JP6503961B2 - 単独運転検出装置、単独運転検出方法、及び単独運転検出プログラム - Google Patents

Description

本発明は、単独運転検出装置、単独運転検出方法、及び単独運転検出プログラムに関する。

分散型電源から構成される発電設備が連系する一部系統が、事故等により系統電源から切り離された場合に、切り離された線路上の発電設備だけで発電が継続され、該線路上の負荷に電力が供給されている状態は、単独運転と呼ばれる。単独運転は、人身及び設備の安全に影響を与えたり、事故点での被害拡大や復旧遅れを招く恐れがある。そこで、単独運転は早期且つ確実に検出されることが望ましい。

系統と連系する分散型電源の一例としては、太陽光発電システム及び燃料電池発電システム等が挙げられる。こうした分散型電源は、太陽電池又は燃料電池といった直流電源と、直流電源から出力された直流電力を、負荷や系統電源側へ供給される交流電力へ変換する連系インバータとを含む。連系インバータは、例えば、パワーコンディショナ（ＰＣＳ：Power Conditioning System）である。上述した単独運転を検出する機能は、例えば、連系インバータに備えられる。

単独運転を検出する方法には、系統側遮断器から送信された転送遮断信号を連系インバータが受信する方法がある。また、単独運転を検出する方法には、系統側遮断器の開放により形成される分散型電源及び負荷からなる単独運転する局所系統の電圧や周波数等の変化を連系インバータが監視する方法がある。この内、局所系統の電圧や周波数等の変化を監視する方法は受動方式と能動方式とに大別される。

受動方式は、系統電源から切り離される局所系統において、系統連系点（系統側遮断器）での潮流が0に変化することにより、局所系統の電圧や周波数が変化することを利用する方式である。そのため、分散型電源の発電量と局所系統内の負荷量とがバランスし、系統連系点での潮流が0である場合には、系統電源からの切り離しにより潮流変化が生じないことから、受動方式では単独運転が検出されない。つまり，受動方式では潮流が0付近は不感帯領域となっている。そこで、単独運転が検出されないこうした不感帯領域がない各種の能動方式が提案されている。

能動方式では、連系インバータの発電出力に付加された能動信号（例えば、無効電力又は有効電力の変動等）が系統に注入され、単独運転時に現れる系統情報（例えば、系統周波数又は系統電圧等）の変化から単独運転が検出される。能動方式の一例としては、周波数シフト方式、スリップモード周波数シフト方式、及び無効電力変動方式等の従来型の能動方式の他に、周波数フィードバック方式が挙げられる。

周波数シフト方式は、連系インバータの内部発信器等に予め周波数バイアスを与え、単独運転移行時に現れる局所系統の周波数変化を検出する方式である。スリップモード周波数シフト方式は、連系インバータに周波数変化に対する出力電流位相急変特性を持たせ、単独運転移行時に局所系統に生じる微小周波数変化を正帰還させることにより、局所系統の周波数を、発散傾向を示すように変化させて単独運転を検出する方式である。無効電力変動方式は、連系インバータの発電出力に周期的な無効電力変動を与え、単独運転移行時に現れる局所系統の周波数変化を検出する方式である。周波数フィードバック方式は、単独運転移行時に局所系統の周波数変化を増長させる無効電力が連系インバータから系統に注入されることで、従来型の能動方式と比べて高速に単独運転を検出する方式である。

なお、関連する技術として特許文献１が知られている。特許文献１では、直近の系統周期と所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差に基づいて、直近の系統周期の変化パターンが作成される。そして、作成された複数の変化パターンと段階的に設定された複数の閾値とを夫々比較することにより、単独運転の有無が判定される。

特開２００７−２１５３９２号公報

しかしながら、上述のような能動方式では、分散型電源の出力や負荷の変動、系統事故等に起因する系統擾乱が単独運転の正確な判定を妨げる恐れがある。
本発明の一側面に係る目的は、系統擾乱下でも単独運転をより正確に検出する単独運転検出装置を提供することである。

一実施形態に従った単独運転検出装置は、指令系列記憶部、周期系列記憶部、評価関数計算部、及び単独運転判定部を含む。
指令系列記憶部は、能動信号指令の発散過程に対応する、能動信号指令の指令系列を記憶する。周期系列記憶部は、指令系列に従った能動信号が連系インバータから注入された系統から検出された、系統周期の検出周期系列を記憶する。

