JP5155364B2 - 分散型電源の位相跳躍検出方法及び系統連系保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、分散型電源の位相跳躍検出方法及び系統連系保護装置、特に系統停止の検知に関するものである。

従来、分散型電源の位相跳躍検出方法及び系統連系保護装置では、分散型電源が連系する系統又はその上位系統の事故時や作業時等による系統停止時に、分散型電源が系統から解列されない状態で単独運転を継続していると、本来無電圧であるべき商用系統が充電されることとなる。よって、分散型電源の単独運転状態を検出したならば、分散型電源を系統から解列するか、又は分散型電源の単独運転を停止する必要がある。

特許文献１には、系統電圧の周期が定常的に変動した場合でも、誤った判定をすることがない分散型電源の単独運転検出方法が記載されている。特許文献２には、系統電圧のゼロクロス点を検出し、ゼロクロスとゼロクロス間の時間をカウントし、そのカウント値の変化で位相跳躍を検出する方法が記載されている。

特許文献３には、第２の位相跳躍検出回路を設け、所定のサイクル後にも位相ずれが検出された場合に単独運転と判定する方法が記載されている。特許文献４には、連続ｎサイクルのゼロクロスの位相ずれで、位相跳躍を検出する方法が記載されている。

特開２００１−２８６０６３号公報 特開平０６−２８４５６０号公報 特開平０７−３２２５０７号公報 特開平０８−０８８９７９号公報

しかしながら、従来の分散型電源の位相跳躍検出方法及び系統連系保護装置では、以下の課題があった。

（１） 系統電圧のゼロクロス点を検出し、ゼロクロスとゼロクロス間の時間変化で位相跳躍を検出する方法は、商用系統の高調波歪や、負荷投入等に起因する波形歪、及びノイズ等で誤判定する場合があった。

（２） 連続して位相跳躍を検出したか否かを更に判定することにより、誤動作する可能性が低減されるが、検出時間が長くなっていた。更に、電圧波形歪及びノイズ等に影響されやすいため、検出精度が悪化していた。

（３） 系統電圧のゼロクロス点を検出するため、専用のゼロクロス回路を要していた。よって、分散型電源の位相跳躍検出方法を実装する系統連系保護装置のコストアップ要因となっていた。

本発明の分散型電源の位相跳躍検出方法は、交流電圧の瞬時位相を検出する瞬時位相検出処理と、前記瞬時位相に基づいて同期位相差分及び同期位相を生成する同期位相処理と、前記同期位相差分及び前記同期位相に基づいて標準位相を生成し、位相差が所定の条件のときに前記標準位相を前記同期位相と同期させる標準位相生成処理と、前記瞬時位相と前記標準位相との差分である前記位相差を算出する位相差分算出処理と、前記位相差が所定値以上ならば位相跳躍信号を出力する位相跳躍判定処理と、を有することを特徴とする。
本発明の他の分散型電源の位相跳躍検出方法は、交流電圧の瞬時位相を検出する瞬時位相検出処理と、前記瞬時位相に基づいて同期位相差分及び同期位相を生成する同期位相処理と、前記同期位相差分及び前記同期位相に基づいて標準位相を生成し、位相差が所定の条件のときに前記標準位相を前記同期位相と同期させる標準位相生成処理と、前記瞬時位相と前記標準位相との差分である前記位相差を算出する位相差分算出処理と、前記位相差が所定値以上ならば位相跳躍信号を出力する位相跳躍判定処理と、第１の周期で前記位相差の平均である位相差平均を演算する平均値演算処理と、を有し、前記位相跳躍判定処理は、前記位相差平均が前記所定値以上ならば、前記位相跳躍信号を出力することを特徴とする。

本発明の系統連系保護装置は、前記分散型電源の位相跳躍検出方法によって前記位相跳躍信号を出力する受動的方式検出部と、前記分散型電源を動作又は停止する制御部と、を有する系統連系保護装置であって、前記制御部は、前記位相跳躍信号が出力された場合、前記分散型電源の単独運転状態と判断することを特徴とする。
本発明の他の系統連系保護装置は、前記分散型電源の位相跳躍検出方法によって前記位相跳躍信号を出力する受動的方式検出部と、前記分散型電源を商用系統電源から解列する解列部と、を有する系統連系保護装置であって、前記解列部は、前記位相跳躍信号が出力された場合、前記分散型電源の単独運転状態と判断することを特徴とする。

本発明の分散型電源の位相跳躍検出方法及び系統連系保護装置によれば、次の（１），（２）のような効果がある。

（１） 従来，交流電圧のゼロクロス点のみで位相跳躍の判定を行っていた。本発明では、交流電圧のサンプリング毎に位相跳躍が判定可能であり、判断できる回数は、従来に比べ百倍以上（例えば、サンプリング周波数が２０ｋＨｚで交流周波数５０Ｈｚの場合には約２００倍，交流周波数６０Ｈｚの場合には約１６７倍）である。よって、位相跳躍を高精度且つ高速に検出可能である。

（２） 専用ゼロクロス回路を追加することなく、通常のアナログ／デジタル変換器を搭載したデジタルシグナルプロセッサ上のソフトウエアで位相跳躍が判定できる。よって、低コストに実現可能である。

