JP2017229198A - 系統連系制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電装置の単独運転を誤検出したときに、発電装置の発電機会の喪失を低減可能な系統連系制御装置を提供する。【解決手段】本発明の系統連系制御装置によれば、制御装置（１６）は、単独運転検出部（４１）、誤検出判断部（４２）および再並列部（４３）を備える。単独運転検出部（４１）は、発電装置の単独運転を検出したときに、電力系統から発電装置を解列させる。誤検出判断部（４２）は、電力系統から発電装置が解列された後に、単独運転の誤検出の有無を判断する。再並列部（４３）は、誤検出判断部（４２）によって単独運転の誤検出が判断されたときに、発電装置が解列されてから電力系統に再並列可能になるまでの予め規定されている待機時間を短縮して発電装置を再並列させる。【選択図】図４

Description

本発明は、発電装置の単独運転を検出する系統連系制御装置に関する。

上記発明の一例として、特許文献１および特許文献２に記載の発明が挙げられる。特許文献１に記載の単独運転検出装置は、単位変動量算出手段と、累積変動量算出手段と、超過回数計数手段と、単独運転検出手段とを備える。単位変動量算出手段は、制御周期ごとに交流電源装置の出力の周波数を取得し、取得した周波数の変動量の絶対値を単位変動量として算出する。累積変動量算出手段は、判定周期における単位変動量の累積値を累積変動量として算出する。超過回数計数手段は、累積変動量が基準変動量を超過した回数を超過回数として計数する。単独運転検出手段は、超過回数が予め定められている判定基準回数を超えると、交流電力系統からの電力の供給が遮断されていると判定して交流電源装置の単独運転を検出する。

一方、特許文献２に記載の単独運転検出装置は、平均系統周期算出部と、判定部とを備える。平均系統周期算出部は、系統電源の平均系統周期を算出する。判定部は、平均系統周期算出部で算出された直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差をそれぞれ算出する。そして、算出された各偏差が、予め設定されているそれぞれの閾値を超えている場合に、電源が単独運転状態であると判定する。

特開２０１３−２０８００５号公報 特開２０１０−１４２０８１号公報

近年、分散電源の増加、同一構内における分散電源の併設などにより、電力系統における電力品質の局所的な悪化が生じている。電力品質の悪化の一例として、系統周波数の変動、系統電圧に含まれる歪みの増加などが挙げられる。このように、電力品質が悪化すると、発電装置の単独運転を誤検出する可能性が増大する。

発電装置の単独運転を検出した場合、電力系統から発電装置を解列させる必要があり、発電装置を電力系統に再並列させるためには所定時間、待機する必要がある。発電装置の単独運転を誤検出した場合にも同様の時間待機すると、その間、発電装置から構内負荷への電力供給ができなくなり、発電機会を喪失する。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、発電装置の単独運転を誤検出したときに、発電装置の発電機会の喪失を低減可能な系統連系制御装置を提供することを課題とする。

本発明に係る系統連系制御装置は、直流電力を出力する直流電源と、前記直流電源から出力された直流電力を交流電力に変換して系統電源に接続されている負荷に出力する電力変換器とを備える発電装置と、前記系統電源の電力系統に対して前記発電装置を並列または解列させる制御装置と、を具備する系統連系制御装置であって、前記制御装置は、前記発電装置の単独運転を検出したときに、前記電力系統から前記発電装置を解列させる単独運転検出部と、前記電力系統から前記発電装置が解列された後に、前記単独運転の誤検出の有無を判断する誤検出判断部と、前記誤検出判断部によって前記単独運転の前記誤検出が判断されたときに、前記発電装置が解列されてから前記電力系統に再並列可能になるまでの予め規定されている待機時間を短縮して前記発電装置を再並列させる再並列部と、を備える。

本発明に係る系統連系制御装置によれば、制御装置は、再並列部を備える。再並列部は、誤検出判断部によって単独運転の誤検出が判断されたときに、発電装置が解列されてから電力系統に再並列可能になるまでの予め規定されている待機時間を短縮して発電装置を再並列させる。そのため、本発明に係る系統連系制御装置は、発電装置の単独運転を誤検出したときに、再並列までの待機時間を短縮することができ、発電装置の発電機会の喪失を低減することができる。

系統連系制御装置の一例を示す構成図である。 制御装置１６の一例を示す構成図である。 参考形態に係り、系統電圧Ｖｓおよび開閉器１５ａ，１５ｂの開閉状態の経時変化の一例を示す図である。 制御装置１６の制御ブロックの一例を示すブロック図である。 系統連系制御装置の制御手順の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係り、系統電圧Ｖｓおよび開閉器１５ａ，１５ｂの開閉状態の経時変化の一例を示す図である。 本実施形態に係り、発電装置１の単独運転を検出したときの系統電圧Ｖｓの検出値（実効値）の経時変化の一例を示す図である。 本実施形態に係り、発電装置１の単独運転を誤検出したときの系統電圧Ｖｓの検出値（実効値）の経時変化の一例を示す図である。

以下、本実施形態の系統連系制御装置を図面に基づいて説明する。なお、図面は、概念図であり、細部構造の寸法まで規定するものではない。

＜系統連系制御装置の構成＞
図１に示すように、本実施形態の系統連系制御装置は、発電装置１と、開閉器１５ａ，１５ｂと、制御装置１６と、検出器１８とを具備している。発電装置１は、直流電源１０と、電力変換器１１とを備えており、電力変換器１１は、コンバータ１２と、コンデンサ１３と、インバータ１４とを備えている。また、検出器１８は、直流電圧検出器１８ａと、系統電圧検出器１８ｂと、購入電力検出器１８ｃとを備えている。

（直流電源１０）
直流電源１０は、直流電力を出力する。直流電源１０は、直流電力を出力することができれば良く、限定されない。直流電源１０として、例えば、燃料電池を用いることができる。燃料電池は、燃料と酸化剤ガスとによって発電する分散電源であり、例えば、公知の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）などの種々の燃料電池を用いることができる。

