JP6345078B2

JP6345078B2 - 単独運転検出用の制御装置、単独運転検出装置および単独運転検出方法

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Publication number: JP6345078B2
Application number: JP2014220520A
Authority: JP
Inventors: 木村　友昭; 友昭木村; 清俊田中; 中林　弘一; 弘一中林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2034-10-29
Also published as: JP2016092851A

Description

本発明は、分散型電源装置が電力系統から切り離され単独運転しているか否かを検出する単独運転検出用の制御装置、単独運転検出装置および単独運転検出方法に関する。

分散型電源装置における単独運転は、電力系統が停電しているときに、分散型電源装置が電力系統から独立して運転され、分散型電源装置から局所的な系統負荷に電力が供給されている状態である。電力系統の停電は、工事または事故といった要因によって引き起こされる。

電力系統に接続される分散型電源装置には、太陽光発電装置、風力発電装置、エンジン発電機、電力貯蔵装置および燃料電池が代表的なものである。これらの分散型電源装置では、太陽電池、蓄電池または燃料電池といった特性または性質の異なる電力供給部を電力系統に接続させて使用するため、周波数および電圧を電力系統に適合させるインバータ機能と、電力系統の異常を検出する保護装置とを内蔵したパワーコンディショナが数多く提案されている。

以上に説明した電力供給部と、直流を交流に変換するパワーコンディショナとを備えた分散型電源装置を電力系統に連系させて、例えば家電製品に給電する分散型電源装置が実用化されている。

この種の分散型電源装置では、電力系統の停電時および作業停電時において、電力系統における工事作業の安全を確保するため、分散型電源装置のインバータの動作を停止させるか、または、開閉器を作動させて連系を解除することにより、分散型電源装置を電力系統から解列させて、分散型電源装置の単独運転を防止する機能が不可欠である。なお、この機能は、単独運転検出機能と呼ばれている。

単独運転を検出する方式の１つとして、電力系統に無効電力を注入する方式が既に提案されている。この方式を用いた単独運転検出装置では、パワーコンディショナの出力に能動信号としての無効電力を注入し、注入した無効電力によって引き起こされる周波数の変化を検知することにより、単独運転を検出する（特許文献１参照）。なお、この機能は、日本電機工業会（ＪＥＭＡ）によりＪＥＭ１４９８（方式名：ステップ注入付周波数フィードバック方式）として標準化されている（非特許文献１参照）。

特開２００８−５４３６６号公報

ＪＥＭ１４９８：ステップ注入付周波数フィードバック方式

ところで、単独運転状態では、無効電力の注入によって分散型電源装置の出力周波数が変化するが、分散型電源装置が出力周波数を制御できる範囲には限界があるため、制御限界に達すると出力周波数が制御限界の周波数の範囲を超えて変化しなくなる。ＪＥＭ１４９８に規定される方式では、過去の平均周期と最新の平均周期から求めた周波数偏差をもとに、予め決められた周波数偏差と無効電力との関係特性に従って無効電力が出力される。ここで、周波数偏差と無効電力との関係特性は、周波数偏差がゼロの場合には無効電力もゼロとする。このため、分散型電源装置の出力周波数が制御限界に達し、出力周波数が変化しない場合は、周波数偏差がゼロとなるため、無効電力もゼロとなって、単独運転状態を検出することが困難になるという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、分散型電源装置が制御限界に達し出力周波数に変化がなくなった場合でも、分散型電源装置の単独運転を検出でき、分散型電源装置を電力系統から解列させることが可能な単独運転検出用の制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る単独運転検出用の制御装置は、分散型電源装置と電力系統との連系点での電圧から予め決められた計測周期で系統周波数を計測する周波数計測部と、前記周波数計測部の計測値を用いて周波数偏差を演算する周波数偏差演算部と、周波数偏差に対して前記電力系統に注入する無効電力を与えると共に周波数偏差がゼロの場合は無効電力をゼロとする予め決められた関係特性および前記周波数偏差演算部が演算した前記周波数偏差に基づいて、前記電力系統に注入する無効電力を予め決められた演算周期で演算し出力する無効電力演算部と、前記周波数計測部の計測値を用いて前記分散型電源装置が単独運転状態であるか否かを判定する単独運転判定部と、を備え、前記無効電力演算部は、現在の前記系統周波数が制御限界の下限以下または上限以上である場合は、一演算周期前に出力した無効電力を出力することを特徴とする。

本発明によれば、分散型電源装置が制御限界に達し出力周波数に変化がなくなった場合でも、分散型電源装置の単独運転を検出でき、分散型電源装置を電力系統から解列させることができる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る分散型電源装置の構成を示す図実施の形態１に係る制御装置の機能構成の一例を示すブロック図実施の形態１における周波数偏差の演算方法を示した模式図実施の形態１における周波数偏差と注入無効電力との関係特性を示す図実施の形態１に係る制御装置の制御処理のフローチャート実施の形態２においてノイズまたは瞬時停電により系統周期の計測値が影響を受ける様子を示した図実施の形態２に係る制御装置の制御処理のフローチャート

