JP2015107032A - 単独運転検出装置、および単独運転検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単独運転を確実に検出できる単独運転検出装置および単独運転検出方法を提供する。【解決手段】本発明は、特定の周波数の基本波交流に特定の次元の高調波交流を重畳させた交流電流をインバーター部２０に出力させ、単独運転判定部２５が、計測部２２が計測した交流電圧に基準量を超える高調波交流が含まれているか否かにより分散型電源システムの単独運転の可能性を仮判定するとともに、当該仮判定で単独運転の可能性があるとされたときには、交流電圧の周波数が基準量を超えて変化したか否かにより分散型電源システムの単独運転を本判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、単独運転検出装置、および単独運転検出方法に関する。

商用電源に比べて比較的小規模な発電装置（電源）を需要家近くに分散配置して電力の供給を行なう分散型電源システムが知られている。工事や事故等の種々の原因で、商用電源を停止する場合がある。商用電源が停止等している状態（停電状態）で分散型電源システムから系統負荷に電力が供給される状態を、単独運転という。単独運転が発生すると、本来、無電圧であるべき系統が充電されることとなり、当該系統での作業に保安面等の問題が生じる虞がある。したがって、分散型電源システムの単独運転を検出して、単独運転を解消する等の措置が必要になる。

分散型電源システムの単独運転を検出する方式として、受動方式と能動方式とがある。受動方式は、系統電圧を監視して、系統停電の場合に単独運転時に表れる変化を検出する方式である。能動方式は、分散型電源システム側から系統電圧に変動を与えるために外乱信号（能動信号）を印加して、系統停電の場合に単独運転時に表れる変化を検出する方式である。なお、単独運転検出の特許文献は多数ある（たとえば、特許文献１）。

特開２０１０−０７４９４３号公報

能動方式の代表例の１つに、周波数シフト方式があり、この方式では系統の基本波の周期より低い周期で出力周波数をシフトさせ、系統周波数に変化があればシフト方向を固定し、これが０．５秒継続すればゲートブロック、連系リレーを解列するものである。

また、能動方式の代表例の別の１つに、無効電力変動方式がある。この方式では、系統の基本波より低い周期で無効電力を変動させ、所定値以上の系統周波数の変化が所定時間以上継続すれば単独運転と判定し、ゲートブロック、連系リレーを解列するものである。

また、能動方式の代表例のさらに別の１つに、スリップモード周波数シフト方式がある。この方式では、定格周波数からの周波数変化に応じて出力電流の周波数をシフトさせる特性を持たせることにより、有効、無効電力の平衡時にも生じる微小な周波数変化を正帰還して周波数を変化させ、所定の周波数になったときに単独運転と判定し、ゲートブロック、連系リレーを解列するものである。

しかしながら、これらの方式の場合、能動信号を印加しても、分散型電源システムに備わる電源の発電電力と負荷電力とが等しく系統に電流が流れていないときには、周波数変化が生じないので単独運転検出ができない可能性がある。これに対して周波数変化がないときでかつ電圧や高調波の変化が検出されたときに無効電力を注入して周波数変化を発生させるような方法がとられているが、電圧や高調波の変化が検出されないときはこれもできず、単独運転検出ができない可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、単独運転を確実に検出できる単独運転検出装置、および単独運転検出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための単独運転検出装置は、直流を交流に変換して出力するインバーター部を備えた分散型電源システムの単独運転判定装置であって、特定の周波数の基本波交流に特定の次元の高調波交流を重畳させた交流電流を前記インバーター部に出力させるための電流指令を生成する電流指令生成部と、前記交流電流に無効電流を付加させるための無効電流付加指令を生成する無効電流付加指令生成部と、前記電流指令生成部が生成した前記電流指令および前記無効電流付加指令生成部が生成した前記無効電流付加指令のうち少なくとも前記電流指令に従って前記インバーター部が出力した交流の電圧を計測する計測部と、前記計測部が計測した電圧に基準量を超える高調波交流が含まれているか否かにより前記分散型電源システムの単独運転の可能性を仮判定するとともに、前記仮判定で単独運転の可能性があるとされたときには、前記電圧の周波数が基準量を超えて変化したか否かにより前記分散型電源システムの単独運転を本判定する単独運転判定部と、を有する。

また、上記目的を達成するための単独運転判定方法は、直流を交流に変換して出力するインバーター部を備えた分散型電源システムに用いる単独運転判定方法であって、特定の周波数の基本波交流を生成する第１段階と、特定の次元の高調波交流を生成する第２段階と、前記特定の周波数の基本波交流に前記特定の次元の高調波交流を重畳させる第３段階と、前記特定の周波数の基本波交流に前記特定の次元の高調波交流を重畳させた交流電流を前記インバーター部から出力させる第４段階と、前記インバーター部が出力した交流の電圧を計測する第５段階と、前記第５段階において計測された前記電圧に基準量を超える高調波交流が含まれているか否かにより前記分散型電源システムの単独運転の可能性を仮判定する第６段階と、前記第６段階の前記仮判定で単独運転の可能性があるとされたときに前記交流電流に無効電流を付加させて前記インバーター部から出力させる第７段階と、前記第７段階において前記インバーター部が出力した交流の電圧を計測する第８段階と、前記第８段階において計測された前記電圧の周波数が基準量を超えて変化したか否かにより前記分散型電源システムの単独運転を本判定する第９段階と、を有する。

