JP5138122B2 - 分散型発電装置及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、商用電源と連系し、商用電源及び交流負荷へ交流電力を供給する分散型発電装置及びその運転方法に関する。特に、商用電源からの電力を測定する測定器の異常を検出する分散型発電装置及びその運転方法に関する。

従来、電流検出器の接続異常を判定する構成を備えた分散型発電装置が提案されている（特許文献１参照）。図９は、この特許文献１に示された従来の分散型発電装置の構成を示すブロック図である。

図９に示すように、従来の分散型発電装置は、発電機４、系統連系インバータ１２、電流検出器８６、システム制御手段７２等を備えている。発電機４は、エンジン２により駆動する発電機である。系統連系インバータ１２は、発電機４の発電電力を、商業用電源１４から供給される商用電力と同じ電圧及び同じ周波数に変換する。また、系統連系インバータ１２は、変換した電力を、系統連系用配電線２２を介して、商業用電源１４から電力負荷１８へ延びる商業用配電線１６に供給する。電流検出器８６は、商業用配電線１６を流れる電流を検出する。システム制御手段７２は、電流検出器８６の検出電流を利用し、発電機４から系統連系インバータ１２及び系統連系用配電線２２を介して商業用配電線１６に送給される電力を制御するとともに、電流検出器８６の接続状態を診断する。

このような分散型発電装置のシステム制御手段７２は、発電運転中に系統連系インバータ１２の出力電力を変動させることで電流検出器８６の接続状態を診断する。例えば、システム制御手段７２からの指令により、エンジン２への燃料供給が多く（又は少なく）なると、エンジン２の出力が増加（又は低下）して発電機４の出力電力が上昇（又は低下）し、系統連系インバータ１２の出力電力は大きく（又は小さく）なる。

システム制御手段７２は、系統連系インバータ１２の出力電力の変動に同期して電流検出器８６の検出電流値が変動するか否かを判定する。具体的には、系統連系インバータ１２の出力電力が大きく（又は小さく）なった場合に、これに同期して、電流検出器８６の検出電流値が下がるか（又は上がるか）を判定する。そして、検出電流値が同期して変動していると判定した場合には、電流検出器８６は正しく接続されていると判定する。これに対し、系統連系インバータ１２の出力電力を変動させても電流検出器８６の検出電流値が同期して変動しない場合には、電流検出器８６の接続に異常があると判定する。

特開２００２−２８６７８５号公報

ところで、上述した従来の分散型発電装置では、電流検出器８６の接続状態を診断するためには、エンジン２の出力を制御しなければならない。しかしながら、エンジン２の出力を制御する場合、燃料の流量調整や点火プラグの発火タイミングの調整など、様々の操作対象を制御しなければならない。また、エンジン２の定格運転中に上記診断を実行する場合には、一時的にエンジン２の出力を低下させなければならない。この場合、発電機４の出力電力が低下し、系統連系インバータ１２の出力電力も低下してしまう。その結果、分散型発電装置から電力負荷１８への電力供給量が低下してしまう。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、容易な操作によって、系統連系する商用電源からの供給電力を測定する電力測定器の異常を検知することができる、分散型発電装置及びその運転方法を提供することを目的とする。また、分散型発電装置から電力負荷への電力供給量を低下させることなく、電力測定器の異常を検知することができる分散型発電装置及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明に係る分散型発電装置は、商用電源と連系する分散型発電装置であって、直流電力を発電する発電ユニット、該発電ユニットからの直流電力を交流電力（以下、第１電力）に変換して電力負荷へ出力する電力変換器、前記商用電源から前記電力負荷へ供給される電力（以下、第２電力）を測定する電力測定器、及び、該電力測定器の異常を検知する異常検知器、を備え、前記電力測定器は、前記第２電力の電流値を測定する電流測定器と、前記電力変換器及び前記商用電源を結ぶ電線間の電圧値を測定する電圧測定器と、を含み、前記異常検知器は、前記第１電力の無効電力を変化させた場合に、該無効電力の変化と、前記電力測定器が測定した前記第２電力の変化と、に基づいて前記電力測定器の異常検知を行う。

本発明に係る分散型発電装置の運転方法は、発電ユニットからの直流電力を交流電力（以下、第１電力）に変換して電力負荷へ出力するステップ、商用電源から前記電力負荷へ供給される電力（以下、第２電力）を、電力測定器により測定するステップ、前記第１電力の無効電力を変化させるステップ、前記第１電力の無効電力の変化前後において、前記電力測定器により測定した前記第２電力の変化を取得するステップ、及び、前記第１電力の無効電力の変化と、前記第２電力の変化と、に基づいて前記電力測定器の異常検知を行うステップ、を備える。

このような構成により、容易な操作によって、系統連系する商用電源からの供給電力を測定する電力測定器の異常を検知することができる。

本発明の分散型発電装置及びその運転方法は、容易な操作によって、系統連系する商用電源からの供給電力を測定する電力測定器の異常を検知することができる。

本発明の実施の形態１に係る分散型発電装置のブロック図である。 実施の形態１に係る分散型発電装置による、電流検出器の接続状態の診断処理を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る分散型発電装置による、電流検出器の接続状態の診断処理の変形例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る分散型発電装置のブロック図である。 実施の形態２に係る電力測定器が測定した電圧及び電流の位相差の関係の一例を示すグラフである。 実施の形態２に係る分散型発電装置による、電流検出器の接続状態の診断処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る分散型発電装置のブロック図である。 実施の形態３に係る分散型発電装置による、電流検出器の接続状態の診断処理を示すフローチャートである。 従来の分散型発電装置の構成を示すブロック図である。

