JP6192051B2 - 電力系統の逆潮流監視装置 - Google Patents

Description

本発明は電力系統の逆潮流監視装置に関し，とくに電力系統の電圧及び電流を入力して逆潮流を監視する逆潮流監視装置に関する。本発明の逆潮流監視装置は，例えば電力系統の電流，電力，電圧等を測定する電流変換器，電力変換器等に組み込むことができる。

電力系統のような巨大な電気エネルギーを扱うシステムでは，需要と供給とを同時同量で調整しなければならず，需給バランスが崩れると系統全体の周波数や電圧が基準値から逸脱して需要家に悪影響を及ぼす危険性があり，更に供給側の発電所が連鎖的に停止して大規模停電につながる可能性もある。従来から電力系統では，需要家の電力消費（負荷）を正確に予測できないことから，発電所（火力発電，水力発電等）の出力を制御する運用によって需給バランスを調整している。それに対し最近は，図８（Ａ）に示すように出力を簡単に制御できない分散電源Ｇ（風力発電，太陽光発電等の再生可能エネルギーを用いた電源Ｇ）が電力系統に接続されることがあり，例えば図８（Ｂ）のように分散電源Ｇの発電量が急増（又は急減）し，或いは図８（Ｃ）のように需要家Ｌの電力消費量が急減（又は急増）すると，本来とは逆向きに電力が流れる逆潮流の発生や逆潮流の急変を生じて電力系統の周波数変動・電圧変動を招くおそれがあるため，系統上の適宜箇所で潮流方向の監視を求められることがある。

電力の流れである潮流の方向を判別するため，例えば特許文献１は，電力系統の配電線の電圧及び電流を検出装置（高圧センサー等）で検出し，電圧に対する電流の位相遅れφが−９０°〜＋９０°の範囲内であるときに潮流方向（有効電力の送電方向）を順潮流と判別し，電圧・電流間の位相遅れφが＋９０°〜＋２７０°の範囲内であるときに潮流方向を逆潮流と判別する方法を開示している。ただし，この方法では，電力系統の電圧検出装置の構成と電流検出装置の構成とが相違していると電圧・電流間にオフセット位相差ξを生じることがあり，電圧・電流間の位相遅れφに付加されるオフセット位相差ξによって潮流方向の判別に誤差を生じうる問題点がある。

これに対して特許文献２は，図９に示すように，オフセット位相差ξが生じた場合でも電圧及び電流の位相遅れφを高い精度で測定できる交流電力測定装置を開示している。図９の交流電力測定装置５０は，電力系統に接続する電圧入力器５及び電流入力器６のアナログ波形をＡＤ変換器７，８経由のデジタル信号として所定サンプリング時間間隔Δｔで継続的に入力する信号入力端子１１，１２と，入力電圧信号Ｅｃｏｓ（ωｔ−ψ）及び入力電流信号Ｉｃｏｓ（ωｔ−ψ−φ）を複素電圧Ｅ＝Ｅｅｘｐ（ｊ（ωｔ−ψ））及び複素電流Ｉ＝Ｉｅｘｐ（ｊ（ωｔ−ψ−φ））に変換する変換部２０と，複素電流Ｉ（又は複素電圧Ｅ）から共役複素電流Ｉ ^＊（又は共役複素電圧Ｅ ^＊）を求める複素共役部２２と，入力器５，６によって生じる電圧・電流間のオフセット位相差ξを記憶する記憶部２７と，複素電圧Ｅ（又は複素電流Ｉ）と共役複素電流Ｉ ^＊（又は共役複素電圧Ｅ）^＊とオフセット位相差ξとから電力系統の複素電力Ｐ，Ｑを算出する算出部２３と，複素電力Ｐ，Ｑから電圧・電流間の位相遅れφを検出する位相差検知部２６とを有している。図示例の変換部２０は，電圧信号Ｅ，電流信号Ｉをそれぞれ相互に９０度位相差の２成分（余弦部及び正弦部）に分解する定位相差分波部２１ａ，２１ｂにより構成されている。また，図示例の測定装置５０は，複素電圧Ｅから（７）式により電圧実効値Ｅを算出する実効値算出部２４，複素電流Ｉから（８）式により電流実効値Ｉを算出する実効値算出部２５を有している。

