JP7083708B2 - 単独運転検出装置及び系統連系インバータ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、直流電源が電力系統から切り離されて単独運転をしているか否かを検出するための単独運転検出装置及びそれを備える系統連系インバータ装置に関するものである。
図７は、特許文献１及び非特許文献１、２等に記載された従来の系統連系インバータ装置の構成例を示す概略の機能ブロック図である。
太陽光発電（ＰＶ）等の直流電源１には、系統連系インバータ装置（例えば、三相系統連系インバータ装置）２が接続されている。三相系統連系インバータ装置２の出力側には、負荷装置３が分岐接続されると共に、変圧器４、遮断器５及び電力系統６（例えば、三相商用電力系統（３φ、２００Ｖ））が直列に接続されている。系統連系インバータ装置２は、電力系統６に対して連系可能に接続され、直流電源１から供給される直流電力を三相交流電力に変換する装置である。系統連系インバータ装置２で変換された三相交流電力は、負荷装置３へ供給され、更に、余剰電力が、変圧器４及び遮断器５を介して電力系統６へ供給（逆潮流）される。
太陽光発電（ＰＶ）等の直流電源１には、系統連系インバータ装置（例えば、三相系統連系インバータ装置）２が接続されている。三相系統連系インバータ装置２の出力側には、負荷装置３が分岐接続されると共に、変圧器４、遮断器５及び電力系統６（例えば、三相商用電力系統（３φ、２００Ｖ））が直列に接続されている。系統連系インバータ装置２は、電力系統６に対して連系可能に接続され、直流電源１から供給される直流電力を三相交流電力に変換する装置である。系統連系インバータ装置２で変換された三相交流電力は、負荷装置３へ供給され、更に、余剰電力が、変圧器４及び遮断器５を介して電力系統６へ供給（逆潮流）される。
系統連系インバータ装置２は、例えば、ステップ注入付き周波数フィードバック方式の単独運転検出装置２０を備え、その単独運転検出装置２０から供給されるスイッチング駆動信号Ｓ２７により、スイッチング動作して電力変換を行う。この系統連系インバータ装置２は、直流／直流変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１１、電荷蓄積用のコンデンサ１２、直流／交流変換器（ＤＣ／ＡＣインバータ）１３、インダクタ１４及びコンデンサ１５からなるＬＣ形フィルタ回路、及び開閉器１６を有している。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、直流電源１から供給される直流電圧を所定の直流電圧に変換する装置であり、例えば、図示しない制御部から供給されるスイッチング駆動信号によりスイッチング動作して直流電圧を出力する回路により構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力側には、並列に接続されたコンデンサ１２を介して、ＤＣ／ＡＣインバータ１３が接続されている。
ＤＣ／ＡＣインバータ１３は、単独運転検出装置２０から供給されるスイッチング駆動信号Ｓ２７によりスイッチング動作して、コンデンサ１２に蓄積された電荷を三相交流電力に変換する装置であり、例えば、スイッチング駆動信号Ｓ２７によりオン／オフ動作する複数のスイッチ素子を有するブリッジ回路により構成されている。ＤＣ／ＡＣインバータ１３の出力側には、インダクタ１４及びコンデンサ１５からなるＬＣ形フィルタ回路が接続されている。
ＤＣ／ＡＣインバータ１３は、単独運転検出装置２０から供給されるスイッチング駆動信号Ｓ２７によりスイッチング動作して、コンデンサ１２に蓄積された電荷を三相交流電力に変換する装置であり、例えば、スイッチング駆動信号Ｓ２７によりオン／オフ動作する複数のスイッチ素子を有するブリッジ回路により構成されている。ＤＣ／ＡＣインバータ１３の出力側には、インダクタ１４及びコンデンサ１５からなるＬＣ形フィルタ回路が接続されている。
ＬＣ形フィルタ回路は、インダクタ１４及びコンデンサ１５により、ＤＣ／ＡＣインバータ１３の出力電力から高調波成分を除去する回路であり、この出力側に、開閉器１６が接続されている。開閉器１６は、図示しない制御部の制御により、系統連系インバータ装置２の出力端子と負荷装置３及び電力系統６との間を開閉する装置であり、リレー等により構成されている。
インダクタ１４とコンデンサ１５との間には、そのインダクタ１４を流れる交流のインバータ電流Ｉｉｎｖを計測する電流計測器（例えば、計器用変流器、以下これを「ＣＴ」という。）１７が設けられている。インダクタ１４及びコンデンサ１５からなるＬＣ形フィルタ回路からは、交流の出力電流Ｉｏが出力される。このＬＣ形フィルタ回路の出力側に接続された開閉器１６と交流出力側との間には、交流の系統電圧Ｖａｃを計測する電圧計測器（例えば、計器用変圧器、以下これを「ＶＴ」という。）１８が設けられている。ＣＴ１７及びＶＴ１８の出力側には、単独運転検出装置２０が接続されている。
インダクタ１４とコンデンサ１５との間には、そのインダクタ１４を流れる交流のインバータ電流Ｉｉｎｖを計測する電流計測器（例えば、計器用変流器、以下これを「ＣＴ」という。）１７が設けられている。インダクタ１４及びコンデンサ１５からなるＬＣ形フィルタ回路からは、交流の出力電流Ｉｏが出力される。このＬＣ形フィルタ回路の出力側に接続された開閉器１６と交流出力側との間には、交流の系統電圧Ｖａｃを計測する電圧計測器（例えば、計器用変圧器、以下これを「ＶＴ」という。）１８が設けられている。ＣＴ１７及びＶＴ１８の出力側には、単独運転検出装置２０が接続されている。
単独運転検出装置２０は、例えば、電力系統６の停電時に、系統連系インバータ装置２がその電力系統６から遮断（解列）されない状態で単独運転を継続していると、本来無電圧であるべき電力系統６が充電され、保安や、電力供給の信頼度確保の面から問題が生じる恐れがあるため、系統連系インバータ装置２を停止させるために、その系統連系インバータ装置２の単独運転状態を検出する装置である。
単独運転検出装置２０は、位相同期処理部２１、無効電力をステップ状に注入するためのステップ注入部２２、無効電力注入部２３、加算部２４、単独運転検出部２５、高調波注入部２６、及び電流制御処理部２７を有し、例えば、ハードウェアとソフトウェアとにより構成されている。ハードウェアは、個別回路で構成され、ソフトウェアは、中央処理装置（ＣＰＵ）によりプログラム制御されるプロセッサ等により構成されている。
単独運転検出装置２０は、位相同期処理部２１、無効電力をステップ状に注入するためのステップ注入部２２、無効電力注入部２３、加算部２４、単独運転検出部２５、高調波注入部２６、及び電流制御処理部２７を有し、例えば、ハードウェアとソフトウェアとにより構成されている。ハードウェアは、個別回路で構成され、ソフトウェアは、中央処理装置（ＣＰＵ）によりプログラム制御されるプロセッサ等により構成されている。
位相同期処理部２１は、ＶＴ１８で計測された系統電圧Ｖａｃの電圧計測値ｖａｃに基づき、周波数偏差の演算に用いる周波数を計測して同期信号φｐｌｌを求めるものであり、ハードウェアで構成された電圧計測回路２１ａと、ソフトウェアで構成された周波数計測処理部２１ｂ及び位相差計測同期処理部２１ｃと、を有している。
電圧計測回路２１ａは、電圧計測値ｖａｃをデジタル信号に変換する回路であり、この出力側に、周波数計測処理部２１ｂが接続されている。周波数計測処理部２１ｂは、デジタル信号に変換された電圧計測値から、系統電圧Ｖａｃの系統周波数ｆａｃを求めるものであり、この出力側に、位相差計測同期処理部２１ｃが接続されている。位相差計測同期処理部２１ｃは、求められた系統周波数ｆａｃから同期信号φｐｌｌを求めるものであり、この出力側に、高調波注入部２６及び電流制御処理部２７が接続されている。
電圧計測回路２１ａは、電圧計測値ｖａｃをデジタル信号に変換する回路であり、この出力側に、周波数計測処理部２１ｂが接続されている。周波数計測処理部２１ｂは、デジタル信号に変換された電圧計測値から、系統電圧Ｖａｃの系統周波数ｆａｃを求めるものであり、この出力側に、位相差計測同期処理部２１ｃが接続されている。位相差計測同期処理部２１ｃは、求められた系統周波数ｆａｃから同期信号φｐｌｌを求めるものであり、この出力側に、高調波注入部２６及び電流制御処理部２７が接続されている。
ステップ注入部２２は、単独運転発生時においても、系統連系インバータ装置２の出力電力及び負荷装置３の均衡（バランス）状態によって、周波数偏差が微小の条件において、ＶＴ１８で計測された電圧計測値ｖａｃに基づき、系統周波数ｆａｃの変化を促すための無効電力ステップ注入量Ｓ２２を生成するものであり、ハードウェアで構成された第１、第２電圧計測回路２２ａ，２２ｂと、ソフトウェアで構成された基本波電圧演算部２２ｃ、高調波電圧演算部２２ｄ、ステップ注入発生条件判定部２２ｅ、及びステップ注入量算出部２２ｆを有している。
第１、第２電圧計測回路２２ａ，２２ｂは、電圧計測値ｖａｃをデジタル信号に変換する回路であり、この出力側に、基本波電圧演算部２２ｃ及び高調波電圧演算部２２ｄがそれぞれ接続されている。基本波電圧演算部２２ｃは、第１電圧計測回路２２ａで変換されたデジタル信号の電圧計測値に基づき、離散フーリエ演算等によって、系統電圧Ｖａｃの基本波電圧値を算出するものであり、この出力側に、ステップ注入発生条件判定部２２ｅが接続されている。高調波電圧演算部２２ｄは、第２電圧計測回路２２ｂで変換されたデジタル信号の電圧計測値に基づき、離散フーリエ演算等によって、系統電圧Ｖａｃ中の高調波電圧値を算出するものであり、この出力側に、ステップ注入発生条件判定部２２ｅが接続されている。
第１、第２電圧計測回路２２ａ，２２ｂは、電圧計測値ｖａｃをデジタル信号に変換する回路であり、この出力側に、基本波電圧演算部２２ｃ及び高調波電圧演算部２２ｄがそれぞれ接続されている。基本波電圧演算部２２ｃは、第１電圧計測回路２２ａで変換されたデジタル信号の電圧計測値に基づき、離散フーリエ演算等によって、系統電圧Ｖａｃの基本波電圧値を算出するものであり、この出力側に、ステップ注入発生条件判定部２２ｅが接続されている。高調波電圧演算部２２ｄは、第２電圧計測回路２２ｂで変換されたデジタル信号の電圧計測値に基づき、離散フーリエ演算等によって、系統電圧Ｖａｃ中の高調波電圧値を算出するものであり、この出力側に、ステップ注入発生条件判定部２２ｅが接続されている。
ステップ注入発生条件判定部２２ｅは、周波数計測処理部２１ｂで求められた系統周波数ｆａｃ、基本波電圧演算部２２ｃで求められた基本波電圧値、及び高調波電圧演算部２２ｄで求められた高調波電圧値に基づき、加算部２４及び電流制御処理部２７を介してＤＣ／ＡＣインバータ１３の出力側へ、無効電力をステップ状に注入するためのステップ注入発生条件の判定を行い、このステップ注入判定結果をステップ注入量算出部２２ｆへ与えるものである。ステップ注入発生条件は、次の第１条件及び第２条件の２つである。
第１条件：周波数偏差が±０．０１Ｈｚ以内（即ち、周波数不感帯０．０１Ｈ以下）である。
第２条件：高調波電圧及び基本波電圧を監視し、高調波電圧がステップ注入発生条件（高調波電圧変動）を満たす、又は、基本波電圧がステップ注入発生条件（基本波電圧変動）を満たすことである。
第２条件：高調波電圧及び基本波電圧を監視し、高調波電圧がステップ注入発生条件（高調波電圧変動）を満たす、又は、基本波電圧がステップ注入発生条件（基本波電圧変動）を満たすことである。
ステップ注入量算出部２２ｆは、ステップ注入発生条件が満たされている場合、無効電力ステップ注入量Ｓ２２を算出し、この無効電力ステップ注入量Ｓ２２を、加算部２４を介して電流制御処理部２７へ与えるものである。
無効電力のステップ注入は、次の第１～第４による。
第１：注入時間は、３サイクル以下とする。
第２：注入量は、上限を０．１ｐ．ｕ．（＝１ｐｅｒ ｕｎｉｔ）とする。
第３：無効電力は、系統連系インバータ装置２から見て電流位相を遅らせる方向に注入する（周波数は低下方向）。
第４：無効電力のステップ注入は、前記ステップ注入発生条件を満たしてから系統周波数（周期）の半サイクル以内に行う。
無効電力のステップ注入は、次の第１～第４による。
第１：注入時間は、３サイクル以下とする。
第２：注入量は、上限を０．１ｐ．ｕ．（＝１ｐｅｒ ｕｎｉｔ）とする。
第３：無効電力は、系統連系インバータ装置２から見て電流位相を遅らせる方向に注入する（周波数は低下方向）。
