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1. (WO2017154274) ARC DETECTION DEVICE
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明 細 書

発明の名称 アーク検出装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005  

先行技術文献

特許文献

0006  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0007   0008   0009  

課題を解決するための手段

0010  

発明の効果

0011  

図面の簡単な説明

0012  

発明を実施するための形態

0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084  

符号の説明

0085  

請求の範囲

1   2   3   4  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

明 細 書

発明の名称 : アーク検出装置

技術分野

[0001]
 本発明は、直流電源システムに適用されるアーク検出装置に関する。

背景技術

[0002]
 従来、太陽光発電システムは、太陽電池により発電された電力が、直流交流変換器等を含むパワーコンディショニングシステム(以下、単にPCS(Power Conditioning System)と称する)を介して、電力送電網に供給されるようになっている。このような太陽光発電システムでは、システム内の回路等の故障によりアークを生じることがある。アークが発生した場合、アークの発生部分は高温になり、火災等を起こす恐れがある。そこで、太陽光発電システムは、アークの交流電流を電流センサにて計測することによりアークの発生を検出するアーク検出装置を備えている。
[0003]
 特許文献1に記載の構成では、太陽電池(光電発電機)にて発電された電力が、DC電力線を介してインバータに供給されている。DC電力線には電流センサが設けられ、この電流センサが計測する電流に基づいて、アークの発生の有無を検出するようになっている。
[0004]
 一方、複数の太陽電池ストリングを備えた太陽光発電システムでは、それら複数の太陽電池ストリングは、図11に示すように、接続箱112にて並列に接続され、接続箱112を介してPCS113と接続されている。また、太陽電池ストリング111a,111bは、それぞれ複数の太陽電池モジュール115を直列接続することにより形成されている。
[0005]
 ここで、例えば、図11に示すように、太陽電池ストリング111aの太陽電池モジュール115の数が太陽電池ストリング111bの数よりも少ない場合、太陽電池ストリング111aと接続箱112との間には、昇圧箱116が設けられる。特許文献2には、昇圧箱116としての電源装置Gが開示されている。昇圧箱116は、太陽電池ストリング111aの出力電圧を、太陽電池ストリング111bの出力電圧と合致するように昇圧する昇圧回路を備えている。

先行技術文献

特許文献

[0006]
特許文献1 : 日本国公表特許公報「特表2014-509396号」
特許文献2 : 日本国特許掲載公報「特許03562118号」

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0007]
 ところが、図11に示すように、昇圧箱116を設けた太陽電池ストリング111aにおいて、直列アーク121または並列アーク122である電気アークが発生した場合、電流センサ114にて電気アークの交流電流を検出することができない。これは、昇圧箱116は、通常、昇圧チョッパ回路にて構成されており、昇圧チョッパ回路中のインダクタにより電気アークの交流成分が低減されること、電圧安定化のために昇圧チョッパ回路に挿入されているコンデンサに電気アークの交流電流の高周波成分が流れて、電流センサ114には流れないことが原因となっている。
[0008]
 この場合の昇圧箱116の前後における交流電流の波形、および昇圧箱116の動作を示すと図12のようになる。図12の(a)は、昇圧箱116の前段(太陽電池ストリング111a側)におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。図12の(b)は、昇圧箱116の後段(接続箱112側)におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。
[0009]
 図12の(a)に示すとおり、アークが発生した場合は電流の高周波成分が増加するにも関わらず、昇圧箱116により増加した高周波成分が低減されてしまう。その結果、図12の(b)に示すとおり、アークにより発生した電流の高周波成分を電流センサ114では計測することができない。したがって、本発明は、昇圧箱(昇圧回路)が存在していても太陽光発電システムに生じた電気アークを検出することができるアーク検出装置の提供を目的としている。

課題を解決するための手段

[0010]
 上記の課題を解決するために、本発明の一態様におけるアーク検出装置は、発電または充放電する第1直流電源と、前記第1直流電源の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路の出力電力を消費または変換する負荷装置と、前記第1直流電源と前記昇圧回路とを接続する一対の第1電力線と、前記昇圧回路と前記負荷装置とを接続する一対の第2電力線と、を備えた直流電源システムに適用されるアーク検出装置であって、前記昇圧回路と並列に接続され、前記昇圧回路を迂回するバイパス電流経路を形成する第1コンデンサと、前記第1コンデンサに流れる電流が流れ得る電流経路において電流を計測する第1電流計測部と、前記第1電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークの有無を判定する第1アーク判定部と、を有する構成である。