評価関数計算部は、検出周期系列と指令系列とが所定時間に渡って積和演算される評価関数を計算することで、検出周期系列に対する評価値を取得する。単独運転判定部は、評価値と判定閾値とを比較することで連系インバータの単独運転の有無を判定する。

一実施形態に従った単独運転検出装置によれば、系統擾乱下でも単独運転をより正確に検出する単独運転検出装置を提供できる。

実施形態に従った単独運転検出装置を含む連系インバータの構成例を示す図である。 実施形態に従った単独運転検出装置の第１の構成例を示す図である。 実施形態に従った単独運転検出方法の例示的なフロー図である。 実施形態に従った単独運転検出処理の第１例を示す図である。 検出周期系列及び指令系列の第１例を示す図である。 図５に示した第１例に関する評価値を示す図である。 検出周期系列及び指令系列の第２例を示す図である。 図７に示した第２例に関する評価値を示す図である。 実施形態に従った単独運転検出処理の第２例を示す図である。 実施形態に従った単独運転検出装置の第２の構成例を示す図である。 実施形態に従った単独運転検出プログラムを実行するコンピュータの構成例を示す図である。

以下、図面を参照しながら発明を実施するための形態を詳述する。
系統擾乱下でも単独運転をより正確に検出することの意味は、系統擾乱の影響による単独運転の誤検知や検出遅れを低減することである。

図１は、実施形態に従った単独運転検出装置を含む連系インバータの構成例を示す図である。図１に示す一例では、単独運転検出装置１は連系インバータ２に含まれる。図１には、連系インバータ２の他に、直流電源３、負荷４、系統電源５、及び系統側遮断器６が示されている。

連系インバータ２及び直流電源３は分散型電源を構成する。直流電源３は、例えば、分散型電源が太陽光システムである場合には太陽電池であり、分散型電源が燃料電池システムである場合には燃料電池である。直流電源３、連系インバータ２、及び負荷４は、系統側遮断器６を介して系統電源５に接続され、局所系統を構成する。系統電源５は無限大母線で近似される。

図１に示す一例では、連系インバータ２は周波数フィードバック方式に対応するように構成される。なお、後述の説明からも理解できるように、単独運転検出装置１は、周波数フィードバック方式に限らず、周波数偏差の帰還作用を有する能動方式に適用可能である。周波数偏差の帰還作用を有する能動方式としては、周波数フィードバック方式の他に、例えば、スリップモード周波数シフト方式が挙げられる。また、周波数シフト方式及び無効電力変動方式は、検出された周波数変動が大きくなる場合には変動分を正帰還によって増大させることが有効な方式であるため、周波数偏差の帰還作用を有する能動方式に含まれてよい。

連系インバータ２は、単独運転検出装置１の他に、インバータ回路２０１、交流リアクトル２０２、電流検出器２０３、コンデンサ２０４、インバータ側開閉器２０５、及び計器用変圧器２０６を含む。また、連系インバータ２は、周期検出器２０７、電圧検出器２０８、基準信号生成回路２０９、座標変換器２１０、出力電流制御回路２１１、及びゲート信号生成回路２１２を更に含む。

インバータ回路２０１は、直流電源３から出力された直流電力を交流電力へ変換する回路であり、例えば、３相交流インバータ回路である。インバータ回路２０１の発電出力（３相交流電力）は、交流リアクトル２０２、電流検出器２０３、コンデンサ２０４、及びインバータ側開閉器２０５を介して、局所系統を構成する負荷４に入力される。

周期検出器２０７は、インバータ側開閉器２０５よりも系統側に設けられた計器用変圧器２０６を介して入力された電圧から系統周期を検出する。なお、周期検出器２０７は、計器用変圧器２０６を介して入力された電圧から系統周波数を検出するように構成されてもよい。周期検出器２０７により検出された系統周期（或いは系統周波数）は単独運転検出装置１へ出力される。また、電圧検出器２０８は、計器用変圧器２０６を介して入力された電圧から系統電圧を検出する。電圧検出器２０８により検出された系統電圧は単独運転検出装置１へ出力される。

単独運転検出装置１は、入力された系統周期（或いは系統周波数）の変化に従った能動信号指令を出力する。具体的には、単独運転検出装置１が周波数フィードバック方式に対応するように構成された場合、単独運転検出装置１は、次のように動作する。すなわち、単独運転検出装置１は、入力された系統周期（或いは系統周波数）の定常状態からの偏差を検出すると、偏差に応じた無効電流指令を出力する。例えば、単独運転検出装置１は、系統周波数が上昇する偏差を検出した場合には位相が進んだ無効電流の指令を出力し、系統周波数が下降する偏差を検出した場合には位相が遅れた無効電流の指令を出力する。