本発明によれば、分散型電源の出力電流に高調波を重畳させ、仮判定、本判定の二段階の判定によって単独運転の検出を行っている。そのため、高調波の変化に応じて適切に無効電力を注入することができ、分散型電源システムの単独運転を確実に検出できる。

本実施形態に係る分散型電源システムの概略構成例を示す図である。 単独運転検出処理の手順を示すフローチャートである。 高調波の重畳方法を説明するための波形図である。 仮判定の方法を説明するための図である。 商用電源系統が正常に動作している時の交流電圧の波形図である。 商用電源系統が停電している時の交流電圧の波形図である。 本判定の方法を説明するための図である。 商用電源系統が正常に動作している時に無効電流を注入した場合における交流電圧の波形図である。 商用電源系統が停電している時に無効電流を注入した場合における交流電圧の波形図である。 仮判定の方法の変形例を説明するための図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、本実施形態に係る分散型電源システムの概略構成例を示す図である。

以下、図１を参照して、分散型電源システムの概略構成について説明する。

＜分散型電源システム＞
本実施形態に係る分散型電源システムは、電源１０の電力を、商用電源系統１１と連系して負荷１２に供給可能なシステムである。分散型電源システムは、電源１０と、パワーコンディショナー１３と、を備える。電源１０と商用電源系統１１の間に、パワーコンディショナー１３は接続される。

電源１０は、電力の供給を受けて使用する者（以下では「需要家」と称する）の受電設備近隣に分散して配置される中小規模の発電装置である。たとえば、電源１０は、太陽電池、燃料電池、エンジン発電機、または蓄電池である。

商用電源系統１１は、電力を需要家の受電設備に供給するための、発電、変電、送電、配電を統合したシステムである。すなわち、電力会社から工場や一般家庭などに電力を供給するシステムである。

負荷１２は、商用電源系統１１から需要家の受電設備に供給された電力を消費する機器である。

パワーコンディショナー１３は、電源１０において発電された電力（直流電力）を、商用電源系統１１および負荷１２において利用可能な電力（交流電力）に変換する。パワーコンディショナー１３は、電源１０において発電された電力が負荷１２の需要電力よりも小さい場合、商用電源系統１１から負荷１２へ不足電力を供給する。逆に、たとえば太陽電池システムの場合は、電源１０において発電された電力が負荷１２の需要電力よりも大きい場合、余剰電力を商用電源系統１１に供給する。

一般に、商用電源系統１１の配電線において地絡または短絡事故、計画停電などによって変電所から配電線への電力の送電が停止した時には（以下では、「停電」と称する）、当該配電線での作業の安全性が確保されなければならない。そのため、分散電源システムは、商用電源系統１１が停電した時には、少なくとも作業中の配電線から解列し、分散電源システムからの電力供給を停止する必要がある。そこで、パワーコンディショナー１３は、分散型電源システムが単独で運転していること（以下では「単独運転」と称する）、つまり、商用電源系統１１の停電を検知し、分散電源システムを商用電源系統１１から解列することを決定する。

以上の機能を実現するために、パワーコンディショナー１３は、図１に示すとおり、インバーター部２０と、連系リレー２１と、計測部２２と、単独運転判定部２３と、高調波決定部２４と、電流指令生成部２５と、無効電流付加指令生成部２６と、ゲート制御部２７と、を備える。

インバーター部２０は、電源１０と商用電源系統１１との間に接続され、電源１０から出力された直流電力を交流電力に変換するインバーター回路を有している。インバーター回路は、主に、スイッチング回路（図示せず）、周波数制御回路（図示せず）、フィルター回路（図示せず）を含んで構成される。スイッチング回路は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を含み、各スイッチング素子をスイッチング（オン、オフ）して、直
流電力を交流電力に変換する。なお、スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が用いられる。ただし、これに限らず、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のモノポーラトランジスタや、ＩＧＢＴ以外のバイポーラトランジスタが用いられてもよい。周波数制御回路は、パワーコンディショナー１３の出力電流周波数をコントロールする。フィルター回路は、スイッチング回路により交流化された電流波形を商用電源系統１１の交流波形に近い曲線に鈍らせる。また、インバーター部２０は、インバーター回路の前段側に、電源１０から出力された直流電力から所望（たとえば、３００〜４００Ｖ）の直流電圧を作りインバーター回路に供給するＤＣ／ＤＣコンバーターを有していてもよい。

このようなインバーター部２０から出力される交流電流および交流電圧の波形は、予め定められた基本周波数（たとえば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の正弦波（以下「基本波交流」と称する）に、その基本波交流の整数倍の周波数を持つ高調波（以下「高調波交流」と称する）が重畳された波形となる。また、インバーター部２０から出力される交流電流には、無効電流が注入される場合がある。ここで、無効電流とは、インバーター部２０から出力される交流電圧と交流電流の位相のずれによって無効となる電流成分を言う。

