特許 6047425 単独運転検出装置および単独運転検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6047425

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】単独運転検出装置および単独運転検出方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20161212BHJP

   H02J 3/00 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/38 180

   H02J3/00 170

【請求項の数】12

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-39241(P2013-39241)

(22)【出願日】2013年2月28日

(65)【公開番号】特開2014-168338(P2014-168338A)

(43)【公開日】2014年9月11日

【審査請求日】2016年1月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000180025

【氏名又は名称】山洋電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091096

【弁理士】

【氏名又は名称】平木 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100105463

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 三男

(74)【代理人】

【識別番号】100102576

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 敏章

(74)【代理人】

【識別番号】100108394

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100101063

【弁理士】

【氏名又は名称】松丸 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100114546

【弁理士】

【氏名又は名称】頭師 教文

(74)【代理人】

【識別番号】100153903

【弁理士】

【氏名又は名称】吉川 明

(74)【代理人】

【識別番号】100162330

【弁理士】

【氏名又は名称】広瀬 幹規

(72)【発明者】

【氏名】塚田 昭洋

【審査官】 木村 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１４２０８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０５４３６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ３／００−５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

商用電源系統と連系して運転する分散電源の単独運転を検出する単独運転検出装置であって、
前記商用電源系統に無効電力を注入する無効電力注入部と、
前記商用電源系統の電力変化周期を検出する電力変化周期検出部と、
検出した電力変化周期を記憶する電力変化周期記憶部と、
過去のｍ回の電力変化周期の平均を算出する平均電力変化周期算出部と、
過去のｎ回の電力変化周期から次の電力変化周期を予測する電力変化周期予測部と、
予測した電力変化周期と算出した電力変化周期の平均の偏差を算出する偏差算出部と、
算出した偏差をあらかじめ定めた閾値と比較して前記偏差が前記閾値を超えていれば前記分散電源が単独運転であると判断し、前記偏差が前記閾値を超えていなければ単独運転ではないと判断する能動的単独運転判断部と、
を有することを特徴とする単独運転検出装置。

【請求項2】

前記偏差算出部が算出した複数の偏差を時系列に記憶する偏差記憶部と、
前記複数の偏差のそれぞれに対応する複数の閾値を記憶する閾値記憶部と、
をさらに備え、
前記能動的単独運転判断部は、
時系列に記憶した複数の偏差を前記複数の偏差のそれぞれに対応する複数の閾値と比較して、前記複数の偏差の全てがそれぞれに対応する複数の閾値を超えていれば前記分散電源が単独運転であると判断し、前記複数の偏差のうちの１つでもその偏差に対応する閾値を超えていなければ単独運転ではないと判断することを特徴とする請求項１に記載の単独運転検出装置。

【請求項3】

前記閾値記憶部は、
前記複数の偏差のそれぞれに対応する複数の閾値を、前記偏差算出部が算出した偏差が正であるときに用いる正パターンの閾値と、前記偏差が負であるときに用いる負パターンの閾値と、に分けて記憶し、
前記能動的単独運転判断部は、
前記偏差算出部が算出した偏差が正であるときには正パターンの閾値を用いて単独運転の是非を判断し、算出した偏差が負であるときには、負パターンの閾値を用いて単独運転の是非を判断することを特徴とする請求項２に記載の単独運転検出装置。

【請求項4】

前記複数の偏差のそれぞれに対応する複数の閾値の大きさは個々に異なることを特徴とする請求項２または３に記載の単独運転検出装置。

【請求項5】

前記複数の偏差のそれぞれに対応する複数の閾値の大きさの絶対値は、より過去の偏差に対応する閾値ほど小さくなっていることを特徴とする請求項４に記載の単独運転検出装置。

【請求項6】

前記電力変化周期予測部は、
過去のｎ回の電力変化周期のうち特定の回の電力変化周期に重み付けをし、重み付け後のｎ回の電力変化周期の平均を算出することによって次の電力変化周期を予測することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の単独運転検出装置。

【請求項7】

さらに、
前記平均電力変化周期算出部が算出した電力変化周期の平均と前記電力変化周期予測部が予測した次の電力変化周期とから周波数変化率を算出する周波数変化率算出部と、
次の電力変化周期が算出される度に算出された周波数変化率が、複数回連続して閾値を超え、かつ、複数回の周波数変化の方向が同一であれば前記分散電源が単独運転であると判断し、複数回連続して閾値を超えず、または、複数回の周波数変化の方向が同一でなければ単独運転ではないと判断する受動的単独運転判断部と、
を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の単独運転検出装置。

【請求項8】

前記電力変化周期検出部は、
前記商用電源系統の電圧の立ち上がり周期と、前記電圧の立ち下がり周期と、の両方の周期を個別に検出することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の単独運転検出装置。

【請求項9】

前記電力変化周期記憶部は、
前記商用電源系統の電圧の立ち上がり周期と、前記電圧の立ち下がり周期と、を別々に時系列に記憶することを特徴とする請求項８に記載の単独運転検出装置。

【請求項10】

前記平均電力変化周期算出部、前記電力変化周期予測部および前記偏差算出部は、前記商用電源系統の電圧の立ち上がり周期と、前記電圧の立ち下がり周期と、の両方の周期から個別に検出した２つの電力変化周期を用いて、それぞれの電力変化周期に対する、電力変化周期の平均、次の電力変化周期の予測、電力変化周期の平均の偏差を算出し、前記能動的単独運転判断部は、２つの電力変化周期に対して個々に算出した偏差を用いて単独運転の是非を判断することを特徴とする請求項９に記載の単独運転検出装置。

