JP2017118718A - 分散電源の単独運転検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数台の分散電源の並列運転時に発生した単独運転が時間差をもって検出される場合でも、周波数偏差比率の判定と解列による電圧低下の事象とを組み合わせて単独運転を確実かつ短時間で検出可能とした単独運転検出システムを提供する。【解決手段】無効電力算出・注入手段１４が算出した注入無効電力が注入量閾値を超えた場合に注入無効電力を注入量閾値に制限し、単独運転検出手段１６は、現在の周波数偏差の過去の周波数偏差からの増減の比率を周波数偏差比率として演算し、周波数偏差比率が比率閾値としての第３閾値を超えた回数が回数閾値としての第４閾値を超えたとき、または、インバータ１１の出力電圧が第５閾値以下であって、周波数偏差比率が第１閾値を超えた回数が第２閾値より小さい第６閾値を超えたときに、分散電源が単独運転状態にあると判定する。【選択図】図４

Description

本発明は、太陽光発電システム、風力発電システム、燃料電池発電システム等を構成する分散電源がインバータ等の電力変換器を介して電力系統に連系している場合に、系統電源の事故停電や作業停電により、分散電源が系統から切り離されて単独運転状態になったことを検出する単独運転検出システムに関するものである。
なお、以下において、「分散電源」は、太陽電池等の直流電源自体だけではなく、直流電源とその直流電力を交流電力に変換する電力変換器とからなる直流−交流変換器を指す場合にも、使用するものとする。

電力系統に連系して運転されている分散電源が単独運転状態となり、系統電源からの電力供給が停止すると、分散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が破損するおそれがある。このため、分散電源の単独運転を速やかに検出し、電力系統から解列して安全性を確保することが求められている。

この種の単独運転検出システムは、分散電源が電力系統から解列されて単独運転状態に移行した時に生じる電圧や位相等の変化をとらえて単独運転を検出する受動方式と、分散電源に接続されたインバータの出力に変動要因を与えておき、連系運転時にはその変動の影響が現れず、単独運転時には変動要因の影響が現れることを利用して単独運転を検出する能動方式と、に大別することができる。

上記の能動方式としては、系統に無効電力を注入してインバータの出力を変化させ、その変化を、系統周波数の偏差を判定条件として単独運転を検出するものが知られている。
例えば、最新の系統周波数と過去の系統周波数との偏差を算出し、その偏差が所定の閾値を超過した場合に単独運転と判定するものがある。
図８（ａ）は、周波数偏差が閾値を超過した回数が１回または複数回の場合に、分散電源の単独運転を検出する原理の説明図であり、「●」は一定周期のサンプリング点における周波数偏差を示す。

また、特許文献１には、階段状に単調増加／単調減少する閾値を設定し、周波数偏差が複数のサンプリング点で上記の階段状閾値を超過した時に単独運転を検出する従来技術が開示されている。
ここで、図９は、特許文献１に記載された単独運転検出装置５０の構成図であり、この検出装置５０は、分散型電源６０と系統電源７０との間に接続されている。図９において、５１は系統の周波数を計測して連系リレー５４，５５を制御する制御装置、５２は、制御装置５１からの指令と系統の電圧、電流とに基づいてインバータ５３を制御するインバータ制御部である。

図１０は、図９における制御装置５１の構成図である。この制御装置５１は、系統の周波数を計測する計測部５１ａと、所定期間の計測周波数の変動状況（周波数偏差）に応じて補正無効電力を生成する周波数フィードバック部５１ｂと、無効電力を定期的に変動させる定期変動部５１ｃと、定期的に変動する無効電力と補正無効電力とを加算する加算部５１ｄと、所定期間の周波数偏差に応じて変化パターンを生成する変化パターン生成部５１ｅと、周波数偏差と変化パターンとを比較して単独運転の有無を判定し、その判定出力により連系リレー５４，５５を駆動する判定部５１ｆと、を備えている。
図１１（ａ）は、上記の構成により単独運転を検出する原理の説明図であり、周波数偏差が、複数のサンプリング点で階段状閾値（変化パターン）を超過したときに単独運転を検出している。

前述したように、周波数偏差と閾値とを比較して単独運転を検出する方式では、周波数偏差が閾値に対して大きな変化分で推移するような系統の擾乱が発生すると、判定中に周波数偏差の変化率が反転するポイントが生じ、その後に周波数偏差が小さくなった場合、単独運転ではなくても単独運転と誤検出してしまう場合がある。
図８（ｂ）及び図１１（ｂ）は、このような誤検出状態を示したものである。何れの場合も、系統の擾乱により瞬間的に周波数が大きく変動し、その後、周波数が元に戻っていく過程で周波数偏差が次第に縮小していくが、予め設定された閾値を下回ることがないため、単独運転と誤検出してしまう。

