JPH10248168A - 分散型電源の単独運転防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 需要家側のみで電力系統の停止を検出して分
散型電源の単独運転を防止する。 【解決手段】 需要家設備７に、電力系統５の基本波に
同期したその非整数倍の周波数の電流を中間次数調波の
注入電流として形成し，この電流を設備７の引込線９か
ら系統５に注入する中間調波電流注入装置１６と、受電
点Ａでの系統５の中間次数調波の電圧，電流の計測結果
から系統５の停止を監視して検出し，分散型電源６を系
統５から解列する系統停止検出処理装置２３とを備え、
この装置２３に、受電点変圧器２１，受電点変流器２２
の出力に含まれた中間次数調波の計測電圧，計測電流を
検出する手段と、計測電圧，計測電流により，受電点Ａ
からみた系統５の中間次数調波についてのインピーダン
ス又はアドミタンスを算出する手段と、このインピーダ
ンス又はアドミタンスの変化から系統５の停止を検出し
て解列の指令を出力する手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統の停止時
に需要家設備の分散型電源を電力系統から解列してその
単独運転を防止する分散型電源の単独運転防止装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、需要家のコージェネレーション設
備等の自家用発電設備は、電力系統に連系運転されて分
散型電源を形成する。

【０００３】この需要家設備が有する分散型電源につい
ては、系統事故等により電力会社の変電所の遮断器が開
放されて上位系統からの給電が停止する電力系統の停止
時、例えば資源エネルギー庁監修の「分散型電源系統連
系技術指針」（社団法人 日本電気協会，平成６年１月
３１日第２版発行）に記載されているように、単独運転
による感電事故等の発生を防止して電力系統の供給信頼
度の低下が生じないようにするため、電力系統から解列
して単独運転を確実に防止しなければならない。

【０００４】しかし、とくに通常の運用状態で分散型電
源から電力系統への電力の逆潮流が生じる場合、前記技
術指針に記載されているように、従来は需要家側のみで
電力系統の停止を確実に検出する方法がなく、分散型電
源の単独運転をどのようにして防止するかが重要な技術
的課題の１つとなっている。

【０００５】一方、電力系統の停止をそのインピーダン
ス（又はアドミタンス）の変化から検出する方法とし
て、特開平６−３４３２３０号公報（Ｈ０２Ｊ ３／３
０）には、電力系統にその基本波周波数（基本波電圧周
波数）の整数倍の周波数のｎ次高調波の電流を注入し、
需要家設備の受電点のｎ次高調波の電流，電圧の計測結
果に基づき、その高調波についての受電点からみた電力
系統のインピーダンスの変化を監視し、この変化から電
力系統の停止を検出することが記載されている。

【０００６】この電力系統のインピーダンス又はアドミ
タンスの変化を利用した検出方法により分散型電源を解
列することができると、需要家側のみで分散型電源の単
独運転を防止し得る。

【０００７】しかし、前記公報に記載の検出方法により
分散型電源の単独運転を防止することは、つぎに説明す
るように、現実的でない。

【０００８】すなわち、実際の電力系統には種々の高調
波が存在し、その大きさ，次数は系統，時間帯等によっ
て異なる。

【０００９】そのため、電力系統の高調波の影響を排除
して注入電流に基づくｎ次高調波についての電力系統の
インピーダンスを計測するには、注入電流を常に電力系
統のｎ次高調波より十分に大容量にする必要がある。

【００１０】したがって、ｎ次高調波の注入電流を発生
する極めて大容量，大型で高価な装置が必要になり、し
かも、そのような大容量の高調波電流を電力系統に注入
することは好ましくない。

【００１１】そのため、前記公報に記載の検出方法によ
り分散型電源の単独運転を防止することは、現実的でな
い。

【００１２】そして、前記技術指針にも記載されている
ように、従来は、この種分散型電源の単独運転を確実に
防止するため、電力系統の停止時、変電所の転送遮断装
置から通信線を介して需要家設備に遮断器のトリップ情
報の信号（開放信号）を送り、この信号に基づいて分散
電源を電力系統から確実に解列するようにしている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のように電力
系統の停止時、変電所から需要家設備に遮断器のトリッ
プ情報を転送して分散電源の単独運転を防止する場合、
トリップ情報の転送のために長距離の通信線の敷設等が
必要になる。

