JP2011205779A - 単独運転検出装置、分散型電源装置、系統連系システム、単独運転検出方法、及び系統連系制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】系統に連系する各分散型電源装置の能動信号（無効電力変動信号）の変動周期が既知でない場合においても、能動信号による相互干渉を回避して、分散型電源装置における単独運転の発生を検出できる、単独運転検出装置を提供する。
【解決手段】無効電力変動方式が系統電圧を変動させることに着目し、これを分散型電源装置Ｇ２に設置した単独運転検出装置で系統の電圧変動ΔＶ２として検出し、この変動信号ΔＶ２を同期信号として利用することで、分散型電源装置Ｇ２では、この電圧変動ΔＶ２に同期する能動信号（無効電力変動信号）を系統に出力することができる。また、分散型電源装置Ｇ２は、他分散型電源装置の能動信号（無効電力変動信号）の有無を系統電圧変動量から判定し、自ら出力すべき能動信号のレベルを適切に調節することで、単独運転検出に必要な変動を確保すると同時に、常時系統電圧変動を抑制し、電力品質の低下を抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば太陽光発電機、燃料電池発電機、ガスエンジン発電機、風力発電機や水力発電機等の分散型発電源（単に「発電源」とも呼ぶ）と系統電源(商用電源)間に配置され、前記発電源の系統連系運転中に、前記発電源の単独運転を検出する単独運転検出装置、および該単独運転検出装置を備える分散型電源装置に関する。

近年では、一般電力需用家の家屋に設置した太陽電池などの分散型発電源を、インバータを介して既存の電力系統（商用電力系統）と連系し、分散型発電源の発電量が家屋の電力利用量を越えた場合の余剰電力は系統側に送電（逆潮流）して電力会社に買い取ってもらい、発電源の発電量が家屋の電力利用量を下回った場合の不足電力は系統側からの電力供給で賄うという系統連系システムの普及が進んでいる。

このような系統連系システムにおいては、系統側の事故停電時や作業停電時など、系統電源からの電力供給が停止した場合に、分散型発電源によって配電線が逆充電されることに起因して感電や配電設備の破損などの可能性があるため、系統連系しているインバータの単独運転を検出した際に、系統とインバータとの連系を切断することで安全性を確保している。なお、インバータや当該インバータの制御装置、系統連系を切断するためのリレー装置など、分散型の発電源を系統連系するために必要な各種装置をオール・イン・ワンで収容するものをパワーコンディショナと呼び、１台の発電源に対して１台のパワーコンディショナが家屋の所定位置に配置されることが一般的である。また、太陽電池等の分散型発電源とパワーコンディショナとを含めて、分散型電源装置と呼ぶ。

運転検出方法は、受動的方式と能動的方式とに大別される。受動的方式とは、連系運転時から単独運転時に移行する際の連系点における電圧波形や位相、周波数などの変化を捉えることで単独運転を検出する方式である。単独運転検出方法には、例えば「電圧位相跳躍検出方式」や「周波数変化率検出方式」、「３次高調波電圧歪急増検出方式」などがある。「電圧位相跳躍検出方式」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。「周波数変化率検出方式」は、単独運転の発生の前後における供給電力と負荷の不平衡による周波数の変化を検出するものである。「３次高調波電圧歪急増検出方式」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。

一方、能動的方式とは、積極的に分散型電源装置から系統側へ変動要素（無効電力、周波数等）を与えて、それら変動要素による連系点の変化（電圧波形や周波数等の変化）が単独運転時に大きく現れるようにすることで単独運転を検出する方式である。能動的方式には、例えば「周波数シフト方式」や「無効電力変動方式」、「高調波重畳方式」などがある。このうち、「周波数シフト方式」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。「無効電力変動方式」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電圧変動等を検出する方式である。「高調波重畳方式」は、分散型電源装置の出力に基準となる高調波を重畳する方式である。

このうち、無効電力変動方式は、発電源の発電出力に周期的な無効電力変動を与えておき、単独運転移行時に現れる周期的な電圧変動や周波数変動を検出する方式である。この無効電力変動方式については、高圧連系用インバータ（数百ｋＷ級）が小中学校等に施設される数も増えており、今後は、無効電力変動方式が用いられることが多いと考えられる。しかしながら、系統に複数の分散型電源装置を連系する場合、各分散型電源装置の単独運転を検出するための外乱信号が相互干渉を起こし、検出感度を低下させ、単独運転を検出することができなくなる恐れがある。

これを解決するため、各分散型電源装置を有線で接続するか、あるいは、電波時計信号、ＡＭ／ＦＭラジオの時刻信号、テレビ信号、ＧＰＳ信号、電話回線の時刻信号、インターネットや電力線通信の同期信号を用いて、干渉を起こさない様、同期させる技術がある（特許文献１を参照）。

特開２００６−２６２５５７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の単独運転検出装置では、予め各分散型電源装置から注入される能動信号（無効電力変動信号）の周期が既知でない場合は、能動信号の同期を取ることができないという問題がある。さらに、何らかの通信回線や受信装置が必要なため設備コストが高くなり、分散型電源装置の普及を阻害させる要因ともなる。

本発明は、斯かる実情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、電力系統に連系する各分散型電源装置の能動信号（無効電力変動信号）の変動周期が既知でない場合においても、各分散型電源装置から出力される能動信号を同期させて相互干渉を回避し、分散型電源装置における単独運転の発生を検出することができる、単独運転検出装置、分散型電源装置、系統連系システム、単独運転検出方法、及び系統連系制御方法を提供することにある。

（１）本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の単独運転検出装置は、分散型電源装置の系統連系に用いられる単独運転検出装置であって、前記分散型電源装置を系統に連系させる連系点の電圧に基づいて電圧情報を検出する検出部と、前記電圧情報に基づいて、無効電力変動による前記連系点の周波数と電圧のいずれか１つ以上の変化を判定し、前記分散型電源装置が単独運転状態にあることを検出する判定部と、を備えることを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、能動信号（無効電力変動信号）が系統電圧を変動させることに着目し、これを各分散型電源装置に設置した単独運転検出装置で検出し、無効電力変動による連系点の周波数と電圧の変化を判定し、分散型電源装置（例えば、インバータ）が単独運転状態にあることを検出する。
これにより、系統に連系する各分散型電源装置の能動信号（無効電力変動信号）の変動周期が既知でない場合においても、各分散型電源装置から出力される能動信号による相互干渉を回避して、分散型電源装置における単独運転の発生を検出することができる。

（２）また、本発明の単独運転検出装置は、前記検出部は、前記検出された電圧情報に基づいて常時電圧変動を検出する電圧変動検出部と、前記検出された常時電圧変動に基づいて、前記系統に無効電力を変動させる信号として供給する能動信号の周期と位相を推定する位相・周期推定部と、を備えることを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、系統の常時電圧変動を検出し、この系統の常時電圧変動から能動信号（無効電力変動信号）の位相と周期を推定する。これにより、系統の常時電圧変動から能動信号の周期と位相を抽出することができる。

（３）また、本発明の単独運転検出装置は、前記電圧変動検出部は、前記系統に連系させる連系点における、前記常時電圧変動を検出することを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、電圧変動検出部は、系統との連系点の常時電圧変動を検出するようにしたので、これにより、系統の常時電圧変動を検出し、この系統の常時電圧変動から前記系統に連系されている他の分散型電源装置の能動信号（無効電力変動信号）の位相と周期を推定することができる。

（４）また、本発明の単独運転検出装置は、前記位相・周期推定部は、前記連系点の電圧情報からフィルタ処理を行って前記検出された常時電圧変動の周期と位相を推定することを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、連系点の電圧情報からフィルタ処理を行って電圧変動の周期と位相を推定するようにしたので、これにより、系統の常時電圧変動から前記系統に連系されている他の分散型電源装置の能動信号を容易に抽出することができる。

（５）また、本発明の単独運転検出装置は、前記推定された位相と周期に基づいて、前記検出された常時電圧変動と同期するように、前記系統に供給する能動信号を生成させる制御部と、前記制御部からの指令に応じて生成する前記能動信号を供給する変換部と、を備えることを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、制御部は、判定部により検出された能動信号（無効電力変動信号）の位相と周期に基づいて、該検出された能動信号（無効電力変動信号）と同期するように系統に供給する能動信号を生成する。変換部は、この指令信号に応じた能動信号を系統に供給する。
これにより、系統の能動信号（無効電力変動信号）と同期するようにして、系統に能動信号を供給することができる。

（６）また、本発明の単独運転検出装置は、前記制御部は、前記常時電圧変動の変動幅が所定の閾値より大きな値となるように、注入する前記能動信号の位相を調整する
ことを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、制御部が、分散型電源装置の単独運転状態の判定が可能になる大きさの能動信号（無効電力変動信号）を系統に入力するように調整するので、これにより、単独運転検出を確実に行うことができる。