本発明に係る分散型発電装置は、商用電源と連系する分散型発電装置であって、直流電力を発電する発電ユニット、該発電ユニットからの直流電力を交流電力（以下、第１電力）に変換して電力負荷へ出力する電力変換器、前記商用電源から前記電力負荷へ供給される電力（以下、第２電力）を測定する電力測定器、及び、該電力測定器の異常を検知する異常検知器、を備え、前記電力測定器は、前記第２電力の電流値を測定する電流測定器と、前記電力変換器及び前記商用電源を結ぶ電線間の電圧値を測定する電圧測定器と、を含み、前記異常検知器は、前記第１電力の無効電力を変化させた場合に、該無効電力の変化と、前記電力測定器が測定した前記第２電力の変化と、に基づいて前記電力測定器の異常検知を行う。

これにより、例えば発電ユニット自体を制御することなく、主に電力変換器に対する制御によって電力測定器の異常判定を行うことができる。即ち、本発明に係る分散型発電装置は、容易な操作によって、系統連系する商用電源からの供給電力を測定する電力測定器の異常を検知することができる。

また、上記分散型発電装置において、前記異常検知器は、無効電力の変化前後において前記第１電力の有効電力が一定となるように、該第１電力の電流の大きさと、電流及び電圧の位相差とを調整するようにしてもよい。

これにより、発電ユニットの発電電力を低下させることなく、即ち、分散型発電装置から電力負荷への電力供給量を低下させることなく、電力測定器の異常を検知することができる。

また、上記分散型発電装置において、前記異常検知器は、前記第１電力の無効電力の変化に対し、前記電力測定器が測定した前記第２電力の変化量が所定の閾値以下であった場合に、前記電力測定器に異常があると判定することとしてもよい。

これにより、ノイズなどにより、電力測定器が検出した電流に過渡的な変化が生じる場合であっても、誤判定を抑制することができる。従って、電力測定器の異常検知の結果に対する信頼性を向上させることができる。

また、上記分散型発電装置において、前記異常検知器は、前記第１電力の無効電力の変化前後における、前記電力測定器が測定した第２電力の電流の大きさの変化に基づき、前記電力測定器の異常検知を行うこととしてもよい。

また、上記分散型発電装置において、前記異常検知器は、前記第１電力の無効電力の変化前後における、前記電力測定器が測定した第２電力の電流及び電圧の位相差の変化に基づき、前記電力測定器の異常検知を行うこととしてもよい。

また、上記分散型発電装置において、前記異常検知器は、前記第１電力の無効電力の変化前後における、前記電力測定器が測定した第２電力の無効電力の変化に基づき、前記電力測定器の異常検知を行うこととしてもよい。

また、上記分散型発電装置において、前記異常検知器は、前記第１電力の無効電力の変化前後における、前記電力測定器が測定した第２電力の皮相電力の変化に基づき、前記電力測定器の異常検知を行うこととしてもよい。

また、上記分散型発電装置において、前記異常検知器は、前記異常検知を複数回実行し、その結果に応じて前記電力測定器の異常の有無を判定することとしてもよい。

これにより、ノイズなどにより、電力測定器が検出した電流に過渡的な変化が生じる場合であっても、誤判定を抑制することができる。従って、電力測定器の異常検知の結果に対する信頼性を向上させることができる。

本発明に係る分散型発電装置の運転方法は、発電ユニットからの直流電力を交流電力（以下、第１電力）に変換して電力負荷へ出力するステップ、商用電源から前記電力負荷へ供給される電力（以下、第２電力）を、電力測定器により測定するステップ、前記第１電力の無効電力を変化させるステップ、前記第１電力の無効電力の変化前後において、前記電力測定器により測定した前記第２電力の変化を取得するステップ、及び、前記第１電力の無効電力の変化と、前記第２電力の変化と、に基づいて前記電力測定器の異常検知を行うステップ、を備える。

これにより、例えば発電ユニット自体を制御することなく、主に電力変換器に対する制御によって電力測定器の異常判定を行うことができる。即ち、本発明に係る分散型発電装置の運転方法は、容易な操作によって、系統連系する商用電源からの供給電力を測定する電力測定器の異常を検知することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるのもではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る分散型発電装置のブロック図である。なお、図１には、分散型発電装置１０１の他、商用電源１０２及び電力負荷１０４も示している。

図１に示すように、商用電源１０２は、第１の電線１０２ａ、第２の電線１０２ｂ、及び、第３の電線１０２ｃを備える単相三線式の交流電源である。この商用電源１０２は、連系点１０３において分散型発電装置１０１と連系する。電力負荷１０４は、例えば一般家庭で使用されるテレビやエアコン等などであり、分散型発電装置１０１又は商用電源１０２から供給される交流電力を消費する機器である。なお、以下では適宜、第１の電線１０２ａをＵ相、第２の電線１０２ｂをＷ相、第３の電線１０２ｃを中性線であるＯ相とも称する。

