JP3909338B2 - 分散電源の単独運転検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、上位系統に変電所を介して配電線が接続され、この配電線に、分散電源を有する分散電源保有設備が接続された構成の配電系統に適用されるものであって、分散電源の単独運転を検出する単独運転検出装置に関し、より具体的には、単独運転検出のための注入電流を大きくしなくても単独運転を精度良く検出することができるようにして、単独運転検出装置の小型化を可能にする手段に関する。

配電線には、近年、風力発電、廃棄物発電、小水力発電、コジェネレーション（複合発電）等の発電設備が接続されることが盛んになってきた。このような発電設備は、分散電源と呼ばれる。

系統事故等によって電力会社の変電所の遮断器が開放されて、上位系統からの電力供給が停止したときに、分散電源が運転（即ち単独運転）を続けていると、上位系統からの電力供給が停止したにもかかわらず配電線に電圧が印加され続けることになるので、感電事故等が発生する恐れがある。そこで、第１ステップとして、このような上位系統からの電力供給の停止、即ち分散電源の単独運転を確実に検出する必要がある。更に第２ステップとして、当該分散電源を配電系統から切り離す（解列する）必要がある。

分散電源の単独運転を検出する装置の一例として、例えば特許文献１および非特許文献１には、上位系統に変電所を介して配電線が接続され、この配電線に、分散電源を有する分散電源保有設備が接続された構成の配電系統に適用される単独運転検出装置であって、前記配電線から前記分散電源保有設備への引込線に、当該配電系統の基本波電圧の非整数倍次数（例えば２．４次、２．５次等）ｍの注入電流を注入する電流注入装置と、前記引込線における電圧および電流を計測して得られる計測電圧および計測電流から、前記注入次数ｍの電圧および電流をそれぞれ抽出し、この電圧および電流に基づいて、前記分散電源保有設備の受電点から眺めた前記配電系統の前記注入次数ｍのインピーダンスまたはアドミタンスを算出し、当該インピーダンスまたはアドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給停止、即ち分散電源の単独運転を検出する供給停止検出装置とを備える単独運転検出装置が記載されている。

上記注入次数ｍとして、従来は両文献にも記載されているように、配電系統に存在する誘導リアクタンス成分と力率改善用コンデンサの容量リアクタンスとの共振現象の影響を受けにくくするために、４次未満を使用していた。

特許第３３６７３７１号公報（段落００１６−００２４、図１） 山本文雄、外３名、「分散電源の単独運転検出装置の開発−次数間高調波注入方式−」、電気設備学会誌、社団法人電気設備学会、平成１６年１２月１０日、第２４巻、第１２号、頁９４３（５７）−９５２（６６）

例えば特別高圧（即ち電圧が７ｋＶ超）配電系統のように、短絡容量が小さい（換言すれば系統のインピーダンスが小さい）配電系統に接続された分散電源保有設備から当該配電系統へ注入電流を注入する場合、前記受電点から眺めた配電系統のインピーダンスは小さいので、注入電流が小さいと、注入次数ｍの電圧が小さくてそれを精度良く検出するのが難しく、従って、注入次数ｍのインピーダンスまたはその逆数であるアドミタンスを精度良く検出するのが難しい。

この対策として、注入次数ｍを高くする、例えば４次以上にすることが考えられる。そのようにすると次のような利点がある。

（１）前記受電点から眺めた配電系統のインピーダンスは、一般的に誘導リアクタンス成分が主成分であり、これはｊｍｘ（ｊは虚数単位、ｍは注入次数、ｘは１次の誘導リアクタンス成分）として表され計測される。従って、注入次数ｍを高くする（即ちｍを大きくする）と、同じ注入電流量でも注入次数ｍに比例して高い電圧が発生してそれを計測することになるので、当該電圧の計測ひいてはインピーダンスまたはアドミタンスの計測が容易になり高精度になる。

（２）前記電流注入装置は、例えば、注入信号発生器で発生させた正弦波の注入信号を正弦波増幅器（正弦波電流源）で増幅して注入電流として出力する構成をしている。このような電流注入装置を前記引込線に接続して注入電流を注入しようとすると、配電系統の基本波電圧が正弦波増幅器に印加されることになり、そのままだと正弦波増幅器の容量を非常に大きくしなければならない。これは、簡単に言えば、正弦波増幅器の容量Ｐは次式で表されるからである。ここで、Ｖ₁ は正弦波増幅器に印加される基本波電圧、Ｖ_m は注入次数ｍの電圧、Ｊ_m は注入電流である。

［数１］
Ｐ＝（Ｖ₁ ＋Ｖ_m ）・Ｊ_m

上記容量増大の不都合を解消するために、通常は、基本波電圧をカットする直列コンデンサを前記正弦波増幅器と引込線との間に挿入している。この場合、注入次数ｍを高くすると、配電系統の基本波電圧と注入電流との周波数差がより大きくなるので、正弦波増幅器に印加される基本波電圧を直列コンデンサでより確実にカットすることができるようになる。その結果、正弦波増幅器の容量を小さくすることができ、ひいては電流注入装置の容量を小さくして、単独運転検出装置の小型化を図ることが可能になる。

しかし、前述したように、注入次数ｍとして４次以上を使用すると、その注入次数で、配電系統に存在する誘導リアクタンス成分と力率改善用コンデンサの容量リアクタンスとの共振現象の影響を受けやすくなり、単独運転の検出が困難になるという課題がある（例えば、特許文献１の段落００２１−００２４、非特許文献１の９４７（６１）頁参照）。