電力系統の電圧・電流間の位相遅れφを測定するに先立ち，記憶部２７にオフセット位相差ξ（又はオフセット位相差ξと周波数ωとの関係式κ）を登録しておく。図９の交流電力測定装置５０はオフセット位相差設定部２８を有しており，オフセット位相差設定部２８から試験波供給器２９を介して同位相のデジタル試験電圧信号及電流信号を電圧入力器５及び電力入力器６に印加する。試験電圧及び電流は，変換部２０において複素電圧Ｅ及び複素電流Ｉ（（１１）式，（１２）式）に変換され，複素共役部２２において複素電流Ｉが共役複素電流Ｉ ^＊に変換されたのち，算出部２３のベクトル乗算部２３ａにおいて複素電圧Ｅと共役複素電流Ｉ ^＊とが乗算される（（１３）式）。この乗算結果を位相差検知部２６へ送り，位相差検知部２６において電圧Ｅ・電流Ｉ間のオフセット位相差ξ（（１４）式）を抽出して記憶部２７に登録する。必要に応じて，試験電圧及び電流の周波数ωを適宜切り替えながらこのサイクルを繰り返すことにより，記憶部２７にオフセット位相差ξと周波数ωとの関係式κ（（２１）式）を登録する。

電力系統の電圧・電流間の位相遅れφを測定するときは，電力系統に電圧入力器５及び電力入力器６を接続してデジタル信号を入力し，変換部２０において入力電圧信号及び電流信号を複素電圧Ｅ及び複素電流Ｉ（（１５）式），（１６）式）に変換する。次いで，複素共役部２２において複素電流Ｉから共役複素電流Ｉ ^＊を求め，複素電圧Ｅと共役複素電流Ｉ ^＊とを算出部２３に送出する。図９の算出部２３は，ベクトル乗算部２３ａ，２３ｃと複素共役部２３ｂと補正係数算出部２３ｄとを有しており，先ず補正係数算出部２３ｄにおいて位相角（偏角）がオフセット位相差ξ_ｃとなる複素補正係数ｋ（（１７）式）を単位ベクトルとして生成し，複素共役部２３ｂにより複素補正係数ｋから共役複素補正係数ｋ ^＊（（１８）式）を求め，ベクトル乗算部２３ａ，２３ｃにより複素電圧Ｅと共役複素電流Ｉ ^＊と共役複素補正係数ｋ ^＊とを乗算する（（１９）式）。複素電圧Ｅと共役複素電流Ｉ ^＊との乗算結果はオフセット位相差ξによる誤差を含むが，共役複素補正係数ｋ ^＊の乗算によってオフセット位相差ξを補正・相殺することができ，オフセット位相差ξによる誤差のない有効電力Ｐ及び無効電力Ｑを算出できる。また，その乗算結果Ｅ・Ｉ ^＊・ｋ ^＊を位相差検知部２６に送ることにより，オフセット位相差ξが補正・相殺された電圧Ｅ・電流Ｉ間の位相遅れφ（（２０）式）を検出することができる。

また，図９の測定装置５０は，所定サンプリング時間間隔Δｔにおける複素電圧Ｅ（又は複素電流Ｉ）の位相θの変位Δθから電力系統の周波数ω（＝Δθ／Δｔ）を検知する周波数検知部３０を有している。周波数検知部３０は，前走電圧記憶部３０ａと複素共役部３０ｂとベクトル乗算部３０ｃと位相差検出部３０ｄと周波数算出部３０ｅとを有しており，その前走電圧記憶部３０ａとベクトル乗算部３０ｃとに所定サンプリング時間間隔Δｔで複素電圧Ｅ（又は複素電流Ｉ）を入力する。前走電圧記憶部３０ａには前回サンプリング時の複素電圧Ｅ _−ｔ が記憶されており，今回サンプリング時に前回複素電圧Ｅ _−ｔ が複素共役部３０ｂに送出されて共役前回複素電圧Ｅ _−ｔ ^＊に変換される。ベクトル乗算部３０ｃにおいて今回複素電圧Ｅと共役前回複素電圧Ｅ _−ｔ ^＊とが乗算され，更に位相差検出部３０ｄにおいて前回複素電圧Ｅ _−ｔ ・今回複素電圧Ｅ間の位相差Δθが検出される（（２２）〜（２３）式）。この位相差Δθはサンプリング時間間隔Δｔの位相変化であるから，周波数算出部３０ｅにおいて位相差Δθとサンプリング時間間隔Δｔとから電力系統の周波数ωを算出できる（（２４）式）。また，算出部２３の補正係数算出部２３ｄにおいて，記憶部２７の関係式κ（（２１）式）に周波数ωを代入してオフセット位相差ξを求め，そのオフセット位相差ξを用いて複素補正係数ｋを生成することができる（（１７）式）。

特開２００６−２４６６００号公報 特開２００６−１９４７０３号公報

図９の交流電力測定装置５０を用いれば，電圧入力器５及び電流入力器６の相違により生じるオフセット位相差ξの影響を避けながら電圧・電流間の位相遅れφを精度よく測定し，その位相遅れφによって電力系統の潮流方向を正確に判別することができる。また，電力系統の基準周波数ωが変動しても，周波数検知部３０により周波数ωの変動を検知し，その変動に応じたオフセット位相差ξを用いて電圧・電流間の位相遅れφを補正することにより，基準周波数ωの変動による潮流方向の判別誤差を避けることができる。しかし，上述した交流電力測定装置５０は，電力系統における逆潮流の発生を検出できるものの，発生した逆潮流が電力系統にとってどの程度危険なもの（重大なもの）であるかを評価できない問題点がある。

