JP2017022900A

JP2017022900A - 単独運転検出装置、及びパワーコンディショナ

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Publication number: JP2017022900A
Application number: JP2015139559A
Authority: JP
Inventors: 菊池　彰洋; Akihiro Kikuchi; 彰洋菊池; 藤井　裕之; Hiroyuki Fujii; 裕之藤井; 祐輔岩松; Yusuke Iwamatsu
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: JP6558690B2

Abstract

【課題】電力系統に発生する直流分の変動を抑制しつつ分散型電源の単独運転を検出可能な単独運転検出装置及びパワーコンディショナを提供する。【解決手段】無効電力変動部２は、電力系統１５１の無効電力を変動させる。計測部３は、電力系統１５１の交流電圧の周波数を計測する。算出部４は、計測部３の複数の計測結果から交流電圧の周波数の変化量を求め、変化量に基づいて無効電力変動部２で変動させる無効電力の大きさを求める。変動制御部５は、交流電圧がゼロクロスするタイミングで電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるように無効電力変動部２を制御する。判定部６は、無効電力変動部２が電力系統１５１の無効電力を変動させる前と後との各々で算出部４が求めた交流電圧の周波数の変化量に基づいて、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、単独運転検出装置、及びパワーコンディショナに関する。より詳細には、電力系統と系統連系された分散型電源の単独運転を検出する単独運転検出装置、及び、電力系統と系統連系された分散型電源の単独運転を検出できるパワーコンディショナに関する。

従来、電力系統と系統連系された分散型電源の単独運転を検出する単独運転検出装置として、電力系統に無効電力を注入して分散型電源の単独運転を判定する単独運転検出装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の単独運転検出装置は、計測部と、注入部と、判定部とを備えている。計測部は、電力系統の電圧を計測して系統周波数を算出する。注入部は、電力系統に電力変動を起こさせるために、無効電力を電力系統に注入する。単独運転検出装置は、計測部に電力系統の系統周波数を繰り返し計測させ、計測された系統周波数と当該計測より過去に計測された系統周波数との周波数偏差に基づいて、電力系統に注入すべき無効電力を算出し、無効電力を電力系統に注入する。判定部は、計測部で計測された系統周波数と周波数閾値とを用いて分散型電源が単独運転を行っているか否かを判定する。

注入部が電力系統に無効電力を注入すると、電力系統に直流分が発生する。

特開２０１４−２０７７５０号公報

特許文献１に記載の単独運転検出装置は、分散型電源が単独運転を行っているか否かを判定するために、注入部から電力系統に無効電力を複数回注入させる。電力系統に無効電力を注入する回数が増えると、その回数に応じて電力系統に発生する直流分の変動が大きくなりやすい。

本発明は上記課題に鑑みてなされ、電力系統に発生する直流分の変動を抑制しつつ分散型電源の単独運転を検出可能な単独運転検出装置及びパワーコンディショナを提供することを目的とする。

本発明の単独運転検出装置は、電力系統と系統連系された分散型電源の単独運転を検出する単独運転検出装置であって、前記電力系統の無効電力を変動させる無効電力変動部と、前記電力系統の交流電圧の周波数を計測する計測部と、前記計測部の複数の計測結果から前記交流電圧の周波数の変化量を求め、前記変化量に基づいて前記無効電力変動部で変動させる無効電力の大きさを求める算出部と、前記交流電圧がゼロクロスするタイミングで前記無効電力変動部に前記電力系統の無効電力の変動を開始させ、かつ前記算出部が求めた無効電力の大きさまで前記電力系統の無効電力を変動させるように前記無効電力変動部を制御する変動制御部と、前記無効電力変動部が前記電力系統の無効電力を変動させる前と後との各々で前記算出部が求めた前記交流電圧の周波数の前記変化量に基づいて、前記分散型電源が単独運転しているか否かを判定する判定部とを備えることを特徴とする。

本発明のパワーコンディショナは、分散型電源の出力する直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を電力系統に出力するインバータと、前記インバータの出力する前記交流電力の無効電力を変動させる無効電力変動部と、前記電力系統の交流電圧の周波数を計測する計測部と、前記計測部の複数の計測結果から前記交流電圧の周波数の変化量を求め、前記変化量に基づいて前記無効電力変動部で変動させる無効電力の大きさを求める算出部と、前記交流電圧がゼロクロスするタイミングで前記無効電力変動部に前記電力系統の無効電力の変動を開始させ、かつ前記算出部が求めた無効電力の大きさまで前記電力系統の無効電力を変動させるように前記無効電力変動部を制御する変動制御部と、前記無効電力変動部が前記電力系統の無効電力を変動させる前と後との各々で前記算出部が求めた前記交流電圧の周波数の前記変化量に基づいて、前記分散型電源が単独運転しているか否かを判定する判定部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は、電力系統に発生する直流分の変動を抑制しつつ分散型電源の単独運転を検出可能となる。

本発明のパワーコンディショナは、電力系統に発生する直流分の変動を抑制しつつ分散型電源の単独運転を検出可能となる。

実施形態１に係る単独運転検出装置及びパワーコンディショナの概略ブロック図である。実施形態１に係る電力系統に発生する直流分を説明する波形図である。実施形態１に係る電力系統の無効電力を変動させるタイミングを説明する図である。実施形態１に係る電力系統に発生する直流分を説明する別の波形図である。実施形態１の比較例に係る無効電力の変化タイミングを説明する図である。実施形態２に係る電力系統の無効電力を変動させるタイミングを定める動作を説明するフローチャートである。実施形態２に係る電力系統の無効電力を変動させるタイミングを説明する図である。

（実施形態１）
以下、本実施形態の単独運転検出装置１と、それを用いたパワーコンディショナ１０、及び単独運転検出装置１で用いられる検出方法について図１〜図４を参照して説明する。

単独運転検出装置１は、図１に示すように、無効電力変動部２と、計測部３と、算出部４と、変動制御部５と、判定部６とを備える。単独運転検出装置１は、商用の系統電源などを含む電力系統１５１と系統連系された分散型電源１５２の単独運転を検出する。単独運転検出装置１は、無効電力変動部２と、算出部４と、変動制御部５と、判定部６とを１個のマイクロコンピュータの動作で実現している。なお、単独運転検出装置１はマイクロコンピュータを用いることに限定されず、演算用のＩＣ（Integrated Circuit）などを用いてもよい。

単独運転検出装置１の判定部６は、電力系統１５１が停電しているにもかかわらず分散型電源１５２が電力系統１５１に電力を供給しているときに「分散型電源１５２が単独運転している」と判定する。単独運転検出装置１は、分散型電源１５２が単独運転していると判定した場合、後述の解列器８を制御することで分散型電源１５２を系統電源から電気的に切り離すことが好ましい。判定部６は、電力系統１５１の交流電圧である交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１の変化量に基づいて、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定する。周波数Ｆ１は、計測部３によって求められる。単独運転検出装置１は、分散型電源１５２が単独運転していると判定すると、解列器８を制御して分散型電源１５２を系統電源から電気的に切り離す。単独運転検出装置１は、電力系統１５１から電力が供給されている状態から、分散型電源１５２が単独運転する状態になると、交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１が変化する。単独運転検出装置１は、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定するために、電力系統１５１の無効電力を変動させる。