基準信号生成回路２０９は、計器用変圧器２０６を介して検出された系統電圧の波形から系統電源５の周波数に同期した３相交流基準信号を生成する。座標変換器２１０は、生成された３相交流基準信号に従って、入力された有効電流指令（ｄ軸電流指令）及び無効電流指令（ｑ軸電流指令）を、系統電源５の周波数に同期した３相交流電流指令に変換する。出力電流制御回路２１１は、電流検出器２０３で検出されたインバータ回路２０１の出力電流値が３相交流電流指令値と一致するように、３相交流電圧指令値の補正値を生成する。ゲート信号生成回路２１２は、各相について補正値を３相交流電圧指令値に加算することで変調信号を生成し、変調信号をキャリア信号に重畳してゲート信号を生成する。生成されたゲート信号はインバータ回路２０１へ出力される。

インバータ回路２０１は、インバータ回路２０１を構成するスイッチング素子（図示せず）を入力されたゲート信号に従ってオン又はオフすることで、入力された直流電力を３相交流電力に変換する。インバータ回路２０１は３相交流電力を負荷４や系統電源５へ出力し、周期検出器２０７は系統周期を検出する。こうして、単独運転検出装置１には、出力した無効電流指令に応じた局所系統の系統周期（或いは系統周波数）がフィードバックされる。

単独運転移行時には、連系インバータの出力電流に従って局所系統の電圧が決まる。このため、位相が進んだ（或いは遅れた）無効電流指令に従って連系インバータの出力電流の位相も進み（或いは遅れ）、局所系統の電圧の位相も進む（或いは遅れる）。連系インバータは基準信号生成回路２０９にて局所系統から検出された位相の進んだ（或いは遅れた）電圧波形に同期追従した３相交流基準信号を生成し、この基準信号を元にさらに位相が進んだ（或いは遅れた）無効電流指令に従って出力電流を決める。これらの動作は継続的におこなわれ、位相の進み（或いは遅れ）は連鎖的に進行していく。位相の進みは周波数上昇、遅れは周波数低下につながるため、無効電力指令の絶対値も増大していき、正帰還の作用により単独運転検出装置１へフィードバックされた系統周波数は更に上昇（或いは下降）する。このように、単独運転移行時には局所系統の周波数変化は、正側（或いは負側）に発散傾向を示すように増長される。このため、周波数フィードバック方式では、仮に分散型電源の発電量と局所系統内の負荷量とがバランスする状況であっても、極わずかな周波数（周期）偏差を元に単独運転が実質的に高速に検出される。

なお、単独運転検出装置１は、電圧検出器２０８により検出された系統電圧の変化から単独運転を検出するように更に構成されてもよい。
単独運転が検出されると、単独運転検出装置１は、解列信号をインバータ側開閉器２０５へ出力する。インバータ側開閉器２０５は解列信号に従ってオフにされ、連系インバータ２及び直流電源３から構成される分散型電源は局所系統から切り離される。こうして、連系インバータ２の単独運転は停止する。

上述のように、周波数偏差の帰還作用を有する能動方式を用いる単独運転検出装置１は、検出された系統周期（或いは系統周波数）の偏差を増長させることで単独運転を検出する。しかしながら、周波数偏差の帰還作用を有するこうした能動方式では、分散型電源の出力や負荷の変動、系統事故等に起因する系統周期（或いは系統周波数）の変化が単独運転の発生に起因する変化と誤検出されたり、検出遅れにつながる恐れがある。そこで、単独運転の誤検出や検出遅れを低減するために、単独運転検出装置１は、以下の説明のように更に構成される。

図２は、実施形態に従った単独運転検出装置の第１の構成例を示す図である。図３は、実施形態に従った単独運転検出方法の例示的なフロー図である。図３に示す単独運転検出方法は、例えば、連系インバータ２が系統に連系した後に単独運転検出装置１により繰り返し実行される。

図２に示すように、単独運転検出装置１は、指令系列記憶部１１、直流分除去部１２、周期系列記憶部１３、評価関数計算部１４、及び単独運転判定部１５を含む。直流分除去部１２、評価関数計算部１４、及び単独運転判定部１５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）といったプロセッサ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又はＰＬＤ（Programmable Logic Device）である。指令系列記憶部１１及び周期系列記憶部１３は、例えば、バッファメモリである。なお、直流分除去部１２は、ハイパスフィルタであってもよい。

