特許 7503369 インバータ装置

(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】

(24)【登録日】2024-06-12

(45)【発行日】2024-06-20

(54)【発明の名称】インバータ装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240613BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 R

H02M7/48 L

H02M7/48 F

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019110624

(22)【出願日】2019-06-13

(65)【公開番号】P2020202733

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2022-03-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000005049

【氏名又は名称】シャープ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】和泉 晃浩

【審査官】井上 弘亘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１４４５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２１２６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２２０８３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

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、
算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。

【請求項3】

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。

【請求項4】

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。

【請求項5】

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。

【請求項6】

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。

【請求項7】

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。

【請求項8】

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。

【請求項9】

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。

【請求項10】

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。

【請求項11】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバータ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特許第６２００１９６号公報

【非特許文献】

【0008】

【文献】日本電機工業会規格ＪＥＭ１４９８（２０１２．８．２７制定、２０１７．１２．１５改正）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

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。

【0010】

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。

【課題を解決するための手段】

【0011】

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。

【発明の効果】

【0012】

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。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】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

【図2】ＰＷＭデータＤｐ’の歪ませ方を説明する図

【図3】ＰＷＭデータＤｐ’における見かけ上の波形の第１例を示す図

【図4】ＰＷＭデータＤｐ’における見かけ上の波形の第２例を示す図

【図5】ＰＷＭデータＤｐ’における見かけ上の波形の第３例を示す図

【図6】ＰＷＭデータＤｐ’における見かけ上の波形の第４例を示す図

【図7】インバータ出力周波数の変動具合の一例を示す図

【図8】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

【図9】標準形能動的単独運転方式の全体ブロック図

【図10】系統周波数（周期）計測のアルゴリズムを示す図

【図11】周波数偏差演算のイメージ図

【図12】移動平均値の更新イメージ図

【図13】周波数偏差－無効電力特性を示す図

【図14】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

【図15】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

【図16】インバータ装置への適用例を示すブロック図

【図17】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

【図18】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

【図19】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

【図20】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

【図21】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

【図22】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

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

【数1】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

＜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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

＜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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

＜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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【数2】

よって、

【0088】

【数3】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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）。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

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。

【0104】

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。

【0105】

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。

【0106】

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。

【0107】

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。

【0108】

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）。

【0109】

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）。

【0110】

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。

【0111】

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。

【0112】

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。

【0113】

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。

【0114】

（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。

【0115】

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。

【0116】

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。

【0117】

（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。

【0118】

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。

【0119】

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。

【0120】

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。

【0121】

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。

【0122】

（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。

【0123】

＜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。

【0124】

〔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。

【0125】

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。

【0126】

（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。

【0127】

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。

【0128】

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。

【0129】

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。

【0130】

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。

【0131】

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。

【0132】

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。

【0133】

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。

【0134】

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。

【0135】

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。

【0136】

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。

【0137】

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。

【0138】

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。

【0139】

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。

【0140】

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。

【0141】

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。

【符号の説明】

【0142】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】