JP6610012B2

JP6610012B2 - 単独運転検出方法及び単独運転検出装置

Info

Publication number: JP6610012B2
Application number: JP2015115423A
Authority: JP
Inventors: 寛幸安井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2035-06-08
Also published as: JP2017005820A

Description

本発明は、分散型電源が電力系統から切り離されて単独運転を行っているか否かを検出する単独運転検出方法及び単独運転検出装置に関する。

太陽光発電等の分散型電源は、発電した電力の余剰電力、又は夜間に電力系統から供給される電力を蓄電池に蓄電する。そして、分散型電源は、電力系統に事故（例えば停電）が生じた場合、蓄電した電力を負荷へ供給する単独運転を行う。しかし、分散型電源が単独運転になった場合、感電又は機器損傷のおそれがあるため、その防止のために、分散型電源を電力系統から切り離すこと（解列）が要求されている。

特許文献１には、分散型電源が電力系統から解列されて単独運転しているか否かを検出する単独運転検出装置が開示されている。特許文献１に記載された単独運転検出装置は、停電時に、電力系統に無効電力を注入する。単独運転検出装置は、電力系統の電圧の周期（系統周期）を計測し、系統周期が増加するときは無効電力を増加させ、減少するときは無効電力を減少させる。そして、単独運転検出装置は、単独運転前後の系統周期の偏差を複数検出し、それぞれの偏差毎に設定された閾値を超えたか否かを演算し、その結果に基づき、分散型電源の単独運転を検出する。

特許第３９４８４８７号

しかしながら、特許文献１では複数の偏差毎に閾値を予め設定する必要があり、これらの閾値が適切に設定されない場合、単独運転していないにもかかわらず単独運転を検出し、また、単独運転しているにもかかわらず、単独運転を検出しないおそれがある。

そこで、本発明の目的は、分散型電源の単独運転の検出精度を高くする検出単独運転検出方法及び単独運転検出装置を提供することにある。

本発明は、電力系統に接続されている分散型電源が単独運転しているか否かを検出する単独運転検出方法において、前記電力系統の系統周期を随時検出する系統周期検出ステップと、前記系統周期検出ステップにおいて、経時的に連続で検出された２つの系統周期を比較し、系統周期が経時的に増加している場合、前記電力系統の系統周期が増加するよう前記電力系統に無効電力を注入し、系統周期が経時的に減少している場合、前記電力系統の系統周期が減少するよう前記電力系統に無効電力を注入する系統周期変動ステップと、前記系統周期検出ステップで検出される系統周期に基づく値を算出する算出ステップと、前記算出ステップで算出されるｍ（ｍは４以上の整数）個の値が、経時的に増加又は減少しているか否かの判定を行う増減判定ステップと、前記算出ステップで算出されるｍ個の値から、線形回帰直線の傾きを算出し、算出した傾きが閾値以上であるか否かを判定する傾き判定ステップと、前記増減判定ステップで、ｎ（ｎは３以上以下の整数）回以上増減していると判定され、かつ、前記傾き判定ステップで、算出した傾きが閾値以上であると判定された場合、前記分散型電源が単独運転していると決定する単独運転決定ステップと、を備えることを特徴とする。

この構成では、停電時に無効電力が注入された電力系統の系統周期が、経時的に増加又は減少し（判定手法１）、かつ、変動する系統周期の回帰直線の傾きが急峻（閾値以上）である（判定手法２）場合に、分散型電源が単独運転であると決定する。判定手法１の場合、停電でない場合であっても、系統周期が増加又は減少していれば、分散型電源が単独運転であると誤判定される。また、判定手法２の場合、停電でない場合であっても、系統周期が瞬時的に大きく変動すれば、分散型電源が単独運転であると誤判定される。そこで、２つの判定手法において何れも分散型電源が単独運転であると判定した場合に、最終的に分散型電源が単独運転であると決定することで、高い単独運転の検出精度を得ることができる。

本発明に係る単独運転検出方法の前記算出ステップは、前記系統周期検出ステップで検出される系統周期から移動平均値を算出し、前記増減判定ステップは、前記算出ステップが連続して算出したｍ個の前記移動平均値が、経時的に増加又は減少しているか否かを判定してもよい。

無効電力を注入した場合、単調増加又は単調減少するはずの系統周期が、ノイズ等の影響により増加中に減少し、又は、減少中に増加したかのように検出される場合がある。この構成では、平均値を算出して、その平均値の増加又は減少を見ることで、ノイズ等の影響を軽減できる。

本発明に係る単独運転検出方法の前記算出ステップは、一のタイミングで、前記系統周期検出ステップで検出される系統周期と、前記一のタイミングの直前に前記系統周期検出ステップで検出される系統周期との平均値を算出し、前記増減判定ステップは、前記算出ステップが連続して算出したｍ個の前記平均値が、経時的に増加又は減少しているか否かを判定してもよい。

この構成でも、平均値を算出して、その平均値の増加又は減少を見ることで、ノイズ等の影響を軽減できる。

本発明に係る単独運転検出方法の前記増減判定ステップは、前記算出ステップで算出されるｍ個の値が、経時的に増加しているか否かを判定すると共に、前記ｍ個の値を正負反転させた値が、経時的に増加しているか否かを判定し、前記単独運転決定ステップは、前記増減判定ステップで行う２つの判定のうち、少なくとも一方においてｎ回以上増加していると判定され、かつ、前記傾き判定ステップで、算出した傾きが閾値以上であると判定された場合、前記分散型電源が単独運転していると決定してもよい。

無効電力注入による系統周期の変動の方向（増加か減少）は停電時の系統周期の変動によって決まる。すなわち、停電時の系統周期が増加方向であれば、系統周期がさらに増加するように無効電力が注入され、停電時の増加方向が減少方向であれば、系統周期がさらに減少するように無効電力が注入される。したがって、単独運転を検出する場合、系統周期が増加しているときは系統周期が増加する回数を計測する必要があり、負方向に変動しているときは、系統周期が減少する回数を計測する必要がある。そこで、この構成では、系統周期に基づく値とそれに−１を乗じたものを同時並列的に評価し、それらの結果の論理和を最終的な結果とすることで、系統周期に基づく値が増減しているか否かに関係なく、「増加」の回数のみを計測するだけで、単独運転を検出できる。