【００１４】そして、この通信線の敷設等は需要家（コ
ジェネレーション事業者）が負担するが、そのために多
大な投資を要する問題点がある。

【００１５】本発明は、電力系統に小容量の電流を注入
して需要家側のみで電力系統の停止を検出し、分散型電
源を電力系統から解列し得るようにし、小型の実用的な
装置により需要家の投資負担を大幅に軽減して分散型電
源の単独運転を確実に防止することを課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の本発明の分散型電源の単独運転
防止装置においては、分散型電源を有する需要家設備
に、分散型電源が接続された電力系統の基本波に同期し
た基本波の非整数倍の周波数の電流を中間次数調波の注
入電流として形成し，注入電流を需要家設備の引込線か
ら電力系統に注入する中間調波電流注入装置と、需要家
設備の受電点での前記電力系統の中間次数調波の電圧，
電流の計測結果から電力系統の停止を監視して検出し，
電力系統の停止を検出したときに分散型電源を電力系統
から解列する系統停止検出処理装置とを備え、系統停止
検出処理装置に、引込線の受電点変圧器，受電点変流器
の出力に含まれた中間次数調波の電圧，電流を計測電
圧，計測電流として検出する手段と、計測電圧，計測電
流により，受電点からみた電力系統の中間次数調波につ
いてのインピーダンス又はアドミタンスを算出する手段
と、中間次数調波についての算出したインピーダンス又
はアドミタンスの変化から電力系統の停止を検出して解
列の指令を出力する手段とを設ける。

【００１７】この場合、中間調波電流注入装置が電力系
統に注入する中間次数調波の注入電流は、本来、電力系
統に存在しない周波数の電流であり、存在しても極めて
僅かであり、しかも、電力系統の基本波に同期してい
る。

【００１８】そのため、中間調波電流注入装置の注入電
流を実用的な小容量にしても、系統停止検出処理装置は
デジタルフーリエ解析（ＤＦＴ）等の周波数解析によ
り、受電点変圧器、受電点変流器の出力に含まれた中間
次数調波の電圧，電流，すなわち、需要家設備の受電点
から電力系統をみたときの注入電流に基づく電力系統の
電圧，電流を、電力系統の高調波等の影響を受けること
なく、精度よく計測電圧，計測電流として検出する。

【００１９】そして、計測電圧，計測電流からのインピ
ーダンス又はアドミタンスの計算により、受電点からみ
た電力系統の中間次数調波についてのインピーダンス又
はアドミタンスが精度よく求まり、このインピーダンス
又はアドミタンスの変化により電力系統の停止が正確に
検出され、この検出に基づき分散型電源を解列してその
単独運転を確実に防止できる。

【００２０】したがって、変電所からのトリップ情報が
不要になり、その通信線の敷設等が省け、電力系統に小
容量の電流を注入する実用的な小型の装置により、需要
家側のみで電力系統の停止を検出し、分散型電源を電力
系統から解列してその単独運転を確実に防止し得る。

【００２１】つぎに、電力系統が配電系統の場合は、中
間次数調波を、配電系統の力率改善用コンデンサによる
誤検出を阻止するように、配電系統の基本波の４倍未満
の周波数にすることが望ましい。

【００２２】すなわち、配電系統の場合は系統に力率改
善用コンデンサが接続され、このコンデンサが需要家設
備の受電点からみた系統の短絡容量に影響を与え、注入
電流の周波数を高くする程前記短絡容量がみかけ上小さ
くなって計測電圧，計測電流に基づくインピーダンス又
はアドミタンス（絶対値）が配電系統の停止前，後で変
わらなくなり、配電系統の停止の誤検出が生じる。

【００２３】そして、実際の配電系統の力率改善用コン
デンサの容量が２ＭＶＡ以上であることから、注入電流
の周波数を配電系統の基本波の４倍未満にすれば、力率
改善用コンデンサによる前記の誤検出を防止できること
が判明した。

【００２４】したがって、電力系統が配電系統の場合
は、中間次数調波を配電系統の基本波の４倍未満の周波
数にすることにより、力率改善用コンデンサの影響を排
除して配電系統の停止を正確に検出することができ、需
要家側のみで配電系統の停止を検出して分散型電源を配
電系統から解列し、その単独運転を確実に防止し得る。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態につき、図１
ないし図９を参照して説明する。図１の単線系統図に示
すように、一般に、上位系統１に変電所２の１又は複数
の変圧器３の１次側が接続され、各変圧器３の２次側か
ら遮断器４を介して１又は複数の下位の電力系統５，
５’が分枝状に引出される。

【００２６】これらの電力系統５，５’には、分散型電
源６，６’を有する需要家設備７，７’又は分散型電源
６，６’が設けられていない一般需要家設備８，８’か
らなる複数の需要家設備が接続される。

【００２７】そして、図１の電力系統５の需要家設備７
に本発明を適用する場合、需要家設備７は他の需要家設
備と同様、電力系統５に引込線９の遮断器１０を介して
負荷母線１１が接続され、この負荷母線１１に各負荷フ
ィーダ１２の変圧器１３を介してそれぞれの負荷が接続
される。

【００２８】また、負荷母線１１に遮断器１４が接続さ
れ、この遮断器１４に、解列用の開閉器１５を介して分
散型電源６が接続されるとともに、中間調波電流注入装
置１６が接続される。

【００２９】この中間調波電流注入装置１６は、ＰＬＬ
回路構成の同期制御部１７と、この同期制御部１７によ
り同期制御された中間次数調波の注入電流を形成して出
力する注入電流出力部１８とからなり、この注入電流出
力部１８は、注入電流を形成する電流源回路１９，この
回路１９を負荷母線１１に接続する注入用の変圧器２０
により形成される。

