JP2014180153A - 単独運転検出装置、パワーコンディショナ、分散型電源システム、プログラム、および単独運転検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単独運転検出装置を、パワーコンディショナを制御する制御装置と別体としてモジュール化した場合、単独運転検出装置は、制御装置に指示をしただけでは、制御装置が単独運転検出装置の指示に応じて確実に動作していることを確認できない。
【解決手段】単独運転検出装置は、パワーコンディショナから出力される電流を変動させることを要求する要求信号を、パワーコンディショナを制御する制御装置に送信する要求信号送信部と、要求信号に基づいてパワーコンディショナから出力される電流を変動させることを示す応答信号を、制御装置から受信する応答信号受信部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、単独運転検出装置、パワーコンディショナ、分散型電源システム、プログラム、および単独運転検出方法に関する。

特許文献１には、系統電源と連系するパワーコンディショナの単独運転を検出する単独運転検出装置が開示されている。
特許文献１ 特開２００８−５４３６６号公報

単独運転検出装置を、パワーコンディショナを制御する制御装置と別体としてモジュール化した場合、単独運転検出装置は、制御装置に指示をしただけでは、制御装置が単独運転検出装置の指示に応じて確実に動作していることを確認できない。

本発明の一態様に係る単独運転検出装置は、系統電源と連系するパワーコンディショナの単独運転を検出する単独運転検出装置であって、パワーコンディショナから出力される電流を変動させることを要求する要求信号を、パワーコンディショナを制御する制御装置に送信する要求信号送信部と、要求信号に基づいてパワーコンディショナから出力される電流を変動させることを示す応答信号を、制御装置から受信する応答信号受信部とを備える。

上記単独運転検出装置は、要求信号が送信されてから予め定められた第１期間内に応答信号受信部が応答信号を受信しない場合に、パワーコンディショナを停止させる停止信号を制御装置に送信する停止信号送信部をさらに備えてもよい。

上記単独運転検出装置において、応答信号受信部が、制御装置から、応答信号の代わりに、パワーコンディショナを運転継続させる必要があることを示す運転継続信号を受信した場合には、停止信号送信部は、第１期間内に応答信号受信部が応答信号を受信しない場合でも、停止信号を送信しなくてもよい。

上記単独運転検出装置は、要求信号を受信したことに対応して制御装置が送信する確認信号を、応答信号受信部が応答信号を受信するより前に受信する確認信号受信部をさらに備え、停止信号送信部は、要求信号が送信されてから第１期間より短い予め定められた第２期間内に確認信号受信部が確認信号を受信しない場合、停止信号を送信してもよい。

上記単独運転検出装置において、第１期間は、系統電源の周波数に基づいて定められてもよい。

上記単独運転検出装置は、パワーコンディショナから出力される電流の電流値を取得する電流値取得部をさらに備え、停止信号送信部は、要求信号に基づいてパワーコンディショナが出力すべき電流の電流値と、電流値取得部により取得された電流値との差分が予め定められた基準差分より大きい場合、停止信号を制御装置に送信してもよい。

上記単独運転検出装置において、応答信号受信部が、制御装置から、応答信号の代わりに、パワーコンディショナを運転継続させる必要があることを示す運転継続信号を受信した場合には、停止信号送信部は、パワーコンディショナが出力すべき電流の電流値と、電流値取得部により取得された電流値との差分が基準差分より大きい場合でも、停止信号を制御装置に送信しなくてもよい。

上記単独運転検出装置は、パワーコンディショナから出力される電圧の周波数偏差を導出する周波数偏差導出部をさらに備え、要求信号送信部は、周波数偏差に応じてパワーコンディショナから出力される電流を変動させることを要求する要求信号を制御装置に送信してもよい。

本発明の一態様に係るパワーコンディショナは、上記単独運転検出装置と、分散型電源からの電力を系統電源からの電力と連系させるインバータと、インバータの出力を制御する制御装置とを備え、制御装置は、単独運転検出装置から要求信号を受信する要求信号受信部と、要求信号に基づいてインバータの出力を制御する制御部と、要求信号受信部が要求信号を受信したことに対応して、応答信号を生成する応答信号生成部と、応答信号生成部により生成された応答信号を単独運転検出装置に送信する応答信号送信部とを有する。

