JP2012029435A - 電源装置及びその保護方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電源装置の入力部の短絡故障を簡単且つ的確に検出して電源装置を保護する。
【解決手段】検出回路４０により、太陽電池モジュール５０の特性を利用して、電力変換部２０の入力部に入力される入力電圧及び入力電流を検出し、検出した入力電圧Ｖｉｎが閾値電圧ＡＬＭ＿Ｖよりも小さく、且つ入力電流Ｉｉｎが閾値電流ＡＬＭ＿Ｉよりも大きい場合には、入力部が短絡していると判定しているので、短絡故障を簡単且つ的確に検出できる。しかも、短絡しているとの判定結果に基づき、電力変換部２０の運転を停止させると共に、入力部から太陽電池モジュール５０を切り離し、更に、異常信号Ｓ２３ｂを外部へ報知するようにしている。そのため、電源装置１０における入力部の短絡故障時の２次災害を防止できる。その上、短絡故障が異常信号Ｓ２３ｂにより外部へ報知されるので、修復作業を速やかに行え、電源装置１０における運用停止期間の短縮化が可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高インピーダンス入力の電源装置と、その電源装置の入力部における短絡状態を検出し、入力を切り離して電源装置を保護するための電源装置の保護方法に関するものである。

従来、例えば、高インピーダンスの電力源（例えば、太陽電池モジュール）から出力される直流（以下「ＤＣ」という。）電力を入力し、そのＤＣ電力をスイッチングして交流（以下「ＡＣ」という。）電力に変換する入力部を有する電源装置（例えば、太陽光発電用パワーコンディショナ、以下「太陽光ＰＣＳ」という。）に関する技術が、下記の特許文献１等に開示されている。

この種の太陽光ＰＣＳでは、太陽電池モジュールから出力されるＤＣ電力を、遮断器等の開閉器を介して入力部に入力する。入力部に入力されたＤＣ電力は、スイッチング素子によりスイッチングされて高周波のＡＣ電力に変換される。変換されたＡＣ電力は、入力部の出力側に接続された整流回路によって整流され、更に、その整流回路の出力側に接続されたスイッチング回路によって低周波のＡＣ電力（例えば、ＡＣ１００Ｖの商用電力等）に変換された後、電力系統（例えば、商用電力系統）と連系して負荷（例えば、家電製品等の負荷群）へ供給される。このようなシステムは、「太陽光発電システム」と言われる。

前記開閉器は、太陽光ＰＣＳを稼働させる時に導通状態にして、太陽電池モジュールのＤＣ電力を太陽光ＰＣＳへ伝達し、太陽光ＰＣＳを停止させる時に遮断して、太陽電池モジュールと太陽光ＰＣＳとを切り離すために使用される。太陽電池モジュールと開閉器との間には、雷サージ防護素子が設けられ、外部から雷サージが侵入すると、その雷サージを放電させて太陽光ＰＣＳを保護するようになっている。

特開２００１−２３８４６５号公報

しかしながら、従来の電源装置である太陽光ＰＣＳと、その保護方法では、以下のような課題があった。

太陽電池モジュールは、太陽電池を複数枚直並列接続して必要な電圧と電流を得られるようにしたパネル状の製品単体であり、この出力側を短絡しても規定された電流しか流れないという特性を有している。そのため、太陽電池モジュールを入力とした太陽光ＰＣＳの入力部が短絡しても、規定された電流しか流れないので、短絡状態を検出することができず、その検出結果に基づき開閉器によって入力側の太陽電池モジュールを切り離すことができない。太陽光ＰＣＳの入力部の短絡の要因としては、スイッチング素子の故障等が考えられるが、仮にスイッチング素子がインピーダンスを持ったまま短絡した場合、入力側の太陽電池モジュールを切り離すことができないと、スイッチング素子における発煙発火等の２次的な災害のおそれがある。

又、太陽光ＰＣＳは、太陽電池モジュールの出力電圧を検出し、ある出力電圧以上になったら、その出力電圧を電源電圧として起動するため、太陽光ＰＣＳの入力部が短絡している場合は、異常状態を示す異常信号を送出できず、発電もできない状態が継続してしまう。太陽光発電システムの発電量や太陽光ＰＣＳの運転信号を常に監視している場合は、早期に異常を発見することができるが、通常は太陽光ＰＣＳの異常信号を監視することで、異常を把握していることが多いため、太陽光ＰＣＳが異常を検知して異常信号を送出しなければ、太陽光発電システムは発電しないまま運用されることになる。

