JP2017020996A - 駅舎補助電源用地絡検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トランスレスで系統に接続されるパワーコンディショナが系統と解列状態であるか連系状態であるかに係わらずパワーコンディショナと太陽電池との間に設けられる直流回路の地絡を精度良く検出可能な駅舎補助電源用地絡検出装置を得ること。【解決手段】直流回路３の正極側電源線３１と負極側電源線３２との間で検出された第１の電圧検出値Ｖｐｎと、正極側電源線３１と対地間または負極側電源線３２と対地間の第２の電圧検出値Ｖｐｇ，Ｖｎｇと、正極側電源線３１と負極側電源線３２との間に流れる不平衡電流の電流検出値Ｉｇと、を入力として、パワーコンディショナ２が系統５と解列状態にあるときに直流回路３に発生した地絡と、パワーコンディショナ２が系統５と連系状態にあるときに直流回路３に発生した地絡とを検出して出力する地絡検出部４７を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、トランスレスで駅舎内電路系統に接続されるパワーコンディショナと太陽電池との間の地絡を検出する駅舎補助電源用地絡検出装置に関するものである。

近年、鉄道の駅舎設備への電力供給に、太陽光発電システムを用いた補助電源装置を設ける場合が多くなっている。パワーコンディショナと太陽電池との間の地絡事故は一般的にパワーコンディショナに設けられる地絡検出装置にて保護する。地絡検出装置が検出する電流レベルは、太陽電池の発電電力に応じて規格により上限が規定されている。そのため、非接地回路にて、規格の上限より感度の高い、数ｍＡレベルの地絡電流を検出できる地絡検出システムの設置が求められている。例えば、特許文献１には、地絡事故により絶縁抵抗の値が低下する前に直流回路の地絡を検出するため、直流回路を構成する正極側電源線と対地間、または直流回路を構成する負極側電源線と対地間に地絡抵抗を接続し、正極側電源線と対地が接続されたときに地絡抵抗の両端で発生した電圧と、負極側電源線と対地が接続されたときに地絡抵抗の両端で発生した電圧とを検出し、検出された電圧に基づいて対地絶縁抵抗の抵抗値を算出し、算出した差電圧が設定電圧値を超えたとき、地絡が発生していると判定する構成が開示されている。

特開２０１３−２１０２４６号公報

特許文献１に示す構成を駅舎補助電源用の太陽光発電システムの直流回路に使用する場合、次のような問題があった。太陽光発電システムは、太陽電池から供給された直流電圧をパワーコンディショナに入力し、単相３線式の交流に変換して駅舎内電路系統に出力している。駅舎内電路系統は、駅舎内に設置された負荷、例えば、照明およびエレベーターに電力を供給するように構成されている。ここでパワーコンディショナがトランスレス方式のパワーコンディショナである場合、このような直流電圧から交流電圧への変換では、直流回路を構成する正極側電源線と負極側電源線に対して、接地極の電圧を変化させて中性線に対する正極側電源線および負極側電源線の各々の電圧を、見かけ上交流となるようにしている。また、トランスレス方式のパワーコンディショナでは、パワーコンディショナの直流側がパワーコンディショナの交流側と絶縁されていないため、接地極は駅舎内電路系統を介して大地に接続されている。そのためパワーコンディショナが駅舎内電路系統と連系している状態では、抵抗値算出装置が対地絶縁抵抗の算出に用いるための、正極側電源線と対地間の電位または負極側電源線と対地間の電位が常に変動し、絶縁抵抗の算出が困難であり、地絡を検出できない虞がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、トランスレスで駅舎内電路系統に接続されるパワーコンディショナが駅舎内電路系統と解列状態であるか連系状態であるかに係わらずパワーコンディショナと太陽電池との間に設けられる直流回路の地絡を精度良く検出可能な駅舎補助電源用地絡検出装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、太陽電池と、前記太陽電池からの電力を駅舎内電路系統へ供給し、前記駅舎内電路系統とトランスレスで接続されるパワーコンディショナと、前記太陽電池から出力される電力をパワーコンディショナへ供給する直流回路と、前記パワーコンディショナと前記太陽電池との間に設けられる直流回路の地絡を検出する駅舎補助電源用地絡検出装置とを備えた地絡検出システムにおいて用いられる駅舎補助電源用地絡検出装置であって、前記駅舎補助電源用地絡検出装置は、前記直流回路の正極側電源線と前記直流回路の負極側電源線との間で検出された第１の電圧検出値と、前記正極側電源線と対地間または前記負極側電源線と対地間の第２の電圧検出値と、前記正極側電源線と前記負極側電源線との間に流れる不平衡電流の電流検出値と、を入力として、前記パワーコンディショナが前記駅舎内電路系統と解列状態にあるときに前記直流回路に発生した地絡と、前記パワーコンディショナが前記駅舎内電路系統と連系状態にあるときに前記直流回路に発生した地絡とを検出する地絡検出部を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、トランスレスで駅舎内電路系統に接続されるパワーコンディショナが駅舎内電路系統と解列状態であるか連系状態であるかに係わらずパワーコンディショナと駅舎補助電源用の太陽電池との間に設けられる直流回路の地絡を精度良く検出可能、という効果を奏する。

