JP6618004B2 - 単独運転検出装置、それを用いたパワーコンディショナ、および単独運転の検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、単独運転検出装置、それを用いたパワーコンディショナ、および単独運転の検出方法に関する。本発明は、より詳細には、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ことを検出する単独運転検出装置、それを用いたパワーコンディショナ、および単独運転の検出方法に関する。

従来、太陽電池、燃料電池などの分散型電源が系統連系している状態で電力系統に無効電力を注入して分散型電源の単独運転を判定する単独運転検出装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の単独運転検出装置は、電力系統から供給される交流電圧の周波数（以下、系統周波数）を用いて得られる周波数偏差に基づいて、電力系統に注入する無効電力を算出し、無効電力を電力系統に注入する。

単独運転検出装置は、無効電力を注入した後の系統周波数を計測して周波数偏差を算出し、その周波数偏差が所定の範囲外である場合に分散型電源が単独運転を行っているか否かの判定を行う。単独運転検出装置は、系統周波数が所定回数連続して上昇（または低下）した場合に、分散型電源が単独運転していると判定する。

単独運転検出装置が電力系統に無効電力を注入すると、電力系統に直流分が発生する。

特開２０１４−２０７７５０号公報

系統周波数は、電力系統の状態に応じてわずかに変動する場合がある。系統周波数が、基準となる周波数に対して高い場合と低い場合とに交互に変化すると、特許文献１に記載の単独運転検出装置は、系統電圧の周波数の変動に応じた正または負の無効電力を交互に連続して電力系統に注入する。この場合、単独運転検出装置が正または負の無効電力のみを注入する場合と比べて、電力系統に発生する直流分の変動が大きくなるという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされ、電力系統に発生する直流分の変動を抑制しつつ分散型電源の単独運転を検出可能な単独運転検出装置、それを用いたパワーコンディショナ、および単独運転の検出方法を提供することを目的とする。

本発明の単独運転検出装置は、電力系統と系統連系された分散型電源の単独運転を検出する単独運転検出装置であって、無効電力を前記電力系統に注入する注入部と、前記電力系統から供給される交流電圧の周波数を計測する計測部と、前記計測部の複数の計測結果から前記交流電圧の周波数の変動を求め、前記周波数の変動に基づいて前記注入部から注入させる無効電力の大きさを表す目標値を求める算出部と、前記注入部から無効電力の注入を開始させる時点では前記目標値よりも小さい無効電力を注入させ、かつ、前記注入部から注入させる無効電力を、前記目標値の変動に依らず、前記目標値まで時間経過に伴って増加させる調整部と、前記計測部が計測した前記周波数に基づいて、前記分散型電源が単独運転しているか否かを判定する判定部とを備えることを特徴とする。

本発明のパワーコンディショナは、分散型電源の出力する直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を電力系統に出力するインバータと、前記インバータに接続され、前記分散型電源を前記電力系統から解列させる解列器と、前記インバータの出力する前記交流電力の無効電力を変動させる無効電力変動部と、前記電力系統の交流電圧の周波数を計測する計測部と、前記計測部の複数の計測結果から前記交流電圧の周波数の変動を求め、前記周波数の変動に基づいて前記無効電力変動部で変動させる無効電力の目標値を求める算出部と、前記無効電力変動部で無効電力の変動を開始させる時点では無効電力の大きさを前記目標値の大きさよりも小さくし、かつ、無効電力を、前記目標値の変動に依らず、前記目標値まで時間経過に伴って変動させる調整部と、前記計測部が計測した前記周波数に基づいて、前記分散型電源が単独運転しているか否かを判定する判定部とを備えることを特徴とする。

本発明の別のパワーコンディショナは、分散型電源の出力する直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を電力系統へ出力するインバータと、前記インバータの出力する前記交流電力の無効電力を変動させる無効電力変動部と、前記交流電力の電圧成分の周波数を計測する計測部と、前記計測部が計測した前記周波数に基づいて、前記分散型電源が単独運転しているか否かの判定を行う判定部とを備え、前記無効電力変動部は、前記計測部が計測した前記周波数の変動に基づいて前記無効電力を変動させ、前記判定部は、前記無効電力変動部が無効電力の大きさを目標値よりも小さくした状態から、前記目標値に至るまで無効電力を複数回変動させた後に、前記判定を行うことを特徴とする。

本発明の単独運転の検出方法は、電力系統と系統連系された分散型電源の単独運転を検出する検出方法であって、無効電力を前記電力系統に注入する注入ステップと、前記電力系統から供給される交流電圧の周波数を計測する計測ステップと、前記計測ステップの複数の計測結果から前記交流電圧の周波数の変動を求め、前記周波数の変動に基づいて前記注入ステップで注入させる無効電力の大きさを表す目標値を求める算出ステップと、前記注入ステップで無効電力の注入を開始させる時点では前記目標値よりも小さい無効電力を注入させ、かつ、前記注入ステップで注入させる無効電力を、前記目標値の変動に依らず、前記目標値まで時間経過に伴って増加させる調整ステップと、前記計測ステップで計測した前記周波数に基づいて、前記分散型電源が単独運転しているか否かを判定する判定ステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、電力系統に発生する直流分の変動を抑制しつつ分散型電源の単独運転を検出可能な単独運転検出装置、それを用いたパワーコンディショナ、および単独運転の検出方法を提供できる。

実施形態１に係るパワーコンディショナの概略ブロック図である。 実施形態１に係る電力系統に発生する直流分を説明する波形図である。 従来例に係る無効電力の一定時間の波形図である。 実施形態１に係る無効電力の一定時間の波形図である。 実施形態１に係る無効電力の波形図である。 実施形態１に係る電力系統に発生する直流分を説明する別の波形図である。 実施形態２に係るパワーコンディショナの概略ブロック図である。 実施形態２に係る無効電力の一定時間の波形図である。 実施形態２の変形例に係る調整部の動作を説明するフローチャートである。 実施形態２の変形例に係る無効電力の波形図である。 実施形態３に係る無効電力の一定時間の波形図である。

（実施形態１）
以下、本実施形態の単独運転検出装置１と、それを用いたパワーコンディショナ１０、および単独運転の検出方法について図を参照して説明する。

単独運転検出装置１は、図１に示すように、注入部２（無効電力変動部）と、計測部３と、算出部４と、調整部５と、判定部６とを備える。単独運転検出装置１は、電力系統１５１と系統連系された分散型電源１５２の単独運転を検出する。単独運転検出装置１は、注入部２と、算出部４と、調整部５と、判定部６とを１つのマイクロコンピュータの動作で実現している。なお、単独運転検出装置１はマイクロコンピュータを用いることに限定されず、ＩＣ（Integrated Circuit）などの演算装置を用いてもよい。

単独運転検出装置１は、電力系統１５１が停電しているにもかかわらず分散型電源１５２が、電力系統１５１に電力を供給している場合、分散型電源１５２が単独運転していると判断し、分散型電源１５２を系統電源から電気的に切り離す。

単独運転検出装置１は、電力系統１５１の交流電圧（この電圧を系統電圧Ｖ１とする）の周波数Ｆ１の変化に基づいて分散型電源１５２を系統電源から電気的に切り離す。具体的に言うと、系統電源から電力が供給されている状態から、分散型電源１５２が単独運転する状態になると、系統電圧Ｖ１の周波数Ｆ１が変化する。単独運転検出装置１は、分散型電源１５２が単独運転していることを判断するために電力系統１５１の無効電力を変動させる動作を行う。分散型電源１５２が単独運転していない場合には、系統電圧Ｖ１の周波数Ｆ１はほとんど変化せず、周波数Ｆ１の変動量は基準量未満となる。しかしながら分散型電源１５２が単独運転している場合には、系統電圧Ｖ１の周波数Ｆ１が変化する。単独運転検出装置１は、電力系統１５１の無効電力を変動させる動作と系統電圧Ｖ１の周波数Ｆ１の計測とを繰り返し行い、周波数Ｆ１の変動量が基準値を超えると分散型電源１５２が単独運転を行っていると判断する。電力系統１５１の無効電力を変動させる動作および周波数Ｆ１を計測する動作の詳細については後述する。

パワーコンディショナ１０は、単独運転検出装置１と、インバータ７と、解列器８（例えば、リレーなど）とを備える。本実施形態のパワーコンディショナ１０はさらに指令部１０２を備える。パワーコンディショナ１０は、電力系統１５１に接続されている系統電源（例えば商用系統電源）と、分散型電源１５２とに電気的に接続されている。パワーコンディショナ１０は、分散型電源１５２からの直流電力を交流電力に変換して系統電源や負荷１５３に出力する。電力系統１５１は、例えば、電力会社の発電所からパワーコンディショナ１０までを結ぶ配電系統である。分散型電源１５２は、例えば、太陽電池、燃料電池、または二次電池からなる直流電源である。二次電池は、例えば、ニッケル水素蓄電池や、リチウムイオン蓄電池である。

