JP5877319B2

JP5877319B2 - 系統連系装置

Info

Publication number: JP5877319B2
Application number: JP2013507442A
Authority: JP
Inventors: 渉堀尾; 森田　功; 功森田; 俊介飯田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: JPWO2012133075A1; WO2012133075A1

Description

本発明は、太陽電池や燃料電池などの再生可能な電力を交流電力に変換して商用電力系統へ重畳する系統連系装置に関する。

従来より、直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換し、系統連系用リレーを介して商用電力系統へ連系する系統連系装置が提供されている。

系統連系装置は、直流電源の出力する直流電圧を昇圧する昇圧回路、昇圧回路の出力電力を交流電力に変換するインバータ回路、及びこのインバータ回路の出力を正弦波状にするフィルタ回路と、フィルタ回路と商用系統との間に接続された系統連系用リレーと、マイクロコンピュータからなり昇圧回路やインバータ回路の各スイッチ素子及び系統連系用リレーに開閉信号を与える制御回路とで構成される。

ところで、商用電力系統に事故などが発生して電力の供給が停止したにも関わらず、系統連系装置から商用電力系統へ電力が供給される状態（以下、単独運転状態という）になると、商用電力系統の復旧を行う際の妨げとなるため、系統連系装置には、単独運転を検出し、電力の供給を停止する機能が搭載されている。

近年では、このような系統連系の普及に伴って停電時の復旧工事にかかり安全性の確保が重視され、例えば同じ柱上トランス下に複数の系統連系装置がある際、単独運転の検出時に相互干渉が起こる前に単独運転の高速検出を行うことが必要となり、単独運転の高速検出を行う系統連系装置が提案されてきている（特許文献１）。
特開２００７−２１５３９２

特許文献１の系統連系装置では、今回の周期の計測値がそれ以前の周期の計測値よりも増加する場合には前記商用電力の周期がより増加する方向に、減少する場合は前記商用電力の周期がより減少する方向にインバータ回路の出力する商用電力の無効電力の量を調整する。そして、特許文献１の系統連系装置は、この調整により変動する商用電力系統の周期の変化を検出して単独運転を検出する。

具体的には、特許文献１の系統連系装置は、商用電力系統の電圧の周期を監視し、直近の複数の商用電力系統における周期と、過去に計測した商用電力系統における周期との偏差から、複数の偏差で表される変化パターンを求める。そして、特許文献１の系統連系装置は、直近の複数の商用電力系統における周期それぞれに対応して設定した閾値以上または閾値以下の領域で表される単独運転判定領域にこの変化パターンが入るか否かをもって単独運転を検出する。

しかしながら、このような系統連系装置においては、直近の複数の商用電力系統に置ける周期の偏差（変化パターン）を毎周期ごとに演算し、複数の閾値からなる単独運転判定領域と変化パターンと比較しなければならず、演算量が多大になり、高速で単独運転検知を行う際の妨げになる。
本発明は上述の問題に鑑みて成された発明であり、演算量を抑制し余裕をもって高速で単独運転の検出を行うことのできる系統連系装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換した後、開閉器を介して商用電力系統へ重畳する系統連系装置において、前記商用電力系統の周波数を検出する周波数検出部と、前記周波数検出部の検出する周波数の値がそれ以前に検出した周波数よりも増加する場合には前記商用電力系統の周波数がより増加する方向に、減少する場合は前記商用電力系統の周波数がより減少する方向に前記商用電力系統の無効電力の量を予め定めた値で変えていく無効電力調整部と、を備え、前記商用電力系統へ前記直流電源を重畳している間に、前記周波数検出部により検出された周波数と前記商用電力系統の基準周波数との偏差が、第１閾値よりも大きくなったときに、前記第１閾値よりも大きい第３閾値を設定すると共に、前記予め定めた値をより大きな値に変更し、前記周波数検出部により検出された周波数と前記基準周波数との偏差が、第３閾値よりも大きくなった場合に前記開閉器を開放し、前記商用電力系統へ前記直流電源を重畳している間に、前記周波数検出部により検出された周波数と前記商用電力系統の基準周波数との偏差が、第２閾値よりも小さくなったときに、前記第２閾値よりも小さな第４閾値を設定すると共に、前記予め定めた値をより大きな値に変更し、前記周波数検出部により検出された周波数と前記基準周波数との偏差が、第４閾値よりも小さくなった場合に前記開閉器を開放する制御部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、第３閾値及び第４閾値を設け、商用電力系統から検出する周波数と基準周波数とを比較して単独運転を検出する。このため、複数周期分からなる変化パターンを毎回演算することなく、毎回１つの値と１つの閾値を用いて単独運転を検出するので、演算量を抑制し余裕をもって高速で単独運転の検出を行うことができる。

また、上述の発明において、前記周波数が前記第１閾値を超えた後、当該周波数が再び前記第１閾値よりも小さくなった場合、前記商用電力系統の無効電力の変化量を予め定めた値に戻すことを特徴とする。

また、上述の発明において、前記周波数が前記第２閾値を超えた後、当該周波数が再び前記第２閾値よりも大きくなった場合、前記商用電力系統の無効電力の変化量を予め定めた値に戻すことを特徴とする。