（７）また、本発明の単独運転検出装置は、前記制御部は、所定の振幅の前記能動信号（無効電力変動信号）を、前記推定された位相との位相差が無くなるように注入させることを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、制御部が、所定の振幅の能動信号（無効電力変動信号）を、系統の電圧変動から推定された位相との位相差が無くなるように注入させる。これにより、他の分散型電源装置が注入する能動信号（無効電力変動信号）との相互干渉が生じることを回避することができる。

（８）また、本発明の単独運転検出装置は、前記検出された連系点の常時電圧変動の変動幅が、最大の値を示す場合の前記位相を初期位相とすることを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、前記推定した他分散型電源装置の無効電力信号の位相θの初期値を基に、ある一定の大きさの能動信号（無効電力変動信号）を、位相を変化してスキャンするように注入して行く。そして、連系点の電圧変動の変動幅が最大になる位相が推定位相と近傍であると推定する。その後、所定の振幅の能動信号（無効電力変動信号）を、推定された位相（初期位相）との位相差が無くなるように注入する。これにより、他の分散型電源装置が注入する能動信号（無効電力変動信号）との相互干渉が生じることを回避することができる。

（９）また、本発明の単独運転検出装置は、前記制御部は、前記連系点の常時電圧変動の変動幅が、予め定められる複数の位相において、最大の値を示す場合の前記位相を前記初期位相とする。
このような単独運転検出装置であれば、前記推定した他分散型電源装置の能動信号（無効電力変動信号）の位相θの初期値を基に、ある一定の大きさの能動信号（無効電力変動信号）を、予め定めた複数の位相により、能動信号の位相を変化してスキャンするように注入して行く。そして、連系点の常時電圧変動の変動幅が最大になる位相が推定位相の近傍であると推定する。その後、所定の振幅の能動信号（無効電力変動信号）を、推定された位相（初期位相）との位相差が無くなるように注入させる。これにより、他の分散型電源装置が注入する能動信号（無効電力変動信号）との相互干渉が生じることを回避することができる。

（１０）また、本発明の単独運転検出装置は、前記制御部は、前記初期位相の前記推定位相に対する偏差が、予め定められる所定の範囲内にあることを判定することを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、長時間経過後、他分散型電源装置から注入される能動信号（無効電力変動信号）の位相がずれる等により、常時電圧変動の変動幅が当初の値から減少する場合が考えられる。この対策として、現在の他分散型電源装置から注入される能動信号（無効電力変動信号）の位相（初期位相）と、前回推定した推定位相との偏差が所定の範囲内であるか否かを検出する。
これにより、他分散型電源装置から注入される能動信号（無効電力変動信号）の位相と、自分散型電源装置が注入する能動信号（無効電力変動信号）との位相差を少なくすることができる。

(１１)また、本発明の単独運転検出装置は、前記制御部は、前記初期位相の前記推定位相に対する偏差が、予め定められる所定の範囲にないと判定された場合、前記偏差が小さくなるように、前記初期位相の値を補正する。
このような単独運転検出装置であれば、長時間経過後、位相がずれる等により、常時電圧変動の変動幅が当初の値から減少する場合が考えられる。この対策として、制御部は、現在の推定の位相と、初期位相との偏差が所定の範囲内でない場合は、初期位相の推定手順を再度行い、偏差を補正する。
これにより、他分散型電源装置から注入される能動信号（無効電力変動信号）の位相と、自分散型電源装置が注入する能動信号（無効電力変動信号）との位相差を少なくすることができる。

（１２）また、前記制御部は、前記常時電圧変動の変動幅が、予め定められた基準比率より低下した場合は、前記初期位相の設定を再び行わせることを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、長時間経過後、位相がずれる等により、常時電圧変動の変動幅が当初の値から減少する場合が考えられる。この対策として、制御部は、当初の変動幅から一定の値の低下（例えば７０％以下）となった場合は、再度、初期位相の推定手順を行う再度行う。
これにより、他分散型電源装置から注入される能動信号（無効電力変動信号）の位相と、自分散型電源装置が注入する能動信号（無効電力変動信号）との位相差を少なくすることができる。

（１３）また、前記制御部は、注入する無効電力変動量により、前記常時電圧変動の変動幅が予め定められた閾値より大きくなる場合には、前記検出した能動信号の振幅より、前記生成する能動信号の振幅を小さくするように制御する。
このような単独運転検出装置であれば、自分散型電源装置が注入する無効電力変動量により常時の電圧変動が大きくなり、電力品質の低下が懸念される場合がある。これを回避するために、検出した能動信号（無効電力変動信号）の振幅より、生成する能動信号（無効電力変動信号）の振幅を小さくするように制御する。
これにより、系統連系時の常時電圧変動が大きくなりすぎ、系統に悪影響（例えば、フリッカーが生じる等）を与えることを回避することができる。

(１４)また、本発明の単独運転検出装置は、前記制御部は、前記単独運転状態に移行して、予め定められた基準値以上の周波数偏差が検出された場合、前記生成する能動信号の振幅を大きくするように制御することを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、常時は、他分散型電源装置の能動信号をマスター信号（やや強めの信号）、自分散型電源装置はスレーブ信号（弱めの信号）とする。そして、単独運転に移行した結果、周波数偏差が微少ながら発生した場合、例えば|Δf |≧０．０５［Ｈｚ］となったときに、自分散型電源装置の能動信号を増大する。
これにより、系統連系時の常時電圧変動を抑えることができる。また、単独運転の発生時には、これを確実に検知できるようになる。

（１５）また、本発明の単独運転検出装置は、前記常時電圧変動の大きさが、予め定められる第１基準レベルに満たないと判定された場合、他の分散型電源装置が起動していないと判定し、予め定められた一定の振幅値の能動信号（無効電力変動信号）を注入することを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、検出した常時電圧変動の大きさが、第１基準レベルよりも小さい場合、他の分散型電源装置が起動していないと判定し、予め定められた一定の振幅値の能動信号（無効電力変動信号）を注入する。
これにより、系統連系点で他分散型電源装置からの能動信号（無効電力変動信号）の注入が行われていないことを判定して、自分散型電源装置から系統に能動信号（無効電力変動信号）を注入することができる。

(１６)本発明の単独運転検出装置は、前記検出部は、起動時に前記連系点の電圧を検出し、予め定められる所定の周期の範囲に含まれる、ある周期の電圧変動情報を抽出することを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、起動時に連系点の電圧（連系点電圧）を検出し、ある周期の電圧変動情報を抽出する。この電圧変動情報の抽出には、例えば、バンドパスフィルタやＦＦＴ、ＤＦＴ等を使用する。
これにより、連系点電圧から、予め定められる所定の範囲に含まれる周期の電圧変動情報を抽出することができる。

（１７）また、本発明の単独運転検出装置は、前記制御部は、前記電圧変動情報に基づいて前記電圧変動の大きさが前記第１基準レベル以上であると判定された場合、当該電圧変動に同期するように無効電力を変動させる能動信号を前記系統に注入することを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、検出された電圧変動の大きさが第１基準レベル以上であると判定された場合に、当該電圧変動に同期するように能動信号（無効電力変動信号）を注入する。
これにより、検出された電圧変動の大きさが第１基準レベル以上である場合に、この単の電圧変動に同期して能動信号（無効電力変動信号）を注入することができる。

（１８）また、本発明の単独運転検出装置は、前記制御部は、前記能動信号を注入する際に、前記注入する能動信号の位相を保持した上で、前記注入する能動信号の振幅を徐々に増加させ、前記常時電圧変動の大きさが前記第１基準レベルよりも高い第２基準レベル（電力品質上許されるレベル）以下となる範囲で、一定振幅に固定する。
このような単独運転検出装置であれば、能動信号（無効電力変動信号）の注入にあたっては、能動信号（無効電力変動信号）の振幅を徐々に増加させ、連系点における電圧変動レベルが電力品質上許されるあるレベル（レベル２）以下になる範囲で、一定振幅に固定する。
これにより連系点電圧の常時電圧変動を、電力品質上許されるあるレベルに抑えることができる。

（１９）また、本発明の単独運転検出装置は、前記注入する能動信号の振幅が前記一定振幅に固定された状態で、前記常時電圧変動の大きさが前記第２基準レベルよりも高い第３基準レベルを超えたことが検出された場合、前記単独運転状態であると判定することを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、能動信号（無効電力変動信号）の振幅が固定された状態で、電圧変動レベルがあるレベル（第３基準レベル）を超えれば単独運転を検出する。
これにより、系統に注入された能動信号（無効電力変動信号）の振幅の変化を検出して、単独運転の発生を容易に検出することができる。