発明の効果

[0011]
 本発明の一態様における構成によれば、太陽光発電システムに昇圧回路が存在していても、太陽光発電システムに生じた電気アークを検出することができる。

図面の簡単な説明

[0012]
[図1] 本発明の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。
[図2] 図1に示した太陽光発電システムが備えるアーク検出装置のアーク検出処理部の構成を示すブロック図である。
[図3] 図3の(a)は、図1に示した昇圧箱の前段におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。図3の(b)は、図1に示した昇圧箱の後段におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。
[図4] 図4の(a)は、図1に示した太陽光発電システムにおいて、アークが発生していない場合に電流センサにて計測された電流のFFT処理波形を示す波形図であり、図4の(b)は、太陽光発電システムにおいて、アークが発生している場合に電流センサにて計測された電流のFFT処理波形を示す波形図である。
[図5] 本発明の他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。
[図6] 図1に示した昇圧箱が絶縁型昇圧箱である場合の太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。
[図7] 本発明の他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。
[図8] 本発明のさらに他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。
[図9] 本発明のさらに他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。
[図10] 本発明のさらに他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。
[図11] 従来のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。
[図12] 図12の(a)は、図11に示した昇圧箱の前段(太陽電池ストリング側)におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。図12の(b)は、上記昇圧箱の後段(接続箱側)におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。

