JP7503369B2 - Inverter Device - Google Patents

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Description

本発明は、インバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device.

従来、交流電力系統に連系するインバータ装置には、交流電力系統の停電時において、自装置を交流電力系統から確実に解列させることを目的として、単独運転防止機能が具備されている。 Conventionally, inverter devices connected to AC power systems are equipped with an anti-islanding function to ensure that the device is disconnected from the AC power system in the event of a power outage in the AC power system.

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、本願出願人による特許文献1を挙げることができる。 As an example of related prior art, see Patent Document 1 by the applicant of the present application.

また、PV[photovoltaic]システム用PCS[power conditioning system]の新連系規程を定める非特許文献1では、能動的単独運転検出を行うための共通技術として、周波数フィードバック機能とステップ注入機能が提案されている。 In addition, Non-Patent Document 1, which defines new interconnection regulations for PCS [power conditioning systems] for PV [photovoltaic] systems, proposes a frequency feedback function and a step injection function as common technologies for active islanding detection.

周波数フィードバック機能とは、PCSの動作周波数に生じる変動に基づいて無効電力注入を行い、動作周波数の変動を助長する機能である。PCSが単独運転状態に移行した場合に、PCS出力と需要家負荷がアンバランスであれば、PCSの動作周波数に意図しない変動が生じる。このとき、周波数フィードバック機能による無効電力注入を行えば、動作周波数の変動を助長することができるので、この変動を捉えてPCSの単独運転を検出することが可能となる。 The frequency feedback function injects reactive power based on fluctuations in the operating frequency of the PCS, promoting fluctuations in the operating frequency. When the PCS transitions to an islanding state, if there is an imbalance between the PCS output and the consumer load, unintended fluctuations will occur in the PCS operating frequency. In this case, if reactive power is injected using the frequency feedback function, it is possible to promote fluctuations in the operating frequency, making it possible to capture these fluctuations and detect islanding of the PCS.

また、ステップ注入機能とは、PCS出力の高調波歪みが急増したときに無効電力注入をステップ的に行い、PCSの動作周波数を強制的に変動させる機能である。PCS出力と需要家負荷とがバランスしている領域においては、PCSが単独運転状態に移行しても、その動作周波数が安定し易い。そのため、単独運転検出を確実ならしめるための担保技術として、上記のステップ注入機能を具備しておくことが望ましい。 The step injection function is a function that performs reactive power injection in a stepped manner when harmonic distortion in the PCS output increases suddenly, forcibly varying the operating frequency of the PCS. In an area where the PCS output and consumer load are balanced, the operating frequency of the PCS is likely to stabilize even if the PCS transitions to an islanding operation state. For this reason, it is desirable to have the above-mentioned step injection function as a security technology for ensuring islanding detection.

特許第6200196号公報Patent No. 6200196

日本電機工業会規格JEM1498(2012.8.27制定、2017.12.15改正)Japan Electrical Manufacturers' Association standard JEM1498 (established on August 27, 2012, revised on December 15, 2017)

しかしながら、上記の従来技術では、PCSが単独運転状態に移行しても無効電力の注入量が想定よりも小さくなる場合においては、PCSの単独運転を検出が遅くなるおそれがあった。 However, with the above-mentioned conventional technology, if the amount of reactive power injected becomes smaller than expected even when the PCS transitions to an islanding state, there is a risk that the detection of the islanding state of the PCS may be delayed.

本発明は、上記の問題点に鑑み、より確実に単独運転を検出し、運転を停止させることができるインバータ装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide an inverter device that can more reliably detect isolated operation and stop operation.

本明細書中に開示されたインバータ装置は、直流電力を交流電力に変換して交流電力系統に系統連系させる電力変換部を備え、系統周波数をモニタして単独運転を検出するインバータ装置であって、前記系統周波数の偏差に応じた無効電力を注入することで前記系統周波数の周波数変化を促し、高調波歪みの急増が検出されたときに前記無効電力をステップ注入することで強制的に前記系統周波数の偏差を生じさせ、単独運転可能性の有無を判定し、単独運転可能性有りと判定した場合、前記電力変換部の出力を停止させるための処理を実行する。 The inverter device disclosed in this specification is an inverter device that includes a power conversion unit that converts DC power to AC power and connects it to an AC power system, monitors the system frequency to detect islanding, promotes a frequency change in the system frequency by injecting reactive power according to the deviation of the system frequency, forcibly causes a deviation in the system frequency by stepwise injecting the reactive power when a sudden increase in harmonic distortion is detected, determines whether islanding is possible, and if it is determined that islanding is possible, executes processing to stop the output of the power conversion unit.

本発明に係るインバータ装置によれば、より確実に単独運転を検出し、運転を停止させることができるインバータ装置を提供することが可能となる。 The inverter device according to the present invention makes it possible to provide an inverter device that can more reliably detect isolated operation and stop operation.

本発明の実施の一形態に係るインバータ装置の構成例を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an inverter device according to an embodiment of the present invention; PWMデータDp’の歪ませ方を説明する図FIG. 1 is a diagram for explaining how to distort PWM data Dp'. PWMデータDp’における見かけ上の波形の第1例を示す図FIG. 1 is a diagram showing a first example of an apparent waveform of PWM data Dp′. PWMデータDp’における見かけ上の波形の第2例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a second example of an apparent waveform of PWM data Dp′. PWMデータDp’における見かけ上の波形の第3例を示す図FIG. 13 is a diagram showing a third example of an apparent waveform of PWM data Dp′. PWMデータDp’における見かけ上の波形の第4例を示す図FIG. 4 is a diagram showing a fourth example of an apparent waveform of PWM data Dp′. インバータ出力周波数の変動具合の一例を示す図FIG. 13 is a diagram showing an example of fluctuations in inverter output frequency. インバータ出力周波数の制御に用いる正帰還ループの一例を示す図FIG. 1 shows an example of a positive feedback loop used to control an inverter output frequency. 標準形能動的単独運転方式の全体ブロック図Overall block diagram of standard active islanding system 系統周波数(周期)計測のアルゴリズムを示す図Diagram showing the system frequency (period) measurement algorithm 周波数偏差演算のイメージ図Frequency deviation calculation diagram 移動平均値の更新イメージ図Image of updating moving average value 周波数偏差-無効電力特性を示す図Frequency deviation - reactive power characteristics ステップ注入発生の第1条件(基本波電圧変動)を説明するための図FIG. 1 is a diagram for explaining a first condition (fundamental voltage fluctuation) for generating step injection. ステップ注入発生の第2条件(高調波電圧変動)を説明するための図FIG. 1 is a diagram for explaining the second condition for occurrence of step injection (harmonic voltage fluctuations); インバータ装置への適用例を示すブロック図Block diagram showing an example of application to an inverter device 単独運転可能性判定処理部を追加したPCSの第1構成例を示す全体ブロック図FIG. 1 is an overall block diagram showing a first configuration example of a PCS to which an isolated operation possibility determination processing unit is added; 無効電力の算出値を保存した無効電力配列のイメージ図Image of reactive power array that stores calculated reactive power values 図17に示される想定無効電力変化量算出部が保存する想定無効電力変化量のテーブルA table of the assumed reactive power change amount stored in the assumed reactive power change amount calculation unit shown in FIG. 17 g-rateの数値と想定無効電力変化量との関係を示すグラフA graph showing the relationship between the g-rate value and the expected reactive power change 単独運転可能性判定処理部を追加したPCSの第3構成例を示す全体ブロック図Overall block diagram showing a third configuration example of a PCS to which an isolated operation possibility determination processing unit is added 図21に示される想定出力電流算出部における想定出力電流の算出例を説明するためのグラフ22 is a graph for explaining an example of calculation of an assumed output current in the assumed output current calculation unit shown in FIG.

<インバータ装置>
図1は、インバータ装置の構成例を示すブロック図である。インバータ装置1は、直流電源2から入力される直流電力を交流電力に変換して負荷3に供給するインバータ主回路4と、負荷3に供給される負荷供給電圧Voを検出する電圧検出器5と、負荷供給電圧Voを基にして出力同期信号Vsを作成するゼロクロス検出回路6と、インバータ主回路4の交流出力(以下、インバータ出力という)の出力電流Ioを検出する電流検出器7と、出力電流IoをA/D変換するA/D変換器8と、出力電流Ioと出力同期信号Vsを基にしてインバータ主回路4をPWM[pulse width modulation]制御するDSP[digital signal processor]9と、負荷3に供給される負荷供給電圧Voの電圧異常を検出する電圧異常検出回路10と、DSP9が出力するPWMデータを基にしてゲートパルス信号Gp’を作成するタイマ・カウンタ回路11と、ゲートパルス信号Gp’を基にしてインバータ主回路4のスイッチング素子(図示省略)をスイッチング制御するゲート駆動回路12とを備えている。インバータ主回路4と負荷3との間には、リアクトル13とコンデンサ14からなり、インバータ出力の高周波成分を除去するフィルタ15が設けられている。
<Inverter device>
1 is a block diagram showing a configuration example of an inverter device. The inverter device 1 includes an inverter main circuit 4 that converts DC power input from a DC power source 2 into AC power and supplies it to a load 3, a voltage detector 5 that detects a load supply voltage Vo supplied to the load 3, a zero-cross detection circuit 6 that creates an output synchronization signal Vs based on the load supply voltage Vo, a current detector 7 that detects an output current Io of an AC output (hereinafter referred to as inverter output) of the inverter main circuit 4, an A/D converter 8 that A/D converts the output current Io, a DSP [digital signal processor] 9 that controls the inverter main circuit 4 with PWM [pulse width modulation] based on the output current Io and the output synchronization signal Vs, a voltage abnormality detection circuit 10 that detects a voltage abnormality of the load supply voltage Vo supplied to the load 3, a timer/counter circuit 11 that creates a gate pulse signal Gp' based on the PWM data output by the DSP 9, and a gate drive circuit 12 that controls switching of a switching element (not shown) of the inverter main circuit 4 based on the gate pulse signal Gp'. A filter 15, which is made up of a reactor 13 and a capacitor 14, is provided between the inverter main circuit 4 and the load 3 to remove high frequency components from the inverter output.

負荷3には、インバータ装置1とは別に、交流電力系統16から遮断器17および柱上トランス18を介して交流電力が供給されており、インバータ装置1は、交流電力系統16と連系して運転されている。 The load 3 is supplied with AC power from the AC power system 16 via a circuit breaker 17 and a pole transformer 18, separately from the inverter device 1, and the inverter device 1 is operated in connection with the AC power system 16.

DSP9は、電流基準波形データWbが格納された電流基準波形メモリ19と、電流基準波形メモリ19から電流基準波形データWbを順次読み出して、出力指令信号Vcと乗算して電流基準信号Icを作成する乗算部20と、出力電流Ioと電流基準信号Icとの誤差を算出して電流誤差信号eを作成する誤差信号作成部21と、出力同期信号Vsの周期を1区間とする電流誤差信号eの波形パターンの積分を行う誤差波形パターン積分回路22と、誤差波形パターン積分回路22から出力される積分データe’をパルス幅変調してPWMデータDpを作成するPWM処理回路23と、PWMデータDpを格納するPWMメモリ24と、負荷供給電圧Voの周波数の算出、負荷供給電圧Voの周波数異常を示す周波数異常信号Feの出力、さらには読み出しアドレス指定信号Cの出力を行うゼロクロス周期検出処理回路25とを備えている。 The DSP 9 includes a current reference waveform memory 19 in which current reference waveform data Wb is stored, a multiplication unit 20 that sequentially reads out the current reference waveform data Wb from the current reference waveform memory 19 and multiplies it by the output command signal Vc to create a current reference signal Ic, an error signal creation unit 21 that calculates the error between the output current Io and the current reference signal Ic to create a current error signal e, an error waveform pattern integration circuit 22 that integrates the waveform pattern of the current error signal e with the period of the output synchronization signal Vs as one interval, a PWM processing circuit 23 that pulse-width modulates the integral data e' output from the error waveform pattern integration circuit 22 to create PWM data Dp, a PWM memory 24 that stores the PWM data Dp, and a zero-crossing period detection processing circuit 25 that calculates the frequency of the load supply voltage Vo, outputs a frequency abnormality signal Fe indicating a frequency abnormality of the load supply voltage Vo, and further outputs a read address designation signal C.

次に、インバータ装置1の動作を、順を追って説明する。電流検出器7で検出されたインバータ出力の出力電流Ioは、A/D変換器8によってA/D変換されたのち、誤差信号作成部21に入力される。 Next, the operation of the inverter device 1 will be explained step by step. The output current Io of the inverter output detected by the current detector 7 is A/D converted by the A/D converter 8 and then input to the error signal creation unit 21.

一方、電圧検出器5で検出された負荷供給電圧Voは、ゼロクロス検出回路6に入力される。ゼロクロス検出回路6では入力された負荷供給電圧Voを基にして出力同期信号Vsを作成して、電流基準波形メモリ19に出力する。電流基準波形メモリ19では、格納している電流基準波形データWbを、入力された出力同期信号Vsに同期して読み出して乗算部20に出力する。乗算部20では、入力された電流基準波形データWbと出力指令信号Vcとを乗算して電流基準信号Icを作成して誤差信号作成部21に出力する。 Meanwhile, the load supply voltage Vo detected by the voltage detector 5 is input to the zero-cross detection circuit 6. The zero-cross detection circuit 6 creates an output synchronization signal Vs based on the input load supply voltage Vo and outputs it to the current reference waveform memory 19. The current reference waveform memory 19 reads out the stored current reference waveform data Wb in synchronization with the input output synchronization signal Vs and outputs it to the multiplication unit 20. The multiplication unit 20 multiplies the input current reference waveform data Wb by the output command signal Vc to create a current reference signal Ic, which is output to the error signal creation unit 21.

出力電流Ioと電流基準信号Icとが入力された誤差信号作成部21では、出力電流Ioと電流基準信号Icとの誤差である電流誤差信号eを作成して、誤差波形パターン積分回路22に出力する。誤差波形パターン積分回路22には、出力同期信号Vsがゼロクロス検出回路6から入力されており、誤差波形パターン積分回路22では、出力同期信号Vsの周期を1区間として電流誤差信号eの波形パターンを積分する。このようにして作成された積分データe’は、次回のサンプリング時の積分演算に使用するために誤差波形パターン積分回路22内に記憶されるとともに、PWM処理回路23に出力される。 The error signal creation unit 21, to which the output current Io and the current reference signal Ic are input, creates a current error signal e, which is the error between the output current Io and the current reference signal Ic, and outputs it to the error waveform pattern integration circuit 22. The error waveform pattern integration circuit 22 receives the output synchronization signal Vs from the zero-cross detection circuit 6, and integrates the waveform pattern of the current error signal e, with the period of the output synchronization signal Vs being one interval. The integration data e' created in this way is stored in the error waveform pattern integration circuit 22 for use in the integration calculation at the next sampling time, and is also output to the PWM processing circuit 23.

