電力変換装置、電力供給システム、および充放電システム
【課題】単独運転が誤って判別されることを抑えることが可能となる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力系統に連系し、直流電力を交流の出力電力に変換して該電力系統に出力する電力変換装置であって、前記出力電力に能動的変化を付与し、その際の連系点における電力の状態に関するパラメータの値に基づいて、単独運転の発生を判別する単独運転判別部を備え、前記単独運転判別部は、前記パラメータの一種である電圧の周波数の値が予め設定された判別条件を満たし、かつ、別の種類の前記パラメータの値が予め設定された判別条件を満たした場合に、単独運転が発生したと判別する電力変換装置とする。
【解決手段】電力系統に連系し、直流電力を交流の出力電力に変換して該電力系統に出力する電力変換装置であって、前記出力電力に能動的変化を付与し、その際の連系点における電力の状態に関するパラメータの値に基づいて、単独運転の発生を判別する単独運転判別部を備え、前記単独運転判別部は、前記パラメータの一種である電圧の周波数の値が予め設定された判別条件を満たし、かつ、別の種類の前記パラメータの値が予め設定された判別条件を満たした場合に、単独運転が発生したと判別する電力変換装置とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置、ならびにこれを備えた電力供給システムおよび充放電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力系統に連系し、分散電源が発生させた電力を電力系統に供給するパワーコンディショナ（以下「パワコン」と略記することがある）が広く利用されている。パワコンは、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の一形態である。
【０００３】
ところでパワコンの使用にあたっては、単独運転の発生に留意する必要がある。単独運転は、例えば電力系統が停電しているにも関わらず、分散電源が電力供給を継続することである。安全性の観点などから、単独運転は極力回避されるべきであり、また単独運転が発生した場合には、分散電源を電力系統から速やかに切り離すといった措置が必要となる。
【０００４】
そのためパワコンには、単独運転を判別する手段（単独運転の発生の有無を判別する手段）が設けられており、単独運転が発生した場合には、分散電源を電力系統から切り離すようになっている。
【０００５】
また単独運転を判別する手法としては、受動的手法や能動的手法が挙げられる。能動的手法は、例えば、意図的に正常時の電力系統に整合しないようにした（能動的変化を与えておいた）電力を出力し、連系点の電力状態がこれに追従するかどうかを見ることにより、単独運転を判別する手法である。能動的手法によれば、受動的手法では単独運転が判別されない状態、例えば、分散電源の発電量と電力系統上の負荷電力量が釣り合っている平衡状態であっても、単独運転を判別することが可能となる。
【０００６】
能動的手法の一つとしては、パワコンの出力電圧の周波数に能動的変化を与えておき、連系点における電圧の周波数を検出することにより、単独運転を判別する手法が挙げられる。なお能動的変化は、例えば単独運転の発生が疑われるとき（つまり、電力系統に何らかの電気的変動が検出されたとき）に、与えられるようにする。
【０００７】
そして連系点の電圧の周波数がこの変化に追従せず、正常な周波数範囲を逸脱しなければ、単独運転は発生していないと判別される。逆に連系点の電圧の周波数がこの変化に追従し、正常な周波数範囲を逸脱すれば、単独運転が発生していると判別される。正常な周波数範囲は、例えば５０Ｈｚの電力系統の場合、５０±２Ｈｚの範囲（電力系統が正常な状態では、逸脱することが無いと想定される範囲）とされる。
【０００８】
単独運転が発生していなければ、パワコンの出力の変化が電力系統に与える影響は微小であるため、連系点の電圧の周波数は正常な周波数範囲を逸脱しないが、そうでなければ、連系点の電圧の周波数は当該変化に追従し、正常な周波数範囲を逸脱することになる。そのため上述した能動的手法により、単独運転を判別することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−３５６１９号公報
【特許文献２】特許第４６４５７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上述したように連系点の電圧の周波数の検出結果に基づいて単独運転を判別する手法によれば、電力系統の電圧の周波数がたまたま一方向へ連続的に変動したような場合に、単独運転が誤って判別されるおそれがある。
【００１１】
すなわち、実際には単独運転は発生していないにも関わらず、何らかの原因によって電力系統の電圧の周波数がこのように（あたかも単独運転が発生したように）変動し、単独運転が発生したと誤って判別されるおそれがある。単独運転が誤って判別されることは、分散電源を電力系統から切り離す動作等が不必要に行われる事態を招くため、極力抑えられる必要がある。
【００１２】
本発明は上述した問題に鑑み、単独運転が誤って判別されることをより確実に抑えることが可能となる電力変換装置、ならびにこれを用いた電力供給システムおよび充放電システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る電力変換装置は、電力系統に連系し、直流電力を交流の出力電力に変換して該電力系統に出力する電力変換装置であって、前記出力電力に能動的変化を付与したときの、連系点における電力の状態に関するパラメータに基づいて、単独運転の発生を判別する単独運転判別部を備え、前記単独運転判別部は、前記パラメータの一種である電圧の周波数が予め設定された判別条件を満たし、かつ、別の種類の前記パラメータが予め設定された判別条件を満たした場合に、単独運転が発生したと判別する構成とする。
【００１４】
本構成によれば、単独運転の発生を判別するにあたり、連系点における電圧の周波数だけではなく、これとは異なる電力の状態に関するパラメータについても、所定の判別条件が満たされたか否かが考慮される。そのため、単独運転が誤って判別されることをより確実に抑えることが可能となる。なお電力の状態に関するパラメータは、具体例として、基本電圧の振幅や高調波電圧の振幅などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１５】
また上記構成としてより具体的には、前記別の種類のパラメータは、基本電圧の振幅または高調波電圧の振幅である構成としてもよい。
【００１６】
また上記構成において、前記電力状態の値が変動している方向を検出し、該検出された方向に応じて、前記出力電力の大きさを調節する構成としてもよい。本構成によれば、単独運転の検出の確実性をより一層高めることが可能となる。
【００１７】
また上記構成において、前記出力電力と連系点に接続された負荷の電力とのバランスを把握し、前記バランスに基づいて、前記判別条件を決定する構成としてもよい。本構成によれば、当該バランスに応じて判別条件を適切に決定し、単独運転をより精度良く判別することが可能となる。
【００１８】
また上記構成において、前記出力電力と連系点に接続された負荷の電力とのバランスを把握し、前記バランスが不均衡となるように、前記出力電力を調節する構成としてもよい。本構成によれば、単独運転をより精度良く判別することが可能となる。
【００１９】
また、二次電池に接続され、該二次電池の放電により得られる前記直流電力を交流の出力電力に変換して、前記電力系統に出力する上記構成に係る電力変換装置において、前記電力系統から得られる交流電力を直流に変換して前記二次電池に送出し、該二次電池を充電させる構成としても良い。
【００２０】
また本発明に係る電力供給システムは、上記構成に係る電力変換装置と、前記直流電力を該電力変換装置に供給する直流電源と、を備え、前記直流電力を交流電力に変換して、前記電力系統に出力する構成とする。本構成によれば、上記構成に係る電力変換装置の利点を享受することが可能となる。
【００２１】
また本発明に係る充放電システムは、上記構成に係る電力変換装置と、前記電力変換装置に接続される二次電池と、を備え、前記二次電池の充放電を行う構成とする。本構成によれば、上記構成に係る電力変換装置の利点を享受することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
上述した通り、本発明に係る電力変換装置によれば、単独運転の発生を判別するにあたり、連系点における電圧の周波数だけではなく、これとは異なる電力の状態に関するパラメータについても、所定の判別条件が満たされたか否かが考慮される。そのため、単独運転が誤って判別されることをより確実に抑えることが可能となる。
【００２３】
また本発明に係る電力供給システム、或いは充放電システムによれば、本発明に係る電力変換装置の利点を享受することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係るパワコンの構成図（電力系統に連系した状態）である。
【図２】本発明の実施形態に係るパワコン制御装置の構成図である。
【図３】連系状態制御動作に関するフローチャートである。
【図４】単独運転判別動作に関するフローチャートである。
【図５】単独運転判別動作に関する別のフローチャートである。
【図６】連系点における電力状態に関する説明図である。
【図７】逆潮流電力を検出するセンサを設けた場合のパワコンの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態について、第１実施形態から第４実施形態のパワーコンディショナ（パワコン）を挙げて、以下に説明する。
【００２６】
１．第１実施形態
まず第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態のパワコンの構成図（電力系統に連系した状態）を表している。本図に示すように、パワコン１は端子Ｔ１およびＴ２を有しており、端子Ｔ１には直流電源２が接続され、端子Ｔ２（連系点）には既存の電力系統が接続されている。
【００２７】
なお直流電源２は、例えば太陽光発電システムや二次電池であり、直流電力をパワコン１に供給するものである。直流電源２として二次電池が用いられる場合、パワコン１は二次電池を放電させるだけでなく、充電させることも可能となるように構成される。また直流電源２は、電力系統から見れば分散電源の一つに相当する。
【００２８】
また電力系統は、電力配線に系統電源３や電力系統の遮断に用いられる系統遮断機４などが接続され形成されている。なお本実施形態での電力系統は、５０Ｈｚ（正常周波数範囲は５０±２Ｈｚ）の商用電源を伝送するものとする。連系点には、電力系統などから電力供給を受ける負荷５（各種電気機器など）も接続される。また電力系統については、他の形態（例えば６０Ｈｚの商用電源を伝送するもの）であっても同様に考えることができる。
【００２９】
［パワコンの構成等について］
次にパワコン１の構成等について説明する。図１に示すようにパワコン１は、コンデンサ１２、インバータ回路１４、インダクタ１５、コンデンサ１６、電流検出回路１７、電圧検出回路１８、連系リレー１９、およびパワコン制御装置２０などを備えている。
【００３０】
