JP6621313B2

JP6621313B2 - 単独運転検出装置

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Publication number: JP6621313B2
Application number: JP2015235693A
Authority: JP
Inventors: 桐谷　知明; 知明桐谷; 正浩野嵜
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2019-12-18
Anticipated expiration: 2035-12-02
Also published as: JP2017103929A

Description

本発明は、系統連系インバータの単独運転検出部に関する。

近年、社会全体としての省電力の要請、及び電力利用者の経済性に関する要求が高まっている。そして、これらのことを背景として、太陽光、風力、及び水力等のエネルギーを利用して電力を発電する発電装置の普及が進んでいる。また、このような発電装置を商用電源（以下、系統電源という）に連系し、発電装置によって発電された電力を系統電源へ供給することがある。

このように、発電装置により発電された電力を系統電源に供給する場合において、保安面及び供給信頼度確保面から、系統電源が停電した場合に、系統連系インバータが単独運転していることを検出することが要求されている。

例えば、特許文献１には、系統電圧の三相電圧のうち一つの相電圧である系統電圧Ｖｕの位相を時間微分することによって算出した周波数が上限または下限のリミット値を超えると系統連系インバータが単独運転であることを検出する単独運転検出装置が記載されている。

この単独運転検出装置７は、図８に示すように、系統電源８と系統連系インバータ９との間に接続され、ＰＬＬ回路７１、無効分電圧演算部７２、単独運転検出用無効電流指令発生部７３、加算部７４、電流制御部７５、インバータ周波数演算部７６、及び周波数比較部７７を備える。ＰＬＬ回路７１は、系統電圧の三相電圧のうちのＵ相の電圧Ｖｕの基準位相θを検出して、無効分電圧演算部７２、電流制御部７５、及びインバータ周波数演算部７６に出力する。無効分電圧演算部７２は、ＰＬＬ回路７１によって検出された基準位相θと、系統電源から出力された各相の電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとに基づいて無効分電圧Ｖｑを演算して単独運転検出用無効電流指令発生部７３に出力する。

単独運転検出用無効電流指令発生部７３は、無効分電圧Ｖｑを入力として単独運転検出用無効電流指令Ｉｔｑ＊を発生し、加算部７４が、単独運転検出用無効電流指令Ｉｔｑ＊に電流位相指令で別に生成される位相用無効電流指令Ｉｓｑ＊を加算した無効電流指令Ｉｑ＊を電流制御部７５へ出力する。電流制御部７５は、系統電圧Ｖｕの基準位相θ、無効電流指令Ｉｑ＊、および出力電流制御のために生成される有効電流指令Ｉｄ＊を入力して、連系インバータを電流制御するためのゲート信号Ｇを出力する。

インバータ周波数演算部７６は、系統電源の電圧Ｖｕの基準位相θを微分して、インバータ周波数Ｆを周波数比較部７７へ出力する。周波数比較部７７は、インバータ周波数演算部７６から入力されたインバータ周波数Ｆを予め設けてあるリミット値と比較して、インバータ周波数Ｆ又はインバータ周波数変化量が、上限または下限のリミット値を超えると、系統連系インバータが単独運転状態であると判断して、系統連系インバータを系統より解列させることを指示するための解列信号Ｓを出力することによって、系統連系インバータの単独運転を検出する。

特開２００３−２０９９３１号公報

しかしながら、系統送電事故による広範囲の地域において系統電源の瞬時電圧低下、瞬時周波数上昇が発生したり、大規模電源脱落や系統分離によって周波数変動が発生したりした場合、大規模な一斉解列がおこる可能性がある。これにより、系統全体の電圧及び周波数を維持することが困難となることが予想される。そこで、電圧低下や周波数の上昇あるいは低下が瞬時であった場合、周波数の変動が大きくない場合には、系統連系インバータを系統電源から不要に解列させるのを防ぐことが要求されている。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、不要な解列を防ぐことによって系統全体の電圧及び周波数を維持することを可能とすることにある。

