特開 2022-52955 単独運転検出装置、単独運転検出方法、および、単独運転検出装置を備えたパワーコンディショナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022052955

(43)【公開日】2022-04-05

(54)【発明の名称】単独運転検出装置、単独運転検出方法、および、単独運転検出装置を備えたパワーコンディショナ

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20220329BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20220329BHJP

【ＦＩ】

H02J3/38 180

H02J3/38 130

H02J3/38 110

H02M7/48 R

H02M7/48 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020159503

(22)【出願日】2020-09-24

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(72)【発明者】

【氏名】川本 哲裕

(72)【発明者】

【氏名】田村 亨

(72)【発明者】

【氏名】服部 将之

【テーマコード（参考）】

5G066

5H770

【Ｆターム（参考）】

5G066AA09

5G066AD04

5G066HA13

5G066HB03

5G066HB06

5G066HB07

5G066HB09

5G066JB03

5H770BA13

5H770CA05

5H770EA01

5H770HA03Y

5H770HA05Y

5H770JA17Z

5H770KA01Z

5H770LA10Y

5H770LB05

5H770LB09

(57)【要約】

【課題】電圧フリッカ現象を誘発しない単独運転検出装置を提供する。
【解決手段】パワーコンディショナ１の単独運転を検出する単独運転検出装置３において、パワーコンディショナ１の出力電圧の周波数ｆを検出する周波数検出部３１と、周波数検出部３１が検出した周波数ｆが判定条件に一致したか否かを判定し、一致した場合に単独運転状態であると判断する判定部３２とを備えた。判定条件は、パワーコンディショナ１が接続されている配電系統Ｃに配置された他の単独運転検出装置が当該配電系統Ｃに能動信号を注入したことによって生じた周波数ｆの変化を判定するための条件である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パワーコンディショナの単独運転を検出する単独運転検出装置であって、
前記パワーコンディショナの出力に関する電気的な特性を検出する検出部と、
前記検出部が検出した検出値が判定条件に一致したか否かを判定し、一致した場合に、単独運転状態であると判断する判定部と、
を備え、
前記判定条件は、前記パワーコンディショナが接続されている配電系統に配置された他の単独運転検出装置が当該配電系統に能動信号を注入したことによって生じた前記電気的な特性の変化を判定するための条件である、
ことを特徴とする単独運転検出装置。

【請求項2】

前記判定条件は、前記検出値が所定範囲に収まらない状態が所定時間以上継続したことである、
請求項１に記載の単独運転検出装置。

【請求項3】

前記検出部は、前記パワーコンディショナの出力電圧の周波数を前記検出値として検出する、
請求項１または２に記載の単独運転検出装置。

【請求項4】

前記検出部は、前記検出値とは異なる第２の検出値をさらに検出し、
前記判定部は、前記検出値が前記判定条件に一致し、かつ、前記第２の検出値が第２の判定条件に一致した場合にのみ、単独運転状態であると判断する、
請求項１ないし３のいずれかに記載の単独運転検出装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかに記載の単独運転検出装置を備えている、
ことを特徴とするパワーコンディショナ。

【請求項6】

パワーコンディショナの単独運転を検出する単独運転検出方法であって、
前記パワーコンディショナの出力に関する電気的な特性を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出した検出値が判定条件に一致したか否かを判定し、一致した場合に、単独運転状態であると判断する判定工程と、
を備え、
前記判定条件は、前記パワーコンディショナが接続されている配電系統に配置された他の単独運転検出装置が当該配電系統に能動信号を注入したことによって生じた前記電気的な特性の変化を判定するための条件である、
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、単独運転検出装置、単独運転検出方法、および、単独運転検出装置を備えたパワーコンディショナに関する。

【背景技術】

【0002】

分散形電源を電力系統に接続する場合、パワーコンディショナは、単独運転を防止するための単独運転検出装置を備えている必要がある。単独運転とは、分散形電源が接続された配電系統が電力系統から切り離された場合に、分散形電源が配電系統の負荷に電力の供給を継続することである。単独運転検出装置は、単独運転を検出した場合、分散形電源を配電系統から切り離して、分散形電源から負荷への電力の供給を停止させる。単独運転の検出方法には受動方式と能動方式とがあり、様々な検出方法が開発されている。

