JP6164100B2 - 単独運転装置、およびパワーコンディショナシステム - Google Patents

Description

本発明は、単独運転装置、およびパワーコンディショナシステムに関する。

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、系統電源の交流電圧と、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）から出力される交流信号との位相差に基づいて、無効電流指令値を補正することが開示されている。
特許文献１ 特開２００８−６１３５６号公報

ＰＬＬから出力される交流信号に基づいて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、単独運転検出装置をモジュール化した場合、単独運転検出装置は、系統電源の交流電圧とＰＬＬから出力される交流信号との位相差を取得することが難しい。

本発明の一態様に係る単独運転検出装置は、分散型直流電源と系統電源とに接続されたパワーコンディショナに接続して使用される単独運転検出装置であって、パワーコンディショナにおいて系統へ出力されることが計画された電力の値を取得する電力値取得部と、系統電源の系統電圧の周波数の変化量を取得する周波数変化量取得部と、系統電圧の周波数の変化に対するパワーコンディショナの基準交流信号の位相変化の応答特性を表す伝達関数を取得する伝達関数取得部と、取得された周波数の変化量と伝達関数とから系統電圧の位相と基準交流信号の位相との差である位相差を逐次推定する位相差推定部と、推定された位相差に起因する、パワーコンディショナにおいて系統へ出力することが計画された電力に対するパワーコンディショナの出力電圧の誤差を低減させるための新たな出力電力に関する計画値を算出する計画値算出部と、算出された出力電力に関する計画値をパワーコンディショナに出力する出力部とを備える。

上記単独運転検出装置において、計画値算出部は、パワーコンディショナにおいて系統へ出力されることが計画された電力の位相を系統の位相に近づく方向へ回転した電力をパワーコンディショナに出力させるための新たな出力電圧に関する計画値を算出することで出力電力の誤差を低減させてよい。

上記単独運転検出装置において、電力値取得部はパワーコンディショナが出力する有効電力値を取得し、計画値算出部は、位相差推定部により推定された位相差および電力値取得部により取得された有効電力値に基づいて、新たな無効電力値に関する計画値を算出してよい。

本発明の一態様に係るパワーコンディショナは、有効電力値を単独運転検出装置に対して出力する有効電力値出力部と、無効電力値を単独運転検出装置から入力する無効電力値入力部とを備えるパワーコンディショナと、上記単独運転検出装置と、を備える。

なお、上記の発明の概要は、本発明の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。

本実施形態に係るパワーコンディショナ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図である。 系統電源の交流電圧と基準交流信号との間に生じる位相差が無効電力値に与える影響について説明するための図である。 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。 無効電力値ｑ１−周波数偏差特性の一例を示す図である。 経過時間毎の伝達関数を導出する手順の一例を示すフローチャートである。 交流電圧の周波数、伝達関数、および位相差について説明するための図である。 系統電源の周波数の変化に伴い無効電力値を補正する手順の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る単独運転検出装置のハードウェア構成の一例を示す。

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、本実施形態に係るパワーコンディショナ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。パワーコンディショナシステムは、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、基準交流信号に基づいて分散型直流電源である太陽電池アレイ２００と系統電源３００とを連系させる。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値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の電流値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の電流値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の電流値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。なお、制御装置１００および単独運転検出装置４００は無線通信機能を有し、制御装置１００と単独運転検出装置４００とは、互いに無線通信により信号をやり取りしてもよい。

制御装置１００は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）１０２、有効電力値出力部１０４、および無効電力値入力部１０６を備える。ＰＬＬ１０２は、系統電源３００の交流電圧に同期させた基準交流信号を出力する。制御装置１００は、ＰＬＬ１０２が出力する基準交流信号に基づいてパワーコンディショナ１０から出力させる電力を制御している。有効電力値出力部１０４は、パワーコンディショナ１０から出力される有効電力値Ｐを導出して、伝送ケーブル６０を介して単独運転検出装置４００に出力する。有効電力値出力部１０４は、電圧センサ１７により検知される電圧値Ｖ３と、電流センサ１９により検知される電流値Ｉ３とから、パワーコンディショナ１０から出力される有効電力値Ｐを導出してよい。無効電力値入力部１０６は、単独運転検出装置４００から、パワーコンディショナ１０から出力すべき無効電力値を含む出力電力に関する計画値を伝送ケーブル６０を介して入力する。