直流電源２から送出された電力は、コンデンサ１２によって状態が整えられ、インバータ回路１４に届けられる。インバータ回路１４は、受取った電力を交流に変換し、後段側に送出する。なおインバータ回路１４は、パワコン制御装置２０から受取ったゲート信号Ｓｇに応じて動作する。
【００３１】
インバータ回路１４から送出された電力は、インダクタ１５やコンデンサ１６によって波形が整えられ、連系リレー１９を介して、電力系統に出力される。
【００３２】
連系リレー１９は、パワコン制御装置２０から受取ったリレー切替信号Ｓｒに応じて、開閉が切替えられる。通常は、連系リレー１９は閉じられており、パワコン１および直流電源２が電力系統に連系されるが、連系リレー１９が開かれると、当該連系は解除される。
【００３３】
また電流検出回路１７は、パワコン１と電力系統が連系している連系点の電流（端子Ｔ２を流れる電流と同等）の値を、継続的に検出する回路である。電流検出回路１７によって検出された電流値の情報は、電流検出信号Ｉｄとして、パワコン制御装置２０に伝送される。
【００３４】
電圧検出回路１８は、パワコン１と電力系統が連系している連系点の電圧（端子Ｔ２の両極間における電圧と同等）の値を、継続的に検出する回路である。電圧検出回路１８によって検出された電圧値の情報は、電圧検出信号Ｖｄとして、パワコン制御装置２０に伝送される。
【００３５】
パワコン制御装置２０は、電流検出信号Ｉｄや電圧検出信号Ｖｄを継続的に受取ることにより、連系点における電力、電圧、および電流を継続的に検出することが可能となっている。
【００３６】
パワコン制御装置２０は、受取った電流検出信号Ｉｄおよび電圧検出信号Ｖｄに基づいて、各種の演算処理などを実行し、適切な動作がなされるようにパワコン１を制御する装置である。パワコン制御装置２０は、ゲート信号Ｓｇを送出してインバータ回路１４を制御するとともに、リレー切替信号Ｓｒを送出して連系リレー１９を制御する。
【００３７】
ここでパワコン１の通常時の出力電力は、所定の連系規定に準拠している必要がある。すなわち、パワコン１の出力に係る電流歪率や力率などが規定の範囲内に収まることや、出力される電流の波形を正弦波とすること等が必要とされる。また電力系統の電力状態を乱さぬように、パワコン１の出力電力が、電力系統に整合することも必要とされる。
【００３８】
パワコン制御装置２０は、通常時、このような条件が満たされるように、電流検出信号Ｉｄおよび電圧検出信号Ｖｄに基づいてゲート信号Ｓｇを生成して送出し、インバータ回路１４をＰＷＭ［Pulse Width Modulation］方式等によって制御する。
【００３９】
［パワコン制御装置の具体的構成について］
パワコン制御装置２０は、上述した動作を行うように構成されるが、その具体的形態については特に限定されない。例えば、必要な各処理を主にソフトウェア処理によって実現する構成であっても良く、主にハードウェア処理によって実現する構成であっても良い。本実施形態におけるパワコン制御装置２０の構成は、一例として図２に示す構成となっている。当該構成について以下に説明する。
【００４０】
図２に示すようにパワコン制御装置２０は、主制御部２１、制御器２２、ＰＷＭコンパレータ２３、および三角波生成回路２４などを備えている。
【００４１】
主制御部２１は、電圧検出回路１８から電圧検出信号Ｖｄが入力されるようになっており、当該信号に応じた各種処理を実行する回路である。主制御部２１は、パワコン１の出力（交流の出力電圧）に能動的変化を付与するための変化付与信号を、制御器２２に出力することが可能となっている。また主制御部２１は、連系リレー１９へリレー切替信号Ｓｒを出力する機能も有している。
【００４２】
制御器２２は、電圧検出信号Ｖｄおよび電流検出信号Ｉｄが入力されるようになっており、これらの信号に基づいてインバータ操作量（系統電圧の波形とほぼ同等となる、電圧指令波形を表す）の信号を生成して出力する。制御器２２は、例えば検出される交流電圧と交流電流との合成和に基づいた信号を、インバータ操作量の信号として生成する。但し制御器２２は、主制御部２１から変化付与信号が入力されているときは、この信号をも加えてインバータ操作量を生成する。これにより、パワコン１の出力に能動的変化が付与されるように、インバータ操作量の信号が生成される。
【００４３】
ＰＷＭコンパレータ２３は、非反転入力端子に制御器２２の出力（インバータ操作量の信号）が入力され、反転入力端子に三角波生成回路２４が生成する基準三角波の信号が入力される。ＰＷＭコンパレータ２８はこれらの比較結果に応じたパルス信号を、ゲート信号Ｓｇとしてインバータ回路１４へ出力する。
【００４４】
［連系状態制御動作について］
ところで単独運転が発生したときは、パワコン１における電力系統への連系を、速やかに解除させる必要がある。そこでパワコン制御装置２０は、上述したようなインバータ回路１４の制御に並行して、単独運転が発生したか否かに応じてパワコン１と電力系統との連系状態を適切に制御するための、連系状態制御動作を実行するようになっている。以下、この連系状態制御動作について、図３に示すフローチャートを参照しながら、より詳細に説明する。
【００４５】
主制御部２１は、通常時、電圧検出信号Ｖｄ等に基づいて、電力系統に基準レベルを超える電気的変動が生じたかを、継続的に監視するようになっている（ステップＳ１）。なおここでの「電気的変動」は、例えば、電圧低下、周波数の変化、位相跳躍、および高調波電圧の変化のうちの、一つまたは複数が該当する。
【００４６】
単独運転が発生する原因としては、例えば落雷の影響による電力系統の遮断が考えられる。そしてこのような電力系統の遮断が生じたとき、少なくとも一時的に、上述したような電気的変動が生じる。このことから、当該電気的変動がある程度のレベルを超えたときは、単独運転の発生が疑われることになる。上述した「基準レベル」は、単独運転の発生が疑われる程度のレベルに設定されている。
【００４７】
しかしながら、単独運転が発生していなくても、何らかの原因により、電気的変動が基準レベルを超える可能性がある。すなわち、基準レベルを超える電気的変動が検出されたときは、単独運転の発生が疑われるものの、単独運転が発生していないことも考えられる。
【００４８】
そこで、基準レベルを超える電気的変動が検出された場合（ステップＳ１のＹ）、主制御部２１は、予め定められた単独運転判別動作を実行し、単独運転が発生したか否かを判別することとする（ステップＳ２）。単独運転判別動作は、単独運転の発生の有無をより精度良く判別する動作であり、具体的内容については改めて説明する。
【００４９】
単独運転判別動作の実行により、単独運転が発生したと判別された場合（ステップＳ３のＹ）、主制御部２１は、ゲート信号Ｓｇを停止させ、ほぼ同時に、連系リレー１９を開くためのリレー切替信号Ｓｒを連系リレー１９に送出し、連系リレー１９を開いた状態に制御する。これにより、パワコン１の電力系統への連系が解除され、単独運転が停止される（ステップＳ４）。
【００５０】
一方、単独運転判別動作の実行により、単独運転は発生していないと判別された場合（ステップＳ３のＮ）、パワコン１の電力系統への連系を解除させる必要は無い。そのため主制御部２１は、連系リレー１９を開くこととせず、ステップＳ１の動作に戻る。上述した一連の連系状態制御動作が実行されることにより、パワコン装置２０は、単独運転の発生の有無を精度良く判別し、この判別の結果に応じた適切な処置を行うようになっている。
【００５１】
［単独運転判別動作について］
次に、単独運転判別動作（ステップＳ２）の具体的内容について、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００５２】
単独運転判別動作の開始に伴い、主制御部２１は、パワコン１の出力電力への能動的変化の付与を開始する（ステップＳ１１）。この能動的変化は、単独運転を判別するための意図的な誤差として与えられるものである。
【００５３】
より具体的には、主制御部２１は所定の変化付与信号を生成し、変化付与信号を制御器２２に出力することにより、能動的変化の付与を開始する。この変化付与信号は、電圧の周波数（交流電圧の基本波形の周波数であり、以下、「基本周波数」と称することがある）、基本電圧（交流電圧における基本周波数の成分）の振幅、力率（パワコン１から流れる電流と交流電圧との位相差）、および高調波電圧（基本電圧を基準とした高調波電圧）の振幅の各々について、パワコン１の出力電力に能動的変化が付与されるようにする信号である。
【００５４】
なお、基本周波数（電圧の周波数）、基本電圧の振幅、力率、および高調波電圧の振幅は、何れも、電力の状態に関するパラメータの一例である。また高調波電圧としては、例えば、３次高調波電圧、５次高調波電圧、７時高調波電圧などの各種類が挙げられるが、何れを採用するかについては特に限定されない。また何れか一種の高調波電圧のみを採用するのではなく、複数種を総合したものを、高調波電圧として採用しても構わない。
【００５５】
なお主制御部２１は、所定の周波数−位相特性を有するフィルタを用いて、変化付与信号を生成することが可能である。例えば、電圧検出信号Ｖｄにおける周波数から変動させる分の周波数（変動周波数）を求めた後、この変動周波数と所定の周波数−位相関係に基づいて変動させる分の位相を特定し、この特定された位相に基づいて変化付与信号を生成することが可能である。但し、変化付与信号を生成する手法については、これに限定されるものではない。
【００５６】
そして主制御部２１は、変化付与信号を出力してパワコン１の出力に能動的変化が付与されるようにしつつ、次の動作を実行する。主制御部２１は、電圧検出信号Ｖｄに基づいて連系点における基本周波数を検出し、この基本周波数の変化状況が所定の第１判別条件を満たしたかを判断する（ステップＳ１２）。
【００５７】
この第１判別条件は、連系点における基本周波数に基づいて、単独運転の発生の有無を暫定的に判別するための条件である。つまり第１判別条件が満たされた場合、電力系統の電力状態が、パワコン１の出力に付与された能動的変化に追従したとみなされ、単独運転が発生したと暫定的に判別される。
【００５８】
第１判別条件の具体的内容については、各種の態様とすることが可能であり、特に限定されない。一例を挙げれば、数百周期前の基本周波数を基準とし、基本周波数が一定以上の変化度合で一定期間以上、継続的に変化した場合に、第１判別条件が満たされたとすることが可能である。
【００５９】
なお電力系統の電圧の周波数に関しては、電力系統に何らかの電気的変動が生じたときに、過渡的に急激な位相急変状態となる。そのため、例えばパワコン１の出力に能動的変化の付与が開始された後の最初の１〜２周期の基本周波数は参考値とし、３周期目以降の基本周波数（例えば３〜５周期分）について、基準とする基本周波数から変化しているか否かを、第１判別条件としても良い。
【００６０】
また主制御部２１は、電圧検出信号Ｖｄに基づいて連系点における基本電圧の振幅を検出し、この基本電圧の振幅が、所定の第２判別条件を満たしたかを判断する（ステップＳ１３）。
【００６１】
この第２判別条件は、連系点における基本電圧の振幅の変化状況に基づいて、単独運転の発生の有無を暫定的に判別するための条件である。つまり第２判別条件が満たされた場合、電力系統の電力状態が、パワコン１の出力に付与された能動的変化に追従したとみなされ、単独運転が発生したと暫定的に判別される。
【００６２】