本実施の形態に係る分散型発電装置１０１は、発電ユニット１０５、電力変換器１０６、制御器（異常検知器）１０７、電圧検出器１０８、電流検出器１０９、及び、表示器１１０を、少なくとも備えている。また、このうち電圧検出器１０８及び電流検出器１０９は、商用電源１０２からの電力を測定する電力測定器を構成している。

発電ユニット１０５は直流電力を生成するものであり、例えば、酸素と水素とを化学反応させて水を発生すると共に直流電力を生成する燃料電池を採用することができる。電力変換器１０６は、発電ユニット１０５が生成する直流電力を、電力負荷１０４が消費することのできる交流電力に変換すると共に、電力負荷１０４へ出力する。

制御器１０７は、内蔵の不揮発性メモリ１０７ａを備える演算器である。この制御器１０７は、動作モードとして発電モード及び診断モード（異常検知モード）を有している。発電モードでは、電圧検出器１０８で検出される電圧値と、電流検出器１０９で検出される電流値との積により算出される電力値に基づき、発電ユニット１０５及び電力変換器１０６を制御する。診断モードでは、後述するようにして電力測定器の異常の有無を診断する。なお、発電モード及び診断モードは、同時並行して実行することのできる動作モードである。また、制御器１０７は１つのプロセッサ又は論理回路等で構成してもよいし、例えば、発電モードで動作する制御器、及び、診断モードで動作する制御器など、複数の制御器によって構成してもよい。

電圧検出器１０８は、商用電源１０２のＵ相１０２ａ―Ｏ相１０２ｃ間、及び、Ｗ相１０２ｂ―Ｏ相１０２ｃ間の各電圧を検出する。電流検出器１０９は、商用電源１０２と分散型発電装置１０１との連系点１０３に取り付けられ、各電線を流れる電流の大きさ及び正負を検出する。なお、以下では、Ｕ相１０２ａの連系点１０３に取り付けられた電流検出器を第１の電流検出器１０９ａ、Ｗ相１０２ｂの連系点１０３に取り付けられた電流検出器１０９を第２の電流検出器１０９ｂとする。表示器１１０は、ＬＣＤや７セグメントなどで構成され、異常表示や動作情報などの表示を行う。

（診断モードの説明）
次に、分散型発電装置１０１の診断モードでの動作と、その作用について説明する。以下では、特に電流検出器１０９の接続状態の診断を例にして説明する。

分散型発電装置１０１は、発電運転中は常時、連系点１０３での電力を検出する。制御器１０７は、運転中に検出した電力値から逆潮流が発生したと判断した場合、電力変換器１０６の出力を減少させることで逆潮流を解消する。また、検出した電力値により、商用電源１０１から電力負荷１０４へ流れる電力（即ち、電力会社からの買電）を、表示器１１０により表示するなどして、ユーザーへ情報提供を行う。従って、制御器１０７が正確な電力値を取得するためには、電力測定器の異常有無の診断を行う必要がある。特に、電流検出器１０９の故障や電線の断線など、制御器１０７と電流検出器１０９との接続状態を診断する必要がある。本実施の形態に係る分散型発電装置１０１は、このような診断を定期的（例えば、１時間毎）に実行する。

発電ユニット１０５の発電中、診断モードではない制御器１０７は、力率が１となるように電力変換器１０６の出力を制御する。即ち、制御器１０７は、電圧検出器１０８が検出する電圧値に基づき、電力変換器１０６が出力する電力（第１電力）の電流位相を、商用電源１０２からの電力（第２電力）の電圧位相と一致するように制御する。

制御器１０７は、電流検出器１０９の接続状態を診断する際、電力変換器１０６が出力する電流の位相を変化させると共に、電流の位相変化に応じて電流の大きさ（最大値）を大きくする。具体的には、位相変化前の電流の大きさをＩ１、位相変化後の電流の大きさをＩ２、電流及び電圧の位相差の変化量をφとした場合、Ｉ２を、Ｉ２＝Ｉ１／ｃｏｓφを満たす値となるようにする。これにより、位相の変化前後において、電力変換器１０６が出力する有効電力（有効電力Ｐ＝Ｖ・Ｉ・ｃｏｓφ）が一定となる。

即ち、位相の変化前後において、電力変換器１０６は電力負荷１０４へ一定の有効電力を供給することができるため、発電ユニット１０５は、発電電力を一定に保つことができる。そのため、診断の際に、発電ユニット１０５の出力を別途制御する必要がない。

一方、電力変換器１０６の出力電流が、力率１の状態から位相差φの状態へと変化すると、電力変換器１０６からは無効電力が出力されることになる。つまり、電力変換器１０６から無効電力が供給されることで、連系点１０３における無効電力が変化し、連系点１０３における電流値が変化することになる。

上記のように、分散型発電装置１０１は診断の際、有効電力を一定に維持しつつ、無効電力を変化させる。そして、この無効電力の変化を利用して、電流検出器１０９の接続状態の診断を行う。