本発明は、このような従来技術の課題を解決した電源装置及びその保護方法を提供することを目的とする。

本発明の内の請求項１に係る発明は、高インピーダンスの電力源から出力されるＤＣ電力を入力し、前記ＤＣ電力をスイッチングしてＡＣ電力に変換する入力部を有し、前記入力部で変換された前記ＡＣ電力に対して所定の電力変換を行って出力する電源装置の保護方法であって、次のような処理を有している。

即ち、請求項１に係る発明では、前記入力部に入力される前記ＤＣ電力における入力電圧及び入力電流を検出する入力検出処理と、前記入力検出処理により検出された前記入力電圧を閾値電圧と比較して電圧比較結果を求めると共に、前記入力検出処理により検出された前記入力電流を閾値電流と比較して電流比較結果を求める比較処理と、前記電圧比較結果が（前記入力電圧＜前記閾値電圧）で、且つ前記電流比較結果が（前記入力電流＞前記閾値電流）の場合には、前記入力部が短絡しているとの短絡判定結果を出力し、それ以外の場合には、前記入力部が短絡していないとの非短絡判定結果を出力する判定処理と、前記短絡判定結果が出力された場合には、前記入力部から前記電力源を切り離す入力切り離し処理と、を有することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の電源装置の保護方法において、前記電源装置は、開閉器を介して前記ＤＣ電力を入力し、前記ＤＣ電力をスイッチングして第１の前記ＡＣ電力に変換する前記入力部を有し、前記入力部により変換された前記第１のＡＣ電力に対して整流した後に所定の第２のＡＣ電力に変換して出力する装置である。そして、前記入力切り離し処理では、前記判定処理により、前記短絡判定結果が出力された場合には、前記開閉器をオフ状態にして前記入力部から前記電力源を切り離す処理を行うことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、高インピーダンスの電力源から出力されるＤＣ電力を入力し、前記ＤＣ電力をスイッチングしてＡＣ電力に変換する入力部を有し、前記入力部で変換された前記ＡＣ電力に対して所定の電力変換を行って出力する電源装置であって、次のような手段を有している。

即ち、請求項３に係る発明では、前記入力部に入力される前記ＤＣ電力における入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記入力部に入力される前記ＤＣ電力における入力電流を検出する入力電流検出手段と、前記入力電圧検出手段により検出された前記入力電圧を閾値電圧と比較して電圧比較結果を求める電圧比較手段と、前記入力電流検出手段により検出された前記入力電流を閾値電流と比較して電流比較結果を求める電流比較手段と、前記電圧比較結果が（前記入力電圧＜前記閾値電圧）で、且つ前記電流比較結果が（前記入力電流＞前記閾値電流）の場合には、前記入力部が短絡しているとの短絡判定結果を出力し、それ以外の場合には、前記入力部が短絡していないとの非短絡判定結果を出力する判定手段と、前記短絡判定結果が出力された場合には、前記入力部から前記電力源を切り離す入力切り離し手段と、を有することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明の電源装置において、前記電源装置は、開閉器を介して前記ＤＣ電力を入力し、前記ＤＣ電力をスイッチングして第１の前記ＡＣ電力に変換する前記入力部を有し、前記入力部により変換された前記第１のＡＣ電力に対して整流した後に所定の第２のＡＣ電力に変換して出力する装置である。そして、前記入力切り離し手段は、前記判定手段により、前記短絡判定結果が出力された場合には、前記開閉器をオフ状態にして前記入力部から前記電力源を切り離すことを特徴とする。

請求項１〜４に係る発明の電源装置の保護方法と電源装置とによれば、高インピーダンスの電力源の特性を利用して、電源装置における入力部の入力電圧が閾値電圧よりも小さく、且つ入力電流が閾値電流よりも大きな場合は、入力部が短絡していると判定しているので、入力部の短絡故障を簡単且つ的確に検出できる。しかも、短絡しているとの判定結果に基づき、入力部から電力源を切り離すようにしているので、電源装置における入力部の内部短絡故障時の２次災害を防止でき、更に、電源装置における運用停止期間の短縮化が可能になる。

図１は本発明の実施例１における電源装置の概略を示す構成図である。 図２は図１の電源装置１０における概略の構成例を示す回路図である。 図３は図２中の電力変換主回路部３０における概略の構成例を示す回路図である。 図４は図１中の太陽電池モジュール５０における出力電流−出力電圧特性（ＩＶ特性）を示す図である。 図５は図１中の検出回路４０をプロセッサで構成した場合の構成例を示す機能ブロック図である。 図６は図５の検出回路４０Ａの動作を示すフローチャートである。