より具体例を挙げると、特別高圧配電線に、高圧バンク変圧器、高圧需要家設備およびリアクトル無し（Ｌ無し）力率改善用コンデンサを有する高圧（即ち電圧が７ｋＶ以下）配電バンクが接続されていると（いずれも図１の高圧バンク変圧器４２、高圧需要家設備４４、力率改善用コンデンサ４６、高圧配電バンク１６参照）、注入次数ｍにおいて、高圧バンク変圧器の誘導リアクタンスとＬ無し力率改善用コンデンサの容量リアクタンスとによる直列共振が発生する可能性があり、その場合は、単独運転状態となっても、前記受電点から眺めた配電系統の注入次数ｍのインピーダンスは大きくならず（換言すれば、アドミタンスは小さくならず）、電圧も大きくならず、従って単独運転を検出することができなくなる。

以上のように、注入次数ｍを４次以上にすると、前記（１）、（２）に示した利点が得られる反面、配電系統における直列共振現象の影響を受けて単独運転の検出が困難になるという課題が生じる。特に、特別高圧配電線には上記のような高圧配電バンクが接続されている場合が一般的であるので、特別高圧配電線に４次以上の注入電流を注入する場合は上記直列共振現象の影響を受けやすい。

そこでこの発明は、４次以上の注入次数を使用し、しかも配電系統における直列共振現象の影響を排除して分散電源の単独運転を精度良く検出することができる単独運転検出装置を提供することを主たる目的としている。

この発明に係る分散電源の単独運転検出装置の一つは、（ａ）前記配電線から前記分散電源保有設備への引込線に、当該配電系統の基本波の非整数倍次数の注入電流を注入する電流注入装置と、（ｂ）前記分散電源保有設備の受電点から眺めた前記配電系統の前記注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスを計測し、当該インピーダンスまたはアドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを検出する供給停止検出装置とを備えており、かつ（ｃ）前記電流注入装置は、前記非整数倍次数であってしかも４次以上の互いに次数が異なる複数の次数の注入電流を注入するものであり、（ｄ）前記供給停止検出装置は、前記複数の注入次数の内から、前記引込線における各注入次数の電圧の値が大きい順に１以上の注入次数を選択し、当該選択した注入次数における前記インピーダンスまたはアドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを検出するものである、ことを特徴としている。

この単独運転検出装置によれば、電流注入装置から４次以上の互いに次数が異なる複数の次数の注入電流を注入するので、その注入次数の内でたまたま配電系統における直列共振次数と一致したものがあって、分散電源の単独運転時に当該一致した注入次数の電圧が大きくならなくても、それ以外の注入次数の電圧は予定どおり大きくなる。

そして供給停止検出装置は、複数の注入次数の内から、引込線における各注入次数の電圧の値が大きい順に１以上の注入次数を選択して単独運転検出に用いるので、上記直列共振次数と一致した注入次数を避けた注入次数を自動で選択して単独運転検出を行うことができる。

前記供給停止検出装置は、（ａ）前記複数の注入次数の前記インピーダンスまたはアドミタンスをそれぞれ計測し、当該各注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを各注入次数ごとに判定する複数の判定手段と、（ｂ）前記複数の注入次数の内から、前記引込線における各注入次数の電圧の値が大きい順に１以上の注入次数を選択する次数選択手段と、（ｃ）前記次数選択手段によって選択された注入次数についての前記判定手段からの出力のみを有効化する有効化手段とを備えていても良い。

この発明に係る分散電源の単独運転検出装置の他のものは、（ａ）前記配電線から前記分散電源保有設備への引込線に、当該配電系統の基本波の非整数倍次数の注入電流を注入する電流注入装置と、（ｂ）前記分散電源保有設備の受電点から眺めた前記配電系統の前記注入次数のアドミタンスを計測し、当該アドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを検出する供給停止検出装置とを備えており、かつ（ｃ）前記電流注入装置は、前記非整数倍次数であってしかも４次以上の互いに次数が異なる複数の次数の注入電流を注入するものであり、（ｄ）前記供給停止検出装置は、前記複数の注入次数の内から、各注入次数の前記アドミタンスの絶対値が小さい順に１以上の注入次数を選択し、当該選択した注入次数における前記アドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを検出するものである、ことを特徴としている。

この単独運転検出装置によれば、電流注入装置から４次以上の互いに次数が異なる複数の次数の注入電流を注入するので、その注入次数の内でたまたま配電系統における直列共振次数と一致したものがあって、分散電源の単独運転時に当該一致した注入次数のアドミタンスが小さくならなくても、それ以外の注入次数のアドミタンスは予定どおり小さくなる。

そして供給停止検出装置は、複数の注入次数の内から、各注入次数のアドミタンスの絶対値が小さい順に１以上の注入次数を選択して単独運転検出に用いるので、上記直列共振次数と一致した注入次数を避けた注入次数を自動で選択して単独運転検出を行うことができる。

前記供給停止検出装置は、（ａ）前記複数の注入次数の前記アドミタンスをそれぞれ計測し、当該各注入次数のアドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを各注入次数ごとに判定する複数の判定手段と、（ｂ）前記複数の注入次数の内から、各注入次数の前記アドミタンスの絶対値が小さい順に１以上の注入次数を選択する次数選択手段と、（ｃ）前記次数選択手段によって選択された注入次数についての前記判定手段からの出力のみを有効化する有効化手段とを備えていても良い。

