JP2019140771A - 単独運転検出装置、単独運転検出方法、及び単独運転検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】単独運転検出用の能動信号指令と力率制御等の制御用無効電流指令とが干渉する場合に単独運転検出の遅延を抑制する単独運転検出装置を提供する。【解決手段】上位制御装置７から受信した無効電流・電力制御指令を基に生成された制御用無効電流・電力指令と、分散型電源３と分散型電源３を制御する連系インバータ２とを備える発電設備の単独運転を検出するための能動信号指令とが相殺するか否かを判定する相殺判定部１２４と、制御用無効電流・電力指令と能動信号指令とが相殺すると相殺判定部１２４が判定する場合に、入力した制御用無効電流・電力指令の変化を抑制する抑制部（保持部１２５）と、能動信号指令と、抑制部１２５が出力した制御用無効電流・電力指令とを合成し、合成した無効電流・電力指令を連系インバータへ出力する第１の合成部１２６とを備えて単独運転検出装置１を構成する。【選択図】図２

Description

本発明は、単独運転検出装置、単独運転検出方法、及び単独運転検出プログラムに関する。

分散型電源を含む発電設備が、事故等により系統電源から切り離された場合に、切り離された線路上の発電設備のみで発電が継続され、該線路上の負荷に電力が供給されている状態を単独運転と呼ぶ。単独運転は、人身及び設備の安全に影響を与えたり、事故点での被害拡大や復旧遅れを招く虞がある。そこで、単独運転を早期且つ確実に検出することが望ましい。

系統と連系する発電設備の一例としては、太陽光発電システム及び燃料電池発電システム等が挙げられる。こうした発電設備は、太陽電池又は燃料電池といった直流電源と、直流電源から出力された直流電力を、負荷や系統電源側へ供給する交流電力へ変換する連系インバータとを含む。連系インバータは、例えば、パワーコンディショナ（ＰＣＳ：Power Conditioning System）である。上述した単独運転を検出する機能は、例えば、連系インバータに備えられる。

単独運転を検出する方法には、系統側遮断器が送信した転送遮断信号を連系インバータが受信する方法がある。また、単独運転を検出する方法には、系統側遮断器の開放によって、分散型電源及び負荷からなる局所系統の電圧や周波数等の変化を連系インバータが監視する方法がある。この内、局所系統の電圧や周波数等の変化を監視する方法は受動方式と能動方式とに大別される。

受動方式は、系統電源から切り離される局所系統において、系統連系点（系統側遮断器）での潮流が0に変化することにより、局所系統の電圧や周波数が変化することを利用する方式である。そのため、分散型電源の発電量と局所系統内の負荷量とがバランスし、系統連系点での潮流が０である場合には、系統電源からの切り離しによっても潮流変化が生じないことから、受動方式では単独運転が検出されない。つまり、受動方式では潮流が0付近は不感帯領域となっている。そこで、単独運転が検出されないこうした不感帯領域がない各種の能動方式が提案されている。

能動方式では、連系インバータの発電出力に付加された能動信号（例えば、無効電力、有効電力、又は高調波等）を系統に注入し、単独運転時に現れる系統情報（例えば、系統周波数又は系統電圧等）の変化から単独運転を検出する。能動方式の一例としては、周波数シフト方式、スリップモード周波数シフト方式、及び無効電力変動方式等の従来型の能動方式の他に、周波数フィードバック方式が挙げられる。

周波数シフト方式は、連系インバータの内部発信器等に予め周波数バイアスを与え、単独運転移行時に現れる局所系統の周波数変化を検出する方式である。スリップモード周波数シフト方式は、連系インバータに周波数変化に対する出力電流位相急変特性を持たせ、単独運転移行時に局所系統に生じる微小周波数変化を正帰還することにより、局所系統の周波数を、発散傾向を示すように変化させて単独運転を検出する方式である。無効電力変動方式は、連系インバータの発電出力に周期的な無効電力変動を与え、単独運転移行時に現れる局所系統の周波数変化を検出する方式である。周波数フィードバック方式は、単独運転移行時に局所系統の周波数変化を増長させる無効電力を連系インバータから系統に注入することで、従来型の能動方式と比べて高速に単独運転を検出する方式である。

なお、関連する技術として特許文献１がある。特許文献１に記載の系統連系システムは、発電設備を電源として系統と連系し、連系点の力率を一定に制御する。該系統連系システムは、周波数シフト部、周波数シフト検出部、及び周波数シフト反転部を具備する。周波数シフト部は、システムの運転周波数を系統の周波数に対して所定の方向にシフトさせる。周波数シフト検出部は、現時点の周波数がシフトしているか否かを検出する。周波数シフト反転部は、周波数シフト検出部による周波数シフトの検出結果に応じて、周波数シフト部による周波数のシフトの方向を変更（反転）させる。そして、周波数異常検出部によって周波数異常を検出する。

特開平１１−４１８１９号公報

多数の分散型電源が系統に連系するようになると、分散型電源が発電する有効電力が発電設備側から系統側に逆流する逆潮流が大きくなり、配電線のインピーダンスの抵抗成分に作用して配電線の末端側、すなわち系統側の電圧が上昇するという問題が発生し得る。そこで、近年は、出力する有効電力に比例した無効電力の出力（進相運転）を伴う力率一定制御が分散型電源に課されることがある。分散型電源から系統側に向かって位相の進んだ無効電力を出力する、すなわち、分散型電源が進相運転すると、配電線インピーダンスの誘導性リアクタンス成分に作用して電圧が低下するため、上述した逆潮流による電圧上昇は緩和される。

