JP6398054B2 - 単独運転検出装置とその方法並びに分散型電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力系統に接続された分散型電源装置の単独運転を検出する単独運転検出装置とその方法並びに単独運転の検出機能を備えた分散型電源装置に関する。

近年、再生可能エネルギーの利用を促進する様々な国の施策が進められており、太陽光発電パネルや風力発電機、燃料電池などの比較的小規模な分散型電源装置が商用の電力系統に多数接続されるようになってきている。

事故などによって電力系統の一区画が上流から切り離された場合、この切り離された区画に分散型電源装置が接続されていると、区画内の系統負荷に対して分散型電源装置が単独で電力を供給する「単独運転」の状態となる。この単独運転の状態では、無電圧であるべき系統ラインに電源が供給されることになるため、復旧作業の妨げとなるほか、公衆感電や機器の損傷などの問題を生じる。そのため、分散型電源装置が単独運転の状態になった場合には、速やかに電力系統から解列させることが社団法人日本電気協会により策定された「系統連系規程ＪＥＡＣ９７０１」で定められている。

下記の特許文献１に記載される単独運転検出方法では、電力系統の周波数が過去複数の周期にわたって実質変化のない状態のときに系統電圧の変動が検出されると、電力系統に無効電力が注入される。無効電力の注入によって電力系統に所定の電力変動が生じた場合、単独運転状態にあると判定される。

また、下記の特許文献２に記載される単独運転検出方法では、電力系統の周波数が正帰還により変化を助長する方向へ無効電力が制御されるとともに、電力系統の周波数変化率に応じてステップ状に変化する値（リミット値）が正帰還により変化を助長する方向へ無効電力が制御される。単独運転の状態において上記のような無効電力の制御が行われると、電力系統の周波数変化率が時間とともに増大し、上記リミット値の絶対値から所定のリセット量を減算して得た値の積分値が増大する。積分値が一定のレベルを超えた場合、単独運転状態にあると判定される。

特開２００９−１１０３７号公報 特開２０１２−１２０２８５号公報

ところで、事故などの際に上流から切り離される電力系統の一区画内の系統負荷に対して、そのほとんどの電力が分散型電源装置から供給されており、電力系統から系統負荷への電力供給がゼロに近いような状態が生じることがある。このように分散型電源装置の出力電力と系統負荷がバランスしている場合、系統電源から切り離された単独運転の状態になっても、分散型電源装置の出力電圧の周波数はほとんど変化しない。また、系統負荷の特性によっては、出力電圧の基本波成分や高調波成分も殆ど変化しないことがある。しかしながら、特許文献１の方法では、系統電圧の変動を検出することが無効電力の注入開始の条件となっている。そのため、上述のように出力電力と系統負荷がバランスした状態で単独運転が起きていると、無効電力がいつまでも注入されないことになり、単独運転の検出に要する時間が長くなってしまう。一般財団法人電気安全環境研究所において定められた系統連系保護装置等の試験方法である「ＪＥＴＧＲ０００３−５−３．０（２０１４）」では、０．２秒以内に単独運転を検出することが求められている。特許文献１の方法では、上述のような出力電力と系統負荷のバランス状態が生じた場合にこの条件をクリアするのは困難である。

他方、近年では、太陽光発電等の普及に伴って電力系統に接続される分散型電源装置が増えてきたため、一つの系統区画内に複数台の分散型電源装置が接続されるケースも出てきている。特許文献２の方法では、周波数の変動が小さい正常状態でも常に周波数変化を助長する正帰還が働くように無効電力が注入されることから、同一区画内に接続された複数台の分散型電源装置においてこのような無効電力の注入が行われた場合、単独運転の検出等に不具合を生じる可能性がある。そこで、一般社団法人日本電機工業会において策定された規格である「ＪＥＭ１４９８」では、周波数偏差が±０．０１Ｈｚより小さい場合、単独運転検出のために無効電力の微小変動を与えないことが定められている。特許文献２の方法では、この「ＪＥＭ１４９８」において定められた無効電力の注入条件を満たすことができないという問題がある。

また、系統送電線事故による瞬時的な電圧低下や周波数上昇、系統分離などによる周波数変動など、電力系統には一時的な撹乱が生じる場合がある。このような系統の撹乱を単独運転の状態とみなして分散型電源装置が一斉に電力系統から解列すると、系統全体の電圧や周波数に大きな影響を与える可能性がある。そのため、電力系統に接続される分散型電源装置には、所定の事故時運転継続（ＦＲＴ：ｆａｕｌｔ ｒｉｄｅ ｔｈｒｏｕｇｈ）の要件を満たすことが求められている（以下、この要件を「ＦＲＴ要件」と記す）。社団法人日本電気協会において策定された系統連系規程「ＪＥＡＣ９７０１−２０１２」によると、５０Ｈｚ系統に連系する場合、ステップ状に３サイクル間継続する＋０．８Ｈｚの周波数変動や、上限５１．５Ｈｚから下限４７．５Ｈｚまでの範囲における±２Ｈｚ／ｓ以内のランプ状の周波数変動に対しては、運転を継続すること（単独運転状態として検出しないこと）が定められている。

従って、系統連系する分散型電源装置には、周波数の変動が微小な場合に無効電力を注入することなく（ＪＥＭ１４９８）、所定の期間内に単独運転を検出し（ＪＥＴＧＲ０００３−５−３．０）、しかも、ＦＲＴ要件において定められた範囲内の周波数変動については単独運転として検出しないこと（ＪＥＡＣ９７０１−２０１２）が要求されている。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、周波数の変動が微小な場合に無効電力を注入することなく、単独運転を短い時間で検出できる単独運転検出装置とその方法を提供すること、並びに、そのような単独運転の検出機能を備えた分散型電源装置を提供することにある。

本発明の第１の観点は、電力系統に接続された分散型電源装置の単独運転を検出する単独運転検出装置に関する。この単独運転検出装置は、前記分散型電源装置の出力電圧の周波数を測定する周波数測定部と、前記出力電圧に含まれる基本波成分及び／又は高調波成分を測定する電圧測定部と、前記周波数測定部の測定値に基づいて、時間の経過に伴う前記出力電圧の周波数偏差を算出する周波数演算部と、前記周波数偏差が所定の範囲から外れる場合、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に注入し、前記周波数偏差が前記所定の範囲に含まれる場合は、前記電圧測定部により測定された前記基本波成分及び／又は前記高調波成分の時間的な変動パターンが所定の条件を満たすならば、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に一定期間注入するように、前記分散型電源装置若しくは前記分散型電源装置と並列に接続された無効電力注入用電源装置を制御する無効電力注入制御部と、第１ステートにおいて、前記周波数が比較的緩やかに変化する第１の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第１の周波数変化を検出すると前記第１ステートから第２ステートへ移行し、前記第２ステートにおいて、前記周波数が比較的急に変化する第２の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第２ステートの開始時刻から前記第２の周波数変化を検出した時刻までの経過時間が第１の時間を超えた場合、前記単独運転が行われていると判定する判定部とを有する。

本発明の第２の観点は、電力系統に接続された分散型電源装置の単独運転を検出する単独運転検出方法に関する。この単独運転検出方法は、前記分散型電源装置の出力電圧の周波数を測定する周波数測定工程と、前記出力電圧に含まれる基本波成分及び／又は高調波成分を測定する電圧測定工程と、前記周波数測定工程の測定値に基づいて、時間の経過に伴う前記出力電圧の周波数偏差を算出する周波数演算工程と、前記周波数偏差が所定の範囲から外れる場合、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に注入するように前記分散型電源装置若しくは前記分散型電源装置と並列に接続された無効電力注入用電源装置を制御する第１無効電力注入工程と、前記周波数偏差が前記所定の範囲に含まれる場合、前記電圧測定工程において測定された前記基本波成分及び／又は前記高調波成分の時間的な変動パターンが所定の条件を満たすならば、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に一定期間注入するように、前記分散型電源装置若しくは前記無効電力注入用電源装置を制御する第２無効電力注入工程と、第１ステートにおいて、前記周波数が比較的緩やかに変化する第１の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視する第１監視工程と、前記第１監視工程において前記第１の周波数変化を検出した場合、前記第１ステートから第２ステートへ移行し、前記第２ステートにおいて、前記周波数が比較的急に変化する第２の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視する第２監視工程と、前記第２ステートの開始時刻から前記第２の周波数変化を検出した時刻までの経過時間が第１の時間を超えた場合、前記単独運転が行われていると判定する第１判定工程とを有する。