【請求項11】

前記周波数変化率算出部は、
前記２つの電力変化周期を用いて、それぞれの電力変化周期に対する周波数変化率を算出し、前記受動的単独運転判断部は、２つの電力変化周期に対して個々に算出した周波数変化率を用いて単独運転の是非を判断することを特徴とする請求項７に記載の単独運転検出装置。

【請求項12】

商用電源系統と連系して運転する分散電源の単独運転を検出するための単独運転検出方法であって、
前記商用電源系統に無効電力を注入する無効電力注入段階と、
前記商用電源系統の電力変化周期を検出する電力変化周期検出段階と、
検出した電力変化周期を記憶する電力変化周期記憶段階と、
過去のｍ回の電力変化周期の平均を算出する電力周期平均算出段階と、
過去のｎ回の電力変化周期から次の電力変化周期を予測する電力変化周期予測段階と、
予測した電力変化周期と算出した電力変化周期の平均の偏差を算出する偏差算出段階と、
算出した偏差をあらかじめ定めた閾値と比較して前記偏差が前記閾値を超えていれば前記分散電源が単独運転であると判断し、前記偏差が前記閾値を超えていなければ単独運転ではないと判断する単独運転判断段階と、
を含むことを特徴とする単独運転検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、商用電源系統と連系して運転する分散電源の単独運転を検出する単独運転検出装置および単独運転検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、太陽電池、燃料電池などの分散電源の電力を商用電源系統と連系して交流負荷に供給する電源装置が用いられている。分散電源の電力と商用電源系統の電力を交流負荷に効率的に供給するために、分散電源と商用電源系統との間にはパワーコンディショナーが接続される。

【0003】

パワーコンディショナーは、太陽電池や燃料電池を利用する際に、発電した電力を商用で使用できるように変換する装置である。パワーコンディショナーは、発電電力が交流負荷の所要電力よりも大きければ、余剰電力を商用電源系統に供給し、逆に、分散電源の発電電力が交流負荷の所要電力よりも小さければ、不足電力を商用電源系統から受電するもの、及び、消費する電力のみを補い、商用電源系統には電力を供給しないもの、がある。

【0004】

パワーコンディショナーは商用電源系統に接続され、分散電源の発電電力を商用電源系統に供給できるため、商用電源系統が事故や工事で停電した時に、パワーコンディショナーがその停電を迅速に検出しないと、分散電源側から商用電源系統側に電力が供給されてしまう。

【0005】

このため、パワーコンディショナーには、商用電源系統が停電した時に、分散電源が単独で運転していることを検出する、単独運転検出装置が設けてある。従来の単独運転検出装置には、たとえば、下記特許文献１に示すようなものがある。

【0006】

特許文献１の単独運転検出装置は、能動的検出機能と受動的検出機能の２つの機能を備える。能動的検出機能は、現在出力している交流電力に、たとえば、周波数、無効電力変動や有効電力変動などの外乱要素を外的に加え、この外的に加えられた外乱要素に基づいて、単独運転を検出する機能である。受動的検出機能は、現在出力している交流電力の様々な要素、たとえば、出力電流や系統電圧の要素に基づいて、単独運転を検出する機能である。

【0007】

特許文献１の単独運転検出装置は、能動的検出機能または受動的検出機能の少なくともいずれか一方で単独運転を検出したときに、分散電源が単独運転中であると判断する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第４０７３３８７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上述のような従来の単独運転検出装置では、現在出力している交流電力の周波数変動が基準値を超えたか否かによって分散電源の単独運転を判断している。しかし、単独運転の検出は、できるだけ正確であることはもちろんのこと、できるだけ迅速に行われることが求められる。しかし、上述のような従来の単独運転検出装置であっても、これらの点ではまだ改善の余地がある。

【0010】

本発明は、単独運転をさらに正確かつ迅速に検出できる、単独運転検出装置および単独運転検出方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するための単独運転検出装置は、商用電源系統と連系して運転する分散電源の単独運転を検出する単独運転検出装置であり、無効電力注入部、電力変化周期検出部、電力変化周期記憶部、平均電力変化周期算出部、電力変化周期予測部、偏差算出部および能動的単独運転判断部を有する。

【0012】

無効電力注入部は商用電源系統に無効電力を注入する。電力変化周期検出部は商用電源系統の電力変化周期を検出する。電力変化周期記憶部は検出した電力変化周期を記憶する。平均電力変化周期算出部は過去のｍ回の電力変化周期の平均を算出する。電力変化周期予測部は過去のｎ回の電力変化周期から次の電力変化周期を予測する。偏差算出部は予測した電力変化周期と算出した電力変化周期の平均の偏差を算出する。能動的単独運転判断部は、算出した偏差をあらかじめ定めた閾値と比較して偏差が閾値を超えていれば分散電源が単独運転であると判断し、偏差が閾値を超えていなければ単独運転ではないと判断する。