また、上述したような電圧上昇をより直接的に抑えるために、制御系として上位階層にある電力会社側が有効電力の出力制限値を通信を介して分散型電源に与える遠隔制御が実施されることがある。さらに、通信を伴ったスマートグリッド的な遠隔制御によって逆潮流に起因する電圧上昇を抑制する技術的傾向が進展し、今後は、制御系としての上位階層が分散型電源へ送信した力率指令値に従って、時変の力率遠隔制御が実施される可能性がある。

単独運転検出用の能動信号指令と力率制御用の無効電流指令との干渉を回避する技術としては、例えば、上述した特許文献１に記載の技術がある。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、単独運転検出方式として周波数シフト方式を適用対象としており、周波数フィードバック方式等のその他の有用な単独運転検出方式には特許文献１に記載の技術を適用できない。

本発明の一側面に係る目的は、単独運転検出用の能動信号指令と力率制御等の制御用無効電流指令とが干渉する場合に単独運転検出の遅延を抑制する単独運転検出装置を提供することである。

一実施形態に従った単独運転検出装置は、相殺判定部、抑制部、及び第１の合成部を備える。相殺判定部は、上位制御装置から受信した無効電流・電力制御指令を基に生成された制御用無効電流・電力指令と、分散型電源と該分散型電源を制御する連系インバータとを備える発電設備の単独運転を検出するための能動信号指令とが相殺するか否かを判定する。抑制部は、制御用無効電流・電力指令と能動信号指令とが相殺すると相殺判定部が判定する場合に、入力した制御用無効電流・電力指令の変化を抑制する。第１の合成部は、能動信号指令と、抑制部が出力した制御用無効電流・電力指令とを合成し、合成した無効電流・電力指令を連系インバータへ出力する。

一実施形態に従った単独運転検出装置によれば、単独運転検出用の能動信号指令と力率制御等の制御用無効電流指令とが干渉する場合に単独運転検出の遅延を抑制することができる。

実施形態に従った単独運転検出装置を含む連系インバータの構成例を示す図である。 実施形態に従った電流指令生成部の第１の構成例を示す図である。 実施形態に従った相殺判定部の第１の構成例を示す図である。 実施形態に従った相殺度評価関数の特性グラフの一例を示す図である。 実施形態に従った相殺判定部の第２の構成例を示す図である。 実施形態に従った相殺判定部の第３の構成例を示す図である。 実施形態に従った電流指令生成部の第２の構成例を示す図である。 実施形態に従った可変時定数フィルタの構成例を示す図である。 実施形態に従った電流指令生成部の第３の構成例を示す図である。 実施形態に従った単独運転検出プログラムを実行するコンピュータの構成例を示す図である。

図１は、実施形態に従った単独運転検出装置を含む連系インバータの構成例を示す図である。図１に示す一例では、連系インバータ２が単独運転検出装置１を備える。図１には、連系インバータ２の他に、直流電源３、負荷４、系統電源５、系統側遮断器６、及び上位制御装置７を示している。

直流電源３及び連系インバータ２は発電設備の一例であり、直流電源３は分散型電源の一例である。直流電源３は、例えば、発電設備が太陽光システムである場合には太陽電池であり、発電設備が燃料電池システムである場合には燃料電池である。直流電源３、連系インバータ２、及び負荷４は、系統側遮断器６を介して系統電源５に接続し、局所系統を構成する。系統電源５は無限大母線で近似し得る。

単独運転検出装置１は、能動信号生成兼単独運転検出部１１、電流指令生成部１２、及び通信部１３を備える。能動信号生成兼単独運転検出部１１及び電流指令生成部１２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、又はプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）等）により構成される。通信部１３は、例えば、有線及び／又は無線の送受信器により構成される。

連系インバータ２は、単独運転検出装置１の他に、インバータ回路２０１、交流リアクトル２０２、電流検出器２０３、コンデンサ２０４、インバータ側開閉器２０５、及び計器用変圧器２０６を備える。また、連系インバータ２は、周期検出器２０７、電圧検出器２０８、基準信号生成回路２０９、座標変換器２１０、出力電流制御回路２１１、及びゲート信号生成回路２１２を更に備える。

インバータ回路２０１は、直流電源３が出力した直流電力を交流電力へ変換する回路であり、例えば、３相交流インバータ回路である。インバータ回路２０１の発電出力（３相交流電力）は、交流リアクトル２０２、電流検出器２０３、コンデンサ２０４、及びインバータ側開閉器２０５を介して、局所系統を構成する負荷４に入力する。

周期検出器２０７は、インバータ側開閉器２０５よりも系統側に設けられた計器用変圧器２０６を介して入力した電圧から系統周期を検出する。なお、周期検出器２０７は、計器用変圧器２０６を介して入力した電圧から系統周波数を検出するように構成されてもよい。周期検出器２０７は、検出した系統周期（或いは系統周波数）を能動信号生成兼単独運転検出部１１へ出力する。また、電圧検出器２０８は、計器用変圧器２０６を介して入力した電圧から系統電圧を検出する。電圧検出器２０８は、検出した系統電圧を能動信号生成兼単独運転検出部１１へ出力する。