（２０）また、本発明の単独運転検出装置は、前記常時電圧変動の大きさが前記第２基準レベルよりも高い第３基準レベルを超えたことが検出された場合、前記能動信号の振幅を増加させ、前記第３基準レベルよりも高い第４基準レベルを超えたことが検出された場合、前記単独運転状態であると判定することを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、能動信号（無効電力変動信号）の振幅が固定された状態で、電圧変動レベルがあるレベル（第３基準レベル）を超えれば単独運転を検出し、能動信号（無効電力変動信号）の振幅を増加させ、さらにあるレベル（第４基準レベル）を超えれば単独運転を検出する。
これにより、単独運転が発生したことを、より確実に検知できる。

（２１）また、本発明の単独運転検出装置は、前記起動時の能動信号を注入する前に、既に当該周期の常時電圧変動の大きさが前記第２基準レベル以上であれば、前記能動信号は注入しないことを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、起動時の能動信号の注入前に既に当該周期の電圧変動レベルが第２基準レベル以上であれば、能動信号は注入しない。
これにより、連系点電圧の常時電圧変動を、電力品質上許されるあるレベルに抑えることができる。

（２２）また、本発明の単独運転検出装置は、前記常時電圧変動の大きさが、前記第２基準レベルを下回った場合、前記能動信号の注入を開始することを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、起動時の能動信号を注入する前に既に当該周期の電圧変動レベルが第２基準レベル以上であれば、能動信号は注入しない。ただし、絶えず電圧変動レベルを監視し、第２基準レベルを下回ったときに、能動信号（無効電力変動信号）の注入を開始する。
これにより、連系点電圧の常時電圧変動を、電力品質上許されるあるレベルに抑えることができる。

（２３）また、本発明の単独運転検出装置は、前記能動信号を、振幅を固定して注入している状態で、前記電圧変動の大きさが前記第２基準レベルを上回った場合、徐々に前記能動信号の振幅を減少させて、前記常時電圧変動の大きさが前記第２基準レベル以下となるようにすることを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、能動信号を注入し振幅を固定している段階で、電圧変動レベルが第２基準レベルを上回ったときは、徐々に能動信号（無効電力変動信号）の振幅を低下させ、電圧変動レベルが第２基準レベル以下となるようにする。なお、能動信号の振幅を徐々に低下させるのは、実際の単独運転時に能動信号（無効電力変動信号）の振幅を急に低下さてしまうと、単独運転を検出しないケースが考えられるためである。
これにより、連系点電圧の常時電圧変動を、電力品質上許されるあるレベルに抑えることができる。

(２４)また、本発明の単独運転検出装置は、前記第１基準レベルが、他の単独運転検出装置による能動信号の有無を判定する値であり、前記第２基準レベルが、電力品質を保証する上で許容される最大の値であり、前記第３基準レベルが、前記単独運転を検出する第１段階を示す値であり、前記第４基準レベルが、前記単独運転を検出する第２段階を示す値であり、前記第１基準レベル、前記第２基準レベル、前記第３基準レベル、前記第４基準レベルの順に高い値が設定されることを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、他の単独運転検出装置による能動信号（無効電力変動信号）の有無を判定する第１基準レベルと、電力品質を保証する上で許容される最大の値である第２基準レベルと、単独運転を検出する第１段階を示す第３基準レベルと、独運転を検出する第２段階を示す第４基準レベルを用いる（第１基準レベル＜第２基準レベル＜第３基準レベル＜第４基準レベル）。
これにより、連系点電圧の常時電圧変動を電力品質上許されるあるレベルに抑えながら、能動信号（無効電力変動信号）の検出と注入、および単独運転検出を行うことができる。

（２５）また、本発明の単独運転検出装置は、前記分散型電源装置の変動周期の期待値を予め定め、前記期待値と、前記推定された周期との偏差を判定する周期判定部と、前記周期の偏差の判定結果に基づいて、判定結果を出力する出力部と、を備えることを特徴とする。
このような単独運転検出装置であれば、例えば、事前に電力会社側に他分散型電源装置の変動周期を提供してもらい、自分散型電源装置で推定した周期とズレが無いことを確認する。
これにより、推定した周期が正確であることを確認することができ、能動信号（無効電力変動信号）の検出が正確に行われているか否かを検証することができる。

（２６）また、本発明の単独運転検出装置は、前記出力部は、前記推定された周期が、前記期待値に対して所望の範囲にないと判定された場合に、異常状態を表示する。
これにより、能動信号（無効電力変動信号）の検出が正確に行われていない場合には、これを告知することができる。

(２７)また、本発明の分散型電源装置は、上記のいずれかに記載の単独運転検出装置を備えることを特徴とする。
これにより、複数の分散型電源装置から注入される能動信号（無効電力変動信号）により相互干渉が発生することを回避することができる。

（２８）また、本発明の系統連系システムは、上記に記載の分散型電源装置の複数が前記系統に連系されることを特徴とする。
これにより、各分散型電源装置から注入される能動信号（無効電力変動信号）による相互干渉を回避できる。

（２９）また、本発明の単独運転検出方法は、分散型電源装置の系統連系に用いられる単独運転検出方法であって、前記分散型電源装置を系統に連系させる連系点の電圧に基づいて電圧情報を検出するステップと、前記電圧情報に基づいて、無効電力変動による前記連系点の周波数と電圧のいずれか１つ以上の変化を判定し、前記分散型電源装置が単独運転状態にあることを検出するステップと、を備えることを特徴とする。

（３０）また、本発明の系統連系制御方法は、分散型電源装置の系統連系に用いられる系統連系制御方法であって、前記分散型電源装置を系統に連系させる連系点の電圧に基づいて電圧情報を検出するステップと、前記検出された電圧情報に基づいて常時電圧変動を検出するステップと、前記検出された常時電圧変動に基づいて無効電力変動信号の周期と位相を推定するステップと、前記推定された位相と周期に基づいて、前記検出された無効電力変動信号と同期するように、前記系統に供給する無効電力変動信号を能動信号として生成するステップと、を備えることを特徴とする。

本発明の単独運転検出装置によれば、系統に連系された他の分散型電源装置から注入される能動信号（無効電力変動信号）を常時系統電圧変動として捉え、これに同期した能動信号を出力するようにしたので、これにより、電力系統に連系する各分散型電源装置の能動信号（無効電力変動信号）の変動周期が既知でない場合においても、各分散型電源装置から出力される能動信号を同期させて相互干渉を回避できると共に、分散型電源装置における単独運転の発生を検出することができる。

本発明の実施形態における単独運転検出装置が用いられる系統連系システムの概略構成図である。 本実施形態における単独運転検出装置の第１の動作例（基本動作例）について説明するための図である。 本実施形態における単独運転検出装置の第２の動作例について説明するための図である。 本実施形態における単独運転検出装置の第１の構成例を示す図である。 本実施形態における単独運転検出装置の第２の構成例を示す図である。 本実施形態における単独運転検出装置の第３の構成例を示す図である。 本実施形態における単独運転判定部１４における単独運転判定処理のロジックを示す図である。 能動信号（無効電力変動信号）の波形例を示す図である。 分散型電源装置となる２つの同期発電機が高圧配電系統に連系する例を示す図である。

図１は、本発明の実施形態の単独運転検出装置が用いられる系統連系システムの概略構成図である。この図１に示す系統連系システムにおいて、符号ＰＳは系統電源、符号ＵＷは超高圧送電線、符号ＳＴは配電用変圧器、符号ＣＢは遮断器、符号ＨＷは高圧配電線、符号ＨＬは高圧側負荷、符号ＴＲは柱上変圧器、符号ＬＷは低圧配電線、符号ＬＬは低圧側負荷、符号Ｇ１及びＧ２は分散型電源装置、符号ＰＣＳ１及びＰＣＳ２は単独運転検出装置を含むパワーコンディショナ、符号ＰＶ１及びＰＶ２は発電源（分散型発電源）である。

系統電源ＰＳは、例えば火力発電所や原子力発電所などの発電所に相当し、発電した電力を超高圧電力に昇圧して超高圧送電線ＵＷを介して配電用変圧器ＳＴの１次側に供給する。超高圧送電線ＵＷは、系統電源ＰＳと配電用変圧器ＳＴとを接続し、系統電源ＰＳから配電用変圧器ＳＴへ超高圧電力を送電するために用いられる送電線である。
配電用変圧器ＳＴは、超高圧送電線ＵＷを介して受電した超高圧電力を高圧電力（例えば６６００Ｖ）に変換して遮断器ＣＢ及び高圧配電線ＨＷを介して柱上変圧器ＴＲの１次側に供給する。遮断器ＣＢは、系統事故発生時などに高圧電力の供給（配電）を停止させるための開閉装置である。これら配電用変圧器ＳＴ及び遮断器ＣＢは、配電用変電所内に設置されているものである。高圧配電線ＨＷは、配電用変電所（配電用変圧器ＳＴ及び遮断器ＣＢ）と柱上変圧器ＴＲとを接続し、配電用変圧器ＳＴから柱上変圧器ＴＲへ高圧電力を配電するために用いられる配電線である。また、高圧側負荷ＨＬは、高圧配電線ＨＷに接続された全ての負荷である。