本発明は、電力系統に接続されている分散型電源が単独運転しているか否かを検出する単独運転検出装置において、前記電力系統の系統周期を随時検出する系統周期検出部と、前記系統周期検出部において、経時的に連続で検出された２つの系統周期を比較し、系統周期が経時的に増加している場合、前記電力系統の系統周期が高くなるよう前記電力系統に無効電力を注入し、系統周期が経時的に減少している場合、前記電力系統の系統周期が低くなるよう前記電力系統に無効電力を注入する系統周期変動部と、前記系統周期検出部が検出する系統周期に基づく値を算出する算出部と、前記算出部が算出するｍ（ｍは４以上の整数）個の値が、経時的に増加又は減少しているか否かの判定を行う増減判定部と、前記算出部が算出するｍ個の値から、線形回帰直線の傾きを算出し、算出した傾きが閾値以上であるか否かを判定する傾き判定部と、前記増減判定部がｎ回以上増減していると判定し、かつ、前記傾き判定部が、算出した傾きが閾値以上であると判定した場合、前記分散型電源が単独運転していると決定する単独運転決定部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、２つの判定手法において何れも分散型電源が単独運転の可能性ありと判定した場合に、最終的に分散型電源が単独運転であると最終決定することで、高い単独運転の検出精度を得ることができる。また、先行文献のように、複数の偏差毎に閾値を予め設定する必要等もなくなる。

実施形態に係るエネルギーマネジメントシステムを示す図無効電力注入後の系統周期偏差、及び系統周期偏差の平均値の時間変化を示す図系統周期偏差から単独運転を判定する判定手法１を説明するための図系統周期が単調増加するか単調減少するかにかかわらず、単独運転を判定する方法を説明するための図系統周期偏差から単独運転を判定する判定手法２を説明するための図判定手法２において、単独運転と誤認識することを防ぐ場合について説明するための図単独運転でない場合の電力系統の系統周波数の変動を示す図無効電力注入処理を示すフローチャート系統周期偏差の平均化処理を示すフローチャート単独運転判定処理を示すフローチャート判定手法１の処理を示すフローチャート判定手法１の処理を示すフローチャート判定手法２の処理を示すフローチャート

図１は、本実施形態に係るエネルギーマネジメントシステム１００を示す図である。

エネルギーマネジメントシステム１００は、電力系統１０１に接続されている。電力系統１０１は、電力会社の発電所から電力を伝送する配電系統である。エネルギーマネジメントシステム１００は、家庭内、商業施設又は工場内等に設置されていて、図示しないが、電力系統１０１には、複数のエネルギーマネジメントシステム１００が接続されている。

エネルギーマネジメントシステム１００は、分散型電源１０、パワーコンディショナ２０、負荷３０及び二次電池Ｂ１を備えている。

分散型電源１０は、例えば、太陽光発電装置、ガス発電装置、又は風力発電装置等である。分散型電源１０は、パワーコンディショナ２０を介して、電力系統１０１、負荷３０及び二次電池Ｂ１に接続されている。負荷３０は、家庭内等に設置される電気機器である。

パワーコンディショナ２０は、分散型電源１０が発電した電力を電力系統１０１及び負荷３０へ出力する。パワーコンディショナ２０から負荷３０へ出力される電力は、負荷３０で消費される。また、負荷３０で消費される電力よりも分散型電源１０が発電する電力が大きい場合、パワーコンディショナ２０で発電された電力は、余剰電力としてパワーコンディショナ２０から電力系統１０１へ逆潮流する。さらに、パワーコンディショナ２０は、分散型電源１０が発電した電力の余剰電力を二次電池Ｂ１へ出力し、蓄電する。また、パワーコンディショナ２０は、電力系統１０１から深夜に買電した電力を二次電池Ｂ１へ出力し、蓄電する。

パワーコンディショナ２０は、インバータ２１、リレー２２、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３及びコントローラ２４を備える。

インバータ２１は、分散型電源１０から入力される直流電力を交流電力に変換する。または、インバータ２１は、電力系統１０１から入力される交流電力を直流電力に変換する。

リレー２２は、インバータ２１と電力系統１０１との間に接続されていて、後述のコントローラ２４によりオンオフされる。リレー２２は、平時はオン状態であり、分散型電源１０と電力系統１０１とを接続している。リレー２２は、電力系統１０１に事故が生じた場合（例えば、停電時）、コントローラ２４によりオフされる。停電時、電力系統１０１は、エネルギーマネジメントシステム１００から逆潮流される電力のみが通じている状態（単独運転状態と言う）となる。このとき、リレー２２がオフすることで、分散型電源１０は電力系統１０１から解列される。これにより、例えば、電力系統１０１を復旧作業中の作業員の感電等の事故を防止できる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２３は、分散型電源１０からの直流電圧、又は電力系統１０１から入力され、インバータ２１電変換される直流電圧を変圧（昇圧又は降圧）し、二次電池Ｂ１に充電する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３は、二次電池Ｂ１に充電された直流電圧を変圧し、電力系統１０１及び負荷３０へ出力する。

コントローラ２４は、例えば、プロセッサ及びメモリ等で構成されている。コントローラ２４は、周波数検出部２４１、無効電力注入部２４２、単独運転判定部２４３及びリレー制御部２４４を備えている。コントローラ２４は、本発明に係る「単独運転検出装置」の一例である。

周波数検出部２４１は、本発明に係る「系統周期検出部」の一例である。周波数検出部２４１は、パワーコンディショナ２０の出力側（電力系統１０１側）の電圧の周波数（周期）を随時検出する。詳しくは、周波数検出部２４１は、交流電圧波形に同期した方形波の立下りと立ち上がりとの中間値と、次の立下りと立ち上がりとの中間値との時間差を、交流電圧の周期として計測する。この計測した交流電圧の周期は、電力系統１０１の周期（以下、「系統周期」と言う）である。周波数検出部２４１は、計測した系統周期から、電力系統１０１の周波数（以下、「系統周波数」と言う）を算出する。周波数検出部２４１は、系統周期毎に系統周波数を検出する。