【0003】

系統連系規程（JEAC 9701-2016）では、単独運転の能動方式の検出方法として、周波数シフト方式、スリップモード周波数シフト方式、無効電力変動方式、およびQCモード周波数シフト方式などが認められている。これらの方式は、従来型能動的方式と呼ばれている。系統連系規程では、従来型能動的方式の単独運転検出装置は、停電が発生して単独運転状態になった場合、０．５秒以上１秒以内（低圧配電線との連系の場合）にパワーコンディショナを配電系統から切り離すように定められている。また、系統連系規程では、従来型能動的方式より検出を高速化させた方式として、ステップ注入付き周波数フィードバック方式が認められている。当該方式は、新型能動的方式と呼ばれている。系統連系規程では、新型能動的方式の単独運転検出装置は、停電が発生して単独運転状態になった場合、パワーコンディショナを配電系統から瞬時に切り離すように定められており、一般的には、０．１秒以上０.２秒以内に切り離すように設定されている。これらの各方式は、配電系統に積極的に無効電力を代表とする能動信号を注入し、検出された周波数の変化に応じて単独運転を検出する。したがって、配電系統に多数の分散形電源が接続されている場合、配電系統には大量の無効電力が注入される。また、無効電力の注入量は、周波数偏差に応じて増加される。したがって、系統擾乱時に各分散形電源が無効電力の注入量を増加させることで、系統電圧が振動し、電圧フリッカ現象が発生する場合がある。

【0004】

電圧フリッカ現象の発生を抑制するための対策として、無効電力の注入量を抑制可能な単独運転検出装置が開発されている。例えば、特許文献１には、単独運転の可能性が低い場合に無効電力の注入量を抑制する単独運転検出装置が開示されている。また、特許文献２には、遅れ位相の無効電力と進み位相の無効電力とを交互に注入し、系統周波数の移動平均値の変化量の絶対値を積算した積算値に基づいて単独運転を検出することで、無効電力の注入量を低減しつつ、単独運転の誤検出や検出遅延を防止できる単独運転検出装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－９３０２０号公報

【特許文献2】特開２０１９－９２３２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１、２に開示された単独運転検出装置は、注入量を抑制しているが、無効電力の注入を行っている。したがって、これらの単独運転検出装置を備えたパワーコンディショナを、配電系統に新たに接続した場合、配電系統に注入される無効電力は増加する。よって、単独運転検出装置を備えたパワーコンディショナがすでに多数接続されている配電系統に、このようなパワーコンディショナを接続した場合でも、電圧フリッカ現象を誘発することになる。

【0007】

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、電圧フリッカ現象を誘発しない単独運転検出装置、単独運転検出方法、および、単独運転検出装置を備えたパワーコンディショナを提供することをその目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

【0009】

本発明の第１の側面によって提供される単独運転検出装置は、パワーコンディショナの単独運転を検出する単独運転検出装置であって、前記パワーコンディショナの出力に関する電気的な特性を検出する検出部と、前記検出部が検出した検出値が判定条件に一致したか否かを判定し、一致した場合に、単独運転状態であると判断する判定部とを備え、前記判定条件は、前記パワーコンディショナが接続されている配電系統に配置された他の単独運転検出装置が当該配電系統に能動信号を注入したことによって生じた前記電気的な特性の変化を判定するための条件であることを特徴とする。

【0010】

なお、「電気的な特性」には、電圧、電流、電力（有効電力、無効電力）、および周波数などが含まれる。また、所定の高調波成分の電圧、電流、電力、および周波数なども含まれる。また、「検出部が検出した検出値」には、電圧、電流、電力、および周波数などの大きさだけでなく、偏差（基準からの変化量）および変化率なども含まれる。また、「能動信号」は、単独運転検出装置が能動方式で単独運転を検出する際に配電系統に注入する信号であり、例えば、無効電力、有効電力などが含まれる。

【0011】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記判定条件は、前記検出値が所定範囲に収まらない状態が所定時間以上継続したことである。

【0012】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記検出部は、前記パワーコンディショナの出力電圧の周波数を前記検出値として検出する。

【0013】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記検出部は、前記検出値とは異なる第２の検出値をさらに検出し、前記判定部は、前記検出値が前記判定条件に一致し、かつ、前記第２の検出値が第２の判定条件に一致した場合にのみ、単独運転状態であると判断する。