本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

（実施例１の電源装置の構成）
図１は、本発明の実施例１における電源装置の概略を示す構成図である。

電源装置１０は、例えば、太陽光ＰＣＳであり、その入力端子１１及び出力端子１２の内、入力端子１１側に、高インピーダンスの電力源（例えば、ＤＣ電力を出力する太陽電池モジュール）５０が接続され、出力端子１２側に、電力系統６０や図示しない負荷が接続されている。入力端子１１には、入力切り離し手段（例えば、遮断器等の開閉器）１３を介して、電力変換部２０が接続され、この出力側に、出力端子１２が接続されている。開閉器１３は、遮断信号Ｓ２３ａにより遮断され、電力変換部２０の入力側から太陽電池モジュール５０を切り離す機能を有している。

電力変換部２０は、太陽電池モジュール５０から出力されるＤＣ電力を入力端子１１及び開閉器１３を介して入力し、そのＤＣ電力により駆動され、入力されたＤＣ電力に対して高周波のＤＣ／ＡＣ変換、整流、及び低周波のＤＣ／ＡＣ変換という電力変換を行って所定のＡＣ電力を出力端子１２から出力し、電力系統６０や図示しない負荷へ供給するものである。

本実施例１の電源装置１０には、電力変換部２０内の入力部の短絡状態を検出する検出回路４０が設けられている。検出回路４０は、太陽電池モジュール５０の特性を利用して、電力変換部２０に入力されるＤＣ電力の入力電圧及び入力電流を検出し、短絡判定条件として、検出された入力電圧Ｖｉｎが閾値電圧ＡＬＭ＿Ｖよりも小さく、且つ検出された入力電流Ｉｉｎが閾値電流ＡＬＭ＿Ｉよりも大きい場合に、電力変換部２０の入力部が短絡していると判定し、その判定結果に基づき、開閉器１３を遮断するための遮断信号Ｓ２３ａ、電力変換部２０の運転を停止させるための停止信号Ｓ４５を送出すると共に、外部へ異常信号Ｓ２３ｂを送出する回路である。

図２は、図１の電源装置１０における概略の構成例を示す回路図である。更に、図３は、図２中の電力変換主回路部３０における概略の構成例を示す回路図である。

図２に示すように、電源装置１０は、太陽電池モジュール５０が接続される一対の入力端子１１である正側入力端子１１−１及びグランドＧＮＤ側入力端子１１−２を有している。正側入力端子１１−１及びグランドＧＮＤ側入力端子１１−２には、遮断信号Ｓ２３ａにより遮断される一対の開閉器１３（＝１３−１，１３−２）を介して、電力変換部２０が接続されている。

電力変換部２０は、一対の開閉器１３−１，１３−２の出力電極間に接続された入力コンデンサ２１と、その入力コンデンサ２１の出力側に接続された電力変換主回路部３０と、その電力変換主回路部３０の出力側に接続された出力コンデンサ２２とを有している。入力コンデンサ２１は、電力変換主回路部３０に入力されるＤＣ電圧の変動を抑制するものである。電力変換主回路部３０は、入力コンデンサ２１を介して入力されるＤＣ電力に対し、高周波のＤＣ／ＡＣ変換、整流、及び低周波のＤＣ／ＡＣ変換という電力変換を行って所定のＡＣ電力を出力するものである。出力コンデンサ２２は、電力変換主回路部３０から出力されるＡＣ電圧の変動を抑制するものである。

図３に示すように、電力変換主回路部３０は、ＤＣ電力を入力コンデンサ２１を介して入力し、そのＤＣ電力をスイッチングして高周波のＡＣ電力に変換する入力部（例えば、フルブリッジ型のＤＣ／ＡＣ変換用スイッチング回路）３１を有している。フルブリッジ型のスイッチング回路３１は、４つのスイッチング素子（例えば、電界効果トランジスタ、以下「ＦＥＴ」という。）３１ａ〜３１ｄを有し、入力コンデンサ２１の両電極間に、ＦＥＴ３１ａ、ノードＮ２及びＦＥＴ３１ｂが直列に接続されると共に、ＦＥＴ３１ｃ、ノードＮ１及びＦＥＴ３１ｄが直列に接続されている。

ＦＥＴ３１ａ，３１ｂは、駆動パルスＳ２４−１，２４−２により相補的にオン／オフ動作し、更に、ＦＥＴ３１ｃ，３１ｄも、駆動パルスＳ２４−３，Ｓ２４−４により相補的にオン／オフ動作する。各ＦＥＴ３１ａ〜３１ｄのドレイン・ソース間には、図示しないが、それぞれ寄生容量等が存在している。

スイッチング回路３１のノードＮ１，Ｎ２には、太陽電池モジュール５０側と電力系統６０側とを絶縁するための変圧器（以下「トランス」という。）３２の１次巻線３２ａが接続されている。トランス３２の２次巻線３２ｂには、整流回路３３が接続されている。整流回路３３は、トランス３２の２次巻線３２ｂから出力されるＡＣ電力をＤＣ電力に整流する回路であり、ダイオードブリッジ回路等により構成され、この出力側に、フィルタ回路３４が接続されている。