本発明の一態様に係る分散型電源システムは、上記パワーコンディショナと、分散型電源とを備える。

本発明の一態様に係るプログラムは、コンピュータを、上記単独運転検出装置として機能させるためのプログラムである。

本発明の一態様に係る単独運転検出方法は、系統電源と連系するパワーコンディショナに系統電源の周波数偏差に応じた電力を出力させることを要求する要求信号を、パワーコンディショナを制御する制御装置に送信する段階と、要求信号に基づいて出力される電力に関する情報を示す応答信号を、制御装置から受信する段階と、電力の周波数変動に基づいてパワーコンディショナの単独運転を検出する段階とを含む。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る太陽電池システムの全体構成の一例を示すシステム構成図である。 単独運転検出装置の機能ブロックの一例を示す図である。 単独運転検出装置の機能ブロックの他の一例を示す図である。 無効電力ｑ１−周波数偏差特性の一例を示す図である。 制御装置の機能ブロックの一例を示す図である。 単独運転検出装置が要求信号を送信する場合のフローチャートの一例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る太陽電池システムの全体構成の一例を示すシステム構成図を示す。太陽電池システムは、太陽電池アレイ２００と、パワーコンディショナ１０とを備える。太陽電池アレイ２００は、複数の太陽電池モジュールが直列に接続された複数の太陽電池ストリングが並列に接続されている。太陽電池アレイ２００は、分散型電源の一例である。分散型電源として、ガスエンジン、ガスタービン、マイクロガスタービン、燃料電池、風力発電装置、電気自動車、または蓄電システムなどが用いられてよい。

パワーコンディショナ１０は、太陽電池アレイ２００から出力される直流電圧を昇圧し、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して、系統電源３００側に出力する。パワーコンディショナ１０は、コンデンサＣ１、昇圧回路２０、コンデンサＣ２、インバータ４０、コイルＬ、コンデンサＣ３、リレー５０、制御装置１００、および単独運転検出装置４００を備える。なお、単独運転検出装置４００は、パワーコンディショナ１０に内蔵されずに、パワーコンディショナ１０の外部に設けられてもよい。

コンデンサＣ１の一端および他端は、太陽電池アレイ２００の正極端子および負極端子に電気的に接続され、太陽電池アレイ２００から出力される直流電圧を平滑化する。昇圧回路２０は、いわゆるチョッパ方式スイッチングレギュレータでよい。昇圧回路２０は、太陽電池アレイ２００からの電圧を昇圧する。昇圧回路２０は、例えば、ハーフブリッジ型昇圧回路、フルブリッジ型昇圧回路などのトランス巻線を有する絶縁型昇圧回路により構成してもよい。

コンデンサＣ２は、昇圧回路２０から出力される直流電圧を平滑化する。インバータ４０は、スイッチを含み、スイッチがオンオフすることで昇圧回路２０から出力された直流電圧を交流電圧に変換し、系統電源３００側に出力する。インバータ４０は、例えば、ブリッジ接続された４つの半導体スイッチを含む単相フルブリッジＰＷＭインバータにより構成してもよい。４つの半導体スイッチのうち、一方の一対の半導体スイッチは直列に接続される。４つの半導体スイッチのうち、他方の一対の半導体スイッチは、直列に接続され、かつ一方の一対の半導体スイッチと並列に接続される。

インバータ４０と系統電源３００との間には、コイルＬおよびコンデンサＣ３が設けられる。コイルＬおよびコンデンサＣ３は、インバータ４０から出力された交流電圧からノイズを除去する。また、コンデンサＣ３と系統電源３００との間には、リレー５０が設けられる。リレー５０は、インバータ４０と系統電源３００との間を電気的に遮断するか否かを切り替える。リレー５０がオンすることで、パワーコンディショナ１０と系統電源３００とが電気的に接続され、オフすることでパワーコンディショナ１０と系統電源３００とが電気的に遮断される。

パワーコンディショナ１０は、電圧センサ１２、１６、および１７、並びに電流センサ１４、１８、および１９をさらに備える。電圧センサ１２は、太陽電池アレイ２００の両端の電位差に対応する電圧Ｖ１を検知する。電圧センサ１６は、昇圧回路２０の出力側の両端の電位差に対応する電圧Ｖ２を検知する。電圧センサ１７は、インバータ４０の出力側の両端の電位差に対応する電圧Ｖ３を検知する。

電流センサ１４は、太陽電池アレイ２００から出力され、昇圧回路２０の入力側に流れる電流Ｉ１を検知する。電流センサ１８は、昇圧回路２０から出力される電流Ｉ２を検知する。電流センサ１９は、インバータ４０から出力される電流Ｉ３を検知する。

制御装置１００は、太陽電池アレイ２００から最大電力が得られるように、電圧センサ１２、１６および１７、並びに電流センサ１４、１８および１９により検知される電圧および電流に基づいて昇圧回路２０、およびインバータ４０のスイッチング動作を制御して、太陽電池アレイ２００から出力される直流電圧を昇圧し、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して、系統電源３００側に出力する。