すなわち，上述したように分散電源Ｇを接続した電力系統において発生する逆潮流は，周波数や電圧の大きな変動に繋がる危険性があるものの，潮流が小さければ危険性も相対的に小さい。危険性が大きければ遮断器を開放する等の対策が直ちに必要となるが，危険性が小さければ監視を継続しつつ逆潮流の回復を待つ等の対策で足りる場合もある。風力発電，太陽光発電等の再生可能エネルギーを用いた分散電源Ｇの出力は日射量や風速等の条件により変動しうるものであり，出力の変動しやすい分散電源Ｇの接続が増えると電力系統の潮流が不安定になりうるが，逆潮流の発生時に直ちに分散電源Ｇを切り離す等の対策を採ることは不経済であり，電力系統に与える危険性に応じた対策を選択できるような技術の開発が求められている。

そこで本発明の目的は，電力系統における逆潮流の発生を検出すると共に発生した逆潮流の危険性を評価できる逆潮流監視装置を提供することにある。

本発明者は，潮流方向の符号を付した電流実効値によって電力系統の潮流を評価することに着目した。上述した交流電力測定装置５０は，電流実効値Ｉを算出する実効値算出部２５を有しているので，電圧・電流間の位相遅れφに基づいて電流実効値Ｉに符号を付すことにより，逆潮流の発生だけでなく発生した逆潮流の大きさを表す符号付き電流値±Ｉを出力できる。ただし，符号付き電流値±Ｉだけでは逆潮流の危険性を適切に評価することは難しい。例えば，図２（Ａ）に示すように時間軸上の期間ａ，期間ｂにおいて符号付き電流値±Ｉが同じあったとしても，図２（Ｂ）に示すように期間ａ，期間ｂにおいて位相遅れφが相違していれば，期間ａ，期間ｂで逆潮流の危険性は異なる評価とすべきである。実際に分散電源Ｇの発電量の急増・急減，需要家Ｌの電力消費量の急減・急増を想定すると，図２（Ｃ）に示すように，位相遅れφの小さい期間ａでは逆潮流が急激に変動するおそれは小さいが，位相遅れφの大きい期間ｂでは逆潮流が急激に変動して系統の電力品質や連系設備に悪影響を及ぼすおそれが高い。

すなわち，電圧・電流間の位相遅れφが＋９０°〜＋２７０°の範囲内で逆潮流の電流値Ｉが同じであっても，位相遅れφによって逆潮流の危険性は異なり，位相遅れφ＝１８０°のときに危険性が最も高いと評価すべきである。逆に，位相遅れφが同じであっても，電流値Ｉが大きい場合は，電流量Ｉが小さい場合に比して逆潮流の危険性は当然高くなる。逆潮流の危険性を適切に評価するためには，図２（Ｃ）に示すような電流値Ｉと位相遅れφとの相関を考慮することが有効である。本発明は，この着想に基づく研究開発の結果，完成に至ったものである。

図１の実施例を参照するに，本発明による電力系統の逆潮流監視装置は，電力系統の同相の電圧及び電流をデジタル信号として入力し且つそれぞれ複素電圧Ｅ＝Ｅｅｘｐ（ｊ（ωｔ−ψ））及び複素電流Ｉ＝Ｉｅｘｐ（ｊ（ωｔ−ψ−φ））に変換する変換部２０，複素電圧Ｅ又は複素電流Ｉとその共役複素電流Ｉ ^＊又は共役複素電圧Ｅ ^＊とから電力系統の複素電力Ｐ，Ｑを算出する算出部２２，２３，複素電力Ｐ，Ｑから電圧Ｅに対する電流Ｉの位相遅れφを検知する位相差検知部２６，位相遅れφと複素電流Ｉとから潮流方向の符号が付された電流実効値±Ｉを算出する潮流検出部４０，並びに位相遅れφと複素電流Ｉとから逆潮流評価値Ｖ１（例えばＩφ）を算出する潮流評価部４６を備えてなるものである。