第４：無効電力のステップ注入は、前記ステップ注入発生条件を満たしてから系統周波数（周期）の半サイクル以内に行う。
無効電力注入部２３は、系統周波数ｆａｃの変化率に比例して無効電力の注入量を増加させて、その系統周波数ｆａｃの変化を拡大することにより、その系統周波数ｆａｃの異常を生じさせて単独運転を検出させるものである。即ち、無効電力注入部２３は、例えば、系統周波数ｆａｃの偏差から、注入する無効電力注入量Ｓ２３を算出し、加算部２４を介して電流制御処理部２７へ与え、系統周波数ｆａｃの変化を促すものであり、ソフトウェアで構成された第１移動平均算出部２３ａ、第２移動平均算出部２３ｂ、周波数偏差算出部２３ｃ、及び無効電力注入量算出部２３ｄを有している。
第１、第２移動平均算出部２３ａ，２３ｂは、周波数計測処理部２１ｂから与えられる系統周波数ｆａｃの第１、第２移動平均を算出し、第１、第２移動平均算出結果をそれぞれ出力するものであり、この出力側に、周波数偏差算出部２３ｃが接続されている。周波数偏差算出部２３ｃは、第１、第２移動平均算出結果に基づいて、周波数偏差を算出するものであり、この出力側に、無効電力注入量算出部２３ｄが接続されている。
第１、第２移動平均算出部２３ａ，２３ｂは、周波数計測処理部２１ｂから与えられる系統周波数ｆａｃの第１、第２移動平均を算出し、第１、第２移動平均算出結果をそれぞれ出力するものであり、この出力側に、周波数偏差算出部２３ｃが接続されている。周波数偏差算出部２３ｃは、第１、第２移動平均算出結果に基づいて、周波数偏差を算出するものであり、この出力側に、無効電力注入量算出部２３ｄが接続されている。
無効電力注入量算出部２３ｄは、算出された周波数偏差に基づいて、周波数帰還量（フィードバック量）である無効電力注入量Ｓ２３を算出するものであり、この出力側に、加算部２４が接続されている。加算部２４は、与えられた無効電力ステップ注入量Ｓ２２と無効電力注入量Ｓ２３とを加算して加算値Ｓ２４を求めるものであり、この出力側に、電流制御処理部２７が接続されている。
単独運転検出部２５は、系統周波数ｆａｃの変化によって単独運転の発生の有無を判定するものであり、ソフトウェアで構成された単独運転能動的方式判定部２５ａ及び単独運転受動的方式判定部２５ｂを有している。
単独運転検出部２５は、系統周波数ｆａｃの変化によって単独運転の発生の有無を判定するものであり、ソフトウェアで構成された単独運転能動的方式判定部２５ａ及び単独運転受動的方式判定部２５ｂを有している。
高調波注入部２６は、同期信号φｐｌｌに基づいて高調波制御指令Ｓ２６を生成し、この高調波制御指令Ｓ２６を電流制御処理部２７に与えて、ＤＣ／ＡＣインバータ１３の出力電流に高調波電流を注入し、電力系統６の停電時における高調波歪み変化に対してステップ注入発生条件を満足させ、系統連系インバータ装置２の出力電力と負荷装置３のバランス状態においてもステップ注入部２２を動作させ、単独運転を確実に検出できるようにするものである。
電流制御処理部２７は、位相同期処理部２１の同期信号φｐｌｌ、加算部２４の加算値Ｓ２４、及び高調波注入部２６の高調波制御指令Ｓ２６に基づき、スイッチング駆動信号Ｓ２７を生成して、ＤＣ／ＡＣインバータ１３のスイッチング動作を制御するものである。
電流制御処理部２７は、位相同期処理部２１の同期信号φｐｌｌ、加算部２４の加算値Ｓ２４、及び高調波注入部２６の高調波制御指令Ｓ２６に基づき、スイッチング駆動信号Ｓ２７を生成して、ＤＣ／ＡＣインバータ１３のスイッチング動作を制御するものである。
このように構成される系統連系インバータ装置２では、直流電源１から供給された直流電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１により所定の直流電圧に変換され、コンデンサ１２に蓄積される。コンデンサ１２に蓄積された電圧は、単独運転検出装置２０から供給されたスイッチング駆動信号Ｓ２７によってスイッチング動作するＤＣ／ＡＣインバータ１３により、三相交流電圧に変換され、三相のインバータ電流Ｉｉｎｖが出力される。ＤＣ／ＡＣインバータ１３から出力された三相の交流電圧及びインバータ電流Ｉｉｎｖは、フィルタ回路のインダクタ１４及びコンデンサ１５によって高調波成分が除去される。
高調波成分が除去された三相交流の系統電圧Ｖａｃ及び出力電流Ｉｏは、開閉器１６を介して負荷装置３及び電力系統６側へ出力される。電力系統６に停電等が発生すると、遮断器５がオフ状態になり、系統連系インバータ装置２が電力系統６から切り離されて単独運転状態となり、その系統連系インバータ装置２から出力された系統電圧Ｖａｃ及び出力電流Ｉｏが負荷装置３へ供給される。
高調波成分が除去された三相交流の系統電圧Ｖａｃ及び出力電流Ｉｏは、開閉器１６を介して負荷装置３及び電力系統６側へ出力される。電力系統６に停電等が発生すると、遮断器５がオフ状態になり、系統連系インバータ装置２が電力系統６から切り離されて単独運転状態となり、その系統連系インバータ装置２から出力された系統電圧Ｖａｃ及び出力電流Ｉｏが負荷装置３へ供給される。
ここで、単独運転検出装置２０では、以下の第１ステップ及び第２ステップの処理を行う。
第１ステップにおいて、直流電源１から供給される直流電力を交流電力に変換する系統連系インバータ装置２が、電力系統６から切り離されて単独運転となった時に、系統電圧Ｖａｃの高調波電圧を、ＶＴ１８、第２電圧計測回路２２ｂ及び高調波電圧演算部２２ｄにより検出する。この高調波電圧検出結果に基づき、ステップ注入発生条件判定部２２ｅでは、無効電力をステップ状に注入するためのステップ注入発生条件が満たされているか否かのステップ注入判定を行い、ステップ注入発生条件が満たされていれば、ステップ注入量算出部２２ｆから無効電力ステップ注入量Ｓ２２が出力される。この無効電力ステップ注入量Ｓ２２は、加算部２４を介して電流制御処理部２７へ与えられ、ＤＣ／ＡＣインバータ１３を通して電力系統側へ無効電力がステップ状に注入され、系統電圧Ｖａｃの系統周波数ｆａｃが急変する。
第１ステップにおいて、直流電源１から供給される直流電力を交流電力に変換する系統連系インバータ装置２が、電力系統６から切り離されて単独運転となった時に、系統電圧Ｖａｃの高調波電圧を、ＶＴ１８、第２電圧計測回路２２ｂ及び高調波電圧演算部２２ｄにより検出する。この高調波電圧検出結果に基づき、ステップ注入発生条件判定部２２ｅでは、無効電力をステップ状に注入するためのステップ注入発生条件が満たされているか否かのステップ注入判定を行い、ステップ注入発生条件が満たされていれば、ステップ注入量算出部２２ｆから無効電力ステップ注入量Ｓ２２が出力される。この無効電力ステップ注入量Ｓ２２は、加算部２４を介して電流制御処理部２７へ与えられ、ＤＣ／ＡＣインバータ１３を通して電力系統側へ無効電力がステップ状に注入され、系統電圧Ｖａｃの系統周波数ｆａｃが急変する。
次に、第２ステップにおいて、無効電力注入部２３は、系統周波数ｆａｃの変化率に比例して無効電力の注入量を増加させて、系統周波数ｆａｃの変化を拡大することにより、系統周波数ｆａｃの異常を生じさせ、単独運転検出部２５によって単独運転を検出させる。
このような単独運転検出に関して、系統連系インバータ装置２と同じ配電線に接続されている負荷装置３とのバランス条件において、単独運転状態になった時の高調波電圧の変動を検出し、ステップ注入部２２を動作させることにより、単独運転を検出する。高調波電圧の変化が閾値未満で、ステッフ注入部２２が動作しない恐れがあるため、特許文献１の技術では、高調波注入部２６により、系統連系インバータ装置２の出力側へ高調波注入を行い、単独運転となった時の高調波電圧を確実に変化させるように制御している。
日本電機工業会規格 ＪＥＭ１４９８（２０１２．８．２７制定）
日本電機工業会規格 ＪＥＭ１５０５（２０１５．９．１４制定）
日本電気協会「系統連系規程 ＪＥＡＣ ９７０１－２０１６」２０１７年追補版（その１）
近年、非特許文献３の系統連系規程追補版の発行により、低圧太陽光発電（低圧ＰＶ）の標準的な力率値（９５％）が規定に追加され、電力系統側の高圧配電線の系統状況により個別に力率値を指定する場合があって、系統連系インバータ装置２から最低８０％までの進み力率出力が求められている。
図８及び図９は、従来の系統連系インバータ装置２の課題の説明図である。
図８において、例えば、系統連系インバータ装置２の負荷装置３を、高調波電流の流れる容量負荷Ｃと線形負荷Ｒとで表す。系統連系インバータ装置２の出力電流Ｉｏには、基本波電流ｉ１と５次高調波電流ｉ５とが含まれている。負荷装置３と遮断器５との間において、例えば、変圧器４の励磁電流等の系統側５次高調波電流ｉｈ５が分流する。
遮断器５がオフ状態になり、系統連系インバータ装置２が単独運転状態になると、基本波電流ｉ１、５次高調波電流ｉ５、及び系統側５次高調波電流ｉｈ５の逆位相の５次高調波電流―ｉｈ５が線形負荷Ｒに流れるため、高調波電圧の変化が発生する。
図８において、例えば、系統連系インバータ装置２の負荷装置３を、高調波電流の流れる容量負荷Ｃと線形負荷Ｒとで表す。系統連系インバータ装置２の出力電流Ｉｏには、基本波電流ｉ１と５次高調波電流ｉ５とが含まれている。負荷装置３と遮断器５との間において、例えば、変圧器４の励磁電流等の系統側５次高調波電流ｉｈ５が分流する。
遮断器５がオフ状態になり、系統連系インバータ装置２が単独運転状態になると、基本波電流ｉ１、５次高調波電流ｉ５、及び系統側５次高調波電流ｉｈ５の逆位相の５次高調波電流―ｉｈ５が線形負荷Ｒに流れるため、高調波電圧の変化が発生する。
図９において、系統連系インバータ装置２から出力される５次高調波電流ｉ５（力率０．８，０．９，１．０）と、系統側５次高調波電流ｉｈ５と、その高調波電流ｉｈ５と逆位相の５次高調波電流―ｉｈ５と、が示されている。
交流電圧を基準位相とした場合、力率変化（例えば、力率０．８，０．９，１．０）に伴い、系統連系インバータ装置２から出力される５次高調波電流ｉ５の位相角が大きく変化する。その５次高調波電流ｉ５は、系統側５次高調波電流ｉｈ５と同位相になったり、逆位相になったりするため、系統連系インバータ装置２が単独運転になった時の高調波電圧の変化が、力率条件によって変化する。負荷装置３に流れる５次高調波電流ｉ５，－ｉｈ５が小さくなった場合は、高調波電圧の変化が小さくなるため、ステップ注入発生条件の高調波変化を満足せずに、ステップ注入部２２が動作しない恐れがある。
交流電圧を基準位相とした場合、力率変化（例えば、力率０．８，０．９，１．０）に伴い、系統連系インバータ装置２から出力される５次高調波電流ｉ５の位相角が大きく変化する。その５次高調波電流ｉ５は、系統側５次高調波電流ｉｈ５と同位相になったり、逆位相になったりするため、系統連系インバータ装置２が単独運転になった時の高調波電圧の変化が、力率条件によって変化する。負荷装置３に流れる５次高調波電流ｉ５，－ｉｈ５が小さくなった場合は、高調波電圧の変化が小さくなるため、ステップ注入発生条件の高調波変化を満足せずに、ステップ注入部２２が動作しない恐れがある。
このように、力率が変化した時に、系統連系インバータ装置２から出力される５次高調波電流ｉ５の位相角が大きく変化するため、系統連系インバータ装置２が単独運転となった時の高調波電圧の変化が小さくなる場合がある。これにより、ステップ注入部２２が動作しなくなる恐れがあるので、単独運転検出の性能保証ができなくなる、といった課題がある。
本発明の単独運転検出装置は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する系統連系用のインバータが、電力系統から切り離されて単独運転となった時に、前記インバータと前記電力系統との間の系統電圧の高調波を検出し、無効電力をステップ状に注入するためのステップ注入発生条件が満たされていれば、前記電力系統に対し前記無効電力をステップ状に注入して系統周波数を急変させるステップ注入部と、前記系統周波数の変化率に比例して前記無効電力の注入量を増加させて、前記系統周波数の変化を拡大することにより、前記系統周波数の異常を生じさせて単独運転を検出させる無効電力注入部と、を有する単独運転検出装置であって、高調波注入部を設けたことを特徴とする。
前記高調波注入部は、制御目標の高調波位相角を含む高調波電流制御指令、設定力率、予め取得した前記インバータの高調波特性、及び位相角に基づき、前記設定力率に対する前記高調波の振幅及び位相角を算出し、前記高調波の目標指令と前記高調波の振幅及び位相角とのベクトル演算により、前記電力系統に対して注入する高調波電流の振幅及び位相角を算出し、高調波制御を行わせる構成になっている。