以上のように構成されたパワーコンディショナ１０は、系統電源３００が停止した場合には、リレー５０をオフして、パワーコンディショナ１０と系統電源３００とを電気的に遮断しなければならない。また、パワーコンディショナ１０は、系統電源３００側に出力する電圧が上限電圧以上にならないように、電圧を制御しなければならない。

単独運転検出装置４００は、インバータ４０から出力される電流の位相と、電圧の位相との間の位相差、およびインバータ４０から出力される電流の振幅を制御装置１００に調整させることで、パワーコンディショナ１０に無効電力を出力させる。単独運転検出装置４００は、無効電力の供給に伴う系統電源３００の電圧の周波数変動を検知することで、系統電源３００が停止している、つまりパワーコンディショナ１０が単独運転していることを検知する。

また、単独運転検出装置４００は、パワーコンディショナ１０から出力される電圧が上限電圧以上になった場合に、インバータ４０から出力される電流の位相と、電圧の位相との間の位相差、およびインバータ４０から出力される電流の振幅を制御装置１００に調整させることで、パワーコンディショナ１０に系統電源３００側に供給している無効電力を増加させる。無効電力を増加させることで、系統電源３００の電圧が低下する。これに伴い、制御装置１００は、パワーコンディショナ１０から出力される電圧が上限電圧より小さくなるように制御できる。なお、上限電圧は、系統連系規定によって定められる上限値に基づく値でもよい。

本実施形態において、制御装置１００と単独運転検出装置４００とは、それぞれ個別のモジュールとして構成されており、制御装置１００と単独運転検出装置４００とは伝送ケーブル６０を介して接続されている。制御装置１００および単独運転検出装置４００は、それぞれ基板と基板上に設けられたマイクロコンピュータなどにより構成される。制御装置１００の基板と、単独運転検出装置４００の基板とは、コネクタを有し、それぞれのコネクタが伝送ケーブル６０を介して接続されている。

このように、制御装置１００と単独運転検出装置４００とを個別のモジュールで構成した場合、単独運転検出装置４００は、制御装置１００に対して指示しただけでは、制御装置１００が単独運転検出装置４００の指示に応じて確実に動作していることを確認できない。そこで、本実施形態では、単独運転検出装置４００は、単独運転検出装置４００の指示に対して、制御装置１００が動作したことを確認する。

図２Ａは、単独運転検出装置４００の機能ブロックの一例を示す図である。単独運転検出装置４００は、周波数計測部４０２、移動平均値導出部４０４、周波数偏差導出部４０６、第１無効電力導出部４０８、出力電圧取得部４１０、第２無効電力導出部４１２、無効電力加算部４１４、電流値取得部４１６、要求信号送信部４２０、応答信号受信部４２２、電流値保持部４２４、電流値比較部４２６、停止信号送信部４２８、確認信号受信部４３０、単独運転検出部４３２、および同期処理部４４０を備える。

周波数計測部４０２は、電圧センサ１７を介して系統電源３００の電圧を取得し、取得した電圧から系統電源３００の周波数を示す系統周波数を計測する。周波数計測部４０２は、例えば、電圧センサ１７から検出される電圧信号の立ち下がりと立ち上がりの中間値と、次の立ち下がりと立ち上がりの中間値との時間差を一周期として計測する。系統電源３００の系統周期が５０Ｈｚ（１系統周期が２０ｍ秒）である場合、系統周期の計測周期は、系統周期の１／３以下、例えば、５ｍ秒でもよい。

移動平均値導出部４０４は、周波数計測部４０２により計測された系統周期に基づいて、予め定められた移動平均時間分の系統周期の移動平均値を順次導出する。移動平均時間は、系統周期の一周期、例えば２０ｍ秒よりも長く、かつ単独運転状態になってから単独運転状態が検出されるまでに許容されている時間以下でもよい。移動平均時間は、例えば１００ｍ秒よりも短い時間でもよく、移動平均時間は、例えば４０ｍ秒でもよい。

周波数偏差導出部４０６は、移動平均値導出部４０４により導出された最新の移動平均値と、最新の移動平均値から予め定められた時間前、例えば２００ｍ秒前の過去の移動平均値との差分を周波数偏差として導出する。周波数偏差導出部４０６は、系統周期の計測周期と同一の周期ごと、例えば５ｍ秒ごとに周波数偏差を導出してもよい。

第１無効電力導出部４０８は、系統電源３００の周波数偏差に基づき無効電力ｑ１を導出する。第１無効電力導出部４０８は、系統電源３００の周波数偏差に比例して無効電力ｑ１が多くなるように、無効電力ｑ１を導出してよい。第１無効電力導出部４０８は、例えば、図３に示すような無効電力ｑ１−周波数偏差特性を参照して、周波数偏差に対応する無効電力ｑ１を導出してもよい。

