JP2020195268A - 検出装置、検出方法、制御プログラム及び分散型電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】ステップ注入付周波数フィードバック方式の単独運転検出において、周波数変動が異常に増大されることを防ぎ、より正確に単独運転を検出することができる検出装置を提供する。【解決手段】検出装置は、電力系統に連系される分散型電源の単独運転を検出するために、電力系統に無効電力を注入し、無効電力の注入によって促された電気的変動に基づいて、分散型電源の単独運転を検出する。検出装置は、電力系統の周波数を計測する計測部と、電力系統の電圧を測定する測定部と、計測して得た周波数情報に基づいて、電力系統に注入する無効電力値を算出する算出部と、算出部が算出した無効電力値、又は測定部が測定して得た電圧値情報が示す電圧の変動に基づく無効電力値のいずれを用いて無効電力を注入するかを択一的に決定する決定部と、決定部が決定した無効電力値に基づいて無効電力の注入を制御する注入部とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、検出装置、検出方法、制御プログラム及び分散型電源システムに関する。

太陽電池及び燃料電池等の分散型電源を系統連系してなる分散型電源システムが普及している（例えば、特許文献１参照）。分散型電源システムは、分散型電源の単独運転を検出する検出装置を備える。配電線の地絡又は短絡事故等によって電力系統が停電した場合、検出装置は分散型電源の単独運転を検出し、分散型電源を解列させる。停電時に分散型電源を確実に解列させることにより、作業の安全性を確保することができる。

検出装置による単独運転の検出は、例えば、ステップ注入付周波数フィードバック方式に基づいて行われる。周波数フィードバック方式は、電力系統の周波数を常時検出し、単独運転発生時に生じる微弱な周波数変動を増大させるように無効電力を電力系統に注入し、増大した周波数変動に基づいて単独運転を検出する方式である。一方、単独運転発生時に分散型電源と負荷とが平衡状態になっていると、周波数変動が生じず、周波数フィードバック方式では単独運転が検出されないことがある。ステップ注入は、上記平衡状態において、急峻な無効電力を注入することによって、周波数変動を助長する機能をいう。

特開２０１７−１８９０４１号公報

しかしながら、従来の検出装置においては、ステップ注入制御による無効電力注入は、周波数フィードバック制御による無効電力注入と並列的に実行される。ステップ注入制御で注入される無効電力は急峻なものとはいえ、一時的にステップ注入によって増大された周波数変動が周波数フィードバック制御によって更に増大されることになる。そうすると、ステップ注入によって不感帯を脱することができても、単独運転を検出するための周波数の値が不正確なものとなり、正確な単独運転検出に悪影響を及ぼすおそれがある。

本発明の目的は、ステップ注入付周波数フィードバック方式の単独運転検出において、周波数変動が異常に増大されることを防ぎ、より正確に単独運転を検出することができる検出装置、検出方法、制御プログラム及び分散型電源システムを提供することにある。

本開示の一態様に係る検出装置は、電力系統に連系される分散型電源の単独運転を検出するために、前記電力系統に無効電力を注入し、該無効電力の注入によって促された電気的変動に基づいて、前記分散型電源の単独運転を検出する検出装置であって、前記電力系統の周波数を計測する計測部と、前記電力系統の電圧を測定する測定部と、前記計測部が計測して得た周波数情報に基づいて、前記電力系統に注入する無効電力値を算出する算出部と、該算出部が算出した無効電力値、又は前記測定部が測定して得た電圧値情報が示す電圧の変動に基づく無効電力値のいずれを用いて無効電力を注入するかを択一的に決定する決定部と、該決定部が決定した無効電力値に基づいて無効電力の注入を制御する注入部とを備える。

本態様にあっては、決定部は、周波数偏差に基づく無効電力値と、電圧変動に基づく無効電力値のいずれを用いて無効電力を注入するかを択一的に決定し、注入部は、決定部が決定した無効電力値に基づいて無効電力の注入を制御する。これらの無効電力が同時に注入されることはない。例えば、周波数フィードバック制御による無効電力と、ステップ注入による無効電力との双方が同時的に、電力系統に注入されることがない。
従って、両方の無効電力が同時に注入されることが原因で電力系統の周波数変動が異常に増大することはなく、電力系統の周波数に基づいて算出される値の正確性を担保することができる。従って、単独運転の検出をより正確に行うことができる。
なお、択一的決定は、必ずしも、周波数偏差に基づく無効電力値と、電圧変動に基づく無効電力値とが完全に排他的に選択されることを意味するものではない。実質的に、周波数偏差に基づく無効電力注入と、電圧変動に基づく無効電力注入が選択される態様であれば良い。例えば、周波数偏差に基づく無効電力値と、電圧変動に基づく無効電力値とを加算する制御を行いつつも、電圧変動に基づく無効電力注入を行う際、周波数偏差に基づく無効電力値を実質的にゼロまで抑制するような制御も本発明に含まれる。また、瞬間的に周波数偏差に基づく無効電力値と、電圧変動に基づく無効電力値とが加算され、無効電力が注入されることがある態様が本発明から排除されるものでもない。