また、直流電源１０は、燃料電池以外の分散電源（例えば、太陽光発電装置）を用いることもできる。さらに、直流電源１０は、ガスエンジン発電機などを用いることもできる。直流電源１０としてガスエンジン発電機を用いる場合、交流発電機が出力する交流電力をダイオードブリッジ等の公知の平滑回路で整流して、直流電力を生成する。同図に示すように、直流電源１０は、出力側端子１０ａ，１０ｂを備えている。出力側端子１０ａは、直流電源１０の正極（＋）に接続されており、出力側端子１０ｂは、直流電源１０の負極（−）に接続されている。また、直流電源１０の出力状態（出力電力等の情報）は、後述する制御装置１６に送信される。

（電力変換器１１）
電力変換器１１は、直流電源１０から出力された直流電力を交流電力に変換して系統電源２０に接続されている負荷３０に出力する。本実施形態では、電力変換器１１は、直流電源１０から出力された直流電力を昇圧し、昇圧された直流電力を交流電力に変換して、負荷３０に出力する。そのため、電力変換器１１は、コンバータ１２と、コンデンサ１３と、インバータ１４とを備えている。

（コンバータ１２およびコンデンサ１３）
コンバータ１２は、直流電源１０から出力された直流電力を昇圧して、インバータ１４に出力する。コンバータ１２は、入力側端子１２ａ，１２ｂおよび出力側端子１２ｃ，１２ｄを備えている。直流電源１０の出力側端子１０ａと、コンバータ１２の入力側端子１２ａとの間には、電路１７ａが形成されている。また、直流電源１０の出力側端子１０ｂと、コンバータ１２の入力側端子１２ｂとの間には、電路１７ｂが形成されている。直流電源１０から出力された直流電力は、電路１７ａ，１７ｂを介してコンバータ１２に入力される。そして、コンバータ１２によって昇圧された直流電力は、出力側端子１２ｃ，１２ｄから出力される。電路１７ａ，１７ｂは、例えば、公知の電力用ケーブルを用いることができる。このことは、後述する電路についても同様である。

コンバータ１２は、リアクトル１２ｅ、ダイオード１２ｆおよびスイッチング素子１２ｇを備えている。これらの素子は、公知の電力用デバイスを用いることができる。例えば、スイッチング素子１２ｇは、公知の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを用いることができる。

コンバータ１２の入力側端子１２ａと出力側端子１２ｃとの間には、電路１７ｃが形成されている。また、コンバータ１２の入力側端子１２ｂと出力側端子１２ｄとの間には、電路１７ｄが形成されている。電路１７ｃには、入力側端子１２ａ側から順に、リアクトル１２ｅ、ダイオード１２ｆが設けられている。また、リアクトル１２ｅとダイオード１２ｆとの間の電路１７ｃには、接続点１２ｈが設けられており、接続点１２ｈには、スイッチング素子１２ｇのドレイン１２ｇ１が接続されている。スイッチング素子１２ｇのソース１２ｇ２は、電路１７ｄに設けられる接続点１２ｉに接続されており、接続点１２ｈと接続点１２ｉとの間には、電路１７ｅが形成されている。なお、スイッチング素子１２ｇのゲート１２ｇ３は、駆動回路１６ｅを介して、後述する制御装置１６に接続されている。駆動回路１６ｅは、公知のドライバ回路を用いることができる。また、コンバータ１２は、直流電源１０から出力された直流電力を昇圧することができれば良く、上述の構成に限定されるものではない。

コンバータ１２の出力側端子１２ｃと、インバータ１４の入力側端子１４ａとの間には、電路１７ｆが形成されている。また、コンバータ１２の出力側端子１２ｄと、インバータ１４の入力側端子１４ｂとの間には、電路１７ｇが形成されている。電路１７ｆと電路１７ｇとの間には、コンデンサ１３および直流電圧検出器１８ａが設けられている。

電路１７ｆには、接続点１３ａが設けられており、接続点１３ａには、コンデンサ１３の一端側（正極側）が接続されている。電路１７ｇには、接続点１３ｂが設けられており、接続点１３ｂには、コンデンサ１３の他端側（負極側）が接続されている。コンデンサ１３は、公知の電解コンデンサを用いることができ、コンバータ１２によって昇圧された直流電力のリップルを低減することができる。直流電圧検出器１８ａは、コンバータ１２によって昇圧された直流電力の直流電圧を検出する。具体的には、直流電圧検出器１８ａは、インバータ１４の入力側端子１４ａ，１４ｂ間に印加される直流電圧を検出する。

直流電圧検出器１８ａは、例えば、抵抗値が既知の複数の抵抗器によって電路１７ｆと電路１７ｇとの間の直流電圧Ｖｄｃを分圧して、分圧された電圧値に基づいてインバータ１４の入力側端子１４ａ，１４ｂ間に印加される直流電圧Ｖｄｃを検出することができる。具体的には、上述した抵抗器によって分圧された直流電圧は、制御装置１６に入力される。そして、制御装置１６は、公知のＡ／Ｄ変換器（図示略）などによって分圧された直流電圧を知得し、インバータ１４の入力側端子１４ａ，１４ｂ間に印加される直流電圧Ｖｄｃを算出することができる。

制御装置１６は、出力電力の目標値に基づいて、コンバータ１２を駆動させるスイッチング素子１２ｇの制御信号であるパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号のデューティ比を決定する。制御装置１６は、ドライバ回路である駆動回路１６ｅを介して、当該デューティ比に基づくパルス信号をスイッチング素子１２ｇのゲート１２ｇ３に付与する。例えば、スイッチング素子１２ｇのゲート１２ｇ３に付与される電圧がハイレベル（所定電圧値を超えている状態）のときには、スイッチング素子１２ｇのドレイン１２ｇ１とソース１２ｇ２との間が電気的に導通された状態になり、リアクトル１２ｅに電磁エネルギーが蓄えられる。