インバータ７は、分散型電源１５２から入力される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を一対の出力端子から負荷１５３および電力系統１５１へ出力する。インバータ７は、一対の入力端子と、一対の出力端子とを備えている。インバータ７の一対の入力端子には分散型電源１５２が電気的に接続される。ここでは分散型電源１５２は太陽光発電装置からなるので、インバータ７は接続箱を介して分散型電源１５２に接続される。インバータ７の一対の出力端子には、電力系統１５１が電気的に接続される。インバータ７の一対の出力端子には、電力系統１５１から供給される交流電力で動作する負荷１５３が電気的に接続される。インバータ７の一対の出力端子は、例えば分電盤に設けられた連系ブレーカに電気的に接続されることにより、負荷１５３および系統電源に電気的に接続される。

解列器８は、インバータ７の一対の出力端子と、電力系統１５１との間に電気的に接続されている。解列器８は、判定部６からの解列信号が入力されると、インバータ７と系統電源とを電気的に切り離す。

注入部２は、無効電力Ｘ２を電力系統１５１に注入する。本実施形態の注入部２は、系統電圧Ｖ１に対して位相の異なる電流を含む無効電力Ｘ２を、インバータ７の出力する交流電力に注入して電力系統１５１の無効電力を変動させる。なお、注入部２は、無効電力Ｘ２をインバータ７の出力する交流電力に注入することによりインバータ７の出力する無効電力を変動させることに限定されない。注入部２（無効電力変動部）は、例えばインバータ７の出力する電流と電圧の位相を変動させることにより、インバータ７の出力する無効電力を直接変動させるように構成されていてもよい。その場合、注入部２は、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御されたデューティ比の制御信号をインバータ７に出力し、インバータ７の出力する電流と電圧の位相を変動させてもよい。

計測部３は、電力系統１５１から供給される系統電圧Ｖ１（交流電圧）の周波数Ｆ１を計測する回路からなる。図２は、分散型電源１５２が電力系統１５１に系統連系している状態の系統電圧Ｖ１および出力電流Ａ１を示している。計測部３は、系統電圧Ｖ１の電圧値、周波数Ｆ１（周期）、および電力系統１５１に流れる出力電流Ａ１を、例えば５ミリ秒間隔で周期的に計測する。計測部３は、図２に示す系統電圧Ｖ１がゼロクロスするタイミングの時間差から電圧波形の周期を計測し、計測した周期から周波数Ｆ１を求める。系統電圧Ｖ１の極性が負から正に反転（ゼロクロス）するタイミングＴ１０１と、系統電圧Ｖ１の極性が正から負に反転するタイミングＴ１０３と時間差は、系統電圧Ｖ１の半周期に相当する。計測部３は、系統電圧Ｖ１の複数のゼロクロスするタイミングを測定し、その時間差（周期）に基づいて周波数Ｆ１を算出する。計測部３は、算出した周波数Ｆ１を算出部４と判定部６とに出力する。例えば計測部３は、系統電圧Ｖ１の１周期の間にタイミングＴ１０１，Ｔ１０２，Ｔ１０３，Ｔ１０４の４回、系統電圧Ｖ１の電圧値を計測する。

算出部４は、計測部３から入力される周波数Ｆ１の値を記憶させる記憶部を有する。記憶部は、複数の周波数Ｆ１を記憶するように構成されている。算出部４は、計測部３の複数の計測結果から系統電圧Ｖ１の周波数Ｆ１の変動（この変動を周波数偏差ＤＦ２とする）を求め、周波数Ｆ１の変動（周波数偏差ＤＦ２）に基づいて注入部２から注入させる無効電力Ｘ２の大きさを表す目標値ｘ１００を求める。算出部４は、計測部３から周波数Ｆ１の値が入力されるごとに目標値ｘ１００を更新して調整部５に出力する。

具体的に言うと、算出部４は、計測部３からの最新の計測結果を含む８回分の周波数Ｆ１の平均値ｆ３を求める。また、算出部４は、周波数Ｆ１を計測した時点から２００ミリ秒前よりも以前に計測した１６回分の周波数Ｆ１の平均値ｆ４を求める。算出部４は、平均値ｆ４から平均値ｆ３を減算した結果を周波数偏差ＤＦ２として求める。数式で表すと、ＤＦ２＝ｆ４−ｆ３となる。算出部４は、周波数偏差ＤＦ２に応じて、注入部２から電力系統１５１に注入させる無効電力Ｘ２の大きさの目標値ｘ１００を求める。算出部４は、例えば周波数偏差ＤＦ２の符号の正負と同じ符号（極性）の無効電力Ｘ２を注入部２から電力系統１５１に注入させる信号を調整部５に出力する。算出部４は例えば、所定の範囲内の周波数偏差ＤＦ２に対しては周波数偏差ＤＦ２の大きさに比例するように、無効電力Ｘ２の大きさの目標値ｘ１００を求める。なお、注入部２がインバータ７の出力する無効電力を直接変動させるように構成されている場合、算出部４は、注入部２で変動させる無効電力（インバータ７の出力する無効電力）の目標値を求めるように構成される。なお、ここで言う無効電力の目標値とは、正または負の極性を含めた無効電力の値である。具体的に言うと、注入部２が無効電力の変動を開始させた後にその変動を停止させた際の無効電力の値である。また、以下では、無効電力の極性が正または負の何れであってもよい場合には、無効電力については無効電力の大きさと表記し、目標値については目標値の大きさと表記する。

算出部４は、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定する基準となる周波数閾値Ｆ５を求める。周波数閾値Ｆ５は、注入部２が電力系統１５１に注入する無効電力の大きさに応じて変化するように算出される。周波数閾値Ｆ５は、例えばその無効電力の大きさに比例して大きくなるように算出される。算出部４は、計測部３で周波数Ｆ１が計測されるごとに周波数閾値Ｆ５を算出して判定部６へ出力する。

調整部５は、算出部４から目標値ｘ１００が入力されるごとに、目標値ｘ１００に応じて注入部２が注入する無効電力Ｘ２を調整する。調整部５は、注入部２から無効電力Ｘ２の注入を開始させる時点では目標値ｘ１００よりも小さい無効電力Ｘ２を注入させ、かつ、注入部２から注入させる無効電力Ｘ２を目標値ｘ１００まで時間経過に伴って増加させる。なお、注入部２がインバータ７の出力する無効電力を直接変動させるように構成されている場合、調整部５は、注入部２でインバータ７の出力する無効電力の変動を開始させる時点では無効電力の大きさを目標値の大きさよりも小さくする。かつ調整部５は、注入部２で変動させる無効電力を目標値まで時間経過に伴って変化させるように構成される。調整部５の詳細については後述する。

判定部６は、計測部３が計測した周波数Ｆ１に基づいて、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定する。本実施形態の判定部６は、目標値ｘ１００まで無効電力Ｘ２が注入された後に計測部３で計測された周波数Ｆ１を用いて求めた周波数偏差ＤＦ２と、周波数閾値Ｆ５とに基づいて、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定する。なお、注入部２がインバータ７の出力する無効電力を直接変動させるように構成されている場合、判定部６は、次のように動作する。判定部６は、インバータ７の出力する無効電力を目標値まで変動させた後に計測部３で計測された周波数Ｆ１を用いて求めた周波数偏差ＤＦ２と、周波数閾値Ｆ５とに基づいて、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定する。

判定部６は、正の周波数閾値Ｆ５と負の周波数閾値Ｆ５とで定まる周波数の範囲内に、周波数偏差ＤＦ２が収まるか否かを判定する。具体的に言うと、判定部６は、算出部４で算出された周波数偏差ＤＦ２が、周波数閾値Ｆ５で定まる周波数の範囲を連続して所定回数（例えば４回）超える場合、分散型電源１５２が単独運転を行っていると判定する。判定部６は、分散型電源１５２が単独運転を行っていると判定すると、解列器８に解列信号を出力する。

ここで、単独運転検出装置１が電力系統１５１に無効電力を注入した際に発生する直流分Ｄ１（直流電流）について、図２を参照して説明する。なお、本実施形態の単独運転検出装置１と比較するため、図３に示す従来の無効電力の注入方法で単独運転検出装置１が無効電力を注入する例について説明する。なお、以下では、従来の無効電力の注入方法で注入される無効電力にはＸ１を付して説明する。なお、単独運転検出装置１は、電力系統１５１に無効電力を注入する他にも、例えばインバータ７の出力する無効電力を直接変動させてもよい。

電力系統１５１には、分散型電源１５２および系統電源により周波数Ｆ１の交流の系統電圧Ｖ１が印加されている。また、電力系統１５１には、分散型電源１５２および系統電源から出力される交流の出力電流Ａ１が流れている。

単独運転検出装置１は、系統電圧Ｖ１の周波数Ｆ１が変動していない場合には無効電力Ｘ２を注入しないが、系統電圧Ｖ１の周波数Ｆ１が変動すると、分散型電源１５２の単独運転を判定するために、無効電力Ｘ１を電力系統１５１に注入する。例えば周波数Ｆ１が小さくなる（つまり１周期分の時間（１／Ｆ１）が大きくなる）ように変動すると、単独運転検出装置１は、タイミングＴ１０１において、大きさが目標値ｘ１００となる正の無効電力Ｘ１をインバータ７から電力系統１５１に注入させる。目標値ｘ１００は、電力系統１５１に系統電源から電力が供給されている場合には、系統電圧Ｖ１の周波数Ｆ１がほとんど変化しない程度の無効電力の大きさに定められている。