【0014】

本発明の第２の側面によって提供されるパワーコンディショナは、本発明の第１の側面によって提供される単独運転検出装置を備えている。

【0015】

本発明の第３の側面によって提供される単独運転検出方法は、パワーコンディショナの単独運転を検出する単独運転検出方法であって、前記パワーコンディショナの出力に関する電気的な特性を検出する検出工程と、前記検出工程で検出した検出値が判定条件に一致したか否かを判定し、一致した場合に、単独運転状態であると判断する判定工程とを備え、前記判定条件は、前記パワーコンディショナが接続されている配電系統に配置された他の単独運転検出装置が当該配電系統に能動信号を注入したことによって生じた前記電気的な特性の変化を判定するための条件であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によると、判定部は、検出値が判定条件に一致した場合に、単独運転状態であると判断する。本発明に係る単独運転検出装置は、他の単独運転検出装置が配電系統に無効電力などの能動信号を注入したことによる配電系統での電気的な特性の変化に応じて単独運転を検出するので、配電系統に無効電力を注入しない。したがって、本発明に係る単独運転検出装置は、電圧フリッカ現象を誘発しない。

【0017】

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１実施形態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を説明するためのブロック図であり、配電系統の全体構成を示している。

【図2】単独運転検出装置が行う単独運転検出処理を説明するためのフローチャートである。

【図3】パワーコンディショナの出力電圧の周波数の変化を示すタイムチャートであり、（ａ）は従来型電源および新型電源が接続された配電系統が停電状態になった場合を示し、（ｂ）は従来型電源のみが接続された配電系統が停電状態になった場合を示している。

【図4】パワーコンディショナの出力電圧の周波数の変化を示すタイムチャートであり、系統擾乱が発生した場合を示している。

【図5】第２実施形態に係る単独運転検出装置の内部構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

【0020】

〔第１実施形態〕

【0021】

図１は、第１実施形態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を説明するためのブロック図であり、配電系統の全体構成を示している。

【0022】

パワーコンディショナ１は、直流電源Ａが出力する直流電力を交流電力に変換して、接続している配電系統Ｃに出力する。パワーコンディショナ１および直流電源Ａを合わせたものが分散形電源である。配電系統Ｃは、高圧配電系統であり、負荷Ｌ、従来型電源Ｂ１および新型電源Ｂ２が接続されている。負荷Ｌは、電力の供給を受ける需要家である。従来型電源Ｂ１は、従来型能動的方式の単独運転検出装置を有するパワーコンディショナを備えた分散形電源である。なお、本実施形態では、従来型電源Ｂ１の単独運転検出装置が、周波数シフト方式で単独運転を検出する場合を例として説明する。なお、従来型電源Ｂ１の単独運転検出装置の検出方式は限定されない。新型電源Ｂ２は、新型能動的方式の単独運転検出装置を有するパワーコンディショナを備えた分散形電源である。配電系統Ｃ（および変圧器を介して配電系統Ｃに接続された低圧配電系統）には、負荷Ｌ、従来型電源Ｂ１、および新型電源Ｂ２がそれぞれ複数ずつ接続されているが、図１においては、代表して１個ずつ記載している。配電系統Ｃは、遮断器を介して電力系統に接続されている。電力系統で事故が発生した場合などに、電力系統側に設けられた保護装置によって遮断器が開放されて、配電系統Ｃが電力系統から切り離される（停電状態）。これにより、電力系統から切り離された配電系統Ｃに接続しているパワーコンディショナ１が単独運転状態になる。

【0023】

直流電源Ａは、直流電力を出力するものであり、例えば太陽電池を備えている。太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することで、直流電力を生成する。直流電源Ａは、生成した直流電力を、パワーコンディショナ１に出力する。なお、直流電源Ａは、太陽電池により直流電力を生成するものに限定されない。例えば、直流電源Ａは、燃料電池または蓄電池などであってもよいし、ディーゼルエンジン発電機または風力タービン発電機などにより生成された交流電力を直流電力に変換して出力する装置であってもよい。

【0024】

パワーコンディショナ１は、インバータ装置２、単独運転検出装置３、連系用遮断器４、および電圧センサ５を備えている。パワーコンディショナ１は、連系用遮断器４を介して、配電系統Ｃに接続している。

【0025】

インバータ装置２は、直流電源Ａから入力される直流電力を交流電力に変換して出力する。インバータ装置２は、例えば、図示しないインバータ回路、フィルタ回路、および制御回路を備えている。インバータ回路は、制御回路から入力されるＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子（図示しない）のオンとオフとを切り替えることで直流電力を交流電力に変換する。フィルタ回路は、スイッチングによる高周波成分を除去する。制御回路は、インバータ回路を制御する。制御回路は、インバータ装置２の出力電流を制御するＰＷＭ信号を生成して、インバータ回路に出力する。制御回路は、単独運転検出装置３から後述するゲートブロック信号を入力された場合、ＰＷＭ信号の生成を停止する。この場合、インバータ回路はスイッチングを停止するので、インバータ装置２は、電力変換動作を停止する。なお、インバータ装置２の構成は限定されない。