前記高調波注入部は、制御目標の高調波位相角を含む高調波電流制御指令、設定力率、予め取得した前記インバータの高調波特性、及び位相角に基づき、前記設定力率に対する前記高調波の振幅及び位相角を算出し、前記高調波の目標指令と前記高調波の振幅及び位相角とのベクトル演算により、前記電力系統に対して注入する高調波電流の振幅及び位相角を算出し、高調波制御を行わせる構成になっている。
又、前記高調波注入部は、前記設定力率に代えて、前記単独運転の時に、前記電力系統に対して注入する前記高調波電流に対応する電流指令を用い、前記電流指令に対する前記高調波の振幅及び位相角を算出する構成にしても良い。
本発明の系統連系インバータ装置は、前記単独運転検出装置を備えている。
本発明の単独運転検出装置及びそれを備える系統連系インバータ装置によれば、高調波注入部を設け、設定力率又は電流指令に対する高調波の振幅及び位相角を算出し、高調波の目標指令と高調波の振幅及び位相角とのベクトル演算により、電力系統に対して注入する高調波電流の振幅及び位相角を算出し、高調波制御を行わせる構成になっている。そのため、力率出力条件においても、例えば、三相電力系統の場合には、三相電力系統側の変圧器励磁電流等に同期した安定な５次高調波出力を行い、又、単相電力系統の場合には、単相電力系統側の変圧器励磁電流等に同期した安定な３次高調波出力を行い、単独運転検出を確実に行わせることができる。
本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
（実施例１の構成）
図１は、本発明の実施例１における三相系統連系インバータ装置２Ａの構成例を示す概略の機能ブロック図であり、図７に示す従来の三相系統連系インバータ装置２と共通の要素には共通の符号が付されている。
本実施例１の三相系統連系インバータ装置２Ａは、全体の構成が、従来の三相系統連系インバータ装置２と同様であるが、従来の単独運転検出装置２０と構成の異なる三相用の単独運転検出装置２０Ａが設けられている。
図１は、本発明の実施例１における三相系統連系インバータ装置２Ａの構成例を示す概略の機能ブロック図であり、図７に示す従来の三相系統連系インバータ装置２と共通の要素には共通の符号が付されている。
本実施例１の三相系統連系インバータ装置２Ａは、全体の構成が、従来の三相系統連系インバータ装置２と同様であるが、従来の単独運転検出装置２０と構成の異なる三相用の単独運転検出装置２０Ａが設けられている。
本実施例１の単独運転検出装置２０Ａは、従来と同様のステップ注入部２２、無効電力注入部２３、加算部２４及び図示しない単独運転検出部２５と、従来とは機能の異なる位相同期処理部２１Ａ、５次高調波注入部２６Ａ及び電流制御処理部２７Ａと、を有している。
位相同期処理部２１Ａは、ＶＴ１８で計測された電圧計測値ｖａｃに基づいて同期信号φｐｌｌを生成するものであり、例えば、ハードウェアで構成された電圧計測回路２１ａと、ソフトウェアで構成された瞬時位相角演算部２１ｄ、及び位相同期ループ（以下「ＰＬＬ」という。）制御部２１ｅと、を有している。電圧計測回路２１ａは、入力される電圧計測値ｖａｃをデジタル信号の電圧計測値に変換する回路であり、この出力側に、瞬時位相角演算部２１ｄが接続されている。瞬時位相角演算部２１ｄは、変換されたデジタル信号の電圧計測値に対し、瞬時位相角演算を行って位相角θ（ｔ）を求めるものであり、この出力側に、ＰＬＬ制御部２１ｅが接続されている。ＰＬＬ制御部２１ｅは、位相角θ（ｔ）に対し、位相同期制御を行って同期信号φｐｌｌを求め、この同期信号φｐｌｌを５次高調波注入部２６Ａ及び電流制御処理部２７Ａへ与えるものである。
位相同期処理部２１Ａは、ＶＴ１８で計測された電圧計測値ｖａｃに基づいて同期信号φｐｌｌを生成するものであり、例えば、ハードウェアで構成された電圧計測回路２１ａと、ソフトウェアで構成された瞬時位相角演算部２１ｄ、及び位相同期ループ（以下「ＰＬＬ」という。）制御部２１ｅと、を有している。電圧計測回路２１ａは、入力される電圧計測値ｖａｃをデジタル信号の電圧計測値に変換する回路であり、この出力側に、瞬時位相角演算部２１ｄが接続されている。瞬時位相角演算部２１ｄは、変換されたデジタル信号の電圧計測値に対し、瞬時位相角演算を行って位相角θ（ｔ）を求めるものであり、この出力側に、ＰＬＬ制御部２１ｅが接続されている。ＰＬＬ制御部２１ｅは、位相角θ（ｔ）に対し、位相同期制御を行って同期信号φｐｌｌを求め、この同期信号φｐｌｌを５次高調波注入部２６Ａ及び電流制御処理部２７Ａへ与えるものである。
５次高調波注入部２６Ａは、設定力率λに対するパラメータである５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出し、５次高調波の目標指令であるｄ軸電流制御指令（以下「ｉｄ指令」という。）及びｑ軸電流制御指令（以下「ｉｑ指令」という。）と、その５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌと、のベクトル演算により、三相電力系統６に対して注入する５次高調波電流の振幅及び位相角を算出し、高調波制御を行わせるものであり、例えば、ソフトウェアで構成されている。
この５次高調波注入部２６Ａは、正弦波算出部２６ａ、余弦波算出部２６ｂ、第１、第２、第３、第４、第５係数部２６ｃ，２６ｄ、２６ｅ，２６ｆ，２６ｊ、第１、第２減算部２６ｇ，２６ｎ、第１、第２加算部２６ｈ，２６ｍ、振幅値算出部２６ｉ、第１、第２乗算部２６ｋ，２６ｌ、及びパラメータ算出部３０を有している。
この５次高調波注入部２６Ａは、正弦波算出部２６ａ、余弦波算出部２６ｂ、第１、第２、第３、第４、第５係数部２６ｃ，２６ｄ、２６ｅ，２６ｆ，２６ｊ、第１、第２減算部２６ｇ，２６ｎ、第１、第２加算部２６ｈ，２６ｍ、振幅値算出部２６ｉ、第１、第２乗算部２６ｋ，２６ｌ、及びパラメータ算出部３０を有している。
パラメータ算出部３０は、設定力率λに対するパラメータとして５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出するものである。正弦波算出部２６ａは、ＰＬＬ制御部２１ｅから与えられる同期信号φｐｌｌに基づき、角度（６・φｐｌｌ）に対するｓｉｎ演算を行ってｓｉｎ（６・φｐｌｌ）の値を算出するものであり、この出力側に、第１、第２係数部２６ｃ，２６ｄが接続されている。余弦波算出部２６ｂは、ＰＬＬ制御部２１ｅから与えられる同期信号φｐｌｌに基づき、角度（６・φｐｌｌ）に対するｃｏｓ演算を行ってｃｏｓ（６・φｐｌｌ）の値を算出するものであり、この出力側に、第３、第４係数部２６ｅ，２６ｆが接続されている。
第１係数部２６ｃは、パラメータ算出部３０から与えられる位相角φｃｔｒｌに対してｓｉｎ演算を行って係数ｓｉｎ（φｃｔｒｌ）を求め、この係数ｓｉｎ（φｃｔｒｌ）をｓｉｎ（６・φｐｌｌ）の値に掛けて出力するものであり、この出力側に、第１減算部２６ｇが接続されている。第２係数部２６ｄは、位相角φｃｔｒｌに対してｃｏｓ演算を行って係数ｃｏｓ（φｃｔｒｌ）を求め、この係数ｃｏｓ（φｃｔｒｌ）をｓｉｎ（６・φｐｌｌ）の値に掛けて出力するものであり、この出力側に、第１加算部２６ｈが接続されている。
第１係数部２６ｃは、パラメータ算出部３０から与えられる位相角φｃｔｒｌに対してｓｉｎ演算を行って係数ｓｉｎ（φｃｔｒｌ）を求め、この係数ｓｉｎ（φｃｔｒｌ）をｓｉｎ（６・φｐｌｌ）の値に掛けて出力するものであり、この出力側に、第１減算部２６ｇが接続されている。第２係数部２６ｄは、位相角φｃｔｒｌに対してｃｏｓ演算を行って係数ｃｏｓ（φｃｔｒｌ）を求め、この係数ｃｏｓ（φｃｔｒｌ）をｓｉｎ（６・φｐｌｌ）の値に掛けて出力するものであり、この出力側に、第１加算部２６ｈが接続されている。
第３係数部２６ｅは、位相角φｃｔｒｌに対してｓｉｎ演算を行って係数ｓｉｎ（φｃｔｒｌ）を求め、この係数ｓｉｎ（φｃｔｒｌ）をｃｏｓ（６・φｐｌｌ）の値に掛けて出力するものであり、この出力側に、第１加算部２６ｈが接続されている。更に、第４係数部２６ｆは、位相角φｃｔｒｌに対してｃｏｓ演算を行って係数ｃｏｓ（φｃｔｒｌ）を求め、この係数ｃｏｓ（φｃｔｒｌ）をｃｏｓ（６・φｐｌｌ）の値に掛けて出力するものであり、この出力側に、第１減算部２６ｇが接続されている。
振幅値算出部２６ｉは、ｉｄ指令及びｉｑ指令に基づき、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑの振幅値√（ｉｄ２＋ｉｑ２）を算出するものであり、この出力側に、第５係数部２６ｊが接続されている。第５係数部２６ｊは、振幅値√（ｉｄ２＋ｉｑ２）に対して係数「ｋｃｔｒｌ」を掛けるものであり、この出力側に、第１、第２乗算部２６ｋ，２６ｌが接続されている。
振幅値算出部２６ｉは、ｉｄ指令及びｉｑ指令に基づき、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑの振幅値√（ｉｄ２＋ｉｑ２）を算出するものであり、この出力側に、第５係数部２６ｊが接続されている。第５係数部２６ｊは、振幅値√（ｉｄ２＋ｉｑ２）に対して係数「ｋｃｔｒｌ」を掛けるものであり、この出力側に、第１、第２乗算部２６ｋ，２６ｌが接続されている。
第１乗算部２６ｋには、第２加算部２６ｍが接続されている。第２加算部２０ｍは、入力されるｉｄ指令と第１乗算部２６ｋの乗算結果とを加算してｉｄ調整値Ｓ２６ｍを求めるものであり、この出力側に、電流制御処理部２７Ａが接続されている。第２乗算部２６ｌには、第２減算部２６ｎが接続されている。第２減算部２６ｎは、入力されるｉｑ指令から、第２乗算部２６ｌの乗算結果を減算してｉｑ調整値Ｓ２６ｎを求めるものであり、この出力側に、電流制御処理部２７Ａが接続されている。
電流制御処理部２７Ａは、位相同期処理部２１Ａから与えられる同期信号φｐｌｌと、加算部２４から与えられる加算値Ｓ２４と、５次高調波注入部２６Ａから与えられるｉｄ調整値Ｓ２６ｍ及びｉｑ調整値Ｓ２６ｎと、に基づいてスイッチング駆動信号Ｓ２７を生成し、ＤＣ／ＡＣインバータ１３のスイッチング動作を制御するものであり、例えば、ソフトウェアで構成されている。この電流制御処理部２７Ａは、三相／二相変換部２７ａ、回転座標変換部２７ｂ、第１、第２減算部２７ｃ，２７ｄ、第１、第２電流制御部２７ｅ，２７ｆ、及び変調制御部２７ｇを有している。
電流制御処理部２７Ａは、位相同期処理部２１Ａから与えられる同期信号φｐｌｌと、加算部２４から与えられる加算値Ｓ２４と、５次高調波注入部２６Ａから与えられるｉｄ調整値Ｓ２６ｍ及びｉｑ調整値Ｓ２６ｎと、に基づいてスイッチング駆動信号Ｓ２７を生成し、ＤＣ／ＡＣインバータ１３のスイッチング動作を制御するものであり、例えば、ソフトウェアで構成されている。この電流制御処理部２７Ａは、三相／二相変換部２７ａ、回転座標変換部２７ｂ、第１、第２減算部２７ｃ，２７ｄ、第１、第２電流制御部２７ｅ，２７ｆ、及び変調制御部２７ｇを有している。
三相／二相変換部２７ａは、ＣＴ１７から出力される三相ＵＶＷの電流計測値ｉｉｎｖを固定座標系である二相のαβ座標系に変換するものであり、この出力側に、回転座標変換部２７ｂが接続されている。回転座標変換部２７ｂは、変換されたαβ座標系を回転座標のｄｑ座標系に変換し、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを生成するものであり、この出力側に、第１、第２減算部２７ｃ，２７ｄが接続されている。第１、第２減算部２７ｃ，２７ｄの出力側には、第１、第２電流制御部２７ｅ，２７ｆがそれぞれ接続されている。
第１電流制御部２７ｅは、第１減算部２７ｃの減算結果に対して比例積分（以下「ＰＩ」という。）等のフィートバック制御を行うものであり、この出力側に、変調制御部２７ｇが接続されている。第２電流制御部２７ｆは、第２減算部２７ｄの減算結果に対してＰＩ等のフィートバック制御を行うものであり、この出力側に、変調制御部２７ｇが接続されている。
変調制御部２７ｇは、第１、第２電流制御部２７ｅ，２７ｆの制御結果に対してパルス幅変調（以下「ＰＷＭ」という。）等の変調を行い、ＤＣ／ＡＣインバータ１３をスイッチング動作させるためのスイッチング駆動信号Ｓ２７を生成するものである。
第１電流制御部２７ｅは、第１減算部２７ｃの減算結果に対して比例積分（以下「ＰＩ」という。）等のフィートバック制御を行うものであり、この出力側に、変調制御部２７ｇが接続されている。第２電流制御部２７ｆは、第２減算部２７ｄの減算結果に対してＰＩ等のフィートバック制御を行うものであり、この出力側に、変調制御部２７ｇが接続されている。