能動信号生成兼単独運転検出部１１は、単独運転を検出するための能動信号指令を電流指令生成部１２へ出力する。単独運転検出装置１は、連系インバータ２が生成及び出力する無効電力を能動信号指令によって操作する単独運転検出方式に適用可能である。こうした単独運転検出方式としては、例えば、無効電力変動方式及び周波数フィードバック方式が挙げられる。また、こうした単独運転検出方式は、例えば、周波数シフト方式、スリップモード周波数シフト方式であってもよい。

そこで、例えば、単独運転検出装置１を無効電力変動方式に対応するように構成した場合、能動信号生成兼単独運転検出部１１は、周期的に変化する無効電流指令（例えば、パルス状の信号）を能動信号指令として出力する。また、例えば、単独運転検出装置１を周波数フィードバック方式に対応するように構成した場合、能動信号生成兼単独運転検出部１１は、入力した系統周期（或いは系統周波数）の定常状態から検出した偏差に応じた無効電流指令を能動信号指令として出力する。さらに、例えば、単独運転検出装置１を周波数シフト方式に対応するように構成した場合、能動信号生成兼単独運転検出部１１の動作は、無効電力変動方式での動作に近似できる。具体的には、例えば、出力電流周波数を上昇方向に微小にシフトする場合は、進相の無効電流を微小に注入する場合と出力電流波形は同様である。また、例えば、出力電流周波数を低下方向に微小にシフトする場合は、遅相の無効電流を微小に注入する場合と出力電流波形は同様である。

電流指令生成部１２は、図２〜図９を参照しながら詳述するように、座標変換器２１０へ出力する有効電流指令（ｄ軸電流指令）及び無効電流指令（ｑ軸電流指令）を生成する。

例えば、電流指令生成部１２には、一例として太陽電池である直流電源３の最大電力追従制御（ＭＰＰＴ）に応じた有効電流初期指令が入力する。電流指令生成部１２は、入力した有効電流初期指令を連系インバータ２の定格容量や出力制限値に応じて調整した有効電流指令を座標変換器２１０へ出力する。また、例えば、電流指令生成部１２には、系統の状態を管理及び制御する上位制御装置７から通信部１３が受信した力率指令が入力する。力率指令は、連系インバータ２が生成及び出力する交流電力の力率を上位制御装置７が一定又は時変に制御するための指令値である。電流指令生成部１２は、入力した力率指令と上述の有効電流指令とを基に力率制御用無効電流指令を生成する。さらに、例えば、電流指令生成部１２には、能動信号生成兼単独運転検出部１１が出力した能動信号指令が入力する。電流指令生成部１２は、入力した能動信号指令と力率制御用無効電流指令とを合成した無効電流指令を座標変換器２１０へ出力する。

基準信号生成回路２０９は、計器用変圧器２０６を介して検出した系統電圧の波形から系統電源５の周波数に同期した３相交流基準信号を生成する。座標変換器２１０は、基準信号生成回路２０９が生成した３相交流基準信号に従って、電流指令生成部１２から入力した有効電流指令（ｄ軸電流指令）及び無効電流指令（ｑ軸電流指令）を、系統電源５の周波数に同期した３相交流電流指令に変換する。出力電流制御回路２１１は、電流検出器２０３が検出したインバータ回路２０１の出力電流値が３相交流電流指令値と一致するように、３相交流電圧指令値の補正値を生成する。ゲート信号生成回路２１２は、各相について補正値を３相交流電圧指令値に加算することで変調信号を生成し、変調信号をキャリア信号に重畳してゲート信号を生成する。ゲート信号生成回路２１２は、生成したゲート信号をインバータ回路２０１へ出力する。

インバータ回路２０１は、インバータ回路２０１を構成するスイッチング素子（図示せず）を、入力したゲート信号に従ってオン又はオフすることで、入力した直流電力を３相交流電力に変換する。インバータ回路２０１は３相交流電力を負荷４や系統電源５へ出力し、周期検出器２０７は系統周期を検出する。こうして、能動信号生成兼単独運転検出部１１には、出力した無効電流指令に応じた局所系統の系統周期（或いは系統周波数）がフィードバックする。

能動信号生成兼単独運転検出部１１は、フィードバックされた局所系統の系統周期（或いは系統周波数）を基に、連系インバータ２及び直流電源３を備える発電設備の単独運転を検出する。なお、能動信号生成兼単独運転検出部１１は、電圧検出器２０８が検出した系統電圧の変化を基に単独運転を検出するように更に構成されてもよい。

能動信号生成兼単独運転検出部１１は、単独運転を検出すると、解列信号をインバータ側開閉器２０５へ出力する。インバータ側開閉器２０５は解列信号に従ってオフし、連系インバータ２及び直流電源３から構成される発電設備は局所系統から切り離される。こうして、発電設備の単独運転は停止する。

上述のように、電流指令生成部１２は、力率指令及び有効電流指令を基に生成した力率制御用無効電流指令と、単独運転を検出するための能動信号指令とを合成することで、連系インバータ２が生成及び出力する無効電流に対する無効電流指令を生成する。このため、合成の際に能動信号指令が力率制御用無効電流指令との干渉によって打ち消され、能動信号生成兼単独運転検出部１１による単独運転の検出が遅延する状態が発生し得る。