フィルタ回路３４は、整流回路３３の出力電圧に含まれる高周波成分の除去と平滑を行う回路であり、ＬＣ回路等により構成され、この出力側に、ＤＣ／ＡＣ変換用のスイッチング回路３５が接続されている。ＤＣ／ＡＣ変換用のスイッチング回路３５は、フィルタ回路３４から出力されるＤＣ電力を、電力系統６０と同一の周波数を有する低周波のＡＣ電力に変換する回路であり、駆動パルスＳ２４−５〜Ｓ２４−８によりオン／オフ動作する４つのスイッチング素子等により構成されている。

このように構成される電力変換主回路部３０は、図２に示すように、制御回路２３及びドライブ回路２４等によって出力電力が周波数制御される。制御回路２３は、電力変換主回路部３０から出力される出力電圧値や出力電流値等を目標値と比較してその誤差をゼロにするためのスイッチング周波数を決定し、そのスイッチング周波数に応じた制御パルスＳ２３をドライブ回路２４へ出力し、検出回路４０から停止信号Ｓ４５が与えられると、その制御パルスＳ２３の出力を停止する回路である。ドライブ回路２４は、制御回路２３から与えられる制御パルスＳ２３を駆動し、電力変換主回路部３０内のスイッチング素子をオン／オフ動作させるための複数の駆動パルスＳ２４−１〜Ｓ２４−４，Ｓ２４−５〜Ｓ２４−８を電力変換主回路部３０内のスイッチング回路３１，３５へ与える回路である。

検出回路４０は、例えば、電子回路により構成されており、入力電圧検出手段（例えば、入力電圧検出部）４１と、入力電流検出手段（例えば、入力電流検出部）４２とを有している。入力電圧検出部４１は、電力変換主回路部３０内のスイッチング回路３１に入力される入力電圧を検出し、その検出した入力電圧Ｖｉｎを出力するものであり、例えば、２つの分圧抵抗４１ａ，４１ｂにより構成されている。２つの分圧抵抗４１ａ，４１ｂは、開閉器１３−１の出力電極とグランドＧＮＤとの間に直列に接続され、２つの分圧抵抗４１ａ，４１ｂの接続点であるノードＮ３から、検出した入力電圧Ｖｉｎを出力する。入力電流検出部４２は、スイッチング回路３１に入力される入力電流を検出し、その検出した入力電流Ｉｉｎを出力するものであり、ホール素子を応用したホール変流器（ＨＣＴ）、又は電流検出用の抵抗であるシャント抵抗等により構成されている。

ノードＮ３には、電圧比較手段（例えば、コンパレータ等で構成された電圧比較器）４３が接続され、更に、入力電流検出部４２の出力側にも、電流比較手段（例えば、コンパレータ等で構成された電流比較器）４４が接続されている。電圧比較器４３は、ノードＮ３から出力された入力電圧Ｖｉｎと閾値電圧ＡＬＭ＿Ｖとの大小を比較し、電圧比較結果を求める回路である。電流比較器４４は、入力電流検出部４２から出力された入力電流Ｉｉｎと閾値電流ＡＬＭ＿Ｉとの大小を比較し、電流比較結果を求める回路である。これらの電圧比較器４３及び電流比較器４４の出力側には、電力変換主回路部３０内のスイッチング回路３１における短絡状態の有無を判定する判定手段（例えば、論理積回路、以下「ＡＮＤ回路」という。）４５が接続されている。

ＡＮＤ回路４５は、電圧比較器４３から出力される電圧比較結果と、電流比較器４４から出力される電流比較結果との論理積を求め、短絡判定条件として、
入力電圧Ｖｉｎ＜閾値電圧ＡＬＭ＿Ｖ、且つ入力電流Ｉｉｎ＞閾値電流ＡＬＭ＿Ｉ
の場合には、スイッチング回路３１が短絡しているとの短絡判定結果を出力し（例えば、停止信号Ｓ４５を出力し）、それ以外の場合には、スイッチング回路３１が短絡していないとの非短絡判定結果を出力する（即ち、停止信号Ｓ４５を出力しない）。ＡＮＤ回路４５から停止信号Ｓ４５が出力されると、制御回路２３は、制御パルスＳ２３の出力を停止し、遮断信号Ｓ２３ａを開閉器１３−１，１３−２へ送出すると共に、異常信号Ｓ２３ｂを外部へ送出する。

