JP7190662B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、分散型電源の出力電力を制御する電力変換装置に関する。

近年、太陽光発電システム、蓄電システム等の分散型電源システムが普及してきている。分散型電源システムでは、分散型電源から出力される直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を商用電力系統（以下、電力系統という）に出力するためのパワーコンディショナが必要となる。パワーコンディショナには、単独運転検出機能が搭載されている（例えば、特許文献１参照）。単独運転検出機能は、連系している系統電源が停止した場合に、開閉器の保護及び配電線作業の安全性の観点から、分散型電源システムを電力系統から解列する機能である。

特開２００９－１３６０９５号公報

単独運転検出機能は、単独運転が発生してから単独運転が検出するまでの時間をできるだけ短縮することが求められる。

本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、効率的な単独運転検出機能を搭載した電力変換装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換し、変換した前記交流電力を電力系統に出力するインバータ部と、前記インバータ部を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記電力系統の電圧の周波数偏差を導出する周波数偏差導出部と、前記電力系統の高調波電圧の変動を検出する高調波電圧変動検出部と、前記電力系統の基本波電圧の変動を検出する基本波電圧変動検出部と、前記インバータ部から出力する交流電力に、単独運転検出用の無効電力を注入する無効電力注入部と、前記電力系統の周波数変化をもとに単独運転を検出する単独運転検出部と、を有する。前記無効電力注入部は、前記周波数偏差に応じた第１無効電力を、前記単独運転検出用の無効電力として前記インバータ部から出力する交流電力に注入する周波数フィードバック注入部と、予め設定された第２無効電力を、前記単独運転検出用の無効電力として前記インバータ部から出力する交流電力に注入するステップ注入部と、前記周波数偏差、前記高調波電圧の変動、及び前記基本波電圧の変動に基づいて、前記インバータ部から出力する交流電力に、前記単独運転検出用の無効電力として、前記第１無効電力を注入するか、前記第２無効電力を注入するか、を選択する条件判定部と、を含む。

本開示によれば、効率的な単独運転検出機能を搭載した電力変換装置を実現することができる。

実施の形態に係る電力変換装置を説明するための図である。 図１の条件判定部の詳細な構成を示す図である。 周波数偏差の条件およびステップ注入条件と、注入する無効電力の関係をまとめたグラフである。 実施の形態に係る周波数偏差－無効電力特性の一例を示す図である。 比較例に係る周波数偏差－無効電力特性の一例を示す図である。 実施の形態に係る無効電力注入量の決定処理の流れを示すフローチャートである。 比較例に係る無効電力注入量の決定処理の流れを示すフローチャートである。 図８（ａ）、（ｂ）は、単独運転検出用の無効電力注入量の決定処理の第２の例の具体例を示す図である。 図９（ａ）、（ｂ）は、単独運転検出用の無効電力注入量の決定処理の第３の例の具体例を示す図である。 図１０（ａ）、（ｂ）は、単独運転検出用の無効電力注入量の決定処理の第４の例の具体例を示す図である。

図１は、実施の形態に係る電力変換装置２を説明するための図である。電力変換装置２は、分散型電源１から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統３に出力する。分散型電源１は、太陽電池、蓄電池、燃料電池などが該当する。太陽電池が使用される場合、太陽電池と電力変換装置２のインバータ部１０との間にＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧チョッパ）が設けられ、当該ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を実行する。

分散型電源１は電力変換装置２に対して複数並列に接続されてもよい。例えば、太陽電池と蓄電池が並列に接続されてもよい。その場合、太陽電池とインバータ部１０との間、及び蓄電池とインバータ部１０との間にそれぞれＤＣ／ＤＣコンバータが設けられる。

電力変換装置２と電力系統３との間の配電線には、交流負荷が接続される。当該交流負荷は、電力変換装置２及び電力系統３の少なくとも一方から交流電力の供給を受けることができる。

電力変換装置２は、インバータ部１０及び制御部２０を備える。制御部２０は、周波数偏差導出部２１、基本波電圧変動検出部２２、高調波電圧変動検出部２３、単独運転検出部２４、無効電力注入部２５及び電流制御部２９を有する。無効電力注入部２５は、周波数フィードバック注入部２６、ステップ注入部２７及び条件判定部２８を含む。制御部２０の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。

インバータ部１０は、分散型電源１から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統３に出力する。なお分散型電源１に蓄電池が含まれる場合、インバータ部１０は、電力系統３から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を蓄電池に出力することもできる。

周波数偏差導出部２１は、電力系統３の電圧の周波数偏差を導出する。本実施の形態ではＪＥＭ１４９８規格に準拠して周波数偏差を導出する。周波数偏差導出部２１は、正弦波の系統電圧を方形波に変換する。周波数偏差導出部２１は、系統電圧に同期した方形波の立ち下がりエッジと立ち上がりエッジ間の中間値と、次の立ち下がりエッジと立ち上がりエッジ間の中間値との間の時間差を周期として計測する。