指令系列記憶部１１には、単独運転検出装置１から座標変換器２１０へ出力される能動信号指令が逐次入力される。例えば、単独運転検出装置１が周波数フィードバック方式に対応する場合、能動信号は無効電流或いは無効電力であり、能動信号指令は無効電流指令或いは無効電力指令である。

指令系列記憶部１１は、入力された能動信号指令の内、能動信号指令の発散過程に対応する、能動信号指令の所定時間Ｌに渡る変化系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）を記憶する（ステップＳ１）。以下の説明では、能動信号指令の発散過程に対応する、能動信号指令の所定時間Ｌに渡る変化系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）を便宜的に指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）と呼ぶ場合がある。連系インバータ２が単独運転となった場合、能動信号指令の変化系列は発散傾向を示す。そこで、連系インバータ２が単独運転となった場合の能動信号指令の変化系列の一例として、指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）が記憶される。

直流分除去部１２には、周期検出器２０７により検出された系統周期が逐次入力される。周期検出器２０７により検出される系列周期は、連系インバータ２が出力した能動信号に対する系統周期である。具体的には、検出される系列周期は、単独運転検出装置１が出力した能動信号指令に対応する能動信号が注入される局所系統から検出された系統周期である。直流分除去部１２は、検出された系統周期から系統周期定常値を差し引き、差し引かれた系統周期を周期系列記憶部１３へ出力する（ステップＳ２）。系統周期定常値は、定格周波数（例えば、50 Hz又は60 Hz）の逆数である定格周期と同じ値、又は定格周期から若干ずれた値である。

周期系列記憶部１３には、局所系統から検出された系統周期（直流分除去部１２による処理を経た系統周期）が逐次入力される。周期系列記憶部１３は、指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）に従った能動信号が注入された局所系統から検出された、所定時間Ｌに渡る系統周期の変化系列Ｔ(ｔ)を記憶する（ステップＳ３）。具体的には、周期系列記憶部１３は、現在時刻ｔから所定時間Ｌ遡った時刻ｔ−Ｌから現在時刻ｔまでの系統周期の変化系列Ｔ(ｔ)を記憶する。以下の説明では、検出された系統周期の所定時間Ｌに渡る変化系列Ｔ(ｔ)を便宜的に検出周期系列Ｔ(ｔ)と呼ぶ場合がある。

指令系列記憶部１１及び周期系列記憶部１３がバッファメモリで実装される場合、各バッファメモリは、所定時間Ｌに渡る指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）或いは変化系列Ｔ(ｔ)が記憶される同じ長さのメモリサイズを有してもよい。指令系列記憶部１１及び周期系列記憶部１３にバッファメモリが用いられれば、ＤＳＰ等が用いられた評価関数計算部１４は後述の積和演算を高速に実行できる。

評価関数計算部１４及び単独運転判定部１５は、例えば図４に示すような処理を実行する。図４は、実施形態に従った単独運転検出処理の第１例を示す図である。
評価関数計算部１４は、検出周期系列Ｔ(ｔ)と指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）とが所定時間Ｌに渡って積和演算される評価関数を計算することで、検出周期系列Ｔ(ｔ)に対する評価値Ｊ(ｔ)を取得する（ステップＳ４）。例えば、図４に示すように、評価関数計算部１４は、次の式(1)に示される評価関数を演算することにより評価値Ｊ(ｔ)を取得する。

単独運転判定部１５は、評価値Ｊ(ｔ)と所定の判定閾値Ｊ_ｔｈとを比較することにより単独運転の有無を判定する（ステップＳ５）。例えば、図４に示すように、単独運転判定部１５は、次の式(2)で示される判定条件を満足するか否かにより単独運転の有無を判定する。

単独運転判定部１５は、単独運転の判定結果を示す単独運転判定フラグを出力する。単独運転判定フラグが単独運転の検出を示す場合には、単独運転検出装置１からインバータ側開閉器２０５へ解列信号が出力される。

実施形態に従った単独運転検出方法の理解を容易にするために、検出周期系列Ｔ(ｔ)及び指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）を例示して説明する。図５は、検出周期系列及び指令系列の第１例を示す図である。図６は、図５に示した第１例に関する評価値を示す図である。図７は、検出周期系列及び指令系列の第２例を示す図である。図８は、図７に示した第２例に関する評価値を示す図である。