以下に、本発明の実施の形態に係る単独運転検出用の制御装置、単独運転検出装置および単独運転検出方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る分散型電源装置の構成を示す図である。本実施の形態に係る分散型電源装置１は、電力供給部５およびパワーコンディショナ１０を備える。パワーコンディショナ１０は、インバータ１１および単独運転検出装置１６を備える。単独運転検出装置１６は、インバータ制御部１２、制御装置１３、連系リレー１４および電流検出器１５を備える。ここで、制御装置１３は、本実施の形態に係る単独運転検出用の制御装置である。

電力供給部５は、例えば太陽電池またはガスエンジン発電機であり、直流電力を発電して電力変換部であるパワーコンディショナ１０に供給する。

電力供給部５は、パワーコンディショナ１０を介して電力系統２と接続される。パワーコンディショナ１０は、電力供給部５が発電した直流電力を交流電力に変換する電力変換機能を備える。パワーコンディショナ１０により変換された交流電力は、電力系統２に供給される他、例えば一般家電機器である負荷３にも供給される。

インバータ１１は、パワーコンディショナ１０における電力変換機能を担う。インバータ制御部１２は、インバータ１１と電力系統２との間に流れる電流と電力系統２が出力する電圧とに基づいて、インバータ１１を制御する。インバータ１１と電力系統２との間に流れる電流は、電流検出器１５によって検出される。

図２は、本実施の形態に係る制御装置１３の機能構成の一例を示すブロック図である。制御装置１３は、電圧計測部１３１、高調波歪検出部１３２および周波数計測部１３３を備える。電圧計測部１３１は、入力される電圧波形信号に基づいて、電力系統２が出力する電圧である系統電圧を計測する。ここで、電力系統２が出力する電圧は、分散型電源装置１と電力系統２との連系点１７での電圧である。また、電圧波形信号は図示しない電圧検出器によって検出される。高調波歪検出部１３２は、入力される電圧波形信号に基づいて、電力系統２が出力する電圧に含まれる高調波成分である高調波歪電圧を計測する。周波数計測部１３３は、入力される電圧波形信号に基づいて、電力系統２が出力する電圧の周波数である系統周波数を計測する。

周波数計測部１３３は、系統周波数を予め決められた計測周期で計測する。ここで、計測周期は、電力系統２の系統周期の１／３以下にすることが好ましい。系統周波数を５０Ｈｚとした場合、系統周期は２０ｍ秒であるため、計測周期は、系統周期の１／３以下である例えば５ｍ秒にすることが好ましい。以下では、計測周期は、５ｍ秒とする。

制御装置１３は、さらに単独運転判定部１３４、周波数偏差演算部１３５、無効電力演算部１３６および無効電力注入判定部１３７を備える。

単独運転判定部１３４は、周波数計測部１３３の計測値を用いて単独運転状態であるか否かの判定をする。単独運転判定部１３４は、単独運転を検出した場合には、連系リレー１４をオフ制御するための制御信号である単独運転検出信号を生成して連系リレー１４に出力すると共に、インバータ１１を停止させる信号であるゲートブロック信号をインバータ制御部１２に出力する。

周波数偏差演算部１３５は、周波数計測部１３３の計測値を用いて、最新の系統周期の移動平均値と過去の系統周期の移動平均値を算出し、これらの移動平均値を用いて周波数偏差を演算する。最新の系統周期の移動平均値である周期Ａは、現在から例えば４０ｍ秒前までの４０ｍ秒分の系統周期の計測値の移動平均値である。過去の系統周期の移動平均値である周期Ｂは、現在から例えば２００ｍ秒前の過去の時点に対して当該過去の時点から例えば４０ｍ秒前までの４０ｍ秒分の系統周期の計測値の移動平均値である。周波数偏差は、例えば１／Ａ−１／Ｂで与えられる。

図３は、周波数偏差の演算方法を示した模式図である。Ｃ５５からＣ−３は、周波数計測部１３３により５ｍ秒の計測周期で順次計測される系統周期を表す。具体的には、Ｃ０は、現在の系統周期である。Ｃｉは、（ｉ×５）ｍ秒前に計測された系統周期である。ここで、ｉは１から５５の自然数を表す。また、Ｃ−ｊは、（ｊ×５）ｍ秒後に計測される系統周期である。ここで、ｊは１から３の自然数を表す。周期Ａ_０からＡ_−２は、周波数偏差演算部１３５により順次算出される最新の系統周期の移動平均値を表す。Ｂ_０からＢ_−２は、周波数偏差演算部１３５により順次算出される過去の系統周期の移動平均値を表す。例えば、周期Ａ_０は、現在から４０ｍ秒前までの４０ｍ秒分の系統周期Ｃ０からＣ７の平均値であり、周期Ｂ_０は、現在から例えば２００ｍ秒前の過去の時点に対して当該過去の時点から例えば４０ｍ秒前までの４０ｍ秒分の系統周期Ｃ５５からＣ３９の移動平均値であり、最新の周波数偏差は、１／Ａ_０−１／Ｂ_０で与えられる。周期Ａ_−１，Ａ_−２の算出についても同様に説明することができる。