無効電力注入部２４２は、本発明に係る「系統周期変動部」の一例である。無効電力注入部２４２は、周波数検出部２４１が随時検出した系統周波数の偏差に基づいて、電力系統１０１へ注入すべき無効電力を算出し、インバータ２１から出力される電圧が、算出された無効電力に応じたパルス幅となるよう、インバータ２１をＰＷＭ制御する。無効電力を電力系統１０１に注入することで、電力系統１０１の系統周波数を変動させることができる。この無効電力は、電力系統１０１の系統周波数の変動を助長するよう電力系統１０１に注入される。単独運転状態で無効電力を注入することで、電力系統１０１の系統周波数の変動はさらに大きくなる。後述の単独運転判定部２４３は、電力系統１０１の系統周波数の変動に基づいて、単独運転の有無を判定する。

以下に、電力系統１０１へ注入すべき無効電力の算出方法について説明する。

無効電力注入部２４２は、周波数検出部２４１が検出した最新の系統周波数と、その直前に連続して検出された複数の系統周波数との平均値Ａを算出する。また、無効電力注入部２４２は、周波数検出部２４１が検出した最新の系統周波数検出時から数ミリ秒（例えば、２００ｍｓ）過去までに連続して検出された複数の系統周波数の平均値Ｂを算出する。無効電力注入部２４２は、算出した平均値Ｂから平均値Ａを減算して、周波数偏差を算出する。

周波数偏差と無効電力とは略比例関係にあり、無効電力注入部２４２は、周波数偏差と無効電力との関係に基づいて、算出した周波数偏差に対応する無効電力を算出する。なお、無効電力注入部２４２は、周波数偏差が±０．０１Ｈｚ以内の場合には、無効電力を注入しない。

単独運転判定部２４３は、本発明に係る「算出部」、「増減判定部」、「傾き判定部」及び「単独運転決定部」の一例である。単独運転判定部２４３は、分散型電源１０が単独運転しているか否かを判定する。単独運転の判定方法は後に詳述する。

リレー制御部２４４は、単独運転判定部２４３により、分散型電源１０が単独運転していると判定された場合、リレー２２をオフする。これにより、単独運転している分散型電源１０は電力系統１０１から解列される。

以下に、単独運転の判定方法について説明する。

単独運転判定部２４３は、２つの判定手法１，２の両方が「単独運転状態の可能性あり」と判定しているときに、分散型電源１０が単独運転していると最終判定する。なお、判定手法１，２双方が、「単独運転状態の可能性あり」と判定している場合とは、本実施形態においては、後述する、(ａ)「−１」を乗算していない値について、判定手法１，２共に「単独運転状態の可能性あり」と判定した場合、または、（ｂ）「−１」を乗算している値について、判定手法１，２共に「単独運転状態の可能性あり」と判定している場合を意味する。

（判定手法１）
分散型電源１０が単独運転状態である場合、電力系統１０１には、エネルギーマネジメントシステム１００から逆潮流される電力のみが通じた状態であるため、電力系統１０１の系統周波数は変動する。そして、無効電力が電力系統１０１に注入された場合、正帰還により、電力系統１０１の系統周期は単調増加又は単調減少する。そこで、判定手法１では、単独運転判定部２４３は、無効電力が電力系統１０１に注入された状態で、検出された系統周期が後述の判定手法に基づいて単調増加又は単調減少している場合に、分散型電源１０が単独運転の可能性ありと判定する。

なお、停電時に系統周期が単調増加するか、単調減少するかは、停電時の周波数変動によって決まる。例えば、停電時に系統周期が増加する方向に変動した場合、無効電力を注入することで系統周期はさらに増加する。一方、停電時に系統周期が減少する方向に変動した場合、無効電力を注入することで系統周期はさらに減少する。以下では、無効電力を注入することで系統周期が増加する場合について説明する。

系統周期が単調増加しているか否かを判定するために、単独運転判定部２４３は、周波数検出部２４１が検出した系統周期から系統周期偏差を算出する。系統周期偏差は、直近に検出された系統周期から、その直前に検出された複数の系統周期のトリム平均を減算することで算出される。単独運転判定部２４３は、連続して検出された２つの系統周期偏差の平均値を順次算出する。図２は、無効電力注入後の系統周期偏差、及び系統周期偏差の平均値の時間変化を示す図である。図２（Ａ）は、無効電力注入部２４２で算出された系統周期偏差の時間変化を示す図であり、図２（Ｂ）は、経時的に連続して算出された２つの系統周期偏差の平均値の時間変化を示す図である。

あるタイミングで算出された系統周期偏差をＡ、その直後に算出された系統周期偏差をＢで表すと、単独運転判定部２４３は、Ａ’＝（Ａ＋Ｂ）／２を算出する。次に、系統周期偏差Ｂが算出された直後に算出された系統周期偏差をＣで表すと、単独運転判定部２４３は、Ｂ’＝（Ｂ＋Ｃ）／２を算出する。さらに、系統周期偏差Ｃが算出された直後に算出された系統周期偏差をＤで表すと、単独運転判定部２４３は、Ｃ’＝（Ｃ＋Ｄ）／２を算出する。これを繰り返し、単独運転判定部２４３は、２つの系統周期偏差の平均化を順次行う。

前述のように、無効電力の注入後、系統周期は単調増加する傾向にある。しかしながら、図２（Ａ）に示されるように、ノイズ等の影響により系統周期偏差Ｃの算出直後に算出された系統周期偏差Ｄは、系統周期偏差Ｃよりも低くなる場合がある。そこで、単独運転判定部２４３は、系統周期偏差の平均値を算出することで、ノイズ等の影響を小さくすることができ、その結果、図２（Ｂ）に示すように、系統周期偏差は単調増加する。