具体的には、力率指令は、例えば、連系インバータ２及び直流電源３から構成される発電設備側から系統側への逆潮流に起因する系統側の電圧上昇を抑制するために、上位制御装置７の制御によって変化し得る。また、有効電流指令は、太陽電池といった直流電源３の発電量の変化に応じて変化し得る。それ故、力率制御用無効電流指令は、力率指令や有効電流指令の変化に従って変化する。このため、例えば、能動信号生成兼単独運転検出部１１が周波数フィードバック方式に従って生成する能動信号を変化させたとしても、変化する力率制御用無効電流指令によって能動信号が打ち消され（相殺され）、能動信号の効果が表れずに単独運転の検出が遅延する状態が生じ得る。

そこで、単独運転検出用の能動信号指令と力率制御等の制御用無効電流指令とが干渉する場合に単独運転検出の遅延を抑制するために、単独運転検出装置１を例えば、以下の説明のように更に構成する。

＜電流指令生成部の第１の構成例＞
図２は、実施形態に従った電流指令生成部の第１の構成例を示す図である。図２に示す一例では、電流指令生成部１２は、有効電流指令調整部１２１、無効電流比率算出部１２２、乗算部１２３、相殺判定部１２４、保持部１２５、及び第１の合成部１２６を備える。

有効電流指令調整部１２１には、太陽電池等の分散型電源である直流電源３の発電量に応じた有効電流初期指令が入力する。電流指令生成部１２は、入力した有効電流初期指令を基に有効電流指令を生成し、生成した有効電流指令を連系インバータ２の座標変換器２１０へ出力する。

無効電流比率算出部１２２には、上位制御装置７から受信した力率指令が入力する。力率指令は、単独運転検出装置１が通信部１３を介して上位制御装置７から受信する無効電流制御指令の一例である。無効電流比率算出部１２２は、有効電流指令調整部１２１が生成及び出力する有効電流指令に対する無効電流指令の比率を上位制御装置７から受信した力率指令から算出する。具体的には、式(1)に示すように、無効電流比率算出部１２２は、力率指令ＰＦ＝ｃｏｓθを入力として、無効電流比率ｔａｎθを算出する。

乗算部１２３は、有効電流指令調整部１２１が出力した有効電流指令と無効電流比率算出部１２２が算出した無効電流比率とを乗算し、乗算結果として力率制御用無効電流指令を出力する。力率制御用無効電流指令は、上位制御装置７から受信した無効電流制御指令を基に生成された制御用無効電流指令の一例である。

相殺判定部１２４には、乗算部１２３が出力した力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）と、連系インバータ２及び直流電源３を備える発電設備の単独運転を検出するための能動信号指令とが入力する。相殺判定部１２４は、力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）と能動信号指令とが相殺するか否かを判定する。例えば、力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）と能動信号指令とが相殺すると判定する場合、相殺判定部１２４は、相殺中フラグを有効にし、有効にした相殺中フラグを保持部１２５へ出力する。

保持部１２５は、実施形態に従った抑制部の一例である。保持部１２５には、力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）が入力する。また、保持部１２５には、相殺判定部１２４が有効又は無効に設定した相殺中フラグが入力する。保持部１２５は、力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）と能動信号指令とが相殺すると相殺判定部１２４が判定する場合に、入力した力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）の変化を抑制する。例えば、保持部１２５は、相殺中フラグが有効となるタイミングである上りエッジで制御用無効電流指令をサンプルする。そして、保持部１２５は、相殺中フラグが有効な間、すなわち相殺中フラグが下がって無効になるまで、サンプルした値を固定値として保持し、保持した制御用無効電流指令を第１の合成部１２６へ出力し続ける。

第１の合成部１２６には、能動信号指令と力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）とが入力する。第１の合成部１２６は、能動信号指令と力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）とを合成した無効電流指令を座標変換器２１０へ出力する。

このように、電流指令生成部１２の第１の構成例では、力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）によって能動信号が打ち消される（相殺される）場合には、保持部１２５は、力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）の変化を抑制する。この結果、能動信号の変化によって、力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）と能動信号との相殺は解消され、第１の合成部１２６が出力する無効電流指令には能動信号指令の変化が確実に伝達されるようになる。したがって、実施形態に従った単独運転検出装置によれば、単独運転検出用の能動信号指令と力率制御等の制御用無効電流指令とが干渉する場合に単独運転検出の遅延を抑制することができる。

また、電流指令生成部１２の第１の構成例では、力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）によって能動信号が打ち消されない（相殺されない）場合には、保持部１２５は、入力した力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）を制御せずに出力する。したがって、実施形態に従った単独運転検出装置によれば、力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）の変化が能動信号の変化を強める場合には、力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）の変化を利用して単独運転の検出を早めることができる。

このように、実施形態に従った単独運転検出装置によれば、単独運転検出用の能動信号と制御用無効電流指令との干渉により単独運転の検出が遅延する場合と早まる場合とを区別して、単独運転の検出が遅延することを防止できる。

実施形態に従った相殺判定部１２４の構成例を更に説明する。

＜＜相殺判定部の第１の構成例＞＞
図３は、実施形態に従った相殺判定部の第１の構成例を示す図である。図３に示す一例では、相殺判定部１２４は、第１の高域通過フィルタ（ＨＰＦ（High Pass Filter））１２４１、第２の高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１２４２、評価値算出部１２４３、及びコンパレータ１２４４を備える。

第１の高域通過フィルタ１２４１及び第２の高域通過フィルタ１２４２は、実施形態に従った高域通過フィルタの一例である。第１の高域通過フィルタ１２４１には、能動信号指令が入力し、第１の高域通過フィルタ１２４１は、入力した能動信号指令の低周波成分を除去して出力する。第２の高域通過フィルタ１２４２には、力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）が入力し、第２の高域通過フィルタ１２４２は、入力した力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）の低周波成分を除去して出力する。能動信号指令及び力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）の各低周波成分を除去することで、力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）と能動信号指令との過渡的な干渉を、定常特性を維持したまま抑制できる。

