JP6958999B2 - 単独運転検出装置及びパワーコンディショナ - Google Patents

Description

本発明は、系統と連系する発電設備の単独運転を検出する単独運転検出装置と、系統と連系するパワーコンディショナとに関する。

系統と連系するパワーコンディショナには、パワーコンディショナの出力（発電設備・系統間を流れる交流）に、その周波数偏差に応じた量の無効電流を常時注入して、パワーコンディショナの出力の周波数変動に基づきパワーコンディショナの単独運転を検出する機能（例えば、特許文献１）が付与されていることが多い。

特開２００９−１３６０９５号公報

上記のように、パワーコンディショナの出力に、その周波数偏差に応じた量の無効電流を注入すれば、系統の停電時に、パワーコンディショナの出力の周波数変化を高速に増幅させることが出来るため、パワーコンディショナの単独運転を高速に検出することが可能となる。ただし、系統側のインピーダンスが高い場合や、同じ柱上変圧器に多数のパワーコンディショナが接続されている場合、上記のような無効電流の注入により、フリッカーが発生してしまうことがある。

そこで、本発明の課題は、フリッカーの発生を抑止できる単独運転検出機能を有する装置及びパワーコンディショナを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の、系統と連系する発電設備の単独運転を検出する単独運転検出装置は、通常モードでの動作時には、前記発電設備の交流出力の周波数偏差に応じた量の無効電力を前記発電設備の交流出力に注入し、待機モードでの動作時には、前記周波数偏差に応じた量の無効電力を前記発電設備の交流出力に注入しない無効電力注入部と、前記発電設備の交流出力の周波数変動に基づき前記発電設備が単独運転しているか否かを判定する単独運転判定部と、前記発電設備の交流出力に基づき、前記無効電力注入部の動作モードを前記通常モードと前記待機モードの間で切り替える動作モード切替部と、を備える。

すなわち、本発明の単独運転検出装置は、発電設備の交流出力の周波数偏差に応じた量の無効電力を発電設備の交流出力に注入しない時間帯がある装置となっている。従って、本発明の単独運転検出装置によれば、フリッカーの発生を抑止することが出来る。なお、上記時間帯は、単独運転判定部が高速に単独運転を検出できない時間帯であるが、単独運転している可能性があるか否かは、発電設備の交流出力に基づき判定できる。そして、その判定結果に基づき、無効電力注入部の動作モードを通常モードが変更されれば、単独運転判定部が単独運転を検出することが出来る。従って、上記構成を採用しておけば、実用上、十分な速度で単独運転を検出可能であり、フリッカーの発生も抑止可能な単独運転検出装置を得ることが出来る。

本発明の単独運転検出装置の動作モード切替部は、前記無効電力注入部の動作モードが
前記通常モードである場合には、前記周波数偏差の時間変化パターンに基づき、前記無効電力注入部の動作モードを前記待機モードに切り替えるか否かを決定するものであっても、前記無効電力注入部の動作モードが前記待機モードである場合には、前記交流出力の高調波電圧又は周波数の変化パターンに基づき、前記無効電力注入部の動作モードを前記通常モードに切り替えるか否かを決定するものであっても良い。前記の動作モードを通常モードへ戻す変化パターンは、前記交流出力の高調波電圧や周波数変化を、一定期間分の測定結果に基づいて、変化可能なパターンで構成することで、不要な遷移を防ぐように構成しても良い。

また、使用状況に応じて動作モードの切り替え条件を変更可能なようにするために、本発明の単独運転検出装置を、前記動作モード切替部による前記無効電力注入部の動作モードの切り替え条件（待機モードから通常モードへの切り換え条件と待機モードから通常モードへの切り換え条件の双方又は一方）を変更可能に構成しておいても良い。

また、本発明の単独運転検出装置に、『前記無効電力注入部は、単独運転検出装置の動作開始時には、通常モードで動作し、前記動作モード切替部は、前記無効電力注入部の動作モードが、単独運転検出装置の動作開始後、ｍ（≧２）回目の待機モードとなるまでは、待機モードへの切り替え後の経過時間が規定時間となった場合と所定条件が成立した場合とに、前記無効電力注入部の動作モードを前記通常モードに切り替え、前記無効電力注入部の動作モードが、単独運転検出装置の動作開始後、ｍ回目の待機モードとなってからは、前記所定条件が成立した場合だけに、前記無効電力注入部の動作モードを前記通常モードに切り替える』構成を採用しておいても良い。