PWM処理回路23では、入力された積分データe’をパルス幅変調してPWMデータDpを作成して、PWMメモリ24に格納する。PWMメモリ24では、ゼロクロス検出回路6から入力される出力同期信号Vsと同期を取りつつ、アドレス指定信号Cによって歪みが与えられたPWMデータDp’をサンプリング毎にタイマ・カウンタ回路11に出力する。 The PWM processing circuit 23 pulse-width modulates the input integral data e' to create PWM data Dp, which is stored in the PWM memory 24. The PWM memory 24 outputs the PWM data Dp' distorted by the address specification signal C to the timer/counter circuit 11 for each sampling, while synchronizing with the output synchronization signal Vs input from the zero-cross detection circuit 6.

タイマ・カウンタ回路11では、DSP9において上述した手順で作成されたPWMデータDp’を基にしてゲートパルス信号Gp’を作成して、ゲート駆動回路12に出力する。ゲート駆動回路12では、入力されるゲートパルス信号Gp’を基にしてインバータ主回路4のスイッチング素子(図示省略)をスイッチング制御して、インバータ主回路4を駆動させる。 The timer/counter circuit 11 creates a gate pulse signal Gp' based on the PWM data Dp' created by the DSP 9 in the above-mentioned procedure, and outputs it to the gate drive circuit 12. The gate drive circuit 12 controls the switching of the switching element (not shown) of the inverter main circuit 4 based on the input gate pulse signal Gp', thereby driving the inverter main circuit 4.

インバータ装置1では、交流電力系統16の停電等により、単独運転状態になると、次のようにして、単独運転状態を検知して、インバータ出力を停止している。すなわち、インバータ装置1が供給している無効電力と負荷3が要求している無効電力とが一致していない状態でインバータ装置1が単独運転状態になると、負荷供給電圧Vo(単独運転状態ではインバータ出力と等しくなる)の周波数は、定格周波数(50/60Hz)から変動し、これに伴って負荷供給電圧Voの電圧値も変動する。そこで、電圧異常検出回路10によって、負荷供給電圧Voに異常があるか否かを検出し、負荷供給電圧Voに過電圧異常ないし不足電圧異常が生じると、電圧異常信号Veをゲート駆動回路12に出力する。また、ゼロクロス周期検出処理回路25において、負荷供給電圧Voの周波数を検出し、さらに検出した負荷供給電圧Voの周波数と定格周波数f0を比較して両者の偏差を算出し、算出した偏差が予め決めておいた閾値を超過する場合には、周波数異常信号Feをゲート駆動回路12に出力する。 When the inverter device 1 enters an isolated operation state due to a power outage or the like in the AC power system 16, the inverter device 1 detects the isolated operation state and stops the inverter output as follows. That is, when the inverter device 1 enters an isolated operation state in a state in which the reactive power supplied by the inverter device 1 does not match the reactive power required by the load 3, the frequency of the load supply voltage Vo (which is equal to the inverter output in an isolated operation state) fluctuates from the rated frequency (50/60 Hz), and the voltage value of the load supply voltage Vo also fluctuates accordingly. Therefore, the voltage abnormality detection circuit 10 detects whether there is an abnormality in the load supply voltage Vo, and if an overvoltage abnormality or undervoltage abnormality occurs in the load supply voltage Vo, a voltage abnormality signal Ve is output to the gate drive circuit 12. In addition, the zero-cross period detection processing circuit 25 detects the frequency of the load supply voltage Vo, and further compares the detected frequency of the load supply voltage Vo with the rated frequency f0 to calculate the deviation between the two, and if the calculated deviation exceeds a predetermined threshold, a frequency abnormality signal Fe is output to the gate drive circuit 12.

ゲート駆動回路12では、電圧異常信号Veないしは周波数異常信号Feが入力されると、インバータ装置1が単独運転状態になったとして、インバータ主回路4のスイッチング制御を停止し、これによってインバータ主回路4はインバータ出力を停止する。 When the gate drive circuit 12 receives the voltage abnormality signal Ve or frequency abnormality signal Fe, it determines that the inverter device 1 is in an isolated operation state and stops switching control of the inverter main circuit 4, causing the inverter main circuit 4 to stop inverter output.

次に、インバータ装置1の特徴となる動作を説明する。インバータ装置1が供給している無効電力と負荷3が要求している無効電力とがほぼ一致する(負荷インピーダンスの力率が1に近い)状態で、インバータ装置1が単独運転状態になると、負荷供給電圧Voの周波数はほとんど変動しなくなる。従って、電圧異常検出回路10やゼロクロス周期検出処理回路25において、負荷供給電圧Voの異常が検出できなくなる。そこで、インバータ装置1では、PWMメモリ24が出力するPWMデータDp’に対して、以下に示す歪みを付与することにより、負荷インピーダンスの力率に関係なく、単独運転状態の負荷供給電圧Voの周波数に変動を発生させて、インバータ装置1の単独運転状態を確実に検知している。以下、歪みの付与に付いて詳細に説明する。 Next, the characteristic operation of the inverter device 1 will be described. When the inverter device 1 is in an isolated operation state with the reactive power supplied by the inverter device 1 almost equal to the reactive power required by the load 3 (the power factor of the load impedance is close to 1), the frequency of the load supply voltage Vo hardly fluctuates. Therefore, the voltage abnormality detection circuit 10 and the zero-cross period detection processing circuit 25 cannot detect an abnormality in the load supply voltage Vo. Therefore, in the inverter device 1, the following distortion is applied to the PWM data Dp' output by the PWM memory 24, so that the frequency of the load supply voltage Vo in the isolated operation state is fluctuated regardless of the power factor of the load impedance, thereby reliably detecting the isolated operation state of the inverter device 1. The application of the distortion will be described in detail below.

インバータ装置1は、インバータ出力に歪みを与えるゼロクロス周期検出処理回路25の構成に特徴がある。すなわち、ゼロクロス周期検出処理回路25は、PWMメモリ24に対して読み出しアドレス指定信号Cを出力している。 The inverter device 1 is characterized by the configuration of the zero-cross period detection processing circuit 25, which distorts the inverter output. That is, the zero-cross period detection processing circuit 25 outputs a read address designation signal C to the PWM memory 24.

ゼロクロス周期検出処理回路25がPWMメモリ24に対して与える読み出しアドレス指定信号Cは、次のような指定を行う信号である。すなわち、図2に示したように、読み出しアドレス指定信号Cは、PWMメモリ24に対して、PWMデータDpの読み出しに際して、読み出し用のカウンタ(g-count)の増加率(g-rate)をゼロクロス周期毎に変更することで、PWMデータDpに歪みを与えている。 The read address specification signal C that the zero-cross period detection processing circuit 25 gives to the PWM memory 24 is a signal that specifies the following. That is, as shown in FIG. 2, when the PWM data Dp is read from the PWM memory 24, the read address specification signal C distorts the PWM data Dp by changing the increase rate (g-rate) of the read counter (g-count) for each zero-cross period.

すなわち、読み出しアドレス指定信号Cは、PWMデータDpの読み出しアドレスをmとし、PWMメモリ24から取り出されるPWMデータDpの時間変化をY(n)とすると、
m=int(g-rate×g-count) …(1)
g-count=nmod N …(2)
Y(n)=Dpm …(3)
となるアドレス指定信号である。
That is, if the read address of the PWM data Dp is m and the time change of the PWM data Dp retrieved from the PWM memory 24 is Y(n), then the read address designation signal C is expressed as follows:
m = int (g-rate × g-count) ... (1)
g-count = n mod N ... (2)
Y(n)=Dpm... (3)
These are addressing signals.

このように設定された読み出しアドレス指定信号Cに基づいてPWMメモリ24から読み出されたPWMデータDp’は、タイマ・カウンタ回路11に入力される。そして、このPWMデータDp’に基づいてタイマ・カウンタ回路11でゲートパルス信号Gp’を作成して、ゲート駆動回路12に出力する。ゲート駆動回路12では、入力されたゲートパルス信号Gp’によってインバータ主回路4をスイッチング制御する。 The PWM data Dp' read from the PWM memory 24 based on the read address designation signal C set in this way is input to the timer/counter circuit 11. The timer/counter circuit 11 then creates a gate pulse signal Gp' based on this PWM data Dp' and outputs it to the gate drive circuit 12. The gate drive circuit 12 controls the switching of the inverter main circuit 4 using the input gate pulse signal Gp'.

ここで、g-rate>1とした場合には、インバータ出力波形には、図3に示したように、ゼロクロスポイントを期間終点する所定期間βが出力ゼロとなる歪みが付与されて、PWMデータDp’での見かけ上の周期T3が定格周波数f0の周期T0より短くなり、このPWMデータDp’を基にしてインバータ出力を作成すると、そのゼロクロスポイントの検出タイミングが期間βだけに早くなる結果、インバータ出力の周波数は定格周波数f0より上昇する。 Here, if g-rate>1, as shown in Figure 3, the inverter output waveform is distorted so that the output is zero for a certain period β ending at the zero crossing point, and the apparent period T3 of the PWM data Dp' becomes shorter than the period T0 of the rated frequency f0. When the inverter output is created based on this PWM data Dp', the detection timing of the zero crossing point becomes earlier by the period β, and as a result, the frequency of the inverter output increases above the rated frequency f0.

一方、g-rate<1とした場合には、インバータ出力波形には、図4に示したように、波高ピークからゼロクロスポイントに至る下降波形経路側に任意のオフセットを出力する歪みが付与されて、PWMデータDp’での見かけ上の周期T4が定格周波数f0の周期T0より長くなり、このPWMデータDp’を基にしてインバータ出力を作成すると、見かけ上の周期T4が長くなる分、そのゼロクロスポイントの検出タイミングが遅くなる結果、インバータ出力の周波数は定格周波数f0より下降する。 On the other hand, when g-rate < 1, as shown in Figure 4, the inverter output waveform is given a distortion that outputs an arbitrary offset to the descending waveform path from the crest to the zero crossing point, and the apparent period T4 of the PWM data Dp' becomes longer than the period T0 of the rated frequency f0. When the inverter output is created based on this PWM data Dp', the apparent period T4 becomes longer, and the timing of detecting the zero crossing point becomes delayed by the amount of the increase in the apparent period T4, resulting in the frequency of the inverter output falling below the rated frequency f0.

このような周波数の変動は、たとえ負荷インピーダンスの力率がほぼ1であったとしても発生するので、このような周波数変動ないし周波数変動に伴う電圧変化をゼロクロス周期検出処理回路25ないし電圧異常検出回路10によって検出することで、インバータ装置1の単独運転状態は確実に検知される。 Since such frequency fluctuations occur even if the power factor of the load impedance is approximately 1, the zero-cross period detection processing circuit 25 or the voltage change associated with the frequency fluctuations is detected by the voltage abnormality detection circuit 10, so that the isolated operation state of the inverter device 1 can be reliably detected.

インバータ装置1によるインバータ出力波形の歪ませ方は、図3や図4に示した他、図5に示したように、ゼロクロスポイントを含んだその両側の所定期間γが出力レベルゼロとなる歪みをインバータ出力波形に付与してもよい。そうすれば、PWMデータDp’での見かけ上の周期TTは、定格周波数f0の周期T0より短くなる結果、インバータ出力(負荷供給電圧Vo)の周波数は、定格周波数f0から変動する。 In addition to the methods shown in Figures 3 and 4, the inverter output waveform may be distorted by the inverter device 1 in such a way that the output level is zero for a predetermined period γ on both sides of the zero crossing point, as shown in Figure 5. In this way, the apparent period TT of the PWM data Dp' becomes shorter than the period T0 of the rated frequency f0, and the frequency of the inverter output (load supply voltage Vo) fluctuates from the rated frequency f0.

さらには、図6に示したように、ゼロクロスポイントが両波高ピーク側に任意のオフセットを出力する歪みをインバータ出力波形に付与してもよい。そうすれば、PWMデータDp’での見かけ上の周期T6は、定格周波数f0の周期T0より長くなる結果、インバータ出力の周波数は、定格周波数f0から変動する。 Furthermore, as shown in FIG. 6, a distortion may be added to the inverter output waveform such that the zero crossing point outputs an arbitrary offset on both wave height peak sides. In this way, the apparent period T6 of the PWM data Dp' becomes longer than the period T0 of the rated frequency f0, and as a result, the frequency of the inverter output fluctuates from the rated frequency f0.

図5や図6に示したような歪ませ方をインバータ出力波形に付与するためには、読み出しアドレス指定信号Cにおける読み出しアドレスを指定する関数を変更すればよい。なお、図3~図6において、実線はPWMデータDp’での見かけ上の出力波形を示し、点線は定格周波数f0の出力波形を示している。 In order to impart the distortion shown in Figures 5 and 6 to the inverter output waveform, the function that specifies the read address in the read address specification signal C can be changed. Note that in Figures 3 to 6, the solid lines show the apparent output waveform with PWM data Dp', and the dotted lines show the output waveform at the rated frequency f0.

ところで、インバータ装置1が単独運転している時のインバータ出力の周波数は、インバータ装置1が接続される負荷3の種類によっても影響を受け、負荷3が誘導性負荷である場合には単独運転時のインバータ出力周波数は上昇し、負荷3が容量性負荷である場合には単独運転時のインバータ出力周波数は下降する。そのため、インバータ出力波形に歪みを付与することによる周波数変動と負荷3による周波数変動量とが互いに周波数変動量の絶対値が同等で、かつ、その変動方向が逆である場合等では、歪みの付与による周波数変動と、負荷3による周波数変動とが互いに相殺し合って、周波数変動が発生しにくい場合がある。 The frequency of the inverter output when the inverter device 1 is operating independently is also affected by the type of load 3 to which the inverter device 1 is connected. When the load 3 is an inductive load, the inverter output frequency during independent operation increases, and when the load 3 is a capacitive load, the inverter output frequency during independent operation decreases. Therefore, in cases where the frequency fluctuation caused by distorting the inverter output waveform and the frequency fluctuation caused by the load 3 are equal in absolute value and the directions of the fluctuations are opposite, the frequency fluctuation caused by the distortion and the frequency fluctuation caused by the load 3 may cancel each other out, making it difficult for frequency fluctuation to occur.