無効電力変動部２は、電力系統１５１の無効電力を変動させる。無効電力変動部２は、例えば電力系統１５１の交流電圧Ｖ１に対する出力電流Ａ１の位相を変化させることにより、無効電力の大きさを変動させる。なお、無効電力変動部２については後述する。

分散型電源１５２が単独運転していない場合には、無効電力の大きさが変動しても交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１はほとんど変化せず、周波数Ｆ１の変動量は基準値未満となる。しかしながら分散型電源１５２が単独運転している場合には、無効電力の大きさの変動により交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１が変化する。単独運転検出装置１は、電力系統１５１の無効電力を変動させる動作と交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１の計測とを繰り返し行い、周波数Ｆ１の変動量が基準値を超えると分散型電源１５２が単独運転を行っていると判定する。電力系統１５１の無効電力を変動させる動作と、交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１を計測する動作との詳細については後述する。

パワーコンディショナ１０は、インバータ７と、無効電力変動部２と、計測部３と、算出部４と、変動制御部５と、判定部６とを備えている。本実施形態のパワーコンディショナ１０は、さらに解列器８（例えばリレーなど）を備えている。インバータ７は、分散型電源１５２の出力する直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電力系統１５１に出力する。解列器８は、インバータ７と電力系統１５１との間に設けられ、分散型電源１５２を電力系統１５１から解列させる。

単独運転検出装置１をパワーコンディショナ１０に用いる場合、パワーコンディショナ１０は、単独運転検出装置１と、インバータ７とを備えている。

パワーコンディショナ１０は、電力系統１５１と、分散型電源１５２とに電気的に接続されている。パワーコンディショナ１０は、分散型電源１５２からの直流電力を交流電力に変換して電力系統１５１や負荷１５３に出力する。電力系統１５１は、例えば、電力会社の発電設備からパワーコンディショナ１０までを結ぶ配電系統である。分散型電源１５２は、例えば、太陽電池、燃料電池、又は二次電池からなる直流電源である。二次電池は、例えば、ニッケル水素蓄電池や、リチウムイオン蓄電池である。

インバータ７は、一対の入力端と、一対の出力端とを備えている。インバータ７の一対の入力端には太陽光発電装置からなる分散型電源１５２が電気的に接続されている。インバータ７の一対の出力端には負荷１５３及び電力系統１５１が電気的に接続されている。負荷１５３は交流電力で動作する電気機器などである。負荷１５３及び電力系統１５１は、例えば分電盤に設けられた連系ブレーカを介してインバータ７の一対の出力端に電気的に接続される。インバータ７は、一対の入力端に入力される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を一対の出力端からへ出力する。つまりインバータ７は、分散型電源１５２から入力される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を負荷１５３及び電力系統１５１へ出力する。

解列器８は、インバータ７の一対の出力端と、電力系統１５１との間に電気的に接続されている。解列器８は、判定部６からの解列信号が入力されると、インバータ７と電力系統１５１とを電気的に切り離す。

無効電力変動部２は、インバータ７の出力電流の位相を、交流電圧Ｖ１の位相に対して変動させることにより、インバータ７の出力する交流電力の無効電力を直接変動させる。これにより無効電力変動部２は、電力系統１５１の無効電力を変動させる。無効電力変動部２は、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式の制御信号をインバータ７に出力し、インバータ７の出力する電流と電圧の位相を変動させて無効電力の大きさを変動させる。

計測部３は、電力系統１５１の交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１を計測する回路からなる。図２では、分散型電源１５２が電力系統１５１に系統連系している状態の交流電圧Ｖ１及び出力電流Ａ１を示している。計測部３は、交流電圧Ｖ１の電圧値、及び電力系統１５１に流れる出力電流Ａ１の電流値を、例えば５ミリ秒間隔で周期的に計測する。計測部３は、交流電圧Ｖ１が２回ゼロクロスした際の、この２回のゼロクロスのタイミングの時間差から電圧波形の周期を計測し、計測した周期から周波数Ｆ１を求める。例えば、交流電圧Ｖ１の極性が負から正に反転（ゼロクロス）するタイミングｔ１と、交流電圧Ｖ１の極性が正から負に反転するタイミングｔ３と時間差は、交流電圧Ｖ１の半周期に相当するので、この時間差に基づいて計測部３は周波数Ｆ１を求める。計測部３は、求めた周波数Ｆ１を算出部４と判定部６とに出力する。図２では、計測部３は、タイミングｔ１から交流電圧Ｖ１の１周期分の時間が経過する時点までに交流電圧Ｖ１の電圧値を４回（タイミングｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４）計測する。

算出部４は、計測部３から入力される周波数Ｆ１の値を複数記憶する記憶部を有する。算出部４は、計測部３から入力された最新の周波数Ｆ１を含む複数の周波数Ｆ１に基づいて、交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１の変動量を求める。以下では、この変動量を周波数偏差ＤＦ２と呼ぶ。算出部４は、周波数偏差ＤＦ２に基づいて無効電力変動部２に変動させる電力系統１５１の無効電力の大きさを求める。算出部４は、計測部３から周波数Ｆ１の値が入力されるごとに電力系統１５１の無効電力の大きさを更新して変動制御部５に電力系統１５１の無効電力を変動させる。一例として、算出部４は、計測部３からの最新の計測結果を含む８回分の周波数Ｆ１の平均値ｆ３を求める。また、算出部４は、計測部３が最新の周波数Ｆ１を計測した時点から２００ミリ秒前よりも以前に計測した１６回分の周波数Ｆ１の平均値ｆ４を求める。算出部４は、平均値ｆ４から平均値ｆ３を減算した結果を周波数偏差ＤＦ２として求める。数式で表すと、ＤＦ２＝ｆ４−ｆ３となる。算出部４は、周波数偏差ＤＦ２に応じて、無効電力変動部２から電力系統１５１に注入させる無効電力の大きさを求める。算出部４は、例えば周波数偏差ＤＦ２の符号の正負に応じて、電力系統１５１の無効電力を遅れ位相又は進み位相に変動させる。算出部４は、周波数偏差ＤＦ２の絶対値が大きくなるように（つまり周波数Ｆ１の変動量が大きくなるように）、無効電力の位相（進み位相又は遅れ位相）と無効電力の大きさとを求める。無効電力の大きさは、例えば、周波数偏差ＤＦ２の絶対値（周波数Ｆ１の変動量）に比例して大きくなるように算出される。

算出部４は、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定する基準となる周波数閾値Ｆ５を求める。周波数閾値Ｆ５は、無効電力変動部２が変動させる電力系統１５１の無効電力の大きさに応じて変化するように算出される。周波数閾値Ｆ５の符号は、周波数偏差ＤＦ２の符号の正負に応じて定められる。周波数閾値Ｆ５の絶対値は、例えばその無効電力の大きさに比例して大きくなるように算出される。算出部４は、計測部３で周波数Ｆ１が計測されるごとに周波数閾値Ｆ５を算出して判定部６へ出力する。

変動制御部５は、算出部４が求めた無効電力の大きさが算出部４から入力されるごとに、無効電力変動部２が変動させる無効電力の大きさを調整する。本実施形態の変動制御部５は、タイマを有しており、タイマを用いて時間の経過を計測する。変動制御部５は、算出部４からの入力と、タイマで計測した経過時間とに基づいて、電力系統１５１の無効電力の変動量及び変動タイミングを決定する。変動制御部５は、決定した変動タイミングで電力系統１５１の無効電力が変動するように変動制御部５を制御する。