周波数偏差導出部２１は、過去周期と最近周期の差をもとに周波数偏差を算出する。周波数偏差導出部２１は、周期データを１周期ごとに更新する。現在の周期を最新周期と呼ぶ。周波数偏差導出部２１は過去周期として、最新周期から２００ｍｓ前の３２０ｍｓ分の移動平均値を用い、最近周期として、最新周期から４０ｍｓ分の移動平均値を用いる。周波数偏差導出部２１は、演算に用いる移動平均値を５ｍｓごとに更新し、周波数偏差の演算も５ｍｓごとに行う。周波数偏差導出部２１は、算出した周波数偏差を周波数フィードバック注入部２６及び条件判定部２８に出力する。

基本波電圧変動検出部２２は、電力系統３の基本波電圧の変動の有無を検出する。本実施の形態ではＪＥＭ１４９８規格に準拠して基本波電圧の変動の有無を検出する。基本波電圧変動検出部２２は、下記（式１）－（式６）の条件を全て満たすとき基本波電圧に変動有りと判定し、１つでも満たさないとき基本波電圧に変動無しと判定する。
（Ｎｂ０－Ｎｂ＿ａｖｅ）＞２．５Ｖ ・・・（式１）
（Ｎｂ１－Ｎｂ＿ａｖｅ）＞２．５Ｖ ・・・（式２）
（Ｎｂ２－Ｎｂ＿ａｖｅ）＞－０．５Ｖ ・・・（式３）
－０．５Ｖ＜（Ｎｂ３－Ｎｂ＿ａｖｅ）＜０．５Ｖ ・・・（式４）
－０．５Ｖ＜（Ｎｂ４－Ｎｂ＿ａｖｅ）＜０．５Ｖ ・・・（式５）
－０．５Ｖ＜（Ｎｂ５－Ｎｂ＿ａｖｅ）＜０．５Ｖ ・・・（式６）
Ｎｂｉ：ｉサイクル前の基本波電圧
Ｎｂ＿ａｖｅ：３サイクル前から５サイクル前までの３個の基本波電圧平均値

高調波電圧変動検出部２３は、電力系統３の高調波電圧の変動の有無を検出する。本実施の形態ではＪＥＭ１４９８規格に準拠して高調波電圧の変動の有無を検出する。高調波電圧変動検出部２３は、下記（式７）－（式１２）の条件を全て満たすとき高調波電圧に変動有りと判定し、１つでも満たさないとき高調波電圧に変動無しと判定する。
（Ｎｈ０－Ｎｈ＿ａｖｅ）＞２Ｖ ・・・（式７）
（Ｎｈ１－Ｎｈ＿ａｖｅ）＞２Ｖ ・・・（式８）
（Ｎｈ２－Ｎｈ＿ａｖｅ）＞－０．５Ｖ ・・・（式９）
－０．５Ｖ＜（Ｎｈ３－Ｎｈ＿ａｖｅ）＜０．５Ｖ ・・・（式１０）
－０．５Ｖ＜（Ｎｈ４－Ｎｈ＿ａｖｅ）＜０．５Ｖ ・・・（式１１）
－０．５Ｖ＜（Ｎｈ５－Ｎｈ＿ａｖｅ）＜０．５Ｖ ・・・（式１２）
Ｎｈｉ：ｉサイクル前の２次～７次の高調波電圧実効値
Ｎｈ＿ａｖｅ：３サイクル前から５サイクル前までの３個の高調波電圧平均値

基本波電圧変動検出部２２は、基本波電圧の変動の有無を条件判定部２８に出力し、高調波電圧変動検出部２３は、高調波電圧の変動の有無を条件判定部２８に出力する。

単独運転検出部２４は、電力系統３の周波数を監視し、電力系統３の周波数変化が、単独運転検出用の閾値を越えると単独運転状態と判定し、インバータ部１０を停止させる。周波数偏差導出部２１により導出された周波数偏差を用いて判定してもよいし、別の計測・演算方法により導出される周波数の変化を用いて判定してもよい。

周波数フィードバック注入部２６は、周波数偏差導出部２１により導出された周波数偏差に応じた第１無効電力を、単独運転検出用の無効電力として、インバータ部１０から出力する交流電力に注入する。周波数フィードバック注入部２６は、周波数偏差－無効電力特性（図３参照）を参照して、注入する第１無効電力を決定する。第１無効電力は、設定された運転力率における無効電力に追加される。

