JP2008029065A - 分散電源の単独運転検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】 分散電源の単独運転を、例えば０．１秒以内という高速で、しかも高い信頼性で検出することができる単独運転検出システムを提供する。
【解決手段】 この単独運転検出システムは、配電線１０に注入次数ｍの注入電流Ｊ_m を注入する電流注入装置３０と、配電系統の注入次数ｍのアドミタンスまたはサセプタンスを計測してその変化から、分散電源２２が単独運転になったことを検出すると共に、当該検出後に電流注入装置３０から出力する注入電流Ｊ_m を増大させる第１単独運転検出装置４０と、各分散電源保有設備１６内に設けられていて、注入次数ｍの電圧を計測してその増大から、当該分散電源保有設備１６内の分散電源２２が単独運転になったことを検出する第２単独運転検出装置８０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１以上の分散電源保有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システムに関する。

配電線で、例えば高圧と低圧間の混触事故を含む地絡事故が発生すると、変電所では、これを検出して変電所内の遮断器を開放する。

この配電線に、分散電源を有する分散電源保有設備が接続されていると、上記遮断器の開放によって分散電源が単独運転になる。この単独運転が継続すると、分散電源から電力が供給され続けるために、上記混触事故を含む地絡事故が継続してしまう可能性がある。従って、分散電源の単独運転を速やかに検出する必要がある。

特に、家庭用太陽光発電設備や燃料電池設備等の低圧連系で逆潮流有り（即ち、分散電源から系統側へ向かう有効電力の流れ有り）の分散電源が配電線に多数接続されていると、上記地絡事故が継続してしまう可能性が高くなる。これを防止するために、非特許文献１の３８頁にも記載されているように、分散電源の単独運転検出機能を有する装置を設置する必要がある。

ところで、電気設備技術基準の解釈第１９条によれば、地絡事故発生後に分散電源の解列が完了するまでの時間として１秒以内が求められている。

変電所の遮断器は、通常、地絡事故検出後、約０．９秒で解列するので、残された０．１秒以内に分散電源の単独運転を検出することが要請されている。

単独運転検出機能として、非特許文献１の３９〜４５頁には、次の受動的方式および能動的方式が記載されている。

ア．受動的方式
（ア）電圧位相跳躍検出方式
これは、単独運転移行時に発電出力と負荷の不平衡による電圧位相の急変を検出する方式である。

（イ）３次高調波電圧歪急増検出方式
これは、インバータ（逆変換装置）に電流制御形を用い、単独運転移行時に変圧器に依存する３次高調波電圧の急増を検出する方式である。

（ウ）周波数変化率検出方式
これは、単独運転移行時に発電出力と負荷の不平衡による周波数の急変を検出する方式である。

イ．能動的方式
（ア）周波数シフト方式
これは、インバータの内部発信器等に周波数バイアスを与えておき、単独運転移行時に表れる周波数変化を検出する方式である。

（イ）有効電力変動方式
これは、発電出力に周期的な有効電力変動を与えておき、単独運転移行時に表れる周期的な電圧変動、電流変動あるいは周波数変動を検出する方式である。

（ウ）無効電力変動方式
これは、発電出力に周期的な無効電力変動を与えておき、単独運転移行時に表れる周期的な周波数変動あるいは電流変動を検出する方式である。

（エ）負荷変動方式
これは、発電設備に並列インピーダンスを瞬間的かつ周期的に挿入し、電圧変動または電流変動の急変を検出する方式である。

「分散型電源系統連系技術指針（電気技術指針分散型電源系統連系編）」、ＪＥＡＧ ９７０１−２００１、社団法人日本電気協会 分散型電源系統連系専門部会、平成１４年４月１５日第３版第２刷発行、３８−４５頁

上記能動的方式は、（ア）〜（エ）のいずれの方式の場合も、上記非特許文献１の４４頁にも記載されているように、検出が遅いという課題がある。

一方、上記受動的方式は、（ア）〜（ウ）のいずれの場合も、上記非特許文献１の４４頁にも記載されているように、検出は速いけれども、分散電源の単独運転を検出することができない場合があり、検出の信頼性が低いという課題がある。

例えば、上記電圧位相跳躍検出方式または周波数変化率検出方式を採用している場合、配電系統において分散電源の発電出力と負荷が概ね平衡していると、単独運転になっても電圧や周波数の変動は少ないので、このような場合には単独運転を検出することができない恐れがある。また、上記３次高調波電圧歪急増検出方式を採用している場合、負荷が抵抗負荷またはそれに近い負荷であると、単独運転になっても３次高調波電圧歪はあまり増大しないので、単独運転を検出することができない恐れがある。

上記受動的方式において、単独運転を検出できない恐れを少なくしようとして検出条件を緩くすると、単独運転でない場合を単独運転であると誤検出（不要検出）する可能性が高くなり、やはり検出の信頼性が低下する。

その他、過電圧継電器（ＯＶＲ）、不足電圧継電器（ＵＶＲ）、周波数上昇継電器（ＯＦＲ）、周波数低下継電器（ＵＦＲ）といった保護継電器方式の場合も、上記非特許文献１の３８頁にも記載されているように、分散電源の発電出力と負荷が概ね平衡していると、単独運転になっても電圧や周波数の変動は少ないので、このような場合には単独運転を検出することができず、検出の信頼性は低い。

また、低圧連系の場合は電気設備技術基準では地絡検出機能の設置を必要とされていないけれども、仮にそれを設置しても、それを設置した低圧系統での地絡しか検出することができず、高圧系統の地絡を検出することはできない。なぜなら、間に高圧／低圧の柱状変圧器が存在していてそのインピーダンスの影響で高圧系統の地絡を検出することができないからである。