評価値算出部１２４３には、低周波成分が除去された能動信号指令ｘ_１及び力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）ｘ_２が入力する。評価値算出部１２４３は、能動信号指令ｘ_１及び力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）ｘ_２の相殺度合いを評価値Ｊとする相殺度評価関数Ｊ（ｘ_１，ｘ_２）により評価値Ｊを求める。

コンパレータ１２４４は、評価値算出部１２４３が求めた評価値Ｊが所定の値Ｊ_ｔｈ以上であるか否かを判定することにより、能動信号指令と力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）とが相殺中であるか否かを判定する。例えば、コンパレータ１２４４は、評価値Ｊが予め設定した閾値Ｊ_ｔｈ以上であれば相殺中フラグを１（有効）に設定し、さもなければ０（無効）に設定し、設定済みの相殺中フラグを出力する。

相殺度評価関数Ｊ（ｘ_１，ｘ_２）は、入力である２つの信号ｘ_１及びｘ_２それぞれの絶対値｜ｘ_１｜及び｜ｘ_２｜が大きく、且つ２つの信号の和の絶対値｜ｘ_１＋ｘ_２｜が小さいほど評価値が大きくなる関数であってもよい。例えば、相殺度評価関数Ｊ（ｘ_１，ｘ_２）は、次の式(2)であってもよい。

そこで、式(3)に示すように、コンパレータ１２４４は、閾値と分数関数を陽に計算した評価値Ｊとを比較する不等式によって相殺判定を行う。

式(2)及び式(3)において、分母のεは、０割りを防ぐための正数であり、例えば１であってもよい。ε＝１とした場合の相殺度評価関数の特性グラフの一例を図４に示す。図４に示す特性グラフでは、Ｘ軸は能動信号指令ｘ_１であり、Ｙ軸は力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）ｘ_２であり、Ｚ軸は評価値である。図４に示すように、入力信号であるｘ_１とｘ_２とが弱め合う第２象限および第４象限において、入力信号それぞれの絶対値｜ｘ_１｜及び｜ｘ_２｜は大きく、且つ入力である二つの信号の和の絶対値｜ｘ_１＋ｘ_２｜が小さい、すなわち、相殺の度合いが大きいほど評価値Ｊは大きくなる。また、入力信号が強め合う第１象限および第３象限において、評価値Ｊは相対的に小さくなる。本実施例では、相殺判定部１２４は、例えば相殺度評価値Ｊが特定の閾値Ｊ_ｔｈ＝１以上となる領域を相殺中と判定してもよい。

＜＜相殺判定部の第２の構成例＞＞
図５は、実施形態に従った相殺判定部の第２の構成例を示す図である。図５に示す一例では、相殺判定部１２４は、評価値算出部１２４３及びコンパレータ１２４４（図３参照）の代わりに判定部１２４５を備える。

相殺度評価関数Ｊ（ｘ_１，ｘ_２）は、式(2)に示すように、入力である２つの信号ｘ_１及びｘ_２それぞれの絶対値｜ｘ_１｜及び｜ｘ_２｜が大きく、且つ２つの信号の和の絶対値｜ｘ_１＋ｘ_２｜が小さいほど評価値が大きくなる関数であってもよい。ただし、相殺度評価関数Ｊ（ｘ_１，ｘ_２）が式(2)に示すような分数関数である場合、判定部１２４５は、式(4)に示すように、不等式の両辺に分数関数の分母を乗じた陰関数形式の等価な不等式の成立判定によって、除算のない相殺判定を行う。すなわち、判定部１２４５は、式(4)に示す不等式の左辺および右辺を別々に数値計算して左辺値と右辺値を求め、左辺値と右辺値が不等式を満たすか否かを判定する。

相殺判定部１２４の第２の構成例によれば、除算を回避した相殺判定が可能になる。また、前述したように、εは、式(3)に示すような除算を含む相殺判定において０割りを防ぐための設計パラメータである。そこで、式(4)においてεはなくてもよく、相殺判定部１２４の第２の構成例によれば、設計パラメータの数を削減できる。

＜＜相殺判定部の第３の構成例＞＞
図６は、実施形態に従った相殺判定部の第３の構成例を示す図である。図６に示す一例では、相殺判定部１２４は、図３に示す構成要素に加えて、上りエッジ検出部１２４６及びワンショットパルス発生部１２４７を備える。

上りエッジ検出部１２４６には、コンパレータ１２４４が１（有効）又は０（無効）に設定した相殺中フラグが入力する。例えば、能動信号指令と力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）とが相殺するとコンパレータ１２４４が判定する場合、上りエッジ検出部１２４６には、コンパレータ１２４４が１（有効）に設定した相殺中フラグが入力する。上りエッジ検出部１２４６は、相殺中フラグが有効になるタイミングである上りエッジを検出し、上りエッジ検出信号をワンショットパルス発生部１１３７へ出力する。

ワンショットパルス発生部１２４７は、上りエッジ検出信号が入力したタイミング、すなわち相殺中フラグの上りエッジが検出されたタイミングを基準として単独運転検出時間以上の長さのワンショットパルスを、相殺中であることを示す信号として保持部１２５へ出力する。単独運転検出時間は、系統連系規定等によって定められ、例えば、２００[ｍｓｅｃ]である。