図２は、本実施の形態に係る分散型発電装置１０１による、電流検出器１０９の接続状態の診断処理を示すフローチャートである。以下、このフローチャートを参照しつつ、診断処理の流れを説明する。なお、ここでは第１の電流検出器１０９ａの診断について言及するが、第２の電流検出器１０９ｂの診断も同様の処理により実現できる。また、第１の電流検出器１０９ａの診断と第２の電流検出器１０９ｂの診断とは、同時並行的に実行してもよいし、順次実行してもよい。

制御器１０７は、通常の発電運転をしている状態（ステップＳ１０）において、この診断を実行する。具体的には、制御器１０７は、電力変換器１０６が出力する電流の位相及び大きさを変化させる前に、第１の電流検出器１０９ａが検出した電流値（例えば、最大値）を内蔵メモリ１０７ａに記憶する（ステップＳ１１）。次に、電力変換器１０６が出力する電流の位相及び大きさを変化させ（ステップＳ１２）、変化後に第１の電流検出器１０９ａが検出した電流値（例えば、最大値）を内蔵メモリ１０７ａに記憶する（ステップＳ１３）。なお、ステップＳ１３で電流値を記憶した後は、適宜のタイミングで、電力変換器１０６が出力する電流の位相及び大きさを元に戻せばよい。

次に、電力変換器１０６の出力電流の位相及び大きさを変化させる前後において内蔵メモリ１０７ａに記憶した電流値の差分を算出する（ステップＳ１４）。そして、算出した差分値が、所定範囲外の値であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。ここで、差分値が所定範囲外の値であった場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、第１の電流検出器１０９ａの接続状態は正常であると判定する（ステップＳ１６）。一方、差分値が所定範囲内の値であった場合は（ステップＳ１５：ＮＯ）、第１の電流検出器１０９ａの接続状態が異常であると判定する（ステップＳ１７）。

即ち、制御器１０７は、電力変換器１０６が出力する電流の位相及び大きさの変化と、電流検出器１０９が検出する電流値の変化とが同期した場合、電流検出器１０９の接続状態を正常と判定する。一方、夫々の変化が同期しなかった場合は、電流検出器１０９の接続状態が異常であると判定する。

ここで、本実施の形態においては、制御器１０７は、電流検出器１０９の接続状態が正常であると判定した場合は（ステップＳ１６）発電を継続する。一方、異常であると判定した場合は（ステップＳ１７）、発電ユニット１０５の発電を停止すると共に、表示器１１０に異常メッセージを表示し、ユーザへ、制御器１０７と電流検出器１０９との接続状態に異常があること知らせる。

なお、接続状態の異常を、表示器１１０を用いてユーザへ知らせるのに替えて、図示しない通信回線を介してメンテナンス端末へ情報を送信し、メンテナンス業者に知らせることとしてもよい。

以上のように、本実施の形態においては、容易な操作によって、系統連系する商用電源からの供給電力を測定する電力測定器の異常を検知することができる。また、分散型発電装置１０１から電力負荷１０４への有効電力の供給量を低下させることなく、電流検出器１０９の接続状態を診断することができる。

特に、発電ユニット１０５として、アノードオフガスを燃焼燃料として再利用する水素生成装置を備える燃料電池ユニットを採用した場合には、有効電力の低下がないことは効果的である。即ち、仮に有効電力が低下すると、アノードオフガス中の水素量が増加するため、水素生成装置での熱量が増加する。この場合、水素生成装置の定常運転状態が崩されることになるため、安定的な運転状態を確保するために別途の制御が必要となる。有効電力の低下がないことは、このような手間を要しない点において好ましい。

また、本実施の形態においては、差分値を所定の閾値（上記所定範囲）と比較して異常の有無判定を行っている。そのため、ノイズなどにより、電流検出器１０９が検出した電流値に過渡的な変化があった場合であっても、高い信頼性をもって、電流検出器１０９の接続状態の診断を行うことができる。

（変形例）
なお、上述した説明では、電力変換器１０６の出力する電流の位相及び大きさの１回の変化に基づいて判定したが、複数回の変化の結果に基づいて判定することとしてもよい。これにより、更に確実に診断結果を得ることが期待できる。

図３は、実施の形態１に係る分散型発電装置１０１による、電流検出器１０９の接続状態の診断処理の変形例を示すフローチャートである。図３に示す診断処理では、上述したステップＳ１０〜Ｓ１７と同様の処理を行う。そして、正常と判定（正常を検知）した場合（ステップＳ１６）は、内蔵メモリ１０７ａの所定領域に、「正常」の判定回数の累積値を記憶する（ステップＳ２０）。一方、異常と判定（異常を検知）した場合（ステップＳ１７）は、内蔵メモリ１０７ａの所定領域に、「異常」の判定回数の累積値を記憶する（ステップＳ２１）。

次に、ステップＳ２０又はステップＳ２１の処理を終えると、「正常」及び「異常」の各累積値の合計が所定値（例えば、４）に達したか否かを判定する（ステップＳ２２）。そして、合計が所定値に達していなければ（ステップＳ２２：ＮＯ）、ステップＳ１０からの処理を再び実行する。一方、合計が所定値に達すると（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、「正常」及び「異常」の各累積値が所定の条件を満たすか否かに基づき、最終的な異常の有無判定を行う（ステップＳ２３）。なお、図３では、「正常」の累積値が「異常」の累積値より大きい場合を最終的な正常判定とし、その他の場合を異常判定とする例を示している。