上記の課題を解決するため、本発明に係る単独運転検出装置は、系統電源からの三相の系統電圧のうちの一つの相電圧の位相に基づいてインバータ周波数を算出するインバータ周波数演算部と、前記インバータ周波数演算部によって算出された前記インバータ周波数が所定のリミット値の範囲内であるか否かを判定する周波数比較部と、前記系統電源の電圧又は周波数に関する値である特性値を、前記特性値が変化してからの時間に応じて変化する時間依存リミット値の範囲内であるか否かを判定する保護信号発生部と、前記周波数比較部によって前記インバータ周波数が所定のリミット値を越えていると判定され、かつ、前記保護信号発生部によって、前記特性値が時間依存リミット値を越えていると判定されると、前記系統電源と解列することを指示するための解列信号を出力する解列信号発生部と、前記三相の系統電圧のそれぞれ差である３つの線間電圧を算出する線間電圧演算部と、前記系統電源への連系が許容されるための前記系統電圧の最低電圧、前記系統電圧が復帰したとみなされる復帰電圧、前記最低電圧の継続が許容される最低電圧継続時間、及び前記復帰電圧となるまでの復帰時間に基づいて、前記残電圧に係る前記時間依存リミット値を設定する電圧低下リミット設定部と、を備え、前記保護信号発生部は、前記特性値を前記線間電圧演算部によって算出された３つの線間電圧のうち最も低い電圧を残電圧として選択し、前記時間依存リミット値を前記残電圧のリミット値として前記残電圧が前記残電圧のリミット値を超えているか否かを判定することを特徴とする。

また、本発明に係る単独運転検出装置において、前記保護信号発生部は、前記特性値を前記インバータ周波数演算部によって算出された前記インバータ周波数とし、前記時間依存リミット値を前記インバータ周波数のリミット値として、前記インバータ周波数が前記インバータ周波数のリミット値を超えているか否かを判定することを特徴とする。

また、本発明に係る単独運転検出装置において、前記系統電源への連系が許容されるためのインバータ周波数の上限値である最高周波数、及び前記最高周波数の継続が許容される最高周波数継続時間に基づいて、前記インバータ周波数に係る前記時間依存リミット値を設定する周波数リミット設定部を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る単独運転検出装置において、前記周波数リミット設定部は、前記系統電源への連系が許容されるための周波数の変化率の上限値である周波数上昇率、及び系統電源への連系が許容されるための周波数の変化率の下限値である周波数下降率に基づいて前記時間依存リミット値を設定することを特徴とする。

また、本発明に係る単独運転検出装置において、前記保護信号発生部は、前記特性値を前記インバータ周波数算出部によって算出された前記インバータ周波数の時間変化率とし、前記時間依存リミット値を前記インバータ周波数の時間変化率のリミット値とし、前記インバータ周波数の時間変化率が前記インバータ周波数の時間変化率のリミット値を超えているか否かを判定することを特徴とする。

また、本発明に係る単独運転検出装置において、前記系統電源への連系が許容されるためのインバータ周波数の上限値である最高周波数、前記系統電源への連系が許容されるためのインバータ周波数の下限値である最低周波数、前記系統電源への連系が許容されるための周波数の変化率の上限値である周波数上昇率、及び系統電源への連系が許容されるための周波数の変化率の下限値である周波数下降率に基づいて、前記インバータ周波数の時間変化率に係る前記時間依存リミット値を設定する周波数変化率リミット設定部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、不要な解列を防ぐことによって系統全体の電圧及び周波数を維持することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る単独運転検出部の制御ブロック図である。図１に示す電圧低下リミット設定部が設定する電圧低下リミットの時間変化の例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る単独運転検出部の制御ブロック図である。図３に示す周波数変動リミット設定部が設定する周波数リミットの時間変化の一例を示す図である。図３に示す周波数変動リミット設定部が設定する周波数リミットの時間変化の他の例を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る単独運転検出部の制御ブロック図である。図６に示す周波数変化率リミット設定部が設定する周波数変化率リミットの時間変化の例を示す図である。従来の単独運転検出装置の制御ブロック図である。

＜＜第１の実施形態＞＞
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。

＜第１の実施形態の系統連系インバータの機能構成＞
まず、図１を参照して第１の実施形態の全体構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る系統連系インバータ１の制御ブロック図である。

系統連系インバータ１は系統電源５と電気的に互いに接続され、系統連系インバータ１は、単独運転検出部１００及び連系制御部６を備える。

図１に示すように、単独運転検出部１００は、ＰＬＬ回路１１、無効分電圧演算部１２、単独運転検出用無効電流指令発生部１３、加算部１４、電流制御部１５、インバータ周波数演算部１６、周波数比較部１７、線間電圧演算部１８、線間電圧比較部１９、保護信号発生部２０、電圧低下リミット設定部２１、及び解列信号発生部２２を備える。

ＰＬＬ回路１１には、系統電圧の三相電圧のうちのＵ相の電圧である系統電圧Ｖｕが入力される。また、ＰＬＬ回路１１は系統電源５の電圧Ｖｕの基準位相θを検出して、無効分電圧演算部１２、電流制御部１５、及びインバータ周波数演算部１６に出力する。無効分電圧演算部１２は、ＰＬＬ回路１１によって検出された基準位相θと、各相の電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとに基づいて無効分電圧Ｖｑを演算して単独運転検出用無効電流指令発生部１３に出力する。