変調制御部２７ｇは、第１、第２電流制御部２７ｅ，２７ｆの制御結果に対してパルス幅変調（以下「ＰＷＭ」という。）等の変調を行い、ＤＣ／ＡＣインバータ１３をスイッチング動作させるためのスイッチング駆動信号Ｓ２７を生成するものである。
図２は、図１中の５次高調波用のパラメータ算出部３０の構成を示す機能ブロック図である。
パラメータ算出部３０は、制御目標となる位相角指令φｅｘを含む高調波電流制御指令ｈａｒｍ５ｒｅｆ、設定力率λ、予め取得したＤＣ／ＡＣインバータ１３の高調波特性Ａｈａｒｍ５＿ｐｃｓ、及び位相角φｈａｒｍ５＿ｐｃｓを入力し、演算により、その設定力率λに対するパラメータとして高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出するものである。このパラメータ算出部３０は、アークコサイン算出部３１、第１、第２、第３係数部３２，３８，４０、加算部３３、余弦波算出部３４、正弦波算出部３５、第１、第２乗算部３６，３７、第１、第２減算部３９，４１、振幅値算出部４２、及びアークタンジェント算出部４３を有している。
アークコサイン算出部３１は、入力される設定力率λに対してａｃｏｓ演算を行ってａｃｏｓ（λ）の値を算出するものであり、この出力側に、第１係数部３２が接続されている。第１係数部３２は、算出されたａｃｏｓ（λ）の値に対して係数「５」を掛けるものであり、この出力側に、加算部３３が接続されている。加算部３３は、入力されるＤＣ／ＡＣインバータ１３の位相角φｈａｒｍ５＿ｐｃｓと、係数部３２の出力値と、を加算して位相角φｐｃｓ＿ｐｆを求めるものであり、この出力側に、余弦波算出部３４及び正弦波算出部３５が接続されている。
パラメータ算出部３０は、制御目標となる位相角指令φｅｘを含む高調波電流制御指令ｈａｒｍ５ｒｅｆ、設定力率λ、予め取得したＤＣ／ＡＣインバータ１３の高調波特性Ａｈａｒｍ５＿ｐｃｓ、及び位相角φｈａｒｍ５＿ｐｃｓを入力し、演算により、その設定力率λに対するパラメータとして高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出するものである。このパラメータ算出部３０は、アークコサイン算出部３１、第１、第２、第３係数部３２，３８，４０、加算部３３、余弦波算出部３４、正弦波算出部３５、第１、第２乗算部３６，３７、第１、第２減算部３９，４１、振幅値算出部４２、及びアークタンジェント算出部４３を有している。
アークコサイン算出部３１は、入力される設定力率λに対してａｃｏｓ演算を行ってａｃｏｓ（λ）の値を算出するものであり、この出力側に、第１係数部３２が接続されている。第１係数部３２は、算出されたａｃｏｓ（λ）の値に対して係数「５」を掛けるものであり、この出力側に、加算部３３が接続されている。加算部３３は、入力されるＤＣ／ＡＣインバータ１３の位相角φｈａｒｍ５＿ｐｃｓと、係数部３２の出力値と、を加算して位相角φｐｃｓ＿ｐｆを求めるものであり、この出力側に、余弦波算出部３４及び正弦波算出部３５が接続されている。
余弦波算出部３４は、位相角φｐｃｓ＿ｐｆに対してｃｏｓ演算を行ってｃｏｓ（φｐｃｓ＿ｐｆ）の値を算出するものであり、この出力側に、第１乗算部３６が接続されている。正弦波算出部３５は、位相角φｐｃｓ＿ｐｆに対してｓｉｎ演算を行ってｓｉｎ（φｐｃｓ＿ｐｆ）の値を算出するものであり、この出力側に、第２乗算部３７が接続されている。
第１乗算部３６は、入力されるＤＣ／ＡＣインバータ１３の高調波特性Ａｈａｒｍ５＿ｐｃｓと、算出されたｃｏｓ（φｐｃｓ＿ｐｆ）の値と、を乗算するものであり、この出力側に、第１減算部３９が接続されている。第２乗算部３７は、入力される高調波特性Ａｈａｒｍ５＿ｐｃｓと、算出されたｓｉｎ（φｐｃｓ＿ｐｆ）の値と、を乗算するものであり、この出力側に、第２減算部４１が接続されている。
第１乗算部３６は、入力されるＤＣ／ＡＣインバータ１３の高調波特性Ａｈａｒｍ５＿ｐｃｓと、算出されたｃｏｓ（φｐｃｓ＿ｐｆ）の値と、を乗算するものであり、この出力側に、第１減算部３９が接続されている。第２乗算部３７は、入力される高調波特性Ａｈａｒｍ５＿ｐｃｓと、算出されたｓｉｎ（φｐｃｓ＿ｐｆ）の値と、を乗算するものであり、この出力側に、第２減算部４１が接続されている。
第２係数部３８は、位相角指令φｅｘに対しｃｏｓ演算を行って係数ｃｏｓ（φｅｘ）を求め、この係数ｃｏｓ（φｅｘ）を、入力される高調波電流制御指令ｈａｒｍ５ｒｅｆに掛けて、出力するものであり、この出力側に、第１減算部３９が接続されている。第３係数部４０は、位相角指令φｅｘに対しｓｉｎ演算を行って係数ｓｉｎ（φｅｘ）を求め、この係数ｓｉｎ（φｅｘ）を、入力される高調波電流制御指令ｈａｒｍ５ｒｅｆに掛けて、出力するものであり、この出力側に、第２減算部４１が接続されている。
第１減算部３９は、第２係数部３８の出力値から、第１乗算部３６の乗算結果を減算し、ｘ軸制御指令ｘｈａｒｍ５を求めるものであり、この出力側に、振幅値算出部４２及びアークタンジェント算出部４３が接続されている。第２減算部４１は、第３係数部４０の出力値から、第２乗算部３７の乗算結果を減算し、ｙ軸制御指令ｙｈａｒｍ５を求めるものであり、この出力側に、振幅値算出部４２及びアークタンジェント算出部４３が接続されている。
振幅値算出部４２は、ｘ軸制御指令ｘｈａｒｍ５及びｙ軸制御指令ｙｈａｒｍ５から振幅値√（ｘ２＋ｙ２）を算出し、５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌを求めるものである。アークタンジェント算出部４３は、ｘ軸制御指令ｘｈａｒｍ５及びｙ軸制御指令ｙｈａｒｍ５からａｔａｎ２（ｙ，ｘ）を算出し、５次高調波の位相角φｃｔｒｌを求めるものである。
第１減算部３９は、第２係数部３８の出力値から、第１乗算部３６の乗算結果を減算し、ｘ軸制御指令ｘｈａｒｍ５を求めるものであり、この出力側に、振幅値算出部４２及びアークタンジェント算出部４３が接続されている。第２減算部４１は、第３係数部４０の出力値から、第２乗算部３７の乗算結果を減算し、ｙ軸制御指令ｙｈａｒｍ５を求めるものであり、この出力側に、振幅値算出部４２及びアークタンジェント算出部４３が接続されている。
振幅値算出部４２は、ｘ軸制御指令ｘｈａｒｍ５及びｙ軸制御指令ｙｈａｒｍ５から振幅値√（ｘ２＋ｙ２）を算出し、５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌを求めるものである。アークタンジェント算出部４３は、ｘ軸制御指令ｘｈａｒｍ５及びｙ軸制御指令ｙｈａｒｍ５からａｔａｎ２（ｙ，ｘ）を算出し、５次高調波の位相角φｃｔｒｌを求めるものである。
（実施例１の系統連系インバータ装置２Ａにおける全体の動作）
従来と同様に、本実施例１の三相系統連系インバータ装置２Ａでは、直流電源１から供給された直流電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１により所定の直流電圧に変換され、コンデンサ１２に蓄積される。コンデンサ１２に蓄積された電圧は、単独運転検出装置２０Ａから供給されるスイッチング駆動信号Ｓ２７によってスイッチング動作するＤＣ／ＡＣインバータ１３により、三相交流電圧に変換され、このＤＣ／ＡＣインバータ１３から、三相のインバータ電流Ｉｉｎｖが出力される。ＤＣ／ＡＣインバータ１３から出力された三相の交流電圧及びインバータ電流Ｉｉｎｖは、フィルタ回路のインダクタ１４及びコンデンサ１５によって高調波成分が除去される。
高調波成分が除去された三相交流の系統電圧Ｖａｃ及び出力電流Ｉｏは、開閉器１６を介して負荷装置３及び三相電力系統６側へ出力される。電力系統６に停電等が発生すると、遮断器５がオフ状態になり、系統連系インバータ装置２Ａが電力系統６から切り離されて単独運転状態となり、その系統連系インバータ装置２Ａから出力された系統電圧Ｖａｃ及び出力電流Ｉｏが負荷装置３へ供給される。
従来と同様に、本実施例１の三相系統連系インバータ装置２Ａでは、直流電源１から供給された直流電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１により所定の直流電圧に変換され、コンデンサ１２に蓄積される。コンデンサ１２に蓄積された電圧は、単独運転検出装置２０Ａから供給されるスイッチング駆動信号Ｓ２７によってスイッチング動作するＤＣ／ＡＣインバータ１３により、三相交流電圧に変換され、このＤＣ／ＡＣインバータ１３から、三相のインバータ電流Ｉｉｎｖが出力される。ＤＣ／ＡＣインバータ１３から出力された三相の交流電圧及びインバータ電流Ｉｉｎｖは、フィルタ回路のインダクタ１４及びコンデンサ１５によって高調波成分が除去される。
高調波成分が除去された三相交流の系統電圧Ｖａｃ及び出力電流Ｉｏは、開閉器１６を介して負荷装置３及び三相電力系統６側へ出力される。電力系統６に停電等が発生すると、遮断器５がオフ状態になり、系統連系インバータ装置２Ａが電力系統６から切り離されて単独運転状態となり、その系統連系インバータ装置２Ａから出力された系統電圧Ｖａｃ及び出力電流Ｉｏが負荷装置３へ供給される。
（実施例１の単独運転検出装置２０Ａの動作）
従来と同様に、三相系統連系インバータ装置２Ａと同じ配電線に接続されている負荷装置３とのバランス条件において、単独運転状態になった時の高調波電圧の変動を検出し、ステップ注入部２２を動作させることにより、単独運転を検出する。高調波電圧の変化が閾値未満で、ステッフ注入部２２が動作しない恐れがあるため、本実施例１では、５次高調波注入部２６Ａにより、以下のようにして、三相系統連系インバータ装置２Ａの出力側へ高調波注入を行い、単独運転となった時の高調波電圧を確実に変化させるように制御している。
５次高調波注入部２６Ａにおいて、図２のパラメータ算出部３０には、制御目標の位相角指令φｅｘを含む高調波電流制御指令ｈａｒｍ５ｒｅｆ、設定力率λ、予め取得したＤＣ／ＡＣインバータ１３の高調波特性Ａｈａｒｍ５＿ｐｃｓ、及び位相角φｈａｒｍ５＿ｐｃｓが入力される。
従来と同様に、三相系統連系インバータ装置２Ａと同じ配電線に接続されている負荷装置３とのバランス条件において、単独運転状態になった時の高調波電圧の変動を検出し、ステップ注入部２２を動作させることにより、単独運転を検出する。高調波電圧の変化が閾値未満で、ステッフ注入部２２が動作しない恐れがあるため、本実施例１では、５次高調波注入部２６Ａにより、以下のようにして、三相系統連系インバータ装置２Ａの出力側へ高調波注入を行い、単独運転となった時の高調波電圧を確実に変化させるように制御している。
５次高調波注入部２６Ａにおいて、図２のパラメータ算出部３０には、制御目標の位相角指令φｅｘを含む高調波電流制御指令ｈａｒｍ５ｒｅｆ、設定力率λ、予め取得したＤＣ／ＡＣインバータ１３の高調波特性Ａｈａｒｍ５＿ｐｃｓ、及び位相角φｈａｒｍ５＿ｐｃｓが入力される。
入力された設定力率λから、アークコサイン算出部３１により、その設定力率λのａｃｏｓ（λ）が算出され、第１係数部３２により、そのａｃｏｓ（λ）に係数「５」が掛けられる。係数「５」が掛けられた値と、入力された位相角φｈａｒｍ５＿ｐｃｓと、が加算部３３で加算され、位相角φｐｃｓ＿ｐｆが求められる。求められた位相角φｐｃｓ＿ｐｆから、余弦波算出部３４により、その位相角φｐｃｓ＿ｐｆのｃｏｓ（φｐｃｓ＿ｐｆ）が算出されると共に、正弦波算出部３５により、その位相角φｐｃｓ＿ｐｆのｓｉｎ（φｐｃｓ＿ｐｆ）が算出される。算出されたｃｏｓ（φｐｃｓ＿ｐｆ）の値と、入力されたＤＣ／ＡＣインバータ１３の高調波特性Ａｈａｒｍ５＿ｐｃｓの値と、が第１乗算部３６で乗算される。更に、算出されたｓｉｎ（φｐｃｓ＿ｐｆ）の値と、高調波特性Ａｈａｒｍ５＿ｐｃｓの値と、が第２乗算部３７で乗算される。
第２係数部３８により、位相角指令φｅｘがｃｏｓ演算されて係数ｃｏｓ（φｅｘ）が求められ、この係数ｃｏｓ（φｅｘ）が、入力された高調波電流制御指令ｈａｒｍ５ｒｅｆに掛けられて、第１減算部３９へ出力される。第３係数部４０により、位相角指令φｅｘがｓｉｎ演算されて係数ｓｉｎ（φｅｘ）が求められ、この係数ｓｉｎ（φｅｘ）が、入力された高調波電流制御指令ｈａｒｍ５ｒｅｆに掛けられて、第２減算部４１へ出力される。