【００３０】さらに、引込線９の遮断器１０より負荷母
線１１側に、受電点変圧器２１及び受電点変流器２２が
設けられ、それらの出力が系統停止検出処理装置２３に
供給され、電力系統５の停止時、系統停止検出装置２３
から開閉器１５に解列の指令が供給されて開閉器１５が
開放される。

【００３１】なお、受電点変圧器２１及び受電点変流器
２２は、この種分散型電源を有する需要家設備に必ず設
けられる既存の計器用変圧器及び計器用変流器である。

【００３２】つぎに、図１の動作について説明する。ま
ず、通常は遮断器４，１０，１４及び開閉器１５がいず
れも閉成され、上位系統１の電力が電力系統５，５’に
給電され、電力系統５，５’が電力供給状態にある。

【００３３】また、分散型電源６，６’は電力系統５，
５’に連系して運転され、その出力は自設備７，７’内
で消費されるとともに余剰分が引込線９等を介して電力
系統５，５’に逆潮流として出力される。

【００３４】さらに、需要家設備７においては、受電点
変圧器２１，受電点変流器２２により図１の受電点Ａの
電圧及びこの受電点Ａを出入する電流が常時検出され、
受電点変圧器２１の出力が中間調波電流注入装置１６に
設けられた同期制御部１７に供給される。

【００３５】この同期制御部１７はフィルタ処理等によ
り変圧器２１の出力のうちの最もレベルが大きい電力系
統５の例えば６０Hzの基本波電圧の成分を検出し、その
検出周波数に基づくＰＬＬ制御処理により、前記基本波
電圧に周波数同期した信号，すなわち電力系統５の基本
波に同期した同期信号を形成する。

【００３６】この同期信号が供給される注入電流出力部
１８は同期信号を設定逓倍比で逓倍した周波数信号を形
成し、この信号により電流源回路１９の例えばインバー
タを駆動し、電力系統５の基本波に同期したその非整数
倍の周波数の中間次数調波の注入電流を形成し、この注
入電流を変圧器２０，負荷母線１１，引込線９を介して
需要家設備７の受電点Ａから電力系統５に注入する。

【００３７】ところで、電力系統５の停止により遮断器
４が開放されると、受電点Ａからみた電源インピーダン
スが短絡インピーダンスから開放インピーダンスに変わ
るため、受電点Ａからみた電力系統Ａのインピーダンス
又はアドミタンス（以下インピーダンス等という）を監
視すれば、その変化から電力系統５の停止，すなわち分
散型電源５の単独運転への移行を検出できる。

【００３８】そして、受電点Ａからみた電力系統５のイ
ンピーダンス等は、原理上は、系統電圧に任意の周波数
の電圧を重畳し、この電圧と対応する電流とを計測する
ことにより、簡単な計算から求めることができる。

【００３９】しかし、電力系統５に重畳電圧と同一周波
数の成分が存在していれば、計測結果を系統５の既存成
分と重畳電圧により生じた成分とにベクトル的に分離す
ること等が必要になり、そのために、重畳電圧を十分に
大きくする必要があり、大容量の電流を電力系統５に注
入しなければならなくなる。

【００４０】そのため、重畳電圧を電力系統５に存在す
るその基本波の整数倍の周波数のｎ次高調波の電圧とす
ることは、現実的でない。

【００４１】一方、一般に電力系統には、本来、基本波
の非整数倍の周波数の成分は存在しない。

【００４２】そして、基本波に同期したこれらの非整数
倍の成分を中間次数調波の成分とすると、実系統の電圧
の周波数分析結果を示した図２からも明らかなように、
実系統においても、基本波（６０Hz）イ及びその整数倍
の周波数の３次高調波（１８０Hz）ロ，５次高調波（３
００Hz）ハ，７次高調波（４２０Hz）ニのレベルは非常
に大きいが、中間次数調波はほとんどが基本波イの０．
０１％以下の極めて小レベルであり、しかも、定常的に
は存在しないことが判明した。

【００４３】なお、図２は配電系統の実測結果であり、
横軸は周波数、縦軸は電圧（絶対値）である。

【００４４】また、図中の実線ホは基本波イ（３００
Ｖ）の０．１％（０．３Ｖ）のレベルを示し、波形ヘは
基本波のｍ倍（ｍは帯小数）の周波数の中間次数調波を
ｍ次の中間次数調波としたときの中間調波電流注入装置
１６の注入電流に基づく４．５次（ｍ＝４．５）の中間
次数調波を示す。

【００４５】したがって、適当な中間次数調波の電流を
電力系統５に注入すると、この注入量が僅かであって
も、前記のベクトル的な分離を行うことなく、受電点Ａ
からみた電力系統５のインピーダンス等を求めて監視す
ることができる。