本発明の第３の観点は、電力系統に接続された状態における単独運転を検出可能な分散型電源装置に関する。この分散型電源装置は、前記電力系統に出力が接続された電力変換部と、前記電力変換部の出力電圧の周波数を測定する周波数測定部と、前記出力電圧に含まれる基本波成分及び／又は高調波成分を測定する電圧測定部と、前記周波数測定部の測定値に基づいて、時間の経過に伴う前記出力電圧の周波数偏差を算出する周波数演算部と、前記周波数偏差が所定の範囲から外れる場合、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に注入し、前記周波数偏差が前記所定の範囲に含まれる場合は、前記電圧測定部により測定された前記基本波成分及び／又は前記高調波成分の時間的な変動パターンが所定の条件を満たすならば、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に一定期間注入するように前記電力変換部を制御する無効電力注入制御部と、第１ステートにおいて、前記周波数が比較的緩やかに変化する第１の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第１の周波数変化を検出すると前記第１ステートから第２ステートへ移行し、前記第２ステートにおいて、前記周波数が比較的急に変化する第２の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第２ステートの開始時刻から前記第２の周波数変化を検出した時刻までの経過時間が第１の時間を超えた場合、前記単独運転が行われていると判定する判定部とを有する。

本発明によれば、周波数の変動が微小な場合に無効電力を注入することなく、単独運転を短い時間で検出できる。

第１の実施形態に係る単独運転検出装置の構成の一例を示す図である。 周波数変動に対するＦＲＴ要件を説明するための図である。図２Ａはステップ状の周波数変動に対するＦＲＴ要件を示し、図２Ｂはランプ状の周波数変動に対するＦＲＴ要件を示す。 図２に示す周波数変動が生じた場合における周波数測定値の変化を示す図である。図３Ａはステップ状の周波数変動が生じた場合を示し、図３Ｂはランプ状の周波数変動が生じた場合を示す。 単独運転の場合における周波数測定値の変化の一例を示す図である。図４Ａは単独運転の発生の直後から電力系統への無効電力の注入が行われた場合を示し、図４Ｂは単独運転の発生から暫く時間が経過した後で電力系統への無効電力の注入が行われた場合を示す。 判定部における単独運転の判定処理について説明するための第１のフローチャートである。 判定部における単独運転の判定処理について説明するための第２のフローチャートである。 第２の実施形態に係る単独運転検出装置の構成の一例を示す図である。 第３の実施形態に係る分散型電源装置の構成の一例を示す図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る単独運転検出装置２の構成の一例を示す図である。本実施形態に係る単独運転検出装置２は、電力系統ＬＮに接続された分散型電源装置１の単独運転を検出する。すなわち、単独運転検出装置２は、事故等に伴う送電路の遮断によって電力系統ＬＮからの電源供給が止まり、分散型電源装置１が系統負荷ＲＬへ単独で電源を供給している状態を検出する。単独運転検出装置２は、単独運転の状態を検出した場合、分散型電源装置１と電力系統ＬＮとの接続を切り離す。

まず、分散型電源装置１の構成を説明する。
図１の例において、分散型電源装置１は、電力変換部１２と、キャパシタＣ１及びＣ２と、インダクタＬ１及びＬ２と、電流測定部１３と、制御部１１を有する。

電力変換部１２は、端子Ｔ１、Ｔ２から与えられる蓄電池ＢＡＴの直流電力と端子Ｔ３、Ｔ４から与えられる電力系統ＬＮの交流電力とを双方向に変換して伝える回路であり、図１の例では、４つのスイッチング素子（ＩＧＢＴ等）を用いたＨブリッジ回路によって構成される。

キャパシタＣ１は、端子Ｔ１、Ｔ２において蓄電池ＢＡＴと並列に接続されており、電力変換部１２において発生するスイッチング周波数のリップル電流成分を吸収する。
インダクタＬ１及びＬ２は、電力系統ＬＮに接続される端子Ｔ３、Ｔ４と電力変換部１２との間の電流経路に設けられており、電力変換部１２の交流側電圧と電力系統ＬＮの電圧との電圧差に相当するパルス状の電圧が印加される。インダクタＬ１は電力変換部１２の一方の交流側端子と端子Ｔ３の間に接続され、インダクタＬ２は電力変換部１２の他方の交流側端子と端子Ｔ４の間に接続される。
キャパシタＣ２は、端子Ｔ３とＴ４において電力系統ＬＮと並列に接続されており、インダクタＬ１及びＬ２から電力系統ＬＮに流れるスイッチング周波数のリップル電流成分を吸収する。

電流測定部１３は、電力変換部１２の交流側に流れる電流を測定する回路であり、図１の例ではインダクタＬ２に流れる電流を測定する。電流測定部１３は、電流の測定結果を示す電流測定信号Ｓｉを制御部１１に出力する。電流測定部１３は、例えば、カレントトランスやホール素子などの電流センサと、その検出信号を増幅するアンプを有する。

制御部１１は、電力変換部１２の交流側に流れる交流電流の振幅や位相、周波数が所望の値となるように、電力変換部１２の各スイッチング素子を制御する。すなわち、制御部１１は、電流測定部１３の電流測定信号Ｓｉや、後述する電圧測定部１４の電圧測定信号Ｓｖ、周波数測定部１５の周波数測定信号Ｓｆに基づいて、交流電流の振幅や位相、周波数が目標値へ近づくように、電力変換部１２の各スイッチング素子をオン又はオフさせる制御信号を生成する。例えば、制御部１１は、単独運転検出装置２から入力される無効電力指令値信号Ｓｒｐに応じて、電力変換部１２から電力系統ＬＮに注入される無効電力の大きさと向きを調整する。また、制御部１１は、図示しないコントローラ等から入力される有効電力指令値信号Ｓｅｐに応じて、電力変換部１２から出力される有効電力の大きさと向きを調整する。制御部１１は、少なくとも一部を専用のデジタル回路で構成してもよいし、コンピュータとソフトウェアによって実現してもよい。

次に、単独運転検出装置２の構成を説明する。
図１に示す単独運転検出装置２は、電圧測定部１４と、周波数測定部１５と、ブレーカ１６と、制御部２０を有する。

電圧測定部１４は、分散型電源装置１の交流側の出力電圧（端子Ｔ３、Ｔ４の電圧）における基本波成分及び高調波成分を測定し、その測定結果を示す電圧測定信号Ｓｖを出力する。例えば、電圧測定部１４は、抵抗等による分圧回路と、その出力信号を増幅するアンプと、アンプの出力信号のフーリエ解析を行う演算部を有する。この場合、フーリエ解析を行う演算部は、その少なくとも一部を専用のデジタル回路で構成してもよいし、コンピュータとソフトウェアによって実現してもよい。演算部をソフトウェアで実現する場合、そのコンピュータは専用のものを設けてもよいし、後述の制御部２０に含まれるコンピュータを利用してもよい。

周波数測定部１５は、分散型電源装置１の出力電圧の周波数を測定し、その測定結果を示す周波数測定信号Ｓｆを出力する。図１の例において、周波数測定部１５は、電圧測定部１４の電圧測定信号Ｓｖに基づいて周波数の測定を行う。具体的な一例として、周波数測定部１５は、電圧測定信号Ｓｖに基づいて分散型電源装置１の出力電圧に同期した方形波を生成し、その立ち下がりと立ち上がりの中間時刻から、次の立ち下がりと立ち上がりの中間時刻までの時間差を出力電圧の１周期として計測する。周波数測定部１５は、その少なくとも一部を専用のデジタル回路で構成してもよいし、コンピュータとソフトウェアによって実現してもよい。周波数測定部１５をソフトウェアで実現する場合、そのコンピュータは専用のものを設けてもよいし、後述の制御部２０に含まれるコンピュータを利用してもよい。

ブレーカ１６は、分散型電源装置１の交流側の端子Ｔ３、Ｔ４と電力系統ＬＮとの間の電流経路に設けられており、制御部２０のブレーカ制御信号Ｓｂｋに応じて導通又は開放する。

制御部２０は、電圧測定部１４の電圧測定信号Ｓｖ及び周波数測定部１５の周波数測定信号Ｓｆに応じて、分散型電源装置１の無効電力を調整する無効電力指令値信号Ｓｒｐを生成するとともに、ブレーカ１６のオン又はオフを制御するブレーカ制御信号Ｓｂｋを生成する。

制御部２０は、例えば図１に示すように、周波数演算部２１と、無効電力注入制御部２２と、判定部２３を有する。

周波数演算部２１は、周波数測定部１５の周波数測定信号Ｓｆに基づいて、時間の経過に伴う分散型電源装置１の出力電圧の周波数偏差ｄＦｒを算出する。例えば、周波数演算部２１は、最近の一定期間（例えば４０ｍｓ）における周波数の移動平均値を「最近周波数Ｆｒ１」、過去（例えば現在から２００ｍｓ前）の一定期間（例えば８０ｍｓ）における周波数の移動平均値を「過去周波数Ｆｒ０」としてそれぞれ算出し、最近周波数Ｆｒ１と過去周波数Ｆｒ０との差を周波数偏差ｄＦｒとして算出する。周波数偏差ｄＦｒは、次の式で表わされる。

［数１］
ｄＦｒ ＝ Ｆｒ１−Ｆｒ０ …（１）

周波数演算部２１は、系統周期に比べて短い一定期間（例えば５ｍｓ）ごとに周波数偏差ｄＦｒの算出値を更新する。すなわち、周波数演算部２１は、周波数測定部１５の測定データを一定期間ごと（５ｍｓごと）に取得し、取得した一連の測定データに基づいて、最近周波数Ｆｒ１、過去周波数Ｆｒ０及び周波数偏差ｄＦｒを算出する。

