単独運転検出方法、単独運転検出装置、及びプログラム
【課題】系統連系システムにおいて、たとえ連系インバータの出力電力等に与えた能動的な変動の影響が系統周期に出現しづらい場合でも、より確実に電源の単独運転を検出することが可能な単独運転検出手法を提供する。
【解決手段】計測部３３２が系統電源の系統周期を１周期ごとに計測し、平均化処理部３３４が計測部３３２で計測された系統周期に基づいて予め定められた周期分ごとの平均系統周期を算出し、判定部３３６が平均化処理部３３４で算出された直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差をそれぞれ算出し、算出された各偏差それぞれが、予め設定されているそれぞれの閾値を超えている場合に、電源が単独運転状態であると判定する。
【解決手段】計測部３３２が系統電源の系統周期を１周期ごとに計測し、平均化処理部３３４が計測部３３２で計測された系統周期に基づいて予め定められた周期分ごとの平均系統周期を算出し、判定部３３６が平均化処理部３３４で算出された直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差をそれぞれ算出し、算出された各偏差それぞれが、予め設定されているそれぞれの閾値を超えている場合に、電源が単独運転状態であると判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散型電源等の電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおける単独運転検出方法、単独運転検出装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電などによる電源と系統電源（商用電源）とをインバータを介して逆潮流可能な構成で連系し、電源だけでは電力を賄えない場合に、不足電力を系統電源側から供給するようにした系統連系システムが開発されている。
【０００３】
この種の系統連系システムでは、系統電源側の不測の停電時や作業停止時等において、電源から系統電源側への逆潮流を防止する必要がある。したがって、系統連系システムでは、系統電源側からの電力の供給が停止され、電源が単独で運転を開始した場合には、その単独運転を検出して電源と系統電源とを切り離すとともに、系統電源と連系されたインバータ（以下、「連系インバータ」と称す）の駆動を停止させるような制御が行われている。
【０００４】
このような単独運転を検出する方式としては、連系運転から単独運転に移行したときの電圧波形や位相などの変化を捉えて単独運転を検出する受動的方式と、連系インバータの出力に変動要因を与えておき、連系運転時にはその変動要因が出力に現れず、単独運転時には現れるようにして検出する能動的方式とがある。
【０００５】
特許文献１には、連系インバータの出力電力や出力周波数などに微小な変動を与え、単独運転時に、系統電源側の電圧（系統電圧）の微小な変動が増大することを利用して単独運転を検出する所謂能動的方式の単独運転検出手法について開示されている。正常な連系運転時には、系統電圧は連系インバータの影響を受けづらいので、連系インバータの出力電力等に微少な変動を与えてもその影響が系統電圧に出現しづらい。しかし、単独運転時にはその影響が現れやすい。特許文献１では、その影響を系統電圧の周期（系統周期）の変動により検知することで、単独運転の有無を判定している。
【０００６】
より具体的は、特許文献１では、単独運転の高速検出を課題として、直近の複数の系統周期それぞれと、所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差をそれぞれ求め、各偏差が、偏差毎に最新の系統周期ほど大きい値が設定されたそれぞれの閾値を超えている場合に、単独運転を検出している。
【特許文献１】特開２００７−２１５３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、連系インバータの出力電力や出力周波数などに能動的に微小な変動を与えている間に、単独運転が開始されたとしても、その変動の影響が系統周期に出現しづらい場合がある。例えば、系統連系システムに変圧器等が配置されている場合、変圧器等における励磁電流の増加に伴う磁気飽和の影響で電圧歪みを起こすなどして系統周期にノイズが発生し、そのノイズの影響により単独運転の有無を検知しづらい場合がある。また、系統連系システムに発電容量が比較的大きい発電機が配置されている場合、その発電機の発電の影響により、連系インバータにおける変動の影響が系統周期に出現しづらい場合がある。
【０００８】
本発明は、系統連系システムにおいて、たとえ連系インバータの出力電力等に与えた能動的な変動の影響が系統周期に出現しづらい場合でも、より確実に電源の単独運転を検出することが可能な単独運転検出手法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】
【０００９】
本発明に係る単独運転検出方法は、電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおいて前記電源が単独運転状態か否かを検出する単独運転検出方法であって、前記系統電源の系統周期を予め定められた期間毎に計測する系統周期計測工程と、前記系統周期計測工程で計測された系統周期に基づいて予め定められた周期分ごとの平均系統周期を算出する平均系統周期算出工程と、前記平均系統周期算出工程で算出された直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差をそれぞれ算出する偏差算出工程と、偏差算出工程で算出された各偏差それぞれが、予め設定されているそれぞれの閾値を超えている場合に、前記電源が単独運転状態であると判定する判定工程と、を含むことを特徴する。
【００１０】
本発明に係る単独運転検出方法によれば、直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差に基づいて電源の単独運転を検出するので、所謂能動的方式では検出できなかった電源の単独運転を検出することができるようになる。
【００１１】
本発明に係る単独運転検出方法の一つの態様では、前記インバータの出力電力に対して能動信号を与えることで出力電力に変動を生じさせる変動工程を含み、前記判定工程では、前記系統電源側の電力に前記能動信号成分に基づく変動が生じていることを検出した場合にも、前記電源が単独運転状態であると判定する、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る単独運転検出方法の一つの態様によれば、受動的方式と能動的方式とを並行に行うことでより確実に単独運転を検出することができる。
【００１３】
本発明に係る単独運転検出装置は、電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおいて前記電源が単独運転状態か否かを検出する単独運転検出装置であって、前記系統電源の系統周期を予め定められた期間毎に計測する系統周期計測部と、前記系統周期計測部で計測された系統周期に基づいて予め定められた周期分ごとの平均系統周期を算出する平均系統周期算出部と、前記平均系統周期算出部で算出された直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差をそれぞれ算出し、算出された各偏差それぞれが、予め設定されているそれぞれの閾値を超えている場合に、前記電源が単独運転状態であると判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る単独運転検出装置によれば、直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差に基づいて電源の単独運転を検出するので、所謂能動的方式では検出できなかった電源の単独運転を検出できるようになる。
【００１５】
本発明に係る単独運転検出装置の一つの態様では、前記インバータの出力電力に対して能動信号を与えることで出力電力に変動を生じさせる変動手段を備え、前記判定部は、前記系統電源側の電力に前記能動信号成分に基づく変動が生じていることを検出した場合にも、前記電源が単独運転状態であると判定する、ことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る単独運転検出装置の一つの態様によれば、受動的方式と能動的方式とを並行に行うことでより確実に単独運転を検出することができる。