【００４６】このとき、電力系統５に注入される中間次
数調波の電流（注入電流）が基本波に同期しているた
め、受電点変圧器２１の検出電圧のＤＦＴ等の周波数解
析により注入電流に基づく電力系統５の中間次数調波の
電圧が精度よく求まり、同様に、受電点変流器２２の検
出電流から注入電流が精度よく求まり、受電点Ａからみ
た電力系統５のインピーダンス等が正確に求まる。

【００４７】つぎに、中間次数調波のインピーダンス変
化からの電力系統５の停止検出を説明する。まず、電力
系統５の停止前（健全時）は、遮断器４が閉成し、受電
点Ａからみた電力系統５は電源短絡状態にある。

【００４８】この電力系統５の電源の短絡容量（電力）
の主な要素は変電所２の変圧器（バンクトランス）３の
短絡容量であり、これはどのバンクトランスでも同じで
あり、配電系統の場合、ほぼ１５０ＭＶＡ（基本波）で
ある。

【００４９】そして、分散型電源６が系統末端近くにあ
る場合を考慮すると、受電点Ａからみた短絡容量は、配
電系統の場合、その線路インピーダンスも含めて７０Ｍ
ＶＡとみなすことができる。

【００５０】また、前記技術指針に記載されているよう
に、分散型電源（自家用発電設備）の連系運転により系
統の短絡容量は増加するが、この短絡容量の増加により
他の需要家設備が遮断不能になる事態を回避するため、
配電系統の場合は、系統全体の短絡容量が１５０ＭＶＡ
（基本波）を越えないように各需要家等で対策が施され
る。

【００５１】そして、受電点Ａからみた他の設備の分散
型電源６’等の短絡容量は前記バンクトランスの短絡容
量より十分に小さく、配電系統の場合、全体で２０ＭＶ
Ａ（基本波）とみなすことができる。

【００５２】この場合、等価回路は図３に示すようにな
り、図中のＸ₁ は変電所２のバンクトランス３の等価イ
ンピーダンス、Ｘ₂ は系統の線路インピーダンス、Ｘｔ
はインピーダンスＸ₁ ，Ｘ₂ を総合した電源インピーダ
ンス、Ｘ₃ は他の設備の分散型電源６’の等価インピー
ダンスであり、それぞれ図中に示したパーセントインピ
ーダンス（％Ｚ）であるとする。

【００５３】この図３からも明らかなように、電力系統
５が配電系統の場合、受電点Ａからみた基本波の短絡容
量は、遮断器４が閉成している系統停止前には９０ＭＶ
Ａ（＝７０ＭＶＡ＋２０ＭＶＡ）程度であり、遮断器４
が開放して系統が停止すると、系統停止前の数分の１の
２０ＭＶＡに減少変化する。

【００５４】したがって、停止検出のしきい値容量を例
えば３０ＭＶＡに設定し、受電点Ａからみた電力系統５
の短絡容量の３０ＭＶＡ未満への減少変化を監視するこ
とにより、電力系統５の停止を検出することができる。

【００５５】そして、受電点Ａからみた電力系統５のイ
ンピーダンスは後述するようにその短絡容量の逆数に比
例し、受電点Ａからみた電力系統５のインピーダンスを
求めて前記短絡容量に換算し、その変化を計測監視すれ
ば、電力系統５の停止を検出することができる。

【００５６】ところで、受電点Ａからみた電力系統５の
短絡容量は、周波数によって変化し、ｍ次の中間次数調
波についての短絡容量は図４に示すように基本波（ｍ＝
１）の短絡容量の１／ｍになる。

【００５７】同図は後述の力率改善用コンデンサがない
配電系統の場合の実測結果であり、図中の実線ａは系統
停止前の特性であり、実線ｂは系統停止後の特性であ
る。

【００５８】そして、図４から明らかなようにｍ次の中
間次数調波についての停止前，後の短絡容量Ｑｍａ，Ｑ
ｍｂは、基本波（ｍ＝１）のときの９０ＭＶＡ（＝７０
ＭＶＡ＋２０ＭＶＡ），２０ＭＶＡそれぞれの１／ｍに
減少し、つぎの数１の２式で示される。

【００５９】

【数１】停止前：｜Ｑｍａ｜＝７０／ｍ＋２０／ｍ
（ＭＶＡ） 停止後：｜Ｑｍｂ｜＝２０／ｍ （ＭＶＡ）

【００６０】つぎに、遮断器４の開閉を考慮した場合、
受電点Ａからみた電力系統５の概略の等価回路は図５に
示すようになる。

【００６１】そして、ｍ次の中間次数調波の電流を注入
し、受電点変圧器２１，受電点変流器２２により計測さ
れた電力系統５のｍ次の中間次数調波の電圧，電流（い
ずれも複素数）をＶｉｍｇ（ｍ），Ｉｉｍｇ（ｍ）とす
ると、受電点Ａからみた電力系統５のｍ次の中間次数調
波についてのインピーダンスＺｍはつぎの数２の式で示
される。