これに対して、インバータ装置1では、先にも述べたように、読み出し用のカウンタ(g-count)の増加率(g-rate)をどのように設定するかによってインバータ出力周波数を定格周波数f0に対して上昇させることも下降させることもできる。そこで、インバータ装置1では、図7に示したように、インバータ出力周波数が所定の変動幅Δfだけ上昇する第1の歪み(図3参照)を付与する期間M1と、インバータ出力周波数が所定の変動幅Δfだけ下降する第2の歪み(図4参照)を付与する期間M2とを交互に繰り返し設定している。そのため、インバータ出力周波数は上昇と下降とを交互に繰り返し、ある期間M1(M2)において、歪みの付与による周波数変動作用と、負荷3による周波数変動作用とが相殺し合ったとしても、次の期間M2(M1)では、相殺しなくなるので、インバータ出力周波数は確実に変動することになる。従って、負荷3との電力バランスに関わりなく、確実に、インバータ装置1の単独運転状態が検出されることになる。 In contrast, as described above, in the inverter device 1, the inverter output frequency can be increased or decreased relative to the rated frequency f0 depending on how the increase rate (g-rate) of the read counter (g-count) is set. Therefore, in the inverter device 1, as shown in FIG. 7, a period M1 in which a first distortion (see FIG. 3) is applied, in which the inverter output frequency increases by a predetermined fluctuation width Δf, and a period M2 in which a second distortion (see FIG. 4) is applied, in which the inverter output frequency decreases by a predetermined fluctuation width Δf, are set alternately. Therefore, even if the frequency fluctuation effect caused by the application of the distortion and the frequency fluctuation effect caused by the load 3 cancel each other out in a certain period M1 (M2), they will no longer cancel each other out in the next period M2 (M1), so the inverter output frequency will definitely fluctuate. Therefore, the isolated operation state of the inverter device 1 will be detected reliably regardless of the power balance with the load 3.

また、インバータ装置1では、第1の歪みを付与する期間M1と第2の歪みを付与する期間M2との間に、定格周波数f0を維持する歪み無付与期間M3を設けている。これにより、インバータ装置1の通常の運転状態、すなわち、交流電力系統16と連系して定格周波数f0で運転している状態では、負荷供給電圧Voには歪みが発生しにくくなっている。 In addition, in the inverter device 1, a distortion-free period M3 in which the rated frequency f0 is maintained is provided between the period M1 in which the first distortion is applied and the period M2 in which the second distortion is applied. As a result, in the normal operating state of the inverter device 1, i.e., in the state in which it is connected to the AC power system 16 and operating at the rated frequency f0, distortion is unlikely to occur in the load supply voltage Vo.

なお、第1、第2の歪みを付与する期間M1、M2としては、例えば、インバータ出力周波数の7周期が適当であり、歪み無付与期間M3としては、インバータ出力周波数の3周期が適当であり、変動幅Δfとしては、例えば、±0.2Hzが適当である。しかしながら、これらの値は一例に過ぎず、各期間M1、M2、M3の変動幅Δfは、他の値であってもよいのは言うまでもない。 For example, seven periods of the inverter output frequency are appropriate for the periods M1 and M2 during which the first and second distortions are applied, and three periods of the inverter output frequency are appropriate for the period M3 during which no distortion is applied, and the fluctuation range Δf is, for example, ±0.2 Hz. However, these values are merely examples, and it goes without saying that the fluctuation range Δf of each period M1, M2, M3 may be other values.

さらには、インバータ装置1では、図8に示す正帰還ループでインバータ出力を制御している。なお、図8において、横軸はゼロクロス周期検出処理回路25で検出する負荷供給電圧Voの出力周波数(インバータ装置1の単独運転時ではインバータ出力の周波数に相当する)Finを示しており、縦軸はPWMデータDp’での見かけ上の周波数Foutを示している。この図から分かるように、インバータ装置1(具体的にはゼロクロス周期検出処理回路25)は、負荷供給電圧Voを、定格周波数f0を挟んだ所定周波数期間(例えば、±0.2Hzの期間が適当であるが、この期間に限定されるものでもない)である不感帯Kと、不感帯Kより高い周波数領域である+側異常周波数領域L+と、不感帯Kより低い周波数領域である-側異常周波数領域L-とに区分している。 Furthermore, the inverter device 1 controls the inverter output with a positive feedback loop as shown in FIG. 8. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the output frequency Fin of the load supply voltage Vo detected by the zero-crossing period detection processing circuit 25 (corresponding to the frequency of the inverter output when the inverter device 1 is operating alone), and the vertical axis indicates the apparent frequency Fout in the PWM data Dp'. As can be seen from this figure, the inverter device 1 (specifically, the zero-crossing period detection processing circuit 25) divides the load supply voltage Vo into a dead zone K, which is a predetermined frequency period (for example, a period of ±0.2 Hz is appropriate, but is not limited to this period) that sandwiches the rated frequency f0, a +-side abnormal frequency region L+, which is a frequency region higher than the dead zone K, and a --side abnormal frequency region L-, which is a frequency region lower than the dead zone K.

そして、不感帯Kでは、図7に示したように、インバータ出力周波数が上昇する第1の歪み(図3参照)を付与する期間M1と、歪み無付与期間M3と、インバータ出力周波数が下降する第2の歪み(図4参照)を付与する期間M2とが順次交互に設定されるようにしている。また、異常周波数領域L+では、負荷供給電圧Voの周波数Finよりも、この周波数Finを基にして形成されるPWMデータDp’での見かけ上の周波数Foutの方が高くなるような正帰還ループで、PWMデータDp’を作成してインバータ制御を行っている。さらには、異常周波数領域L-では、負荷供給電圧Voの周波数Finよりも、この周波数Finを基にして形成されるPWMデータDp’での見かけ上の周波数Foutの方が低くなるような正帰還ループで、PWMデータDp’を作成してインバータ制御を行っている。このような制御は、負荷供給電圧Voを基にした帰還制御により、読み出しアドレス指定信号Cにより読み出しアドレスを指定する関数を変更すればよい。 In the dead zone K, as shown in FIG. 7, a period M1 in which a first distortion (see FIG. 3) that increases the inverter output frequency is applied, a period M3 in which no distortion is applied, and a period M2 in which a second distortion (see FIG. 4) that decreases the inverter output frequency are set in sequence and alternately. In the abnormal frequency region L+, the inverter is controlled by creating PWM data Dp' in a positive feedback loop in which the apparent frequency Fout in the PWM data Dp' formed based on the frequency Fin of the load supply voltage Vo is higher than the frequency Fin of the load supply voltage Vo. Furthermore, in the abnormal frequency region L-, the inverter is controlled by creating PWM data Dp' in a positive feedback loop in which the apparent frequency Fout in the PWM data Dp' formed based on the frequency Fin is lower than the frequency Fin of the load supply voltage Vo. This type of control can be achieved by changing the function that specifies the read address using the read address specification signal C through feedback control based on the load supply voltage Vo.

上述した制御を行うことにより、負荷供給電圧Voの周波数は、インバータ装置1の単独運転時において、急速に周波数変動が起きることになる。すなわち、インバータ装置1は単独運転時において、負荷インピーダンスの力率がほぼ1であり、従来では負荷供給電圧Voが不感帯Kから離脱しない場合であっても、インバータ出力に、まず、第1の歪みと第2の歪みとが付与されることで、負荷供給電圧Voが不感帯Kから離脱して、異常周波数領域L+、L-に移行する。負荷供給電圧Voが異常周波数領域L+、L-に移行すれば、正帰還ループで周波数制御されることにより、周波数変動が加速されることになる。そのため、インバータ装置1が単独運転を始めれば、速やかに、ゼロクロス周期検出処理回路25や電圧異常検出回路10によって検知されることになる。 By carrying out the above-mentioned control, the frequency of the load supply voltage Vo will rapidly fluctuate when the inverter device 1 is operating alone. That is, when the inverter device 1 is operating alone, the power factor of the load impedance is almost 1. Even if the load supply voltage Vo does not leave the dead zone K in the conventional case, the inverter output is first given a first distortion and a second distortion, so that the load supply voltage Vo leaves the dead zone K and moves to the abnormal frequency ranges L+ and L-. If the load supply voltage Vo moves to the abnormal frequency ranges L+ and L-, the frequency fluctuation will be accelerated by frequency control in a positive feedback loop. Therefore, if the inverter device 1 starts operating alone, it will be detected promptly by the zero-cross period detection processing circuit 25 and the voltage abnormality detection circuit 10.

さらに、インバータ装置1では、同じく図8に示したように、負荷供給電圧Voの周波数が、異常周波数領域L+、L-に停留すれば、周波数Finに対する周波数Foutの変化量が大きくなるように、正帰還ループの傾きを変更している。すなわち、ゼロクロス周期検出処理回路25において、周波数Finが異常周波数領域L+、L-にいる期間を測定し、周波数Finが予め設定された期間(例えば、Finの5周期の期間が適当であるが、この期間に限定されるものではない)を超過しない場合には、比較的傾きの小さい正帰還ループP1に基づいて制御を行う一方、周波数Finが予め設定された期間を超過した場合には、比較的傾きの大きい正帰還ループP2に基づいて制御を行う。これにより、異常周波数領域L+、L-に移行した周波数Finの周波数変動をさらに加速することができ、インバータ装置1が単独運転を始めれば、より速やかに、ゼロクロス周期検出処理回路25や電圧異常検出回路10によって検知されることになる。 Furthermore, as shown in FIG. 8, in the inverter device 1, if the frequency of the load supply voltage Vo stays in the abnormal frequency range L+, L-, the slope of the positive feedback loop is changed so that the amount of change in the frequency Fout relative to the frequency Fin increases. That is, in the zero-cross period detection processing circuit 25, the period during which the frequency Fin is in the abnormal frequency range L+, L- is measured, and if the frequency Fin does not exceed a preset period (for example, a period of five periods of Fin is appropriate, but is not limited to this period), control is performed based on the positive feedback loop P1 with a relatively small slope, while if the frequency Fin exceeds the preset period, control is performed based on the positive feedback loop P2 with a relatively large slope. This allows the frequency fluctuation of the frequency Fin that has moved into the abnormal frequency range L+, L- to be further accelerated, and if the inverter device 1 starts operating alone, it will be detected more quickly by the zero-cross period detection processing circuit 25 and the voltage abnormality detection circuit 10.

また、前述したように、負荷3が誘導性負荷であるか、容量性負荷であるか等により、負荷3側の作用で負荷供給電圧Voの周波数が変動し、負荷3による周波数変動と歪み付与による周波数変動とが相殺することが考えられる。このようになれば、負荷供給電圧Voの周波数の変動速度が遅くなって都合が悪い。しかしながら、図8に示したように、二つの正帰還ループP1、P2を切り替えるようにしているので、比較的傾きの小さい正帰還ループP1の制御において、負荷3による周波数変動と歪み付与による周波数変動とが相殺して周波数の変動速度が遅くなったとしても、比較的傾きの大きい正帰還ループP2に切り替わることで、この相殺関係が解消して、周波数は大きく変動するようになる。
<標準形能動的単独運転検出方式>
これまで説明した分散型電源の単独運転検出方式は、定常的に無効電力を注入するための能動信号となる周波数バイアスを与えて単独運転時に動作周波数の乖離を促し、周波数シフト動作により単独運転検出する方法であるが、複数台の分散型電源が設置された環境においては互いの分散型電源による能動信号同士が干渉して相殺される技術的欠点があった。この欠点を解消するため、集中連系対応可能な単独運転検出方法である標準形能動的単独運転検出方式が知られているが、概要は次のとおりである。特徴的な機能として、系統周波数の偏差から注入する無効電力を演算して周波数シフトを促す機能(周波数フィードバック機能)と、分散型電源の出力電力と系統負荷の消費電力とが平衡した状態において意図的に周波数変化を発生させる機能(無効電力ステップ注入機能)とを備えており、単独運転の高速検出が可能、不要動作がない、他方式との相互干渉がない、能動信号による系統への影響が小さい等の特長を持つ。このような単独運転検出方式を「標準形能動的単独運転検出方式(ステップ注入付き周波数フィードバック方式)」と呼び、その内容を詳細に説明する。
Also, as mentioned above, depending on whether the load 3 is an inductive load or a capacitive load, the frequency of the load supply voltage Vo may fluctuate due to the action of the load 3, and the frequency fluctuation due to the load 3 and the frequency fluctuation due to the application of distortion may cancel each other out. If this happens, the frequency fluctuation speed of the load supply voltage Vo may slow down, which is inconvenient. However, as shown in FIG. 8, since two positive feedback loops P1 and P2 are switched, even if the frequency fluctuation speed slows down in the control of the positive feedback loop P1 with a relatively small slope because the frequency fluctuation due to the load 3 and the frequency fluctuation due to the application of distortion cancel each other out, by switching to the positive feedback loop P2 with a relatively large slope, this offset relationship is eliminated, and the frequency will fluctuate significantly.
<Standard active islanding detection method>
The islanding detection method for distributed power sources explained so far is a method that provides a frequency bias that acts as an active signal for injecting reactive power steadily, to encourage deviation of the operating frequency during islanding, and detects islanding by frequency shift operation. However, in an environment where multiple distributed power sources are installed, there is a technical drawback in that the active signals from the distributed power sources interfere with each other and cancel each other out. To solve this drawback, a standard active islanding detection method that is compatible with centralized grid connection is known, and its outline is as follows. It has two characteristic functions: a function to calculate the reactive power to be injected from the deviation of the grid frequency and encourage a frequency shift (frequency feedback function), and a function to intentionally cause a frequency change when the output power of the distributed power source and the power consumption of the grid load are in balance (reactive power step injection function). It has features such as high-speed detection of islanding, no unnecessary operation, no mutual interference with other methods, and small impact on the grid by active signals. This type of islanding detection method is called the "standard active islanding detection method (frequency feedback method with step injection)" and its contents will be explained in detail.

図9は、上記能動的単独運転方式を採用したパワーコンディショナ(以下、PCS[power conditioning system]と呼ぶ場合がある)の全体ブロック図である。本構成例のPCS100は、系統周波数計測部110と、周波数フィードバック部(無効電力注入部)120と、無効電力ステップ注入部130と、単独運転検出部140と、電流制御処理部150と、インバータ部160と、を有する。 Figure 9 is an overall block diagram of a power conditioner (hereinafter, sometimes referred to as a PCS [power conditioning system]) that employs the above-mentioned active islanding method. The PCS 100 of this configuration example has a system frequency measurement unit 110, a frequency feedback unit (reactive power injection unit) 120, a reactive power step injection unit 130, an islanding detection unit 140, a current control processing unit 150, and an inverter unit 160.

系統周波数計測部110は、周波数偏差の演算に用いる系統周波数を計測する制御部であり、周波数検出回路111と、周波数計測処理部112と、位相差計測同期処理部113と、を含む。図10は、系統周波数(周期)計測のアルゴリズムを示す図である。 The system frequency measurement unit 110 is a control unit that measures the system frequency used to calculate the frequency deviation, and includes a frequency detection circuit 111, a frequency measurement processing unit 112, and a phase difference measurement synchronization processing unit 113. Figure 10 shows the algorithm for measuring the system frequency (period).