実施の形態１に係る地絡検出システムの構成図 実施の形態１に係る地絡検出システムのパワーコンディショナが駅舎内電路系統と解列状態であるときに正極側電源線に地絡抵抗を接続した状態を示す図 実施の形態１に係る地絡検出システムのパワーコンディショナが駅舎内電路系統と解列状態であるときに負極側電源線に地絡抵抗を接続した状態を示す図 実施の形態１に係る地絡検出システムのパワーコンディショナが駅舎内電路系統と連系状態である場合に正極側電源線に地絡が発生したときに流れる地絡電流の経路を表す図 実施の形態１に係る地絡検出システムのパワーコンディショナが駅舎内電路系統と連系状態である場合に負極側電源線に地絡が発生したときに流れる地絡電流の経路を表す図 実施の形態１に係る駅舎補助電源用地絡検出装置の地絡検出部が実行する処理のフローチャート 実施の形態２に係る地絡検出システムの構成図 実施の形態２に係る地絡検出システムのパワーコンディショナが駅舎内電路系統と解列状態である場合に負極側電源線に電流検出用地絡抵抗を接続したときに流れる地絡電流の経路を表す状態を表す図 実施の形態２に係る地絡検出システムのパワーコンディショナが駅舎内電路系統と解列状態である場合に正極側電源線に電流検出用地絡抵抗を接続したときに流れる地絡電流の経路を表す状態を表す図 実施の形態２に係る駅舎補助電源用地絡検出装置の地絡検出部が実行する処理のフローチャート

以下に、本発明に係る地絡検出システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る地絡検出システム１００を示したものである。地絡検出システム１００は、太陽光の照度に応じた直流電力を発生する直流電源である太陽電池１と、駅舎内電路系統とトランスレスで接続されるとともに太陽電池１から供給された直流電力を交流電力に変換して駅舎内電路系統へ出力するパワーコンディショナ２と、太陽電池１から出力される直流電力をパワーコンディショナ２へ供給する直流配電用の直流回路３と、直流回路３に発生した地絡を検出する駅舎補助電源用地絡検出装置４とを備える。また、太陽電池１とパワーコンディショナ２により駅舎に電力を供給する太陽電池システムを構成している。以下では駅舎補助電源用地絡検出装置を単に地絡検出装置と称する。

パワーコンディショナ２は、太陽電池１から供給された直流電力を駅舎内電路系統の周波数の交流電力に変換するインバータ回路２１と、インバータ回路２１の出力側と駅舎内電路系統５とを解列状態または連系状態にする連系リレー２２とを有する。直流回路３は、太陽電池１の正極側電圧が印加される直流給電母線である正極側電源線３１と、太陽電池１の負極側電圧が印加される直流給電母線である負極側電源線３２とを有する。直流回路３では、正極側電源線３１と対地間に対地絶縁抵抗３３が存在し、負極側電源線３２と対地間に対地絶縁抵抗３４が存在する。解列状態とは連系リレー２２が開放された状態であり、連系状態とは連系リレー２２が投入された状態である。

対地絶縁抵抗３３の抵抗値をＲ_ｐとした場合、Ｒ_ｐには、非地絡時の対地絶縁抵抗３５と地絡発生時の対地絶縁抵抗３６が存在する。以下の説明では、対地絶縁抵抗３５の抵抗値はＲ_ｐ０とし、対地絶縁抵抗３６の抵抗値はＲ_ｐ１とする。

対地絶縁抵抗３４の抵抗値をＲ_ｎとした場合、Ｒ_ｎには、非地絡時の対地絶縁抵抗３７と地絡発生時の対地絶縁抵抗３８が存在する。以下の説明では、対地絶縁抵抗３７の抵抗値をＲ_ｎ０とし、対地絶縁抵抗３８の抵抗値をＲ_ｎ１とする。