単独運転検出用無効電流指令発生部１３は、無効分電圧Ｖｑを入力として単独運転検出用無効電流指令Ｉｔｑ＊を発生し、加算部１４が、単独運転検出用無効電流指令Ｉｔｑ＊に電流位相指令で別に生成される位相用無効電流指令Ｉｓｑ＊を加算して無効電流指令Ｉｑ＊を算出し、算出した無効電流指令Ｉｑ＊を電流制御部１５へ出力する。電流制御部１５は、系統電圧Ｖｕの基準位相θ、無効電流指令Ｉｑ＊、および出力電流制御のために生成される有効電流指令Ｉｄ＊を入力して、連系インバータを電流制御するためのゲート信号Ｇを出力する。

インバータ周波数演算部１６は、系統電源５の一つの相電圧（例えばＵ相の電圧Ｖｕ）の基準位相θを微分してインバータ周波数Ｆを算出し、算出したインバータ周波数Ｆを周波数比較部１７へ出力する。

周波数比較部１７は、インバータ周波数演算部１６から入力されたインバータ周波数Ｆが所定の範囲内であるか否かを判定する。そして、周波数比較部１７は、判定の結果に基づいてインバータ周波数Ｆが系統電源５との連系を継続する要件を満たすか否かを示す第１の保護信号Ｈ１を解列信号発生部２２に出力する。第１の保護信号Ｈ１は、インバータ周波数Ｆが所定の範囲内である場合には、系統電源５との連系を継続する要件を満たす旨を表す０であり、インバータ周波数Ｆが所定の範囲を超えている場合には、系統電源５との連系を継続する要件を満たさない旨を表す１である。

線間電圧演算部１８には、系統電源５から三相の系統電圧Ｖｕ，Ｖｖ，及びＶｗが入力される。そして、線間電圧演算部１８は、入力された系統電圧Ｖｕ，Ｖｖ，及びＶｗの線間電圧であるＶｕ−Ｖｖ，Ｖｖ−Ｖｗ，及びＶｗ−Ｖｕを算出して、それぞれＶ_u-v，Ｖ_v-w，及びＶ_w-uとして線間電圧比較部１９に出力する。

線間電圧比較部１９は、線間電圧演算部１８によって算出された線間電圧Ｖ_u-v，Ｖ_v-w，及びＶ_w-uのうち最も低い電圧を残電圧Ｖｍとして選択し、選択された残電圧Ｖｍを保護信号発生部２０に出力する。

保護信号発生部２０は、系統電源５の電圧に関する値である特性値を、特性値が変化してからの時間に応じて変化する時間依存リミット値の範囲内であるか否かを判定する。本実施形態における保護信号発生部２０（第１の保護信号発生部）は、線間電圧比較部１９によって選択された残電圧Ｖｍを特性値とし、時間依存リミット値を電圧低下リミット設定部２１によって設定された、残電圧Ｖｍの時間依存リミット値である電圧低下リミットＶｌｍとする。

そして、保護信号発生部２０は、残電圧Ｖｍと電圧低下リミットＶｌｍとを比較した結果に基づいて、系統電源５との連系を継続する要件を満たすか否かを示す第２の保護信号Ｈ２を解列信号発生部２２に出力する。第２の保護信号Ｈ２は、残電圧Ｖｍが電圧低下リミットＶｌｍの範囲内である場合に、系統電源５との連系を継続する要件を満たす旨を表す０であり、電圧低下リミットＶｌｍを超えている場合には、残電圧Ｖｍが系統電源５との連系を継続する要件を満たさない旨を表す１である。

電圧低下リミット設定部２１は、系統電源５の電圧低下が発生してからの時間に応じて変化する電圧低下リミットＶｌｍを表す電圧低下リミット信号を保護信号発生部２０に出力する。

ここで、図２を参照して電圧低下リミット設定部２１が設定する電圧低下リミットＶｌｍについて詳細に説明する。電圧低下リミット設定部２１は、系統連系インバータ１の管理者等によって不図示のインターフェースから最低電圧Ｖａ、復帰電圧Ｖｃ、最低電圧継続時間Ｔｂ、及び復帰時間Ｔｃが入力されると、入力されたこれらの値に基づいて、時間変化する電圧低下リミットＶｌｍを設定する。ここで、最低電圧Ｖａとは系統電源５への連系が許容されるための残電圧Ｖｍの最低電圧であり、復帰電圧Ｖｃとは残電圧Ｖｍが電圧低下から復帰したとみなされる電圧である。また、最低電圧継続時間Ｔｂとは系統連系インバータが系統電源５に連系されるために許容される、残電圧Ｖｍが最低電圧である時間であり、復帰時間Ｔｃとは、系統電源５と連系されるために残電圧Ｖｍが最低電圧から復帰するのに許容される時間である。