本開示の一態様に係る検出装置は、前記決定部は、前記周波数情報に基づいて算出される周波数偏差が所定の範囲内である場合、前記測定部が測定して得た電圧値情報が示す電圧の変動に基づく無効電力値を用いることを決定し、前記周波数情報に基づいて算出される周波数偏差が前記所定の範囲内で無い場合、前記周波数偏差に基づく無効電力値を用いることを決定する。

本態様にあっては、周波数偏差が所定の範囲内である場合、即ち周波数偏差が小さい場合、電圧変動に基づく無効電力が注入される。つまり、周波数フィードバック方式による単独運転の検出が難しい不感帯にあり、単独運転に起因する電圧変動がある場合、周波数偏差の値にかかわらず無効電力が注入される。周波数偏差が所定の範囲外である場合、周波数偏差に応じた無効電力が注入される。
従って、不感帯を脱するために行われる無効電力の注入と、周波数フィードバック制御による無効電力の注入とを適切に使い分けることができ、単独運転の検出をより正確に行うことができる。

本開示の一態様に係る検出方法は、電力系統に連系される分散型電源の単独運転を検出するために、前記電力系統に無効電力を注入し、該無効電力の注入によって促された電気的変動に基づいて、前記分散型電源の単独運転を検出する検出方法であって、前記電力系統の周波数を計測し、前記電力系統の電圧を測定し、計測して得た周波数情報に基づいて、前記電力系統に注入する無効電力値を算出し、算出された無効電力値、又は計測して得た電圧値情報が示す電圧の変動に基づく無効電力値のいずれを用いて無効電力を注入するかを択一的に決定し、決定した無効電力値に基づいて無効電力の注入を制御する。

本態様にあっては、上記の通り、周波数偏差に基づく無効電力と、電圧変動に基づく無効電力とのいずれか一つが択一的に電力系統に注入されるため、波数変動が異常に増大されることを防ぎ、より正確に単独運転を検出することができる。

本開示の一態様に係る制御プログラムは、電力系統に連系される分散型電源の単独運転を検出するために、前記電力系統に無効電力を注入し、該無効電力の注入によって促された電気的変動に基づいて、前記分散型電源の単独運転を検出する処理をコンピュータに実行させるための制御プログラムであって、複数時点で測定して得た前記電力系統の周波数情報及び電圧値情報を取得し、取得した周波数情報に基づいて、前記電力系統に注入する無効電力値を算出し、算出された無効電力値、又は取得した電圧値情報が示す電圧の変動に基づく無効電力値のいずれを用いて無効電力を注入するかを択一的に決定し、決定した無効電力値に基づいて無効電力の注入を制御する処理を前記コンピュータに実行させる。

本態様にあっては、上記の通り、周波数偏差に基づく無効電力と、電圧変動に基づく無効電力とのいずれか一つが択一的に電力系統に注入されるため、波数変動が異常に増大されることを防ぎ、より正確に単独運転を検出することができる。

本開示の一態様に係る分散型電源システムは、電力系統に連系される分散型電源と、該分散型電源の単独運転を検出するために、前記電力系統に無効電力を注入し、該無効電力の注入によって促された電気的変動に基づいて、前記分散型電源の単独運転を検出する検出装置とを備え、前記検出装置は、前記電力系統の周波数を計測する計測部と、前記電力系統の電圧を測定する測定部と、前記計測部が計測して得た周波数情報に基づいて、前記電力系統に注入する無効電力値を算出する算出部と、該算出部が算出した無効電力値、又は前記測定部が測定して得た電圧値情報が示す電圧の変動に基づく無効電力値のいずれを用いて無効電力を注入するかを択一的に決定する決定部と、該決定部が決定した無効電力値に基づいて無効電力の注入を制御する注入部とを備える。

本態様にあっては、上記の通り、周波数偏差に基づく無効電力と、電圧変動に基づく無効電力とのいずれか一つが択一的に電力系統に注入されるため、波数変動が異常に増大されることを防ぎ、より正確に単独運転を検出することができる。

上記によれば、ステップ注入付周波数フィードバック方式の単独運転検出において、周波数変動が異常に増大されることを防ぎ、より正確に単独運転を検出することができる。

本実施の形態に係る検出装置を含む分散型電源システムの構成を示すブロック図である。 制御部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 周波数の移動平均値及び周波数偏差の算出方法を示す説明図である。 無効電力値−周波数偏差特性を示す説明図である。 ステップ注入の判定に用いられる基本波電圧値情報を示す説明図である。 ステップ注入の判定に用いられる高調波電圧値情報を示す説明図である。 演算部が行う無効電力注入処理の手順を示すフローチャートである。 演算部が行う単独運転検出処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の検出装置を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。本実施の形態に係る検出装置は、商用の電力系統に分散型電源を連系してなる分散型電源システムに使用される装置であり、ステップ注入付周波数フィードバック方式で分散型電源システムの単独運転を検出するものである。