無効電力Ｘ１の注入を開始してから一定時間ｔ１が経過するまで、大きさが目標値ｘ１００となる無効電力Ｘ１を電力系統１５１に注入させ続ける。本実施形態では、一定時間ｔ１は、例えば５ミリ秒に定められているが、この秒数に限定される趣旨ではない。

図２では、単独運転検出装置１は、タイミングＴ１０１で正の無効電力Ｘ１を注入する。例えば単独運転検出装置１は、出力電流Ａ１が系統電圧Ｖ１に対して位相が進むように（図２に示す出力電流Ａ２の位相となるように）無効電力Ｘ１を注入する。電力系統１５１から電力が供給されている場合には、無効電力Ｘ１の注入に応じて出力電流Ａ１の位相がずれるが、系統電圧Ｖ１の位相はほとんど変化しない。すなわち電力系統１５１から電力が供給されている場合に無効電力Ｘ１が電力系統１５１に注入されても、系統電圧Ｖ１の周波数Ｆ１はほぼ変化していないとみなすことができる。言い換えると、分散型電源１５２が単独運転していない場合、正の無効電力Ｘ１の注入が行われても、周波数偏差ＤＦ２の大きさが、周波数閾値Ｆ５で定まる周波数の範囲内に収まるので、分散型電源１５２は単独運転を行っていないと判定部６が判定する。

一方、電力系統１５１が停電している場合に正の無効電力Ｘ１が注入されると、出力電流Ａ１の位相が（出力電流Ａ２の位相となるように）ずれる。そして、その出力電流Ａ１に応じて系統電圧Ｖ１が出力される。すなわち無効電力Ｘ１の注入に応じて系統電圧Ｖ１の位相が変化し、系統電圧Ｖ１の周波数Ｆ１が変化する。言い換えると、分散型電源１５２が単独運転している場合、正の無効電力Ｘ１の注入が行われるごとに周波数Ｆ１は小さくなる。そして周波数偏差ＤＦ２の大きさが、周波数閾値Ｆ５で定まる周波数の範囲を連続して所定回数（４回）超えることにより、分散型電源１５２は単独運転を行っていると判定部６が判定する。

無効電力Ｘ１が注入されると、タイミングＴ１０１から系統電圧Ｖ１の１周期分の時間（数式で表すと１／Ｆ１）が経過したタイミングＴ１０５で、直流分Ｄ１が電力系統１５１に発生する。本実施形態では、１周期分の時間（１／Ｆ１）は、例えば２００ミリ秒に定められているが、この秒数に限定される趣旨ではない。

直流分Ｄ１は、系統電圧Ｖ１の周波数Ｆ１や、負荷１５３の種類や、分散型電源１５２の供給電力などによって定まる周期で周期的に変化する。例えば直流分Ｄ１は、周波数Ｆ１の周期（２０ミリ秒）よりも長い周期（例えば５００ミリ秒など）で変動する場合もある。直流分Ｄ１の変動の大きさは、注入される無効電力Ｘ１が短時間で急峻に変化するほど大きくなる傾向がある。

ところで、系統電圧Ｖ１は系統電源の稼動状態（例えば発電設備および変電設備の稼動状態）や、電力需要の変動などによって変動する場合がある。例えば系統電圧Ｖ１が、周波数閾値Ｆ５によって定まる所定の範囲を正方向と負方向とに交互に超えるように変動する場合がある。単独運転検出装置１は、周波数Ｆ１の変化をさらに助長するように電力系統１５１の無効電力を変動させる動作を行うので、この場合、正と負の無効電力Ｘ１を交互に電力系統１５１に注入する。正と負の無効電力Ｘ１が交互に電力系統１５１に注入されると、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の大きさが変動する。しかも正と負の無効電力Ｘ１が交互に連続して電力系統１５１に注入されると、直流分Ｄ１の変動が大きくなる。同様に、インバータ７の出力する無効電力を変動させる方向が交互に反転する（系統電圧Ｖ１に対する電流が進み位相と遅れ位相とに交互に反転する）ように変動させると、直流分Ｄ１の変動が大きくなる。分散型電源１５２を電力系統１５１に系統連系するためには、直流分Ｄ１の大きさをあらかじめ定められた値よりも小さくしなければならない。そのため、無効電力Ｘ１の連続注入時（またはインバータ７の出力する無効電力の変動時）に発生する直流分Ｄ１の大きさの変動を抑制したいという要望があった。

本実施形態の調整部５は、図４に示すように、電力系統１５１に注入する無効電力Ｘ２の大きさを時間経過に伴って増加させる。調整部５は例えば、注入部２から無効電力Ｘ２の注入を開始させるタイミングＴ１０１では目標値ｘ１００よりも小さい無効電力Ｘ２を注入させる。本実施形態では、タイミングＴ１０１における無効電力Ｘ２の大きさはゼロに定めている。調整部５は、無効電力Ｘ２の注入を開始させた後に無効電力Ｘ２の大きさを目標値ｘ１００まで時間経過に伴って増加させる。以下では、調整部５は、無効電力Ｘ２を電力系統１５１に注入する場合について説明する。なお、注入部２がインバータ７の出力する無効電力を直接変動させるように構成されている場合、調整部５は、インバータ７の出力する無効電力の大きさを増加させるように構成される。この場合、調整部５において、無効電力Ｘ２を注入する動作を、インバータ７の出力する無効電力を変動させる動作と読み替えればよい。この場合、調整部５において、注入する無効電力Ｘ２の大きさを、インバータ７の出力する無効電力の大きさと読み替えればよい。またこの場合、注入する無効電力Ｘ２の符号（極性）を、インバータ７の出力する無効電力の極性と読み替えればよい。

本実施形態の調整部５は、注入する無効電力Ｘ２の符号に応じて、無効電力Ｘ２を正の目標値（ｘ１００）に増加させる場合と負の目標値（−ｘ１００）に減少させる場合とがある。注入する無効電力Ｘ２の符号が正負いずれの場合も、以下では、調整部５が、注入する無効電力Ｘ２の大きさを目標値ｘ１００に増加させると表記する。

調整部５は、電力系統１５１に無効電力Ｘ２を注入させる時点では、無効電力Ｘ２の大きさをゼロに定めている。そのため、無効電力Ｘ２が電力系統１５１に注入される際に電力系統１５１の急峻な変化が起こりにくくなる。調整部５は、無効電力Ｘ２をゼロから時間経過に伴い徐々に、電力系統１５１に注入する無効電力Ｘ２の大きさを増加させる。調整部５は、電力系統１５１に注入する無効電力Ｘ２を急激に変化させることなく無効電力Ｘ２を注入するので、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の大きな変動を抑制できる。

次に、調整部５が、電力系統１５１の周波数Ｆ１の変動に応じて、注入部２から電力系統１５１に注入させる無効電力Ｘ２を調整する動作について図５を参照して説明する。

図５における周波数Ｆ１は、以下のように変動していると仮定する。周波数Ｆ１は、区間ｔ３０１の前（区間ｔ３００）、および、区間ｔ３０４の後では変動していない。また、周波数偏差ＤＦ２は、区間ｔ３０１および区間ｔ３０４では各々、周波数閾値Ｆ５を超えて変動する。具体的に言うと、区間ｔ３０１および区間ｔ３０４において、周波数偏差ＤＦ２は、正の周波数閾値Ｆ５を超えて大きくなる変化と、負の周波数閾値Ｆ５を下回る変化とを５ミリ秒ごとに繰り返す。周波数偏差ＤＦ２は、区間ｔ３０２では、正の周波数閾値Ｆ５を超えた状態→周波数閾値Ｆ５で定まる周波数の範囲内→負の周波数閾値Ｆ５を下回る状態に変化する。周波数偏差ＤＦ２は、区間ｔ３０３では周波数閾値Ｆ５を下回っている。

図５において点線で示す無効電力Ｘ１は、従来例の方法（図３参照）で注入される無効電力Ｘ１のグラフである。図５において実線で示す無効電力Ｘ２は、本実施形態の注入部２から注入される無効電力Ｘ２のグラフである。従来例の方法では、区間ｔ３０１および区間ｔ３０４において、周波数Ｆ１が周波数閾値Ｆ５を超えて変動するごとに、大きさがｘ１００であって正の無効電力Ｘ１と、大きさがｘ１００であって負の無効電力Ｘ１とが交互に注入される。そのため、区間ｔ３０１および区間ｔ３０４において、一定時間ｔ１（５ミリ秒）が経過するごとに電力系統１５１に注入される無効電力Ｘ１が急峻に変化する。特に、符号が異なる無効電力Ｘ１が交互に注入されると、注入される無効電力Ｘ１の変動量が最大となる。しかも直流分Ｄ１の変動の大きさは、注入される無効電力Ｘ１が短時間で急峻に変化するほど大きくなる傾向があるため、従来例の方法で無効電力Ｘ１を注入すると、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動が大きくなりやすい。