【0013】

また、上記目的を達成するための単独運転検出方法は、商用電源系統と連系して運転する分散電源の単独運転を検出するための単独運転検出方法であり、無効電力注入段階、電力変化周期検出段階、電力変化周期記憶段階、平均電力変化周期算出段階、電力変化周期予測段階、偏差算出段階および能動的単独運転判断段階を含む。

【0014】

無効電力注入段階では商用電源系統に無効電力を注入する。電力変化周期検出段階では商用電源系統の電力変化周期を検出する。電力変化周期記憶段階では検出した電力変化周期を記憶する。平均電力変化周期算出段階では過去のｍ回の電力変化周期の平均を算出する。電力変化周期予測段階では過去のｎ回の電力変化周期から次の電力変化周期を予測する。偏差算出段階では予測した電力変化周期と算出した電力変化周期の平均の偏差を算出する。能動的単独運転判断段階では、算出した偏差をあらかじめ定めた閾値と比較して偏差が閾値を超えていれば分散電源が単独運転であると判断し、偏差が閾値を超えていなければ単独運転ではないと判断する。

【発明の効果】

【0015】

以上のような構成を有する本発明に係る単独運転検出装置および単独運転検出方法によれば、過去の電力変化周期から次の電力変化周期を予測し、予測した電力変化周期を用いて分散電源の単独運転を判断するので、分散電源の単独運転をさらに正確かつ迅速に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る単独運転検出装置を備えたパワーコンディショナーのブロック図である。

【図2】図１の単独運転検出装置のブロック図である。

【図3】図２に示す無効電力注入部、電力変化周期検出部及び電力変化周期記憶部の動作フローチャートである。

【図4】図２に示す平均電力変化周期算出部、電力変化周期予測部、偏差算出部、偏差記憶部及び能動的単独運転判断部の動作フローチャートである。

【図5】図４の正パターン検出処理のサブルーチンフローチャートである。

【図6】図４の負パターン検出処理のサブルーチンフローチャートである。

【図7】図２に示す平均電力変化周期算出部、電力変化周期予測部、周波数変化率算出部及び受動的単独運転判断部の動作フローチャートである。

【図8】図１の単独運転検出装置の能動的検出機能の動作説明に供する図である。

【図9】図１の閾値記憶部に記憶されている正パターン及び負パターンの閾値を示す図である。

【図10】図１の単独運転検出装置の受動的検出機能の動作説明に供する図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、本発明に係る単独運転検出装置および単独運転検出方法を、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0018】

〔パワーコンディショナーの構成〕
図１は本発明に係る単独運転検出装置を備えたパワーコンディショナーのブロック図である。単独運転検出装置は、商用電源系統と連系して運転する分散電源の単独運転を検出する。

【0019】

パワーコンディショナー１０は、分散電源２０と商用電源系統３０に接続される。分散電源２０は、たとえば、太陽電池パネル、燃料電池など、直流電力を供給できる直流電源である。商用電源系統３０は、発電所に接続される５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源である。パワーコンディショナー１０は、分散電源２０からの直流電力を交流電力に変換して図示しない負荷に交流電力を供給する単独運転機能と、分散電源２０からの直流電力を交流電力に変換して前記負荷の余剰電力を商用電源系統に供給する一方、分散電源２０からの直流電力を交流電力に変換して負荷に交流電力を供給するとともに、商用電源系統から負荷の不足電力を供給する、連系運転機能と、の２つの機能を有する。

【0020】

パワーコンディショナー１０は、単独運転機能および連系運転機能を発揮させるために、分散電源２０の出力電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、昇圧後の電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータ１４とを有する。ＤＣ／ＡＣインバータ１４は、連系リレー１６を介して商用電源系統３０に接続される。

【0021】

パワーコンディショナー１０は、分散電源２０の発電状況に応じて連系運転をしたり、商用電源系統３０の送電状況に応じて単独運転にしたりする。パワーコンディショナー１０は、単独運転検出装置１００を有し、連系運転と単独運転を迅速に認識し、単独運転を検出した場合に連系リレー１６を解列させる。たとえば、商用電源系統３０で工事による停電が発生したとすると、単独運転検出装置１００がこの停電を迅速に検出し、分散電源２０から商用電源系統３０に向けて電力が供給されることのないように、単独運転検出装置１００は連系リレー１６を解列させ、ＤＣ／ＡＣインバータ１４と商用電源系統３０とを遮断する。

【0022】

〔単独運転検出装置の構成〕
図２は、図１の単独運転検出装置のブロック図である。単独運転検出装置１００は、無効電力注入部１１０、電力変化周期検出部１２０、電力変化周期記憶部１２５、平均電力変化周期算出部１３０、電力変化周期予測部１４０、偏差算出部１５０、閾値記憶部１５５、偏差記憶部１６０、能動的単独運転判断部１６５、周波数変化率算出部１７０および受動的単独運転判断部１８０を有する。

【0023】

無効電力注入部１１０は、商用電源系統３０の停電を迅速に検出できるようにするために、商用電源系統３０に無効電力を注入する。無効電力の注入は一般的に行われている技術を用いる。

【0024】

電力変化周期検出部１２０は、商用電源系統３０の電圧の立ち上がり周期と、その電圧の立ち下がり周期と、の両方の周期を個別に検出し、商用電源系統３０の電力変化周期を検出する。本明細書では、電力変化周期を商用電源系統３０の電圧変化によって検出する。三相交流の場合には、三相の内の一相の電圧変化によって検出しても良いし、二相の電圧変化によって検出しても良い。