【0026】

連系用遮断器４は、パワーコンディショナ１と配電系統Ｃとの接続を遮断する。連系用遮断器４は通常時は閉路されており、パワーコンディショナ１は配電系統Ｃに接続している。しかし、単独運転検出装置３から後述する開放指令が入力された場合、連系用遮断器４は開放され、パワーコンディショナ１が配電系統Ｃから切り離される。これにより、パワーコンディショナ１の単独運転状態が回避される。

【0027】

電圧センサ５は、パワーコンディショナ１の出力電圧を検出し、検出した電圧信号を単独運転検出装置３に入力する。なお、電圧センサ５は、インバータ装置２の制御用と兼用であってもよい。この場合、電圧センサ５は、検出した電圧信号をインバータ装置２の制御回路にも入力する。

【0028】

単独運転検出装置３は、パワーコンディショナ１の単独運転を検出する。単独運転検出装置３は、電圧センサ５から入力される電圧信号に基づいて単独運転を検出し、単独運転を検出した場合、パワーコンディショナ１を停止させて、配電系統Ｃから切り離す。単独運転検出装置３は、周波数検出部３１、判定部３２、および停止処理部３８を備えている。

【0029】

周波数検出部３１は、パワーコンディショナ１の出力電圧の周波数ｆを検出する。周波数検出部３１は、電圧センサ５から入力される電圧信号に基づいて、周波数ｆを検出する。周波数検出部３１は、例えばゼロクロス点間カウント方式により周波数を検出する。ゼロクロス点間カウント方式は、交流電圧の瞬時値がゼロレベルを交差する点（ゼロクロス点）間の時間を計測し、計測された時間の逆数から周波数を検出する方法である。なお、周波数検出部３１の周波数検出方法は限定されない。例えば、周波数検出部３１は、乗算式ＰＬＬ（Phase Locked Loop）を用いて周波数を検出してもよい。周波数検出部３１は、検出した周波数ｆを、判定部３２に出力する。周波数検出部３１が本発明の「検出部」に相当し、周波数ｆが本発明の「検出値」に相当する。

【0030】

判定部３２は、周波数検出部３１から入力される周波数ｆに基づいて判定を行う。判定部３２は、周波数ｆがあらかじめ設定された判定条件に一致したか否かを判定する。判定条件は、単独運転が発生したと断定できる条件が設定されている。単独運転が発生した場合、従来型電源Ｂ１および新型電源Ｂ２の単独運転検出装置は、注入する無効電力を増加させて配電系統Ｃの電圧の周波数を変化させ、周波数がしきい値を超えた場合に単独運転を検出する。判定条件は、このときの周波数の変化に基づいて設定されている。

【0031】

本実施形態では、判定条件は、周波数ｆが所定範囲に収まらない状態が所定時間Ｔ₁以上継続したことである。所定範囲は、パワーコンディショナ１の出力電圧の通常時の周波数ｆ₀を中心とした範囲であり、ｆ₁（＞ｆ₀）以下、ｆ₁’（＜ｆ₀）以上の範囲である。例えば、周波数ｆ₀が６０Ｈｚの場合、ｆ₁＝６１Ｈｚであり、ｆ₁’＝５９Ｈｚである。なお、ｆ₁およびｆ₁’は限定されない。所定範囲は、単独運転が発生して、従来型電源Ｂ１および新型電源Ｂ２の単独運転検出装置による無効電力の注入によって変化した周波数が収まらない範囲が設定される。所定範囲は、実験、シミュレーション結果、または、現地における調査結果などに基づいて適宜設定される。ただし、単独運転以外の系統擾乱などによっても、周波数ｆが上昇して所定範囲を超える場合がある。しかし、この場合は、周波数ｆが所定範囲を超えている時間は短い。所定時間Ｔ₁は、系統擾乱などによる周波数ｆの上昇を単独運転と判定しないために設定されている。本実施形態では、所定時間Ｔ₁は、事故時運転継続要件（ＦＲＴ要件）に応じて、例えば０．３秒とされている。なお、所定時間Ｔ₁は限定されない。

【0032】

本実施形態では、判定部３２は、周波数ｆがｆ₁より大きい状態、または、周波数ｆがｆ₁’より小さい状態が所定時間Ｔ₁以上継続した場合に、判定条件に一致したと判定する。判定部３２は、周波数ｆが判定条件に一致したと判定した場合、単独運転状態であると判断し、例えばハイレベル信号である単独運転検出信号を停止処理部３８に出力する。なお、判定条件は限定されず、単独運転が発生したと断定できる条件であればよい。