柱上変圧器ＴＲは、高圧配電線ＨＷを介して受電した高圧電力を一般電力需用家が利用可能な低圧電力（例えば１００Ｖまたは２００Ｖ）に変換して低圧配電線ＬＷを介して一般電力需用家の家屋（図示省略）に供給する。低圧配電線ＬＷは、柱上変圧器ＴＲと一般電力需用家の家屋とを接続し、柱上変圧器ＴＲから一般電力需用家の家屋へ低圧電力を配電するために用いられる配電線である。また、低圧側負荷ＬＬは、低圧配電線ＬＷに接続された全ての負荷である。

以上の系統電源ＰＳ、超高圧送電線ＵＷ、配電用変圧器ＳＴ、遮断器ＣＢ、高圧配電線ＨＷ、柱上変圧器ＴＲ及び低圧配電線ＬＷによって既存の電力系統（商用電力系統）が構成されており、このような電力系統に対して分散型の発電源ＰＶ１及びＰＶ２が各々に対となって設けられたパワーコンディショナＰＣＳ１及びＰＣＳ２を介して連系されている。

発電源ＰＶ１は、例えば一般電力需用家の家屋に設置された太陽電池であり、太陽光発電によって得られた直流電力をパワーコンディショナＰＣＳ１に供給する。発電源ＰＶ２は、例えば発電源ＰＶ１とは異なる一般電力需用家の家屋に設置された太陽電池であり、太陽光発電によって得られた直流電力をパワーコンディショナＰＣＳ２に供給する。なお、これら発電源ＰＶ１及びＰＶ２は太陽電池に限らず、燃料電池などの他の発電源であっても良い。

パワーコンディショナＰＣＳ１は、発電源ＰＶ１に対となって一般電力需用家の家屋に設置されていると共に、低圧配電線ＬＷ上の連系点Ｘ１において既存の電力系統と連系（接続）されている。詳細は後述するが、このパワーコンディショナＰＣＳ１は内部にインバータを備えており、実際にはこのインバータを介して発電源ＰＶ１は系統連系されている。つまり、発電源ＰＶ１によって発電された直流電力は、パワーコンディショナＰＣＳ１内のインバータによって交流電力に変換されて電力系統側（低圧配電線ＬＷ）に送電（逆潮流）可能となっている。

パワーコンディショナＰＣＳ２は、発電源ＰＶ２に対となって一般電力需用家の家屋に設置されていると共に、低圧配電線ＬＷ上の連系点Ｘ２において既存の電力系統と連系（接続）されている。このパワーコンディショナＰＣＳ２も同様に内部にインバータを備えており、実際にはこのインバータを介して発電源ＰＶ２は系統連系されている。つまり、発電源ＰＶ２によって発電された直流電力は、パワーコンディショナＰＣＳ２内のインバータによって交流電力に変換されて電力系統側（低圧配電線ＬＷ）に送電（逆潮流）可能となっている。

図２は、本発明の実施形態の単独運転検出装置の第１の動作例（基本動作）について説明するための図である。この動作例は、図２（Ａ）に示すように、低圧配電線ＬＷに２つの分散型電源装置Ｇ１及びＧ２が連系されている例であり、分散型電源装置Ｇ１が、低圧配電線ＬＷに微小に変動する能動信号（無効電力変動信号）（以下、単に「能動信号」とも呼ぶ）を注入している例である。このため、低圧配電線ＬＷには、既に微小な常時電圧変動ΔＶを生じている。そして、分散型電源装置Ｇ１は、単独運転の発生時に、周波数偏差または電圧変動ΔＶが増大することを利用して単独運転を検出する。

この構成において、分散型電源装置Ｇ２は、既設の分散型電源装置Ｇ１から注入される無効電力変動信号による常時電圧変動ΔＶ（単に、電圧変動ΔＶとも呼ぶ）の位相と周期（例えば、数秒〜１０秒周期で変動）を推定する。具体的には、連系点Ｘ２の電圧Ｖ２を検出し、この連系点Ｘ２で生じている常時電圧変動である電圧変動ΔＶ２から能動信号の周期と位相を推定する。例えば、図２（Ｂ）は、横軸に時間を取り、連系点Ｘ２における電圧変動Ｖ２と、無効電力変動信号ΔＱとを並べて示したものである。図２（Ｂ）に示すように、分散型電源装置Ｇ１から注入される無効電力変動ΔＱにより、連系点Ｘ２に電圧変動ΔＶ２が生じるので、この電圧変動ΔＶ２を検出することにより、分散型電源装置Ｇ１から注入される無効電力変動ΔＱの位相と周期を推定することができる。そして、分散型電源装置Ｇ２が、分散型電源装置Ｇ１と同期する能動信号（無効電力変動信号）を系統に注入すれば、２つの分散型電源装置Ｇ１及びＧ２から注入される無効電力変動信号による相互干渉を防止することができる。

また、図２（Ｃ）は、無効電力変動ΔＱ（電圧変動ΔＶ２）の位相と周期の推定方法を示すフローチャートである。以下、図２（Ｃ）を参照して、この推定方法について説明する。推定手順として、まず連系点Ｘ２の電圧変動ΔＶを検出し電圧情報を生成する（ステップＳ１）。そして、連系点Ｘ２の電圧情報からフィルタ処理（例えば、ＤＦＴ（離散フーリエ変換：Discrete Fourier Transform））を行って（ステップＳ２）、電圧変動ΔＶ２の周期と位相を推定する（ステップＳ３）。次に、分散型電源装置Ｇ２からある一定の大きさの能動信号（無効電力変動信号）を、ステップＳ１で推定した位相を初期値としてスキャンするように注入して行く。そして、図２（Ｄ）に示すような、電圧変動ΔＶ２と、無効電力の注入位相θとの特性曲線を得る（ステップＳ５）。

それから、連系点Ｘ２の電圧変動の変動幅ΔＶ２が最大になる位相が推定位相と近傍であることを確認し、確認結果を必要に応じて補正する（例えば、事前に電力会社側に分散型電源装置Ｇ１の変動周期の情報の提供を受け、推定した周期とズレが無いことを確認するようにしてもよい）。上記ステップＳ１〜Ｓ５の手順を経て、分散型電源装置Ｇ２が同期注入すべき能動信号の位相と周期が決定される（ステップＳ６）。

なお、長時間経過後、分散型電源装置Ｇ１から注入される能動信号の位相がずれる等により、常時電圧変動の変動幅を示す電圧変動ΔＶ２が当初の値から減少する場合が考えられる。この対策として、当初の変動幅から一定量の低下（例えば７０％以下）が生じた場合は、再度、上記手順を行うようにする。

また、分散型電源装置Ｇ２が注入する無効電力変動量により常時の電圧変動ΔＶ２が大きくなり、電力品質の低下が懸念される場合がある。その防止策としては、分散型電源装置Ｇ１の能動信号をマスター信号（やや強めの信号）、分散型電源装置Ｇ２はスレーブ信号（弱めの信号）とする。そして、単独運転に移行した結果、単独運転移行時に発電出力と負荷の不平衡により、周波数変化Δｆが微少ながら発生した場合、例えば「|Δｆ|≧０．０５［Ｈｚ］」となったときに、分散型電源装置Ｇ２の信号を増大するようにすれば系統連系時の常時電圧変動を抑え、かつ、単独運転を確実に検出することができる。

また、図３は、本発明の実施形態の単独運転検出装置の第２の動作例について説明するための図である。図２に示した第１の動作例（基本動作例）では、他分散型電源装置Ｇ１が予め存在するものとして、分散型電源装置Ｇ２が、他分散型電源装置Ｇ１から注入される能動信号を検出する例について説明したが、本実施形態の単独運転検出装置は、これに限定されない。本実施形態の単独運転検出装置では、他の分散型電源装置からの能動信号（無効電力変動信号）の有無自体を判定し、他分散型電源装置からの能動信号がある場合には、この能動信号（無効電力変動信号）の周期と位相を推定することができる。

すなわち、図３（Ａ）に示す系統構成において、分散型電源装置Ｇ２が、起動時に連系点電圧Ｖ２を検出し、所定の範囲の周期（例えば、数秒〜１０秒程度）の電圧変動情報を抽出し、他分散型電源装置による能動信号の有無を判定する。なお、この電圧変動の抽出は、バンドパスフィルタやＦＦＴ(Fast Fourier Transformation)またはＤＦＴを用いて行われる。そして、他分散型電源装置Ｇ１からの能動信号があると判定した場合には、この能動信号（無効電力変動信号）の周期と位相を推定して、推定された周期と位相に同期した能動信号（無効電力変動信号）を系統に注入する。なお、他分散型電源装置Ｇ１から注入される能動信号の位相と周期の推定方法については、図２（Ｃ）のフローチャートに示した手順と同じである。