そこでこの発明は、分散電源の単独運転を、例えば０．１秒以内という高速で、しかも高い信頼性で検出することができる単独運転検出システムを提供することを主たる目的としている。

この発明に係る単独運転検出システムの一つは、（ａ）前記配電線に、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の注入次数の注入電流を注入するものであって出力する注入電流の大きさを制御可能な電流注入装置と、（ｂ）前記配電系統の前記注入次数のアドミタンスまたはサセプタンスを計測して、当該アドミタンスまたはサセプタンスの変化から、前記分散電源が単独運転になったことを検出すると共に、当該単独運転検出後に前記電流注入装置から出力する注入電流を所定期間増大させる制御を行う第１単独運転検出装置と、（ｃ）前記各分散電源保有設備内に設けられていて、前記注入次数の電圧を計測して、当該電圧の増大から、当該分散電源保有設備内の分散電源が単独運転になったことを検出する第２単独運転検出装置とを備えていることを特徴としている。

この単独運転検出システムにおいては、電流注入装置によって、配電線に、配電系統の基本波電圧の１倍よりも大きい非整数倍の注入次数の注入電流を注入する。分散電源が単独運転になると、第１単独運転検出装置は、注入次数のアドミタンスまたはサセプタンスの変化から単独運転になったことを検出すると共に、単独運転検出後に電流注入装置から出力する注入電流を所定期間増大させる制御を行う。

この注入電流の増大によって、各分散電源保有設備内に設けられている第２単独運転検出装置による単独運転検出を助成することができる。即ち、各第２単独運転検出装置は、注入次数の電圧の増大から、当該分散電源保有設備内の分散電源が単独運転になったことをそれぞれ検出するのであるが、上記注入電流の増大によって、注入次数の電圧が急増するので、単独運転検出の信頼性を高めつつ、高速検出が可能になる。

第１単独運転検出装置は、配電系統の注入次数の正相サセプタンスおよび逆相サセプタンスを計測して、両サセプタンスが所定のサセプタンス判定値以下になったことから、分散電源が単独運転になったことを検出するものでも良い。または、電圧位相跳躍検出方式、３次高調波電圧歪急増検出方式および周波数変化率検出方式の内の少なくとも一つの単独運転検出機能によって、分散電源が単独運転になったことを検出するものでも良い。

第１単独運転検出装置は、電流注入装置から出力する注入電流を、単独運転検出前の２倍以上に増大させる制御を行うものが好ましく、４倍〜６倍に増大させる制御を行うものがより好ましい。

請求項１に記載の発明によれば、第１単独運転検出装置と第２単独運転検出装置とを併用していて、しかも第１単独運転検出装置によって、単独運転検出後に、電流注入装置から出力する注入電流を増大させて、第２単独運転検出装置による単独運転検出を助成することができるので、分散電源の単独運転を、例えば０．１秒以内という高速で、しかも高い信頼性で検出することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果と同様の効果に加えて、次のような更なる効果を奏する。即ち、第１単独運転検出装置は、配電系統の注入次数の正相サセプタンスおよび逆相サセプタンスを計測して、両サセプタンスが所定のサセプタンス判定値以下になったことから、分散電源が単独運転になったことを検出するものであるので、第１単独運転検出装置において、不要検出の可能性をより少なくして信頼性をより高めつつ、単独運転検出を高速で行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、第１単独運転検出装置は、受動的方式の単独運転検出機能を有しているので、高速で単独運転を検出することができる。しかも、不検出の可能性を少なくするために上記単独運転検出機能の検出条件を緩くすることができ、それによって不要検出が起こったとしても、各分散電源保有設備内に設けた第２単独運転検出装置による単独運転検出を併用しているので、不要検出の可能性を排除または小さく抑えることができる。その結果、分散電源の単独運転を、例えば０．１秒以内という高速で、しかも高い信頼性で検出することができる。

請求項４に記載の発明によれば、注入電流を、単独運転検出前の２倍以上に増大させるので、注入電流増大の作用効果をより確実に発揮させることができ、単独運転検出の信頼性をより向上させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、注入電流を、単独運転検出前の４倍〜６倍に増大させるので、注入電流増大の作用効果をより一層確実に発揮させることができ、単独運転検出の信頼性をより一層向上させることができる。

図１は、この発明に係る分散電源の単独運転検出システム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を介して配電線１０が接続された構成をしている。変電所４は、変圧器６と、その２次側と配電線１０とを接続する遮断器８とを備えている。配電線１０の電圧は、例えば６．６ｋＶであるが、これに限られるものではない。

配電線１０には、この例では変圧器１２およびその２次側に接続された引込線１４を介して、分散電源２２を有する１以上の分散電源保有設備１６が接続されている。より具体例を挙げると、逆潮流有りの契約をしている低圧連系の分散電源保有設備１６が多数高い密度で接続されている。各変圧器１２は、例えば、６６００Ｖ／２１０Ｖの柱状変圧器である。一つの変圧器１２に複数の分散電源保有設備１６が接続されていても良く、通常はそのように接続されている。

各分散電源保有設備１６は、この実施形態では、それぞれ、太陽電池、燃料電池等の直流電源から成る分散電源２２と、それからの直流電力を交流電力に変換するインバータ（逆変換装置）および系統連系用保護装置を含むパワーコンディショナ２０と、それと引込線１４との間に設けられた遮断器１８と、引込線１４の線間電圧を計測する計器用変圧器２３と、第２単独運転検出装置８０とを有している。