【0033】

停止処理部３８は、判定部３２から単独運転検出信号を入力された場合に、パワーコンディショナ１の停止処理を行う。具体的には、停止処理部３８は、インバータ装置２にゲートブロック信号を出力して、インバータ装置２の電力変換動作を停止させる。また、停止処理部３８は、連系用遮断器４に開放指令を出力して、パワーコンディショナ１を配電系統Ｃから切り離させる。

【0034】

系統連系規程では、高圧配電系統に接続されたパワーコンディショナは、単独運転状態になった場合に３秒以内に切り離されるように定められている。新型電源Ｂ２は停電から０．２秒以内に単独運転を検出して配電系統Ｃから切り離され、従来型電源Ｂ１は停電から１秒以内に単独運転を検出して配電系統Ｃから切り離される。したがって、従来型電源Ｂ１および新型電源Ｂ２が無効電力の注入量を増加させたことで変化する系統周波数の変化をとらえてから、所定時間Ｔ₁の経過を待ったとしても、単独運転検出装置３は、３秒以内にパワーコンディショナ１を配電系統Ｃから切り離すことができる。

【0035】

なお、単独運転検出装置３は、アナログ回路として実現してもよいし、ディジタル回路として実現してもよい。また、各部が行う処理をプログラムで設計し、当該プログラムを実行させることでコンピュータを単独運転検出装置３として機能させてもよい。また、当該プログラムを記録媒体に記録しておき、コンピュータに読み取らせるようにしてもよい。

【0036】

図２は、単独運転検出装置３が行う単独運転検出処理を説明するためのフローチャートである。単独運転検出処理は、判定条件に基づいて単独運転を検出する処理である。単独運転検出処理は、パワーコンディショナ１が配電系統Ｃに接続している状態で、インバータ装置２が電力変換動作を開始したときに実行される。

【0037】

まず、周波数検出部３１によって検出された周波数ｆが所定範囲に収まっている（ｆ₁’≦ｆ≦ｆ₁）か否かが判別される（Ｓ１）。所定範囲に収まっている場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ１に戻って、ステップＳ１の判別が繰り返される。一方、所定範囲に収まっていない場合（Ｓ１：ＮＯ）、計時が開始される（Ｓ２）。

【0038】

次に、計時された時間が所定時間Ｔ₁以上になったか否かが判別される（Ｓ３）。所定時間Ｔ₁以上になっていない場合（Ｓ３：ＮＯ）、周波数ｆが所定範囲に収まっている（ｆ₁’≦ｆ≦ｆ₁）か否かが判別される（Ｓ４）。所定範囲に収まっていない場合（Ｓ４：ＮＯ）、ステップＳ３に戻って、ステップＳ３およびステップＳ４の判別が繰り返される。

【0039】

ステップＳ４において、周波数ｆが所定範囲に収まった場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、ステップＳ１に戻って、ステップＳ１の判別が繰り返される。なお、この場合、計時は終了されて、計時された時間はゼロにクリアされる。また、ステップＳ３において、所定時間Ｔ₁以上になった場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、周波数ｆが所定範囲に収まらない状態が所定時間Ｔ₁以上継続して判定条件に一致したと判定される。この場合、単独運転状態であると判断され、停止処理が行われて（Ｓ５）、第１検出処理は終了する。停止処理では、ゲートブロック信号がインバータ装置２に出力され、開放指令が連系用遮断器４に出力される。

【0040】

なお、図２のフローチャートに示す処理は一例であって、単独運転検出装置３が行う単独運転検出処理は上述したものに限定されない。

【0041】

図３は、図１に示す配電系統Ｃが停電状態になって、パワーコンディショナ１が単独運転状態になったときの、出力電圧の周波数ｆの変化を示すタイムチャートである。横軸は、停電発生を０秒とし、その後の経過時間を示している。また、縦軸は周波数ｆを示している。なお、本明細書で参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。

【0042】

図３（ａ）は、配電系統Ｃに、従来型電源Ｂ１および新型電源Ｂ２が接続されている場合（図１参照）を示している。なお、配電系統Ｃに、従来型電源Ｂ１が接続されておらず、新型電源Ｂ２だけが接続されている場合も同様である。