発明を実施するための形態

[0013]
 〔実施形態1〕
 本発明の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図1は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。図2は、図1に示した太陽光発電システムが備えるアーク検出装置のアーク検出処理部の構成を示すブロック図である。
[0014]
 (太陽光発電システム1の構成)
 図1に示すように、太陽光発電システム(直流電源システム)1は、太陽電池ストリング(第1直流電源)11a、昇圧箱(昇圧回路)22およびパワーコンディショニングシステム(以下、PCS(Power Conditioning System)と称する)13を備えている。
[0015]
 太陽電池ストリング11aは、多数の太陽電池モジュール21が直列接続されて形成されている。各太陽電池モジュール21は、直列接続された複数の太陽電池セル(図示せず)を備え、パネル状に形成されている。
[0016]
 太陽電池ストリング11aはP側の電力線路(第1電力線)17aおよびN側の電力線路(第1電力線)18aによって昇圧箱22と接続され、昇圧箱22は、P側の電力線路(第2電力線)17bおよびN側の電力線路(第2電力線)18bによって(負荷装置)PCS13と接続されている。昇圧箱22は、太陽電池ストリング11aの出力電圧を昇圧する昇圧回路を備えている。PCS13は、各太陽電池ストリング11aから入力した直流電力を交流電力に変換して出力する。
[0017]
 (アーク検出装置の構成)
 太陽光発電システム1はアーク検出装置61を備えている。アーク検出装置61は、バイパス電流経路23、コンデンサ(第1コンデンサ)19、電流センサ(第1電流計測部)31aおよびアーク検出処理部(第1アーク判定部)32(図2参照)を備えている。
[0018]
 バイパス電流経路23は、一端部である第1の端部が昇圧箱22と太陽電池ストリング11aとの間の電力線路17aに接続され、他端部である第2の端部が昇圧箱22とPCS13との間の電力線路17bに接続され、昇圧箱22を迂回している。
[0019]
 バイパス電流経路23には、コンデンサ19と電流センサ31aが直列に設けられている。すなわち、コンデンサ19は、第1電極が電力線路17aに接続され、第2電極が電力線路17bに接続され、バイパス電流経路23を形成している。
[0020]
 コンデンサ19は、例えば5μF以上の静電容量を有する。電流センサ31a、太陽電池ストリング11aに発生したアークによりバイパス電流経路23を流れる交流電流を計測する。
[0021]
 アーク検出処理部32は、従来周知の構成であり、例えば図2に示すように、増幅器41、フィルタ42、A/D変換部43およびCPU(central processing unit)44を備えている。
[0022]
 増幅器41は、電流センサ31aにて計測された電流を増幅する。フィルタ42は、バンドパスフィルタ(BPF)であり、増幅器41から出力される電流のうち、所定周波数範囲の電流のみを通過させる。これにより、増幅器41から出力される電流から、PCS14が備えるコンバータ(DC-DCコンバータ)のスイッチングノイズを多く含む周波数成分の電流を排除できるようにしている。A/D変換部43は、フィルタ42を通過したアナログの電流の信号をデジタル信号に変換し、CPU44へ入力する。
[0023]
 CPU44は、FFT処理部51およびアーク有無判定部52を備えている。FFT処理部51は、A/D変換部43から入力された電流のデジタル信号に対してFFTを行い、電流のパワースペクトルを生成する。アーク有無判定部52は、FFT処理部51が生成した電流のパワースペクトルに基づいて、アーク発生の有無を判定する。
[0024]
 (太陽光発電システム1およびアーク検出装置61の動作)
 上記の構成において、太陽光発電システム1およびアーク検出装置61の動作について以下に説明する。
[0025]
 図3の(a)は、昇圧箱22の前段(太陽電池ストリング11a側)におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。図3の(b)は、昇圧箱22の後段(PCS13側)におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。
[0026]
 図4の(a)は、太陽電池ストリング11aにおいて、アークが発生していない場合に電流センサ31aにて計測された電流のFFT処理波形を示す波形図である。図4の(b)は、太陽電池ストリング11aにおいて、アークが発生している場合に電流センサ31aにて計測された電流のFFT処理波形を示す波形図である。
[0027]
 太陽電池ストリング11aは直流の電力を発電し、太陽電池ストリング11aが発電した電力は、昇圧箱22を介してPCS13へ入力される。この場合、太陽電池ストリング11aから出力される直流電流は、コンデンサ19によって阻止され、バイパス電流経路23を流れない。PCS13は、昇圧箱22を介して入力された直流電力を交流電力に変換し、出力する。
[0028]
 ここで、太陽電池ストリング11aにアークが発生していなければ、昇圧箱22の前段(太陽電池ストリング11a側)の交流電流の波形は、図3の(a)に示すアーク非発生状態の波形となる。したがって、電流センサ31aにて計測される電流はアークの交流電流を含まず、この電流をFFT処理部51にてFFT処理した波形は、図4の(a)に示すようになる。
[0029]
 一方、太陽電池ストリング11aにおいてアークが発生していれば、昇圧箱22の前段(太陽電池ストリング11a側)の交流電流の波形は、図3の(a)に示すアーク発生状態の波形となる。この場合、アークの交流電流は、昇圧箱22を流れないものの、電力線路17aからバイパス電流経路23を経由して電力線路17bを流れる。したがって、昇圧箱22の後段(接続箱12側)の交流電流の波形は、図3の(c)に示すアーク発生状態の波形となる。また、アークの交流電流は、バイパス電流経路23に設けられている電流センサ31aにて計測される。