【0025】

電力変化周期記憶部１２５は、電力変化周期検出部１２０が検出した電力変化周期を記憶する。電力変化周期は、商用電源系統３０の電圧の立ち上がり周期と、前記電圧の立ち下がり周期と、を別々に時系列に記憶する。

【0026】

平均電力変化周期算出部１３０は、電力変化周期記憶部１２５に時系列に記憶されている電力変化周期をｍ個取り出し、過去のｍ回の電力変化周期の平均を算出する。平均電力変化周期算出部１３０の詳細な動作は後述する。

【0027】

電力変化周期予測部１４０は、電力変化周期記憶部１２５に時系列に記憶されている電力変化周期をｎ個取り出し、過去のｎ回の電力変化周期のうち特定の回の電力変化周期に重み付けをし、重み付け後のｎ回の電力変化周期の平均を算出することによって次の電力変化周期を予測する。電力変化周期予測部１４０の詳細な動作は後述する。

【0028】

偏差算出部１５０は、電力変化周期予測部１４０が予測した電力変化周期と平均電力変化周期算出部１３０が算出した電力変化周期の平均との偏差を算出する。偏差算出部１５０の詳細な動作は後述する。

【0029】

閾値記憶部１５５は、偏差算出部１５０が算出した複数の偏差のそれぞれに対応する複数の閾値を記憶する。閾値記憶部１５５は、複数の偏差のそれぞれに対応する複数の閾値を、図９に示すように、偏差算出部１５０が算出した偏差が正であるときに用いる正パターンの閾値と、偏差が負であるときに用いる負パターンの閾値と、に分けて記憶する。複数の偏差のそれぞれに対応する複数の閾値の大きさは個々に異なり、複数の偏差のそれぞれに対応する複数の閾値の大きさの絶対値は、より過去の偏差に対応する閾値ほど小さくしてある。さらに、閾値記憶部１５５は、周波数変化率算出部１７０が算出した周波数変化率を受動的単独運転判断部１８０で比較するための閾値（周波数変化率と回数）を記憶する。

【0030】

偏差記憶部１６０は、偏差算出部１５０が算出した複数の偏差を時系列に記憶する。

【0031】

能動的単独運転判断部１６５は、偏差算出部１５０が算出した偏差を閾値記憶部１５５に記憶されているあらかじめ定めた閾値と比較してその偏差が閾値を超えていれば分散電源２０が単独運転であると判断し、その偏差が閾値を超えていなければ分散電源２０が単独運転ではないと判断する。また、能動的単独運転判断部１６５は、偏差記憶部１６０に時系列に記憶した複数の偏差を、閾値記憶部１５５に記憶されている、その複数の偏差のそれぞれに対応する複数の閾値と比較して、その複数の偏差の全てがそれぞれに対応する複数の閾値を超えていれば、分散電源２０が単独運転であると判断し、その複数の偏差のうちの１つでもその偏差に対応する閾値を超えていなければ、分散電源２０が単独運転ではないと判断する。さらに、能動的単独運転判断部１６５は、偏差算出部１５０が算出した偏差が正であるときには、閾値記憶部１５５に記憶されている、正パターンの閾値を用いて分散電源２０の単独運転の是非を判断し、偏差算出部１５０が算出した偏差が負であるときには、閾値記憶部１５５に記憶されている、負パターンの閾値を用いて分散電源２０の単独運転の是非を判断する。

【0032】

周波数変化率算出部１７０は、平均電力変化周期算出部１３０が算出した電力変化周期の平均と電力変化周期予測部１４０が予測した次の電力変化周期とから周波数変化率を算出する。また、周波数変化率算出部１７０は、電力変化周期予測部１４０が予測した電力変化周期を用いて、それぞれの電力変化周期に対する周波数変化率を算出する。

【0033】

受動的単独運転判断部１８０は、電力変化周期予測部１４０が予測した次の電力変化周期が算出される度に算出された周波数変化率が、複数回連続して閾値記憶部１５５に記憶されている閾値を超え、かつ、複数回の周波数変化の方向が同一であれば分散電源２０が単独運転であると判断し、次の電力変化周期が算出される度に算出された周波数変化率が、複数回連続して閾値を超えず、または、複数回の周波数変化の方向が同一でなければ分散電源２０が単独運転ではないと判断する。また、受動的単独運転判断部１８０は、電力変化周期予測部１４０が予測した電力変化周期に対して個々に算出した周波数変化率を用いて分散電源２０の単独運転の是非を判断する。

【0034】

〔単独運転検出装置の動作〕
単独運転検出装置１００の概略の構成は以上の通りである。次に、単独運転検出装置１００の動作を、図３から図８を参照しながら説明する。以下に説明する単独運転検出装置１００の動作は、本発明に係る単独運転検出方法の手順と同一である。

【0035】

＜能動的検出機能＞
図３は、無効電力注入部１１０、電力変化周期検出部１２０及び電力変化周期記憶部１２５の動作フローチャートである。

【0036】

無効電力注入部１１０は、商用電源系統３０に向けて無効電力を注入する（ステップＳ１００）。無効電力の注入は次のような手順で行う。まず、電力変化周期検出部１２０で検出した、たとえば２００ｍｓｅｃ前の８０ｍｓｅｃの間の電力変化周期の移動平均と、現在から４０ｍｓｅｃ前までの電力変化周期の移動平均との差を周波数偏差として求める。次に、その周波数偏差の大きさに応じた無効電力注入量を算出し、算出した無効電力注入量を、有効電力を一定に保つため、電流位相を変えながら、商用電源系統３０に向けて注入する。