【0043】

停電が発生すると配電系統Ｃの系統周波数が若干変化する。新型電源Ｂ２は、その周波数変化をとらえて無効電力を注入し、系統周波数を上昇または下降させる。図３（ａ）では、系統周波数が上昇した場合を示している。なお、図３（ｂ）および図４でも、系統周波数が上昇する場合を示す。新型電源Ｂ２は、一般的に、停電から０．１秒以上０．２秒以内に単独運転を検出して配電系統Ｃから切り離される。したがって、停電発生から無効電力が注入され、系統周波数は上昇する。パワーコンディショナ１の出力電圧の周波数ｆは系統周波数に一致するので、図３（ａ）に示すように、周波数ｆは上昇して、停電発生から０．１秒の手前で、所定範囲の上限周波数であるｆ₁を超えている。その後の周波数ｆの変化は、配電系統Ｃに接続された従来型電源Ｂ１および新型電源Ｂ２の数および容量、ならびに、負荷Ｌの数および大きさなどによって異なる。

【0044】

図３（ａ）に実線で示すように、周波数ｆが上昇から下降に転じた場合でも、周波数ｆがｆ₁を超えた状態（所定範囲に収まらない状態）が所定時間Ｔ₁以上継続された場合、単独運転検出装置３は、周波数ｆが判定条件に一致したとして、単独運転を検出して、パワーコンディショナ１を配電系統Ｃから切り離す。また、図３（ａ）に破線で示すように、周波数ｆがさらに上昇した場合や、下降することなく維持された場合も、周波数ｆがｆ₁を超えた状態が所定時間Ｔ₁以上継続されることで、単独運転検出装置３は、周波数ｆが判定条件に一致したとして、単独運転を検出して、パワーコンディショナ１を配電系統Ｃから切り離す。

【0045】

図３（ｂ）は、配電系統Ｃに、新型電源Ｂ２が接続されておらず、従来型電源Ｂ１だけが接続されている場合を示している。

【0046】

図３（ｂ）の場合、新型電源Ｂ２が接続されていないので、停電が発生すると、従来型電源Ｂ１が、系統周波数の変化をとらえて無効電力を注入し、系統周波数を上昇させる。従来型電源Ｂ１は、停電から０．５秒以上１秒以内に単独運転を検出して、配電系統Ｃから切り離される。したがって、図３（ｂ）に示すように、停電発生から１秒までの間に、周波数ｆは上昇して、所定範囲の上限周波数であるｆ₁を超えている。その後の周波数ｆの変化は、配電系統Ｃに接続された従来型電源Ｂ１の数および容量、ならびに、負荷Ｌの数および大きさなどによって異なる。

【0047】

図３（ｂ）に実線で示すように、周波数ｆが上昇から下降に転じた場合でも、周波数ｆがｆ₁を超えた状態が所定時間Ｔ₁以上継続された場合、単独運転検出装置３は、周波数ｆが判定条件に一致したとして、単独運転を検出して、パワーコンディショナ１を配電系統Ｃから切り離す。また、図３（ｂ）に破線で示すように、周波数ｆがさらに上昇した場合や、下降することなく維持された場合も、周波数ｆがｆ₁を超えた状態が所定時間Ｔ₁以上継続されることで、単独運転検出装置３は、周波数ｆが判定条件に一致したとして、単独運転を検出して、パワーコンディショナ１を配電系統Ｃから切り離す。

【0048】

図３（ａ），（ｂ）に示すように、配電系統Ｃに新型電源Ｂ２または従来型電源Ｂ１が接続されていれば、単独運転検出装置３は、３秒以内に単独運転を検出して、パワーコンディショナ１を配電系統Ｃから切り離すことができる。

【0049】

図４は、配電系統Ｃが停電状態になっていないが、系統擾乱が発生したときの、出力電圧の周波数ｆの変化を示すタイムチャートである。横軸は、系統擾乱の発生を０秒とし、その後の経過時間を示している。また、縦軸は周波数ｆを示している。図４は、配電系統Ｃに、従来型電源Ｂ１および新型電源Ｂ２が接続されている場合（図１参照）を示している。なお、配電系統Ｃに、従来型電源Ｂ１だけが接続されている場合、および、新型電源Ｂ２だけが接続されている場合も同様である。

【0050】

系統擾乱が発生した場合も配電系統Ｃの系統周波数が若干変化する。従来型電源Ｂ１および新型電源Ｂ２は、その周波数変化をとらえて無効電力を注入するが、停電していないので、周波数ｆは上昇しない。したがって、図４に実線で示すように、周波数ｆはｆ₁を超えない。また、図４に破線で示すように、周波数ｆがｆ₁を瞬間的に超えることがあったとしても、周波数ｆがｆ₁を超えた状態が所定時間Ｔ₁以上継続されることはない。したがって、これらの場合、単独運転検出装置３は、判定条件に一致しなかったとして、単独運転を検出しない。