出力電圧取得部４１０は、電圧センサ１７により検出される系統電源３００の電圧Ｖ３を検知する。第２無効電力導出部４１２は、検知された電圧Ｖ３が、予め定められた上限電圧Ｖｔｈ以上か否かを判定する。第２無効電力導出部４１２は、検知された電圧Ｖ３が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合には、系統電源３００側に供給すべき無効電力を増加させてパワーコンディショナ１０の出力電圧の上昇を抑制すべく、無効電力ｑ２を導出する。

無効電力加算部４１４は、第１無効電力導出部４０８により導出された無効電力ｑ１と、第２無効電力導出部４１２により導出された無効電力ｑ２とを加算することで、無効電力Ｑを導出する。無効電力加算部４１４は、導出された無効電力Ｑを要求信号送信部４２０に提供する。

要求信号送信部４２０は、要求信号送信部４２０から無効電力Ｑを受けて、パワーコンディショナ１０から出力される電流を変動させることを要求する要求信号を、パワーコンディショナ１０を制御する制御装置１００に送信する。

ここで、無効電力Ｑは、系統電源３００の電圧の周波数偏差に応じて、パワーコンディショナ１０から出力される電流を変動させるための指標にもなる値である。制御装置１００は、系統電源３００の電圧に対して、無効電力Ｑに応じてパワーコンディショナ１０から出力される電流の位相または振幅を変動させることで、無効電力Ｑに対応する無効電力を系統電源３００側に供給する。よって、要求信号は、無効電力Ｑに基づく位相または振幅が定められたパワーコンディショナ１０が出力すべき電流の電流値を示してもよい。要求信号は、パワーコンディショナ１０が出力すべき無効電力Ｑを示す信号でもよい。要求信号は、無効電力Ｑを示す電圧レベルと、制御装置１００からの読み込みを要求するパルス信号との組み合わせでもよい。これにより、制御装置１００と単独運転検出装置４００との間の通信手順の取り決めを単純化できる。

同期処理部４４０は、制御装置１００との間で同期を取るべく、制御装置１００から同期信号を受信してもよい。または、同期処理部４４０は、制御装置１００に同期信号を送信してもよい。同期処理部４４０は、制御装置１００以外の同期発生器から同期信号を受信してもよい。

パワーコンディショナ１０の単独運転の検出は、比較的短い時間、例えば５ｍｓｅｃ以内に行うことが要求されている。したがって、制御装置１００は、要求信号を受信した後、即座に要求信号に応じた無効電力をパワーコンディショナ１０に出力させる必要がある。

ここで、制御装置１００と単独運転検出装置４００との間で、同期が取れていれば、制御装置１００が、単独運転検出装置４００からの要求信号に応じて、パワーコンディショナ１０から無効電力を出力させる処理を即座に実行できる可能性が高い。一方、制御装置１００と単独運転検出装置４００との間で、同期が取れていなければ、制御装置１００が、単独運転検出装置４００からの要求信号を正常に処理できない可能性がある。そこで、要求信号送信部４２０は、制御装置１００に要求信号に応じて即座に制御装置１００にパワーコンディショナ１０に対して要求信号に基づく無効電力を出力させるべく、同期処理部４４０により同期信号が送信または受信されたことに対応して、制御装置１００に無効電力の出力を実行させるための要求信号を送信してもよい。

要求信号送信部４２０は、同期処理部４４０により同期信号が送信または受信されたことに対応して、制御装置１００に割込み処理により無効電力の出力を実行させるための要求信号を送信してもよい。要求信号には、例えば、割込み処理により処理すべき旨を示すフラグなどを示してもよい。制御装置１００は、単独運転検出装置４００から受信した信号に割込み処理として実行すべきフラグなどが付されている場合には、当該信号に基づく処理を割込み処理として実行する。

また、制御装置１００が、単独運転検出装置４００が要求信号を送信してもよいタイミングをポーリング信号により定期的にまたは任意のタイミングで通知してもよい。要求信号送信部４２０は、同期処理部４４０が制御装置１００からポーリング信号を受信した場合、ポーリング信号に対する応答として要求信号を制御装置１００に送信してもよい。制御装置１００は、自身の都合の良いタイミングでポーリング信号を送信してもよい。制御装置１００は、昇圧回路２０およびインバータ４０の各スイッチの制御処理の負荷が少ないタイミングで、ポーリング信号を単独運転検出装置４００に送信してもよい。