無効電力注入制御部２２は、周波数偏差ｄＦｒを増大させる無効電力を電力系統ＬＮへ注入するように、分散型電源装置１を制御する。ただし無効電力注入制御部２２は、無効電力の注入方法とその条件を、周波数偏差ｄＦｒの大きさに応じて変更する。

［周波数偏差ｄＦｒが所定の範囲から外れる場合］
周波数偏差ｄＦｒがゼロを含む所定の範囲（例えば±０．０１Ｈｚ）から外れる場合、無効電力注入制御部２２は、周波数偏差ｄＦｒを増大させる無効電力を電力系統ＬＮへ注入するように分散型電源装置１を制御する。例えば、無効電力注入制御部２２は、周波数偏差ｄＦｒが正の場合、電力系統ＬＮの電圧の周波数に対して分散型電源装置１の出力電流の位相を進める制御（無効電力の注入）を連続的に行うように無効電力指令値信号Ｓｒｐを調節する。また無効電力注入制御部２２は、周波数偏差ｄＦｒが負の場合、電力系統ＬＮの電圧の周波数に対して分散型電源装置１の出力電流の位相を遅らせる制御（無効電力の注入）を連続的に行うように無効電力指令値信号Ｓｒｐを調節する。単独運転の状態では、分散型電源装置１の出力電流の位相に電力系統ＬＮの電圧の位相が近づくため、このような無効電力の制御を行うことにより、周波数偏差ｄＦｒの増大が進行する。

［周波数偏差ｄＦｒが所定の範囲内の場合］
周波数偏差ｄＦｒが上記所定の範囲（±０．０１Ｈｚ内）に含まれる程度に小さい場合、無効電力注入制御部２２は、電圧測定部１４により測定された出力電圧の基本波成分及び高調波成分の時間的な変動パターンが所定の条件を満たすならば、周波数偏差ｄＦｒを増大させる無効電力を電力系統ＬＮに一定期間注入するように分散型電源装置１を制御する。

基本波成分の変動パターンの条件は、例えば以下のように設定される。

［数２］
（Ｎ０−Ｎａｖｒ） ＞ ２．５［ボルト］ …（２−１）
（Ｎ１−Ｎａｖｒ） ＞ ２．５［ボルト］ …（２−２）
（Ｎ２−Ｎａｖｒ） ＞ −０．５［ボルト］ …（２−３）
−０．５［ボルト］ ＜ （Ｎ３−Ｎａｖｒ） ＜ ０．５［ボルト］ …（２−４）
−０．５［ボルト］ ＜ （Ｎ４−Ｎａｖｒ） ＜ ０．５［ボルト］ …（２−５）
−０．５［ボルト］ ＜ （Ｎ５−Ｎａｖｒ） ＜ ０．５［ボルト］ …（２−６）

式（２−１）〜（２−６）において、「Ｎｉ」（ｉ＝０〜５）は、ｉサイクル前の基本波電圧を示す。また、「Ｎａｖｒ」は、３サイクル前から５サイクル前までの３個の基本波電圧（Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５）の平均値を示す。

他方、高調波成分の変動パターンの条件は、例えば以下のように設定される。

［数３］
（Ｍ０−Ｎａｖｒ） ＞ ２［ボルト］ …（３−１）
（Ｍ１−Ｎａｖｒ） ＞ ２［ボルト］ …（３−２）
（Ｍ２−Ｎａｖｒ） ＞ −０．５［ボルト］ …（３−３）
−０．５［ボルト］ ＜ （Ｍ３−Ｍａｖｒ） ＜ ０．５［ボルト］ …（３−４）
−０．５［ボルト］ ＜ （Ｍ４−Ｍａｖｒ） ＜ ０．５［ボルト］ …（３−５）
−０．５［ボルト］ ＜ （Ｍ５−Ｍａｖｒ） ＜ ０．５［ボルト］ …（３−６）

式（３−１）〜（３−６）において、「Ｍｉ」（ｉ＝０〜５）は、ｉサイクル前における２次〜７次の全高調波電圧実効値（ＴＨＤ：ｔｏｔａｌ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を示す。また、「Ｍａｖｒ」は、３サイクル前から５サイクル前までの３個の全高調波電圧実効値（Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５）の平均値を示す。

例えば無効電力注入制御部２２は、基本波成分の変動パターンが式（２−１）〜（２−６）の条件を全て満たすか、又は、高調波成分の変動パターンが式（３−１）〜（３−６）の条件を全て満たすならば、無効電力の注入を行う。この場合、無効電力注入制御部２２は、一定の期間（例えば系統周波数の３サイクル以下の期間）、一定量の無効電力（例えば定格電力の１０％以下の無効電力）を分散型電源装置１から電力系統ＬＮへ注入するように無効電力指令値信号Ｓｒｐを生成する。無効電力の注入方向は、例えば分散型電源装置１の出力電流の位相を電力系統ＬＮの電圧の位相に対して遅らせる方向に設定される。

なお、無効電力注入制御部２２は、周波数偏差ｄＦｒが上記所定の範囲（±０．０１Ｈｚ以内）に含まれる場合において、基本波成分や高調波成分の変動パターンが式（２−１）〜（２−６）の条件や式（３−１）〜（３−６）の条件を満たさないときは、無効電力の注入を行わない。無効電力の注入が行われないと、分散型電源装置１が単独運転の状態であっても、周波数偏差ｄＦｒの変化の開始は遅くなる。

上述した無効電力注入制御部２２による無効電力の注入の制御は、次に述べる判定部２３の処理と並行して行われる。

判定部２３は、無効電力注入制御部２２による無効電力の注入の制御が行われているとき、これと並行して、電力系統ＬＮの周波数の時間的な変動パターンに基づいて単独運転の有無を判定する。単独運転中と判定した場合、判定部２３は、ブレーカ１６をオフさせるブレーカ制御信号Ｓｂｋを出力する。

判定部２３は、電力系統ＬＮの周波数変化の状態に対応した３つのステート（第１ステート、第２ステート、第３ステート）を有する。第１ステートは、周波数がほぼ一定となっている状態（待機状態）に対応する。第２ステートは、周波数が比較的緩やかに変化する状態（周波数変動状態）に対応する。第３ステートは、周波数が比較的急に変化する状態（周波数急変状態）に対応する。
判定部２３は、上述したステートの更新処理を一定期間ごとに行う。すなわち、判定部２３は、同一のステートに留まるか又は他のステートに移行するかを決定するための処理を一定期間ごと（例えば５ｍｓごと）に行う。

［第１ステート（待機状態）］
判定部２３は、第１ステート（待機状態）において、電力系統ＬＮの周波数が比較的緩やかに変化する第１の周波数変化を周波数偏差ｄＦｒに基づいて監視する。例えば、判定部２３は、周波数偏差ｄＦｒと第２しきい値ＴＨ２とを比較し、当該比較結果に基づいて第１の周波数変化（緩やかな周波数変化）を検出する。具体的には、判定部２３は、周波数偏差ｄＦｒの絶対値が第２しきい値ＴＨ２より大きい場合（｜ｄＦｒ｜＞ＴＨ２）、第１の周波数変化を検出する。第１の周波数変化を検出すると、判定部２３は、第１ステートから第２ステートへ移行する。

［第２ステート（周波数変動状態）］
判定部２３は、第２ステート（周波数変動状態）において、電力系統ＬＮの周波数が比較的急に変化する第２の周波数変化を周波数偏差ｄＦｒに基づいて監視する。例えば、判定部２３は、周波数演算部２１において連続して算出された２つの周波数偏差ｄＦｒの差である「周波数偏差変化率ｄｄＦｒ」と第３しきい値ＴＨ３とを比較し、当該比較結果に基づいて第２の周波数変化（急な周波数変化）を検出する。周波数偏差変化率ｄｄＦｒは次の式で表わされる。

［数４］
ｄｄＦｒ ＝ ｄＦｒ［ｎ］−ｄＦｒ［ｎ−１］ …（４）

式（４）において、「ｄＦｒ［ｎ］」は直近の周波数偏差ｄＦｒを示し、「ｄＦｒ［ｎ−１］」はその一つ前に算出された周波数偏差ｄＦｒを示す。例えば判定部２３は、周波数偏差変化率ｄｄＦｒの絶対値が第３しきい値ＴＨ３より大きい場合（｜ｄｄＦｒ｜＞ＴＨ３）、第２の周波数変化を検出する。

判定部２３は、第２ステートにおいて第２の周波数変化（急な周波数変化）を検出した場合、その第２ステートの開始時刻から第２の周波数変化を検出した時刻までの経過時間Ｔｘが第１の時間Ｔ１以上ならば（Ｔｘ≧Ｔ１）、単独運転が行われていると判定する。これは、単独運転の状態でありながら無効電力の注入条件を満たさない期間（周波数偏差が微小で、かつ、系統電圧の基本波成分・高調波成分の変動が小さい期間）がしばらく続いた後、無効電力の注入が開始され、周波数の急な変化が生じた状況に対応する。