判定手法１では、図２（Ｂ）に示す系統周期偏差の平均値（以下、系統周期偏差平均と言う）の時間変化において、系統周期偏差平均の増減判定をｍ回行い、ｎ回以上増加していると判定した場合、単独運転判定部２４３は、判定手法１としては分散型電源１０が単独運転状態の可能性ありと判定する。ｍは４以上の整数であり、ｎは３以上、ｍ以下の整数である。本実施形態では、ｍ＝６、ｎ＝４とする。

図３は、系統周期偏差平均から単独運転を判定する判定手法１を説明するための図である。図３の上図は、図２で説明した、系統周期偏差平均の時間変化を示している。図３の下図は、単独運転判定部２４３が備えるバッファに記憶されるデータの遷移状態を示している。

単独運転判定部２４３は、系統周期毎に、電力系統１０１へ無効電力が注入されているか否かを判定する。無効電力が注入されていない場合、単独運転判定部２４３は、バッファに「０」を記憶する。図３では、時刻Ｔ１で無効電力が電力系統１０１に注入される。

単独運転判定部２４３は、無効電力が注入されている場合であって、系統周期偏差平均が増加している場合にはバッファに「１」を記憶し、系統周期偏差平均が減少している場合にはバッファに「０」を記憶する。なお、増加も減少もなく同数の場合にもバッファには「０」を記憶する。

単独運転判定部２４３は、６周期分の６個のデータ（０又は１）をバッファに逐次記憶する。そして、データ「１」が４個以上ある場合、単独運転判定部２４３は、判定手法１としては分散型電源１０が単独運転状態の可能性ありと判定する。

図３のバッファの状態（Ｉ）に示すように、周期（１）、（２）、（３）では、無効電力が注入されていないため、単独運転判定部２４３は、バッファに「０」を記憶する。周期（４）では、系統周期偏差平均は減少しているため、単独運転判定部２４３は、バッファに「０」を記憶する。周期（５）、（６）では、系統周期偏差平均は増加しているため、単独運転判定部２４３は、バッファに「１」を記憶する。このバッファの状態（Ｉ）では、無効電力が注入されていない状態を含むため、単独運転判定部２４３は、分散型電源１０が単独運転状態でないと判定する。

次に、周期（７）では、系統周期偏差平均は増加しているため、単独運転判定部２４３は、バッファに「１」を記憶する。このとき、図３のバッファの状態（II）に示すように、単独運転判定部２４３は、バッファに蓄積された６個のデータのうち、最古のデータを削除する。このバッファの状態（II）では、無効電力が注入されていない状態を含ため、単独運転判定部２４３は、分散型電源１０が単独運転状態でないと判定する。

続いて、周期（８）では、系統周期偏差平均は増加しているため、単独運転判定部２４３は、バッファに「１」を記憶する。このとき、同様に、単独運転判定部２４３は、バッファに蓄積された６個のデータのうち、最古のデータを削除する。このバッファの状態（III）では、６個のデータのうち、データ「１」は４個である。しかしながら、バッファの状態（III）は、無効電力が注入されていない場合を含むため、単独運転判定部２４３は、分散型電源１０が単独運転状態でないと判定する。

無効電力が注入されていない場合は、分散型電源１０が単独運転状態でないと判定する。電力系統１０１は、定常状態（停電でない状態）であっても、ノイズ等の影響で微小な周波数変動が生じる。このため、定常状態では無効電力が注入されないため、無効電力の注入を判定条件に加えることで、定常状態での電力系統１０１の微小な周波数変動に対する誤検出を防ぐことができる。

周期（９）では、周波数偏差は減少しているため、単独運転判定部２４３は、バッファに「０」を記憶する。このとき、同様に、単独運転判定部２４３は、バッファに蓄積された６個のデータのうち、最古のデータを削除し、新たにデータ「０」を記憶する。このバッファの状態（IV）では、無効電力が注入されていて、かつ、６個のデータのうち、データ「１」は４個であるため、単独運転判定部２４３は、分散型電源１０が単独運転状態の可能性ありと判定する。すなわち、時刻Ｔ１で停電が起こった可能性があると判定される。

なお、図３では、バッファの状態（I），（II），（III）に示すように、無効電力が注入されていない場合、データ「０」を記憶しているが、周波数偏差の増減を見る処理は、無効電力が注入されたタイミングで開始するようにしてもよい。すなわち、周期（１）、（２）、（３）では、バッファにはデータが記憶されない。

図３では、系統周期は単調増加する場合に言及して説明したが、本実施形態では、系統周期が単調増加するか単調減少するかにかかわらず、分散型電源１０が単独運転状態の可能性ありか否かを判定することができる。

図４は、系統周期が単調増加するか単調減少するかにかかわらず、単独運転の可能性を判定する方法を説明するための図である。図４の実線は、図２で説明した、２つの系統周期偏差平均の時間変化を示す。

単独運転判定部２４３は、図２で説明した、算出した系統周期偏差平均に、「−１」を乗算する。図４の破線は、図２で説明した、「−１」を乗算した系統周期偏差平均の時間変化を示す。そして、単独運転判定部２４３は、図４の実線で示す系統周期偏差平均の時間変化に対して、図３で説明したように、系統周期偏差平均の増減に応じて、バッファにデータ「０」、「１」を記憶する。また、単独運転判定部２４３は、図４の破線で示す系統周期偏差平均の時間変化に対して、周波数偏差の増減に応じて、バッファにデータ「０」、「１」を記憶する。すなわち、本実施形態では、（ａ）「−１」を乗算していない値、（ｂ）「−１」を乗算している値、双方について、上述の方法でバッファにデータ「０」、「１」を記憶する処理を行うことで、単調増加、単調減少の双方に対応する設計としている。