【0037】

電力変化周期検出部１２０は、商用電源系統３０の電力変化周期Ｔａ、Ｔｂを検出する（ステップＳ１１０）。電力変化周期検出部１２０は、図８に示すように、商用電源系統３０のゼロクロスからの電圧の立ち上がりから次のゼロクロスからの電圧の立ち上がりまでの周期をＴａ系の電力変化周期として検出する。そして、商用電源系統３０のゼロクロスからの電圧の立ち下がりから次のゼロクロスからの電圧の立ち下がりまでの周期をＴｂ系の電力変化周期として検出する。つまり、電力変化周期検出部１２０は、Ｔａ系の電力変化周期とＴｂ系の電力変化周期を個別に検出する。

【0038】

電力変化周期記憶部１２５は、検出したＴａ系、Ｔｂ系の周期を記憶する（ステップＳ１２０）。電力変化周期記憶部１２５は、電力変化周期検出部１２０が検出したＴａ系の電力変化周期とＴｂ系の電力変化周期を個別に、時系列に記憶する。

【0039】

図４は、平均電力変化周期算出部１３０、電力変化周期予測部１４０、偏差算出部１５０、偏差記憶部１６０及び能動的単独運転判断部１６５の動作フローチャートである。

【0040】

平均電力変化周期算出部１３０は、一定時間前までのｍ個の電力変化周期の平均周期を算出する（ステップＳ２００）。本実施形態ではｍは７である。平均電力変化周期算出部１３０は、電力変化周期記憶部１２５に記憶されているＴａ系の電力変化周期とＴｂ系の電力変化周期を別々に取り出す。具体的には、図８に示すように、Ｔａ系について、現時点から２００ｍｓｅｃ前（５０Ｈｚでは１０回分の電力変化周期に相当）から７回分の電力変化周期のデータ、Ｔａ（Ｎ−１０）、Ｔａ（Ｎ−１１）、…、Ｔａ（Ｎ−１５）、Ｔａ（Ｎ−１６）、の７つの電力変化周期を取り出す。同時に、Ｔｂ系について、Ｔｂ（Ｎ−１０）、Ｔｂ（Ｎ−１１）、…、Ｔｂ（Ｎ−１５）、Ｔｂ（Ｎ−１６）、の７つの電力変化周期を取り出す。

【0041】

次に、平均電力変化周期算出部１３０は、Ｔａ系について、［Ｔａ（Ｎ−１０）＋Ｔａ（Ｎ−１１）＋…＋Ｔａ（Ｎ−１５）＋Ｔａ（Ｎ−１６）］／７を計算してＴａ系の電力変化周期の平均Ｔａａｖｅを算出する。同時に、平均電力変化周期算出部１３０は、Ｔｂ系について、［Ｔｂ（Ｎ−１０）＋Ｔｂ（Ｎ−１１）＋…＋Ｔｂ（Ｎ−１５）＋Ｔｂ（Ｎ−１６）］／７を計算してＴｂ系の電力変化周期の平均Ｔｂａｖｅを算出する。なお、上記の例では、７個の電力変化周期の全てを用いて電力変化周期の平均を求めたが、信頼性を向上するために、７個の内の最大と最小の２つの電力変化周期を除外し、残りの５個の電力変化周期を用いて電力変化周期の平均を算出しても良い。

【0042】

電力変化周期予測部１４０は、現時点より前のｎ個の電力変化周期から予測周期を算出する（ステップＳ２１０）。本実施形態ではｎは５である。電力変化周期予測部１４０は、電力変化周期記憶部１２５に記憶されているＴａ系の電力変化周期とＴｂ系の電力変化周期を別々に取り出す。具体的には、図８に示すように、Ｔａ系について、現時点から５回分の電力変化周期のデータ、Ｔａ（Ｎ）、Ｔａ（Ｎ−１）、Ｔａ（Ｎ−２）、Ｔａ（Ｎ−３）、Ｔａ（Ｎ−４）、の５つの電力変化周期を取り出す。同時に、Ｔｂ系について、Ｔｂ（Ｎ）、Ｔｂ（Ｎ−１）、Ｔｂ（Ｎ−２）、Ｔｂ（Ｎ−３）、Ｔｂ（Ｎ−４）、の５つの電力変化周期を取り出す。

【0043】

次に、電力変化周期予測部１４０は、下記の計算をして電力変化の予測周期を算出する。具体的には、
Ｔａ系の予測周期Ｔａ（Ｎ＋１）は、
予測周期Ｔａ（Ｎ＋１）＝Ｔａ（Ｎ）＋［｛Ｔａ（Ｎ）−Ｔａ（Ｎ−１）｝＋
２×｛Ｔａ（Ｎ−１）−Ｔａ（Ｎ−２）｝＋２×｛Ｔａ（Ｎ−２）−Ｔａ（Ｎ−３）｝＋
｛Ｔａ（Ｎ−３）−Ｔａ（Ｎ−４）｝］／６
を計算することによって算出し、
Ｔｂ系の予測周期Ｔｂ（Ｎ＋１）は、
予測周期Ｔｂ（Ｎ＋１）＝Ｔｂ（Ｎ）＋［｛Ｔｂ（Ｎ）−Ｔｂ（Ｎ−１）｝＋
２×｛Ｔｂ（Ｎ−１）−Ｔｂ（Ｎ−２）｝＋２×｛Ｔｂ（Ｎ−２）−Ｔｂ（Ｎ−３）｝＋
｛Ｔｂ（Ｎ−３）−Ｔｂ（Ｎ−４）｝］／６
を計算することによって算出する。