他方、第２ステートの開始時刻から第２の周波数変化（急な周波数変化）を検出した時刻までの経過時間Ｔｘが第１の時間Ｔ１より短い場合（Ｔｘ＜Ｔ１）、判定部２３は、第２ステートから第３ステートへ移行する。これは、周波数の急な変化が始まったものの、それがＦＲＴ要件を満たすステップ状の変化（図２Ａ）に相当するものか、或いは、単独運転の状態によるものかが不明な状況に対応する。

なお、判定部２３は、第２ステートにおいても、周波数偏差ｄＦｒに基づいて第１の周波数変化を監視する。第１の周波数変化が一定時間継続して検出されない場合（すなわち、周波数の変化が小さい安定状態となった場合）、判定部２３は、第２ステートから第１ステートへ移行する。
また、判定部２３は、第２ステートの継続時間が第４の時間Ｔ４を超えた場合（すなわち、周波数が緩やかなランプ状の変化を長く続けている場合：図２Ｂ）も、第２ステートから第１ステートへ移行する。第４の時間Ｔ４は、ＦＲＴ要件を満たしたステップ状の周波数変動を判別するために設定される後述の第２の時間Ｔ２と等しいかこれより長い時間に設定される。

［第３ステート（周波数急変状態）］
判定部２３は、第３ステート（周波数急変状態）において、直近の第１ステートの周波数と最新の周波数との差である「定常周波数偏差ΔＦｒ」と第１しきい値ＴＨ１とを比較し、その大小関係を監視する。定常周波数偏差ΔＦｒは次の式で表わされる。

［数５］
ΔＦｒ ＝ Ｆｒ０＿ｓｔｂ−Ｆｒ１ …（５）

式（５）において、「Ｆｒ０＿ｓｔｂ」は直近の第１ステートにおける過去周波数Ｆｒ０を示し、「Ｆｒ１」は最近周波数Ｆｒ１を示す。判定部２３は、第１ステートにおいてステートの更新処理を行う度に、第１ステートの持続期間を監視する。持続期間が所定時間（例えば２０ｍｓ）を超えている場合、判定部２３は、その時刻の最近周波数Ｆｒ１に対応する過去周波数Ｆｒ０を「Ｆｒ０＿ｓｔｂ」として保持する。従って、「Ｆｒ０＿ｓｔｂ」は、周波数の変動が小さい安定状態にあった直近の過去における周波数の定常値を示す。定常周波数偏差ΔＦｒは、その定常値に対する最近周波数Ｆｒ１の偏差を示す。

定常周波数偏差ΔＦｒが第１しきい値ＴＨ１以上（｜ΔＦｒ｜≧ＴＨ１）、かつ、直近の第２ステート開始時刻からの経過時間Ｔｘが第２の時間Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）を超えた場合（Ｔｘ＞Ｔ２）、判定部２３は単独運転が行われていると判定する。これは、ＦＲＴ要件を満たすステップ状の変化（図２Ａ）であれば定常周波数偏差ΔＦｒが第１しきい値ＴＨ１に比べて小さくなるべき時刻（Ｔｘ＝Ｔ２）を超えたにもかかわらず、定常周波数偏差ΔＦｒが第１しきい値ＴＨ１より大きい状況に対応する。

他方、直近の第２ステート開始時刻からの経過時間Ｔｘが第２の時間Ｔ２を超える前に定常周波数偏差ΔＦｒが第１しきい値ＴＨ１より小さくなった場合（｜ΔＦｒ｜＜ＴＨ１）、判定部２３は、第３ステートから第１ステートに移行する。これは、ＦＲＴ要件を満たすステップ状の変化（図２Ａ）に相当するため、定常周波数偏差ΔＦｒが規定の時刻（Ｔｘ＝Ｔ２）より前に第１しきい値ＴＨ１より小さくなった状況に対応する。

ただし、判定部２３は、直近の第２ステート開始時刻からの経過時間Ｔｘが第３の時間Ｔ３（Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１）に比べて短い場合は、第３ステートから第１ステートへの移行を抑止する。これにより、ＦＲＴ要件を満たすステップ状の周波数変動（図２Ａ）と、単独運転の状態に対応する周波数変動とが正確に判別される。

また、判定部２３は、第２ステート開始時刻において第１しきい値ＴＨ１を所定の初期値（例えばゼロ）に設定し、所定の時間変化率（例えば２Ｈｚ／秒）で第１しきい値ＴＨ１を時間とともに増大させる。これにより、単独運転の状態に対応する周波数変化とＦＲＴ要件を満たすステップ状の変化（図２Ａ）との判別がより早いタイミングで行われ、単独運転の検出時間が短くなる。

ここで、上述した構成を有する本実施形態に係る単独運転検出装置２の動作を説明する。

まず、単独運転の状態として判定されない周波数変動について説明する。
図２は、「ＪＥＡＣ９７０１−２０１２」において規定された周波数変動に対するＦＲＴ要件を説明するための図である。図２Ａはステップ状の周波数変動に対するＦＲＴ要件を示し、図２Ｂはランプ状の周波数変動に対するＦＲＴ要件を示す。

［ステップ状の周波数変動に対するＦＲＴ要件（図２Ａ）］
５０Ｈｚ系統に連係する場合、ステップ状に３サイクル間（６０ｍｓ）継続する＋０．８Ｈｚの周波数変動に対して運転を継続することが要求される。また、６０Ｈｚ系統に連係する場合、ステップ状に３サイクル間（５０ｍｓ）継続する＋１．０Ｈｚの周波数変動に対して運転を継続することが要求される。

［ランプ状の周波数変動に対するＦＲＴ要件（図２Ｂ）］
５０Ｈｚ系統に連係する場合、上限５１．５Ｈｚから下限４７．５Ｈｚまでの範囲における±２Ｈｚ／ｓ以内のランプ状の周波数変動に対して運転を継続することが要求される。また、６０Ｈｚ系統に連係する場合、上限６１．８Ｈｚから下限５７．０Ｈｚまでの範囲における±２Ｈｚ／ｓ以内のランプ状の周波数変動に対して運転を継続することが要求される。

図３は、図２に示す周波数変動が生じた場合における周波数測定値の変化を示す図であり、周波数演算部２１において５ｍｓごとに算出される最近周波数Ｆｒ１（直近の４０ｍｓにおける周波数の移動平均値）の変化を示す。図３Ａはステップ状の周波数変動が生じた場合を示し、図３Ｂはランプ状の周波数変動が生じた場合を示す。なお、図３のグラフにおける横軸の時間は周波数の変動傾向を表すための目安として付した相対値であり、図２のグラフにおける横軸の時間とは一致していない。

ＦＲＴ要件を満たすステップ状の周波数変動のパターン（図３Ａ）は、次のような特徴（ａ１〜ａ４）を有する。
（ａ１）周波数の変化が緩やかに始まる。
（ａ２）緩やかな変化の後で、周波数が急変する。
（ａ３）周波数の変化が緩やかに終わる。
（ａ４）一定時間以内に変化開始前の定常値へ収束する。

ＦＲＴ要件を満たすランプ状の周波数変動のパターン（図３Ｂ）は、次のような特徴（ｂ１、ｂ２）を有する。
（ｂ１）周波数の急変に該当しない一定の周波数変化率（２Ｈｚ／ｓ）で周波数が上昇又は低下する。
（ｂ２）変化開始前の定常値からの周波数偏差が時間の経過とともに大きくなる。

次に、単独運転の状態として判定される周波数変動について説明する。
図４は、単独運転の場合における周波数測定値の変化の一例を示す図であり、図３と同様に最近周波数Ｆｒ１の変化を示す。図４Ａは単独運転の発生の直後から電力系統ＬＮへの無効電力の注入が行われる場合を示し、図４Ｂは単独運転の発生から暫く時間が経過した後で電力系統ＬＮへの無効電力の注入が行われる場合を示す。

図４Ａの周波数変動パターンは、主として、分散型電源装置１の出力電力が系統負荷ＲＬとバランスしていない場合に現れる。この場合、単独運転の発生に伴って比較的大きな周波数変動が生じ、無効電力注入制御部２２における無効電力の注入開始条件が単独運転の発生直後から満たされるため、単独運転の発生直後から電力系統ＬＮへの無効電力の注入が行われる。無効電力の注入は、例えば期間Ｔａにおいて開始される。

一方、図４Ｂの周波数変動パターンは、主として、分散型電源装置１の出力電力が系統負荷ＲＬとバランスしている場合に現れる。この場合、単独運転の発生に伴う周波数変動が非常に小さくなる。また、系統負荷ＲＬの特性によっては、単独運転が発生しても系統電圧の基本波成分や高調波成分の変動がほとんど生じないことがある。その結果、単独運転が発生しても暫くの間は無効電力の注入開始条件が満たされないため、電力系統ＬＮへの無効電力の注入が遅くなる。無効電力の注入は、例えば期間Ｔｂにおいて開始される。