単独運転判定部２４３は、図４の実線及び破線それぞれの系統周期偏差平均の時間変化に対して行った判定から、分散型電源１０が単独運転状態の可能性ありと判定した場合は「１」、単独運転状態でないと判定した場合は「０」とする。そして、その２つの結果の論理和を演算する。その結果、単独運転判定部２４３は、論理和が「１」の場合、分散型電源１０が単独運転状態の可能性ありと判定し、論理和が「０」の場合、分散型電源１０が単独運転状態でないと判定する。

図４の実線で示す系統周期偏差平均の時間変化の場合、バッファＡには、６個のうち、４個以上、すなわち本実施形態においては５個のデータ「１」が記憶されているため、単独運転判定部２４３は、単独運転状態の可能性ありと判定し、判定結果を「１」とする。図４の破線で示す周波数偏差の時間変化の場合、バッファＢには、６個のうちデータ「１」は記憶されていないため、単独運転判定部２４３は、単独運転状態でないと判定し、判定結果を「０」とする。単独運転判定部２４３は、２つの判定結果「１」と「０」との論理和「１」から、判定手法１においては、分散型電源１０が単独運転状態の可能性ありと判定する。

無効電力注入による系統周期の変動の方向（増加又は減少）は停電時の系統周波数の変動によって決まる。すなわち、パワーコンディショナ２０は、停電時に系統周期が増加している場合、系統周期がさらに増加するように無効電力を注入する。また、停電時に系統周期が減少している場合、系統周期がさらに減少するように無効電力を注入する。したがって、判定手法１において単独運転を判定する場合、系統周期が増加しているときは系統周期偏差平均の増加回数を計測する必要があり、系統周期が減少しているときは、系統周期偏差平均の減少回数を計測する必要がある。そこで、図４で説明したように、系統周期偏差平均とそれに「−１」を乗じたものを同時並列的に評価し、それぞれの結果の論理和を最終的な結果とすることで、停電時に系統周期が増加しているか減少しているかにかかわらず、系統周期偏差平均の増加回数のみを計測するだけで、単独運転状態の可能性があるか否かを判定できる。

（判定手法２）
図５は、系統周期偏差平均から単独運転を判定する判定手法２を説明するための図である。図６は、判定手法２において、単独運転と誤認識することを防ぐ場合について説明するための図である。図５は、系統周期偏差から単独運転の可能性があるか否かを判定する判定手法２を説明するための図であり、図３と同様、時刻Ｔ１で無効電力が電力系統１０１に注入される状態を示す。

判定手法２では、単独運転判定部２４３は、算出されたｍ（ｍ＝６）個の系統周期偏差平均を基に、例えば最小二乗法により、回帰直線の傾きを算出する。そして、算出した傾きが閾値以上であり、かつ、電力系統１０１へ無効電力が注入されている場合、単独運転判定部２４３は、分散型電源１０が単独運転状態の可能性ありと判定する。なお、算出した傾きが閾値以上である場合とは、例えば、系統周期偏差平均が１周期に±２Ｈｚ／ｓ以上変動する場合である。

なお、本実施形態においては、仮に閾値を「１」として説明する。すなわち、本実施形態の判定手法２においては、原則として、閾値が「１」以上の傾きを示す場合に、「単独運転の可能性あり」と判定するものとする。

但し、判定手法１同様、傾き算出に用いる６個の系統周期偏差平均に、無効電力が注入されていないときに算出された系統周期偏差平均が含まれる場合には、回帰直線の傾きは「０」とする（除外条件１）。すなわち、単独運転とはみなさない。

また、傾き算出に用いる６個の系統周期偏差平均のうち、最新の系統周期偏差平均から最古の系統周期偏差平均を減じた値が負である場合にも、回帰直線の傾きは「０」とする（除外条件２）。（最新の系統周期偏差平均）−（最古の系統周期偏差平均）が負である場合とは、系統周期偏差平均が単調減少している場合である。

また、最古の系統周期偏差平均が負である場合、傾きは「０」とする（除外条件３）。これは、図６に示すようなステップ状変化において、単独運転と誤認識することを防ぐためである。ステップ状変化とは、電力系統１０１の系統周波数が瞬時的に大きく変化し、その後正常に戻るような場合である。ステップ状変化は、たとえば、工場等の巨大な負荷の変動により瞬時的に系統周期が変動する場合等に発生する。この場合、系統は停電してはいないので、すぐに正常値に戻るが、ステップ状変化により傾き算出だけでは閾値を超えてしまうおそれがある。そこで、除外条件３を設けている。

以下、図５を参照しながら、判定手法２の流れを説明する。

領域（Ａ）の場合、領域（Ａ）に含まれる６個の系統周期偏差平均には、無効電力が注入されていないときに算出されているものが含まれる。この場合、単独運転判定部２４３は、傾きを０とし、分散型電源１０が単独運転状態でないと判定する。

領域（Ｂ）の場合、領域（Ａ）と同様、６個の系統周期偏差平均には、無効電力が注入されていないときに算出されているものが含まれる。このため、単独運転判定部２４３は、傾きを０とし、分散型電源１０が単独運転状態でないと判定する。

領域（Ｃ）の場合、領域（Ａ），（Ｂ）と同様、６個の系統周期偏差平均には、無効電力が注入されていないときに算出されているものが含まれる。このため、単独運転判定部２４３は、傾きを０とし、分散型電源１０が単独運転状態でないと判定する。

領域（Ｄ）の場合、６個の系統周期偏差平均を基に算出される傾きは、１．１とする。この場合、算出した傾きは閾値「１」以上である。しかし、系統周期変動が起こった最初のポイントが負方向であるため、除外条件３に該当し、単独運転判定部２４３は、傾きを０とし、分散型電源１０が単独運転状態でないと判定する。

領域（Ｅ）の場合、６個の系統周期偏差平均を基に算出される傾きは、１.１とする。領域（Ｄ）の場合と異なり、系統周期変動が起こった最初のポイントは正方向であり、除外条件１〜３のいずれにも該当しない。この場合、単独運転判定部２４３は、分散型電源１０が単独運転状態の可能性ありと判定する。

すなわち、時刻Ｔ７で停電が起こっている可能性ありと判定される。そして上述の通り、判定手法１，２双方が、単独運転状態の可能性ありと判定した場合に、単独運転状態であると最終判定する。