相殺判定部１２４の第３の構成例によれば、コンパレータ１２４４が出力する相殺中フラグが短時間に有効又は無効に切り替わるチャタリングを低減し、安定した相殺判定を実現できる。そして、相殺判定部１２４の第３の構成例では、能動信号指令と力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）とが相殺すると判定した場合、力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）の変化は、少なくとも単独運転検出時間の間抑制される。したがって、相殺判定部１２４の第３の構成例によれば、単独運転を確実に検出できる。

なお、上述の説明では、相殺判定部１２４の第１の構成例（図３）を前提とした構成例を示したが、相殺判定部１２４の第３の構成例は、相殺判定部１２４の第２の構成例（図５）と組み合わせてもよい。

＜電流指令生成部の第２の構成例＞
図７は、実施形態に従った電流指令生成部の第２の構成例を示す図である。図７に示す一例では、電流指令生成部１２は、保持部１２５（図２参照）に代えて可変時定数フィルタ１２７を備える。可変時定数フィルタ１２７は、実施形態に従った抑制部の一例である。

図８は、実施形態に従った可変時定数フィルタの構成例を示す図である。図８において、ｚ^−１は１サンプル遅延演算子である。時定数をＴとすると、連続時間系での伝達特性は、入力をｕ、出力をｙとし、演算子をｓとしたラプラス変換により式(5)のように表される。

さらに、サンプル時間ΔＴ、サンプル点番号をｉとして後退差分を用いて式(5)を離散化すると、伝達特性は式(6)のように表される。

式(6)においてαは式(7)に示す値である。

式(6)において計算途中で時定数Ｔを変更しても計算に問題は生じず、式(6)に示す伝達特性を可変時定数フィルタ１２７に用いることが可能である。式(6)において、相殺判定フラグが有効になった場合に時定数Ｔを例えば１００倍に大きくすれば、入力ｕ_ｉである制御用無効電流指令に対する感度を示す入力ゲイン１−αは０に近づき、前回出力ｙ_ｉ−１に対するフィードバックゲインαは１に近づく。この結果、出力ｙ_ｉである制御用無効電流指令は入力ｕ_ｉに対して鈍感になり、前回の出力値ｙ_ｉ−１を保持する傾向が強くなる。すなわち、入力ｕ_ｉに対して出力ｙ_ｉ−１は不活性化し、力率制御用無効電流指令の変化が抑制的になる。

このように、電流指令生成部１２の第２の構成例では、可変時定数フィルタ１２７は、相殺中に時定数Ｔを大きくすることにより力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）を不活性化する。この結果、能動信号の変化によって、力率制御用無効電流指令（制御用無効電流指令）と能動信号との相殺は解消され、第１の合成部１２６が出力する無効電流指令には能動信号指令の変化が確実に伝達されるようになる。したがって、実施形態に従った単独運転検出装置によれば、単独運転検出用の能動信号指令と力率制御等の制御用無効電流指令とが干渉する場合に単独運転検出の遅延を抑制することができる。

また、電流指令生成部１２の第２の構成例では、制御用無効電流指令によって能動信号が相殺されない場合には、可変時定数フィルタ１２７は、時定数Ｔを大きくしないで、入力した制御用無効電流指令を出力する。したがって、実施形態に従った単独運転検出装置によれば、制御用無効電流指令の変化が能動信号の変化を強める場合には、制御用無効電流指令の変化を利用して単独運転検出を早めることができる。

このように、実施形態に従った単独運転検出装置によれば、単独運転検出用の能動信号と制御用無効電流指令との干渉により単独運転の検出が遅延する場合と早まる場合とを区別して、単独運転の検出が遅延することを防止できる。

＜電流指令生成部の第３の構成例＞
力率制御用無効電流指令と能動信号指令との干渉は、例えば、能動信号指令の変化と共に、上位制御装置７から受信する力率指令が変化する場合に生じ得る。加えて、力率制御用無効電流指令と能動信号指令との干渉は、例えば、力率制御中に上位制御装置７から受信した出力抑制指令が変化する場合や、太陽電池における日射量といった分散型電源におけるエネルギー源の出力が変動する場合にも生じ得る。さらに、制御用無効電流指令と能動信号との干渉は、例えば、能動信号指令の変化と共に、上位制御装置７から受信する電圧上昇抑制用無効電流指令が存在し、それが変化する場合にも生じ得る。

図９は、実施形態に従った電流指令生成部の第３の構成例を示す図である。図９に示す構成例では、電流指令生成部１２は、図２に示す構成要素に加えて、第２の合成部１２８を更に備える。

図９に示すように、第２の合成部１２８には、上位制御装置７から受信した系統電圧上昇抑制用無効電流指令と、乗算部１２３が出力した力率制御用無効電流指令とが入力する。電圧上昇抑制用無効電流指令は、連系インバータ２及び直流電源３を備える発電設備が連系する系統側の電圧上昇を抑制するために連系インバータ２に課される無効電流指令であり、上位制御装置７から受信する無効電流制御指令の一例である。第２の合成部１２８は、入力した力率制御用無効電流指令と電圧上昇抑制用無効電流指令とを合成し、力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流指令を相殺判定部１２４及び保持部１２５へ出力する。力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流指令は、上位制御装置７から受信した無効電流制御指令を基に生成された制御用無効電流指令の一例である。