判定部６は、計測部３が計測した周波数Ｆ１に基づいて、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定する。判定部６は、無効電力変動部２が電力系統１５１の無効電力を変動させた後に計測部３で計測された周波数Ｆ１を用いて求めた周波数偏差ＤＦ２と、周波数閾値Ｆ５とに基づいて、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定する。

判定部６は、周波数偏差ＤＦ２の絶対値が周波数閾値Ｆ５の絶対値を超えているか否かを判定する。具体的に言うと、判定部６は、算出部４で算出された周波数偏差ＤＦ２が、周波数閾値Ｆ５で定まる周波数の範囲を連続して所定回数（例えば４回）超える場合、分散型電源１５２が単独運転を行っていると判定する。判定部６は、分散型電源１５２が単独運転を行っていると判定すると、解列器８に解列信号を出力する。解列器８は、判定部６からの解列信号が入力されると、インバータ７と電力系統１５１とを電気的に切り離す。

ここで、単独運転検出装置１が電力系統１５１の無効電力を変動させた際に発生する直流分Ｄ１について、図２を参照して説明する。以降では、電力系統１５１には、無効電力変動部２が電力系統１５１の無効電力を変動させる前は交流の出力電流Ａ１が流れていて、無効電力変動部２が電力系統１５１の無効電力を変動させた直後から交流の出力電流Ａ２が流れると仮定する。

変動制御部５は、計測部３が求めた（交流電圧Ｖ１の）周波数Ｆ１が変動していない場合には無効電力を変動させないが、周波数Ｆ１が変動すると、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定するために、無効電力変動部２に無効電力を変動させる。例えば周波数Ｆ１が低くなる（つまり１周期分の時間（１／Ｆ１）が長くなる）ように変動すると、変動制御部５は、タイミングｔ１において、無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を進み位相となるように変動させる。また変動制御部５は、「算出部４が求めた無効電力の大きさ」となるように無効電力変動部２に無効電力を変動させる。「算出部４が求めた無効電力の大きさ」とは、電力系統１５１に電力が供給されている場合には交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１がほとんど変化しない程度の無効電力の大きさに定められている。

変動制御部５は、例えばタイミングｔ１で無効電力変動部２にインバータ７の出力する無効電力の変動を開始させた場合、少なくともタイミングｔ１から一定時間Ｔ１が経過する時点まで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させる。図２では、一例として、タイミングｔ１〜ｔ５の間、変動制御部５が無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させている。なお、本実施形態では、一定時間Ｔ１は、例えば５ミリ秒に定められているが、この秒数に限定される趣旨ではない。

図２では、変動制御部５は、タイミングｔ１で無効電力の位相を進み位相にするように無効電力変動部２を制御する。例えば変動制御部５は、出力電流Ａ２が交流電圧Ｖ１に対して位相が進むように無効電力変動部２に無効電力を変動させる。無効電力変動部２は、タイミングｔ１からタイミングｔ５にかけて、出力電流Ａ２の位相を出力電流Ａ１の位相に対して徐々に進ませる。電力系統１５１から電力が供給されている場合には、出力電流Ａ２の位相が出力電流Ａ１の位相に対して進む（ずれる）が、交流電圧Ｖ１の位相はほとんど変化しない。すなわち電力系統１５１から電力が供給されている場合に無効電力が変動しても交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１はほぼ変化していないとみなすことができる。言い換えると、分散型電源１５２が単独運転していない場合、無効電力の位相を進み位相に変動させても、周波数偏差ＤＦ２の絶対値が周波数閾値Ｆ５の絶対値以下となるので、分散型電源１５２は単独運転を行っていないと判定部６が判定する。

一方、電力系統１５１が停電している場合に無効電力の位相を進み位相に変動させると、電力系統１５１の出力電流Ａ２の位相は、無効電力の位相を変動させる前の出力電流Ａ１の位相に対して進む（ずれる）。そして交流電圧Ｖ１の位相は、出力電流Ａ２の位相に応じて進む（ずれる）。すなわち無効電力の位相の変動に応じて交流電圧Ｖ１の位相が変化し、交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１が変化する。そして周波数偏差ＤＦ２の絶対値が、周波数閾値Ｆ５の絶対値を連続して所定回数（４回）超えることにより、分散型電源１５２は単独運転を行っていると判定部６が判定する。

無効電力が変動すると、タイミングｔ１から交流電圧Ｖ１の１周期分の時間（数式で表すと１／Ｆ１）が経過したタイミングｔ５で、直流分Ｄ１が電力系統１５１に発生する。本実施形態では、１周期分の時間（１／Ｆ１）は、例えば２０ミリ秒に定められているが、この秒数に限定される趣旨ではない。

直流分Ｄ１は、交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１と、負荷１５３の種類と、分散型電源１５２の供給電力とによって定まる周期で周期的に変化する。例えば直流分Ｄ１は、周波数Ｆ１の周期（２０ミリ秒）よりも長い周期（例えば５００ミリ秒など）で変動する場合もある。直流分Ｄ１の変動の大きさは、無効電力変動部２が無効電力を短時間で急峻に変動させるほど大きくなる傾向がある。

ところで、交流電圧Ｖ１は系統電源の稼動状態（例えば発電設備及び変電設備の稼動状態）や、電力需要の変動などによって変動する場合がある。例えば交流電圧Ｖ１の位相が、進み位相と遅れ位相とに交互に変動する場合がある。単独運転検出装置１は、周波数Ｆ１の変化をさらに助長するように電力系統１５１の無効電力を変動させる動作を行うので、無効電力の位相を進み位相と遅れ位相とに交互に変動させることになる。無効電力の位相を進み位相と遅れ位相とに交互に変動させると、無効電力を進み位相のみ（又は遅れ位相のみ）に変動させる場合と比べて直流分Ｄ１の変動が大きくなる。分散型電源１５２を電力系統１５１に系統連系するためには、直流分Ｄ１の大きさをあらかじめ定められた値よりも小さくしなければならない。そのため、無効電力の位相が連続して進み位相と遅れ位相とに変動させた場合に発生する直流分Ｄ１の大きさの変動を抑制したいという要望があった。

ここで、本実施形態の単独運転検出装置１と基本構成が同じで、変動制御部５の動作が異なる比較例の単独運転検出装置について図５を参照して説明する。比較例では、変動制御部５は、例えば５ミリ秒が経過するごとに無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させる。図５では、期間Ｔ２１〜Ｔ２８は各々、５ミリ秒の期間を示している。また、図５では、説明をわかりやすくするために、期間Ｔ２１の開始時点で交流電圧Ｖ１の位相角が約３０度となっている交流電圧Ｖ１を示している。期間Ｔ２１〜Ｔ２８のそれぞれの開始時点における交流電圧Ｖ１の最大値を、電圧値Ｖ２１〜Ｖ２８と呼ぶ。なお、交流電圧Ｖ１の１周期は２０ミリ秒であると仮定する。