[0030]
 したがって、電流センサ31aが計測する電流は、アークの交流電流を含むものとなり、この電流をFFT処理部51にてFFT処理した波形は、図4の(b)に示すようになる。これにより、アーク検出処理部32は、電流センサ31aから入力された信号に基づいて、太陽電池ストリング11aにおけるアークの発生を検出することができる。
[0031]
 (アーク検出装置61の利点)
 上記のように、アーク検出装置61は、昇圧箱22が設けられている太陽電池ストリング11aに昇圧箱22に対するバイパス電流経路23を備え、このバイパス電流経路23にコンデンサ19および電流センサ31aが直列状態に設けられている。したがって、太陽光発電システム1に昇圧箱22が存在する場合であっても、太陽電池ストリング11aにて発生したアークの交流電流を電流センサ31aにて計測することができる。また、バイパス電流経路23には、直流の大電流は流れず、アークによる微弱な交流電流のみが流れる。したがって、電流センサ31aは、定格電流が小さいものを使用でき、良好なS/Nにてアークの電流を計測することができる。
[0032]
 これにより、アーク検出装置61は、昇圧箱22が存在する場合であっても太陽電池ストリング11aにて発生したアークを高精度に検出することができる。
[0033]
 なお、図1に示した太陽光発電システム1は、昇圧箱22が絶縁型昇圧箱である場合、図6に示すように、N側の電力線路18bにも昇圧箱22と並列にコンデンサ20が設けられる。この点は、以下の他の実施形態においても同様である。
[0034]
 〔実施形態2〕
 本発明の他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[0035]
 図5は、本発明の他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。
[0036]
 図5に示すように、太陽電池ストリング11aに設けられているアーク検出装置63は、バイパス電流経路23にコンデンサ19のみが設けられ、電流センサ31は、昇圧箱22とPCS13との間の電力線路17bに設けられている。
[0037]
 上記の構成によれば、太陽電池ストリング11aに発生したアークの交流電流は、バイパス電流経路23を経由して電力線路17aを流れ、電流センサ31aにて計測することができる。これにより、アーク検出装置63は、昇圧箱22が存在する場合であっても太陽電池ストリング11aにて発生したアークを検出することができる。
[0038]
 〔実施形態3〕
 本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図7は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。
[0039]
 (太陽光発電システム1の構成)
 図7に示すように、太陽光発電システム1は、複数の太陽電池ストリング11a,11b、昇圧箱22、接続箱12およびパワーコンディショニングシステム(以下、PCS(Power Conditioning System)と称する)13を備えている。なお、太陽光発電システム1が備える太陽電池ストリングの数は、3以上であってもよい。
[0040]
 太陽電池ストリング(第1直流電源)11aは、昇圧箱22および接続箱12を介してPCS13と接続されている。太陽電池ストリング(第2直流電源)11bは接続箱12を介してPCS13と接続されている。接続箱12は、太陽電池ストリング11aと太陽電池ストリング11bとを並列接続している。
[0041]
 具体的には、太陽電池ストリング11bは、太陽電池ストリング11bと接続されたP側の電力線路(第3電力線)17cが、P側の電力線路17b上の正分岐点17b1において、電力線路17bと接続され、太陽電池ストリング11bと接続されたN側の電力線路(第3電力線)18cが、N側の電力線路18b上の負分岐点18b1において、電力線路18bと接続されている。
[0042]
 接続箱12の内部には、逆流防止ダイオード(第1逆流防止素子)16aおよび逆流防止ダイオード(第2逆流防止素子)16bが設けられている。逆流防止ダイオード16aは、昇圧箱22と正分岐点17b1との間の電力線路17bに設けられ、太陽電池ストリング11aにより供給される電流と逆方向に電流が流れることを防止している。逆流防止ダイオード16bは、太陽電池ストリング11bと正分岐点17b1との間の電力線路17cに設けられ、太陽電池ストリング11bにより供給される電流と逆方向に電流が流れることを防止している。なお、逆流防止ダイオード16a,16bの配置位置は、電力線路17b,17cに限定されず、電力線路18b,18cであってもよい。なお、逆流防止ダイオード16a,16bを電力線路18b,18cに配置した場合には、アノードがPCS13と接続される方向になる。
[0043]
 昇圧箱22は、太陽電池ストリング11aの出力電圧を、太陽電池ストリング11bの出力電圧と合致するように昇圧している。すなわち、太陽電池モジュール21の数は、太陽電池ストリング11aと太陽電池ストリング11bとで異なり、太陽電池ストリング11bよりも太陽電池ストリング11aの方が少なくなっている。そこで、昇圧箱22は、太陽電池ストリング11aの出力電圧と太陽電池ストリング11bの出力電圧との差を解消するように、太陽電池ストリング11aの出力電圧を昇圧している。
[0044]
 なお、図7は、複数の太陽電池ストリング(第1直流電源、第2直流電源)として、二つの太陽電池ストリング11a,11bを備えた例について示しているが、太陽光発電システム1は、三つ以上の太陽電池ストリングを備えていてもよい。この点は、複数の太陽電池ストリングを備えた他の実施形態においても同様である。
[0045]
 (アーク検出装置の構成)