また、図３（Ｂ）は、電圧変動レベルによる無効電力変動信号の注入方法を示す図である。図３（Ｂ）においては、横軸に時間をとり、縦軸に連系点Ｘ２における電圧Ｖ２のレベルをとり、他分散型電源装置Ｇ１の能動信号による電圧変動Ｖａと、自分散型電源装置Ｇ２から連系点Ｘ２に無効電力変動信号を加えたときの電圧変動Ｖｂとを示している。また、図３（Ｂ）において、電圧変動Ｖ２のレベル１（第１基準レベル）は他分散型電源装置による信号の有無を判断するレベルであり、レベル２（第２基準レベル）は電力品質上許容される最大電圧変動レベルであり、レベル３（第３基準レベル）は、後述する単独運転検出第１段のレベルであり、レベル４（第４基準レベル）は、単独運転検出第２段のレベルである（レベル１＜レベル２＜レベル３＜レベル４）。なお、レベル１、レベル２、レベル３及びレベル４は、予め定められる閾値である。

そして、分散型電源装置Ｇ２では、上記電圧変動Ｖａがあるレベル（レベル１）に満たなければ、他の無効電力変動方式の電源が起動していないと判断し、自ら一定の大きさの能動信号（無効電力変動信号）を注入する。上記電圧変動Ｖａがあるレベル（レベル１）以上であれば、当該電圧変動Ｖａに同期するように能動信号（無効電力変動信号）を注入する。この無効電力変動信号の注入にあたっては、能動信号の振幅を徐々に増加させ、連系点における電圧変動レベルＶｂが電力品質上許されるあるレベル（レベル２）以下になる範囲で、一定振幅に固定する。能動信号の位相の推定については、図２に示す例と同様である。

そして、能動信号の振幅が固定された状態で、電圧変動レベルＶｂがあるレベル（レベル３）を超えれば単独運転を検出する。または、あるレベル（レベル３）を超えれば能動信号の振幅を増加させ、さらに電圧変動レベルＶｂがあるレベル（レベル４）を超えれば単独運転を検出する。また、起動時の無効電力変動信号の注入前に既に当該周期の電圧変動レベルＶａがレベル２以上であれば、無効電力変動信号は注入しない。ただし、絶えず無効電力変動信号の変動レベルＶｂを監視し、変動レベルＶｂがレベル２を下回ったときに、変動信号の注入を開始する。

また、変動信号を注入し振幅を固定している段階で、電圧変動レベルＶｂがレベル２を上回ったときは、徐々に能動信号の振幅を低下させ、電圧変動レベルＶｂがレベル２以下となるようにする。このように、無効電力変動信号のレベルを徐々に低下させるのは、実際の単独運転時に能動信号の振幅を急に低下さてしまうと、単独運転を検出しないケースが考えられるためである。

また、図４は、本発明の実施形態の単独運転検出装置の第１の構成例を示す図である。この第１の構成例は、図２に示した分散型電源装置Ｇ２の第１の動作例（基本動作）を実現するための構成例であり、分散型電源装置Ｇ２ａ内の単独運転検出装置１１とインバータからなるパワーコンディショナＰＣＳ２の内部構成を示した図である。
図４に示すように、パワーコンディショナＰＣＳ２は、連系スイッチ１、インバータ３、及び単独運転検出装置１１（電圧計２を含む）を備えている。なお、他分散型電源装置Ｇ１は、無効電力変動信号を能動信号として注入して検出する分散型電源装置であればよく、その構成方法に制限はない。例えば、分散型電源装置Ｇ２ａと同様な構成のものでもよい（後述する図５及び図６においても同様）。

連系スイッチ１は、単独運転判定部１４から入力される解列信号に応じて、インバータ３と電力系統（低圧配電線ＬＷ）との連系（接続）を解列するスイッチである。ここで、「解列」とは、インバータ３と電力系統（低圧配電線ＬＷ）との電気的な接続を切断することを指す。電圧計２は、低圧配電線ＬＷの連系点Ｘ２における電圧Ｖ２を検出し、電圧変動検出部１２に連系点電圧Ｖ（ｔ）として出力する。

単独運転検出装置１１は、連系点電圧Ｖ（ｔ）を基に、他分散型電源装置Ｇ１から注入された能動信号による電圧変動ΔＶ２の位相及び周期を推定し、自分散型電源装置Ｇ２から電力系統側へ注入すべき能動信号の位相及び振幅を決定するものであり、電圧変動検出部１２、単独運転判定部１４、位相・周期推定部１５、能動信号生成部１７、無効電力注入制御部１８、及び周波数偏差検出部２２を有している。

この電圧変動検出部１２は、電圧計２から入力される連系点電圧Ｖ（ｔ）を基に、連系点電圧Ｖ（ｔ）に含まれる電圧変動ΔＶ２を検出する。この電圧変動ΔＶ２は、分散型電源装置Ｇ１から注入される無効電力変動ΔＱにより発生する電圧変動であり、例えば、周期が数秒〜１０秒程度で緩やかに変動するものである。この電圧変動検出部１２は、連系点電圧Ｖ（ｔ）に含まれる電圧変動ΔＶ２の検出結果を単独運転判定部１４に出力する。なお、電圧変動検出部１２では、連系点電圧Ｖ（ｔ）に含まれる電圧変動ΔＶ２を検出する手段として、デジタル信号処理を行う場合には、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）やＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行うデジタルフィルタを用いたフィルタ部１３を備える。

位相・周期推定部１５では、電圧変動検出部１２により検出した電圧変動ΔＶ２を基に、この電圧変動ΔＶ２の電圧変動周期Ｔと位相θを推定する。この位相・周期推定部１５は、位相スキャン部１６を備える。位相スキャン部１６により、パワーコンディショナＰＣＳ２からある一定の大きさの能動信号（無効電力）を、電圧変動ΔＶ２から推定した位相θを初期値としてスキャンするように注入して行く。この位相θのスキャンにおいては、能動信号生成部１７に位相θと周期Ｔの指令信号を出力し、無効電力注入制御部１８及びインバータ３を通して、低圧配電線ＬＷに無効電力変動ΔＱを注入して行く。

そして、図２（Ｄ）に示すような、電圧変動ΔＶ２と、無効電力の注入位相θとの特性データを得ることにより、連系点Ｘ２の常時電圧変動量（電圧変動）ΔＶ２が最大になる位相θと周期Ｔを決定する。位相・周期推定部１５は、分散型電源装置Ｇ２ａが同期注入すべき能動信号の位相θと周期Ｔを決定して、この決定した位相θと周期Ｔの信号を能動信号生成部１７に出力する。
能動信号生成部１７は、位相・周期推定部１５から入力される位相θと周期Ｔの信号を基に、連系点Ｘ２に注入すべき能動信号（無効電力変動信号）の無効電力指令値（位相θｍ、周期Ｔｍ、及び振幅Ｖｍ）を決定し、この無効電力指令値の信号を無効電力注入制御部１８に出力する。

無効電力注入制御部１８は、能動信号生成部１７から入力される無効電力指令値（電力系統側へ注入すべき能動信号）の位相θｍ、周期Ｔｍ、及び能動振幅Ｖｍを基に、無効電力変動ΔＶ２に同期する能動信号が電力系統側へ注入されるようにインバータ３を制御するための制御信号、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してインバータ３に出力する。

具体的には、無効電力注入制御部１８は、無効電力指令値（位相θｍ、周期Ｔｍ、及び能動振幅Ｖｍ）に相当する無効電力変動信号がインバータ３から出力されるようにＰＷＭ信号を生成する。なお、この無効電力注入制御部１８は、ＰＷＭ信号の生成方式として正弦波・三角波比較方式を用い、正弦波の振幅及び周波数を変化させることで所望のＰＷＭ信号を生成する。
インバータ３は、発電源ＰＶ２から供給された直流電力を上記ＰＷＭ信号に基づいて、内部のスイッチング素子（ＩＧＢＴ等のブリッジ回路内のスイッチング素子）をスイッチングすることにより交流電力に変換して電力系統（低圧配電線ＬＷ）に出力する。つまり、このインバータ３の出力電圧には有効電力に対して、能動信号（無効電力）となる無効電力が重畳することになる。
周波数偏差検出部２２は、電圧計２から出力される電圧検出信号Ｖ（ｔ）から、周波数偏差Δｆを検出し単独運転判定部１４に出力する。

単独運転判定部１４は、電圧変動検出部１２から入力される連系点電圧Ｖ（ｔ）に含まれる電圧変動ΔＶの検出結果、及び周波数偏差検出部２２から出力される周波数偏差Δｆの検出結果により、インバータ３の単独運転が発生したか否かを判定し、単独運転が発生したと判定した場合に連系スイッチ１をオフにする（解列する）ための解列信号を連系スイッチ１に出力する。この単独運転検出においては、単独運転時に、遮断器ＣＢが開放され、高圧側のインピーダンス変動により、連系点Ｘ２（低圧配電線ＬＷ）の電圧変動ΔＶが増大すること、あるいは連系点Ｘ２において周波数偏差が発生ることを利用して検出する。