開閉器１３−１，１３−２は、遮断信号Ｓ２３ａが与えられると、スイッチング回路３１から太陽電池モジュール５０を切り離す入力切り離し手段として機能する。

（実施例１の電源装置の保護方法）
図４は、図１中の太陽電池モジュール５０における出力電流−出力電圧特性（以下「ＩＶ特性」という。）を示す図である。

太陽電池モジュール５０は、ＩＶ特性曲線５１，５２に示すように、出力側が短絡している場合、ＤＣ出力電圧が略０Ｖで、ＤＣ出力電流が規定された短絡電流Ｉｓｃ１，Ｉｓｃ２となるＩＶ特性を有している。太陽電池モジュール５０のＩＶ特性は、日射で変動する。日射が少ない場合は、ＩＶ特性曲線５１に示すように、最大出力電圧Ｖ１及び最大出力電流（即ち、短絡電流Ｉｓｃ１）が小さく、日射が多い場合は、ＩＶ特性曲線５２に示すように、最大出力電圧Ｖ２及び最大出力電流（即ち、短絡電流Ｉｓｃ２）が大きい。

ＩＶ特性曲線５１では、ＤＣ出力電圧が０Ｖから最大出力電圧Ｖ１までの間、略一定のＤＣ出力電流（≒Ｉｓｃ１）が出力される。同様に、ＩＶ特性曲線５２では、ＤＣ出力電圧が０Ｖから最大出力電圧Ｖ２までの間、略一定のＤＣ出力電流（≒Ｉｓｃ２）が出力される。

図４において、ＤＣ出力電圧＜閾値電圧ＡＬＭ＿Ｖ、且つ、ＤＣ出力電流＞閾値電流ＡＬＭ＿Ｉの網線で囲まれた範囲が、スイッチング回路３１における短絡状態の有無を検出するための検出範囲５３である。

以下、電源装置１０の正常動作（１）と、電源装置１０内部に短絡故障が生じた場合の保護動作（２）と、について説明する。

（１） 電源装置１０の正常動作
図１中の太陽電池モジュール５０が日射を受けて正常に動作している場合は、図４のＩＶ特性曲線５１，５２に示されるようなＤＣ出力電圧及びＤＣ出力電流からなるＤＣ電力が、太陽電池モジュール５０から出力される。太陽電池モジュール５０のＤＣ出力電圧及びＤＣ出力電流は、日射により変動する。

太陽電池モジュール５０のＤＣ出力電圧及びＤＣ出力電流は、図１及び図２の電源装置１０の入力端子１１（＝１１−１，１１−２）へ供給され、電源装置１０内の開閉器１３（＝１３−１，１３−２）及び電力変換部２０内の入力コンデンサ２１を介して、電力変換主回路部３０へ入力される。

図３の電力変換主回路部３０において、入力されたＤＣ電力は、スイッチング回路３１によりスイッチングされて、高周波のＡＣ電力に変換される。変換されたＡＣ電力は、トランス３２を介して、整流回路３３によりＤＣ電力に整流される。整流されたＤＣ電力は、フィルタ回路３４により高周波成分が除去されると共に平滑され、更に、スイッチング回路３５により低周波のＡＣ電力に変換された後、出力コンデンサ２２を介して出力端子１２（＝１２−１，１２−２）から出力され、電力系統６０や図示しない負荷へ供給される。

図２中の制御回路２３は、電力変換主回路部３０から出力される出力電圧値や出力電流値等を目標値と比較してその誤差をゼロにするためのスイッチング周波数を決定し、そのスイッチング周波数に応じた制御パルスＳ２３をドライブ回路２４へ出力する。ドライブ回路２４では、制御回路２３から与えられる制御パルスＳ２３を駆動し、複数の駆動パルスＳ２４−１〜Ｓ２４−４，Ｓ２４−５〜Ｓ２４−８を電力変換主回路部３０内のスイッチング回路３１，３５へ与える。これにより、スイッチング回路３１，３５内のＦＥＴ３１ａ〜３１ｄ等がオン／オフ制御され、電力変換主回路部３０から出力されるＡＣ出力電圧やＡＣ出力電流が目標値になるように定電圧制御や定電流制御等が行われる。

（２） 電源装置１０内部に短絡故障が生じた場合の保護動作
電力変換主回路部３０内の入力側のスイッチング回路３１において、例えば、ＦＥＴ３１ａ〜３１ｄの故障等によって短絡した場合、その短絡箇所に大電流が流れると共に、その短絡箇所の電圧が低下する。これにより、電力変換主回路部３０へのＤＣ入力電流も増加すると共に、ＤＣ入力電圧も低下する。