第２係数部３８により、位相角指令φｅｘがｃｏｓ演算されて係数ｃｏｓ（φｅｘ）が求められ、この係数ｃｏｓ（φｅｘ）が、入力された高調波電流制御指令ｈａｒｍ５ｒｅｆに掛けられて、第１減算部３９へ出力される。第３係数部４０により、位相角指令φｅｘがｓｉｎ演算されて係数ｓｉｎ（φｅｘ）が求められ、この係数ｓｉｎ（φｅｘ）が、入力された高調波電流制御指令ｈａｒｍ５ｒｅｆに掛けられて、第２減算部４１へ出力される。
第１減算部３９により、第２係数部３８の出力値から、第１乗算部３６の乗算結果が減算され、ｘ軸制御指令ｘｈａｒｍ５が求められる。更に、第２減算部４１により、第３係数部４０の出力値から、第２乗算部３７の乗算結果が減算され、ｙ軸制御指令ｙｈａｒｍ５が求められる。求められたｘ軸制御指令ｘｈａｒｍ５及びｙ軸制御指令ｙｈａｒｍ５から、振幅値算出部４２により、振幅値√（ｘ２＋ｙ２）の演算が行われてパラメータの５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌが求められると共に、アークタンジェント算出部４３により、ａｔａｎ２（ｙ，ｘ）が演算されてパラメータの５次高調波の位相角φｃｔｒｌが求められる。
図１の５次高調波注入部２６Ａにおいて、求められたパラメータの５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌの内、振幅ｋｃｔｒｌは、第５係数部２６ｊに与えられ、位相角φｃｔｒｌは、第１、第２、第３、第４係数部２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆに与えられる。
図１の５次高調波注入部２６Ａにおいて、求められたパラメータの５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌの内、振幅ｋｃｔｒｌは、第５係数部２６ｊに与えられ、位相角φｃｔｒｌは、第１、第２、第３、第４係数部２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆに与えられる。
位相同期処理部２１Ａにおいて、ＶＴ１８で計測された三相の電圧計測値ｖａｃは、電圧計測回路２１ａにより、デジタル信号の電圧計測値に変換される。変換されたデジタル信号の電圧計測値から、瞬時位相角演算部２１ｄにより、瞬時位相角演算が行われて位相角θ（ｔ）が求められる。求められた位相角θ（ｔ）から、ＰＬＬ制御部２１ｅにより、位相同期制御が行われて同期信号φｐｌｌが求められ、５次高調波注入部２６Ａ及び電流制御処理部２７Ａへ与えられる。
５次高調波注入部２６Ａにおいて、ＰＬＬ制御部２１ｅから与えられた同期信号φｐｌｌから、正弦波算出部２６ａにより、ｓｉｎ（６・φｐｌｌ）の値が算出されて、第１、第２係数部２６ｃ，２６ｄへ与えられる。更に、同期信号φｐｌｌから、余弦波算出部２６ｂにより、ｃｏｓ（６・φｐｌｌ）の値が算出されて、第３、第４係数部２６ｅ，２６ｆへ与えられる。
５次高調波注入部２６Ａにおいて、ＰＬＬ制御部２１ｅから与えられた同期信号φｐｌｌから、正弦波算出部２６ａにより、ｓｉｎ（６・φｐｌｌ）の値が算出されて、第１、第２係数部２６ｃ，２６ｄへ与えられる。更に、同期信号φｐｌｌから、余弦波算出部２６ｂにより、ｃｏｓ（６・φｐｌｌ）の値が算出されて、第３、第４係数部２６ｅ，２６ｆへ与えられる。
第１係数部２６ｃは、位相角φｃｔｒｌのｓｉｎ演算を行って係数ｓｉｎ（φｃｔｒｌ）を求め、この係数ｓｉｎ（φｃｔｒｌ）をｓｉｎ（６・φｐｌｌ）の値に掛けて、第１減算部２６ｇへ出力する。第２係数部２６ｄは、位相角φｃｔｒｌのｃｏｓ演算を行って係数ｃｏｓ（φｃｔｒｌ）を求め、この係数ｃｏｓ（φｃｔｒｌ）をｓｉｎ（６・φｐｌｌ）の値に掛けて、第１加算部２６ｈへ出力する。
第３係数部２６ｅは、位相角φｃｔｒｌのｓｉｎ演算を行って係数ｓｉｎ（φｃｔｒｌ）を求め、この係数ｓｉｎ（φｃｔｒｌ）をｃｏｓ（６・φｐｌｌ）の値に掛けて、第１加算部２６ｈへ出力する。更に、第４係数部２６ｆは、位相角φｃｔｒｌのｃｏｓ演算を行って係数ｃｏｓ（φｃｔｒｌ）を求め、この係数ｃｏｓ（φｃｔｒｌ）をｃｏｓ（６・φｐｌｌ）の値に掛けて、第１減算部２６ｇへ出力する。
第３係数部２６ｅは、位相角φｃｔｒｌのｓｉｎ演算を行って係数ｓｉｎ（φｃｔｒｌ）を求め、この係数ｓｉｎ（φｃｔｒｌ）をｃｏｓ（６・φｐｌｌ）の値に掛けて、第１加算部２６ｈへ出力する。更に、第４係数部２６ｆは、位相角φｃｔｒｌのｃｏｓ演算を行って係数ｃｏｓ（φｃｔｒｌ）を求め、この係数ｃｏｓ（φｃｔｒｌ）をｃｏｓ（６・φｐｌｌ）の値に掛けて、第１減算部２６ｇへ出力する。
第１減算部２６ｇにより、第４係数部２６ｆの出力値から、第１係数部２６ｃの出力値が減算される。更に、第１加算部２６ｈにより、第２係数部２６ｄの出力値と第３係数部２６ｅの出力値とが加算される。
５次高調波注入部２６Ａに入力されたｉｄ指令及びｉｑ指令から、振幅値算出部２６ｉにより、その振幅値√（ｉｄ２＋ｉｑ２）が算出され、第５係数部２６ｊにより、係数「ｋｃｔｒｌ」が掛けられる。この掛けられた値と第１減算部２６ｇの減算結果とが、第１乗算部２６ｋで乗算され、更に、その掛けられた値と第１加算部２６ｈの加算結果とが、第２乗算部２６ｌで乗算される。第１乗算部２６ｋの乗算結果とｉｄ指令とは、第２加算部２６ｍで加算されてｉｄ調整値Ｓ２６ｍが生成され、電流制御処理部２７Ａへ与えられる。更に、第２減算部２６ｎにより、ｉｑ指令から第２乗算部２６ｌの乗算結果が減算されて、ｉｑ調整値Ｓ２６ｎが生成され、電流制御処理部２７Ａへ与えられる。
５次高調波注入部２６Ａに入力されたｉｄ指令及びｉｑ指令から、振幅値算出部２６ｉにより、その振幅値√（ｉｄ２＋ｉｑ２）が算出され、第５係数部２６ｊにより、係数「ｋｃｔｒｌ」が掛けられる。この掛けられた値と第１減算部２６ｇの減算結果とが、第１乗算部２６ｋで乗算され、更に、その掛けられた値と第１加算部２６ｈの加算結果とが、第２乗算部２６ｌで乗算される。第１乗算部２６ｋの乗算結果とｉｄ指令とは、第２加算部２６ｍで加算されてｉｄ調整値Ｓ２６ｍが生成され、電流制御処理部２７Ａへ与えられる。更に、第２減算部２６ｎにより、ｉｑ指令から第２乗算部２６ｌの乗算結果が減算されて、ｉｑ調整値Ｓ２６ｎが生成され、電流制御処理部２７Ａへ与えられる。
電流制御処理部２７Ａにおいて、ＣＴ１７で計測された三相ＵＶＷの電流計測値ｉｉｎｖから、三相／二相変換部２７ａにより、二相のαβ座標系に変換される。変換された二相のαβ座標系は、回転座標変換部２７ｂにより、ｄｑ座標系に変換されてｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑが生成され、第１、第２減算部２７ｃ，２７ｄへそれぞれ与えられる。第１減算部２７ｃは、５次高調波注入部２６Ａ内の第２加算部２６ｍから与えられたｉｄ調整値Ｓ２６ｍから、ｄ軸電流ｉｄの値を減算する。更に、第２減算部２７ｄは、５次高調波注入部２６Ａ内の第２減算部２６ｎから与えられたｉｑ調整値Ｓ２６ｎから、ｑ軸電流ｉｑの値を減算する。
第１減算部２７ｃの減算結果から、第１電流制御部２７ｅにより、ＰＩ等のフィートバック制御が行われ、更に、第２減算部２７ｄの減算値から、第２電流制御部２７ｆにより、ＰＩ等のフィートバック制御が行われる。第１、第２電流制御部２７ｅ，２７ｆの制御結果から、変調制御部２７ｇにより、ＰＷＭ等の変調が行われ、スイッチング駆動信号Ｓ２７が生成され、ＤＣ／ＡＣインバータ１３がスイッチング動作を行う。これにより、三相系統連系インバータ装置２Ａの出力側へ高調波注入が行われ、単独運転となった時の高調波電圧が確実に変化する。
第１減算部２７ｃの減算結果から、第１電流制御部２７ｅにより、ＰＩ等のフィートバック制御が行われ、更に、第２減算部２７ｄの減算値から、第２電流制御部２７ｆにより、ＰＩ等のフィートバック制御が行われる。第１、第２電流制御部２７ｅ，２７ｆの制御結果から、変調制御部２７ｇにより、ＰＷＭ等の変調が行われ、スイッチング駆動信号Ｓ２７が生成され、ＤＣ／ＡＣインバータ１３がスイッチング動作を行う。これにより、三相系統連系インバータ装置２Ａの出力側へ高調波注入が行われ、単独運転となった時の高調波電圧が確実に変化する。
（実施例１の効果）
本実施例１の単独運転検出装置２０Ａ及びそれを備えた三相系統連系インバータ装置２Ａによれば、５次高調波注入部２６Ａを設け、パラメータ算出部３０により、設定力率λに対するパラメータとして５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出し、５次高調波の目標指令であるｉｄ指令及びｉｑ指令と、５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌと、のベクトル演算により、三相電力系統６に対して注入する５次高調波電流の振幅及び位相角を算出し、高調波制御を行わせる構成になっている。そのため、力率出力条件においても、例えば、三相電力系統６側の変圧器４の励磁電流等に同期した安定な５次高調波出力を行い、単独運転検出を確実に行わせることができる。
本実施例１の単独運転検出装置２０Ａ及びそれを備えた三相系統連系インバータ装置２Ａによれば、５次高調波注入部２６Ａを設け、パラメータ算出部３０により、設定力率λに対するパラメータとして５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出し、５次高調波の目標指令であるｉｄ指令及びｉｑ指令と、５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌと、のベクトル演算により、三相電力系統６に対して注入する５次高調波電流の振幅及び位相角を算出し、高調波制御を行わせる構成になっている。そのため、力率出力条件においても、例えば、三相電力系統６側の変圧器４の励磁電流等に同期した安定な５次高調波出力を行い、単独運転検出を確実に行わせることができる。
（実施例２の構成）
図３は、本発明の実施例２における５次高調波用のパラメータ算出部３０Ａの構成を示す機能ブロック図であり、実施例１を示す図２のパラメータ算出部３０の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
本実施例２のパラメータ算出部３０Ａでは、実施例１のパラメータ算出部３０中の設定力率λを入力するアークコサイン算出部３１に代えて、電流指令であるｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆを入力するアークタンジェント算出部３１Ａを設けた点が異なっている。本実施例２のアークタンジェント算出部３１Ａは、ｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆを入力し、角度（ｉｑｒｅｆ，ｉｄｒｅｆ）のａｔａｎ演算を行ってａｔａｎ２（ｉｑｒｅｆ，ｉｄｒｅｆ）の値を算出するものであり、この出力側に、実施例１と同様の第１係数部３２が接続されている。その他の構成は、実施例１と同様である。
図３は、本発明の実施例２における５次高調波用のパラメータ算出部３０Ａの構成を示す機能ブロック図であり、実施例１を示す図２のパラメータ算出部３０の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
本実施例２のパラメータ算出部３０Ａでは、実施例１のパラメータ算出部３０中の設定力率λを入力するアークコサイン算出部３１に代えて、電流指令であるｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆを入力するアークタンジェント算出部３１Ａを設けた点が異なっている。本実施例２のアークタンジェント算出部３１Ａは、ｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆを入力し、角度（ｉｑｒｅｆ，ｉｄｒｅｆ）のａｔａｎ演算を行ってａｔａｎ２（ｉｑｒｅｆ，ｉｄｒｅｆ）の値を算出するものであり、この出力側に、実施例１と同様の第１係数部３２が接続されている。その他の構成は、実施例１と同様である。
（実施例２の動作）
図３のパラメータ算出部３０Ａには、実施例１と同様の制御目標の位相角指令φｅｘを含む高調波電流制御指令ｈａｒｍ５ｒｅｆ、予め取得したＤＣ／ＡＣインバータ１３の高調波特性Ａｈａｒｍ５＿ｐｃｓ、及び位相角φｈａｒｍ５＿ｐｃｓと、実施例１とは異なる電流指令であるｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆと、が入力される。