なお、判定手法１，２双方が、単独運転状態の可能性ありと判定している場合とは、本実施形態においては、(ａ)「−１」を乗算していない値について、判定手法１，２共に「単独運転状態の可能性あり」と判定している場合、または、（ｂ）「−１」を乗算した値について、判定手法１，２共に「単独運転状態の可能性あり」と判定している場合を意味する。

このように、判定手法２では、複数の系統周期偏差平均から算出した回帰直線の傾きを用いて、分散型電源１０が単独運転状態の可能性があるか否かを判定している。上述のように、無効電力を注入することで系統周期偏差平均は単調増加又は単調減少するが、ノイズ等の影響により、系統周期偏差平均は多少増減しながら、単調増加又は単調減少する場合がある。そこで、回帰直線を用いることで、周波数偏差の増減の影響を小さくすることができる。

なお、図５では、系統周期偏差平均は単調増加する場合に言及して説明したが、本実施形態では、判定手法１と同様、系統周期が単調増加するか単調減少するかにかかわらず、分散型電源１０が単独運転状態の可能性があるか否かを判定することができる。詳しくは、単独運転判定部２４３は、判定手法１と同様、算出した系統周期偏差平均に、「−１」を乗算する。そして、「−１」を乗算した系統周期偏差平均を用いて、回帰直線の傾きを算出する。単独運転判定部２４３は、図５で説明した系統周期偏差平均の傾き、又は、「−１」を乗算した系統周期偏差平均の傾きのいずれかが、閾値以上であり、かつ、除外条件に該当しない場合、分散型電源１０が単独運転の可能性ありと判定する。

上述の通り、単独運転判定部２４３は、判定手法１，２を行った結果、判定手法１，２双方が分散型電源１０が単独運転の可能性ありと判定した場合、分散型電源１０が単独運転であると最終判定を行う。単独運転判定部２４３が２つの判定手法１，２から単独運転の有無を最終判定することで、誤判定を抑制できる。

停電時でない場合であっても、電力系統１０１に接続される負荷の軽重によって、電力系統１０１の系統周波数は多少変動する。このため、系統周波数の変動が、例えば±２Ｈｚ／ｓ以内であれば、停電と判定するべきでない。この点、判定手法１のみの方法では、周波数偏差の変動が緩やかな場合（±２Ｈｚ／ｓ以内の変動）であっても、系統周期偏差平均が単調増加していれば、単独運転と誤判定しまうおそれがある。しかし、本発明においては、判定手法２において、系統周期偏差平均の傾きが閾値以上（例えば、±２Ｈｚ／ｓ以上の変動）でないと単独運転とは判定しない設定としているため、上述の誤判定を防ぐことができる。

また、その他の例として、例えば、図７に示すような場合（単独運転ではない場合）が想定される。図７は、単独運転でない場合の電力系統１０１の系統周波数の変動を示す図である。すなわち、電力系統１０１の系統周波数が一度小さく正方向に変動した後に、瞬時的に大きく正方向に変化し、その後、徐々に正常に戻っていく場合である。この点、判定手法２のみの方法で判定しようとすると、算出した回帰直線の傾きが閾値以上となってしまう場合があり、単独運転と誤判定されてしまうおそれがある。しかし、上述の通り、本実施形態では、判定手法１と判定手法２とを組み合わせて単独運転か否かを最終判定するようにしているため、上述の誤判定を防ぐことができる。

このように、２つの判定手法を用いることで、誤検出、検出漏れを防ぎ、かつ、高速な単独運転を検出することができる。

図８は、無効電力注入処理を示すフローチャートである。

周波数検出部２４１は、系統周波数を検出する（Ｓ１）。無効電力注入部２４２は、上述したように、検出した系統周波数から周波数偏差を算出する（Ｓ２）。無効電力注入部２４２は、算出した周波数偏差に基づいて、電力系統１０１へ無効電力を注入するか否かを判定する（Ｓ３）。例えば、算出した周波数偏差が±０．０１Ｈｚ以内の場合には、無効電力注入部２４２は無効電力を注入しないと判定する。無効電力を注入しない場合（Ｓ３：ＮＯ）、本処理は終了する。

無効電力を注入する場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、無効電力注入部２４２は、周波数偏差と無効電力との関係に基づいて、算出した周波数偏差に対応する無効電力を算出する（Ｓ４）。そして、インバータ２１から出力される電圧が、算出した無効電力に応じたパルス幅となるよう、無効電力注入部２４２は、インバータ２１をＰＷＭ制御し、無効電力を電力系統１０１へ注入する（Ｓ５）。

図９は、周波数偏差の平均化処理を示すフローチャートである。

単独運転判定部２４３は、周波数検出部２４１が検出した系統周期から系統周期偏差を算出する（Ｓ１１）。単独運転判定部２４３は、系統周期偏差平均を算出する（Ｓ１２）。すなわち、単独運転判定部２４３は、直近に算出された系統周期偏差と、その直前に算出された系統周期偏差との平均値を算出する。単独運転判定部２４３は、算出した系統周期偏差平均をメモリに記憶する（Ｓ１３）。単独運転判定部２４３は、この図９に示す処理を繰り返し実行する。これにより、図２（Ｂ）に示す、経時的に連続して算出された２つの系統周期偏差平均の時間変化を得ることができる。

図１０は、単独運転判定処理を示すフローチャートである。

単独運転判定部２４３は、図１１及び図１２に示す判定手法１を実行する（Ｓ２１）。図１１及び図１２は、判定手法１の処理を示すフローチャートである。

単独運転判定部２４３は、無効電力が電力系統１０１に注入されているか否かを判定する（Ｓ３１）。無効電力が注入されている場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、単独運転判定部２４３は、図７に示す処理で算出された系統周期偏差平均の増減を判定する（Ｓ３２）。詳しくは、単独運転判定部２４３は、直近に算出された系統周期偏差平均が、その直前に算出された系統周期偏差平均から増加しているか否かを判定する。