前述したように、連系インバータ２が単独運転に移行した場合、連系インバータ２の能動特性である、能動信号に対する周波数フィードバック特性は、周期（周波数）に関して不安定な系となる。具体的には、系統周期及び能動信号指令の両信号は、指数関数的に増大する類似した発散傾向を示す。そこで、こうした発散傾向を検出するために、実施形態に従った単独運転検出方法では、両信号を所定時間に渡って積和演算する評価関数を計算することで評価値Ｊ(ｔ)を逐次取得し、取得された評価値Ｊ(ｔ)を監視する。

図５に示した第１例は、検出周期系列Ｔ(ｔ)が指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）に類似した発散傾向の波形であるため、連系インバータ２が単独運転していると判定されることが望ましい一例である。一方、図７に示した第２例は、検出周期系列Ｔ(ｔ)が発散傾向でなく、指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）に類似しないため、連系インバータ２が単独運転していないと判定されることが望ましい一例である。両例共に、連系インバータ２が単独運転していると判定されることが望ましくない周期的な系統擾乱が検出周期系列Ｔ(ｔ)に混入している。また、図６及び図８には、式(1)に示した評価関数により取得される評価値Ｊ(ｔ)が被積分関数Ｔ（ｔ）・Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）と時間軸との間の面積に相当することが示されている。

図５に示す第１例では、検出周期系列Ｔ(ｔ)は指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）に類似した発散傾向の波形であるのに対して、図７に示す第２例では、検出周期系列Ｔ(ｔ)は指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）とは異なる収束傾向の波形である。この結果、図６に示す評価値Ｊ(ｔ)は、図８に示す評価値Ｊ(ｔ)と比較して大きな値になる。評価値Ｊ(ｔ)がこうした傾向を有することから、式(2)に示されるように、評価値Ｊ(ｔ)と所定の判定閾値Ｊ_ｔｈとを比較することで単独運転の有無を判定することができる。

なお、式(2)において評価値Ｊ(ｔ)の絶対値を取る必要がない理由は、次の説明の通りである。検出周期系列Ｔ(ｔ)及び対応する指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）が図５に示すように正側に発散する場合には、評価値Ｊ（ｔ）は図６に示すように正の値である。その一方で、検出周期系列Ｔ(ｔ)及び対応する指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）が負側に発散する場合にも、評価値Ｊ（ｔ）は基本的に負の値×負の値の積和となり正の値である。このように、実施形態に従った単独運転検出方法では、周期系列が正側及び負側の何れの発散傾向を示す場合であっても、式(1)から得られる１つの評価値から単独運転の有無を判定できる。

また、式(1)に示されるように、検出周期系列Ｔ(ｔ)に対する評価値Ｊ(ｔ)は、検出周期系列Ｔ(ｔ)と指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）とを所定時間Ｌに渡って積和演算することで取得される。このため、出力や負荷の変動等による系統擾乱が積分時間Ｌ以下の周期で発生する場合には、系統擾乱の影響は、積和演算によって打ち消し合い、評価値Ｊ(ｔ)にはほとんど現れない。したがって、実施形態に従った単独運転検出方法によれば、単独運転の誤検出や検出遅れを低減できる。

例えば、単独運転を検出する既存の能動方式では、検出された系統周期の瞬時値が単独運転の有無の判定に直接用いられるため、前述したように単独運転の誤検出が発生する危険がある。一方、実施形態に従った単独運転検出方法では、能動信号指令及び系列周期の積を積分することで、連系インバータが出力した能動信号に対する系統側の周期応答の類似性が評価される。このように、評価関数の計算に積和演算（時間積分）が利用されるため、出力や負荷の変動等による系統擾乱の影響が低減される。

特許文献１の単独運転判定方式では、判定区間内で階段状のパターンを構成する複数の閾値を設けて、周期偏差系列が判定区間内の全ての閾値判定条件を全て満足したタイミングで単独運転と判定するようになっている。図５を参照してこの判定方式を説明する。特許文献１の周期偏差系列を検出周期系列Ｔ(ｔ)、階段状の閾値パターンを所定時間Ｌの長さを持つ判定区間上の指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）とみなせば、特許文献１の判定方式は、時刻が進むにつれて検出周期系列Ｔ(ｔ)が定義された時間軸上を右側にシフトして行く判定区間において、判定区間内の全ての時刻で検出周期系列Ｔ(ｔ)が指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）を上回っているかどうか判定することに相当する。図５に示された状態は、系統擾乱が混入しているものの単独運転と判定することが望ましいタイミングを示しているが、仮に特許文献１の方法で判定がおこなわれたとすると、検出周期系列Ｔ(ｔ)が指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）を下回る部分が区間内の右側の一部に含まれているので、このタイミングでは単独運転とは判定されない。しかしながら、検出周期系列Ｔ(ｔ)が指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）を下回る部分がなくなるまで時刻がさらに経過すれば単独運転と判定されるようになる。また、連続する２系統周期以上の系統周期の移動平均を施して検出周期系列Ｔ(ｔ)を作成すれば、系統擾乱の影響は低減されるものの移動平均により検出位相が遅れ、いずれにしても検出時間は遅延する。これに対して、本実施形態に従った単独運転検出方法によれば、上記のように、判定区間が図５に示されたタイミングで単独運転と判定することができる。つまり、提案方式は特許文献１の方式に比べて、より高速検出にも対応可能である。