上記のように制御装置１００と単独運転検出装置４００との間で同期が取れていることが確認されている場合に、単独運転検出装置４００が制御装置１００に要求信号を送信することで、単独運転検出装置４００は、制御装置１００に対して要求信号に応じた無効電力をパワーコンディショナ１０に即座に出力させることができる。よって、単独運転検出装置４００がパワーコンディショナ１０の単独運転を即座に検知できずに、パワーコンディショナ１０が単独運転しつづけることを防止できる。

電流値取得部４１６は、電流センサ１９を介して、インバータ４０から出力される電流Ｉ３の電流値を、パワーコンディショナ１０から出力される電流の電流値として、取得する。電流値保持部４２４は、無効電力Ｑに応じてパワーコンディショナ１０が出力すべき無効電力Ｑに対応する電流値と、電流センサ１９を介して検知された実際にパワーコンディショナ１０から出力される電流の電流値とを関連付けてログとして保持する。電流値保持部４２４に保持されたログを参照することで、単独運転検出装置４００の指示に応じて、制御装置１００が正しくパワーコンディショナ１０を動作させる指示を出したかどうかを確認できる。

応答信号受信部４２２は、要求信号に基づいてパワーコンディショナ１０から出力される電流を変動させることを示す応答信号を、制御装置１００から受信する。応答信号には、要求信号に基づいて制御装置１００がパワーコンディショナ１０に出力させる電流の電流値を示してもよい。単独運転検出装置４００は、応答信号を受信することで、単独運転検出装置４００の指示に応じて、制御装置１００が正しくパワーコンディショナ１０を動作させたかどうかを確認できる。

停止信号送信部４２８は、要求信号が送信されてから予め定められた期間Ｔ１内に応答信号受信部４２２が応答信号を受信しない場合に、パワーコンディショナ１０を停止させる停止信号を制御装置１００に送信する。要求信号に対して制御装置１００から応答信号を受信しない場合には、制御装置１００が、要求信号に応じた無効電力を系統電源３００側に供給していない可能性がある。この場合、単独運転検出装置４００は、系統電源３００の停止などに伴うパワーコンディショナ１０の単独運転を確実に検知できない可能性がある。そこで、応答信号受信部４２２が期間Ｔ１内に応答信号を受信しない場合に、停止信号送信部４２８が、制御装置１００に停止信号を送信する。制御装置１００は、停止信号を受けて、リレー５０を開放して、インバータ４０と系統電源３００との間を電気的に遮断してもよい。これにより、単独運転検出装置４００がパワーコンディショナ１０の単独運転を検知できずに、パワーコンディショナ１０が単独運転しつづけることを防止できる。なお、停止信号送信部４２８は、同期処理部４４０により制御装置１００との間で同期が取れていない場合、つまり同期信号の送信または受信が正常に行われていない場合に、停止信号を送信してもよい。

ここで、期間Ｔ１は、系統電源３００の系統周期に基づいて定められてもよい。系統電源３００の系統周期が５０Ｈｚ（１系統周期が２０ｍ秒）である場合、系統周期の期間Ｔ１は、系統周期の１／３以下、例えば、５ｍ秒でもよい。

電流値比較部４２６は、電流値保持部４２４に保持されている無効電力Ｑに応じてパワーコンディショナ１０が出力すべき無効電力Ｑに対応する電流値と、電流センサ１９を介して検知された実際にパワーコンディショナ１０から出力される電流の電流値とを比較する。比較の結果、無効電力Ｑに対応する電流値と、実際の電流の電流値との差分が予め定められた基準差分より大きい場合、制御装置１００が要求信号に基づいて正しく無効電力を系統電源３００側に供給していないと判断して、停止信号送信部４２８は、停止信号を制御装置１００に送信する。これにより、単独運転検出装置４００がパワーコンディショナ１０の単独運転を検知できずに、パワーコンディショナ１０が単独運転しつづけることを防止できる。

確認信号受信部４３０は、要求信号を受信したことに対応して制御装置１００が送信する確認信号を、応答信号受信部４２２が応答信号を受信するより前に受信する。制御装置１００は、要求信号を受信した時点で、単独運転検出装置４００に要求信号を受信した旨を示す確認信号を送信する。確認信号受信部４３０が要求信号に対して確認信号を受信していない場合には、例えば制御装置１００の通信インタフェースが正常に動作していない可能性が高い。この場合、制御装置１００は、要求信号に応じてパワーコンディショナ１０に無効電力を系統電源３００側に供給させられない可能性が高い。

そこで、停止信号送信部４２８は、要求信号が送信されてから期間Ｔ１より短い予め定められた期間Ｔ２内に確認信号受信部４３０が確認信号を受信しない場合、停止信号を送信してもよい。期間Ｔ２は、系統電源３００の系統周期に基づいて定められてもよい。期間Ｔ１は、例えば５ｍ秒の場合、期間Ｔ２は、２．５ｍ秒でもよい。応答信号を受信するか否かの判断の前に、制御装置１００が確認信号を受信したか否かにより、制御装置１００が正常に動作しているかどうかを判断できる。よって、制御装置１００が正常に動作していない場合に、より早くパワーコンディショナ１０を停止させることができる。