第２判別条件の具体的内容については、各種の態様とすることが可能であり、特に限定されない。一例を挙げれば、数周期前の基本電圧の振幅を基準とし、基本電圧の振幅が一定以上の度合で変化した場合に、第２判別条件が満たされたとすることが可能である。なお、能動的変化の付与が開始された後の最初の１周期だけではなく、例えばその後の数周期の期間に亘って基本電圧の振幅が変動し続けたか否かを、第２判別条件としても良い。
【００６３】
また主制御部２１は、電圧検出信号Ｖｄに基づいて連系点における高調波電圧の振幅を検出し、この高調波電圧の振幅が、所定の第３判別条件を満たしたかを判断する（ステップＳ１４）。
【００６４】
この第３判別条件は、連系点における高調波電圧の振幅の変化状況に基づいて、単独運転の発生の有無を暫定的に判別するための条件である。第３判別条件が満たされた場合、電力系統における電力状態が、パワコン１の出力に付与された能動的変化に追従したとみなされ、単独運転が発生したと暫定的に判別される。
【００６５】
第３判別条件の具体的内容については、各種の態様とすることが可能であり、特に限定されない。一例を挙げれば、数周期前の高調波電圧の振幅を基準とし、高調波電圧の振幅が一定以上の度合で変化した場合に、第３判別条件が満たされたとすることが可能である。なお、能動的変化の付与が開始された後の最初の１周期だけではなく、例えばその後の数周期の期間に亘って高調波電圧の振幅が変動し続けたか否かを、第３判別条件としても良い。
【００６６】
そして主制御部２１は、第１判別条件が満たされており（ステップＳ１５のＹ）、かつ、第２判別条件および第３判別条件の少なくとも一方が満たされている（ステップＳ１６のＹ）場合には、単独運転が発生したと判別し（ステップＳ１７）、単独運転判別動作を終了させる。
【００６７】
一方、主制御部２１は、第１判別条件が満たされていないとき（ステップＳ１５のＮ）や、第２判別条件および第３判別条件の何れも満たされていないとき（ステップＳ１６のＮ）には、パワコン１の出力への能動的変化の付与を開始してから、判別設定時間が経過したかを判断する（ステップＳ１８）。
【００６８】
この判別設定時間は、単独運転の判別に用いられる時間として、予め設定されているものである。主制御部２１は、判別設定時間が経過したと判断した場合には（ステップＳ１８のＹ）、単独運転は発生していないと判別し（ステップＳ１９）、単独運転判別動作を終了させる。一方、主制御部２１は、判別設定時間が経過していないと判断した場合には（ステップＳ１８のＮ）、ステップＳ１２の動作を繰り返す。
【００６９】
上述した単独運転判別動作によれば、第１判別条件が満たされただけでは単独運転が発生したとは判別されず、これに加えて、第２判別条件または第３判別条件が満たされたときに、単独運転が発生したと判別される。そのため、第１判別条件が満たされただけで単独運転が発生したと判別される場合に比べ、単独運転が発生したと誤って判別されることが抑えられるようになっている。
【００７０】
例えば、電力系統の電圧の周波数がたまたま一方向へ連続的に変動したようなとき、第１判別条件だけが考慮される場合には、単独運転が誤って判別されるおそれがある。しかし本実施形態のパワコン１によれば、第１判別条件に加えて、第２判別条件または第３判別条件が満たされないと単独運転が発生したとは判別されないため、電力系統の電圧の周波数がたまたま一方向へ連続的に変動したときでも、単独運転が誤って判別されることは回避される。
【００７１】
［単独運転判別動作の変形例について］
単独運転判別動作の具体的内容は上述した形態には限られず、様々な形態が採用され得る。ここで単独運転判別動作の変形例について、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００７２】
単独運転判別動作の開始に伴い、主制御部２１は、パワコン１の出力電力への能動的変化の付与を開始する（ステップＳ２１）。なおステップＳ２１の動作は、先述したステップＳ１１の動作と同等である。
【００７３】
そして主制御部２１は、変化付与信号を出力してパワコン１の出力に能動的変化が付与されるようにしつつ、次の動作を実行する。主制御部２１は、電圧検出信号Ｖｄに基づいて連系点における基本周波数を検出し、この基本周波数の変化状況が所定の第１判別条件を満たしたかを判断する（ステップＳ２２）。なおステップＳ２２の動作は、先述したステップＳ１２の動作と同等である。
【００７４】
そして第１判別条件が満たされている場合には（ステップＳ２３のＹ）、主制御部２１は、電圧検出信号Ｖｄに基づいて連系点における基本電圧の振幅を検出し、この基本電圧の振幅が、所定の第２判別条件を満たしたかを判断する（ステップＳ２４）。なおステップＳ２４の動作は、先述したステップＳ１３の動作と同等である。
【００７５】
そして主制御部２１は、第２判別条件が満たされている場合には（ステップＳ２５のＹ）、単独運転が発生したと判別し（ステップＳ２６）、単独運転判別動作を終了させる。一方、第２判別条件が満たされていない場合には（ステップＳ２５のＮ）、主制御部２１は、電圧検出信号Ｖｄに基づいて連系点における高調波電圧の振幅を検出し、この高調波電圧の振幅が、所定の第３判別条件を満たしたかを判断する（ステップＳ２７）。なおステップＳ２７の動作は、先述したステップＳ１４の動作と同等である。
【００７６】
そして主制御部２１は、第３判別条件が満たされている場合には（ステップＳ２８のＹ）、単独運転が発生したと判別し（ステップＳ２６）、単独運転判別動作を終了させる。一方、主制御部２１は、第１判別条件が満たされていない場合（ステップＳ２３のＮ）、或いは第３判別条件が満たされていない場合（ステップＳ２８のＮ）には、パワコン１の出力への能動的変化の付与を開始してから、判別設定時間が経過したかを判断する（ステップＳ２９）。なおステップＳ２９の動作は、先述したステップＳ１８の動作と同等である。
【００７７】
主制御部２１は、判別設定時間が経過したと判断した場合には（ステップＳ２９のＹ）、単独運転は発生していないと判別し（ステップＳ３０）、単独運転判別動作を終了させる。一方、主制御部２１は、判別設定時間が経過していないと判断した場合には（ステップＳ２９のＮ）、ステップＳ２２の動作を繰り返す。
【００７８】
上述した変形例に係る単独運転判別動作によっても、第１判別条件が満たされただけでは単独運転が発生したとは判別されない。第１判別条件が満たされ、かつ、第２判別条件または第３判別条件が満たされたときに、単独運転が発生したと判別される。そのため、第１判別条件が満たされただけで単独運転が発生したと判別される場合に比べ、単独運転が発生したと誤って判別されることが抑えられるようになっている。
【００７９】
また当該変形例に係る単独運転判別動作によれば、第１判別条件および第２判別条件が満たされた場合には（ステップＳ２５のＹを参照）、直ちに単独運転が発生したと判別され、第３判別条件が満たされているかの判断動作（ステップＳ２７を参照）の実行を、省略することが可能となっている。なお当該変形例では、第２判別条件が満たされているかの判断動作が、第３判別条件が満たされているかの判断動作より先に行われるようになっているが、何れが先に行われるようにしても構わない。
【００８０】
［二次電池を用いる場合について］
先述したように、直流電源２として二次電池が用いられる場合、パワコン１は二次電池を放電させるだけでなく、充電させることも可能となるように構成される。具体的には、パワコン１は、双方向の電力変換装置（二次電池を放電させる方向には電力の直流−交流変換を行い、充電させる方向には電力の交流−直流変換を行う装置）として構成され、二次電池の充放電が行われるように動作する。
【００８１】
これによりパワコン１は、二次電池を放電させる場合には、二次電池の放電により得られる直流電力を交流の出力電力に変換し、電力系統に出力するように動作する。なおこの際、これまでに説明した連系状態制御動作（ステップＳ１〜Ｓ４）が実行されることになる。
【００８２】
一方、パワコン１は、二次電池を充電させる場合には、電力系統から得られる交流電力を直流に変換して二次電池に送出し、二次電池を充電するように動作する。なおこの際にも、上述の連系状態制御動作に準じた動作が実行されるようにしても良い。
【００８３】
２．第２実施形態
次に第２実施形態について説明する。なお第２実施形態は、単独運転判別動作の内容を除き、基本的には第１実施形態と同様である。以下の説明では、第１実施形態と異なる点の説明に重点を置き、第１実施形態と同等の点については説明を省略することがある。
【００８４】
本実施形態に係るパワコン１は、単独運転判別動作において、連系点における電力或いは電圧が変化している方向に応じて、パワコン１の出力電力の大きさを変化させるようになっている。すなわちパワコン１は、第１実施形態においてパワコン１の出力に付与していた能動的変化（１次的変化）に加え、更に２次的変化として、上述したような出力電力の大きさの変化を、パワコン１の出力に対して与えるようになっている。
【００８５】
この２次的変化は、連系点における電力或いは電圧が増大側の方向に変化しているときは、増大側の方向の変化（パワコン１の出力電力を大きくする変化）として、連系点における電力或いは電圧が減少側の方向に変化しているときは、減少側の方向の変化（パワコン１の出力電力を小さくする変化）として、パワコン１の出力電力に付与されることになる。
【００８６】
なお連系点における高調波電圧のみが変化した場合（パワコン１の出力電力と負荷５が消費する電力が、ちょうど釣り合っている場合）には、パワコン１の出力電力を変化させる方向は、増大側と減少側の何れとしても構わない。
【００８７】
このような２次的変化を加え、連系点における電力或いは電圧が２次的変化に追従することが確認できれば、単独運転が発生したと判定し、逆に追従しない場合には単独運転は発生していないと判定することが可能である。本実施形態ではこのような２次的変化を与えることによって、単独運転の検出の確実性をより一層高めることが可能となっている。
【００８８】
例えば、電力系統の電圧の周波数がたまたま一方向へ連続的に変動し、更に、基本電圧や高調波電圧の振幅についても、あたかも単独運転の発生時のように変化が生じるケースであっても、第２実施形態のパワコン１によれば、単独運転の誤判別を抑えることが可能である。
【００８９】
なお、上述したような２次的変化を与えるための手法としては、各種の形態が採用され得る。一例としては次のように、主制御部２１が、パワコン１の出力電力に２次的変化を与えるようにすることが可能である。
【００９０】
すなわち主制御部２１は、単独運転判別動作の実行時において、連系点における基準電圧或いは高調波電圧の振幅がある方向（増大側或いは減少側の方向）に変化したことを検出したとき、パワコン１の出力電力に２次的変化が付与されるように、制御器２２に指令を出す。
【００９１】
なおこの指令は、連系点における基準電圧或いは高調波電圧の振幅が増大側の方向に変化していたときは、パワコン１の出力電力が所定量だけ増大するようにし、連系点における基準電圧或いは高調波電圧の振幅が減少側の方向に変化していたときは、パワコン１の出力電力が所定量だけ減少するようにする指令である。
【００９２】
また制御器２２は、この指令を受けたときには、当該指令に従ってパワコン１の出力電力が変化するように、インバータ操作量を決定する。これにより結果として、連系点における電圧が変化している方向に応じて、パワコン１の出力電力の大きさを変化させることが可能である。