無効電力演算部１３６は、周波数偏差演算部１３５が演算した周波数偏差を用いて、電力系統２に注入する無効電力を演算し出力する。すなわち、無効電力演算部１３６は、周波数偏差に応じて電力系統２に出力する無効電力を変化させる。

図４は、本実施の形態における周波数偏差と注入無効電力との関係特性を示す図である。図４では、横軸は周波数偏差を表し、縦軸は注入無効電力、すなわち、電力系統２に注入する無効電力を表している。周波数偏差と注入無効電力との関係特性は、周波数偏差に対して注入無効電力を与えると共に周波数偏差がゼロの場合は注入無効電力をゼロとする予め決められた関係特性であり、制御装置１３内に組み込まれている。無効電力演算部１３６は、無効電力の演算時に当該関係特性を参照する。無効電力演算部１３６は、周波数偏差が正のときにはパワーコンディショナ１０から見て位相進みの無効電力を算出し、周波数偏差が負のときにはパワーコンディショナ１０から見て位相遅れの無効電力を算出する。

図４に示すように、周波数偏差の絶対値がΔｆ１以下の領域では、周波数偏差の変化に対する無効電力の変化の割合であるゲインＧ１は一定であり、周波数偏差の絶対値がΔｆ１以上でかつΔｆ２以下の領域では、周波数偏差の変化に対する無効電力の変化の割合であるゲインＧ２は一定であり、かつ、Ｇ１＜Ｇ２となっている。なお、０＜Δｆ１＜Δｆ２である。また、Δｆ１は例えば０．０１Ｈｚである。このように、周波数偏差ゼロを含む一定の領域は無効電力が極力小さくなるように設定された低感帯領域であり、低感帯領域の外側に無効電力が増大する高感帯領域が設定される。

また、無効電力は、周波数偏差がΔｆ２以上では一定の上限値Ｑ１（＞０）となり、周波数偏差が−Δｆ２以下で一定の下限値−Ｑ１となる。Ｑ１は、例えば０．２５Ｐ.Ｕ.Ｖａｒに設定される。ここで、Ｐ.Ｕ.は、ｐｅｒｕｎｉｔの略であり、単位法で用いる記号であり、基準値に対する比を表す。Ｖａｒは無効電力を表す。例えば、基準値を定格出力である４ｋＷとした場合には、０．２５Ｐ.Ｕ.Ｖａｒは、４ｋＷの０．２５倍である１ｋＷの無効電力を意味する。

また、周波数偏差は上下限値を有する。図４では、周波数偏差の上限値はΔｆ３、周波数偏差の下限値は−Δｆ３で表されている。ここで、Δｆ３は、０＜Δｆ１＜Δｆ２＜Δｆ３を満たす。上記のように、周波数偏差がΔｆ２以上でかつΔｆ３以下の領域では、無効電力は上限値Ｑ１となり、周波数偏差が−Δｆ３以上でかつ−Δｆ２以下の領域では、無効電力は下限値−Ｑ１となる。

無効電力注入判定部１３７は、周波数偏差が予め設定された期間内において連続して一定以下となる状態が継続し、かつ、系統電圧または高調波歪電圧が予め設定された変動範囲を超える変動をしたという条件（これを「急変条件」という。）が成立した場合に、系統電圧又は高調波歪電圧が単独運転発生に起因して急変したと判断し、周波数偏差に基づいて演算された無効電力に加えて、追加無効電力を注入する制御を行う（ＪＥＭ１４９８参照）。

制御装置１３は、さらに加算部１３８および出力電流制御部１３９を備える。加算部１３８は、無効電力演算部１３６からの演算無効電力と、無効電力注入判定部１３７からの追加無効電力とを加算して出力電流制御部１３９に出力する。出力電流制御部１３９は、加算部１３８の出力に応じた電流指令値をインバータ制御部１２へ出力する制御を行う。

上述のように構成された分散型電源装置１において、電力系統２の周波数偏差に応じて電力系統２に無効電力を注入した場合、電力系統２が停止し分散型電源装置１が単独運転状態のときは、電力系統２に注入される無効電力により、系統周波数が変動する。単独運転判定部１３４は、この周波数の変動が予め決められた値を超えた場合は、単独運転状態と判定し、分散型電源装置１を電力系統２から解列させるために単独運転検出信号を連系リレー１４に出力すると共に、インバータ１１を停止させるためにゲートブロック信号をインバータ制御部１２に出力する。上記の予め決められた値は、例えば、２．５サイクルの間に８Ｈｚ／秒の変動である。なお、分散型電源装置１が単独運転状態でなければ、注入した無効電力は電力系統２に吸収され、周波数変動は生じない。

ところで、制御装置１３が制御できる周波数範囲には限界、すなわち、上下限値があるため、制御装置１３が制御限界に達するとパワーコンディショナ１０の出力周波数が上下限値を超えて変化しなくなり、周波数偏差がゼロとなるため、注入無効電力もゼロとなって、このままでは単独運転状態を検出することが困難となる。