一方、本実施形態の調整部５は、図５の実線で示すように、時間経過に伴って無効電力Ｘ２を徐々に注入部２から注入させる。例えば区間ｔ３０１および区間ｔ３０４であっても、調整部５は、注入する無効電力Ｘ２の大きさを、短時間で増加させることなく徐々に増加させて無効電力Ｘ２を電力系統１５１に注入させる。そのため、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動が抑制される。

ここで、調整部５は、注入している無効電力Ｘ２を目標値ｘ１００から目標値ｘ１００よりも小さい大きさにする場合、無効電力Ｘ２の大きさを時間経過に伴って減少させてもよい。本実施形態の調整部５は、図５の区間ｔ３０２で示すように、注入させている無効電力Ｘ２をゼロにする場合、一定時間ｔ１が経過した時点で無効電力Ｘ２の大きさがゼロになるように、無効電力Ｘ２の大きさを時間経過に伴って減少させている。調整部５のこの動作によって、電力系統１５１に注入されている無効電力Ｘ２が停止する（注入する無効電力Ｘ２をゼロにする）際の変化も緩やかになり、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動が効果的に抑制される。

ここで、本実施形態の調整部５が、電力系統１５１に発生する直流分の変動を抑制する効果について図６を参照して説明する。図６に示す直流分Ｄ１は、直流分の変動が抑制されていない場合の波形を示している。一方、直流分Ｄ２は、直流分の変動が抑制されている場合の波形を示している。直流分Ｄ１の振幅は、図示している期間において一定であるのに対し、直流分Ｄ２の振幅は時間経過に伴って小さくなる。例えばタイミングＴ２０１における直流分Ｄ２の大きさＤ２１よりも、タイミングＴ２０１よりも後のタイミングＴ２０２における直流分Ｄ２の大きさＤ２２は小さくなる（Ｄ２２＜Ｄ２１）。つまり、直流分Ｄ１の変動を抑制することにより、電力系統１５１に発生する直流分の大きさを小さくすることができる。

以上説明したように、本実施形態の単独運転検出装置１は、電力系統１５１と系統連系された分散型電源１５２の単独運転を検出する。単独運転検出装置１は、注入部２と、計測部３と、算出部４と、調整部５と、判定部６とを備える。注入部２は、無効電力Ｘ２を電力系統１５１に注入する。計測部３は、電力系統１５１から供給される系統電圧Ｖ１（交流電圧）の周波数Ｆ１を計測する。算出部４は、計測部３の複数の計測結果から系統電圧Ｖ１（交流電圧）の周波数Ｆ１の変動（本実施形態では周波数偏差ＤＦ２）を求める。算出部４は、周波数Ｆ１の変動に基づいて（本実施形態では周波数偏差ＤＦ２および周波数閾値Ｆ５に基づいて）注入部２から注入させる無効電力Ｘ２の大きさを表す目標値ｘ１００を求める。調整部５は、注入部２から無効電力Ｘ２の注入を開始させる時点では目標値ｘ１００よりも小さい無効電力Ｘ２を注入させ、かつ、注入部２から注入させる無効電力Ｘ２を目標値ｘ１００まで時間経過に伴って増加させる。判定部６は、計測部３が計測した周波数Ｆ１に基づいて、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定する。

上記構成によれば、調整部５は、注入部２から無効電力Ｘ２の注入を開始させる時点では目標値ｘ１００よりも小さい大きさの無効電力Ｘ２を注入させ、かつ、注入部２から注入させる無効電力Ｘ２の大きさを目標値ｘ１００まで時間経過に伴って増加させる。電力系統１５１に注入される無効電力Ｘ２の大きさは、時間経過に伴って増加するため、電力系統１５１に注入される無効電力Ｘ２の急峻な変化が抑制される。そのため、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動が抑制される。言い換えると、調整部５のこの動作により、単独運転検出装置１は、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動を抑制しつつ分散型電源１５２の単独運転を検出できる。

また、本実施形態の調整部５は、無効電力Ｘ２を電力系統１５１に注入する際に、無効電力Ｘ２の大きさをゼロから時間経過に伴って増加させているので、電力系統１５１に注入される無効電力Ｘ２の急峻な変化が抑制される。

本実施形態の単独運転検出装置１において、調整部５は、注入部２から無効電力Ｘ２の注入を開始させた時点から一定時間ｔ１が経過した時点で、注入させる無効電力Ｘ２が目標値ｘ１００に達するように無効電力Ｘ２を注入させる。

上記構成によれば、調整部５は、目標値ｘ１００を超える大きさの無効電力Ｘ２を電力系統１５１に注入することを抑制することができる。また調整部５は、一定時間ｔ１の経過時に目標値ｘ１００と同じ大きさの無効電力Ｘ２が電力系統１５１に注入されるように、時間経過に伴って徐々に無効電力Ｘ２を増加させるので、電力系統１５１に注入される無効電力Ｘ２の急峻な変化が抑制される。

本実施形態のパワーコンディショナ１０は、インバータ７と、解列器８と、無効電力変動部（本実施形態では注入部２）と、計測部３と、算出部４と、調整部５と、判定部６とを備える。インバータ７は、分散型電源１５２の出力する直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を電力系統１５１に出力する。解列器８は、インバータ７に接続され、分散型電源１５２を電力系統１５１から解列させる。無効電力変動部（注入部２）は、インバータ７の出力する交流電力の無効電力を変動させる。計測部３は、電力系統１５１の系統電圧Ｖ１（交流電圧）の周波数Ｆ１を計測する。算出部４は、計測部３の複数の計測結果から系統電圧Ｖ１（交流電圧）の周波数Ｆ１の変動（本実施形態では周波数偏差ＤＦ２）を求める。算出部４は、周波数Ｆ１の変動に基づいて（本実施形態では周波数偏差ＤＦ２および周波数閾値Ｆ５に基づいて）無効電力変動部（注入部２）で変動させる無効電力の目標値を求める。調整部５は、無効電力変動部（注入部２）で無効電力の変動を開始させる時点では無効電力の大きさを目標値の大きさよりも小さくし、かつ、無効電力を目標値まで時間経過に伴って変動（変化）させる。判定部６は、計測部３が計測した周波数Ｆ１に基づいて、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定する。

上記構成によれば、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動を抑制しつつ分散型電源１５２の単独運転を検出可能なパワーコンディショナを実現できる。

本実施形態の単独運転の検出方法は、注入ステップと、計測ステップと、算出ステップと、調整ステップと、調整ステップと、判定ステップとを有し、電力系統１５１と系統連系された分散型電源１５２の単独運転を検出する検出方法である。注入ステップは、無効電力Ｘ２を電力系統１５１に注入するステップである。計測ステップは、電力系統１５１から供給される系統電圧Ｖ１（交流電圧）の周波数Ｆ１を計測するステップである。算出ステップは、計測ステップの複数の計測結果から系統電圧Ｖ１（交流電圧）の周波数Ｆ１の変動を求め、周波数Ｆ１の変動に基づいて注入ステップで注入させる無効電力Ｘ２の大きさを表す目標値ｘ１００を求めるステップである。調整ステップは、注入ステップで無効電力Ｘ２の注入を開始させる時点では目標値ｘ１００よりも小さい無効電力Ｘ２を注入させ、かつ、注入ステップで注入させる無効電力Ｘ２を目標値ｘ１００まで時間経過に伴って増加させるステップである。判定ステップは、計測ステップで計測した周波数Ｆ１に基づいて、分散型電源１５２が単独運転しているか否かを判定するステップである。

上記構成によれば、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動を抑制しつつ分散型電源１５２の単独運転を検出可能な単独運転の検出方法を提供できる。

なお、本実施形態の調整部５は、無効電力Ｘ２を注入させる際に、時間経過に対する無効電力Ｘ２の増加量は一定（図４に示すグラフの傾きが一定）にしているが、無効電力Ｘ２の増加量は一定でなくてもよい。例えば調整部５は、経過時間に対して無効電力Ｘ２を二次関数的に増加させてもよいし、経過時間に対して対数関数的に増加させてもよい。また、調整部５は、一定時間ｔ１が経過するまでの間に、無効電力Ｘ２を注入させ続けることに限定されず、無効電力Ｘ２の注入を所望の期間停止させてもよい。さらに調整部５は、例えば三次関数のように、変曲点を２つ有するように無効電力Ｘ２を増加させてもよい。つまり調整部５は、無効電力Ｘ２の注入を開始させる時点から一定時間ｔ１が経過するまでの間に、無効電力Ｘ２の大きさがゼロにならない範囲であれば、注入させる無効電力Ｘ２の大きさや符号は適宜選択されてもよい。

本実施形態の調整部５は、注入している無効電力Ｘ２の大きさを、一定時間ｔ１をかけてゼロに減少させているが、この動作は必須ではなく、省略されてもよい。

ここで、別の構成により電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動を抑制しつつ分散型電源１５２の単独運転を検出できるパワーコンディショナ１０を、本実施形態の変形例として説明する。なお、本実施形態のパワーコンディショナ１０と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

変形例のパワーコンディショナ１０は、本実施形態のパワーコンディショナ１０から、解列器８と算出部４とが省略されていてもよい。つまりパワーコンディショナ１０は、インバータ７と、注入部２（無効電力変動部）と、計測部３と、調整部５と、判定部６とを備えていればよい。