好ましくは，図１に示すように，潮流評価部４６により，位相遅れφの余弦値ｃｏｓφと電流実効値Ｉとの積（＝Ｉｃｏｓφ）として逆潮流評価値Ｖ１を算出する。或いは，図３に示すように，潮流評価部４６により，位相遅れφと複素電流Ｉとからに代えて，複素電力Ｐ，Ｑと複素電圧Ｅとから有効電力値Ｐ（＝ＩＥｃｏｓφ）を電圧実効値Ｅで除した商（＝Ｉｃｏｓφ）として逆潮流評価値Ｖ１を算出することも可能である。望ましくは，図４（Ａ）に示すように，潮流評価部４６に逆潮流評価値Ｖ１の危険レベルＬを設定し，潮流評価部４６により逆潮流評価値Ｖ１が危険レベルＬを越えたか否かを評価する。更に望ましくは，図４（Ｂ）に示すように，潮流評価部４６に多段階の危険レベルＬ１，Ｌ２，Ｌ３を設定し，潮流評価部４６により逆潮流評価値Ｖ１が危険レベルＬ１，Ｌ２，Ｌ３の何れかを超えたか否かを評価する。

好ましい一実施例では，図５及び図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように，潮流評価部４６により，逆潮流評価値Ｖ１に代えて又は加えて，位相遅れφの単位時間ｔ当たりの変化率Δφを位相急変評価値Ｖ２として算出する。或いは，図５及び図６（Ａ），（Ｄ），（Ｅ）に示すように，潮流評価部４６により，逆潮流評価値Ｖ１及び位相急変評価値Ｖ２に代えて又は加えて，位相遅れφの所定時間ｔ当たりの揺らぎ幅σφを位相揺らぎ評価値Ｖ３として算出することも可能である。望ましくは，図６（Ｃ）又は図６（Ｅ）に示すように，潮流評価部４６に位相急変評価値Ｖ２又は位相揺らぎ評価値Ｖ３の危険レベルＬ（又は多段階の危険レベルＬ１，Ｌ２）を設定し，潮流評価部４６により位相急変評価値Ｖ２又は位相揺らぎ評価値Ｖ３が危険レベルＬ（又は危険レベルＬ１，Ｌ２）を越えたか否かを評価する。

好ましい他の実施例では，図７に示すように，変換部２０に電力系統の同相の電圧及び電流に代えて異相の電圧及び電流を入力し，電圧及び電流の異相間位相シフトを記憶する記憶部３７を設け，算出部２３により複素電圧Ｅ又は複素電流Ｉとその共役複素電流Ｉ ^＊又は共役複素電圧Ｅ ^＊と電圧及び電流の異相間位相シフトとから電力系統の複素電力Ｐ，Ｑを算出する。

本発明による電力系統の逆潮流監視装置は，潮流検出部４０において電力系統の電流Ｉと電圧Ｅに対する位相遅れφとから潮流方向の符号が付された電流実効値±Ｉを算出し，潮流評価部４６において位相遅れφと電流Ｉとから逆潮流評価値Ｖ１を算出するので，符号付き電流実効値±Ｉと逆潮流評価値Ｖ１とによって電力系統における逆潮流の発生を検出すると共に発生した逆潮流の危険性を評価することができる。

以下，添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
本発明の逆潮流監視装置の第１実施例のブロック図である。 本発明における逆潮流の危険性を評価する原理の説明図である。 本発明の逆潮流監視装置の第２実施例のブロック図である。 本発明で用いる位相急変評価値及び位相揺らぎ評価値の説明図である。 本発明の逆潮流監視装置の第３実施例のブロック図である。 第３実施例で用いる位相遅れφの変化率Δφ及び揺らぎ幅σφの説明図である。 本発明の逆潮流監視装置の第４実施例のブロック図である。 分散電源Ｇを接続した電力系統における逆潮流の発生の説明図である。 従来の交流電力系統の電力測定方法の一例の説明図である。

図１は，本発明による電力系統の逆潮流監視装置１０の第１実施例のブロック図を示す。図示例の監視装置１０は，図９の交流電力測定装置５０と同様に，電力系統の同相の電圧及び電流をデジタル信号として所定サンプリング時間間隔Δｔで継続的に入力する信号入力端子１１，１２と，その入力電圧信号及び入力電流信号を複素電圧Ｅ及び複素電流Ｉに変換する変換部２０と，複素電圧Ｅ又は複素電流Ｉとその共役複素電流Ｉ ^＊又は共役複素電圧Ｅ ^＊とから電力系統の複素電力Ｐ，Ｑを算出する算出部２２，２３と，複素電力Ｐ，Ｑから電圧・電流間の位相遅れφを検出する位相差検知部２６とを有すると共に，後述する潮流検出部４０及び潮流評価部４６を有する。監視装置１０の一例はコンピュータであり，変換部２０，算出部２２，２３，位相差検知部２６，潮流検出部４０，及び潮流評価部４６はコンピュータの内蔵プログラムとすることができる。ただし，本発明はソフトウェアによる実現に限定されず，ハードウェアにより実現することも可能である。