【００６２】

【数２】Ｚｍ＝Ｖｉｍｇ（ｍ）／Ｉｉｍｇ（ｍ）

【００６３】このとき、受電点Ａからみた電力系統５の
基本波のインピーダンスＺ₁ は、系統がインダクタンス
とみなせることから、インピーダンスＺｍの１／ｍにな
り、つぎの数３の式から求めることができる。

【００６４】

【数３】Ｚ₁ ＝（Ｖｉｍｇ（ｍ）／Ｉｉｍｇ（ｍ））／
ｍ＝Ｚｍ／ｍ

【００６５】さらに、受電点Ａからみた電力系統５の短
絡容量は、例えば基本波についてはつぎの数４の式から
求めることができ、インピーダンスＺ₁ に逆比例する。

【００６６】

【数４】｜Ｑ₁ ｜＝｜Ｖ₁ ²／Ｚ₁ ｜

【００６７】なお、式中の｜Ｑ₁ ｜は基本波についての
短絡容量の絶対値であり、Ｖ₁ は定格の基本波電圧であ
る。

【００６８】そして、遮断器４が閉成する電力系統５の
停止前は、Ｘｔ≪Ｘ₃ であるため、インピーダンスＺｍ
に基づいて前記数３の式から求まる基本波のインピーダ
ンスＺ₁ は、Ｚ₁ ≒Ｘｔとみなすことができる。

【００６９】そのため、電力系統５の停止前の基本波の
短絡容量Ｑ₁ は、配電系統の場合、つぎの数５の式に示
すように、しきい値容量３０ＭＶＡより十分大きくな
る。

【００７０】

【数５】｜Ｑ₁ ｜（＝｜Ｖ₁ ²／Ｚ₁ ｜＝｜Ｖ₁ ²／Ｘｔ
｜）≫３０ＭＶＡ

【００７１】一方、遮断器４が開放する電力系統５の停
止後は、インピーダンスＺ₁ ，Ｚｍが極めて大きくな
り、電流Ｉｉｍｇ（ｍ）が著しく減少してＩｉｍｇ
（ｍ）≒０とみなせる。

【００７２】このとき、数２の式から求まるインピーダ
ンスＺｍはＺｍ≫ｍ・Ｘｔになり、インピーダンスＺ₁
はＺ₁（＝Ｚｍ／ｍ）≫Ｘｔになる。

【００７３】そのため、電力系統５の停止後の基本波の
短絡容量Ｑ₁ は、つぎの数６の式に示すように、しきい
値容量３０ＭＶＡより小さくなる。

【００７４】

【数６】｜Ｑ₁ ｜（＝｜Ｖ₁ ²／Ｚ₁ ｜）≪３０ＭＶＡ

【００７５】そして、つぎの数７の式に示すように、イ
ンピーダンスＺ₁ ，Ｚｍは短絡容量Ｑ₁ ，Ｑｍの逆数に
比例する。

【００７６】

【数７】｜Ｚ₁ ｜＝｜Ｖ₁ ²／Ｑ₁ ｜＝｜Ｖｍ² ／（ｍ・
Ｑｍ）｜＝｜Ｚｍ／ｍ｜＝｜Ｖｉｍｇ（ｍ）／Ｉｉｍｇ
（ｍ）／ｍ｜

【００７７】そのため、計測した電圧Ｖｉｍｇ（ｍ），
電流Ｉｉｍｇ（ｍ）からインピーダンスＺｍを求め、こ
のインピーダンスＺｍの逆数に比例する短絡容量Ｑｍ又
はそのｍ倍の短絡容量Ｑ₁ の変化を監視することによ
り、配電系統の場合は、短絡容量Ｑｍ，Ｑ₁ が３０／ｍ
ＭＶＡ，３０ＭＶＡそれぞれより低下したときに電力系
統５の停止を検出できる。

【００７８】この停止の検出を行うため、系統停止検出
処理装置２３は例えば図６に示すように形成され、受電
点変圧器２１の出力（計測電圧）Ｖ_PT，受電点変流器２
２の出力（計測電流）Ｉ_CTをサンプルホールド回路２４
ｖ，２４ｉ及びＡ／Ｄ変換器２５ｖ，２５ｉによりサン
プルホールドしてデジタルデータＤｖ，Ｄｉに変換し、
時々刻々のデジタルデータＤｖ，Ｄｉをマイクロコンピ
ュータ２６により処理する。

【００７９】このとき、出力Ｖ_PTがＰＬＬ回路構成のク
ロック発生回路２７にも供給され、この発生回路２７は
計測電圧Ｖ_PTに含まれた電力系統５の基本波電圧の周波
数を例えば１２８逓倍し、電力系統５の基本波に同期し
たその１サイクル当り１２８個のタイミングクロックを
形成する。

【００８０】そして、このタイミングクロックがサンプ
ルホールド回路２４ｖ，２４ｉにサンプルホールド信号
として供給され、このサンプルホールド信号に同期して
サンプルホールド回路２４ｖ，２４ｉが出力Ｖ_PT，Ｉ_CT
をサンプルホールドする。