入力されたｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆから、アークタンジェント算出部３１Ａにより、ａｔａｎ演算が行われてａｔａｎ２（ｉｑｒｅｆ，ｉｄｒｅｆ）の値が算出され、第１係数部３２により、係数「５」が掛けられる。係数「５」が掛けられた値と、入力された位相角φｈａｒｍ５＿ｐｃｓの値と、が加算部３３で加算され、位相角φｐｃｓ＿ｐｆが求められる。
図３のパラメータ算出部３０Ａには、実施例１と同様の制御目標の位相角指令φｅｘを含む高調波電流制御指令ｈａｒｍ５ｒｅｆ、予め取得したＤＣ／ＡＣインバータ１３の高調波特性Ａｈａｒｍ５＿ｐｃｓ、及び位相角φｈａｒｍ５＿ｐｃｓと、実施例１とは異なる電流指令であるｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆと、が入力される。
入力されたｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆから、アークタンジェント算出部３１Ａにより、ａｔａｎ演算が行われてａｔａｎ２（ｉｑｒｅｆ，ｉｄｒｅｆ）の値が算出され、第１係数部３２により、係数「５」が掛けられる。係数「５」が掛けられた値と、入力された位相角φｈａｒｍ５＿ｐｃｓの値と、が加算部３３で加算され、位相角φｐｃｓ＿ｐｆが求められる。
そして、実施例１と同様の動作により、振幅値算出部４２により、振幅値√（ｘ２＋ｙ２）の演算が行われて高調波の振幅ｋｃｔｒｌが求められると共に、アークタンジェント算出部４３により、ａｔａｎ２（ｙ，ｘ）の演算が行われて高調波の位相角φｃｔｒｌが求められる。これにより、実施例１の５次高調波注入部２６Ａと同様の動作が行われる。
（実施例２の効果）
本実施例２の単独運転検出装置２０Ａ及びそれを備える三相系統連系インバータ装置２Ａによれば、５次高調波注入部２６Ａを設け、パラメータ算出部３０Ａにより、電流指令であるｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆに対する５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出し、５次高調波の目標指令であるｉｄ指令及びｉｑ指令と、５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌと、のベクトル演算により、三相電力系統６に対して注入する５次高調波電流の振幅及び位相角を算出し、高調波制御を行わせる構成になっている。そのため、実施例１と同様に、力率出力条件においても、例えば、三相電力系統６側の変圧器４の励磁電流等に同期した安定な５次高調波出力を行い、単独運転検出を確実に行わせることができる。
本実施例２の単独運転検出装置２０Ａ及びそれを備える三相系統連系インバータ装置２Ａによれば、５次高調波注入部２６Ａを設け、パラメータ算出部３０Ａにより、電流指令であるｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆに対する５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出し、５次高調波の目標指令であるｉｄ指令及びｉｑ指令と、５次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌと、のベクトル演算により、三相電力系統６に対して注入する５次高調波電流の振幅及び位相角を算出し、高調波制御を行わせる構成になっている。そのため、実施例１と同様に、力率出力条件においても、例えば、三相電力系統６側の変圧器４の励磁電流等に同期した安定な５次高調波出力を行い、単独運転検出を確実に行わせることができる。
（実施例３の構成）
図４は、本発明の実施例３における単相系統連系インバータ装置２Ｂの構成例を示す概略の機能ブロック図である。
本実施例３の単相系統連系インバータ装置２Ｂは、実施例１の図１の三相系統連系インバータ装置２Ａと略同様に、直流電源１に接続された単相用のＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ｂと、コンデンサ１２Ｂと、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３Ｂと、インダクタ１４Ｂ及びコンデンサ１５Ｂを有するＬＣ形フィルタ回路と、開閉器１６Ｂと、ＣＴ１７Ｂと、ＶＴ１８Ｂと、を備えている。
単相系統連系インバータ装置２Ｂの出力側には、実施例１と略同様に、単相用の負荷装置３Ｂ、変圧器４Ｂ、遮断器５Ｂ、及び単相電力系統６Ｂが接続されている。
単相系統連系インバータ装置２Ｂの単独運転を検出するための単相用の単独運転検出装置２０Ｂは、実施例１と略同様に、位相同期処理部２１Ｂ、ステップ注入部２２Ｂ、無効電力注入部２３Ｂ、加算部２４Ｂ、図示しない単独運転検出部、３次高調波注入部２６Ｂ、及び電流制御処理部２７Ｂを有している。
図４は、本発明の実施例３における単相系統連系インバータ装置２Ｂの構成例を示す概略の機能ブロック図である。
本実施例３の単相系統連系インバータ装置２Ｂは、実施例１の図１の三相系統連系インバータ装置２Ａと略同様に、直流電源１に接続された単相用のＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ｂと、コンデンサ１２Ｂと、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３Ｂと、インダクタ１４Ｂ及びコンデンサ１５Ｂを有するＬＣ形フィルタ回路と、開閉器１６Ｂと、ＣＴ１７Ｂと、ＶＴ１８Ｂと、を備えている。
単相系統連系インバータ装置２Ｂの出力側には、実施例１と略同様に、単相用の負荷装置３Ｂ、変圧器４Ｂ、遮断器５Ｂ、及び単相電力系統６Ｂが接続されている。
単相系統連系インバータ装置２Ｂの単独運転を検出するための単相用の単独運転検出装置２０Ｂは、実施例１と略同様に、位相同期処理部２１Ｂ、ステップ注入部２２Ｂ、無効電力注入部２３Ｂ、加算部２４Ｂ、図示しない単独運転検出部、３次高調波注入部２６Ｂ、及び電流制御処理部２７Ｂを有している。
位相同期処理部２１Ｂは、ＶＴ１８で計測された単相電圧計測値ｖａｃに基づいて同期信号φｐｌｌを生成するものであり、実施例１の構成と異なり、例えば、ハードウェアで構成された電圧計測回路５１と、ソフトウェアで構成されたＰＬＬ制御部５２と、を有している。電圧計測回路５１は、単相電圧計測値ｖａｃをデジタル信号の電圧計測値に変換する回路であり、この出力側に、ＰＬＬ制御部５２が接続されている。ＰＬＬ制御部５２は、電圧計測回路５１で変換されたデジタル信号の電圧計測値に対して位相同期制御を行って同期信号φｐｌｌを求め、この同期信号φｐｌｌを３次高調波注入部２６Ｂへ与えるものである。
３次高調波注入部２６Ｂは、設定力率λに対するパラメータとして高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出し、高調波の目標指令である有効電流指令ｉｄｒｅｆ（以下「ｉｄｒｅｆ指令」という。）及び無効電流指令ｉｑｒｅｆ（以下「ｉｑｒｅｆ指令」という。）と、その高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌと、のベクトル演算により、単相電力系統６Ｂに対して注入する高調波電流の振幅及び位相角を算出し、高調波制御を行わせるものである。
３次高調波注入部２６Ｂは、設定力率λに対するパラメータとして高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出し、高調波の目標指令である有効電流指令ｉｄｒｅｆ（以下「ｉｄｒｅｆ指令」という。）及び無効電流指令ｉｑｒｅｆ（以下「ｉｑｒｅｆ指令」という。）と、その高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌと、のベクトル演算により、単相電力系統６Ｂに対して注入する高調波電流の振幅及び位相角を算出し、高調波制御を行わせるものである。
この３次高調波注入部２６Ｂは、第１、第２正弦波算出部６１，６２、余弦波算出部６３、第１、第２、第３乗算部６４，６５，６６、第１、第２加算部６７，７０、振幅値算出部６８、係数部６９、及びパラメータ算出部３０Ｂを有し、例えば、ソフトウェアで構成されている。
パラメータ算出部３０Ｂは、設定力率λに対するパラメータとして高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出するものである。第１正弦波算出部６１は、角度（３・φｐｌｌ＋φｃｔｒｌ）のｓｉｎ演算を行ってｓｉｎ（３・φｐｌｌ＋φｃｔｒｌ）の値を算出するものである。第２正弦波算出部６２は、角度（φｐｌｌ）のｓｉｎ演算を行ってｓｉｎ（φｐｌｌ）の値を算出するものである。余弦波算出部６３は、角度（φｐｌｌ）のｃｏｓ演算を行ってｃｏｓ（φｐｌｌ）の値を算出するものである。第１、第２正弦波算出部６１，６２の出力側には、第１、第２乗算部６４，６５がそれぞれ接続されている。余弦波算出部６３の出力側には、第３乗算部６６が接続されている。第２、第３乗算部６５，６６の出力側には、第１加算部６７が接続されている。第１加算部６７及び第１乗算部６４の出力側には、電流指令調整値Ｓ７０を生成する第２加算部７０が接続されている。
パラメータ算出部３０Ｂは、設定力率λに対するパラメータとして高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出するものである。第１正弦波算出部６１は、角度（３・φｐｌｌ＋φｃｔｒｌ）のｓｉｎ演算を行ってｓｉｎ（３・φｐｌｌ＋φｃｔｒｌ）の値を算出するものである。第２正弦波算出部６２は、角度（φｐｌｌ）のｓｉｎ演算を行ってｓｉｎ（φｐｌｌ）の値を算出するものである。余弦波算出部６３は、角度（φｐｌｌ）のｃｏｓ演算を行ってｃｏｓ（φｐｌｌ）の値を算出するものである。第１、第２正弦波算出部６１，６２の出力側には、第１、第２乗算部６４，６５がそれぞれ接続されている。余弦波算出部６３の出力側には、第３乗算部６６が接続されている。第２、第３乗算部６５，６６の出力側には、第１加算部６７が接続されている。第１加算部６７及び第１乗算部６４の出力側には、電流指令調整値Ｓ７０を生成する第２加算部７０が接続されている。
ｉｄｒｅｆ指令及びｉｑｒｅｆ指令は、第２、第３乗算部６５，６６にそれぞれ入力されると共に、振幅値算出部６８にも入力される。振幅値算出部６８は、ｉｄｒｅｆ指令及びｉｑｒｅｆ指令に基づき、これらの振幅値√（ｉｄｒｅｆ２＋ｉｑｒｅｆ２）を算出するものであり、この出力側に、係数部６９が接続されている。係数部６９は、振幅値√（ｉｄｒｅｆ２＋ｉｑｒｅｆ２）に係数「ｋｃｔｒｌ」を掛けるものであり、この出力側に、第１乗算部６４が接続されている。
電流制御処理部２７Ｂは、３次高調波注入部２６Ｂ内の第２加算部７０から与えられる電流指令調整値Ｓ７０に基づいてスイッチング駆動信号Ｓ２７Ｂを生成し、単相用のＤＣ／ＡＣインバータ１３Ｂのスイッチング動作を制御するものである。この電流制御処理部２７Ｂは、減算部７１、電流制御部７２、及び変調制御部７３を有し、例えば、ソフトウェアで構成されている。
減算部７１は、電流指令調整値Ｓ７０から、ＣＴ１７Ｂの単相電流計測値ｉｉｎｖを減算するものであり、この出力側に、電流制御部７２が接続されている。電流制御部７２は、減算部７１の減算結果に対してＰＩ等のフィートバック制御を行うものであり、この出力側に、変調制御部７３が接続されている。変調制御部７３は、電流制御部７２の制御結果に対してＰＷＭ等の変調を行い、単相用のＤＣ／ＡＣインバータ１３Ｂをスイッチング動作させるためのスイッチング駆動信号Ｓ２７Ｂを生成するものである。
電流制御処理部２７Ｂは、３次高調波注入部２６Ｂ内の第２加算部７０から与えられる電流指令調整値Ｓ７０に基づいてスイッチング駆動信号Ｓ２７Ｂを生成し、単相用のＤＣ／ＡＣインバータ１３Ｂのスイッチング動作を制御するものである。この電流制御処理部２７Ｂは、減算部７１、電流制御部７２、及び変調制御部７３を有し、例えば、ソフトウェアで構成されている。
減算部７１は、電流指令調整値Ｓ７０から、ＣＴ１７Ｂの単相電流計測値ｉｉｎｖを減算するものであり、この出力側に、電流制御部７２が接続されている。電流制御部７２は、減算部７１の減算結果に対してＰＩ等のフィートバック制御を行うものであり、この出力側に、変調制御部７３が接続されている。変調制御部７３は、電流制御部７２の制御結果に対してＰＷＭ等の変調を行い、単相用のＤＣ／ＡＣインバータ１３Ｂをスイッチング動作させるためのスイッチング駆動信号Ｓ２７Ｂを生成するものである。