図１は、本実施の形態に係る検出装置を含む分散型電源システムの構成を示すブロック図である。分散型電源システム１は、電力系統３と、当該電力系統３に連系接続する分散型電源２と、電力系統３及び分散型電源２間に配されるパワーコンディショナ４とを備える。分散型電源２は、太陽電池、燃料電池発電部、又は充電池等であり、直流電力を発電ないし出力する電源である。パワーコンディショナ４及び電力系統３間には、分電盤を介して一般家電機器等の負荷５が接続される。

パワーコンディショナ４は、分散型電源２が発電した直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を負荷５及び電力系統３に供給する装置である。パワーコンディショナ４は、インバータ４０、フィルタ回路４１、解列用リレー４２及び検出装置６を備える。インバータ４０の入力端子は分散型電源２に接続され、インバータ４０の出力端子はフィルタ回路４１及び解列用リレー４２を介して負荷５及び電力系統３に接続される。また、パワーコンディショナ４は、インバータ４０の動作など、パワーコンディショナ全体の動作を制御する制御装置（不図示）を備える。なお制御装置が検出装置６の機能を備えるように構成しても良い。

インバータ４０は、分散型電源２から入力された直流電力を、系統連系制御によって電力系統３の変動に追従するように交流電力に変換してフィルタ回路４１に出力する。また、インバータ４０は、検出装置６から出力される、後述の電流制御信号に従って無効電力を電力系統３に注入する。無効電力は、電力系統３の周波数変動を増大させて、分散型電源システム１の単独運転を検出するためのものである。

フィルタ回路４１は、例えばリアクトル及びコンデンサを備え、インバータ４０から出力された交流電力に含まれる高周波成分をカットして負荷５及び電力系統３に出力する。

解列用リレー４２は、分散型電源２を解列させるためのリレーである。解列用リレー４２の開閉は検出装置６によって制御される。解列用リレー４２が導通状態に切り替えられた場合、分散型電源２は系統連系された状態となり、解列用リレー４２が非導通状態に切り替えられた場合、分散型電源２は解列された状態となる。

検出装置６は、いわゆるステップ注入付周波数フィードバック方式により、分散型電源システム１の単独運転を検出する装置であり、周波数計測部６１と、制御部６２と、基本波電圧測定部６３と、高調波電圧測定部６４とを備える。

周波数計測部６１は、系統電圧を検出する電圧検出回路（不図示）によって検出された系統電圧値から電力系統３の系統周期及び周波数を計測し、計測して得た周波数情報を制御部６２へ出力する。周波数計測部６１は、５ｍ秒間隔で周波数を常時計測している。

基本波電圧測定部６３は、電力系統３の系統１周期毎に基本波電圧を検出し、検出して得た基本波電圧値情報を制御部６２へ出力する。基本波電圧は系統１周期における電圧実効値である。

高調波電圧測定部６４は、電力系統３の系統１周期毎に高調波電圧を検出し、検出して得た高調波電圧値情報を制御部６２へ出力する。高調波電圧値は、例えば２次〜７次の総合高調波電圧であり、下記式（１）で表される。
√｛（Ｖ２）²＋（Ｖ３）²＋（Ｖ４）²＋（Ｖ５）²＋（Ｖ６）²＋（Ｖ７）²｝…（１）
但し、Ｖ２は２次高調波電圧、Ｖ３は３次高調波電圧、Ｖ４は４次高調波電圧、Ｖ５は５次高調波電圧、Ｖ６は６次高調波電圧、Ｖ７は７次高調波電圧である。
なお、高調波電圧測定部６４は、総合高調波電圧に代えて、３次高調波電圧Ｖ３、その他のＮ次数の高調波電圧ＶＮを測定してもよい。

制御部６２は、機能部として単独運転検出部６５、算出部６６、判定部６７、決定部６８及び注入部６９を備える。以下、制御部６２のハードウェア構成を説明し、次に各機能部の動作を説明する。

図２は、制御部６２のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。制御部６２は、コンピュータであり、演算部７０、第１記憶部７１、第２記憶部７２、入力部７３及び出力部７４を備える。