また、上述の発明において、前記第３閾値より順に大きくなる閾値を少なくとも１以上設け、前記偏差がこれらの閾値を超える毎に順に前記予め定めた値を大きく変更し、前記偏差が最も大きい閾値に至った際に、前記開閉器を開放することを特徴とする。

また、上述の発明において、前記第１閾値、前記第３閾値、及び前記第３閾値より順に大きくなる閾値の内、設定した閾値よりも前記偏差が小さい場合に、前記設定した閾値から順に小さくなるように閾値を設定することを特徴とする。

また、上述の発明において、前記第４閾値より順に小さくなる閾値を少なくとも１以上設け、前記周波数がこれらの閾値を超える毎に順に前記予め定めた値を大きく変更し、前記周波数が最も小さい閾値に至った際に、前記開閉器を開放することを特徴とする。

また、上述の発明において、前記第２閾値、前記第４閾値、及び前記第４閾値より順に小さくなる閾値の内、設定した閾値よりも前記偏差が大きい場合に、前記設定した閾値から順に大きくなるように閾値を設定することを特徴とする。

また、上述の発明において、前記商用電力系統の無効電力の量を変える周期を、前記周波数を検出する周期以下にすることを特徴とする。

本発明によれば、演算量を抑制し余裕をもって高速で単独運転の検出を行うことのできる系統連系装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る太陽光発電システム１００を示す構成図である。第１の実施形態における制御回路８の機能ブロック図である。第１の実施形態における単独運転を検出する際の動作フローを示す図である。第２の実施形態における単独運転を検出する際の動作フローを示す図である。

（第１の実施形態）
以下、図面に基づき本発明の第１の実施形態を詳述する。図１は第１の実施形態に係る太陽光発電システム１００を示す構成図である。この図に示すように太陽光発電システム１００は、太陽電池１、系統連系装置２を備える。

系統連系装置２は、昇圧回路４、インバータ回路５、フィルタ回路６、常開接片（符号省略）を有する系統連系用リレー７、及び制御回路８を備える。また、系統連系装置２は、系統連系用リレー７の接片（開閉器）を介して太陽電池１を商用電力系統３０へ連系する。

昇圧回路４は、太陽電池１の出力電圧を昇圧する。そして昇圧回路４は、この昇圧した出力電圧の直流電力をインバータ回路５へ出力する。昇圧回路４は、図１に示すように、一対の端子４６、４７、リアクトル４１と、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のようなスイッチ素子４２と、ダイオード４３、及びコンデンサ４４とを有して構成される、一対の端子４６、４７には太陽電池１が接続され、この端子４６、４７の一方の端子（プラス側）４６に直列にリアクトル４１とダイオード４３とが接続される。スイッチ素子４２は、リアクトル４１とダイオード４３との接続点と一対の端子４６、４７の他方の端子４７との間を開閉する。また、コンデンサ４４は、ダイオード４３と他方の端子４７との間に接続される。

昇圧回路４は、制御回路８によって動作が制御される。具体的には、制御回路８がＯＮデューティ比を決定し、そのデューティ比を有するパルス信号をスイッチ素子４２のゲートに周期的に与える。すると、スイッチ素子４２は、周期的に開閉し、昇圧回路４は、デューティ比に応じた（例えば、比例した）所定の昇圧比を得る。

インバータ回路５は、スイッチ素子５１、５２を直列接続した第１アームと、スイッチ素子５３、５４を直列接続した第２アームとを夫々並列に接続して構成される。スイッチ素子５１〜５４には、ＩＧＢＴのようなＯＮ抵抗の小さいスイッチ素子を用いると良い。インバータ回路５は、制御回路８によってその動作が制御される。インバータ回路５は、制御回路８のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御にしたがって各スイッチ素子５１〜５４を開閉し、昇圧回路４から出力される直流電力を交流電力に変換する。変換された交流電力は、インバータ回路５の出力線（スイッチ素子５３とスイッチ素子５４との接続点から延びるラインと、スイッチ素子５１とスイッチ素子５２との接続点から延びるライン）に供給される。

フィルタ回路６は、リアクトル６１、６２、及びコンデンサ６３からなり、インバータ回路５の出力側に設けられる。フィルタ回路６は、インバータ回路５のスイッチ素子５１〜５４がＰＷＭ制御されて開閉動作するときに生ずる交流電流のリプル成分を除去する。

系統連系用リレー７は、商用電力系統３０に接続されるインバータ回路５の出力線に常開接片を介在し、この出力線の開閉を行う。また、系統連系用リレー７は、制御回路８からの制御信号によってその接片を閉状態と開状態とに制御し、系統連系装置２（太陽電池１）と商用系統３０とを連系して交流電力を商用系統３０へ重畳し、または解列するものである。

図２に第１の実施形態における制御回路８の機能ブロック図を示す。制御回路８は、商用電力系統３０の周波数を検出する周波数検出部４１０として機能する。具体的には、周波数検出部４１０は、電圧センサ１１により、商用電力系統３０の交流電圧の周波数を検出し、周波数として検出する。例えば、ゼロクロスからゼロクロスまでの時間を計測することで周波数を検出できる。