【００８１】また、クロック発生回路２７のタイミング
クロックがマイクロコンピュータ２６にデータＤｖ，Ｄ
ｉの読込みのタイミング信号として供給され、このタイ
ミング信号にしたがってマイクロコンピュータ２６がデ
ータＤｖ，Ｄｉを取込む。

【００８２】そして、マイクロコンピュータ２６はソフ
トウエア処理によりつぎの（ｉ），（ii），（iii） の
手段を形成する。

【００８３】（ｉ）デジタルデータＤｖ，ＤｉのＤＦＴ
処理により出力Ｖ_PT，Ｉ_CTに含まれたｍ次の中間次数調
波の電圧Ｖｉｍｇ（ｍ），電流Ｉｉｍｇ（ｍ）を計測電
圧，計測電流として検出する手段

【００８４】（ii）計測電圧，計測電流により受電点Ａ
からみた電力系統５の中間次数調波についてのインピー
ダンスＺｍを算出する手段

【００８５】（iii） 算出したインピーダンスＺｍから
短絡容量Ｑ₁ を算出し、インピーダンスＺｍの変化を短
絡容量Ｑ₁ の変化として監視し、この監視により電力系
統５の停止を検出して開閉器１５に解列の指令を出力す
る手段

【００８６】そして、前記の各手段に基づき、マイクロ
コンピュータ２６は図７のフローチャートに示すように
動作し、ステップＳ₁ により時々刻々の２サイクルのデ
ジタルデータＤｖ，Ｄｉを取込み、ステップＳ₂ によ
り、取込んだ最新の２サイクルのデジタルデータＤｖ，
ＤｉのＤＦＴ処理を実施し、電力系統５のｍ次の中間次
数調波の電圧Ｖｉｍｇ（ｍ），電流Ｉｉｍｇ（ｍ）を検
出する。

【００８７】さらに、ステップＳ₃ により電圧Ｖｉｍｇ
（ｍ），電流Ｉｉｍｇ（ｍ）の検出結果からインピーダ
ンスＺｍを算出し、ステップＳ₄ により例えばステップ
Ｓ₂のＤＦＴ処理で得られた基本波の電圧Ｖ₁ とステッ
プＳ₃ で得られたインピーダンスＺｍとに基づき、イン
ピーダンスＺｍを短絡容量Ｑ₁ （絶対値）に換算する。

【００８８】そして、ステップＳ₅ により短絡容量Ｑ₁
が設定したしきい値容量，例えば３０ＭＶＡより小さく
なるか否かを監視し、電力系統５が停止して短絡容量Ｑ
₁ が３０ＭＶＡより小さくなると、ステップＳ₁ 〜Ｓ₅
のループ処理からステップＳ₆ に移行し、開閉器１５に
分散型電源６の解列指令を出力して開閉器１５を電力系
統５から解列し、分散型電源６の単独運転を防止する。

【００８９】この場合、注入電流が電力系統５には存在
しないか又は存在しても極めて小レベルの中間次数調波
の電流であり、電力系統５の既存の中間次数調波のレベ
ルがほぼ基本波の０．０１％以下であることから、その
注入量は、電力系統５に０．１％程度の電圧歪みが生じ
る程度でよく、電流源回路１９が数ＫＶＡの小容量のイ
ンバータで実現できる。

【００９０】しかも、注入電流が電力系統５の基本波に
同期しているため、マイクロコンピュータ２６のＤＦＴ
処理により電圧Ｖｉｍｇ（ｍ），電流Ｉｉｍｇ（ｍ）が
精度よく求まり、電力系統５の停止を確実に検出するこ
とができる。

【００９１】したがって、需要家設備７の実用的な小型
の装置により、その分散型電源６の単独運転を確実に防
止でき、この場合、変電所２からのトリップ情報の信号
が不要になって需要家の設備投資が大幅に軽減される。

【００９２】なお、注入電流の周波数は、ＤＦＴ解析等
により事前に電力系統５の既存の周波数分布を測定し、
最もレベルの小さい中間次数調波の周波数に設定するこ
とが好ましいのは勿論である。

【００９３】また、インピーダンスＺｍを求める代わり
にアドミタンスＹｍ（＝１／Ｚｍ）を求めて短絡容量に
換算し、その変化を計測監視しても同様の効果が得られ
る。

【００９４】ところで、実際の電力系統が３相系統であ
るため、実際には、図１の中間調波電流注入装置１６等
を相毎に設け、電力系統５の各相に中間次数調波の電流
を注入し、受電点変圧器２１の各線間電圧の出力と、受
電点変流器２２の各相電流とに基づき、系統停止検出処
理装置２３により中間次数調波の各線間電圧，各相電流
を前記の電圧Ｖｉｍｇ（ｍ），電流Ｉｉｍｇ（ｍ）とし
て相毎に電力系統５の停止を監視検出し、例えば、１相
でも停止を検出したときに、分散型電源６の各相の開閉
器１５を開放して分散型電源６を電力系統５から解列す
ることが好ましい。