スイッチング素子１２ｇのゲート１２ｇ３に付与される電圧がローレベル（所定電圧値以下の状態）のときには、スイッチング素子１２ｇのドレイン１２ｇ１とソース１２ｇ２との間が電気的に遮断された状態になり、リアクトル１２ｅに蓄えられた電磁エネルギーがコンデンサ１３に充電されて、コンバータ１２の出力電力は増大する。このようにして、制御装置１６は、コンバータ１２の出力電力を所望の電力値（出力電力の目標値）に制御することができる。

（インバータ１４）
インバータ１４は、コンバータ１２によって昇圧された直流電力を交流電力に変換して系統電源２０に接続されている負荷３０に出力する。インバータ１４は、入力側端子１４ａ，１４ｂおよび出力側端子１４ｃ，１４ｄを備えている。インバータ１４の出力側端子１４ｃと、系統電源２０の電力系統２２との間には、電路２１ａが形成されている。また、インバータ１４の出力側端子１４ｄと、系統電源２０の電力系統２２との間には、電路２１ｂが形成されている。系統電源２０の接続端子２０ａ，２０ｂは、電力系統２２に接続されている。これにより、インバータ１４から出力された交流電力は、電路２１ａ，２１ｂを介して負荷３０に出力される。また、系統電源２０の交流電力は、系統電源２０の電力系統２２、電路２１ａ，２１ｂを介して負荷３０に供給可能になっている。なお、系統電源２０として、例えば、電力会社が保有する配電線網から供給される商用の交流電源が挙げられる。また、負荷３０は、電力を駆動源とする負荷であり、例えば、家庭用電気機器（家電製品など）、産業用電気機器（ロボットなど）などが挙げられる。

インバータ１４は、複数（本実施形態では、４つ）のスイッチング素子（第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈ）を備えている。第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈは、コンバータ１２のスイッチング素子１２ｇと同様に、公知の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などを用いることができる。

図１に示すように、インバータ１４の入力側端子１４ａと、第一スイッチング素子１４ｅのドレイン１４ｅ１と、第三スイッチング素子１４ｇのドレイン１４ｇ１との間には、電路１７ｈが形成されている。また、インバータ１４の入力側端子１４ｂと、第二スイッチング素子１４ｆのソース１４ｆ２と、第四スイッチング素子１４ｈのソース１４ｈ２との間には、電路１７ｉが形成されている。

第一スイッチング素子１４ｅおよび第二スイッチング素子１４ｆは、電路１７ｈと電路１７ｉとの間において直列接続されており、第一スイッチング素子１４ｅのソース１４ｅ２と、第二スイッチング素子１４ｆのドレイン１４ｆ１との間には、電路１７ｊが形成されている。また、第三スイッチング素子１４ｇおよび第四スイッチング素子１４ｈは、電路１７ｈと電路１７ｉとの間において直列接続されており、第三スイッチング素子１４ｇのソース１４ｇ２と、第四スイッチング素子１４ｈのドレイン１４ｈ１との間には、電路１７ｋが形成されている。つまり、直列接続された第一スイッチング素子１４ｅおよび第二スイッチング素子１４ｆと、直列接続された第三スイッチング素子１４ｇおよび第四スイッチング素子１４ｈとは、電路１７ｈと電路１７ｉとの間において並列接続されている。

電路１７ｊには、接続点１４ｉが設けられており、接続点１４ｉと、インバータ１４の出力側端子１４ｃとの間には、電路１７ｌが形成されている。また、電路１７ｋには、接続点１４ｊが設けられており、接続点１４ｊとインバータ１４の出力側端子１４ｄとの間には、電路１７ｍが形成されている。以上のようにして、第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈは、フルブリッジ接続されている。

第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈの各ゲート１４ｅ３〜１４ｈ３は、駆動回路１６ｆを介して、制御装置１６に接続されている。駆動回路１６ｆは、公知のドライバ回路を用いることができる。第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈは、制御装置１６から出力される駆動信号（開閉信号）に基づいて駆動制御される。

例えば、第一スイッチング素子１４ｅのゲート１４ｅ３に付与される電圧がハイレベル（所定電圧値を超えている状態）のときには、第一スイッチング素子１４ｅのドレイン１４ｅ１とソース１４ｅ２との間が電気的に導通された状態になる。一方、第一スイッチング素子１４ｅのゲート１４ｅ３に付与される電圧がローレベル（所定電圧値以下の状態）のときには、第一スイッチング素子１４ｅのドレイン１４ｅ１とソース１４ｅ２との間が電気的に遮断された状態になる。以上のことは、第二スイッチング素子１４ｆ〜第四スイッチング素子１４ｈについても同様である。制御装置１６は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御によりデューティ比を可変して、当該デューティ比に基づいて第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈを開閉制御することができる。

インバータ１４は、第一スイッチング素子１４ｅおよび第四スイッチング素子１４ｈの両方が電気的に導通された状態であり、かつ、第二スイッチング素子１４ｆおよび第三スイッチング素子１４ｇの両方が電気的に遮断された状態である第一状態と、第一スイッチング素子１４ｅおよび第四スイッチング素子１４ｈの両方が電気的に遮断された状態であり、かつ、第二スイッチング素子１４ｆおよび第三スイッチング素子１４ｇの両方が電気的に導通された状態である第二状態とを交互に繰り返すことによって、インバータ１４の入力側端子１４ａ，１４ｂから入力された直流電力を交流電力に変換することができる。

なお、インバータ１４と負荷３０との間には、公知のフィルタ回路を設けることができる。フィルタ回路は、例えば、公知のＬＣ回路を用いることができる。これにより、インバータ１４の出力側端子１４ｃ，１４ｄから出力されるインバータ１４の出力電流に含まれる高調波成分が低減され、インバータ１４の出力電流が正弦波状に整形される。