そこで、本実施の形態では、系統周波数が制御装置１３の制御限界で決まる出力周波数の上下限値に達した場合は、注入無効電力をゼロにせず、制御限界に達する直前に注入した無効電力を出力することとする。ここで、注入無効電力は、パワーコンディショナ１０が出力する無効電力であり、電力系統２に注入する無効電力である。また、このとき、周波数偏差の値は、周波数偏差演算部１３５で実際に演算された値とせずに、系統周波数が上限値に達した場合は周波数偏差の上限値に設定し、系統周波数が下限値に達した場合は周波数偏差の下限値に設定することとする。

上記の動作の詳細を、図５を参照して説明する。図５は、本実施の形態に係る制御装置１３の制御処理のフローチャートである。図５に示す制御処理は、予め決められた演算周期で実行することができる。ここで、演算周期は、系統周波数の計測周期とすることができる。ＪＥＭ１４９８の規定に従えば、図５に示す制御処理は５ｍ秒ごとに実行される。

ステップＳ１にて、無効電力演算部１３６は、現在の系統周波数が制御限界の下限以下かを判定する。現在の系統周波数は周波数計測部１３３で計測された最新の系統周波数ｆであり、この系統周波数ｆがパワーコンディショナ１０の制御限界の下限である周波数の下限閾値ｆｌ以下か否か、すなわち、ｆ≦ｆｌか否かが判定される。ここで、周波数の下限閾値ｆｌは、パワーコンディショナ１０の出力周波数の下限値ｆｐｌである。この場合は、系統周波数ｆがｆｌより小さくなることはないので、ステップＳ１では、無効電力演算部１３６は、現在の系統周波数が制御限界の下限か否かを判定することとなる。後述するように、ｆｌはｆｐｌよりも大きく設定することもでき、この場合は、無効電力演算部１３６は、現在の系統周波数が制御限界の下限以下か否かを判定する。

ステップＳ１での判定の結果、現在の系統周波数が制御限界の下限以下であれば（ステップＳ１，Ｙｅｓ）、無効電力演算部１３６は、ステップＳ２にて周波数偏差の値を周波数偏差の下限値とし、ステップＳ５の処理に進む。すなわち、無効電力演算部１３６は、現在の系統周波数が周波数の下限閾値ｆｌ以下であるときは、周波数偏差の値を図４の関係特性に規定される周波数偏差の下限値である−Δｆ３に設定する。

ステップＳ５では、無効電力演算部１３６は、注入無効電力を直前に出力していた値とする。すなわち、無効電力演算部１３６は、直前に出力した無効電力を記憶しておき、当該直前に出力した無効電力を出力する。ここで、直前は一演算周期前である。なお、本制御処理を実施すると、この場合の直前に出力していた注入無効電力の値は、実質的に注入無効電力の下限値−Ｑ１となる。そのため、この場合は、ステップＳ５において、注入無効電力を直前に出力していた値とする代わりに、注入無効電力をその下限値−Ｑ１としてもよい。

ステップＳ１での判定の結果、現在の系統周波数が制御限界の下限以下でなければ（ステップＳ１，Ｎｏ）、無効電力演算部１３６は、ステップＳ３にて現在の系統周波数が制御限界の上限以上かを判定する。すなわち、系統周波数ｆがパワーコンディショナ１０の制御限界の上限である周波数の上限閾値ｆｕ以上か否か、すなわち、ｆ≧ｆｕか否かが判定される。ここで、周波数の上限閾値ｆｕは、パワーコンディショナ１０の出力周波数の上限値ｆｐｕである。この場合は、系統周波数ｆがｆｕより大きくなることはないので、ステップＳ３では、無効電力演算部１３６は、現在の系統周波数が制御限界の上限か否かを判定することとなる。後述するように、ｆｕはｆｐｕよりも小さく設定することもでき、この場合は、無効電力演算部１３６は、現在の系統周波数が制御限界の上限以上か否かを判定する。

ステップＳ３での判定の結果、現在の系統周波数が制御限界の上限以上であれば（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、無効電力演算部１３６は、ステップＳ４にて周波数偏差の値を周波数偏差の上限値とし、ステップＳ５の処理に進む。すなわち、無効電力演算部１３６は、現在の系統周波数が周波数の上限閾値ｆｕ以上であるときは、周波数偏差の値を図４の関係特性に規定される周波数偏差の上限値Δｆ３に設定する。

上記したように、ステップＳ５では、無効電力演算部１３６は、注入無効電力を直前に出力していた値とする。すなわち、無効電力演算部１３６は、直前に出力した無効電力を記憶しておき、当該直前に出力した無効電力を出力する。ここで、直前は一演算周期前である。なお、本制御処理を実施すると、この場合の直前に出力していた注入無効電力の値は、実質的に注入無効電力の上限値Ｑ１となる。そのため、この場合は、ステップＳ５において、注入無効電力を直前に出力していた値とする代わりに、注入無効電力をその上限値Ｑ１としてもよい。