単独運転の発生直後から無効電力の注入が開始される場合の周波数変動パターン（図４Ａ）は、次のような特徴を有する。
（ｃ１）周波数の変化が緩やかに始まる。
（ｃ２）緩やかな変化の後で、周波数が急変する。
（ｃ３）変化開始前の定常値とは異なる周波数に収束する。

単独運転の発生から暫く時間が経過した後で電力系統ＬＮへの無効電力の注入が行われる場合の周波数変動パターン（図４Ｂ）は、次のような特徴を有する。
（ｄ１）ＦＲＴ要件の周波数変動に比べて緩やかに周波数の変化が始まる。
（ｄ２）緩やかな周波数の変化が長く続く。
（ｄ３）緩やかな変化の後で、周波数が急変する。
（ｄ４）変化開始前の定常値とは異なる周波数に収束する。

本実施形態に係る単独運転検出装置２は、上述した周波数変動パターンの特徴に基づいて、ＦＲＴ要件を満たす周波数変動とそうでない周波数変動とを区別しつつ、単独運転の有無を判定する。

周波数の安定した状態において「緩やかな周波数の変化」が起きた場合、これは上述した（ａ１）、（ｂ１）、（ｃ１）又は（ｄ１）の可能性がある。
「緩やかな周波数の変化」が第１の時間Ｔ１より長く続いた後で「周波数の急変」が起きた場合、上述した（ｄ２）、（ｄ３）の特徴を満たすため、単独運転検出装置２は単独運転の状態にあると判定する。

「緩やかな周波数の変化」が第１の時間Ｔ１より短く続いた後で「周波数の急変」が起きた場合、これは上述した（ａ２）又は（ｃ２）の可能性がある。
「緩やかな周波数の変化」の開始から第２の時間Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）が経過する前に、変化開始前の定常値からの差が第１しきい値ＴＨ１より小さくなった場合、上述した（ａ４）の特徴を満たすため、単独運転検出装置２は単独運転の状態にないと判定する。一方、「緩やかな周波数の変化」の開始から第２の時間Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）が経過したとき、変化開始前の定常値からの差が第１しきい値ＴＨ１より大きい場合は、上述した（ｃ３）の特徴を満たすため、単独運転検出装置２は単独運転の状態にあると判定する。

「緩やかな周波数の変化」が第４の時間Ｔ４（Ｔ４≧Ｔ２）より長く続く場合、これは上述した（ｂ１）の特徴を満たすため、単独運転検出装置２は単独運転の状態にないと判定する。

次に、単独運転検出装置２の判定部２３における単独運転の判定処理について、図５及び図６のフローチャートを参照して詳しく説明する。

初期化（ＳＴ５）：
判定部２３は、新たに単独運転の判定処理を開始する際に、経過時間Ｔｘと第１しきい値ＴＨ１を予め初期値（例えばゼロ）にクリアする。初期化後、判定部２３は第１ステート（ＳＴ１０）に移行する。

第１ステート（ＳＴ１０）：
判定部２３は、第１ステートにおいて、一定時間ごと（例えば５ｍｓごと）に周波数偏差ｄＦｒ（式（１））の絶対値を第２しきい値ＴＨ２と比較する（ＳＴ１５）。第２しきい値ＴＨ２は、通常状態において系統周波数に生じ得る変動から区別できる範囲で十分小さい値に設定される。

周波数偏差ｄＦｒの絶対値が第２しきい値ＴＨ２以下の場合、判定部２３は、引き続き第１ステートに留まる。

周波数偏差ｄＦｒの絶対値が第２しきい値ＴＨ２より大きい場合、判定部２３は、これを緩やかな周波数変化（第１の周波数変化）として検出する。緩やかな周波数変化を検出すると、判定部２３は、第２ステート(ＳＴ２５)へ移行する。

第２ステート(ＳＴ２５)へ移行する場合、判定部２３は、周波数変化開始時刻からの経過時間Ｔｘの計時を開始するとともに、第１しきい値ＴＨ１の更新を開始する（ＳＴ２０）。このとき、判定部２３は、第１しきい値ＴＨ１を所定の初期値（例えばゼロ）から所定の時間変化率（例えば２Ｈｚ／秒）で時間とともに増大させる処理を開始する。

第２ステート(ＳＴ２５)：
判定部２３は、第２ステートにおいて、一定時間ごと（例えば５ｍｓごと）に次の比較判定処理（ＳＴ３０、ＳＴ３５、ＳＴ４５）を行う。

判定部２３は、周波数変化開始時刻からの経過時間Ｔｘを第４の時間Ｔ４と比較する（ＳＴ３０）。経過時間Ｔｘが第４の時間Ｔ４以上になった場合、判定部２３は、第１ステート(ＳＴ１０)に移行する。これは、周波数の急変（ＳＴ４５）に該当しない比較的緩やかな周波数の上昇若しくは低下が長く継続しているランプ状の周波数変動パターン（図３Ｂ）に対応する。

また判定部２３は、周波数偏差ｄＦｒの絶対値を第２しきい値ＴＨ２と比較する（ＳＴ３５）。周波数偏差ｄＦｒの絶対値が第２しきい値ＴＨ２を下回る状態が２０ｍｓ間継続した場合（例えば、５ｍｓごとの比較判定処理において４回連続して周波数偏差ｄＦｒの絶対値が第２しきい値ＴＨ２を下回った場合）、判定部２３は、第１ステート(ＳＴ１０)に移行する。これは、ステップＳＴ１５において検出された緩やかな周波数変化が終了した場合に対応する。

第１ステート(ＳＴ１０)に移行する場合、判定部２３は、経過時間Ｔｘと第１しきい値ＴＨ１を初期値にクリアする（ＳＴ４０）。

ステップＳＴ３０、ＳＴ３５の比較判定処理において第１ステートに移行しない場合、判定部２３は、周波数偏差変化率ｄｄＦｒ（式（４））の絶対値と第３しきい値ＴＨ３とを比較する（ＳＴ４５）。周波数偏差変化率ｄｄＦｒの絶対値が第３しきい値ＴＨ３以下の場合、判定部２３は、引き続き第２ステートに留まる。

一方、周波数偏差変化率ｄｄＦｒの絶対値が第３しきい値ＴＨ３を上回る状態が１０ｍｓ間継続した場合（例えば、５ｍｓごとの比較判定処理において２回連続して周波数偏差変化率ｄｄＦｒの絶対値が第３しきい値ＴＨ３を上回った場合）、判定部２３は、これを急な周波数変化（第２の周波数変化）として検出する。

急な周波数変化（第２の周波数変化）を検出すると、判定部２３は、緩やかな周波数変化（第１の周波数変化）が開始してからの経過時間Ｔｘを第１の時間Ｔ１と比較する（ＳＴ５０）。経過時間Ｔｘが第１の時間Ｔ１以上の場合、判定部２３は、単独運転の状態にあることを判定する（ＳＴ７５）。これは、緩やかな周波数変化が長く続いた後で周波数が急変する周波数変動パターン（特徴（ｄ２）、（ｄ３））に対応する。

経過時間Ｔｘが第１の時間Ｔ１より短い場合、判定部２３は、第３ステート(ＳＴ５５)に移行する。この状態では、ＦＲＴ要件を満たすステップ状の周波数変動パターン（図３Ａ、特徴（ａ２））と単独運転時の周波数変動パターン（図４Ａ、特徴（ｃ２））の何れに該当するかが、未だ判明していない。

第３ステート(ＳＴ５５)：
判定部２３は、第３ステートにおいて、一定時間ごと（例えば５ｍｓごと）に次の比較判定処理（ＳＴ６０、ＳＴ６５、ＳＴ７０）を行う。

判定部２３は、直近の緩やかな周波数変化（第１の周波数変化）が検出されてからの経過時間Ｔｘと第３の時間Ｔ３とを比較し、経過時間Ｔｘが第３の時間Ｔ３より短い間は第３ステートに留まる（ＳＴ６０）。

ステップＳＴ６０の比較判定処理は、図３Ａに示すようなステップ状の周波数変動において周波数がピーク値から元の定常値へ戻っていく状態を正確に把握するためのものである。この比較判定処理が設けられていない場合や、第３の時間Ｔ３が適正値より短い場合、急な周波数変化（第２の周波数変化）の直後において周波数の変化量が小さいときに、第３ステートから第１ステートへ移行してしまう可能性がある。第１ステートへ移行すると、図３Ａに示すようなステップ状の周波数変動の特徴を把握できなくなるため、ＦＲＴ要件を満たす周波数変動と単独運転による周波数変動とを正しく判別できなくなる。この第３の時間Ｔ３は、ＦＲＴ要件を満たすステップ状の周波数変動パターン（図３Ａ）において周波数の変化が開始してから、周波数のピークを超えて定常周波数偏差ΔＦｒが第１しきい値ＴＨ１より低くなるまでの経過時間Ｔｘに相当する時間に設定される。