ステップ注入部２７は、予め設定した第２無効電力を、単独運転検出用の無効電力として、インバータ部１０から出力する交流電力に注入する。ステップ注入部２７は、単独運転発生時に周波数変化を助長するために急峻（ステップ状）に無効電力を注入する。ＪＥＭ１４９８規格では、注入時間が３サイクル以下、追加注入量の上限が０．１ｐ．ｕ．、注入方向がパワーコンディショナから見て電流位相を遅らせる方向（周波数は低下方向）と規定されている。ｐ．ｕ．(per unit)は定格容量に対する比率を示し、追加注入量の上限が定格容量の０．１倍であることを示している。第２無効電力は、設定された運転力率における無効電力に追加される。

電流制御部２９は、設定された運転力率における無効電力を反映した電流指令値を生成し、生成した電流指令値をインバータ部１０の駆動部に出力して、インバータ部１０に含まれる複数のスイッチング素子のデューティ比を制御する。周波数フィードバック注入部２６から第１無効電力の注入量の入力を受けると、電流制御部２９は、設定された運転力率における無効電力に第１無効電力を加算する。ステップ注入部２７から第２無効電力の注入量の入力を受けると、電流制御部２９は、設定された運転力率における無効電力に第２無効電力を加算する。

分散型電源１が太陽電池の場合、電流制御部２９はインバータ部１０の入力電圧（直流バスの電圧）が目標電圧を維持するように電流指令値を生成する。即ち、太陽電池から電力変換装置２に入力される電力量と、電力変換装置２から交流負荷または電力系統３に出力される電力量が平衡するように制御する。

条件判定部２８は、周波数偏差導出部２１から入力される周波数偏差、高調波電圧変動検出部２３から入力される高調波電圧の変動の有無、及び基本波電圧変動検出部２２から入力される基本波電圧の変動の有無に基づいて、単独運転検出用の無効電力として、第１無効電力を注入するか、第２無効電力を注入するか、注入しないかを選択する。

図２は、図１の条件判定部２８の詳細な構成を示す図である。条件判定部２８は、外乱判定部２８ａ、周波数偏差判定部２８ｂ、ステップ注入判定部２８ｃ及び選択部２８ｄを含む。

外乱判定部２８ａは、周波数偏差導出部２１から入力される周波数偏差をもとに、外乱検知の有無を判定する。本実施の形態ではＪＥＭ１４９８規格に準拠して外乱発生の有無を判定する。

外乱判定部２８ａは、入力される周波数偏差をもとに、周波数急変又は低振幅周波数変動継続を検知する。外乱判定部２８ａは、周波数偏差が±０．１６Ｈｚを超えた後、周波数偏差の極性が反転又は０になると、周波数急変を検知する。また外乱判定部２８ａは、±０．０１Ｈｚを超える周波数偏差の検出後、１６５ｍｓ以内に、検出した周波数偏差の極性と異なる極性の０．０１Ｈｚを超える周波数偏差を検出したとき、低振幅周波数偏差検知回数のカウント数を一つ増加させる。外乱判定部２８ａは、低振幅周波数偏差検知回数のカウント数が１２となったとき、低振幅周波数変動継続を検知する。外乱判定部２８ａは、外乱検知の有無を選択部２８ｄに出力する。

周波数偏差判定部２８ｂは、周波数偏差導出部２１から入力される周波数偏差が所定の範囲内であるか否か判定する。本実施の形態では、当該周波数偏差が±０．０１Ｈｚ（±４．０ｕｓ：５０Ｈｚ時、±２．８ｕｓ：６９Ｈｚ時）の範囲内であるか否か判定する。周波数偏差判定部２８ｂは、判定結果を選択部２８ｄに出力する。

ステップ注入判定部２８ｃは、高調波電圧変動検出部２３から入力される高調波電圧の変動の有無、及び基本波電圧変動検出部２２から入力される基本波電圧の変動の有無をもとに、ステップ注入条件を満たすか否か判定する。ステップ注入判定部２８ｃは、高調波電圧の変動および基本波電圧の変動の少なくとも一方が有りのときステップ注入条件を満たすと判定し、両方の変動が無しのときステップ注入条件を満たさないと判定する。ステップ注入判定部２８ｃは、判定結果を選択部２８ｄに出力する。

選択部２８ｄは、周波数偏差が所定の範囲内であり、且つステップ注入条件を満たす場合、ステップ注入部２７に第２無効電力の注入を指示し、それ以外の場合、周波数フィードバック注入部２６に第１無効電力の注入を指示する。

図３は、周波数偏差の条件およびステップ注入条件と、注入する無効電力の関係をまとめたグラフである。本実施の形態では、周波数偏差が所定の範囲内である場合の第１無効電力の注入量を０に設定している。したがって、周波数偏差が所定の範囲内であり、且つステップ注入条件を満たさない場合、単独運転検出用の無効電力の注入量は０になる。なお、上述した周波数急変又は低振幅周波数変動継続の少なくとも一方が外乱として検知された場合も、単独運転検出用の無効電力の注入量を０にする。いずれの場合も、単独運転検出に関する能動機能は待機状態となる。