【００９３】
上述したように、第２実施形態に係るパワコン１は、連系点における電力状態の値が変動している方向を検出し、該検出された方向に応じて、パワコン１の出力電力の大きさを調節するようになっている。そのため、単独運転の検出の確実性をより一層高めることが可能となっている。
【００９４】
３．第３実施形態
次に第３実施形態について説明する。なお第３実施形態は、単独運転判別動作の内容を除き、基本的には第１実施形態と同様である。以下の説明では、第１実施形態と異なる点の説明に重点を置き、第１実施形態と同等の点については説明を省略することがある。
【００９５】
本実施形態に係るパワコン１は、常時（単独運転が発生する前から）、パワコン１の出力電力と負荷電力（負荷５が消費する電力）とのバランス（以下「電力バランス」と称する）を把握しておく。そしてこの電力バランスに基づいて、単独運転を判別するための条件（例えば、第１実施形態の説明で述べた第１〜第３判別条件）の内容を決定する。
【００９６】
なお単独運転の発生時での、連系点における基本周波数や基本電圧等の振幅の変化の傾向は、電力バランスによって異なることが分かっている。図６は、電力バランスによって、これらの傾向がどのようになるかを例示したグラフである。
【００９７】
なお図６において、横軸は負荷電力とパワコン１の出力電力との有効電力の差を、縦軸は負荷電力とパワコン１の出力電力との無効電力の差を、それぞれ表している。なお図６に示すＰ点（５％,５％）は、例えばパワコン１の出力電力が４ｋＷであるのに対し、負荷電力が４．２ｋＷ＋２００Ｖａｒであることを示している。
【００９８】
図６に示すように、有効電力について、負荷電力がパワコン１の出力電力より大きいときには、単独運転発生時での連系点における基本電圧は低下する傾向にある。一方、有効電力について、負荷電力がパワコン１の出力電力より小さいときには、単独運転発生時での連系点における基本電圧は上昇する傾向にある。また有効電力について、負荷電力とパワコン１の出力電力との差が約５％より小さいときには、単独運転発生時での連系点における高調波電圧は上昇する傾向にある。
【００９９】
また無効電力について、負荷電力がパワコン１の出力電力より誘導性にある場合には、単独運転発生時での連系点における基本周波数は上昇する傾向にある。一方、無効電力について、負荷電力がパワコン１の出力電力より容量性にある場合には、単独運転発生時での連系点における基本周波数は低下する傾向にある。
【０１００】
このように、負荷電力とパワコン１の出力電力について、有効電力に差が有る場合は、単独運転が発生したときに基本電圧の振幅が変化するし、無効電力に差が有る場合は、単独運転が発生したとき基本周波数が変化することになる。
【０１０１】
上述したことから、予め電力バランスが判れば、単独運転発生時における連系点での基本周波数や基本電圧等の振幅の変化の傾向を、予め想定しておくことができる。そのため本実施形態のパワコン１によれば、現在の電力バランスに応じて単独運転を判別するための条件を適切に決定し、単独運転をより精度良く判別することが可能である。
【０１０２】
一例を挙げれば、パワコン１は、単独運転の発生時に連系点での基本周波数や基本電圧等の振幅が変化するレベル或いは方向等を、現時点の電力バランスに基づいて予め想定しておく。そして、実際にこの想定通りの変化が生じたら単独運転が発生したと暫定的に判別されるように、第１〜第３判別条件を決定しておく。
【０１０３】
なお、電力バランスを把握するための手法としては、各種の形態が採用され得る。一例としては図７に示すように、負荷５と系統遮断器４との間に、パワコン１から電力系統側への逆潮流電力を継続的に検出するセンサ３０を設けておく。そしてセンサ３０の検出結果の情報が、パワコン制御装置２０へ伝送されるようにしておく。
【０１０４】
これによりパワコン制御装置２０は、パワコン１の出力電力と負荷電力との釣合バランスが判り、負荷電力がわかることとなる。そのためパワコン制御装置２０は、電力バランスを把握し、この電力バランスに基づいて、単独運転を判別するための条件の内容を決定することが可能である。
【０１０５】
上述したように、第３実施形態に係るパワコン１は、パワコン１の出力電力と連系点に接続された負荷５の電力とのバランスを把握し、このバランスに基づいて、単独運転を判別するための判別条件を決定するようになっている。そのためこのバランスに応じて判別条件を適切に決定し、単独運転をより精度良く判別することが可能となっている。
【０１０６】
なお第２実施形態では、単独運転の発生時に、連系点における電圧等が変化している方向に応じて、パワコン１の出力電力を変化させるようにするため、この変化している方向を検出するまでにある程度の時間を要することになる。この点、第３実施形態では、単独運転が発生する前から電力バランスを把握しておき、単独運転の発生に備えるようになっているため、より迅速な対応が可能となっている。
【０１０７】
但し、電力バランスが均衡している状況（つまり、パワコン１の出力電力と負荷電力とがほぼ同等である状況）では、単独運転発生時での連系点における基本周波数や基本電圧等の振幅の変化の傾向を、予め想定しておくことは比較的難しくなる。そこで後述する第４実施形態は、このような問題点を解決するものとなっている。
【０１０８】
４．第４実施形態
次に第４実施形態について説明する。なお第４実施形態は、単独運転判別動作の内容を除き、基本的には第１実施形態と同様である。以下の説明では、第１実施形態と異なる点の説明に重点を置き、第１実施形態と同等の点については説明を省略することがある。
【０１０９】
本実施形態に係るパワコン１は、第３実施形態の場合と同様に、常時、パワコン１の出力電力と負荷電力とのバランス（電力バランス）を把握しておく。そしてこの電力バランスを意図的に不均衡とするように（つまり、パワコン１の出力電力と負荷電力とが釣り合わないように）、予めパワコン１の出力電力を調節しておく。
【０１１０】
なお、電力バランスを意図的に不均衡とするための手法としては、各種の形態が採用され得る。一例としては主制御部２１が、電力バランスを意図的に不均衡とするために、パワコン１の出力電力に必要な変化を与えるようにすることが可能である。
【０１１１】
すなわち主制御部２１は、電力バランスを常時把握しておく。そして主制御部２１は、電力バランスが均衡している状況では、電力バランスを不均衡とするために必要な変化がパワコン１の出力電力に付与されるように、制御器２２に指令を出す。そして制御器２２は、この指令を受けたときには、当該指令に従ってパワコン１の出力電力が変化するように、インバータ操作量を決定する。
【０１１２】
例えば、負荷電力（Ｐ１，Ｑ１）が（３．８ｋＷ，０．１ｋＶａｒ）の場合には、パワコン１の出力電力（Ｐ２，Ｑ２）が（４．０ｋＷ，−０．２ｋＶａｒ）となるように、インバータ操作量が決定されるようにする。これにより結果として、電力バランスが不均衡となるように、パワコン１の出力電力を変化させることが可能である。
【０１１３】
このようにして電力バランスを不均衡に維持しておけば、単独運転発生時での連系点における基本周波数や基本電圧等の振幅の変化等は、容易に推定可能となる。そのため本実施形態のパワコン１によれば、単独運転をより精度良く判別することが可能である。
【０１１４】
上述したように、第４実施形態に係るパワコン１は、パワコン１の出力電力と連系点に接続された負荷の電力とのバランスを把握し、このバランスが不均衡となるように、パワコン１の出力電力を調節するようになっている。そのため、単独運転をより精度良く判別することが可能となっている。
【０１１５】
［その他］
以上までに説明した通り、本実施形態に係るパワコン１（電力変換装置）は、電力系統に連系し、直流電力を交流の出力電力に変換して該電力系統に出力するようになっている。そしてパワコン１は、出力電力に能動的変化を付与したときの、連系点における電力の状態に関するパラメータに基づいて、単独運転の発生を判別する機能部（単独運転判別部）を備えている。
【０１１６】
そして単独運転判別部は、このパラメータの一種である電圧の周波数（基本周波数）が予め設定された判別条件（第１判別条件）を満たし、かつ、別の種類のパラメータ（基本電圧または高調波電圧の振幅）が予め設定された判別条件（第２または第３判別条件）を満たした場合に、単独運転が発生したと判別する。
【０１１７】
なお本実施形態では、電圧の周波数とは別の種類のパラメータとして、基本電圧または高調波電圧の振幅が採用されている。但しこの形態は一例であって、その他の形態が採用されていても構わない。
【０１１８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明は、電力系統に連系するパワーコンディショナ等に利用することができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１ パワーコンディショナ（電力変換装置）
２ 直流電源（分散電源）
３ 系統電源
４ 系統遮断機
５ 負荷
１２ コンデンサ
１４ インバータ回路
１５ インダクタ
１６ コンデンサ
１７ 電流検出回路
１８ 電圧検出回路
１９ 連系リレー
２０ パワコン制御装置
２１ 主制御部
２２ 制御器
２３ ＰＷＭコンパレータ
２４ 三角波生成回路
３０ センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置、ならびにこれを備えた電力供給システムおよび充放電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力系統に連系し、分散電源が発生させた電力を電力系統に供給するパワーコンディショナ（以下「パワコン」と略記することがある）が広く利用されている。パワコンは、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の一形態である。
【０００３】
ところでパワコンの使用にあたっては、単独運転の発生に留意する必要がある。単独運転は、例えば電力系統が停電しているにも関わらず、分散電源が電力供給を継続することである。安全性の観点などから、単独運転は極力回避されるべきであり、また単独運転が発生した場合には、分散電源を電力系統から速やかに切り離すといった措置が必要となる。
【０００４】
そのためパワコンには、単独運転を判別する手段（単独運転の発生の有無を判別する手段）が設けられており、単独運転が発生した場合には、分散電源を電力系統から切り離すようになっている。
【０００５】
また単独運転を判別する手法としては、受動的手法や能動的手法が挙げられる。能動的手法は、例えば、意図的に正常時の電力系統に整合しないようにした（能動的変化を与えておいた）電力を出力し、連系点の電力状態がこれに追従するかどうかを見ることにより、単独運転を判別する手法である。能動的手法によれば、受動的手法では単独運転が判別されない状態、例えば、分散電源の発電量と電力系統上の負荷電力量が釣り合っている平衡状態であっても、単独運転を判別することが可能となる。
【０００６】
能動的手法の一つとしては、パワコンの出力電圧の周波数に能動的変化を与えておき、連系点における電圧の周波数を検出することにより、単独運転を判別する手法が挙げられる。なお能動的変化は、例えば単独運転の発生が疑われるとき（つまり、電力系統に何らかの電気的変動が検出されたとき）に、与えられるようにする。
【０００７】