【0044】

以上の計算は、ルングゲッタの４次式を参考にしており、特定の電力変化周期に重み付けをし、微分方程式により、過去の電力変化周期から未来の電力変化周期を予測するものである。

【0045】

偏差算出部１５０は、平均周期と予測周期との偏差を算出する（ステップＳ２２０）。

【0046】

具体的には、Ｔａ系については、電力変化周期の平均がＴａａｖｅであり、予測周期がＴａ（Ｎ＋１）であるので、偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）は、
ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）＝Ｔａａｖｅ−Ｔａ（Ｎ＋１）を計算することによって算出する。また、Ｔｂ系については、電力変化周期の平均がＴｂａｖｅであり、予測周期がＴｂ（Ｎ＋１）であるので、偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）は、
ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）＝Ｔｂａｖｅ−Ｔｂ（Ｎ＋１）を計算することによって算出する。

【0047】

偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）及び偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）は、正か負の値を持つ。

【0048】

偏差算出部１５０は、ステップＳ２２０で求めた偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）及び偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）を時系列に偏差記憶部１６０に記憶させる（ステップＳ２３０）。

【0049】

偏差算出部１５０は、ステップＳ２２０で算出した偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）及び偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）が正であるか負であるかを判断する（ステップＳ２４０）。

【0050】

能動的単独運転判断部１６５は、偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）及び偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）が正であれば（ステップＳ２４０：ＹＥＳ）、ステップＳ２５０の正パターン検出処理を実行し、負であれば（ステップＳ２４０：ＮＯ）、ステップＳ２６０の負パターン検出処理を実行する。なお、偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）が正で偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）が負であったときには、偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）についてはステップＳ２５０の正パターン検出処理を実行し、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）についてはステップＳ２６０の負パターン検出処理を実行する。偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）が負で偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）が正であったときには、偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）についてはステップＳ２６０の負パターン検出処理を実行し、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）についてはステップＳ２５０の正パターン検出処理を実行する。

【0051】

図５は、図４の正パターン検出処理のサブルーチンフローチャートである。また、図６は、図４の負パターン検出処理のサブルーチンフローチャートである。

【0052】

偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）及び偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）が正の場合、能動的単独運転判断部１６５は、偏差記憶部１６０から、現時点より前のｐ個の偏差を取り出し、取り出したｐ個の偏差を閾値記憶部１５５に記憶されている閾値と比較する（ステップＳ２５０-１）。本実施形態ではｐは５である。

【0053】

具体的には、能動的単独運転判断部１６５は、図８に示すように、偏差記憶部１６０から、Ｔａ系として、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−１）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−２）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−３）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−４）を、Ｔｂ系として、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−１）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−２）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−３）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−４）をそれぞれ取り出す。

【0054】

次に、能動的単独運転判断部１６５は、閾値記憶部１５５に記憶されている、図９に示したような正パターンの閾値Ｔｈｐ（Ｎ）、Ｔｈｐ（Ｎ−１）、Ｔｈｐ（Ｎ−２）、Ｔｈｐ（Ｎ−３）、Ｔｈｐ（Ｎ−４）を取り出し、これらを、偏差記憶部１６０から取り出したｄｉｆｆＴａ（Ｎ）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−１）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−２）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−３）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−４）及びｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−１）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−２）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−３）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−４）と比較する。

【0055】

具体的には、Ｔａ系については、閾値Ｔｈｐ（Ｎ）と偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）との大小関係を比較し、閾値Ｔｈｐ（Ｎ−１）と偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−１）との大小関係を比較し、同様に、閾値Ｔｈｐ（Ｎ−２）と偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−２）、閾値Ｔｈｐ（Ｎ−３）と偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−３）、閾値Ｔｈｐ（Ｎ−４）と偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−４）を比較する。

【0056】

また、Ｔｂ系については、閾値Ｔｈｐ（Ｎ）と偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）との大小関係を比較し、閾値Ｔｈｐ（Ｎ−１）と偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−１）との大小関係を比較し、同様に、閾値Ｔｈｐ（Ｎ−２）と偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−２）、閾値Ｔｈｐ（Ｎ−３）と偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−３）、閾値Ｔｈｐ（Ｎ−４）と偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−４）を比較する。

【0057】

能動的単独運転判断部１６５は、比較した全ての偏差のそれぞれが、それぞれに対応する閾値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２５０−２）。

【0058】

能動的単独運転判断部１６５は、比較した全ての偏差が閾値よりも大きいときには（ステップＳ２５０−２：ＹＥＳ）、商用電源系統３０に停電が発生し、分散電源２０が単独運転であると判断して、連系リレー１６を解列させ、商用電源系統３０を切り離す（ステップＳ２５０−３）。一方、比較した偏差のうち１つでも閾値よりも大きくないものがあったときには（ステップＳ２５０−２：ＮＯ）、単独運転ではないと判断し、連系リレー１６の接続は維持する（ステップＳ２５０−４）。