連系リレー２１は、インバーター部２０と商用電源系統１１の間に接続され、分散型電源システムを商用電源系統１１に並列または解列させる開閉器である。

計測部２２は、少なくともインバーター部２０から出力された交流電圧を計測する。たとえば、計測部２２は、交流電圧計を用いてインバーター部２０から出力された交流電圧を計測する。また、計測部２２は、その計測値から、交流電圧の周波数について、所定周期間の平均値などの統計データを求める。

単独運転判定部２３は、計測部２２による計測値を監視して、分散型電源システムの単独運転の発生を判定する。

（ａ）具体的には、単独運転判定部２３は、計測部２２によって計測された交流電圧に、基準量を超える高調波交流が含まれているか否かにより分散型電源システムの単独運転の可能性を仮判定する。

（ａ１）商用電源系統１１が正常に動作している時は、高調波交流が重畳された交流電流がインバーター部２０から出力されても、商用電源系統１１の影響を受けて、その高調波成分は打ち消される。そのため、計測部２２において計測される交流電圧には、基準量を超える高調波交流は含まれていない。このとき、単独運転判定部２３は、分散型電源システムが単独運転している可能性はないと判定する。

（ａ２）一方、商用電源系統１１が停電している時は、高調波交流が重畳された交流電流がインバーター部２０から出力されると、計測部２２において計測される交流電圧には、基準量を超える高調波交流が含まれている。このとき、単独運転判定部２３は、分散電源システムが単独運転している可能性があると判定する。

（ｂ）また、単独運転判定部２３によって分散電源システムが単独運転している可能性があると判定（仮判定）されると、インバーター部２０から出力される交流電流に無効電流が注入される。このとき、単独運転判定部２３は、計測部２２において計測される交流電圧の周波数が基準量を超えて変化したか否かにより分散型電源システムの単独運転を本判定する。

（ｂ１）商用電源系統１１が正常に動作している時は、インバーター部２０から出力さ
れる交流電流に無効電流が注入されても、商用電源系統１１の影響を受けて、計測部２２において計測される交流電圧に周波数の変化は殆ど生じない。このとき、単独運転判定部２３は、分散電源システムは単独運転していないと判定する。

（ｂ２）一方、商用電源系統１１が停電している時は、インバーター部２０から出力される交流電流は、商用電源系統１１の影響を受けない。そのため、インバーター部２０から出力された交流電流は、商用電源系統１１によって位相を揃える調整がなされず、計測部２２で計測されたときには、周波数が変化している場合がある。このように、計測部２２において計測される交流電圧に周波数の変化が生じると、その変化量（変化率でもよい）に基づいて、インバーター部２０から出力される交流電流にさらなる無効電流が注入される。そのため、無効電流の注入が継続されると、計測部２２において計測される交流電圧の周波数の変化（変化量、変化率など）が拡大する。このとき、単独運転判定部２３は、計測部２２において計測される交流電圧の周波数が基準量を超えて変化した場合に、分散電源システムの単独運転が発生していると判定する。

また、単独運転判定部２３は、分散型電源システムが単独運転していると判定した場合には、連系リレー２１に、商用電源系統１１から分散型電源システムを解列させるために連系リレー２１をオフする制御信号を送信する。または、ゲート制御部２７に、インバーター部２０の出力を制御するための全てのスイッチング素子をオフにしてインバーター部２０の出力を停止させるゲート制御の実行を指示する制御信号を送信する。単独運転判定部２３は、連系リレー２１およびゲート制御部２７のどちらか一方あるいは両方に、制御信号を送信してもよい。

高調波決定部２４は、計測部２２により計測された値と出力電力に基づいて、インバーター部２０から出力される交流電流に含める高調波交流の種類と量を決定する。高調波交流の種類としては、単独のＮ次高調波交流（Ｎは自然数）、または、複数の異なる次元の高調波交流を任意に組み合わせた高調波交流が挙げられる。また、特定の歪率を有する高調波交流であってもよい。

電流指令生成部２５は、特定の基本周波数（たとえば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の基本波交流（正弦波）を、インバーター部２０から出力させるための電流指令を生成する。

また、電流指令生成部２５は、基本波交流（無効電流が注入されていてもよい）に、その基本波交流の整数倍の周波数を持つ高調波交流（特定の次元の高調波交流）を重畳させた交流電流を、インバーター部２０に出力させるための電流指令を生成する。具体的には、電流指令生成部２５は、基本波交流に相当する電流値に、少なくとも１種の高調波交流に相当する電流値を加算した電流指令値を生成する。

無効電流付加指令生成部２６は、単独運転判定部２３により分散型電源システムが単独運転している可能性があると判定された場合に、インバーター部２０から出力される交流電流に無効電流を付加させるための無効電流付加指令を生成する。具体的には、無効電流付加指令生成部２６は、計測部２２により計測された交流電圧に対して、インバーター部２０から出力される交流電流の位相をずらした電流指令値（無効電流付加指令）である。そして、その電流指令値をゲート制御部２７へ送信する。このとき、位相をずらす量は、計測部２２により計測された交流電圧の周波数の偏差に応じて決定される。

なお、無効電流付加指令生成部２６は、単独運転判定部２３により分散型電源システムが単独運転している可能性がないと判定された場合には、無効電流付加指令を生成しない。このとき、無効電流付加指令生成部２６は、電流指令生成部２５において生成された電流指令（電流指令値）をそのままゲート制御部２７へ送信すればよい。