そして連系点の電圧の周波数がこの変化に追従せず、正常な周波数範囲を逸脱しなければ、単独運転は発生していないと判別される。逆に連系点の電圧の周波数がこの変化に追従し、正常な周波数範囲を逸脱すれば、単独運転が発生していると判別される。正常な周波数範囲は、例えば５０Ｈｚの電力系統の場合、５０±２Ｈｚの範囲（電力系統が正常な状態では、逸脱することが無いと想定される範囲）とされる。
【０００８】
単独運転が発生していなければ、パワコンの出力の変化が電力系統に与える影響は微小であるため、連系点の電圧の周波数は正常な周波数範囲を逸脱しないが、そうでなければ、連系点の電圧の周波数は当該変化に追従し、正常な周波数範囲を逸脱することになる。そのため上述した能動的手法により、単独運転を判別することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−３５６１９号公報
【特許文献２】特許第４６４５７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上述したように連系点の電圧の周波数の検出結果に基づいて単独運転を判別する手法によれば、電力系統の電圧の周波数がたまたま一方向へ連続的に変動したような場合に、単独運転が誤って判別されるおそれがある。
【００１１】
すなわち、実際には単独運転は発生していないにも関わらず、何らかの原因によって電力系統の電圧の周波数がこのように（あたかも単独運転が発生したように）変動し、単独運転が発生したと誤って判別されるおそれがある。単独運転が誤って判別されることは、分散電源を電力系統から切り離す動作等が不必要に行われる事態を招くため、極力抑えられる必要がある。
【００１２】
本発明は上述した問題に鑑み、単独運転が誤って判別されることをより確実に抑えることが可能となる電力変換装置、ならびにこれを用いた電力供給システムおよび充放電システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る電力変換装置は、電力系統に連系し、直流電力を交流の出力電力に変換して該電力系統に出力する電力変換装置であって、前記出力電力に能動的変化を付与したときの、連系点における電力の状態に関するパラメータに基づいて、単独運転の発生を判別する単独運転判別部を備え、前記単独運転判別部は、前記パラメータの一種である電圧の周波数が予め設定された判別条件を満たし、かつ、別の種類の前記パラメータが予め設定された判別条件を満たした場合に、単独運転が発生したと判別する構成とする。
【００１４】
本構成によれば、単独運転の発生を判別するにあたり、連系点における電圧の周波数だけではなく、これとは異なる電力の状態に関するパラメータについても、所定の判別条件が満たされたか否かが考慮される。そのため、単独運転が誤って判別されることをより確実に抑えることが可能となる。なお電力の状態に関するパラメータは、具体例として、基本電圧の振幅や高調波電圧の振幅などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１５】
また上記構成としてより具体的には、前記別の種類のパラメータは、基本電圧の振幅または高調波電圧の振幅である構成としてもよい。
【００１６】
また上記構成において、前記電力状態の値が変動している方向を検出し、該検出された方向に応じて、前記出力電力の大きさを調節する構成としてもよい。本構成によれば、単独運転の検出の確実性をより一層高めることが可能となる。
【００１７】
また上記構成において、前記出力電力と連系点に接続された負荷の電力とのバランスを把握し、前記バランスに基づいて、前記判別条件を決定する構成としてもよい。本構成によれば、当該バランスに応じて判別条件を適切に決定し、単独運転をより精度良く判別することが可能となる。
【００１８】
また上記構成において、前記出力電力と連系点に接続された負荷の電力とのバランスを把握し、前記バランスが不均衡となるように、前記出力電力を調節する構成としてもよい。本構成によれば、単独運転をより精度良く判別することが可能となる。
【００１９】
また、二次電池に接続され、該二次電池の放電により得られる前記直流電力を交流の出力電力に変換して、前記電力系統に出力する上記構成に係る電力変換装置において、前記電力系統から得られる交流電力を直流に変換して前記二次電池に送出し、該二次電池を充電させる構成としても良い。
【００２０】
また本発明に係る電力供給システムは、上記構成に係る電力変換装置と、前記直流電力を該電力変換装置に供給する直流電源と、を備え、前記直流電力を交流電力に変換して、前記電力系統に出力する構成とする。本構成によれば、上記構成に係る電力変換装置の利点を享受することが可能となる。
【００２１】
また本発明に係る充放電システムは、上記構成に係る電力変換装置と、前記電力変換装置に接続される二次電池と、を備え、前記二次電池の充放電を行う構成とする。本構成によれば、上記構成に係る電力変換装置の利点を享受することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
上述した通り、本発明に係る電力変換装置によれば、単独運転の発生を判別するにあたり、連系点における電圧の周波数だけではなく、これとは異なる電力の状態に関するパラメータについても、所定の判別条件が満たされたか否かが考慮される。そのため、単独運転が誤って判別されることをより確実に抑えることが可能となる。
【００２３】
また本発明に係る電力供給システム、或いは充放電システムによれば、本発明に係る電力変換装置の利点を享受することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係るパワコンの構成図（電力系統に連系した状態）である。
【図２】本発明の実施形態に係るパワコン制御装置の構成図である。
【図３】連系状態制御動作に関するフローチャートである。
【図４】単独運転判別動作に関するフローチャートである。
【図５】単独運転判別動作に関する別のフローチャートである。
【図６】連系点における電力状態に関する説明図である。
【図７】逆潮流電力を検出するセンサを設けた場合のパワコンの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態について、第１実施形態から第４実施形態のパワーコンディショナ（パワコン）を挙げて、以下に説明する。
【００２６】
１．第１実施形態
まず第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態のパワコンの構成図（電力系統に連系した状態）を表している。本図に示すように、パワコン１は端子Ｔ１およびＴ２を有しており、端子Ｔ１には直流電源２が接続され、端子Ｔ２（連系点）には既存の電力系統が接続されている。
【００２７】
なお直流電源２は、例えば太陽光発電システムや二次電池であり、直流電力をパワコン１に供給するものである。直流電源２として二次電池が用いられる場合、パワコン１は二次電池を放電させるだけでなく、充電させることも可能となるように構成される。また直流電源２は、電力系統から見れば分散電源の一つに相当する。
【００２８】
また電力系統は、電力配線に系統電源３や電力系統の遮断に用いられる系統遮断機４などが接続され形成されている。なお本実施形態での電力系統は、５０Ｈｚ（正常周波数範囲は５０±２Ｈｚ）の商用電源を伝送するものとする。連系点には、電力系統などから電力供給を受ける負荷５（各種電気機器など）も接続される。また電力系統については、他の形態（例えば６０Ｈｚの商用電源を伝送するもの）であっても同様に考えることができる。
【００２９】
［パワコンの構成等について］
次にパワコン１の構成等について説明する。図１に示すようにパワコン１は、コンデンサ１２、インバータ回路１４、インダクタ１５、コンデンサ１６、電流検出回路１７、電圧検出回路１８、連系リレー１９、およびパワコン制御装置２０などを備えている。
【００３０】
直流電源２から送出された電力は、コンデンサ１２によって状態が整えられ、インバータ回路１４に届けられる。インバータ回路１４は、受取った電力を交流に変換し、後段側に送出する。なおインバータ回路１４は、パワコン制御装置２０から受取ったゲート信号Ｓｇに応じて動作する。
【００３１】
インバータ回路１４から送出された電力は、インダクタ１５やコンデンサ１６によって波形が整えられ、連系リレー１９を介して、電力系統に出力される。
【００３２】
連系リレー１９は、パワコン制御装置２０から受取ったリレー切替信号Ｓｒに応じて、開閉が切替えられる。通常は、連系リレー１９は閉じられており、パワコン１および直流電源２が電力系統に連系されるが、連系リレー１９が開かれると、当該連系は解除される。
【００３３】
また電流検出回路１７は、パワコン１と電力系統が連系している連系点の電流（端子Ｔ２を流れる電流と同等）の値を、継続的に検出する回路である。電流検出回路１７によって検出された電流値の情報は、電流検出信号Ｉｄとして、パワコン制御装置２０に伝送される。
【００３４】
電圧検出回路１８は、パワコン１と電力系統が連系している連系点の電圧（端子Ｔ２の両極間における電圧と同等）の値を、継続的に検出する回路である。電圧検出回路１８によって検出された電圧値の情報は、電圧検出信号Ｖｄとして、パワコン制御装置２０に伝送される。
【００３５】
パワコン制御装置２０は、電流検出信号Ｉｄや電圧検出信号Ｖｄを継続的に受取ることにより、連系点における電力、電圧、および電流を継続的に検出することが可能となっている。
【００３６】
パワコン制御装置２０は、受取った電流検出信号Ｉｄおよび電圧検出信号Ｖｄに基づいて、各種の演算処理などを実行し、適切な動作がなされるようにパワコン１を制御する装置である。パワコン制御装置２０は、ゲート信号Ｓｇを送出してインバータ回路１４を制御するとともに、リレー切替信号Ｓｒを送出して連系リレー１９を制御する。
【００３７】
ここでパワコン１の通常時の出力電力は、所定の連系規定に準拠している必要がある。すなわち、パワコン１の出力に係る電流歪率や力率などが規定の範囲内に収まることや、出力される電流の波形を正弦波とすること等が必要とされる。また電力系統の電力状態を乱さぬように、パワコン１の出力電力が、電力系統に整合することも必要とされる。
【００３８】
パワコン制御装置２０は、通常時、このような条件が満たされるように、電流検出信号Ｉｄおよび電圧検出信号Ｖｄに基づいてゲート信号Ｓｇを生成して送出し、インバータ回路１４をＰＷＭ［Pulse Width Modulation］方式等によって制御する。
【００３９】
［パワコン制御装置の具体的構成について］
パワコン制御装置２０は、上述した動作を行うように構成されるが、その具体的形態については特に限定されない。例えば、必要な各処理を主にソフトウェア処理によって実現する構成であっても良く、主にハードウェア処理によって実現する構成であっても良い。本実施形態におけるパワコン制御装置２０の構成は、一例として図２に示す構成となっている。当該構成について以下に説明する。
【００４０】
図２に示すようにパワコン制御装置２０は、主制御部２１、制御器２２、ＰＷＭコンパレータ２３、および三角波生成回路２４などを備えている。
【００４１】
主制御部２１は、電圧検出回路１８から電圧検出信号Ｖｄが入力されるようになっており、当該信号に応じた各種処理を実行する回路である。主制御部２１は、パワコン１の出力（交流の出力電圧）に能動的変化を付与するための変化付与信号を、制御器２２に出力することが可能となっている。また主制御部２１は、連系リレー１９へリレー切替信号Ｓｒを出力する機能も有している。