上記のような単独運転の誤検出を回避するためには、閾値を微妙に調整するか、または、余裕を見て閾値を大きめに設定する必要がある。
しかし、閾値を微妙に調整するだけでは誤検出を完全になくすことが困難である。また、閾値に余裕を持たせると、その分、周波数偏差が大きくならない限り単独運転を検出できなくなり、感度が低下して判定に要する時間が長くなる。つまり、結果的に分散電源の単独運転状態が長く続くため、安全性が低下するという問題がある。

一方、特許文献２には、電力系統に連系する電力変換装置であって、系統電圧の角加速度の大きさと複数の閾値との比較に基づいて、通常動作、瞬時電圧低下（瞬低）、または単独運転を判定する系統状態判定部と、受動方式による単独運転検知部とを備えた電力変換装置が記載されている。
電力系統の安定化のため、系統電圧の短時間の低下や周波数の変動に対しては分散電源の運転を停止しないことが望ましいため、特許文献２では、系統状態判定部が瞬低と判定した場合には単独運転の検知を行わず、電力変換装置の運転を継続するようになっている。

特開２００７−２１５３９２号公報（段落[００４１]〜[００６２]、図１，図２，図５等） 特開２０１３−７８２０７号公報（段落[００２６]〜[００３４]、図３等）

しかしながら、例えば、複数台の分散電源が並列運転されている環境で単独運転が発生してその出力電圧が低下し、その単独運転状態が時間差をもって検出され、これらの分散電源の運転が順に停止されるような場合には、運転を停止した分散電源の出力分だけ系統電圧が低下する。このため、特許文献２に係る発明では、系統電圧が低下した事象を瞬低によるものと判定し、実際には単独運転状態であるにも関わらず分散電源の運転を継続してしまう。

また、分散電源の並列台数が多く、出力電圧の低下が著しい場合には、瞬時電圧低下と判定しなくても周波数を検出することができなくなる。このような場合には、不足電圧リレーの動作により所定の検出時限後に分散電源の運転を停止させることが可能であるが、単独運転判定時に比べると、運転停止までの時間が長くなり、安全性の低下を招くという問題があった。

そこで、本発明の解決課題は、複数台の分散電源の並列運転時に発生した単独運転が時間差をもって検出される場合でも、周波数偏差比率の判定と解列による電圧低下の事象とを組み合わせることで分散電源の単独運転を確実かつ短時間で検出可能とした単独運転検出システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の基本原理は、インバータを介して系統へ無効電力を注入することにより、その注入無効電力量に応じて周波数偏差が大きくなり、当該注入無効電力量から想定される周波数偏差が変化することに基づいて単独運転を検出する。

まず、系統への無効電力注入による周波数偏差の挙動を、図５及び図６に基づいて説明する。
図５において、時刻ｔ１で検出した周波数偏差をΔｆとすると、その時刻ｔ１で系統に注入する無効電力を、次のサンプリング点ｔ２においてΔｆの２倍の周波数偏差（２×Δｆ）の発生を期待する量とすると、理想的には、時刻ｔ２で検出される周波数偏差は（２×Δｆ）となる。更に、時刻ｔ２で検出した周波数偏差を（２×Δｆ）とすると、その時刻ｔ２で系統に注入する無効電力を、次のサンプリング点ｔ３において（２×Δｆ）の２倍の周波数偏差（４×Δｆ）の発生を期待する量とすると、理想的には、時刻ｔ３で検出される周波数偏差は（４×Δｆ）となる。
本発明では、注入無効電力によって生じると予想される連続したサンプリング点間の周波数偏差の比率（図５の例では、「２．０」）を所定の閾値と比較することを基本として、分散電源の単独運転を検出するものである。

図６は、周波数偏差と注入無効電力との関係を示す図である。注入無効電力の極性が負の場合もあり得るが、ここでは、極性が正の場合について述べる。なお、注入無効電力の極性が負の場合は、図６と対称の特性となる。