各分散電源保有設備１６は、低圧連系では、配電線１０とは単相接続されている。従って、計器用変圧器２３は当該単相接続されている相間（線間）の電圧を計測する。例えば、ａ相ｂ相接続の分散電源保有設備１６ではａ相ｂ相間の線間電圧を計測する。同様に、ｂ相ｃ相接続の分散電源保有設備１６ではｂ相ｃ相間の線間電圧を、ｃ相ａ相接続の分散電源保有設備１６ではｃ相ａ相間の線間電圧を、それぞれ計測する。計器用変圧器２３で計測して得られる単相の計測電圧Ｖ_d が第２単独運転検出装置８０に供給される。第２単独運転検出装置８０の構成については後で詳述する。

配電線１０には、接続線２４を介して、注入・検出装置２６が接続されている。この注入・検出装置２６は、分散電源保有設備１６が配電線１０に多数高い密度で接続された地域の近辺に設けるのが好ましい。その方が、各分散電源保有設備１６の近くから配電線１０に後述する注入電流Ｊ_m を注入して、注入次数ｍの計測電圧Ｖ_d の大きさをより大きくすることができるので、ＳＮ比を良くして計測電圧Ｖ_d の変化を第２単独運転検出装置８０によって検出することがより正確になるからである。

この実施形態では、この注入・検出装置２６内に、電流注入装置３０、第１単独運転検出装置４０、変圧器２８、計器用変圧器３２および計器用変流器３４が設けられている。但し、これらの構成要素は、必ず一つの注入・検出装置２６内に設けなければならないものではない。

変圧器２８は、電圧整合用のものであり、例えば６６００Ｖ／２１０Ｖの３相変圧器である。この変圧器２８の１次側（高圧側）および２次側（低圧側）に、３相の電圧および電流をそれぞれ計測する計器用変圧器３２および計器用変流器３４が接続されており、これら３２、３４で計測して得られる３相の計測電圧Ｖ_t および計測電流Ｉ_t が第１単独運転検出装置４０に供給される。計測電圧Ｖ_t および計測電流Ｉ_t を３相で表現する場合は、電圧Ｖ_ta、Ｖ_tb、Ｖ_tcおよび電流Ｉ_ta、Ｉ_tb、Ｉ_tcとする。添字のａ、ｂ、ｃは、ａ相、ｂ相、ｃ相をそれぞれ示す（以下同様）。

電流注入装置３０は、この実施形態では、変圧器２８および接続線２４を介して、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（即ち帯小数倍）の注入次数ｍの注入電流Ｊ_m を単相注入するものである。即ち、単相の注入電流Ｊ_m を、３相の接続線２４ひいては配電線１０の任意の２相間（例えばａ相ｂ相間）に注入するものである。この注入電流Ｊ_m 、後述する電圧Ｖ、電流Ｉ等の符号に付した添字のｍは、上記注入次数を表している。

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、１＜ｍ≦３．６（但しｍ≠２、ｍ≠３）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。より具体的には、例えば、２．１７次または２．２５次の注入次数ｍを用いる。

電流注入装置３０は、それから出力する注入電流Ｊ_m の大きさを、第１単独運転検出装置４０から与えられる単独運転検出信号Ｓ₃ によって制御する（変化させる）ことができる。具体的には、平生は所定値の注入電流Ｊ_m を出力しており、単独運転検出信号Ｓ₃ が与えられると、平生よりも注入電流Ｊ_m を増大させる。例えば、２倍以上に、または４倍〜６倍に増大させる。

配電系統の注入次数ｍの等価回路は、簡略化すれば、図１３に示すように表すことができる。Ｚ_m は注入次数ｍのインピーダンスである。従って、例えばａ相ｂ相間に注入電流Ｊ_m を単相注入することによって、配電線１０のａ相ｂ相間に注入次数ｍの電圧Ｖ_m が発生するとすると、ｂ相ｃ相間、ｃ相ａ相間には、それぞれ、（１／２）Ｖ_m の大きさの電圧が発生する。これは、注入電流Ｊ_m が流れるインピーダンスＺ_m は、ａ相ｂ相間のそれぞれ１／２だからである。各電圧は互いに同相である。

なお、三つの線間に注入電流Ｊ_m を３相注入することがより基本的であるが、その場合は、単相の電流注入装置３０が３台または３相の電流注入装置３０が必要となるため、電流注入装置が複雑かつ大型化する。その代わりに、各線間に発生する注入次数ｍの電圧の大きさは、互いに同じになる。三つの線間で発生する電圧のバランスを取るために、このような３相注入構成の電流注入装置３０を採用しても良い。

再び図１を参照して、第１単独運転検出装置４０は、上記計測電圧Ｖ_t および計測電流Ｉ_t に基づいて、配電系統の注入次数ｍのアドミタンスまたはサセプタンスを計測して、当該アドミタンスまたはサセプタンスの変化から、上記遮断器８が開放されて分散電源２２が単独運転になったことを検出して、上記単独運転検出信号Ｓ₃ を出力すると共に、当該単独運転検出信号Ｓ₃ を用いて、単独運転検出後に、より具体的には単独運転検出直後に、電流注入装置３０から出力する注入電流Ｊ_m を所定期間増大させる制御を行う。

この注入電流Ｊ_m の増大によって、各分散電源保有設備１６内に設けられている第２単独運転検出装置８０による単独運転検出を助成（援助）することができる。即ち、各第２単独運転検出装置８０は、注入次数ｍの電圧の増大から、当該分散電源保有設備１６内の、即ちその第２単独運転検出装置８０が属する（設けられている）分散電源保有設備１６内の分散電源２２が単独運転になったことをそれぞれ検出するのであるが、上記注入電流Ｊ_m の増大によって、注入次数ｍの電圧が急増するので、単独運転の検出の信頼性を高めつつ、高速検出が可能になる。