本発明の単独運転検出装置に、『前記待機モードは、外乱の発生頻度及び前記通常モードへの復帰条件が対応づけられた複数の外乱発生頻度別待機モードであって、対応づけられている外乱の発生頻度が多い程、成立し難い復帰条件に対応づけられた複数の外乱発生頻度別待機モードを含み、前記動作モード切替部は、前記無効電力注入部の動作モードが前記通常モードである状場合には、前記発電設備の交流出力に基づき、外乱の発生を検出すると共に外乱の発生頻度を特定し、外乱の発生を検出したときに、特定した外乱の発生頻度に対応づけられている外乱発生頻度別待機モードに前記無効電力注入部の動作モードを切り替え、前記無効電力注入部の動作モードが外乱発生頻度別待機モードである場合には、当該外乱発生頻度別待機モードに対応づけられている復帰条件が成立したときに、前記無効電力注入部の動作モードを前記通常モードに切り替える』構成を採用しておいても良い。

また、本発明の単独運転検出装置に、待機モードでの動作時に、前記周波数偏差に応じた前記無効電力とは正負が異なる、前記周波数偏差に応じた無効電力を前記発電設備の交流出力に注入する無効電力注入部を採用しておいても良い。

上記課題を解決するために、本発明の、系統と連系するパワーコンディショナは、前記系統と接続されるインバータと、通常モードでの動作時には、前記インバータの交流出力の所定時間内の周波数の差である周波数偏差に応じた無効電力を前記インバータの交流出力に注入し、待機モードでの動作時には、前記周波数偏差に応じた無効電力を前記インバータの交流出力に注入しない無効電力注入部と、前記インバータの交流出力の周波数変動に基づき前記パワーコンディショナが単独運転しているか否かを判定する単独運転判定部と、前記インバータの交流出力に基づき、前記無効電力注入部の動作モードを前記通常モードと前記待機モードの間で切り替える動作モード切替部と、を備える。

すなわち、本発明のパワーコンディショナが有する単独運転検出機能は、本発明の単独運転検出装置のそれと同様に、パワーコンディショナのインバータの交流出力に、その周
波数偏差に応じた量の無効電力を注入しない時間帯があるものとなっている。従って、本発明のパワーコンディショナによっても、フリッカーの発生を抑止することが出来る。

本発明によれば、フリッカーの発生を抑止できる単独運転検出機能を有する単独運転検出装置及びパワーコンディショナを提供することが出来る。

図１は、本発明の第１実施形態に係るパワーコンディショナの概略構成図である。 図２は、第１実施形態に係るパワーコンディショナが備える単独運転検出装置の機能ブロック図である。 図３は、周波数偏差に応じた無効電力量の説明図である。 図４は、単独運転検出装置内の状態変更部による状態遷移制御の内容の説明図である。 図５は、単独運転検出装置内の状態変更部による状態遷移制御の内容の説明図である。 図６は、単独運転検出装置内の状態変更部による状態遷移制御の内容の説明図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係るパワーコンディショナが備える単独運転検出装置の機能の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。

《第１実施形態》
図１に、本発明の第１実施形態に係るパワーコンディショナ３０の概略構成を示す。

このパワーコンディショナ３０は、太陽電池アレイ４０と系統４４とに接続されて使用される装置である。図示してあるように、パワーコンディショナ３０は、ＤＣ／ＤＣ変換回路３１、ＤＣ／ＡＣ変換回路３２、リレー３３及び制御ユニット３４を備える。

リレー３３は、パワーコンディショナ３０と系統４４との間の電気的接続をＯＮ／ＯＦＦするための装置である。ＤＣ／ＤＣ変換回路３１は、太陽電池アレイ４０が出力する直流電圧を、所望電圧に変換するための回路である。ＤＣ／ＡＣ変換回路３２は、ＤＣ／ＤＣ変換回路３１から出力される直流電圧を、系統４４が出力する交流と同周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流電圧に変換するための回路である。

図示してあるように、パワーコンディショナ３０には、ＤＣ／ＡＣ変換回路３２の出力（パワーコンディショナ３０の出力）の各時刻における電圧値を計測するための電圧センサ３６が設けられている。また、パワーコンディショナ３０には、ＤＣ／ＡＣ変換回路３２の出力の各時刻における電流とを計測するための電流センサ３５も設けられている。さらに、パワーコンディショナ３０には、ＤＣ／ＤＣ変換回路３１の入力電圧（太陽電池アレイ４０の出力電圧）を計測するための電圧センサ（図示略）、ＤＣ／ＤＣ変換回路３１の入力電流を計測するための電流センサ（図示略）等も設けられている。