系統電源３００の交流電圧が急激に変化した場合、ＰＬＬ１０２が、系統電源３００の交流電圧の急激な変化を追従できず、系統電源３００の交流電圧と基準交流信号との間に大きな位相差が生じることがある。このような位相差が生じた場合、制御装置１００は、出力させるべき無効電力をパワーコンディショナ１０から出力させられない場合がある。出力させるべき無効電力をパワーコンディショナ１０から出力させられない場合、単独運転検出装置４００は、パワーコンディショナ１０の単独運転を即座に検知できない場合がある。

図２は、系統電源３００の交流電圧と基準交流信号との間に生じる位相差が無効電力値に与える影響について説明するための図である。第１Ｘ軸（Ｘ１）および第１Ｙ軸（Ｙ１）は、系統電源３００における有効電力と無効電力との関係を示すための第１ＸＹ座標を表し、第２Ｘ軸（Ｘ２）および第２Ｙ軸（Ｙ２）は、制御装置１００において認識されている有効電力と無効電力との関係を示すための第２ＸＹ座標を表す。例えば、系統電源３００の交流電圧と基準交流信号との間に位相差が生じていないことを前提として、単独運転検出装置４００が、無効電力値Ｑ１と有効電力値Ｐ１とを導出する。言い換えれば、第１ＸＹ座標と第２ＸＹ座標とが一致するものとして、単独運転検出装置４００が、無効電力値Ｑ１と有効電力値Ｐ１とを導出する。ここで、系統電源３００の交流電圧と基準交流信号との間に位相差θが生じていた場合、実際にパワーコンディショナ１０から出力される電力は、無効電力値Ｑ１と有効電力値Ｐ１とを含む皮相電力値Ｗ１に対して位相差θだけずれた、無効電力値Ｑ２（Ｑ２＝Ｑ１×ｃｏｓθ）および有効電力値Ｐ２（Ｐ２＝Ｐ１×ｓｉｎθ）を含む皮相電力値Ｗ２に対応する電力になる。したがって、皮相電力値Ｗ２に対して位相差θを相殺するための回転補正をしなければ、パワーコンディショナ１０から出力すべき無効電力を出力できず、単独運転検出装置４００は、パワーコンディショナ１０の単独運転を即座に検出できない場合がある。

一方、制御装置１００と単独運転検出装置４００とを別体としてモジュール化した場合、単独運転検出装置４００は、高速通信などの特別な機能を備えなければ、ＰＬＬ１０２から即座にかつ正確に基準交流信号を受信できない。ＰＬＬ１０２から受信する基準交流信号に遅延が生じていると、単独運転検出装置４００は、系統電源３００の交流電圧と基準交流信号との間の位相差を即座に精度よく把握することができない。

そこで、本実施形態では、単独運転検出装置４００は、制御装置１００からＰＬＬ１０２が出力する基準交流信号を受信せずに、系統電源３００の交流電圧と基準交流信号との間の位相差を推定する。

図３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、出力電圧値取得部４１０、周波数変化量取得部４３０、計画値算出部５００、位相差推定部４４０、伝達関数取得部４４１、伝達関数保持部４４２、有効電力値取得部４４６、出力部４５０、および単独運転検出部４６０を備える。

計画値算出部５００は、パワーコンディショナ１０が出力すべき出力電力に関する計画値を算出する。計画値算出部５００は、第１無効電力値導出部５０２、第２無効電力値導出部５０４、無効電力値加算部５０６、および無効電力値補正部５１０を含む。