具体的には、残電圧Ｖｍの低下が開始されてからの時間ｔが０≦ｔ＜Ｔｂであるとき、電圧低下リミット設定部２１は、系統連系インバータ１を系統電源５に連系させる、残電圧Ｖｍの電圧低下リミットＶｌｍをＶｌｍ＝Ｖａとする。また、残電圧Ｖｍの低下が開始されてからの時間ｔがＴｂ≦ｔ＜Ｔｃであるとき、電圧低下リミット設定部２１は、残電圧Ｖｍの電圧低下リミットＶｌｍを式（１）で表す値とする。

また、残電圧Ｖｍの低下が開始されてからの時間ｔがｔ≧Ｔｃであるとき、電圧低下リミット設定部２１は、電圧低下リミットＶｌｍをＶｌｍ＝Ｖｃとする。

解列信号発生部２２は、周波数比較部１７から出力された第１の保護信号Ｈ１と、第１の保護信号発生部２０から出力された第２の保護信号Ｈ２とに基づいて解列信号Ｓを連系制御部６に出力する。

具体的には、解列信号発生部２２は、周波数比較部１７から第１の保護信号Ｈ１として１が出力され、かつ、保護信号発生部２０から第２の保護信号Ｈ２として１が出力されると、系統電源５から解列することを指示するための解列信号Ｓを連系制御部６に出力する。また、解列信号発生部２２は、周波数比較部１７から第１の保護信号Ｈ１として０が出力され、又は、保護信号発生部２０から第２の保護信号Ｈ２として０が出力されると、系統電源５との連系を継続することを指示するための解列信号Ｓを連系制御部６に出力する。

連系制御部６は解列信号Ｓを受信し、受信した解列信号Ｓが系統電源５との連系を継続することを指示するものである場合、連系を継続するよう系統連系インバータ１を制御する。また、連系制御部６は、受信した解列信号Ｓが系統電源５から解列することを指示するものである場合、系統電源５から解列するよう系統連系インバータ１を制御する。

以上のように、第１の実施形態に記載の単独運転検出部１００は、周波数比較部１７によってインバータ周波数Ｆが所定のリミットを越えていると判定され、かつ、保護信号発生部２０によって、特性値が時間依存リミット値を越えていると判定されると、連系制御部６に対して、系統電源５と解列することを指示するための解列信号Ｓを出力する。したがって、インバータ周波数Ｆが所定のリミット値を超えたとしても、系統電圧の特性を表す特性値が所定の条件を満たす場合には系統連系インバータ１を系統電源５と不要に解列することを防ぐことができる。

また、第１の実施形態によれば、単独運転検出部１００は、インバータ周波数Ｆが所定のリミットを越えていると判定され、かつ、残電圧Ｖｍが第１の時間依存リミット値を越えていると判定されると、連系制御部６に対して、系統電源５と解列することを指示するための解列信号Ｓを出力する。そのため、インバータ周波数Ｆが所定のリミット値を超えたとしても、残電圧Ｖｍが所定の条件を満たす場合、特に、残電圧Ｖｍの低下が所定の時間内であった場合には系統連系インバータ１を系統電源５と不要に解列することを防ぐことができる。すなわち、残電圧Ｖｍの低下が僅かで、短時間であった場合には、系統インバータは解列されることなく、継続して系統電源５と連系することが可能となる。

＜＜第２の実施形態＞＞
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。

＜第２の実施形態の系統連系インバータの機能構成＞
まず、図３を参照して第２の実施形態の全体構成について説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る系統連系インバータ２の制御ブロック図である。

図３に示すように、系統連系インバータ２の単独運転検出部２００は、ＰＬＬ回路１１、無効分電圧演算部１２、単独運転検出用無効電流指令発生部１３、加算部１４、電流制御部１５、インバータ周波数演算部１６、周波数比較部１７、線間電圧演算部１８、線間電圧比較部１９、保護信号発生部２０、電圧低下リミット設定部２１、第２の保護信号発生部３１、周波数リミット設定部３２、及び解列信号発生部３３を備える。なお、第１の実施形態における系統連系インバータ１と同様の構成ブロックについては同一の参照符号を付して、適宜、説明を省略する。