【００１７】
本発明に係るプログラムは、電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおいて前記電源が単独運転状態か否かを検出する単独運転検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、前記系統電源の系統周期を予め定められた期間毎に計測する系統周期計測部と、前記系統周期計測部で計測された系統周期に基づいて予め定められた周期分ごとの平均系統周期を算出する平均系統周期算出部と、前記平均系統周期算出部で算出された直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差をそれぞれ算出し、算出された各偏差それぞれが、予め設定されているそれぞれの閾値を超えている場合に、前記電源が単独運転状態であると判定する判定部と、して前記コンピュータを機能させることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るプログラムによれば、直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差に基づいて電源の単独運転を検出するので、所謂能動的方式では検出できなかった電源の単独運転を検出できるようになる。
【００１９】
本発明に係るプログラムの一つの態様では、前記コンピュータを前記インバータの出力電力に対して能動信号を与えることで出力電力に変動を生じさせる変動部としても機能させ、前記判定部は、前記系統電源側の電力に前記能動信号成分に基づく変動が生じていることを検出した場合にも、前記電源が単独運転状態であると判定する、ことを特徴とする。
【００２０】
本発明に係るプログラムの一つの態様によれば、受動的方式と能動的方式とを並行に行うことでより確実に単独運転を検出することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差に基づいて電源の単独運転を検出するので、所謂能動的方式では検出できなかった電源の単独運転を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」と称す）について、以下図面を用いて説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る系統連系システムの全体構成を示す図である。本実施形態に係る系統連系システムは、系統電源５０からの電力と、電源１０からパワーコンディショナ２０を介して出力される電力とを同期させて、家庭用電気機器等の負荷５２に電力を印加することができる。
【００２４】
図１において、電源１０は、太陽電池、燃料電池等や、連系インバータを含んだ電源システムである分散型電源等の直流電源である。パワーコンディショナ２０は、電源１０で発電した直流電力を系統電源５０と同期のとれた交流電力に変換するインバータ２２と、インバータ２２からの出力電流を検知する電流センサ２６と、インバータ２２からの出力電圧を検知する電圧センサ３２と、電流センサ２６や電圧センサ３２の測定値等に基づいてインバータ２２の駆動を制御するインバータ制御部２４と、電源１０と系統電源５０との電気的な接続を遮断する連系リレー３４と、電圧センサ３２からの測定値に基づいて電源１０の単独運転を検知した場合に連系リレー３４を開放させ、電源１０と系統電源５０との電気的な接続を遮断させる単独運転検出部３０とを備える。
【００２５】
図２は、単独運転検出部３０の機能ブロックを示す図である。図２において、単独運転検出部３０は、ＣＰＵ３１０、ＲＯＭ３１２、ＲＡＭ３１４、記憶装置３２０、連系リレーインタフェース３５２、電圧センサインタフェース３５４、及び通信バス３６０を備える。ＣＰＵ３１０、ＲＯＭ３１２、ＲＡＭ３１４、記憶装置３２０、連系リレーインタフェース３５２、及び電圧センサインタフェース３５４は、それぞれ通信バス３６０を介して接続されている。なお、本実施形態では、単独運転検出部３０を１つのマイクロコンピュータで構成する例について説明するが、例えば、インバータ制御部２４と単独運転検出部３０とを１つのマイクロコンピュータで構成しても構わない。
【００２６】
ＣＰＵ３１０は、ＲＯＭ１１２に記憶されたＢＩＯＳプログラムなどの基本的な制御プログラムをＲＡＭ１１４に展開して、通信バス３６０を介して各部を制御する。記憶装置３２０は、単独運転の有無の判定を行うためのプログラム３３０等を記憶する。
【００２７】
本実施形態では、記憶装置３２０には、プログラム３３０として、計測部３３２と、平均化処理部３３４と、判定部３３６とが記憶されている。これらプログラムは、ＣＰＵ３１０によって読み出され、ＲＡＭ３１４に展開され、実行されることで各種処理を実行する。さらに、記憶装置３２０は、プログラム３３０を実行する際にＣＰＵ３１０によってアクセスされる、系統周期記憶部３４０、平均系統周期記憶部３４２、閾値パターン記憶部３４４を有する。
【００２８】
計測部３３２は、電圧センサ３２で検知される電圧信号を電圧センサインタフェース３５４を介して取得し、取得した電圧信号の零電圧を基準として１サイクル（１周期）毎の時間Ｃ（ｎ）（ｎは正の整数であり、１サイクル毎にインクリメントされる値とする）を常時、予め定められた期間毎（例えば、１周期毎、半周期毎、整数倍周期毎など）に計測し、それらの値をそれぞれ系統周期として、順次、系統周期記憶部３４０に記憶する。例えば、系統電源５０を５０Ｈｚの商用電源とした場合、計測部３３２は、１サイクル２０ｍｓの間隔で、系統周期を計測する。図３は、系統周期記憶部３４０に記憶される系統周期Ｃｎの例を示す。図３では、Ｃ０からＣ６９までの７０サイクル分の系統周期を表している。
【００２９】
平均化処理部３３４は、系統周期記憶部３４０に記憶された系統周期に基づいて、予め定められた複数周期分の系統周期ごとに、平均系統周期ＣＡ（ｉ）（ｉは、正の整数であり、平均系統周期を算出するごとにインクリメントされる値とする）を算出し、平均系統周期記憶部３４２に記憶する。平均化処理部３３４は、図４に示すように、例えば、７サイクル分の系統周期ごとに、その７サイクル分の系統周期｛Ｃ（ｎ）〜ＣＡ（ｎ＋６）｝のうち、最大値と最小値とを除いた５サイクル分の系統周期に基づいて単純移動平均等により平均系統周期ＣＡ（ｉ）を算出する。なお、最大周期と最大周期の値を平均系統周期の算出の際に用いないのは、ノイズなどの影響で誤差の多いデータを排除するためである。
【００３０】
判定部３３６は、平均系統周期記憶部３４２に記憶された平均系統周期ＣＡと、閾値パターン記憶部３４４に記憶されている閾値ＴＨとに基づいて電源１０による単独運転の有無を判定する。より具体的には、判定部３３６は、例えば、図５に示すように、直近の５つの平均系統周期｛ＣＡ（９），ＣＡ（８），ＣＡ（７），ＣＡ（６），ＣＡ（５）｝それぞれと、５周期分だけ過去のそれぞれの系統周期｛ＣＡ（４），ＣＡ（３），ＣＡ（２），ＣＡ（１），ＣＡ（０）｝との偏差｛ＣＡ（９）−ＣＡ（４），ＣＡ（８）−ＣＡ（３），・・・ＣＡ（５）−ＣＡ（０）｝をそれぞれ算出する。さらに、判定部３３６は、算出された各偏差が、各偏差に対して割り当てられたそれぞれの閾値ＴＨ４〜ＴＨ０を超えるか否かを判定し、すべての偏差がそれぞれの閾値を超える場合に電源１０が単独運転状態であると判定する。なお、閾値パターン記憶部３４４に記憶されている閾値は、例えば、図６に示すように、最新の平均系統周期に対する偏差ほど大きい値となるように設定されている。つまり、判定部３３６は、偏差｛ＣＡ（５）−ＣＡ（０）｝が閾値ＴＨ０を超えているか否か、偏差｛ＣＡ（６）−ＣＡ（１）｝が閾値ＴＨ２を超えているか否かというように、順次偏差毎に、各偏差に対応する閾値ＴＨと比較して、すべての偏差がそれぞれの閾値ＴＨを超えている場合に、電源１０が単独運転状態であると判定する。
【００３１】
図７は、平均化処理部３３４が、系統周期記憶部３４０に記憶された系統周期に基づいて平均系統周期ＣＡ（ｉ）を算出する手順の一例を示すフローチャートである。
【００３２】