（開閉器１５ａ，１５ｂ）
開閉器１５ａ，１５ｂは、系統電源２０の電力系統２２に対して発電装置１を並列または解列する。開閉器１５ａ，１５ｂは、発電装置１の電力変換器１１と、系統電源２０の電力系統２２とを接続する複数（本実施形態では、２つ）の電路２１ａ，２１ｂにそれぞれ設けられている。具体的には、開閉器１５ａは、インバータ１４と負荷３０との間の電路２１ａに設けられており、開閉器１５ｂは、インバータ１４と負荷３０との間の電路２１ｂに設けられている。開閉器１５ａ，１５ｂは、例えば、公知の常開型の開閉器を用いることができる。開閉器１５ａ，１５ｂは、電力系統２２から発電装置１を解列するときに、発電装置１を電路２１ａ，２１ｂから機械的に切り離すことができ、かつ、電気的にも完全な絶縁状態を保持することができる。

開閉器１５ａ，１５ｂは、駆動回路１６ｇを介して、制御装置１６に接続されている。駆動回路１６ｇは、公知のドライバ回路を用いることができる。開閉器１５ａ，１５ｂは、制御装置１６によって開閉制御されて、開状態または閉状態に切り替えられる。開状態とは、複数（２つ）の電路２１ａ，２１ｂが、いずれも電気的に遮断された状態をいう。閉状態とは、複数（２つ）の電路２１ａ，２１ｂが、それぞれ電気的に導通された状態をいう。制御装置１６は、開閉器１５ａ，１５ｂを開状態から閉状態に切り替えることにより、系統電源２０の電力系統２２に対して、発電装置１を並列させることができる。一方、制御装置１６は、開閉器１５ａ，１５ｂを閉状態から開状態に切り替えることにより、電力系統２２から発電装置１を解列させることができる。なお、電力系統２２には、既述した発電装置１の他に、一つまたは複数の種々の発電装置（図示略）が連系可能になっている。

（検出器１８）
検出器１８は、直流電圧検出器１８ａと、系統電圧検出器１８ｂと、購入電力検出器１８ｃとを備えている。直流電圧検出器１８ａは、既述したとおりであり、重複した説明を省略する。系統電圧検出器１８ｂは、系統電圧Ｖｓ（図１に示す電路２１ａと電路２１ｂとの間の電圧）を検出する。系統電圧検出器１８ｂは、公知の電圧検出器を用いることができる。系統電圧検出器１８ｂは、例えば、系統電圧Ｖｓを変圧器によって降圧して、降圧された電圧値に基づいて、系統電圧Ｖｓを検出することができる。

購入電力検出器１８ｃは、系統電源２０から負荷３０に供給される購入電力Ｐｇｒｉｄを検出する。購入電力検出器１８ｃは、公知の電力検出器を用いることができる。なお、検出器１８は、既述した検出器に限定されるものではなく、系統連系制御において用いられる種々の検出器を備えることができる。また、検出器１８の各検出値は、制御装置１６に送信される。

系統電圧検出器１８ｂおよび購入電力検出器１８ｃは、系統電源２０の交流電力に関する物理量を検出することができる。既述した系統電圧Ｖｓおよび購入電力Ｐｇｒｉｄは、系統電源２０の交流電力に関する物理量に含まれる。これらの他にも、系統電源２０の交流電力に関する物理量として、例えば、系統周波数、系統電圧Ｖｓに含まれる歪み、系統電圧Ｖｓの位相などが挙げられる。

系統周波数および系統電圧Ｖｓの位相は、例えば、系統電圧検出器１８ｂによって検出された系統電圧Ｖｓの検出値の経時変化に基づいて、算出することができる。例えば、系統周波数は、系統電圧Ｖｓの検出値の極性（正負）が反転する周期（ゼロクロス周期）に基づいて、算出することができる。また、系統電圧Ｖｓに含まれる歪みとして、例えば、高調波が挙げられる。高調波は、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）によって、算出することができる。高速フーリエ変換（ＦＦＴ）は、離散フーリエ変換を計算機上で高速に演算するアルゴリズムであり、系統電圧Ｖｓの検出値から所望の高調波成分を抽出する演算処理を高速化することができる。なお、検出する高調波の次数は、限定されないが、例えば、２次〜１０次の高調波を検出することができる。

（制御装置１６）
図２に示すように、制御装置１６は、公知の中央演算装置１６ａと、記憶装置１６ｂと、入出力インターフェース１６ｃとを備えており、これらは、バス１６ｄを介して電気的に接続されている。制御装置１６は、これらを用いて、種々の演算処理を行うことができ、外部機器との間で、入出力信号の授受を行うことができる。

中央演算装置１６ａは、ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔであり、種々の演算処理を行うことができる。記憶装置１６ｂは、第一記憶装置１６ｂ１および第二記憶装置１６ｂ２を備えている。第一記憶装置１６ｂ１は、読み出しおよび書き込み可能な揮発性の記憶装置（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）であり、第二記憶装置１６ｂ２は、読み出し専用の不揮発性の記憶装置（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）である。入出力インターフェース１６ｃは、外部機器との間で、入出力信号の授受を行う。

例えば、中央演算装置１６ａは、第二記憶装置１６ｂ２に記憶されているインバータ１４の駆動制御プログラムを第一記憶装置１６ｂ１に読み出して、当該駆動制御プログラムを実行する。中央演算装置１６ａは、当該駆動制御プログラムに基づいて、インバータ１４の駆動信号（第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈの開閉信号）を生成する。生成された駆動信号は、入出力インターフェース１６ｃおよび駆動回路１６ｆを介して、インバータ１４の第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈの各ゲート１４ｅ３〜１４ｈ３に付与される。このようにして、インバータ１４は、制御装置１６によって駆動制御される。以上のことは、コンバータ１２についても同様であり、コンバータ１２は、制御装置１６によって駆動制御される。また、制御装置１６は、系統電源２０の電力系統２２に対して発電装置１を並列または解列させる。