第１記憶部７１は、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリであり、検出装置６の動作を制御する制御プログラム７１ａを記憶している。フラッシュメモリは一例であり、マスクＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ以外のＰＲＯＭ等を用いて第１記憶部７１を構成しても良い。また、第１記憶部７１は、無効電力の注入量を決定する際に用いられる無効電力値−周波数偏差特性を記憶している。更に、第１記憶部７１は、単独運転発生時の電圧変動の有無を判定するための判定条件に係る情報を記憶している。当該特性及び判定条件の詳細は後述する。
なお、制御プログラム７１ａは、記録媒体７１ｂにコンピュータ読み取り可能に記録されている態様でもよい。第１記憶部７１は、図示しない読出装置によって記録媒体７１ｂから読み出された制御プログラム７１ａを記憶する。記録媒体７１ｂはＣＤ（Compact Disc）−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）−ＲＯＭ、ＢＤ（Blu-ray(登録商標) Disc）等の光ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク等の磁気ディスク、磁気光ディスク、半導体メモリ等である。また、図示しない通信網に接続されている図示しない外部コンピュータから実施の形態に係る制御プログラム７１ａをダウンロードし、第１記憶部７１に記憶させても良い。

第２記憶部７２はＤＲＡＭ（Dynamic RAM）、ＳＲＡＭ（Static RAM）等の揮発性メモリであり、演算部７０の演算処理を実行する際に第１記憶部７１から読み出された制御プログラム７１ａ、演算処理によって生ずる各種データを一時記憶する。

入力部７３には、周波数計測部６１が計測して得た周波数情報と、基本波電圧測定部６３が測定して得た基本波電圧値情報と、高調波電圧測定部６４が測定して得た高調波電圧値情報とが入力される。演算部７０は、入力部７３に入力された周波数情報、基本波電圧値情報、高調波電圧値情報を取得し、取得した各情報を第２記憶部７２に記憶させる。

演算部７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の演算回路である。演算部７０は、制御プログラム７１ａを第１記憶部７１から第２記憶部７２に読み出して実行することにより、各構成部の動作を制御する。演算部７０が制御プログラム７１ａに従った処理を実行することにより、検出装置６全体の動作を制御し、単独運転検出部６５、算出部６６、判定部６７、決定部６８及び注入部６９として機能する。なお、本実施の形態では各機能を制御部６２がソフトウェア的に実現する例を説明するが、各機能部の一部又は全部を半導体集積回路等の専用ハードウェアで構成しても良い。

出力部７４は、演算部７０の制御に従って、解列用リレー４２を開閉させるための信号を当該解列用リレー４２に出力する。また、出力部７４は、演算部７０の制御に従って、インバータ４０に電流制御信号を出力する。

図１に戻り、制御部６２の各機能部を説明する。
単独運転検出部６５は、周波数計測部６１が計測して得た電力系統３の周波数情報に基づいて、分散型電源システム１の単独運転を検出する。単独運転検出部６５は、周波数情報が示す周波数の変動が、所定の変動条件を満たすか否かを判定し、周波数の変動パターンが所定条件を満たすと判定された場合、単独運転の状態にあると判定する。単独運転検出部６５は、分散型電源システム１の単独運転を検出した場合、解列用リレー４２に解列信号を出力し、分散型電源２を電力系統３から解列させる。

算出部６６は、電力系統３の周波数の変動を示す周波数偏差と、周波数フィードバック制御に係る無効電力値とを算出する。周波数フィードバック制御は、周波数偏差に応じた無効電力を電力系統３に注入することによって、単独運転発生時に生じる微弱な周波数変動を増大させる制御である。

まず、算出部６６は、第２記憶部７２が記憶する周波数情報に基づいて、周波数の過去の移動平均値と、直近の周波数の移動平均値との差分を周波数偏差として算出し、算出された周波数偏差を決定部６８へ出力する。
なお、第２記憶部７２は、所定期間にわたり複数時点で計測して得た周波数情報を記憶している。例えば、第２記憶部７２は、５２０ｍ秒分の周波数情報を記憶する。周波数が５ｍ秒間隔に計測される場合、１０４個の周波数情報が第２記憶部７２に記憶されることになる。

図３は、周波数の移動平均値及び周波数偏差の算出方法を示す説明図である。Ｃ０は周波数計測部６１が計測して得た最も新しい直近の周波数情報、Ｃ１は５ｍ秒前に計測して得た周波数情報を示している。Ｃ２，Ｃ３，・・・Ｃ１０３はそれぞれ順に１０ｍ秒前、１５秒前、１０３×５ｍ秒前の周波数情報を示している。

算出部６６は、所定の第１所定期間、例えば４０ｍ秒分の周波数情報に基づいて直近の周波数の移動平均値を順次算出する。直近の移動平均値は、図３の「移動平均値１」に相当し、Ｃ０〜Ｃ７で示される４０ｍ秒分の周波数情報を用いて算出される。直近の周波数の移動平均値は、以後、５ｍ秒間隔で順次算出される。

また、算出部６６は、直近の周波数情報が計測された時点から所定時間前、例えば２００ｍ秒前における、第２所定期間の周波数情報に基づいて過去の周波数の移動平均値を算出する。第２所定期間は、例えば３２０ｍ秒である。過去の移動平均値は、Ｃ０〜Ｃ７の移動平均値を直近の移動平均値とした場合、Ｃ０から２００ｍ秒前を基準としてＣ４０〜Ｃ１０３で示される３２０ｍ秒分の周波数情報を用いて算出される。図３中、直近の「移動平均値１」に対応する過去の移動平均値は「移動平均値２」に相当する。直近の移動平均値に対応して、過去の周波数の移動平均値も５ｍ秒間隔で順次算出される。