ステップＳ３での判定の結果、現在の系統周波数が制御限界の上限以上でなければ（ステップＳ３，Ｎｏ）、無効電力演算部１３６は、ステップＳ６にて周波数偏差演算部１３５が演算した周波数偏差（１／Ａ−１／Ｂ）を用いて、ステップＳ７にて図４に示す周波数偏差と注入無効電力との関係特性に従って注入無効電力を演算する。

以上に説明した通り、本実施の形態によれば、無効電力演算部１３６が、現在の系統周波数が制御限界の下限以下または上限以上である場合は、直前に出力した無効電力を出力するようにしたので、電力系統２に停電が発生し、分散型電源装置１が制御限界に達し出力周波数に変化がなくなった場合でも、分散型電源装置１の単独運転を検出でき、分散型電源装置１を電力系統から解列させて安全を確保することができる。

なお、本実施の形態では、図５のステップＳ５にて注入無効電力を直前に出力していた値に設定するとしているが、上記したように、ステップＳ５において、注入無効電力をその下限値−Ｑ１またはその上限値Ｑ１とする処理を実施してもよい。この際、ステップＳ２またはステップＳ４で設定された周波数偏差（周波数偏差の下限値または上限値）の値を用い、ステップＳ６およびステップＳ７と同様にして図４に示す周波数偏差と注入無効電力との関係特性に従って注入無効電力を演算で求めてもよい。すなわち、ステップＳ２で設定された周波数偏差の下限値−Δｆ３を用いて注入無効電力の下限値−Ｑ１を求め、あるいは、ステップＳ４で設定された周波数偏差の上限値Δｆ３を用いて注入無効電力の上限値Ｑ１を求めてもよい。

なお、図５に示すように、ステップＳ５にて注入無効電力を直前に出力していた値とする場合には、当該処理はステップＳ２またはステップＳ４の処理結果を必要としないので、図５において、ステップＳ２およびステップＳ４を省略してもよく、この場合でも、本実施の形態と同様の効果を奏する。

また、図５の説明では、制御限界の上限（周波数の上限閾値ｆｕ）および制御限界の下限（周波数の下限閾値ｆｌ）は、パワーコンディショナ１０の出力周波数の上限値ｆｐｕおよび下限値ｆｐｌとしたが、パワーコンディショナ１０に内蔵される周波数継電器（図示せず）の整定値とすることもできる。具体的には、周波数継電器は、周波数上昇継電器および周波数低下継電器を備えるので、制御限界の上限（周波数の上限閾値ｆｕ）を周波数上昇継電器の整定値とし、制御限界の下限（周波数の下限閾値ｆｌ）を周波数低下継電器の整定値とすることもできる。周波数継電器の整定範囲は周波数の実質的な制御範囲となるので、周波数継電器の整定値は制御限界の上下限とみなすこともできる。

制御限界の上限（周波数の上限閾値ｆｕ）を周波数継電器の整定範囲の上限値（周波数上昇継電器の整定値）とし、制御限界の下限（周波数の下限閾値ｆｌ）を周波数継電器の整定範囲の下限値（周波数低下継電器の整定値）とした場合でも、図５のステップＳ５の処理において、注入無効電力を直前に出力していた値とする代わりに、注入無効電力を下限値−Ｑ１または上限値Ｑ１としてもよい。つまり、この場合でも、本制御処理を実施すると、直前に出力していた注入無効電力の値は、実質的に注入無効電力の下限値−Ｑ１または上限値Ｑ１となる。

パワーコンディショナ１０の出力周波数の制御範囲は、一般に周波数継電器の整定範囲より広く設計される。一般に周波数継電器の整定値は、系統の定格周波数が５０Ｈｚの場合、ＵＦＲ＝４９．５Ｈｚ、ＯＦＲ＝５１．０Ｈｚ、系統の定格周波数が６０Ｈｚの場合、ＵＦＲ＝５８．２Ｈｚ、ＯＦＲ＝６１．２Ｈｚに設定される。ここで、ＵＦＲ，ＯＦＲは、周波数低下継電器、周波数上昇継電器の整定値を表す。他方、パワーコンディショナ１０の出力周波数の制御範囲は、例えば４５Ｈｚから６５Ｈｚまでのように、一般に周波数継電器の整定範囲より広く設計される。この例では、制御限界の上下限をパワーコンディショナ１０の出力周波数の上下限値とする場合には、ｆｌ＝４５Ｈｚ、ｆｕ＝６５Ｈｚとなる。他方、制御限界の上下限を周波数継電器の整定値とする場合には、系統の定格周波数が５０Ｈｚのときは、ｆｌ＝４９．５Ｈｚ、ｆｕ＝５１．０Ｈｚ、系統の定格周波数が６０Ｈｚのときは、ｆｌ＝５８．２Ｈｚ、ｆｕ＝６１．２Ｈｚとなる。