周波数検出回路111は、系統電圧に同期した方形波信号を生成して周波数計測処理部112に出力する(図10の上段を参照)。周波数検出回路111は、ハードウェア部として実装される。 The frequency detection circuit 111 generates a square wave signal synchronized with the system voltage and outputs it to the frequency measurement processing unit 112 (see the upper part of Figure 10). The frequency detection circuit 111 is implemented as a hardware unit.

周波数計測処理部112は、周波数検出回路111から入力される方形波信号を監視して系統電圧の周期データ(周波数データ)を計測する(図10の中段を参照)。より具体的に述べると、周波数計測処理部112は、方形波信号の立下りエッジから立上りエッジまでをカウントしたときの中間値と、次の立下りエッジから立上りエッジまでをカウントしたときの中間値との差分を周期データ(周波数データ)として取得する。周波数計測処理部112は、系統周波数の計測に十分な分解能(例えば2.5MHz以上(400ns以下))を備えている。周波数計測処理部112は、ソフトウェア部として実装される。 The frequency measurement processing unit 112 monitors the square wave signal input from the frequency detection circuit 111 and measures period data (frequency data) of the system voltage (see the middle part of FIG. 10). More specifically, the frequency measurement processing unit 112 obtains the difference between the median value when counting from the falling edge to the rising edge of the square wave signal and the median value when counting from the next falling edge to the rising edge as period data (frequency data). The frequency measurement processing unit 112 has a resolution sufficient for measuring the system frequency (e.g., 2.5 MHz or more (400 ns or less)). The frequency measurement processing unit 112 is implemented as a software unit.

位相差計測同期処理部113は、周波数計測処理部112で計測された周期データ(周波数データ)を方形波信号の立上りエッジで同期化する(図10の下段を参照)。位相差計測同期処理部113は、ソフトウェア部として実装される。 The phase difference measurement synchronization processing unit 113 synchronizes the period data (frequency data) measured by the frequency measurement processing unit 112 with the rising edge of the square wave signal (see the lower part of Figure 10). The phase difference measurement synchronization processing unit 113 is implemented as a software unit.

周波数フィードバック部120は、移動平均処理により算出された系統周波数の周波数偏差(周期偏差)から注入する無効電力を演算して周波数シフトを促す制御部であり、第1移動平均算出部121と、第2移動平均算出部122と、周波数偏差算出部123と、無効電力注入量算出部124と、加算部125と、を含む。 The frequency feedback unit 120 is a control unit that calculates the reactive power to be injected from the frequency deviation (periodic deviation) of the system frequency calculated by moving average processing to promote a frequency shift, and includes a first moving average calculation unit 121, a second moving average calculation unit 122, a frequency deviation calculation unit 123, a reactive power injection amount calculation unit 124, and an addition unit 125.

第1移動平均算出部121は、系統周波数(系統周期)の第1移動平均値(最近周期に相当)を算出する。第1移動平均算出部121は、ソフトウェア部として実装される。 The first moving average calculation unit 121 calculates the first moving average value (corresponding to the most recent period) of the system frequency (system period). The first moving average calculation unit 121 is implemented as a software unit.

第2移動平均算出部122は、系統周波数(系統周期)の第2移動平均値(過去周期に相当)を算出する。第2移動平均算出部122は、ソフトウェア部として実装される。 The second moving average calculation unit 122 calculates the second moving average value (corresponding to the past period) of the system frequency (system period). The second moving average calculation unit 122 is implemented as a software unit.

周波数偏差算出部123は、第1移動平均値と第2移動平均値との差分から系統周波数の周波数偏差(周期偏差)を算出する。周波数偏差算出部123は、ソフトウェア部として実装される。 The frequency deviation calculation unit 123 calculates the frequency deviation (periodic deviation) of the system frequency from the difference between the first moving average value and the second moving average value. The frequency deviation calculation unit 123 is implemented as a software unit.

図11は、周波数偏差演算のイメージ図であり、図12は、移動平均値の更新イメージ図である。周波数偏差の演算に用いられる周期データは、系統電圧の1周期毎に更新される。周波数偏差の演算に用いられる移動平均値は、時間t1毎(例えばt1=5ms)に更新され、周波数偏差の演算自体も時間t1毎に行われる。なお、時間t1は、交流電力系統PWの周波数(50Hz/60Hz)に依ることなく一律とされている。第1移動平均値(最近周期)としては、最新周期の取得タイミングを終点として時間t2(例えばt2=40ms)分の移動平均値が用いられる。一方、第2移動平均値(過去周期)としては、最新周期の取得タイミングから時間t3(例えばt3=200ms)だけ過去に遡ったタイミングを終点として時間t4(例えばt4=320ms)分の移動平均値が用いられる。 Figure 11 is an image diagram of frequency deviation calculation, and Figure 12 is an image diagram of moving average value update. The periodic data used to calculate the frequency deviation is updated every period of the system voltage. The moving average value used to calculate the frequency deviation is updated every time t1 (e.g., t1 = 5 ms), and the frequency deviation calculation itself is also performed every time t1. Note that time t1 is a uniform value regardless of the frequency (50 Hz/60 Hz) of the AC power system PW. As the first moving average value (most recent period), a moving average value for time t2 (e.g., t2 = 40 ms) is used, with the acquisition timing of the most recent period as the end point. On the other hand, as the second moving average value (past period), a moving average value for time t4 (e.g., t4 = 320 ms) is used, with the timing going back by time t3 (e.g., t3 = 200 ms) from the acquisition timing of the most recent period as the end point.

無効電力注入量算出部124は、周波数偏差算出部123で算出された周波数偏差(周期偏差)に応じて注入する無効電力を算出する。無効電力注入量算出部124は、ソフトウェア部として実装される。 The reactive power injection amount calculation unit 124 calculates the reactive power to be injected according to the frequency deviation (periodic deviation) calculated by the frequency deviation calculation unit 123. The reactive power injection amount calculation unit 124 is implemented as a software unit.

図13は、周波数偏差-無効電力特性を示す図である。本図に示したように、無効電力注入量算出部124は、周波数偏差が±f[Hz](例えばf=0.01Hz(±4.0μs@50Hz、±2.8μs@60Hz))を境にして無効電力演算のゲインを変える。なお、注入する無効電力の上下限値は±A[p.u.](例えばA=0.25p.u.)に設定されている。ここで、p.u.[per unit]は、単位法で基準値(定格容量)に対する比を表す際に用いられる記号である。例えば、基準値(定格容量)が4kWである場合、±0.25p.u.=±1kW(無効電力であれば±1Var)となる。 Figure 13 is a diagram showing frequency deviation-reactive power characteristics. As shown in this figure, the reactive power injection amount calculation unit 124 changes the gain of the reactive power calculation when the frequency deviation is ±f [Hz] (for example, f = 0.01 Hz (±4.0 μs @ 50 Hz, ±2.8 μs @ 60 Hz)). The upper and lower limits of the reactive power to be injected are set to ±A [p.u.] (for example, A = 0.25 p.u.). Here, p.u. [per unit] is a symbol used to express the ratio to a reference value (rated capacity) in the unit method. For example, if the reference value (rated capacity) is 4 kW, ±0.25 p.u. = ±1 kW (±1 Var for reactive power).

加算部125は、無効電力注入量算出部124で算出された無効電力の注入量と、後出のステップ注入量算出部136で算出された無効電力のステップ注入量を足し合わせて、電流制御処理部150に伝達する。加算部125は、ソフトウェア部として実装される。 The adder 125 adds the reactive power injection amount calculated by the reactive power injection amount calculation unit 124 and the step injection amount of reactive power calculated by the step injection amount calculation unit 136 described later, and transmits the sum to the current control processing unit 150. The adder 125 is implemented as a software unit.

無効電力ステップ注入部130は、分散型電源の単独運転時にPCS100の出力電力と負荷装置の消費電力とが平衡して系統周波数の偏差が微小となる条件下において、周波数シフトを促すために無効電力をステップ注入する制御部であり、基本波電圧計測回路131と、高調波電圧計測回路132と、基本波電圧算出部133と、高調波電圧算出部134と、ステップ注入発生条件判定部135と、ステップ注入量算出部136と、を含む。 The reactive power step injection unit 130 is a control unit that injects reactive power in a step manner to promote a frequency shift under conditions in which the output power of the PCS 100 and the power consumption of the load device are balanced and the deviation of the system frequency is small during isolated operation of the distributed power source, and includes a fundamental wave voltage measurement circuit 131, a harmonic voltage measurement circuit 132, a fundamental wave voltage calculation unit 133, a harmonic voltage calculation unit 134, a step injection occurrence condition determination unit 135, and a step injection amount calculation unit 136.

基本波電圧計測回路131は、PCS100の出力電流に含まれる基本波成分を基本波電圧として計測する。基本波電圧計測回路131は、ハードウェア部として実装される。 The fundamental wave voltage measurement circuit 131 measures the fundamental wave component contained in the output current of the PCS 100 as a fundamental wave voltage. The fundamental wave voltage measurement circuit 131 is implemented as a hardware unit.

高調波電圧計測回路132は、PCS100の出力電流に含まれる高調波成分を高調波電圧として計測する。高調波電圧計測回路132は、ハードウェア部として実装される。 The harmonic voltage measurement circuit 132 measures the harmonic components contained in the output current of the PCS 100 as harmonic voltages. The harmonic voltage measurement circuit 132 is implemented as a hardware unit.

基本波電圧算出部133は、基本波電圧の変化量を算出する。基本波電圧算出部133は、ソフトウェア部として実装される。 The fundamental wave voltage calculation unit 133 calculates the amount of change in the fundamental wave voltage. The fundamental wave voltage calculation unit 133 is implemented as a software unit.

高調波電圧算出部134は、高調波電圧の変化量を算出する。高調波電圧の演算には、二次~七次以上の高調波が用いられる。また、高調波電圧の演算には、下記の離散フーリエ解析を用いてもよい。高調波電圧算出部134は、ソフトウェア部として実装される。 The harmonic voltage calculation unit 134 calculates the amount of change in the harmonic voltage. Second to seventh or higher harmonics are used to calculate the harmonic voltage. The discrete Fourier analysis described below may also be used to calculate the harmonic voltage. The harmonic voltage calculation unit 134 is implemented as a software unit.

Figure 0007503369000001
なお、上式中の変数について、nはサンプリング点(N個)(n=0,1,2,…,N-1)、f1は基本周波数(f1=1/(NT)=fs/N)、fsはサンプリング周波数、Tはサンプリング間隔(T=1/fs)、kは高調波の時数(k=0,1,2,…,N/2)、A[k]はk次余弦の振幅、B[k]はk次正弦の振幅、Harm[k]はk次高調波電圧(ピーク電圧)をそれぞれ示している。
Figure 0007503369000001
In the above equation, n denotes the sampling points (N points) (n=0, 1, 2, ..., N-1), f1 denotes the fundamental frequency (f1=1/(NT)=fs/N), fs denotes the sampling frequency, T denotes the sampling interval (T=1/fs), k denotes the number of hours of the harmonic (k=0, 1, 2, ..., N/2), A[k] denotes the amplitude of the kth cosine, B[k] denotes the amplitude of the kth sine, and Harm[k] denotes the kth harmonic voltage (peak voltage).

ステップ注入発生条件判定部135は、基本波電圧算出部133および高調波電圧算出部134の出力に応じてステップ注入発生条件が満足されたか否かを判定する。より具体的に述べると、ステップ注入発生条件判定部135は、周波数偏差が所定の微小範囲内(例えば±0.01Hz以内)であり、かつ、基本波電圧または高調波電圧の変化量が所定の条件を満たしたときに、ステップ注入の必要が生じたと判定する。なお、基本波電圧および高調波電圧は、単独運転発生時に生じる系統周波数以外の変化要素の一つである。ステップ注入発生条件判定部133は、ソフトウェア部として実装される。 The step injection occurrence condition determination unit 135 determines whether or not the step injection occurrence condition is satisfied according to the outputs of the fundamental wave voltage calculation unit 133 and the harmonic voltage calculation unit 134. More specifically, the step injection occurrence condition determination unit 135 determines that the need for step injection has arisen when the frequency deviation is within a predetermined minute range (for example, within ±0.01 Hz) and the amount of change in the fundamental wave voltage or the harmonic voltage satisfies a predetermined condition. The fundamental wave voltage and the harmonic voltage are one of the variables other than the system frequency that occurs when islanding occurs. The step injection occurrence condition determination unit 133 is implemented as a software unit.

図14はステップ注入発生の第1条件(基本波電圧変動)を説明するための図である。本図中において、Miはiサイクル前の基本波電圧を示しており、Mavrは3サイクル前から5サイクル前までの3個の平均値を示している。基本波電圧算出部133では、基本波電圧の変化量(Mk-Mavr)(ただしk=0~5)が算出され、ステップ注入発生条件判定部135では、各々の変化量がいずれも所定の条件式を満足したときに、基本波電圧の変動が生じたと判定される。 Figure 14 is a diagram for explaining the first condition for step injection (fundamental voltage fluctuation). In this figure, Mi indicates the fundamental voltage i cycles ago, and Mavr indicates the average value of three values from three cycles ago to five cycles ago. The fundamental voltage calculation unit 133 calculates the amount of change in the fundamental voltage (Mk-Mavr) (where k = 0 to 5), and the step injection occurrence condition determination unit 135 determines that a fluctuation in the fundamental voltage has occurred when each amount of change satisfies a predetermined conditional formula.

図15はステップ注入発生の第2条件(高調波電圧変動)を説明するための図である。本図中において、Niはiサイクル前の二次~七次の全高調波電圧実効値THD[total harmonic distortion]を示しており、Navrは3サイクル前から5サイクル前までの3個の平均値を示している。高調波電圧算出部134では、高調波電圧の変化量(Nk-Navr)(ただしk=0~5)が算出され、ステップ注入発生条件判定部135では、各々の変化量がいずれも所定の条件式を満足したときに、高調波電圧の変動が生じたと判定される。 Figure 15 is a diagram for explaining the second condition for the occurrence of step injection (harmonic voltage fluctuation). In this figure, Ni indicates the effective value THD [total harmonic distortion] of the second to seventh harmonic voltages i cycles ago, and Navr indicates the average value of the three values from three cycles ago to five cycles ago. The harmonic voltage calculation unit 134 calculates the amount of change in the harmonic voltage (Nk-Navr) (where k = 0 to 5), and the step injection occurrence condition determination unit 135 determines that a harmonic voltage fluctuation has occurred when each amount of change satisfies a predetermined conditional formula.