系統周期偏差平均が増加している場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）、単独運転判定部２４３は、バッファＡに「１」を記憶する（Ｓ３４）。系統周期偏差平均が増加していない場合（Ｓ３３：ＮＯ）、単独運転判定部２４３は、バッファＡに「０」を記憶する（Ｓ３５）。

単独運転判定部２４３は、Ｓ３２で用いた系統周期偏差平均に「−１」を乗算し、その結果の増減を判定する（Ｓ３６）。詳しくは、単独運転判定部２４３は、算出された最新の系統周期偏差平均に「−１」を乗算した値が、その直前に算出された系統周期偏差平均に「−１」を乗算した値から増加しているか否かを判定する。増加している場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）、単独運転判定部２４３は、バッファＢに「１」を記憶する（Ｓ３８）。増加していない場合（Ｓ３７：ＮＯ）、単独運転判定部２４３は、バッファＢに「０」を記憶する（Ｓ３９）。

単独運転判定部２４３は、Ｓ３１〜Ｓ３９の処理を６回繰り返したか否かを判定する（Ｓ４０）。すなわち、バッファＡ，Ｂそれぞれには６つのデータ（０又は１）が記憶されているか否かを判定する。６回繰り返していない場合（Ｓ４０：ＮＯ）、単独運転判定部２４３は、Ｓ３１の処理を再度実行する。６回繰り返した場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、図１２に示す単独運転判定部２４３は、Ｓ４２の処理を実行する。

Ｓ３１において、電力系統１０１に無効電力が注入されていない場合（Ｓ３１：ＮＯ）、単独運転判定部２４３は、Ｓ３２〜Ｓ３９の処理を行うことなく、バッファＡ，Ｂそれぞれにデータ「０」を記憶する（Ｓ４１）。

単独運転判定部２４３は、増減判定において、系統周期偏差平均、及び、系統周期偏差平均に「−１」乗算した値の少なくとも一方が、４回以上増加しているか否かを判定する（Ｓ４２）。すなわち、単独運転判定部２４３は、バッファＡ，Ｂの少なくとも一方に、４個以上、データ「１」が記憶されているか否かを判定する。４回以上増加していない場合（Ｓ４２：ＮＯ）、単独運転判定部２４３は、分散型電源１０が単独運転していないと判定する（Ｓ４５）。

４回以上増加している場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、単独運転判定部２４３は、増減判定において無効電力が注入されている場合があるか否かを判定する。すなわち、データ「１」が４個以上記憶されているバッファＡ，Ｂに、Ｓ４１で無効電力が注入されていない場合に記憶されたデータ「０」が記憶されているか否かを判定する。無効電力が注入されていない場合（Ｓ４３：ＹＥＳ）、単独運転判定部２４３は、分散型電源１０が単独運転していないと判定する（Ｓ４５）。無効電力が注入されている場合（Ｓ４３：ＹＥＳ）、単独運転判定部２４３は、分散型電源１０が単独運転の可能性ありと判定する（Ｓ４４）。

Ｓ２１の判定手法１の処理が終了すると、単独運転判定部２４３は、図１３に示す判定手法２の処理を実行する（Ｓ２２）。図１３は、判定手法２の処理を示すフローチャートである。

単独運転判定部２４３は、判定手法１で用いられた６個の系統周期偏差平均から得られる回帰直線の傾きを算出する（Ｓ５１）。単独運転判定部２４３は、算出した傾きが閾値を超えるか否かを判定する（Ｓ５２）。傾きが閾値を超えない場合（Ｓ５２：ＮＯ）、単独運転判定部２４３は、分散型電源１０が単独運転していないと判定する（Ｓ５５）。

傾きが閾値を超える場合（Ｓ５２：ＹＥＳ）、単独運転判定部２４３は、傾き算出時に無効電力が注入されているか否かを判定する（Ｓ５３）。詳しくは、単独運転判定部２４３は、傾き算出に用いられた周波数偏差の中に、無効電力が注入されていない場合に算出された系統周期偏差平均があるか否かを判定する。無効電力が注入されていない場合（Ｓ５３：ＮＯ）、すなわち、無効電力が注入されていない場合に算出された系統周期偏差平均がある場合、単独運転判定部２４３は、分散型電源１０が単独運転していないと判定する（Ｓ５５）。無効電力が注入されている場合（Ｓ５３：ＹＥＳ）、すなわち、無効電力が注入されていない場合に算出された周波数偏差がない場合、単独運転判定部２４３は、分散型電源１０が単独運転の可能性ありと判定する（Ｓ５４）。

Ｓ２２の判定手法２が終了すると、単独運転判定部２４３は、判定手法１，２のいずれにおいても分散型電源１０が単独運転の可能性ありと判定したか否かを判定する（Ｓ２３）。判定手法１，２のいずれにおいても分散型電源１０が単独運転の可能性ありと判定した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、単独運転判定部２４３は、分散型電源１０が単独運転していると最終的に判定し、リレー２２をオフする（Ｓ２４）。これにより、単独運転している分散型電源１０を、電力系統１０１から解列することができる。

判定手法１，２の少なくともいずれか一方が、分散型電源１０が単独運転の可能性ありと判定していない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、単独運転判定部２４３は、分散型電源１０が単独運転していないと最終的に判定する。この場合、リレー２２はオフされない。

なお、本実施形態では、ｍ＝６、ｎ＝４として説明したが、これに限定されない。ｍは４以上の整数であればよい。また、ｎは３以上であって、ｍ以下の整数であればよい。好ましくは、系統周期偏差平均の増減判定をｍ回行い、ｎ回以上増加しているか否かを判定する判定手法１において、ｎ／ｍ＞１／２がよい。例えば、ｍが６の場合、ｎは４，５，６であり、ｍが７の場合、ｎは４，５，６，７であり、ｍが８の場合、ｎは５，６，７，８であることが好ましい。

また、単独運転判定部２４３は、連続して検出された２つの系統周期偏差の平均値を算出し、その平均値を用いて判定手法１，２を行っているが、系統周期偏差の移動平均値を算出し、その移動平均値を用いて判定手法１，２を行うようにしてもよい。