この発明に係る分散電源の単独運転検出装置の更に他のものは、（ａ）前記配電線から前記分散電源保有設備への引込線に、当該配電系統の基本波の非整数倍次数の注入電流を注入する電流注入装置と、（ｂ）前記分散電源保有設備の受電点から眺めた前記配電系統の前記注入次数のインピーダンスを計測し、当該インピーダンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを検出する供給停止検出装置とを備えており、かつ（ｃ）前記電流注入装置は、前記非整数倍次数であってしかも４次以上の互いに次数が異なる複数の次数の注入電流を注入するものであり、（ｄ）前記供給停止検出装置は、前記複数の注入次数の内から、各注入次数の前記インピーダンスの絶対値が大きい順に１以上の注入次数を選択し、当該選択した注入次数における前記インピーダンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを検出するものである、ことを特徴としている。

この単独運転検出装置によれば、電流注入装置から４次以上の互いに次数が異なる複数の次数の注入電流を注入するので、その注入次数の内でたまたま配電系統における直列共振次数と一致したものがあって、分散電源の単独運転時に当該一致した注入次数のインピーダンスが大きくならなくても、それ以外の注入次数のインピーダンスは予定どおり大きくなる。

そして供給停止検出装置は、複数の注入次数の内から、各注入次数のインピーダンスの絶対値が大きい順に１以上の注入次数を選択して単独運転検出に用いるので、上記直列共振次数と一致した注入次数を避けた注入次数を自動で選択して単独運転検出を行うことができる。

前記供給停止検出装置は、（ａ）前記複数の注入次数の前記インピーダンスをそれぞれ計測し、当該各注入次数のインピーダンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを各注入次数ごとに判定する複数の判定手段と、（ｂ）前記複数の注入次数の内から、各注入次数の前記インピーダンスの絶対値が大きい順に１以上の注入次数を選択する次数選択手段と、（ｃ）前記次数選択手段によって選択された注入次数についての前記判定手段からの出力のみを有効化する有効化手段とを備えていても良い。

以上のようにこの発明によれば、上記のような電流注入装置および供給停止検出装置を備えているので、配電系統における直列共振と一致した注入次数を避けた注入次数を自動で選択して分散電源の単独運転検出を行うことができる。その結果、４次以上の注入次数を使用し、しかも配電系統における直列共振現象の影響を排除して分散電源の単独運転を精度良く検出することができる。

更に、次の二つの効果の相乗効果によって、電流注入装置の容量を小さくして、電流注入装置の小型化ひいては単独運転検出装置の小型化が可能になる。

（１）４次以上の注入次数を使用することによって、従来の４次未満の注入次数を使用する場合に比べて、注入電流を大きくしなくても、注入次数成分の電圧、インピーダンスまたはアドミタンスの計測が容易になり高精度になるので、単独運転を精度良く検出することができるようになる。従って、注入電流を大きくしなくて済むぶん、電流注入装置の容量を小さくして、電流注入装置の小型化ひいては単独運転検出装置の小型化が可能になる。

（２）４次以上の注入次数を使用することによって、従来の４次未満の注入次数を使用する場合に比べて、電流注入装置においてそれに印加される基本波電圧を直列コンデンサでより確実にカットすることができるので、電流注入装置の容量を小さくして、電流注入装置の小型化ひいては単独運転検出装置の小型化が可能になる。

図１は、この発明に係る分散電源の単独運転検出装置を備える配電系統の一例を示す単線接続図である。

この配電系統は、上位系統２に変電所４を介して配電線１０が接続された構成をしている。変電所４は、変圧器６と、その２次側と配電線１０とを接続する遮断器８とを備えている。なお、電圧が７ｋＶを超える特別高圧の場合の配電線は、特別高圧電線路と呼ばれるが、この明細書では、この場合も統一して配電線と呼ぶことにしている。

配電線１０は、この例では、特別高圧（即ち電圧が７ｋＶ超）の配電線であり、その電圧は、例えば１１ｋＶ、２２ｋＶ、３３ｋＶ、６６ｋＶ、７７ｋＶである。但し配電線１０は、高圧（即ち電圧が７ｋＶ以下）の配電線でも良く、その場合の電圧は、例えば３．３ｋＶ、６．６ｋＶである。

配電線１０には、この例では特高需要家設備１２、分散電源を有する分散電源保有設備１４および高圧配電バンク１６が接続されている。

高圧配電バンク１６は、前述したように、高圧バンク変圧器４２、高圧需要家設備４４およびＬ無し力率改善用コンデンサ４６を有している。

この例では、配電線１０に受電点Ｐで接続された分散電源保有設備１４内に、以下に説明するような単独運転検出装置３０を設けている。

分散電源保有設備１４においては、その受電点Ｐに引込線１８および遮断器２０を介して構内母線２２が接続されている。この構内母線２２に、構内負荷２４および変圧器２６を介して分散電源２８が接続されており、分散電源２８から当該配電系統の基本波に同期した電力を構内母線２２に供給するようにしている。これを連系運転と呼ぶ。

系統事故等の際には、変電所４の遮断器８が開放される。その際、前述したように、分散電源２８が運転（即ち単独運転）していると、感電事故等が発生する恐れがあるので、分散電源２８の単独運転を確実に検出し、更には遮断器２０を開放して分散電源２８を配電系統から切り離す（解列する）必要がある。

そのために、この実施形態ではこの分散電源保有設備１４内に、分散電源２８の単独運転を検出する単独運転検出装置３０を設けている。この単独運転検出装置３０は、電流注入装置３２と、供給停止検出装置３４とを備えている。