すると、そのＤＣ入力電圧が図２中の入力電圧検出部４１により検出され、検出された入力電圧Ｖｉｎが電圧比較器４３へ出力される。更に、ＤＣ入力電流が入力電流検出部４２により検出され、検出された入力電流Ｉｉｎが電流比較器４４へ出力される。

電圧比較器４３では、入力電圧検出部４１から出力された入力電圧Ｖｉｎと、閾値電圧ＡＬＭ＿Ｖとの大小を比較し、その電圧比較結果をＡＮＤ回路４５へ出力する。更に、電流比較器４４でも、入力電流検出部４２から出力された入力電流Ｉｉｎと、閾値電流ＡＬＭ＿Ｉとの大小を比較し、その電流比較結果をＡＮＤ回路４５へ出力する。

ＡＮＤ回路４５では、電圧比較器４３から出力される電圧比較結果と、電流比較器４４から出力される電流比較結果との論理積を求め、
入力電圧Ｖｉｎ＜閾値電圧ＡＬＭ＿Ｖ、且つ入力電流Ｉｉｎ＞閾値電流ＡＬＭ＿Ｉ
の場合（即ち、図４の検出領域５３内の場合）には、スイッチング回路３１が短絡しているとの短絡判定結果である停止信号Ｓ４５を制御回路２３へ出力し、それ以外の場合には、スイッチング回路３１が短絡していないとの非短絡判定結果として停止信号Ｓ４５を制御回路２３へ出力しない。

制御回路２３では、ＡＮＤ回路４５から停止信号Ｓ４５が与えられると、制御パルスＳ２３の出力を停止し、遮断信号Ｓ２３ａを開閉器１３（＝１３−１，１３−２）へ送出すると共に、異常信号Ｓ２３ｂを外部へ送出する。制御パルス２３の出力が停止されると、ドライブ回路２４から駆動パルスＳ２４−１〜Ｓ２４−４，Ｓ２４−５〜Ｓ２４−８が出力されないので、電力変換主回路部３０の運転が停止される。更に、開閉器１３（＝１３−１，１３−２）が遮断されて、スイッチング回路３１から太陽電池モジュール５０が切り離されると共に、外部へ送出された異常信号Ｓ２３ｂにより短絡故障が報知される。

（実施例１の効果）
本実施例１によれば、太陽電池モジュール５０の特性を利用して、電力変換主回路部３０内の入力側のスイッチング回路３１へ入力される検出された入力電圧Ｖｉｎが閾値電圧ＡＬＭ＿Ｖよりも小さく、且つ検出された入力電流Ｉｉｎが閾値電流ＡＬＭ＿Ｉよりも大きい場合には、スイッチング回路３１が短絡していると判定し、電力変換主回路部３０の運転を停止させると共に、スイッチング回路３１から太陽電池モジュール５０を切り離し、更に、異常信号Ｓ２３ｂを外部へ送出するようにしている。そのため、電源装置１０における入力側のスイッチング回路３１の短絡故障時の２次災害を防止できる。その上、異常信号Ｓ２３ｂによって短絡故障が外部へ報知されるので、修復作業を速やかに行え、電源装置１０における運用停止期間の短縮化が可能になる。

実施例１では、図１中の検出回路４０を電子回路で構成しているが、本発明の実施例２では、その検出回路４０をデジタルシグナルプロセッサ（以下「ＤＳＰ」という。）等のプロセッサにより構成している。

（実施例２の構成）
図５は、図１中の検出回路４０をプロセッサで構成した場合の構成例を示す機能ブロック図であり、実施例１を示す図２中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

本実施例２の検出回路４０Ａを構成するプロセッサは、図示しないが、例えば、制御プログラムを格納したプログラムメモリと、その制御プログラムに従い演算及び制御処理を行う中央処理装置（以下「ＣＰＵ」という。）と、そのＣＰＵのプログラム処理により制御される入力部及び出力部等を有している。

本実施例２の検出回路４０Ａでは、実施例１と同様の入力電圧検出部４１及び入力電流検出部４２と、その入力電圧検出部４１の出力側に接続された実施例１とは異なる電圧比較手段４３Ａと、その入力電流検出部４２の出力側に接続された実施例１とは異なる電流比較手段４４Ａと、その電圧比較手段４３Ａ及び電流比較手段４４Ａの出力側に接続された実施例１とは異なる判定手段４５Ａとを有している。

電圧比較手段４３Ａは、入力電圧検出部４１により検出された入力電圧Ｖｉｎを閾値電圧ＡＬＭ＿Ｖと比較して電圧比較結果を求める機能を有し、ＣＰＵのプログラム処理によりその機能が実行される。電流比較手段４４Ａは、入力電流検出部４２により検出された入力電流Ｉｉｎを閾値電流ＡＬＭ＿Ｉと比較して電流比較結果を求める機能を有し、ＣＰＵのプログラム処理によりその機能が実行される。