また、制御回路８は、例えば、インバータ回路５の出力する交流電力の電圧位相と商用電力の電圧位相とをずらすことにより商用電力系統の無効電力の量を調整する無効電力調整部４２０として機能する。無効電力調整部８は、無効電力の量が変化することにより周波数検出部の検出する今回の周波数の検出値がそれ以前の周波数の検出値よりも増加する場合には、商用電力系統の周波数がより増加する方向に、減少する場合は商用電力系統の周波数がより減少する方向に両電圧位相のずれを大きくして無効電力の量を変えていく。また、無効電力調整部４２０は、周波数検出部４１０の検出する交流電力の電圧に高調波や基本波の増加を検出すると、無効電力を調整する量を増やす。

また、制御回路８は、商用電力系統に事故などが発生して電力の供給が停止されたときに、系統連系装置から商用電力系統へ電力が重畳される状態（以下、単独運転状態と呼ぶ）であるか否かを判断する単独運転検出部４３０として機能する。

単独運転検出部４３０は、商用電力系統３０へ太陽電池１を連系している際に、周波数検出部４１０により検出された周波数と基準周波数との偏差ｄｆが、第１閾値ｔｈｐ１よりも大きくなったときに、第１閾値ｔｈｐ１よりも大きい第３閾値ｔｈｐ３を設定すると共に、インバータ回路５の出力する電圧位相と商用電力系統３０の電圧位相との差が大きくなるように変更する。この後、単独運転検出部４３０は、周波数検出部４１０により検出された周波数と基準周波数との偏差ｄｆが、第３閾値ｔｈｐ３よりも大きくなった場合に単独運転であると判断する。

具体的には、単独運転検出部４３０は、正側閾値ｔｈｐとして前述の第１閾値ｔｈｐ１や第３閾値ｔｈｐ３を設定する。そして、この正側閾値ｔｈｐと偏差ｄｆとを比較する。このとき、正側閾値ｔｈｐには、初期値ｔｈｐｓとして第１閾値ｔｈｐ１を設定する。そして、単独運転検出部４３０は、偏差ｄｆが正側閾値ｔｈｐを超える（偏差ｄｆが正側閾値ｔｈｐより大きくなる）毎に、順に大きくなる閾値を複数回正側閾値ｔｈｐとして設定し、偏差ｄｆが最も大きい正側閾値ｔｈｐに至った際に単独運転と判断する。尚、このとき、最初に大きくなった閾値が第３閾値ｔｈｐ３である。

単独運転検出部４３０は、商用電力系統３０へ太陽電池１を連系している際に、周波数検出部４１０により検出された周波数と基準周波数との偏差ｄｆが、第２閾値ｔｈｍ２よりも小さくなったときに、第２閾値ｔｈｍ２よりも小さな第４閾値ｔｈｍ４を設定すると共に、インバータ回路５の出力する電圧位相と商用電力系統の電圧位相との差が大きくなるように変更する。この後、単独運転検出部４３０は、周波数検出部４１０により検出された周波数と基準周波数との偏差ｄｆが、第４閾値ｔｈｍ４よりも小さくなった場合に単独運転状態であると判断する。

具体的には、単独運転検出部４３０は、負側閾値ｔｈｍとして前述の第２閾値ｔｈｍ２や第４閾値ｔｈｍ４を設定する。そして、この負側閾値ｔｈｐと偏差ｄｆとを比較する。このとき、負側閾値ｔｈｍには、初期値ｔｈｍｓとして第２閾値ｔｈｍ２を設定する。そして、単独運転検出部４３０は、偏差ｄｆが負側閾値ｔｈｍを超える（偏差ｄｆが負側閾値ｔｈｐより小さくなる）毎に、順に小さくなる閾値を複数回負側閾値ｔｈｍとして設定し、偏差ｄｆが最も大きい負側閾値ｔｈｍに至った際に単独運転と判断する。尚、このとき、最初に小さくなった閾値が第４閾値ｔｈｐ４である。

基準周波数には、商用電力系統の周波数（５０Ｈｚや６０Ｈｚ）や、過去に周期計測部４１０により計測された周期、過去に周期計測部４１０により計測された複数の周期の平均値などが用いられる。

無効電力調整部４２０による商用電力系統３０の無効電力を調整する（無効電力を変更する）制御周期は、周波数検出部４１０がインバータ回路５から出力される交流電力の周波数を検出する制御周期以下の制御周期で行う。無効電力調整部４２０の制御周期が周波数検出部４１０の制御周期より長い場合は、無効電力の量が変更されないまま単独運転の判断を行うことになる。この場合、次に周波数を検出するまで単独運転検出の判断が行われず、判断に時間を有するようになることがある。