図７において、平均化処理部３３４は、まず変数ｎおよび変数ｉを初期値として「０」に設定し（Ｓ１００）、系統周期記憶部３４０から７サイクル分の系統周期｛Ｃ（ｎ）〜Ｃ（ｎ＋６）｝を取得する（Ｓ１０２）。さらに、平均化処理部３３４は、７サイクル分の系統周期｛Ｃ（ｎ）〜Ｃ（ｎ＋６）｝から最大周期と最大周期の値を除いた５サイクル分の系統周期に基づいて例えば単純移動平均により平均系統周期ＣＡ（ｉ）を算出し（Ｓ１０４）、算出された平均系統周期ＣＡ（ｉ）を平均系統周期記憶部３４２に登録する（Ｓ１０６）。
【００３３】
次いで、平均化処理部３３４は、変数ｎに「７」を加算し、変数ｉに「１」を加算した後（Ｓ１０８）、系統周期Ｃ（ｎ＋６）が系統周期記憶部３４０に記憶されているか否かを判定する（Ｓ１１０）。つまり、平均化処理部３３４は、次の平均系統周期を算出するのに必要な７サイクル分の系統周期｛Ｃ（ｎ）〜Ｃ（ｎ＋６）｝が系統周期記憶部３４０に記憶されているか否かを判定する。判定の結果、系統周期Ｃ（ｎ＋６）が記憶されている場合には（ステップＳ１１０の判定結果が、肯定「Ｙ」）、次の平均系統周期を算出可能と判断してステップＳ１０２以降の処理を繰り返す。一方、系統周期Ｃ（ｎ＋６）が記憶されていない場合には（ステップＳ１１０の判定結果が、否定「Ｎ」）、所定期間（例えば、ステップＳ１０６の処理が終了してから、７サイクル分の期間）が経過しているか否かを判定する（Ｓ２１２）。所定期間経過していなければ（ステップＳ２１２の判定結果が、否定「Ｎ」）、平均化処理部３３４はまだ系統周期記憶部３４０に次の７サイクル分の系統周期が記録されていないと判断して、系統周期記憶部３４０に次の７サイクル分の系統周期が記録されるまで待機する。一方、所定期間経過していれば（ステップＳ２１の判定結果が、肯定「Ｙ」）、平均化処理部３３４は、系統周期記憶部３４０に新たな７サイクル分の系統周期が記録されないと判断して、処理を終了する。
【００３４】
以上の処理を平均化処理部３３４が実行することで、系統周期記憶部３４０に予め定められた周期分、例えば７サイクル分の系統周期が記憶される毎に順次平均系統周期ＣＡ（ｉ）が算出され、平均系統周期記憶部３４２に登録される。
【００３５】
図８、図９、図１０は、判定部３３６によって実行される電源の単独運転の有無の判定手順の一例を示すフローチャートである。
【００３６】
まず、図８において、判定部３３６は、変数ｉを初期値「０」（なお、記憶されている平均系統周期の途中の周期から単独運転の判定を行う場合には、単独運転の判定有無の対象となる平均系統周期のうち最も古い周期に対応する値を初期値として設定する）に設定し（Ｓ２０２）、平均系統周期記憶部３４２から平均系統周期ＣＡ（ｉ）と平均系統周期ＣＡ（ｉ）の５周期分後の平均系統周期ＣＡ（ｉ＋５）を取得する（Ｓ３０２）。次いで、偏差｛ＣＡ（ｉ＋５）−ＣＡ（ｉ）｝を算出し（Ｓ２０４）、その偏差が正か負かを判定する（Ｓ２０６）。判定の結果、正の場合（ステップ２０６の判定結果が、肯定「Ｙ」）、後述の図９に示す正パターン判定処理により単独運転の有無の判定を行う（Ｓ２０８）。一方、負の場合（ステップＳ２０６の判定結果が、否定「Ｎ」）、後述の図１０に示す負パターン判定処理により単独運転の有無の判定を行う（Ｓ２１０）。
【００３７】
続いて、図９を参照して、正パターン判定処理の手順について説明する。
【００３８】
図９において、判定部３３６は、まず変数ｉ及び変数Ｍをともに初期値「０」に設定する（Ｓ３００）。なお、判定を再開する場合など、記憶されている平均系統周期の途中の周期から単独運転の判定を行う場合には、変数ｉについては、単独運転の判定有無の対象となる平均系統周期のうち最も古い周期に対応する値を初期値として設定する。次いで、判定部３３６は、平均系統周期記憶部３４２からＣＡ（ｉ）とＣＡ（ｉ＋５）を取得し（Ｓ３０２）、偏差｛ＣＡ（ｉ＋５）−ＣＡ（ｉ）｝を算出する（Ｓ３０６）。判定部３３６は、さらに閾値パターン記憶部３４４から閾値ＴＨｉを取得し、偏差｛ＣＡ（ｉ＋５）−ＣＡ（ｉ）｝が閾値ＴＨｉを超えているか否かを判定する（Ｓ３０８）。判定の結果、超えていなければ（ステップＳ３０８の判定結果が、否定「Ｎ」）、判定部３３６は、単独運転は行われないと判定し（Ｓ３１０）、処理を終了する。その後、判定部３３６は、所定時間が経過した後、改めて図８に示す処理を開始し、継続的に単独運転の判定を行う。
【００３９】
一方、超えている場合（ステップＳ３０８の判定結果が、肯定「Ｙ」）、判定部３３６は、変数Ｍをインクリメントし（Ｓ３１２）、変数Ｍが５に達していなければ（ステップＳ３１４の判定結果が、否定「Ｎ」）、判定部３３６は、変数ｉをインクリメントして（Ｓ３１６）、ステップ３０２以降の処理を繰り返す。一方、インクリメント後の変数Ｍが５に達していれば（ステップＳ３１４の判定結果が、肯定「Ｙ」）、平均系統周期が５つ連続してそれぞれの閾値を超えたと判断して、判定部３３６は、単独運転状態であると判定する（Ｓ３１８）。単独運転状態であると判定した場合、判定部３３６は、連系リレー３４を開放し、電源１０と系統電源５０との電気的な接続を遮断する。
【００４０】
図１０は、負パターン判定処理の手順を示す。図９では、ＣＡ（ｉ）とＣＡ（ｉ＋５）との偏差を｛ＣＡ（ｉ）−ＣＡ（ｉ＋５）｝により求めている点で、偏差を｛ＣＡ（ｉ＋５）−ＣＡ（ｉ）｝により求めている正パターン判定処理と異なるが、他の処理は同様なため、説明を割愛する。
【００４１】
以上の通り、本実施形態によれば、判定部３３６が、直近の５つの平均系統周期それぞれと、それぞれ５周期分だけ過去の系統周期との偏差をそれぞれ算出し、算出されたすべての偏差がそれぞれの閾値を超える場合に電源１０が単独運転状態であると判定する。
【００４２】
このように、平均系統周期の偏差に基づいて単独運転状態の有無の判定を行うことで、所謂能動的方式では検知しづらかった次のような現象が起きている場合に、単独運転状態の不検知を防止することができる。
【００４３】
すなわち、系統連系システムに変圧器等が配置されている場合、変圧器等における励磁電流の増加に伴う磁気飽和の影響で電圧歪みを起こすなどして、系統周期にばらつきが生じることがある。このような場合、図１１に示すように、直近の複数の系統周期と、所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差は、ばらつきが生じる場合がある。この場合、単独運転が開始されていたとしても、図１２に示すように、各偏差は、閾値パターンを連続して超えないため、単独運転を検知することができない場合がある。
【００４４】
一方、本実施形態のように、複数周期分の系統周期を平均化した後に、その平均化した平均系統周期により単独運転の検知を行うことで、図１３に示すように、偏差のばらつきが抑えられるため、平均化しない場合に比べて、単独運転を検知しやすくなる。
【００４５】
また、系統連系システムに発電容量が比較的大きい発電機が配置されている場合、その発電機の発電の影響により、注入された高調波信号、無効電力、有効電力等の能動信号に基づくインバータ出力の変動が吸収され、能動信号を注入しても、系統周期が図１４に示すように変化がなめらかになり、単独運転を行っていたとしても系統周期に出現しづらい場合がある。この場合、図１５に示すように、直近の複数の系統周期と、所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差も変化が少なく、各偏差が閾値パターンを連続して超えないため、単独運転を検知することができない場合がある。
【００４６】
一方、本実施形態のように、複数周期分の系統周期を平均化した後に、その平均化した平均系統周期により単独運転の検知を行うことで、図１６に示すように、偏差の変化が比較的顕著になり、平均化しない場合に比べて、単独運転を検知しやすくなる。
【００４７】
以上、上記の実施形態では、パワーコンディショナ２０の内部に単独運転検出部３０を設ける場合について説明した。しかし、例えば、パワーコンディショナ２０とは独立した単独運転検知装置を系統連系システムに設けても構わない。
【００４８】
図１７は、本実施形態の変形例として、パワーコンディショナとは独立して単独運転検知装置４０を設けた場合の系統連系システムのブロック構成を示す図である。
【００４９】
本変形例の系統連系システムでは、上記の実施形態で示した所謂受動的方式による単独運転の検知のほかに、能動的方式による単独運転の検知も並行して行う。
【００５０】