注入部２は、計測部３が計測した系統電圧Ｖ１の周波数Ｆ１の変動に基づいて、電力系統１５１の無効電力を変動させる。注入部２は、電力系統１５１の無効電力を変動させる場合には、無効電力を複数回（例えば５回）変動させる。注入部２は、電力系統１５１の無効電力を、例えば１ミリ秒ごとに１回変動させ、５ミリ秒間で５回変動させる。注入部２は例えば、本実施形態の単独運転検出装置１の注入部２のように無効電力Ｘ２を電力系統１５１に注入して無効電力を変動させる。他にも注入部２は例えば、インバータ７の出力する電流と電圧の位相を変動させることにより、インバータ７の出力する無効電力を直接変動させてもよい。

注入部２は、無効電力の注入を開始させる時点では、無効電力の大きさが目標値の大きさよりも小さい無効電力を注入させる。そして注入部２は、無効電力を目標値まで時間経過に伴って徐々に変動（変化）させる。本変形例の注入部２は、無効電力を５回変動させることにより電力系統１５１の無効電力を段階的に変化させて目標値まで変動させる。

注入部２は、電力系統１５１の無効電力を目標値まで変動させる場合、１回の無効電力の変化幅を、現在の無効電力の値を目標値まで変化させる場合の変化幅の５分の１に定める。そして注入部２は、無効電力を５回変動させることで電力系統１５１の無効電力を目標値まで変動させる。すなわち注入部２は、５回に分けて段階的に無効電力を変化させる。この場合、注入部２が無効電力を１回変動させる際の無効電力の変化幅は、無効電力を目標値まで１回で変動させる場合に比べて小さいので、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の大きさの変動を抑制できる。

判定部６は、注入部２が無効電力を５回変動させた後に、分散型電源１５２の単独運転の判定を行う。つまり本変形例の判定部６は、本実施形態の判定部６と同様に、無効電力を変動させてから５ミリ秒後の計測部３の計測結果に基づいて、分散型電源１５２が単独運転を行っているか否かを判定する。

以上のように、注入部２は、無効電力の注入を開始させる時点では目標値よりも小さい無効電力を注入させ、かつ、無効電力を目標値まで時間経過に伴って徐々に変化させる。本変形例の注入部２は、時間経過に伴って、無効電力を目標値まで５回に分けて段階的に変化させる。これにより、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動を抑制しつつ分散型電源１５２の単独運転を検出できるパワーコンディショナ１０を実現することができる。しかも、無効電力が目標値に達するまでの変動回数を多くすることにより、無効電力の段階的な変化を一次関数的な変化に近づけることも可能である。この場合、本変形例の注入部２は、本実施形態の注入部２のように無効電力Ｘ２を時間経過に伴って電力系統１５１に注入した場合とほぼ同様に、電力系統１５１の無効電力を変動させることができる。

なお、注入部２が無効電力を変動させる回数およびその時間間隔は一例であり、適宜の回数および適宜の時間間隔に定めてよい。

以上説明したように、本変形例のパワーコンディショナ１０は、インバータ７と、無効電力変動部（本変形例では注入部２）と、計測部３と、調整部５と、判定部６とを備える。インバータ７は、分散型電源１５２の出力する直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を電力系統１５１へ出力する。無効電力変動部（注入部２）は、インバータ７の出力する交流電力の無効電力を変動させる。計測部３は、交流電力の電圧成分の周波数（本変形例では系統電圧Ｖ１の周波数Ｆ１）を計測する。調整部５は、無効電力変動部（注入部２）で無効電力の変動を開始させる時点では無効電力の大きさを目標値の大きさよりも小さくし、かつ、無効電力変動部（注入部２）で変動させる無効電力を目標値まで時間経過に伴って変動（変化）させる。判定部６は、計測部３が計測した交流電力の電圧成分の周波数（系統電圧Ｖ１の周波数Ｆ１）に基づいて、分散型電源１５２が単独運転しているか否かの判定を行う。無効電力変動部（注入部２）は、計測部３が計測した周波数（系統電圧Ｖ１の周波数Ｆ１）の変動に基づいて無効電力を変動させる。判定部６は、無効電力変動部（注入部２）が無効電力を複数回変動させた後に、上記の判定を行う。

上記構成によれば、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動を抑制しつつ分散型電源１５２の単独運転を検出可能なパワーコンディショナを実現できる。

（実施形態２）
ところで、分散型電源１５２から電力系統１５１や負荷１５３に供給する電力が大きいほど、無効電力Ｘ２を電力系統１５１に注入した際に発生する電力系統１５１の変化（例えば直流分Ｄ１の変化）は、供給される電力に比べて相対的に小さくなる。そのため、分散型電源１５２からの供給電力が大きい場合は、無効電力Ｘ２の注入速度を速めても、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変化が大きくなりにくい。言い換えると、分散型電源１５２からの供給電力が大きい場合は、直流分Ｄ１が大きく変動しにくい。

そこで、本実施形態の単独運転検出装置１およびパワーコンディショナ１０は、分散型電源１５２からの供給電力に応じて電力系統１５１に注入する無効電力Ｘ２の大きさを変化させる。パワーコンディショナ１０は、図７に示すように、実施形態１のパワーコンディショナ１０の構成に加えて、さらに指令部１０２を備える。なお、実施形態１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

以下では、調整部５は、無効電力Ｘ２を電力系統１５１に注入する場合について説明する。なお、注入部２がインバータ７の出力する無効電力を直接変動させるように構成されている場合、調整部５は、インバータ７の出力する無効電力の値を変動（変化）させるように構成される。この場合、調整部５は、無効電力Ｘ２を注入する動作を、インバータ７の出力する無効電力を変動させる動作と読み替えればよい。この場合、調整部５は、注入する無効電力Ｘ２の大きさを、インバータ７の出力する無効電力を大きさと読み替えればよい。またこの場合、注入する無効電力Ｘ２の符号（極性）を、インバータ７の出力する無効電力の極性と読み替えればよい。

指令部１０２は、分散型電源１５２から電力系統１５１に供給される電力が基準となる電力値よりも大きいか否かを判断し、判断結果に応じて調整部５に立ち上がり時間を指示する。本実施形態の指令部１０２は、２通りの立ち上がり時間ｔ１３，ｔ１４（所定時間）のうち何れか一方を選択して調整部５に指示する。なお、立ち上がり時間の選択肢は複数あればよく、２通りに限定されない。

指令部１０２は、例えばマイクロコンピュータで構成され、内蔵しているメモリに記録されているプログラムを読みこんで実行することにより、所望の機能を実現させる。指令部１０２は、分散型電源１５２から出力される直流電力に関する情報（直流電圧値や直流電流値）を取得する。指令部１０２は、取得した情報に基づいて、無効電力Ｘ２が目標値ｘ１００に達するまでの立ち上がり時間を、立ち上がり時間ｔ１３，ｔ１４の何れかに決定する。指令部１０２は、無効電力Ｘ２が目標値ｘ１００に達するまでの所要時間を立ち上がり時間ｔ１３（または立ち上がり時間ｔ１４）として定めるように指示する信号を調整部５に出力する。例えば、指令部１０２は、シリアル通信などにより立ち上がり時間ｔ１３（または立ち上がり時間ｔ１４）を調整部５に出力してもよい。他にも例えば、指令部１０２は、調整部５があらかじめ保持している立ち上がり時間ｔ１３（または立ち上がり時間ｔ１４）を指定する信号を調整部５に出力してもよい。

調整部５は、注入部２から無効電力Ｘ２の注入を開始させた時点から、所定の条件に応じて定まる立ち上がり時間ｔ１３（または立ち上がり時間ｔ１４）が経過した時点で、注入させる無効電力Ｘ２が目標値ｘ１００に達するように無効電力Ｘ２を注入させる。所定の条件とは、本実施形態では分散型電源１５２から供給される電力の大小である。具体的に言うと、分散型電源１５２からの供給電力の大小に応じて指令部１０２が立ち上がり時間ｔ１３（または立ち上がり時間ｔ１４）を選択する。その選択結果が指令部１０２から調整部５に入力されることにより、調整部５は立ち上がり時間ｔ１３（または立ち上がり時間ｔ１４）を定める。つまり調整部５は、注入部２から無効電力Ｘ２の注入を開始させた時点から立ち上がり時間ｔ１３（または立ち上がり時間ｔ１４）が経過した時点で、注入させる無効電力Ｘ２が目標値ｘ１００に達するように無効電力Ｘ２を注入部２から注入させる。

調整部５は、図８に示すように、一定時間ｔ１よりも短い立ち上がり時間ｔ１４または立ち上がり時間ｔ１３が経過した時点で無効電力Ｘ２の大きさが目標値ｘ１００に達するように、注入する無効電力Ｘ２の大きさを変化させる。例えば図８では、一定時間ｔ１、立ち上がり時間ｔ１３、立ち上がり時間ｔ１４の順に時間の長さが短くなるように定められている（ｔ１４＜ｔ１３＜ｔ１）。調整部５が立ち上がり時間ｔ１４で無効電力Ｘ２の大きさを目標値ｘ１００に達するように無効電力Ｘ２の大きさを調整すると、本実施形態に比べて短い時間で目標値ｘ１００の大きさの無効電力Ｘ２を注入できる。言い換えると本実施形態の調整部５は、電力系統１５１に注入する無効電力Ｘ２の増加の度合を変化させることができる。