比較例では、変動制御部５は、５ミリ秒の期間Ｔ２１〜Ｔ２８の各々が経過するごとに電力系統１５１の無効電力を変動させる。そのため、期間Ｔ２１〜Ｔ２８の各々が経過した時点における交流電圧Ｖ１の大きさ（瞬時値）に関わらず変動制御部５は無効電力変動部２に無効電力を変動させる。無効電力変動部２に無効電力を変動させた時点の交流電圧Ｖ１の大きさが大きいほど、電力系統１５１の無効電力が変動した後に発生する直流分Ｄ１の変動が大きくなる。具体的に説明すると、無効電力変動部２が、期間Ｔ２１の開始タイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させると、交流電圧Ｖ１の大きさは電圧値Ｖ２１の大きさであり、交流電圧Ｖ１の大きさの最大値に対して約半分の大きさである。無効電力変動部２が、期間Ｔ２２の開始タイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させると、交流電圧Ｖ１の大きさは、電圧値Ｖ２２の大きさであり、交流電圧Ｖ１の大きさの最大値に対して約０．８６倍の大きさである。電圧値Ｖ２１よりも電圧値Ｖ２２のほうが大きいので、期間Ｔ２１の開始タイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させるよりも、期間Ｔ２２の開始タイミングで無効電力を変動させる方が、直流分Ｄ１の変動が大きくなる。期間Ｔ２３，Ｔ２５，Ｔ２７の各々の開始タイミングにおける交流電圧Ｖ１の電圧値Ｖ２３，Ｖ２５，Ｖ２７の大きさは、電圧値Ｖ２１の大きさとほぼ等しい。期間Ｔ２４，Ｔ２６，Ｔ２８の各々の開始タイミングにおける交流電圧Ｖ１の電圧値Ｖ２４，Ｖ２６，Ｖ２８の大きさは、電圧値Ｖ２２の大きさとほぼ等しい。無効電力変動部２が、期間Ｔ２３，Ｔ２５，Ｔ２７の各々の開始タイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させるよりも、期間Ｔ２４，Ｔ２６，Ｔ２８の各々の開始タイミングで無効電力を変動させるほうが、直流分Ｄ１の変動が大きくなる。したがって、比較例では、期間Ｔ２１〜Ｔ２８の開始タイミングに対する電力系統１５１の電圧値Ｖ２１〜Ｖ２８の大きさによって、変動制御部５が無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させた際に発生する直流分Ｄ１の変動が大きくなる場合がある。

これに対し、本実施形態では、変動制御部５は、図３に示すように、交流電圧Ｖ１の大きさ（瞬時値）がほぼゼロになるタイミングｔ３１〜ｔ３５の各々で電力系統１５１の無効電力を変動させるように無効電力変動部２を制御する。変動制御部５は、計測部３で計測した交流電圧Ｖ１の電圧値の変化に基づいて、交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングを予測する。例えば変動制御部５は、計測部３が求めた周波数Ｆ１と、計測部３が計測した最新のゼロクロスタイミングとに基づいて、次を含む次以降のゼロクロスタイミングを予測する。無効電力変動部２は例えば、マイクロコンピュータ又は演算用のＩＣなどの演算機能を用いて演算によって、半周期後のゼロクロスのタイミングと、１周期後のゼロクロスのタイミングとを予測する。変動制御部５は、予測したゼロクロスタイミングに達した時点で無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させる。これにより、交流電圧Ｖ１がゼロクスロスするタイミングとほぼ同じタイミングで変動制御部５が無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させる。なお、計測部３が計測した最新の計測結果の直後に交流電圧Ｖ１の周波数がわずかに変化した場合、実際に交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングに対して無効電力変動部２が無効電力を変動させるタイミングがわずかにずれる場合が考えられる。しかしながら、比較例よりも交流電圧Ｖ１の電圧値が小さいタイミングで無効電力変動部２が電力系統１５１の無効電力を変動させるので、比較例よりも直流分Ｄ１の大きさの変動が抑制される。

ここで、本実施形態の単独運転検出装置１と比較例の単独運転検出装置との動作の違いについて図４を参照して説明する。

図４に示す直流分Ｄ１は、比較例の単独運転検出装置の変動制御部５が無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させた場合に生じる直流分の波形を示している。一方、直流分Ｄ２は、本実施形態の単独運転検出装置１の変動制御部５が無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させた場合に生じる直流分の波形を示している。直流分Ｄ１，Ｄ２は、交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１や、負荷１５３の種類や、分散型電源１５２の供給電力などの影響によって周期的に変化するように計測される。図４では、直流分Ｄ１，Ｄ２が交流電圧Ｖ１と同じ周期で変化する場合を示している。直流分Ｄ１の変動が抑制されていない場合、変動している直流分Ｄ１の最大値は、図示している期間においてほぼ一定である。一方、直流分Ｄ２の変動が抑制されている場合、変動している直流分Ｄ２の最大値は時間経過に伴って小さくなる。例えばタイミングｔ４１における直流分Ｄ２の最大値Ｄ２１よりも、タイミングｔ４１よりも後のタイミングｔ４２における直流分Ｄ２の最大値Ｄ２２は小さくなる（Ｄ２２＜Ｄ２１）。つまり、直流分Ｄ１の変動を抑制することにより、電力系統１５１に発生する直流分の大きさを小さくすることができる。

以上説明したように、本実施形態の単独運転検出装置１は、電力系統１５１と系統連系された分散型電源１５２の単独運転を検出する。単独運転検出装置１は、無効電力変動部２と、計測部３と、算出部４と、変動制御部５と、判定部６とを備える。無効電力変動部２は、電力系統１５１の無効電力を変動させる。計測部３は、電力系統１５１の交流電圧Ｖ１の周波数を計測する。算出部４は、計測部３の複数の計測結果から交流電圧Ｖ１の周波数の変化量（本実施形態では周波数偏差ＤＦ２）を求め、変化量（周波数偏差ＤＦ２）に基づいて無効電力変動部２で変動させる無効電力の大きさを求める。変動制御部５は、交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させ、かつ算出部４が求めた無効電力の大きさまで電力系統１５１の無効電力を変動させるように無効電力変動部２を制御する。判定部６は、無効電力変動部２が電力系統１５１の無効電力を変動させる前と後との各々で算出部４が求めた交流電圧Ｖ１の周波数の変化量（周波数偏差ＤＦ２）に基づいて、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定する。

上記構成によれば、計測部３は、電力系統１５１の交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１を計測する。算出部４は、計測部３の複数の計測結果から交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１の変化量（周波数偏差ＤＦ２）を求める。判定部６は、電力系統１５１の交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１の変化量（周波数偏差ＤＦ２）に基づいて、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定する。変動制御部５は、電力系統１５１の交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングで無効電力を変動させるように無効電力変動部２を制御する。変動制御部５は、交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングで無効電力変動部２に無効電力を変動させるので、交流電圧Ｖ１がゼロではないタイミングで無効電力を変動させる場合と比べて、無効電力の変動によって発生する直流分Ｄ１を小さくすることができる。言い換えると、単独運転検出装置１は、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動を抑制しつつ分散型電源１５２の単独運転を検出可能である。

本実施形態の単独運転検出装置１は、計測部３が計測した最新のゼロクロスのタイミングに基づいて、交流電圧Ｖ１の半周期後のゼロクロスのタイミング及び１周期後のゼロクロスのタイミングを予測して電力系統１５１の無効電力を変動させている。そのため、交流電圧Ｖ１が実際にゼロクロスするタイミングとほぼ同じタイミングで無効電力を変動させることができる。