ステップ注入量算出部136は、ステップ注入発生条件判定部135の判定結果に応じて無効電力のステップ注入量を算出する。注入時間は、所定のサイクル数以下(例えば3サイクル以下)とされている。注入量には所定の上限値(例えば0.1p.u.)が定められている。無効電力は、PCS100から見て電流位相を遅らせる方向(周波数を低下させる方向)に注入される。無効電力のステップ注入は、先述の条件が満たされてから系統周波数(周期)の半サイクル以内に行われる。ステップ注入量算出部136は、ソフトウェア部として実装される。 The step injection amount calculation unit 136 calculates the step injection amount of reactive power according to the judgment result of the step injection occurrence condition judgment unit 135. The injection time is set to a predetermined number of cycles or less (e.g., 3 cycles or less). A predetermined upper limit value (e.g., 0.1 pu) is set for the injection amount. The reactive power is injected in a direction that delays the current phase (direction that lowers the frequency) as viewed from the PCS 100. The step injection of reactive power is performed within half a cycle of the system frequency (period) after the aforementioned conditions are satisfied. The step injection amount calculation unit 136 is implemented as a software unit.

単独運転検出部140は、系統周波数の変化によって単独運転発生の有無を判定する制御部であり、能動的単独運転検出部141と、受動的単独運転検出部142と、を含む。 The islanding operation detection unit 140 is a control unit that determines whether or not an islanding operation has occurred based on changes in the system frequency, and includes an active islanding operation detection unit 141 and a passive islanding operation detection unit 142.

電流制御処理部150は、系統周波数計測部110の出力に基づいて同期処理を行いつつ、適切な無効電力を注入するようにインバータ部160の電流制御を行う。なお、具体的な無効電力の注入方法については、例えば、先出の図1~図8を参照して説明したようなインバータ部160の電流制御を行えばよい。 The current control processing unit 150 performs synchronization processing based on the output of the system frequency measurement unit 110, while controlling the current of the inverter unit 160 so as to inject appropriate reactive power. Note that, as a specific method for injecting reactive power, for example, the current control of the inverter unit 160 may be performed as described above with reference to Figures 1 to 8.

インバータ部160は、直流電源(例えばPVパネル)から供給される直流電力を交流電力に変換して交流電力系統PWに系統連系させる電力変換部である。 The inverter unit 160 is a power conversion unit that converts DC power supplied from a DC power source (e.g., a PV panel) into AC power and connects it to the AC power system PW.

なお、図9では、上記の構成要素をハードウェア部(CPU以外)とソフトウェア部(CPU)に分割した例を示しているが、分割の境界はこれに限定されるものではない。 Note that Figure 9 shows an example in which the above components are divided into a hardware section (other than the CPU) and a software section (CPU), but the division boundary is not limited to this.

このような能動的単独運転検出方式を採用したPCS100であれば、単独運転状態に陥ったPCS100を遅滞なく(例えば単独運転発生から0.2s以内に)高速に停止することが可能となる。 A PCS100 that employs such an active islanding detection method can quickly shut down a PCS100 that has fallen into an islanding state without delay (for example, within 0.2 seconds after the occurrence of islanding).

また、PCS100であれば、過去の系統周波数(系統周期)を基準にCPU割込み時間(目標波形の間隔)を変化させることができるので、系統周波数(周期)が変化しても、歪み量を相対的に低減させることが可能となる。 In addition, with PCS100, the CPU interrupt time (the interval between target waveforms) can be changed based on the past system frequency (system cycle), making it possible to relatively reduce the amount of distortion even if the system frequency (cycle) changes.

上記能動的単独運転検出方式により、多数の太陽光発電システムが共通の商用電力系統に連系される場合であっても、各PCSの単独運転検出機能が相互に干渉せず、保安上の要件を満たすことができる環境を構築することができるので、住宅等への太陽光発電システム導入の円滑な普及促進を図ることが可能となる。 The above-mentioned active islanding detection method makes it possible to create an environment in which safety requirements can be met without the islanding detection functions of each PCS interfering with each other, even when multiple photovoltaic power generation systems are connected to a common commercial power grid, thereby making it possible to smoothly promote the introduction of photovoltaic power generation systems to homes, etc.

<適用例>
図16は、上記の能動的単独運転検出方式をPCS(インバータ装置)に適用した例を示すブロック図である。本適用例において、需要家Hには、太陽光発電システムXと負荷装置Yが設置されている。太陽光発電システムXは、分散型電源の一例であり、PCSX1とPVパネルX2を有する。
<Application Examples>
16 is a block diagram showing an example in which the above-mentioned active islanding detection method is applied to a PCS (inverter device). In this application example, a consumer H is equipped with a photovoltaic power generation system X and a load device Y. The photovoltaic power generation system X is an example of a distributed power source, and includes a PCSX1 and a PV panel X2.

PCSX1は、インバータ装置の一例であり、系統連系インバータ部X11を含むほかに、標準形能動的単独運転検出方式を実装するための手段として、単独運転防止機能部X12と単独運転防止助長部X13を含む。 PCSX1 is an example of an inverter device, and in addition to including a grid-connected inverter unit X11, it also includes an islanding prevention function unit X12 and an islanding prevention assistance unit X13 as means for implementing a standard active islanding detection method.

系統連系インバータ部X11は、PVパネルX2から供給される直流電力を交流電力に変換して交流電力系統PWに系統連系させる。 The grid-connected inverter unit X11 converts the DC power supplied from the PV panel X2 into AC power and connects it to the AC power grid PW.

単独運転防止機能部X12は、系統周波数や系統電圧の変化から単独運転を検出して系統連系インバータ部X11を停止させる機能ブロックであり、例えば、図9の単独運転検出部140がこれに相当する。 The islanding prevention function unit X12 is a function block that detects islanding operation from changes in the system frequency and system voltage and stops the system-connected inverter unit X11. For example, this corresponds to the islanding detection unit 140 in FIG. 9.

単独運転防止助長部X13は、単独運転防止機能を助長するように系統連系インバータ部X11を制御する機能ブロックである。より具体的に述べると、単独運転防止助長部X13は、系統周波数を検出してその周波数変化を助長する方向へ系統連系インバータ部X11の動作周波数をフィードバック制御する機能ブロックであり、例えば、図9の系統周波数計測部110、周波数フィードバック部(無効電力注入部)120、無効電力ステップ注入部130、および、電流制御処理部150がこれに相当する。 The islanding prevention aid unit X13 is a functional block that controls the grid-connected inverter unit X11 to aid in the islanding prevention function. More specifically, the islanding prevention aid unit X13 is a functional block that detects the grid frequency and feedback-controls the operating frequency of the grid-connected inverter unit X11 in a direction that aids in the change in frequency, and corresponds to, for example, the grid frequency measurement unit 110, the frequency feedback unit (reactive power injection unit) 120, the reactive power step injection unit 130, and the current control processing unit 150 in FIG. 9.

このように、本適用例のPCSX1であれば、単独運転状態に陥ったPCSX1を遅滞なく高速に停止することが可能となる。 In this way, with the PCSX1 of this application example, it is possible to stop the PCSX1 that has fallen into an isolated operation state quickly and without delay.

<単独運転発生可能性有り時におけるインバータ出力停止機能>
ここで、PCS100の構成では、g-rateの値が同じであったとしても、単独運転状態においては系統連系状態と比較して出力電流周波数が、通常運転時に対して変化しづらいことによりインバータ部160の単独運転検出が遅くなる可能性がある。
<Inverter output stop function when islanding is possible>
Here, in the configuration of PCS 100, even if the value of g-rate is the same, the output current frequency is less likely to change in an isolated operation state compared to a grid-connected state compared to normal operation, and therefore, the detection of isolated operation by inverter unit 160 may be delayed.

詳しく説明すると、例えばg-rate>1の場合において、インバータ出力電圧は、図3に示したように周期T3=T0/g-rateとなる。この場合において、系統連系状態であれば、系統電圧はインバータ出力電圧によらず安定しているため、インバータ出力電流は、インバータ出力電圧と系統電圧との差に応じて出力されることになる。一方、単独運転状態である場合は、系統電圧とは切り離されているため、インバータ出力電圧がそのまま負荷に供給され、インバータ出力電流は、インバータ出力電圧に対して負荷が使用する電流と同様になる。すなわち、g-rateの演算を行う前の系統電圧周波数をF0とすると、単独運転時にg-rateの歪を与えた場合の出力電圧周波数F0'はF0'=F0/g-rateとなり、インバータ出力電流は、それまでの系統電圧の各位相に対する電流は変化せず、周波数だけが上記F0’となり出力される(ただし、単独運転時にg-rateで変化させた場合の出力電流は必ず出力電圧と一致する(無効電力が0になる)わけではない。)。これは、単独運転が、他のPCSを含む複数台同時に発生した場合等、系統電圧よりは安定していないもののやや安定した状態になる場合があるためである。 To explain in detail, for example, when g-rate>1, the inverter output voltage has a period T3=T0/g-rate as shown in FIG. 3. In this case, if the system is connected to the grid, the system voltage is stable regardless of the inverter output voltage, so the inverter output current is output according to the difference between the inverter output voltage and the system voltage. On the other hand, if the system is in an isolated operation state, the system is disconnected from the grid voltage, so the inverter output voltage is supplied to the load as is, and the inverter output current is the same as the current used by the load for the inverter output voltage. In other words, if the grid voltage frequency before the calculation of g-rate is F0, the output voltage frequency F0' when g-rate distortion is applied during isolated operation is F0'=F0/g-rate, and the inverter output current is output with the frequency F0' as described above, without changing the current for each phase of the grid voltage up to that point (however, the output current when changed by g-rate during isolated operation does not necessarily match the output voltage (reactive power does not become 0).). This is because, when multiple units including other PCSs occur simultaneously, the isolated operation may be in a somewhat stable state, although it is not as stable as the grid voltage.

従って、系統連系状態と単独運転状態とにおいては、同様のg-rateを用いて同様のPWMデータDp’を作成して出力した場合においても、異なる電流が出力されることになる。実際には、同様のg-rateを用いた場合においては、インバータ出力電流は、単独運転時と比較して、系統連系時により大きく周波数が変化する。そのため、単独運転時においては系統連系時に期待されたような出力電流周波数変化が発生せず、その結果としてインバータ出力電圧周波数の変化が想定よりも遅くなる。これにより、単独運転が発生してから電圧周波数変化を検知してインバータ部160を停止させる能動的単独運転検出部141が働くまでの時間が期待される時間より長くなる。その結果、単独運転の検出が遅れ、危険な状態が長引く可能性が考えられる。 Therefore, even if the same PWM data Dp' is created and output using the same g-rate in the grid-connected state and the isolated operation state, different currents will be output. In fact, when the same g-rate is used, the frequency of the inverter output current changes more greatly when the inverter is grid-connected than when the inverter is in isolated operation. Therefore, during isolated operation, the output current frequency does not change as expected when the inverter is grid-connected, and as a result, the inverter output voltage frequency changes more slowly than expected. This makes it longer than expected to wait for the active isolated operation detection unit 141, which detects the voltage frequency change and stops the inverter unit 160, to start working after the occurrence of isolated operation. As a result, it is possible that the detection of isolated operation will be delayed and the dangerous state will continue for a long time.

そこで、このような単独運転の検出遅れを防ぐために、単独運転可能性の有無を判定する単独運転可能性判定処理を実行し、単独運転可能性有りと判定された場合には、インバータ部160の出力を停止させるための処理(停止処理)を実行することが好ましい。 Therefore, in order to prevent such a delay in detecting isolated operation, it is preferable to execute an isolated operation possibility determination process to determine whether or not isolated operation is possible, and if it is determined that isolated operation is possible, execute a process (stop process) to stop the output of the inverter unit 160.

なお、以下では、上記PCS100に単独運転可能性判定処理部を追加した構成を例にして説明するが、図1に示したインバータ装置1に単独運転可能性判定処理部を追加することも可能である。 In the following, an example of a configuration in which an isolated operation possibility determination processing unit is added to the PCS 100 will be described, but it is also possible to add an isolated operation possibility determination processing unit to the inverter device 1 shown in Figure 1.

<単独運転可能性判定処理の動作>
(第1構成例)
図17は、単独運転可能性判定処理部170を追加したPCSの第1構成例を示す全体ブロック図である。このPCS101は、出力される無効電力が想定よりも小さいか否かに基づいて単独運転可能性の有無を判定する。具体的には、PCS101は、ソフト内で自装置が出力している無効電力を算出し、想定される無効電力が出力できていない場合には単独運転可能性有りと判定して、インバータ部160からの出力を停止させる処理を実行する。
<Operation of islanding operation possibility determination process>
(First Configuration Example)
17 is an overall block diagram showing a first configuration example of a PCS to which an isolated operation possibility determination processing unit 170 is added. This PCS 101 determines the presence or absence of an isolated operation possibility based on whether the output reactive power is smaller than expected. Specifically, the PCS 101 calculates the reactive power output by its own device in software, and if the expected reactive power is not being output, determines that there is a possibility of isolated operation and executes a process to stop the output from the inverter unit 160.

本図に示したように、PCS101は、単独運転可能性判定処理部170をさらに備える。単独運転可能性判定処理部170、は、第1無効電力算出部171、第2無効電力算出部172、第3無効電力算出部173、無効電力偏差算出部174、想定無効電力変化量算出部175、単独運転可能性判定部176を含む。単独運転可能性判定処理部170の各部は、いずれもソフトウェア部として実装される。 As shown in this figure, the PCS 101 further includes an isolated operation possibility determination processing unit 170. The isolated operation possibility determination processing unit 170 includes a first reactive power calculation unit 171, a second reactive power calculation unit 172, a third reactive power calculation unit 173, a reactive power deviation calculation unit 174, an expected reactive power change amount calculation unit 175, and an isolated operation possibility determination unit 176. Each unit of the isolated operation possibility determination processing unit 170 is implemented as a software unit.

第1無効電力算出部171は、インバータ部160が出力する無効電力を算出する。具体的には、第1無効電力算出部171は、例えばインバータ出力電流とインバータ目標電流とに基づいてスイッチングデューティー(duty)比を演算する高速(例えば、38kHz)の割り込み処理にてインバータ出力電流(I)および系統電圧(V)を検出する。これらの検出した数値を用いて、第1無効電力算出部171は、以下の演算により半周期分または1周期分の無効電力(var)を算出する。なお、無効電力を算出する期間は特に限定されない。

Figure 0007503369000002
よって、 The first reactive power calculation unit 171 calculates the reactive power output by the inverter unit 160. Specifically, the first reactive power calculation unit 171 detects the inverter output current (I) and the system voltage (V) by high-speed (e.g., 38 kHz) interrupt processing that calculates a switching duty ratio based on, for example, the inverter output current and the inverter target current. Using these detected values, the first reactive power calculation unit 171 calculates the reactive power (var) for a half cycle or one cycle by the following calculation. Note that the period for calculating the reactive power is not particularly limited.
Figure 0007503369000002
Therefore,

Figure 0007503369000003
第1無効電力算出部171は、上記演算によって求めた無効電力の算出値を第2無効電力算出部172および第3無効電力算出部173へ出力する。
Figure 0007503369000003
The first reactive power calculation unit 171 outputs the calculated value of reactive power obtained by the above calculation to the second reactive power calculation unit 172 and the third reactive power calculation unit 173 .