図１７において、単独運転検出部３０は、インバータ制御部４４に対して電力系統に周期的に高調波信号、無効電力、有効電力等の能動信号を注入するための制御信号を入力する。インバータ制御部４４は、制御信号に基づいてインバータ４２を駆動して電力ライン５４に出力される無効電力を変動させる。単独運転検出部３０は、上記の受動的方式の単独運転の検知とともに、例えば、能動的方式として、直近の複数の系統周期それぞれと、所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差をそれぞれ求め、各偏差が、偏差毎に最新の系統周期ほど大きい値が設定されたそれぞれの閾値を超えている場合に、単独運転を検出する。単独運転検出部３０は、受動的方式或いは能動的方式のいずれかの方式で単独運転を検出した場合、分散型電源１２を電力ライン５４から遮断させる連系リレー３４と、インバータ４２を電力ライン５４から遮断させる連系リレー３６とをそれぞれ開放状態として、逆潮流を防止する。
【００５１】
なお、能動的方式では、１周期ごとに偏差を求めれば、比較的早い段階で単独運転を検出することができる。一方、本実施形態に係る受動的方式では、平均値を求めた後偏差を求めるため、例えば７周期分の系統周期が測定できるまで偏差を求めることができない。つまり、能動的方式に比べると単独運転の検出は遅くなってしまう。しかし、受動的方式と能動的方式とでは異なる現象を捉えて単独運転を検出することができる。よって、受動的方式と能動的方式とを並行に行うことでより確実に単独運転を検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば、平均系統周期の偏差に基づいて単独運転状態の有無の判定を行うことで、所謂能動的方式では検知しづらかった電源の単独運転を検知することができるので、電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおいて電源が単独運転状態か否かを検出する単独運転検出装置等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本実施形態に係る系統連系システムの全体構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る単独運転検出部の機能ブロックを示す図である。
【図３】系統周期記憶部に記憶される系統周期の一例を示す図である。
【図４】系統周期に基づいて平均系統周期を求める手順について説明する際の説明図である。
【図５】平均系統周期に基づいて偏差を求める手順について説明する際の説明図である。
【図６】閾値パターン記憶部に記憶される閾値の一例を示す図である。
【図７】平均化処理部が、系統周期記憶部に記憶された系統周期に基づいて平均系統周期を算出する手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】判定部によって実行される電源の単独運転の有無の判定手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】判定部によって実行される電源の単独運転の有無の判定手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】判定部によって実行される電源の単独運転の有無の判定手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】電圧歪みによりノイズが発生している系統周期の一例を示す図である。
【図１２】ノイズが発生している系統周期に基づいて能動的方式により電源の単独運転の検出を行った場合における不具合について説明するための図である。
【図１３】平均系統周期と閾値との関係を示す図である。
【図１４】注入された能動信号に基づくインバータ出力の変動が発電機等の影響で吸収され、変動が滑らかになった系統周期の一例を示す図である。
【図１５】変動が滑らかになった系統周期に基づいて能動的方式により電源の単独運転の検出を行った場合における不具合について説明するための図である。
【図１６】平均系統周期と閾値との関係を示す図である。
【図１７】本実施形態の変形例に係る系統連系システムの全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 電源
２０ パワーコンディショナ
２２ インバータ
２４ インバータ制御部
２６ 電流センサ
３０ 単独運転検出部
３２ 電圧センサ
３４，３６ 連系リレー
４０ 単独運転検知装置
４２ インバータ
４４ インバータ制御部
５０ 系統電源
５２ 負荷
５４ 電力ライン
３１０ ＣＰＵ
３１２ ＲＯＭ
３１４ ＲＡＭ
３２０ 記憶装置
３３０ プログラム
３３２ 計測部
３３４ 平均化処理部
３３６ 判定部
３４０ 系統周期記憶部
３４２ 平均系統周期記憶部
３４４ 閾値パターン記憶部
３５２ 連系リレーインタフェース
３５４ 電圧センサインタフェース
３６０ 通信バス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散型電源等の電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおける単独運転検出方法、単独運転検出装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電などによる電源と系統電源（商用電源）とをインバータを介して逆潮流可能な構成で連系し、電源だけでは電力を賄えない場合に、不足電力を系統電源側から供給するようにした系統連系システムが開発されている。
【０００３】
この種の系統連系システムでは、系統電源側の不測の停電時や作業停止時等において、電源から系統電源側への逆潮流を防止する必要がある。したがって、系統連系システムでは、系統電源側からの電力の供給が停止され、電源が単独で運転を開始した場合には、その単独運転を検出して電源と系統電源とを切り離すとともに、系統電源と連系されたインバータ（以下、「連系インバータ」と称す）の駆動を停止させるような制御が行われている。
【０００４】
このような単独運転を検出する方式としては、連系運転から単独運転に移行したときの電圧波形や位相などの変化を捉えて単独運転を検出する受動的方式と、連系インバータの出力に変動要因を与えておき、連系運転時にはその変動要因が出力に現れず、単独運転時には現れるようにして検出する能動的方式とがある。
【０００５】
特許文献１には、連系インバータの出力電力や出力周波数などに微小な変動を与え、単独運転時に、系統電源側の電圧（系統電圧）の微小な変動が増大することを利用して単独運転を検出する所謂能動的方式の単独運転検出手法について開示されている。正常な連系運転時には、系統電圧は連系インバータの影響を受けづらいので、連系インバータの出力電力等に微少な変動を与えてもその影響が系統電圧に出現しづらい。しかし、単独運転時にはその影響が現れやすい。特許文献１では、その影響を系統電圧の周期（系統周期）の変動により検知することで、単独運転の有無を判定している。
【０００６】
より具体的は、特許文献１では、単独運転の高速検出を課題として、直近の複数の系統周期それぞれと、所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差をそれぞれ求め、各偏差が、偏差毎に最新の系統周期ほど大きい値が設定されたそれぞれの閾値を超えている場合に、単独運転を検出している。
【特許文献１】特開２００７−２１５３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、連系インバータの出力電力や出力周波数などに能動的に微小な変動を与えている間に、単独運転が開始されたとしても、その変動の影響が系統周期に出現しづらい場合がある。例えば、系統連系システムに変圧器等が配置されている場合、変圧器等における励磁電流の増加に伴う磁気飽和の影響で電圧歪みを起こすなどして系統周期にノイズが発生し、そのノイズの影響により単独運転の有無を検知しづらい場合がある。また、系統連系システムに発電容量が比較的大きい発電機が配置されている場合、その発電機の発電の影響により、連系インバータにおける変動の影響が系統周期に出現しづらい場合がある。
【０００８】
本発明は、系統連系システムにおいて、たとえ連系インバータの出力電力等に与えた能動的な変動の影響が系統周期に出現しづらい場合でも、より確実に電源の単独運転を検出することが可能な単独運転検出手法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】
【０００９】