引込線１８には、当該引込線１８における電圧および電流を計測する計器用変圧器３８および計器用変流器４０が接続されており、これら３８、４０で計測して得られる計測電圧Ｖ_t および計測電圧Ｉ_t が供給停止検出装置３４に供給される。

電流注入装置３２は、この例では電圧整合用の変圧器３６を介して、引込線１８に、ひいては受電点Ｐおよび配電線１０に、当該配電系統の基本波電圧の非整数倍次数（即ち帯小数次数）ｍであってしかも４次以上の互いに次数が異なる複数の次数の注入電流Ｊ_m を注入するものである。

以下の実施形態では、上記複数の次数が三つの場合を例に説明するけれども、この発明は三つの次数に限定されるものではない。

上記三つの非整数倍次数（即ち注入次数）をｍ１、ｍ２、ｍ３とすると、電流注入装置３２は、当該各注入次数ｍ１、ｍ２、ｍ３の注入電流Ｊ_m1、Ｊ_m2、Ｊ_m3を発生し、更にこれらを次式に示すように互いに合成し、この合成して得られる注入電流Ｊ_m を注入する。

［数２］
Ｊ_m ＝Ｊ_m1＋Ｊ_m2＋Ｊ_m3

電流注入装置３２のより具体例を図２に示す。この電流注入装置３２は、上記注入電流Ｊ_m1、Ｊ_m2、Ｊ_m3の元になる三つの注入次数ｍ１、ｍ２、ｍ３の正弦波の注入信号Ｓ_m1、Ｓ_m2、Ｓ_m3をそれぞれ発生させる注入信号発生器５１〜５３と、それらからの注入信号Ｓ_m1、Ｓ_m2、Ｓ_m3を合成（加算）する加算器５６と、それからの合成信号Ｓ_m1＋Ｓ_m2＋Ｓ_m3を増幅して前記注入電流Ｊ_m として出力する正弦波増幅器５８と、引込線１８側から配電系統の基本波電圧が正弦波増幅器５８に印加されるのを阻止する（カットする）直列コンデンサ６０とを備えている。

上記三つの注入次数ｍ１、ｍ２、ｍ３は、例えば、７．５次、１２．５次、１７．５次であるが、これに限られるものではない。

供給停止検出装置３４は、前記複数の注入次数の内から、具体的にはこの実施形態では前記三つの注入次数ｍ１、ｍ２、ｍ３の内から、以下に述べる手段によって１以上の注入次数を選択し、当該選択した注入次数における、前記受電点Ｐから眺めた配電系統のインピーダンスまたはアドミタンスを上記計測電圧Ｖ_t および計測電流Ｉ_t に基づいて算出し、当該インピーダンスまたはアドミタンスの変化から、上位系統２からの電力供給が停止したことを判定して、上位系統２からの電力供給が停止したことを表す、即ち分散電源２８の単独運転を表す供給停止検出信号Ｓを出力するものである。この例では、この供給停止検出信号Ｓに応答して遮断器２０が開放される。

上記１以上の注入次数を選択する手段には、大別して以下の三つがある。

（１）引込線１８における各注入次数ｍ１、ｍ２、ｍ３の電圧の値が大きい順に１以上の注入次数を選択する手段。

（２）各注入次数ｍ１、ｍ２、ｍ３の前記アドミタンスの絶対値が小さい順に１以上の注入次数を選択する手段。

（３）各注入次数ｍ１、ｍ２、ｍ３の前記インピーダンスの絶対値が大きい順に１以上の注入次数を選択する手段。

供給停止検出装置３４のより具体例を図３に示す。この供給停止検出装置３４は、上記（１）の選択手段を採用した場合の例である。

この供給停止検出装置３４は、上記計測電圧Ｖ_t 、計測電流Ｉ_t を受けて、後述する離散フーリエ変換器７１〜７６でのサンプリングに不要な成分を除去するローパスフィルタ６２、６４と、それから出力されるアナログの電圧、電流をディジタルに変換して電圧Ｖ_d 、電流Ｉ_d をそれぞれ出力するＡＤ変換器６６、６８とを備えている。このＡＤ変換器６６、６８から出力される電圧Ｖ_d 、電流Ｉ_d は、電圧用の三つの離散フーリエ変換器７１〜７３、電流用の三つの離散フーリエ変換器７４〜７６にそれぞれ供給される。

離散フーリエ変換器７１〜７３は、計測電圧Ｖ_t をディジタル化した上記電圧Ｖ_d をそれぞれフーリエ変換して、上記三つの次数ｍ１、ｍ２、ｍ３の電圧Ｖ_m1、Ｖ_m2、Ｖ_m3をそれぞれ抽出して出力する。

離散フーリエ変換器７４〜７６は、計測電流Ｉ_t をディジタル化した上記電流Ｉ_d をそれぞれフーリエ変換して、上記三つの注入次数ｍ１、ｍ２、ｍ３の電流Ｉ_m1、Ｉ_m2、Ｉ_m3をそれぞれ抽出して出力する。

なお、上記電圧Ｖ_m1〜Ｖ_m3、電流Ｉ_m1〜Ｉ_m3、後述するアドミタンスＹ_m1〜Ｙ_m3、インピーダンスＺ_m1〜Ｚ_m3は、いずれも複素数の形で表される。