図４は、実施の形態に係る周波数偏差－無効電力特性の一例を示す図である。図４に示す例は、定格容量が５５００ＶＡの電力変換装置２を使用し、運転力率が０．９５に設定されている例である。周波数偏差が±０．０１Ｈｚの範囲内にあるとき、無効電力注入量は０になる。なお、外乱が検知された場合も、無効電力注入量は０になる。周波数偏差が±０．０１Ｈｚの範囲外のとき、周波数偏差に比例した無効電力注入量が±１１０Ｖａｒ～±１１００Ｖａｒの範囲内で導出される。周波数偏差が±０．３４Ｈｚを超えると、無効電力注入量は±１１００Ｖａｒに固定される。即ち、無効電力注入量の上限値は＋１１００Ｖａｒであり、下限値は－１１００Ｖａｒになる。

周波数偏差－無効電力特性は制御部２０内の不揮発メモリ（ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等）に保持され、周波数フィードバック注入部２６に参照される。周波数フィードバック注入部２６は、周波数偏差導出部２１から入力される周波数偏差をもとに、第１無効電力の注入量を導出する。

図５は、比較例に係る周波数偏差－無効電力特性の一例を示す図である。比較例では、周波数偏差が±０．０１Ｈｚの範囲内にあるときも、周波数偏差に比例した無効電力注入量が導出される。周波数偏差が±０．０１Ｈｚの範囲内にあるときと、±０．０１Ｈｚの範囲外にあるときとで、傾き（ゲイン）が異なる。±０．０１Ｈｚの範囲内にあるときの方が、傾き（ゲイン）が小さく設定される。なお、±０．０１Ｈｚの範囲内にあるとき、無効電力注入量が０以外の定数（例えば、±６０Ｖａｒ）に設定されてもよい。

図６は、実施の形態に係る無効電力注入量の決定処理の流れを示すフローチャートである。無効電力注入部２５は電力変換装置２が系統連系中であるか否か判定する（Ｓ１０）。系統連係中でない場合（Ｓ１０のＮ）、単独運転検出用の無効電力を注入する必要がないため、無効電力注入部２５は、無効電力注入量に０を設定する（Ｓ１５）。

系統連系中である場合（Ｓ１０のＹ）、無効電力注入部２５は、電力変換装置２が逆変換中であるか否か判定する（Ｓ１１）。逆変換中でない場合（Ｓ１１のＮ）、無効電力注入部２５は、無効電力注入量に０を設定する（Ｓ１５）。分散型電源１に蓄電池が含まれている場合、電力系統３から供給される交流電力を逆変換して、逆変換した直流電力を蓄電池に充電する場合がある。この場合、電力系統３が停止しても、開閉器の保護及び配電線作業の安全性に基本的に影響がないため、単独運転検出用の無効電力を注入する必要はない。

逆変換中である場合（Ｓ１１のＹ）、無効電力注入部２５は、周波数偏差が±０．０１Ｈｚの範囲内であるか否か判定する（Ｓ１２）。周波数偏差が±０．０１Ｈｚの範囲内にあるとき（Ｓ１２のＹ）、無効電力注入部２５は、無効電力注入量にステップ注入量を設定する（Ｓ１３）。ステップ注入量には、ステップ注入条件を満たす場合、例えば定格容量の０．１ｐ．ｕ．の値が設定される。定格容量が５５００ＶＡの場合、５５０Ｖａｒが設定される。ステップ注入条件を満たさない場合、ステップ注入量に０が設定される。

周波数偏差が±０．０１Ｈｚの範囲外にあるとき（Ｓ１２のＮ）、無効電力注入部２５は、無効電力注入量に周波数フィードバック注入量を設定する（Ｓ１４）。周波数フィードバック注入量には、例えば図４に示した周波数偏差－無効電力特性に基づく無効電力の導出値が設定される。以上の処理により、単独運転検出用の無効電力の注入量が決定される。なお、分散型電源１に蓄電池が含まれていない場合、ステップＳ１１の処理はスキップされる。

図７は、比較例に係る無効電力注入量の決定処理の流れを示すフローチャートである。無効電力注入部２５は電力変換装置２が系統連系中であるか否か判定する（Ｓ２０）。系統連係中でない場合（Ｓ２０のＮ）、単独運転検出用の無効電力を注入する必要がないため、無効電力注入部２５は、無効電力注入量に０を設定する（Ｓ２３）。