上述した図９の測定装置５０の場合と同様に，信号入力端子１１，１２から入力した電力系統のデジタル電圧信号及び電流信号を変換部２０において複素電圧Ｅ及び複素電流Ｉに変換し，複素電圧Ｅと複素電流Ｉの共役複素電流Ｉ ^＊とを算出部２３のベクトル乗算部２３ａにおいて乗算する。電圧信号及び電流信号の間のオフセット位相差ξが存在する場合は，算出部２３の補正係数算出部２３ｄにより位相角（偏角）がオフセット位相差ξ_ｃとなる複素補正係数ｋを生成し，複素共役部２３ｂにより複素補正係数ｋから共役複素補正係数ｋ ^＊を求め，ベクトル乗算部２３ｃにより複素電圧Ｅと共役複素電流Ｉ ^＊と共役複素補正係数ｋ ^＊とを乗算することにより，オフセット位相差ξが補正・相殺された複素電力Ｐ，Ｑを算出することができる。また必要に応じて，図９を参照して上述した周波数検知部３０を設けて電力系統の周波数ωを求め，その周波数ωに応じたオフセット位相差ξを用いることにより，電力系統の周波数ωの変動によるオフセット位相差ξが補正・相殺された複素電力Ｐ，Ｑを求めることも可能である。

次いで，算出部２３で算出した複素電力Ｐ，Ｑを位相差検知部２６に入力することにより電圧Ｅ・電流Ｉ間の位相遅れφを検出し（（２０）式），その位相遅れφと複素電流Ｉとを潮流検出部４０に入力することにより潮流方向の符号が付された電流実効値±Ｉを算出する。図示例の潮流検出部４０は，位相遅れφの余弦値ｃｏｓφを求める余弦部４３と，位相遅れφの余弦値を符号化する符号化部４１と，その符号と複素電流Ｉの実効値Ｉとを乗算する乗算部４２とを有する。符号化部４１において求まる位相遅れφの余弦値ｃｏｓφの符号は，有効電力の符号と対応しており，位相遅れφが−９０°〜＋９０°の範囲のときは正となり，位相遅れφが＋９０°〜＋２７０°の範囲のときは負となる。符号化部４１で求めた符号と実効値算出部２５で求めた複素電流Ｉの実効値Ｉとを乗算部４２で乗算することにより，電力系統の潮流の向き及び大きさを表す符号付き電流値±Ｉを算出することができる。

更に，位相差検知部２６で検出した位相遅れφと複素電流Ｉとを潮流評価部４６に入力することにより逆潮流評価値Ｖ１を算出する。図示例の潮流評価部４６は，余弦部４３で求めた位相遅れφの余弦値ｃｏｓφと複素電流Ｉの実効値Ｉとを乗算する乗算部４４ａを有し，その両者の積（＝Ｉｃｏｓφ）を逆潮流評価値Ｖ１として算出している。位相遅れφの余弦値ｃｏｓφと電流実効値Ｉとの積（＝Ｉｃｏｓφ）は，図２（Ｃ）に示すように，位相遅れφ＝１８０°のときに絶対値が最大となり，位相遅れφが９０°又は２７０°に近付くに応じて小さくなる。また，電流実効値Ｉに比例した値となることから，上述したように電流値Ｉと位相遅れφとの相関を示す逆潮流評価値Ｖ１とみなすことができる。

ただし，潮流評価部４６において算出される逆潮流評価値Ｖ１はＩｃｏｓφに限るものではなく，例えば図１に点線を示すように，潮流評価部４６に位相遅れφと複素電流Ｉの実効値Ｉとの乗算部４４ｂを含め，その両者の積（＝Ｉ・φ）を逆潮流評価値Ｖ１とすることも可能である。位相遅れφと電流実効値Ｉとの積（＝Ｉ・φ）も，位相遅れφが９０°から１８０°までの範囲において徐々に大きくなり，また電流実効値Ｉに比例した値となることから，位相遅れφが＋９０°〜＋１８０°の範囲において電流値Ｉと位相遅れφとの相関を示す逆潮流評価値Ｖ１とみなすことができる。

図３は，本発明の逆潮流監視装置１０の第２実施例のブロック図を示す。図３の監視装置１０も，図１の場合と同様の信号入力端子１１，１２，変換部２０，算出部２２，２３，る位相差検知部２６，潮流検出部４０，及び潮流評価部４６を有している。ただし，潮流評価部４６に乗算部４４ａに代えて除算部４５を設けている。潮流評価部４６において，位相遅れφと複素電流Ｉとから逆潮流評価値Ｖ１するのではなく，複素電力Ｐ，Ｑと複素電圧Ｅとから有効電力値Ｐ（＝ＩＥｃｏｓφ）を電圧実効値Ｅで除した商（＝Ｉｃｏｓφ）を算出することにより逆潮流評価値Ｖ１を求める。図１の場合と算出方法は異なるが，位相遅れφの余弦値ｃｏｓφと電流実効値Ｉとの積（＝Ｉｃｏｓφ）を電流値Ｉと位相遅れφとの相関を示す逆潮流評価値Ｖ１として算出することができる。