図９に示すように、力率制御用無効電流指令は、入力した有効電流指令と無効電流比率とを乗算部１２３が乗算することで生成される。このように、力率制御用無効電流指令は有効電流指令と無効電流比率との積で表されるため、無効電流比率が０（力率設定値が１．０）でない限り、エネルギー源の出力変動により有効電流指令が変化すると力率制御用無効電流指令も変化する。したがって、単独運転発生時に力率指令の変化以外にもエネルギー源の出力変動があると、力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流指令が変化して単独運転の検出に影響を及ぼすことがある。

しかしながら、相殺判定部１２４は、力率制御用無効電流指令を含む力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流指令によって能動信号が打ち消される（相殺される）か否かを判定する。そして、力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流指令によって能動信号が打ち消されると相殺判定部１２４が判定する場合には、保持部１２５は、力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流指令（制御用無効電流指令）の変化を抑制する。この結果、能動信号の変化によって、力率制御用無効電流指令を含む力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流指令と能動信号との相殺は解消され、第１の合成部１２６が出力する無効電流指令には能動信号指令の変化が確実に伝達されるようになる。したがって、実施形態に従った単独運転検出装置によれば、単独運転検出用の能動信号指令と制御用無効電流指令とが干渉する場合に単独運転検出の遅延を抑制することができる。

また、力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流指令は、力率制御用無効電流指令と電圧上昇抑制用無効電流指令とを第２の合成部１２８が合成することで生成される、このように、力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流指令は、力率制御用無効電流指令と電圧上昇抑制用無効電流指令との和で表されるため、出力抑制指令や電圧上昇抑制用無効電流指令が変化すると力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流指令も変化する。したがって、単独運転発生時に力率指令の変化以外にも出力抑制指令や電圧上昇抑制用無効電流指令が変化すると、力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流指令が変化して単独運転の検出に影響を及ぼすことがある。

しかしながら、相殺判定部１２４は、電圧上昇抑制用無効電流指令を含む力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流指令によって能動信号が打ち消される（相殺される）か否かを判定する。力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流指令によって能動信号が打ち消されると相殺判定部１２４が判定する場合には、保持部１２５は、力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流指令の変化を抑制する。この結果、能動信号の変化によって、電圧上昇抑制用無効電流指令を含む力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流指令と能動信号との相殺は解消され、第１の合成部１２６が出力する無効電流指令には能動信号指令の変化が確実に伝達されるようになる。したがって、実施形態に従った単独運転検出装置によれば、単独運転検出用の能動信号指令と制御用無効電流指令とが干渉する場合に単独運転検出の遅延を抑制することができる。

なお、上述の説明では、電流指令生成部１２の第１の構成例（図２）を前提とした構成例を示したが、電流指令生成部１２の第３の構成例は、電流指令生成部１２の第２の構成例（図７）と組み合わせてもよい。

＜その他の実施形態＞
実施形態に従った単独運転検出方法は、単独運転検出装置１が行う各処理が記述された単独運転検出プログラムを実行するコンピュータによって実施することも可能である。

図１０は、実施形態に従った単独運転検出プログラムを実行するコンピュータの構成例を示す図である。図１０に示す一例では、コンピュータ８は、ＣＰＵ８１、主記憶装置８２、補助記憶装置８３、入力装置８４、表示装置８５、記憶媒体駆動装置８６、及び通信インタフェース８７を含む。コンピュータ８が含むこれらのユニット８１〜８７はバス８８を介して相互に接続する。

例えば、実施形態に従った単独運転検出プログラムは可搬型記憶媒体が予め記憶する。可搬型記憶媒体の一例としては、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、及びフラッシュメモリ等が挙げられる。可搬型記憶媒体が記憶した単独運転検出プログラムは、記憶媒体駆動装置８６が読み取り、補助記憶装置８３にインストールされる。或いは、例えば、実施形態に従った単独運転検出プログラムは、他のコンピュータ（図示せず）に予め記憶され、通信インタフェース８７を介して補助記憶装置８３にインストールされる。

ＣＰＵ８１は、単独運転検出プログラムを補助記憶装置８３から主記憶装置８２に読み出し、読み出した単独運転検出プログラムを実行する。

なお、入力装置８４は、例えば、キーボード、マウス、又はタッチパネルである。また、表示装置８５は、例えば、液晶ディスプレイである。

実施形態に従った単独運転検出プログラムをコンピュータが実行することによって、前述した効果と同様の効果を得ることができる。

以上に示した本発明の実施形態は、本発明の好適な実施形態の一例を示すだけであり、これに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上述した実施形態に種々の変形を加えることが可能である。

１ 単独運転検出装置
２ 連系インバータ
３ 直流電源
４ 負荷
５ 系統電源
６ 系統側遮断器
７ 上位制御装置
８ コンピュータ
１１ 能動信号生成兼単独運転検出部
１２ 電流指令生成部
１３ 通信部
８１ ＣＰＵ
８２ 主記憶装置
８３ 補助記憶装置
８４ 入力装置
８５ 表示装置
８６ 記憶媒体駆動装置
８７ 通信インタフェース
８８ バス
１２１ 有効電流指令調整部
１２２ 無効電流比率算出部
１２３ 乗算部
１２４ 相殺判定部
１２５ 保持部
１２６ 第１の合成部
１２７ 可変時定数フィルタ
１２８ 第２の合成部
２０１ インバータ回路
２０２ 交流リアクトル
２０３ 電流検出器
２０４ コンデンサ
２０５ インバータ側開閉器
２０６ 計器用変圧器
２０７ 周期検出器
２０８ 電圧検出器
２０９ 基準信号生成回路
２１０ 座標変換器
２１１ 出力電流制御回路
２１２ ゲート信号生成回路
１２４１ 第１の高域通過フィルタ
１２４２ 第２の高域通過フィルタ
１２４３ 評価値算出部
１２４４ コンパレータ
１２４５ 判定部
１２４６ 上りエッジ検出部
１２４７ ワンショットパルス発生部