単独運転検出部４３２は、系統電源３００の電圧または周波数の変動を検知した場合、系統電源３００が停止し、パワーコンディショナ１０が単独運転していると判断して、制御装置１００に、パワーコンディショナ１０を停止するよう停止信号を送信する。制御装置１００は、停止信号を受けて、リレー５０を開放して、インバータ４０と系統電源３００との間を電気的に遮断してもよい。なお、単独運転検出部４３２は、同期処理部４４０により制御装置１００との間で同期が取れていない場合に、停止信号を送信してもよい。

図２Ｂは、単独運転検出装置４００の機能ブロックの他の一例を示す図である。図２Ｂに示す単独運転検出装置４００は、要求信号送信部４２０の代わりに要求信号登録部４２１および格納部４５０を備える点で、図２Ａに示す単独運転検出装置４００と異なる。

要求信号登録部４２１は、同期処理部４４０が同期信号を受信または送信したことに対応して、パワーコンディショナ１０から出力される電流を変動させる処理を、制御装置１００に実行させるための要求信号を、制御装置１００がアクセス可能な格納部４５０に登録する。制御装置１００は、定期的に格納部４５０に格納された要求信号を取得し、取得した要求信号に基づいて、無効電力を系統電源３００側に供給すべく、パワーコンディショナ１０を制御する。

単独運転検出装置４００は、格納部４５０に格納された要求信号をアナログ信号として表示する表示部を備えてもよい。この場合、制御装置１００は、表示部に表示されている値、例えば電圧値と無効電力との関係を示すテーブルを参照して、表示部に表示されている値に対応する無効電力を導出してもよい。制御装置１００は、導出された無効電力を系統電源３００側に供給すべく、パワーコンディショナ１０を制御する。

制御装置１００は、格納部４５０から要求信号を取得したことに対応して、要求信号に基づいてパワーコンディショナ１０から出力される電流を変動させることを示す応答信号を送信してもよい。そして、応答信号受信部４２２は、応答信号を、制御装置１００から受信してもよい。単独運転検出装置４００は、応答信号を受信することで、単独運転検出装置４００の指示に応じて、制御装置１００が正しくパワーコンディショナ１０を動作させたかどうかを確認できる。

停止信号送信部４２８は、要求信号が格納部４５０に登録されてから、あるいは表示部に要求信号を表示されてから予め定められた期間Ｔ１内に応答信号受信部４２２が応答信号を受信しない場合に、パワーコンディショナ１０を停止させる停止信号を制御装置１００に送信してもよい。要求信号に対して制御装置１００から応答信号を受信しない場合には、制御装置１００が、要求信号に応じた無効電力を系統電源３００側に供給していない可能性がある。この場合、単独運転検出装置４００は、系統電源３００の停止などに伴うパワーコンディショナ１０の単独運転を確実に検知できない可能性がある。そこで、応答信号受信部４２２が期間Ｔ１内に応答信号を受信しない場合に、停止信号送信部４２８が、制御装置１００に停止信号を送信してもよい。

図４は、制御装置１００の機能ブロックの一例を示す図である。制御装置１００は、要求信号受信部１０２、確認信号送信部１０３、応答信号生成部１０４、応答信号送信部１０６、制御部１０８、停止信号受信部１１０、およびリレー制御部１１２を備える。

要求信号受信部１０２は、単独運転検出装置４００から要求信号を受信する。確認信号送信部１０３は、要求信号を正常に受信できた場合に、確認信号を単独運転検出装置４００に送信する。応答信号生成部１０４は、要求信号受信部１０２が要求信号を受信したことに対応して、要求信号に基づいてパワーコンディショナ１０から出力される電流を変動させることを示す応答信号を生成する。応答信号には、要求信号に基づいて制御装置１００がパワーコンディショナ１０に出力させる電流の電流値を示してもよい。

応答信号送信部１０６は、応答信号生成部１０４により生成された応答信号を単独運転検出装置４００に送信する。制御部１０８は、要求信号に基づいてインバータ４０を制御することで、要求信号に応じた無効電力をインバータ４０に系統電源３００側に出力させる。制御部１０８は、例えば、要求信号に示される電流値が出力されるように、インバータ４０の各スイッチを制御する。これにより、インバータ４０から出力される電流が、系統電源３００の電圧に対して、単独運転検出装置４００から要求される位相差および振幅で出力され、要求される無効電力が系統電源３００側に出力される。