図７は、この単独運転判定部１４における単独運転判定処理の判定論理を示す図である。この図７において、ΔＶｋは連系点電圧Ｖ（ｔ）に含まれる常時電圧変動量（電圧変動ΔＶ２）であり、例えば下記（１）式で表される。なお、下記（１）式において、ΔＶ_ｂａｓｅは過去１００サイクルの電圧変動ΔＶ２の平均値であり、ΔＶ_ｎｏｗは現在の電圧変動ΔＶ２であり、Ｖ１ｂａｓｅは基本波標準電圧（１００Ｖまたは２００Ｖ）である。このΔＶｋの絶対値｜ΔＶｋ｜が閾値ΔＶｋｔｈ以上となった場合、ＯＲ回路３０に理論値「１」を出力する。

また、図７において、Δｆｋは連系点の周波数偏差であり、下記（２）式で示すように、現在の周波数ｆ＿ｎｏｗと基準周波数ｆ＿ｂａｓｅの差で表される。このΔｆｋの絶対値｜Δｆｋ｜が閾値Δｆｋｔｈ以上（例えば、Δｆｋｔｈ＝０．２Ｈｚ）となった場合、ＯＲ回路３０に理論値「１」を出力する。

この図７に示すように、単独運転判定処理では、ΔＶｋ≧ΔＶｋｔｈ、｜Δｆｋ｜≧Δｆｋｔｈの２つの条件の内、少なくとも１つが成立した場合にＯＲ回路３０から論理「１」がタイマ３１に出力され、タイマ３１はその出力状態「１」が予め定められる規定時間継続した場合に、インバータ３の単独運転が発生したとの判定結果を出力する。単独運転判定部１４は、上記のような単独運転判定処理を用いてインバータ３の単独運転発生を判定すると、連系スイッチ１をオフにする（解列する）ための解列信号を連系スイッチ１に出力する。これにより、インバータ３は電力系統から切断されるため、インバータ３の単独運転による電力系統の逆充電を防止し、安全性を確保することができる。なお、タイマ３１は信号ΔＶｋとΔｆｋのそれぞれに対して個別に設けるようにしてもよい。

なお、図４では、図面の見易さと説明の簡略化のために、１つの柱上変圧器ＴＲに対して２つの分散型電源装置Ｇ１及びＧ２ａが系統連系されている構成を例示したが、１つの柱上変圧器ＴＲに対して多数の分散型電源装置が並列に系統連系されていることもある。また、柱上変圧器ＴＲも高圧配電線ＨＷに複数接続されており、各々の柱上変圧器ＴＲの低圧配電線ＬＷに多数の分散型電源装置が並列に系統連系されている。このように、１つの柱上変圧器ＴＲに対して多数の分散型電源装置が並列に系統連系されている場合は、最初に、系統に能動信号（無効電力変動信号）を注入した分散型電源装置による電圧変動を他の分散型電源装置が検出し、この電圧変動と同期した能動信号が他の分散型電源装置から注入されることになる。

また、図５は、本発明の実施形態の単独運転検出装置の第２の構成例を示す図である。図５に示す分散型電源装置Ｇ２ｂは、図４に示す分散型電源装置Ｇ２ａと比較して、単独運転検出装置１１内に、周期判定部１９と、判定結果出力部２０とを新たに追加した点だけが異なる。他の構成は図４に示す分散型電源装置Ｇ２ａと同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

周期判定部１９は、位相・周期推定部１６おいて推定した連系点Ｘ２の常時電圧変動量（電圧変動）ΔＶ２の周期Ｔが、所定の基準周期Ｔｒｅｆと一致する否かを判定する。この基準周期Ｔｒｅｆは、事前に電力会社側に分散型電源装置Ｇ１の変動周期として情報を提供してもらうようにしてもよい。また、判定結果出力部２０は、周期判定部１９において、推定した周期が基準周期Ｔｒｅｆと一致しないと判定された場合に、異常を知らせる信号（エラー信号）を出力する。これにより、推定した周期Ｔが正確であることを判定することができ、無効電力変動信号の検出が正確に行われているか否かを検証することができる。

また、図６は、本発明の実施形態の単独運転検出装置の第３の構成例を示す図である。図６に示す分散型電源装置Ｇ２ｃは、図５に示す分散型電源装置Ｇ２ｂと比較して、単独運転検出装置１１内に、レベル制御部２１を新たに追加した点と、周波数偏差検出部２２で検出した周波数偏差Δｆの信号が単独運転判定部１４と、レベル制御部２１と、能動信号生成部１７に出力される点だけが異なる。他の構成は図５に示す分散型電源装置Ｇ２ｂと同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

レベル制御部２１は、図３に示した分散型電源装置Ｇ２の動作（能動信号のレベル制御動作）を実現するための処理を行う。
前述したように、分散型電源装置Ｇ２ｃが注入する無効電力変動量により常時の電圧変動ΔＶ２が大きくなり、電力品質の低下が懸念される場合がある。その防止策としては、分散型電源装置Ｇ１の能動信号をマスター信号（やや強めの信号）、分散型電源装置Ｇ２ｃはスレーブ信号（弱めの信号）とすると好ましい。
また、単独運転に移行した結果、単独運転の発生の前後における連系点の周波数偏差Δfが微少ながら発生した場合、例えば「|Δｆ|≧０．０５［Ｈｚ］」となったときに、これを周波数偏差検出部２２により検出して能動信号生成部１７（またはレベル制御部２１）に通知し、分散型電源装置Ｇ２ｃから注入する能動信号を増大するようにすれば系統連系時の常時電圧変動を抑え、かつ、単独運転を確実に検出することができる。

以下、レベル制御部２１における動作について説明する。図６において、電圧変動検出部１２により検出された連系点Ｘ２の電圧変動ΔＶ２の信号は、レベル制御部２１に入力される。レベル制御部２１では、この電圧変動ΔＶ２を基に、他分散型電源装置からの注入された能動信号（無効電力変動信号）があるか否かを判定する。この注入有無の判定では、図の左側の電圧Ｖ２の電圧変動（電圧変動ΔＶ２）の波形図に示すように、電圧変動ΔＶ２のピーク値が、レベル１（例えば、０．１Ｖ（１００Ｖ系））を超えている場合に他分散型電源装置による信号（無効電力変動信号）があると判定する。

そして、レベル制御部２１では、上記電圧変動ΔＶ２がレベル１（第１基準レベル）に満たなければ、他の無効電力変動方式の電源が起動していないと判断し、自ら一定の大きさの能動信号（無効電力変動信号）を注入するように、能動信号生成部１７に、位相θｋ、周期Ｔｋ、および振幅Ｖｋを出力する。能動信号生成部１７は、レベル制御部２１から入力された位相θｋ、周期Ｔｋ、および振幅Ｖの信号を基に、連系点Ｘ２の無効電力変動に注入すべき能動信号（無効電力信号）の無効電力指令値指令値（位相θｍ、周期Ｔｍ、及び振幅Ｖｍ）を決定し、無効電力注入制御部１８に出力する。

無効電力注入制御部１８は、能動信号生成部１７から入力される無効電力指令値（位相θｍ、周期Ｔｍ、及び能動振幅Ｖｍ）を基に、無効電力変動信号が電力系統側へ注入されるようにインバータ３を制御するための制御信号、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してインバータ３に出力する。

一方、レベル制御部２１は、電圧変動ΔＶ２がレベル１（第１基準レベル）以上であると判定した場合は、他分散型電源装置からの能動信号の注入があるものとして、能動信号生成部１７に対して、位相・周期推定部１５から出力される位相θ及び周期Ｔに同期するように指示する。この無効電力変動信号の注入にあたっては、能動信号生成部１７は、能動信号の振幅を徐々に増加させ、連系点における電圧変動レベルが電力品質上許されるあるレベル２（第２基準レベル、例えば、１００Ｖ系で１Ｖ）以下になる範囲で、一定振幅に固定する。

そして、単独運転判定部１４は、能動信号の振幅が固定された状態で、電圧変動レベルΔＶ２がレベル３（第３基準レベル）を超えれば単独運転を検出する。または、レベル３を超えれば、能動信号決定部１７（またはレベル制御部２１を介して能動信号生成部１７）に対して能動信号の振幅を増加させるように指示し、さらにあるレベル４（第４基準レベル）を超えれば単独運転を検出する。

なお、レベル制御部２１は、起動時の無効電力変動信号の注入前に既に当該周期の電圧変動レベルがレベル２以上であれば、無効電力変動信号は注入しないように、能動信号生成部１７に指示する。ただし、絶えず無効電力変動信号の変動レベル（電圧変動ΔＶ２）を監視し、レベル２を下回ったときに、変動信号の注入を開始するように指示する。