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の系統周波数が５０Ｈｚ（１系統周期が２０ｍ秒）である場合、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波数に基づいて、予め定められた移動平均時間分の系統周波数の移動平均値を順次導出する。移動平均時間は、系統周波数の一周期、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、系統周波数の計測周期と同一の周期毎、例えば５ｍ秒毎に周波数偏差を導出してもよい。

第１無効電力値導出部５０２は、系統電源３００の周波数偏差に基づき無効電力値ｑ１を導出する。第１無効電力値導出部５０２は、系統電源３００の周波数偏差に比例して無効電力値ｑ１が多くなるように、無効電力値ｑ１を導出してよい。第１無効電力値導出部５０２は、例えば、図４に示すような無効電力値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値ｑ１を導出してもよい。

出力電圧値取得部４１０は、電圧センサ１７により検出される系統電源３００の電圧に対応する電圧値Ｖ３を取得する。第２無効電力値導出部５０４は、取得された電圧値Ｖ３が、予め定められた上限電圧値Ｖｔｈ以上か否かを判定する。第２無効電力値導出部５０４は、電圧値Ｖ３が上限電圧値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、無効電力値ｑ２を導出する。

無効電力値加算部５０６は、第１無効電力値導出部５０２により導出された無効電力値ｑ１と、第２無効電力値導出部５０４により導出された無効電力値ｑ２とを加算することで、無効電力値Ｑを導出する。

ここで、無効電力値加算部５０６から出力される無効電力値Ｑは、系統電源３００の交流電圧と制御装置１００で用いられるＰＬＬ１０２から出力される基準交流信号との間の位相差が考慮されていない。そこで、無効電力値補正部５１０が、位相差を考慮して、無効電力値加算部５０６から出力される無効電力値Ｑを補正し、補正後の無効電力値Ｑ'を導出する。

系統電源３００の交流電圧と基準交流信号との間の位相差をθ、パワーコンディショナ１０から出力される有効電力の有効電力値をＰとした場合、無効電力値補正部５１０は、次式（１）に基づいて、位相差θを回転補正した無効電力値Ｑ'を導出してよい。
Ｑ'＝Ｑ×ｃｏｓθ−Ｐ×ｓｉｎθ ・・・（１）

有効電力値取得部４４６は、パワーコンディショナ１０において系統へ出力されることが計画された電力の値を取得する。有効電力値取得部４４６は、制御装置１００から有効電力値Ｐを取得してよい。

周波数変化量取得部４３０は、系統電源３００から出力される交流電圧の単位時間あたりの周波数変化量Δｆを取得する。周波数変化量取得部４３０は、周波数計測部４０２により計測された周波数により、単位時間毎に周波数変化量Δｆを導出することで、周波数変化量Δｆを取得してよい。周波数変化量取得部４３０は、制御装置１００から周波数変化量Δｆを取得してもよい。

ここで、周波数変化量Δｆと、基準交流信号と系統電源３００の交流電圧との位相差θとの間には、比例関係がある。そこで、基準交流信号と系統電源３００の交流電圧との位相差と、系統電源３００の交流電圧の周波数変化量Δｆとの間の対応関係を実験またはシミュレーションなどにより予め特定しておく。これにより、単独運転検出装置４００は、制御装置１００から位相差θを受信することなく、その対応関係を用いることで、周波数変化量Δｆから位相差θを推定する。

位相差推定部４４０は、周波数変化量取得部４３０により取得された周波数変化量Δｆが基準変化量以上である場合、基準交流信号と系統電源３００の交流電圧との位相差と、系統電源３００の交流電圧の周波数変化量Δｆとの間の予め定められた対応関係に基づいて、周波数変化量取得部４３０により取得された周波数変化量Δｆに対応する位相差θを推定する。