ゲート制御部２７は、無効電流付加指令生成部２６が生成した電流指令を用いて、インバーター部２０の動作を制御する。具体的には、ゲート制御部２７は、インバーター部２０内の各スイッチング素子のオン、オフを制御する。なお、単独運転している可能性がないと判定された場合には、電流指令生成部２５が生成した電流指令値と無効電流付加指令生成部２５が生成した電流指令値は同じ値となる。

以上の各機能部２２〜２７が有する少なくとも一部の機能は、ＣＰＵ（不図示）が、ストレージ（不図示）にインストールされているプログラムをメモリー（不図示）に読み出して実行することにより実現される。また、これに限らず、ＡＳＩＣ等のハードウェアにより実現されてもよい。この単独運転検出装置が動作するために用いられる各種値の取得機能や制御信号については、単独運転検出装置が備えていてもよいし、単独運転検出装置が搭載されるパワーコンディショナー１３が備える機能と兼用してもよい。

分散型電源システムの詳細な動作については以下に詳述する。

＜分散型電源システムの動作＞
図２は、単独運転検出処理の手順を示すフローチャートである。図３は、高調波交流の重畳方法を説明するための波形図である。図４は、仮判定の方法を説明するための図である。図５Ａは、商用電源系統が正常に動作している時の交流電圧の波形図である。図５Ｂは、商用電源系統が停電している時の交流電圧の波形図である。図６は、本判定の方法を説明するための図である。図７Ａは、商用電源系統が正常に動作している時に無効電流を注入した場合における交流電圧の波形図である。図７Ｂは、商用電源系統が停電している時に無効電流を注入した場合における交流電圧の波形図である。

以下、図２〜図７を参照して、単独運転検出処理の手順について説明する。

（単独運転検出処理）
パワーコンディショナー１３は、パワーコンディショナー１３から交流電力が出力されると、図２に示す単独運転検出処理を開始する。ただし、単独運転検出処理を開始するタイミングは、これに限定されない。

［ステップＳ１０１］
単独運転検出処理を開始すると、電流指令生成部２５は、特定の周波数（たとえば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの基本周波数）を持つ基本波交流を生成する。具体的には、電流指令生成部２５は、インバーター部２０から出力される交流電流の波形が、図３に示すような基本波交流となるようにするための電流値を生成する。

［ステップＳ１０２］
続いて、電流指令生成部２５は、ステップＳ１０１において生成された基本波交流の整数倍の周波数を持つ高調波交流（特定の次元の高調波交流）を生成する。具体的には、電流指令生成部２５は、インバーター部２０から出力される交流電流の波形が、Ｎ次高調波交流（Ｎは自然数）となるようにするための電流値を生成する。なお、Ｎ次高調波交流（Ｎは自然数）には、図３に示すような、基本波交流の３倍の周波数を持つ３次高調波交流、基本波交流の５倍の周波数を持つ５次高調波交流、基本波交流の７倍の周波数を持つ７次高調波交流などの少なくとも１種の奇数高調波交流が含まれる。印加する高調波が偶数調波の場合、複数台の分散電源システムが並列接続されており、そのうちの一部に配線が逆接続された分散電源システムが含まれていると、高調波を打ち消しあってしまうことがある。そこで、少なくとも１種の奇数高調波交流を含むことにより、複数台を逆接続したときでも確実に高調波を検出できる。

電流指令生成部２５において生成される高調波交流の量および種類は、高調波決定部２４によって決定される。具体的には、インバーター部２０の出力電力に対して予め定める所定量の高調波交流を含むように決定する。たとえば、出力電力に対して所定割合、または比例した割合の高調波交流を含んでもよい。出力電力に依らず一定量の高調波交流を重畳すると、出力電力の変動により高調波量が過大または過小になる場合があるが、出力電力に応じて好適な割合で高調波交流を重畳することにより、より安定的に単独運転の可能性を仮判定することができる。たとえば、計測部２２の計測値と出力電力に応じて、高調波交流の次数が決定される。次数の異なる複数の高調波交流が組み合わされる場合には、その組み合わせが決定される。また、高調波交流の歪率が決定されてもよい。

［ステップＳ１０３］
電流指令生成部２５は、ステップＳ１０１において生成された基本波交流に、ステップＳ１０２において生成された高調波交流を重畳する。具体的には、電流指令生成部２５は、基本波交流に相当する電流値に、高調波交流に相当する電流値を加算して電流指令（電流指令値）を生成する。これにより、たとえば、図３に示すような、基本波交流に、３次高調波交流、５次高調波交流、７次高調波交流がそれぞれ重畳された重畳波形交流が生成される。

そして、電流指令生成部２５は、ステップＳ１０３において生成した電流指令（電流指令値）を、無効電流付加指令生成部２６へ送信する。このとき、無効電流付加指令生成部２６には、分散型電源システムが単独運転している可能性はないことを示す信号が、単独運転判定部２３から供給されている。そのため、無効電流付加指令生成部２６は、無効電流付加指令を生成せずに、電流指令生成部２５から送信された電流指令（電流指令値）をそのままゲート制御部２７へ送信する。