図３に第１の実施形態における単独運転検出部４３０が、単独運転を検出する際の動作フローを示す。単独運転検出部４３０は、単独運転の検出を開始すると、正側閾値ｔｈｐによる単独運転検出用のカウンタｙｐと、負側閾値ｔｈｍによる単独運転検出用のカウンタｙｍとをゼロにする。また、単独運転検出部４３０は、正側閾値ｔｈｐに初期値ｔｈｐｓ（第１閾値ｔｈｐ１）を設定し、負側閾値ｔｈｍに初期値ｔｈｍｓ（第２閾値ｔｈｍ２）を設定してステップＳ１１へ移行する。ここで、第１閾値の初期値ｔｈｐｓは正の値に設定し、第２閾値の初期値ｔｈｐｍは負の値に設定している。

単独運転検出部４３０は、商用電力系統３０の周波数ｆを周波数検出部４１０から入手して最新の周波数ｆとして更新する（ステップＳ１１）。そして、単独運転検出部４３０は、周波数検出部４１０により検出された最新の周波数ｆと基準周波数との偏差ｄｆを算出し（ステップＳ１２）、偏差ｄｆが正側閾値ｔｈｐよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３において、単独運転検出部４３０は、偏差ｄｆが正側閾値ｔｈｐよりも大きいと判断した場合は、系統連系装置２に単独運転の疑いがあるのでステップＳ１４へ移行する。ステップＳ１４において、単独運転検出部４３０は、カウンタｙｍをゼロにし、その後に、負側閾値ｔｈｍに初期値ｔｈｍｓ（第２の閾値ｔｈｍ２）を設定し、負側閾値ｔｈｍを初期値に戻す（ステップＳ１５）。その後、ステップＳ１６において、単独運転検出部４３０は、カウンタｙｐとカウンタ閾値ｙｐｔｈとを比較し、カウンタｙｐがカウンタ閾値ｙｐｔｈ以上か否かを判断する。

ステップＳ１６において、単独運転検出部４３０は、カウンタｙｐがカウンタ閾値ｙｐｔｈ以上でないと判断した場合、系統連系装置２が単独運転状態であるとの判断を保留し、ステップＳ１７へ移行する。

ステップＳ１７では、単独運転検出部４３０は、正側閾値ｔｈｐに所定値αを加えて、正側閾値ｔｈｐを増加する（初期値ｔｈｐｓから所定値α増加した閾値を第３閾値ｔｈｍ３とする）。その後、カウンタｙｐに１を加えて更新しステップＳ１１へ戻る。

ステップＳ１３において、単独運転検出部４３０は、偏差ｄｆが正側閾値ｔｈｐよりも大きくないと判断した場合はステップＳ３１へ移行し、偏差ｄｆが負側閾値ｔｈｍよりも小さいか否かを判断する。

ステップＳ３１において、単独運転検出部４３０は、偏差ｄｆが負側閾値ｔｈｍよりも小さいと判断した場合は、系統連系装置２に単独運転の疑いがあるとして、ステップＳ３２へ移行する。ステップＳ３２において、単独運転検出部４３０は、カウンタｙｐをゼロにし、その後に、正側閾値ｔｈｐに初期値ｔｈｐｓ（第１閾値ｔｈｐ１）を設定し、第１閾値ｔｈｐを初期値に戻す（ステップＳ３３）。その後、ステップＳ３４において、単独運転検出部４３０は、カウンタｙｍとカウンタ閾値ｙｍｔｈとを比較し、カウンタｙｍがカウンタ閾値ｙｍｔｈ以上か否かを判断する。

ステップＳ３４において、単独運転検出部４３０は、カウンタｙｍがカウンタ閾値ｙｍｔｈ以上でないと判断した場合、系統連系装置２が単独運転状態であるとの判断を保留し、ステップＳ３５へ移行する。

ステップＳ３５では、単独運転検出部４３０は、負側閾値ｔｈｍから所定値αを減じて、負側閾値ｔｈｍを減少する（初期値ｔｈｍｓから所定値α減少した閾値を第４閾値ｔｈｍ４とする）。その後、カウンタｙｍに１を加えて更新しステップＳ１１へ戻る。

ステップＳ３１において、単独運転検出部４３０は、偏差ｄｆが負側閾値ｔｈｍよりも小さくないと判断した場合は、単独運転の疑いが無いとして、初期化を行う（ステップＳ３７）。初期化では、カウンタｙｐと、カウンタｙｍとをゼロにし、正側閾値ｔｈｐに初期値ｔｈｐｓを格納し、負側閾値ｔｈｍに初期値ｔｈｍｓを格納して、正側閾値ｔｈｐ及び負側閾値ｔｈｍを初期値に戻す動作を行う。

また、単独運転検出部４３０は、ステップＳ１６において、カウンタｙｐがカウンタ閾値ｙｐｔｈ以上と判断した場合、及びステップＳ３４において、カウンタｙｍがカウンタ閾値ｙｍｔｈ以上と判断した場合、系統連系装置２が単独運転状態であると判断し、ステップＳ２１へ移行する。

ステップＳ２１では、単独運転検出部４３０は、系統連系用リレー７の接片を開状態にする信号を送り、次に、スイッチ素子５１〜５４を開状態にしてインバータ回路Ｓ２２を停止する（ステップＳ２２）。その後、単独運転検出部４３０は、単独運転状態であることを図示しない表示画面に表示したり、警報音を鳴らすなどしてユーザーに報知して（ステップＳ２３）単独運転の検出を終了する。