地絡検出装置４は、正極側電源線３１に流れる電流と負極側電源線３２に流れる電流との不平衡電流を検出して電流検出値である電流Ｉ_ｇとして出力する電流検出器である零相変流器４１と、正極側電源線３１と負極側電源線３２との間の電圧、すなわち太陽電池１の出力電圧を検出して第１の電圧検出値である電圧Ｖ_ｐｎとして出力する第１の電圧検出部４２と、電圧検出用地絡抵抗４３と、正極側電源線３１と対地間または負極側電源線３２と対地間に電圧検出用地絡抵抗４３を接続する第１のスイッチ４４と、第１のスイッチ４４により正極側電源線３１と対地が接続されたとき、電圧検出用地絡抵抗４３の両端に発生する電圧を検出して第２の電圧検出値である電圧Ｖ_ｐｇとして出力し、または第１のスイッチ４４により負極側電源線３２と対地が接続されたとき、電圧検出用地絡抵抗４３の両端に発生する電圧を検出して第２の電圧検出値である電圧Ｖ_ｎｇとして出力する第２の電圧検出部４５と、零相変流器４１、第１の電圧検出部４２、および第２の電圧検出部４５の各々から出力された電圧Ｖ_ｐｎ，Ｖ_ｐｇ，Ｖ_ｎｇと電流Ｉ_ｇをデジタル値に変換して出力するＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部４６と、ＡＤ変換部４６で変換されたデジタル値の電圧Ｖ_ｐｎ，Ｖ_ｐｇ，Ｖ_ｎｇと電流Ｉ_ｇを入力として、パワーコンディショナ２が駅舎内電路系統５と解列状態にある場合における直流回路３の地絡とパワーコンディショナ２が駅舎内電路系統５と連系状態にある場合における直流回路３の地絡とを検出する地絡検出部４７と、地絡検出装置４に関連した各種情報を表示する表示装置４８とを有して構成される。

第１のスイッチ４４は、地絡検出部４７からの制御により、正極側電源線３１または負極側電源線３２を、電圧検出用地絡抵抗４３を介して強制的に地絡させるためのスイッチである。

実施の形態１では、電圧検出用地絡抵抗４３の抵抗値Ｒｇを、対地絶縁抵抗３５，３７の抵抗値より十分大きな値、例えば５０００ｋΩとしている。非地絡時、すなわちＲ_ｐ１とＲ_ｎ１の値が無限大とみなせるときの正極側の対地絶縁抵抗３３の抵抗値Ｒ_ｐを２０００ｋΩとした場合、パワーコンディショナ２が解列状態、すなわち連系リレー２２が開放されているときに、第１のスイッチ４４を正極側電源線３１に接続した場合に発生する電圧Ｖ_ｐｇと、第１のスイッチ４４を負極側電源線３２に接続した場合に発生する電圧Ｖ_ｎｇは、それぞれ太陽電池１の発電電圧である電圧Ｖ_ｐｎの半分の値となる。

零相変流器４１で検出される不平衡電流に関して説明する。直流回路３の負極側電源線３２に地絡が生じて地絡電流Ｉ_ｇが流れたと仮定する。電流Ｉ_ｇは、負極側電源線３２に流れる直流電流に重畳するため、太陽電池１から正極側電源線３１を介してパワーコンディショナ２に流れる直流電流と、パワーコンディショナ２から負極側電源線３２を介して太陽電池１に流れる直流電流との間には、電流Ｉ_ｇ分の不平衡が生じる。図１では、太陽電池１から正極側電源線３１を介してパワーコンディショナ２に流れる直流電流を＋Ｉで表し、パワーコンディショナ２から負極側電源線３２を介して太陽電池１に流れる直流電流を−Ｉで表す。

地絡検出部４７は、地絡検出装置４を統括制御する機能と、電圧Ｖ_ｐｎ，Ｖ_ｐｇ，Ｖ_ｎｇに基づいて対地絶縁抵抗３６の地絡抵抗値Ｒ_ｐ１と対地絶縁抵抗３８の地絡抵抗値Ｒ_ｎ１とを算出して直流回路３に発生した地絡を検出する第１の地絡検出部４７ａと、零相変流器４１から出力された電流Ｉ_ｇに基づいて直流回路３に発生した地絡を検出する第２の地絡検出部４７ｂと、電圧Ｖ_ｐｎ，Ｖ_ｐｇ，Ｖ_ｎｇに基づいてパワーコンディショナ２が駅舎内電路系統５と解列状態にあるか連系状態にあるかを判定する連系状態判定部４７ｃとを備える。地絡検出部４７はマイクロコンピュータで実現される。

表示装置４８に表示される情報は、例えば地絡検出装置４が動作しているか停止しているかを示す動作状態情報、パワーコンディショナ２が駅舎内電路系統５と解列状態にあるか連系状態にあるかを示す連系状態情報である。