インバータ周波数演算部１６は、系統電源５のＵ相の電圧Ｖｕの基準位相θを微分して、インバータ周波数Ｆを算出し、算出したインバータ周波数Ｆを周波数比較部１７及び第２の保護信号発生部３１へ出力する。

保護信号発生部３１は、系統電源５の周波数に関する値である特性値を、特性値が変化してからの時間に応じて変化する時間依存リミット値を超えているか否かを判定する。本実施形態における保護信号発生部３１（第２の保護信号発生部）は、インバータ周波数演算部１６によって算出されたインバータ周波数Ｆを特性値とし、時間依存リミット値を周波数リミット設定部３２によって設定された、インバータ周波数Ｆの時間依存リミット値である周波数リミットＦｌｍとする。

保護信号発生部３１は、インバータ周波数Ｆについて系統電源５との連系を継続する要件を満たすか否かを示す第３の保護信号Ｈ３を解列信号発生部３３に出力する。第３の保護信号Ｈ３は、インバータ周波数Ｆが周波数リミットＦｌｍを超えていない場合に、系統電源５との連系を継続する要件を満たす旨を表す０であり、インバータ周波数Ｆが周波数リミットＦｌｍを超えている場合には、系統電源５との連系を継続する要件を満たさない旨を表す１である。

周波数リミット設定部３２は、系統電源５の周波数変動が発生してからの時間に応じて変化する周波数リミットＦｌｍを表す周波数リミット信号を第２の保護信号発生部３１に出力する。

ここで、図４を参照して周波数リミット設定部３２が設定する周波数リミットＦｌｍについて詳細に説明する。周波数リミット設定部３２は、系統連系インバータ２の管理者等によって不図示のインターフェースから最高周波数Ｆｄ、最高周波数継続時間Ｔｅが入力されると、入力されたこれらの値に基づいて、時間変化する周波数リミットＦｌｍを設定する。ここで、最高周波数Ｆｄとは系統電源５への連系が許容されるためのインバータ周波数Ｆの上限値であり、最高周波数継続時間Ｔｅとは最高周波数Ｆｄの継続が許容される時間である。

具体的には、インバータ周波数Ｆの変動が開始されてからの時間ｔが０≦ｔ＜Ｔｅであるとき、周波数リミット設定部３２は、系統連系インバータ２の系統電源５への連系を許容する、インバータ周波数Ｆの上限である周波数リミットＦｌｍを最高周波数Ｆｄとする。また、インバータ周波数Ｆの低下が開始されてからの時間ｔがｔ≧Ｔｅであるとき、周波数リミット設定部３２は、周波数リミットＦｌｍを系統基準周波数Ｆｓとする。

また、周波数リミット設定部３２は、系統連系インバータ２の管理者等によって不図示のインターフェースから、最高周波数Ｆｆ、最低周波数Ｆｇ、周波数上昇率Ｆｕｐ、周波数下降率Ｆｄｏｗｎが入力されると、入力されたこれらの値に基づいて、図５に示すように時間変化する周波数リミットを設定してもよい。ここで、最低周波数Ｆｇとは系統電源５への連系が許容されるためのインバータ周波数Ｆの下限値である。また、周波数上昇率Ｆｕｐとは系統電源５への連系が許容されるためのインバータ周波数Ｆの変化率の上限値であり、周波数下降率Ｆｄｏｗｎとは系統電源５への連系が許容されるためのインバータ周波数Ｆの変化率の下限値である。

この場合、周波数リミット設定部３２は、インバータ周波数Ｆが式（２）〜（５）の全てを満たす場合にインバータ周波数Ｆは周波数リミットＦｌｍを超えていないとして第２の保護信号発生部３１に０を出力する。
Ｆｌｍ≦Ｆｕｐ×ｔ＋Ｆｓ（２）
Ｆｌｍ≦Ｆｆ（３）
Ｆｌｍ≧Ｆｄｏｗｎ×ｔ＋Ｆｓ（４）
Ｆｌｍ≧Ｆｇ（５）

解列信号発生部３３は、インバータ周波数演算部１６から出力された第１の保護信号Ｈ１と、第１の保護信号発生部２０から出力された第２の保護信号Ｈ２と、第２の保護信号発生部３１から出力された第３の保護信号Ｈ３とに基づいて解列信号Ｓを連系制御部６に出力する。