伝達関数保持部４４２は、周波数変化量Δｆが基準変化量以上に変化してからの経過時間毎に対応関係を保持する。伝達関数保持部４４２は、系統電源３００の交流電圧の周波数変化量Δｆと、基準交流信号と交流電圧との位相差θとの間の関係を示す伝達関数を対応関係として、周波数変化量Δｆが基準変化量以上に変化してからの経過時間毎に保持してもよい。伝達関数は、系統電圧の周波数の変化に対するパワーコンディショナ１０の基準交流信号の位相変化の応答特性を表す。伝達関数保持部４４２は、周波数変化量Δｆが基準変化量以上に変化してからの経過時間Ｔｎ（ｎ≧１、ｎは、正の整数）毎に、伝達関数（θｎ＝Ｆ（Δｆ））を保持してもよい。伝達関数保持部４４２は、系統電源３００の交流電圧の周波数変化量Δｆと、基準交流信号と交流電圧との位相差θとを対応付けたテーブルを伝達関数として保持してもよい。伝達関数取得部４４１は、伝達関数保持部４４２に保持されている伝達関数を取得する。位相差推定部４４０は、周波数変化量取得部４３０により取得された周波数変化量Δｆと、伝達関数取得部４４１により取得された伝達関数とから系統電源３００の系統電圧の位相と基準交流信号の位相との差である位相差を逐次推定する。

計画値算出部５００は、位相差推定部４４０により推定された位相差に基づくパワーコンディショナ１０の出力電力の誤差を低減させるための新たな出力電力に関する計画値を算出する。計画値算出部５００は、パワーコンディショナ１０において系統電源３００へ出力されることが計画された電力の位相を系統電源３００の位相に近づく方向へ回転した電力をパワーコンディショナ１０に出力させるための新たな出力電圧に関する計画値を算出することで出力電力の誤差を低減させてよい。計画値算出部５００は、位相差推定部４４０により推定された位相差および有効電力値取得部４４６により取得された有効電力値Ｐに基づいて、新たな無効電力値に関する計画値を算出してよい。無効電力値補正部５１０は、位相差推定部４４０により推定された位相差θに基づいて、無効電力値加算部５０６から出力された無効電力値Ｑを回転補正して、パワーコンディショナ１０に出力させる無効電力値Ｑ'を導出する。

出力部４５０は、計画値算出部５００により算出された出力電力に関する計画値をパワーコンディショナ１０に出力する。出力部４５０は、無効電力値補正部５１０により導出された無効電力値Ｑ'に対応する電力をパワーコンディショナ１０から出力させるための計画値をパワーコンディショナ１０に出力する。出力部４５０は、無効電力値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す指示信号を制御装置１００に出力することで、無効電力値Ｑ'に対応する電力をパワーコンディショナ１０から出力させてよい。出力部４５０は、パワーコンディショナ１０が出力すべき無効電力値Ｑ'を示す指示信号を制御装置１００に出力することで、無効電力値Ｑ'に対応する電力をパワーコンディショナ１０から出力させてよい。

単独運転検出部４６０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よい。

図５は、経過時間毎の伝達関数（θｎ＝Ｆ（Δｆ））を導出する手順の一例を示すフローチャートである。

まず、測定対象のパワーコンディショナ１０を系統電源３００ではなく、出力電圧を任意に変化させることが可能な模擬系統電源に接続する。また、パワーコンディショナ１０と模擬系統電源とを制御可能な測定装置をパワーコンディショナ１０と模擬系統電源とに接続する。測定装置は、パワーコンディショナ１０からの無効電力の出力を停止させる（Ｓ１００）。次いで、模擬系統電源の交流電圧の周波数を測定対象のΔｆだけ変化させ（Ｓ１０２）、パワーコンディショナ１０から出力される電流と電圧との位相差φを取得する（Ｓ１０４）。測定装置は、電流センサおよび電圧センサを介して、パワーコンディショナ１０から出力される電流および電圧を検知して、検知された電流のゼロクロス点と電圧のゼロクロス点との間隔を導出することで、電流と電圧との位相差φを取得してもよい。