また、例えば、前述した特許文献１では、系統周期の複数の変化パターンを作成し、作成された複数の変化パターンと段階的に設定された複数の閾値とを夫々比較する構成がとられることから、判定のための処理が複雑である。さらに、複数の閾値が判定に用いられ、設定及び調整を要するパラメータも多い。周波数が変動しながら変化する場合に対応するために、連続する２系統周期以上の系統周期の移動平均数を調整した周期偏差系列の作成や判定区間長の調整が必要な場合もある。一方、実施形態に従った単独運転検出方法では、式(1)で示されるような積和演算から求まる評価値が唯一の判定条件に用いられるため、処理が容易であり、調整を要するパラメータの数も少ない。つまり、提案方式は実装が容易である。

したがって、実施形態に従った単独運転検出方法は既存の能動方式等と比較しても格別な効果を有する。
なお、単独運転検出装置１が実行する単独運転検出方法は、上述の処理に限定されず、上述の処理に変更が加えられた処理や、追加の処理を含んでもよい。

例えば、評価関数計算部１４は、周期発散系列Ｔ_ｔｈ(ｔ)及び指令発散系列Ｃ_{ｒｅｆ＿ｔｈ}（ｔ）が所定時間に渡って積分された積分値Ｊ_０で評価関数を除算することで、評価値Ｊ(ｔ)を規格化するように更に構成されてもよい。ここで、周期発散系列Ｔ_ｔｈ(ｔ)は、単独運転発生時の発散傾向を示す典型的な検出周期系列Ｔ(ｔ)を指す。また、指令発散系列Ｃ_{ｒｅｆ＿ｔｈ}（ｔ）は、単独運転発生時の発散傾向を示す典型的な指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）を指す。

図９は、実施形態に従った単独運転検出処理の第２例を示す図である。図９に示すように、積分値Ｊ_０は次の式(3)により計算される。

周期発散系列Ｔ_ｔｈ(ｔ)は、例えば、単独運転発生時の検出周期系列Ｔ(ｔ)の発散過程を記述する指数関数で定義される発散系列であってもよい。同様に、指令発散系列Ｃ_{ｒｅｆ＿ｔｈ}（ｔ）は、例えば、単独運転発生時の指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）の発散過程を記述する指数関数で定義される発散系列であってもよい。これらの指数関数は、２個或いは３個といった少数のパラメータで記述可能である。例えば、正帰還による不安定系の発散波形Ｔ_ｔｈ(ｔ)は、振幅係数をＡ、時定数をＴとすれば、次の式(4)のように表すことが可能である。

図９に示すように、評価関数計算部１４は、式(1)に示した評価関数を積分値Ｊ_０で除算することで、規格化された評価値Ｊ(ｔ)を取得する。単独運転判定部１５は、式(2)に示すように、規格化された評価値Ｊ(ｔ)と判定閾値Ｊ_ｔｈとを比較することにより単独運転の有無を判定する。

評価値Ｊ(ｔ)が上述のように規格化された場合、検出周期系列Ｔ（ｔ）が指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）と同波形である場合の評価値Ｊ(ｔ)は1.0となる。例えば、図５に示した一例に関する評価値Ｊ(ｔ)は1.0にほぼ近い値になる。また、検出周期系列Ｔ（ｔ）が指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）よりもより発散傾向を示す波形である場合には、評価値Ｊ(ｔ)は1.0よりも大きな値になる。そして、検出周期系列Ｔ（ｔ）が指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）よりも発散傾向が小さい波形である場合には、評価値Ｊ(ｔ)は1.0よりも小さな値となる。一方、図７に示した一例に関する評価値Ｊ(ｔ)は0にほぼ近い値になる。