制御ユニット３４は、上記したような各種センサの出力に基づき、パワーコンディショナ３０内の各部を統合的に制御するユニットである。制御ユニット３４は、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ゲート・ドライバＩＣ等から構成されており、ＲＯＭ上に記憶されたプ
ログラムをプロセッサがＲＡＭ上に読み出して実行することにより、単独運転検出装置１０を備えたユニットとして機能する。

単独運転検出装置１０は、パワーコンディショナ３０の単独運転（正確には、パワーコンディショナ３０と太陽電池アレイ４０とで構成された発電設備の単独運転）を検出するための装置である。

以下、単独運転検出装置１０の機能を説明する。なお、以下の説明では、パワーコンディショナ３０の出力（換言すれば、パワーコンディショナ３０と系統４４間の電力線を流れる交流）のことを、交流出力と表記する。また、交流出力の周期のことを交流出力周期と表記し、系統４４（電力会社）が目標としている周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）のことを、系統電源周波数と表記する。

図２に、単独運転検出装置１０の機能ブロック図を示す。この図２に示してあるように、単独運転検出装置１０は、周期計測部１１、周波数偏差算出部１２、周波数ＦＢ量算出部１３、周波数ＦＢ量変更部１４、単独運転判定部１５、状態変更部１６、高調波電圧算出部１７、ステップ注入量決定部１９、ＤＣ／ＡＣ制御部２０を備える。

ＤＣ／ＡＣ制御部２０は、系統４４側へ流れる無効電力が、周波数ＦＢ量変更部１４が出力する無効電力量とステップ注入量決定部１９が出力する無効電力量の和となるように、ＤＣ／ＡＣ変換回路３２を制御するユニット（機能ブロック）である。

周期計測部１１は、電圧センサ３６の出力に基づき、周期的に、交流出力周期を計測（算出）して、計測結果を単独運転判定部１５と周波数偏差算出部１２とに供給するユニットである。この周期計測部１１による交流出力周期の具体的な計測手順は特に限定されないが、周期計測部１１による交流出力周期の計測周期は、系統電源周期（＝１／系統電源周波数）の１／３以下であることが好ましい。

単独運転判定部１５は、周期計測部１１から供給される交流出力周期に基づき、パワーコンディショナ３０が単独運転しているか否かを判定し、判定結果を示す情報を出力するユニットである。なお、この単独運転判定部１５が、パワーコンディショナ３０が単独運転していることを示す情報を出力した場合、制御ユニット３４（図１参照）によって、ゲートブロックや、パワーコンディショナ３０が系統４４から切り離されるようにリレー３３を制御する処理が行われる。

周波数偏差算出部１２は、周期計測部１１から供給される交流出力周期に基づき、交流出力の周波数偏差を算出して、算出した周波数偏差を周波数ＦＢ量算出部１３と状態変更部１６とに供給するユニットである。ここで、交流出力の周波数偏差とは、交流出力の現時点における周波数と、現時点よりも所定時間前の周波数の間の差のことである。

この周波数偏差算出部１２としては、例えば、周期計測部１１から供給される交流出力周期の、予め設定されている移動平均時間（例えば、４０ｍｓ）分の移動平均値を算出すると共に、算出した移動平均値の逆数から、規定時間（例えば、２００ｍｓ）前の移動平均値の逆数を減じた値を、交流出力の周波数偏差として算出するユニットが使用される。

周波数ＦＢ量算出部１３は、周波数偏差算出部１２から供給される周波数偏差に応じた無効電力量を算出して周波数ＦＢ量変更部１４に供給するユニットである。この周波数ＦＢ量算出部１３としては、周波数偏差に比例する無効電力量を算出するものを採用することが出来る。また、周波数ＦＢ量算出部１３として、図３に示したような周波数偏差と無効電力量との対応関係を示すテーブル又は関数を用いて、周波数偏差から無効電力量を算
出するものを採用することも出来る。すなわち、周波数偏差が−ｄ２〜−ｄ１又はｄ１〜ｄ２の範囲内にある場合における周波数偏差の変化量に対する無効電力量の変化量の割合が、周波数偏差が−ｄ１〜ｄ１の範囲内にある場合のそれよりも大きくなり、周波数偏差が−ｄ２以下又はｄ２以上である場合には、無効電力量が一定値となるようにしておいても良い。