＜系統連系制御装置による制御＞
発電装置１の単独運転を検出した場合、電力系統２２から発電装置１を解列させる必要がある。ここで、単独運転とは、複数の発電装置が連系している電力系統２２が、系統電源２０と切り離された状態において、連系している発電装置（例えば、図１に示す発電装置１）の運転のみによって発電を継続し、構内負荷に電力を供給している状態をいう。電力系統２２と系統電源２０とが切り離される事例として、電力系統における事故、保守を目的とした継電器の開放などによる停電が挙げられる。

図３は、参考形態に係り、系統電圧Ｖｓおよび開閉器１５ａ，１５ｂの開閉状態の経時変化の一例を示す図である。曲線Ｌ１１は、系統電圧Ｖｓの経時変化の一例を示している。縦軸は、電圧を示し、横軸は、時刻を示している。曲線Ｌ１２は、開閉器１５ａ，１５ｂの開閉状態（開状態または閉状態）の経時変化の一例を示している。縦軸は、開閉器１５ａ，１５ｂの開閉状態を示し、横軸は、時刻を示している。

曲線Ｌ１１に示すように、時刻ｔ０以前は、系統電源２０の系統周波数が系統周波数ｆ０で安定しているものとする。系統周波数ｆ０は、所定の周波数（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）とする。このとき、曲線Ｌ１２に示すように、開閉器１５ａ，１５ｂは、閉状態であり、発電装置１は、電力系統２２と連系されているものとする。曲線Ｌ１１に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間は、系統周波数が系統周波数ｆ１（系統周波数ｆ０と比べて周波数が増加している）になり、時刻ｔ１以降は、系統周波数が系統周波数ｆ０に戻り、系統周波数ｆ０で安定しているものとする。このように、電力系統２２の電力品質が悪化すると、系統電源２０から交流電力が供給されているにも関わらず、制御装置１６は、発電装置１の単独運転を誤検出する可能性がある。

例えば、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間において、制御装置１６が、発電装置１の単独運転を誤検出したものとする。その結果、曲線Ｌ１２に示すように、開閉器１５ａ，１５ｂは、制御装置１６によって閉状態から開状態に切り替えられ、発電装置１は、電力系統２２から解列される。そして、時刻ｔ２において、開閉器１５ａ，１５ｂは、制御装置１６によって開状態から閉状態に切り替えられ、発電装置１が電力系統２２に再並列されたとする。発電装置１が解列されてから時刻ｔ２までの待機時間ＴＰ０は、例えば、系統連系規程（ＪＥＡＣ ９７０１−２０１２）によって予め規定されている時間（例えば、３００秒）である。

このように、発電装置１の単独運転を誤検出した場合にも、上述した待機時間ＴＰ０と同様の時間待機すると、その間、発電装置１から構内負荷（本実施形態では、負荷３０）への電力供給ができなくなり、発電機会を喪失する。そこで、本実施形態の系統連系制御装置は、発電装置１の単独運転を誤検出したときに、発電装置１の発電機会の喪失を低減する。

（各制御部の構成）
図４に示すように、制御装置１６は、制御ブロックとして捉えると、単独運転検出部４１と、誤検出判断部４２と、再並列部４３と、警告部４４とを備えている。また、制御装置１６は、図５に示すフローチャートに従って、制御プログラムを実行する。単独運転検出部４１は、ステップＳ１２の判断およびステップＳ１３の処理を行う。誤検出判断部４２は、ステップＳ１４およびステップＳ１６の判断、並びに、ステップＳ１１、ステップＳ１５、ステップＳ１７およびステップＳ１８の処理を行う。再並列部４３は、ステップＳ１９の処理を行う。警告部４４は、ステップＳ２１の判断、並びに、ステップＳ２０およびステップＳ２２の処理を行う。以下、各制御部および制御フローについて、図５、図６、図７Ａおよび図７Ｂを参照しつつ詳細に説明する。

図６は、本実施形態に係り、系統電圧Ｖｓおよび開閉器１５ａ，１５ｂの開閉状態の経時変化の一例を示す図であり、図３に対応する。曲線Ｌ１１は、図３に示す曲線Ｌ１１と同様である。曲線Ｌ２１は、本実施形態に係る開閉器１５ａ，１５ｂの開閉状態（開状態または閉状態）の経時変化の一例を示している。縦軸は、開閉器１５ａ，１５ｂの開閉状態を示し、横軸は、時刻を示している。

また、図７Ａは、発電装置１の単独運転を検出したときの系統電圧Ｖｓの検出値（実効値）の経時変化の一例を示す図である。曲線Ｌ３１は、系統電圧Ｖｓの検出値（実効値）の経時変化の一例を示している。図７Ｂは、発電装置１の単独運転を誤検出したときの系統電圧Ｖｓの検出値（実効値）の経時変化の一例を示す図である。曲線Ｌ３２は、系統電圧Ｖｓの検出値（実効値）の経時変化の一例を示している。図７Ａおよび図７Ｂのいずれにおいても、縦軸は、電圧を示し、横軸は、時刻を示している。

（単独運転検出部４１）
単独運転検出部４１は、発電装置１の単独運転を検出したときに、電力系統２２から発電装置１を解列させる（図５に示すステップＳ１２、ステップＳ１３）。発電装置１の単独運転を検出した場合（ステップＳ１２でＹｅｓの場合）、単独運転検出部４１は、電力系統２２から発電装置１を解列させる。具体的には、単独運転検出部４１は、開閉器１５ａ，１５ｂを閉状態から開状態に切り替える。また、単独運転検出部４１は、発電装置１が解列されてから電力系統２２に再並列可能になるまでの再並列タイマを、既述した待機時間ＴＰ０に設定する（ステップＳ１３）。一方、発電装置１の単独運転を検出しない場合（ステップＳ１２でＮｏの場合）、制御は、一旦、終了する。

図６に示すように、例えば、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間において、単独運転検出部４１が、発電装置１の単独運転を検出したものとする。これにより、曲線Ｌ２１に示すように、単独運転検出部４１は、開閉器１５ａ，１５ｂを閉状態から開状態に切り替えて、電力系統２２から発電装置１を解列させる。