本発明に係る単独運転検出方法は、電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおいて前記電源が単独運転状態か否かを検出する単独運転検出方法であって、前記系統電源の系統周期を予め定められた期間毎に計測する系統周期計測工程と、前記系統周期計測工程で計測された系統周期に基づいて予め定められた周期分ごとの平均系統周期を算出する平均系統周期算出工程と、前記平均系統周期算出工程で算出された直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差をそれぞれ算出する偏差算出工程と、偏差算出工程で算出された各偏差それぞれが、予め設定されているそれぞれの閾値を超えている場合に、前記電源が単独運転状態であると判定する判定工程と、を含むことを特徴する。
【００１０】
本発明に係る単独運転検出方法によれば、直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差に基づいて電源の単独運転を検出するので、所謂能動的方式では検出できなかった電源の単独運転を検出することができるようになる。
【００１１】
本発明に係る単独運転検出方法の一つの態様では、前記インバータの出力電力に対して能動信号を与えることで出力電力に変動を生じさせる変動工程を含み、前記判定工程では、前記系統電源側の電力に前記能動信号成分に基づく変動が生じていることを検出した場合にも、前記電源が単独運転状態であると判定する、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る単独運転検出方法の一つの態様によれば、受動的方式と能動的方式とを並行に行うことでより確実に単独運転を検出することができる。
【００１３】
本発明に係る単独運転検出装置は、電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおいて前記電源が単独運転状態か否かを検出する単独運転検出装置であって、前記系統電源の系統周期を予め定められた期間毎に計測する系統周期計測部と、前記系統周期計測部で計測された系統周期に基づいて予め定められた周期分ごとの平均系統周期を算出する平均系統周期算出部と、前記平均系統周期算出部で算出された直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差をそれぞれ算出し、算出された各偏差それぞれが、予め設定されているそれぞれの閾値を超えている場合に、前記電源が単独運転状態であると判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る単独運転検出装置によれば、直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差に基づいて電源の単独運転を検出するので、所謂能動的方式では検出できなかった電源の単独運転を検出できるようになる。
【００１５】
本発明に係る単独運転検出装置の一つの態様では、前記インバータの出力電力に対して能動信号を与えることで出力電力に変動を生じさせる変動手段を備え、前記判定部は、前記系統電源側の電力に前記能動信号成分に基づく変動が生じていることを検出した場合にも、前記電源が単独運転状態であると判定する、ことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る単独運転検出装置の一つの態様によれば、受動的方式と能動的方式とを並行に行うことでより確実に単独運転を検出することができる。
【００１７】
本発明に係るプログラムは、電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおいて前記電源が単独運転状態か否かを検出する単独運転検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、前記系統電源の系統周期を予め定められた期間毎に計測する系統周期計測部と、前記系統周期計測部で計測された系統周期に基づいて予め定められた周期分ごとの平均系統周期を算出する平均系統周期算出部と、前記平均系統周期算出部で算出された直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差をそれぞれ算出し、算出された各偏差それぞれが、予め設定されているそれぞれの閾値を超えている場合に、前記電源が単独運転状態であると判定する判定部と、して前記コンピュータを機能させることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るプログラムによれば、直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差に基づいて電源の単独運転を検出するので、所謂能動的方式では検出できなかった電源の単独運転を検出できるようになる。
【００１９】
本発明に係るプログラムの一つの態様では、前記コンピュータを前記インバータの出力電力に対して能動信号を与えることで出力電力に変動を生じさせる変動部としても機能させ、前記判定部は、前記系統電源側の電力に前記能動信号成分に基づく変動が生じていることを検出した場合にも、前記電源が単独運転状態であると判定する、ことを特徴とする。
【００２０】
本発明に係るプログラムの一つの態様によれば、受動的方式と能動的方式とを並行に行うことでより確実に単独運転を検出することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差に基づいて電源の単独運転を検出するので、所謂能動的方式では検出できなかった電源の単独運転を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」と称す）について、以下図面を用いて説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る系統連系システムの全体構成を示す図である。本実施形態に係る系統連系システムは、系統電源５０からの電力と、電源１０からパワーコンディショナ２０を介して出力される電力とを同期させて、家庭用電気機器等の負荷５２に電力を印加することができる。
【００２４】
図１において、電源１０は、太陽電池、燃料電池等や、連系インバータを含んだ電源システムである分散型電源等の直流電源である。パワーコンディショナ２０は、電源１０で発電した直流電力を系統電源５０と同期のとれた交流電力に変換するインバータ２２と、インバータ２２からの出力電流を検知する電流センサ２６と、インバータ２２からの出力電圧を検知する電圧センサ３２と、電流センサ２６や電圧センサ３２の測定値等に基づいてインバータ２２の駆動を制御するインバータ制御部２４と、電源１０と系統電源５０との電気的な接続を遮断する連系リレー３４と、電圧センサ３２からの測定値に基づいて電源１０の単独運転を検知した場合に連系リレー３４を開放させ、電源１０と系統電源５０との電気的な接続を遮断させる単独運転検出部３０とを備える。
【００２５】
図２は、単独運転検出部３０の機能ブロックを示す図である。図２において、単独運転検出部３０は、ＣＰＵ３１０、ＲＯＭ３１２、ＲＡＭ３１４、記憶装置３２０、連系リレーインタフェース３５２、電圧センサインタフェース３５４、及び通信バス３６０を備える。ＣＰＵ３１０、ＲＯＭ３１２、ＲＡＭ３１４、記憶装置３２０、連系リレーインタフェース３５２、及び電圧センサインタフェース３５４は、それぞれ通信バス３６０を介して接続されている。なお、本実施形態では、単独運転検出部３０を１つのマイクロコンピュータで構成する例について説明するが、例えば、インバータ制御部２４と単独運転検出部３０とを１つのマイクロコンピュータで構成しても構わない。
【００２６】
ＣＰＵ３１０は、ＲＯＭ１１２に記憶されたＢＩＯＳプログラムなどの基本的な制御プログラムをＲＡＭ１１４に展開して、通信バス３６０を介して各部を制御する。記憶装置３２０は、単独運転の有無の判定を行うためのプログラム３３０等を記憶する。
【００２７】
本実施形態では、記憶装置３２０には、プログラム３３０として、計測部３３２と、平均化処理部３３４と、判定部３３６とが記憶されている。これらプログラムは、ＣＰＵ３１０によって読み出され、ＲＡＭ３１４に展開され、実行されることで各種処理を実行する。さらに、記憶装置３２０は、プログラム３３０を実行する際にＣＰＵ３１０によってアクセスされる、系統周期記憶部３４０、平均系統周期記憶部３４２、閾値パターン記憶部３４４を有する。