電流注入装置３０から出力する注入電流Ｊ_m をどの程度増大させるかについては、平生の（即ち単独運転検出前の）２倍以上に増大させるのが好ましく、４倍〜６倍に増大させるのがより好ましい。２倍以上に増大させると、注入電流増大の作用効果をより確実に発揮させることができるので、単独運転検出の信頼性をより向上させることができる。４倍〜６倍に増大させると、注入電流増大の作用効果をより一層確実に発揮させることができるので、単独運転検出の信頼性をより一層向上させることができる。

電流注入装置３０から出力する注入電流Ｊ_m を増大させる期間は、例えば、（ａ）少なくとも第１単独運転検出装置４０による単独運転検出中（即ち単独運転検出信号Ｓ₃ が出力されている期間中）増大させるようにしても良いし、（ｂ）第１単独運転検出装置４０による単独運転検出直後の所定期間（例えば１秒〜５秒間程度）だけ増大させるようにしても良い。

第１単独運転検出装置４０は、より具体例を挙げると、例えば特開２００１−２５１７６７号公報に記載されている技術と同様に、上記計測電圧Ｖ_t および計測電流Ｉ_t から注入次数ｍの電圧Ｖ_tmおよび電流Ｉ_tmを抽出し、次式の演算を行って配電系統の注入次数ｍのアドミタンスＹ_m を算出する。そしてこのアドミタンスＹ_m を所定の基準値と比較して、アドミタンスＹ_m が当該基準値以下になれば上記単独運転検出信号Ｓ₃ を出力する。

［数１］
Ｙ_m ＝Ｉ_tm／Ｖ_tm

第１単独運転検出装置４０における単独運転検出手段として、例えば上記特許公報に記載されている技術と同様に、上記アドミタンスＹ_m の成分である注入次数ｍのサセプタンスＢ_m を計測して、当該サセプタンスＢ_m の変化から単独運転検出を行うものを採用しても良い。サセプタンスＢ_m の計測もアドミタンスＹ_m の計測の一種であると考えることができる。単独運転になると注入次数ｍの電圧Ｖ_m よりもサセプタンスＢ_m の変化の方が大きいので、サセプタンスＢ_m を監視する方が単独運転をより確実に検出することができる。

また、第１単独運転検出装置４０における単独運転検出手段として、注入次数ｍの正相サセプタンスおよび逆相サセプタンスを計測して、両サセプタンスが共に所定のサセプタンス判定値以下になったことから、分散電源が単独運転になったことを検出するものを採用しても良い。そのようにすると、不要検出の可能性をより少なくして信頼性をより高めつつ、単独運転検出を高速で行うことができる。この場合の第１単独運転検出装置４０の構成の一例を図２を参照して説明する。

この第１単独運転検出装置４０は、六つのフィルタ４２〜４７、六つの離散フーリエ変換器５２〜５７、電圧演算器６０、電流演算器６２、アドミタンス演算器６４、６６、サセプタンス演算器６８、７０、判定器７２、７４およびＡＮＤ回路７６を有している。

各フィルタ４２〜４７は、３相の上記計測電圧Ｖ_ta、Ｖ_tb、Ｖ_tc、計測電流Ｉ_ta、Ｉ_tb、Ｉ_tcをそれぞれ受けて、系統電圧・電流の主成分である基本波（１次）および整数次高調波を除去し、注入次数ｍ（例えば２．２５次）の電圧、電流をそれぞれ通過させるものである。このようなフィルタ４２〜４７を設けておくと、ＳＮ比を高めて、離散フーリエ変換器５２〜５７における注入次数ｍの電圧Ｖ_am、Ｖ_bm、Ｖ_cmおよび電流Ｉ_am、Ｉ_bm、Ｉ_cmの抽出を精度良く行うことができる。

各離散フーリエ変換器５２〜５７は、各フィルタ４２〜４７からの電圧、電流をそれぞれ受けて、それらをそれぞれ離散フーリエ変換して、注入次数ｍの３相の電圧Ｖ_am、Ｖ_bm、Ｖ_cmおよび電流Ｉ_am、Ｉ_bm、Ｉ_cmをそれぞれ抽出して出力するものである。各離散フーリエ変換器５２〜５７には、例えば、特開２００１−４５６６６号公報に記載されているような、回帰型離散フーリエ変換器を用いるのが好ましい。そのようにすると、演算時間を大幅に短縮することができる。

また、各離散フーリエ変換器５２〜５７においては、離散フーリエ変換を行うために過去データを計測する計測期間をできるだけ短くするのが好ましい。例えば、当該計測期間を０．１秒よりも短くするのが好ましい。そのようにすると、上記電圧、電流の抽出が速くなり、ひいては後述するアドミタンスＹ_1m、Ｙ_2m、サセプタンスＢ_1m、Ｂ_2mの変化が急になるので、単独運転をより高速で検出することができる。

電圧演算器６０は上記抽出した電圧Ｖ_am、Ｖ_bm、Ｖ_cmから数２に従って注入次数ｍの正相電圧Ｖ_1mおよび逆相電圧Ｖ_2mを算出し、電流演算器６２は上記抽出した電流Ｉ_am、Ｉ_bm、Ｉ_cmから数３に従って注入次数ｍの正相電流Ｉ_1mおよび逆相電流Ｉ_2mを算出して出力するものである。ａは数４で表される回転因子である。電圧Ｖ、電流Ｉ、アドミタンスＹおよびサセプタンスＢの符号に付した添字の１は正相を、２は逆相をそれぞれ示す。