本実施形態のパワーコンディショナ１０は、インバータ７と、無効電力変動部２と、計測部３と、算出部４と、変動制御部５と、判定部６とを備える。インバータ７は、分散型電源１５２の出力する直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電力系統１５１に出力する。無効電力変動部２は、インバータ７の出力する交流電力の無効電力を変動させる。計測部３は、電力系統１５１の交流電圧Ｖ１の周波数を計測する。算出部４は、計測部３の複数の計測結果から交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１の変化量（本実施形態では周波数偏差ＤＦ２）を求め、変化量（周波数偏差ＤＦ２）に基づいて無効電力変動部２で変動させる無効電力の大きさを求める。変動制御部５は、交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させ、かつ算出部４が求めた無効電力の大きさまで電力系統１５１の無効電力を変動させるように無効電力変動部２を制御する。判定部６は、無効電力変動部２が電力系統１５１の無効電力を変動させる前と後との各々で算出部４が求めた交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１の変化量（周波数偏差ＤＦ２）に基づいて、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定する。

上記構成によれば、計測部３は、電力系統１５１の交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１を計測する。算出部４は、計測部３の複数の計測結果から交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１の変化量（周波数偏差ＤＦ２）を求める。判定部６は、電力系統１５１の交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１の変化量（周波数偏差ＤＦ２）に基づいて、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定する。変動制御部５は、電力系統１５１の交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングで無効電力を変動させるように無効電力変動部２を制御する。変動制御部５は、交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングで無効電力変動部２に無効電力を変動させるので、交流電圧Ｖ１がゼロではないタイミングで無効電力を変動させる場合と比べて、無効電力の変動によって発生する直流分Ｄ１を小さくすることができる。言い換えると、パワーコンディショナ１０は、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動を抑制しつつ分散型電源１５２の単独運転を検出可能である。

なお、無効電力変動部２は、交流電圧Ｖ１に対する出力電流Ａ１の位相を変化させることにより、無効電力の大きさを変動させるように構成されているが、この構成に限定されない。無効電力変動部２は例えば、出力電流Ａ１とは異なる位相の出力電流を電力系統１５１に注入することにより、無効電力の大きさを変動させるように構成されていてもよい。

変動制御部５は、演算によって交流電圧Ｖ１のゼロクロスタイミングを予測することに限定されず、例えば情報テーブルを参照して交流電圧Ｖ１のゼロクロスタイミングを予測するように構成されていてもよい。情報テーブルは、例えばマイクロコンピュータ又はＩＣが有するメモリの一部で構成されている。情報テーブルには、例えば周波数Ｆ１に応じた交流電圧Ｖ１における１ミリ秒ごとの電圧値情報が、交流電圧Ｖ１の１周期分記憶されている。変動制御部５は、周波数Ｆ１と、計測部３が取得した最新のゼロクロスタイミングとに基づいて、交流電圧Ｖ１の半周期後及び１周期後のゼロクロスタイミングを、情報テーブルを参照して予測することができる。また情報テーブルには、周波数Ｆ１の異なる複数の交流電圧Ｖ１に関する電圧値情報が記憶されている。そのため交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１がわずかに変化した場合でも、変動制御部５は情報テーブルを参照して交流電圧Ｖ１の１周期分の電圧値情報を予測することができる。

本実施形態の変動制御部５は、計測部３が計測した最新の計測結果に基づいて、交流電圧Ｖ１の半周期後及び１周期後のゼロクロスのタイミングの各々を予測しているが、例えば１周期後のゼロクロスのタイミングだけを予測してもよい。他にも例えば変動制御部５は、電力系統１５１の交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングを予測する構成に限定されず、計測部３の計測結果に基づいて交流電圧Ｖ１がゼロクロスしたことを検知した後に無効電力変動部２を制御してもよい。この場合、変動制御部５は、例えば５ミリ秒よりもさらに短い周期（例えば１ミリ秒）で電力系統１５１の交流電圧Ｖ１を計測する。変動制御部５は、交流電圧Ｖ１の符号が反転した場合に交流電圧Ｖ１がゼロクロスしたと判定して無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させてもよい。この場合、変動制御部５が交流電圧Ｖ１のゼロクロスを検知してから無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させるまでの間に、ゼロクロス検知の判定処理及び無効電力変動部２への信号出力処理のためにわずかな時間を要する。この時間は、例えばマイクロコンピュータ又は演算用のＩＣの処理速度によるが、およそ数ミリ秒程度である。そのため、無効電力変動部２が無効電力を変動させるタイミングが、交流電圧Ｖ１のゼロクロスのタイミングよりもわずかにずれる。しかしながら、交流電圧Ｖ１の実際のゼロクロスタイミングからわずかにずれた程度である場合、変動制御部５が無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させる際の交流電圧Ｖ１の大きさ（瞬時値）はゼロに近い値である。そのため、比較例の単独運転検出装置の変動制御部５が無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させる場合と比べて、本実施形態の単独運転検出装置１では、直流分Ｄ１の大きさの変動を抑制することが可能である。

無効電力変動部２は、インバータ７の出力する出力電流Ａ１の位相を変動させることにより電力系統１５１の無効電力を変動させているが、例えば交流電圧Ｖ１に対して位相の異なる交流電流を電力系統１５１に注入することにより無効電力を変動させてもよい。

解列器８は、判定部６からの解列信号に応じてインバータ７と電力系統１５１とを電気的に切り離しているが、解列信号の送信元は判定部６に限定される趣旨ではない。例えば、パワーコンディショナ１０は、解列器８の開閉を制御する制御部を備えていてもよい。その場合の一例として、判定部６が単独運転の判定結果を制御部に出力し、制御部は、判定部６の判定結果に応じて解列器８の開閉動作を制御するように構成される。

変動制御部５はタイマを有しているが、タイマを有することに限定されず、例えばマイクロコンピュータが有するタイマを変動制御部５が利用する構成であってもよい。

（実施形態２）
本実施形態の単独運転検出装置１及びパワーコンディショナ１０の基本構成は実施形態１と同じであり、変動制御部５の動作が実施形態１と相違するだけである。以下、本実施形態における変動制御部５の動作について図６及び図７を参照して説明する。なお、実施形態１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

変動制御部５は、無効電力変動部２の制御を開始する前に交流電圧Ｖ１の半周期Ｔ１０よりも短い所定時間の計時を開始する。変動制御部５は、所定時間を６ミリ秒に定めている。変動制御部５は、所定時間の開始タイミングから終了タイミングに達する時点までの経過時間を計測することにより、所定時間を計時している。変動制御部５は、計時している所定時間が終了タイミングに達するごとに次の所定時間の計時を開始する。以下、変動制御部５が計時している所定時間のことを「現在の所定時間」と呼び、現在の所定時間の次に計時する所定時間のことを「次の所定時間」と呼ぶ。言い換えると、変動制御部５はタイマを用いて現在の所定時間及び次の所定時間の計時を繰り返す。

交流電圧Ｖ１の周期は電力系統１５１と負荷１５３と分散型電源１５２の連系状態とに応じてわずかに変化するが、本実施形態の交流電圧Ｖ１は半周期Ｔ１０を１０ミリ秒、１周期を２０ミリ秒と仮定する。