【００９５】つぎに、電力系統５がいわゆる２次変電所
等から引出された高圧系統の場合は、中間次数調波の周
波数，すなわち次数ｍの特別な制限はないが、電力系統
５が低圧の配電系統の場合は、現実には図１に破線で示
す力率改善用コンデンサ２８が必ず存在し、その容量は
５〜２ＭＶＡ程度である。

【００９６】そして、図３からも明らかなように、電力
系統５が配電系統の場合は、受電点Ａから中間次数調波
の電流を注入すると、インピーダンスＸｔ等と力率改善
用コンデンサ２８とが並列共振回路を形成し、受電点Ａ
からみた電力系統５のインピーダンスがみかけ上大きく
なって短絡容量がこのコンデンサ２８のない場合より小
さくなる。

【００９７】そして、力率改善用コンデンサがある場
合、中間次数調波の次数ｍに対する配電系統の停止前，
後の短絡容量特性は図８，図９に示すようになる。

【００９８】図８，図９は図４の特性を有する配電系統
に５ＭＶＡ，２ＭＶＡの力率改善用コンデンサが接続さ
れた場合を示し、それぞれの実線ａ，ｂは受電点Ａから
みた停止前，後の短絡容量Ｑｍａ，Ｑｍｂの実測特性で
あり、実線ａ’，ｂ’は受電点Ａからみた停止前，後の
短絡容量Ｑｍａ，Ｑｍｂを電圧Ｖｉｍｇ（ｍ），電流Ｉ
ｉｍｇ（ｍ）から算出した推定特性である。

【００９９】そして、しきい値容量を実線ａの容量以下
にすることから、注入電流の次数ｍは、力率改善用コン
デンサ２８の容量が大きい図８の場合、実線ｂ’の絶対
値が実線ａの絶対値を下回るｍ＜３でなければ配電系統
の停止を検出することができない。

【０１００】すなわち、図３の等価回路において、説明
を簡単にするため、インピーダンスＸ₃ を無視し、電源
インピーダンス（バンクトランスのインピーダンス）Ｘ
ｔと力率改善用コンデンサ２８とが共振回路を形成する
とした場合、力率改善用コンデンサ２８が５ＭＶＡであ
れば、その共振次数は、計算上、ルート（７０ＭＶＡ／
５ＭＶＡ）≒３．７の式から３．７次になる。

【０１０１】そして、インピーダンスＸ₃ があっても系
統条件により共振次数が３．７より小さくならないた
め、図８の場合はｍ＜３の制限が生じる。

【０１０２】この場合、例えばｍ＝１．５に設定し１．
５次の中間次数調波の電流を受電点Ａに注入すると、
１．５次の中間次数調波に対しては、インピーダンスＸ
ｔの短絡容量が７０ＭＶＡ／１．５≒４７ＭＶＡにな
り、力率改善用コンデンサ２８の容量が５ＭＶＡ・１．
５＝７．５ＭＶＡになるため、受電点Ａからみた１．５
次の中間次数調波に対する電源インピーダンスＸｔの短
絡容量は、４７ＭＶＡから（４７ＭＶＡ−７．５ＭＶＡ
≒）４０ＭＶＡに下がり、基本波に対するその短絡容量
は計算上は７０ＭＶＡから（４０ＭＶＡ・１．５＝）６
０ＭＶＡに下り、図８の実測からは５０ＭＶＡ近くまで
下る。

【０１０３】しかし、インピーダンスＸ₃ の容量が最大
でも２０ＭＶＡであるため、力率改善用コンデンサ２８
がない場合と同様、しきい値容量を３０ＭＶＡにして配
電系統の停止を確実に検出できる。

【０１０４】そして、力率改善用コンデンサ２８の容量
が最小２ＭＶＡの図９の場合は、次数ｍの制限が緩和さ
れ、ｍ＜４であれば配電系統の停止を検出することがで
きる。

【０１０５】したがって、電力系統５が配電系統の場合
は、その停止を確実に検出するため、注入電流の次数ｍ
にｍ＜４の制限が生じ、この場合、電流源回路１９によ
り基本波の４倍未満の周波数の注入電流を形成すればよ
い。

【０１０６】つぎに、同一の変電所２から引出された電
力系統に需要家設備７のような本発明の単独運転防止装
置を有する複数の需要家設備が存在する場合は、相互干
渉を避けるため、それぞれの注入電流の周波数を異なら
せる必要がある。

【０１０７】この場合、中間次数調波の次数ｍを任意の
帯小数に設定できるため、ｍ＜４の制限が生じる配電系
統にあっても、その周波数設定（次数ｍの設定）に困る
ことはない。

【０１０８】なお、具体的には各需要家設備により運転
開始前に電力系統の周波数分布を計測し、例えばそのレ
ベルが０．０１％以下の他の需要家設備が使用していな
い周波数を検出して注入電流の周波数に設定すればよ
い。