取得された電流と電圧との位相差φは、測定装置がパワーコンディショナ１０に対して無効電力の出力の停止を指示しているのにもかかわらず、生じている位相差である。この位相差φは、周波数をΔｆだけ変化させたことに伴い生じたＰＬＬから出力される基準交流信号と、模擬系統電源から出力される交流電圧との位相差θに相当する。そこで、測定装置は、模擬系統電源の交流電圧の周波数をΔｆだけ変化させてからの経過時間、およびΔｆに関連付けて位相差φを位相差θとしてメモリに記憶しておく。

測定装置は、取得した位相差が、基準位相差以上である場合（Ｓ１０６）、ステップＳ１０４に戻り、改めてパワーコンディショナ１０から出力される電流と電圧との位相差φを取得する。位相差が基準位相差より小さくなった場合、測定装置は、測定対象の他のΔｆがあるか否かを判定する（Ｓ１０８）。測定対象の他のΔｆがあれば、想定装置は、他のΔｆについてステップＳ１０２〜ステップＳ１０６の処理を繰り返す。

測定装置は、測定対象のΔｆについて経過時間毎の位相差を取得した場合、それぞれのΔｆについて、経過時間毎の伝達関数（θ＝Ｆ（Δｆ））を導出する（Ｓ１１０）。

以上の通り、測定装置は、測定対象のΔｆ毎に、Δｆと位相差θとの間の対応関係を示す伝達関数を経過時間毎に導出する。導出されたそれぞれの伝達関数は、単独運転検出装置４００の伝達関数保持部４４２に登録される。

図６は、交流電圧の周波数、伝達関数、および位相差について説明するための図である。交流電圧の周波数変化が、時点Ｔ０で開始され、時点Ｔ０から時点Ｔ１までの間に交流電圧の周波数がΔｆ１だけ変化し、時点Ｔ１から時点Ｔ２までの間に交流電圧の周波数がΔｆ２だけ変化し、時点Ｔ２から時点Ｔ３までの間に交流電圧の周波数がΔｆ３だけ変化し、時点Ｔ３から時点Ｔ４までの間に交流電圧の周波数がΔｆ４だけ変化したとする。そして、Δｆ１について伝達関数ｐｈ１が導出される。同様に、Δｆ２について伝達関数ｐｈ２が導出され、Δｆ３について伝達関数ｐｈ３が導出され、Δｆ４について伝達関数ｐｈ４が導出される。このように、それぞれの経過時間について導出される伝達関数ｐｈ１〜ｐｈ４は時間の成分を含む。よって、無効電力値Ｑの補正に用いられる位相差は、それぞれの経過時間毎の伝達関数に従って導出された各位相差の総和である。

総位相差ＰＨは、それぞれの経過時間毎の伝達関数ｐｈ１〜ｐｈ４に従って導出された各位相差の総和（ＰＨ＝ｐｈ１＋ｐｈ２＋ｐｈ３＋ｐｈ４）の変化を示す。総位相差ＰＨで示す通り、位相差θは、交流電圧の周波数に変化が生じてから交流電圧の周波数の変化が終了するまで徐々に増加し、交流電圧の周波数の変化が終了してから徐々に減少して、収束する。無効電力値補正部５１０は、交流電圧の周波数に変化が生じてから位相差θに基づく無効電力値Ｑの補正を開始し、交流電圧の周波数の変化が終了後、位相差θが収束するまで、位相差θに基づく無効電力値Ｑの補正を行う。