【００４２】
制御器２２は、電圧検出信号Ｖｄおよび電流検出信号Ｉｄが入力されるようになっており、これらの信号に基づいてインバータ操作量（系統電圧の波形とほぼ同等となる、電圧指令波形を表す）の信号を生成して出力する。制御器２２は、例えば検出される交流電圧と交流電流との合成和に基づいた信号を、インバータ操作量の信号として生成する。但し制御器２２は、主制御部２１から変化付与信号が入力されているときは、この信号をも加えてインバータ操作量を生成する。これにより、パワコン１の出力に能動的変化が付与されるように、インバータ操作量の信号が生成される。
【００４３】
ＰＷＭコンパレータ２３は、非反転入力端子に制御器２２の出力（インバータ操作量の信号）が入力され、反転入力端子に三角波生成回路２４が生成する基準三角波の信号が入力される。ＰＷＭコンパレータ２８はこれらの比較結果に応じたパルス信号を、ゲート信号Ｓｇとしてインバータ回路１４へ出力する。
【００４４】
［連系状態制御動作について］
ところで単独運転が発生したときは、パワコン１における電力系統への連系を、速やかに解除させる必要がある。そこでパワコン制御装置２０は、上述したようなインバータ回路１４の制御に並行して、単独運転が発生したか否かに応じてパワコン１と電力系統との連系状態を適切に制御するための、連系状態制御動作を実行するようになっている。以下、この連系状態制御動作について、図３に示すフローチャートを参照しながら、より詳細に説明する。
【００４５】
主制御部２１は、通常時、電圧検出信号Ｖｄ等に基づいて、電力系統に基準レベルを超える電気的変動が生じたかを、継続的に監視するようになっている（ステップＳ１）。なおここでの「電気的変動」は、例えば、電圧低下、周波数の変化、位相跳躍、および高調波電圧の変化のうちの、一つまたは複数が該当する。
【００４６】
単独運転が発生する原因としては、例えば落雷の影響による電力系統の遮断が考えられる。そしてこのような電力系統の遮断が生じたとき、少なくとも一時的に、上述したような電気的変動が生じる。このことから、当該電気的変動がある程度のレベルを超えたときは、単独運転の発生が疑われることになる。上述した「基準レベル」は、単独運転の発生が疑われる程度のレベルに設定されている。
【００４７】
しかしながら、単独運転が発生していなくても、何らかの原因により、電気的変動が基準レベルを超える可能性がある。すなわち、基準レベルを超える電気的変動が検出されたときは、単独運転の発生が疑われるものの、単独運転が発生していないことも考えられる。
【００４８】
そこで、基準レベルを超える電気的変動が検出された場合（ステップＳ１のＹ）、主制御部２１は、予め定められた単独運転判別動作を実行し、単独運転が発生したか否かを判別することとする（ステップＳ２）。単独運転判別動作は、単独運転の発生の有無をより精度良く判別する動作であり、具体的内容については改めて説明する。
【００４９】
単独運転判別動作の実行により、単独運転が発生したと判別された場合（ステップＳ３のＹ）、主制御部２１は、ゲート信号Ｓｇを停止させ、ほぼ同時に、連系リレー１９を開くためのリレー切替信号Ｓｒを連系リレー１９に送出し、連系リレー１９を開いた状態に制御する。これにより、パワコン１の電力系統への連系が解除され、単独運転が停止される（ステップＳ４）。
【００５０】
一方、単独運転判別動作の実行により、単独運転は発生していないと判別された場合（ステップＳ３のＮ）、パワコン１の電力系統への連系を解除させる必要は無い。そのため主制御部２１は、連系リレー１９を開くこととせず、ステップＳ１の動作に戻る。上述した一連の連系状態制御動作が実行されることにより、パワコン装置２０は、単独運転の発生の有無を精度良く判別し、この判別の結果に応じた適切な処置を行うようになっている。
【００５１】
［単独運転判別動作について］
次に、単独運転判別動作（ステップＳ２）の具体的内容について、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００５２】
単独運転判別動作の開始に伴い、主制御部２１は、パワコン１の出力電力への能動的変化の付与を開始する（ステップＳ１１）。この能動的変化は、単独運転を判別するための意図的な誤差として与えられるものである。
【００５３】
より具体的には、主制御部２１は所定の変化付与信号を生成し、変化付与信号を制御器２２に出力することにより、能動的変化の付与を開始する。この変化付与信号は、電圧の周波数（交流電圧の基本波形の周波数であり、以下、「基本周波数」と称することがある）、基本電圧（交流電圧における基本周波数の成分）の振幅、力率（パワコン１から流れる電流と交流電圧との位相差）、および高調波電圧（基本電圧を基準とした高調波電圧）の振幅の各々について、パワコン１の出力電力に能動的変化が付与されるようにする信号である。
【００５４】
なお、基本周波数（電圧の周波数）、基本電圧の振幅、力率、および高調波電圧の振幅は、何れも、電力の状態に関するパラメータの一例である。また高調波電圧としては、例えば、３次高調波電圧、５次高調波電圧、７時高調波電圧などの各種類が挙げられるが、何れを採用するかについては特に限定されない。また何れか一種の高調波電圧のみを採用するのではなく、複数種を総合したものを、高調波電圧として採用しても構わない。
【００５５】
なお主制御部２１は、所定の周波数−位相特性を有するフィルタを用いて、変化付与信号を生成することが可能である。例えば、電圧検出信号Ｖｄにおける周波数から変動させる分の周波数（変動周波数）を求めた後、この変動周波数と所定の周波数−位相関係に基づいて変動させる分の位相を特定し、この特定された位相に基づいて変化付与信号を生成することが可能である。但し、変化付与信号を生成する手法については、これに限定されるものではない。
【００５６】
そして主制御部２１は、変化付与信号を出力してパワコン１の出力に能動的変化が付与されるようにしつつ、次の動作を実行する。主制御部２１は、電圧検出信号Ｖｄに基づいて連系点における基本周波数を検出し、この基本周波数の変化状況が所定の第１判別条件を満たしたかを判断する（ステップＳ１２）。
【００５７】
この第１判別条件は、連系点における基本周波数に基づいて、単独運転の発生の有無を暫定的に判別するための条件である。つまり第１判別条件が満たされた場合、電力系統の電力状態が、パワコン１の出力に付与された能動的変化に追従したとみなされ、単独運転が発生したと暫定的に判別される。
【００５８】
第１判別条件の具体的内容については、各種の態様とすることが可能であり、特に限定されない。一例を挙げれば、数百周期前の基本周波数を基準とし、基本周波数が一定以上の変化度合で一定期間以上、継続的に変化した場合に、第１判別条件が満たされたとすることが可能である。
【００５９】
なお電力系統の電圧の周波数に関しては、電力系統に何らかの電気的変動が生じたときに、過渡的に急激な位相急変状態となる。そのため、例えばパワコン１の出力に能動的変化の付与が開始された後の最初の１〜２周期の基本周波数は参考値とし、３周期目以降の基本周波数（例えば３〜５周期分）について、基準とする基本周波数から変化しているか否かを、第１判別条件としても良い。
【００６０】
また主制御部２１は、電圧検出信号Ｖｄに基づいて連系点における基本電圧の振幅を検出し、この基本電圧の振幅が、所定の第２判別条件を満たしたかを判断する（ステップＳ１３）。
【００６１】
この第２判別条件は、連系点における基本電圧の振幅の変化状況に基づいて、単独運転の発生の有無を暫定的に判別するための条件である。つまり第２判別条件が満たされた場合、電力系統の電力状態が、パワコン１の出力に付与された能動的変化に追従したとみなされ、単独運転が発生したと暫定的に判別される。
【００６２】
第２判別条件の具体的内容については、各種の態様とすることが可能であり、特に限定されない。一例を挙げれば、数周期前の基本電圧の振幅を基準とし、基本電圧の振幅が一定以上の度合で変化した場合に、第２判別条件が満たされたとすることが可能である。なお、能動的変化の付与が開始された後の最初の１周期だけではなく、例えばその後の数周期の期間に亘って基本電圧の振幅が変動し続けたか否かを、第２判別条件としても良い。
【００６３】
また主制御部２１は、電圧検出信号Ｖｄに基づいて連系点における高調波電圧の振幅を検出し、この高調波電圧の振幅が、所定の第３判別条件を満たしたかを判断する（ステップＳ１４）。
【００６４】
この第３判別条件は、連系点における高調波電圧の振幅の変化状況に基づいて、単独運転の発生の有無を暫定的に判別するための条件である。第３判別条件が満たされた場合、電力系統における電力状態が、パワコン１の出力に付与された能動的変化に追従したとみなされ、単独運転が発生したと暫定的に判別される。
【００６５】
第３判別条件の具体的内容については、各種の態様とすることが可能であり、特に限定されない。一例を挙げれば、数周期前の高調波電圧の振幅を基準とし、高調波電圧の振幅が一定以上の度合で変化した場合に、第３判別条件が満たされたとすることが可能である。なお、能動的変化の付与が開始された後の最初の１周期だけではなく、例えばその後の数周期の期間に亘って高調波電圧の振幅が変動し続けたか否かを、第３判別条件としても良い。
【００６６】
そして主制御部２１は、第１判別条件が満たされており（ステップＳ１５のＹ）、かつ、第２判別条件および第３判別条件の少なくとも一方が満たされている（ステップＳ１６のＹ）場合には、単独運転が発生したと判別し（ステップＳ１７）、単独運転判別動作を終了させる。
【００６７】
一方、主制御部２１は、第１判別条件が満たされていないとき（ステップＳ１５のＮ）や、第２判別条件および第３判別条件の何れも満たされていないとき（ステップＳ１６のＮ）には、パワコン１の出力への能動的変化の付与を開始してから、判別設定時間が経過したかを判断する（ステップＳ１８）。
【００６８】
この判別設定時間は、単独運転の判別に用いられる時間として、予め設定されているものである。主制御部２１は、判別設定時間が経過したと判断した場合には（ステップＳ１８のＹ）、単独運転は発生していないと判別し（ステップＳ１９）、単独運転判別動作を終了させる。一方、主制御部２１は、判別設定時間が経過していないと判断した場合には（ステップＳ１８のＮ）、ステップＳ１２の動作を繰り返す。
【００６９】
上述した単独運転判別動作によれば、第１判別条件が満たされただけでは単独運転が発生したとは判別されず、これに加えて、第２判別条件または第３判別条件が満たされたときに、単独運転が発生したと判別される。そのため、第１判別条件が満たされただけで単独運転が発生したと判別される場合に比べ、単独運転が発生したと誤って判別されることが抑えられるようになっている。
【００７０】
例えば、電力系統の電圧の周波数がたまたま一方向へ連続的に変動したようなとき、第１判別条件だけが考慮される場合には、単独運転が誤って判別されるおそれがある。しかし本実施形態のパワコン１によれば、第１判別条件に加えて、第２判別条件または第３判別条件が満たされないと単独運転が発生したとは判別されないため、電力系統の電圧の周波数がたまたま一方向へ連続的に変動したときでも、単独運転が誤って判別されることは回避される。
【００７１】
［単独運転判別動作の変形例について］