図５は、図４中の３次高調波用のパラメータ算出部３０Ｂの構成を示す機能ブロック図である。
パラメータ算出部３０Ｂは、制御目標の位相角指令φｅｘを含む高調波電流制御指令ｈａｒｍ３ｒｅｆ、設定力率λ、予め取得したＤＣ／ＡＣインバータ１３Ｂの高調波特性Ａｈａｒｍ３＿ｐｃｓ、及び位相角φｈａｒｍ３＿ｐｃｓを入力し、演算により、その設定力率λに対するパラメータである高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出するものである。このパラメータ算出部３０Ｂは、図２のパラメータ算出部３０と略同様に、アークコサイン算出部３１Ｂ、第１、第２、第３係数部３２Ｂ，３８Ｂ，４０Ｂ、加算部３３Ｂ、余弦波算出部３４Ｂ、正弦波算出部３５Ｂ、第１、第２乗算部３６Ｂ，３７Ｂ、第１、第２減算部３９Ｂ，４１Ｂ、振幅値算出部４２Ｂ、及びアークタンジェント算出部４３Ｂを有している。
パラメータ算出部３０Ｂは、制御目標の位相角指令φｅｘを含む高調波電流制御指令ｈａｒｍ３ｒｅｆ、設定力率λ、予め取得したＤＣ／ＡＣインバータ１３Ｂの高調波特性Ａｈａｒｍ３＿ｐｃｓ、及び位相角φｈａｒｍ３＿ｐｃｓを入力し、演算により、その設定力率λに対するパラメータである高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出するものである。このパラメータ算出部３０Ｂは、図２のパラメータ算出部３０と略同様に、アークコサイン算出部３１Ｂ、第１、第２、第３係数部３２Ｂ，３８Ｂ，４０Ｂ、加算部３３Ｂ、余弦波算出部３４Ｂ、正弦波算出部３５Ｂ、第１、第２乗算部３６Ｂ，３７Ｂ、第１、第２減算部３９Ｂ，４１Ｂ、振幅値算出部４２Ｂ、及びアークタンジェント算出部４３Ｂを有している。
（実施例３の単相系統連系インバータ装置２Ｂにおける全体の動作）
本実施例３の単相系統連系インバータ装置２Ｂは、実施例１の三相系統連系インバータ装置２Ａと略同様の動作を行う。
本実施例３の単相系統連系インバータ装置２Ｂは、実施例１の三相系統連系インバータ装置２Ａと略同様の動作を行う。
（実施例３の単独運転検出装置２０Ｂの動作）
実施例１の単独運転検出装置２０Ａ内の５次高調波注入部２６Ａと同様に、本実施例３の３次高調波注入部２６Ｂにおいて、図５のパラメータ算出部３０Ｂには、制御目標の位相角指令φｅｘを含む高調波電流制御指令ｈａｒｍ３ｒｅｆ、設定力率λ、予め取得した単相用のＤＣ／ＡＣインバータ１３Ｂの高調波特性Ａｈａｒｍ３＿ｐｃｓ、及び位相角φｈａｒｍ３＿ｐｃｓが入力される。
入力された設定力率λから、アークコサイン算出部３１Ｂにより、ａｃｏｓ演算が行われてａｃｏｓ（λ）の値が算出され、第１係数部３２Ｂにより、そのａｃｏｓ（λ）の値に係数「３」が掛けられる。係数「３」が掛けられた値と、入力された位相角φｈａｒｍ３＿ｐｃｓの値と、が加算部３３Ｂで加算され、位相角φｐｃｓ＿ｐｆが求められる。
実施例１の単独運転検出装置２０Ａ内の５次高調波注入部２６Ａと同様に、本実施例３の３次高調波注入部２６Ｂにおいて、図５のパラメータ算出部３０Ｂには、制御目標の位相角指令φｅｘを含む高調波電流制御指令ｈａｒｍ３ｒｅｆ、設定力率λ、予め取得した単相用のＤＣ／ＡＣインバータ１３Ｂの高調波特性Ａｈａｒｍ３＿ｐｃｓ、及び位相角φｈａｒｍ３＿ｐｃｓが入力される。
入力された設定力率λから、アークコサイン算出部３１Ｂにより、ａｃｏｓ演算が行われてａｃｏｓ（λ）の値が算出され、第１係数部３２Ｂにより、そのａｃｏｓ（λ）の値に係数「３」が掛けられる。係数「３」が掛けられた値と、入力された位相角φｈａｒｍ３＿ｐｃｓの値と、が加算部３３Ｂで加算され、位相角φｐｃｓ＿ｐｆが求められる。
求められた位相角φｐｃｓ＿ｐｆから、余弦波算出部３４Ｂにより、ｃｏｓ演算が行われてｃｏｓ（φｐｃｓ＿ｐｆ）の値が算出されると共に、正弦波算出部３５Ｂにより、ｓｉｎ演算が行われてｓｉｎ（φｐｃｓ＿ｐｆ）の値が算出される。算出されたｃｏｓ（φｐｃｓ＿ｐｆ）の値と、入力された単相用のＤＣ／ＡＣインバータ１３Ｂの高調波特性Ａｈａｒｍ３＿ｐｃｓの値と、が第１乗算部３６Ｂで乗算される。更に、算出されたｓｉｎ（φｐｃｓ＿ｐｆ）の値と、高調波特性Ａｈａｒｍ３＿ｐｃｓの値と、が第２乗算部３７Ｂで乗算される。
第２係数部３８Ｂは、位相角指令φｅｘのｃｏｓ演算を行って係数ｃｏｓ（φｅｘ）を求め、この係数ｃｏｓ（φｅｘ）を、入力された高調波電流制御指令ｈａｒｍ３ｒｅｆに掛けて、第１減算部３９Ｂへ出力する。第３係数部４０Ｂは、位相角指令φｅｘのｓｉｎ演算を行って係数ｓｉｎ（φｅｘ）を求め、この係数ｓｉｎ（φｅｘ）を、入力された高調波電流制御指令ｈａｒｍ３ｒｅｆに掛けて、第２減算部４１Ｂへ出力する。
第２係数部３８Ｂは、位相角指令φｅｘのｃｏｓ演算を行って係数ｃｏｓ（φｅｘ）を求め、この係数ｃｏｓ（φｅｘ）を、入力された高調波電流制御指令ｈａｒｍ３ｒｅｆに掛けて、第１減算部３９Ｂへ出力する。第３係数部４０Ｂは、位相角指令φｅｘのｓｉｎ演算を行って係数ｓｉｎ（φｅｘ）を求め、この係数ｓｉｎ（φｅｘ）を、入力された高調波電流制御指令ｈａｒｍ３ｒｅｆに掛けて、第２減算部４１Ｂへ出力する。
第１減算部３９Ｂにより、第２係数部３８Ｂの出力値から、第１乗算部３６Ｂの乗算結果が減算され、ｘ軸制御指令ｘｈａｒｍ３が求められる。更に、第２減算部４１Ｂにより、第３係数部４０Ｂの出力値から、第２乗算部３７Ｂの乗算結果が減算され、ｙ軸制御指令ｙｈａｒｍ３が求められる。求められたｘ軸制御指令ｘｈａｒｍ３及びｙ軸制御指令ｙｈａｒｍ３から、振幅値算出部４２Ｂにより、振幅値√（ｘ２＋ｙ２）の演算が行われて高調波の振幅ｋｃｔｒｌが求められると共に、アークタンジェント算出部４３Ｂにより、ａｔａｎ２（ｙ，ｘ）が演算されて高調波の位相角φｃｔｒｌが求められる。
求められた高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌの内、振幅ｋｃｔｒｌは、図４の３次高調波注入部２６Ｂ内の係数部６９に与えられ、位相角φｃｔｒｌは、第１正弦波算出部６１に与えられる。
求められた高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌの内、振幅ｋｃｔｒｌは、図４の３次高調波注入部２６Ｂ内の係数部６９に与えられ、位相角φｃｔｒｌは、第１正弦波算出部６１に与えられる。
位相同期処理部２１Ｂにおいて、ＶＴ１８Ｂで計測された単相電圧計測値ｖａｃは、電圧計測回路５１により、デジタル信号の電圧計測値に変換される。変換されたデジタル信号の電圧計測値から、ＰＬＬ制御部５２により、位相同期制御が行われて同期信号φｐｌｌが求められ、３次高調波注入部２６Ｂへ与えられる。
３次高調波注入部２６Ｂにおいて、ＰＬＬ制御部５２から与えられた同期信号φｐｌｌから、第１正弦波算出部６１により、ｓｉｎ演算が行われてｓｉｎ（３・φｐｌｌ＋φｃｔｒｌ）の値が算出され、第２正弦波算出部６２により、ｓｉｎ演算が行われてｓｉｎ（φｐｌｌ）の値が算出される。更に、余弦波算出部６３により、ｃｏｓ演算が行われてｃｏｓ（φｐｌｌ）の値が算出される。算出されたｓｉｎ（φｐｌｌ）の値と、入力されたｉｄｒｅｆ指令と、が第２乗算部６５で乗算される。更に、算出されたｃｏｓ（φｐｌｌ）の値と、入力されたｉｑｒｅｆ指令と、が第３乗算部６６で乗算される。第２乗算部６５の乗算結果と第３乗算部６６の乗算結果とが、第１加算部６７で加算される。
３次高調波注入部２６Ｂにおいて、ＰＬＬ制御部５２から与えられた同期信号φｐｌｌから、第１正弦波算出部６１により、ｓｉｎ演算が行われてｓｉｎ（３・φｐｌｌ＋φｃｔｒｌ）の値が算出され、第２正弦波算出部６２により、ｓｉｎ演算が行われてｓｉｎ（φｐｌｌ）の値が算出される。更に、余弦波算出部６３により、ｃｏｓ演算が行われてｃｏｓ（φｐｌｌ）の値が算出される。算出されたｓｉｎ（φｐｌｌ）の値と、入力されたｉｄｒｅｆ指令と、が第２乗算部６５で乗算される。更に、算出されたｃｏｓ（φｐｌｌ）の値と、入力されたｉｑｒｅｆ指令と、が第３乗算部６６で乗算される。第２乗算部６５の乗算結果と第３乗算部６６の乗算結果とが、第１加算部６７で加算される。
入力されたｉｄｒｅｆ指令及びｉｑｒｅｆ指令から、振幅値算出部６８により、その振幅値√（ｉｄｒｅｆ２＋ｉｑｒｅｆ２）が算出され、係数部６９により、係数「ｋｃｔｒｌ」が掛けられる。この掛けられた値とｓｉｎ（３・φｐｌｌ＋φｃｔｒｌ）の値とが、第１乗算部６４で乗算される。この第１乗算部６４の乗算結果と第１加算部６７の加算結果とが、第２加算部７０で加算されて電流指令調整値Ｓ７０が生成され、電流制御処理部２７Ｂへ与えられる。
電流制御処理部２７Ｂにおいて、減算部７１により、電流指令調整値Ｓ７０から、ＣＴ１７Ｂで計測された単相電流計測値ｉｉｎｖが減算される。減算部７１の減算結果から、電流制御部７２により、ＰＩ等のフィートバック制御が行われる。電流制御部７２の制御結果から、変調制御部７３により、ＰＷＭ等の変調が行われ、スイッチング駆動信号Ｓ２７Ｂが生成され、単相用のＤＣ／ＡＣインバータ１３Ｂがスイッチング動作を行う。これにより、単相系統連系インバータ装置２Ｂの出力側へ高調波注入が行われ、単独運転となった時の高調波電圧が確実に変化する。
電流制御処理部２７Ｂにおいて、減算部７１により、電流指令調整値Ｓ７０から、ＣＴ１７Ｂで計測された単相電流計測値ｉｉｎｖが減算される。減算部７１の減算結果から、電流制御部７２により、ＰＩ等のフィートバック制御が行われる。電流制御部７２の制御結果から、変調制御部７３により、ＰＷＭ等の変調が行われ、スイッチング駆動信号Ｓ２７Ｂが生成され、単相用のＤＣ／ＡＣインバータ１３Ｂがスイッチング動作を行う。これにより、単相系統連系インバータ装置２Ｂの出力側へ高調波注入が行われ、単独運転となった時の高調波電圧が確実に変化する。
（実施例３の効果）
本実施例３の単独運転検出装置２０Ｂ及びそれを備える単相系統連系インバータ装置２Ｂによれば、３次高調波注入部２６Ｂを設け、パラメータ算出部３０Ｂにより、設定力率λに対するパラメータである３次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出し、３次高調波の目標指令であるｉｄｒｅｆ指令及びｉｑｒｅｆ指令と、３次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌと、のベクトル演算により、単相電力系統６Ｂに対して注入する３次高調波電流の振幅及び位相角を算出し、高調波制御を行わせる構成になっている。そのため、力率出力条件においても、例えば、単相電力系統６Ｂ側の変圧器４Ｂの励磁電流等に同期した安定な３次高調波出力を行い、単独運転検出を確実に行わせることができる。
本実施例３の単独運転検出装置２０Ｂ及びそれを備える単相系統連系インバータ装置２Ｂによれば、３次高調波注入部２６Ｂを設け、パラメータ算出部３０Ｂにより、設定力率λに対するパラメータである３次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出し、３次高調波の目標指令であるｉｄｒｅｆ指令及びｉｑｒｅｆ指令と、３次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌと、のベクトル演算により、単相電力系統６Ｂに対して注入する３次高調波電流の振幅及び位相角を算出し、高調波制御を行わせる構成になっている。そのため、力率出力条件においても、例えば、単相電力系統６Ｂ側の変圧器４Ｂの励磁電流等に同期した安定な３次高調波出力を行い、単独運転検出を確実に行わせることができる。
（実施例４の構成）
図６は、本発明の実施例４における３次高調波用のパラメータ算出部３０Ｃの構成を示す機能ブロック図である。
本実施例４の３次高調波用のパラメータ算出部３０Ｃは、制御目標の位相角指令φｅｘを含む高調波電流制御指令ｈａｒｍ３ｒｅｆ、電流指令であるｉｄｒｅｆ指令とｉｑｒｅｆ指令、予め取得した単相用のＤＣ／ＡＣインバータ１３Ｂの高調波特性Ａｈａｒｍ３＿ｐｃｓ、及び位相角φｈａｒｍ３＿ｐｃｓを入力し、演算により、その電流指令であるｉｄｒｅｆ指令及びｉｑｒｅｆ指令に対するパラメータである三次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出するものである。