図１は、本発明の実施例１における受動的方式検出部を示す概略の構成図である。 図２は、本発明の実施例１における受動的方式検出部を示す詳細な構成図である。 図３は、本発明の実施例１における系統連系保護装置を示す概略の構成図である。 図４は、本発明の実施例１における分散型電源の位相跳躍検出方法を示すフローチャートである。 図５は、従来技術による位相跳躍検出方法の例を示す図である。 図６は、本発明の実施例１による商用系統の位相跳躍検出方法の例を示す図である。 図７は、本発明の実施例２における受動的方式検出部を示す詳細な構成図である。 図８は、本発明の実施例２における分散型電源の位相跳躍検出方法を示すフローチャートである。 図９は、本発明の実施例２による商用系統の位相跳躍検出方法の例を示す図である。 図１０は、本発明の実施例２による歪んだ商用系統の位相跳躍検出方法の例を示す図である。

本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

（実施例１の構成）
図３は、本発明の実施例１における系統連系保護装置を示す概略の構成図である。

系統連系保護装置１０は、例えば分散型電源であるインバータ１３を、商用系統電源である系統電源１００に連系させる機能を有している。系統連系保護装置１０の一方の入力端子は、変圧器１０１を介して系統電源１００に接続され、更に構内負荷１１０が並列に接続されている。系統連系保護装置１０の他方の入力端子は、太陽電池モジュール１２０に接続されている。

系統連系保護装置１０は、例えばマグネットコンダクタである開閉器１２と、インバータ１３と、受動的方式検出部１７と、ゲートブロック２１と、系統連系制御部２３と、ドライブ回路２４とを有している。

開閉器１２は、図示しない制御信号によって、インバータ１３を系統電源１００から解列する解列部である。インバータ１３は、太陽電池モジュール１２０が出力する直流電圧を、所定の直流電圧に昇圧したのち交流電圧に変換する。インバータ１３は、分散型電源である。ドライブ回路２４は、太陽電池モジュール１２０及びインバータ１３を動作又は停止する制御部である。受動的方式検出部１７は、交流電圧を元に分散型電源の単独運転状態を検出する。

系統連系保護装置１０の一方の入力端子は、開閉器１２の一方の端子と、受動的方式検出部１７に接続されている。開閉器１２の他方の端子は、インバータ１３の交流電圧出力端子に接続されている。

インバータ１３は、直流電圧入力端子と、交流電圧出力端子と、制御端子とを有している。インバータ１３の直流電圧入力端子は、太陽電池モジュール１２０に接続されている。インバータ１３の制御端子は、ドライブ回路２４の出力側に接続されている。

受動的方式検出部１７の出力側は、ゲートブロック２１を介してドライブ回路２４に接続されている。ドライブ回路２４には更に、系統連系制御部２３が接続されており、ドライブ回路２４の出力側はインバータ１３の制御端子に接続されている。

図１は、本発明の実施例１における受動的方式検出部を示す概略の構成図である。

受動的方式検出部１７は、変圧器１０１を介して商用系統電源である系統電源１００と接続されている。この系統電源１００は、受動的方式検出部１７に３相交流電圧を供給する。

本実施例１の受動的方式検出部１７は、アナログ／デジタル変換ポート（以下、「Ａ／Ｄ変換ポート」という。）を有するデジタルシグナルプロセッサ（以下、「ＤＳＰ」という。）と、ＤＳＰに搭載されたソフトウエアとで構成されている。受動的方式検出部１７を構成するデジタルシグナルプロセッサのＡ／Ｄ変換ポートには、系統電源１００に係る３相交流電圧が入力され、出力ポートから位相跳躍信号Ｐを出力するよう構成されている。

受動的方式検出部１７のソフトウエアは、３相交流電圧の瞬時位相θを検出する瞬時位相検出部３０と、瞬時位相θを元に標準位相φstdを生成するPhase-locked loop部（以下、「ＰＬＬ部」という。）４０及び標準位相生成部５０と、入力の差分を演算する差分演算器６１と、入力された瞬時位相差φpjに基づいて位相跳躍を判定して位相跳躍信号Ｐを出力する位相跳躍判定部６３とを有している。

瞬時位相検出部３０には、変圧器１０１を介して系統電源１００が接続され、瞬時位相検出部３０の出力側は、ＰＬＬ部４０と、差分演算器６１の加算側に接続されている。ＰＬＬ部４０の出力側は、標準位相生成部５０を介して差分演算器６１の減算側に接続されている。差分演算器６１の出力側は、位相跳躍判定部６３に接続されている。位相跳躍判定部６３は、位相跳躍信号Ｐを出力する。

図２は、本発明の実施例１における受動的方式検出部を示す詳細な構成図である。

受動的方式検出部１７のソフトウエアは、前述したように３相交流電圧の瞬時位相θを検出する瞬時位相検出部３０と、瞬時位相θを元に標準位相φstdを生成するＰＬＬ部４０及び標準位相生成部５０と、入力の差分を演算する差分演算器６１と、入力された瞬時位相差φpjに基づいて位相跳躍を判定する位相跳躍判定部６３とを有している。