指令部１０２は、分散型電源１５２から電力系統１５１や負荷１５３に供給する電力が基準となる電力値よりも大きいと判断すると、調整部５に対して立ち上がり時間ｔ１４を指示する信号を調整部５に出力する。調整部５は、注入部２から無効電力Ｘ２の注入を開始させた時点から、分散型電源１５２から供給される電力に応じて定まる立ち上がり時間ｔ１４が経過した時点で、注入させる無効電力Ｘ２が目標値ｘ１００に達するように無効電力Ｘ２を注入させる。分散型電源１５２からの供給電力が大きい場合、調整部５は、無効電力Ｘ２の注入開始時点から立ち上がり時間ｔ１４が経過した時点で無効電力Ｘ２の大きさを目標値ｘ１００にするように無効電力Ｘ２の大きさを変化させる。つまり、調整部５は、分散型電源１５２からの供給電力が大きく、直流分Ｄ１の変動が相対的に小さい場合には、本実施形態１よりも短い時間で無効電力Ｘ２が目標値ｘ１００に達するように無効電力Ｘ２の注入速度を変える。

一方、分散型電源１５２から電力系統１５１や負荷１５３に供給する電力が小さいほど、無効電力Ｘ２を電力系統１５１に注入した際に発生する電力系統１５１の変化（直流分Ｄ１の変化）は、供給される電力に比べて相対的に大きくなる。そのため、分散型電源１５２からの供給電力が小さい場合は、無効電力Ｘ２の注入速度が速いと、電力系統１５１の変化が大きくなりやすい。言い換えると、分散型電源１５２からの供給電力が小さい場合は、直流分Ｄ１は変動しやすい。

指令部１０２は、分散型電源１５２から電力系統１５１や負荷１５３に供給する電力が基準となる電力値よりも小さいと判断すると、調整部５に対して立ち上がり時間ｔ１３を指示する。分散型電源１５２の供給電力が、基準となる電力値よりも小さい場合、調整部５は、無効電力Ｘ２の注入開始時点から立ち上がり時間ｔ１３が経過した時点で無効電力Ｘ２の大きさを目標値ｘ１００にするように無効電力Ｘ２の大きさを変化させる。つまり調整部５は、分散型電源１５２の供給電力が基準となる電力値よりも小さく、直流分Ｄ１の変動が相対的に大きい場合には、立ち上がり時間ｔ１４よりも長い立ち上がり時間ｔ１３をかけて、注入する無効電力Ｘ２を目標値ｘ１００まで増加させる。

上記したように、調整部５は、分散型電源１５２からの供給電力に応じて無効電力Ｘ２の注入速度を変えるので、分散型電源１５２からの供給電力が変動しても、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動を効率よく抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態の調整部５は、注入部２から無効電力Ｘ２の注入を開始させた時点から、所定の条件に応じて定まる所定時間が経過した時点で、注入させる無効電力Ｘ２が目標値ｘ１００に達するように無効電力Ｘ２を注入させる。所定時間とは、本実施形態では立ち上がり時間ｔ１３または立ち上がり時間ｔ１４である。所定の条件とは、本実施形態では分散型電源１５２の供給電力の大小である。

上記構成によれば、調整部５は、所定の条件に応じて、注入させる無効電力Ｘ２が目標値ｘ１００に達する時間を、立ち上がり時間ｔ１３または立ち上がり時間ｔ１４から選択する。言い換えると調整部５は、所定の条件の変化に応じて無効電力Ｘ２の注入速度を変化させることで、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動を効率よく抑制できる。所定の条件とは、例えば分散型電源１５２の供給電力が、基準となる電力値を上回るか否かである。

本実施形態の調整部５は、分散型電源１５２からの供給電力に応じて無効電力Ｘ２の注入速度を変えるので、分散型電源１５２の供給電力が変動しても、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動を効率よく抑制することができる。

本実施形態の調整部５は、注入している無効電力Ｘ２の大きさをゼロに減少させるまでの所要時間を立ち上がり時間ｔ１３，ｔ１４および一定時間ｔ１から選択しているが、この動作は必須ではなく、省略されてもよい。

ところで、調整部５は、分散型電源１５２からの供給電力の他にも、例えば過去の無効電力Ｘ２の注入状況に応じて立ち上がり時間ｔ１３，ｔ１４を定めてもよい。調整部５が、直前の所定区間（例えば過去２５ミリ秒）の無効電力Ｘ２の注入状況に応じて、無効電力Ｘ２を目標値ｘ１００にするまでの所要時間を定めるように構成された例を本実施形態の変形例として説明する。調整部５が、注入する無効電力Ｘ２の大きさを目標値ｘ１００に増加させるまでの所要時間を定める動作について、図９を参照して説明する。

変形例の調整部５は、例えばマイクロコンピュータのメモリに、過去２５ミリ秒の間における無効電力Ｘ２の注入の有無および符号を記憶させ、メモリから記憶内容を読みこむことができるように構成されている。

調整部５は、周波数偏差ＤＦ２が周波数閾値Ｆ５で定まる周波数の範囲を超えて変動した際に算出部４から出力される信号に基づいて、無効電力Ｘ２を注入部２から注入させるか否かを判断する（Ｓ１０１）。調整部５は、無効電力Ｘ２を注入させないと判断すると（Ｓ１０１：Ｎｏ）、メモリから前回の無効電力Ｘ２の注入状況を読み込んで、前回、無効電力Ｘ２を注入させたか否かを判断する。調整部５は、前回、無効電力Ｘ２を注入しておらず、かつ、今回も無効電力Ｘ２を注入しない場合は、無効電力Ｘ２の注入を行わない（Ｓ１０８：Ｎｏ）。調整部５は、前回、無効電力Ｘ２を注入している場合（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、無効電力Ｘ２の注入を停止させる（Ｓ１０９）。変形例の調整部５は、一定時間ｔ１をかけて無効電力Ｘ２の大きさをゼロにする。

調整部５は、無効電力Ｘ２を注入させると判断すると（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、過去２５ミリ秒間の無効電力Ｘ２の注入状況をメモリから読みこむ（Ｓ１０２）。調整部５は、過去２５ミリ秒以内に無効電力Ｘ２を注入していないと判断すると（Ｓ１０３：Ｎｏ）、立ち上がり時間ｔ１４を選択する。この判断の２５ミリ秒前までは無効電力Ｘ２の注入の変動がないので、一定時間ｔ１よりも短い時間で注入する無効電力Ｘ２を増加させても、直流分Ｄ１の変動は大きくなりにくい。そこで調整部５は、立ち上がり時間ｔ１４を選択する（Ｓ１１０）。調整部５が注入開始時点から立ち上がり時間ｔ１４が経過した時点で無効電力Ｘ２が目標値ｘ１００に達するように無効電力Ｘ２を注入させることにより、短時間で無効電力Ｘ２の大きさを増加させることができる。

調整部５は、過去２５ミリ秒以内に無効電力Ｘ２を注入したと判断すると（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、前回、無効電力Ｘ２を注入させたか否かを判断する。調整部５は、前回、無効電力Ｘ２を注入していない場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、立ち上がり時間ｔ１３を選択する。この判断の２５ミリ秒間前までに無効電力Ｘ２が注入されているが、直前の５ミリ秒前には無効電力Ｘ２が注入されていない。つまり、過去２５ミリ秒以内で注入される無効電力Ｘ２が変動しているが、今回の注入により連続して変動し続けているわけではないので、一定時間ｔ１よりも短い時間で注入する無効電力Ｘ２を増加させても、直流分Ｄ１の変動は大きくなりにくい。そこで調整部５は、立ち上がり時間ｔ１３を選択する（Ｓ１１１）。調整部５は、立ち上がり時間ｔ１３（ｔ１４＜ｔ１３＜ｔ１）を選択することにより、過去２５ミリ秒以内に多少の無効電力Ｘ２の変動がある場合でも直流分Ｄ１の変動を抑制しつつ、短時間で無効電力Ｘ２の大きさを増加させることができる。

調整部５は、前回、無効電力Ｘ２を注入している場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、今回注入する無効電力Ｘ２の符号が、前回注入した無効電力Ｘ２の符号と同じか否か（つまり極性が同じか否か）を判断する。調整部５は、前回と同じ符号の無効電力Ｘ２を注入する場合（Ｓ１０５：Ｎｏ）、前回に引き続き、今回も同じ符号の無効電力Ｘ２を継続して注入させる（Ｓ１１２）。調整部５は、前回とは異なる符号の無効電力Ｘ２を注入する場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、一定時間ｔ１を選択する（Ｓ１０６）。前回と今回とで異なる符号の無効電力Ｘ２が注入されると、無効電力Ｘ２の変動が大きいので、直流分Ｄ１の変動が大きくなる可能性がある。そこで調整部５は、一定時間ｔ１（つまり５ミリ秒）をかけて、注入する無効電力Ｘ２の大きさを徐々に増加させることにより、直流分Ｄ１の変動を抑制する。