したがって、評価値Ｊ(ｔ)を上述のように規格化し、判定閾値Ｊ_ｔｈを1.0又は1.0付近に設定することで、単独運転の有無は直観的に判定可能になる。
次に、周期発散系列Ｔ_ｔｈ(ｔ)及び指令発散系列Ｃ_{ｒｅｆ＿ｔｈ}（ｔ）は、式(4)で示されるような指数関数で定義される発散系列でなくてもよい。例えば、周期発散系列Ｔ_ｔｈ(ｔ)及び指令発散系列Ｃ_{ｒｅｆ＿ｔｈ}（ｔ）は、単独運転と判定された場合の検出周期系列Ｔ（ｔ）及び指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）で夫々表される発散パターンであってもよい。図１０は、実施形態に従った単独運転検出装置の第２の構成例を示す図である。図１０に示すように、単独運転検出装置１は、指令発散系列記憶部１６及び周期発散系列記憶部１７を更に含むように構成される。指令発散系列記憶部１６及び周期発散系列記憶部１７は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）である。

指令発散系列記憶部１６には、単独運転と判定された場合の指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）が指令系列記憶部１１から転送される。指令発散系列記憶部１６は、転送された指令系列Ｃ_ｒｅｆ（ｔ）を指令発散系列Ｃ_{ｒｅｆ＿ｔｈ}（ｔ）として記憶する。また、周期発散系列記憶部１７には、単独運転と判定された場合の検出周期系列Ｔ(ｔ)が周期系列記憶部１３から転送される。周期発散系列記憶部１７は、転送された検出周期系列Ｔ(ｔ)を周期発散系列Ｔ_ｔｈ(ｔ)として記憶する。評価関数計算部１４は、指令発散系列記憶部１６及び周期発散系列記憶部１７に記憶された各発散系列を用いて、式(3)により積分値Ｊ_０を計算する。

上述のような構成を用いれば、指数関数のパラメータを設定及び調整しなくても指令発散系列Ｃ_{ｒｅｆ＿ｔｈ}（ｔ）及び周期発散系列Ｔ_ｔｈ(ｔ)を実波形をベースに容易に設定でき、利便性が向上する。また、実波形ベースの各発散系列を用いて、規格化された評価値Ｊ(ｔ)を取得すれば、単独運転の有無をより正確に判定できるので、単独運転の誤検出や検出遅れをより低減できる。

なお、図２に示した第１の構成例と図１０に示した第２の構成例は組み合わされてもよい。例えば、評価関数計算部１４は、指数関数で定義される周期発散系列Ｔ_ｔｈ(ｔ)及び指令発散系列Ｃ_{ｒｅｆ＿ｔｈ}（ｔ）により計算される積分値Ｊ_０を積分値Ｊ_０の初期値として保持してもよい。そして、単独運転と判定された結果、周期発散系列Ｔ_ｔｈ(ｔ)及び指令発散系列Ｃ_{ｒｅｆ＿ｔｈ}（ｔ）が得られた場合に、評価関数計算部１４は、第２の構成例に従った処理を実行してもよい。すなわち、評価関数計算部１４は、指令発散系列記憶部１６及び周期発散系列記憶部１７に記憶された各発散系列を用いて積分値Ｊ_０を計算してもよい。

次に、上述の説明では、単独運転検出装置１は系統周期を用いて単独運転を検出する。しかしながら、系統周波数は系統周期の逆数であるから、単独運転検出装置１は、系統周期に代えて系統周波数を用いて単独運転を検出するように構成されてもよい。こうした構成によっても上述した効果と同様の効果を得ることができる。

以上のように、単独運転検出装置１により実行される単独運転検出方法の一例を説明した。しかしながら、実施形態に従った単独運転検出方法は、単独運転検出装置１が行う各処理が規律された単独運転検出プログラムを実行するコンピュータによって実施することも可能である。

図１１は、実施形態に従った単独運転検出プログラムを実行するコンピュータの構成例を示す図である。図１１に示す一例では、コンピュータ７は、ＣＰＵ７１、主記憶装置７２、補助記憶装置７３、入力装置７４、表示装置７５、記憶媒体駆動装置７６、及び通信インタフェース７７を含む。コンピュータ７に含まれるこれらのユニット７１〜７７はバス７８を介して相互に接続される。

例えば、実施形態に従った単独運転検出プログラムは可搬型記憶媒体に予め記録される。可搬型記憶媒体の一例としては、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、及びフラッシュメモリ等が挙げられる。可搬型記憶媒体に記録された単独運転検出プログラムは、記憶媒体駆動装置７６により読み取られ、補助記憶装置７３にインストールされる。或いは、例えば、実施形態に従った単独運転検出プログラムは、他のコンピュータ（図示せず）に予め記憶され、通信インタフェース７７を介して補助記憶装置７３にインストールされる。