系統連系中である場合（Ｓ２０のＹ）、無効電力注入部２５は、電力変換装置２が逆変換中であるか否か判定する（Ｓ２１）。逆変換中でない場合（Ｓ２１のＮ）、無効電力注入部２５は、無効電力注入量に０を設定する（Ｓ２３）。逆変換中である場合（Ｓ２１のＹ）、無効電力注入部２５は、無効電力注入量にステップ注入量に、ステップ注入量と周波数フィードバック注入量を加算した注入量を設定する（Ｓ２２）。周波数フィードバック注入量には、例えば図５に示した周波数偏差－無効電力特性に基づく無効電力の導出値が設定される。以上の処理により、単独運転検出用の無効電力の注入量が決定される。なお、分散型電源１に蓄電池が含まれていない場合、ステップＳ２１の処理はスキップされる。

図４、図６に示した処理が、単独運転検出用の無効電力注入量の決定処理の基本例（第１の例）である。以下、単独運転検出用の無効電力注入量の決定処理の別の例を説明する。第２の例として、無効電力注入部２５の条件判定部２８は、導出された第１無効電力の注入量と、導出された第２無効電力の注入量の内、絶対値が大きい方を選択する。ステップ注入条件を満たさない場合、第２無効電力の注入量は０になる。従って、ステップ注入条件を満たさず、且つ周波数偏差が±０．０１Ｈｚの範囲外である場合、第１無効電力の注入量が常に選択される。ステップ注入条件を満たさず、且つ周波数偏差が±０．０１Ｈｚの範囲内である場合も、第１無効電力の注入量が常に選択される。図４に示すような周波数偏差－無効電力特性を使用する場合は０が設定される。ステップ注入条件を満たす場合、第１無効電力の注入量と、第２無効電力の注入量の内、絶対値が大きい方が選択される。

第３の例として、条件判定部２８は、第１無効電力の注入量と第２無効電力の注入量の内、周波数偏差の極性と同じ極性であって、且つ絶対値の大きい方を選択する。上述したようにＪＥＭ１４９８規格では、無効電力のステップ注入の方向がパワーコンディショナから見て遅れ方向と規定されている。周波数偏差が遅れ方向に発生している場合、導出された第１無効電力の注入量と、導出された第２無効電力の注入量の内、絶対値が大きい方が選択される。周波数偏差が進み方向に発生している場合、第１無効電力の注入量が選択される。なお図４に示すような周波数偏差－無効電力特性が使用される場合、周波数偏差が－０．０１Ｈｚ～０Ｈｚの範囲内では、単独運転検出用の無効電力注入量は０になる。

第４の例は、条件判定部２８は、第１無効電力と第２無効電力の極性が周波数偏差の極性と同じ極性の場合であって、第１無効電力の注入量の絶対値が所定値を超えない場合若しくは周波数偏差の絶対値が所定値を超えない場合、第２無効電力の注入量を選択し、所定値を超える場合、第１無効電力の注入量を選択する。条件判定部２８は、第２無効電力の極性が周波数偏差の極性と異なる場合であって、第１無効電力の注入量の絶対値が所定値を超えない若しくは周波数偏差の絶対値が所定値を超えない場合、第１無効電力の注入量と、第２無効電力の注入量の内、絶対値が大きい方を選択し、所定値を超えた場合、第１無効電力の注入量を選択する。なお図４に示すような周波数偏差－無効電力特性が使用される場合、周波数偏差が－０．０１Ｈｚ～０Ｈｚの範囲内では、単独運転検出用の無効電力注入量は０になる。上記所定値が、ステップ注入条件を満たしたときの第２無効電力の注入量と同じ値に設定される場合、第３の例と同じ処理になる。

第１～第４の例のいずれにおいても、条件判定部２８は、インバータ部１０から出力する交流電力に第２無効電力が注入された後、所定の時間が経過すると、インバータ部１０から出力する交流電力に注入する単独運転検出用の無効電力を第２無効電力から第１無効電力に切り替える。ＪＥＭ１４９８規格では無効電力のステップ注入時間は３サイクル以下と規定されており、その期間に単独運転検出部２４により単独運転が検出されない場合は、単独運転検出用の無効電力を、第２無効電力から第１無効電力に切り替える。

図８（ａ）、（ｂ）は、単独運転検出用の無効電力注入量の決定処理の第２の例の具体例を示す図である。図８（ａ）は、３サイクルのステップ注入期間において、ステップ注入量の方が周波数フィードバック注入量より大きい場合の例を示している。３サイクルのステップ注入期間は、注入する無効電力としてステップ注入量が常に選択される。３サイクルのステップ注入期間が終了すると、周波数フィードバック注入量が選択される。

図８（ｂ）は、３サイクルのステップ注入期間において、途中からステップ注入量より周波数フィードバック注入量の方が大きくなる例を示している。ステップ注入量が周波数フィードバック注入量より大きい間は、ステップ注入量が選択され、ステップ注入量より周波数フィードバック注入量の方が大きくなると、周波数フィードバック注入量が選択される。