注入無効電力の極性が正の場合について、理想的な状態について説明する。
図６において、まず、周波数偏差Δｆ１を検出すると、その２倍の周波数偏差Δｆ２（＝２×Δｆ１）の発生を期待する無効電力Ｑ２を注入する。そして、この無効電力Ｑ２の注入によって発生する周波数偏差Δｆ２を検出する。次に、周波数偏差Δｆ２を検出すると、その２倍の周波数偏差Δｆ３（＝２×Δｆ２）の発生を期待する無効電力Ｑ３を注入する。そして、この無効電力Ｑ３の注入によって発生する周波数偏差Δｆ３を検出する。
以後、同様にして、周波数偏差Δｆｎを検出すると、その２倍の周波数偏差Δｆｎ＋１（＝２×Δｆｎ）の発生を期待する無効電力Ｑｎ＋１を注入する。

上記のような手順で系統に無効電力を注入することにより、周波数偏差は次第に増大していく。言い換えると、検出した周波数偏差Δｆに対し、次に期待する周波数偏差を例えば（２×Δｆ）とすると、Δｆが大きければ次の周波数偏差も大きくなり、Δｆが小さければ次の周波数偏差も小さくなる。
この点に着目し、本発明では、周波数偏差の変化の状況に応じて、単独運転を検出するための閾値を変動させる閾値変動方法を用いることとした。

図７は、本発明における閾値変動方法を説明するための概念図である。本発明では、図７（ａ）のように周波数偏差が小さい場合には、次に期待する周波数偏差も小さくなるため、周波数偏差の比率である閾値が小さくなり、逆に、図７（ｂ）のように周波数偏差が大きい場合には、次に期待する周波数偏差も大きくなるため、周波数偏差の比率である閾値が大きくなるように変動する。
このため、本発明では、前述の図８（ｂ）や図１１（ｂ）に示したように、系統の擾乱によって周波数偏差が大きく変動した場合には、次の周波数偏差に対する閾値が大きくなるように変動するのに対し、その後に周波数偏差が前回よりも減少して期待通りの値にならなかった場合には、増大した閾値に対して周波数偏差の比率が下回ることになり、単独運転とは見なさないため誤検出が回避されることになる。

すなわち、請求項１に係る発明は、分散電源が電力変換器を介して電力系統に連系せずに単独運転状態にあることを検出する分散電源の単独運転検出システムであって、
系統周波数を検出する周波数検出手段と、
前記系統周波数から所定期間の周波数偏差を算出する周波数偏差算出手段と、
前記所定期間の周波数偏差に対して次の所定期間の周波数偏差が所定の比率で変化するような無効電力を算出して前記電力変換器を介して系統に注入する無効電力算出・注入手段と、
前記所定期間の周波数偏差と前記無効電力算出・注入手段により系統に注入される無効電力とに基づき、更に、必要に応じて前記電力変換器の出力電圧に基づいて、前記分散電源が単独運転状態であるか否かを判定する単独運転検出手段と、を備え、
前記単独運転検出手段は、
系統への注入無効電力が所定値以上ある時に、現在の周波数偏差の過去の周波数偏差からの増減の比率を周波数偏差比率として演算し、前記周波数偏差比率が注入無効電力から想定される比率閾値としての第１閾値を超えた回数が、回数閾値としての第２閾値を超えた時に、前記分散電源が単独運転状態にあると判定すると共に、
前記無効電力算出・注入手段が算出した前記注入無効電力が注入量閾値を超えた場合、
前記無効電力算出・注入手段は前記注入無効電力を前記注入量閾値に制限し、
前記単独運転検出手段は、
現在の周波数偏差の過去の周波数偏差からの増減の比率を周波数偏差比率として演算し、前記周波数偏差比率が比率閾値としての第３閾値を超えた回数が回数閾値としての第４閾値を超えたとき、または、
前記電力変換器の出力電圧が第５閾値以下であって、前記周波数偏差比率が前記第１閾値を超えた回数が前記第２閾値より小さい第６閾値を超えたときに、
前記分散電源が単独運転状態にあると判定するものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載した分散電源の単独運転検出システムにおいて、
分散電源が電力変換器を介して電力系統に連系せずに単独運転状態にあることを検出する分散電源の単独運転検出システムであって、
系統周波数を検出する周波数検出手段と、前記系統周波数から所定期間の周波数偏差を算出する周波数偏差算出手段と、前記所定期間の周波数偏差に対して次の所定期間の周波数偏差が所定の比率で変化するような無効電力を算出して前記電力変換器を介して系統に注入する無効電力算出・注入手段と、前記所定期間の周波数偏差と前記無効電力算出・注入手段により系統に注入される無効電力とに基づき、更に、必要に応じて前記電力変換器の出力電圧に基づいて、前記分散電源が単独運転状態であるか否かを判定する単独運転検出手段と、を備え、
前記単独運転検出手段は、
系統への注入無効電力が所定値以上ある時に、現在の周波数偏差の過去の周波数偏差からの増減の比率を周波数偏差比率として演算し、前記周波数偏差比率が注入無効電力から想定される比率閾値としての第１閾値を超えた回数が、回数閾値としての第２閾値を超えた時に、前記分散電源が単独運転状態にあると判定すると共に、
前記無効電力算出・注入手段が算出した前記注入無効電力が注入量閾値を超えた場合、
前記無効電力算出・注入手段は前記注入無効電力を前記注入量閾値に制限し、
前記単独運転検出手段は、
現在の周波数偏差の過去の周波数偏差からの増減の比率を周波数偏差比率として演算し、前記周波数偏差比率が比率閾値としての第３閾値を超えた回数が回数閾値としての第４閾値を超えたとき、または、
前記電力変換器の出力電圧検出値が第５閾値以下であって、前記周波数偏差比率が前記第１閾値を超えた回数が前記第２閾値より小さい第６閾値以下であり、かつ、前記周波数偏差比率が前記第３閾値を超えた回数が前記第４閾値より小さい第７閾値を超えたときに、
前記分散電源が単独運転状態にあると判定するものである。