瞬時位相検出部３０は、３相／２相電圧変換部３１と、ベクトル演算部３２とを有している。瞬時位相検出部３０に入力された交流電圧は、図示しないＡ／Ｄ変換器によって変換され、３相／２相電圧変換部３１及びベクトル演算部３２によって瞬時位相θが算出される。

ＰＬＬ部４０は、瞬時位相θを元に、同期位相差分Δφpllと同期位相φpllとを出力する機能を有している。

ＰＬＬ部４０は、差分演算器４１と、−π〜π変換部４２と、比例積分制御演算部（以下、「ＰＩ演算部」という。）４３と、遅延部４４と、加算演算器４５と、加算演算器４６と、０〜２π変換部４７と、遅延部４８とを有している。

ＰＬＬ部４０への入力は、差分演算器４１の加算側に接続され、加算演算器４５の出力は、差分演算器４１の減算側に接続されている。差分演算器４１の出力は、−π〜π変換部４２及びＰＩ演算部４３を介して、同期位相差分ΔφpllとしてＰＬＬ部４０から出力されると共に、遅延部４４を介して加算演算器４５に接続され、更に加算演算器４６にも接続されている。加算演算器４６には、更に遅延部４８の出力が接続されている。加算演算器４６の出力は、０〜２π変換部４７を介して同期位相φpllとしてＰＬＬ部４０から出力されると共に、遅延部４８に入力されている。遅延部４８の出力は、加算演算器４５と加算演算器４６とに出力されている。

標準位相生成部５０は、ＰＬＬ部４０から出力された同期位相差分Δφpllと同期位相φpllとを元に、標準位相φstdを生成する機能を有している。更に標準位相生成部５０は、瞬時位相差φpjが閾値φpjchg1以下であるとき又は所定のＭ回の交流周期に亘って瞬時位相差φpjが閾値φpjchgを超えているとき、且つ瞬時位相差φpjが設定値φpjset1以下で位相跳躍信号Ｐを出力していないときに、標準位相φstdを同期位相φpllと同期させる機能を有している。所定のＭ回の交流周期は、ノイズの影響を除去するため、標準位相φstdの周期によって算出する。標準位相生成部５０は、平均値演算部５１と、標準位相演算部５２と、位相跳躍仮判定部５３とを有している。

ＰＬＬ部４０から出力された同期位相差分Δφpllは、平均値演算部５１を介して標準位相生成部５０に出力される。標準位相生成部５０には更に、ＰＬＬ部４０から出力された同期位相φpllが接続され、標準位相φstdを差分演算器６１の減算側に出力する。更に、差分演算器６１が出力した瞬時位相差φpjは、位相跳躍仮判定部５３を介して標準位相生成部５０に出力されている。

位相跳躍検出部６０は、前述した標準位相生成部５０と、差分演算器６１と、位相跳躍判定部６３とを有している。差分演算器６１の減算側は、標準位相生成部５０に接続され、差分演算器６１の加算側は、瞬時位相検出部３０に接続されている。差分演算器６１は、瞬時位相差φpjを位相跳躍判定部６３と標準位相生成部５０に出力する。位相跳躍判定部６３は、差分演算器６１の出力側に接続されている。位相跳躍判定部６３は、瞬時位相差φpjを元に位相跳躍信号Ｐを出力する。

（実施例１の動作）
図３を元に、本発明の実施例１における系統連系保護装置１０の動作を説明する。

構内負荷１１０は、変圧器１０１を介して系統電源１００からの３相交流電圧が供給されている。系統連系保護装置１０が起動すると、系統連系制御部２３は、ドライブ回路２４を介してインバータ１３を運転するように制御する。ドライブ回路２４は、分散型電源である太陽電池モジュール１２０を運転又は停止させる制御部である。

インバータ１３は、分散型電源である太陽電池モジュール１２０からの直流電圧を３相交流電圧に変換し、開閉器１２を介して構内負荷１１０に供給する。開閉器１２は、分散型電源である太陽電池モジュール１２０を前記商用系統電源から解列するように制御する解列部である。

受動的方式検出部１７は、３相交流電圧の位相跳躍を検出すると、分散型電源の単独運転状態としてゲートブロック２１に位相跳躍信号Ｐを出力する。位相跳躍信号Ｐが、第２の期間である所定の期間に亘ってゲートブロック２１に出力され、このゲートブロック２１を介してドライブ回路２４に入力されると、ドライブ回路２４は、インバータ１３の動作を停止するように制御する。本実施例１において第２の期間は、系統電源１００の交流電圧の周期の倍数のいずれかであるが、これに限定されるものではない。

図１を元に、本実施例１の受動的方式検出部１７の動作を説明する。
瞬時位相検出部３０は、３相交流電圧を元に瞬時位相θを検出する瞬時位相検出処理を行う。ＰＬＬ部４０は、瞬時位相θを元に同期位相φpllと同期位相差分Δφpllを生成する同期位相処理を行う。標準位相生成部５０は、同期位相φpllと同期位相差分Δφpllから標準位相φstdを生成する標準位相生成処理を行う。差分演算器６１は、サンプリング周期毎に瞬時位相θと標準位相φstdとの差を演算して瞬時位相差φpjを算出する位相差分算出処理を行う。位相跳躍判定部６３は、瞬時位相差φpjを元に位相跳躍したか否かを判定し、位相跳躍信号Ｐを出力する位相跳躍判定処理を行う。