具体的には、解列信号発生部３３は、周波数比較部１７から第１の保護信号Ｈ１として１が出力されるとともに、第１の保護信号発生部２０から第２の保護信号Ｈ２として１が出力され、あるいは第２の保護信号発生部３１から第３の保護信号Ｈ３として１が出力されると、系統電源５から解列することを指示するための解列信号Ｓを連系制御部６に出力する。また、解列信号発生部３３は、周波数比較部１７から第１の保護信号Ｈ１として０が出力されるか、第１の保護信号発生部２０から第２の保護信号Ｈ２として０が出力されるか、又は、第２の保護信号発生部３１から第３の保護信号Ｈ３として０が出力されると、系統電源５との連系を継続することを指示するための解列信号Ｓを連系制御部６に出力する。

以上のように、第２の実施形態によれば、単独運転検出部２００は、インバータ周波数Ｆが所定のリミットを越えていると判定され、かつ、第２の時間依存リミット値を越えていると判定されると、連系制御部６に対して、系統電源５と解列することを指示するための解列信号Ｓを出力する。そのため、インバータ周波数Ｆが所定のリミット値を超えたとしても、所定の条件を満たす場合、特に、インバータ周波数Ｆの上昇が所定の上限値までで、所定の時間内であった場合には系統連系インバータ２を系統電源５と不要に解列することを防ぐことができる。すなわち、インバータ周波数Ｆの上昇が僅かで、短時間であった場合には、系統インバータは解列されることなく、継続して系統電源５と連系することが可能となる。

第２実施形態においては、線間電圧演算部１８、線間電圧比較部１９、保護信号発生部２０、及び電圧低下リミット設定部２１を備えなくてもよい。この場合、単独運転検出部２００の解列信号発生部３３は、周波数比較部１７によって出力された第１の保護信号Ｈ１と、第２の保護信号発生部３１によって出力された第３の保護信号Ｈ３とに基づいて解列信号Ｓを連系制御部６に出力する。

＜＜第３の実施形態＞＞
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。

＜第３の実施形態の系統連系インバータの機能構成＞
まず、図６を参照して第３の実施形態の全体構成について説明する。図６は、本発明の第３の実施形態に係る系統連系インバータ３の制御ブロック図である。

図６に示すように、系統連系インバータ３の単独運転検出部３００は、ＰＬＬ回路１１、無効分電圧演算部１２、単独運転検出用無効電流指令発生部１３、加算部１４、電流制御部１５、インバータ周波数演算部１６、周波数比較部１７、線間電圧演算部１８、線間電圧比較部１９、第１の保護信号発生部２０、電圧低下リミット設定部２１、第２の保護信号発生部３１、周波数リミット設定部３２、周波数変化率演算部４１、第３の保護信号発生部４２、周波数変化率リミット設定部４３、及び解列信号発生部４４を備える。なお、第１の実施形態における単独運転検出部１００又は第２の実施形態における単独運転検出部２００と同様の構成ブロックについては同一の参照符号を付して、適宜、説明を省略する。

インバータ周波数演算部１６は、系統電源５のＵ相の電圧Ｖｕの基準位相θを微分して、インバータ周波数Ｆを算出し、算出したインバータ周波数Ｆを周波数比較部１７、第２の保護信号発生部３１、及び周波数変化率演算部４１へ出力する。

周波数変化率演算部４１は、インバータ周波数演算部１６によって算出されたインバータ周波数Ｆの時間変化率Ｆｖｒを算出する。

保護信号発生部４２は、系統電源５の周波数に関する値である特性値を、特性値が変化してからの時間に応じて変化する時間依存リミット値を超えているか否かを判定する。本実施形態における保護信号発生部４２（第３の保護信号発生部）は、周波数変化率演算部４１によって算出されたインバータ周波数Ｆの時間変化率Ｆｖｒを特性値とし、時間依存リミット値を周波数変化率リミット設定部４３によって設定された、インバータ周波数の時間変化率の時間依存リミット値である周波数変化率リミットＦｕｄとする。

そして、第３の保護信号発生部４２は、インバータ周波数Ｆの変化率について系統電源５との連系を継続する要件を満たすか否かを示す第４の保護信号Ｈ４を解列信号発生部４４に出力する。第４の保護信号Ｈ４は、インバータ周波数Ｆの変化率が周波数変化率リミットＦｕｄを超えていない場合に、系統電源５との連系を継続する要件を満たす旨を表す０であり、インバータ周波数Ｆの変化率が周波数変化率リミットＦｕｄを超えている場合には、系統電源５との連系を継続する要件を満たさない旨を表す１である。

周波数変化率リミット設定部４３は、系統電源５の周波数変動が発生してからの時間に応じて変化する周波数変化率リミットＦｕｄを表す周波数変化率リミット信号を第３の保護信号発生部４２に出力する。