変動制御部５は、所定時間が経過するごとに、次の所定時間の開始タイミングから所定時間の終了タイミングを定める。

変動制御部５は、所定時間の開始タイミングに達した時点から終了タイミングに達する時点までにおいて交流電圧Ｖ１の絶対値（交流電圧Ｖ１の大きさ）が最小となるタイミングで電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるように無効電力変動部２を制御する。変動制御部５は、交流電圧Ｖ１の絶対値に応じて、所定時間の開始タイミングか、所定時間の終了タイミングか、交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングかの何れかを択一的に選択し、選択したタイミングで電力系統１５１の無効電力の変動を開始させる。以下では、変動制御部５が、次の所定時間における交流電圧Ｖ１の絶対値に応じて電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるタイミングを決定する動作について図６を参照して説明する。なお、所定時間の開始タイミングにおける交流電圧Ｖ１の絶対値を電圧値ＶＳと呼び、所定時間の終了タイミングにおける交流電圧Ｖ１の絶対値を電圧値ＶＥと呼ぶ。

単独運転検出装置１のマイクロコンピュータが動作を開始すると、変動制御部５は、待ち時間ＴＺ２に０ミリ秒を定める。「待ち時間ＴＺ２」とは、次の所定時間の開始タイミングに達した時点から次の所定時間内で電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるタイミングに達する時点までの待ち時間である。つまり変動制御部５は、動作開始時に待ち時間ＴＺ２の初期値として０ミリ秒を定める（Ｓ１）。

変動制御部５は、待ち時間ＴＺ１に待ち時間ＴＺ２の値を定める（Ｓ２）。待ち時間ＴＺ１とは、現在の所定時間の開始タイミングに達した時点から電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるタイミングに達する時点までの待ち時間である。変動制御部５は、現在の所定時間の開始タイミングに達すると、経過時間ＴＳの計時を開始する（Ｓ３）。言い換えると、変動制御部５は、経過時間ＴＳを計時することによって現在の所定時間の開始タイミングから経過した時間を計時する。

変動制御部５は、現在の所定時間の開始タイミングと、所定時間の所要時間（本実施形態では６ミリ秒）とに基づいて、次の所定時間の開始タイミング及び終了タイミングを定める（Ｓ４）。変動制御部５は、演算により次の所定時間内の交流電圧Ｖ１を予測する（Ｓ５）。変動制御部５は、次の所定時間内に交流電圧Ｖ１がゼロクロスするか否かを予測する（Ｓ６）。変動制御部５は、次の所定時間内に交流電圧Ｖ１がゼロクロスすると予測すると（Ｓ６：Ｙｅｓ）、演算により待ち時間ＴＺ２を求める。変動制御部５は、例えば次の所定時間の開始タイミングから交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングまでの時間を待ち時間ＴＺ２として定める（Ｓ７）。

変動制御部５は、次の所定時間内に交流電圧Ｖ１がゼロクロスしないと予測すると（Ｓ６：Ｎｏ）、演算により次の所定時間の開始タイミングの交流電圧Ｖ１の絶対値と、終了タイミングの交流電圧Ｖ１の絶対値を比較する（Ｓ８）。つまり変動制御部５は、電圧値ＶＳと電圧値ＶＥとを比較する。電圧値ＶＳが電圧値ＶＥよりも小さいと予測すると（Ｓ８：Ｙｅｓ）、待ち時間ＴＺ２を０ミリ秒に定める（Ｓ９）。待ち時間ＴＺ２を０ミリ秒に定めることにより、変動制御部５は、次の所定時間の開始タイミングを、電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるタイミングに定める。

変動制御部５は、電圧値ＶＳが電圧値ＶＥ以上であると予測すると（Ｓ８：Ｎｏ）、待ち時間ＴＺ２を所定時間の長さである６ミリ秒に定める（Ｓ１０）。待ち時間ＴＺ２を６ミリ秒に定めることにより、変動制御部５は、次の所定時間の終了タイミングを、電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるタイミングに定める。

変動制御部５は、現在の所定時間の経過時間ＴＳが、６ミリ秒に達したか否かを判定する（Ｓ１１）。経過時間ＴＳが６ミリ秒に達していない場合（Ｓ１１：Ｎｏ）、変動制御部５は、経過時間ＴＳが待ち時間ＴＺ１に達したか否かを判定する（Ｓ１２）。変動制御部５は、経過時間ＴＳが待ち時間ＴＺ１に達していない場合（Ｓ１２：Ｎｏ）、経過時間ＴＳの計時を継続する。変動制御部５は、経過時間ＴＳが待ち時間ＴＺ１に達したと判定すると（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるように無効電力変動部２を制御する（Ｓ１３）。一例として、変動制御部５が無効電力変動部２に制御信号を出力した時点から電力系統１５１の無効電力の変動が開始する時点までに１ミリ秒かかる場合、変動制御部５は、交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングの１ミリ秒前に制御信号を出力する。なお、変動制御部５が無効電力変動部２に制御信号を出力してから無効電力変動部２が電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるまでに要する時間は一例であり、この秒数に限定する趣旨ではない。

変動制御部５は、経過時間ＴＳが６ミリ秒に達したと判定すると（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、経過時間ＴＳを０ミリ秒にリセットして（Ｓ１４）、Ｓ２のステップに戻る。以下、変動制御部５はＳ２〜Ｓ１４のステップを繰り返す。

上述したように、変動制御部５は、現在の所定時間内で、無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるタイミングに達したか否かを判定する（Ｓ１２）。また変動制御部５は、現在の所定時間内で、次の所定時間内における交流電圧Ｖ１の絶対値（交流電圧Ｖ１の大きさ）が最小となるタイミングを予測する（Ｓ６，Ｓ８）。

次に、変動制御部５が上記動作に基づいて電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるタイミングを決定する動作について説明する。以下、変動制御部５の動作を説明するために、１０周期分の所定時間を期間Ｔ１１〜Ｔ２０と呼ぶ（図７参照）。変動制御部５は、現在の所定時間の終了タイミングと次の所定時間の開始タイミングとは同じタイミングとして定めている。例えば変動制御部５は、期間Ｔ１１の終了タイミングと期間Ｔ１２の開始タイミングとは同じタイミングとして定めている。

期間Ｔ１１の開始タイミング前において、変動制御部５は、待ち時間ＴＺ２に０ミリ秒を定める（Ｓ１）。変動制御部５は、期間Ｔ１１の開始タイミングに達すると、無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させる（Ｓ１２，Ｓ１３）。期間Ｔ１１の開始タイミングは、交流電圧Ｖ１のゼロクロスのタイミングとほぼ同じである。そのため期間Ｔ１１の開始タイミングにおける交流電圧Ｖ１の電圧値Ｖ１１はほぼゼロである。図７では、交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングを丸印で図示している。

変動制御部５は、期間Ｔ１１の終了タイミングに達する時点までの間に、期間Ｔ１２内の交流電圧Ｖ１の絶対値が最小となるタイミングを予測する（Ｓ５）。変動制御部５は、期間Ｔ１２内に交流電圧Ｖ１がゼロクロスすると予測し（Ｓ６：Ｙｅｓ）、交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングを予測する（Ｓ７）。変動制御部５は、期間Ｔ１２の開始タイミングから交流電圧Ｖ１がゼロクロスする時点までの待ち時間ＴＺ２を予測する（Ｓ７）。