発電装置１の単独運転の検出方法は、限定されない。単独運転検出部４１は、公知の種々の方法によって、発電装置１の単独運転を検出することができる。単独運転の検出方式として、受動的方式および能動的方式が挙げられる。受動的方式は、例えば、発電装置１が単独運転に移行したときの電圧位相、周波数などの急変を検出することにより、発電装置１の単独運転を検出する。受動的方式の一例として、電圧位相跳躍検出方式、３次高調波電圧歪急増検出方式、周波数変化率検出方式などが挙げられる。

一方、能動的方式は、電力変換器１１（インバータ１４）の制御系、外部抵抗器などに定期的に電圧、周波数などの変動を付与しておき、発電装置１が単独運転に移行したときのこれらの変動幅の急変を検出することにより、発電装置１の単独運転を検出する。能動的方式の一例として、周波数シフト方式、有効電力変動方式、無効電力変動方式、負荷変動方式、ステップ注入付周波数フィードバック方式などが挙げられる。なお、単独運転検出部４１は、受動的方式および能動的方式の各々を一方式以上組み合わせて、発電装置１の単独運転を検出すると好適である。

（誤検出判断部４２）
誤検出判断部４２は、電力系統２２から発電装置１が解列された後に、単独運転の誤検出の有無を判断する（図５に示すステップＳ１１、ステップＳ１４〜ステップＳ１８）。ここで、単独運転の誤検出とは、発電装置１が実際には単独運転をしていない（系統電源２０から交流電力の供給が継続している）にも関わらず、単独運転検出部４１が発電装置１の単独運転を検出することをいう。

単独運転の誤検出の方法は、限定されないが、誤検出判断部４２は、第一検出値Ｄ１に対する第二検出値Ｄ２の変化量ΔＤ０が所定閾値ＴＨ０以下のときに、単独運転の誤検出であると判断すると好適である。ここで、第一検出値Ｄ１とは、発電装置１が電力系統２２と連系しているときに検出される系統電源２０の交流電力に関する物理量の検出値をいう。また、第二検出値Ｄ２とは、単独運転検出部４１が発電装置１の単独運転を検出してから、後述する再並列部４３によって短縮された待機時間（図６に示す短縮時間ＴＰ１）よりさらに短い所定時間ＴＪ０経過したときに検出される系統電源２０の交流電力に関する物理量の検出値をいう。

系統電源２０の交流電力に関する物理量は、既述したように、系統電源２０の系統電圧Ｖｓ、系統周波数、系統電圧Ｖｓに含まれる歪み若しくは系統電圧Ｖｓの位相または系統電源２０から負荷３０に供給される購入電力Ｐｇｒｉｄであると好適である。以下、系統電源２０の系統電圧Ｖｓ（実効値）を例に、上述した単独運転の誤検出の方法について説明する。

誤検出判断部４２は、まず、図６に示す時刻ｔ０以前に検出された系統電圧Ｖｓの検出値（実効値）を第一検出値Ｄ１として、図２に示す第一記憶装置１６ｂ１に記憶させておく（図５に示すステップＳ１１）。既述したように、系統電源２０の系統電圧Ｖｓは、系統電圧検出器１８ｂによって検出される。単独運転検出部４１によって発電装置１が電力系統２２から解列されると、誤検出判断部４２は、発電装置１が電力系統２２から解列されてから、所定時間ＴＪ０が経過したか否かを判断する（図５に示すステップＳ１４）。

所定時間ＴＪ０が経過した場合（ステップＳ１４でＹｅｓの場合）、図６に示す時刻ｔ１１において検出された系統電圧Ｖｓの検出値（実効値）を第二検出値Ｄ２として、図２に示す第一記憶装置１６ｂ１に記憶させる。そして、誤検出判断部４２は、第一検出値Ｄ１に対する第二検出値Ｄ２の変化量ΔＤ０を算出する（図５に示すステップＳ１５）。誤検出判断部４２は、例えば、第一検出値Ｄ１から第二検出値Ｄ２を減じて、変化量ΔＤ０を算出する。なお、誤検出判断部４２は、第二検出値Ｄ２を第一検出値Ｄ１で除して変化割合を算出して、変化量ΔＤ０としても良い。所定時間ＴＪ０が経過していない場合（ステップＳ１４でＮｏの場合）、誤検出判断部４２は、所定時間ＴＪ０が経過するまで待機する。

図７Ａに示すように、発電装置１の単独運転の誤検出でない場合、系統電源２０から交流電力が供給されず、かつ、発電装置１を含む発電装置が電力系統２２から解列される。そのため、曲線Ｌ３１に示すように、第二検出値Ｄ２は、第一検出値Ｄ１と比べて、明確に低下する。したがって、第一検出値Ｄ１に対する第二検出値Ｄ２の変化量ΔＤ０は、図７Ｂに示す場合（単独運転検出部４１が発電装置１の単独運転を誤検出した場合）と比べて、大きくなる。

逆に、図７Ｂに示すように、単独運転検出部４１が発電装置１の単独運転を誤検出した場合、系統電源２０から交流電力の供給が継続されており、かつ、発電装置１以外の他の発電装置（図示略）は、電力系統２２と連系されている。そのため、曲線Ｌ３２に示すように、第一検出値Ｄ１と第二検出値Ｄ２との差異は、極めて少ない。したがって、第一検出値Ｄ１に対する第二検出値Ｄ２の変化量ΔＤ０は、図７Ａに示す場合（発電装置１の単独運転の誤検出でない場合）と比べて、小さくなる。

そこで、誤検出判断部４２は、第一検出値Ｄ１に対する第二検出値Ｄ２の変化量ΔＤ０が所定閾値ＴＨ０以下であるか否かを判断する（図５に示すステップＳ１６）。当該変化量ΔＤ０が所定閾値ＴＨ０以下のとき（ステップＳ１６でＹｅｓの場合）、誤検出判断部４２は、発電装置１の単独運転の誤検出ありと判断する（ステップＳ１７）。この場合、後述する再並列部４３および警告部４４による判断および処理が行われる。