ＣＰＵ７１は、単独運転検出プログラムを補助記憶装置７３から主記憶装置７２に読み出し、読み出した単独運転検出プログラムを実行する。
なお、入力装置７４は、例えば、キーボード、マウス、又はタッチパネルである。また、表示装置７５は、例えば、液晶ディスプレイである。

実施形態に従った単独運転検出プログラムをコンピュータが実行することによって、前述した効果と同様の効果を得ることができる。
以上に示した本発明の実施形態は、本発明の好適な実施形態の一例を示すだけであり、これに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上述した実施形態に種々の変形を加えることが可能である。

１ 単独運転検出装置
１１ 指令系列記憶部
１２ 直流分除去部
１３ 周期系列記憶部
１４ 評価関数計算部
１５ 単独運転判定部
１６ 指令発散系列記憶部
１７ 周期発散系列記憶部
２ 連系インバータ
２０１ インバータ回路
２０２ 交流リアクトル
２０３ 電流検出器
２０４ コンデンサ
２０５ インバータ側開閉器
２０６ 計器用変圧器
２０７ 周期検出器
２０８ 電圧検出器
２０９ 基準信号生成回路
２１０ 座標変換器
２１１ 出力電流制御回路
２１２ ゲート信号生成回路
３ 直流電源
４ 負荷
５ 系統電源
６ 系統側遮断器
７ コンピュータ
７１ ＣＰＵ
７２ 主記憶装置
７３ 補助記憶装置
７４ 入力装置
７５ 表示装置
７６ 記憶媒体駆動装置
７７ 通信インタフェース
７８ バス

Claims (8)

1. 能動信号指令の発散過程に対応する、能動信号指令の指令系列を記憶する指令系列記憶部と、
   前記指令系列に従った能動信号が連系インバータから注入された系統から検出された、系統周期の検出周期系列を記憶する周期系列記憶部と、
   前記検出周期系列と前記指令系列とが所定時間に渡って積和演算される評価関数を計算することで、前記検出周期系列に対する評価値を取得する評価関数計算部と、
   前記評価値と判定閾値とを比較することで前記連系インバータの単独運転の有無を判定する単独運転判定部と
   を含む単独運転検出装置。
2. 前記評価関数計算部は、前記単独運転発生時の周期発散系列及び指令発散系列の積が前記所定時間に渡って積分された積分値で前記評価関数を除算することで前記評価値を規格化する
   請求項１に記載の単独運転検出装置。
3. 前記単独運転と判定された場合の前記指令系列が前記指令系列記憶部から転送され、転送された前記指令系列を前記指令発散系列として記憶する指令発散系列記憶部と、
   前記単独運転と判定された場合の前記検出周期系列が前記周期系列記憶部から転送され、転送された前記検出周期系列を前記周期発散系列として記憶する周期発散系列記憶部と
   を更に含む請求項２に記載の単独運転検出装置。
4. 前記系統から検出された前記系統周期から系統周期定常値を差し引き、差し引かれた前記系統周期を前記周期系列記憶部へ出力する直流分除去部を更に含む
   請求項１〜３の何れか一項に記載の単独運転検出装置。
5. 前記能動信号として無効電流又は無効電力を用いる
   請求項１〜４の何れか一項に記載の単独運転検出装置。
6. 前記系統周期に代えて系統周波数を用いる
   請求項１〜５の何れか一項に記載の単独運転検出装置。
7. 能動信号指令の発散過程に対応する、能動信号指令の指令系列を記憶し、
   前記指令系列に従った能動信号が連系インバータから注入された系統から検出された、系統周期の検出周期系列を記憶し、
   前記検出周期系列と前記指令系列とが所定時間に渡って積和演算される評価関数を計算することで、前記検出周期系列に対する評価値を取得し、
   前記評価値と判定閾値とを比較することで前記連系インバータの単独運転の有無を判定する
   単独運転検出方法。
8. 能動信号指令の発散過程に対応する、能動信号指令の指令系列を記憶し、
   前記指令系列に従った能動信号が連系インバータから注入された系統から検出された、系統周期の検出周期系列を記憶し、
   前記検出周期系列と前記指令系列とが所定時間に渡って積和演算される評価関数を計算することで、前記検出周期系列に対する評価値を取得し、
   前記評価値と判定閾値とを比較することで前記連系インバータの単独運転の有無を判定する
   処理をコンピュータに実行させる単独運転検出プログラム。