なお、制御限界の上限（周波数の上限閾値ｆｕ）を周波数継電器の整定範囲の上限値（周波数上昇継電器の整定値）とパワーコンディショナ１０の出力周波数の上限値ｆｐｕとの間の値とし、制御限界の下限（周波数の下限閾値ｆｌ）を周波数継電器の整定範囲の下限値（周波数低下継電器の整定値）とパワーコンディショナ１０の出力周波数の下限値ｆｐｌとの間の値とすることもできる。

周波数継電器は、系統周波数が整定値以上または整定値以下を検出したとしても、分散型電源装置１をすぐに解列することはなく、系統周波数の逸脱が一定の時限（一般に１秒）継続した場合に、解列するように設定される。一方、単独運転検出は、０．２秒以下の高速で検出することを求められている。従って、単独運転は周波数継電器で検出されることはない。周波数継電器は、分散型電源装置１が系統と解列していないときに周波数が低下あるいは上昇して整定値を超えたときに時限を持って動作する。

実施の形態２．
実施の形態１では、制御装置１３が制御限界に達した場合でも、注入無効電力を特定の値とすることで単独運転検出を可能とする構成を示した。

しかし、制御に使用される系統周波数は、ノイズ等の外乱または瞬時停電により瞬時に変化することがあり、この場合、瞬時に変化した系統周波数により注入無効電力を特定の値とするため、単独運転検出が誤動作するおそれがある。

そこで、本実施の形態では、ノイズ等の外乱または瞬時停電に対して単独運転検出が誤動作しない構成について説明する。

実施の形態１では、制御装置１３が制御限界に達した場合には、無効電力出力をゼロにせずに、制御限界に達する直前に出力した無効電力を出力し、単独運転を検出するようにしている。

しかし、ノイズ等の外乱または瞬時停電により、制御に使用される系統周波数が瞬時に変動した場合は、パワーコンディショナ１０の出力する周波数もその変動に追従する。このため、このような変動が発生したときは、出力周波数が制御限界に達する場合がある。

図６は、ノイズまたは瞬時停電により系統周期の計測値が影響を受ける様子を示した図である。図６（ａ）は、ノイズおよび瞬時停電がない場合の電圧波形を示している。横軸は時間、縦軸は電圧を表す。系統周波数は系統周期から算出され、系統周期は隣接するゼロクロス間の時間で与えられる。ここで、ゼロクロスは電圧が負から正に変化するときの０Ｖの電位の時刻である。図６（ａ）では、系統周期は周期Ｔ１で与えられる。

図６（ｂ）は、ノイズがある場合の電圧波形を示している。横軸は時間、縦軸は電圧を表す。図６（ｂ）に示すように、ノイズの存在により、この場合に計測される系統周期である周期Ｔ２は図６（ａ）の周期Ｔ１より短くなる。

また、図６（ｃ）は、瞬時停電が発生した場合の電圧波形を示している。横軸は時間、縦軸は電圧を表す。図６（ｃ）に示すように、瞬時停電により、ゼロクロスの一つが発生しなくなり、この場合に計測される系統周期である周期Ｔ３は図６（ａ）の周期Ｔ１より長くなる。

このように、ノイズまたは瞬時停電により、系統周波数が瞬時に変動した場合でも、制御限界に達する直前に出力した無効電力を出力した場合には、制御装置１３は単独運転状態と判断しパワーコンディショナ１０の運転を停止する場合がある。しかし、このような変動は、ノイズまたは瞬時停電がなくなれば、元の周期に復帰するため、パワーコンディショナ１０の運転は継続されることが望ましい。

図７は、本実施の形態に係る制御装置の制御処理のフローチャートである。図７に示す制御処理は、予め決められた演算周期で実行することができる。ここで、演算周期は、系統周波数の計測周期とすることができる。ＪＥＭ１４９８の規定に従えば、図７に示す制御処理は５ｍ秒ごとに実行される。なお、本実施の形態の構成は、図１から図４に示す実施の形態１の構成と同じである。

ステップＳ１にて、無効電力演算部１３６は、現在の系統周波数が制御限界の下限以下かを判定する。現在の系統周波数は周波数計測部１３３で計測された最新の系統周波数ｆであり、図６を用いて説明したようにして計測される。現在の系統周波数ｆがパワーコンディショナ１０の制御限界の下限である周波数の下限閾値ｆｌ以下か否か、すなわち、ｆ≦ｆｌか否かが判定される。ここで、周波数の下限閾値ｆｌは、パワーコンディショナ１０の出力周波数の下限値ｆｐｌである。

ステップＳ１での判定の結果、現在の系統周波数が制御限界の下限以下であれば（ステップＳ１，Ｙｅｓ）、無効電力演算部１３６は、ステップＳ２にて直前の周波数偏差が予め決められた第１の閾値以下かを判定する。すなわち、無効電力演算部１３６は、一演算周期前に演算された周波数偏差を記憶しておき、当該周波数偏差と第１の閾値との大小を判定する。直前の周波数偏差は、前回の処理時に後述のステップＳ８にて演算された周波数偏差である。第１の閾値は図４の−Δｆ３とすることができる。Δｆ３は例えば０．４５Ｈｚである。