算出部６６は、直近の移動平均値（図３中「移動平均値１」）から、対応する過去の移動平均値（図３中「移動平均値２」）を減算することによって周波数偏差を算出する。
算出部６６は、上記の処理を繰り返し実行することによって周波数偏差を５ｍ秒間隔で常時算出し、周波数の変動、つまり分散型電源２の系統連系状態を常時監視することができる。

次に算出部６６は、算出部６６にて算出された周波数偏差に基づいて、電力系統３に注入すべき無効電力値を算出し、算出された無効電力値を決定部６８へ出力する。算出部６６は、例えば第１記憶部７１が記憶する無効電力値−周波数偏差特性を用いて、周波数偏差に対応する無効電力値を算出する。

図４は、無効電力値−周波数偏差特性を示す説明図である。横軸は周波数偏差を示し、縦軸は、周波数偏差に応じて電力系統３に注入する無効電力値を示す。図４は、定格電力が４ｋＶＡである場合の特性を示す。図４に示すように、無効電力値−周波数偏差特性は、周波数偏差が小さい範囲Ａ１内では、周波数偏差に応じて注入される無効電力値のゲインが小さく（１段目ゲイン）、範囲Ａ１外では、周波数偏差に応じて注入される無効電力値のゲインが大きく（２段目ゲイン）なるように設定されている。無効電力値の上限値は＋０．２５ｐ．ｕ．（per unit）であり、定格電力が４ｋＶＡである場合、＋１ｋＶＡである。無効電力値の下限値は−０．２５ｐ．ｕ．であり、定格電力が４ｋＶＡである場合、−１ｋＶＡである。なお「ｐ．ｕ．」は定格電力に対する割合である。

判定部６７は、基本波電圧測定部６３及び高調波電圧測定部６４にて測定して得られた基本波電圧値情報及び高調波電圧値情報が、所定のステップ注入開始条件を満たすか否かを判定する。ステップ注入開始条件は、単独運転時において分散型電源２と負荷５とが平衡状態にあるときに表れる電圧変動の特徴を判定するための条件である。ステップ注入は、上記平衡状態において、急峻な無効電力を電力系統３に注入することによって、周波数変動を助長させることをいう。

図５は、ステップ注入の判定に用いられる基本波電圧値情報を示す説明図である。基本波電圧測定部６３は、図５に示すように系統周期ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５・・・毎に基本波電圧を測定し、演算部７０は、測定して得た基本波電圧値情報Ｎｂ０，Ｎｂ１，Ｎｂ２，Ｎｂ３，Ｎｂ４，Ｎｂ５を取得する。系統周期ｔ０は直近の周期である。

判定部６７は、上記のように測定して得た基本波電圧値情報が下記式（２）で表されるステップ注入開始条件を満たすか否かを判定する。なお、下記式（２）は判定条件の一例である。
下記式（２）を満たすと判定された場合、ステップ注入開始条件を満たす電圧変動があったことを示す情報を決定部６８へ出力する。

上記式（２）における上側３つの式の左辺は、基本波電圧値情報の変化率を示すパラメータである。同様に、上記式（２）における下側３つの式の右辺は、基本波電圧値情報の変化率を示すパラメータである。なお上記式（２）の係数「Ｋ１」及び「Ｋ２」は所定の係数である。
パラメータを構成する各項は、第１の時点ｔｘで測定された基本波電圧値Ｎｂｘに対する、第２の時点ｔｙで測定された基本波電圧値Ｎｂｙの変化率を示している。つまり、各項は（Ｎｂｙ−Ｎｂｘ）／Ｎｂｘで表される。ここで、Ｎｂｙは、例えばＮｂ０，Ｎｂ１，Ｎｂ２，Ｎｂ３，Ｎｂ４，Ｎｂ５のいずれかであり、Ｎｂｘ（≠Ｎｂｙ）は、例えばＮｂ３，Ｎｂ４，Ｎｂ５のいずれかである。

また、上記各項（Ｎｂｙ−Ｎｂｘ）／Ｎｂｘを加算してなるパラメータ成分は、複数の第１の時点ｔｘで測定された基本波電圧値Ｎｂｘの調和平均値に対する、第２の時点ｔｙで測定された基本波電圧値Ｎｂｙの変化率を示している。当該調和平均をＨとすると、上記パラメータ成分は、比例係数を無視すると（Ｎｂｙ−Ｈ）／Ｈで表される。なお、調和平均値Ｈは、１／Ｈ＝Σ（１／Ｎｂｘ）／３で表される。