また、レベル制御部２１は、変動信号を注入し振幅を固定している段階で、電圧変動レベルがレベル２を上回ったときは、徐々に能動信号の振幅を低下させ、電圧変動レベルがレベル２以下となるように、能動信号生成部１７に指示する。このように、無効電力変動信号のレベルを徐々に低下させるのは、実際の単独運転時に能動信号の振幅を急に低下さてしまうと、単独運転を検出しないケースが考えられるためである。
このように、レベル制御部２１では、系統に注入する能動信号のレベルを、他分散型電源装置から注入される能動信号のレベルに応じて、適切に制御するものである。

また、周波数偏差検出部２２は、電圧計２から出力される電圧検出信号Ｖ（ｔ）から、周波数変化を検出する。そして、単独運転に移行した結果、単独運転の前後の周波数に所定の基準値以上の偏差が発生した場合（例えば、周波数偏差Δｆが|Δf｜≧０．０５［Ｈｚ］の場合）、この周波数変化の検出結果の信号を単独運転判定部１４、レベル制御部２１及び能動信号生成部１７に向けて出力する。レベル制御部２１及び能動信号生成部１７では、周波数偏差検出部２２からの信号を入力すると、能動信号の振幅を増大するように、無効電力指令値（電力系統側へ注入すべき能動信号の振幅の指令値）の能動振幅Ｖｍを増大させる。
これにより、例えば、常時は、他分散型電源装置の能動信号をマスター信号（やや強めの信号）、自分散型電源装置はスレーブ信号（弱めの信号）とする。そして、単独運転に移行したときに、自分散型電源装置の能動信号の振幅を増大するようにできる。

また、図４、図５、及び図６に示す例では、分散型電源装置がインバータを用いて低圧の配電系統に連系する例について説明したが、本発明は、高圧の配電系統に接続される分散型発電機にも適用可能である。例えば、同期発電機が自動電圧調整器（ＡＶＲ）に能動信号を印加して系統連系時に無効電力変動を発生する場合にも本発明の適用が可能である。
図９は、分散型電源装置となる２つの同期発電機ＳＧ１及びＳＧ２が高圧配電系統に連系する例を示す図である。同期発電機ＳＧ１、ＳＧ２のそれぞれは、界磁電圧を調整するための自動電圧調整器ＡＶＲ１，ＡＶＲ２を有している。また、高圧配電線ＨＷには、高圧側負荷ＨＬ１，ＨＬ２がそれぞれ接続されている。

図９に示す系統構成において、同期発電機ＳＧ１が本発明の方式を採用した発電機であり、同期発電機ＳＧ２は他発電機（無効電力変動方式の同期発電機）である。この同期発電機ＳＧ１には、同期発電機ＳＧ１と高圧配電線ＨＷの連系点の電圧を検出し、自動電圧調整器ＡＶＲ１を制御するための単独運転検出装置１１が設けられている。
図９に示す単独運転検出装置１１においては、同期発電機ＳＧ１の起動時に連系点電圧Ｖ（ｔ）を検出し、所定の範囲の周期（例えば、数秒〜１０秒程度）の電圧変動情報を抽出し、他の同期発電機ＳＧ２による能動信号（無効電力変動信号）の注入の有無を判定する。そして、同期発電機ＳＧ２から注入された能動信号があると判定した場合は、この能動信号の周期と位相を推定して、推定された周期と位相に同期した能動信号を系統に注入する。この能動信号の注入は、自動電圧調整器ＡＶＲ１により界磁電圧を制御することにより行われる。すなわち、同期発電機の場合は、界磁電流を減少させると進み力率になり、界磁電流を増加させると遅れ力率になるので、自動電圧調整器ＡＶＲ１により界磁電圧を変化させることにより所望の能動信号（無効電力変動信号）を配電系統に注入することができる。

この制御部単独運転検出装置１１の構成は、図６に示す単独運転検出装置１１と比較して、図６に示す無効電力注入制御部１８が、図９に示す無効電力変動制御部１８ａに変わった点だけが異なり、他の構成は図６に示す単独運転検出装置１１と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。無効電力変動制御部１８ａは、能動信号生成部１７から入力される無効電力指令値（位相θｍ、周期Ｔｍ、及び能動振幅Ｖｍ）を基に、同期発電機ＳＧ１から能動信号（無効電力変動信号）が高圧系統側へ注入されるように、自動電圧調整器ＡＶＲ１を制御する。その他の動作については、図６に示す単独運転検出装置の場合と同様である。

なお、図４、図５、図６及び図９に示す単独運転検出装置１１は、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭを含むコンピュータシステムを有している。そして、上述した単独運転検出装置１１内の各部の処理に関する一連の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。

すなわち、単独運転検出装置１１内の電圧変動検出部１２、フィルタ部１３、単独運転判定部１４、位相・周期推定部１５、位相スキャン部１６、能動信号生成部１７、無効電力注入制御部１８、無効電力変動制御部１８ａ、周期判定部１９、判定結果出力部２０、レベル制御部２１、及び周波数偏差検出部２２における、各処理の全部または一部は、ＣＰＵ等の中央演算処理装置がＲＯＭやＲＡＭ等の主記憶装置に上記プログラムを読み出して、情報の加工、演算処理を実行することにより、実現されるものである。

ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

また、上述した実施の形態では、系統に注入する能動信号（無効電力変動信号）が正弦波状に変化する信号の場合の例について説明したが、能動信号は、図８に示すように、正弦波に変化する他に、三角波状に変化してもよい。さらには、台形波や矩形波状に変化してもよい。

なお、ここで本発明と実施の形態の対応関係について補足して説明しておく。本発明における分散型電源装置は、分散型電源装置Ｇ２、Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，Ｇ２ｃが対応する。また、本発明における系統連系システムは、例えば、図１に示すような、複数の分散型電源装置が低圧配電線に連系された系統連系システムが対応する。また、本発明における検出部は、電圧変動検出部１２と位相・周期推定部１５とが対応する。また、本発明における判定部は、単独運転判定部１４が主に対応し、この単独運転判定部１４と、この単独運転判定部１４に信号を供給する部分とが対応する。また、本発明における制御部は、単独運転検出装置１１（ただし、電圧計２を除く）が対応し、本発明における変換部は、インバータ３が相当する。

そして、上記実施形態において、分散型電源装置の系統連系に用いられる単独運転検出装置Ｇ２等は、系統の電圧に基づいて電圧情報を検出する検出部（電圧変動検出部１２及び位相・周期推定部１５）と、電圧情報に基づいて、無効電力変動による前記連系点の電圧変動の変化を判定し、インバータ３が単独運転状態にあることを検出する単独運転判定部１４と、を備える。
また、上記実施形態において、検出部は、検出された電圧に基づいて常時電圧変動ΔＶ２を検出する電圧変動検出部１２と、検出された常時電圧変動ΔＶ２に基づいて能動信号の周期と位相を推定する位相・周期推定部１５と、を備える。
また、上記実施形態において、検出された位相と周期に基づいて、該検出された電圧変動と同期するように、系統に供給する能動信号を生成させる単独運転検出装置１１と、単独運転検出装置１１からの指令に応じて生成する前記能動信号を供給するインバータ３と、を備える。

このように、本実施形態の単独運転検出装置では、外乱信号として使用される無効電力変動（単独運転検出装置の能動的方式としては、無効電力変動方式および無効電力補償方式）が系統電圧を変動させることに着目し、これを各分散型電源装置に設置した単独運転検出装置で系統電圧変動として検出し、この変動信号を同期信号として利用することで、従来技術において必要であった通信回線や受信装置を使用せずに外乱信号を同期することができる。さらに、本実施形態の単独運転検出装置によれば、他の分散型電源装置の外乱信号の変動周期が既知でなくても、他の分散型電源装置から注入される能動信号の変動周期と位相を検出し、これに同期する外乱信号を出力することにより、能動信号による相互干渉が生じないようにできる。
また、他の分散型電源装置から注入される能動信号の有無を系統電圧変動量から判定し、自ら出力すべき外乱信号のレベルを適切に調節することで、単独運転検出に必要な変動幅を確保すると同時に、常時系統電圧変動を抑制し、電力品質の低下を抑えることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本実施形態の単独運転検出装置、及び分散型電源装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

ＰＳ・・・系統電源、ＵＷ・・・超高圧送電線、ＳＴ・・・配電用変圧器、
ＣＢ・・・遮断器、ＨＷ・・・高圧配電線、ＨＬ，ＨＬ１，ＨＬ２・・・高圧側負荷、
ＴＲ・・・柱上変圧器、ＬＷ・・・低圧配電線、ＬＬ・・・低圧側負荷、
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，Ｇ２ｃ・・・分散型電源装置、
ＰＣＳ１，ＰＣＳ２・・・パワーコンディショナ、ＰＶ１，ＰＶ２・・・分散型発電源、
ＳＧ１，ＳＧ２・・・同期発電機、ＡＶＲ１，ＡＶＲ２・・・自動電圧調整器、
１・・・連系スイッチ、２・・・電圧計、３・・・インバータ、
１１・・・単独運転検出装置、１２・・・電圧変動検出部、１３・・・フィルタ部、
１４・・・単独運転判定部、１５・・・位相・周期推定部、１６・・・位相スキャン部、１７・・・能動信号生成部、１８・・・無効電力注入制御部、
１８ａ・・・無効電力変動制御部、１９・・・周期判定部、２０・・・判定結果出力部、２１・・・レベル制御部、２２・・・周波数偏差検出部