ステップＳ２での判定の結果、直前の周波数偏差が第１の閾値以下であれば（ステップＳ２，Ｙｅｓ）、無効電力演算部１３６は、ステップＳ３にて周波数偏差の値を周波数偏差の下限値とし、ステップＳ７の処理に進む。すなわち、無効電力演算部１３６は、現在の系統周波数が制御限界の下限以下であり、かつ、直前の周波数偏差が第１の閾値以下のときは、周波数偏差の値を図４の−Δｆ３に設定する。ステップＳ７では、無効電力演算部１３６は、注入無効電力を直前に出力していた値とする。すなわち、無効電力演算部１３６は、直前に出力した無効電力を記憶しておき、当該直前に出力した無効電力を出力する。ここで、直前は一演算周期前である。

このように、現在の系統周波数が制御限界の下限に達したときであっても、直前の周波数偏差が第１の閾値以下の場合にのみ、ステップＳ３，Ｓ７の処理に進むことで、系統周波数が瞬時的に変動した場合に、ステップＳ３，Ｓ７の処理を実行してしまうことを回避できる。

ステップＳ２での判定の結果、直前の周波数偏差が第１の閾値以下でなければ（ステップＳ２，Ｎｏ）、ステップＳ８の処理に進む。すなわち、無効電力演算部１３６は、ステップＳ８にて周波数偏差演算部１３５が演算した周波数偏差（１／Ａ−１／Ｂ）を用いて、ステップＳ９にて図４に示す周波数偏差と無効電力との関係特性に従って注入無効電力を演算する。

また、ステップＳ１での判定の結果、現在の系統周波数が制御限界の下限以下でなければ（ステップＳ１，Ｎｏ）、無効電力演算部１３６は、ステップＳ４にて現在の系統周波数が制御限界の上限以上かを判定する。すなわち、系統周波数ｆがパワーコンディショナ１０の制御限界の上限である周波数の上限閾値ｆｕ以上か否か、すなわち、ｆ≧ｆｕか否かが判定される。

ステップＳ４での判定の結果、現在の系統周波数が制御限界の上限以上であれば（ステップＳ４，Ｙｅｓ）、ステップＳ５にて直前の周波数偏差が予め決められた第２の閾値以上かを判定する。第２の閾値は図４のΔｆ３とすることができる。

ステップＳ５での判定の結果、直前の周波数偏差が第２の閾値以上であれば（ステップＳ５，Ｙｅｓ）、無効電力演算部１３６は、ステップＳ６にて周波数偏差の値を周波数偏差の上限値とし、ステップＳ７の処理に進む。すなわち、無効電力演算部１３６は、現在の系統周波数が制御限界の上限以上であり、かつ、直前の周波数偏差が第２の閾値以上のときは、周波数偏差の値を図４のΔｆ３に設定する。ステップＳ７の処理は上記の通りである。

このように、現在の系統周波数が制御限界の上限に達したときであっても、直前の周波数偏差が第２の閾値以上の場合にのみ、ステップＳ６，Ｓ７の処理に進むことで、系統周波数が瞬時的に変動した場合に、ステップＳ６，Ｓ７の処理を実行してしまうことを回避できる。

ステップＳ５での判定の結果、直前の周波数偏差が第２の閾値以上でなければ（ステップＳ５，Ｎｏ）、ステップＳ８，ステップＳ９の処理に進む。ステップＳ８，ステップＳ９の各処理は上記の通りである。

以上に説明した通り、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、電力系統２に停電が発生し、分散型電源装置１が制御限界に達し出力周波数に変化がなくなった場合でも、分散型電源装置１の単独運転を検出でき、分散型電源装置１を電力系統から解列させて安全を確保することができる。

さらに、本実施の形態によれば、無効電力演算部１３６が、現在の前記系統周波数が制御限界の下限以下である場合は、一演算周期前に演算された周波数偏差が第１の閾値以下のときに限り、現在の前記系統周波数が制御限界の上限以上である場合は、一演算周期前に演算された周波数偏差が第２の閾値以上のときに限り、一演算周期前に出力した無効電力を出力するようにしたので、周波数の変動が瞬時的ではない場合に限り、一演算周期前に出力した無効電力を出力することとなり、制御装置１３により計測され制御に使用される系統周波数がノイズ等の外乱または瞬時停電により瞬時に変動して出力周波数が制御限界に達した場合でも、単独運転として誤検知することを防ぎ、分散型電源装置１の運転を継続することができる。

なお、本実施の形態では、図７のステップＳ７にて注入無効電力を直前に出力していた値に設定するとしているが、実施の形態１で説明したように、ステップＳ７において、注入無効電力をその下限値−Ｑ１またはその上限値Ｑ１とする処理を実施してもよい。この際、ステップＳ３またはステップＳ６で設定された周波数偏差（周波数偏差の下限値または上限値）の値を用い、ステップＳ８およびステップＳ９と同様にして図４に示す周波数偏差と注入無効電力との関係特性に従って注入無効電力を演算で求めてもよい。すなわち、ステップＳ３で設定された周波数偏差の下限値−Δｆ３を用いて注入無効電力の下限値−Ｑ１を求め、あるいは、ステップＳ６で設定された周波数偏差の上限値Δｆ３を用いて注入無効電力の上限値Ｑ１を求めてもよい。