ここで、図７を参照して周波数変化率リミット設定部４３が設定する周波数変化率リミットＦｕｄについて詳細に説明する。周波数変化率リミット設定部４３は、系統連系インバータ３の管理者等によって不図示のインターフェースから最高周波数Ｆｆ、最低周波数Ｆｇ、周波数上昇率Ｆｕｐ、周波数下降率Ｆｄｏｗｎが入力されると、入力されたこれらの値に基づいて、時間変化する周波数変化率リミットＦｕｄを設定する。

具体的には、インバータ周波数Ｆの上昇が開始されてから最高周波数Ｆｆとなるまでは、周波数変化率リミット設定部４３は、周波数変化率Ｖｆｒの上限リミットをＦｕｐとする。また、インバータ周波数Ｆが最高周波数Ｆｆに到達した後は、インバータ周波数Ｆは一定、すなわち周波数変化率Ｖｆｒの上限リミットを０とする。

また、インバータ周波数Ｆの下降が開始されてからインバータ周波数Ｆが最低周波数Ｆｇとなるまでは、周波数変化率リミット設定部４３は、周波数変化率Ｖｆｒの下限リミットをＦｄｏｗｎとする。また、インバータ周波数Ｆが最低周波数Ｆｇに到達した後は、インバータ周波数Ｆは一定、すなわち周波数変化率Ｖｆｒの下限リミットを０とする。

解列信号発生部４４は、周波数比較部１７から出力された第１の保護信号Ｈ１と、第１の保護信号発生部２０から出力された第２の保護信号Ｈ２と、第２の保護信号発生部３１から出力された第３の保護信号Ｈ３と、第３の保護信号発生部４２から出力された第４の保護信号Ｈ４とに基づいて解列信号Ｓを連系制御部６に出力する。

具体的には、解列信号発生部４４は、周波数比較部１７から第１の保護信号Ｈ１として１が出力されるとともに、第１の保護信号発生部２０から第２の保護信号Ｈ２として１が出力され、あるいは第２の保護信号発生部３１から第３の保護信号Ｈ３として１が出力され、あるいは第３の保護信号発生部４２から第４の保護信号Ｈ４として１が出力されると、系統電源５から解列することを指示するための解列信号Ｓを連系制御部６に出力する。また、解列信号発生部２２は、周波数比較部１７から第１の保護信号Ｈ１として０が出力されるか、第１の保護信号発生部２０から第２の保護信号Ｈ２として０が出力されるか、第２の保護信号発生部３１から第３の保護信号Ｈ３として０が出力されるか、又は第３の保護信号発生部４２から第４の保護信号Ｈ４として０が出力されると、系統電源５との連系を継続することを指示するための解列信号Ｓを連系制御部６に出力する。

以上のように、第３の実施形態によれば、系統連系インバータ３は、インバータ周波数Ｆの時間変化が所定のリミットを越えていると判定され、かつ、インバータ周波数Ｆの時間変化率が第３の時間依存リミット値を越えていると判定されると、連系制御部６に、系統電源５と解列することを指示するための解列信号Ｓを出力する。そのため、インバータ周波数Ｆが所定のリミット値を超えたとしても、インバータ周波数Ｆの時間変化率が所定の条件を満たす場合、特に、インバータ周波数Ｆの時間変化率が所定の時間内でリミット値を超えていない場合に、系統連系インバータ３を系統電源５と不要に解列することを防ぐことができる。インバータ周波数Ｆが短時間に僅かな変化率で変動した場合には、系統インバータは解列されることなく、継続して系統電源５と連系することが可能となる。

また、第３の実施形態においては、線間電圧演算部１８、線間電圧比較部１９、保護信号発生部２０、及び電圧低下リミット設定部２１を備えなくてもよい。この場合、単独運転検出部３００の解列信号発生部４４は、インバータ周波数演算部１６から出力された第１の保護信号Ｈ１と、第２の保護信号発生部３１から出力された第３の保護信号Ｈ３と、第３の保護信号発生部４２から出力された第４の保護信号Ｈ４とに基づいて解列信号Ｓを連系制御部６に出力する。

また、第３の実施形態においては、第２の保護信号発生部３１及び周波数リミット設定部３２を備えなくてもよい。この場合、単独運転検出部３００の解列信号発生部４４は、インバータ周波数演算部１６から出力された第１の保護信号Ｈ１と、第１の保護信号発生部２０から出力された第２の保護信号Ｈ２と、第３の保護信号発生部４２から出力された第４の保護信号Ｈ４とに基づいて解列信号Ｓを連系制御部６に出力する。