 太陽光発電システム1は、太陽電池ストリング11a,11b毎にアーク検出装置を備えている。太陽電池ストリング(第1直流電源)11aに設けられているアーク検出装置64は、コンデンサ(第1コンデンサ)19、コンデンサ19によって形成されるバイパス電流経路23、電流センサ(第1電流計測部)31a、アーク検出処理部(第1アーク判定部、第2アーク判定部)32およびコンデンサ(第2コンデンサ)25aを備えている。コンデンサ25aは、逆流防止ダイオード16aに対して並列に接続されている。
[0046]
 なお、コンデンサ(第2コンデンサ)25aが逆流防止ダイオード16aに対して並列に接続されていることは、コンデンサ25aが逆流防止ダイオード16aのみに並列接続されている構成に限定されず、コンデンサ25aが、逆流防止ダイオード16aおよび逆流防止ダイオード16aと直列接続された他の回路要素と並列接続されている構成も含む。この点は、下記のように、コンデンサ(第2コンデンサ)25aが逆流防止ダイオード16bに対して並列に接続されている場合についても同様である。
[0047]
 太陽電池ストリング11bに設けられているアーク検出装置65は、電流センサ(第2電流計測部)31b、アーク検出処理部32(第2アーク判定部)32およびコンデンサ(第3コンデンサ)25bを備えている。電流センサ31bは、太陽電池ストリング11bと接続箱12との間の例えば電力線路17cに設けられている。電流センサ31bは、太陽電池ストリング11bに発生したアークにより電力線路17bを流れる電流を計測する。コンデンサ25bは、逆流防止ダイオード16bに対して並列に接続されている。コンデンサ25a,25bは、例えば5μF以上の静電容量を有する。
[0048]
 なお、アーク検出装置64,65は、アーク検出処理部32を電流センサ31a,31bに対応してそれぞれ備えている構成、または単一のアーク検出処理部32によって電流センサ31a,31bが計測した電流を時分割にて処理する構成のいずれであってもよい。この点は、2個の電流センサ31a,31bを備えている他の実施形態においても同様である。
[0049]
 (太陽光発電システム1およびアーク検出装置64,65の動作)
 上記の構成において、太陽光発電システム1およびアーク検出装置64,65の動作について以下に説明する。太陽電池ストリング11aにおいてアークが発生していれば、アークの交流電流は、昇圧箱22を流れないものの、バイパス電流経路23を流れて電流センサ31aにて計測される。また、太陽電池ストリング11bにおいてアークが発生していれば、アークの交流電流は電力線路17bを流れて電流センサ31bにて計測される。これにより、アーク検出装置64,65は、太陽電池ストリング11a,11bにおけるアークの発生を検出することができる。
[0050]
 また、例えば太陽電池ストリング11aにおいて並列アークが発生し、太陽電池ストリング11aの出力電圧が太陽電池ストリング11bの出力電圧よりも低下すると、逆流防止ダイオード16aは逆バイアスの状態となることがある。昇圧箱22が機能を発揮できないほどに太陽電池ストリング11aの出力電圧が低下すると、逆流防止ダイオード16aは逆バイアスとなる。一方、太陽電池ストリング11aの出力電圧の低下が昇圧箱22が機能を発揮できる程度であれば、逆流防止ダイオード16aは逆バイアスとならない。
[0051]
 逆流防止ダイオード16aが逆バイアスの状態となる場合、逆流防止ダイオード16aにコンデンサ25aが並列接続されていなければ、太陽電池ストリング11aにて発生した並列アークの交流電流は、逆流防止ダイオード16aによって阻止される。したがって、電流センサ31aは、並列アークの交流電流を計測することができない。
[0052]
 これに対し、アーク検出装置64では、逆流防止ダイオード16aにコンデンサ25aが並列接続されている。したがって、逆流防止ダイオード16aが逆バイアスの状態であっても、太陽電池ストリング11aにて発生した並列アークの交流電流は、コンデンサ25aを介して流れるので、電流センサ31aにより計測することができる。これにより、アーク検出装置64は、太陽電池ストリング11aにて発生した並列アークを検出することができる。
[0053]
 逆流防止ダイオード16aにコンデンサ25aを並列接続したことによるアーク検出装置64の上記動作は、太陽電池ストリング11bにおいて並列アークが発生し、逆流防止ダイオード16bが逆バイアスの状態となった場合のアーク検出装置65の動作についても同様である。
[0054]
 上記の点は、太陽電池ストリングに逆流防止ダイオードが設けられ、逆流防止ダイオードをバイパスコンデンサが設けられている他の実施形態の構成においても同様である。
[0055]
 (アーク検出装置64,65の利点)
 上記のように、アーク検出装置64は、昇圧箱22が設けられている太陽電池ストリング11aに昇圧箱22に対するバイパス電流経路23を備え、このバイパス電流経路23にコンデンサ19および電流センサ31aが直列状態に設けられている。したがって、昇圧箱22が設けられている太陽電池ストリング11aについても、発生したアークの交流電流を電流センサ31aにて計測することができる。これにより、アーク検出装置64は、アーク検出装置61と同様、昇圧箱22が存在する場合であっても太陽電池ストリング11aにて発生したアークを高精度に検出することができる。
[0056]
 さらに、アーク検出装置64,65は、逆流防止ダイオード16a,16bに並列接続されたコンデンサ25a,25bを備えているので、逆流防止ダイオード16aまたは逆流防止ダイオード16bが逆バイアスの状態であっても、太陽電池ストリング11aにて発生した並列アークの交流電流、および太陽電池ストリング11bにて発生した並列アークの交流電流を電流センサ31a,31bにより計測することができる。これにより、太陽電池ストリング11a,11bにて発生した並列アークを検出することができる。なお、本実施形態において、電流センサ31aには微弱な交流電流のみが流れるため、計測範囲が狭く分解能の高い電流センサを用いることが可能である。ただし、太陽電池ストリング11aの発電電流を測定することはできない。このことは、電流センサ31aをコンデンサ25aに直列接続した場合でも同様である。また、電流センサ31bをコンデンサ25bに直列接続した場合も同様である。