更に、判定手段４５Ａは、短絡判定条件として、電圧比較手段４３Ａから与えられる電圧比較結果が（入力電圧Ｖｉｎ＜閾値電圧ＡＬＭ＿Ｖ）で、且つ、電流比較手段４４Ａから与えられる電流比較結果が（入力電流Ｉｉｎ＞閾値電流ＡＬＭ＿Ｉ）の場合には、電力変換主回路部３０内の入力側のスイッチング回路３１が短絡しているとの短絡判定結果である停止信号Ｓ４５Ａを出力し、それ以外の場合には、スイッチング回路３１が短絡していないとの非短絡判定結果を出力する機能（即ち、停止信号Ｓ４５Ａを出力しない機能）を有し、その機能がＣＰＵのプログラム処理により実行される。その他の構成は、実施例１と同様である。

（実施例２の保護方法）
図６は、図５の検出回路４０Ａの動作を示すフローチャートである。
以下、図６のフローチャートを参照しつつ、本実施例２における電源装置１０の保護方法を説明する。

スイッチング回路３１に対する内部短絡検出処理が開始されると、入力検出処理を行うステップＳＴ１において、入力電圧検出部４１は、スイッチング回路３１のＤＣ入力電圧を検出し、その検出した入力電圧Ｖｉｎを電圧比較手段４３Ａへ出力し、比較処理を行うステップＳＴ２へ進む。ステップＳＴ２において、電圧比較手段４３Ａは、入力電圧検出部４１から与えられた入力電圧Ｖｉｎと、閾値電圧ＡＬＭ＿Ｖとの大小を比較し、その電圧比較結果がＶｉｎ＜ＡＬＭ＿Ｖでない場合には（Ｎｏ）、ステップＳＴ１に戻り、その電圧比較結果がＶｉｎ＜ＡＬＭ＿Ｖの場合には（Ｙｅｓ）、その電圧比較結果を判定手段４５Ａへ出力して、入力検出処理を行うステップＳＴ３へ進む。

ステップＳＴ３において、入力電流検出部４２は、スイッチング回路３１のＤＣ入力電流を検出し、その検出した入力電流Ｉｉｎを電流比較手段４４Ａへ出力し、比較処理を行うステップＳＴ４へ進む。ステップＳＴ４において、電流比較手段４４Ａは、入力電流検出部４２から与えられた入力電流Ｉｉｎと、閾値電流ＡＬＭ＿Ｉとの大小を比較し、その電流比較結果がＩｉｎ＞ＡＬＭ＿Ｉでない場合には（Ｎｏ）、ステップＳＴ１に戻り、Ｉｉｎ＜ＡＬＭ＿Ｉの場合には（Ｙｅｓ）、その電流比較結果を判定手段４５Ａへ出力して、判定処理を行うステップＳＴ５へ進む。

ステップＳＴ５において、判定手段４５Ａは、電圧比較結果（＝入力電圧Ｖｉｎ＜閾値電圧ＡＬＭ＿Ｖ）と、電流比較結果（＝入力電流Ｉｉｎ＞閾値電流ＡＬＭ＿Ｉ）とから、図４中の検出領域５３内であるから、スイッチング回路３１が短絡していると判定し、その短絡判定結果に基づき、停止信号Ｓ４５Ａを図２中の制御回路２３へ出力する。制御回路２３では、判定手段４５Ａから停止信号Ｓ４５Ａが与えられると、制御パルスＳ２３の出力を停止し、遮断信号Ｓ２３ａを開閉器１３（＝１３−１，１３−２）へ送出すると共に、異常信号Ｓ２３ｂを外部へ送出する。制御回路２３からの制御パルスＳ２３の出力が停止されると、図２中のドライブ回路２４から駆動パルスＳ２４−１〜Ｓ２４−４，Ｓ２４−５〜Ｓ２４−８が出力されないので、電力変換主回路部３０の運転が停止される。更に、入力切り離し処理によって開閉器１３（＝１３−１，１３−２）が遮断され、スイッチング回路３１から太陽電池モジュール５０が切り離されると共に、外部へ送出された異常信号Ｓ２３ｂにより短絡故障が報知される。これにより、図６の処理が終了する。

（実施例２の効果）
本実施例２によれば、実施例１と同様の効果がある。しかも、検出回路４０Ａをプロセッサにより構成しているので、制御プログラムを変更するだけで、短絡判定条件を容易に変更でき、特性の異なる種々の太陽電池モジュール５０に対して容易に対応することができる。