なお、請求項３に記載するように、前記単独運転検出手段は、前記偏差比率の推移に基づいて前記第１閾値との比較回数を決定することが望ましい。

本発明は、系統への注入無効電力とこれによって生じる周波数偏差とを関連付けた単独運転検出システムであり、無効電力注入により発生する周波数偏差の現れ方が負荷の状況によって異なる状況でも、初期の周波数変動が小さく立ち上りが遅い場合、及び、これとは逆に、初期の周波数変動が大きく、注入無効電力の制限値に速く到達してしまう場合にも単独運転検出動作が有効に働く検出システムである。

本発明によれば、分散電源の単独運転を短時間で検出可能であり、連系リレーを迅速に開放することで直ちに事故防止対策を講じることができる。また、注入無効電力に応じた系統周波数の偏差比率に基づいて判定する単独運転検出動作と、注入無効電力に基づいて判定する単独運転検出動作とを備えることにより、検出漏れのない高精度な単独運転検出システムを実現することができる。
更に、複数台の分散電源の並列運転時に発生した単独運転が時間差をもって検出されるような場合でも、分散電源の解列前における周波数偏差比率の判定と解列による電圧低下の事象とを組み合わせることにより、分散電源の単独運転を確実かつ短時間で検出することができる。

本発明の実施形態が適用される系統連系システムの構成図である。 図１における単独運転検出手段の処理を示すフローチャートである。 図１における単独運転検出手段の処理を示すフローチャートである。 図１における単独運転検出手段の処理を示すフローチャートである。 系統への無効電力注入による周波数偏差の挙動を示す図である。 周波数偏差と注入無効電力との関係を示す図である。 本発明における閾値変動方法を説明するための概念図である。 従来技術による単独運転検出原理の説明図である。 特許文献１に記載された単独運転検出装置の構成図である。 図９における制御装置の構成図である。 特許文献１による単独運転検出原理の説明図である。

以下に、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は、この実施形態が適用される分散電源の系統連系システムを示している。
この連系システムは、分散電源１の直流電力をパワーコンディショナー１０により交流電力に変換し、この交流電力を、系統電源２０から系統２１を介して供給される電力と同期させながら各種事業所や家庭等の負荷３０に供給するものである。

図１において、分散電源１は、太陽光発電システムや風力発電システムに設けられた直流電源であり、パワーコンディショナー１０に直流電力を供給する。
パワーコンディショナー１０は、分散電源１から供給された直流電力を系統電源２０と同期した交流電力に変換するためのインバータ１１と、系統周波数を検出する周波数検出手段１２と、この周波数検出手段１２による現在の系統周波数と内部に保持している過去の系統周波数とから周波数偏差を算出する周波数偏差算出手段１３と、前記周波数偏差に基づいて周波数変動を起こさせるために系統２１に注入する無効電力を算出して出力する無効電力算出・注入手段１４と、周波数偏差算出手段１３からの周波数偏差と無効電力算出・注入手段１４からの注入無効電力に関する情報に基づいて単独運転状態であるか否かを判定し、その判定結果を出力する単独運転検出手段１６と、周波数検出手段１２からの周波数情報、無効電力算出・注入手段１４からの注入無効電力情報、及び、単独運転検出手段１６からの単独運転情報に基づいて、インバータ１１を駆動制御するインバータ制御手段１５と、により構成されている。
なお、１７は、単独運転検出手段１６から出力される検出信号によりインバータ１１（分散電源１）を系統２１から遮断する連系リレーである。