[0057]
 一方、電流センサ31bには太陽電池ストリング11bによって発電された直流電流も流れるため、分解能の高い電流センサを用いることはできないが、太陽電池ストリング11bの発電電流を測定することが可能となる。これによりアーク検出用の電流センサと太陽電池ストリングの発電電流測定用の電流センサを1つの電流センサ31bにより賄うことが可能である。
[0058]
 〔実施形態4〕
 本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[0059]
 (太陽光発電システム1およびアーク検出装置67,68の構成)
 図8は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システム1の構成を示す概略の回路図である。本実施形態において、太陽光発電システム1は前記のアーク検出装置64,65に代えてアーク検出装置67,68を備えている。
[0060]
 図7に示したアーク検出装置64,65では、コンデンサ25a,25bは、逆流防止ダイオード16a,16bのみに対して並列接続されていた。これに対し、アーク検出装置67では、図8に示すように、コンデンサ25aは、第1電極が、昇圧箱22と接続箱12(逆流防止ダイオード16a)との間であって、バイパス電流経路23と電力線路17bとの接続点と接続箱12との間に接続され、第2電極が、昇圧箱22と接続箱12との間の電力線路18bに接続されている。また、コンデンサ25bは、第1電極が、電流センサ31bと接続箱12(逆流防止ダイオード16b)との間の電力線路17cに接続され、第2電極が、太陽電池ストリング11bと接続箱12との間の電力線路18cと接続されている。
[0061]
 ここで、電力線路17bは、PCS13(PCS13の内部のコンデンサ)を介して電力線路18bと接続されている。したがって、コンデンサ(第2コンデンサ)25aは、少なくとも逆流防止ダイオード(第1逆流防止素子)16aと並列に接続されている。同様に、電力線路17cは、PCS13(PCS13の内部のコンデンサ)を介して電力線路18cと接続されている。したがって、コンデンサ(第3コンデンサ)25bは、少なくとも逆流防止ダイオード(第2逆流防止素子)16bと並列に接続されている。アーク検出装置64,65の他の構成は、前記のアーク検出装置64,65と同様である。
[0062]
 (アーク検出装置67,68の動作)
 上記の構成において、アーク検出装置67,68の動作について以下に説明する。太陽電池ストリング11aにおいてアークが発生している場合、および太陽電池ストリング11bにおいてアークが発生している場合、アーク検出装置67,68は、アーク検出装置64,65(アーク検出装置61,63)と同様にして、太陽電池ストリング11a,11bにおけるアークの発生を検出することができる。
[0063]
 また、逆流防止ダイオード16aまたは逆流防止ダイオード16bが逆バイアスの状態になった場合であっても、同様に、電流センサ31aまたは電流センサ31bは、並列アークの交流電流を計測でき、アーク検出装置67またはアーク検出装置68は、太陽電池ストリング11aまたは太陽電池ストリング11bにて発生した並列アークを検出することができる。
[0064]
 (アーク検出装置67,68の利点)
 アーク検出装置67は、アーク検出装置64(アーク検出装置61)と同様、太陽光発電システム1に昇圧箱22が存在する場合であっても、太陽電池ストリング11aにて発生したアークを高精度に検出することができる。
[0065]
 さらに、アーク検出装置67,68は、アーク検出装置64,65と同様、逆流防止ダイオード16aまたは逆流防止ダイオード16bが逆バイアスの状態であっても、太陽電池ストリング11aにて発生した並列アークの交流電流、および太陽電池ストリング11bにて発生した並列アークを高精度に検出することができる。
[0066]
 〔実施形態5〕
 本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[0067]
 (太陽光発電システム1およびアーク検出装置66,65の構成)
 図9は、本発明のさらに他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。図9に示すように、本実施形態において、太陽光発電システム1は、アーク検出装置66,65を備えている。太陽電池ストリング11aに設けられているアーク検出装置66は、図7に示したアーク検出装置64とは異なり、バイパス電流経路23にコンデンサ19のみが設けられ、電流センサ31aは、昇圧箱22(バイパス電流経路23の電力線路17bとの接続点)と接続箱12(並列アーク接続された逆流防止ダイオード16aおよびコンデンサ25a)との間の電力線路17bに設けられている。アーク検出装置66の他の構成は、アーク検出装置64と同様である。
[0068]
 (アーク検出装置66,65の利点)
 アーク検出装置67は、アーク検出装置63(アーク検出装置61)と同様、太陽光発電システム1に昇圧箱22が存在する場合であっても、太陽電池ストリング11aにて発生したアークを高精度に検出することができる。
[0069]
 さらに、アーク検出装置66,65は、図7に示したアーク検出装置64,65と同様、逆流防止ダイオード16aまたは逆流防止ダイオード16bが逆バイアスの状態であっても、太陽電池ストリング11aにて発生した並列アーク、および太陽電池ストリング11bにて発生した並列アークを高精度に検出することができる。
[0070]
 〔実施形態6〕
 本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[0071]
 (太陽光発電システム1およびアーク検出装置69,68の構成)