［ステップＳ１０４］
ゲート制御部２７は、ステップＳ１０３において生成された重畳波形交流に相当する交流電流を、インバーター部２０に出力させる。具体的には、ゲート制御部２７は、無効電流付加指令生成部２６から送信された電流指令（電流指令値）を用いて、インバーター部２０内の各スイッチング素子を制御する。

［ステップＳ１０５］
計測部２２は、インバーター部２０から出力された交流の交流電圧を少なくとも計測する。具体的には、計測部２２は、所定の交流電圧計を用いて、インバーター部２０から出力された交流電圧を計測する。

［ステップＳ１０６］
単独運転判定部２３は、ステップＳ１０５において計測された交流電圧に、基準量を超える高調波交流が含まれているか否かにより分散型電源システムの単独運転の可能性を仮判定する。

ステップＳ１０６における具体的な仮判定の方法は以下のとおりである。

まず、単独運転判定部２３は、計測部２２が計測した交流電圧の最新周期を含む任意のｍ周期間において（ｍ≧２）、そのｍ周期間中における最新周期を含まない任意のｎ周期間（ｎおよびｍは自然数、および、ｎ＜ｍ）における平均高調波電圧実効値を求める。したがって、図４に示す例（ｍ＝６、ｎ＝３）では、Ｎ４からＮ２までの３周期間における平均高調波電圧実効値Ｘが求められる。なお、ｎ＝１の場合は、平均ではなく１周期間における高調波電圧実効値Ｘが求められる。

次に、単独運転判定部２３は、ｍ周期間中かつｎ周期以外の各周期における高調波電圧実効値Ｙを求める。したがって、図４に示す例では、Ｎ５、Ｎ１、Ｎ０の各周期間における高調波電圧実効値が求められる。

その後、単独運転判定部２３は、求めた両方の値の差分（Ｘ−Ｙ）を求め、求めた差分（Ｘ−Ｙ）が予め定めた基準値を外れていれば、交流電圧に基準量を超える高調波交流が含まれていないとみなし、分散型電源システムの単独運転の可能性があると判定する。このとき、単独運転判定部２３は、分散型電源システムが単独運転している可能性があることを示す信号を、無効電流付加指令生成部２６へ供給する。

一方、単独運転判定部２３は、求めた差分（Ｘ−Ｙ）が、基準値を外れていなければ、交流電圧に基準量を超える高調波交流が含まれていないとみなし、分散型電源システムの単独運転の可能性がないと判定する。このとき、単独運転判定部２３は、分散型電源システムが単独運転している可能性がないことを示す信号を、無効電流付加指令生成部２６へ供給する。

単独運転判定部２３は、分散型電源システムの単独運転の可能性があると判定した場合には（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１０７に進める。一方、単独運転判定部２３は、分散型電源システムの単独運転の可能性がないと判定した場合には（ステップＳ１０６：ＮＯ）、ステップＳ１０１に戻る。

なお、商用電源系統１１が正常に動作している時は、図５Ａに示すように、交流電圧は、基準量を超える高調波交流が含まれていない波形となる。一方、商用電源系統１１が停電している時は、図５Ｂに示すように、交流電圧は、基準量を超える高調波交流が含まれている波形となる。

［ステップＳ１０７］
無効電流付加指令生成部２６は、ステップＳ１０６での分散型電源システムが単独運転している可能性があるという判定が正しいか確認するために、インバーター部２０から出力される交流電流に注入する無効電流を演算する。具体的には、無効電流付加指令生成部２６は、計測部２２により計測された交流電圧の周波数の変化（変化量、変化率など）に応じて、注入する無効電流を決定する。たとえば、計測部２２において求められた交流電圧の最新の周波数（所定周期分の平均値）と、それ以前に求められた交流電圧の周波数（所定周期分の平均値）との変化量（変化率でもよい）が大きいほど、注入する無効電流が大きくなるように演算される。

そして、無効電流付加指令生成部２６は、演算によって決定された無効電流を含む電流指令（無効電流付加指令）をゲート制御部２７へ送信する。

［ステップＳ１０８］
ゲート制御部２７は、インバーター部２０から出力される交流電流に無効電流を注入する。具体的には、ゲート制御部２７は、電流指令生成部２５が生成した電流指令および無効電流付加指令生成部２６が生成した無効電流付加指令を用いて、インバーター部２０内の各スイッチング素子を制御する。

［ステップＳ１０９］
計測部２２は、インバーター部２０から出力された交流の交流電圧を少なくとも計測する。具体的には、計測部２２は、所定の交流電圧計を用いて、インバーター部２０から出力された交流電圧を計測する。

［ステップＳ１１０］
その後、単独運転判定部２３は、分散型電源システムが単独運転しているか否かについて、最終的な判定（本判定）を行う。

ステップＳ１１０における具体的な本判定の方法は、たとえば以下のとおりである。

まず、単独運転判定部２３は、計測部２２が計測する交流電圧の最新周期を含む任意のｒ周期間における交流電圧の平均周波数（ｒは自然数）を求める。したがって、図６に示す例（ｒ＝４）では、Ｎ３からＮ０までの４周期間における交流電圧の平均周波数Ｐが求められる。なお、ｒ＝１の場合は、平均ではなく１周期間における交流電圧の周波数Ｐが求められる。