離散フーリエ変換器７１からの電圧Ｖ_m1および離散フーリエ変換器７４からの電流Ｉ_m1は演算器８１に供給され、離散フーリエ変換器７２からの電圧Ｖ_m2および離散フーリエ変換器７５からの電圧Ｉ_m2は演算器８２に供給され、離散フーリエ変換器７３からの電圧Ｖ_m3および離散フーリエ変換器７６からの電流Ｉ_m3は演算器８３に供給される。各演算器８１〜８３は、供給された上記電圧および電流を用いて、各注入次数ｍ１、ｍ２、ｍ３のアドミタンスＹ_m1、Ｙ_m2、Ｙ_m3をそれぞれ次式に従って演算し、更にこの例ではそれらの絶対値｜Ｙ_m1｜、｜Ｙ_m2｜、｜Ｙ_m3｜を演算して出力し、それらを比較器８６〜８８にそれぞれ供給する。

［数３］
Ｙ_m1＝Ｉ_m1／Ｖ_m1
Ｙ_m2＝Ｉ_m2／Ｖ_m2
Ｙ_m3＝Ｉ_m3／Ｖ_m3

各比較器８６〜８８は、上記各アドミタンスの絶対値｜Ｙ_m1｜、｜Ｙ_m2｜、｜Ｙ_m3｜を所定の基準値Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₃ とそれぞれ比較して、前者（アドミタンスの絶対値）が後者（基準値）よりも小さいときに、出力Ｓ₁ 、Ｓ₂ 、Ｓ₃ をそれぞれオンにする。これは、変電所遮断器８が開放されて上位系統２からの電力供給が停止して単独運転状態になると、配電線１０に接続されていた変電所変圧器６の並列インピーダンスが無くなって、配電系統のインピーダンスが非常に大きくなる、換言すれば配電系統のアドミタンスが非常に小さくなるからである。これによって上位系統２からの電力供給を注入次数ｍ１、ｍ２、ｍ３のそれぞれについて判定することができる。各基準値Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₃ の大きさは、例えば、連系運転時の各アドミタンスの絶対値｜Ｙ_m1｜、｜Ｙ_m2｜、｜Ｙ_m3｜のそれぞれ１／２程度にすれば良い。

なお、上記出力Ｓ₁ 〜Ｓ₃ 、以下に述べる出力Ｓ₄ 〜Ｓ₉ および出力Ｅ₁ 〜Ｅ₃ をオンにするということは、論理値で言えば「１」にすることであり、オン時以外のオフ時は「０」にすることである。

各比較器８６〜８８からの出力Ｓ₁ 〜Ｓ₃ は、カウンタ９１〜９３にそれぞれ供給される。各カウンタ９１〜９３は、各出力Ｓ₁ 〜Ｓ₃ のオンの継続時間が所定の整定時間（例えば０．３秒〜１．０秒）以上でセット状態になって各出力Ｓ₄ 〜Ｓ₆ をそれぞれオンにし、各出力Ｓ₁ 〜Ｓ₃ がオフになるとリセットされると共に各出力Ｓ₄ 〜Ｓ₆ をそれぞれオフにする。このようなカウンタ９１〜９３を設けておくと、単独運転以外の何らかの原因による前記アドミタンスの瞬時変動による誤検出を防止することができる。

上記ローパスフィルタ６２、６４、ＡＤ変換器６６、６８、離散フーリエ変換器７１〜７６、演算器８１〜８３、比較器８６〜８８およびカウンタ９１〜９３は、前記複数の注入次数ｍ１〜ｍ３の前記アドミタンスＹ_m1〜Ｙ_m3をそれぞれ計測し、当該各注入次数ｍ１〜ｍ３のアドミタンスＹ_m1〜Ｙ_m3の変化から、上位系統２からの電力供給が停止したことを各注入次数ｍ１〜ｍ３ごとに判定する複数（この例では三つ）の判定手段を構成している。

この供給停止検出装置３４は、更に、前記複数の注入次数ｍ１〜ｍ３の内から、前記引込線１８における各注入次数ｍ１〜ｍ３の電圧の値が大きい順に１以上の注入次数を選択する次数選択手段を構成する次数選択器９６を備えている。

より具体的には、この次数選択器９６には、引込線１８における各注入次数ｍ１〜ｍ３の電圧に対応する前記電圧Ｖ_m1〜Ｖ_m3が離散フーリエ変換器７１〜７３から供給（入力）される。この入力電圧Ｖ_m1、Ｖ_m2、Ｖ_m3は、出力Ｅ₁ 、Ｅ₂ 、Ｅ₃ にそれぞれ対応している。次数選択器９６は、各電圧Ｖ_m1〜Ｖ_m3の絶対値｜Ｖ_m1｜、｜Ｖ_m2｜、｜Ｖ_m3｜をそれぞれ演算する手段を有していて、当該絶対値｜Ｖ_m1｜、｜Ｖ_m2｜、｜Ｖ_m3｜の中で最大値を取るものに対応する一つの出力Ｅ₁ 、Ｅ₂ またはＥ₃ をオンにする。例えば、｜Ｖ_m1｜が最大値であれば、入力電圧Ｖ_m1に対応する出力Ｅ₁ をオンにする。これによって、一つの注入次数ｍ１が選択されたことになる。

あるいは、次数選択器９６は、上記絶対値｜Ｖ_m1｜、｜Ｖ_m2｜、｜Ｖ_m3｜の中から値の大きい順に２以上の対応する出力Ｅ₁ 、Ｅ₂ またはＥ₃ をオンにするものでも良い。例えば、｜Ｖ_m1｜が一番目に大きく、｜Ｖ_m2｜が二番目に大きいときに、入力電圧Ｖ_m1およびＶ_m2にそれぞれ対応する出力Ｅ₁ およびＥ₂ をオンにする。これによって、二つの注入次数ｍ１およびｍ２が選択されたことになる。