 図10は、本発明のさらに他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。図10に示すように、本実施形態において、太陽光発電システム1は、アーク検出装置69,68を備えている。太陽電池ストリング11aに設けられているアーク検出装置69は、図8に示したアーク検出装置67とは異なり、バイパス電流経路23にコンデンサ19のみが設けられ、電流センサ31aは、昇圧箱22(バイパス電流経路23の電力線路17bとの接続点)と接続箱12(逆流防止ダイオード16a)との間の電力線路17bに設けられている。なお、コンデンサ25aの第1電極は、電流センサ31bと接続箱12(逆流防止ダイオード16a)との間の電力線路17bに接続されている。アーク検出装置69の他の構成は、アーク検出装置67と同様である。
[0072]
 (アーク検出装置69,68の利点)
 アーク検出装置69は、アーク検出装置68と同様、太陽光発電システム1に昇圧箱22が存在する場合であっても、太陽電池ストリング11aにて発生したアークを高精度に検出することができる。
[0073]
 さらに、アーク検出装置69,68は、図8に示したアーク検出装置67,68と同様、逆流防止ダイオード16aまたは逆流防止ダイオード16bが逆バイアスの状態であっても、太陽電池ストリング11aにて発生した並列アーク、および太陽電池ストリング11bにて発生した並列アークを高精度に検出することができる。
[0074]
 以上のように、本発明の一態様におけるアーク検出装置は、発電または充放電する第1直流電源と、前記第1直流電源の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路の出力電力を消費または変換する負荷装置と、前記第1直流電源と前記昇圧回路とを接続する一対の第1電力線と、前記昇圧回路と前記負荷装置とを接続する一対の第2電力線と、を備えた直流電源システムに適用されるアーク検出装置であって、前記昇圧回路と並列に接続され、前記昇圧回路を迂回するバイパス電流経路を形成する第1コンデンサと、前記第1コンデンサに流れる電流が流れ得る電流経路において電流を計測する第1電流計測部と、前記第1電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークの有無を判定する第1アーク判定部と、を有する構成である。
[0075]
 上記の構成によれば、第1直流電源は第1電力線、昇圧回路および第2電力線を介して負荷装置と接続され、第1コンデンサは昇圧回路を迂回するバイパス電流経路を形成し、第1電流計測部は、第1コンデンサに流れる電流が流れ得る電流経路において電流を計測する。
[0076]
 したがって、昇圧回路が存在する場合であっても、第1電流計測部は、第1直流電源にて発生したアークの交流電流を計測することができる。これにより、アーク検出装置は、直流電源システムに昇圧回路が存在する場合であっても、直流電源システムにて発生したアークを高精度に検出することができる。
[0077]
 上記のアーク検出装置において、前記アーク検出装置が適用される直流電源システムは、さらに、前記第1直流電源の出力電圧よりも高い電圧で発電または充放電する第2直流電源と、前記第2直流電源と前記一対の第2電力線とを接続する一対の第3電力線と、前記一対の第2電力線と前記一対の第3電力線とが接続される分岐点のいずれかと前記昇圧回路との間に設けられ、前記第1直流電源により供給される電流と逆方向に電流が流れることを防ぐ第1逆流防止素子と、前記一対の第3電力線のいずれかに設けられ、前記第2直流電源により供給される電流と逆方向に電流が流れることを防ぐ第2逆流防止素子と、を備え、前記第1逆流防止素子と並列に接続された第2コンデンサと、前記第2逆流防止素子と並列に接続された第3コンデンサと、前記第3コンデンサに流れる電流が流れうる電流経路において電流を計測する第2電流計測部と、前記第2電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークの有無を判定する第2アーク判定部と、をさらに有する、構成としてもよい。
[0078]
 上記の構成によれば、第1直流電源への電流の逆流を防ぐ第1逆流防止素子、および第2直流電源への電流の逆流を防ぐ第2逆流防止素子を備え、かつ第1逆流防止素子と並列に接続された第2コンデンサ、および第2逆流防止素子と並列に接続された第3コンデンサを備えている。
[0079]
 したがって、例えば第1直流電源において並列アークが発生し、第1直流電源の出力電圧が第2直流電源の出力電圧よりも低下して、第1逆流防止素子が逆バイアスの状態となったとしても、第1直流電源において発生した並列アークの交流電流は、第2コンデンサを介して流れる。これにより、第1電流計測部は、第1直流電源において発生した並列アークの交流電流を計測でき、アーク検出装置は、第1直流電源において発生した並列アークを検出することができる。同様にして、第2電流計測部は、第2直流電源において発生した並列アークの交流電流を計測でき、アーク検出装置は、第2直流電源において発生した並列アークを検出することができる。
[0080]
 上記のアーク検出装置において、前記第1電流計測部は前記バイパス電流経路において電流を計測する構成としてもよい。
[0081]
 上記の構成によれば、第1電流計測部は、第1コンデンサにて形成され、昇圧回路を迂回するバイパス電流経路において電流を計測する。したがって、第1電流計測部には、直流の大電流は流れず、アークによる微弱な交流電流のみが流れる。これにより、第1電流計測部は、定格電流が小さいものを使用でき、良好なS/Nにてアークの電流を計測することができる。
[0082]
 上記のアーク検出装置において、前記第1アーク判定部と前記第2アーク判定部とは、これら両アーク判定部の機能を兼ねる単一のアーク判定部からなる、構成としてもよい。
[0083]
 上記の構成によれば、アーク判定部の数を削減することができる。
[0084]
 本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