第2無効電力算出部172は、第1無効電力算出部171から入力される無効電力の算出値に基づいて、直近(例えば40ms期間)の無効電力の平均値(最近周期無効電力)を算出する。また、第3無効電力算出部173は、第1無効電力算出部171から入力される無効電力の算出値に基づいて、少し前(例えば200mS前)からのある期間(例えば320ms期間)の無効電力の平均値(過去周期無効電力)を算出する。 The second reactive power calculation unit 172 calculates the average value of reactive power (most recent period reactive power) for the most recent period (e.g., 40 ms period) based on the calculated reactive power value input from the first reactive power calculation unit 171. The third reactive power calculation unit 173 calculates the average value of reactive power (past period reactive power) for a certain period (e.g., 320 ms period) from a short time ago (e.g., 200 ms ago) based on the calculated reactive power value input from the first reactive power calculation unit 171.

図18は、第1無効電力算出部171から入力される無効電力の算出値を保存した無効電力配列のイメージ図である。第1無効電力算出部171から入力される各周期または半周期毎の無効電力の算出値は、ある期間(例えば520ms期間)メモリ等に保存される。本図に示したように、例えば28周期の期間にわたって、1周期ごとの無効電力の算出値が保存される。なお、無効電力の算出値を半周期ごとに保存してもよく、図11に示す周波数フィードバック用の周波数偏差演算のように5msごとに保存してもよい。 Figure 18 is an image diagram of a reactive power array that stores the calculated reactive power values input from the first reactive power calculation unit 171. The calculated reactive power values for each cycle or half cycle input from the first reactive power calculation unit 171 are stored in a memory or the like for a certain period (e.g., 520 ms). As shown in this figure, the calculated reactive power value for each cycle is stored over a period of, for example, 28 cycles. Note that the calculated reactive power value may be stored every half cycle, or every 5 ms as in the frequency deviation calculation for frequency feedback shown in Figure 11.

このように保存された無効電力配列に基づいて、第2無効電力算出部172は、例えば直近2周期の無効電力の平均値(最近周期無効電力)を算出する。また、第3無効電力算出部173は、例えば最新周期の取得タイミングから12周期前から27周期前の無効電力の平均値(過去周期無効電力)を算出する。 Based on the reactive power array thus stored, the second reactive power calculation unit 172 calculates, for example, the average value of the reactive power for the most recent two cycles (most recent cycle reactive power). The third reactive power calculation unit 173 calculates, for example, the average value of the reactive power for the period from 12 cycles before to 27 cycles before the acquisition timing of the most recent cycle (past cycle reactive power).

なお、第2無効電力算出部172は、最近周期無効電力として、直近1周期の無効電力のみを用いてもよい。また、第3無効電力算出部173は、最新周期の取得タイミングから200ms以上前を終点とする期間の平均値を過去周期無効電力として算出する。これにより、単独運転を200ms以内の検出することが可能となる。 The second reactive power calculation unit 172 may use only the reactive power of the most recent cycle as the most recent cycle reactive power. The third reactive power calculation unit 173 calculates the average value of a period ending at least 200 ms before the acquisition timing of the most recent cycle as the past cycle reactive power. This makes it possible to detect islanding within 200 ms.

第2無効電力算出部172は、算出した最近周期無効電力を無効電力偏差算出部174へ出力する。また、第3無効電力算出部173は、算出した過去周期無効電力を無効電力偏差算出部174へ出力する。 The second reactive power calculation unit 172 outputs the calculated most recent cycle reactive power to the reactive power deviation calculation unit 174. The third reactive power calculation unit 173 also outputs the calculated past cycle reactive power to the reactive power deviation calculation unit 174.

無効電力偏差算出部174は、第2無効電力算出部172から入力される最近周期無効電力と、第3無効電力算出部173から入力される過去周期無効電力とに基づいて、無効電力偏差を算出する。具体的には、無効電力偏差算出部174は、最近周期無効電力と過去周期無効電力との差(無効電力偏差=最近周期無効電力-過去周期無効電力)を算出することにより、無効電力偏差を算出する。無効電力偏差算出部174は、算出した無効電力偏差を単独運転可能性判定部176へ出力する。 The reactive power deviation calculation unit 174 calculates the reactive power deviation based on the most recent cycle reactive power input from the second reactive power calculation unit 172 and the past cycle reactive power input from the third reactive power calculation unit 173. Specifically, the reactive power deviation calculation unit 174 calculates the reactive power deviation by calculating the difference between the most recent cycle reactive power and the past cycle reactive power (reactive power deviation = most recent cycle reactive power - past cycle reactive power). The reactive power deviation calculation unit 174 outputs the calculated reactive power deviation to the islanding operation possibility determination unit 176.

想定無効電力変化量算出部175は、g-rateの数値および現在のPCS101の出力有効電力に関する少なくとも1つのパラメータ(例えば、出力有効電力、出力指令信号、出力電流実効値または出力電流ピーク値等)に基づいて、想定無効電力変化量(系統連系状態で運転している場合におおよそこれだけ無効電力が変化すると想定される無効電力の値(変化量))を算出する。 The expected reactive power change amount calculation unit 175 calculates the expected reactive power change amount (the reactive power value (amount of change) that is expected to change by when operating in a grid-connected state) based on the g-rate value and at least one parameter related to the current output active power of the PCS 101 (e.g., output active power, output command signal, output current effective value, output current peak value, etc.).

一例として、g-rateの数値および出力有効電力に基づいて想定無効電力変化量を算出する方法を以下に説明する。この場合、上記[数2]に示した出力有効電力「W」をさらに用いる。 As an example, a method for calculating the expected reactive power change amount based on the g-rate value and the output active power is described below. In this case, the output active power "W" shown in [Equation 2] above is also used.

図19は、想定無効電力変化量算出部175が保存するg-rateの数値および出力有効電力と想定無効電力変化量との関係を示すテーブルの一例である。本図において、表中の数値は想定無効電力変換量[Var]を示す。 Figure 19 is an example of a table showing the g-rate values stored by the expected reactive power change calculation unit 175 and the relationship between the output active power and the expected reactive power change. In this figure, the values in the table indicate the expected reactive power conversion amount [Var].

想定無効電力変化量算出部175は、本図に示したようなg-rateの数値および出力有効電力に基づいた想定無効電力変化量のテーブルを保存しており、該テーブルに基づいて想定無効電力変化量を算出してもよい。 The expected reactive power change calculation unit 175 stores a table of expected reactive power changes based on the g-rate value and output active power as shown in this figure, and may calculate the expected reactive power change based on this table.

または、想定無効電力変化量算出部175は、g-rateの数値および出力有効電力と想定無効電力変化量との演算式によって想定無効電力変化量を算出してもよい。 Alternatively, the expected reactive power change calculation unit 175 may calculate the expected reactive power change using a formula between the numerical value of g-rate, the output active power, and the expected reactive power change.

図20は、g-rateの数値と想定無効電力変化量との関係を示すグラフである。本図に示したように、想定無効電力変化量算出部175は、以下の演算により想定無効電力変化量を算出してもよい。
想定無効電力変化量=((g-rate-1)×10×出力有効電力)[Var]
例えば出力有効電力5500W、g-rate=1.025の場合、
想定無効電力変化量=((1.025-1)×10×5500)=1100[Var]
となる(1100Varは定格電力5500WPCSの0.25p.u.に相当)。
20 is a graph showing the relationship between the value of g-rate and the expected reactive power change. As shown in this figure, the expected reactive power change calculation unit 175 may calculate the expected reactive power change by the following calculation.
Expected reactive power change = ((g-rate - 1) x 10 x output active power) [Var]
For example, when the output effective power is 5500 W and g-rate = 1.025,
Expected reactive power change amount = ((1.025 - 1) x 10 x 5500) = 1100 [Var]
(1100 Var is equivalent to 0.25 pu of rated power 5500 WPCS).

このように、g-rateの数値および出力有効電力に基づいた想定無効電力変化量のテーブル、またはg-rateの数値および出力有効電力と想定無効電力変化量との演算によって想定無効電力変化量を算出することにより、どのタイミングにおいてでも単独運転可能性判定が可能となる。 In this way, by calculating the expected reactive power change from a table of the expected reactive power change based on the g-rate value and the output active power, or by calculating the g-rate value, the output active power, and the expected reactive power change, it is possible to determine the possibility of islanding at any time.

想定無効電力変化量算出部175は、例えば上記テーブルまたは上記演算を用いて想定無効電力変換量を算出し、単独運転可能性判定部176へ出力する。 The expected reactive power change amount calculation unit 175 calculates the expected reactive power conversion amount using, for example, the above table or the above calculation, and outputs it to the isolated operation possibility determination unit 176.

なお、想定無効電力変化量算出部175は、出力有効電力に代えて、出力指令信号、出力電流実効値または出力電流ピーク値を用いて、想定無効電力変化量を算出してもよい。これらのパラメータを用いることにより、上述した出力有効電力の演算を省略することが可能となる。 The expected reactive power change calculation unit 175 may calculate the expected reactive power change using the output command signal, the output current effective value, or the output current peak value instead of the output active power. By using these parameters, it is possible to omit the calculation of the output active power described above.

単独運転可能性判定部176は、無効電力偏差と想定無効電力変化量とに基づいて、単独運転可能性の有無を判定する。例えば、無効電力偏差と想定無効電力変化量との差が所定の閾値を上回った場合(無効電力偏差-想定無効電力変化量>閾値)、単独運転可能性判定部176は単独運転可能性有りと判定する。なお、上記差の絶対値に対して閾値を設定してもよい。また、上記所定の閾値は、正側と負側との偏差で異なる値を設定してもよい。 The isolated operation possibility determination unit 176 determines whether or not isolated operation is possible based on the reactive power deviation and the expected reactive power change amount. For example, if the difference between the reactive power deviation and the expected reactive power change amount exceeds a predetermined threshold value (reactive power deviation - expected reactive power change amount > threshold value), the isolated operation possibility determination unit 176 determines that isolated operation is possible. Note that a threshold value may be set for the absolute value of the difference. Also, the above-mentioned predetermined threshold value may be set to a different value for the deviation on the positive side and the deviation on the negative side.

なお、g-rateが連系運転時に注入される無効電力が例えば0.25p.u.に近い数値となるような値として設定されているリミット値となった場合にのみ単独運転可能性判定を行うことにより、誤判定を防止することが可能である。また、設定回数以上連続して閾値を超えた場合に単独運転可能性有りと判定することにより、誤判定を防止することが可能である。さらに、閾値について、マージンを持って設計することにより、誤判定を防止することが可能である。 In addition, it is possible to prevent erroneous judgments by determining whether islanding is possible only when the g-rate reaches a limit value that is set so that the reactive power injected during interconnected operation is close to, for example, 0.25 pu. In addition, it is possible to prevent erroneous judgments by determining that islanding is possible when the threshold is exceeded a set number of times in succession. Furthermore, it is possible to prevent erroneous judgments by designing the threshold with a margin.

誤判定を防止するための具体的な数値例としては、有効電力5500Wで出力している場合に、g-rateがリミット値となっている状態でかつ無効電力偏差が140var以下を4半周期連続で下回れば単独運転可能性有りと判定する。 As a specific numerical example to prevent erroneous judgment, when the active power is output at 5,500 W, if the g-rate is at the limit value and the reactive power deviation is below 140 var for four consecutive half cycles, it is judged that there is a possibility of islanding.

単独運転可能性判定部176は、単独運転可能性有無の判定結果を電流制御処理部150へ出力する。 The isolated operation possibility determination unit 176 outputs the result of determining whether or not isolated operation is possible to the current control processing unit 150.

電流制御処理部150は、単独運転可能性判定部176から出力される単独運転可能性有無の判定結果に基づいて、インバータ部160からの出力を停止させるための処理を実行する。例えば、電流制御処理部150は、単独運転可能性有りと判定された場合、インバータ部160の運転を停止させる(出力停止処理)。 The current control processing unit 150 executes processing to stop the output from the inverter unit 160 based on the result of the determination of the possibility of isolated operation output from the isolated operation possibility determination unit 176. For example, if it is determined that there is a possibility of isolated operation, the current control processing unit 150 stops the operation of the inverter unit 160 (output stop processing).

または、電流制御処理部150は、単独運転可能性有りと判定された場合、能動的単独運転検出部141における能動的単独運転検出の判定基準を緩めることにより、インバータ部160の出力が停止しやすくする(判定基準緩和処理)。 Alternatively, when the current control processing unit 150 determines that there is a possibility of islanding, it relaxes the criteria for active islanding detection in the active islanding detection unit 141, making it easier to stop the output of the inverter unit 160 (criterion relaxation processing).

例えば、能動的単独運転検出部141では、通常の能動的単独運転検出判定の判定基準として、5周期(判定周期)以上連続で同一方向に周波数が変動し、かつ直近周波数が数周期前の周波数に対して1.2Hz以上変動した場合に、単独運転を能動検出する。そのため、単独運転可能性判定部176によって単独運転可能性有りと判定がされた場合は、例えば3周期以上連続で同一方向に周波数が変動し、かつ直近周波数が数周期前の周波数に対して0.7Hz以上変動している場合に単独運転を能動検出するように、能動的単独運転検出の判定基準の閾値(判定閾値)を緩める。これにより、通常の能動的単独運転検出が行われる場合と比較して高速にインバータ部160の出力を停止させることが可能となる。 For example, the active islanding detection unit 141 actively detects islanding when the frequency fluctuates in the same direction for five or more consecutive cycles (judgment cycles) and the most recent frequency fluctuates by 1.2 Hz or more compared to the frequency several cycles ago, as the judgment criterion for normal active islanding detection judgment. Therefore, when the islanding possibility judgment unit 176 judges that there is a possibility of islanding, the threshold value (judgment threshold) of the judgment criterion for active islanding detection is relaxed so that islanding is actively detected when, for example, the frequency fluctuates in the same direction for three or more consecutive cycles and the most recent frequency fluctuates by 0.7 Hz or more compared to the frequency several cycles ago. This makes it possible to stop the output of the inverter unit 160 at a higher speed than when normal active islanding detection is performed.