【0051】

次に、本実施形態に係る単独運転検出装置３の作用効果について説明する。

【0052】

本実施形態によると、単独運転検出装置３は、判定部３２によって、単独運転が発生したと断定できる判定条件に周波数ｆが一致したと判定された場合に、単独運転状態であると判断する。単独運転検出装置３は、従来型電源Ｂ１および新型電源Ｂ２の単独運転検出装置が配電系統Ｃに無効電力を注入したことによる配電系統Ｃでの系統周波数の変化に応じて単独運転を検出するので、配電系統Ｃに無効電力を注入しない。したがって、単独運転検出装置３は、電圧フリッカ現象を誘発しない。つまり、電圧フリッカ現象が発生していない配電系統Ｃであれば、単独運転検出装置３を備えるパワーコンディショナ１が多数追加された場合でも、電圧フリッカ現象は発生しない。また、電圧フリッカ現象が発生している配電系統Ｃに、単独運転検出装置３を備えるパワーコンディショナ１が多数追加された場合でも、電圧フリッカ現象を助長しない。

【0053】

また、本実施形態によると、単独運転検出装置３は、パワーコンディショナ１の出力電圧の周波数ｆに基づいて、単独運転を検出する。従来型電源Ｂ１および新型電源Ｂ２の単独運転検出装置は、単独運転を検出するために、周波数偏差に応じた無効電力を注入することで系統周波数をより変化させる。したがって、単独運転検出装置３は、適切に単独運転を検出できる。

【0054】

また、本実施形態によると、判定条件は、周波数ｆが所定範囲に収まらない状態が所定時間Ｔ₁以上継続したことである。所定範囲は、単独運転が発生して、従来型電源Ｂ１および新型電源Ｂ２の単独運転検出装置による無効電力の注入によって変化した周波数ｆが収まらない範囲として設定される。また、所定時間Ｔ₁は、系統擾乱などによる周波数ｆの上昇を単独運転と判定しないために設定される。したがって、周波数ｆが判定条件に一致した場合、単独運転が発生したと断定できる。これにより、単独運転検出装置３は、判定部３２によって、単独運転を適切に検出できる。

【0055】

なお、本実施形態においては、単独運転検出装置３は、周波数検出部３１が検出した、パワーコンディショナ１の出力電圧の周波数ｆに基づいて、単独運転を検出する場合について説明したが、これに限られない。単独運転検出装置３は、パワーコンディショナ１の出力電流または出力電力の周波数を用いてもよい。また、単独運転検出装置３は、パワーコンディショナ１が出力する電圧、電流、および電力（有効電力、無効電力）などの電気的な特性に基づいて、単独運転を検出してもよい。また、３次、５次、７次などの所定の高調波成分の電圧、電流、電力、および周波数などに基づいて、単独運転を検出してもよい。また、判定部３２で用いる検出値は、電圧、電流、電力、および周波数などの大きさを検出した検出値に限定されず、偏差（基準からの変化量）および変化率などであってもよい。判定部３２に設定される判定条件は、用いる検出値に応じて、適宜設定される。例えば、検出値が所定範囲の上限値または下限値を超えたこと（所定範囲に収まらなかったこと）を判定条件として、判定部３２は、所定時間Ｔ₁の継続を待つことなく単独運転と判断してもよい。

【0056】

〔第２実施形態〕
図５は、第２実施形態に係る単独運転検出装置の内部構成を示すブロック図である。同図において、第１実施形態に係る単独運転検出装置３（図１参照）と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

【0057】

本実施形態に係る単独運転検出装置３ａは、判定部３２が２種類の検出値を用いて判定を行う点で単独運転検出装置３と異なる。

【0058】

単独運転検出装置３ａは、電圧検出部３９をさらに備えている。電圧検出部３９は、パワーコンディショナ１の出力電圧の電圧実効値ｖを検出する。電圧検出部３９は、電圧センサ５から入力される電圧信号に基づいて、電圧実効値ｖを検出する。電圧検出部３９は、検出した電圧実効値ｖを、判定部３２に出力する。本実施形態では、電圧検出部３９も本発明の「検出部」に相当し、電圧実効値ｖが本発明の「第２の検出値」に相当する。なお、電圧検出部３９は、電圧の最大値または平均値などを検出してもよい。

【0059】

第２実施形態に係る判定部３２は、周波数検出部３１から入力される周波数ｆ、および、電圧検出部３９から入力される電圧実効値ｖに基づいて判定を行う。判定部３２は、第１判定部３２１、第２判定部３２２、およびＡＮＤ部３２３を備えている。第１判定部３２１は、第１実施形態に係る判定部３２と同様の機能ブロックであり、周波数検出部３１から入力される周波数ｆが判定条件に一致したか否かを判定する。第１判定部３２１は、周波数ｆが判定条件に一致したと判定した場合、ハイレベル信号である第１検出信号をＡＮＤ部３２３に出力する。