調整部５は、今回注入する無効電力Ｘ２の大きさが目標値ｘ１００に達するまでの時間を、立ち上がり時間ｔ１３，ｔ１４および一定時間ｔ１から択一的に選択し、注入部２から電力系統１５１に無効電力Ｘ２の注入を開始させる（Ｓ１０７）。

ここで、調整部５が上記の条件に応じて無効電力Ｘ２を調整する動作について、図１０を参照して説明する。なお、図１０において調整部５が無効電力Ｘ２を注入させる条件と、時間軸と、従来例のグラフの説明とは、図５と同様であるため、説明を省略する。

区間ｔ３００は、２５ミリ秒の間（つまり５回分の一定時間ｔ１）、周波数Ｆ１がほぼ変動していないとみなせる区間であり、無効電力Ｘ２が注入されていない区間であると仮定する。区間ｔ３０１の開始時点で、調整部５は、過去２５ミリ秒の間に、無効電力Ｘ２の注入がなかったと判断し、立ち上がり時間ｔ１４の経過後に無効電力Ｘ２の大きさが目標値ｘ１００に達するように無効電力Ｘ２を注入させる。このとき、電力系統１５１に注入される無効電力Ｘ２は、一定時間ｔ１をかけて無効電力Ｘ２を目標値ｘ１００まで注入する場合と比べて急峻な変化であるが、従来例よりは緩やかな変化である。また過去２５ミリ秒間に無効電力Ｘ２が注入されていないため、一定時間ｔ１よりも短い立ち上がり時間ｔ１４で目標値ｘ１００に達する無効電力Ｘ２を注入しても、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変化は、従来例の注入時より抑制される。

区間ｔ３０２，ｔ３０３における調整部５の動作は、図５と同様であるため、説明を省略する。

区間ｔ３０４の開始時点において、調整部５は、過去２５ミリ秒の間に、無効電力Ｘ２の注入があったが、前回は無効電力Ｘ２が注入されていなかったと判断する。調整部５は、立ち上がり時間ｔ１３が経過した時点で無効電力Ｘ２の大きさが目標値ｘ１００に達するように無効電力Ｘ２を注入させる。

上述のように、変形例の調整部５は、前回と今回とで符号の異なる無効電力Ｘ２を注入する場合には、緩やかに無効電力Ｘ２を注入させる。また変形例の調整部５は、過去２５ミリ秒以内で無効電力Ｘ２の注入が行われていない場合には、無効電力Ｘ２の大きさが目標値ｘ１００に短時間で達するように無効電力Ｘ２を注入させる。変形例の調整部５は、上記の２つの場合の何れにも当てはまらない場合には、その２つの場合の中間の注入速度で無効電力Ｘ２を注入させる。

以上説明したように、本変形例の単独運転検出装置１において、調整部５は、調整部５は、所定期間における無効電力Ｘ２の注入状況に応じて所定時間（本変形例では立ち上がり時間ｔ１３または立ち上がり時間ｔ１４）を定める。所定期間とは、本変形例では過去５ミリ秒から過去２５ミリ秒までの期間である。調整部５は、注入部２から無効電力Ｘ２の注入を開始させた時点から、上記で定めた所定時間（立ち上がり時間ｔ１３または立ち上がり時間ｔ１４）が経過した時点で、注入させる無効電力Ｘ２が目標値ｘ１００に達するように無効電力Ｘ２を注入させる。

上記構成によれば、調整部５は、所定の条件に応じて無効電力Ｘ２の注入速度（立ち上がり時間）を変化させることができる。そのため調整部５は、所定の条件の変化に応じて無効電力Ｘ２の注入速度を変化させることで、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動を効率よく抑制できる。本変形例における調整部５は、過去の無効電力Ｘ２の注入の有無や符号の変化に応じて立ち上がり時間ｔ１３，ｔ１４の何れかを選択するので、直流分Ｄ１の変動を抑制しつつ、一定時間ｔ１より短い時間で注入する無効電力Ｘ２を目標値ｘ１００まで増加できる。

なお、変形例の調整部５の判断条件（図９のＳ１０３〜Ｓ１０５，Ｓ１０８）は一例であり、適宜変更可能である。例えば、無効電力Ｘ２が注入されていないと調整部５が判断する期間（所定期間）は２５ミリ秒に限定されず、適宜の期間に定めてよい。また、調整部５が立ち上がり時間ｔ１３を選択する条件を上記と異なる条件に変えてもよい。また、調整部５が択一的に選択する立ち上がり時間の選択肢は２個に限定されず、複数あればよい。

なお、変形例の調整部５は、Ｓ１０９のように、注入している無効電力Ｘ２を停止させる場合に一定時間ｔ１をかけて無効電力Ｘ２の大きさをゼロにしているが、この例に限定されない。例えば調整部５は、過去２５ミリ秒以内に注入した無効電力Ｘ２の注入部２の注入状況に応じて、立ち上がり時間ｔ１３，ｔ１４をかけて無効電力Ｘ２の大きさをゼロにするように構成されていてもよい。例えば、無効電力Ｘ２の注入を停止させる直前の直前の過去２５ミリ秒の間、同じ符号の無効電力Ｘ２を注入し続けていた場合、立ち上がり時間ｔ１４を選択し、できるだけ短い時間で無効電力Ｘ２の大きさをゼロにしてもよい。

（実施形態３）
実施形態１の単独運転検出装置１が、電力系統１５１に無効電力Ｘ２を注入する際に、電力系統１５１の系統電圧Ｖ１の電圧値の大小に応じて直流分Ｄ１の大きさが異なることが知られている。例えば、図２に示すタイミングＴ１０１，Ｔ１０３で無効電力Ｘ２が注入された場合に発生する直流分Ｄ１の大きさよりも、タイミングＴ１０２，Ｔ１０４で無効電力Ｘ２が注入された場合に発生する直流分Ｄ１の大きさの方が大きくなる。

そこで、本実施形態の調整部５は、注入する無効電力Ｘ２の注入開始時の大きさ（初期値）を系統電圧Ｖ１の電圧値に応じて変化させる。本実施形態の調整部５は、注入部２から無効電力Ｘ２の注入を開始させる時点で、ゼロではない無効電力Ｘ２を注入させる。以下、本実施形態の単独運転検出装置１およびパワーコンディショナ１０について図２および図１１を参照して説明する。なお、本実施形態の単独運転検出装置１およびパワーコンディショナ１０は、実施形態１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

以下では、調整部５は、無効電力Ｘ２を電力系統１５１に注入する場合について説明する。なお、注入部２がインバータ７の出力する無効電力を直接変動させるように構成されている場合、調整部５は、インバータ７の出力する無効電力の値を変動（変化）させるように構成される。この場合、調整部５は、無効電力Ｘ２を注入する動作を、インバータ７の出力する無効電力を変動させる動作と読み替えればよい。この場合、調整部５は、注入する無効電力Ｘ２の大きさを、インバータ７の出力する無効電力を大きさと読み替えればよい。またこの場合、注入する無効電力Ｘ２の符号（極性）を、インバータ７の出力する無効電力の極性と読み替えればよい。

本実施形態の計測部３は、電力系統１５１の電圧値を計測して算出部４に出力する。本実施形態の算出部４は、計測部３からの電圧値情報に基づいて、調整部５に初期値をｘ１０３またはｘ１０４に選択させる信号を調整部５に出力する。

調整部５は、算出部４からの信号に応じて、大きさがゼロよりも大きい初期値ｘ１０３またはｘ１０４を選択して、無効電力Ｘ２の注入を開始させる（図１１参照）。無効電力Ｘ２の大きさｘ１０３，ｘ１０４の大小関係を数式で表すと、０＜ｘ１０３＜ｘ１０４＜ｘ１００となる。以下では、無効電力Ｘ２の注入開始時における無効電力Ｘ２の大きさｘ１０３，ｘ１０４のことを、初期値ｘ１０３，ｘ１０４と表記する。

調整部５は、図２に示すタイミングＴ１０１，Ｔ１０３で無効電力Ｘ２を注入する場合には、初期値ｘ１０４を選択する。タイミングＴ１０１，Ｔ１０３で注入部２から無効電力Ｘ２を注入させると、系統電圧Ｖ１の電圧値はゼロに近いので、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１は大きく変動しにくい。そこで調整部５は、タイミングＴ１０１，Ｔ１０３では初期値ｘ１０３よりも大きい初期値ｘ１０４を選択して無効電力Ｘ２を注入させる。調整部５は、初期値ｘ１０４の無効電力Ｘ２を注入させる場合、注入開始時から立ち上がり時間ｔ２４が経過した時点で無効電力Ｘ２の大きさが目標値ｘ１００に達するように無効電力Ｘ２を増加させる。言い換えると、このときの調整部５の動作は、実施形態２の調整部５の動作（図８参照）について初期値ｘ１０４から無効電力Ｘ２を注入させる動作と等しい。