（変形例）
本発明は、上記実施例に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。その利用形態や変形例としては、例えば、次の（ａ）、（ｂ）のようなものがある。

（ａ） 実施例１、２では、電源装置１０として太陽光ＰＣＳの例を説明したが、本発明は、燃料電池等の高インピーダンス入力の他の電力源にも適用できる。この場合、電力源の特性に応じて短絡判定条件を変更し、それに伴い、電力変換部２０及び検出回路４０，４０Ａの構成も変更すればよい。

（ｂ） 実施例１、２では、電源装置１０における入力部として、スイッチング回路３１の例を説明したが、電源装置１０の内部構成が図示のものと異なれば、それに応じた入力部に対しても、本発明を適用できる。

１０ 電源装置
１３ 開閉器
２０ 電力変換部
２３ 制御回路
３０ 電力変換主回路部
３１，３５ スイッチング回路
４０，４０Ａ 検出回路
４１ 入力電圧検出部
４２ 入力電流検出部
４３ 電圧比較器
４３Ａ 電圧比較手段
４４ 電流比較器
４４Ａ 電流比較手段
４５ ＡＮＤ回路
４５Ａ 判定手段
５０ 太陽電池モジュール
Ｉｉｎ 入力電流
Ｓ２３ａ 遮断信号
Ｓ２３ｂ 異常信号
Ｓ４５，Ｓ４５Ａ 停止信号
Ｖｉｎ 入力電圧

Claims (4)

1. 高インピーダンスの電力源から出力される直流電力を入力し、前記直流電力をスイッチングして交流電力に変換する入力部を有し、前記入力部で変換された前記交流電力に対して所定の電力変換を行って出力する電源装置の保護方法であって、
   前記入力部に入力される前記直流電力における入力電圧及び入力電流を検出する入力検出処理と、
   前記入力検出処理により検出された前記入力電圧を閾値電圧と比較して電圧比較結果を求めると共に、前記入力検出処理により検出された前記入力電流を閾値電流と比較して電流比較結果を求める比較処理と、
   前記電圧比較結果が（前記入力電圧＜前記閾値電圧）で、且つ前記電流比較結果が（前記入力電流＞前記閾値電流）の場合には、前記入力部が短絡しているとの短絡判定結果を出力し、それ以外の場合には、前記入力部が短絡していないとの非短絡判定結果を出力する判定処理と、
   前記短絡判定結果が出力された場合には、前記入力部から前記電力源を切り離す入力切り離し処理と、
   を有することを特徴とする電源装置の保護方法。
2. 前記電源装置は、
   開閉器を介して前記直流電力を入力し、前記直流電力をスイッチングして第１の前記交流電力に変換する前記入力部を有し、前記入力部により変換された前記第１の交流電力に対して整流した後に所定の第２の交流電力に変換して出力する装置であり、
   前記入力切り離し処理では、
   前記判定処理により、前記短絡判定結果が出力された場合には、前記開閉器をオフ状態にして前記入力部から前記電力源を切り離す処理を行うことを特徴とする請求項１記載の電源装置の保護方法。
3. 高インピーダンスの電力源から出力される直流電力を入力し、前記直流電力をスイッチングして交流電力に変換する入力部を有し、前記入力部で変換された前記交流電力に対して所定の電力変換を行って出力する電源装置であって、
   前記入力部に入力される前記直流電力における入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、
   前記入力部に入力される前記直流電力における入力電流を検出する入力電流検出手段と、
   前記入力電圧検出手段により検出された前記入力電圧を閾値電圧と比較して電圧比較結果を求める電圧比較手段と、
   前記入力電流検出手段により検出された前記入力電流を閾値電流と比較して電流比較結果を求める電流比較手段と、
   前記電圧比較結果が（前記入力電圧＜前記閾値電圧）で、且つ前記電流比較結果が（前記入力電流＞前記閾値電流）の場合には、前記入力部が短絡しているとの短絡判定結果を出力し、それ以外の場合には、前記入力部が短絡していないとの非短絡判定結果を出力する判定手段と、
   前記短絡判定結果が出力された場合には、前記入力部から前記電力源を切り離す入力切り離し手段と、
   を有することを特徴とする電源装置。
4. 前記電源装置は、
   開閉器を介して前記直流電力を入力し、前記直流電力をスイッチングして第１の前記交流電力に変換する前記入力部を有し、前記入力部により変換された前記第１の交流電力に対して整流した後に所定の第２の交流電力に変換して出力する装置であり、
   前記入力切り離し手段は、
   前記判定手段により、前記短絡判定結果が出力された場合には、前記開閉器をオフ状態にして前記入力部から前記電力源を切り離すことを特徴とする請求項３記載の電源装置。

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