図６は、ステップ注入の判定に用いられる高調波電圧値情報を示す説明図である。高調波電圧測定部６４は、図６に示すように系統周期ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５・・・毎に高調波電圧を測定し、演算部７０は、測定して得た高調波電圧値情報Ｎｈ０，Ｎｈ１，Ｎｈ２，Ｎｈ３，Ｎｈ４，Ｎｈ５を取得する。系統周期ｔ０は直近の周期である。

判定部６７は、上記のように測定して得た高調波電圧値情報が下記式（３）で表されるステップ注入開始条件を満たすか否かを判定する。なお、下記式（３）は判定条件の一例である。
下記式（３）を満たすと判定された場合、ステップ注入開始条件を満たす電圧変動があったことを示す情報を決定部６８へ出力する。

上記式（３）における上側３つの式の左辺は、高調波電圧値情報の変化率を示すパラメータである。同様に、上記式（３）における下側３つの式の右辺は、高調波電圧値情報の変化率を示すパラメータである。なお上記式（３）の係数「Ｋ１」及び「Ｋ２」は所定の係数である。
パラメータを構成する各項は、第１の時点ｔｘで測定された高調波電圧値Ｎｈｘに対する、第２の時点ｔｙで測定された高調波電圧値Ｎｈｙの変化率を示している。つまり、各項は（Ｎｈｙ−Ｎｈｘ）／Ｎｈｘで表される。ここで、Ｎｈｙは、例えばＮｈ０，Ｎｈ１，Ｎｈ２，Ｎｈ３，Ｎｈ４，Ｎｈ５のいずれかであり、Ｎｈｘ（≠Ｎｈｙ）は、例えばＮｈ３，Ｎｈ４，Ｎｈ５のいずれかである。

また、上記各項（Ｎｈｙ−Ｎｈｘ）／Ｎｈｘを加算してなるパラメータ成分は、複数の第１の時点ｔｘで測定された高調波電圧値Ｎｈｘの調和平均値に対する、第２の時点ｔｙで測定された高調波電圧値Ｎｈｙの変化率を示している。当該調和平均をＨとすると、上記パラメータ成分は、比例係数を無視すると（Ｎｈｙ−Ｈ）／Ｈで表される。なお、調和平均値Ｈは、１／Ｈ＝Σ（１／Ｎｈｘ）／３で表される。

決定部６８は、算出部６６が算出した周波数偏差に基づいて、周波数フィードバック制御に係る無効電力と、ステップ注入制御に係る無効電力とのいずれを注入するかを決定する。

決定部６８は、周波数偏差が図４に示す上記範囲Ａ１外である場合、具体的には−０．０１Ｈｚ〜＋０．０１Ｈｚの範囲外である場合、周波数偏差に基づく無効電力を注入することを決定する。そして、決定部６８は、周波数偏差に応じて算出部６６が算出した無効電力値を注入部６９へ出力する。

決定部６８は、周波数偏差が上記範囲Ａ１内である場合、基本波電圧値及び高調波電圧値の変動に基づく無効電力を注入すると決定する。基本波電圧値及び高調波電圧値の変動に基づく無効電力値は、判定部６７がステップ注入開始条件を満たすと判定した場合、所定値であり、ステップ注入条件を満たさないと判定した場合、ゼロである。所定値は、ゼロでない値、例えば、−０．１ｐ．ｕ．である。決定部６８は、ステップ注入開始条件を満たす場合、所定値の無効電力値を注入部６９へ出力し、ステップ注入開始条件を満たさないと判定した場合、ゼロの無効電力値を注入部６９へ出力する。

注入部６９は、決定部６８から出力された無効電力値に応じた電流制御信号を生成し、生成した電流制御信号をインバータ４０へ出力する。インバータ４０は、注入部６９から出力された電流制御信号に従って、無効電力を電力系統３に入力する。

以下、制御部６２が実施する単独運転の検出方法を説明する。
図７は、演算部７０が行う無効電力注入処理の手順を示すフローチャートである。演算部７０は、所定の待機状態にある場合を除き、以下の無効電力注入処理を常時、繰り返し実行する。演算部７０は、周波数計測部６１が順次計測して得た系統電圧の周波数情報を取得する（Ｓ１）。また、演算部７０は基本波電圧測定部６３が測定して得た基本波電圧値情報を取得し（Ｓ２）、高調波電圧測定部６４が測定して得た高調波電圧値情報を取得する（Ｓ３）。

次いで、演算部７０は周波数情報に基づき周波数偏差を算出し（Ｓ４）、算出された周波数偏差が範囲Ａ１内であるか否かを判定する（Ｓ５）。

算出された周波数偏差が範囲Ａ１外であると判定した場合（Ｓ５：ＮＯ）、演算部７０は、周波数偏差に応じて、電力系統３に注入すべき無効電力値を算出し（Ｓ６）処理をステップＳ７に進める。