また，図３の実施例では，潮流検出部４０において，図１のように位相遅れφと複素電流Ｉとから符号付き電流実効値±Ｉを算出するのではなく，潮流評価部４６で算出された有効電力値Ｐの電圧実効値Ｅによる商（＝Ｉｃｏｓφ）から符号付き電流実効値±Ｉを求めている。潮流評価部４６の除算部４５における算出値は，位相遅れφの余弦値ｃｏｓφと電流実効値Ｉとの積（＝Ｉｃｏｓφ）であるが，電流実効値Ｉは常に正の値であるから，その積（＝Ｉｃｏｓφ）の符号を符号化部４１において求め，その符号と実効値算出部２５で求めた複素電流Ｉの実効値Ｉとを乗算部４２で乗算することにより，電力系統の潮流の向き及び大きさを表す符号付き電流値±Ｉを算出することができる。

なお，図１及び図３の潮流評価部４６において算出される逆潮流評価値Ｖ１＝Ｉｃｏｓφは，有効電力値Ｐ（＝ＩＥｃｏｓφ）を電圧実効値Ｅで除したものであり，電圧実効値Ｅの影響を避けて電流値Ｉと位相遅れφとの相関のみによって逆潮流を評価することができる。すなわち，例えば図９に示す従来の交流電力測定装置５０においても有効電力値Ｐ（＝ＩＥｃｏｓφ）は測定されているが，測定装置５０には電力系統の相電圧，線間電圧等の異なる電圧信号が入力されるので，入力電圧によって大きく変動する有効電力値Ｐでは逆潮流の適切な評価が難しいことがあった。有効電力値Ｐを電圧実効値Ｅで除して逆潮流評価値Ｖ１＝Ｉｃｏｓφとすることにより，電流値Ｉと位相遅れφとの相関のみが反映された逆潮流の適切な評価が期待できる。

好ましくは，図１及び図３に示すように，潮流評価部４６に乗算部４４ａ又は除算部４５と共に比較部４９を設け，その比較部４９に図４（Ａ）に示すような逆潮流評価値Ｖ１の危険レベルＬを設定することにより，潮流評価部４６において逆潮流評価値Ｖ１が危険レベルＬを越えたか否かを評価する。例えば，電力系統の周波数変動又は電圧変動に繋がる可能性がある逆潮流評価値Ｖ１（＝Ｉｃｏｓφ）を危険レベルＬとして設定すると共に，逆潮流監視装置１０に警報器（図示せず）を接続しておき，潮流評価部４６において算出された電力系統の逆潮流評価値Ｖ１がその危険レベルＬを越えたときに比較部４９の出力信号によって警報器を起動する。電力系統の配電線の遮断器を逆潮流監視装置１０に接続しておき，潮流評価部４６において逆潮流評価値Ｖ１が危険レベルＬを越えたときに遮断器を開放することも可能である。

望ましくは，図４（Ｂ）に示すように，潮流評価部４６の比較部４９に多段階の危険レベルＬ１，Ｌ２，Ｌ３に設定しておき，潮流評価部４６により逆潮流評価値Ｖ１が危険レベルＬ１，Ｌ２，Ｌ３の何れかを超えたか否かを評価する。例えば，電力系統の逆潮流評価値Ｖ１が危険レベルＬ１を越えたときに警報器を起動し，危険レベルＬ２を越えたときに遮断器を開放する。危険レベルＬ１，Ｌ２，Ｌ３に応じて異なる警報を出力することにより，電力系統に逆潮流が発生しても直ちに遮断器を開放するのではなく，監視を継続しながら逆潮流の回復を待つ等の経済的な運用が可能となる。

こうして本発明の目的である「電力系統における逆潮流の発生を検出すると共に発生した逆潮流の危険性を評価できる逆潮流監視装置」の提供を達成できる。

図５は，本発明の逆潮流監視装置１０の第３実施例のブロック図を示す。図５の監視装置１０は，図１の場合と同様の信号入力端子１１，１２，変換部２０，算出部２２，２３，る位相差検知部２６，潮流検出部４０，及び潮流評価部４６を有すると共に，潮流評価部４６に，位相遅れφの単位時間ｔ当たりの変化率Δφを位相急変評価値Ｖ２として算出する変化率算出部４７と，位相遅れφの所定時間ｔ当たりの揺らぎ幅σφを位相揺らぎ評価値Ｖ３として算出する揺らぎ幅算出部４８とを設けている。例えば図８のような分散電源Ｇを接続した電力系統では，何らかの事故等によって系統電源が切り離されると分散電源Ｇの単独運転となることがあり，逆潮流の増大が分散電源Ｇの単独運転に起因して発生する可能性がある。従来から分散電源Ｇの単独運転を電圧又は周波数の急変等から検出する手法が開発されるが，図５の実施例では，図１及び図３のような逆潮流評価値Ｖ１の算出に代えて又は加えて，潮流評価部４６において位相急変評価値Ｖ２又は位相揺らぎ評価値Ｖ３を算出することにより，逆潮流の危険性の見逃しや誤検出を防止すると共に，分散電源Ｇの単独運転を検出することが期待できる。