以上のように、単独運転検出部４３０が動作フローを実行することにより、第１閾値ｔｈｐ１、第３閾値ｔｈｐ３を用いて、周波数検出部により検出された周波数と基準周波数との偏差ｄｆを比較して単独運転を検出する。このため、複数周期分からなる変化パターンを毎回演算することなく、毎回１つの値と１つの閾値を用いて単独運転を検出するので、演算量を抑制し余裕をもって高速で単独運転の検出を行うことができる。

また、単独運転検出部４３０は、ステップＳ１７においてｔｈｐを増加した後、周波数検出部４１０により検出された周波数と基準周波数との偏差ｄｆが一度超えた閾値ｔｈｐよりも小さくなった場合は、ステップＳ３３、或いはステップＳ３７において正側閾値ｔｈｐを初期値ｔｈｐｓ（第１閾値ｔｈｐ１）に戻している。これにより、単独運転の疑いが晴れた場合に、最初から単独運転の検出を開始することができる。

偏差ｄｆが第１閾値ｔｈｐ１を超えた後、この周波数が再び第１閾値ｔｈｐ１よりも小さくなった場合、商用電力系統には、周波数の変化が見られなくなるため、無効電力調整部４２０は、商用電力系統の無効電力の量を予め定めた値（初期値）に戻す。

また、単独運転検出部４３０は、ステップＳ３５において負側閾値ｔｈｍを減少した後、周波数検出部４１０により検出された周波数と基準周波数との偏差ｄｆが、一度超えた負側閾値ｔｈｍよりも大きくなった場合は、ステップＳ１５、或いはステップＳ３７において負側閾値ｔｈｍを初期値（第２閾値）に戻している。これにより、単独運転の疑いが晴れた場合に、最初から単独運転の検出を開始することができる。

偏差ｄｆが第２閾値ｔｈｍ２を超えた後、この周波数が再び第２閾値ｔｈｍ２よりも大きくなった場合、商用電力系統には、周波数の変化が見られなくなるため、無効電力調整部４２０は、前記商用電力系統の無効電力の量を予め定めた値（初期値）に戻す。

また、単独運転検出部４３０は、ステップＳ３１へのルートへ入ることなく、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８をｙｐ≧ｙｐｔｈになるまで繰り返すことにより、正側閾値ｔｈｐの加算は、偏差ｄｆが正側閾値ｔｈｐよりも大きくなったことが判断される毎に複数回行われる。そして、偏差ｄｆが連続して所定回数（この実施形態では、ｙｐｔｈ−１回）正側閾値ｔｈｐよりも大きくなった場合に系統連系装置２が単独運転と判断する。この時、正側閾値ｔｈｐは、第１閾値ｔｈｐ１、第３閾値ｔｈｐ３、第３閾値ｔｈｐより順に大きくなる閾値、の順に大きくなる。

これにより、第３閾値ｔｈｐ３より順に大きくなる閾値を少なくとも１以上設け（この実施形態では、ｙｐｔｈ−３個）、周波数が最も大きい閾値に至った際に系統連系装置２が単独運転と判断する。このときに、単独運転検出部４３０は、商用電力系統の周波数がより増加する方向に、インバータ回路５の出力する電圧位相と商用電力系統３０の電圧位相との差が順に大きくなるように変更する。この変更は、周波数検出部４１０が周波数を検出する制御周期以下の制御周期で行われるため、周波数検出部４１０が検出する周波数がこれらの閾値を超える毎に順に行われる。

これにより、商用電力系統が擾乱し、周波数ｆが増減するようなことがあっても、単独運転を誤検知することを防ぐことができる。

また、単独運転検出部４３０は、ステップＳ１４、及びステップＳ３７へのルートへ入ることなく、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ３５、Ｓ３６をｙｍ≧ｙｍｔｈになるまで繰り返すことにより、負側閾値ｔｈｍの減算は、偏差ｄｆが負側閾値ｔｈｍよりも小さくなったことが判断される毎に複数回行われる。そして、偏差ｄｆが連続して所定回数（この実施形態では、ｙｍｔｈ−１回）負側閾値ｔｈｍよりも小さくなった場合に系統連系装置２が単独運転と判断する。この時、負側閾値ｔｈｍは、第２閾値ｔｈｍ１、第４閾値ｔｈｍ４、第４閾値ｔｈｍ４より順に小さくなる閾値、の順に小さくなる。

これにより、第４閾値ｔｈｍ４より順に小さくなる閾値を少なくとも１以上設け（この実施形態では、ｙｍｔｈ−３個）、周波数が最も大きい閾値に至った際に系統連系装置２が単独運転と判断する。このときに、単独運転検出部４３０は、商用電力系統の周波数がより減少する方向に、インバータ回路５の出力する電圧位相と商用電力系統３０の電圧位相との差が順に大きくなるように変更する。この変更は、周波数検出部４１０が周波数を検出する制御周期以下の制御周期で行われるため、周波数検出部４１０が検出する周波数がこれらの閾値を超える毎に順に行われる。