上記カウンタ９１〜９３からの出力Ｓ₄ 〜Ｓ₆ および次数選択器９６からの出力Ｅ₁ 〜Ｅ₃ は、ＡＮＤ回路１０１〜１０３にそれぞれ入力される。ＡＮＤ回路１０１は、出力Ｓ₄ およびＥ₁ の論理積をとり、両出力Ｓ₄ およびＥ₄ が共にオンのときに出力Ｓ₇ をオンにする。同様に、ＡＮＤ回路１０２は、出力Ｓ₅ およびＥ₂ が共にオンのときに出力Ｓ₈ をオンにする。ＡＮＤ回路１０３は、出力Ｓ₆ およびＥ₃ が共にオンのときに出力Ｓ₉ をオンにする。そして、上記出力Ｓ₇ 〜Ｓ₉ が供給されるＯＲ回路１０６は、これらの出力の論理和を取り、出力Ｓ₇ 〜Ｓ₉ の内の少なくとも一つがオンのときに前記供給停止検出信号Ｓを出力する。

上記ＡＮＤ回路１０１〜１０３およびＯＲ回路１０６は、次数選択器９６によって選択された注入次数（ｍ１〜ｍ３の内の１以上）についての前記判定手段からの出力のみ（出力Ｓ₄ 〜Ｓ₆ の内の１以上）を有効化する有効化手段を構成している。

以上のように、この単独運転検出装置３０によれば、電流注入装置３２から４次以上の互いに次数が異なる複数の次数ｍ１〜ｍ３の注入電流Ｊ_m を注入するので、その注入次数ｍ１〜ｍ３の内でたまたま配電系統における直列共振次数と一致したものがあって、例えば前述したように高圧配電バンク１６を構成する高圧バンク変圧器４２の誘導リアクタンスとＬ無し力率改善用コンデンサ４６の容量リアクタンスとによって直列共振を起こす次数と一致したものがあって、分散電源２８の単独運転時に当該一致した注入次数の電圧が大きくならなくても、それ以外の注入次数の電圧は予定どおり大きくなる。

そして供給停止検出装置３４は、複数の注入次数ｍ１〜ｍ３の内から、引込線１８における各注入次数の電圧の値が大きい順に１以上の注入次数を選択して単独運転検出に用いるので、上記直列共振次数と一致した注入次数を避けた注入次数を自動で選択して単独運転検出を行うことができる。

その結果、従来困難であった４次以上の注入次数ｍを使用し、しかも配電系統における直列共振現象の影響を排除して分散電源２８の単独運転を精度良く検出することができる。

更に、次の二つの効果の相乗効果によって、電流注入装置３２の容量を小さくして、電流注入装置３２の小型化ひいては単独運転検出装置３０の小型化が可能になる。

（１）４次以上の注入次数ｍを使用することによって、従来の４次未満の注入次数ｍを使用する場合に比べて、注入電流Ｊ_m を大きくしなくても、注入次数成分の電圧、インピーダンスまたはアドミタンスの計測が容易になり高精度になるので、単独運転を精度良く検出することができるようになる。従って、注入電流Ｊ_m を大きくしなくて済むぶん、電流注入装置３２の容量を小さくして、電流注入装置３２の小型化ひいては単独運転検出装置３０の小型化が可能になる。

（２）４次以上の注入次数ｍを使用することによって、従来の４次未満の注入次数ｍを使用する場合に比べて、電流注入装置３２においてそれに（より具体的には正弦波増幅器５８に）印加される基本波電圧を直列コンデンサ６０でより確実にカットすることができるので、電流注入装置３２の容量を小さくして、電流注入装置３２の小型化ひいては単独運転検出装置３０の小型化が可能になる。

次に、他の実施形態を、上記実施形態との相違点を主体に説明する。

次数選択手段を構成する次数選択器９６として、上記例のように各注入次数ｍ１〜ｍ３の電圧Ｖ_m1〜Ｖ_m3の絶対値が大きい順に１以上の注入次数を選択するものの代わりに、図４に示す例のように、各注入次数ｍ１〜ｍ３の前記アドミタンスの絶対値｜Ｙ_m1｜、｜Ｙ_m2｜、｜Ｙ_m3｜が小さい順に１以上の注入次数を選択するものを用いても良い。

図４中の次数選択器９６は、上記絶対値｜Ｙ_m1｜、｜Ｙ_m2｜、｜Ｙ_m3｜の中から値の小さい順に、一つまたは２以上の対応する出力Ｅ₁ 、Ｅ₂ 、Ｅ₃ をオンするものである。これによって、一つまたは２以上の注入次数ｍを選択することができる。

図４に示す供給停止検出装置３４を用いる実施形態の場合も、電流注入装置３２から４次以上の互いに次数が異なる複数の次数ｍ１〜ｍ３の注入電流Ｊ_m を注入するので、その注入次数ｍ１〜ｍ３の内でたまたま配電系統における直列共振次数と一致したものがあって、分散電源２８の単独運転時に当該一致した注入次数のアドミタンスが小さくならなくても、それ以外の注入次数のアドミタンスは予定どおり小さくなる。

そして供給停止検出装置３４は、複数の注入次数ｍ１〜ｍ３の内から、各注入次数のアドミタンスの絶対値が小さい順に１以上の注入次数を選択して単独運転検出に用いるので、上記直列共振次数と一致した注入次数を避けた注入次数を自動で選択して単独運転検出を行うことができる。