また、判定基準を緩めるほかに、単独運転可能性判定部176によって単独運転可能性判定有りと判定された場合に、異なる別の判定基準に切り替えてもよい(判定基準切替処理)。例えば同一方向に何回か周波数が変動しているか否かを判定に含めず、直近周波数が数周期前の周波数に対してある閾値(例えば0.7Hz)以上変動しているか否かのみで能動的単独運転検出判定を行ってよい。あるいは、電圧高調波が判定閾値(例えば2V)以上変動していることを判定基準とする等の全く別の閾値を用いてもよい。 In addition to relaxing the judgment criteria, when the isolated operation possibility judgment unit 176 judges that there is an isolated operation possibility judgment, the judgment criteria may be switched to a different one (judgment criteria switching process). For example, whether the frequency has fluctuated several times in the same direction may not be included in the judgment, and active isolated operation detection judgment may be performed only based on whether the most recent frequency has fluctuated by more than a certain threshold (e.g., 0.7 Hz) compared to the frequency several cycles ago. Alternatively, a completely different threshold may be used, such as using a judgment criterion of whether the voltage harmonics have fluctuated by more than a judgment threshold (e.g., 2 V).

さらに、閾値を緩める量に関して、無効電力の偏差と想定される無効電力変化量との差分に応じて緩める量を決定するとより単独運転検出の誤動作を防止することが可能となる。例えば、無効電力の偏差と想定される無効電力の変換量との差分が非常に大きい場合は大幅に閾値を緩め、差分が僅かな場合は少しだけ閾値を緩めるようにすることにより、誤動作を防止することができる。閾値を緩める量の数値は線形に演算により求めてもよいし、テーブルを持っていてもよい。 Furthermore, regarding the amount by which the threshold is relaxed, it is possible to prevent malfunctions in the islanding detection by determining the amount of relaxation according to the difference between the deviation in reactive power and the expected amount of reactive power change. For example, if the difference between the deviation in reactive power and the expected amount of reactive power conversion is very large, the threshold can be relaxed significantly, and if the difference is small, the threshold can be relaxed only slightly, thereby preventing malfunctions. The numerical value of the amount by which the threshold is relaxed may be calculated linearly, or may be based on a table.

このように、単独運転可能性有りと判定された場合にインバータ部160の出力を停止させる処理を実行することにより、より確実に単独運転を検出して、PCS101の運転を停止させることができる。 In this way, by executing a process to stop the output of the inverter unit 160 when it is determined that there is a possibility of islanding, it is possible to more reliably detect islanding and stop the operation of the PCS 101.

(第2構成例)
上記第1構成例では、無効電力の偏差を算出して単独運転可能性判定処理を実行する構成であるが、無効電力の偏差ではなく、無効電力そのもので単独運転可能性判定処理を実行してもよい。すなわち、算出した無効電力と想定される無効電力との差が所定の閾値を上回った場合、単独運転可能性有りと判定してもよい。
(Second Configuration Example)
In the above-mentioned first configuration example, the deviation of reactive power is calculated to execute the islanding possibility determination process, but the islanding possibility determination process may be executed using the reactive power itself instead of the deviation of reactive power. That is, when the difference between the calculated reactive power and the assumed reactive power exceeds a predetermined threshold, it may be determined that there is a possibility of islanding.

この場合、想定される無効電力を出力電流およびg-rateから算出し、実際に演算した無効電力と比較して単独運転可能性を判定する。 In this case, the expected reactive power is calculated from the output current and g-rate, and compared with the actually calculated reactive power to determine the possibility of islanding.

このように算出した無効電力と想定される無効電力との差に基づいて単独運転可能性を判定する構成であれば、保存した過去の無効電力配列を用いることなく単独運転可能性を判定することができるため、過去の無効電力配列の保存が不要となる。 If the configuration determines the possibility of islanding based on the difference between the reactive power calculated in this way and the expected reactive power, the possibility of islanding can be determined without using the saved past reactive power array, making it unnecessary to save the past reactive power array.

(第3構成例)
図21は、単独運転可能性判定処理部170を備えたPCSの第3構成例を示す全体ブロック図である。このPCS102は、出力電流が想定と異なるか否かに基づいて単独運転可能性の有無を判定し、単独運転可能性有りと判定された場合にインバータ部160からの出力を停止させる処理を実行する。すなわち、PCS102は、出力電流に基づいて単独運転可能性の有無を判定する点において、無効電力に基づいて単独運転可能性の有無を判定する上記PCS101とは異なる。本図に示したように、PCS102の単独運転可能性判定処理部170は、想定出力電流算出部177、単独運転可能性判定部176を含む。
(Third Configuration Example)
21 is an overall block diagram showing a third configuration example of a PCS equipped with an islanding operation possibility determination processing unit 170. This PCS 102 determines the presence or absence of islanding operation possibility based on whether the output current is different from the assumption, and executes a process to stop the output from the inverter unit 160 when it is determined that there is an islanding operation possibility. That is, the PCS 102 differs from the above-mentioned PCS 101, which determines the presence or absence of islanding operation possibility based on reactive power, in that it determines the presence or absence of islanding operation possibility based on the output current. As shown in this figure, the islanding operation possibility determination processing unit 170 of the PCS 102 includes an assumed output current calculation unit 177 and an islanding operation possibility determination unit 176.

想定出力電流算出部177は、g-rate≠1の場合における周期において、1周期または半周期内のいずれかの時点またはある期間のPWMデータDp’および系統電圧ゼロクロス点からの時間に対して、想定出力電流(出力電流が、系統連系状態の場合にはおおよそこれだけ出力されると想定される数値)を算出する。 The expected output current calculation unit 177 calculates the expected output current (the value that is approximately expected to be output when the output current is in a grid-connected state) for a certain point in time or period within one cycle or half cycle in a cycle where g-rate ≠ 1, and for the time from the grid voltage zero crossing point and the PWM data Dp'.

図22は、想定出力電流算出部177における想定出力電流の算出例を説明するためのグラフである。本図に示したように、系統連系時(図22の1002)と単独運転時(図22の1003)とでは、電圧ゼロクロスから同じ距離の点において電流が異なる。そのため、想定出力電流算出部177は、電圧ゼロクロスからの各ポイントおよび出力電流の大きさの2つを保存した想定出力電流のテーブルを有し、該テーブルを用いて想定無効電力変換量を算出することができる。または、想定出力電流算出部177は、演算により数値を算出してもよい。想定出力電流算出部177は、算出した想定出力電流を単独運転可能性判定部176へ出力する。 Figure 22 is a graph for explaining an example of calculation of the expected output current in the expected output current calculation unit 177. As shown in this figure, the current is different at a point with the same distance from the voltage zero crossing during grid connection (1002 in Figure 22) and during islanding operation (1003 in Figure 22). Therefore, the expected output current calculation unit 177 has a table of the expected output current that stores both each point from the voltage zero crossing and the magnitude of the output current, and can calculate the expected reactive power conversion amount using this table. Alternatively, the expected output current calculation unit 177 may calculate a numerical value by calculation. The expected output current calculation unit 177 outputs the calculated expected output current to the islanding operation possibility determination unit 176.

PCS102では、単独運転可能性判定部176は、出力電流と想定出力電流算出部177から出力される想定出力電流とに基づいて、単独運転可能性の有無を判定する。例えば、出力電流と想定出力電流との差が所定の閾値を上回った場合(出力電流-想定出力電流>閾値)、単独運転可能性判定部176は単独運転可能性有りと判定する。 In the PCS 102, the islanding operation possibility determination unit 176 determines whether or not there is a possibility of islanding operation based on the output current and the assumed output current output from the assumed output current calculation unit 177. For example, if the difference between the output current and the assumed output current exceeds a predetermined threshold (output current - assumed output current > threshold), the islanding operation possibility determination unit 176 determines that there is a possibility of islanding operation.

このように出力電流に基づいて単独運転可能性の有無を判定することにより、上記第1構成例で説明した無効電力の演算を行う必要がなく、処理速度を高速にすることが可能となる。なお、この場合においても誤判定を防止するための上述した方法は有効である。 In this way, by determining whether or not islanding is possible based on the output current, it is possible to increase the processing speed without the need to perform the reactive power calculations described in the first configuration example above. Note that the above-mentioned method for preventing erroneous determination is effective even in this case.

(第4構成例)
単独運転可能性判定処理部170は、上記第1~3構成例での判定が行われた場合に、さらにPWMデータDp’に高調波歪を重畳させてもよい。その場合に想定される出力電流への高調波歪重畳量に比べて高調波歪重畳量が小さい場合、単独運転可能性有りと判定する。なお、高調波歪の重畳処理は、上記第1~3構成例に関係なく単独で行ってもよい。
(Fourth Configuration Example)
The islanding possibility determination processing unit 170 may further superimpose harmonic distortion on the PWM data Dp' when the determination is made in the above-mentioned first to third configuration examples. In that case, if the amount of harmonic distortion superimposed is smaller than the amount of harmonic distortion superimposed on the output current expected, it is determined that there is a possibility of islanding. Note that the superimposition process of harmonic distortion may be performed independently regardless of the above-mentioned first to third configuration examples.

<その他の変形例>
なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other Modifications>
In addition to the above-described embodiment, the configuration of the present invention can be modified in various ways without departing from the spirit of the invention. In other words, the above-described embodiment should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive, and the technical scope of the present invention is indicated by the claims, not the description of the above-described embodiment, and should be understood to include all modifications that fall within the meaning and scope of the claims.

〔ソフトウェアによる実現例〕
上述したPCSの制御ブロック(CPU)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
[Software implementation example]
The control block (CPU) of the PCS described above may be realized by a logic circuit (hardware) formed in an integrated circuit (IC chip) or the like, or may be realized by software.

後者の場合、PCSは、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば少なくとも1つのプロセッサ(制御装置)を備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な少なくとも1つの記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばCPU(Central Processing Unit)を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ROM(Read Only Memory)等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路等を用いることができる。また、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)等をさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。 In the latter case, the PCS is equipped with a computer that executes the instructions of a program, which is software that realizes each function. This computer is equipped with, for example, at least one processor (control device) and at least one computer-readable recording medium that stores the program. The object of the present invention is achieved by the processor reading the program from the recording medium and executing it in the computer. The processor can be, for example, a CPU (Central Processing Unit). The recording medium can be a "non-transient tangible medium," such as a ROM (Read Only Memory), as well as a tape, a disk, a card, a semiconductor memory, a programmable logic circuit, etc. The computer can also be equipped with a RAM (Random Access Memory) that expands the program. The program can be supplied to the computer via any transmission medium (such as a communication network or broadcast waves) that can transmit the program. One aspect of the present invention can also be realized in the form of a data signal embedded in a carrier wave, in which the program is embodied by electronic transmission.

(まとめ)
本発明の態様1に係るインバータ装置は、直流電力を交流電力に変換して交流電力系統に系統連系させる電力変換部を備え、系統周波数をモニタして単独運転を検出するインバータ装置であって、前記系統周波数の偏差に応じた無効電力を注入することで前記系統周波数の周波数変化を促し、高調波歪みの急増が検出されたときに前記無効電力をステップ注入することで強制的に前記系統周波数の偏差を生じさせ、単独運転可能性の有無を判定し、単独運転可能性有りと判定した場合、前記電力変換部の出力を停止させるための停止処理を実行する。
(summary)
The inverter device according to aspect 1 of the present invention includes a power conversion unit that converts DC power into AC power and connects it to an AC power system, monitors the system frequency to detect islanding, and promotes a frequency change in the system frequency by injecting reactive power according to a deviation of the system frequency, and when a sudden increase in harmonic distortion is detected, forcibly causes a deviation in the system frequency by injecting the reactive power in a stepwise manner, determines whether or not islanding is possible, and if it is determined that islanding is possible, executes a stop process to stop the output of the power conversion unit.

上記の構成によれば、より確実に単独運転を検出し、運転を停止させることができるインバータ装置を提供することが可能となる。 The above configuration makes it possible to provide an inverter device that can more reliably detect isolated operation and stop operation.

本発明の態様2に係るインバータ装置では、上記態様1において、前記電力変換部から出力される無効電力または無効電力の偏差を算出し、算出した前記無効電力または無効電力の偏差と、想定される前記無効電力または前記無効電力の変化量との差が所定の閾値を上回った場合、単独運転可能性有りと判定する構成であってもよい。 In the inverter device according to aspect 2 of the present invention, in the above aspect 1, the reactive power or the deviation of the reactive power output from the power conversion unit may be calculated, and if the difference between the calculated reactive power or the deviation of the reactive power and the expected amount of change in the reactive power or the reactive power exceeds a predetermined threshold, it may be determined that there is a possibility of isolated operation.

本発明の態様3に係るインバータ装置では、上記態様2において、前記想定される前記無効電力または前記無効電力の変化量を、前記電力変換部の出力電流および前記電力変換部を制御するPWMデータの読み出しカウンタの増加率から算出する構成であってもよい。 In the inverter device according to aspect 3 of the present invention, in the above aspect 2, the expected reactive power or the amount of change in the reactive power may be calculated from the output current of the power conversion unit and the increase rate of a read counter of PWM data that controls the power conversion unit.

本発明の態様4に係るインバータ装置では、上記態様1において、前記電力変換部から出力される出力電流を計測し、計測した前記出力電流と、想定される前記電力変換部から出力される出力電流との差が所定の閾値を上回った場合、単独運転可能性有りと判定する構成であってもよい。 In the inverter device according to aspect 4 of the present invention, as in aspect 1 above, the output current output from the power conversion unit may be measured, and if the difference between the measured output current and the expected output current output from the power conversion unit exceeds a predetermined threshold, it may be determined that there is a possibility of isolated operation.

本発明の態様5に係るインバータ装置では、上記態様1から4のいずれか態様において、前記停止処理は、前記電力変換部の出力を停止させる出力停止処理である構成であってもよい。 In the inverter device according to aspect 5 of the present invention, in any one of aspects 1 to 4 above, the stop process may be an output stop process that stops the output of the power conversion unit.

本発明の態様6に係るインバータ装置では、上記態様1から4のいずれかの態様において、前記停止処理は、能動的単独運転検出の判定基準を緩める判定基準緩和処理である構成であってもよい。 In the inverter device according to aspect 6 of the present invention, in any of aspects 1 to 4 above, the stop process may be a criterion relaxation process that relaxes the criteria for active islanding detection.

本発明の態様7に係るインバータ装置では、上記態様6において、前記判定基準は、前記系統周波数の偏差が所定の判定閾値を上回った場合に能動的単独運転検出を行うものであり、前記判定基準緩和処理は、前記判定閾値を小さくする処理である構成であってもよい。 In the inverter device according to aspect 7 of the present invention, in the above aspect 6, the judgment criterion may be to perform active islanding detection when the deviation of the grid frequency exceeds a predetermined judgment threshold, and the judgment criterion relaxation process may be a process of reducing the judgment threshold.