［数２］
Ｖ_1m＝（１／３）（Ｖ_am＋ａ・Ｖ_bm＋ａ² ・Ｖ_cm）
Ｖ_2m＝（１／３）（Ｖ_am＋ａ² ・Ｖ_bm＋ａ・Ｖ_cm）

［数３］
Ｉ_1m＝（１／３）（Ｉ_am＋ａ・Ｉ_bm＋ａ² ・Ｉ_cm）
Ｉ_2m＝（１／３）（Ｉ_am＋ａ² ・Ｉ_bm＋ａ・Ｉ_cm）

［数４］
ａ＝ｅｘｐ（ｊ２π／３）

なお、電圧Ｖ_am、Ｖ_bm、Ｖ_cm、電流Ｉ_am、Ｉ_bm、Ｉ_cm、正相電圧Ｖ_1m、逆相電圧Ｖ_2m、正相電流Ｉ_1m、逆相電流Ｉ_2m、正相アドミタンスＹ_1m、逆相アドミタンスＹ_2mは、いずれもベクトルであり、複素数の形で表される。

アドミタンス演算器６４は上記正相電圧Ｖ_1mおよび正相電流Ｉ_1mから数５に従って注入次数ｍの正相アドミタンスＹ_1mを算出して出力し、アドミタンス演算器６６は上記逆相電圧Ｖ_2mおよび逆相電流Ｉ_2mから数６に従って注入次数ｍの逆相アドミタンスＹ_2mを算出して出力するものである。

［数５］
Ｙ_1m＝Ｉ_1m／Ｖ_1m

［数６］
Ｙ_2m＝Ｉ_2m／Ｖ_2m

サセプタンス演算器６８は上記正相アドミタンスＹ_1mの虚部を抽出することによって注入次数ｍの正相サセプタンスＢ_1mを算出して出力し、サセプタンス演算器７０は上記逆相アドミタンスＹ_2mの虚部を抽出することによって注入次数ｍの逆相サセプタンスＢ_2mを算出して出力するものである。

判定器７２、７４は、それぞれ、上記正相サセプタンスＢ_1m、逆相サセプタンスＢ_2mを所定のサセプタンス判定値Ｂ_juと比較して、正相サセプタンスＢ_1m、逆相サセプタンスＢ_2mがサセプタンス判定値Ｂ_ju以下になれば検出信号Ｓ₁ 、Ｓ₂ をそれぞれ出力するものである。この実施形態では、両判定器７２、７４に設定するサセプタンス判定値Ｂ_juは互いに同じ値であるが、互いに異なる値を設定しても良い。

ＡＮＤ回路７６は、上記検出信号Ｓ₁ とＳ₂ との論理積を取り、両検出信号Ｓ₁ 、Ｓ₂ が共に出力されているときに、即ち両サセプタンスＢ_1m、Ｂ_2mが共にサセプタンス判定値Ｂ_ju以下のときに、上記単独運転検出信号Ｓ₃ を出力する。

なお、電流源型の電流注入装置３０を用いれば、それから出力する注入電流Ｊ_m の大きさおよび位相は、電流注入装置３０内での制御データとほぼ一致しているので、上記実施形態のように計器用変流器３４を用いて注入電流Ｊ_m を計測する代わりに、電流注入装置３０内での制御データを用いても良い。

各分散電源保有設備１６内に設けられている第２単独運転検出装置８０は、上記注入次数ｍの電圧を計測して、当該電圧の増大から、当該分散電源保有設備１６内の、即ちその第２単独運転検出装置８０が属する（設けられている）分散電源保有設備１６内の分散電源２２が単独運転になったことをそれぞれ検出するものである。

この第２単独運転検出装置８０の構成の一例を図３を参照して説明する。この第２単独運転検出装置８０は、フィルタ８２、離散フーリエ変換器８４、絶対値演算器８６、判定器８８および継続時間判定器９０を有している。

フィルタ８２は、上記計測電圧Ｖ_d を受けて、系統電圧の主成分である基本波（１次）および整数次高調波を除去し、注入次数ｍ（例えば２．２５次）の電圧を通過させるものである。このようなフィルタ８２を設けておくと、ＳＮ比を高めて、離散フーリエ変換器８４における注入次数ｍの電圧Ｖ_dmの抽出を精度良く行うことができる。

離散フーリエ変換器８４は、フィルタ８２からの電圧を受けて、それを離散フーリエ変換して、注入次数ｍの電圧Ｖ_dmを抽出して出力するものである。このフィルタ８４にも、前記と同様に、例えば、特開２００１−４５６６６号公報に記載されているような、回帰型離散フーリエ変換器を用いるのが好ましい。そのようにすると、演算時間を大幅に短縮することができる。

また、この離散フーリエ変換器８４においても、前記と同様に、離散フーリエ変換を行うために過去データを計測する計測期間をできるだけ短くするのが好ましい。例えば、当該計測期間を０．１秒よりも短くするのが好ましい。そのようにすると、上記電圧Ｖ_dmの抽出が速くなって電圧Ｖ_dmの変化が急になるので、単独運転をより高速で検出することができる。