一方、当該変化量ΔＤ０が所定閾値ＴＨ０より大きいとき（ステップＳ１６でＮｏの場合）、誤検出判断部４２は、発電装置１の単独運転の誤検出なしと判断する（ステップＳ１８）。そして、制御は、一旦、終了する。この場合、系統電源２０からの交流電力の供給が復帰しており、かつ、ステップＳ１３において単独運転検出部４１によって設定された待機時間ＴＰ０が経過したときに、制御装置１６は、発電装置１を電力系統２２に再並列させる。

以上のことは、系統電源２０の交流電力に関する物理量が、系統周波数、系統電圧Ｖｓに含まれる歪み若しくは系統電圧Ｖｓの位相または系統電源２０から負荷３０に供給される購入電力Ｐｇｒｉｄである場合についても、同様に言える。発電装置１の単独運転の誤検出でない場合、例えば、発電装置１以外の他の発電装置からの無効電力の注入によって、系統周波数の変化量ΔＤ０は増大し、所定閾値ＴＨ０より大きくなる。逆に、単独運転検出部４１が発電装置１の単独運転を誤検出した場合、系統周波数の変化量ΔＤ０は増大せず、所定閾値ＴＨ０以下になる。

また、発電装置１の単独運転の誤検出でない場合、系統電源２０から交流電力の供給が停止するので、系統電源２０から負荷３０に供給される購入電力Ｐｇｒｉｄが発生しない。そのため、購入電力Ｐｇｒｉｄの変化量ΔＤ０は増大し、所定閾値ＴＨ０より大きくなる。逆に、単独運転検出部４１が発電装置１の単独運転を誤検出した場合、購入電力Ｐｇｒｉｄの変化量ΔＤ０は増大せず、所定閾値ＴＨ０以下になる。系統電圧Ｖｓに含まれる歪み（例えば、既述した高調波）、系統電圧Ｖｓの位相についても同様に、発電装置１の単独運転の誤検出の有無に応じて、第一検出値Ｄ１に対する第二検出値Ｄ２の変化量ΔＤ０が増減し、当該変化量ΔＤ０が所定閾値ＴＨ０以下であるか否かを判断することにより、発電装置１の単独運転の誤検出の有無を判断することができる。

本実施形態の系統連系制御装置によれば、誤検出判断部４２は、第一検出値Ｄ１に対する第二検出値Ｄ２の変化量ΔＤ０が所定閾値ＴＨ０以下のときに、単独運転の誤検出であると判断する。そのため、誤検出判断部４２は、発電装置１の単独運転の誤検出の有無を簡易かつ正確に判断することができる。なお、所定閾値ＴＨ０は、上述した系統電源２０の交流電力に関する物理量の種類に応じて、例えば、シミュレーション、実機による検証などによって予め取得しておくと良い。

また、所定時間ＴＪ０は、発電装置１の単独運転を検出してから、電力系統２２に接続されている複数の発電装置が電力系統２２から解列されるまでに要すると見込まれる所要時間に合わせて設定されていると好適である。発電装置１の単独運転の誤検出でない場合、電力系統２２に接続されている複数の発電装置は、所定時間ＴＪ０以内に電力系統２２から解列されるものと見込まれる。そのため、図７Ａに示すように、発電装置１の単独運転を検出してから所定時間ＴＪ０が経過した以降は、第一検出値Ｄ１に対する第二検出値Ｄ２の変化量ΔＤ０を明確に判断することができる。なお、図７Ｂに示すように、単独運転検出部４１が発電装置１の単独運転を誤検出した場合、所定時間ＴＪ０の経過の有無に関わらず、第一検出値Ｄ１に対する第二検出値Ｄ２の変化量ΔＤ０は小さい。

本実施形態の系統連系制御装置によれば、所定時間ＴＪ０は、発電装置１の単独運転を検出してから、電力系統２２に接続されている複数の発電装置が電力系統２２から解列されるまでに要すると見込まれる所要時間に合わせて設定されている。そのため、本実施形態の系統連系制御装置は、発電装置１の単独運転を誤検出したときに、再並列までの時間を最短化することができ、発電装置１の発電機会の喪失を最小限に抑えることができる。

なお、発電装置１以外の他の発電装置の上記所要時間を正確に見積もることは困難である。そのため、所定時間ＴＪ０は、発電装置１の上記所要時間から類推すると良い。発電装置１の上記所要時間は、例えば、シミュレーション、実機による検証などによって取得することができる。また、所定時間ＴＪ０は、複数の発電装置における上記所要時間のばらつきを考慮して設定すると良い。既述したように、待機時間ＴＰ０が、例えば、３００秒のときには、所定時間ＴＪ０は、例えば、数秒（例えば、５秒）にすることができる。この数秒（例えば、５秒）には、上述した点を考慮して、上記所要時間（例えば、数百ミリ秒）に十分な余裕が加味されている。

（再並列部４３）
再並列部４３は、誤検出判断部４２によって単独運転の誤検出が判断されたときに、発電装置１が解列されてから電力系統２２に再並列可能になるまでの予め規定されている待機時間ＴＰ０（図３に示す待機時間ＴＰ０と同じ。）を短縮して、発電装置１を再並列させる。具体的には、誤検出判断部４２によって、発電装置１の単独運転の誤検出が判断された場合（図５に示すステップＳ１７）、再並列部４３は、発電装置１が解列されてから電力系統２２に再並列可能になるまでの再並列タイマを０に設定する。そして、図６に示す時刻ｔ１２において、再並列部４３は、開閉器１５ａ，１５ｂを開状態から閉状態に切り替えて、発電装置１を電力系統２２に再並列させる（ステップＳ１９）。なお、図６では、短縮された待機時間を短縮時間ＴＰ１で示している。