最終的に正常と判定した場合は（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、内蔵メモリ１０７ａの所定領域に記憶した各累積値を初期化し（ステップＳ２４）、本フローを終了する。なお、この場合は、上述したように発電を継続すると共に、所定時間の経過後に再び診断処理を実行する。一方、最終的に異常と判定した場合は（ステップＳ２３：ＮＯ）、上述したように発電を停止すると共に（ステップＳ２５）、ユーザやメンテナンス業者への報知等を適宜実行する。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る分散型発電装置のブロック図である。なお、図４には、分散型発電装置１０１の他、商用電源１０２及び電力負荷１０４も示している。また、図５は、本実施の形態２に係る電力測定器が測定した電圧及び電流の位相差の関係の一例を示すグラフである。図５では、縦軸を電圧又は電流の大きさ、横軸を時間、としている。

図４に示す分散型発電装置１０１は、図１に示したものと比べると、位相差検出器１１１を備えている点で異なっている。この位相差検出器１１１は、電圧検出器１０８及び電流検出器１０９の夫々から電圧値及び電流値を取得し、取得値に基づいて電圧及び電流の位相差を検出する。なお、図４では、図１に示したものと同様の構成には同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。

以下に、本実施の形態２に係る分散型発電装置１０１の診断モードでの動作と、その作用について説明する。なお、以下では、特に電流検出器１０９の接続状態の診断を例にして説明する。

はじめに、位相差検出器１１１の位相差の検出方法について説明する。位相差検出器１１１には、上述したように、電圧検出器１０８が検出する電圧値と、電流検出器１０９が検出する電流値とが入力される。位相差検出器１１１は、検出した電圧値がマイナスからプラスへ変化する位置を基準とし、電流値が同様にマイナスからプラスへ変化する位置との差を検出することで位相差を検出する。ここで、位相差の検出は、Ｕ相１０２ａ及びＷ相１０２ｂの夫々について個別に行う。即ち、電圧検出器１０８が検出するＵ相１０２ａ−Ｏ相１０２ｃ間の電圧値と、第１の電流検出器１０９ａが検出する電流値とにより、Ｕ相１０２ａにおける電圧及び電流の位相差を検出する。同様に、電圧検出器１０８が検出するＷ相１０２ｂ−Ｏ相１０２ｃ間の電圧値と、第２の電流検出器１０９ｂが検出する電流値とにより、Ｗ相１０２ｂにおける電圧及び電流の位相差を検出する。

図５を用いて、電圧検出器１０８が検出するＵ相１０２ａ−Ｏ相１０２ｃ間の電圧値ＶＵ１と、第１の電流検出器１０９ａが検出する電流値ＩＵ１とにより、Ｕ相１０２ａにおける位相差を検出する方法について、より具体的に説明する。図５では、時刻Ｔ１に、電圧値ＶＵ１がマイナスからプラスへ変化し、時刻Ｔ２に、電流ＩＵ１がマイナスからプラス変化している。位相差検出器１１１は、これらの時刻Ｔ１，Ｔ２を取得し、時刻Ｔ１，Ｔ２の差φ１を、予め算出又は取得した電圧の周期（例えば、電圧値がマイナスからプラスへ変化する、連続する２つの時刻間の時間間隔）で除算し、更に３６０度（２πラジアン）を乗算することで位相差を算出する。なお、電圧及び電流が、プラスからマイナスへ変化する時刻から、上記時刻Ｔ１，Ｔ２を取得してもよい。

次に、制御器１０７が電流検出器１０９の接続状態を診断する方法について説明する。

診断時における電力変換器１０６の動作は、実施の形態１で説明したのと同様である。即ち、制御器１０７は、電流検出器１０９の接続状態を診断する際、電力変換器１０６が出力する電流の位相を変化させると共に、電流の位相変化に応じて電流の大きさ（最大値）を大きくする。具体的には、位相変化前の電流の大きさをＩ１、位相変化後の電流の大きさをＩ２、電流及び電圧の位相差の変化量をφとした場合、Ｉ２を、Ｉ２＝Ｉ１／ｃｏｓφを満たす値となるようにする。これにより、位相の変化前後において、電力変換器１０６が出力する有効電力（有効電力Ｐ＝Ｖ・Ｉ・ｃｏｓφ）が一定となる。

これにより、位相の変化前後において、電力変換器１０６は電力負荷１０４へ一定の有効電力を供給することができるため、発電ユニット１０５は、発電電力を一定に保つことができる。そのため、診断の際に、発電ユニット１０５の出力を別途制御する必要がない。

一方、電力変換器１０６の出力電流が、力率１の状態から位相差φの状態へと変化すると、電力変換器１０６からは無効電力が出力されることになる。つまり、電力変換器１０６から無効電力が供給されることで、連系点１０３における無効電力が変化し、連系点１０３における電圧及び電流の位相差が変化することになる。

上記のように、分散型発電装置１０１は診断の際、有効電力を一定に維持しつつ、無効電力を変化させる。そして、この無効電力の変化を利用して、電流検出器１０９の接続状態の診断を行う。