経過時間Ｔｘが第３の時間Ｔ３以上になると、判定部２３は、定常周波数偏差ΔＦｒの絶対値を第１しきい値ＴＨ１と比較する（ＳＴ６５）。定常周波数偏差ΔＦｒの絶対値が第１しきい値ＴＨ１以上の場合、判定部２３は、経過時間Ｔｘと第２の時間Ｔ２とを比較し（ＳＴ７０）、経過時間Ｔｘが未だ第２の時間Ｔ２に達していなければ、第３ステートに留まる。

定常周波数偏差ΔＦｒの絶対値が第１しきい値ＴＨ１以上の状態のままで（ＳＴ６５）、経過時間Ｔｘが第２の時間Ｔ２より大きくなった場合（ＳＴ７０）、判定部２３は、単独運転の状態にあると判定する（ＳＴ７５）。これは、ＦＲＴ要件を満たすステップ状の周波数変動パターンであれば「｜ΔＦｒ｜＜ＴＨ１」の条件（変化開始前の定常値に近い周波数となる条件）を満たすべき時刻に達したにも関わらず、この条件を満たしていない状態であり、単独運転時の周波数変動パターンの特徴（ｃ３）に対応する。

他方、経過時間Ｔｘが第２の時間Ｔ２に達するより前に定常周波数偏差ΔＦｒの絶対値が第１しきい値ＴＨ１より小さくなった場合（ＳＴ６５）、判定部２３は第１ステート(ＳＴ１０)に移行する。これは、周波数の変化開始から一定時間以内に変化開始前の定常値へ収束するステップ状の周波数変動パターンの特徴（ａ４）に対応する。第１ステート(ＳＴ１０)に移行する場合、判定部２３は、経過時間Ｔｘと第１しきい値ＴＨ１を初期値にクリアする（ＳＴ４０）。

以上説明したように、本実施形態に係る単独運転検出装置２によれば、比較的緩やかな周波数の変化（第１の周波数変化）が検出された時刻から、比較的急な周波数の変化（第２の周波数変化）が検出されるまでの経過時間Ｔｘが第１の時間Ｔ１を超えた場合に、単独運転が行われていると判定される。
分散型電源装置１の出力電力と系統負荷ＲＬがバランスしていることにより、無効電力注入制御部２２における無効電力の注入条件を満たさない場合は、単独運転の発生直後から電力系統ＬＮへの無効電力の注入が行われないため、例えば図４Ｂにおいて示すように、最終的な周波数の収束までの時間が長くなってしまう。本実施形態では、単独運転時における周波数変動の特徴的なパターンに基づいて、最終的な周波数の収束を待つことなく単独運転の有無を判定できるため、単独運転を短い時間で検出できる。従って、周波数の変動が微小な場合に無効電力を注入することなく、所定の期間内に単独運転を検出できる。

また、本実施形態に係る単独運転検出装置２によれば、比較的緩やかな周波数の変化（第１の周波数変化）に続いて比較的急な周波数の変化（第２の周波数変化）が検出された後、定常周波数偏差ΔＦｒと第１しきい値ＴＨ１との大小が監視される。そして、定常周波数偏差ΔＦｒが第１しきい値ＴＨ１より大きく、かつ、直近の緩やかな周波数変化（第１の周波数変化）が検出された時刻からの経過時間Ｔｘが第２の時間Ｔ２を超えた場合、単独運転が行われていると判定される。
これにより、一定時間以内に元の定常値へ周波数が収束するＦＲＴ要件を満たしたステップ状の周波数変動と、単独運転による周波数変動とを正しく判別することができる。従って、ＦＲＴ要件を満たすステップ状の周波数変動を単独運転の状態として検出しないようにすることができる。

更に、本実施形態に係る単独運転検出装置２によれば、直近の緩やかな周波数変化（第１の周波数変化）が検出された時刻からの経過時間Ｔｘが第３の時間Ｔ３（Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１）に比べて短い場合は、第３ステートから第１ステートへの移行が抑止される。これにより、ＦＲＴ要件を満たすステップ状の周波数変動において周波数がピーク値から元の定常値へ戻っていく状態を正確に把握できるため、ＦＲＴ要件を満たす周波数変動と単独運転による周波数変動とを正しく判別できる。

しかも、本実施形態に係る単独運転検出装置２によれば、直近の緩やかな周波数変化（第１の周波数変化）が検出された時刻において第１しきい値ＴＨ１が所定の初期値（例えばゼロ）に設定され、所定の時間変化率（例えば２Ｈｚ／ｓ）で第１しきい値ＴＨ１が時間とともに増大する。これにより、ＦＲＴ要件を満たすステップ状の周波数変動において周波数がピーク値から元の定常値へ戻っていく状態にあるか否かの判定が早く行われ、ＦＲＴ要件を満たすステップ状の周波数変動と単独運転による周波数変動との判別タイミングが早くなるため、単独運転の検出時間を短くすることができる。

また、本実施形態に係る単独運転検出装置２によれば、緩やかな周波数変化（第１の周波数変化）が検出されて第２ステートに移行した後、第２ステートが第４の時間Ｔ４を超えて続いた場合は、第２ステートから第１ステートへ移行する。これにより、緩やかな周波数変動が長く続く場合には、ほぼ第４の時間Ｔ４ごとに第２ステートから第１ステートへ移行し、経過時間Ｔｘがクリアされる。そのため、負荷急変などによるパルス状の周波数変動が単独運転による周波数変動と誤って判定されることを減らすことができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態に係る単独運転検出装置は、電力系統に無効電力を注入するための専用の電源装置を備える。

図７は、第２の実施形態に係る単独運転検出装置２Ａの構成の一例を示す図である。
図７に示す単独運転検出装置２Ａは、図１に示す単独運転検出装置２と同様の構成に加えて、分散型電源装置１と並列に接続された無効電力注入用電源装置３を有する。無効電力注入用電源装置３は、制御部２０の無効電力注入制御部２２の制御に従って、既に説明した分散型電源装置１と同様の動作により、電力系統ＬＮへ無効電力を注入する。無効電力注入用電源装置３は、例えば分散型電源装置１と同様な構成のインバータ回路（１２、Ｌ１、Ｌ２、Ｃ１、Ｃ２）を含んで構成される。この場合、インバータ回路の直流側の電源は、例えば分散型電源装置１と共通の蓄電池ＢＡＴでもよい。

上述した構成を有する単独運転検出装置２Ａにおいても、電力系統ＬＮへの無効電力の注入と単独運転の検出を図１の単独運転検出装置２と同様に行うことが可能であり、これと同様な効果が得られる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、単独運転の検出機能を備えた分散型電源装置に関するものである。

図８は、第３の実施形態に係る分散型電源装置１Ａの構成の一例を示す図である。
図８に示す分散型電源装置１Ａは、電力変換部１２と、キャパシタＣ１及びＣ２と、インダクタＬ１及びＬ２と、電流測定部１３と、電圧測定部１４と、周波数測定部１５と、ブレーカ１６と、制御部１１Ａを有する。
ここで、電力変換部１２、キャパシタＣ１及びＣ２、インダクタＬ１及びＬ２、電流測定部１１は、図１の分散型電源装置１における同一符号の構成要素と同じである。また、電圧測定部１４、周波数測定部１５、ブレーカ１６は、図１の単独運転検出装置２における同一符号の構成要素と同じである。

制御部１１Ａは、図１の分散型電源装置１における制御部１１と同様の構成に加えて、図１の単独運転検出装置２における周波数演算部２１、無効電力注入制御部２２及び判定部２３を有する。すなわち、制御部１１Ａは、制御部１１と同様な電力変換部１２の制御を行うとともに、制御部２０と同様な周波数の演算（周波数演算部２１）、無効電力の注入制御（無効電力注入制御部２２）、及び、単独運転の判定とブレーカ１６の制御（判定部２３）を行う。例えば制御部１１Ａは、その少なくとも一部がコンピュータとソフトウェアによって実現される。

本実施形態に係る分散型電源装置１Ａにおいても、既に説明した図１の単独運転検出装置２と同様に単独運転の検出が可能であり、これと同様の効果が得られる。なお、図１における分散型電源装置１と単独運転検出装置２とを合わせた装置や、図７にける分散型電源装置１と単独運転検出装置２Ａとを合わせた装置は、本実施形態に係る単独運転検出機能を備えた分散型電源装置とみなすことも可能である。

以上、本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。

例えば、上述した実施形態にける電力変換部の構成や制御方法は一例であり、本発明はこれに限定されない。
また、上述した実施形態における電流、電圧、周波数の測定方法や、周波数に関する各指標（周波数偏差ｄＦｒ、周波数偏差変化率ｄｄＦｒ、定常周波数偏差ΔＦｒ等）の算出方法も一例であり、本発明はこれに限定されない。
更に、上述した実施形態における無効電流の注入条件やＦＲＴ要件も一例であり、本発明はこれに限定されない。

本明細書には、２つの数値の大小関係に応じて二者択一の選択を行う条件判断が幾つか記載されているが、当該２つの数値が互いに等しくなる場合の選択に関する本明細書の記載は一例に過ぎず、本発明はこの例に限定されない。すなわち、本発明において、当該２つの数値が互いに等しくなる場合の選択は任意であり、この場合は二者択一のどちらを選んでもよい。例えば、一方の数値が他方の数値未満であるか否かに応じて二者択一の選択を行う条件判断は、一方の数値が他方の数値以下であるか否かに応じて二者択一を行う条件判断に変更可能である。