次に、単独運転判定部２３は、最新周期を含まない任意のｓ周期間における交流電圧の平均周波数（ｓは自然数）を求める。したがって、図６に示す例（ｓ＝３）では、Ｎ４からＮ２までの３周期間における交流電圧の平均周波数Ｑが求められる。なお、ｓ＝１の場合は、平均ではなく１周期間における交流電圧の周波数Ｑが求められる。

その後、単独運転判定部２３は、求めた両方の値の差分（Ｐ−Ｑ）を求め、求めた差分（Ｐ−Ｑ）が予め定めた基準値を外れていれば、交流電圧の周波数が基準量を超えて変化したとみなして、分散型電源システムが単独運転していると判定する。

一方、単独運転判定部２３は、求めた差分（Ｐ−Ｑ）が、基準値を外れていなければ、交流電圧の周波数が基準量を超えて変化していないとみなして、分散型電源システムは単独運転してないと判定する。

単独運転判定部２３は、分散型電源システムが単独運転していると判定した場合には（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１１１に進める。一方、単独運転判定部２３は、分散型電源システムが単独運転していないと判定した場合には（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ステップＳ１０１に戻る。

なお、商用電源系統１１が正常に動作している時に無効電流が注入された場合には、図７Ａに示すように、交流電圧の周波数の変化は基準量を超えて拡大せず、分散型電源システムは単独運転していないとみなされる。一方、商用電源系統１１が停電している時に無効電流が注入された場合には、図７Ｂに示すように、交流電圧の周波数の変化は基準量を超えて拡大し、分散型電源システムの単独運転が発生しているとみなされる。

［ステップＳ１１１］
単独運転判定部２３は、ステップＳ１１０において分散型電源システムが単独運転していると判定されると、連系リレー２１をオフする制御信号を送信し、分散型電源システムを商用電源系統１１から解列させる。なお、ゲート制御部２７に、インバーター部２０の出力を制御するための全てのスイッチング素子をオフにしてインバーター部２０の出力を停止させるゲート制御の実行を指示する制御信号を送信してもよい。また、単独運転判定部２３は、連系リレー２１およびゲート制御部２７のどちらか一方あるいは両方に、制御信号を送信してもよい。

その後、パワーコンディショナー１３は、単独運転検出処理を終了する。

以上の単独運転検出処理がパワーコンディショナー１３において実行されることにより、電源１０の出力電力（インバーター部２０から出力される交流電流）には、高調波交流
が重畳される。そのため、パワーコンディショナー１３において出力電流に重畳された高調波交流の変化を検出しやすくなり、高調波交流の変化に応じて適切に無効電流を注入することができるようになる。さらに、仮判定、本判定の二段階の判定により、分散型電源システムの単独運転を確実に検出できる。

上記したフローチャートの各処理単位は、パワーコンディショナー１３の理解を容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものである。処理ステップの分類の仕方やその名称によって、本願発明が制限されることはない。パワーコンディショナー１３で行われる処理は、さらに多くの処理ステップに分割することもできる。また、１つの処理ステップが、さらに多くの処理を実行してもよい。

＜変形例＞
なお、上記の実施形態は、本発明の要旨を例示することを意図し、本発明を限定するものではない。多くの代替物、修正、変形例は当業者にとって明らかである。

たとえば、上記実施形態では、電流指令生成部２５は、予め定められた基本波交流の電流値に、高調波交流に相当する電流値を加算して電流指令値を生成することによって、基本波交流に高調波交流を重畳している。しかし、本発明は、これに限定されず、電流指令生成部２５が、予め高調波交流が重畳された正弦波を基本波交流とする電流指令値を生成しておいてもよい。この方法によれば、基本波交流に高調波交流を重畳させる処理が省略され、パワーコンディショナー１３にかかる負荷が軽減される。

また、単独運転判定部２３による仮判定の方法は、上記の方法に限られず、以下に説明する方法によって行ってもよい。

図８は、仮判定の方法の変形例を説明するための図である。

まず、単独運転判定部２３は、計測部２２が計測した交流電圧の最新周期を含む任意のｍ’周期間において（ｍ’≧２）、そのｍ’周期間中における最古周期を含み、かつ、最新周期を含まない任意のｎ’周期間（ｎ’およびｍ’は自然数、および、ｎ’＜ｍ’）における平均高調波電圧実効値を求める。したがって、図８に示す例（ｍ’＝６、ｎ’＝３）では、Ｎ５からＮ３までの３周期間における平均高調波電圧実効値Ｘ’が求められる。なお、ｎ’＝１の場合は、平均ではなく１周期間における高調波電圧実効値Ｘ’が求められる。

次に、単独運転判定部２３は、ｍ’周期間中かつｎ’周期以外の各周期における高調波電圧実効値Ｙ’を求める。したがって、図８に示す例では、Ｎ２、Ｎ１、Ｎ０の各周期間における高調波電圧実効値が求められる。

その後、単独運転判定部２３は、求めた両方の値の差分（Ｘ’−Ｙ’）を求め、求めた差分（Ｘ’−Ｙ’）が予め定めた基準値を外れていれば、交流電圧に基準量を超える高調波交流が含まれていないとみなし、分散型電源システムの単独運転の可能性があると判定する。