図９（ａ）、（ｂ）は、単独運転検出用の無効電力注入量の決定処理の第３の例の具体例を示す図である。図９（ａ）は、周波数偏差が進み方向に発生している例を示している。この場合、注入する無効電力として周波数フィードバック注入量が常に選択される。図９（ｂ）は、周波数偏差が遅れ方向に発生している例を示している。この場合、ステップ注入量と周波数フィードバック注入量の内、大きい方が選択される。

図１０（ａ）、（ｂ）は、単独運転検出用の無効電力注入量の決定処理の第４の例の具体例を示す図である。図１０（ａ）は、周波数偏差が進み方向に発生している例を示している。この場合、周波数偏差が所定値を超えない間は、ステップ注入量が選択され、所定値を超えると周波数フィードバック注入量が選択される。周波数フィードバック注入量は、３サイクルのステップ注入期間の途中で所定値を超えている。図１０（ｂ）は、周波数偏差が遅れ方向に発生している例を示している。この場合、周波数偏差が所定値を超えない間はステップ注入量が選択され、所定値を超えると周波数フィードバック注入量が選択される。

以上説明したように本実施の形態によれば、図７に示した比較例と比較して、効率的な単独運転検出機能を実現することができる。比較例では、周波数偏差が±０．０１Ｈｚの範囲内の場合、周波数フィードバック注入量とステップ注入量を加算して、単独運転検出用の無効電力の注入量を決定している。周波数偏差が±０．０１Ｈｚの範囲内にある場合の周波数フィードバック注入量は、ステップ注入量に対して絶対値が小さな値になるため、ステップ注入量に周波数フィードバック注入量を足し込む意義は小さい。本実施の形態のようにステップ注入量をそのまま使用しても、周波数変化を助長させる効果はほとんど変わらない。またステップ注入用の無効電力の極性と周波数フィードバック注入用の無効電力の極性が逆になる場合、ステップ注入量に対する周波数フィードバック注入量の加算は、ステップ注入の効果を減殺させるものとなる。この場合、単独運転の発生から検出までの時間を延ばす方向に作用する。

これに対して本実施の形態では、第１～第４の例のいずれにおいても、ステップ注入量と周波数フィードバック注入量の無駄な加算処理は発生せず、またステップ注入の効果を減殺させる加算処理も発生しない。従って、本実施の形態の方が、効率的な単独運転検出機能を実現しているといえ、単独運転の発生から検出までの時間を短くすることができる。

以上、本開示を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述した実施の形態では、周波数偏差の導出、基本波電圧の変動検出、高調波電圧の変動検出、外乱検知、周波数フィードバック注入量の導出、ステップ注入量の導出について、ＪＥＭ１４９８規格に準拠した例を説明したが、ＪＥＭ１４９８規格に準拠した手法に限定されるものでなく、メーカ独自の手法を採用してもよい。

上述した実施の形態では、図４に示すような周波数偏差－無効電力特性を使用して周波数フィードバック注入量を算出した。この点、図５に示すような周波数偏差－無効電力特性を使用し、周波数偏差が±０．０１Ｈｚの範囲内の場合、周波数フィードバック注入量を選択しない処理でも同様の効果が得られる。

なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。

［項目１］
直流電力を交流電力に変換し、変換した前記交流電力を電力系統（３）に出力するインバータ部（１０）と、
前記インバータ部（１０）を制御する制御部（２０）と、を備え、
前記制御部（２０）は、
前記電力系統（３）の電圧の周波数偏差を導出する周波数偏差導出部（２１）と、
前記電力系統（３）の高調波電圧の変動を検出する高調波電圧変動検出部（２３）と、
前記電力系統（３）の基本波電圧の変動を検出する基本波電圧変動検出部（２２）と、
前記インバータ部（１０）から出力する交流電力に、単独運転検出用の無効電力を注入する無効電力注入部（２５）と、
前記電力系統（３）の周波数変化をもとに単独運転を検出する単独運転検出部と、を有し、
前記無効電力注入部（２５）は、
前記周波数偏差に応じた第１無効電力を、前記単独運転検出用の無効電力として前記インバータ部（１０）から出力する交流電力に注入する周波数フィードバック注入部（２６）と、
予め設定された第２無効電力を、前記単独運転検出用の無効電力として前記インバータ部（１０）から出力する交流電力に注入するステップ注入部（２７）と、
前記周波数偏差、前記高調波電圧の変動、及び前記基本波電圧の変動に基づいて、前記インバータ部（１０）から出力する交流電力に、前記単独運転検出用の無効電力として、前記第１無効電力を注入するか、前記第２無効電力を注入するか、を選択する条件判定部（２８）と、を含むことを特徴とする電力変換装置（２）。
これによれば、効率的な単独運転検出機能を実現することができる。
［項目２］
前記条件判定部（２８）は、前記周波数偏差が所定の範囲内であり、且つ前記高調波電圧および前記基本波電圧の少なくとも一方が変動する場合に前記第２無効電力の注入を選択し、それ以外の場合に前記第１無効電力の注入を選択することを特徴とする項目１に記載の電力変換装置（２）。
これによれば、第１無効電力と第２無効電力が加算されるケースが発生せず、効率的な単独運転検出機能を実現することができる。
［項目３］
前記周波数フィードバック注入部（２６）は、前記周波数偏差が所定の範囲内である場合、前記第１無効電力の値をゼロに設定することを特徴とする項目１又は２に記載の電力変換装置（２）。
これによれば、周波数偏差が所定の範囲内である場合において、第２無効電力を、第１無効電力の影響を受けずに、そのまま注入することができる。
［項目４］
前記第２無効電力に、前記高調波電圧および前記基本波電圧の少なくとも一方が変動する場合に、予め設定された極性の固定値が設定され、当該変動が無い場合にゼロが設定され、
前記条件判定部（２８）は、前記第１無効電力と前記第２無効電力の内、絶対値の大きい方を選択することを特徴とする項目１に記載の電力変換装置（２）。
これによれば、第１無効電力と第２無効電力が加算されるケースが発生せず、効率的な単独運転検出機能を実現することができる。
［項目５］
前記高調波電圧および前記基本波電圧の少なくとも一方が変動する場合に、前記第２無効電力に予め設定された極性の固定値が設定され、当該変動が無い場合に前記第２無効電力にゼロが設定され、
前記条件判定部（２８）は、前記第１無効電力と前記第２無効電力の内、前記周波数偏差の極性と同じ極性であって、且つ絶対値の大きい方を選択する項目１に記載の電力変換装置（２）。
これによれば、周波数偏差の極性と逆の極性の無効電力が注入されることが発生せず、効率的な単独運転検出機能を実現することができる。
［項目６］
前記高調波電圧および前記基本波電圧の少なくとも一方が変動する場合に、前記第２無効電力に予め設定された極性の固定値が設定され、当該変動が無い場合に前記第２無効電力にゼロが設定され、
前記条件判定部（２８）は、前記第１無効電力と前記第２無効電力の極性が前記周波数偏差の極性と同じ極性の場合であって、前記周波数偏差の絶対値が所定値を超えない場合、前記第２無効電力を選択し、当該所定値を超える場合、前記第１無効電力を選択し、前記第２無効電力の極性が前記周波数偏差の極性と異なる場合であって、前記周波数偏差の絶対値が所定値を超えない場合、前記第１無効電力と前記第２無効電力の内、絶対値が大きい方を選択し、当該所定値を超える場合、前記第１無効電力を選択することを特徴とする項目１に記載の電力変換装置（２）。
これによれば、周波数偏差の極性と逆の極性の無効電力が注入される期間を減らすことができ、効率的な単独運転検出機能を実現することができる。
［項目７］
前記条件判定部（２８）は、前記インバータ部（１０）から出力する交流電力に前記第２無効電力が注入された後、所定の時間が経過すると、前記第１無効電力の注入に切り替えることを特徴とする項目１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置（２）。
これによれば、ステップ注入期間の経過後も、第１無効電力の注入を行うことにより、周波数変化の能動的な助長を継続することができる。

１ 分散型電源、 ２ 電力変換装置、 ３ 電力系統、 １０ インバータ部、 ２０ 制御部、 ２１ 周波数偏差導出部、 ２２ 基本波電圧変動検出部、 ２３ 高調波電圧変動検出部、 ２４ 単独運転検出部、 ２５ 無効電力注入部、 ２６ 周波数フィードバック注入部、 ２７ ステップ注入部、 ２８ 条件判定部、 ２８ａ 外乱判定部、 ２８ｂ 周波数偏差判定部、 ２８ｃ ステップ注入判定部、 ２８ｄ 選択部、 ２９ 電流制御部。

Claims (4)