その結果、従来困難であった４次以上の注入次数ｍを使用し、しかも配電系統における直列共振現象の影響を排除して分散電源２８の単独運転を精度良く検出することができる。

更に上述したように、４次以上の注入次数ｍを使用することによって、電流注入装置３２の容量を小さくして、電流注入装置３２の小型化ひいては単独運転検出装置３０の小型化が可能になる。

また、アドミタンスとインピーダンスとは互いに逆数の関係にあるだけなので、例えば図５に示す例のように、複数の判定手段を構成する演算器８１〜８３において各注入次数ｍ１、ｍ２、ｍ３のインピーダンスＺ_m1、Ｚ_m2、Ｚ_m3をそれぞれ次式に従って演算し、更にそれらの絶対値｜Ｚ_m1｜、｜Ｚ_m2｜、｜Ｚ_m3｜を演算して出力し、それらを比較器８６〜８８において所定の基準値Ｒ₄ 、Ｒ₅ 、Ｒ₆ とそれぞれ比較して、前者（インピーダンスの絶対値）が後者（基準値）よりも大きいときに、出力Ｓ₁ 、Ｓ₂ 、Ｓ₃ をそれぞれオンにするようにしても良い。

［数４］
Ｚ_m1＝Ｖ_m1／Ｉ_m1
Ｚ_m2＝Ｖ_m2／Ｉ_m2
Ｚ_m3＝Ｖ_m3／Ｉ_m3

上記のようにインピーダンスＺ_m1〜Ｚ_m3を用いる場合、次数選択手段を構成する次数選択器９６は、図３中に示した例のように電圧Ｖ_m1、Ｖ_m2、Ｖ_m3を用いるものでも良いし、図５中に示す例のようにインピーダンスＺ_m1、Ｚ_m2、Ｚ_m3を用いるものでも良い。

図５中の次数選択器９６は、上記インピーダンスの絶対値｜Ｚ_m1｜、｜Ｚ_m2｜、｜Ｚ_m3｜の中から値の大きい順に、一つまたは２以上の対応する出力Ｅ₁ 、Ｅ₂ 、Ｅ₃ をオンするものである。これによって、一つまたは２以上の注入次数ｍを選択することができる。

図５に示す供給停止検出装置３４を用いる実施形態の場合も、電流注入装置３２から４次以上の互いに次数が異なる複数の次数ｍ１〜ｍ３の注入電流Ｊ_m を注入するので、その注入次数ｍ１〜ｍ３の内でたまたま配電系統における直列共振次数と一致したものがあって、分散電源２８の単独運転時に当該一致した注入次数のインピーダンスが大きくならなくても、それ以外の注入次数のインピーダンスは予定どおり大きくなる。

そして供給停止検出装置３４は、複数の注入次数ｍ１〜ｍ３の内から、各注入次数のインピーダンスの絶対値が大きい順に１以上の注入次数を選択して単独運転検出に用いるので、上記直列共振次数と一致した注入次数を避けた注入次数を自動で選択して単独運転検出を行うことができる。

その結果、従来困難であった４次以上の注入次数ｍを使用し、しかも配電系統における直列共振現象の影響を排除して分散電源２８の単独運転を精度良く検出することができる。

更に上述したように、４次以上の注入次数ｍを使用することによって、電流注入装置３２の容量を小さくして、電流注入装置３２の小型化ひいては単独運転検出装置３０の小型化が可能になる。

また、前記非特許文献１にも記載されているように（９４８（６２）頁参照）、アドミタンスまたはインピーダンスの絶対量で監視するよりも、アドミタンスの成分であるサセプタンスで監視する方が、より大きな変化量を利用することができるので、上記演算器８１〜８３および比較器８６〜８８を用いての各注入次数ｍ１〜ｍ３ごとの単独運転の判定に、各注入次数ｍ１〜ｍ３のサセプタンスｂ_m1〜ｂ_m3の変化量を用いても良い。

アドミタンスＹ_m とサセプタンスｂ_m との関係は次式で表される。ここで、ｇ_m はコンダクタンス、ｊは虚数単位である。即ち、サセプタンスｂ_m は、アドミタンスＹ_m の虚部である。

［数５］
Ｙ_m ＝Ｉ_m ／Ｖ_m ＝ｇ_m ＋ｊｂ_m

上記サセプタンスｂ_m は、容量サセプタンスから誘導サセプタンスを引いたものであり、通常は負の値となる。連系運転時に大きな負の値を取っていたサセプタンスｂ_m が、単独運転時には小さな負のサセプタンスｂ_m に変化する。従って、両者の中間に基準値を設定しておけば、単独運転を検出することができる。これを行うには、例えば、図３または図４の演算器８１〜８３で、各注入次数ｍ１、ｍ２、ｍ３のサセプタンスｂ_m1、ｂ_m2、ｂ_m3を演算して出力し、それらを比較器８６〜８８において、上記中間の基準値とそれぞれ比較するようにすれば良い。次数選択器９６は、図３または図４に示すものを用いれば良い。図４に示す次数選択器９６を用いる場合は、演算器８１〜８３でアドミタンスの絶対値｜Ｙ_m1｜、｜Ｙ_m2｜、｜Ｙ_m3｜も合わせて算出してそれを用いれば良い。

なお、特開２００１−２５１７６７号公報には、互いに次数が異なる複数の次数の注入電流を注入する電流注入装置と、各注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスの変化から、上位系統からの電力供給が停止したことを各注入次数ごとに判定し、少なくとも一つの注入次数において上位系統からの電力供給停止を判定したときに、上位系統からの電力供給が停止したことを表す供給停止検出信号を出力する供給停止検出装置とを備える単独運転検出装置が記載されているけれども、この特許公報に記載の単独運転検出装置は、（ａ）４次以上の互いに次数が異なる複数の次数の注入次数を使用するものではなく、（ｂ）しかも複数の注入次数の内から、配電系統における直列共振と一致した注入次数を避けた注入次数を自動で選択して単独運転を検出するものでもないので、本願発明に係る単独運転検出装置とは全く異なる。