周波数ＦＢ量変更部１４（図２）は、周波数ＦＢ量算出部１３から入力される無効電力量と、状態変更部１６から入力される値（以下、ＦＢゲインと表記する）の乗算結果を出力するユニットである。

高調波電圧算出部１７は、電圧センサ３６の出力に基づき、高周波電圧を算出し、算出した高周波電圧と基本波電圧（交流出力の電圧自体）とを、状態変更部１６とステップ注入量決定部１９とに供給するユニットである。この高調波電圧算出部１７は、ｎ次（ｎ≧２）の高調波電圧のみを算出するものであっても、２次から７次までの高調波電圧を算出し、算出した各高調波電圧の二乗値の総和の平方根を、高調波電圧として算出するものであっても良い。

ステップ注入量決定部１９は、高調波電圧算出部１７からの基本波電圧及び高調波電圧に基づき、パワーコンディショナ３０が単独運転している可能性があると判断した場合には、所定の無効電力量を出力し、それ以外の場合には“０”を出力するユニットである。このステップ注入量決定部１９による、パワーコンディショナ３０が単独運転している可能性があるか否かの判断アルゴリズムは、ステップ注入を行う既存の単独運転検出装置のそれと同じものである。そのため、当該判断アルゴリズムの詳細説明は省略する。

状態変更部１６は、出力するＦＢゲインの値を変更することで、単独運転検出装置１０の状態を、周波数偏差に応じた量の無効電力を交流出力に注入する通常状態、周波数偏差に応じた量の無効電力を交流出力に注入しない待機状態間で遷移させるユニットである。

具体的には、状態変更部１６は、単独運転検出装置１０の状態を通常状態とする場合には、ＦＢゲインを所定速度で１（１００％）まで上昇させて維持し、単独運転検出装置１０の状態を待機状態とする場合には、ＦＢゲインとして０を出力する。なお、状態変更部１６は、ＦＢゲインを瞬時に上昇及び下降させるものであっても良い。また、ＦＢゲインを所定速度で１まで上昇させる状態変更部１６としては、例えば、数１０ｍｓでＦＢゲインを１まで上昇させるものを採用することが出来る。

既に説明したように、単独運転検出装置１０は、周波数ＦＢ量算出部１３により算出される周波数偏差に応じた無効電力量とＦＢゲインの乗算結果とステップ注入量決定部１９により決定されたステップ注入量の和と一致する量の無効電力を交流出力に注入する構成を有している。従って、状態変更部１６の上記動作により、単独運転検出装置１０の状態を、周波数偏差に応じた量の無効電力を交流出力に注入する通常状態、周波数偏差に応じた量の無効電力を交流出力に注入しない待機状態間で遷移させることが出来る。

周波数偏差に応じた量の無効電力が交流出力に注入されない方が、フリッカーが発生し難くなる。ただし、周波数偏差に応じた量の無効電力が交流出力に注入されていない場合、単独運転への移行時に大きな周波数変動が生じないため、高速に単独運転を検出することができない。フリッカーの発生を抑止しつつ、高速な単独運転検出を可能とするために、状態変更部１６は、単独運転検出装置１０の状態を図４に示したように遷移させることが出来るように構成されている。なお、図４及び以下の説明において、偏差とは、周波数偏差算出部１２が出力する周波数偏差のことである。また、単独運転検出装置１０（制御ユニット３４）は、以下で説明する各種動作パラメータ（０．０５Ｈｚ、５分、５回等）
を外部装置からの指示に従って変更する動作パラメータ変更機能を有している。状態の移行頻度が過度に高い場合等には、この動作パラメータ変更機能が用いられて、系統４４における高調波電圧の発生状況や周波数変動の発生状況に基づき各種パラメータの値が変更される。

図４に示してあるように、単独運転検出装置１０の状態が通常状態である場合、状態変更部１６は、偏差が０．０５Ｈｚを超えた後に無効電力が反転するという待機状態移行条件１と、偏差が０．０１Ｈｚを超える状態が１秒間継続するという待機状態移行条件２のいずれかが成立するのを待機する。なお、状態変更部１６は、無効電力が反転したか否かを、周波数ＦＢ量変更部１４の出力に基づき判断する。

系統４４側のインピーダンスが低い場合や、同じ連系点（柱上変圧器等）に接続されているパワーコンディショナの台数が少ない場合、上記待機状態移行条件１又は２が成立することは殆どない。そして、待機状態移行条件１、２は、いずれも、パワーコンディショナ３０が単独運転を開始している場合には成立することがない条件である。従って、待機状態移行条件１又は２が成立するということは、通常、外乱があることを意味する。