上述した実施形態に基づいて把握される本発明の技術思想に関して、以下の付記を開示する。

［付記１］
電力系統に接続された分散型電源装置の単独運転を検出する単独運転検出装置であって、
前記分散型電源装置の出力電圧の周波数を測定する周波数測定部と、
前記出力電圧に含まれる基本波成分及び／又は高調波成分を測定する電圧測定部と、
前記周波数測定部の測定値に基づいて、時間の経過に伴う前記出力電圧の周波数偏差を算出する周波数演算部と、
前記周波数偏差が所定の範囲から外れる場合、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に注入し、前記周波数偏差が前記所定の範囲に含まれる場合は、前記電圧測定部により測定された前記基本波成分及び／又は前記高調波成分の時間的な変動パターンが所定の条件を満たすならば、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に一定期間注入するように、前記分散型電源装置若しくは前記分散型電源装置と並列に接続された無効電力注入用電源装置を制御する無効電力注入制御部と、
第１ステートにおいて、前記周波数が比較的緩やかに変化する第１の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第１の周波数変化を検出すると前記第１ステートから第２ステートへ移行し、前記第２ステートにおいて、前記周波数が比較的急に変化する第２の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第２ステートの開始時刻から前記第２の周波数変化を検出した時刻までの経過時間が第１の時間を超えた場合、前記単独運転が行われていると判定する判定部と
を有する単独運転検出装置。

［付記２］
前記判定部は、前記第２ステートの開始時刻から前記第２の周波数変化を検出した時刻までの経過時間が前記第１の時間より短い場合、前記第２ステートから第３ステートへ移行し、前記第３ステートにおいて、直近の前記第１ステートにおける前記周波数と最新の前記周波数との差と第１しきい値との大小を監視し、当該差が前記第１しきい値より大きく、かつ、直近の前記第２ステート開始時刻からの経過時間が前記第１の時間より長い第２の時間を超えた場合、前記単独運転が行われていると判定し、当該経過時間が前記第２の時間を超える前に当該差が前記第１しきい値より小さくなった場合は、前記第３ステートから前記第１ステートに移行する、
付記１に記載の単独運転検出装置。

［付記３］
前記判定部は、直近の前記第２ステート開始時刻からの経過時間が前記第１の時間より長く前記第２の時間より短い第３の時間に比べて短い場合、前記第３ステートから前記第１ステートへの移行を抑止する、
付記２に記載の単独運転検出装置。

［付記４］
前記判定部は、前記第２ステート開始時刻において前記第１しきい値を所定の初期値に設定し、所定の時間変化率で前記第１しきい値を時間とともに増大させる、
付記３に記載の単独運転検出装置。

［付記５］
前記判定部は、前記第２ステートの継続時間が前記第２の時間と等しいかこれより長い第４の時間を超えた場合、前記第２ステートから前記第１ステートへ移行する、
付記２乃至４の何れか一項に記載の単独運転検出装置。

［付記６］
前記判定部は、前記第２ステートにおいて前記第１の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第１の周波数変化が一定時間継続して検出されない場合には前記第２ステートから前記第１ステートへ移行する、
付記１乃至５の何れか一項に記載の単独運転検出装置。

［付記７］
前記判定部は、前記周波数偏差と第２しきい値とを比較し、当該比較結果に基づいて前記第１の周波数変化を検出する
付記１乃至６の何れか一項の記載の単独運転検出装置。

［付記８］
前記判定部は、周波数演算部において連続して算出された２つの前記周波数偏差の差と第３しきい値とを比較し、当該比較結果に基づいて前記第２の周波数変化を検出する
付記１乃至７の何れか一項に記載の単独運転検出装置。

［付記９］
前記判定部において前記単独運転が行われていると判定された場合に前記分散型電源装置を前記電力系統から切り離すブレーカを有する、
付記１乃至８の何れか一項に記載の単独運転検出装置。

［付記１０］
電力系統に接続された分散型電源装置の単独運転を検出する単独運転検出方法であって、
前記分散型電源装置の出力電圧の周波数を測定する周波数測定工程と、
前記出力電圧に含まれる基本波成分及び／又は高調波成分を測定する電圧測定工程と、
前記周波数測定工程の測定値に基づいて、時間の経過に伴う前記出力電圧の周波数偏差を算出する周波数演算工程と、
前記周波数偏差が所定の範囲から外れる場合、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に注入するように前記分散型電源装置若しくは前記分散型電源装置と並列に接続された無効電力注入用電源装置を制御する第１無効電力注入工程と、
前記周波数偏差が前記所定の範囲に含まれる場合、前記電圧測定工程において測定された前記基本波成分及び／又は前記高調波成分の時間的な変動パターンが所定の条件を満たすならば、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に一定期間注入するように、前記分散型電源装置若しくは前記無効電力注入用電源装置を制御する第２無効電力注入工程と、
第１ステートにおいて、前記周波数が比較的緩やかに変化する第１の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視する第１監視工程と、
前記第１監視工程において前記第１の周波数変化を検出した場合、前記第１ステートから第２ステートへ移行し、前記第２ステートにおいて、前記周波数が比較的急に変化する第２の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視する第２監視工程と、
前記第２ステートの開始時刻から前記第２の周波数変化を検出した時刻までの経過時間が第１の時間を超えた場合、前記単独運転が行われていると判定する第１判定工程と
を有する単独運転検出方法。

［付記１１］
前記第１判定工程において、前記第２ステートの開始時刻から前記２の周波数変化を検出した時刻までの経過時間が前記第１の時間より短いと判定した場合、前記第２ステートから第３ステートへ移行し、前記第３ステートにおいて、直近の前記第１ステートにおける前記周波数と最新の前記周波数との差と第１しきい値との大小を監視する第３監視工程と、
前記第３監視工程の監視結果において前記差が前記第１しきい値より大きく、かつ、直近の前記第２ステート開始時刻からの経過時間が前記第１の時間より長い第２の時間を超えた場合、前記単独運転が行われていると判定する第２判定工程と、
直近の前記第２ステート開始時刻からの経過時間が前記第２の時間を超える前に、前記第３監視工程の監視結果において前記差が前記第１しきい値より小さくなった場合、前記第３ステートから前記第１ステートに移行する第１リセット工程とを有する、
付記１０に記載の単独運転検出方法。

［付記１２］
前記第１リセット工程は、直近の前記第２ステート開始時刻からの経過時間が前記第１の時間より長く前記第２の時間より短い第３の時間に比べて短い場合、前記第３ステートから前記第１ステートへの移行を抑止する、
付記１１に記載の単独運転検出方法。

［付記１３］
前記第２ステート開始時刻において前記第１しきい値を所定の初期値に設定し、所定の時間変化率で前記第１しきい値を時間とともに増大させる第１しきい値更新工程を有する、
付記１２に記載の単独運転検出方法。

［付記１４］
前記第２ステートの継続時間が前記第２の時間と等しいかこれより長い第４の時間を超えた場合、前記第２ステートから前記第１ステートへ移行する第２リセット工程を有する、
付記１１乃至１３の何れか一項に記載の単独運転検出方法。

［付記１５］
前記第２ステートにおいて前記第１の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第１の周波数変化が一定時間継続して検出されない場合には前記第２ステートから前記第１ステートへ移行する第３リセット工程を有する、
付記１０乃至１４の何れか一項に記載の単独運転検出方法。

［付記１６］
電力系統に接続された状態における単独運転を検出可能な分散型電源装置であって、
前記電力系統に出力が接続された電力変換部と、
前記電力変換部の出力電圧の周波数を測定する周波数測定部と、
前記出力電圧に含まれる基本波成分及び／又は高調波成分を測定する電圧測定部と、
前記周波数測定部の測定値に基づいて、時間の経過に伴う前記出力電圧の周波数偏差を算出する周波数演算部と、
前記周波数偏差が所定の範囲から外れる場合、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に注入し、前記周波数偏差が前記所定の範囲に含まれる場合は、前記電圧測定部により測定された前記基本波成分及び／又は前記高調波成分の時間的な変動パターンが所定の条件を満たすならば、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に一定期間注入するように前記電力変換部を制御する無効電力注入制御部と、
第１ステートにおいて、前記周波数が比較的緩やかに変化する第１の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第１の周波数変化を検出すると前記第１ステートから第２ステートへ移行し、前記第２ステートにおいて、前記周波数が比較的急に変化する第２の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第２ステートの開始時刻から前記第２の周波数変化を検出した時刻までの経過時間が第１の時間を超えた場合、前記単独運転が行われていると判定する判定部と
を有する分散型電源装置。