単独運転判別動作の具体的内容は上述した形態には限られず、様々な形態が採用され得る。ここで単独運転判別動作の変形例について、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００７２】
単独運転判別動作の開始に伴い、主制御部２１は、パワコン１の出力電力への能動的変化の付与を開始する（ステップＳ２１）。なおステップＳ２１の動作は、先述したステップＳ１１の動作と同等である。
【００７３】
そして主制御部２１は、変化付与信号を出力してパワコン１の出力に能動的変化が付与されるようにしつつ、次の動作を実行する。主制御部２１は、電圧検出信号Ｖｄに基づいて連系点における基本周波数を検出し、この基本周波数の変化状況が所定の第１判別条件を満たしたかを判断する（ステップＳ２２）。なおステップＳ２２の動作は、先述したステップＳ１２の動作と同等である。
【００７４】
そして第１判別条件が満たされている場合には（ステップＳ２３のＹ）、主制御部２１は、電圧検出信号Ｖｄに基づいて連系点における基本電圧の振幅を検出し、この基本電圧の振幅が、所定の第２判別条件を満たしたかを判断する（ステップＳ２４）。なおステップＳ２４の動作は、先述したステップＳ１３の動作と同等である。
【００７５】
そして主制御部２１は、第２判別条件が満たされている場合には（ステップＳ２５のＹ）、単独運転が発生したと判別し（ステップＳ２６）、単独運転判別動作を終了させる。一方、第２判別条件が満たされていない場合には（ステップＳ２５のＮ）、主制御部２１は、電圧検出信号Ｖｄに基づいて連系点における高調波電圧の振幅を検出し、この高調波電圧の振幅が、所定の第３判別条件を満たしたかを判断する（ステップＳ２７）。なおステップＳ２７の動作は、先述したステップＳ１４の動作と同等である。
【００７６】
そして主制御部２１は、第３判別条件が満たされている場合には（ステップＳ２８のＹ）、単独運転が発生したと判別し（ステップＳ２６）、単独運転判別動作を終了させる。一方、主制御部２１は、第１判別条件が満たされていない場合（ステップＳ２３のＮ）、或いは第３判別条件が満たされていない場合（ステップＳ２８のＮ）には、パワコン１の出力への能動的変化の付与を開始してから、判別設定時間が経過したかを判断する（ステップＳ２９）。なおステップＳ２９の動作は、先述したステップＳ１８の動作と同等である。
【００７７】
主制御部２１は、判別設定時間が経過したと判断した場合には（ステップＳ２９のＹ）、単独運転は発生していないと判別し（ステップＳ３０）、単独運転判別動作を終了させる。一方、主制御部２１は、判別設定時間が経過していないと判断した場合には（ステップＳ２９のＮ）、ステップＳ２２の動作を繰り返す。
【００７８】
上述した変形例に係る単独運転判別動作によっても、第１判別条件が満たされただけでは単独運転が発生したとは判別されない。第１判別条件が満たされ、かつ、第２判別条件または第３判別条件が満たされたときに、単独運転が発生したと判別される。そのため、第１判別条件が満たされただけで単独運転が発生したと判別される場合に比べ、単独運転が発生したと誤って判別されることが抑えられるようになっている。
【００７９】
また当該変形例に係る単独運転判別動作によれば、第１判別条件および第２判別条件が満たされた場合には（ステップＳ２５のＹを参照）、直ちに単独運転が発生したと判別され、第３判別条件が満たされているかの判断動作（ステップＳ２７を参照）の実行を、省略することが可能となっている。なお当該変形例では、第２判別条件が満たされているかの判断動作が、第３判別条件が満たされているかの判断動作より先に行われるようになっているが、何れが先に行われるようにしても構わない。
【００８０】
［二次電池を用いる場合について］
先述したように、直流電源２として二次電池が用いられる場合、パワコン１は二次電池を放電させるだけでなく、充電させることも可能となるように構成される。具体的には、パワコン１は、双方向の電力変換装置（二次電池を放電させる方向には電力の直流−交流変換を行い、充電させる方向には電力の交流−直流変換を行う装置）として構成され、二次電池の充放電が行われるように動作する。
【００８１】
これによりパワコン１は、二次電池を放電させる場合には、二次電池の放電により得られる直流電力を交流の出力電力に変換し、電力系統に出力するように動作する。なおこの際、これまでに説明した連系状態制御動作（ステップＳ１〜Ｓ４）が実行されることになる。
【００８２】
一方、パワコン１は、二次電池を充電させる場合には、電力系統から得られる交流電力を直流に変換して二次電池に送出し、二次電池を充電するように動作する。なおこの際にも、上述の連系状態制御動作に準じた動作が実行されるようにしても良い。
【００８３】
２．第２実施形態
次に第２実施形態について説明する。なお第２実施形態は、単独運転判別動作の内容を除き、基本的には第１実施形態と同様である。以下の説明では、第１実施形態と異なる点の説明に重点を置き、第１実施形態と同等の点については説明を省略することがある。
【００８４】
本実施形態に係るパワコン１は、単独運転判別動作において、連系点における電力或いは電圧が変化している方向に応じて、パワコン１の出力電力の大きさを変化させるようになっている。すなわちパワコン１は、第１実施形態においてパワコン１の出力に付与していた能動的変化（１次的変化）に加え、更に２次的変化として、上述したような出力電力の大きさの変化を、パワコン１の出力に対して与えるようになっている。
【００８５】
この２次的変化は、連系点における電力或いは電圧が増大側の方向に変化しているときは、増大側の方向の変化（パワコン１の出力電力を大きくする変化）として、連系点における電力或いは電圧が減少側の方向に変化しているときは、減少側の方向の変化（パワコン１の出力電力を小さくする変化）として、パワコン１の出力電力に付与されることになる。
【００８６】
なお連系点における高調波電圧のみが変化した場合（パワコン１の出力電力と負荷５が消費する電力が、ちょうど釣り合っている場合）には、パワコン１の出力電力を変化させる方向は、増大側と減少側の何れとしても構わない。
【００８７】
このような２次的変化を加え、連系点における電力或いは電圧が２次的変化に追従することが確認できれば、単独運転が発生したと判定し、逆に追従しない場合には単独運転は発生していないと判定することが可能である。本実施形態ではこのような２次的変化を与えることによって、単独運転の検出の確実性をより一層高めることが可能となっている。
【００８８】
例えば、電力系統の電圧の周波数がたまたま一方向へ連続的に変動し、更に、基本電圧や高調波電圧の振幅についても、あたかも単独運転の発生時のように変化が生じるケースであっても、第２実施形態のパワコン１によれば、単独運転の誤判別を抑えることが可能である。
【００８９】
なお、上述したような２次的変化を与えるための手法としては、各種の形態が採用され得る。一例としては次のように、主制御部２１が、パワコン１の出力電力に２次的変化を与えるようにすることが可能である。
【００９０】
すなわち主制御部２１は、単独運転判別動作の実行時において、連系点における基準電圧或いは高調波電圧の振幅がある方向（増大側或いは減少側の方向）に変化したことを検出したとき、パワコン１の出力電力に２次的変化が付与されるように、制御器２２に指令を出す。
【００９１】
なおこの指令は、連系点における基準電圧或いは高調波電圧の振幅が増大側の方向に変化していたときは、パワコン１の出力電力が所定量だけ増大するようにし、連系点における基準電圧或いは高調波電圧の振幅が減少側の方向に変化していたときは、パワコン１の出力電力が所定量だけ減少するようにする指令である。
【００９２】
また制御器２２は、この指令を受けたときには、当該指令に従ってパワコン１の出力電力が変化するように、インバータ操作量を決定する。これにより結果として、連系点における電圧が変化している方向に応じて、パワコン１の出力電力の大きさを変化させることが可能である。
【００９３】
上述したように、第２実施形態に係るパワコン１は、連系点における電力状態の値が変動している方向を検出し、該検出された方向に応じて、パワコン１の出力電力の大きさを調節するようになっている。そのため、単独運転の検出の確実性をより一層高めることが可能となっている。
【００９４】
３．第３実施形態
次に第３実施形態について説明する。なお第３実施形態は、単独運転判別動作の内容を除き、基本的には第１実施形態と同様である。以下の説明では、第１実施形態と異なる点の説明に重点を置き、第１実施形態と同等の点については説明を省略することがある。
【００９５】
本実施形態に係るパワコン１は、常時（単独運転が発生する前から）、パワコン１の出力電力と負荷電力（負荷５が消費する電力）とのバランス（以下「電力バランス」と称する）を把握しておく。そしてこの電力バランスに基づいて、単独運転を判別するための条件（例えば、第１実施形態の説明で述べた第１〜第３判別条件）の内容を決定する。
【００９６】
なお単独運転の発生時での、連系点における基本周波数や基本電圧等の振幅の変化の傾向は、電力バランスによって異なることが分かっている。図６は、電力バランスによって、これらの傾向がどのようになるかを例示したグラフである。
【００９７】
なお図６において、横軸は負荷電力とパワコン１の出力電力との有効電力の差を、縦軸は負荷電力とパワコン１の出力電力との無効電力の差を、それぞれ表している。なお図６に示すＰ点（５％,５％）は、例えばパワコン１の出力電力が４ｋＷであるのに対し、負荷電力が４．２ｋＷ＋２００Ｖａｒであることを示している。
【００９８】
図６に示すように、有効電力について、負荷電力がパワコン１の出力電力より大きいときには、単独運転発生時での連系点における基本電圧は低下する傾向にある。一方、有効電力について、負荷電力がパワコン１の出力電力より小さいときには、単独運転発生時での連系点における基本電圧は上昇する傾向にある。また有効電力について、負荷電力とパワコン１の出力電力との差が約５％より小さいときには、単独運転発生時での連系点における高調波電圧は上昇する傾向にある。
【００９９】
また無効電力について、負荷電力がパワコン１の出力電力より誘導性にある場合には、単独運転発生時での連系点における基本周波数は上昇する傾向にある。一方、無効電力について、負荷電力がパワコン１の出力電力より容量性にある場合には、単独運転発生時での連系点における基本周波数は低下する傾向にある。
【０１００】
このように、負荷電力とパワコン１の出力電力について、有効電力に差が有る場合は、単独運転が発生したときに基本電圧の振幅が変化するし、無効電力に差が有る場合は、単独運転が発生したとき基本周波数が変化することになる。
【０１０１】
上述したことから、予め電力バランスが判れば、単独運転発生時における連系点での基本周波数や基本電圧等の振幅の変化の傾向を、予め想定しておくことができる。そのため本実施形態のパワコン１によれば、現在の電力バランスに応じて単独運転を判別するための条件を適切に決定し、単独運転をより精度良く判別することが可能である。
【０１０２】
一例を挙げれば、パワコン１は、単独運転の発生時に連系点での基本周波数や基本電圧等の振幅が変化するレベル或いは方向等を、現時点の電力バランスに基づいて予め想定しておく。そして、実際にこの想定通りの変化が生じたら単独運転が発生したと暫定的に判別されるように、第１〜第３判別条件を決定しておく。
【０１０３】