また、商用電力系統３０の無効電力の量はインバータ回路５から出力される交流電力の位相を商用電力系統３０の交流電力の位相からずらすことによって変えている。この無効電力の量は、商用電力系統３０の周波数が第１閾値ｔｈｐ、第２閾値ｔｈｍを超えると大きくするものであり、閾値ｔｈｐ、ｔｈｍが変化する（増加、或いは減少する）につれてより大きくしていくことも可能である。

また、第１の実施形態では、ステップＳ３７において初期化を行っている。この処理に変えて、偏差ｄｆが正か負かを判断し、偏差が正である場合に、負側閾値ｔｈｍを初期値ｔｈｍｓへ戻し（カウンタｙｍもゼロに戻す）、偏差ｄｆが負である場合に、正側閾値ｔｈｐを初期値ｔｈｐｓへ戻し（カウンタｙｐもゼロに戻す）ても良い。これにより、正側閾値ｔｈｐに変化が起きた場合でも偏差ｄｆが正側にとどまる限り、正側閾値ｔｈｐは初期値ｔｈｐｓへリセットされなくなる（負側も同様である）。

このようにすることで、一度、偏差ｄｆが正側閾値ｔｈｐ、或いは負側閾値ｔｈｍを超えて単独運転が疑わしい状態になると、閾値ｔｈｐが初期値に戻らない（リセットされない）分迅速に単独運転を検出することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、偏差ｄｆが正側閾値ｔｈｐよりも小さくなった場合、正側閾値ｔｈｐを初期値ｔｈｐｓへ戻し、偏差ｄｆが負側閾値ｔｈｍよりも小さくなった場合、負側閾値ｔｈｍを初期値ｔｈｍｓへ戻した。第２の実施形態では、第１閾値ｔｈｐ１、第３閾値ｔｈｐ３、及び第３閾値ｔｈｐ３より順に大きくなる閾値の内、正側閾値ｔｈｐとして設定した閾値よりも偏差ｄｆが小さい場合に、この設定した正側閾値ｔｈｐから順に小さくなるように正側閾値を設定する（初期値まで正側閾値ｔｈｐを戻す）。

また、第２閾値ｔｈｍ２、第４閾値ｔｈｍ４、及び第４閾値ｔｈｍ４より順に小さくなる閾値の内、負側閾値ｔｈｍとして設定した閾値よりも偏差ｄｆが大きい場合に、設定した負側閾値ｔｈｍから順に大きくなるように負側閾値ｔｈｍを設定する（初期値まで負側閾値ｔｈｍを戻す）。

図４は、第２の実施形態における単独運転を検出する際の動作フローを示す図である。単独運転検出部４３０は、単独運転の検出を開始すると、正側閾値ｔｈｐによる単独運転検出用のカウンタｙｐと、負側閾値ｔｈｍによる単独運転検出用のカウンタｙｍとをゼロにする。また、単独運転検出部４３０は、正側閾値ｔｈｐに初期値ｔｈｐｓ（第１閾値ｔｈｐ１）を設定し、負側閾値ｔｈｍに初期値ｔｈｍｓ（第２閾値ｔｈｍ２）を設定してステップＳ１１へ移行する。ここで、第１閾値の初期値ｔｈｐｓは正の値に設定し、第２閾値の初期値ｔｈｐｍは負の値に設定している。

単独運転検出部４３０は、商用電力系統３０の周波数ｆを周波数検出部４１０から入手して最新の周波数ｆとして更新する（ステップＳ４１）。そして、単独運転検出部４３０は、周波数検出部４１０により検出された最新の周波数ｆと基準周波数との偏差ｄｆを算出し（ステップＳ４２）、偏差ｄｆが正側閾値ｔｈｐよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ４３）。

ステップＳ４３において、単独運転検出部４３０は、偏差ｄｆが正側閾値ｔｈｐよりも大きいと判断した場合は、系統連系装置２に単独運転の疑いがあるのでステップＳ４４へ移行する。

ステップＳ４４において、単独運転検出部４３０は、カウンタｙｍが０より大きいか否かを判断する。単独運転検出部４３０は、カウンタｙｍが０より大きい場合、カウンタｙｍから１を減じ（ステップＳ４５）、負側閾値ｔｈｍから所定値αを加えて（ステップＳ４６）ステップＳ４７へ移行する。また、単独運転検出部４３０は、カウンタｙｍが０より大きくない場合は、ステップＳ４５、ステップＳ４６を飛ばして、ステップＳ４７へ移行する。これにより、負側閾値ｔｈｍが初期値から変更されている場合、変更されている値から順に初期値へ向かって大きくなるように負側閾値ｔｈｍが戻る。

ステップＳ４７では、単独運転検出部４３０は、正側閾値ｔｈｐに所定値αを加えて、正側閾値ｔｈｐを増加する（初期値ｔｈｐｓから所定値α増加した閾値を第３閾値ｔｈｍ３とする）。その後、カウンタｙｐに１を加えて更新しステップＳ４９へ移行する。