【0059】

偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）及び偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）が負の場合、能動的単独運転判断部１６５は、偏差記憶部１６０から、現時点より前のｐ個の偏差を取り出し、取り出したｐ個の偏差を閾値記憶部１５５に記憶されている閾値と比較する（ステップＳ２６０-１）。

【0060】

具体的には、能動的単独運転判断部１６５は、図８に示すように、偏差記憶部１６０から、Ｔａ系として、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−１）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−２）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−３）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−４）を、Ｔｂ系として、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−１）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−２）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−３）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−４）をそれぞれ取り出す。

【0061】

次に、能動的単独運転判断部１６５は、閾値記憶部１５５に記憶されている、図９に示したような負パターンの閾値Ｔｈｎ（Ｎ）、Ｔｈｎ（Ｎ−１）、Ｔｈｎ（Ｎ−２）、Ｔｈｎ（Ｎ−３）、Ｔｈｎ（Ｎ−４）を取り出し、これらを、偏差記憶部１６０から取り出したｄｉｆｆＴａ（Ｎ）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−１）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−２）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−３）、ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−４）及びｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−１）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−２）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−３）、ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−４）と比較する。

【0062】

具体的には、Ｔａ系については、閾値Ｔｈｎ（Ｎ）と偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ）との大小関係を比較し、閾値Ｔｈｎ（Ｎ−１）と偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−１）との大小関係を比較し、同様に、閾値Ｔｈｎ（Ｎ−２）と偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−２）、閾値Ｔｈｎ（Ｎ−３）と偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−３）、閾値Ｔｈｎ（Ｎ−４）と偏差ｄｉｆｆＴａ（Ｎ−４）を比較する。

【0063】

また、Ｔｂ系については、閾値Ｔｈｎ（Ｎ）と偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ）との大小関係を比較し、閾値Ｔｈｎ（Ｎ−１）と偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−１）との大小関係を比較し、同様に、閾値Ｔｈｎ（Ｎ−２）と偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−２）、閾値Ｔｈｎ（Ｎ−３）と偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−３）、閾値Ｔｈｎ（Ｎ−４）と偏差ｄｉｆｆＴｂ（Ｎ−４）を比較する。

【0064】

能動的単独運転判断部１６５は、比較した全ての偏差のそれぞれが、それぞれに対応する閾値よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ２６０−２）。

【0065】

能動的単独運転判断部１６５は、比較した全ての偏差が閾値よりも小さいときには（ステップＳ２６０−２：ＹＥＳ）、商用電源系統３０に停電が発生し、分散電源２０が単独運転であると判断して、連系リレー１６を解列させ、商用電源系統３０を切り離す。また、ＤＣ／ＡＣインバータ１４（図１参照）のゲートをブロックする。つまり、インバータ１４のゲートにスイッチング信号は与えない（ステップＳ２６０−３）。一方、比較した偏差のうち１つでも閾値よりも小さくないものがあったときには（ステップＳ２６０−２：ＮＯ）、単独運転ではないと判断し、連系リレー１６の接続は維持する。また、ＤＣ／ＡＣインバータ１４（図１参照）のゲートはブロックせずに、通常通りスイッチングさせる（ステップＳ２６０−４）。

【0066】

このように、能動的検出機能では、商用電源系統３０に無効電力を強制的に注入し、無効電力の注入による、商用電源の電圧変化の揺らぎによって、商用電源系統３０の停電を検出し、分散電源２０の単独運転を検出する。

【0067】

＜受動的検出機能＞
図７は、平均電力変化周期算出部１３０、電力変化周期予測部１４０、周波数変化率算出部１７０及び受動的単独運転判断部１８０の動作フローチャートである。

【0068】

平均電力変化周期算出部１３０は、現時点より前のｑ個の電力変化周期の平均周期を算出する（ステップＳ３００）。本実施形態ではｑは２５である。平均電力変化周期算出部１３０は、電力変化周期記憶部１２５に記憶されているＴａ系の電力変化周期とＴｂ系の電力変化周期を別々に取り出す。具体的には、図１０に示すように、Ｔａ系について、現時点から２５回分の電力変化周期のデータ、Ｔａ（Ｎ）、Ｔａ（Ｎ−１）、…、Ｔａ（Ｎ−２３）、Ｔａ（Ｎ−２４）、の２５個の電力変化周期を取り出す。同時に、Ｔｂ系について、Ｔｂ（Ｎ）、Ｔｂ（Ｎ−１）、…、Ｔｂ（Ｎ−２３）、Ｔｂ（Ｎ−２４）、の２５個の電力変化周期を取り出す。

【0069】

次に、平均電力変化周期算出部１３０は、Ｔａ系について、［Ｔａ（Ｎ）＋Ｔａ（Ｎ−１）＋…＋Ｔａ（Ｎ−２３）＋Ｔａ（Ｎ−２４）］／２５を計算してＴａ系の電力変化周期の平均Ｔａａｖｅを算出する。同時に、平均電力変化周期算出部１３０は、Ｔｂ系について、［Ｔｂ（Ｎ）＋Ｔｂ（Ｎ−１）＋…＋Ｔｂ（Ｎ−２３）＋Ｔｂ（Ｎ−２４）］／２５を計算してＴｂ系の電力変化周期の平均Ｔｂａｖｅを算出する。