本実施形態の系統連系制御装置によれば、制御装置１６は、再並列部４３を備える。再並列部４３は、誤検出判断部４２によって単独運転の誤検出が判断されたときに、発電装置１が解列されてから電力系統２２に再並列可能になるまでの予め規定されている待機時間ＴＰ０を短縮して発電装置１を再並列させる。そのため、本実施形態の系統連系制御装置は、発電装置１の単独運転を誤検出したときに、再並列までの待機時間を短縮することができ、発電装置１の発電機会の喪失を低減することができる。

（警告部４４）
単独運転の誤検出が多発する場合、電力系統２２の電力品質の悪化が常態化している可能性がある。例えば、分散電源の増加、同一構内における分散電源の併設などにより、系統周波数の変動、系統電圧Ｖｓに含まれる歪み（例えば、高調波）の増加などが常態化している可能性がある。このような場合には、電力系統２２を管理する管理者（例えば、電力会社など）に対して、電力品質の改善を促すと良い。そこで、制御装置１６は、警告部４４を備えると好適である。

警告部４４は、誤検出判断部４２によって単独運転の誤検出が判断された回数を積算して、単独運転の誤検出回数を算出する（図５に示すステップＳ２０）。警告部４４は、例えば、誤検出判断部４２によって単独運転の誤検出が判断されると、図２に示す第一記憶装置１６ｂ１に記憶されている誤検出回数に１を加算する。そして、警告部４４は、所定期間内の誤検出回数が所定回数以上であるか否かを判断する（ステップＳ２１）。所定期間内の誤検出回数が所定回数以上の場合（ステップＳ２１でＹｅｓの場合）、警告部４４は、電力系統２２の電力品質の悪化を警告する（ステップＳ２２）。そして、制御は、一旦、終了する。一方、所定期間内の誤検出回数が所定回数より少ない場合（ステップＳ２１でＮｏの場合）、制御は、一旦、終了する。

警告部４４は、公知の表示器（例えば、液晶表示器など）を用いて上記警告を表示することができる。表示器は、操作用の表示器などの他の表示器と兼用することもできる。なお、上記警告は、例えば、電力品質が悪化している可能性があり、電力系統２２を管理する管理者（例えば、電力会社など）に連絡することを促すものであると良い。また、上記所定期間は、任意の期間とすることでき、上記所定回数は、任意の回数とすることができる。

本実施形態の系統連系制御装置によれば、制御装置１６は、警告部４４を備える。警告部４４は、誤検出判断部４２によって単独運転の誤検出が判断された回数を積算して単独運転の誤検出回数を算出し、所定期間内の誤検出回数が所定回数以上になったときに、電力系統２２の電力品質の悪化を警告する。そのため、系統連系制御装置の使用者は、電力系統２２の電力品質の悪化を把握することが容易であり、発電装置１の単独運転の誤検出に伴う中長期的な発電機会の喪失を低減することができる。

＜その他＞
本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。例えば、系統連系制御装置の制御には、図５に示す処理および判断以外にも種々の演算処理を含めることができる。また、本発明に係る系統連系制御装置は、多相（例えば、三相）の系統電源およびインバータに適用することもできる。

１：発電装置、１０：直流電源、１１：電力変換器、
１６：制御装置、
２０：系統電源、２２：電力系統、３０：負荷、
４１：単独運転検出部、４２：誤検出判断部、４３：再並列部、４４：警告部、
ＴＰ０：待機時間、ＴＰ１：短縮時間（短縮された待機時間）、ＴＪ０：所定時間、
Ｄ１：第一検出値、Ｄ２：第二検出値、ΔＤ０：変化量、ＴＨ０：所定閾値。

Claims (5)

1. 直流電力を出力する直流電源と、前記直流電源から出力された直流電力を交流電力に変換して系統電源に接続されている負荷に出力する電力変換器とを備える発電装置と、
   前記系統電源の電力系統に対して前記発電装置を並列または解列させる制御装置と、
   を具備する系統連系制御装置であって、
   前記制御装置は、
   前記発電装置の単独運転を検出したときに、前記電力系統から前記発電装置を解列させる単独運転検出部と、
   前記電力系統から前記発電装置が解列された後に、前記単独運転の誤検出の有無を判断する誤検出判断部と、
   前記誤検出判断部によって前記単独運転の前記誤検出が判断されたときに、前記発電装置が解列されてから前記電力系統に再並列可能になるまでの予め規定されている待機時間を短縮して前記発電装置を再並列させる再並列部と、
   を備える系統連系制御装置。
2. 前記発電装置が前記電力系統と連系しているときに検出される前記系統電源の交流電力に関する物理量の検出値を第一検出値とし、前記単独運転検出部が前記単独運転を検出してから、前記短縮された前記待機時間よりさらに短い所定時間経過したときに検出される前記系統電源の交流電力に関する物理量の検出値を第二検出値とするとき、
   前記誤検出判断部は、前記第一検出値に対する前記第二検出値の変化量が所定閾値以下のときに、前記単独運転の前記誤検出であると判断する請求項１に記載の系統連系制御装置。
3. 前記所定時間は、前記発電装置の前記単独運転を検出してから、前記電力系統に接続されている複数の発電装置が前記電力系統から解列されるまでに要すると見込まれる所要時間に合わせて設定されている請求項２に記載の系統連系制御装置。
4. 前記系統電源の交流電力に関する物理量は、前記系統電源の系統電圧、系統周波数、前記系統電圧に含まれる歪み若しくは前記系統電圧の位相または前記系統電源から前記負荷に供給される購入電力である請求項２または請求項３に記載の系統連系制御装置。
5. 前記制御装置は、前記誤検出判断部によって前記単独運転の前記誤検出が判断された回数を積算して前記単独運転の誤検出回数を算出し、所定期間内の前記誤検出回数が所定回数以上になったときに、前記電力系統の電力品質の悪化を警告する警告部を備える請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の系統連系制御装置。

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