本発明の態様8に係るインバータ装置では、上記態様6または7において、前記判定基準は、所定の判定周期以上連続して、前記系統周波数の偏差が所定の判定閾値を上回った場合に能動的単独運転検出を行うものであり、前記判定基準緩和処理は、前記判定周期の期間を短くする処理である構成であってもよい。 In the inverter device according to aspect 8 of the present invention, in the above aspect 6 or 7, the judgment criterion may be to perform active islanding detection when the deviation of the grid frequency exceeds a predetermined judgment threshold continuously for a predetermined judgment period or more, and the judgment criterion relaxation process may be a process of shortening the period of the judgment period.

本発明の態様9に係るインバータ装置では、上記態様7において、前記判定閾値を小さくする量を、前記無効電力または前記無効電力の偏差と、想定される前記無効電力または前記無効電力の変化量との差に基づいて算出する構成であってもよい。 In the inverter device according to aspect 9 of the present invention, in the above aspect 7, the amount by which the judgment threshold is reduced may be calculated based on the difference between the reactive power or the deviation of the reactive power and the expected amount of change in the reactive power or the reactive power.

本発明の態様10に係るインバータ装置では、上記態様1から4のいずれかの態様において、前記停止処理は、能動的単独運転検出の判定基準を別の判定基準に切り替える判定基準切替処理である構成であってもよい。 In the inverter device according to aspect 10 of the present invention, in any of aspects 1 to 4 above, the stop process may be a criterion switching process that switches the criterion for active islanding detection to another criterion.

本発明の態様11に係るインバータ装置では、上記態様10において、前記判定基準切替処理は、電圧高調波が閾値を超えた場合に能動的単独運転検出を行うように前記判定基準を切り替える処理である構成であってもよい。 In the inverter device according to aspect 11 of the present invention, in the above aspect 10, the judgment criteria switching process may be a process of switching the judgment criteria so as to perform active islanding detection when the voltage harmonics exceed a threshold value.

本発明の態様12に係る分散型電源システムは、直流電源と、前記直流電源から入力される直流電力を交流電力に変換して交流電力系統に系統連系させる上記態様1から11のいずれかのインバータ装置と、前記交流電力の供給を受けて動作する負荷とを有する。 The distributed power supply system according to aspect 12 of the present invention includes a DC power supply, an inverter device according to any one of aspects 1 to 11 above that converts DC power input from the DC power supply into AC power and connects the DC power to an AC power grid, and a load that operates by receiving the supply of AC power.

上記の構成によれば、より確実に単独運転を検出し、インバータ装置の運転を停止させることができる分散型電源システムを提供することが可能となる。 The above configuration makes it possible to provide a distributed power system that can more reliably detect islanding and stop the operation of the inverter device.

本発明の態様13に係る分散型電源システムでは、上記態様12において、前記直流電源は、PVモジュールである構成であってもよい。 In the distributed power supply system according to aspect 13 of the present invention, in aspect 12 above, the DC power supply may be a PV module.

なお、本発明の各態様に係るインバータ装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記インバータ装置が備える各部(ソフトウェア要素)として動作させることにより上記インバータ装置をコンピュータにて実現させるインバータ装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。 The inverter device according to each aspect of the present invention may be realized by a computer. In this case, the control program for the inverter device, which causes the computer to operate as each unit (software element) of the inverter device, thereby realizing the inverter device on the computer, and the computer-readable recording medium on which the control program is recorded, also fall within the scope of the present invention.

1 インバータ装置
2 直流電源
3 負荷
4 インバータ主回路
5 電圧検出器
6 ゼロクロス検出回路
7 電流検出器
8 A/D変換器
9 DSP
10 電圧異常検出回路
11 タイマ・カウンタ回路
12 ゲート駆動回路
13 リアクトル
14 コンデンサ
15 フィルタ
16 交流電力系統
17 遮断器
18 柱上トランス
19 電流基準波形メモリ
20 乗算部
21 誤差信号作成部
22 誤差波形パターン積分回路
23 PWM処理回路
24 PWMメモリ
25 ゼロクロス周期検出処理回路
100 PCS(パワーコンディショナ)
101 PCS(パワーコンディショナ)
102 PCS(パワーコンディショナ)
110 系統周波数計測部
111 周波数検出回路
112 周波数計測処理部
113 位相差計測同期処理部
120 周波数フィードバック部(無効電力注入部)
121 第1移動平均算出部
122 第2移動平均算出部
123 周波数偏差算出部
124 無効電力注入量算出部
125 加算部
130 無効電力ステップ注入部
131 基本波電圧計測回路
132 高調波電圧計測回路
133 基本波電圧算出部
134 高調波電圧算出部
135 ステップ注入発生条件判定部
136 ステップ注入量算出部
140 単独運転検出部
141 能動的単独運転検出部
142 受動的単独運転検出部
150 電流制御処理部
160 インバータ部(電力変換部)
170 単独運転可能性判定処理部
PW 交流電力系統
X 太陽光発電システム(分散型電源)
X1 PCS(インバータ装置)
X2 PVパネル
X11 系統連系インバータ部
X12 単独運転防止機能部
X13 単独運転防止助長部
Y 負荷装置
H 需要家
Reference Signs List 1 Inverter device 2 DC power supply 3 Load 4 Inverter main circuit 5 Voltage detector 6 Zero-cross detection circuit 7 Current detector 8 A/D converter 9 DSP
REFERENCE SIGNS LIST 10 Abnormal voltage detection circuit 11 Timer/counter circuit 12 Gate drive circuit 13 Reactor 14 Capacitor 15 Filter 16 AC power system 17 Circuit breaker 18 Pole transformer 19 Current reference waveform memory 20 Multiplication unit 21 Error signal creation unit 22 Error waveform pattern integration circuit 23 PWM processing circuit 24 PWM memory 25 Zero-cross period detection processing circuit 100 PCS (power conditioner)
101 PCS (power conditioner)
102 PCS (power conditioner)
110 System frequency measurement unit 111 Frequency detection circuit 112 Frequency measurement processing unit 113 Phase difference measurement synchronization processing unit 120 Frequency feedback unit (reactive power injection unit)
121 First moving average calculation unit 122 Second moving average calculation unit 123 Frequency deviation calculation unit 124 Reactive power injection amount calculation unit 125 Addition unit 130 Reactive power step injection unit 131 Fundamental wave voltage measurement circuit 132 Harmonic voltage measurement circuit 133 Fundamental wave voltage calculation unit 134 Harmonic voltage calculation unit 135 Step injection occurrence condition determination unit 136 Step injection amount calculation unit 140 Islanding operation detection unit 141 Active islanding operation detection unit 142 Passive islanding operation detection unit 150 Current control processing unit 160 Inverter unit (power conversion unit)
170 Islanding operation possibility determination processing unit PW AC power system X Photovoltaic power generation system (distributed power source)
X1 PCS (inverter device)
X2 PV panel X11 Grid-connected inverter unit X12 Islanding operation prevention function unit X13 Islanding operation prevention assistance unit Y Load device H Consumer

Claims (11)

直流電力を交流電力に変換して交流電力系統に系統連系させる電力変換部を備えたインバータ装置であって、
前記電力変換部の出力に無効電力を注入する無効電力注入処理と、
前記無効電力の注入により生じる系統周波数の変化に基づき前記インバータ装置の単独運転を検出する第1の単独運転検出処理と、
前記無効電力注入処理後の、(A)系統電圧および前記電力変換部の出力電流に基づいて算出した、前記電力変換部から出力される無効電力または最近周期の無効電力と過去周期の無効電力の差である無効電力の偏差、または、(B)前記電力変換部の出力電流に基づいて前記インバータ装置の単独運転の可能性の有無を判定する第2の単独運転検出処理と、を実行し、
前記第2の単独運転検出処理が前記インバータ装置の単独運転の可能性有りと判定した場合、前記電力変換部の出力を停止させるための停止処理を実行する
インバータ装置。
An inverter device including a power conversion unit that converts DC power into AC power and connects the power to an AC power system,
A reactive power injection process for injecting reactive power into an output of the power conversion unit;
a first isolated operation detection process for detecting an isolated operation of the inverter device based on a change in a system frequency caused by the injection of the reactive power;
After the reactive power injection process, (A) a reactive power deviation, which is a difference between reactive power in a recent cycle and reactive power in a past cycle, or reactive power output from the power conversion unit, calculated based on a system voltage and an output current of the power conversion unit, or (B) a second isolated operation detection process for determining whether or not there is a possibility of isolated operation of the inverter device, based on the output current of the power conversion unit , is executed;
the inverter device executing a stop process for stopping an output of the power conversion unit when the second isolated operation detection process determines that there is a possibility of the inverter device being in isolated operation.
前記(A)に基づいて前記インバータ装置の単独運転の可能性の有無を判定する場合、
前記第2の単独運転検出処理は
出した前記無効電力と前記インバータ装置を系統連系状態で運転している場合に想定される無効電力との差、または算出した前記無効電力の偏差と前記インバータ装置を系統連系状態で運転している場合に想定される無効電力の変化量との差が所定の閾値を上回った場合、単独運転の可能性有りと判定する
請求項1に記載のインバータ装置。
When determining whether or not there is a possibility of the inverter device operating independently based on (A),
The second isolated operation detection process includes :
2. The inverter device according to claim 1, wherein, when a difference between the calculated reactive power and a reactive power assumed when the inverter device is operated in a grid-connected state, or a difference between the calculated reactive power deviation and a change in reactive power assumed when the inverter device is operated in a grid-connected state, exceeds a predetermined threshold value, it is determined that there is a possibility of isolated operation.
前記無効電力注入処理は、前記電力変換部の出力波形を定めるPWMデータのデータ列からPWMデータを読み出すアドレスを指定するカウンタの増加率を変更することにより前記出力波形に歪みを与えて前記電力変換部から出力される前記無効電力を調整し、
前記第2の単独運転検出処理は、前記想定される前記無効電力または前記無効電力の変化量を、前記電力変換部の有効出力電力および前記増加率から算出する
請求項2に記載のインバータ装置。
The reactive power injection process adjusts the reactive power output from the power conversion unit by distorting the output waveform by changing an increment rate of a counter that specifies an address for reading PWM data from a data string of PWM data that defines an output waveform of the power conversion unit;
The inverter device according to claim 2 , wherein the second isolated operation detection process calculates the expected reactive power or the amount of change in the reactive power from an effective output power of the power conversion unit and the rate of increase.
前記(B)に基づいて前記インバータ装置の単独運転の可能性の有無を判定する場合、
前記第2の単独運転検出処理は、前記出力電流と、前記インバータ装置を系統連系状態で運転している場合に想定される前記電力変換部から出力される出力電流との差が所定の閾値を上回った場合、単独運転の可能性有りと判定する
請求項1に記載のインバータ装置。
When determining whether or not there is a possibility of the inverter device operating independently based on (B),
The inverter device according to claim 1, wherein the second isolated operation detection process determines that there is a possibility of isolated operation when a difference between the output current and an output current output from the power conversion unit expected when the inverter device is operated in a grid-connected state exceeds a predetermined threshold value.
前記停止処理は、前記電力変換部の出力を停止させる出力停止処理である
請求項1から4のいずれか1項に記載のインバータ装置。
The inverter device according to claim 1 , wherein the stop process is an output stop process for stopping an output of the power conversion unit.
前記停止処理は、前記第1の単独運転検出処理の判定基準を緩める判定基準緩和処理である
請求項1から4のいずれか1項に記載のインバータ装置。
The inverter device according to claim 1 , wherein the stop process is a criterion relaxing process that relaxes a criterion for the first isolated-operation detection process.
前記判定基準は、最近周期の前記系統周波数と過去周期の前記系統周波数の差である系統周波数の偏差が所定の判定閾値を上回った場合に単独運転を検出するものであり、
前記判定基準緩和処理は、前記判定閾値を小さくする処理である
請求項6に記載のインバータ装置。
the determination criterion is to detect an islanding operation when a deviation of a system frequency, which is a difference between the system frequency in a recent cycle and the system frequency in a past cycle, exceeds a predetermined determination threshold value;
The inverter device according to claim 6 , wherein the determination criterion relaxing process is a process of reducing the determination threshold value.
前記判定基準は、所定の判定周期以上連続して、最近周期の前記系統周波数と過去周期の前記系統周波数の差である系統周波数の偏差が所定の判定閾値を上回った場合に単独運転を検出するものであり、
前記判定基準緩和処理は、前記判定周期の期間を短くする処理である
請求項6または7に記載のインバータ装置。
the determination criterion is to detect an islanding operation when a deviation of a system frequency, which is a difference between the system frequency in a recent cycle and the system frequency in a past cycle, exceeds a predetermined determination threshold value for a predetermined determination period or more consecutively,
8. The inverter device according to claim 6, wherein the determination criterion relaxing process is a process for shortening a period of the determination cycle.
前記判定閾値を小さくする量を、前記電力変換部から出力される無効電力と前記インバータ装置を系統連系状態で運転している場合に想定される無効電力との差に基づいて、または前記電力変換部から出力される最近周期の無効電力と過去周期の無効電力の差である無効電力の偏差と前記インバータ装置を系統連系状態で運転している場合に想定される無効電力の変化量との差に基づいて算出する
請求項7に記載のインバータ装置。
8. The inverter device according to claim 7, wherein an amount by which the judgment threshold is reduced is calculated based on a difference between the reactive power output from the power conversion unit and the reactive power assumed when the inverter device is operated in a grid-connected state, or based on a difference between a reactive power deviation, which is a difference between the reactive power in a most recent cycle and the reactive power in a past cycle output from the power conversion unit, and an amount of change in the reactive power assumed when the inverter device is operated in a grid-connected state.
前記停止処理は、前記第1の単独運転検出処理の判定基準を別の判定基準に切り替える判定基準切替処理である
請求項1から4のいずれか1項に記載のインバータ装置。
The inverter device according to claim 1 , wherein the stop process is a criterion switching process for switching a criterion of the first isolated-operation detection process to another criterion.
前記判定基準切替処理は、前記系統電圧に含まれる電圧高調波が所定の判定閾値を超えた場合に前記第1の単独運転検出処理が単独運転を検出するように前記判定基準を切り替える処理である
請求項10に記載のインバータ装置。
The inverter device according to claim 10, wherein the judgment criterion switching process is a process of switching the judgment criterion so that the first isolated operation detection process detects an isolated operation when a voltage harmonics contained in the system voltage exceeds a predetermined judgment threshold.
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