図２を元に、本実施例１の受動的方式検出部１７の動作を説明する。
瞬時位相検出部３０は、３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの値に基づいて、電圧ベクトルの瞬時位相θを算出する機能を有している。３相電圧がそれぞれ正弦波からなるとき、瞬時位相θは、鋸波状の波形となる。瞬時位相検出部３０は、交流電圧の瞬時位相θをサンプリング周期ｔsごとに検出する瞬時位相検出処理を行う。

瞬時位相検出部３０の３相／２相電圧変換部３１は、３相電圧の値に基づいて、瞬時空間電圧ベクトルのα軸成分Ｖα及びβ軸成分Ｖβとを算出する機能を有している。

ベクトル演算部３２は、瞬時空間電圧ベクトルのα軸成分Ｖα及びβ軸成分Ｖβに基づいて、電圧ベクトルの瞬時位相θを算出する機能を有している。

ＰＬＬ部４０は、略鋸波状の瞬時位相θに基づいて、鋸波状の同期位相φpllと、同期位相差分Δφpllとを演算して出力する機能を有している。

差分演算器４１は、瞬時位相θと加算演算器４５の出力との差分を演算する。この差分は、−π〜π変換部４２によって位相エラー量ｅに変換される。位相エラー量ｅは、ＰＩ演算部４３によって比例積分制御が行われ、同期位相差分Δφpllが生成され、ＰＬＬ部４０から出力される。この比例積分制御によって、同期位相φpllは、瞬時位相θに同期する。ＰＬＬ部４０の同期位相φpllと瞬時位相θとを同期させるときの時定数Ｔｐは、交流周期にして数周期である。時定数Ｔｐは、後述する位相跳躍判定部６３が、瞬時位相差φpj等を判定する時間よりも長く設定されている。更に、時定数Ｔｐは、後述する変形例（ｇ）における第３の期間よりも長く設定されている。

更に同期位相差分Δφpllは、加算演算器４６によって、直前のサンプリング周期の同期位相φpllと加算され、０〜２π変換部４７によって、新たな同期位相φpllが生成されＰＬＬ部４０から出力される。

同期位相差分Δφpllは、遅延部４４によってサンプリング周期だけ遅延される。同期位相φpllは同様に、遅延部４８によってサンプリング周期だけ遅延される。遅延された同期位相φpllと、遅延された同期位相差分Δφpllは、加算演算器４５によって加算され、差分演算器４１の減算側に出力される。

標準位相生成部５０の平均値演算部５１は、第１の周期である交流周期で、同期位相差分Δφpllの平均値である位相増量Δφstdを演算して、標準位相演算部５２に出力する。第１の周期である交流周期は、ノイズの影響を除去するため、標準位相φstdの周期によって算出する。

標準位相演算部５２は、位相増量Δφstdと、同期位相φpllから標準位相φstdを演算して、差分演算器６１の減算側に出力する。位相跳躍仮判定部５３は、後述する瞬時位相差φpjを元に、標準位相φstdを同期位相φpllに同期させるか否かを標準位相演算部５２に指示する。

本実施例１では、標準位相生成部５０は、第１の期間であるＭ回の交流周期に亘って瞬時位相差φpjが所定値以上であるとき、標準位相φstdを同期位相φpllと同期させている。しかし、これに限定されず、標準位相φstdを瞬時位相θに同期させてもよい。第１の期間であるＭ回の交流周期は、ノイズの影響を除去するため、標準位相φstdの周期によって算出する。

差分演算器６１は、サンプリング周期毎に瞬時位相θと標準位相φstdとの差を演算して瞬時位相差φpjを算出し、位相跳躍判定部６３と位相跳躍仮判定部５３に出力する。位相跳躍判定部６３は、瞬時位相差φpjを元に位相跳躍したか否かを判定し、位相跳躍信号Ｐを出力する。

図４は、本発明の実施例１における分散型電源の位相跳躍検出方法を示すフローチャートである。左側のコメントは動作主体を示しているが、位相跳躍検出部６０が動作主体である場合には、コメントは記載されていない。

処理が開始すると、ステップＳ１において、標準位相演算部５２は、前回のサンプリング時の標準位相φstdの値に位相増量Δφstdを積算し、新たな標準位相φstdとする。ステップＳ２において、位相跳躍検出部６０は、現在の交流周期に於けるサンプリング周期数ｎをカウントする。ステップＳ３において、平均値演算部５１は、位相増量値SUMΔφに、同期位相差分Δφpllを積算する。

ステップＳ４において、差分演算器６１は、瞬時位相θと標準位相φstdとの差から、瞬時位相差φpjを演算する。ステップＳ５において、位相跳躍検出部６０は、瞬時位相差φpjを、−π〜πの値へと変換する。