周波数偏差算出手段１３が算出する周波数偏差は、単周期での偏差でも良いが、測定誤差やノイズ誤差の影響を排除するために、数周期分の移動平均値から算出した値でも良い。
無効電力算出・注入手段１４では、周波数偏差算出手段１３から送られる周波数偏差に応じて、系統２１に注入する無効電力を１段目ゲインと２段目ゲインとに分けて演算する。ここでは、周波数偏差が後述のゲイン閾値より小さい時に注入する無効電力を、検出した周波数偏差×１段目ゲイン、ゲイン閾値より大きくなった時に注入する無効電力を、検出した周波数偏差×２段目ゲイン、として演算する。

無効電力の演算に使用する１段目ゲイン／２段目ゲインを決定するための前記ゲイン閾値は、例えば、０．０１［Ｈｚ］の周波数偏差とする。また、各ゲインの値としては、２段目ゲインを１段目ゲインより大きくすることにより、周波数偏差が小さい場合は１段目ゲインにより注入無効電力を小さくして系統２１に与える影響を抑え、周波数偏差が大きくなってきたら、２段目ゲインにより注入無効電力を大きくして変化がより顕著になるようにする。

また、無効電力算出・注入手段１４により決定される注入無効電力には注入量閾値が設けられており、この注入量閾値を超える無効電力は注入できないようになっている。なお、注入無効電力が注入量閾値に達した状態を、無効電力注入リミット状態というものとする。

次に、この実施形態における単独運転検出手段１６の処理を、図２〜図４に従って説明する。これらの図に示す単独運転検出手段１６の処理は、定周期にて起動される。
なお、以下の説明では、単独運転状態か否かを検出するための検査モードになっていることを「検査中」と定義し、検査中であることをフラグにて示すものとする。

まず、図２において、単独運転検出手段１６は、検査中フラグを参照し、検査中であれば（ステップＳ１ ＹＥＳ）、後述する第１の単独運転検出条件による処理を行うために図３の処理に移行する。
検査中でない場合には（Ｓ１ ＮＯ）、注入無効電力が前述の２段目ゲインによるレベルか否かを、無効電力算出・注入手段１４からの情報に基づいて判断する（Ｓ２）。注入無効電力が２段目ゲインによるレベルであった場合（Ｓ２ ＹＥＳ）には、検出条件を満たす周波数偏差が生じ始めたと判断して、第１の単独運転検出条件による処理を開始するために各カウンタ（比率超過カウンタ１及び比率超過カウンタ２）をクリアする（Ｓ３）。

ここで、比率超過カウンタ１は、現在の周波数偏差と過去の周波数偏差との比率（周波数偏差比率）が第１閾値（比率閾値１）を超過した回数をカウントするカウンタ、比率超過カウンタ２は、無効電力注入リミット状態において現在の周波数偏差と過去の周波数偏差との比率（周波数偏差比率）が第３閾値（比率閾値２）を超過した回数をカウントするカウンタである。

次に、図１の周波数偏差算出手段１３から送られた現在及び過去の周波数偏差から周波数偏差比率を求め（Ｓ４）、この周波数偏差比率が、無効電力算出・注入手段１４による注入無効電力から想定される第１閾値（比率閾値１）、例えば「２．０」を超過しているか否かを判定する（Ｓ５）。
ここで、第１閾値の例として挙げた「２．０」の根拠は、無効電流注入時には検出した周波数偏差の４倍の偏差が現れることを期待して注入し、また、２周期分の周波数を平均化して周波数偏差を算出するものとすると、想定される周波数偏差は４倍の半分の「２．０」倍となることに基づいている。これには、マージンを見込んでもよいことは言うまでもない。

周波数偏差比率が第１閾値を超過している場合は（Ｓ５ ＹＥＳ）、第１の単独運転検出条件による処理を開始するために検査中フラグをセットして比率超過カウンタ１をインクリメントし（Ｓ６，Ｓ７）、周波数偏差算出手段１３から入力された過去の周波数偏差を前回値として保持することにより（Ｓ８）、今回の処理を終了する。

前記ステップＳ５において、周波数偏差比率が第１閾値を超過していなかった場合は（Ｓ５ ＮＯ）、現在の周波数偏差と過去の周波数偏差との比率（周波数偏差比率）が第３閾値（比率閾値２）、例えば「１．２」を超過したか否かを判定する（Ｓ９）。周波数偏差比率が第３閾値を超過していた場合（Ｓ９ ＹＥＳ）、第２の単独運転検出条件による処理を開始するために検査中フラグをセットすると共に、比率超過カウンタ２をインクリメントし（Ｓ１０，Ｓ１１）、ステップＳ８に移行してから今回の処理を終了する。