Claims (30)

1. 分散型電源装置の系統連系に用いられる単独運転検出装置であって、
   前記分散型電源装置を系統に連系させる連系点の電圧に基づいて電圧情報を検出する検出部と、
   前記電圧情報に基づいて、無効電力変動による前記連系点の周波数と電圧のいずれか１つ以上の変化を判定し、前記分散型電源装置が単独運転状態にあることを検出する判定部と、
   を備えることを特徴とする単独運転検出装置。
2. 前記検出部は、
   前記検出された電圧情報に基づいて常時電圧変動を検出する電圧変動検出部と、
   前記検出された常時電圧変動に基づいて、前記系統に無効電力を変動させる信号として供給する能動信号の周期と位相を推定する位相・周期推定部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の単独運転検出装置。
3. 前記電圧変動検出部は、
   前記系統に連系させる連系点における前記常時電圧変動を検出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の単独運転検出装置。
4. 前記位相・周期推定部は、
   前記連系点の電圧情報からフィルタ処理を行って前記検出された常時電圧変動の周期と位相を推定する
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の単独運転検出装置。
5. 前記推定された位相と周期に基づいて、前記検出された常時電圧変動と同期するように、前記系統に供給する能動信号を生成させる制御部と、
   前記制御部からの指令に応じて生成する前記能動信号を供給する変換部と、
   を備えることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の単独運転検出装置。
6. 前記制御部は、
   前記常時電圧変動の変動幅が所定の閾値より大きな値となるように、注入する前記能動信号の位相を調整する
   ことを特徴とする請求項５に記載の単独運転検出装置。
7. 前記制御部は、
   所定の振幅の前記能動信号を、前記推定された位相との位相差が無くなるように注入させる
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の単独運転検出装置。
8. 前記制御部は、
   前記検出された連系点の常時電圧変動の変動幅が、最大の値を示す場合の前記位相を初期位相とする
   ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の単独運転検出装置。
9. 前記制御部は、
   前記検出された連系点の常時電圧変動の変動幅が、予め定められる複数の位相において、最大の値を示す場合の前記位相を前記初期位相とする
   ことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれかに記載の単独運転検出装置。
10. 前記制御部は、
    前記初期位相の前記推定位相に対する偏差が、予め定められる所定の範囲内にあることを判定する
    ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の単独運転検出装置。
11. 前記制御部は、
    前記初期位相の前記推定位相に対する偏差が、予め定められる所定の範囲にないと判定された場合、前記偏差が小さくなるように、前記初期位相の値を補正する
    ことを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれかに記載の単独運転検出装置。
12. 前記制御部は、
    前記常時電圧変動の変動幅が、予め定められた基準比率より低下した場合は、前記初期位相の設定を再び行わせる
    ことを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれかに記載の単独運転検出装置。
13. 前記制御部は、
    注入する無効電力変動量により、前記常時電圧変動の変動幅が予め定められた閾値より大きくなる場合には、前記検出した能動信号の振幅より、前記生成する能動信号の振幅を小さくするように制御する
    ことを特徴とする請求項５から請求項１２のいずれかに記載の単独運転検出装置。
14. 前記制御部は、
    前記単独運転状態に移行して、予め定められた基準値以上の周波数偏差が検出された場合、前記生成する能動信号の振幅を大きくするように制御する
    ことを特徴とする請求項５から請求項１３のいずれかに記載の単独運転検出装置。
15. 前記常時電圧変動の大きさが、予め定められる第１基準レベルに満たないと判定された場合、他の分散型電源装置が起動していないと判定し、予め定められた一定の振幅値の能動信号を注入する
    ことを特徴とする請求項２から請求項１４のいずれかに記載の単独運転検出装置。
16. 前記検出部は、
    起動時に前記連系点の電圧を検出し、予め定められる所定の周期の範囲に含まれる、ある周期の電圧変動情報を抽出する
    ことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の単独運転検出装置。
17. 前記制御部は、
    前記電圧変動情報に基づいて前記電圧変動の大きさが前記第１基準レベル以上であると判定された場合、当該電圧変動に同期するように無効電力を変動させる能動信号を前記系統に注入する
    ことを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の単独運転検出装置。
18. 前記制御部は、
    前記能動信号を注入する際に、前記注入する能動信号の位相を保持した上で、前記注入する能動信号の振幅を徐々に増加させ、前記常時電圧変動の大きさが前記第１基準レベルよりも高い第２基準レベル以下となる範囲で、一定振幅に固定する
    ことを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれかに記載の単独運転検出装置。
19. 前記注入する能動信号の振幅が前記一定振幅に固定された状態で、
    前記常時電圧変動の大きさが前記第２基準レベルよりも高い第３基準レベルを超えたことが検出された場合、前記単独運転状態であると判定する
    ことを特徴とする請求項１８に記載の単独運転検出装置。
20. 前記常時電圧変動の大きさが前記第２基準レベルよりも高い第３基準レベルを超えたことが検出された場合、前記能動信号の振幅を増加させ、前記第３基準レベルよりも高い第４基準レベルを超えたことが検出された場合、前記単独運転状態であると判定する
    ことを特徴とする請求項１８に記載の単独運転検出装置。
21. 前記起動時の能動信号を注入する前に、既に当該周期の常時電圧変動の大きさが前記第２基準レベル以上であれば、前記能動信号は注入しない
    ことを特徴とする請求項１８から請求項２０のいずれかに記載の単独運転検出装置。
22. 前記常時電圧変動の大きさが、前記第２基準レベルを下回った場合、前記能動信号の注入を開始する
    ことを特徴とする請求項１８から請求項２０のいずれかに記載の単独運転検出装置。
23. 前記能動信号を、振幅を固定して注入している状態で、前記電圧変動の大きさが前記第２基準レベルを上回った場合、徐々に前記能動信号の振幅を減少させて、前記常時電圧変動の大きさが前記第２基準レベル以下となるようにする
    ことを特徴とする請求項１８から請求項２２のいずれかに記載の単独運転検出装置。
24. 前記第１基準レベルが、他の単独運転検出装置による能動信号の有無を判定する値であり、
    前記第２基準レベルが、電力品質を保証する上で許容される最大の値であり、
    前記第３基準レベルが、前記単独運転を検出する第１段階を示す値であり、
    前記第４基準レベルが、前記単独運転を検出する第２段階を示す値であり、
    前記第１基準レベル、前記第２基準レベル、前記第３基準レベル、前記第４基準レベルの順に高い値が設定される
    ことを特徴とする請求項２０から請求項２３のいずれかに記載の単独運転検出装置。
25. 前記制御部は、
    前記分散型電源装置の変動周期の期待値を予め定め、前記期待値と、前記推定された周期との偏差を判定する周期判定部と
    前記周期の偏差の判定結果に基づいて、判定結果を出力する判定結果出力部と、
    を備えることを特徴とする請求項５から請求項２４のいずれかに記載の単独運転検出装置。
26. 前記判定結果出力部は、
    前記推定された周期が、前記期待値に対して所望の範囲にないと判定された場合に、異常状態を表示する
    ことを特徴とする請求項２５に記載の単独運転検出装置。
27. 請求項１から請求項２６のいずれかに記載の単独運転検出装置
    を備えることを特徴とする分散型電源装置。
28. 請求項２７に記載の分散型電源装置が前記系統に連系される
    ことを特徴とする系統連系システム。
29. 分散型電源装置の系統連系に用いられる単独運転検出方法であって、
    前記分散型電源装置を系統に連系させる連系点の電圧に基づいて電圧情報を検出するステップと、
    前記電圧情報に基づいて、無効電力変動による前記連系点の周波数と電圧のいずれか１つ以上の変化を判定し、前記分散型電源装置が単独運転状態にあることを検出するステップと、
    を備えることを特徴とする単独運転検出方法。
30. 分散型電源装置の系統連系に用いられる系統連系制御方法であって、
    前記分散型電源装置を系統に連系させる連系点の電圧に基づいて電圧情報を検出するステップと、
    前記検出された電圧情報に基づいて常時電圧変動を検出するステップと、
    前記検出された常時電圧変動に基づいて無効電力変動信号の周期と位相を推定するステップと、
    前記推定された位相と周期に基づいて、前記検出された無効電力変動信号と同期するように、前記系統に供給する無効電力変動信号を能動信号として生成するステップと、
    を備えることを特徴とする系統連系制御方法。

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