Claims (12)

1. 上位制御装置から受信した無効電流・電力制御指令を基に生成された制御用無効電流・電力指令と、分散型電源と前記分散型電源を制御する連系インバータとを備える発電設備の単独運転を検出するための能動信号指令とが相殺するか否かを判定する相殺判定部と、
   前記制御用無効電流・電力指令と前記能動信号指令とが相殺すると前記相殺判定部が判定する場合に、入力した前記制御用無効電流・電力指令の変化を抑制する抑制部と、
   前記能動信号指令と、前記抑制部が出力した前記制御用無効電流・電力指令とを合成し、合成した無効電流・電力指令を前記連系インバータへ出力する第１の合成部と
   を備えることを特徴とする、単独運転検出装置。
2. 前記抑制部は、前記制御用無効電流・電力指令と前記能動信号指令とが相殺すると相殺判定部が判定する場合に、入力した前記制御用無効電流・電力指令を保持し、前記制御用無効電流・電力指令と前記能動信号指令とが相殺しないと相殺判定部が判定するまでの間、保持した前記制御用無効電流・電力指令を出力す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. 前記抑制部は、入力した前記制御用無効電流・電力指令を時定数に従って出力する可変時定数フィルタであり、前記制御用無効電流・電力指令と前記能動信号指令とが相殺すると相殺判定部が判定する場合に前記時定数を大きくす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。
4. 前記相殺判定部は、前記能動信号指令と前記制御用無効電流・電力指令との相殺度合いを評価値とする相殺度評価関数により評価値を求め、求めた前記評価値が閾値以上であるか否かを判定することを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の単独運転検出装置。
5. 前記相殺度評価関数は，前記能動信号指令及び前記制御用無効電流・電力指令の各絶対値が大きく、且つ前記能動信号指令及び前記制御用無効電流・電力指令の和の絶対値が小さいほど評価値が大きくなることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の単独運転検出装置。
6. 前記相殺度評価関数が分数関数である場合、前記相殺判定部は、分数関数の分母を両辺に乗じた不等式により、前記評価値が閾値以上であるか否かを判定することを特徴とする、請求項４又は５に記載の単独運転検出装置。
7. 前記相殺判定部は、前記能動信号指令及び前記制御用無効電流・電力指令の低周波成分を除去する高域通過フィルタを備えることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の単独運転検出装置。
8. 前記相殺判定部は、前記制御用無効電流・電力指令と前記能動信号指令とが相殺すると判定する場合に、相殺中であることを示す信号として単独運転検出時間以上の長さのワンショットパルスを前記抑制部へ出力するワンショットパルス発生部を備えることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の単独運転検出装置。
9. 前記分散型電源の発電量に応じた有効電流・電力初期指令を基に有効電流・電力指令を生成し、生成した前記有効電流・電力指令を前記連系インバータへ出力する有効電流・電力指令調整部と、
   前記有効電流・電力指令に対する前記無効電流・電力指令の比率を前記上位制御装置から受信した力率指令から算出する無効電流・電力比率算出部と、
   前記有効電流・電力指令と前記比率とを乗算し、前記制御用無効電流・電力指令である力率制御用無効電流・電力指令を出力する乗算部と
   を更に備える請求項１に記載の単独運転検出装置。
10. 上位制御装置から受信した電圧上昇抑制用無効電流・電力指令と、前記力率制御用無効電流・電力指令とを合成し、前記制御用無効電流・電力指令である力率制御兼電圧上昇抑制用無効電流・電力指令を前記相殺判定部及び前記抑制部へ出力する第２の合成部を更に備える請求項９に記載の単独運転検出装置。
11. 上位制御装置から受信した無効電流・電力制御指令を基に生成された制御用無効電流・電力指令と、分散型電源と前記分散型電源を制御する連系インバータとを備える発電設備の単独運転を検出するための能動信号指令とが相殺するか否かを判定し、
    前記制御用無効電流・電力指令と前記能動信号指令とが相殺すると判定する場合に、入力した前記制御用無効電流・電力指令の変化を抑制し、
    前記能動信号指令と、前記制御用無効電流・電力指令とを合成し、合成した無効電流・電力指令を前記連系インバータへ出力する
    処理を含むことを特徴とする単独運転検出方法。
12. 上位制御装置から受信した無効電流・電力制御指令を基に生成された制御用無効電流・電力指令と、分散型電源と前記分散型電源を制御する連系インバータとを備える発電設備の単独運転を検出するための能動信号指令とが相殺するか否かを判定し、
    前記制御用無効電流・電力指令と前記能動信号指令とが相殺すると判定する場合に、入力した前記制御用無効電流・電力指令の変化を抑制し、
    前記能動信号指令と、前記制御用無効電流・電力指令とを合成し、合成した無効電流・電力指令を前記連系インバータへ出力する
    処理をコンピュータに実行させることを特徴とする単独運転検出プログラム。

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