状態変更部１６は、待機状態移行条件１又は２が成立するまでは、単独運転検出装置１０の状態を通常状態に維持する。そして、状態変更部１６は、待機状態移行条件１又は２が成立した場合には、対策回数をカウントアップして、単独運転検出装置１０の状態を待機状態に遷移させる。ここで、対策回数とは、単独運転検出装置１０の状態を制御するために状態変更部１６が使用する、初期値（系統４４との連系開始時の値）が“０”のパラメータのことである。また、対策回数には、上限値が定められており、対策回数が上限値である状況下において待機状態移行条件１又は２が成立した場合、状態変更部１６は、対策回数をカウントアップすることなく、単独運転検出装置１０の状態を待機状態に遷移させる。

待機状態には、通常状態への復帰条件が異なる待機状態１と待機状態２とがある。状態変更部１６は、待機状態移行条件１又は２の成立時（換言すれば、外乱発生の検出時）に、対策回数が８以下であった場合には、単独運転検出装置１０の状態を待機状態（待機状態１）に遷移させる。また、状態変更部１６は、待機状態移行条件１又は２の成立時に、対策回数が９以上であった場合には、単独運転検出装置１０の状態を待機状態（待機状態２）に遷移させる。

状態変更部１６は、５分が経過するたびに、対策回数から１を減ずる。

また、状態変更部１６は、単独運転検出装置１０の状態が待機状態１であり、且つ、対策回数が２以下である場合には、以下の条件１〜３のいずれかが成立するのを待機する。条件１：待機状態１が５秒継続する。
条件２：高調波電圧が第１電圧閾値（例えば２Ｖ）以上増加する。
条件３：交流出力周波数が第１周波数閾値（例えば０．１Ｈｚ）以上変化する。

そして、状態変更部１６は、条件１〜３のいずれかが成立したときに、単独運転検出装置１０の状態を通常状態に戻す。

状態変更部１６は、単独運転検出装置１０の状態が待機状態１であり、且つ、対策回数が３以上である場合には、上記した条件２、３のいずれかが成立するのを待機する。そして、状態変更部１６は、条件２又は条件３が成立したときに、単独運転検出装置１０の状態を通常状態に戻す。

なお、動作パラメータ変更機能による設定によっては、状態変更部１６は、待機状態移行条件２で待機状態１に移行した場合、条件１〜３の成立を監視する状態を経ることなく、条件２又は３の成立を待機する状態となる。

状態変更部１６は、単独運転検出装置１０の状態が待機状態２である場合には、以下の条件４〜６のいずれかが成立するのを待機する。
条件４：対策回数が５以下となる。
条件５：高調波電圧が第１電圧閾値よりも大きな第２電圧閾値（例えば４Ｖ）以上増加する。
条件６：交流出力周波数が第１周波数閾値よりも大きな第２周波数閾値（例えば０．２Ｈｚ）以上変化する。

そして、状態変更部１６は、条件４が成立した場合には、単独運転検出装置１０の状態を待機状態１に遷移させ、条件５又は条件６が成立した場合には、単独運転検出装置１０の状態を通常状態に戻す。

以下、図５を用いて、状態変更部１６による、対策回数が８以下である場合の状態遷移制御について、さらに具体的に説明する。

図４を用いて既に説明したように、状態変更部１６は、偏差が０．０５Ｈｚを超えた後に無効電力が反転するという待機状態移行条件１、又は、偏差が０．０１Ｈｚを超える状態が１秒間継続するという待機状態移行条件２が成立するまで、単独運転検出装置１０の状態を通常状態に維持する。すなわち、周波数偏差（無効電力量）の揺れ幅が少ない場合には、無効電力を注入し続けてもフリッカーは発生しない。そのため、図５（ｅ）に示してあるように、無効電力量Ｑの揺れ幅が少ない場合には、単独運転を高速に検出できるようにするために、通常状態が維持される。

状態変更部１６は、外乱の発生を検知した場合、例えば、待機状態移行条件１が成立したことを検出した場合には、図５（ｃ）に示してあるように、単独運転検出装置１０の状態を待機状態に移行させる。ただし、今回、検知した外乱が、一時的な外乱である（パワーコンディショナ３０の設置環境において頻繁に発生する外乱ではない）こともある。そのため、状態変更部１６は、上記条件２又は３が成立することなく、５秒が経過した場合には、単独運転検出装置１０の状態を通常状態に戻す。そして、外乱があることを３回目に検知したときに（対策回数＝２の状態で、外乱があることを検知したときに）、状態変更部１６は、単独運転検出装置１０の状態を、５秒経過が復帰条件ではない待機状態（待機状態１；図５（ｆ））に移行させる。