【００２８】
計測部３３２は、電圧センサ３２で検知される電圧信号を電圧センサインタフェース３５４を介して取得し、取得した電圧信号の零電圧を基準として１サイクル（１周期）毎の時間Ｃ（ｎ）（ｎは正の整数であり、１サイクル毎にインクリメントされる値とする）を常時、予め定められた期間毎（例えば、１周期毎、半周期毎、整数倍周期毎など）に計測し、それらの値をそれぞれ系統周期として、順次、系統周期記憶部３４０に記憶する。例えば、系統電源５０を５０Ｈｚの商用電源とした場合、計測部３３２は、１サイクル２０ｍｓの間隔で、系統周期を計測する。図３は、系統周期記憶部３４０に記憶される系統周期Ｃｎの例を示す。図３では、Ｃ０からＣ６９までの７０サイクル分の系統周期を表している。
【００２９】
平均化処理部３３４は、系統周期記憶部３４０に記憶された系統周期に基づいて、予め定められた複数周期分の系統周期ごとに、平均系統周期ＣＡ（ｉ）（ｉは、正の整数であり、平均系統周期を算出するごとにインクリメントされる値とする）を算出し、平均系統周期記憶部３４２に記憶する。平均化処理部３３４は、図４に示すように、例えば、７サイクル分の系統周期ごとに、その７サイクル分の系統周期｛Ｃ（ｎ）〜ＣＡ（ｎ＋６）｝のうち、最大値と最小値とを除いた５サイクル分の系統周期に基づいて単純移動平均等により平均系統周期ＣＡ（ｉ）を算出する。なお、最大周期と最大周期の値を平均系統周期の算出の際に用いないのは、ノイズなどの影響で誤差の多いデータを排除するためである。
【００３０】
判定部３３６は、平均系統周期記憶部３４２に記憶された平均系統周期ＣＡと、閾値パターン記憶部３４４に記憶されている閾値ＴＨとに基づいて電源１０による単独運転の有無を判定する。より具体的には、判定部３３６は、例えば、図５に示すように、直近の５つの平均系統周期｛ＣＡ（９），ＣＡ（８），ＣＡ（７），ＣＡ（６），ＣＡ（５）｝それぞれと、５周期分だけ過去のそれぞれの系統周期｛ＣＡ（４），ＣＡ（３），ＣＡ（２），ＣＡ（１），ＣＡ（０）｝との偏差｛ＣＡ（９）−ＣＡ（４），ＣＡ（８）−ＣＡ（３），・・・ＣＡ（５）−ＣＡ（０）｝をそれぞれ算出する。さらに、判定部３３６は、算出された各偏差が、各偏差に対して割り当てられたそれぞれの閾値ＴＨ４〜ＴＨ０を超えるか否かを判定し、すべての偏差がそれぞれの閾値を超える場合に電源１０が単独運転状態であると判定する。なお、閾値パターン記憶部３４４に記憶されている閾値は、例えば、図６に示すように、最新の平均系統周期に対する偏差ほど大きい値となるように設定されている。つまり、判定部３３６は、偏差｛ＣＡ（５）−ＣＡ（０）｝が閾値ＴＨ０を超えているか否か、偏差｛ＣＡ（６）−ＣＡ（１）｝が閾値ＴＨ２を超えているか否かというように、順次偏差毎に、各偏差に対応する閾値ＴＨと比較して、すべての偏差がそれぞれの閾値ＴＨを超えている場合に、電源１０が単独運転状態であると判定する。
【００３１】
図７は、平均化処理部３３４が、系統周期記憶部３４０に記憶された系統周期に基づいて平均系統周期ＣＡ（ｉ）を算出する手順の一例を示すフローチャートである。
【００３２】
図７において、平均化処理部３３４は、まず変数ｎおよび変数ｉを初期値として「０」に設定し（Ｓ１００）、系統周期記憶部３４０から７サイクル分の系統周期｛Ｃ（ｎ）〜Ｃ（ｎ＋６）｝を取得する（Ｓ１０２）。さらに、平均化処理部３３４は、７サイクル分の系統周期｛Ｃ（ｎ）〜Ｃ（ｎ＋６）｝から最大周期と最大周期の値を除いた５サイクル分の系統周期に基づいて例えば単純移動平均により平均系統周期ＣＡ（ｉ）を算出し（Ｓ１０４）、算出された平均系統周期ＣＡ（ｉ）を平均系統周期記憶部３４２に登録する（Ｓ１０６）。
【００３３】
次いで、平均化処理部３３４は、変数ｎに「７」を加算し、変数ｉに「１」を加算した後（Ｓ１０８）、系統周期Ｃ（ｎ＋６）が系統周期記憶部３４０に記憶されているか否かを判定する（Ｓ１１０）。つまり、平均化処理部３３４は、次の平均系統周期を算出するのに必要な７サイクル分の系統周期｛Ｃ（ｎ）〜Ｃ（ｎ＋６）｝が系統周期記憶部３４０に記憶されているか否かを判定する。判定の結果、系統周期Ｃ（ｎ＋６）が記憶されている場合には（ステップＳ１１０の判定結果が、肯定「Ｙ」）、次の平均系統周期を算出可能と判断してステップＳ１０２以降の処理を繰り返す。一方、系統周期Ｃ（ｎ＋６）が記憶されていない場合には（ステップＳ１１０の判定結果が、否定「Ｎ」）、所定期間（例えば、ステップＳ１０６の処理が終了してから、７サイクル分の期間）が経過しているか否かを判定する（Ｓ２１２）。所定期間経過していなければ（ステップＳ２１２の判定結果が、否定「Ｎ」）、平均化処理部３３４はまだ系統周期記憶部３４０に次の７サイクル分の系統周期が記録されていないと判断して、系統周期記憶部３４０に次の７サイクル分の系統周期が記録されるまで待機する。一方、所定期間経過していれば（ステップＳ２１の判定結果が、肯定「Ｙ」）、平均化処理部３３４は、系統周期記憶部３４０に新たな７サイクル分の系統周期が記録されないと判断して、処理を終了する。
【００３４】
以上の処理を平均化処理部３３４が実行することで、系統周期記憶部３４０に予め定められた周期分、例えば７サイクル分の系統周期が記憶される毎に順次平均系統周期ＣＡ（ｉ）が算出され、平均系統周期記憶部３４２に登録される。
【００３５】
図８、図９、図１０は、判定部３３６によって実行される電源の単独運転の有無の判定手順の一例を示すフローチャートである。
【００３６】
まず、図８において、判定部３３６は、変数ｉを初期値「０」（なお、記憶されている平均系統周期の途中の周期から単独運転の判定を行う場合には、単独運転の判定有無の対象となる平均系統周期のうち最も古い周期に対応する値を初期値として設定する）に設定し（Ｓ２０２）、平均系統周期記憶部３４２から平均系統周期ＣＡ（ｉ）と平均系統周期ＣＡ（ｉ）の５周期分後の平均系統周期ＣＡ（ｉ＋５）を取得する（Ｓ３０２）。次いで、偏差｛ＣＡ（ｉ＋５）−ＣＡ（ｉ）｝を算出し（Ｓ２０４）、その偏差が正か負かを判定する（Ｓ２０６）。判定の結果、正の場合（ステップ２０６の判定結果が、肯定「Ｙ」）、後述の図９に示す正パターン判定処理により単独運転の有無の判定を行う（Ｓ２０８）。一方、負の場合（ステップＳ２０６の判定結果が、否定「Ｎ」）、後述の図１０に示す負パターン判定処理により単独運転の有無の判定を行う（Ｓ２１０）。
【００３７】
続いて、図９を参照して、正パターン判定処理の手順について説明する。
【００３８】
図９において、判定部３３６は、まず変数ｉ及び変数Ｍをともに初期値「０」に設定する（Ｓ３００）。なお、判定を再開する場合など、記憶されている平均系統周期の途中の周期から単独運転の判定を行う場合には、変数ｉについては、単独運転の判定有無の対象となる平均系統周期のうち最も古い周期に対応する値を初期値として設定する。次いで、判定部３３６は、平均系統周期記憶部３４２からＣＡ（ｉ）とＣＡ（ｉ＋５）を取得し（Ｓ３０２）、偏差｛ＣＡ（ｉ＋５）−ＣＡ（ｉ）｝を算出する（Ｓ３０６）。判定部３３６は、さらに閾値パターン記憶部３４４から閾値ＴＨｉを取得し、偏差｛ＣＡ（ｉ＋５）−ＣＡ（ｉ）｝が閾値ＴＨｉを超えているか否かを判定する（Ｓ３０８）。判定の結果、超えていなければ（ステップＳ３０８の判定結果が、否定「Ｎ」）、判定部３３６は、単独運転は行われないと判定し（Ｓ３１０）、処理を終了する。その後、判定部３３６は、所定時間が経過した後、改めて図８に示す処理を開始し、継続的に単独運転の判定を行う。
【００３９】
一方、超えている場合（ステップＳ３０８の判定結果が、肯定「Ｙ」）、判定部３３６は、変数Ｍをインクリメントし（Ｓ３１２）、変数Ｍが５に達していなければ（ステップＳ３１４の判定結果が、否定「Ｎ」）、判定部３３６は、変数ｉをインクリメントして（Ｓ３１６）、ステップ３０２以降の処理を繰り返す。一方、インクリメント後の変数Ｍが５に達していれば（ステップＳ３１４の判定結果が、肯定「Ｙ」）、平均系統周期が５つ連続してそれぞれの閾値を超えたと判断して、判定部３３６は、単独運転状態であると判定する（Ｓ３１８）。単独運転状態であると判定した場合、判定部３３６は、連系リレー３４を開放し、電源１０と系統電源５０との電気的な接続を遮断する。
【００４０】
図１０は、負パターン判定処理の手順を示す。図９では、ＣＡ（ｉ）とＣＡ（ｉ＋５）との偏差を｛ＣＡ（ｉ）−ＣＡ（ｉ＋５）｝により求めている点で、偏差を｛ＣＡ（ｉ＋５）−ＣＡ（ｉ）｝により求めている正パターン判定処理と異なるが、他の処理は同様なため、説明を割愛する。