一方、単独運転判定部２３は、求めた差分（Ｘ’−Ｙ’）が、基準値を外れていなければ、交流電圧に基準量を超える高調波交流が含まれていないとみなし、分散型電源システムの単独運転の可能性がないと判定する。

変形例では、以上の仮判定を、上記ステップＳ１０６の処理に代えて実行する。

以上の分散型電源システムの構成は、上記の実施形態および変形例の特徴を説明するにあたって主要構成を説明したのであって、上記の構成に限られない。また、一般的な分散型電源システムが備える構成を排除するものではない。

また、上記したパワーコンディショナー１３の各機能構成は、各機能構成を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分類したものである。構成要素の分類の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。各機能構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、一つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。

また、上記したパワーコンディショナー１３の各機能構成の処理は、専用のハードウェア回路によっても実現することもできる。この場合には、１つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。

また、パワーコンディショナー１３を動作させるプログラムは、ＵＳＢメモリー、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等のコンピューター読み取り可能な記録媒体によって提供されてもよいし、インターネット等のネットワークを介してオンラインで提供されてもよい。この場合、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムは、通常、メモリーやストレージ等に転送され記憶される。また、このプログラムは、たとえば、単独のアプリケーションソフトとして提供されてもよいし、パワーコンディショナー１３の一機能としてその各装置のソフトウェアに組み込んでもよい。

１０ 電源、
１１ 商用電源系統、
１２ 負荷、
１３ パワーコンディショナー、
２０ インバーター部、
２１ 連系リレー、
２２ 計測部、
２３ 単独運転判定部、
２４ 高調波決定部、
２５ 電流指令生成部、
２６ 無効電流付加指令生成部、
２７ ゲート制御部。

Claims (15)