また、前記ステップＳ９において、周波数偏差比率が第３閾値を超過していなかった場合（Ｓ９ ＮＯ）は単独運転検出条件を満たしていないと判断し、検査中フラグをセットせずに、ステップＳ８に移行してから今回の処理を終了する。
更に、前記ステップＳ２において、注入無効電力が２段目ゲインに相当するレベルでなかった場合（Ｓ２ ＮＯ）は、単独運転検出条件を満たす周波数偏差が発生していないため、ステップＳ８に移行してから今回の処理を終了する。

次に、前記ステップＳ１において検査中と判定された場合（Ｓ１ ＹＥＳ）の処理について、図３を参照しつつ説明する。この図３の処理は、第１の単独運転検出条件による処理である。

図３において、まず、注入無効電力が２段目ゲインによるレベルか否かを、無効電力算出・注入手段１４からの情報に基づいて判断する（Ｓ１２）。
注入無効電力が２段目ゲインによるレベルであった場合（Ｓ１２ ＹＥＳ）、検出条件を満たす周波数偏差が生じていると判断して検出動作を継続し、周波数偏差算出手段１３の出力情報に基づいて現在及び過去の周波数偏差の比率を演算する（Ｓ１３）。

次いで、比率超過カウンタ１のカウント値の有無を判定し（Ｓ１４）、カウント値がある場合（Ｓ１４ ＹＥＳ）には、ステップＳ１３にて演算した周波数偏差比率が、無効電力算出・注入手段１４による注入無効電力から想定される第１閾値（比率閾値１）、例えば「２．０」を超過しているか否かを判定する（Ｓ１５）。周波数偏差比率が第１閾値を超過している場合（Ｓ１５ ＹＥＳ）は比率超過カウンタ１をインクリメントし（Ｓ１６）、更に、比率超過カウンタ１のカウント値が第２閾値（回数閾値）を超過しているか否かを判定する（Ｓ１７）。

比率超過カウンタ１のカウント値が第２閾値を超過していた場合（Ｓ１７ ＹＥＳ）は、注入無効電力に応じた周波数偏差の変化が所定回数発生したことによって第１の単独運転検出条件を満足したと判断して、分散電源１が単独運転状態にあると判定する。すなわち、単独運転検出フラグをセットし（Ｓ１８）、検査中フラグをクリアして検査状態を解除することにより（Ｓ１９）、今回の処理を終了する。
また、単独運転検出フラグのセット（Ｓ１８）と同時に、図１の連系リレー１７を開放してインバータ１１を系統２１から遮断する。

ステップＳ１２において、注入無効電力が２段目ゲインによるレベルでなかった場合は、検査開始条件を満たしていないので検査中フラグをクリアし（Ｓ２１）、周波数偏差算出手段１３から入力された周波数偏差を前回値として保持し（Ｓ２２）、今回の処理を終了する。
また、ステップＳ１４において比率超過カウンタ１のカウント値が未だ存在しない場合、及び、ステップＳ１５において周波数偏差比率が第１閾値を超過していなかった場合は、第１の単独運転検出条件を満足しなくなったものとして比率超過カウンタ１をクリアし（Ｓ２０）、図４の処理に移る。
更に、ステップＳ１７において比率超過カウンタ１のカウント値が第２閾値を超過していなかった場合には、第１の単独運転検出条件による処理を継続しつつ図４の処理に移る。

次に、図４に基づいて第２の単独運転検出条件による処理を説明する。
無効電力注入リミット状態であり、かつ、現在の周波数偏差と過去の周波数偏差との比率（周波数偏差比率）が第３閾値（比率閾値２）を超過しているか否かを判定し（Ｓ２３）、これら両方の条件を満たしていた場合（Ｓ２３ ＹＥＳ）は、比率超過カウンタ２をインクリメントする（Ｓ２４）。

そして、比率超過カウンタ２のカウント値が第４閾値（回数閾値）を超過したか否かを判定し（Ｓ２５）、超過していた場合（Ｓ２５ ＹＥＳ）は、周波数偏差が大きい状態のまま十分増大する傾向が続いているため第２の単独運転検出条件を満足したものと判断して、分散電源１が単独運転状態にあると判定する。すなわち、単独運転検出フラグをセットし（Ｓ２６）、その後、検査中フラグをクリアして検査状態を解除することにより（Ｓ２７）、今回の処理を終了する。また、単独運転検出フラグのセットと同時に、図１の連系リレー１７を開放してインバータ１１を系統２１から遮断する。