なお、電力バランスを把握するための手法としては、各種の形態が採用され得る。一例としては図７に示すように、負荷５と系統遮断器４との間に、パワコン１から電力系統側への逆潮流電力を継続的に検出するセンサ３０を設けておく。そしてセンサ３０の検出結果の情報が、パワコン制御装置２０へ伝送されるようにしておく。
【０１０４】
これによりパワコン制御装置２０は、パワコン１の出力電力と負荷電力との釣合バランスが判り、負荷電力がわかることとなる。そのためパワコン制御装置２０は、電力バランスを把握し、この電力バランスに基づいて、単独運転を判別するための条件の内容を決定することが可能である。
【０１０５】
上述したように、第３実施形態に係るパワコン１は、パワコン１の出力電力と連系点に接続された負荷５の電力とのバランスを把握し、このバランスに基づいて、単独運転を判別するための判別条件を決定するようになっている。そのためこのバランスに応じて判別条件を適切に決定し、単独運転をより精度良く判別することが可能となっている。
【０１０６】
なお第２実施形態では、単独運転の発生時に、連系点における電圧等が変化している方向に応じて、パワコン１の出力電力を変化させるようにするため、この変化している方向を検出するまでにある程度の時間を要することになる。この点、第３実施形態では、単独運転が発生する前から電力バランスを把握しておき、単独運転の発生に備えるようになっているため、より迅速な対応が可能となっている。
【０１０７】
但し、電力バランスが均衡している状況（つまり、パワコン１の出力電力と負荷電力とがほぼ同等である状況）では、単独運転発生時での連系点における基本周波数や基本電圧等の振幅の変化の傾向を、予め想定しておくことは比較的難しくなる。そこで後述する第４実施形態は、このような問題点を解決するものとなっている。
【０１０８】
４．第４実施形態
次に第４実施形態について説明する。なお第４実施形態は、単独運転判別動作の内容を除き、基本的には第１実施形態と同様である。以下の説明では、第１実施形態と異なる点の説明に重点を置き、第１実施形態と同等の点については説明を省略することがある。
【０１０９】
本実施形態に係るパワコン１は、第３実施形態の場合と同様に、常時、パワコン１の出力電力と負荷電力とのバランス（電力バランス）を把握しておく。そしてこの電力バランスを意図的に不均衡とするように（つまり、パワコン１の出力電力と負荷電力とが釣り合わないように）、予めパワコン１の出力電力を調節しておく。
【０１１０】
なお、電力バランスを意図的に不均衡とするための手法としては、各種の形態が採用され得る。一例としては主制御部２１が、電力バランスを意図的に不均衡とするために、パワコン１の出力電力に必要な変化を与えるようにすることが可能である。
【０１１１】
すなわち主制御部２１は、電力バランスを常時把握しておく。そして主制御部２１は、電力バランスが均衡している状況では、電力バランスを不均衡とするために必要な変化がパワコン１の出力電力に付与されるように、制御器２２に指令を出す。そして制御器２２は、この指令を受けたときには、当該指令に従ってパワコン１の出力電力が変化するように、インバータ操作量を決定する。
【０１１２】
例えば、負荷電力（Ｐ１，Ｑ１）が（３．８ｋＷ，０．１ｋＶａｒ）の場合には、パワコン１の出力電力（Ｐ２，Ｑ２）が（４．０ｋＷ，−０．２ｋＶａｒ）となるように、インバータ操作量が決定されるようにする。これにより結果として、電力バランスが不均衡となるように、パワコン１の出力電力を変化させることが可能である。
【０１１３】
このようにして電力バランスを不均衡に維持しておけば、単独運転発生時での連系点における基本周波数や基本電圧等の振幅の変化等は、容易に推定可能となる。そのため本実施形態のパワコン１によれば、単独運転をより精度良く判別することが可能である。
【０１１４】
上述したように、第４実施形態に係るパワコン１は、パワコン１の出力電力と連系点に接続された負荷の電力とのバランスを把握し、このバランスが不均衡となるように、パワコン１の出力電力を調節するようになっている。そのため、単独運転をより精度良く判別することが可能となっている。
【０１１５】
［その他］
以上までに説明した通り、本実施形態に係るパワコン１（電力変換装置）は、電力系統に連系し、直流電力を交流の出力電力に変換して該電力系統に出力するようになっている。そしてパワコン１は、出力電力に能動的変化を付与したときの、連系点における電力の状態に関するパラメータに基づいて、単独運転の発生を判別する機能部（単独運転判別部）を備えている。
【０１１６】
そして単独運転判別部は、このパラメータの一種である電圧の周波数（基本周波数）が予め設定された判別条件（第１判別条件）を満たし、かつ、別の種類のパラメータ（基本電圧または高調波電圧の振幅）が予め設定された判別条件（第２または第３判別条件）を満たした場合に、単独運転が発生したと判別する。
【０１１７】
なお本実施形態では、電圧の周波数とは別の種類のパラメータとして、基本電圧または高調波電圧の振幅が採用されている。但しこの形態は一例であって、その他の形態が採用されていても構わない。
【０１１８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明は、電力系統に連系するパワーコンディショナ等に利用することができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１ パワーコンディショナ（電力変換装置）
２ 直流電源（分散電源）
３ 系統電源
４ 系統遮断機
５ 負荷
１２ コンデンサ
１４ インバータ回路
１５ インダクタ
１６ コンデンサ
１７ 電流検出回路
１８ 電圧検出回路
１９ 連系リレー
２０ パワコン制御装置
２１ 主制御部
２２ 制御器
２３ ＰＷＭコンパレータ
２４ 三角波生成回路
３０ センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に連系し、直流電力を交流の出力電力に変換して該電力系統に出力する電力変換装置であって、
前記出力電力に能動的変化を付与したときの、連系点における電力の状態に関するパラメータに基づいて、単独運転の発生を判別する単独運転判別部を備え、
前記単独運転判別部は、
前記パラメータの一種である電圧の周波数が予め設定された判別条件を満たし、かつ、別の種類の前記パラメータが予め設定された判別条件を満たした場合に、単独運転が発生したと判別することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記別の種類のパラメータは、基本電圧の振幅または高調波電圧の振幅であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電力状態の値が変動している方向を検出し、
該検出された方向に応じて、前記出力電力の大きさを調節することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記出力電力と連系点に接続された負荷の電力とのバランスを把握し、
前記バランスに基づいて、前記判別条件を決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記出力電力と連系点に接続された負荷の電力とのバランスを把握し、
前記バランスが不均衡となるように、前記出力電力を調節することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
二次電池に接続され、該二次電池の放電により得られる前記直流電力を交流の出力電力に変換して、前記電力系統に出力する請求項１から請求項５の何れかに記載の電力変換装置であって、
前記電力系統から得られる交流電力を直流に変換して前記二次電池に送出し、該二次電池を充電させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１から請求項５の何れかに記載の電力変換装置と、
前記直流電力を該電力変換装置に供給する直流電源と、を備え、
前記直流電力を交流電力に変換して、前記電力系統に出力することを特徴とする電力供給システム。
【請求項８】
請求項６に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置に接続される二次電池と、を備え、
前記二次電池の充放電を行うことを特徴とする充放電システム
【請求項１】
電力系統に連系し、直流電力を交流の出力電力に変換して該電力系統に出力する電力変換装置であって、
前記出力電力に能動的変化を付与したときの、連系点における電力の状態に関するパラメータに基づいて、単独運転の発生を判別する単独運転判別部を備え、
前記単独運転判別部は、
前記パラメータの一種である電圧の周波数が予め設定された判別条件を満たし、かつ、別の種類の前記パラメータが予め設定された判別条件を満たした場合に、単独運転が発生したと判別することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記別の種類のパラメータは、基本電圧の振幅または高調波電圧の振幅であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電力状態の値が変動している方向を検出し、
該検出された方向に応じて、前記出力電力の大きさを調節することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記出力電力と連系点に接続された負荷の電力とのバランスを把握し、
前記バランスに基づいて、前記判別条件を決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記出力電力と連系点に接続された負荷の電力とのバランスを把握し、
前記バランスが不均衡となるように、前記出力電力を調節することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
二次電池に接続され、該二次電池の放電により得られる前記直流電力を交流の出力電力に変換して、前記電力系統に出力する請求項１から請求項５の何れかに記載の電力変換装置であって、
前記電力系統から得られる交流電力を直流に変換して前記二次電池に送出し、該二次電池を充電させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１から請求項５の何れかに記載の電力変換装置と、
前記直流電力を該電力変換装置に供給する直流電源と、を備え、
前記直流電力を交流電力に変換して、前記電力系統に出力することを特徴とする電力供給システム。
【請求項８】
請求項６に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置に接続される二次電池と、を備え、
前記二次電池の充放電を行うことを特徴とする充放電システム
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２３１６３５（Ｐ２０１２−２３１６３５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９９４４１（Ｐ２０１１−９９４４１）
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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