符号の説明

[0085]
  1   太陽光発電システム(直流電源システム)
 11a  太陽電池ストリング(第1直流電源)
 11b  太陽電池ストリング(第2直流電源)
 12   接続箱
 13   パワーコンディショニングシステム(負荷装置)
 16a  逆流防止ダイオード(第1逆流防止素子)
 16b  逆流防止ダイオード(第2逆流防止素子)
 17a  電力線路(第1電力線)
 18a  電力線路(第1電力線)
 17b  電力線路(第2電力線)
 17b1 正分岐点
 18b  電力線路(第2電力線)
 18b1 負分岐点
 17c  電力線路(第3電力線)
 18c  電力線路(第3電力線)
 19   コンデンサ(第1コンデンサ)
 21   太陽電池モジュール
 22   昇圧箱(昇圧回路)
 23   バイパス電流経路
 25a  コンデンサ(第2コンデンサ)
 25b  コンデンサ(第3コンデンサ)
 31a  電流センサ(第1電流計測部)
 31b  電流センサ(第2電流計測部)
 32   アーク検出処理部(第1アーク判定部、第2アーク判定部)
61,63~69 アーク検出装置

請求の範囲

[請求項1]
 発電または充放電する第1直流電源と、
 前記第1直流電源の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、
 前記昇圧回路の出力電力を消費または変換する負荷装置と、
 前記第1直流電源と前記昇圧回路とを接続する一対の第1電力線と、
 前記昇圧回路と前記負荷装置とを接続する一対の第2電力線と、
 を備えた直流電源システムに適用されるアーク検出装置であって、
 前記昇圧回路と並列に接続され、前記昇圧回路を迂回するバイパス電流経路を形成する第1コンデンサと、
 前記第1コンデンサに流れる電流が流れ得る電流経路において電流を計測する第1電流計測部と、
 前記第1電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークの有無を判定する第1アーク判定部と、
を有するアーク検出装置。
[請求項2]
 前記アーク検出装置が適用される直流電源システムは、
 前記第1直流電源の出力電圧よりも高い電圧で発電または充放電する第2直流電源と、
 前記第2直流電源と前記一対の第2電力線とを接続する一対の第3電力線と、
 前記一対の第2電力線と前記一対の第3電力線とが接続される分岐点のいずれかと前記昇圧回路との間に設けられ、前記第1直流電源により供給される電流と逆方向に電流が流れることを防ぐ第1逆流防止素子と、
 前記一対の第3電力線のいずれかに設けられ、前記第2直流電源により供給される電流と逆方向に電流が流れることを防ぐ第2逆流防止素子と、
を備え、
 前記第1逆流防止素子と並列に接続された第2コンデンサと、
 前記第2逆流防止素子と並列に接続された第3コンデンサと、
 前記第3コンデンサに流れる電流が流れうる電流経路において電流を計測する第2電流計測部と、
 前記第2電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークの有無を判定する第2アーク判定部と、
をさらに有する、
請求項1に記載のアーク検出装置。
[請求項3]
 前記第1電流計測部は前記バイパス電流経路において電流を計測する請求項1に記載のアーク検出装置。
[請求項4]
 前記第1アーク判定部と前記第2アーク判定部とは、これら両アーク判定部の機能を兼ねる単一のアーク判定部からなる、請求項2に記載のアーク検出装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]