絶対値演算器８６は、上記電圧Ｖ_dmの絶対値｜Ｖ_dm｜を算出して出力するものである。

判定器８８は、上記絶対値｜Ｖ_dm｜を所定の電圧判定値Ｖ_juと比較して、絶対値｜Ｖ_dm｜が電圧判定値Ｖ_ju以上になれば検出信号Ｓ₄ を出力するものである。

上記検出信号Ｓ₄ を単独運転検出信号としてこの第２単独運転検出装置８０からそのまま出力するよりも、この実施形態のように、継続時間判定器９０によって、検出信号Ｓ₄ が所定の継続確認時間Ｔ₀ 継続していることを判定して継続したときに単独運転検出信号Ｓ₅ を出力するようにするのが好ましい。そのようにすると、単独運転以外の何らかの原因による計測電圧Ｖ_d 等の瞬時の変動による誤検出を防止することができる。この継続確認時間Ｔ₀ は、それを長くすると、その分、第２単独運転検出装置８０による単独運転検出が遅くなるので、例えば０．０５秒程度にすれば良い。この実施形態ではこの単独運転検出信号Ｓ₅ の出力によって、第２単独運転検出装置８０は、最終的に、それが設けられている分散電源保有設備１６内の分散電源２２が単独運転になったことを検出したことになる。

以上のようにこの単独運転検出システムにおいては、分散電源２２が単独運転になると、第１単独運転検出装置４０は、注入次数ｍのアドミタンスＹ_m 等の変化から単独運転になったことを検出すると共に、単独運転検出直後に電流注入装置３０から出力する注入電流Ｊ_m を所定期間増大させる制御を行う。この注入電流Ｊ_m の増大によって、各分散電源保有設備１６内に設けられている第２単独運転検出装置８０による単独運転検出を助成することができる。

即ち、各第２単独運転検出装置８０は、注入次数ｍの電圧Ｖ_dmの増大から、当該分散電源保有設備１６内の分散電源２２が単独運転になったことを検出する。その場合、変電所４の遮断器８が開放されて分散電源２２が単独運転になると、配電線１０に接続された変圧器６の並列インピーダンスが無くなって配電系統のインピーダンスは大きくなり（換言すればアドミタンスは小さくなり）、それに伴って、注入電流Ｊ_m を増大させなくても、注入次数ｍの電圧Ｖ_dmはある程度大きくなるけれども、これに注入次数ｍの増大を併用すると、それが電圧Ｖ_dmの増大を助けて、注入次数ｍの電圧Ｖ_dmは急増するので、単独運転検出の信頼性を高めつつ、高速検出が可能になる。

このように、この単独運転検出システムによれば、第２単独運転検出装置８０のみで分散電源２２の単独運転検出を行うのではなく、第１単独運転検出装置４０、それに応答する電流注入装置３０および各分散電源保有設備１６内の第２単独運転検出装置８０が協働して単独運転検出を行うので、分散電源２２の単独運転を、例えば０．１秒以内という高速で、しかも高い信頼性で検出することができる。

なお、第２単独運転検出装置８０による単独運転検出後に分散電源２２の解列を行うには、上記単独運転検出信号Ｓ₅ によって遮断器１８を開放しても良いし、上記単独運転検出信号Ｓ₅ によってパワーコンディショナ２０内のインバータにゲートブロックをかけて当該インバータを停止しても良いし、両者を併用しても良い。低圧連系逆潮流有りの分散電源は、出力部にインバータを使用している（この方式しか電気設備技術基準で認められていない）ので、このインバータに対するゲートブロックを使用することができる。ゲートブロックは瞬時に行われるので、ゲートブロックを使用する場合は、第２単独運転検出装置８０による単独運転検出後の解列時間は無視することができる。

ところで、第１単独運転検出装置４０における単独運転検出手段として、例えば上記非特許文献１にも記載されているような、上記受動的方式の内の少なくとも一つ、即ち（ア）電圧位相跳躍検出方式、（イ）３次高調波電圧歪急増検出方式、および（ウ）周波数変化率検出方式の内の少なくとも一つの単独運転検出機能を採用しても良い。これによって単独運転検出を行って上記単独運転検出信号Ｓ₃ を出力し、それによって電流注入装置３０を制御することについては、上記例の場合と同様である。

この場合、第１単独運転検出装置４０は、受動的方式の単独運転検出機能を有しているので、前述したように高速で単独運転を検出することができる。不検出の可能性がある課題については、不検出の可能性を少なくするために上記単独運転検出機能の検出条件を緩くすることができ、それによって不要検出が起こったとしても、各分散電源保有設備１６内に設けた第２単独運転検出装置８０による単独運転検出を併用しているので、不要検出の可能性を排除または小さく抑えることができる。その結果、分散電源の単独運転を、例えば０．１秒以内という高速で、しかも高い信頼性で検出することができる。

［シミュレーション例］
図１に示した配電系統を模した図４に示すシミュレーションモデルを用いてシミュレーションを行った。ここで、６．６ｋＶ、１０ＭＶＡをベースとして、変電所変圧器６のインピーダンス（正確にはパーセントインピーダンス。以下同様）はｊ８％、配電線１０のインピーダンスはｊ８％、低圧連系の複数の分散電源保有設備１６の集合体１６ａの連系インピーダンスは厳しめの条件としてｊ５０％とした。複数の分散電源保有設備１６の集合体１６ａの合計容量は１ＭＷ、抵抗負荷９４の容量は１０ＭＶＡとした。