1. 直流を交流に変換して出力するインバーター部を備えた分散型電源システムの単独運転判定装置であって、
   特定の周波数の基本波交流に特定の次元の高調波交流を重畳させた交流電流を前記インバーター部に出力させるための電流指令を生成する電流指令生成部と、
   前記交流電流に無効電流を付加させるための無効電流付加指令を生成する無効電流付加指令生成部と、
   前記電流指令生成部が生成した前記電流指令および前記無効電流付加指令生成部が生成した前記無効電流付加指令のうち少なくとも前記電流指令に従って前記インバーター部が出力した交流の電圧を計測する計測部と、
   前記計測部が計測した電圧に基準量を超える高調波交流が含まれているか否かにより前記分散型電源システムの単独運転の可能性を仮判定するとともに、前記仮判定で単独運転の可能性があるとされたときには、前記電圧の周波数が基準量を超えて変化したか否かにより前記分散型電源システムの単独運転を本判定する単独運転判定部と、
   を有する単独運転判定装置。
2. 前記無効電流付加指令生成部は、
   前記単独運転判定部による仮判定で前記分散型電源システムの単独運転の可能性がないとされたときには前記無効電流付加指令は生成せず、前記仮判定で単独運転の可能性があるとされたときには前記無効電流付加指令を生成する請求項１に記載の単独運転判定装置。
3. 前記電流指令生成部が生成した前記電流指令および前記無効電流付加指令生成部が生成した前記無効電流付加指令のうち少なくとも前記電流指令を用いて前記インバーター部の動作を制御するゲート制御部を備え、
   前記インバーター部の直流側には電源が、前記インバーター部の交流側には連系リレーを介して商用電源系統が、それぞれ接続され、
   前記単独運転判定部は、
   前記分散型電源システムの単独運転を本判定したときには、前記ゲート制御部にゲートブロック指令を出力して前記インバーター部の動作を停止させるとともに、前記連系リレーに開放指令を出力して前記インバーター部の交流側と前記商用電源系統とを解列させる請求項１または２に記載の単独運転判定装置。
4. 前記単独運転判定部による仮判定は、
   前記計測部が計測する電圧の最新周期を含む任意のｍ周期間において（ｍ≧２）、前記ｍ周期間中における最新周期を含まない任意のｎ周期間（ｎおよびｍは自然数、および、ｎ＜ｍ）における高調波電圧実効値または平均高調波電圧実効値と、前記ｍ周期間中かつ前記ｎ周期以外の各周期における高調波電圧実効値と、の差分が、予め定める基準値を外れているか否かによって行い、
   前記差分が前記基準値を外れていれば、前記電圧に基準量を超える高調波交流が含まれているとみなし、前記分散型電源システムの単独運転の可能性があると判定し、
   前記差分が前記基準値を外れていなければ、前記電圧に基準量を超える高調波交流が含まれていないとみなし、前記分散型電源システムの単独運転の可能性がないと判定する請求項１から３のいずれかに記載の単独運転判定装置。
5. 前記単独運転判定部による本判定は、
   前記計測部が計測する電圧の最新周期を含む任意のｒ周期間における前記電圧の周波数または平均周波数と（ｒは自然数）、前記最新周期を含まない任意のｓ周期間における前記電圧の周波数または平均周波数と（ｓは自然数）、の差分が、予め定める基準値を外れ
   ているか否かによって行い、
   前記差分が前記基準値を外れていれば、前記電圧の周波数が基準量を超えて変化したとみなして、前記分散型電源システムが単独運転していると判定し、
   前記差分が前記基準値を外れていなければ、前記電圧の周波数が基準量を超えて変化していないとみなして、前記分散型電源システムは単独運転してないと判定する請求項１から４のいずれかに記載の単独運転判定装置。
6. 前記電流指令生成部で前記特定の周波数の基本波交流に重畳させるべき高調波交流の種類を決定する高調波決定部を、さらに備え、
   前記高調波決定部は、出力電力に応じて高調波交流の量を決定する請求項１から５のいずれかに記載の単独運転判定装置。
7. 前記電流指令生成部で前記特定の周波数の基本波交流に重畳させるべき高調波交流の種類を決定する高調波決定部を、さらに備え、
   前記高調波決定部は、高調波交流の種類として、単独のＮ次高調波交流（Ｎは自然数）、または、複数の異なる次元の高調波交流を任意に組み合わせた高調波交流を決定し、決定した種類の高調波交流を前記電流指令生成部に出力する請求項１から６のいずれかに記載の単独運転判定装置。
8. 前記高調波交流は、少なくとも１つの奇数次高調波交流を含むことを特徴とする、請求項６または７に記載の単独運転判定装置。
9. 直流を交流に変換して出力するインバーター部を備えた分散型電源システムに用いる単独運転判定方法であって、
   特定の周波数の基本波交流を生成する第１段階と、
   特定の次元の高調波交流を生成する第２段階と、
   前記特定の周波数の基本波交流に前記特定の次元の高調波交流を重畳させる第３段階と、
   前記特定の周波数の基本波交流に前記特定の次元の高調波交流を重畳させた交流電流を前記インバーター部から出力させる第４段階と、
   前記インバーター部が出力した交流の電圧を計測する第５段階と、
   前記第５段階において計測された前記電圧に基準量を超える高調波交流が含まれているか否かにより前記分散型電源システムの単独運転の可能性を仮判定する第６段階と、
   前記第６段階の前記仮判定で単独運転の可能性があるとされたときに前記交流電流に無効電流を付加させて前記インバーター部から出力させる第７段階と、
   前記第７段階において前記インバーター部が出力した交流の電圧を計測する第８段階と、
   前記第８段階において計測された前記電圧の周波数が基準量を超えて変化したか否かにより前記分散型電源システムの単独運転を本判定する第９段階と、
   を有する単独運転判定方法。
10. 前記インバーター部の直流側には電源が、前記インバーター部の交流側には連系リレーを介して商用電源系統が、それぞれ接続され、
    前記第９段階において前記分散型電源システムが単独運転していると本判定されたときには、前記インバーター部の動作を停止させるとともに、前記連系リレーを開放して前記インバーター部の交流側と前記商用電源系統とを解列させる第１０段階を、
    さらに有する請求項９に記載の単独運転判定方法。
11. 前記第６段階の前記仮判定は、
    前記第５段階において計測された電圧の最新周期を含む任意のｍ周期間において（ｍ≧
    ２）、前記ｍ周期間中における最新周期を含まない任意のｎ周期間（ｎおよびｍは自然数、および、ｎ＜ｍ）における高調波電圧実効値または平均高調波電圧実効値と、前記ｍ周期間中かつ前記ｎ周期以外の各周期における高調波電圧実効値と、の差分が、予め定める基準値を外れているか否かによって行い、
    前記差分が前記基準値を外れていれば、前記電圧に基準量を超える高調波交流が含まれているとみなし、前記分散型電源システムの単独運転の可能性があると判定し、
    前記差分が前記基準値を外れていなければ、前記電圧に基準量を超える高調波交流が含まれていないとみなし、前記分散型電源システムの単独運転の可能性がないと判定する請求項９または１０に記載の単独運転判定方法。
12. 前記第９段階の前記本判定は、
    前記第８段階において計測された電圧の最新周期を含む任意のｒ周期間における前記電圧の周波数または平均周波数と（ｒは自然数）、前記最新周期を含まない任意のｓ周期間における前記電圧の周波数または平均周波数と（ｓは自然数）、の差分が、予め定める基準値を外れているか否かによって行い、
    前記差分が前記基準値を外れていれば、前記電圧の周波数が基準量を超えて変化したとみなして、前記分散型電源システムが単独運転していると判定し、
    前記差分が前記基準値を外れていなければ、前記電圧の周波数が基準量を超えて変化していないとみなして、前記分散型電源システムは単独運転してないと判定する請求項９から１１のいずれかに記載の単独運転判定方法。
13. 前記第２段階において前記特定の周波数の基本波交流に重畳させる高調波交流の種類を決定する第１１段階を、さらに有し、
    前記第１１段階は、出力電力に応じて高調波交流の量を決定する請求項９から１２のいずれかに記載の単独運転判定方法。
14. 前記第２段階において前記特定の周波数の基本波交流に重畳させる高調波交流の種類を決定する第１１段階を、さらに有し、
    前記第１１段階は、高調波交流の種類として、単独のＮ次高調波交流（Ｎは自然数）、または、複数の異なる次元の高調波交流を任意に組み合わせた高調波交流を決定する請求項９から１３のいずれかに記載の単独運転判定方法。
15. 前記第１１段階は、高調波交流の種類として、少なくとも１種の奇数高調波交流を決定する請求項１４に記載の単独運転判定方法。