算出された周波数偏差が範囲Ａ１内であると判定した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、演算部７０は、基本波電圧値情報又は高調波電圧値情報がステップ注入開始条件を満たすか否かを判定する（Ｓ８）。基本波電圧値情報又は高調波電圧値情報のいずれか一つ又は双方がステップ注入開始条件を満たすと判定した場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、演算部７０は、注入する無効電力値を上記所定値と決定し（Ｓ９）、処理をステップＳ７に進める。

基本波電圧値情報及び高調波電圧値情報のいずれもステップ注入開始条件を満たさない判定した場合（Ｓ８：ＮＯ）、演算部７０は、注入する無効電力値をゼロと決定し（Ｓ１０）、処理をステップＳ７に進める。

Ｓ６、Ｓ９、Ｓ１０の処理を終えた演算部７０は、算出した無効電力値に基づいて電流制御信号を生成し、生成した電流制御信号をインバータ４０へ出力し（Ｓ７）、処理を終える。インバータ４０は、入力された電流制御信号に従って電力系統３に無効電力を注入する。

図８は、演算部７０が行う単独運転検出処理の手順を示すフローチャートである。演算部７０は、以下の単独運転検出処理を常時、繰り返し実行する。演算部７０は、周波数計測部６１が計測して得た周波数情報を取得し（Ｓ２１）、取得した周波数情報に基づいて分散型電源システム１が単独運転状態であるか否かを判定する（Ｓ２２）。

分散型電源システム１が単独運転状態であると判定した場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、演算部７０は、解列用リレー４２に解列信号を出力し（Ｓ２３）、処理を終える。解列信号により、解列用リレー４２が非導通状態となり、分散型電源２が電力系統３から解列される。分散型電源システム１が単独運転状態でないと判定した場合（Ｓ２２：ＮＯ）、演算部７０は、処理を終える。

以上の構成によれば、周波数フィードバック制御による無効電力と、ステップ注入による無効電力との双方が同時的に、電力系統３に注入されることがない。従って、両方の無効電力が同時に注入されることが原因で電力系統３の周波数変動が異常に増大することはなく、電力系統３の周波数に基づいて算出される値の正確性を担保することができる。
従って、ステップ注入付周波数フィードバック方式の単独運転検出において、周波数変動が異常に増大されることを防ぎ、より正確に単独運転を検出することができる。

また、本実施の形態においては、周波数偏差が所定の範囲Ａ１内である場合、ステップ注入制御によって無効電力が注入され、周波数偏差が所定の範囲Ａ１外である場合、周波数偏差に応じた無効電力が注入される。従って、不感帯を脱するために行われる無効電力の注入と、周波数フィードバック制御による無効電力の注入とを適切に使い分けることができ、単独運転の検出をより正確に行うことができる。

更に、複数時点で測定された基本波電圧値又は高調波電圧値の変化率を示すパラメータを用いて、ステップ注入を開始すべき電圧変動が生じているか否かを判定する。従って、単に電圧変動幅を用いて電圧変動を監視する検出方式に比べ、より正確に単独運転を検出することができる。
より具体的には、上記式（２）及び（３）に示すように、基本波電圧値及び高調波電圧値の調和平均値に対する変化率を示すパラメータが所定のステップ注入開始条件を満たすか否かを判定する構成であるため、急峻なノイズ的電圧変動の影響を抑制することができ、より正確に単独運転を検出することができる。

なお、本実施の形態においては、パワーコンディショナ４に検出装置６を内蔵する例を説明したが、パワーコンディショナ４及び電力系統３間に検出装置６を別体として配置してもよい。

また、本実施の形態では、周波数偏差が所定の範囲Ａ１内であり、かつ電圧変動がステップ注入開始条件を満たさない場合、無効電力値をゼロにする例を説明したが、周波数偏差に応じた無効電力値を算出するように構成しても良い。具体的には、Ｓ８の処理において基本波電圧値情報及び高調波電圧値情報のいずれもステップ注入開始条件を満たさない判定とした場合、注入する無効電力値をゼロとする例を説明したが、ステップ注入開始条件を満たさないと判定した場合、処理をＳ６に進め、周波数偏差に応じて、電力系統３に注入すべき無効電力値を算出するように構成しても良い。

更に、本実施の形態では、周波数フィードバック制御に係る無効電力値と、ステップ注入制御に係る無効電力値のいずれか一つを選択する例を説明したが、各無効電力値を加算する制御を実行するように構成し、ステップ注入を行う際、周波数フィードバック制御に係る無効電力値を実質的にゼロに抑制するように構成しても良い。

更に、周波数フィードバック制御に係る無効電力注入と、ステップ注入制御に係る無効電力注入を完全に排他的に実行する例を説明したが、ステップ注入終了時の直前など、任意のタイイングで瞬間的に周波数フィードバック制御に係る無効電力値と、ステップ注入制御に係る無効電力値とが加算された無効電力を注入するように構成しても良い。周波数変動が異常に増大する不具合を防止しつつ、不感帯における単独運転の検出精度を向上させることができる。
また、ステップ注入終了後、所定時間が経過してから周波数フィードバック制御を開始するように構成しても良い。周波数変動が異常に増大する不具合を確実に防止することができる。
なお、周波数フィードバック制御に係る無効電力値と、ステップ注入制御に係る無効電力値とを単純に加算して、無効電力注入制御を行う構成が本発明から除外されるものでは無い。