注入・検出装置２６内の第１単独運転検出装置４０の構成は図２に示すものを用い、各分散電源保有設備１６内の第２単独運転検出装置８０の構成は図３に示したものを用いた。注入・検出装置２６内の電流注入装置３０による注入電流Ｊ_m の注入は、ａ相ｂ相間の単相注入とし、その注入次数ｍは２．１７次とした。この電流注入装置３０は、上記単独運転検出信号Ｓ₃ に応答して注入電流Ｊ_m を５倍に増大させるものである。リアクトル付き力率改善用コンデンサ（Ｌ付きＳＣ）９８は負荷変動時のシミュレーション時に遮断器９６を投入して使用するものであり、６％のリアクトル付きで、容量は３００ｋＶＡである。

（１）単独運転発生時
１０ＭＶＡ負荷時に、計測開始から０．５０秒後の時刻ｔ₀ で変電所遮断器８を開放して単独運転を発生させた。このときの上記正相サセプタンスＢ_1m、逆相サセプタンスＢ_2mの波形を図５、図６にそれぞれ示す。上記サセプタンス判定値Ｂ_juは０．４［Ｓ］とした。後述する図９、図１０においても同様である。

正相サセプタンスＢ_1mは時刻ｔ₀ ＝０．５１秒でサセプタンス判定値Ｂ_ju以下になり、逆相サセプタンスＢ_2mは時刻ｔ₂ ＝０．５３秒でサセプタンス判定値Ｂ_ju以下になり、上記第１単独運転検出装置４０は両者のＡＮＤ条件で、即ちＢ_1m≦Ｂ_juおよびＢ_2m≦Ｂ_juで判定するから、遅い方の時刻ｔ₂ ＝０．５３秒で単独運転を検出した。

注入・検出装置２６内の電流注入装置３０から出力している注入電流Ｊ_m の波形を図７に示す。単独運転検出した上記時刻ｔ₂ ＝０．５３秒以降において、大きさ（振幅）が５倍に増大している。

各分散電源保有設備１６内の第２単独運転検出装置８０における注入次数電圧Ｖ_dmの波形を図８に示す。ａ相ｂ相接続の分散電源保有設備１６内の第２単独運転検出装置８０における上記電圧判定値Ｖ_juは、定常時の電圧Ｖ_dmの１０倍に設定している（図８Ａ）。これは、単独運転検出時に注入電流Ｊ_m を上記のように５倍にすることと、単独運転時に配電系統のサセプタンスは少なくとも１／２未満になることとを併せると、単独運転時は注入次数電圧Ｖ_dmは定常時の１０倍以上になることが想定されたからである。注入電流Ｊ_m をａ相ｂ相間に注入するため、ｂ相ｃ相接続の分散電源保有設備１６およびｃ相ａ相接続の分散電源保有設備１６においては、先に図１３を参照して説明したように、定常時の注入次数電圧Ｖ_dmはａ相ｂ相間の１／２になるため、第２単独運転検出装置８０における電圧判定値Ｖ_juはａ相ｂ相接続の１／２に設定している（図８Ｂ、Ｃ）。後述する図１２においても同様である。

いずれの分散電源保有設備１６内の第２単独運転検出装置８０においても、上記時刻ｔ₂ とほぼ同時の時刻ｔ₃ ＝０．５３秒で注入次数電圧Ｖ_dmが電圧判定値Ｖ_ju以上となり、一応の単独運転検出が行われた。より正確には、上記検出信号Ｓ₄ が出力された。最終的な単独運転検出は、即ち上記単独運転検出信号Ｓ₅ の出力は、０．０５秒に設定している上記継続確認時間Ｔ₀ の経過後に行われた。

単独運転発生から最終的な単独運転検出までの時間Ｔ₀ は次式で表されるので、０．１秒以内の高速検出を行うことができたことが分かる。

［数７］
Ｔ₁ ＝（ｔ₃ −ｔ₀ ）＋Ｔ₀
＝（０．５３−０．５０）＋０．０５
＝０．０８ ［秒］

（２）系統健全時で負荷変動時
１０ＭＶＡ負荷時に、計測開始から０．０５秒後の時刻ｔ₀ で上記遮断器９６を投入して上記３００ｋＶＡの６％Ｌ付きＳＣ９８を投入して負荷変動を発生させた。このような値のＬ付きＳＣ９８の投入は、一番負荷変動が大きいと考えられる場合を想定したものである。このときの上記正相サセプタンスＢ_1m、逆相サセプタンスＢ_2mの波形を図９、図１０にそれぞれ示す。

正相サセプタンスＢ_1mは初めの時刻ｔ₄ ＝０．５１秒から時刻ｔ₅ ＝０．５４７秒の間でサセプタンス判定値Ｂ_ju以下になり、逆相サセプタンスＢ_2mは時刻ｔ₄ ＝０．５１秒から時刻ｔ₆ ＝０．５４秒の間でサセプタンス判定値Ｂ_ju以下になり、上記第１単独運転検出装置４０は両者のＡＮＤ条件で判定するから、重複する時刻ｔ₄ からｔ₆ までの間は単独運転であると判定してしまう。これは、不要検出（誤検出）である。これは、上述したように、厳しい条件でシミュレーションしたことも関係している。

それに応じて、電流注入装置３０から出力する注入電流Ｊ_m も、図１１に示すように、時刻ｔ₄ からｔ₆ までの間、大きさが５倍に増大している。

各分散電源保有設備１６内の第２単独運転検出装置８０での注入次数電圧Ｖ_dmの波形を図１２に示す。ａ相ｂ相接続の分散電源保有設備１６内の第２単独運転検出装置８０においては（図１２Ａ）、注入次数電圧Ｖ_dmは常に電圧判定値Ｖ_juよりも小さいので、単独運転検出は行われない。従って、不要検出を防止することができた。

