を平均値Ｎａｖｅ２とし、系統周期ｎ４の値を平均値Ｎａｖｅ３とし、系統周期ｎ５の値を平均値Ｎａｖｅ４とし、系統周期ｎ６の値を平均値Ｎａｖｅ５としている。これにより、系統周期ｎ２において、変化パターンＰ１６が単独運転判定領域内となり単独運転を検出することができる。

また、図１７（ａ）、図１９（ａ）の変化パターンＰ１７では、系統周期ｎ１，ｎ２において、系統周波数変化が緩やかであるため単独運転判定領域外となり、単独運転の検出が不可能となる。

この場合も、図１７（ｂ）、図１８（ｂ）と同様、図１７（ｂ）、図１９（ｂ）の変化パターンＰ１８に示すように、連続２周期の平均をとり、単独運転判定を行うための直近の系統周期の数を増やすことで、系統周波数変化が緩やかな場合でも確実に単独運転を検出することができ、かつ、不要動作も防ぐことができる。

なお、周波数差が増加する方向のみ図示しているが、減少する方向も同様である。

（実施例５）
本実施例は、単独運転時における高速検出と、周波数が変動しながら変化する場合と、周波数変化が緩やかな場合のいずれでも検出可能とする例である。

すなわち、通常の周波数変化の場合は、図２０（ａ）、図２１の変化パターンＰ１９に示す実施の形態に相当する検出方法で高速検出を行う。

また、通常の周波数変化以外の周波数変化として、周波数が変動しながら変化する場合には、図２０（ａ）、図２２（ａ）の変化パターンＰ２０に示す階段的な閾値では単独運転の検出が不可となるので、図２０（ｂ）、図２２（ｂ）の変化パターンＰ２１に示すように、実施例４と同様の検出方法にて単独運転を検出する。

さらに、通常の周波数変化以外の周波数変化として、周波数変化が緩やかな場合にも、図２０（ａ）、図２３（ａ）の変化パターンＰ２２に示す階段的な閾値では単独運転の検出が不可となるので、図２０（ｂ）、図２３（ｂ）の変化パターンＰ２３に示すように、実施例４と同様の検出方法にて単独運転を検出する。

このようにすることにより、通常は高速検出（６０〜８０ｍｓ）を実現し、振動を伴う周波数変化や緩やかな周波数変化の場合でも、確実に検出する（１００〜１２０ｍｓ）ことができる。

なお、周波数差が増加する方向のみ図示しているが、減少する方向も同様である。

また、実施の形態の検出閾値と実施例４の検出閾値を併用する例を挙げたが、これに限るものではなく、例えば、実施の形態の検出閾値と実施例１〜３のいずれかの検出閾値との併用であってもよい。

図２４に、実施の形態と実施例１〜５の単独運転検出方法と効果についてまとめた図を示す。なお、効果（１）は、周波数が変動しながら変化する場合でも単独運転を検出可能、効果（２）は、周波数変化が緩やかな場合でも単独運転を検出可能、効果（３）は、周波数が変動しながら変化する場合でも周波数変化が緩やかな場合でも単独運転を検出可能を意味している。

本発明の実施の形態に係る単独運転検出方法が適用される分散型電源と単独運転検出装置とからなる電力制御システムの構成を示す図 図１の制御装置のブロック図 図１の制御装置の動作説明に供するもので直近系統周期と過去系統周期との関係を示す図 図３において系統周期ｎ４〜ｎ１３を除外する理由についての説明図 単独運転判定領域と単独運転時の変化パターンとの関係を示す図 実施の形態と検出閾値を下げる例との比較説明図 実施の形態と検出閾値を下げる例との比較説明図 本発明の実施の形態に係る単独運転検出方法が適用される分散型電源と単独運転検出装置とからなる他の電力制御システムの構成を示す図 本発明の実施の形態に係る単独運転検出方法が適用される分散型電源と単独運転検出装置とからなるさらに他の電力制御システムの構成を示す図 本発明の実施の形態に係る単独運転検出方法が適用される分散型電源と単独運転検出装置とからなるさらに他の電力制御システムの構成を示す図 本発明の実施の形態に係る単独運転検出方法が適用される分散型電源と単独運転検出装置とからなるさらに他の電力制御システムの構成を示す図 実施例１の動作説明に供するもので直近系統周期と過去系統周期との関係を示す図 実施例１の単独運転判定領域と単独運転時の変化パターンとの関係を示す図 実施例２の単独運転判定領域と単独運転時の変化パターンとの関係を示す図 実施例３の動作説明に供するもので直近系統周期と過去系統周期との関係を示す図 実施例３の単独運転判定領域と単独運転時の変化パターンとの関係を示す図 実施例４の動作説明に供するもので直近系統周期と過去系統周期との関係を示す図 実施例４の単独運転判定領域と単独運転時の変化パターンとの関係を示す図 実施例４の単独運転判定領域と単独運転時の変化パターンとの関係を示す図 実施例５の動作説明に供するもので直近系統周期と過去系統周期との関係を示す図 実施例５の単独運転判定領域と単独運転時の変化パターンとの関係を示す図 実施例５の単独運転判定領域と単独運転時の変化パターンとの関係を示す図 実施例５の単独運転判定領域と単独運転時の変化パターンとの関係を示す図 実施の形態と実施例１〜５の単独運転検出方法と効果についてまとめた図 分散型電源の多数台連系のイメージ図