状態変更部１６は、待機状態移行条件２についても同様に、対策回数＝２の状態で、当該条件が成立したことを検出したときに、単独運転検出装置１０の状態を、５秒経過が復帰条件ではない待機状態に移行させる（図５（ｇ））。なお、待機状態移行条件２で待機状態１に移行した場合、条件１〜３の成立を監視する状態を経ることなく、条件２又は３の成立を待機する状態となるように設定されている場合、状態変更部１６は、待機状態移行条件２が成立したことを検出したときに、単独運転検出装置１０の状態を、５秒経過が復帰条件ではない待機状態に移行させる。

また、状態変更部１６は、単独運転検出装置１０の状態が待機状態である場合には、高調波電圧の増加及び周波数の変化により（条件２、３により）、パワーコンディショナ３０が単独運転している可能性があるか否かを判定する。

パワーコンディショナ３０が単独運転している可能性があると判定した場合、状態変更
部１６は、単独運転検出装置１０の状態を通常状態に戻す。そして、パワーコンディショナ３０が、単独運転しておらず、即座に待機状態移行条件１が成立した場合には、図５（ａ）に示したように、状態変更部１６は、単独運転検出装置１０の状態を待機状態に移行させる。なお、状態変更部１６は、待機状態移行条件１が成立しなかった場合には、通常状態を維持する（図５（ｄ）、図５（ｅ）参照）。

一方、パワーコンディショナ３０が単独運転していた場合には、無効電力が、図５（ｂ）に示したように変化する。そして、この変化を検知した単独運転判定部１５から、パワーコンディショナ３０が単独運転していることを示す情報が出力されるので、制御ユニット３４により、ゲートブロック等が行われることになる。

状態変更部１６は、上記のような状態遷移制御に加えて、対策回数が９以上であった場合には、単独運転検出装置１０の状態を、待機状態１の復帰条件（条件２、３）よりも成立し難い復帰条件（条件５、６）が対応付けられている待機状態２に遷移させる制御を行う。

すなわち、対策回数は、単独運転検出装置１０の状態が待機状態（待機状態１又は２）である場合、５分が経過するたびに“１”デクリメントされるパラメータである。従って、対策回数は、外乱の発生頻度を示す値となる。そして、外乱の発生頻度が多い方が、フリッカーが発生し易いため、外乱の発生頻度が多い場合には、フリッカーの発生の抑止を優先する（通常状態に復帰しにくくする）ために、単独運転検出装置１０の状態が待機状態２に遷移される。

以上、説明したように、単独運転検出装置１０は、パワーコンディショナ３０の交流出力に、その周波数偏差に応じた量の無効電力を注入しない時間帯がある装置となっている。具体的には、既存の単独運転検出装置では、図６の（ａ）に示したように無効電力が注入される状況下、単独運転検出装置１０では、図６の（ｂ）に示したように、必要な場合にのみ無効電力が注入される。従って、単独運転検出装置１０によれば、フリッカーの発生を抑止することが出来る。また、上記時間帯は、単独運転判定部１５が高速に単独運転を検出できない時間帯であるが、パワーコンディショナ３０が単独運転している可能性があるか否かは、上記したような条件２、３、５、６が成立するか否かにより判定できる。そして、その判定結果に基づき、単独運転検出装置１０の状態が通常状態に変更されるのであるから、上記構成を有する単独運転検出装置１０によっても、実用上、十分な速度で単独運転を検出することができる。

《第２実施形態》
以下、第１実施形態のパワーコンディショナ３０の説明時に用いたものと同じ符号を用いて、本発明の第２実施形態に係るパワーコンディショナ３０について、第１実施形態のパワーコンディショナ３０と異なる部分を中心に説明する。

本実施形態に係るパワーコンディショナ３０は、単独運転検出装置１０の機能のみが第１実施形態に係るパワーコンディショナ３０と異なる装置である。以下、説明の便宜上、第１、第２実施形態に係るパワーコンディショナ３０のことを、それぞれ、第１、第２パワーコンディショナ３０と表記し、第１、第２パワーコンディショナ３０の単独運転検出装置１０のことを、それぞれ、第１、第２単独運転検出装置１０と表記する。