ｂ相ｃ相接続の分散電源保有設備１６内の第２単独運転検出装置８０においては（図１２Ｂ）、時刻ｔ₇ 、ｔ₈ 、ｔ₉ で注入次数電圧Ｖ_dmは電圧判定値Ｖ_ju以上になり上記検出信号Ｓ₄ が出力されるけれども、その状態は上記継続確認時間Ｔ₀ ＝０．０５秒よりもいずれも短いため、最終的な単独運転の検出は、即ち単独運転検出信号Ｓ₅ の出力は行われない。従って、不要検出を防止することができた。

ｃ相ａ相接続の分散電源保有設備１６内の第２単独運転検出装置８０においては（図１２Ｃ）、時刻ｔ₁₀、ｔ₁₁で注入次数電圧Ｖ_dmは電圧判定値Ｖ_ju以上になり上記検出信号Ｓ₄ が出力されるけれども、その状態は上記継続確認時間Ｔ₀ ＝０．０５秒よりもいずれも短いため、最終的な単独運転の検出は、即ち単独運転検出信号Ｓ₅ の出力は行われない。従って、不要検出を防止することができた。

この発明に係る分散電源の単独運転検出システムを備える配電系統の一例を示す単線接続図である。 図１中の第１単独運転検出装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１中の第２単独運転検出装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１の配電系統を模したシミュレーションモデルの一例を示す図である。 単独運転発生時のシミュレーションにおける正相サセプタンスの変化の一例を示す図である。 単独運転発生時のシミュレーションにおける逆相サセプタンスの変化の一例を示す図である。 単独運転発生時のシミュレーションにおける注入電流の変化の一例を示す図である。 単独運転発生時のシミュレーションにおける各分散電源保有設備での注入次数電圧の変化の一例を示す図であり、（Ａ）はａ相ｂ相接続の分散電源保有設備におけるもの、（Ｂ）はｂ相ｃ相接続の分散電源保有設備におけるもの、（Ｃ）はｃ相ａ相接続の分散電源保有設備におけるものを示す。 系統健全時で負荷変動時のシミュレーションにおける正相サセプタンスの変化の一例を示す図である。 系統健全時で負荷変動時のシミュレーションにおける逆相サセプタンスの変化の一例を示す図である。 系統健全時で負荷変動時のシミュレーションにおける注入電流の変化の一例を示す図である。 系統健全時で負荷変動時のシミュレーションにおける各分散電源保有設備での注入次数電圧の変化の一例を示す図であり、（Ａ）はａ相ｂ相接続の分散電源保有設備におけるもの、（Ｂ）はｂ相ｃ相接続の分散電源保有設備におけるもの、（Ｃ）はｃ相ａ相接続の分散電源保有設備におけるものを示す。 配電系統の注入次数の等価回路を簡略化して示す図である。

符号の説明

２ 上位系統
４ 変電所
１０ 配電線
１６ 分散電源保有設備
２２ 分散電源
２６ 注入・検出装置
３０ 電流注入装置
４０ 第１単独運転検出装置
８０ 第２単独運転検出装置
ｍ 注入次数
Ｊ_m 注入電流

Claims (5)

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１以上の分散電源保有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の注入次数の注入電流を注入するものであって出力する注入電流の大きさを制御可能な電流注入装置と、 前記配電系統の前記注入次数のアドミタンスまたはサセプタンスを計測して、当該アドミタンスまたはサセプタンスの変化から、前記分散電源が単独運転になったことを検出すると共に、当該単独運転検出後に前記電流注入装置から出力する注入電流を所定期間増大させる制御を行う第１単独運転検出装置と、
   前記各分散電源保有設備内に設けられていて、前記注入次数の電圧を計測して、当該電圧の増大から、当該分散電源保有設備内の分散電源が単独運転になったことを検出する第２単独運転検出装置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システム。
2. 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１以上の分散電源保有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の注入次数の注入電流を注入するものであって出力する注入電流の大きさを制御可能な電流注入装置と、 前記配電系統の前記注入次数の正相サセプタンスおよび逆相サセプタンスを計測して、両サセプタンスが所定のサセプタンス判定値以下になったことから、前記分散電源が単独運転になったことを検出すると共に、当該単独運転検出後に前記電流注入装置から出力する注入電流を所定期間増大させる制御を行う第１単独運転検出装置と、
   前記各分散電源保有設備内に設けられていて、前記注入次数の電圧を計測して、当該電圧の増大から、当該分散電源保有設備内の分散電源が単独運転になったことを検出する第２単独運転検出装置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システム。
3. 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１以上の分散電源保有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の注入次数の注入電流を注入するものであって出力する注入電流の大きさを制御可能な電流注入装置と、 電圧位相跳躍検出方式、３次高調波電圧歪急増検出方式および周波数変化率検出方式の内の少なくとも一つの単独運転検出機能によって、前記分散電源が単独運転になったことを検出すると共に、当該単独運転検出後に前記電流注入装置から出力する注入電流を所定期間増大させる制御を行う第１単独運転検出装置と、
   前記各分散電源保有設備内に設けられていて、前記注入次数の電圧を計測して、当該電圧の増大から、当該分散電源保有設備内の分散電源が単独運転になったことを検出する第２単独運転検出装置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システム。
4. 前記第１単独運転検出装置は、前記電流注入装置から出力する注入電流を、前記単独運転検出前の２倍以上に増大させる制御を行う請求項１、２または３記載の分散電源の単独運転検出システム。
5. 前記第１単独運転検出装置は、前記電流注入装置から出力する注入電流を、前記単独運転検出前の４倍〜６倍に増大させる制御を行う請求項１、２または３記載の分散電源の単独運転検出システム。

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