【0070】

電力変化周期予測部１４０は、現時点より前のｑ個の電力変化周期から予測周期を算出する（ステップＳ３１０）。予測周期の算出は、電力変化周期の数が異なるだけで、図４のステップＳ２１０と同じである。

【0071】

周波数変化率算出部１７０は、平均周期と予測周期とから周波数変化率を算出する（ステップＳ３２０）。周波数変化率は、Ｔａ系とＴｂ系のそれぞれに対して求める。Ｔａ系の周波数変化率Ａ＝（平均周期−予測周期）／平均周期を計算することによって算出する。Ｔｂ系の周波数変化率Ｂも同様にして算出する。

【0072】

受動的単独運転判断部１８０は、周波数変化率算出部１７０が算出した、Ｔａ系及びＴｂ系の周波数変化率Ａ，周波数変化率Ｂのそれぞれを、閾値記憶部１５５に記憶されている閾値と比較する（ステップＳ３３０）。閾値記憶部１５５は０．２％、０．３％、０．４％、０．５％といった複数の閾値を記憶している。比較に用いる閾値は選択スイッチによって選択する。本実施形態では、０．３％を選択している。したがって、Ｔａ系及びＴｂ系の周波数変化率Ａ，周波数変化率Ｂのそれぞれは、０．３％よりも大きいか否かが比較される。

【0073】

受動的単独運転判断部１８０は、周波数変化率Ａ，周波数変化率Ｂのそれぞれが閾値の０．３％よりも大きければ（ステップＳ３３０：ＹＥＳ）、次のステップの処理に進む。周波数変化率が大きいということは、商用電源系統３０が停電した可能性が高いからである。一方、閾値の０．３％よりも大きくなければ（ステップＳ３３０：ＮＯ）、単独運転ではないと判断し、ＤＣ／ＡＣインバータ１４（図１参照）のゲートをブロックせずに、通常通りスイッチングさせる（ステップＳ３６０）。

【0074】

周波数変化率Ａ，周波数変化率Ｂのそれぞれが閾値の０．３％よりも大きければ（ステップＳ３３０：ＹＥＳ）、受動的単独運転判断部１８０は、周波数変化率Ａ，周波数変化率Ｂの変化方向（正負の符号）が同一のまま、閾値記憶部１５５に記憶されている連続回数ｒに達したか否かを判断する（ステップＳ３４０）。閾値を超える同一変化方向の周波数変化率Ａ，周波数変化率Ｂが連続してｒ回続いたときには（Ｓ３４０：ＹＥＳ）、商用電源系統３０に停電が発生し、分散電源２０が単独運転していると判断して、連系リレー１６を解列させ、商用電源系統３０を切り離す。また、ＤＣ／ＡＣインバータ１４（図１参照）のゲートをブロックする。つまり、インバータ１４のゲートにスイッチング信号は与えない（ステップＳ３５０）。一方、閾値を超える同一変化方向の周波数変化率Ａ，周波数変化率Ｂがｒ回連続しなかったときには、単独運転ではないと判断し、連系リレー１６の接続は維持する。また、ＤＣ／ＡＣインバータ１４（図１参照）のゲートはブロックせずに、通常通りスイッチングさせる（ステップＳ３６０）。閾値を超える周波数変化率が一定の回数を超えたことを確認するのは、ノイズを除去し、不確実な単独運転の判断がされないようにするためである。ただ、その回数を多く設定すると、単独運転の検出タイミングが遅くなる。したがって、閾値記憶部１５５に記憶させる回数は、検出の信頼性と検出の速度を満足する回数に設定する。

【0075】

以上のように、単独運転の検出をするためには、商用電源系統の周波数を測定し微小時間の周波数の変化を検出する。これまでは、周波数の変化の過去の平均と最新の平均を比較して、周波数が増加傾向にあるのか減少傾向にあるのかを判断し、増加傾向又は減少傾向になったときに単独運転と判断する。しかし、上述の本発明では、周波数の変化の過去の平均と１サイクル後の未来の周波数の変化を比較することによって、単独運転を判断している。このため、単独運転の検出時間は短くなる。また、周波数の偏差を閾値と比較することによって単独運転を検出しているので、単独運転の検出精度が向上する。さらに、能動的検出機能と受動的検出機能の２つの機能を用いて単独運転を検出しているので、単独運転の検出を確実に行うことができる。

【符号の説明】

【0076】

１０ パワーコンディショナー、
１２ ＤＣ/ＤＣコンバータ、
１４ ＤＣ/ＡＣインバータ、
１６ 連系リレー、
２０ 分散電源、
３０ 商用電源系統、
１００ 単独運転検出装置、
１１０ 無効電力注入部、
１２０ 電力変化周期検出部、
１３０ 電力変化周期記憶部、
１３０ 平均電力変化周期算出部、
１４０ 電力変化周期予測部、
１５０ 偏差算出部、
１５５ 閾値記憶部、
１６０ 偏差記憶部、
１６５ 能動的単独運転判断部、
１７０ 周波数変化率算出部、
１８０ 受動的単独運転判断部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】