ステップＳ４９において、単独運転検出部４３０は、カウンタｙｐとカウンタ閾値ｙｐｔｈとを比較し、カウンタｙｐがカウンタ閾値ｙｐｔｈ以上か否かを判断する。ステップＳ４９において、単独運転検出部４３０は、カウンタｙｐがカウンタ閾値ｙｐｔｈ以上でないと判断した場合、系統連系装置２が単独運転状態であるとの判断を保留し、ステップＳ４１へ戻る。

ステップＳ４３において、単独運転検出部４３０は、偏差ｄｆが正側閾値ｔｈｐよりも大きくないと判断した場合はステップＳ５１へ移行する。

ステップＳ５１において、単独運転検出部４３０は、カウンタｙｐが０より大きいか否かを判断する。単独運転検出部４３０は、カウンタｙｐが０より大きい場合、カウンタｙｐから１を減じ（ステップＳ５２）、正側閾値ｔｈｐから所定値αを減じて（ステップＳ５３）ステップＳ５４へ移行する。また、単独運転検出部４３０は、カウンタｙｐが０より大きくない場合は、ステップＳ５２、ステップＳ５３を飛ばして、ステップＳ５４へ移行する。これにより、正側閾値ｔｈｐが初期値から変更されている場合、変更されている値から順に初期値へ向かって大きくなるように正側閾値ｔｈｐが戻る。

ステップＳ５４において、偏差ｄｆが正側閾値ｔｈｐよりも大きいか否かを判断する。単独運転検出部４３０は、偏差ｄｆが負側閾値ｔｈｍよりも大きいと判断した場合は、系統連系装置２に単独運転の疑いがあるのでステップＳ５５へ移行し、偏差ｄｆが負側閾値ｔｈｍよりも大きくないと判断した場合は、ステップＳ５８へ移行する。

ステップＳ５８において、単独運転検出部４３０は、カウンタｙｍが０より大きいか否かを判断する。単独運転検出部４３０は、カウンタｙｍが０より大きい場合、カウンタｙｍから１を減じ（ステップＳ５９）、負側閾値ｔｈｍから所定値αを加えて（ステップＳ６０）ステップＳ４１へ戻る。また、単独運転検出部４３０は、カウンタｙｍが０より大きくない場合は、ステップＳ５９、ステップＳ６０を飛ばして、ステップＳ４１へ戻る。ステップＳ５８〜ステップＳ６０においても、ステップＳ４４〜ステップＳ４４と同様に、負側閾値ｔｈｍが初期値から変更されている場合、変更されている値から順に初期値へ向かって大きくなるように負側閾値ｔｈｍが戻る。

ステップＳ５５では、単独運転検出部４３０は、負側閾値ｔｈｍから所定値αを減じて、負側閾値ｔｈｍを減少する（初期値ｔｈｍｓから所定値α減少した閾値を第４閾値ｔｈｍ４とする）。その後、カウンタｙｍに１を加えて更新しステップＳ５７へ移行する。

ステップＳ５７において、単独運転検出部４３０は、カウンタｙｍがカウンタ閾値ｙｍｔｈ以上でないと判断した場合、系統連系装置２が単独運転状態であるとの判断を保留し、ステップＳ４１へ戻る。

また、単独運転検出部４３０は、ステップＳ４９において、カウンタｙｐがカウンタ閾値ｙｐｔｈ以上と判断した場合、及びステップＳ５７において、カウンタｙｍがカウンタ閾値ｙｍｔｈ以上と判断した場合、系統連系装置２が単独運転状態であると判断し、ステップＳ２１へ移行する。尚、ステップＳ２１以降の動作（ステップＳ２１〜Ｓ２３、終了）については、第１の実施形態と同様のため記載を省略する。

以上のように、単独運転検出部４３０が動作フローを実行することにより、順に大きくなるように設定される正側閾値ｔｈｐは順に初期値に戻るようになる。また、順に小さくなるように設定される負側閾値ｔｈｍは順に初期値に戻るようになる。これにより、一次的に偏差ｄｆが正側閾値ｔｈｐが小さくなったり、負側閾値ｔｈｍより大きくなるような場合でも、初期値にすぐに戻らないため、迅速に単独運転を検出することができる。

以上、本発明の幾つかの実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、本実施形態では、直流電源として太陽電池１を利用したが、燃料電池、蓄電池などの直流電源を用いても良い。

また、例えば、所定値αを複数回加算、減算することで第１閾値ｔｈｐや第２閾値ｔｈｍを増加、減少させていたが、所定値αは加算する回数に応じて異なるようにしても良い。

また、例えば、周波数検出部４１０により検出された周波数をそのまま利用して偏差を求めていたが、直近の数周期分の周波数の平均値や、中央値を用いるようにしても良い。

また、本実施形態では、系統連系用リレー７を系統連系装置２と商用電力系統３０との間を開閉する開閉器としてとらまえたが、系統連系装置２と商用電力系統３０との間を開閉するものであれば何でもよい。例えば、インバータ回路５のスイッチ素子５１〜５４も開閉により系統連系装置２と商用電力系統３０との間を開閉するものであるため、開閉器ととらまえることができる。