ステップＳ６において、位相跳躍判定部６３は、瞬時位相差φpjが設定値φpjset1を超過しているか否かを判定する。超過していたならばステップＳ１９の処理を行う。ステップＳ１９において、位相跳躍判定部６３は、位相跳躍検出として位相跳躍信号Ｐを出力し、図４の処理を終了する。

ステップＳ７において、位相跳躍検出部６０は、現在の交流周期が経過したか否かを判断する。具体的には、標準位相φstdが２πを超えたか否かを判断し、超えていたならばステップＳ９の処理に移行し、超えていなかったならばステップＳ１の処理に戻る。

ステップＳ９において、位相跳躍仮判定部５３は、非同期周期数ｍが閾値Ｍ以上であるか判定し、閾値Ｍ以上であったならば、ステップＳ１２の処理へ移行する。

ステップＳ１０において、位相跳躍仮判定部５３は、瞬時位相差φpjが閾値φpjchg1を超過したか否かを判定する。閾値φpjchg1を超過したならばステップＳ１５の処理に移行する。閾値φpjchg1を超過していなかったならば、ステップＳ１２の処理に移行する。

ステップＳ１５において、標準位相演算部５２は、非同期周期数ｍをカウントし、ステップＳ１６において、標準位相φstdを０〜２πのいずれかの値へ変換し、ステップＳ１７の処理に移行する。

ステップＳ１２において、標準位相演算部５２は、標準位相φstdを同期位相φpllで更新する。ステップＳ１３において、平均値演算部５１と標準位相演算部５２は、位相増量値SUMΔφをサンプリング周期数ｎで除算し、位相増量Δφstdを算出する。ステップＳ１４において、位相跳躍仮判定部５３は、標準位相演算部５２の非同期周期数ｍをクリアし、ステップＳ１７の処理に移行する。

ステップＳ１７において、次の交流周期の処理のため、変数を初期化し、ステップＳ１の処理に戻る。

図５は、従来技術による位相跳躍検出方法の例を示す図である。縦軸は系統電源１００に代表される交流の電圧を示し、横軸は経過時間を示している。実線は系統電源１００のいずれかの相の電圧であり、点線は系統電源１００に位相跳躍が発生しなかった場合の電圧である。

時間ｔｒにおいて、交流電圧の位相跳躍が発生している。時間ｔ０〜ｔ３において、交流電圧のゼロクロスが発生している。

このとき、交流電圧のゼロクロス点の時間ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３において、交流周期Ｔｎを測定し、直近の交流周期Ｔｎと１周期前の交流周期Ｔｎ−１との差が閾値以上である場合は、位相跳躍検出として位相跳躍信号Ｐを出力する。

図５では、時間ｔ２のゼロクロス点において、直近の交流周期Ｔｎは、時間ｔ２から時間ｔ１を減算して算出する。１周期前の交流周期Ｔｎ−１は、時間ｔ１から時間ｔ０を減算して算出する。直近の交流周期Ｔｎと１周期前の交流周期Ｔｎ−１との差は、閾値以上であるため、位相跳躍が発生したことが検出できる。

図６は、本発明の実施例１による商用系統の位相跳躍検出方法の例を示す図である。

最も上の図は、系統電源１００の３相電圧を示し、縦軸は電圧を示している。実線は系統電源１００の３相線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕであり、点線は系統電源１００に位相跳躍が発生しなかった場合の電圧である。

２番目の図は、瞬時位相θと標準位相φstdを示し、縦軸は位相を示している。実線は瞬時位相θであり、点線は標準位相φstdである。

３番目の図は、瞬時位相差φpjを示し、横軸は全て経過時間を示している。

図６では、時間ｔｒにおいて、交流電圧の位相跳躍が発生している。時間ｔ０〜ｔ３は、標準位相φstdの位相が２πから０に戻るときである。

本実施例１では、３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗから瞬時位相θを求め、瞬時位相θから標準位相φstdを求めている。更に、瞬時位相θと標準位相φstdとの差である瞬時位相差φpjを求めている。瞬時位相差φpjが設定値φpjset1を超えたときに，位相跳躍検出として位相跳躍信号Ｐを出力する。

（実施例１の効果）
本実施例１の分散型電源の位相跳躍検出方法及び系統連系保護装置によれば、次の（Ａ）〜（Ｃ）のような効果がある。

（Ａ） 従来，交流電圧のゼロクロス点のみで位相跳躍の判定を行っていた。本実施例１では、交流電圧のサンプリング毎に位相跳躍が判定可能であり、判断できる回数は、従来に比べ百倍以上（例えば、サンプリング周波数が２０ｋＨｚで交流周波数５０Ｈｚの場合には約２００倍、交流周波数６０Ｈｚの場合には約１６７倍）である。よって、位相跳躍を高精度且つ高速に検出可能である。

（Ｂ） 専用ゼロクロス回路を追加することなく、通常のＡ／Ｄ変換器を搭載したＤＳＰ上のソフトウエアで位相跳躍が判定できる。よって、低コストに実現可能である。

（Ｃ） ＰＬＬ部４０は、瞬時位相θと時定数Ｔｐで同期し、同期位相φpllを生成する。この同期位相φpllと瞬時位相θとを比較することによって、ＰＬＬ部４０の時定数Ｔｐよりも短い成分のノイズを除去可能である。