【０１０９】そして、中間調波電流注入装置１６，系統
停止検出装置２３等の構成は図１，図６に限定されるも
のではない。

【０１１０】また、受電点変圧器２１，受電点変流器２
２は既存のものでなくてもよい。さらに、コンピュータ
２６によりＤＦＴと異なる周波数解析手法で受電点の中
間次数調波の電圧，電流を検出してもよいのは勿論であ
る。

【０１１１】

【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。まず、請求項１の場合は、中間調波電流注入装置１
６が電力系統５に注入する中間次数調波の注入電流が、
本来、電力系統５に存在しない周波数の電流であり、存
在しても極めて僅かであり、しかも、電力系統５の基本
波に同期しているため、中間調波電流注入装置１６の注
入電流を実用的な小容量にしても、系統停止検出処理装
置２３がデジタルフーリエ解析（ＤＦＴ）等の周波数解
析により、受電点変圧器２１、受電点変流器２２の出力
に含まれた中間次数調波の電圧，電流，すなわち、需要
家設備７の受電点から電力系統５をみたときの注入電流
に基づくその電圧，電流を、電力系統５の既存の高調波
等の影響を受けることなく、精度よく計測電圧，計測電
流として検出することができる。

【０１１２】そのため、計測電圧，計測電流からのイン
ピーダンス又はアドミタンスの計算により、受電点から
みた電力系統５の中間次数調波についてのインピーダン
ス又はアドミタンスを精度よく求めることができ、この
インピーダンス又はアドミタンスの変化により需要家側
のみで電力系統５の停止を正確に検出することができ、
この検出に基づき分散型電源６を解列してその単独運転
を確実に防止することができる。

【０１１３】したがって、分散型電源６の解列に変電所
からのトリップ情報が不要になり、その通信線の敷設等
が省け、電力系統５に小容量の電流を注入する実用的な
小型の装置により、需要家側のみで電力系統５の停止を
検出し、分散型電源６を電力系統５から解列してその単
独運転を確実に防止することができる。

【０１１４】つぎに、請求項２の場合は、電力系統５か
配電系統の場合に、中間次数調波を、配電系統の力率改
善用コンデンサ２８による誤検出を阻止するように、配
電系統の基本波の４倍未満の周波数にしたため、力率改
善用コンデンサ２８の影響を排除して配電系統の停止を
正確に検出することができ、需要家側のみで配電系統の
停止を検出して分散型電源を配電系統から解列し、その
単独運転を確実に防止することができ、配電系統の分散
型電源の単独運転防止に好適な装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の１形態の単線系統図である。

【図２】図１の電力系統の電圧の周波数分布の特性図で
ある。

【図３】図１の動作説明用の第１の等価回路図である。

【図４】力率改善用コンデンサを有しない電力系統の中
間次数調波の次数ｍに対する短絡容量の特性図である。

【図５】図１の動作説明用の第２の等価回路図である。

【図６】図１の系統停止検出処理装置の詳細なブロック
図である。

【図７】図６の動作説明用のフローチャートである。

【図８】力率改善用コンデンサを有する電力系統の中間
次数調波の次数ｍに対する短絡容量の１例の特性図であ
る。

【図９】力率改善用コンデンサを有する電力系統の中間
次数調波の次数ｍに対する短絡容量の他の例の特性図で
ある。

【符号の説明】

５ 電力系統 ６ 分散型電源 ７ 需要家設備 ９ 引込線 １６ 中間調波電流注入装置 ２１ 受電点変圧器 ２２ 受電点変流器 ２３ 系統停止検出処理装置 ２８ 力率改善用コンデンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分散型電源を有する需要家設備に、 前記分散型電源が接続された電力系統の基本波に同期し
   た前記基本波の非整数倍の周波数の電流を中間次数調波
   の注入電流として形成し，前記注入電流を前記需要家設
   備の引込線から前記電力系統に注入する中間調波電流注
   入装置と、 前記需要家設備の受電点での前記電力系統の前記中間次
   数調波の電圧，電流の計測結果から前記電力系統の停止
   を監視して検出し，前記電力系統の停止を検出したとき
   に前記分散型電源を前記電力系統から解列する系統停止
   検出処理装置とを備え、 前記系統停止検出処理装置に、 前記引込線の受電点変圧器，受電点変流器の出力に含ま
   れた前記中間次数調波の電圧，電流を計測電圧，計測電
   流として検出する手段と、 前記計測電圧，前記計測電流により，前記受電点からみ
   た前記電力系統の前記中間次数調波についてのインピー
   ダンス又はアドミタンスを算出する手段と、 前記中間次数調波についての算出したインピーダンス又
   はアドミタンスの変化から前記電力系統の停止を検出し
   て前記解列の指令を出力する手段とを設けたことを特徴
   とする分散型電源の単独運転防止装置。
2. 【請求項２】 電力系統を配電系統とし、中間次数調波
   を、前記配電系統の力率改善用コンデンサによる誤検出
   を阻止するように、前記配電系統の基本波の４倍未満の
   周波数にしたことを特徴とする請求項１記載の分散型電
   源の単独運転防止装置。