この発明に係る分散電源の単独運転検出装置を備える配電系統の一例を示す単線接続図である。 図１中の電流注入装置の一例を示すブロック図である。 図１中の供給停止検出装置の一例を示すブロック図である。 図１中の供給停止検出装置の他の例を示すブロック図である。 図１中の供給停止検出装置の更に他の例を示すブロック図である。

符号の説明

２ 上位系統
４ 変電所
１０ 配電線
１４ 分散電源保有設備
１８ 引込線
２８ 分散電源
３０ 単独運転検出装置
３２ 電流注入装置
３４ 供給停止検出装置
９６ 次数選択器
ｍ、ｍ１、ｍ２、ｍ３ 注入次数
Ｊ_m 注入電流

Claims (6)

1. 上位系統に変電所を介して配電線が接続され、この配電線に、分散電源を有する分散電源保有設備が接続された構成の配電系統に適用されるものであって、
   前記配電線から前記分散電源保有設備への引込線に、当該配電系統の基本波の非整数倍次数の注入電流を注入する電流注入装置と、
   前記分散電源保有設備の受電点から眺めた前記配電系統の前記注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスを計測し、当該インピーダンスまたはアドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを検出する供給停止検出装置とを備えており、かつ
   前記電流注入装置は、前記非整数倍次数であってしかも４次以上の互いに次数が異なる複数の次数の注入電流を注入するものであり、
   前記供給停止検出装置は、前記複数の注入次数の内から、前記引込線における各注入次数の電圧の値が大きい順に１以上の注入次数を選択し、当該選択した注入次数における前記インピーダンスまたはアドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを検出するものである、ことを特徴とする分散電源の単独運転検出装置。
2. 前記供給停止検出装置は、
   前記複数の注入次数の前記インピーダンスまたはアドミタンスをそれぞれ計測し、当該各注入次数のインピーダンスまたはアドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを各注入次数ごとに判定する複数の判定手段と、
   前記複数の注入次数の内から、前記引込線における各注入次数の電圧の値が大きい順に１以上の注入次数を選択する次数選択手段と、
   前記次数選択手段によって選択された注入次数についての前記判定手段からの出力のみを有効化する有効化手段とを備えている、請求項１記載の分散電源の単独運転検出装置。
3. 上位系統に変電所を介して配電線が接続され、この配電線に、分散電源を有する分散電源保有設備が接続された構成の配電系統に適用されるものであって、
   前記配電線から前記分散電源保有設備への引込線に、当該配電系統の基本波の非整数倍次数の注入電流を注入する電流注入装置と、
   前記分散電源保有設備の受電点から眺めた前記配電系統の前記注入次数のアドミタンスを計測し、当該アドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを検出する供給停止検出装置とを備えており、かつ
   前記電流注入装置は、前記非整数倍次数であってしかも４次以上の互いに次数が異なる複数の次数の注入電流を注入するものであり、
   前記供給停止検出装置は、前記複数の注入次数の内から、各注入次数の前記アドミタンスの絶対値が小さい順に１以上の注入次数を選択し、当該選択した注入次数における前記アドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを検出するものである、ことを特徴とする分散電源の単独運転検出装置。
4. 前記供給停止検出装置は、
   前記複数の注入次数の前記アドミタンスをそれぞれ計測し、当該各注入次数のアドミタンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを各注入次数ごとに判定する複数の判定手段と、
   前記複数の注入次数の内から、各注入次数の前記アドミタンスの絶対値が小さい順に１以上の注入次数を選択する次数選択手段と、
   前記次数選択手段によって選択された注入次数についての前記判定手段からの出力のみを有効化する有効化手段とを備えている、請求項３記載の分散電源の単独運転検出装置。
5. 上位系統に変電所を介して配電線が接続され、この配電線に、分散電源を有する分散電源保有設備が接続された構成の配電系統に適用されるものであって、
   前記配電線から前記分散電源保有設備への引込線に、当該配電系統の基本波の非整数倍次数の注入電流を注入する電流注入装置と、
   前記分散電源保有設備の受電点から眺めた前記配電系統の前記注入次数のインピーダンスを計測し、当該インピーダンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを検出する供給停止検出装置とを備えており、かつ
   前記電流注入装置は、前記非整数倍次数であってしかも４次以上の互いに次数が異なる複数の次数の注入電流を注入するものであり、
   前記供給停止検出装置は、前記複数の注入次数の内から、各注入次数の前記インピーダンスの絶対値が大きい順に１以上の注入次数を選択し、当該選択した注入次数における前記インピーダンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを検出するものである、ことを特徴とする分散電源の単独運転検出装置。
6. 前記供給停止検出装置は、
   前記複数の注入次数の前記インピーダンスをそれぞれ計測し、当該各注入次数のインピーダンスの変化から、前記上位系統からの電力供給が停止したことを各注入次数ごとに判定する複数の判定手段と、
   前記複数の注入次数の内から、各注入次数の前記インピーダンスの絶対値が大きい順に１以上の注入次数を選択する次数選択手段と、
   前記次数選択手段によって選択された注入次数についての前記判定手段からの出力のみを有効化する有効化手段とを備えている、請求項５記載の分散電源の単独運転検出装置。

Images