（実施例２の構成）
図７は、本発明の実施例２における受動的方式検出部を示す詳細な構成図であり、実施例１を示す図２中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

本実施例２における系統連系保護装置１０Ａは、実施例１と同様に変圧器１０１を介して系統電源１００に接続されている。系統連系保護装置１０Ａに搭載されている受動的方式検出部１７Ａのソフトウエアは、実施例１と同様な瞬時位相検出部３０と、ＰＬＬ部４０と、差分演算器６１とを有し、実施例１の標準位相生成部５０とは異なる標準位相生成部５０Ａと、実施例１の位相跳躍判定部６３とは異なる位相跳躍判定部６３Ａとを有し、更に、瞬時位相差φpjの平均値である瞬時位相差平均φpjaveを演算する平均値演算部６２を有している。

標準位相生成部５０Ａは、実施例１の位相跳躍仮判定部５３とは異なる位相跳躍仮判定部５３Ａを有している。標準位相生成部５０Ａは、ＰＬＬ部４０から出力された同期位相差分Δφpllと同期位相φpllとを元に、標準位相φstdを生成する機能を有している。更に標準位相生成部５０Ａは、瞬時位相差φpjと瞬時位相差平均φpjaveとが閾値以下であるとき又は所定のＭ回の交流周期に亘って瞬時位相差φpj又は瞬時位相差平均φpjaveが閾値を超えているとき、且つ瞬時位相差φpjは設定値φpjset1以下で位相跳躍信号Ｐを出力していないときに、標準位相φstdを同期位相φpllと同期させる機能を有している。標準位相生成部５０Ａには、実施例１と同様にＰＬＬ部４０の出力側と、差分演算器６１の出力側が接続され、更に平均値演算部６２の出力側が接続されている。

差分演算器６１の出力側は、標準位相生成部５０Ａに接続されていると共に、平均値演算部６２に接続されている。平均値演算部６２の出力側は、標準位相生成部５０Ａと位相跳躍判定部６３Ａとに接続されている。

（実施例２の動作）
図７を元に、受動的方式検出部１７Ａの動作について説明する。

系統電源１００の３相交流電圧が入力されたのち、瞬時位相θと標準位相φstdから瞬時位相差φpjが出力されるまでは、実施例１の受動的方式検出部１７の動作と同様である。

瞬時位相差φpjは、平均値演算部６２によって、第１の周期である標準位相φstdによる交流周期ごとに平均が演算され、瞬時位相差平均φpjaveとして出力される。すなわち、平均値演算部６２は、第１の周期で瞬時位相差φpjの平均である瞬時位相差平均φpjaveを演算する平均値演算処理を行う。

瞬時位相差平均φpjaveは、位相跳躍判定部６３Ａによって、所定値である設定値φpjset2を超過しているか否か判定され、超過しているならば位相跳躍信号Ｐが出力される。すなわち、位相跳躍判定部６３Ａは、瞬時位相差平均φpjaveが所定値以上ならば、位相跳躍信号Ｐを出力する位相跳躍判定処理を行う。

図８は、本発明の実施例２における分散型電源の位相跳躍検出方法を示すフローチャートであり、実施例１を示す図４中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

処理が開始したのち、ステップＳ１〜Ｓ５までの処理は、実施例１と同様である。ステップＳ６Ａにおいて、平均値演算部６２は、瞬時位相差φpjを積算して、瞬時位相差積算SUMφpjを得る。ステップＳ７の処理は、実施例１と同様である。

ステップＳ８Ａにおいて、平均値演算部６２は、瞬時位相差積算SUMφpjをサンプリング周期数ｎで除算し、瞬時位相差平均φpjaveを演算する。その後、ステップＳ９，Ｓ１０の処理は、実施例１と同様である。

ステップＳ１１Ａにおいて、位相跳躍仮判定部５３は、瞬時位相差平均φpjaveが閾値φpjchg2を超過しているか否かを判定する。超過していないならばステップＳ１２の処理へ移行し、超過していたならばステップＳ１５の処理へ移行する。

その後、ステップＳ１２〜Ｓ１７及び、ステップＳ１５〜Ｓ１７の処理は、実施例１と同様である。

ステップＳ１８Ａにおいて、位相跳躍判定部６３は、瞬時位相差平均φpjave
が設定値φpjset2を超過しているか否かを判定する。超過していなかったならばステップＳ１の処理に戻り、超過していたならばステップＳ１９の処理を行う。

ステップＳ１９において、位相跳躍判定部６３Ａは、位相跳躍信号Ｐを出力し、図８の処理を終了する。

図９は、本発明の実施例２による商用系統の位相跳躍検出方法の例を示す図である。図１０は、本発明の実施例２による歪んだ商用系統の位相跳躍検出方法の例を示す図である。

図９、図１０ともに最も上の図は、系統電源１００の３相電圧を示し、縦軸は電圧を示している。実線は系統電源１００の３相線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕであり、点線は系統電源１００に位相跳躍が発生しなかった場合の電圧である。