図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は，変化率算出部４７によって位相遅れφの単位時間ｔ当たりの変化率Δφを位相急変評価値Ｖ２として算出する処理を示す。例えば，潮流評価部４６の比較部４９に位相急変評価値Ｖ２の危険レベルＬ（又は多段階の危険レベルＬ１，Ｌ２）を設定しておき，図６（Ｃ）のような位相遅れ変化率Δφの急変が危険レベルＬの範囲（＋Ｌ〜−Ｌの範囲）を越えたか否かを評価する。また，図６（Ａ），（Ｄ），（Ｅ）は，揺らぎ幅算出部４８によって位相遅れφの所定時間ｔ当たりの揺らぎ幅σφを位相揺らぎ評価値Ｖ３として算出する処理を示す。例えば，潮流評価部４６の比較部４９に位相揺らぎ評価値Ｖ３の危険レベルＬ（又は多段階の危険レベルＬ１，Ｌ２）を設定しておき，図６（Ｅ）のような位相遅れ揺らぎ幅σφの動揺が危険レベルＬの範囲（＋Ｌ〜−Ｌの範囲）を越えたか否かを評価する。例えば，位相急変評価値Ｖ２又は位相揺らぎ評価値Ｖ３の危険レベルＬの範囲（例えば＋Ｌ１〜−Ｌ１の範囲）を越えたときに，分散電源Ｇの単独運転であることを検出し，分散電源Ｇの遮断器を開放して分散電源Ｇを電力系統から切り離す等の対策を採ることができる。

図７は，本発明の逆潮流監視装置１０の第４実施例のブロック図を示す。図７の監視装置１０も，図１，図３，図５の場合と同様に信号入力端子１１，１２，変換部２０，算出部２２，２３，位相差検知部２６，潮流検出部４０，及び潮流評価部４６を有しているが，電力系統の同相の電圧及び電流に代えて異相の電圧及び電流を変換部２０に入力し，異相の電圧及び電流から逆潮流評価値Ｖ１，位相急変評価値Ｖ２，位相揺らぎ評価値Ｖ３を算出している。例えば電力系統が三相交流である場合に，通常は電圧入力器５及び電力入力器６を同相の電圧と電流に接続して潮流を監視するのが基本であるが，現場の設備事情や配電線事情によって電圧入力器５及び電力入力器６を接続する三相交流の取り込みラインが異相にならざるを得ない場合がありうる。異相の電圧及び電流の間には大きな位相シフト（３０°，９０°，１２０°等）が存在しているので，異相の電圧信号及び電流信号から上述した位相遅れφを検出するためには，上述したオフセット位相差ξの補正に代えて又は加えて，その大きな位相シフトを補正する必要がある。

図７の逆潮流監視装置１０は，信号入力端子１１，１２から入力する電圧及び電流の異相間位相シフトを記憶する記憶部３７を設け，算出部２３において複素電圧Ｅ（又は複素電流Ｉ）とその共役複素電流Ｉ ^＊（又は共役複素電圧Ｅ ^＊）と電圧及び電流の異相間位相シフトとから電力系統の複素電力Ｐ，Ｑを算出している。異相の電圧及び電流間の位相シフトが既知であれば，予め工場内で固定的に算出部２３の演算を補正しておくことも可能であるが，例えば事前に異相の取り込みラインの情報が分からない場合，又は運用中に取り込みラインに変更が発生した場合，更には既に強電の取り込みラインが接続され電流変換器が通電稼働中である場合等が起こりうる。図７の逆潮流監視装置１０によれば，そのような場合であっても，現場において記憶部３７に設定する電圧及び電流の異相間位相シフトを変更することにより容易に補正が可能である。例えば，表１に示す異相間位相シフトのテーブルを記憶部３７に設定しておき，逆潮流監視装置１０に入力する電圧及び電流に応じて記憶部３７の位相シフトを選択的に切り替える。