ステップＳ２５において、比率超過カウンタ２のカウント値が第４閾値を超過していない場合（Ｓ２５ ＮＯ）、すなわち、周波数偏差比率が第３閾値を超過してはいるものの、単独運転と判定するための回数閾値である第４閾値を超過していない場合には、ステップＳ１０１に移る。

このステップＳ１０１において、図１におけるインバータ１１の出力電圧が低下して第５閾値以下になった場合（Ｓ１０１ ＹＥＳ）には、比率超過カウンタ１のカウント値が回数閾値としての第６閾値を超過した場合（Ｓ１０２ ＹＥＳ）、または、比率超過カウンタ１のカウント値が第６閾値以下であって第６閾値より小さい第７閾値を超過した場合（Ｓ１０２ ＮＯ, Ｓ１０３ ＹＥＳ）を単独運転と判定し、前述した単独運転検出フラグのセット（Ｓ２６）、検査中フラグのクリアによる検査状態の解除（Ｓ２７）を行う。ここで、比率超過カウンタ１のカウント値が第７閾値以下である場合（Ｓ１０３ ＮＯ）には、第２の単独運転検出条件による処理は継続しつつ、図１の周波数偏差算出手段１３から入力された周波数偏差を前回値として保持し（Ｓ２８）、今回の処理を終了する。
なお、比率超過カウンタ１のカウント値は、前述したように、周波数偏差比率が第１閾値を超過した回数である。

上述した第６閾値は、インバータ１１の出力電圧正常時の回数閾値である前述の第２閾値より小さく、また、第７閾値は、同じく前述の第４閾値より小さい値に設定される。例えば、第６閾値については、第２閾値から系統電圧の一周期間に加算される値を減じた値とし、第７閾値については、第４閾値から系統電圧の一周期間に加算される値を減じた値とすることにより、検出が一周期分、遅れた分散電源についても単独運転を検出できるようにする。
三相インバータにおいて、一相の出力電圧を検出している場合、検出相が異なると、周波数変動の検出が最大で電気角２４０°（２／３周期）遅れることがあるが、第６閾値及び第７閾値を上記のように設定することにより、分散電源の並列運転時に単独運転が時間差をもって発生するような場合でも、単独運転を確実に検出することができる。

また、ステップＳ２３の判定条件を満足しなかった場合（Ｓ２３ ＮＯ）は、第２の単独運転検出条件を満足しなくなったものと判断して比率超過カウンタ２をクリアする（Ｓ２９）。次に、第１の単独運転検出動作を行うための比率超過カウンタ１のカウント値の有無を判定し（Ｓ３０）、比率超過カウンタ１のカウント値がなければ（Ｓ３０ ＮＯ）、第１の単独運転検出条件は既に満足しておらず、第１，第２の単独運転検出条件を満足していないため、検査中フラグをクリアして検査状態を解除する（Ｓ３１）。そして、図１の周波数偏差算出手段１３から入力された周波数偏差を前回値として保持し（Ｓ３２）、今回の処理を終了する。
なお、ステップＳ３０において、比率超過カウンタ１のカウント値が存在する場合（Ｓ３０ ＹＥＳ）は、第１の単独運転検出条件による処理が継続しているので、検査中フラグをクリアせず、ステップＳ３２を経た後に今回の処理を終了する。

次に、図１の単独運転検出手段１５における周波数偏差比率の演算処理（図２のステップＳ４）について説明する。
いま、周波数偏差の増加比率が大きいと、早く無効電力注入リミット状態に達するため、増加比率が頭打ちになり、第１の単独運転検出条件を満足できなくなる。そこで、第１の単独運転検出条件を満足しているか否かの判定を２段階に分けることで、第１の単独運転検出条件の判定精度を高めるようにした。

ここでは、例として、周波数が５０［Ｈｚ］（周期が２０［ｍｓ］）の系統電力に対し、５［ｍｓ］ごと、つまり１周期あたり４回、系統周波数を検出するものとする。この時の第１閾値（比率閾値１）との比較回数は、例えば次のようにする。

（１）周波数偏差の増加率が「３．０」を超えるような高い比率の状態が１周期に４回継続する場合には、第１閾値との比較回数の合計値を、１周期半に相当する６回とする。
（２）その他の場合には、第１閾値との比較回数の合計値を、２周期強に相当する９回とする。
上記（１），（２）の何れの場合も、累積の周波数偏差比率（増加率）は「１８．０」以上である。
なお、ここで示した各数値はあくまで一例であり、本発明はこれらの数値に何ら限定されるものではない。