２番目の図は、瞬時位相θと標準位相φstdを示し、縦軸は位相を示している。実線は瞬時位相θであり、点線は標準位相φstdである。

３番目の図は、瞬時位相差φpjと瞬時位相差平均φpjaveとを示し、横軸は全て経過時間を示している。

図９、図１０では、時間ｔｒにおいて、交流電圧の位相跳躍が発生している。時間ｔ０〜ｔ３において、標準位相φstdの位相は２πから０に戻っている。

本実施例２では、３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗから瞬時位相θを求め、瞬時位相θから標準位相φstdを求めている。更に、瞬時位相θと標準位相φstdとの差である瞬時位相差φpjを求め、これを平均化した瞬時位相差平均φpjaveを演算している。この瞬時位相差平均φpjaveが、設定値φpjset2を超えたとき、位相跳躍検出として位相跳躍信号Ｐを出力する。

この処理により、図９のような場合に加えて、図１０に示すように系統電圧の３相線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕが歪んでいるときであっても、安定的に位相跳躍を検出することが可能である。

（実施例２の効果）
本実施例２の分散型電源の位相跳躍検出方法及び系統連系保護装置１０によれば、実施例１の効果に加えて、更に次の（Ｄ），（Ｅ）のような効果がある。

（Ｄ） 本実施例２では、瞬時位相差φpjを交流周期で平均している。これにより、交流電圧に乗っている高調波ノイズの影響を除去できるため，複数の交流周期に亘るノイズ対策が不要であり、更に高精度に検出可能である。

（Ｅ） 本実施例２では、瞬時位相差φpjを平均している交流周期は、瞬時位相θと同期する標準位相φstdの周期である。よって、交流電圧の位相跳躍によって影響を受けることなく、瞬時位相差φpjの平均値を安定して算出できる。

（変形例）
本発明は、上記実施例に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ａ）〜（ｆ）のようなものがある。

（ａ） 実施例１，２の系統連系保護装置１０，１０Ａには、分散型電源として太陽電池モジュール１２０が接続されている。しかし、これに限定されず、水力発電、風力発電、地熱発電、波力発電、温度差発電、燃料電池、内燃機関や外燃機関による小型発電装置、及び電力貯蔵装置等の分散型電源にも適用が可能である。

（ｂ） 実施例１，２の系統連系保護装置１０，１０Ａでは、分散型電源である太陽電池モジュール１２０と系統電源１００との間は、マグネットコンダクタによる開閉器１２が接続されている。しかし、これに限定されず、開閉器１２を、マグネットスイッチ（電磁開閉器）や、その他の継電器（電磁リレーやソリッドステートリレー等）で構成しても良い。

（ｃ） 実施例１，２の系統連系保護装置１０，１０Ａでは、ＤＳＰとソフトウエアによる受動的方式検出部１７，１７Ａが搭載されている。しかし、これに限定されず、Ａ／Ｄ変換器、汎用の中央演算装置（Central Processing Unit）及びソフトウエアによって受動的方式検出部１７，１７Ａを構成し、系統連系保護装置１０，１０Ａに搭載しても良い。

（ｄ） 実施例２の受動的方式検出部１７Ａでは、交流電圧の周期で瞬時位相差φpjの平均である瞬時位相差平均φpjaveを演算していた。しかし、これに限定されず、交流電圧の０．５周期、１．５周期、又は２．０周期で演算しても良い。更に、交流電圧の０．５周期の任意の倍数で瞬時位相差平均φpjaveを演算しても良い。

（ｅ） 実施例２の受動的方式検出部１７Ａは、ＰＬＬ部４０と標準位相生成部５０Ａとを有している。標準位相生成部５０Ａは、瞬時位相差φpjと瞬時位相差平均φpjaveが閾値以下であるとき又は所定のＭ回の交流周期に亘って瞬時位相差φpj又は瞬時位相差平均φpjaveが閾値を超えているとき、且つ瞬時位相差φpjは設定値φpjset2以下で位相跳躍信号Ｐを出力していないときに、標準位相φstdを同期位相φpllと同期させる機能を有している。標準位相生成部５０Ａは、瞬時位相差φpjと瞬時位相差平均φpjaveが閾値以下であるとき又は所定のＭ回の交流周期に亘って瞬時位相差φpj又は瞬時位相差平均φpjaveが閾値を超えているとき、且つ瞬時位相差φpjは設定値φpjset2以下で位相跳躍信号Ｐを出力していないときに、標準位相φstdを瞬時位相θと同期させる機能を有している。

（ｆ） 実施例１，２の系統連系保護装置１０，１０Ａにおいて、受動的方式検出部１７，１７Ａは、ゲートブロック２１を介してドライブ回路２４に接続されていた。しかし、これに限定されず、開閉器１２に接続され、開閉器１２に位相跳躍信号Ｐを出力することによって、インバータ１３と太陽電池モジュール１２０を系統電源１００から解列するように制御しても良い。更に、位相跳躍信号Ｐが第３の期間である交流電圧の周期の倍数のいずれかに亘って出力されたときに、インバータ１３と太陽電池モジュール１２０を系統電源１００から解列するように制御しても良い。