第２単独運転検出装置１０も、第１単独運転検出装置１０（図２）と同様に、周期計測部１１、周波数偏差算出部１２、周波数ＦＢ量算出部１３、周波数ＦＢ量変更部１４、単独運転判定部１５、状態変更部１６、高調波電圧算出部１７、ステップ注入量決定部１９、ＤＣ／ＡＣ制御部２０を備える。

第２単独運転検出装置１０の、状態変更部１６を除く各機能ブロックは、第１単独運転検出装置１０の対応する機能ブロックと同じものであるが、第２単独運転検出装置１０の状態変更部１６は、第１単独運転検出装置１０の状態変更部１６とは異なる機能を有している。

具体的には、第１単独運転検出装置１０の状態変更部１６は、第１単独運転検出装置１０の状態が待機状態である期間中、ＦＢゲインとして“０”を出力するユニット（機能ブロック）である。一方、第２単独運転検出装置１０の状態変更部１６は、第２単独運転検出装置１０の状態が待機状態であり、且つ、周波数偏差が第１設定値以上であった場合、図７に示したように、ＦＢゲインを第１所定速度で所定値（例えば、−０．２５；−２５％）まで減少させて維持する。そして、第２単独運転検出装置１０の状態変更部１６は、周波数偏差が第１設定値未満の第２設定値以下となったときに、ＦＢゲインを第２所定速度で“０”まで上昇させる。なお、第１所定速度、第２所定速度としては、例えば、“所定値／数１０ｍｓ”を採用することが出来る。また、状態変更部１６として、ＦＢゲインを、０からマイナスゲインへ、又はマイナスゲインから０へ瞬時に変更するものを採用しても良い。

周波数ＦＢ量算出部１３が算出して出力する無効電力量は、周波数偏差に応じた量（図３参照）である。そして、周波数ＦＢ量変更部１４は、周波数ＦＢ量算出部１３から入力される無効電力量と、状態変更部１６から入力されるＦＢゲインの乗算結果を出力する。そのため、第１単独運転検出装置１０の状態変更部１６から負のＦＢゲインが出力されると、同じ電力線に接続されている他の何台かのパワーコンディショナから単独運転検出のために出力される無効電力の一部を相殺できる無効電力が、第２パワーコンディショナ３０から出力されることになる。そして、無効電力の一部が相殺されれば、フリッカーが発生しにくくなるのであるから、第２パワーコンディショナ３０を、複数台のパワーコンディショナが接続されているが故にフリッカー継続状態にある電力線に接続すれば、当該フリッカー継続状態を解消できることになる。

《変形例》
上記した各実施形態に係るパワーコンディショナ３０は、各種の変形を行えるものである。例えば、パワーコンディショナ３０は、太陽電池アレイ４０の発電電力を系統４４に供給するものであったが、パワーコンディショナ３０を、太陽電池アレイ４０以外の発電装置（ガスエンジン、風力発電装置、燃料電池、蓄電池、電気自動車等）用のパワーコンディショナに変形しても良い。パワーコンディショナ３０を、複数のＤＣ／ＤＣ変換回路３１を備えた装置や、ＤＣ／ＤＣ変換回路３１が省略された装置に変形しても良い。

また、単独運転検出装置１０の状態（動作モード）の具体的な遷移手順や状態数が上記したものと同一でなくても良いことは当然のことである。

１０ 単独運転検出装置
１１ 周期計測部
１２ 周波数偏差算出部
１３ 周波数ＦＢ量算出部
１４ 周波数ＦＢ量変更部
１５ 単独運転判定部
１６ 状態変更部
１７ 高調波電圧算出部
１９ ステップ注入量決定部
２０ ＤＣ／ＡＣ制御部
３０ パワーコンディショナ
３１ ＤＣ／ＤＣ変換回路
３２ ＤＣ／ＡＣ変換回路
３３ リレー
３４ 制御ユニット
３５ 電流センサ
３６ 電圧センサ
４０ 太陽電池アレイ
４４ 系統

Claims (8)