停止信号受信部１１０は、単独運転検出装置４００から停止信号を受信する。リレー制御部１１２は、停止信号受信部１１０が停止信号を受信した場合、リレー５０を開放することで、インバータ４０と系統電源３００との間を電気的に遮断する。

ここで、太陽電池アレイなどの分散電源が普及している地域では、地域内の複数のパワーコンディショナ１０が一斉に停止した場合、電力供給が不安定となり、電力品質に悪影響を与える可能性がある。そこで、パワーコンディショナ１０は、ＦＲＴ（Ｆａｕｌｔ Ｒｉｄｅ Ｔｈｒｏｕｇｈ）要件という要件を満たすことが要求される場合がある。ＦＲＴ要件とは、電力品質を確保するために必要となる系統擾乱時の分散型電源の運転継続性の要件のことをいう。この要件を満たすためには、単独運転検出装置４００が、パワーコンディショナ１０の単独運転を検出したとしても、制御装置１００は、パワーコンディショナ１０を停止させずに、運転を継続させる必要がある場合がある。

そこで、ＦＲＴ要件を満たす必要がある場合には、単独運転検出装置４００は、たとえ制御装置１００から要求信号に対する応答信号を受信しなかった場合でも、制御装置１００に停止信号を送信しないことが望ましい場合がある。よって、応答信号送信部１０６は、ＦＲＴ要件を満たす必要がある場合には、応答信号を送信する代わりに、パワーコンディショナ１０を運転継続させる必要がある旨を示す運転継続信号を送信してもよい。応答信号受信部４２２が、応答信号を受信する代わりに、運転継続信号を受信した場合には、停止信号送信部４２８は、制御装置１００に対して停止信号を送信しなくてもよい。

これにより、系統擾乱時のＦＲＴ要件を満たす必要がある場合に、単独運転検出装置４００が停止信号を送信することで、パワーコンディショナ１０が停止してしまうことを防止できる。

図５は、単独運転検出装置４００が要求信号を送信する場合のフローチャートの一例を示す。

例えば、周波数偏差導出部４０６が、電圧センサ１７を介して検知された電圧に基づいて周波数偏差を導出し、第１無効電力導出部４０８が周波数偏差に応じた無効電力を導出した場合、要求信号受信部１０２が、導出された無効電力に対応する要求信号を制御装置１００に送信する（Ｓ１００）。次いで、確認信号受信部４３０が、要求信号が送信されてから期間Ｔ２以内に確認信号受信部４３０が確認信号を受信しなかった場合（Ｓ１０２）、停止信号送信部４２８は、制御装置１００に停止信号を送信する（Ｓ１０４）。

期間Ｔ２内に確認信号を受信した後、要求信号が送信されてから期間Ｔ１以内に応答信号受信部４２２が制御装置１００から応答信号を受信しなかった場合（Ｓ１０６）、停止信号送信部４２８は、制御装置１００に停止信号を送信する（Ｓ１０４）。

以上の通り、本実施形態によれば、単独運転検出装置４００から指示に従って制御装置１００が正常に動作しているかどうかを、単独運転検出装置４００は確認できる。よって、単独運転検出装置４００の指示に従って制御装置１００がパワーコンディショナ１０に要求される無効電力を供給させていないことを単独運転検出装置４００が確実に確認できる。よって、単独運転検出装置４００がパワーコンディショナ１０の単独運転を検知できずに、パワーコンディショナ１０が単独運転しつづけることを防止できる。

なお、本実施形態に係る単独運転検出装置４００が備える各部は、パワーコンディショナ１０の単独運転検出に関する各種処理を行う、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムをインストールし、このプログラムをコンピュータに実行させることで、構成してもよい。つまり、コンピュータにパワーコンディショナ１０の単独運転検出に関する各種処理を行うプログラムを実行させることにより、単独運転検出装置４００が備える各部としてコンピュータを機能させることで、単独運転検出装置４００を構成してもよい。

コンピュータはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等の各種メモリ、通信バス及びインタフェースを有し、予めファームウェアとしてＲＯＭに格納された処理プログラムをＣＰＵが読み出して順次実行することで、単独運転検出装置４００として機能する。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ パワーコンディショナ
２０ 昇圧回路
４０ インバータ
５０ リレー
６０ 伝送ケーブル
１００ 制御装置
１０２ 要求信号受信部
１０３ 確認信号送信部
１０４ 応答信号生成部
１０６ 応答信号送信部
１０８ 制御部
１１０ 停止信号受信部
１１２ リレー制御部
２００ 太陽電池アレイ
３００ 系統電源
４００ 単独運転検出装置
４０２ 周波数計測部
４０４ 移動平均値導出部
４０６ 周波数偏差導出部
４０８ 第１無効電力導出部
４１０ 出力電圧取得部
４１２ 第２無効電力導出部
４１４ 無効電力加算部
４１６ 電流値取得部
４２０ 要求信号送信部
４２１ 要求信号登録部
４２２ 応答信号受信部
４２４ 電流値保持部
４２６ 電流値比較部
４２８ 停止信号送信部
４３０ 確認信号受信部
４３２ 単独運転検出部
４４０ 同期処理部