更にまた、本実施の形態では、基本波電圧値及び高調波電圧値の変化率を用いて、単独運転時の電圧変動を検出する例を説明したが、単純に過去の平均電圧値に対する電圧の変動幅に基づいて、当該電圧変動を検出するように構成しても良い。

更にまた、本実施の形態においては、単独運転の検出において、高調波電圧を用いているが、総合高調波歪電流、総合高調波歪電力、あるいは２次以上の高調波歪電流、２次以上の高調波歪電力に基づいて行ってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施の形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 分散型電源システム
２ 分散型電源
３ 電力系統
４ パワーコンディショナ
５ 負荷
６ 検出装置
４０ インバータ
４１ フィルタ回路
４２ 解列用リレー
６０ 注入部
６１ 周波数計測部
６２ 制御部
６３ 基本波電圧測定部
６４ 高調波電圧測定部
６５ 単独運転検出部
６６ 算出部
６７ 判定部
６８ 決定部
７０ 演算部
７１ 第１記憶部
７１ａ 制御プログラム
７１ｂ 記録媒体
７２ 第２記憶部
７３ 入力部
７４ 出力部

Claims (5)

1. 電力系統に連系される分散型電源の単独運転を検出するために、前記電力系統に無効電力を注入し、該無効電力の注入によって促された電気的変動に基づいて、前記分散型電源の単独運転を検出する検出装置であって、
   前記電力系統の周波数を計測する計測部と、
   前記電力系統の電圧を測定する測定部と、
   前記計測部が計測して得た周波数情報に基づいて、前記電力系統に注入する無効電力値を算出する算出部と、
   該算出部が算出した無効電力値、又は前記測定部が測定して得た電圧値情報が示す電圧の変動に基づく無効電力値のいずれを用いて無効電力を注入するかを択一的に決定する決定部と、
   該決定部が決定した無効電力値に基づいて無効電力の注入を制御する注入部と
   を備える検出装置。
2. 前記決定部は、
   前記周波数情報に基づいて算出される周波数偏差が所定の範囲内である場合、前記測定部が測定して得た電圧値情報が示す電圧の変動に基づく無効電力値を用いることを決定し、
   前記周波数情報に基づいて算出される周波数偏差が前記所定の範囲内で無い場合、前記周波数偏差に基づく無効電力値を用いることを決定する
   請求項１に記載の検出装置。
3. 電力系統に連系される分散型電源の単独運転を検出するために、前記電力系統に無効電力を注入し、該無効電力の注入によって促された電気的変動に基づいて、前記分散型電源の単独運転を検出する検出方法であって、
   前記電力系統の周波数を計測し、
   前記電力系統の電圧を測定し、
   計測して得た周波数情報に基づいて、前記電力系統に注入する無効電力値を算出し、
   算出された無効電力値、又は計測して得た電圧値情報が示す電圧の変動に基づく無効電力値のいずれを用いて無効電力を注入するかを択一的に決定し、
   決定した無効電力値に基づいて無効電力の注入を制御する
   検出方法。
4. 電力系統に連系される分散型電源の単独運転を検出するために、前記電力系統に無効電力を注入し、該無効電力の注入によって促された電気的変動に基づいて、前記分散型電源の単独運転を検出する処理をコンピュータに実行させるための制御プログラムであって、
   複数時点で測定して得た前記電力系統の周波数情報及び電圧値情報を取得し、
   取得した周波数情報に基づいて、前記電力系統に注入する無効電力値を算出し、
   算出された無効電力値、又は取得した電圧値情報が示す電圧の変動に基づく無効電力値のいずれを用いて無効電力を注入するかを択一的に決定し、
   決定した無効電力値に基づいて無効電力の注入を制御する
   処理を前記コンピュータに実行させるための制御プログラム。
5. 電力系統に連系される分散型電源と、
   該分散型電源の単独運転を検出するために、前記電力系統に無効電力を注入し、該無効電力の注入によって促された電気的変動に基づいて、前記分散型電源の単独運転を検出する検出装置と
   を備え、
   前記検出装置は、
   前記電力系統の周波数を計測する計測部と、
   前記電力系統の電圧を測定する測定部と、
   前記計測部が計測して得た周波数情報に基づいて、前記電力系統に注入する無効電力値を算出する算出部と、
   該算出部が算出した無効電力値、又は前記測定部が測定して得た電圧値情報が示す電圧の変動に基づく無効電力値のいずれを用いて無効電力を注入するかを択一的に決定する決定部と、
   該決定部が決定した無効電力値に基づいて無効電力の注入を制御する注入部と
   を備える分散型電源システム。

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