1. 系統と連系する発電設備の単独運転を検出する単独運転検出装置であって、
   通常モードでの動作時には、前記発電設備の交流出力の周波数偏差に応じた量の無効電力を前記発電設備の交流出力に注入し、待機モードでの動作時には、前記周波数偏差に応じた量の無効電力を前記発電設備の交流出力に注入しない無効電力注入部と、
   前記発電設備の交流出力の周波数変動に基づき前記発電設備が単独運転しているか否かを判定する単独運転判定部と、
   前記発電設備の交流出力に基づき、前記無効電力注入部の動作モードを前記通常モードと前記待機モードの間で切り替える動作モード切替部と、
   を備え、
   前記動作モード切替部は、前記無効電力注入部の動作モードが前記待機モードである場合には、前記交流出力の高調波電圧の変化パターンに基づき、前記無効電力注入部の動作モードを前記通常モードに切り替えるか否かを決定し、
   前記動作モード切替部は、前記無効電力注入部の動作モードが、単独運転検出装置の動作開始後、ｍ（≧２）回目の待機モードとなるまでは、待機モードへの切り替え後の経過時間が規定時間となった場合と所定条件が成立した場合とに、前記無効電力注入部の動作モードを前記通常モードに切り替え、前記無効電力注入部の動作モードが、単独運転検出装置の動作開始後、ｍ回目の待機モードとなってからは、前記所定条件が成立した場合だけに、前記無効電力注入部の動作モードを前記通常モードに切り替える
   ことを特徴とする単独運転検出装置。
2. 前記動作モード切替部は、
   前記無効電力注入部の動作モードが前記通常モードである場合には、前記周波数偏差の時間変化パターンに基づき、前記無効電力注入部の動作モードを前記待機モードに切り替えるか否かを決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の単独運転検出装置。
3. 前記動作モード切替部による前記無効電力注入部の動作モードの切り替え条件を変更可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の単独運転検出装置。
4. 前記無効電力注入部は、単独運転検出装置の動作開始時には、通常モードで動作することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の単独運転検出装置。
5. 前記待機モードは、外乱の発生頻度及び前記通常モードへの復帰条件が対応づけられた複数の外乱発生頻度別待機モードであって、対応づけられている外乱の発生頻度が多い程、成立し難い復帰条件に対応づけられた複数の外乱発生頻度別待機モードを含み、
   前記動作モード切替部は、前記無効電力注入部の動作モードが前記通常モードである状場合には、前記発電設備の交流出力に基づき、外乱の発生を検出すると共に外乱の発生頻度を特定し、外乱の発生を検出したときに、特定した外乱の発生頻度に対応づけられている外乱発生頻度別待機モードに前記無効電力注入部の動作モードを切り替え、前記無効電力注入部の動作モードが外乱発生頻度別待機モードである場合には、当該外乱発生頻度別待機モードに対応づけられている復帰条件が成立したときに、前記無効電力注入部の動作モードを前記通常モードに切り替える
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の単独運転検出装置。
6. 前記無効電力注入部は、前記待機モードでの動作時に、前記周波数偏差に応じた前記無効電力とは正負が異なる、前記周波数偏差に応じた無効電力を前記発電設備の交流出力に注入する
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の単独運転検出装置。
7. 系統と連系するパワーコンディショナであって、
   前記系統と接続されるインバータと、
   通常モードでの動作時には、前記インバータの交流出力の所定時間内の周波数の差である周波数偏差に応じた量の無効電力を前記インバータの交流出力に注入し、待機モードでの動作時には、前記周波数偏差に応じた量の無効電力を前記インバータの交流出力に注入しない無効電力注入部と、
   前記インバータの交流出力の周波数変動に基づき前記パワーコンディショナが単独運転しているか否かを判定する単独運転判定部と、
   前記インバータの交流出力に基づき、前記無効電力注入部の動作モードを前記通常モードと前記待機モードの間で切り替える動作モード切替部と、
   を備え、
   前記動作モード切替部は、前記無効電力注入部の動作モードが前記待機モードである場合には、前記交流出力の高調波電圧の変化パターンに基づき、前記無効電力注入部の動作モードを前記通常モードに切り替えるか否かを決定し、
   前記動作モード切替部は、前記無効電力注入部の動作モードが、ｍ（≧２）回目の待機モードとなるまでは、待機モードへの切り替え後の経過時間が規定時間となった場合と所定条件が成立した場合とに、前記無効電力注入部の動作モードを前記通常モードに切り替え、前記無効電力注入部の動作モードが、ｍ回目の待機モードとなってからは、前記所定条件が成立した場合だけに、前記無効電力注入部の動作モードを前記通常モードに切り替える
   ことを特徴とするパワーコンディショナ。
8. 系統と連系するパワーコンディショナであって、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の単独運転検出装置を内蔵することを特徴とするパワーコンディショナ。

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