【００４１】
以上の通り、本実施形態によれば、判定部３３６が、直近の５つの平均系統周期それぞれと、それぞれ５周期分だけ過去の系統周期との偏差をそれぞれ算出し、算出されたすべての偏差がそれぞれの閾値を超える場合に電源１０が単独運転状態であると判定する。
【００４２】
このように、平均系統周期の偏差に基づいて単独運転状態の有無の判定を行うことで、所謂能動的方式では検知しづらかった次のような現象が起きている場合に、単独運転状態の不検知を防止することができる。
【００４３】
すなわち、系統連系システムに変圧器等が配置されている場合、変圧器等における励磁電流の増加に伴う磁気飽和の影響で電圧歪みを起こすなどして、系統周期にばらつきが生じることがある。このような場合、図１１に示すように、直近の複数の系統周期と、所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差は、ばらつきが生じる場合がある。この場合、単独運転が開始されていたとしても、図１２に示すように、各偏差は、閾値パターンを連続して超えないため、単独運転を検知することができない場合がある。
【００４４】
一方、本実施形態のように、複数周期分の系統周期を平均化した後に、その平均化した平均系統周期により単独運転の検知を行うことで、図１３に示すように、偏差のばらつきが抑えられるため、平均化しない場合に比べて、単独運転を検知しやすくなる。
【００４５】
また、系統連系システムに発電容量が比較的大きい発電機が配置されている場合、その発電機の発電の影響により、注入された高調波信号、無効電力、有効電力等の能動信号に基づくインバータ出力の変動が吸収され、能動信号を注入しても、系統周期が図１４に示すように変化がなめらかになり、単独運転を行っていたとしても系統周期に出現しづらい場合がある。この場合、図１５に示すように、直近の複数の系統周期と、所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差も変化が少なく、各偏差が閾値パターンを連続して超えないため、単独運転を検知することができない場合がある。
【００４６】
一方、本実施形態のように、複数周期分の系統周期を平均化した後に、その平均化した平均系統周期により単独運転の検知を行うことで、図１６に示すように、偏差の変化が比較的顕著になり、平均化しない場合に比べて、単独運転を検知しやすくなる。
【００４７】
以上、上記の実施形態では、パワーコンディショナ２０の内部に単独運転検出部３０を設ける場合について説明した。しかし、例えば、パワーコンディショナ２０とは独立した単独運転検知装置を系統連系システムに設けても構わない。
【００４８】
図１７は、本実施形態の変形例として、パワーコンディショナとは独立して単独運転検知装置４０を設けた場合の系統連系システムのブロック構成を示す図である。
【００４９】
本変形例の系統連系システムでは、上記の実施形態で示した所謂受動的方式による単独運転の検知のほかに、能動的方式による単独運転の検知も並行して行う。
【００５０】
図１７において、単独運転検出部３０は、インバータ制御部４４に対して電力系統に周期的に高調波信号、無効電力、有効電力等の能動信号を注入するための制御信号を入力する。インバータ制御部４４は、制御信号に基づいてインバータ４２を駆動して電力ライン５４に出力される無効電力を変動させる。単独運転検出部３０は、上記の受動的方式の単独運転の検知とともに、例えば、能動的方式として、直近の複数の系統周期それぞれと、所定系統周期分だけ過去の系統周期との偏差をそれぞれ求め、各偏差が、偏差毎に最新の系統周期ほど大きい値が設定されたそれぞれの閾値を超えている場合に、単独運転を検出する。単独運転検出部３０は、受動的方式或いは能動的方式のいずれかの方式で単独運転を検出した場合、分散型電源１２を電力ライン５４から遮断させる連系リレー３４と、インバータ４２を電力ライン５４から遮断させる連系リレー３６とをそれぞれ開放状態として、逆潮流を防止する。
【００５１】
なお、能動的方式では、１周期ごとに偏差を求めれば、比較的早い段階で単独運転を検出することができる。一方、本実施形態に係る受動的方式では、平均値を求めた後偏差を求めるため、例えば７周期分の系統周期が測定できるまで偏差を求めることができない。つまり、能動的方式に比べると単独運転の検出は遅くなってしまう。しかし、受動的方式と能動的方式とでは異なる現象を捉えて単独運転を検出することができる。よって、受動的方式と能動的方式とを並行に行うことでより確実に単独運転を検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば、平均系統周期の偏差に基づいて単独運転状態の有無の判定を行うことで、所謂能動的方式では検知しづらかった電源の単独運転を検知することができるので、電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおいて電源が単独運転状態か否かを検出する単独運転検出装置等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本実施形態に係る系統連系システムの全体構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る単独運転検出部の機能ブロックを示す図である。
【図３】系統周期記憶部に記憶される系統周期の一例を示す図である。
【図４】系統周期に基づいて平均系統周期を求める手順について説明する際の説明図である。
【図５】平均系統周期に基づいて偏差を求める手順について説明する際の説明図である。
【図６】閾値パターン記憶部に記憶される閾値の一例を示す図である。
【図７】平均化処理部が、系統周期記憶部に記憶された系統周期に基づいて平均系統周期を算出する手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】判定部によって実行される電源の単独運転の有無の判定手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】判定部によって実行される電源の単独運転の有無の判定手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】判定部によって実行される電源の単独運転の有無の判定手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】電圧歪みによりノイズが発生している系統周期の一例を示す図である。
【図１２】ノイズが発生している系統周期に基づいて能動的方式により電源の単独運転の検出を行った場合における不具合について説明するための図である。
【図１３】平均系統周期と閾値との関係を示す図である。
【図１４】注入された能動信号に基づくインバータ出力の変動が発電機等の影響で吸収され、変動が滑らかになった系統周期の一例を示す図である。
【図１５】変動が滑らかになった系統周期に基づいて能動的方式により電源の単独運転の検出を行った場合における不具合について説明するための図である。
【図１６】平均系統周期と閾値との関係を示す図である。
【図１７】本実施形態の変形例に係る系統連系システムの全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 電源
２０ パワーコンディショナ
２２ インバータ
２４ インバータ制御部
２６ 電流センサ
３０ 単独運転検出部
３２ 電圧センサ
３４，３６ 連系リレー
４０ 単独運転検知装置
４２ インバータ
４４ インバータ制御部
５０ 系統電源
５２ 負荷
５４ 電力ライン
３１０ ＣＰＵ
３１２ ＲＯＭ
３１４ ＲＡＭ
３２０ 記憶装置
３３０ プログラム
３３２ 計測部
３３４ 平均化処理部
３３６ 判定部
３４０ 系統周期記憶部
３４２ 平均系統周期記憶部
３４４ 閾値パターン記憶部
３５２ 連系リレーインタフェース
３５４ 電圧センサインタフェース
３６０ 通信バス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおいて前記電源が単独運転状態か否かを検出する単独運転検出方法であって、
前記系統電源の系統周期を予め定められた期間毎に計測する系統周期計測工程と、
前記系統周期計測工程で計測された系統周期に基づいて予め定められた周期分ごとの平均系統周期を算出する平均系統周期算出工程と、