なお、図７に示すように、ステップＳ７にて注入無効電力を直前に出力していた値とする場合には、当該処理はステップＳ３またはステップＳ６の処理結果を必要としないので、図７において、ステップＳ３およびステップＳ６を省略してもよく、この場合でも、本実施の形態と同様の効果を奏する。

また、実施の形態１と同様に、制御限界の上限（周波数の上限閾値ｆｕ）および制御限界の下限（周波数の下限閾値ｆｌ）を、パワーコンディショナ１０に内蔵される周波数継電器（図示せず）の整定値とすることもできる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略または変更することも可能である。

１分散型電源装置、２電力系統、３負荷、５電力供給部、１０パワーコンディショナ、１１インバータ、１２インバータ制御部、１３制御装置、１４連系リレー、１５電流検出器、１６単独運転検出装置、１７連系点、１３１電圧計測部、１３２高調波歪検出部、１３３周波数計測部、１３４単独運転判定部、１３５周波数偏差演算部、１３６無効電力演算部、１３７無効電力注入判定部、１３８加算部、１３９出力電流制御部。

Claims

分散型電源装置と電力系統との連系点での電圧から予め決められた計測周期で系統周波数を計測する周波数計測部と、
前記周波数計測部の計測値を用いて周波数偏差を演算する周波数偏差演算部と、
周波数偏差に対して前記電力系統に注入する無効電力を与えると共に周波数偏差がゼロの場合は無効電力をゼロとする予め決められた関係特性および前記周波数偏差演算部が演算した前記周波数偏差に基づいて、前記電力系統に注入する無効電力を予め決められた演算周期で演算し出力する無効電力演算部と、
前記周波数計測部の計測値を用いて前記分散型電源装置が単独運転状態であるか否かを判定する単独運転判定部と、
を備え、
前記無効電力演算部は、現在の前記系統周波数が制御限界の下限以下または上限以上である場合は、一演算周期前に出力した無効電力を出力することを特徴とする単独運転検出用の制御装置。
前記無効電力演算部は、現在の前記系統周波数が制御限界の下限以下である場合は、前記周波数偏差の値を前記関係特性に規定される周波数偏差の下限値とした後、一演算周期前に出力した無効電力を出力することに代えて、前記関係特性と当該周波数偏差の下限値とに基づいて演算した無効電力を出力し、現在の前記系統周波数が制御限界の上限以上である場合は、前記周波数偏差の値を前記関係特性に規定される周波数偏差の上限値とした後、一演算周期前に出力した無効電力を出力することに代えて、前記関係特性と当該周波数偏差の上限値とに基づいて演算した無効電力を出力することを特徴とする請求項１に記載の単独運転検出用の制御装置。
前記無効電力演算部は、現在の前記系統周波数が制御限界の下限以下である場合は、一演算周期前に演算された周波数偏差が第１の閾値以下のときに限り、現在の前記系統周波数が制御限界の上限以上である場合は、一演算周期前に演算された周波数偏差が第２の閾値以上のときに限り、一演算周期前に出力した無効電力を出力することを特徴とする請求項１に記載の単独運転検出用の制御装置。
前記制御限界の上限および下限は、前記分散型電源装置が備えるパワーコンディショナの出力周波数の上限値および下限値であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の単独運転検出用の制御装置。
前記制御限界の上限および下限は、前記分散型電源装置が備えるパワーコンディショナに内蔵される周波数継電器の整定値であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の単独運転検出用の制御装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の単独運転検出用の制御装置を備えることを特徴とする単独運転検出装置。
電力系統に連系する分散型電源装置が単独運転状態であるか否かを系統周波数の計測値を用いて判定する単独運転検出装置に適用される単独運転検出方法であって、
前記単独運転検出装置が、前記分散型電源装置と前記電力系統との連系点での電圧から予め決められた計測周期で系統周波数を計測するステップと、
前記単独運転検出装置が、現在の前記系統周波数が制御限界の下限以下または上限以上であるか否かを判定するステップと、
前記単独運転検出装置が、現在の前記系統周波数が制御限界の下限以下または上限以上ではないと判断したときは、前記系統周波数の計測値を用いて周波数偏差を演算した後、周波数偏差に対して前記電力系統に注入する無効電力を与えると共に周波数偏差がゼロの場合は無効電力をゼロとする予め決められた関係特性および演算された前記周波数偏差に基づいて、前記電力系統に注入する無効電力を予め決められた演算周期で演算して出力し、現在の前記系統周波数が制御限界の下限以下または上限以上であると判断したときは、一演算周期前に出力した無効電力を出力するステップと、
を含むことを特徴とする単独運転検出方法。