さらに、第３の実施形態においては、線間電圧演算部１８、線間電圧比較部１９、保護信号発生部２０、電圧低下リミット設定部２１、第２の保護信号発生部３１、及び周波数リミット設定部３２を備えなくてもよい。この場合、単独運転検出部３００の解列信号発生部４４は、インバータ周波数演算部１６から出力された第１の保護信号Ｈ１と、第３の保護信号発生部４２から出力された第４の保護信号Ｈ４とに基づいて解列信号Ｓを連系制御部６に出力する。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。

１，２，３系統連系インバータ
１００，２００，３００単独運転検出部
５系統電源
６連系制御部
１１ＰＬＬ回路
１２無効分電圧演算部
１３単独運転検出用無効電流指令発生部
１４加算部
１５電流制御部
１６インバータ周波数演算部
１７周波数比較部
１８線間電圧演算部
１９線間電圧比較部
２０第１の保護信号発生部
２１電圧低下リミット設定部
３１第２の保護信号発生部
３２周波数リミット設定部
４１周波数変化率演算部
４２第３の保護信号発生部
４３周波数変化率リミット設定部
２２，３３，４４解列信号発生部

Claims

系統電源からの三相の系統電圧のうちの一つの相電圧の位相に基づいてインバータ周波数を算出するインバータ周波数演算部と、
前記インバータ周波数演算部によって算出された前記インバータ周波数が所定のリミット値の範囲内であるか否かを判定する周波数比較部と、
前記系統電源の電圧又は周波数に関する値である特性値を、前記特性値が変化してからの時間に応じて変化する時間依存リミット値の範囲内であるか否かを判定する保護信号発生部と、
前記周波数比較部によって前記インバータ周波数が所定のリミット値を越えていると判定され、かつ、前記保護信号発生部によって、前記特性値が時間依存リミット値を越えていると判定されると、前記系統電源と解列することを指示するための解列信号を出力する解列信号発生部と、
前記三相の系統電圧のそれぞれ差である３つの線間電圧を算出する線間電圧演算部と、
前記特性値を、前記線間電圧演算部によって算出された３つの線間電圧のうち最も低い電圧である残電圧とし、前記系統電源への連系が許容されるための前記系統電圧の最低電圧、前記系統電圧が復帰したとみなされる復帰電圧、前記最低電圧の継続が許容される最低電圧継続時間、及び前記復帰電圧となるまでの復帰時間に基づいて、前記残電圧に係る前記時間依存リミット値である前記残電圧のリミット値を設定する電圧低下リミット設定部と、
を備え、
前記保護信号発生部は、前記残電圧が前記残電圧のリミット値を超えているか否かを判定することを特徴とする単独運転検出装置。
前記保護信号発生部は、前記特性値を前記インバータ周波数演算部によって算出された前記インバータ周波数とし、前記時間依存リミット値を前記インバータ周波数のリミット値として、前記インバータ周波数が前記インバータ周波数のリミット値を超えているか否かを判定す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。
前記系統電源への連系が許容されるためのインバータ周波数の上限値である最高周波数、及び前記最高周波数の継続が許容される最高周波数継続時間に基づいて、前記インバータ周波数に係る前記時間依存リミット値を設定する周波数リミット設定部を備えることを特徴とする請求項２に記載の単独運転検出装置。
前記周波数リミット設定部は、前記系統電源への連系が許容されるための周波数の変化率の上限値である周波数上昇率、及び系統電源への連系が許容されるための周波数の変化率の下限値である周波数下降率に基づいて前記時間依存リミット値を設定することを特徴とする請求項３に記載の単独運転検出装置。
前記保護信号発生部は、前記特性値を前記インバータ周波数演算部によって算出された前記インバータ周波数の時間変化率とし、前記時間依存リミット値を前記インバータ周波数の時間変化率のリミット値とし、前記インバータ周波数の時間変化率が前記インバータ周波数の時間変化率のリミット値を超えているか否かを判定する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の単独運転検出装置。
前記系統電源への連系が許容されるためのインバータ周波数の上限値である最高周波数、前記系統電源への連系が許容されるためのインバータ周波数の下限値である最低周波数、前記系統電源への連系が許容されるための周波数の変化率の上限値である周波数上昇率、及び系統電源への連系が許容されるための周波数の変化率の下限値である周波数下降率に基づいて、前記インバータ周波数の時間変化率に係る前記時間依存リミット値を設定する周波数変化率リミット設定部を備えることを特徴とする請求項５に記載の単独運転検出装置。