この３次高調波用のパラメータ算出部３０Ｃは、図３の５次高調波用のパラメータ算出部３０Ａと略同様に、アークコサイン算出部３１Ｃ、第１、第２、第３係数部３２Ｃ，３８Ｃ，４０Ｃ、加算部３３Ｃ、余弦波算出部３４Ｃ、正弦波算出部３５Ｃ、第１、第２乗算部３６Ｃ，３７Ｃ、第１、第２減算部３９Ｃ，４１Ｃ、振幅値算出部４２Ｃ、及びアークタンジェント算出部４３Ｃを有している。
図６は、本発明の実施例４における３次高調波用のパラメータ算出部３０Ｃの構成を示す機能ブロック図である。
本実施例４の３次高調波用のパラメータ算出部３０Ｃは、制御目標の位相角指令φｅｘを含む高調波電流制御指令ｈａｒｍ３ｒｅｆ、電流指令であるｉｄｒｅｆ指令とｉｑｒｅｆ指令、予め取得した単相用のＤＣ／ＡＣインバータ１３Ｂの高調波特性Ａｈａｒｍ３＿ｐｃｓ、及び位相角φｈａｒｍ３＿ｐｃｓを入力し、演算により、その電流指令であるｉｄｒｅｆ指令及びｉｑｒｅｆ指令に対するパラメータである三次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出するものである。
この３次高調波用のパラメータ算出部３０Ｃは、図３の５次高調波用のパラメータ算出部３０Ａと略同様に、アークコサイン算出部３１Ｃ、第１、第２、第３係数部３２Ｃ，３８Ｃ，４０Ｃ、加算部３３Ｃ、余弦波算出部３４Ｃ、正弦波算出部３５Ｃ、第１、第２乗算部３６Ｃ，３７Ｃ、第１、第２減算部３９Ｃ，４１Ｃ、振幅値算出部４２Ｃ、及びアークタンジェント算出部４３Ｃを有している。
（実施例４の動作）
図６のパラメータ算出部３０Ｃでは、入力されたｉｄｒｅｆ指令及びｉｑｒｅｆ指令から、アークタンジェント算出部３１Ｃにより、ａｔａｎ演算が行われてａｔａｎ２（ｉｑｒｅｆ，ｉｄｒｅｆ）の値が算出され、第１係数部３２Ｃにより、係数「３」が掛けられる。係数「３」が掛けられた値と、入力された位相角φｈａｒｍ３＿ｐｃｓの値と、が加算部３３Ｃで加算され、位相角φｐｃｓ＿ｐｆが求められる。
そして、実施例２の図３と同様の動作により、振幅値算出部４２Ｃにより、振幅値√（ｘ２＋ｙ２）の演算が行われて３次高調波の振幅ｋｃｔｒｌが求められると共に、アークタンジェント算出部４３Ｃにより、ａｔａｎ２（ｙ，ｘ）の演算が行われて３次高調波の位相角φｃｔｒｌが求められる。これにより、実施例３の３次高調波注入部２６Ｂと同様の動作が行われる。
図６のパラメータ算出部３０Ｃでは、入力されたｉｄｒｅｆ指令及びｉｑｒｅｆ指令から、アークタンジェント算出部３１Ｃにより、ａｔａｎ演算が行われてａｔａｎ２（ｉｑｒｅｆ，ｉｄｒｅｆ）の値が算出され、第１係数部３２Ｃにより、係数「３」が掛けられる。係数「３」が掛けられた値と、入力された位相角φｈａｒｍ３＿ｐｃｓの値と、が加算部３３Ｃで加算され、位相角φｐｃｓ＿ｐｆが求められる。
そして、実施例２の図３と同様の動作により、振幅値算出部４２Ｃにより、振幅値√（ｘ２＋ｙ２）の演算が行われて３次高調波の振幅ｋｃｔｒｌが求められると共に、アークタンジェント算出部４３Ｃにより、ａｔａｎ２（ｙ，ｘ）の演算が行われて３次高調波の位相角φｃｔｒｌが求められる。これにより、実施例３の３次高調波注入部２６Ｂと同様の動作が行われる。
（実施例４の効果）
本実施例４の単独運転検出装置２０Ｂ及びそれを備える単相系統連系インバータ装置２Ｂによれば、３次高調波注入部２６Ｂを設け、パラメータ算出部３０Ｃにより、電流指令であるｉｄｒｅｆ指令及びｉｑｒｅｆ指令に対するパラメータである３次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出し、３次高調波の目標指令であるｉｄｒｅｆ指令及びｉｑｒｅｆ指令と、３次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌと、のベクトル演算により、単相電力系統６Ｂに対して注入する３次高調波電流の振幅及び位相角を算出し、高調波制御を行わせる構成になっている。そのため、実施例３と同様に、力率出力条件においても、例えば、単相電力系統６Ｂ側の変圧器４Ｂの励磁電流等に同期した安定な３次高調波出力を行い、単独運転検出を確実に行わせることができる。
本実施例４の単独運転検出装置２０Ｂ及びそれを備える単相系統連系インバータ装置２Ｂによれば、３次高調波注入部２６Ｂを設け、パラメータ算出部３０Ｃにより、電流指令であるｉｄｒｅｆ指令及びｉｑｒｅｆ指令に対するパラメータである３次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌを算出し、３次高調波の目標指令であるｉｄｒｅｆ指令及びｉｑｒｅｆ指令と、３次高調波の振幅ｋｃｔｒｌ及び位相角φｃｔｒｌと、のベクトル演算により、単相電力系統６Ｂに対して注入する３次高調波電流の振幅及び位相角を算出し、高調波制御を行わせる構成になっている。そのため、実施例３と同様に、力率出力条件においても、例えば、単相電力系統６Ｂ側の変圧器４Ｂの励磁電流等に同期した安定な３次高調波出力を行い、単独運転検出を確実に行わせることができる。
（実施例１～４の変形例）
本発明は、上記実施例１～４に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（１）～（４）のようなものがある。
（１） 系統連系インバータ装置２，２Ａ，２Ｂにおける電力変換部は、図示以外の構成に変更しても良い。例えば、インダクタ１４，１４Ｂ及びコンデンサ１５，１５ＢからなるＬＣフィルタ回路は、ＬＣＬフィルタ回路に置き換えても良い。又、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１，１１Ｂは、省略しても良い。
（２） ＣＴ１７，１７Ｂは、シャント抵抗等の他の電流計測器を使用しても良い。同様に、ＶＴ１８，１８Ｂは、抵抗分圧回路等の他の電圧計測器を使用しても良い。
（３） 単独運転制御装置２０，２０Ａ，２０Ｂにおいて、例えば、ステップ注入部２２，２２Ｂは、系統電圧Ｖａｃにおける高調波歪の変化を検出し、無効電力注入部２３，２３Ｂは、規定値以上、ステップ注入発生条件を満たさない高調波歪みの変化を検出した場合は無効電力の注入量を増加させるために、図示以外の他の構成に変更しても良い。
（４） ５次高調波注入部２６Ａ及び３次高調波注入部２６Ｂは、図示以外の構成に変更しても良い。又、高調波注入部２６の構成としては、５次高調波注入部２６Ａや３次高調波注入部２６Ｂの構成の他に、他の次数の高調波注入構成に変更したり、或いは、付加したりしても良い。
本発明は、上記実施例１～４に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（１）～（４）のようなものがある。
（１） 系統連系インバータ装置２，２Ａ，２Ｂにおける電力変換部は、図示以外の構成に変更しても良い。例えば、インダクタ１４，１４Ｂ及びコンデンサ１５，１５ＢからなるＬＣフィルタ回路は、ＬＣＬフィルタ回路に置き換えても良い。又、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１，１１Ｂは、省略しても良い。
（２） ＣＴ１７，１７Ｂは、シャント抵抗等の他の電流計測器を使用しても良い。同様に、ＶＴ１８，１８Ｂは、抵抗分圧回路等の他の電圧計測器を使用しても良い。
（３） 単独運転制御装置２０，２０Ａ，２０Ｂにおいて、例えば、ステップ注入部２２，２２Ｂは、系統電圧Ｖａｃにおける高調波歪の変化を検出し、無効電力注入部２３，２３Ｂは、規定値以上、ステップ注入発生条件を満たさない高調波歪みの変化を検出した場合は無効電力の注入量を増加させるために、図示以外の他の構成に変更しても良い。
（４） ５次高調波注入部２６Ａ及び３次高調波注入部２６Ｂは、図示以外の構成に変更しても良い。又、高調波注入部２６の構成としては、５次高調波注入部２６Ａや３次高調波注入部２６Ｂの構成の他に、他の次数の高調波注入構成に変更したり、或いは、付加したりしても良い。
１ 直流電源
２，２Ａ，２Ｂ 系統連系インバータ装置
６，６Ｂ 電力系統
１３，１３Ｂ ＤＣ／ＡＣインバータ
２０，２０Ａ，２０Ｂ 単独運転検出装置
２１，２１Ａ，２１Ｂ 位相同期処理部
２２，２２Ｂ ステップ注入部
２３，２３Ｂ 無効電力注入部
２５ 単独運転検出部
２６ 高調波注入部
２６Ａ ５次高調波注入部
２６Ｂ ３次高調波注入部
２７，２７Ａ，２７Ｂ 電流制御処理部
２，２Ａ，２Ｂ 系統連系インバータ装置
６，６Ｂ 電力系統
１３，１３Ｂ ＤＣ／ＡＣインバータ
２０，２０Ａ，２０Ｂ 単独運転検出装置
２１，２１Ａ，２１Ｂ 位相同期処理部
２２，２２Ｂ ステップ注入部
２３，２３Ｂ 無効電力注入部
２５ 単独運転検出部
２６ 高調波注入部
２６Ａ ５次高調波注入部
２６Ｂ ３次高調波注入部
２７，２７Ａ，２７Ｂ 電流制御処理部
Claims (6)
- 直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する系統連系用のインバータが、電力系統から切り離されて単独運転となった時に、前記インバータと前記電力系統との間の系統電圧の高調波を検出し、無効電力をステップ状に注入するためのステップ注入発生条件が満たされていれば、前記電力系統に対し前記無効電力をステップ状に注入して系統周波数を急変させるステップ注入部と、
前記系統周波数の変化率に比例して前記無効電力の注入量を増加させて、前記系統周波数の変化を拡大することにより、前記系統周波数の異常を生じさせて単独運転を検出させる無効電力注入部と、
を有する単独運転検出装置であって、
制御目標の高調波位相角を含む高調波電流制御指令、設定力率、予め取得した前記インバータの高調波特性、及び位相角に基づき、前記設定力率に対する前記高調波の振幅及び位相角を算出し、前記高調波の目標指令と前記高調波の振幅及び位相角とのベクトル演算により、前記電力系統に対して注入する高調波電流の振幅及び位相角を算出し、高調波制御を行わせる高調波注入部を、
設けたことを特徴とする単独運転検出装置。 - 前記高調波注入部は、
前記設定力率に代えて、
前記単独運転の時に、前記電力系統に対して注入する前記高調波電流に対応する電流指令を用い、
前記電流指令に対する前記高調波の振幅及び位相角を算出する、
ことを特徴とする請求項１記載の単独運転検出装置。 - 前記電力系統は、単相電力系統であり、
前記単相電力系統に対して３次高調波電流を注入する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の単独運転検出装置。 - 前記電力系統は、三相電力系統であり、
前記三相電力系統に対して５次高調波電流を注入する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の単独運転検出装置。 - 前記ステップ注入部は、前記系統電圧における高調波歪の変化を検出し、
前記無効電力注入部は、規定値以上、前記ステップ注入発生条件を満たさない前記高調波歪みの変化を検出した場合は前記無効電力の注入量を増加させる、
構成になっていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項記載の単独運転検出装置。 - 請求項１～５のいずれか１項記載の単独運転検出装置を、
備えることを特徴とする系統連系インバータ装置。
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| JP2011200032A (ja) | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 単独運転検出装置、分散電源装置、同期検出方法、及び系統連系制御方法 |
| JP2012085384A (ja) | 2010-10-07 | 2012-04-26 | Tabuchi Electric Co Ltd | 単独運転検出方法、パワーコンディショナおよび分散型電源システム |
| JP2015107032A (ja) | 2013-12-02 | 2015-06-08 | 山洋電気株式会社 | 単独運転検出装置、および単独運転検出方法 |
| JP2016012971A (ja) | 2014-06-27 | 2016-01-21 | 新電元工業株式会社 | 単独運転検出方法、単独運転検出装置及び分散型電源システム |
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2018
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