前記平均系統周期算出工程で算出された直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差をそれぞれ算出する偏差算出工程と、
偏差算出工程で算出された各偏差それぞれが、予め設定されているそれぞれの閾値を超えている場合に、前記電源が単独運転状態であると判定する判定工程と、
を含む単独運転検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の単独運転検出方法において、
前記インバータの出力電力に対して能動信号を与えることで出力電力に変動を生じさせる変動工程を含み、
前記判定工程では、前記系統電源側の電力に前記能動信号成分に基づく変動が生じていることを検出した場合にも、前記電源が単独運転状態であると判定する、
ことを特徴とする単独運転検出方法。
【請求項３】
電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおいて前記電源が単独運転状態か否かを検出する単独運転検出装置であって、
前記系統電源の系統周期を予め定められた期間毎に計測する系統周期計測部と、
前記系統周期計測部で計測された系統周期に基づいて予め定められた周期分ごとの平均系統周期を算出する平均系統周期算出部と、
前記平均系統周期算出部で算出された直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差をそれぞれ算出し、算出された各偏差それぞれが、予め設定されているそれぞれの閾値を超えている場合に、前記電源が単独運転状態であると判定する判定部と、
を備える単独運転検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の単独運転検出装置は、
前記インバータの出力電力に対して能動信号を与えることで出力電力に変動を生じさせる変動手段を備え、
前記判定部は、前記系統電源側の電力に前記能動信号成分に基づく変動が生じていることを検出した場合にも、前記電源が単独運転状態であると判定する、
ことを特徴とする単独運転検出装置。
【請求項５】
電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおいて前記電源が単独運転状態か否かを検出する単独運転検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
前記系統電源の系統周期を予め定められた期間毎に計測する系統周期計測部と、
前記系統周期計測部で計測された系統周期に基づいて予め定められた周期分ごとの平均系統周期を算出する平均系統周期算出部と、
前記平均系統周期算出部で算出された直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差をそれぞれ算出し、算出された各偏差それぞれが、予め設定されているそれぞれの閾値を超えている場合に、前記電源が単独運転状態であると判定する判定部と、
して前記コンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項６】
請求項５に記載のプログラムは、
前記コンピュータを前記インバータの出力電力に対して能動信号を与えることで出力電力に変動を生じさせる変動部としても機能させ、
前記判定部は、前記系統電源側の電力に前記能動信号成分に基づく変動が生じていることを検出した場合にも、前記電源が単独運転状態であると判定する、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項１】
電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおいて前記電源が単独運転状態か否かを検出する単独運転検出方法であって、
前記系統電源の系統周期を予め定められた期間毎に計測する系統周期計測工程と、
前記系統周期計測工程で計測された系統周期に基づいて予め定められた周期分ごとの平均系統周期を算出する平均系統周期算出工程と、
前記平均系統周期算出工程で算出された直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差をそれぞれ算出する偏差算出工程と、
偏差算出工程で算出された各偏差それぞれが、予め設定されているそれぞれの閾値を超えている場合に、前記電源が単独運転状態であると判定する判定工程と、
を含む単独運転検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の単独運転検出方法において、
前記インバータの出力電力に対して能動信号を与えることで出力電力に変動を生じさせる変動工程を含み、
前記判定工程では、前記系統電源側の電力に前記能動信号成分に基づく変動が生じていることを検出した場合にも、前記電源が単独運転状態であると判定する、
ことを特徴とする単独運転検出方法。
【請求項３】
電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおいて前記電源が単独運転状態か否かを検出する単独運転検出装置であって、
前記系統電源の系統周期を予め定められた期間毎に計測する系統周期計測部と、
前記系統周期計測部で計測された系統周期に基づいて予め定められた周期分ごとの平均系統周期を算出する平均系統周期算出部と、
前記平均系統周期算出部で算出された直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差をそれぞれ算出し、算出された各偏差それぞれが、予め設定されているそれぞれの閾値を超えている場合に、前記電源が単独運転状態であると判定する判定部と、
を備える単独運転検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の単独運転検出装置は、
前記インバータの出力電力に対して能動信号を与えることで出力電力に変動を生じさせる変動手段を備え、
前記判定部は、前記系統電源側の電力に前記能動信号成分に基づく変動が生じていることを検出した場合にも、前記電源が単独運転状態であると判定する、
ことを特徴とする単独運転検出装置。
【請求項５】
電源からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して系統電源と連系して出力する系統連系システムにおいて前記電源が単独運転状態か否かを検出する単独運転検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
前記系統電源の系統周期を予め定められた期間毎に計測する系統周期計測部と、
前記系統周期計測部で計測された系統周期に基づいて予め定められた周期分ごとの平均系統周期を算出する平均系統周期算出部と、
前記平均系統周期算出部で算出された直近の複数の平均系統周期それぞれと、予め定められた周期分だけ過去のそれぞれの平均系統周期との偏差をそれぞれ算出し、算出された各偏差それぞれが、予め設定されているそれぞれの閾値を超えている場合に、前記電源が単独運転状態であると判定する判定部と、
して前記コンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項６】
請求項５に記載のプログラムは、
前記コンピュータを前記インバータの出力電力に対して能動信号を与えることで出力電力に変動を生じさせる変動部としても機能させ、
前記判定部は、前記系統電源側の電力に前記能動信号成分に基づく変動が生じていることを検出した場合にも、前記電源が単独運転状態であると判定する、
ことを特徴とするプログラム。
【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】
【公開番号】特開２０１０−１４２０８１（Ｐ２０１０−１４２０８１Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１８６８９（Ｐ２００８−３１８６８９）
【出願日】平成２０年１２月１５日（２００８．１２．１５）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１５日（２００８．１２．１５）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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