Claims (12)

1. 系統電源と連系するパワーコンディショナの単独運転を検出する単独運転検出装置であって、
   前記パワーコンディショナから出力される電流を変動させることを要求する要求信号を、前記パワーコンディショナを制御する制御装置に送信する要求信号送信部と、
   前記要求信号に基づいて前記パワーコンディショナから出力される電流を変動させることを示す応答信号を、前記制御装置から受信する応答信号受信部と
   を備える単独運転検出装置。
2. 前記要求信号が送信されてから予め定められた第１期間内に前記応答信号受信部が前記応答信号を受信しない場合に、前記パワーコンディショナを停止させる停止信号を前記制御装置に送信する停止信号送信部をさらに備える、請求項１に記載の単独運転検出装置。
3. 前記応答信号受信部が、前記制御装置から、前記応答信号の代わりに、前記パワーコンディショナを運転継続させる必要があることを示す運転継続信号を受信した場合には、前記停止信号送信部は、前記第１期間内に前記応答信号受信部が前記応答信号を受信しない場合でも、前記停止信号を送信しない、請求項２に記載の単独運転検出装置。
4. 前記要求信号を受信したことに対応して前記制御装置が送信する確認信号を、前記応答信号受信部が前記応答信号を受信するより前に受信する確認信号受信部をさらに備え、
   前記停止信号送信部は、前記要求信号が送信されてから前記第１期間より短い予め定められた第２期間内に前記確認信号受信部が前記確認信号を受信しない場合、前記停止信号を送信する、請求項３に記載の単独運転検出装置。
5. 前記第１期間は、前記系統電源の周波数に基づいて定められる、請求項２から請求項４のいずれか１つに記載の単独運転検出装置。
6. 前記パワーコンディショナから出力される電流の電流値を取得する電流値取得部をさらに備え、
   前記停止信号送信部は、前記要求信号に基づいて前記パワーコンディショナが出力すべき電流の電流値と、前記電流値取得部により取得された前記電流値との差分が予め定められた基準差分より大きい場合、前記停止信号を前記制御装置に送信する、請求項２から請求項５のいずれか１つに記載の単独運転検出装置。
7. 前記応答信号受信部が、前記制御装置から、前記応答信号の代わりに、前記パワーコンディショナを運転継続させる必要があることを示す運転継続信号を受信した場合には、前記停止信号送信部は、前記パワーコンディショナが出力すべき電流の電流値と、前記電流値取得部により取得された前記電流値との差分が前記基準差分より大きい場合でも、前記停止信号を前記制御装置に送信しない、請求項６に記載の単独運転検出装置。
8. 前記パワーコンディショナから出力される電圧の周波数偏差を導出する周波数偏差導出部をさらに備え、
   前記要求信号送信部は、前記周波数偏差に応じて前記パワーコンディショナから出力される電流を変動させることを要求する前記要求信号を前記制御装置に送信する、請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の単独運転検出装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の単独運転検出装置と、
   分散型電源からの電力を前記系統電源からの電力と連系させるインバータと、
   前記インバータの出力を制御する前記制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記単独運転検出装置から前記要求信号を受信する要求信号受信部と、
   前記要求信号に基づいて前記インバータの出力を制御する制御部と、
   前記要求信号受信部が前記要求信号を受信したことに対応して、前記応答信号を生成する応答信号生成部と、
   前記応答信号生成部により生成された前記応答信号を前記単独運転検出装置に送信する応答信号送信部と
   を有する、パワーコンディショナ。
10. 請求項９に記載のパワーコンディショナと、
    前記分散型電源と
    を備える分散型電源システム。
11. コンピュータを、請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の単独運転検出装置として機能させるためのプログラム。
12. 系統電源と連系するパワーコンディショナに前記系統電源の周波数偏差に応じた電力を出力させることを要求する要求信号を、前記パワーコンディショナを制御する制御装置に送信する段階と、
    前記要求信号に基づいて出力される電力に関する情報を示す応答信号を、前記制御装置から受信する段階と、
    前記電力の周波数変動に基づいて前記パワーコンディショナの単独運転を検出する段階と
    を含む単独運転検出方法。

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