１：分散電源
１０：パワーコンディショナー
１１：インバータ
１２：周波数検出手段
１３：周波数偏差算出手段
１４：無効電力算出・注入手段
１５：インバータ制御手段
１６：単独運転検出手段
１７：連系リレー
２０：系統電源
２１：系統
３０：負荷

Claims (3)

1. 分散電源が電力変換器を介して電力系統に連系せずに単独運転状態にあることを検出する分散電源の単独運転検出システムであって、
   系統周波数を検出する周波数検出手段と、
   前記系統周波数から所定期間の周波数偏差を算出する周波数偏差算出手段と、
   前記所定期間の周波数偏差に対して次の所定期間の周波数偏差が所定の比率で変化するような無効電力を算出して前記電力変換器を介して系統に注入する無効電力算出・注入手段と、
   前記所定期間の周波数偏差と前記無効電力算出・注入手段により系統に注入される無効電力とに基づき、更に、必要に応じて前記電力変換器の出力電圧に基づいて、前記分散電源が単独運転状態であるか否かを判定する単独運転検出手段と、を備え、
   前記単独運転検出手段は、
   系統への注入無効電力が所定値以上ある時に、現在の周波数偏差の過去の周波数偏差からの増減の比率を周波数偏差比率として演算し、前記周波数偏差比率が注入無効電力から想定される比率閾値としての第１閾値を超えた回数が、回数閾値としての第２閾値を超えた時に、前記分散電源が単独運転状態にあると判定すると共に、
   前記無効電力算出・注入手段が算出した前記注入無効電力が注入量閾値を超えた場合、
   前記無効電力算出・注入手段は前記注入無効電力を前記注入量閾値に制限し、
   前記単独運転検出手段は、
   現在の周波数偏差の過去の周波数偏差からの増減の比率を周波数偏差比率として演算し、前記周波数偏差比率が比率閾値としての第３閾値を超えた回数が回数閾値としての第４閾値を超えたとき、または、
   前記電力変換器の出力電圧が第５閾値以下であって、前記周波数偏差比率が前記第１閾値を超えた回数が前記第２閾値より小さい第６閾値を超えたときに、
   前記分散電源が単独運転状態にあると判定することを特徴とした分散電源の単独運転検出システム。
2. 分散電源が電力変換器を介して電力系統に連系せずに単独運転状態にあることを検出する分散電源の単独運転検出システムであって、
   系統周波数を検出する周波数検出手段と、前記系統周波数から所定期間の周波数偏差を算出する周波数偏差算出手段と、前記所定期間の周波数偏差に対して次の所定期間の周波数偏差が所定の比率で変化するような無効電力を算出して前記電力変換器を介して系統に注入する無効電力算出・注入手段と、前記所定期間の周波数偏差と前記無効電力算出・注入手段により系統に注入される無効電力とに基づき、更に、必要に応じて前記電力変換器の出力電圧に基づいて、前記分散電源が単独運転状態であるか否かを判定する単独運転検出手段と、を備え、
   前記単独運転検出手段は、
   系統への注入無効電力が所定値以上ある時に、現在の周波数偏差の過去の周波数偏差からの増減の比率を周波数偏差比率として演算し、前記周波数偏差比率が注入無効電力から想定される比率閾値としての第１閾値を超えた回数が、回数閾値としての第２閾値を超えた時に、前記分散電源が単独運転状態にあると判定すると共に、
   前記無効電力算出・注入手段が算出した前記注入無効電力が注入量閾値を超えた場合、
   前記無効電力算出・注入手段は前記注入無効電力を前記注入量閾値に制限し、
   前記単独運転検出手段は、
   現在の周波数偏差の過去の周波数偏差からの増減の比率を周波数偏差比率として演算し、前記周波数偏差比率が比率閾値としての第３閾値を超えた回数が回数閾値としての第４閾値を超えたとき、または、
   前記電力変換器の出力電圧検出値が第５閾値以下であって、前記周波数偏差比率が前記第１閾値を超えた回数が前記第２閾値より小さい第６閾値以下であり、かつ、前記周波数偏差比率が前記第３閾値を超えた回数が前記第４閾値より小さい第７閾値を超えたときに、
   前記分散電源が単独運転状態にあると判定することを特徴とした分散電源の単独運転検出システム。
3. 請求項１または２に記載した分散電源の単独運転検出システムにおいて、
   前記単独運転検出手段は、前記周波数偏差比率の推移に基づいて前記第１閾値との比較回数を決定することを特徴とする分散電源の単独運転検出システム。

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