図７は、系統電源３００の周波数の変化に伴い無効電力値を補正する手順の一例を示すフローチャートである。

周波数変化量取得部４３０は、周波数計測部４０２により計測された系統電源３００の交流電圧の周波数を単位時間毎に取得して、単位時間毎に前回の周波数と今回の周波数と比較することで、周波数変化量を取得する（Ｓ２００）。周波数変化量取得部４３０により取得された周波数変化量が基準変化量より大きい場合（Ｓ２０２）、位相差推定部４４０は、系統電源３００の交流電圧の周波数に変化が生じたと判断する。なお、基準変化量は、０以上の値でよい。位相差推定部４４０は、周波数の変化を検知してからの経過時間に対応する伝達関数を伝達関数保持部４４２から取得する（Ｓ２０４）。

次いで、位相差推定部４４０は、取得された伝達関数に基づいて、取得された周波数変化量に対応する位相差を推定する（Ｓ２０６）。さらに、位相差推定部４４０は、周波数の変化を検知してから、現時点までに推定された他の位相差があれば、現時点までに推定された各位相差を加算する（Ｓ２０８）。無効電力値補正部５１０は、位相差推定部４４０から加算後の位相差の提供を受ける。さらに、無効電力値補正部５１０は、有効電力値取得部４４６からパワーコンディショナ１０が出力している有効電力値Ｐの提供を受ける。そして、無効電力値補正部５１０は、無効電力値加算部５０６から提供される無効電力値Ｑを、位相差および有効電力値Ｐを用いて式（１）に従って補正し、無効電力値Ｑ'を導出する（Ｓ２１０）。

出力部４５０は、導出された無効電力値Ｑ'に対応する電力をパワーコンディショナ１０から出力させるように、制御装置１００に指示する。出力部４５０は、パワーコンディショナ１０が出力すべき無効電力値Ｑ'を示す指示信号を制御装置１００に出力することで、無効電力値Ｑ'に対応する電力をパワーコンディショナ１０から出力させてよい。

次いで、周波数変化量取得部４３０は、改めて、系統電源３００の交流電圧の周波数の周波数変化量を取得し（Ｓ２１４）、加算後の位相差が基準位相差より大きければ（Ｓ２１６）、単独運転検出装置４００は、ステップＳ２０４〜ステップＳ２１４までの処理を繰り返す。一方、加算後の位相差が基準位相差以下であれば、無効電力値の補正の処理を終了する。

以上の通り、本実施形態に係る単独運転検出装置４００によれば、系統電源３００の交流電圧の周波数変化量に基づいて、系統電源３００の交流電圧と基準交流信号との間の位相差を推定する。よって、単独運転検出装置４００は、制御装置１００からＰＬＬ１０２が出力する基準交流信号を受信せずに、系統電源３００の交流電圧と基準交流信号との間の位相差を把握できる。単独運転検出装置４００を制御装置１００とは別体となるようにモジュール化した場合でも、系統電源３００の交流電圧と基準交流信号との間の位相差を把握できる。よって、単独運転検出装置４００は、位相差を考慮してパワーコンディショナ１０から出力させるべき無効電力値を導出できる。位相差が生じても、単独運転検出装置４００は、所望の無効電力をパワーコンディショナ１０から出力させることができるので、パワーコンディショナ１０の単独運転を即座に検知することができる。

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。

図８は、本実施形態に係る単独運転検出装置４００のハードウェア構成の一例を示す。本実施形態に係る単独運転検出装置４００は、ホストコントローラ９０２により相互に接続されるＣＰＵ９０４、ＲＡＭ９０６を有するＣＰＵ周辺部と、入出力コントローラ９０８によりホストコントローラ９０２に接続されるＲＯＭ９１０、および通信インターフェイス９１２を備える。

ホストコントローラ９０２は、ＲＡＭ９０６と、高い転送レートでＲＡＭ９０６をアクセスするＣＰＵ９０４とを接続する。ＣＰＵ９０４は、ＲＯＭ９１０およびＲＡＭ９０６に格納されたプログラムに基づいて動作して、各部を制御する。入出力コントローラ９０８は、ホストコントローラ９０２と、比較的高速な入出力装置である通信インターフェイス９１２と、ＲＯＭ９１０とを接続する。