なお、本実施形態では、「−１」を乗算する手法、及び上述の除外条件１〜３を設定しているが、それらは一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることができる。例えば、求められる仕様又は精度に応じて、除外条件を取り除いてもよいし、異なる除外条件を設定してもよい。また、本実施形態の判定手法１においては、ｎ回以上「増加」しているか否かで判定しているが、反対にｎ回以上「減少」しているか否かを判定指標として設計してもよい。

１０…分散型電源
２０…パワーコンディショナ
２１…インバータ
２２…リレー
２３…ＤＣ−ＤＣコンバータ
２４…コントローラ
３０…負荷
１００…エネルギーマネジメントシステム
１０１…電力系統
２４１…周波数検出部
２４２…無効電力注入部
２４３…単独運転判定部
２４４…リレー制御部

Claims

電力系統に接続されている分散型電源が単独運転しているか否かを検出する単独運転検出方法において、
前記電力系統の系統周期を随時検出する系統周期検出ステップと、
前記系統周期検出ステップにおいて、経時的に連続で検出された２つの系統周期を比較し、系統周期が経時的に増加している場合、前記電力系統の系統周期が増加するよう前記電力系統に無効電力を注入し、系統周期が経時的に減少している場合、前記電力系統の系統周期が減少するよう前記電力系統に無効電力を注入する系統周期変動ステップと、
前記系統周期検出ステップで検出される系統周期に基づく値を算出する算出ステップと、
前記算出ステップで算出されるｍ（ｍは４以上の整数）個の値が、経時的に増加又は減少しているか否かの判定を行う増減判定ステップと、
前記算出ステップで算出されるｍ個の値から、線形回帰直線の傾きを算出し、算出した傾きが閾値以上であるか否かを判定する傾き判定ステップと、
前記増減判定ステップで、ｎ（ｎは３以上ｍ以下の整数）回以上増減していると判定され、かつ、前記傾き判定ステップで、算出した傾きが閾値以上であると判定された場合、前記分散型電源が単独運転していると決定する単独運転決定ステップと、
を備え、
前記算出ステップは、
前記系統周期検出ステップで検出される系統周期から移動平均値を算出し、
前記増減判定ステップは、
前記算出ステップが連続して算出したｍ個の前記移動平均値が、経時的に増加又は減少しているか否かを判定する、
単独運転検出方法。
電力系統に接続されている分散型電源が単独運転しているか否かを検出する単独運転検出方法において、
前記電力系統の系統周期を随時検出する系統周期検出ステップと、
前記系統周期検出ステップにおいて、経時的に連続で検出された２つの系統周期を比較し、系統周期が経時的に増加している場合、前記電力系統の系統周期が増加するよう前記電力系統に無効電力を注入し、系統周期が経時的に減少している場合、前記電力系統の系統周期が減少するよう前記電力系統に無効電力を注入する系統周期変動ステップと、
前記系統周期検出ステップで検出される系統周期に基づく値を算出する算出ステップと、
前記算出ステップで算出されるｍ（ｍは４以上の整数）個の値が、経時的に増加又は減少しているか否かの判定を行う増減判定ステップと、
前記算出ステップで算出されるｍ個の値から、線形回帰直線の傾きを算出し、算出した傾きが閾値以上であるか否かを判定する傾き判定ステップと、
前記増減判定ステップで、ｎ（ｎは３以上ｍ以下の整数）回以上増減していると判定され、かつ、前記傾き判定ステップで、算出した傾きが閾値以上であると判定された場合、前記分散型電源が単独運転していると決定する単独運転決定ステップと、
を備え、
前記算出ステップは、
一のタイミングで、前記系統周期検出ステップで検出される系統周期と、前記一のタイミングの直前に前記系統周期検出ステップで検出される系統周期との平均値を算出し、
前記増減判定ステップは、
前記算出ステップが連続して算出したｍ個の前記平均値が、経時的に増加又は減少しているか否かを判定する、
単独運転検出方法。
前記増減判定ステップは、
前記算出ステップで算出されるｍ個の値が、経時的に増加しているか否かを判定すると共に、前記ｍ個の値を正負反転させた値が、経時的に増加しているか否かを判定し、
前記単独運転決定ステップは、
前記増減判定ステップで行う２つの判定のうち、少なくとも一方においてｎ回以上増加していると判定され、かつ、前記傾き判定ステップで、算出した傾きが閾値以上であると判定された場合、前記分散型電源が単独運転していると決定する、
請求項１または２に記載の単独運転検出方法。
電力系統に接続されている分散型電源が単独運転しているか否かを検出する単独運転検出装置において、
前記電力系統の系統周期を随時検出する系統周期検出部と、
前記系統周期検出部において、経時的に連続で検出された２つの系統周期を比較し、系統周期が経時的に増加している場合、前記電力系統の系統周期が増加するよう前記電力系統に無効電力を注入し、系統周期が経時的に減少している場合、前記電力系統の系統周期が減少するよう前記電力系統に無効電力を注入する系統周期変動部と、
前記系統周期検出部が検出する系統周期に基づく値を算出する算出部と、
前記算出部が算出するｍ（ｍは４以上の整数）個の値が、経時的に増加又は減少しているか否かの判定を行う増減判定部と、
前記算出部が算出するｍ個の値から、線形回帰直線の傾きを算出し、算出した傾きが閾値以上であるか否かを判定する傾き判定部と、
前記増減判定部がｎ（ｎは３以上ｍ以下の整数）回以上増減していると判定し、かつ、前記傾き判定部が、算出した傾きが閾値以上であると判定した場合、前記分散型電源が単独運転していると決定する単独運転決定部と、
を備え、
前記算出部は、
前記系統周期検出部で検出される系統周期から移動平均値を算出し、
前記増減判定部は、
前記算出部が連続して算出したｍ個の前記移動平均値が、経時的に増加又は減少しているか否かを判定する、
単独運転検出装置。