図７の逆潮流監視装置１０の算出部２３は，ベクトル乗算部２３ｃと複素共役部２３ｂと補正係数算出部２３ｄと共に，ベクトル乗算部３８ｃと複素共役部３８ｂと補正係数算出部３８ｄを有している。先ず補正係数算出部３８ｄにおいて，位相角（偏角）が記憶部３７に設定した異相間位相シフトとなるような複素補正係数を生成し，複素共役部３８ｂにより複素補正係数から共役複素補正係数を求め，ベクトル乗算部３８ｃにより複素電圧Ｅと共役複素電流Ｉ ^＊と共役複素補正係数とを乗算することにより，異相間位相シフトが補正・相殺された有効電力Ｐ及び無効電力Ｑを算出することができる。また，必要に応じて，図９のような周波数検知部３０を設けて電力系統の周波数ωを求め，その周波数ωに応じて位相シフトを切り替え可能とすることにより，電力系統の周波数ωの変動による位相シフトが補正・相殺された複素電力Ｐ，Ｑを求めることも可能である。

１，２…系統接続端 ３，４…試験波接続端
５…電圧入力器 ６…電流入力器
７…ＡＤ変換器 ８…ＡＤ変換器
１０…潮流監視装置 １１…電圧信号入力端子
１２…電流信号入力端子 １３…有効電力出力端子
１４…無効電力出力端子 １５…電圧実効値出力端子
１６…電流実効値出力端子 １７…位相差出力端子
１８…周波数（又は周波数偏差）出力端子
１９…試験信号出力端子
２０…変換部 ２１ａ，２１ｂ…定位相差分波部
２２…複素共役部 ２３…算出部
２３ａ…ベクトル乗算部
２４…電圧実効値算出部 ２５…電流実効値算出部
２６…位相差検知部 ２７…記憶部
２８…オフセット位相差設定部 ２９…試験波供給器
３０…周波数検知部
３５…符号付き電流値出力端子 ３６…評価値出力端子
３７…記憶部
４０…潮流検出部 ４１…符号化部
４２…乗算部 ４３…余弦部
４４ａ，４４ｂ…乗算部 ４５…除算部
４６…潮流評価部 ４７…変化率算出部
４８…揺らぎ幅算出部 ４９…比較部
５０…交流電力測定装置
Ｖ１…逆潮流評価値 Ｖ２…位相急変評価値
Ｖ３…位相揺らぎ評価値

Claims (9)

1. 電力系統の同相の電圧及び電流をデジタル信号として入力し且つそれぞれ複素電圧及び電流に変換する変換部，前記複素電圧又は電流とその共役複素電流又は電圧とから電力系統の複素電力を算出する算出部，前記複素電力から電圧に対する電流の位相遅れを検知する位相差検知部，前記位相遅れと複素電流とから潮流方向の符号が付された電流実効値を算出する潮流検出部，並びに前記位相遅れと複素電流とから逆潮流評価値を算出する潮流評価部を備えてなる電力系統の逆潮流監視装置。
2. 請求項１の監視装置において，前記潮流評価部により，前記位相遅れの余弦値と電流実効値との積として逆潮流評価値を算出してなる電力系統の逆潮流監視装置。
3. 請求項１の監視装置において，前記潮流評価部により，前記位相遅れと複素電流とからに代えて，前記複素電力と複素電圧とから有効電力値を電圧実効値で除した商として逆潮流評価値を算出してなる電力系統の逆潮流監視装置。
4. 請求項１から３の何れかの監視装置において，前記潮流評価部に逆潮流評価値の危険レベルを設定し，前記潮流評価部により逆潮流評価値が危険レベルを越えたか否かを評価してなる電力系統の逆潮流監視装置。
5. 請求項４の監視装置において，前記潮流評価部に危険レベルを多段階に設定し，前記潮流評価部により逆潮流評価値が危険レベルの何れかを超えたか否かを評価してなる電力系統の逆潮流監視装置。
6. 請求項１から５の何れかの監視装置において，前記潮流評価部により，前記逆潮流評価値に代えて又は加えて，前記位相遅れの単位時間当たりの変化率を位相急変評価値として算出してなる電力系統の逆潮流監視装置。
7. 請求項１から５の何れかの監視装置において，前記潮流評価部により，前記逆潮流評価値に代えて又は加えて，前記位相遅れの所定時間当たりの揺らぎ幅を位相揺らぎ評価値として算出してなる電力系統の逆潮流監視装置。
8. 請求項６又は７の監視装置において，前記潮流評価部に位相急変評価値又は位相揺らぎ評価値の危険レベルを設定し，前記潮流評価部により位相急変評価値又は位相揺らぎ評価値が危険レベルを越えたか否かを評価してなる電力系統の逆潮流監視装置。
9. 請求項１から８の何れかの監視装置において，前記変換部に電力系統の同相の電圧及び電流に代えて異相の電圧及び電流を入力し，前記電圧及び電流の異相間位相シフトを記憶する記憶部を設け，前記算出部により複素電圧又は電流とその共役複素電流又は電圧と電圧及び電流の異相間位相シフトとから電力系統の複素電力を算出してなる電力系統の逆潮流監視装置。