図６は、本実施の形態に係る分散型発電装置１０１による、電流検出器１０９の接続状態の診断処理を示すフローチャートである。以下、このフローチャートを参照しつつ、診断処理の流れを説明する。なお、ここでは第１の電流検出器１０９ａの診断について言及するが、第２の電流検出器１０９ｂの診断も同様の処理により実現できる。また、第１の電流検出器１０９ａの診断と第２の電流検出器１０９ｂの診断とは、同時並行的に実行してもよいし、順次実行してもよい。

制御器１０７は、通常の発電運転をしている状態（ステップＳ３０）において、この診断を実行する。具体的には、制御器１０７は、電力変換器１０６が出力する電流の位相及び大きさを変化させる前に、位相差検出器１１１が検出したＵ相１０２ａにおける位相差を、内蔵メモリ１０７ａに記憶する（ステップＳ３１）。次に、電力変換器１０６が出力する電流の位相及び大きさを変化させ（ステップＳ３２）、変化後に位相差検出器１１１が検出したＵ相１０２ａにおける位相差を、内蔵メモリ１０７ａに記憶する（ステップＳ３３）。なお、ステップＳ３３で位相差を記憶した後は、適宜のタイミングで、電力変換器１０６が出力する電流の位相及び大きさを元に戻せばよい。

次に、電力変換器１０６の出力電流の位相及び大きさを変化させる前後において内蔵メモリ１０７ａに記憶した位相差の差分を算出する（ステップＳ３４）。そして、算出した差分値が、所定範囲外の値であるか否かを判定する（ステップＳ３５）。ここで、差分値が所定範囲外の値であった場合（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、第１の電流検出器１０９ａの接続状態は正常であると判定する（ステップＳ３６）。一方、差分値が所定範囲内の値であった場合は（ステップＳ３５：ＮＯ）、第１の電流検出器１０９ａの接続状態が異常であると判定する（ステップＳ３７）。

即ち、制御器１０７は、電力変換器１０６が出力する電流の位相及び大きさの変化と、位相差検出器１１１が検出する位相差の変化とが同期した場合、電流検出器１０９の接続状態を正常と判定する。一方、夫々の変化が同期しなかった場合は、電流検出器１０９の接続状態が異常であると判定する。

ここで、本実施の形態においては、制御器１０７は、電流検出器１０９の接続状態が正常であると判定した場合は（ステップＳ３６）発電を継続する。一方、異常であると判定した場合は（ステップＳ３７）、発電ユニット１０５の発電を停止すると共に、表示器１１０に異常メッセージを表示し、ユーザへ、制御器１０７と電流検出器１０９との接続状態に異常があること知らせる。

以上のように、本実施の形態においても、容易な操作によって、系統連系する商用電源からの供給電力を測定する電力測定器の異常を検知することができる。また、分散型発電装置１０２から電力負荷１０４への有効電力の供給量を低下させることなく、電流検出器１０９の接続状態を診断することができる。なお、本実施の形態においても、実施の形態１の変形例を適用することができる。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係る分散型発電装置のブロック図である。なお、図７には、分散型発電装置１０１の他、商用電源１０２及び電力負荷１０４も示している。

図７に示す分散型発電装置１０１は、図１に示したものと比べると、無効電力検出器１１２を備えている点で異なっている。この無効電力検出器１１２は、電圧検出器１０８及び電流検出器１０９の夫々から電圧値及び電流値を取得し、取得値に基づいて無効電力を検出する。なお、図７では、図１に示したものと同様の構成には同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。

以下に、本実施の形態３に係る分散型発電装置１０１の診断モードでの動作と、その作用について説明する。なお、以下では、特に電流検出器１０９の接続状態の診断を例にして説明する。

はじめに、無効電力検出器１１２での無効電力の検出方法について説明する。無効電力検出器１１２には、上述したように、電圧検出器１０８が検出する電圧値と、電流検出器１０９が検出する電流値とが入力される。無効電力検出器１１２は、電圧及び電流の瞬時値の積の平均値により有効電力を算出する。また、電圧及び電流の夫々の実効値を算出し、これらの実効値の乗算により皮相電力を算出する。そして、皮相電力を２乗した値から有効電力を２乗した値を差し引いた値の平方根により、無効電力を算出する。ここで、無効電力の検出は、Ｕ相１０２ａ及びＷ相１０１ｂの夫々について個別に行う。即ち、電圧検出器１０８が検出するＵ相１０２ａ−Ｏ相１０２ｃ間の電圧値と、第１の電流検出器１０９ａが検出する電流値とにより、Ｕ相１０２ａにおける無効電力を検出する。同様に、電圧検出器１０８が検出するＷ相１０２ｂ−Ｏ相１０２ｃ間の電圧値と、第２の電流検出器１０９ｂが検出する電流値とにより、Ｗ相１０２ｂにおける無効電力を検出する。