また調整部５は、タイミングＴ１０２，Ｔ１０４で無効電力Ｘ２を注入する場合には、初期値ｘ１０３を選択する。タイミングＴ１０２，Ｔ１０４で注入部２から無効電力Ｘ２を注入させると、系統電圧Ｖ１の電圧値は最大値に近いので、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１は大きく変動しやすい。そこで調整部５は、初期値ｘ１０４よりも小さい初期値ｘ１０３を選択して無効電力Ｘ２の注入を開始させる。調整部５は、初期値ｘ１０３の無効電力Ｘ２を注入させる場合、注入開始時から一定時間ｔ１が経過した時点で無効電力Ｘ２の大きさが目標値ｘ１００に達するように無効電力Ｘ２を増加させる。言い換えると、このときの調整部５の動作は、実施形態１の調整部５の動作（図４参照）について初期値ｘ１０３から無効電力Ｘ２を注入させる動作と等しい。

つまり調整部５は、系統電圧Ｖ１の電圧値に応じて、大きさがゼロよりも大きい初期値ｘ１０３またはｘ１０４を選択して無効電力Ｘ２の注入を開始させる。調整部５は、無効電力Ｘ２を注入するタイミングの系統電圧Ｖ１の電圧値の大小に応じて、無効電力Ｘ２の初期値ｘ１０３またはｘ１０４を選択する。調整部５は、無効電力Ｘ２を注入するタイミングの系統電圧Ｖ１の電圧値が、基準電圧値未満の場合（例えばゼロに近い場合など）は初期値ｘ１０４を選択し、短い時間で無効電力Ｘ２が目標値ｘ１００に達するように無効電力Ｘ２を調整部５から注入させる。調整部５は、上記のように、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動があまり大きくならない場合、なるべく短時間のうちに無効電力Ｘ２を目標値ｘ１００まで注入させる。

調整部５は、無効電力Ｘ２を注入するタイミングの系統電圧Ｖ１の電圧値が、基準電圧値以上の場合（例えば最大値に近い場合）は初期値ｘ１０３を選択し、注入する無効電力Ｘ２の時間的変化を抑えて徐々に無効電力Ｘ２を注入する。系統電圧Ｖ１の電圧値が最大値に近いと直流分Ｄ１の変動が大きくなりやすいので、調整部５は、無効電力Ｘ２の時間的変化を抑えて徐々に無効電力Ｘ２を増加させることにより、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動を抑制する。

調整部５は、上記のように、電力系統１５１に発生する直流分Ｄ１の変動しやすさに応じて、無効電力Ｘ２の初期値をｘ１０３またはｘ１０４から選択するので、直流分Ｄ１の変動を抑制しつつ、短い時間で無効電力Ｘ２を目標値ｘ１００まで注入させる。

以上説明したように、本実施形態の単独運転検出装置１において、調整部５は、注入部２から無効電力Ｘ２の注入を開始させる時点で、ゼロではない無効電力Ｘ２（本実施形態では初期値ｘ１０３またはｘ１０４の無効電力Ｘ２）を注入させる。

上記構成によれば、無効電力Ｘ２の注入開始時の大きさがゼロでなくても電力系統１５１の直流分Ｄ１の変動が大きくならない場合に、調整部５は、ゼロよりも大きな初期値の無効電力Ｘ２で注入を開始させることができる。本実施形態の調整部５は、初期値ｘ１０３，ｘ１０４の無効電力Ｘ２の注入できる。

調整部５は、初期値ｘ１０３またはｘ１０４の無効電力Ｘ２を選択して無効電力Ｘ２の注入を開始させることにより、直流分Ｄ１の変動を抑制しつつ、一定時間ｔ１（図４参照）よりも短い時間で無効電力Ｘ２の大きさを目標値ｘ１００まで増加させることができる。

なお、本実施形態の初期値ｘ１０３，ｘ１０４は、あらかじめ定められているが、調整部５が演算や情報テーブルを参照するなどの適宜の方法で初期値ｘ１０３，ｘ１０４を定めてもよい。つまり初期値ｘ１０３，ｘ１０４は、あらかじめ定められた値に限定されない。

本実施形態の単独運転検出装置１およびパワーコンディショナ１０は、実施形態１および実施形態２に適用可能である。

実施形態１〜実施形態３の一定時間ｔ１は、５ミリ秒に限定されず、適宜の値でもよい。また、実施形態１〜実施形態３の無効電力Ｘ２の目標値ｘ１００は、あらかじめ定められた値に限定されず、例えば算出部４の演算や情報テーブルの参照などの適宜の方法で定められてもよい。

１ 単独運転検出装置
１０ パワーコンディショナ
１５１ 電力系統
１５２ 分散型電源
２ 注入部（無効電力変換部）
３ 計測部
４ 算出部
５ 調整部
６ 判定部
７ インバータ
８ 解列器
Ｆ１ 周波数（電力系統から供給される交流電圧の周波数）
ｔ１ 一定時間
Ｔ１０１ タイミング（注入部から無効電力の注入を開始させる時点）
ｔ１３，ｔ１４ 立ち上がり時間（所定時間）
Ｖ１ 系統電圧（交流電圧）
ｘ１００ 目標値
Ｘ２ 無効電力

Claims (7)

1. 電力系統と系統連系された分散型電源の単独運転を検出する単独運転検出装置であって、
   無効電力を前記電力系統に注入する注入部と、
   前記電力系統から供給される交流電圧の周波数を計測する計測部と、
   前記計測部の複数の計測結果から前記交流電圧の周波数の変動を求め、前記周波数の変動に基づいて前記注入部から注入させる無効電力の大きさを表す目標値を求める算出部と、
   前記注入部から無効電力の注入を開始させる時点では前記目標値よりも小さい無効電力を注入させ、かつ、前記注入部から注入させる無効電力を、前記目標値の変動に依らず、前記目標値まで時間経過に伴って増加させる調整部と、
   前記計測部が計測した前記周波数に基づいて、前記分散型電源が単独運転しているか否かを判定する判定部と
   を備える
   ことを特徴とする単独運転検出装置。
2. 前記調整部は、前記注入部から無効電力の注入を開始させた時点から一定時間が経過した時点で、注入させる無効電力が前記目標値に達するように無効電力を注入させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の単独運転検出装置。
3. 前記調整部は、前記注入部から無効電力の注入を開始させた時点から、所定の条件に応じて定まる所定時間が経過した時点で、注入させる無効電力が前記目標値に達するように無効電力を注入させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の単独運転検出装置。
4. 前記調整部は、前記注入部から無効電力の注入を開始させる時点で、ゼロではない無効電力を注入させる
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の単独運転検出装置。
5. 分散型電源の出力する直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を電力系統に出力するインバータと、
   前記インバータに接続され、前記分散型電源を前記電力系統から解列させる解列器と、
   前記インバータの出力する前記交流電力の無効電力を変動させる無効電力変動部と、
   前記電力系統の交流電圧の周波数を計測する計測部と、
   前記計測部の複数の計測結果から前記交流電圧の周波数の変動を求め、前記周波数の変動に基づいて前記無効電力変動部で変動させる無効電力の目標値を求める算出部と、
   前記無効電力変動部で無効電力の変動を開始させる時点では無効電力の大きさを前記目標値の大きさよりも小さくし、かつ、無効電力を、前記目標値の変動に依らず、前記目標値まで時間経過に伴って変動させる調整部と、
   前記計測部が計測した前記周波数に基づいて、前記分散型電源が単独運転しているか否かを判定する判定部と
   を備えることを特徴とするパワーコンディショナ。
6. 分散型電源の出力する直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を電力系統へ出力するインバータと、
   前記インバータの出力する前記交流電力の無効電力を変動させる無効電力変動部と、
   前記交流電力の電圧成分の周波数を計測する計測部と、
   前記計測部が計測した前記周波数に基づいて、前記分散型電源が単独運転しているか否かの判定を行う判定部と
   を備え、
   前記無効電力変動部は、前記計測部が計測した前記周波数の変動に基づいて前記無効電力を変動させ、
   前記判定部は、前記無効電力変動部が無効電力の大きさを目標値よりも小さくした状態から、前記目標値に至るまで無効電力を複数回変動させた後に、前記判定を行う
   ことを特徴とするパワーコンディショナ。
7. 電力系統と系統連系された分散型電源の単独運転を検出する検出方法であって、
   無効電力を前記電力系統に注入する注入ステップと、
   前記電力系統から供給される交流電圧の周波数を計測する計測ステップと、
   前記計測ステップの複数の計測結果から前記交流電圧の周波数の変動を求め、前記周波数の変動に基づいて前記注入ステップで注入させる無効電力の大きさを表す目標値を求める算出ステップと、
   前記注入ステップで無効電力の注入を開始させる時点では前記目標値よりも小さい無効電力を注入させ、かつ、前記注入ステップで注入させる無効電力を、前記目標値の変動に依らず、前記目標値まで時間経過に伴って増加させる調整ステップと、
   前記計測ステップで計測した前記周波数に基づいて、前記分散型電源が単独運転しているか否かを判定する判定ステップと
   を含むことを特徴とする単独運転の検出方法。

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