１０，１０Ａ 系統連系保護装置
１２ 開閉器
１３ インバータ
１７，１７Ａ 受動的方式検出部
２１ ゲートブロック
２３ 系統連系制御部
２４ ドライブ回路
３０ 瞬時位相検出部
３１ ３相／２相電圧変換部
３２ ベクトル演算部
４０ ＰＬＬ部
４１ 差分演算器
４２ −π〜π変換部
４３ ＰＩ演算部
４４ 遅延部
４５ 加算演算器
４６ 加算演算器
４７ ０〜２π変換部
４８ 遅延部
５０，５０Ａ 標準位相生成部
５１ 平均値演算部
５２ 標準位相演算部
５３，５３Ａ 位相跳躍仮判定部
６０ 位相跳躍検出部
６１ 差分演算器
６２ 平均値演算部
６３，６３Ａ 位相跳躍判定部
１００ 系統電源
１０１ 変圧器
１１０ 構内負荷
１２０ 太陽電池モジュール

Claims (14)

1. 交流電圧の瞬時位相を検出する瞬時位相検出処理と、
   前記瞬時位相に基づいて同期位相差分及び同期位相を生成する同期位相処理と、
   前記同期位相差分及び前記同期位相に基づいて標準位相を生成し、位相差が所定の条件のときに前記標準位相を前記同期位相と同期させる標準位相生成処理と、
   前記瞬時位相と前記標準位相との差分である前記位相差を算出する位相差分算出処理と、
   前記位相差が所定値以上ならば位相跳躍信号を出力する位相跳躍判定処理と、
   を有することを特徴とする分散型電源の位相跳躍検出方法。
2. 交流電圧の瞬時位相を検出する瞬時位相検出処理と、
   前記瞬時位相に基づいて同期位相差分及び同期位相を生成する同期位相処理と、
   前記同期位相差分及び前記同期位相に基づいて標準位相を生成し、位相差が所定の条件のときに前記標準位相を前記同期位相と同期させる標準位相生成処理と、
   前記瞬時位相と前記標準位相との差分である前記位相差を算出する位相差分算出処理と、
   前記位相差が所定値以上ならば位相跳躍信号を出力する位相跳躍判定処理と、
   第１の周期で前記位相差の平均である位相差平均を演算する平均値演算処理と、を有し、
   前記位相跳躍判定処理は、前記位相差平均が前記所定値以上ならば、前記位相跳躍信号を出力することを特徴とする分散型電源の位相跳躍検出方法。
3. 前記第１の周期は、前記標準位相の０．５周期の倍数のいずれかであることを特徴とする請求項２記載の分散型電源の位相跳躍検出方法。
4. 前記交流電圧は、３相交流電圧であり、
   前記瞬時位相検出処理は、前記３相交流電圧をベクトル演算して前記瞬時位相を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の分散型電源の位相跳躍検出方法。
5. 前記標準位相生成処理は、前記所定の条件として、前記位相差が前記所定値以下であるか又は第１の期間に亘って前記位相差が前記所定値を超えているとき、且つ前記位相跳躍判定処理が前記位相跳躍信号を出力していないときに、前記標準位相を前記同期位相と同期させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の分散型電源の位相跳躍検出方法。
6. 前記第１の期間は、前記標準位相の周期の倍数のいずれかであることを特徴とする請求項５記載の分散型電源の位相跳躍検出方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の分散型電源の位相跳躍検出方法によって前記位相跳躍信号を出力する受動的方式検出部と、
   前記分散型電源を動作又は停止する制御部と、
   を有する系統連系保護装置であって、
   前記制御部は、前記位相跳躍信号が出力された場合、前記分散型電源の単独運転状態と判断することを特徴とする系統連系保護装置。
8. 前記制御部は、前記位相跳躍信号が第２の期間に亘って出力された場合、前記分散型電源の単独運転状態と判断することを特徴とする請求項７記載の系統連系保護装置。
9. 前記制御部は、前記分散型電源の単独運転状態を検出したときに、前記分散型電源を停止するように制御することを特徴とする請求項７又は８記載の系統連系保護装置。
10. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の分散型電源の位相跳躍検出方法によって前記位相跳躍信号を出力する受動的方式検出部と、
    前記分散型電源を商用系統電源から解列する解列部と、
    を有する系統連系保護装置であって、
    前記解列部は、前記位相跳躍信号が出力された場合、前記分散型電源の単独運転状態と判断することを特徴とする系統連系保護装置。
11. 前記解列部は、前記位相跳躍信号が第２の期間に亘って出力された場合、前記分散型電源の単独運転状態と判断することを特徴とする請求項１０記載の系統連系保護装置。
12. 前記解列部は、前記分散型電源の単独運転状態を検出したときに、前記分散型電源を停止するように制御することを特徴とする請求項１０又は１１記載の系統連系保護装置。
13. 前記第２の期間は、前記交流電圧の周期の倍数のいずれかであることを特徴とする請求項８，９，１１，１２のいずれか１項に記載の系統連系保護装置。
14. 前記受動的方式検出部は、デジタルシグナルプロセッサによって、請求項１〜６のいずれか１項に記載の分散型電源の位相跳躍検出方法を行うことを特徴とする請求項７〜１３のいずれか１項に記載の系統連系保護装置。

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