変動制御部５は、期間Ｔ１１の開始タイミングから６ミリ秒が経過すると（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、期間Ｔ１１の終了タイミングに達したと判定し、経過時間ＴＳをリセットする（Ｓ１４）。変動制御部５は、待ち時間ＴＺ１に待ち時間ＴＺ２の値を定め（Ｓ２）、現在の所定時間を期間Ｔ１１から期間Ｔ１２に変更し、期間Ｔ１２の計時を開始する（Ｓ３）。変動制御部５は、待ち時間ＴＺ１と経過時間ＴＳとを比較することにより、期間Ｔ１２において無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるタイミングに達したか否かを判定する（Ｓ１２）。

変動制御部５は、期間Ｔ１３内の交流電圧Ｖ１の絶対値が最小となるタイミングを予測する（Ｓ５）。変動制御部５は、期間Ｔ１３内で交流電圧Ｖ１がゼロクロスしないと予測すると（Ｓ６：Ｎｏ）、電圧値ＶＳと電圧値ＶＥとを比較する（Ｓ８）。変動制御部５は、期間Ｔ１３内の電圧値ＶＳが電圧値ＶＥよりも小さいと予測し（Ｓ８：Ｙｅｓ）、待ち時間ＴＺ２を０ミリ秒に定める（Ｓ９）。

期間Ｔ１２において待ち時間ＴＺ１は、交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングに定められている。そのため変動制御部５は、経過時間ＴＳが待ち時間ＴＺ１に達して交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングで、無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させる（Ｓ１３）。期間Ｔ１２において、変動制御部５が無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させる時点の交流電圧Ｖ１の電圧値Ｖ１２はほぼゼロである。

変動制御部５は、経過時間ＴＳが６ミリ秒に達して期間Ｔ１２の終了タイミングに達すると（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、待ち時間ＴＺ１に待ち時間ＴＺ２の値を定める（Ｓ２）。変動制御部５は、現在の所定時間を期間Ｔ１２から期間Ｔ１３に変更し、期間Ｔ１３の計時を開始する（Ｓ３）。期間Ｔ１３における待ち時間ＴＺ１は０ミリ秒に定められているので、変動制御部５は、期間Ｔ１３の開始タイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させる（Ｓ１３）。期間Ｔ１３の開始タイミングにおける交流電圧Ｖ１の電圧値Ｖ１３の大きさは、期間Ｔ１３の終了タイミングにおける交流電圧Ｖ１の大きさよりも小さい。図７では、所定時間の開始タイミングで変動制御部５が無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させる場合、そのタイミングを三角印で図示している。

変動制御部５は、期間Ｔ１４内の交流電圧Ｖ１の絶対値が最小となるタイミングを予測する。変動制御部５は、期間Ｔ１４内で交流電圧Ｖ１がゼロクロスすると予測すると、期間Ｔ１４の開始タイミングから交流電圧Ｖ１がゼロクロスする時点までの待ち時間ＴＺ２を予測する。変動制御部５は、期間Ｔ１３の開始タイミングから６ミリ秒が経過すると期間Ｔ１３の終了タイミングに達したと判定し、経過時間ＴＳをリセットする。

変動制御部５は現在の所定時間を期間Ｔ１３から期間Ｔ１４に変更し、期間Ｔ１４の計時を開始する。変動制御部５は、待ち時間ＴＺ１に待ち時間ＴＺ２の値を定め、待ち時間ＴＺ１と経過時間ＴＳとを比較することにより、期間Ｔ１４において無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるタイミングに達したか否かを判定する。

変動制御部５は、期間Ｔ１５内の交流電圧Ｖ１の絶対値が最小となるタイミングを予測する。変動制御部５は、期間Ｔ１５内で交流電圧Ｖ１がゼロクロスしないと予測すると、電圧値ＶＳと電圧値ＶＥとを比較する。変動制御部５は、期間Ｔ１５内の電圧値ＶＳが電圧値ＶＥよりも大きいと予測し、待ち時間ＴＺ２を６ミリ秒に定める。

期間Ｔ１４において待ち時間ＴＺ１は、交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングに定められている。そのため変動制御部５は、交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングで、無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させる。期間Ｔ１４において、変動制御部５が無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させる時点の交流電圧Ｖ１の電圧値Ｖ１４はほぼゼロである。

変動制御部５は、経過時間ＴＳが６ミリ秒に達して期間Ｔ１４の終了タイミングに達すると（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、現在の所定時間を期間Ｔ１４から期間Ｔ１５に変更し、期間Ｔ１５の計時を開始する。また変動制御部５は、待ち時間ＴＺ１に待ち時間ＴＺ２の値を定める。期間Ｔ１５における待ち時間ＴＺ１は６ミリ秒に定められているので、変動制御部５は、期間Ｔ１５の終了タイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させる。期間Ｔ１５の終了タイミングにおける交流電圧Ｖ１の電圧値Ｖ１５の大きさは、期間Ｔ１５の開始タイミングにおける交流電圧Ｖ１の大きさよりも小さい。図７では、所定時間の終了タイミングで変動制御部５が無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させる場合、そのタイミングを四角印で図示している。

以降、変動制御部５は、経過時間ＴＳと待ち時間ＴＺ１とに基づいて無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるタイミングを判定し、かつ次の所定時間で交流電圧Ｖ１が最小値となるタイミングを予測する動作を繰り返す。例えば現在の所定時間が期間Ｔ１６，Ｔ１８，Ｔ１９となった場合に、変動制御部５は、交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させる。期間Ｔ１６，Ｔ１８，Ｔ１９のそれぞれにおいて、変動制御部５が無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させる時点の交流電圧Ｖ１の電圧値Ｖ１６，Ｖ１８，Ｖ１９はそれぞれほぼゼロである。

他にも例えば現在の所定時間が期間Ｔ１７となった場合に、変動制御部５は、期間Ｔ１７の終了タイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させる。また現在の所定時間が期間Ｔ２０となった場合に、変動制御部５は、期間Ｔ２０の開始タイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させる。期間Ｔ１７の終了タイミングにおける交流電圧Ｖ１の電圧値Ｖ１７の大きさは、期間Ｔ１７の開始タイミングにおける交流電圧Ｖ１の大きさよりも小さい。

上記したように、本実施形態の変動制御部５は、交流電圧Ｖ１の半周期Ｔ１０よりも短い６ミリ秒の所定時間を繰り返し定め、その所定時間が経過する時点までの間に無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させる。実施形態１の変動制御部５は、交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるため、無効電力変動部２が無効電力を４回変動させるために必要な時間が、交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１に応じて変化する。一方、本実施形態における変動制御部５は、所定時間の６ミリ秒が経過する時点までの間に無効電力変動部２が無効電力を１回変動させるため、交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１に関わらず２４ミリ秒の間に無効電力を４回変動させることができる。しかも、本実施形態における変動制御部５は、交流電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミング、又は所定時間内において交流電圧Ｖ１が最小となるタイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させる。無効電力の変動による直流分Ｄ１の変動の大きさは、無効電力が変動した際の交流電圧Ｖ１の絶対値に応じて大きくなる傾向がある。交流電圧Ｖ１が最小となるタイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるように変動制御部５が無効電力変動部２を制御することにより、無効電力の変動による直流分Ｄ１の変動が大きくなることを抑制できる。