次に、制御器１０７が、電流検出器１０９の接続状態を診断する方法について説明する。

診断時における電力変換器１０６の動作は、実施の形態１で説明したのと同様である。即ち、制御器１０７は、電流検出器１０９の接続状態を診断する際、電力変換器１０６が出力する電流の位相を変化させると共に、電流の位相変化に応じて電流の大きさ（最大値）を大きくする。具体的には、位相変化前の電流の大きさをＩ１、位相変化後の電流の大きさをＩ２、電流及び電圧の位相差の変化量をφとした場合、Ｉ２を、Ｉ２＝Ｉ１／ｃｏｓφを満たす値となるようにする。これにより、位相の変化前後において、電力変換器１０６が出力する有効電力（有効電力Ｐ＝Ｖ・Ｉ・ｃｏｓφ）が一定となる。

これにより、位相の変化前後において、電力変換器１０６は電力負荷１０４へ一定の有効電力を供給することができるため、発電ユニット１０５は、発電電力を一定に保つことができる。そのため、診断の際に、発電ユニット１０５の出力を別途制御する必要がない。

一方、電力変換器１０６の出力電流が、力率１の状態から位相差φの状態へと変化すると、電力変換器１０６からは無効電力が出力されることになる。つまり、電力変換器１０６から無効電力が供給されることで、連系点１０３における無効電力が変化することになる。

上記のように、分散型発電装置１０１は診断の際、有効電力を一定に維持しつつ、無効電力を変化させる。そして、この無効電力の変化を利用して、電流検出器１０９の接続状態の診断を行う。

図８は、本実施の形態に係る分散型発電装置１０１による、電流検出器１０９の接続状態の診断処理を示すフローチャートである。以下、このフローチャートを参照しつつ、診断処理の流れを説明する。なお、ここでは第１の電流検出器１０９ａの診断について言及するが、第２の電流検出器１０９ｂの診断も同様の処理により実現できる。また、第１の電流検出器１０９ａの診断と第２の電流検出器１０９ｂの診断とは、同時並行的に実行してもよいし、順次実行してもよい。

制御器１０７は、通常の発電運転をしている状態（ステップＳ５０）において、この診断を実行する。具体的には、制御器１０７は、電力変換器１０６が出力する電流の位相及び大きさを変化させる前に、無効電力検出器１１２が検出したＵ相１０２ａにおける無効電力を、内蔵メモリ１０７ａに記憶する（ステップＳ５１）。次に、電力変換器１０６が出力する電流の位相及び大きさを変化させ（ステップＳ５２）、変化後に無効電力検出器１１２が検出したＵ相１０２ａにおける無効電力を、内蔵メモリ１０７ａに記憶する（ステップＳ５３）。なお、ステップＳ５３で無効電力を記憶した後は、適宜のタイミングで、電力変換器１０６が出力する電流の位相及び大きさを元に戻せばよい。

次に、電力変換器１０６の出力電流の位相及び大きさを変化させる前後において内蔵メモリ１０７ａに記憶した無効電力の差分を算出する（ステップＳ５４）。そして、算出した差分値が、所定範囲外の値であるか否かを判定する（ステップＳ５５）。ここで、差分値が所定範囲外の値であった場合（ステップＳ５５：ＹＥＳ）、第１の電流検出器１０９ａの接続状態は正常であると判定する（ステップＳ５６）。一方、差分値が所定範囲内の値であった場合は（ステップＳ５５：ＮＯ）、第１の電流検出器１０９ａの接続状態が異常であると判定する（ステップＳ３７）。

即ち、制御器１０７は、電力変換器１０６が出力する電流の位相及び大きさの変化と、無効電力検出器１１２が検出する無効電力の変化とが同期した場合、電流検出器１０９の接続状態を正常と判定する。一方、夫々の変化が同期しなかった場合は、電流検出器１０９の接続状態が異常であると判定する。

ここで、本実施の形態においては、制御器１０７は、電流検出器１０９の接続状態が正常であると判定した場合は（ステップＳ５６）発電を継続する。一方、異常であると判定した場合は（ステップＳ５７）、発電ユニット１０５の発電を停止すると共に、表示器１１０に異常メッセージを表示し、ユーザへ、制御器１０７と電流検出器１０９との接続状態に異常があること知らせる。

以上のように、本実施の形態においても、容易な操作によって、系統連系する商用電源からの供給電力を測定する電力測定器の異常を検知することができる。また、分散型発電装置１０２から電力負荷１０４への有効電力の供給量を低下させることなく、電流検出器１０９の接続状態を診断することができる。なお、本実施の形態においても、実施の形態１の変形例を適用することができる。

（変形例）
なお、本実施の形態３では、無効電力検出器１１２が検出する無効電力値を用いて診断するのに替えて、皮相電力検出器が検出する皮相電力値を用いて診断することとしてもよい。この場合、図７に示す分散型発電装置１０１において、無効電力検出器１１２を皮相電力検出器に置換すればよい。

ここで、皮相電力検出器は、電圧検出器１０８が検出する電圧値と、電流検出器１０９が検出する電流値とにより、電圧及び電流の夫々の実効値を算出し、これらの実効値の乗算により皮相電力を算出する。そのため、制御器１０７は、電力変換器１０６が出力する電流の位相及び大きさを変化させることにより、電力変換器１０６からの電力を、有効電力を一定としつつ無効電力を変化させることができる。その結果、連系点１０３における皮相電力が変化するため、この皮相電力の変化に基づき、電流検出器１０９の接続状態を診断することが可能となる。なお、このような皮相電力による診断フローは、図８に示したフローチャートにおいて、各処理中の「無効電力」を「皮相電力」に置換した内容となる。