符号の説明

１０ 分散型電源
２０ 単独運転検出装置
３０ 電力系統

Claims (16)

1. 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を電力系統に注入した電力変動に基づいて検出する方法において、
   電力系統に電力変動を注入する第１ステップと、
   系統周期を計測する第２ステップと、
   上記計測により今回の系統周期がそれより以前の系統周期よりも増加するときは系統周期がより増加する方向に、減少するときは系統周期がより減少する方向に上記電力変動の注入を補正する第３ステップと、
   直近の系統周期と所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差に基づいて直近の系統周期の変化パターンを作成する第４ステップと、
   上記変化パターンに基づいて単独運転を判定する第５ステップと、
   を有することを特徴とする単独運転検出方法。
2. 第４ステップは、直近の複数の系統周期（直近系統周期）それぞれと、所定の系統周期分だけ過去の系統周期（過去系統周期）との偏差それぞれが、それぞれの偏差毎に対して設定してある複数の閾値を越えたか否かを演算し、この演算結果に基づいて上記変化パターンを形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の単独運転検出方法。
3. 上記直近系統周期と上記過去系統周期との間隔を所定の間隔とする、ことを特徴とする請求項２に記載の単独運転検出方法。
4. 上記複数の偏差を複数の直近系統周期それぞれと、所定の系統周期分だけ複数の過去系統周期の平均値との偏差である、ことを特徴とする請求項２または３に記載の単独運転検出方法。
5. 第４ステップは、直近の複数の系統周期それぞれに対応して設定した各閾値により単独運転判定領域を形成し、上記複数の偏差により形成される変化パターンが単独運転判定領域に入るか否かにより単独運転の判定を行う、ことを特徴とする請求項２ないし４に記載の単独運転検出方法。
6. 上記閾値は、最新の系統周期ほど大きい値に設定してある、ことを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の単独運転検出方法。
7. 上記閾値が増加する方向の場合、最初の閾値をマイナスにする、ことを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載の単独運転検出方法。
8. 上記閾値が減少する方向の場合、最初の閾値をプラスにする、ことを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載の単独運転検出方法。
9. 上記直近系統周期を、複数の周期で平均処理した周期を用いる、ことを特徴とする請求項２ないし８のいずれかに記載の単独運転検出方法。
10. 上記閾値の増減を緩やかにする、ことを特徴とする請求項２ないし８のいずれかに記載の単独運転検出方法。
11. 上記閾値は、長い周期で判定する閾値からなる、ことを特徴とする請求項９または１０のいずれかに記載の単独運転検出方法。
12. 上記閾値は、急な周期変化を短い周期で判定する閾値と、緩やかな周期変化を長い周期で判定する閾値とからなる、ことを特徴とする請求項２ないし８のいずれかに記載の単独運転検出方法。
13. 分散型電源が電力系統から切り離されて単独運転しているか否かを検出する単独運転検出装置に対してその検出動作を制御する制御装置において、
    電力系統に電力変動を注入する第１手段と、
    系統周期を計測する第２手段と、
    上記計測により今回の系統周期がそれより以前の系統周期よりも増加するときは系統周期がより増加する方向に、減少するときは系統周期がより減少する方向に上記電力変動の注入を補正する第３手段と、
    直近の系統周期と所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差に基づいて直近の系統周期の変化パターンを作成する第４手段と、
    上記変化パターンに基づいて単独運転を判定する第５手段と、
    を具備したことを特徴とする制御装置。
14. 分散型電源が電力系統から切り離されて単独運転しているか否かを検出する単独運転検出装置に対してその検出動作を制御する制御装置において、当該制御装置は、マイクロコンピュータを内蔵しており、請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法を実行するソフトウエアプログラムを備えたマイクロコンピュータにより構成されている、ことを特徴とする制御装置。
15. 分散型電源が電力系統から切り離されて単独運転しているか否かを検出する単独運転検出装置において、請求項１３または１４に記載の制御装置を備える、ことを特徴とする単独運転検出装置。
16. 電力系統から切り離されて単独運転しているか否かを検出する単独運転検出装置を内蔵する分散型電源において、この単独運転検出装置が請求項１３または１４に記載の制御装置を備える、ことを特徴とする分散型電源。

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