通信インターフェイス９１２は、通信インターフェイス９１２および伝送ケーブル６０を介して制御装置１００と通信する。ＲＯＭ９１０は、単独運転検出装置４００内のＣＰＵ９０４が使用するプログラムおよびデータを格納する。また、ＲＯＭ９１０は、単独運転検出装置４００が起動時に実行するブート・プログラム、単独運転検出装置４００のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。

ＲＡＭ９０６を介してＲＯＭ９１０に提供されるプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、またはＵＳＢメモリ等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納されて利用者によって提供される。プログラムは、記録媒体から読み出され、ＲＡＭ９０６を介して単独運転検出装置４００内のＲＯＭ９１０にインストールされ、ＣＰＵ９０４において実行される。

単独運転検出装置４００にインストールされて実行されるプログラムは、ＣＰＵ９０４等に働きかけて、単独運転検出装置４００を、図１から図７にかけて説明した周波数計測部４０２、移動平均値導出部４０４、周波数偏差導出部４０６、出力電圧値取得部４１０、周波数変化量取得部４３０、計画値算出部５００、位相差推定部４４０、伝達関数取得部４４１、伝達関数保持部４４２、有効電力値取得部４４６、出力部４５０、および単独運転検出部４６０として機能させる。

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 ＰＬＬ
１０４ 有効電力値出力部
１０６ 無効電力値入力部
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
４１０ 出力電圧値取得部
４３０ 周波数変化量取得部
４４０ 位相差推定部
４４１ 伝達関数取得部
４４２ 伝達関数保持部
４４６ 有効電力値取得部
４５０ 出力部
４６０ 単独運転検出部
５００ 計画値算出部
５０２ 第１無効電力値導出部
５０４ 第２無効電力値導出部
５０６ 無効電力値加算部
５１０ 無効電力値補正部

Claims (5)

1. 分散型直流電源と系統電源とに接続されたパワーコンディショナに接続して使用され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において系統へ出力されることが計画された電力の値を取得する電力値取得部と、
   前記系統電源の系統電圧の周波数の変化量を取得する周波数変化量取得部と、
   前記系統電圧の周波数の変化に対する前記パワーコンディショナの基準交流信号の位相変化の応答特性を表す伝達関数を取得する伝達関数取得部と、
   取得された前記周波数の変化量と前記伝達関数とから前記系統電圧の位相と前記基準交流信号の位相との差である位相差を逐次推定する位相差推定部と、
   推定された前記位相差に起因する、前記パワーコンディショナにおいて前記系統へ出力することが計画された電力に対する前記パワーコンディショナの出力電圧の誤差を低減させるための新たな出力電力に関する計画値を算出する計画値算出部と、
   算出された前記出力電力に関する計画値を前記パワーコンディショナに出力する出力部と
   を備える単独運転検出装置。
2. 前記計画値算出部は、前記パワーコンディショナにおいて系統へ出力されることが計画された電力の位相を前記系統の位相に近づく方向へ回転した電力を前記パワーコンディショナに出力させるための新たな出力電圧に関する計画値を算出することで出力電力の誤差を低減させる請求項１に記載の単独運転検出装置。
3. 前記電力値取得部は前記パワーコンディショナが出力する有効電力値を取得し、
   前記計画値算出部は、前記位相差推定部により推定された前記位相差および前記電力値取得部により取得された前記有効電力値に基づいて、新たな無効電力値に関する計画値を算出する請求項１または２に記載の単独運転検出装置。
4. 前記有効電力値を前記単独運転検出装置に対して出力する有効電力値出力部と、
   前記無効電力値を前記単独運転検出装置から入力する無効電力値入力部と、
   を備えるパワーコンディショナと、
   前記請求項３に記載の単独運転検出装置と
   を備えるパワーコンディショナシステム。
5. コンピュータを請求項１から請求項３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。

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