また、上述した実施の形態１〜３では、電流の位相及び大きさを変化させる前の力率を１とした場合について説明したが、力率が１未満の場合であっても本発明を適用することができる。即ち、変化前の力率にかかわらず、電流の位相及び大きさを変化させることにより、電力測定器１０６が出力する有効電力を変化させずに、無効電力のみを変化させることができる。従って、この無効電力の変化に基づき、上述した各実施の形態で説明したのと同様にして、電流測定器１０９の接続状態の診断を行うことができる。

なお、無効電力を変化させることのみを目的とする場合には、上記ステップＳ１２，Ｓ３２，Ｓ５２において、電流の位相及び大きさの両方を変化させる必要はない。具体的には、力率が１の場合であれば、少なくとも電流の位相を変化させることにより、無効電力を変化させることができる。また、力率が１未満の場合であれば、電流の位相及び大きさのうち少なくとも何れか一方を変化させることにより、無効電力を変化させることができる。

また、実施の形態１〜３では電流測定器１０９の接続状態を診断する場合について説明したが、本発明は、電圧測定器１０８の接続状態の診断に対しても適用することができる。更に、本発明を適用できる商用電源は単相三線式に限定されず、例えば、単相二線式の商用電源などにも適用することができる。

本発明は、系統連系する商用電源からの供給電力を測定する電力測定器の異常を検知する分散型発電装置に適用することができる。その結果、分散型発電装置から電力負荷への有効電力の供給量を低下させることなく、電流検出器等の接続状態を診断することができる。また、太陽光発電装置、風力発電装置、太陽熱発電装置などの分散型発電装置にも適用することができる。

１０１ 分散型発電装置
１０２ 商用電源
１０４ 電力負荷
１０５ 発電ユニット
１０６ 電力変換器
１０７ 制御器
１０８ 電圧検出器
１０９ａ 第１の電流検出器
１０９ｂ 第２の電流検出器
１１１ 位相差検出器
１１２ 無効電力検出器

Claims (9)

1. 商用電源と連系する分散型発電装置であって、
   直流電力を発電する発電ユニット、
   該発電ユニットからの直流電力を交流電力（以下、第１電力）に変換して電力負荷へ出力する電力変換器、
   前記商用電源から前記電力負荷へ供給される電力（以下、第２電力）を測定する電力測定器、及び、
   該電力測定器の異常を検知する異常検知器、を備え、
   前記電力測定器は、前記第２電力の電流値を測定する電流測定器と、前記電力変換器及び前記商用電源を結ぶ電線間の電圧値を測定する電圧測定器と、を含み、
   前記異常検知器は、
   前記第１電力の無効電力を変化させた場合に、該無効電力の変化と、前記電力測定器が測定した前記第２電力の変化と、に基づいて前記電力測定器の異常検知を行う、分散型発電装置。
2. 前記異常検知器は、無効電力の変化前後において前記第１電力の有効電力が一定となるように、該第１電力の電流の大きさと、電流及び電圧の位相差とを調整する、請求項１に記載の分散型発電装置。
3. 前記異常検知器は、前記第１電力の無効電力の変化に対し、前記電力測定器が測定した前記第２電力の変化量が所定の閾値以下であった場合に、前記電力測定器に異常があると判定する、請求項１又は２に記載の分散型発電装置。
4. 前記異常検知器は、前記第１電力の無効電力の変化前後における、前記電力測定器が測定した第２電力の電流の大きさの変化に基づき、前記電力測定器の異常検知を行う、請求項１乃至３の何れかに記載の分散型発電装置。
5. 前記異常検知器は、前記第１電力の無効電力の変化前後における、前記電力測定器が測定した第２電力の電流及び電圧の位相差の変化に基づき、前記電力測定器の異常検知を行う、請求項１乃至３の何れかに記載の分散型発電装置。
6. 前記異常検知器は、前記第１電力の無効電力の変化前後における、前記電力測定器が測定した第２電力の無効電力の変化に基づき、前記電力測定器の異常検知を行う、請求項１乃至３の何れかに記載の分散型発電装置。
7. 前記異常検知器は、前記第１電力の無効電力の変化前後における、前記電力測定器が測定した第２電力の皮相電力の変化に基づき、前記電力測定器の異常検知を行う、請求項１乃至３の何れかに記載の分散型発電装置。
8. 前記異常検知器は、前記異常検知を複数回実行し、その結果に応じて前記電力測定器の異常の有無を判定する、請求項１乃至７の何れかに記載の分散型発電装置。
9. 発電ユニットからの直流電力を交流電力（以下、第１電力）に変換して電力負荷へ出力するステップ、
   商用電源から前記電力負荷へ供給される電力（以下、第２電力）を、電力測定器により測定するステップ、
   前記第１電力の無効電力を変化させるステップ、
   前記第１電力の無効電力の変化前後において、前記電力測定器により測定した前記第２電力の変化を取得するステップ、及び、
   前記第１電力の無効電力の変化と、前記第２電力の変化と、に基づいて前記電力測定器の異常検知を行うステップ、を備える分散型発電機の運転方法。

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