以上説明したように、本実施形態の単独運転検出装置１において、変動制御部５は、無効電力変動部２の制御を開始する前に交流電圧Ｖ１の半周期Ｔ１０（本実施形態では１０ミリ秒）よりも短い所定時間（本実施形態では６ミリ秒）の計時を開始する。変動制御部５は、所定時間（本実施形態では期間Ｔ１１〜Ｔ１９）が経過するごとに所定時間（期間Ｔ１２〜Ｔ２０）を繰り返し定める。変動制御部５は、所定時間（期間Ｔ１１〜Ｔ２０）の開始タイミングから所定時間の終了タイミングまでの間において交流電圧Ｖ１の大きさ（絶対値）が最小となるタイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させる。

上記構成によれば、変動制御部５は、交流電圧Ｖ１の大きさ（絶対値）が所定時間内で最小となるタイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させることにより、無効電力の変動による直流分Ｄ１の変動が大きくなることを抑制できる。

本実施形態の変動制御部５は、所定時間（期間Ｔ１１〜Ｔ２０）内において、無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させることができる。そのため判定部６は、交流電圧Ｖ１の周波数Ｆ１の大小に関わらず、あらかじめ定められた時間（本実施形態ではおよそ２４ミリ秒）で分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定することができる。しかも変動制御部５は、所定時間（期間Ｔ１１〜Ｔ２０）内のそれぞれにおいて交流電圧Ｖ１が最小となるタイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させるので、直流分Ｄ１の変動が大きくなることを抑制できる。

本実施形態のパワーコンディショナ１０において、変動制御部５は、無効電力変動部２の制御を開始する前に交流電圧Ｖ１の半周期よりも短い所定時間の計時を開始する。変動制御部５は、所定時間が経過するごとに所定時間を繰り返し定める。変動制御部５は、所定時間の開始タイミングから所定時間の終了タイミングまでの間において交流電圧Ｖ１の大きさ（絶対値）が最小となるタイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させる。

なお、本実施形態では交流電圧Ｖ１の半周期Ｔ１０が１０ミリ秒であり、変動制御部５は、所要時間が６ミリ秒に定められた所定時間を繰り返し定めているが、半周期Ｔ１０と所定時間との長さは一例であり、この値に限定される趣旨ではない。例えば所定時間の長さ（所要時間）は、交流電圧Ｖ１の半周期Ｔ１０よりも短い長さに定められていればよい。

変動制御部５では、現在の所定時間に対して、次の所定時間内における無効電力の変動タイミングを予測しているが、この動作に限定されない。例えば変動制御部５は、繰り返し定められる所定時間について、現在の所定時間よりも２周期先以後の所定時間内における無効電力の変動タイミングを予測してもよい。変動制御部５が予測する所定時間を２周期先以後の所定時間内に定めることにより、現在の所定時間の計時開始タイミングから電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるまでの期間を、さらに長く定めることができる。例えば変動制御部５の判定動作に必要な時間と無効電力変動部２が電力系統１５１の無効電力の変動を開始させるまでの時間との合計時間が、１周期分の所定時間よりも長くなると仮定する。この場合、電力系統１５１の無効電力の変動タイミングを所定時間の２周期先以後の所定時間内に定めることにより、変動制御部５は予測したタイミングで無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力の変動を開始させることができる。

変動制御部５は、次の所定時間における交流電圧Ｖ１の絶対値が最小となるタイミングを、演算により予測しているが、演算に限定されず、例えば交流電圧Ｖ１の電圧値を記憶している情報テーブルを参照してそのタイミングを予測してもよい。

他にも例えば変動制御部５は、２周期先以後の所定時間の各々について、無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させるタイミングを予測してもよい。例えば変動制御部５が１周期先の所定時間と２周期先の所定時間とにおいて無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させるタイミングを予測する場合、変動制御部５は、各所定時間において無効電力を変動させるタイミングを２回予測することになる。変動制御部５は、２回の予測タイミングの平均値を、各所定時間において無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させるタイミングと定めてもよい。この場合、各所定時間において変動制御部５が１回で無効電力変動部２に電力系統１５１の無効電力を変動させるタイミングを予測するよりも予測精度を高めることができる。

本実施形態の変動制御部５は、変動制御部５の有するタイマを用いて経過時間ＴＳを計測しているが、タイマを有することに限定されず、単独運転検出装置１のマイクロコンピュータのタイマを利用してもよい。

１単独運転検出装置
１０パワーコンディショナ
２無効電力変動部
３計測部
４算出部
５変動制御部
６判定部
７インバータ
１５１電力系統
１５２分散型電源
Ｖ１交流電圧
Ｔ１１〜Ｔ２０期間（所定時間）
Ｔ１０半周期（交流電圧の半周期）

Claims

電力系統と系統連系された分散型電源の単独運転を検出する単独運転検出装置であって、
前記電力系統の無効電力を変動させる無効電力変動部と、
前記電力系統の交流電圧の周波数を計測する計測部と、
前記計測部の複数の計測結果から前記交流電圧の周波数の変化量を求め、前記変化量に基づいて前記無効電力変動部で変動させる無効電力の大きさを求める算出部と、
前記交流電圧がゼロクロスするタイミングで前記無効電力変動部に前記電力系統の無効電力の変動を開始させ、かつ前記算出部が求めた無効電力の大きさまで前記電力系統の無効電力を変動させるように前記無効電力変動部を制御する変動制御部と、
前記無効電力変動部が前記電力系統の無効電力を変動させる前と後との各々で前記算出部が求めた前記交流電圧の周波数の前記変化量に基づいて、前記分散型電源が単独運転しているか否かを判定する判定部と
を備える
ことを特徴とする単独運転検出装置。
前記変動制御部は、前記無効電力変動部の制御を開始する前に前記交流電圧の半周期よりも短い所定時間の計時を開始し、前記所定時間が経過するごとに前記所定時間を繰り返し定め、前記所定時間の開始タイミングから前記所定時間の終了タイミングまでの間において前記交流電圧の大きさが最小となるタイミングで前記無効電力変動部に前記電力系統の無効電力の変動を開始させる
ことを特徴とする請求項１に記載の単独運転検出装置。
分散型電源の出力する直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を電力系統に出力するインバータと、
前記インバータの出力する前記交流電力の無効電力を変動させる無効電力変動部と、
前記電力系統の交流電圧の周波数を計測する計測部と、
前記計測部の複数の計測結果から前記交流電圧の周波数の変化量を求め、前記変化量に基づいて前記無効電力変動部で変動させる無効電力の大きさを求める算出部と、
前記交流電圧がゼロクロスするタイミングで前記無効電力変動部に前記電力系統の無効電力の変動を開始させ、かつ前記算出部が求めた無効電力の大きさまで前記電力系統の無効電力を変動させるように前記無効電力変動部を制御する変動制御部と、
前記無効電力変動部が前記電力系統の無効電力を変動させる前と後との各々で前記算出部が求めた前記交流電圧の周波数の前記変化量に基づいて、前記分散型電源が単独運転しているか否かを判定する判定部と
を備える
ことを特徴とするパワーコンディショナ。
前記変動制御部は、前記無効電力変動部の制御を開始する前に前記交流電圧の半周期よりも短い所定時間の計時を開始し、前記所定時間が経過するごとに前記所定時間を繰り返し定め、前記所定時間の開始タイミングから前記所定時間の終了タイミングまでの間において前記交流電圧の大きさが最小となるタイミングで前記無効電力変動部に前記電力系統の無効電力の変動を開始させる
ことを特徴とする請求項３に記載のパワーコンディショナ。