1. 直流電力を交流電力に変換し、変換した前記交流電力を電力系統に出力するインバータ部と、
   前記インバータ部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記電力系統の電圧の周波数偏差を導出する周波数偏差導出部と、
   前記電力系統の高調波電圧の変動を検出する高調波電圧変動検出部と、
   前記電力系統の基本波電圧の変動を検出する基本波電圧変動検出部と、
   前記インバータ部から出力する交流電力に、単独運転検出用の無効電力を注入する無効電力注入部と、
   前記電力系統の周波数変化をもとに単独運転を検出する単独運転検出部と、を有し、
   前記無効電力注入部は、
   前記周波数偏差に応じた第１無効電力を、前記単独運転検出用の無効電力として前記インバータ部から出力する交流電力に注入する周波数フィードバック注入部と、
   予め設定された第２無効電力を、前記単独運転検出用の無効電力として前記インバータ部から出力する交流電力に注入するステップ注入部と、
   前記周波数偏差、前記高調波電圧の変動、及び前記基本波電圧の変動に基づいて、前記インバータ部から出力する交流電力に、前記単独運転検出用の無効電力として、前記第１無効電力を注入するか、前記第２無効電力を注入するか、を選択する条件判定部と、を含み、
   前記第２無効電力に、前記高調波電圧および前記基本波電圧の少なくとも一方が変動する場合に、予め設定された極性の固定値が設定され、当該変動が無い場合にゼロが設定され、
   前記条件判定部は、前記第１無効電力と前記第２無効電力の内、絶対値の大きい方を選択することを特徴とする電力変換装置。
2. 直流電力を交流電力に変換し、変換した前記交流電力を電力系統に出力するインバータ部と、
   前記インバータ部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記電力系統の電圧の周波数偏差を導出する周波数偏差導出部と、
   前記電力系統の高調波電圧の変動を検出する高調波電圧変動検出部と、
   前記電力系統の基本波電圧の変動を検出する基本波電圧変動検出部と、
   前記インバータ部から出力する交流電力に、単独運転検出用の無効電力を注入する無効電力注入部と、
   前記電力系統の周波数変化をもとに単独運転を検出する単独運転検出部と、を有し、
   前記無効電力注入部は、
   前記周波数偏差に応じた第１無効電力を、前記単独運転検出用の無効電力として前記インバータ部から出力する交流電力に注入する周波数フィードバック注入部と、
   予め設定された第２無効電力を、前記単独運転検出用の無効電力として前記インバータ部から出力する交流電力に注入するステップ注入部と、
   前記周波数偏差、前記高調波電圧の変動、及び前記基本波電圧の変動に基づいて、前記インバータ部から出力する交流電力に、前記単独運転検出用の無効電力として、前記第１無効電力を注入するか、前記第２無効電力を注入するか、を選択する条件判定部と、を含み、
   前記高調波電圧および前記基本波電圧の少なくとも一方が変動する場合に、前記第２無効電力に予め設定された極性の固定値が設定され、当該変動が無い場合に前記第２無効電力にゼロが設定され、
   前記条件判定部は、前記第１無効電力と前記第２無効電力の内、前記周波数偏差の極性と同じ極性であって、且つ絶対値の大きい方を選択する電力変換装置。
3. 直流電力を交流電力に変換し、変換した前記交流電力を電力系統に出力するインバータ部と、
   前記インバータ部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記電力系統の電圧の周波数偏差を導出する周波数偏差導出部と、
   前記電力系統の高調波電圧の変動を検出する高調波電圧変動検出部と、
   前記電力系統の基本波電圧の変動を検出する基本波電圧変動検出部と、
   前記インバータ部から出力する交流電力に、単独運転検出用の無効電力を注入する無効電力注入部と、
   前記電力系統の周波数変化をもとに単独運転を検出する単独運転検出部と、を有し、
   前記無効電力注入部は、
   前記周波数偏差に応じた第１無効電力を、前記単独運転検出用の無効電力として前記インバータ部から出力する交流電力に注入する周波数フィードバック注入部と、
   予め設定された第２無効電力を、前記単独運転検出用の無効電力として前記インバータ部から出力する交流電力に注入するステップ注入部と、
   前記周波数偏差、前記高調波電圧の変動、及び前記基本波電圧の変動に基づいて、前記インバータ部から出力する交流電力に、前記単独運転検出用の無効電力として、前記第１無効電力を注入するか、前記第２無効電力を注入するか、を選択する条件判定部と、を含み、
   前記高調波電圧および前記基本波電圧の少なくとも一方が変動する場合に、前記第２無効電力に予め設定された極性の固定値が設定され、当該変動が無い場合に前記第２無効電力にゼロが設定され、
   前記条件判定部は、前記第１無効電力と前記第２無効電力の極性が前記周波数偏差の極性と同じ極性の場合であって、前記周波数偏差の絶対値が所定値を超えない場合、前記第２無効電力を選択し、当該所定値を超える場合、前記第１無効電力を選択し、前記第２無効電力の極性が前記周波数偏差の極性と異なる場合であって、前記周波数偏差の絶対値が所定値を超えない場合、前記第１無効電力と前記第２無効電力の内、絶対値が大きい方を選択し、当該所定値を超える場合、前記第１無効電力を選択することを特徴とする電力変換装置。
4. 前記条件判定部は、前記インバータ部から出力する交流電力に前記第２無効電力が注入された後、所定の時間が経過すると、前記第１無効電力の注入に切り替えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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