また、例えば、本実施毛体では、カウンタｙｐ、ｙｍを用いて単独運転検知を行ったが、第１閾値ｔｈｐ、第２閾値ｔｈｍが所定値を超えた場合に単独運転と検出するようにしても良い。

１太陽電池
２パワーコンディショナ
４昇圧回路
５インバータ回路
６フィルタ回路
７系統連系用リレー
１１電圧センサ
３０商用電力系統
９１負荷用リレー
９２交流負荷
４１０周波数検出部
４２０無効電力調整部
４３０単独運転検出部
ＣＴ１電流センサ

Claims

直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換した後、開閉器を介して商用電力系
統へ重畳する系統連系装置において、
前記商用電力系統の周波数を検出する周波数検出部と、
前記周波数検出部の検出する周波数の値がそれ以前に検出した周波数よりも増加する場
合には前記商用電力系統の周波数がより増加する方向に、減少する場合は前記商用電力系
統の周波数がより減少する方向に前記商用電力系統の無効電力の量を予め定めた値で変え
ていく無効電力調整部と、を備え、
前記商用電力系統へ前記直流電源を重畳している間に、前記周波数検出部により検出さ
れた周波数と前記商用電力系統の基準周波数との偏差が、第１閾値よりも大きくなったと
きに、前記第１閾値よりも大きい第３閾値を設定すると共に、前記予め定めた値をより大
きな値に変更し、前記周波数検出部により検出された周波数と前記基準周波数との偏差が
、第３閾値よりも大きくなった場合に前記開閉器を開放し、
前記商用電力系統へ前記直流電源を重畳している間に、前記周波数検出部により検出さ
れた周波数と前記商用電力系統の基準周波数との偏差が、第２閾値よりも小さくなったと
きに、前記第２閾値よりも小さな第４閾値を設定すると共に、前記予め定めた値をより大
きな値に変更し、前記周波数検出部により検出された周波数と前記基準周波数との偏差が
、第４閾値よりも小さくなった場合に前記開閉器を開放する制御部を備え、
前記第３閾値より順に大きくなる閾値を少なくとも１以上設け、前記偏差がこれらの閾
値を超える毎に順に前記予め定めた値を大きく変更し、前記偏差が最も大きい閾値に至っ
た際に、前記開閉器を開放することを特徴とする系統連系装置。
前記第１閾値、前記第３閾値、及び前記第３閾値より順に大きくなる閾値の内、設定し
た閾値よりも前記偏差が小さい場合に、前記設定した閾値から順に小さくなるように閾値
を設定することを特徴とする請求項１に記載の系統連系装置。
直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換した後、開閉器を介して商用電力系
統へ重畳する系統連系装置において、
前記商用電力系統の周波数を検出する周波数検出部と、
前記周波数検出部の検出する周波数の値がそれ以前に検出した周波数よりも増加する場
合には前記商用電力系統の周波数がより増加する方向に、減少する場合は前記商用電力系
統の周波数がより減少する方向に前記商用電力系統の無効電力の量を予め定めた値で変え
ていく無効電力調整部と、を備え、
前記商用電力系統へ前記直流電源を重畳している間に、前記周波数検出部により検出さ
れた周波数と前記商用電力系統の基準周波数との偏差が、第１閾値よりも大きくなったと
きに、前記第１閾値よりも大きい第３閾値を設定すると共に、前記予め定めた値をより大
きな値に変更し、前記周波数検出部により検出された周波数と前記基準周波数との偏差が
、第３閾値よりも大きくなった場合に前記開閉器を開放し、
前記商用電力系統へ前記直流電源を重畳している間に、前記周波数検出部により検出さ
れた周波数と前記商用電力系統の基準周波数との偏差が、第２閾値よりも小さくなったと
きに、前記第２閾値よりも小さな第４閾値を設定すると共に、前記予め定めた値をより大
きな値に変更し、前記周波数検出部により検出された周波数と前記基準周波数との偏差が
、第４閾値よりも小さくなった場合に前記開閉器を開放する制御部を備え、
前記第４閾値より順に小さくなる閾値を少なくとも１以上設け、前記偏差がこれらの閾
値を超える毎に順に前記予め定めた値を大きく変更し、前記偏差が最も小さい閾値に至っ
た際に、前記開閉器を開放することを特徴とする系統連系装置。
前記第２閾値、前記第４閾値、及び前記第４閾値より順に小さくなる閾値の内、設定し
た閾値よりも前記偏差が大きい場合に、前記設定した閾値から順に大きくなるように閾値
を設定することを特徴とする請求項３に記載の系統連系装置。
前記周波数が前記第１閾値を超えた後、当該周波数が再び前記第１閾値よりも小さくな
った場合、前記商用電力系統の無効電力の変化量を予め定めた値に戻すことを特徴とする
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の系統連系装置。
前記周波数が前記第２閾値を超えた後、当該周波数が再び前記第２閾値よりも大きくな
った場合、前記商用電力系統の無効電力の変化量を予め定めた値に戻すことを特徴とする
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の系統連系装置。
前記商用電力系統の無効電力の量を変える周期を、前記周波数を検出する周期以下にす
ることを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の系統連系装置。