【0060】

第２判定部３２２は、電圧検出部３９から入力される電圧実効値ｖが第２の判定条件に一致したか否かを判定する。本実施形態では、第２の判定条件は、電圧実効値ｖに基づいて単独運転が発生したと断定できる条件が設定されており、例えば、電圧実効値ｖが第２の所定範囲に収まらない状態が第２の所定時間Ｔ₂以上継続したことである。第２の所定範囲は、パワーコンディショナ１の出力電圧の通常時の電圧実効値ｖ₀を中心とした範囲であり、ｖ₁（＞ｖ₀）以下、ｖ₁’（＜ｖ₀）以上の範囲である。なお、ｖ₁およびｖ₁’は限定されない。第２の所定範囲は、単独運転が発生して、従来型電源Ｂ１および新型電源Ｂ２の単独運転検出装置による無効電力の注入によって変化した電圧実効値ｖが収まらない範囲が設定される。第２の所定範囲は、実験、シミュレーション結果、または、現地における調査結果などに基づいて適宜設定される。ただし、単独運転以外の系統擾乱などによっても、電圧実効値ｖが上昇して第２の所定範囲を超える場合がある。しかし、この場合は、電圧実効値ｖが第２の所定範囲を超えている時間は短い。第２の所定時間Ｔ₂は、系統擾乱などによる電圧実効値ｖの上昇を単独運転と判定しないために設定されている。本実施形態では、第２の所定時間Ｔ₂は、事故時運転継続要件（ＦＲＴ要件）に応じて、例えば０．３秒とされている。なお、第２の所定時間Ｔ₂は限定されない。本実施形態では、第２判定部３２２は、電圧実効値ｖがｖ₁より大きい状態、または、電圧実効値ｖがｖ₁’より小さい状態が第２の所定時間Ｔ₂以上継続した場合に、第２の判定条件に一致したと判定する。第２判定部３２２は、電圧実効値ｖが第２の判定条件に一致したと判定した場合、ハイレベル信号である第２検出信号をＡＮＤ部３２３に出力する。なお、第２の判定条件は限定されず、単独運転が発生したと断定できる条件であればよい。

【0061】

ＡＮＤ部３２３は、第１判定部３２１から入力される信号と第２判定部３２２から入力される信号との論理積信号を生成して停止処理部３８に出力する。したがって、ＡＮＤ部３２３は、第１判定部３２１から第１検出信号（ハイレベル信号）を入力され、第２判定部３２２から第２検出信号（ハイレベル信号）を入力された場合に、ハイレベル信号である単独運転検出信号を停止処理部３８に出力する。つまり、第２実施形態に係る判定部３２は、周波数ｆが判定条件に一致し、かつ、電圧実効値ｖが第２の判定条件に一致したと判定した場合に、単独運転状態であると判断し、単独運転検出信号を停止処理部３８に出力する。

【0062】

本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態によると、判定部３２は、周波数ｆが判定条件に一致し、かつ、電圧実効値ｖが第２の判定条件に一致したと判定した場合に、単独運転状態であると判断する。したがって、単独運転検出装置３ａは、各判定条件を調整することで検出をより高速化しつつ、確実に単独運転を検出できる。

【0063】

なお、判定部３２は、ＡＮＤ部３２３に代えて、第１判定部３２１から入力される信号と第２判定部３２２から入力される信号との論理和信号を生成するＯＲ回路を備えてもよい。すなわち、判定部３２は、周波数ｆが判定条件に一致したか、または、電圧実効値ｖが第２の判定条件に一致したと判定した場合に、単独運転状態であると判断してもよい。

【0064】

また、判定部３２が判定に用いる検出値は、周波数ｆおよび電圧実効値ｖの組み合わせに限定されない。また、判定部３２は、３種類以上の検出値に基づいて判定を行ってもよい。つまり、判定部３２は、いずれの検出値を何種類用いて判定してもよい。

【0065】

本発明に係る単独運転検出装置、単独運転検出方法、および、単独運転検出装置を備えたパワーコンディショナは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る単独運転検出装置、単独運転検出方法、および、単独運転検出装置を備えたパワーコンディショナの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

【符号の説明】

【0066】

１：パワーコンディショナ、３，３ａ：単独運転検出装置、３１：周波数検出部、３２：判定部、３９：電圧検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】