１、１Ａ…分散型電源装置 ２、２Ａ…単独運転検出装置 ３…無効電力注入用電源装置 １１、１１Ａ…制御部 １２…電力変換部 １３…電流測定部 １４…電圧測定部 １５…周波数測定部 １６…ブレーカ ２０…制御部 ２１…周波数演算部 ２２…無効電力注入制御部 ２３…判定部 ＢＡＴ…蓄電池 ＬＮ…電力系統 ＲＬ…系統負荷 Ｌ１、Ｌ２…インダクタ Ｃ１、Ｃ２…キャパシタ ｄＦｒ…周波数偏差 ｄｄＦｒ…周波数偏差変化率 ΔＦｒ…定常周波数偏差

Claims (16)

1. 電力系統に接続された分散型電源装置の単独運転を検出する単独運転検出装置であって、
   前記分散型電源装置の出力電圧の周波数を測定する周波数測定部と、
   前記出力電圧に含まれる基本波成分及び／又は高調波成分を測定する電圧測定部と、
   前記周波数測定部の測定値に基づいて、時間の経過に伴う前記出力電圧の周波数偏差を算出する周波数演算部と、
   前記周波数偏差が所定の範囲から外れる場合、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に注入し、前記周波数偏差が前記所定の範囲に含まれる場合は、前記電圧測定部により測定された前記基本波成分及び／又は前記高調波成分の時間的な変動パターンが所定の条件を満たすならば、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に一定期間注入するように、前記分散型電源装置若しくは前記分散型電源装置と並列に接続された無効電力注入用電源装置を制御する無効電力注入制御部と、
   第１ステートにおいて、前記周波数が比較的緩やかに変化する第１の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第１の周波数変化を検出すると前記第１ステートから第２ステートへ移行し、前記第２ステートにおいて、前記周波数が比較的急に変化する第２の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第２ステートの開始時刻から前記第２の周波数変化を検出した時刻までの経過時間が第１の時間を超えた場合、前記単独運転が行われていると判定する判定部と
   を有する単独運転検出装置。
2. 前記判定部は、前記第２ステートの開始時刻から前記第２の周波数変化を検出した時刻までの経過時間が前記第１の時間より短い場合、前記第２ステートから第３ステートへ移行し、前記第３ステートにおいて、直近の前記第１ステートにおける前記周波数と最新の前記周波数との差と第１しきい値との大小を監視し、当該差が前記第１しきい値より大きく、かつ、直近の前記第２ステート開始時刻からの経過時間が前記第１の時間より長い第２の時間を超えた場合、前記単独運転が行われていると判定し、当該経過時間が前記第２の時間を超える前に当該差が前記第１しきい値より小さくなった場合は、前記第３ステートから前記第１ステートに移行する、
   請求項１に記載の単独運転検出装置。
3. 前記判定部は、直近の前記第２ステート開始時刻からの経過時間が前記第１の時間より長く前記第２の時間より短い第３の時間に比べて短い場合、前記第３ステートから前記第１ステートへの移行を抑止する、
   請求項２に記載の単独運転検出装置。
4. 前記判定部は、前記第２ステート開始時刻において前記第１しきい値を所定の初期値に設定し、所定の時間変化率で前記第１しきい値を時間とともに増大させる、
   請求項３に記載の単独運転検出装置。
5. 前記判定部は、前記第２ステートの継続時間が前記第２の時間と等しいかこれより長い第４の時間を超えた場合、前記第２ステートから前記第１ステートへ移行する、
   請求項２乃至４の何れか一項に記載の単独運転検出装置。
6. 前記判定部は、前記第２ステートにおいて前記第１の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第１の周波数変化が一定時間継続して検出されない場合には前記第２ステートから前記第１ステートへ移行する、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の単独運転検出装置。
7. 前記判定部は、前記周波数偏差と第２しきい値とを比較し、当該比較結果に基づいて前記第１の周波数変化を検出する
   請求項１乃至６の何れか一項の記載の単独運転検出装置。
8. 前記判定部は、周波数演算部において連続して算出された２つの前記周波数偏差の差と第３しきい値とを比較し、当該比較結果に基づいて前記第２の周波数変化を検出する
   請求項１乃至７の何れか一項に記載の単独運転検出装置。
9. 前記判定部において前記単独運転が行われていると判定された場合に前記分散型電源装置を前記電力系統から切り離すブレーカを有する、
   請求項１乃至８の何れか一項に記載の単独運転検出装置。
10. 電力系統に接続された分散型電源装置の単独運転を検出する単独運転検出方法であって、
    前記分散型電源装置の出力電圧の周波数を測定する周波数測定工程と、
    前記出力電圧に含まれる基本波成分及び／又は高調波成分を測定する電圧測定工程と、
    前記周波数測定工程の測定値に基づいて、時間の経過に伴う前記出力電圧の周波数偏差を算出する周波数演算工程と、
    前記周波数偏差が所定の範囲から外れる場合、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に注入するように前記分散型電源装置若しくは前記分散型電源装置と並列に接続された無効電力注入用電源装置を制御する第１無効電力注入工程と、
    前記周波数偏差が前記所定の範囲に含まれる場合、前記電圧測定工程において測定された前記基本波成分及び／又は前記高調波成分の時間的な変動パターンが所定の条件を満たすならば、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に一定期間注入するように、前記分散型電源装置若しくは前記無効電力注入用電源装置を制御する第２無効電力注入工程と、
    第１ステートにおいて、前記周波数が比較的緩やかに変化する第１の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視する第１監視工程と、
    前記第１監視工程において前記第１の周波数変化を検出した場合、前記第１ステートから第２ステートへ移行し、前記第２ステートにおいて、前記周波数が比較的急に変化する第２の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視する第２監視工程と、
    前記第２ステートの開始時刻から前記第２の周波数変化を検出した時刻までの経過時間が第１の時間を超えた場合、前記単独運転が行われていると判定する第１判定工程と
    を有する単独運転検出方法。
11. 前記第１判定工程において、前記第２ステートの開始時刻から前記２の周波数変化を検出した時刻までの経過時間が前記第１の時間より短いと判定した場合、前記第２ステートから第３ステートへ移行し、前記第３ステートにおいて、直近の前記第１ステートにおける前記周波数と最新の前記周波数との差と第１しきい値との大小を監視する第３監視工程と、
    前記第３監視工程の監視結果において前記差が前記第１しきい値より大きく、かつ、直近の前記第２ステート開始時刻からの経過時間が前記第１の時間より長い第２の時間を超えた場合、前記単独運転が行われていると判定する第２判定工程と、
    直近の前記第２ステート開始時刻からの経過時間が前記第２の時間を超える前に、前記第３監視工程の監視結果において前記差が前記第１しきい値より小さくなった場合、前記第３ステートから前記第１ステートに移行する第１リセット工程とを有する、
    請求項１０に記載の単独運転検出方法。
12. 前記第１リセット工程は、直近の前記第２ステート開始時刻からの経過時間が前記第１の時間より長く前記第２の時間より短い第３の時間に比べて短い場合、前記第３ステートから前記第１ステートへの移行を抑止する、
    請求項１１に記載の単独運転検出方法。
13. 前記第２ステート開始時刻において前記第１しきい値を所定の初期値に設定し、所定の時間変化率で前記第１しきい値を時間とともに増大させる第１しきい値更新工程を有する、
    請求項１２に記載の単独運転検出方法。
14. 前記第２ステートの継続時間が前記第２の時間と等しいかこれより長い第４の時間を超えた場合、前記第２ステートから前記第１ステートへ移行する第２リセット工程を有する、
    請求項１１乃至１３の何れか一項に記載の単独運転検出方法。
15. 前記第２ステートにおいて前記第１の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第１の周波数変化が一定時間継続して検出されない場合には前記第２ステートから前記第１ステートへ移行する第３リセット工程を有する、
    請求項１０乃至１４の何れか一項に記載の単独運転検出方法。
16. 電力系統に接続された状態における単独運転を検出可能な分散型電源装置であって、
    前記電力系統に出力が接続された電力変換部と、
    前記電力変換部の出力電圧の周波数を測定する周波数測定部と、
    前記出力電圧に含まれる基本波成分及び／又は高調波成分を測定する電圧測定部と、
    前記周波数測定部の測定値に基づいて、時間の経過に伴う前記出力電圧の周波数偏差を算出する周波数演算部と、
    前記周波数偏差が所定の範囲から外れる場合、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に注入し、前記周波数偏差が前記所定の範囲に含まれる場合は、前記電圧測定部により測定された前記基本波成分及び／又は前記高調波成分の時間的な変動パターンが所定の条件を満たすならば、前記周波数偏差を増大させる無効電力を前記電力系統に一定期間注入するように前記電力変換部を制御する無効電力注入制御部と、
    第１ステートにおいて、前記周波数が比較的緩やかに変化する第１の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第１の周波数変化を検出すると前記第１ステートから第２ステートへ移行し、前記第２ステートにおいて、前記周波数が比較的急に変化する第２の周波数変化を前記周波数偏差に基づいて監視し、前記第２ステートの開始時刻から前記第２の周波数変化を検出した時刻までの経過時間が第１の時間を超えた場合、前記単独運転が行われていると判定する判定部と
    を有する分散型電源装置。