次に図２，３を参照しながら第１の地絡検出部４７ａにおける地絡検出方法について説明する。

図２は実施の形態１に係る地絡検出システムのパワーコンディショナが駅舎内電路系統と解列状態であるときに正極側電源線に地絡抵抗を接続した状態を示す図である。図３は実施の形態１に係る地絡検出システムのパワーコンディショナが駅舎内電路系統と解列状態であるときに負極側電源線に地絡抵抗を接続した状態を示す図である。

電圧検出用地絡抵抗４３が正極側電源線３１に接続されている際の正極側電源線３１と対地間の電圧をＶ_ｐｇとすると、電圧Ｖ_ｐｇは下記（１）式より求められる。

また、電圧検出用地絡抵抗４３が負極側電源線３２に接続されている際の負極側電源線３２と対地間の電圧をＶ_ｎｇとすると、電圧Ｖ_ｎｇは下記（２）式より求められる。

（１）式，（２）式より、下記（３）式，（４）式が得られる。

このように既知である電圧Ｖ_ｐｇ，Ｖ_ｎｇ，Ｖ_ｐｎの値と、抵抗値Ｒ_ｇの値に基づいて、対地絶縁抵抗３３，３４のそれぞれの抵抗値Ｒ_ｐ，Ｒ_ｎが算出できる。

また抵抗値Ｒ_ｐ，Ｒ_ｎのそれぞれには、Ｒ_ｐ＝Ｒ_ｐ０／／Ｒ_ｐ１、Ｒ_ｎ＝Ｒ_ｎ０／／Ｒ_ｎ１の関係がある。初期状態にてＲ_ｐ０とＲ_ｎ０は等しいため、これらの抵抗値をＲ_ｘ（≒Ｒ_ｐ０≒Ｒ_ｎ０）とすると、対地絶縁抵抗３６の地絡抵抗値Ｒ_ｐ１と対地絶縁抵抗３８の地絡抵抗値Ｒ_ｎ１はそれぞれ下記（５）式，（６）式で表される。

このように、電圧Ｖ_ｐｇ，Ｖ_ｎｇ，Ｖ_ｐｎの値と、抵抗値Ｒ_ｘ，Ｒ_ｇの値に基づいて、正極側の対地絶縁抵抗３６における地絡抵抗値Ｒ_ｐ１と負極側の対地絶縁抵抗３８における地絡抵抗値Ｒ_ｎ１が算出できる。

ここで電圧検出用地絡抵抗４３の抵抗値Ｒ_ｇについて説明する。上記（５）式，（６）式を用いて対地絶縁抵抗３６，３８の地絡抵抗値Ｒ_ｐ１，Ｒ_ｎ１を算出する場合、理論的には、電圧検出用地絡抵抗４３の抵抗値Ｒ_ｇはどのような値でもよい。ただし、実際には、抵抗値Ｒ_ｇが小さい場合、電圧検出用地絡抵抗４３が正極側電源線３１または負極側電源線３２に接続されると、抵抗値Ｒ_ｇに一定値以上の電流Ｉ_ｇが流れて、第２の地絡検出部４７ｂで地絡が検出される虞がある。そこで実施の形態１では、電圧検出用地絡抵抗４３の抵抗値Ｒ_ｇを、対地絶縁抵抗３５，３７の抵抗値Ｒ_ｐ０，Ｒ_ｎ０より大きい値としている。

具体的には、例えば、負極側電源線３２に地絡が発生し、負極側電源線３２と対地間の電圧が１００Ｖで、この１００Ｖに対して第２の地絡検出部４７ｂが１ｍＡ以上の地絡電流を検出することを想定した場合、第１の地絡検出部４７ａおよび第２の地絡検出部４７ｂが検出する地絡抵抗値を１００ｋΩとし、対地絶縁抵抗３６，３８の地絡抵抗値をＲ_ｐ１＝１０００ｋΩ、Ｒ_ｎ１＝５０ｋΩとし、対地絶縁抵抗３５，３７の初期値Ｒ_ｘ（≒Ｒ_ｐ０≒Ｒ_ｎ０）を２０００ｋΩとすると、抵抗値Ｒ_ｇとしては例えば５０００ｋΩ（２０００ｋΩ＜５０００ｋΩ）を選択する。

このような場合において、電圧検出用地絡抵抗４３が正極側電源線３１に接続された状態では、正極側電源線３１と対地間の合成抵抗は５８８ｋΩ（Ｒ_ｘ／／Ｒ_ｐ１／／Ｒ_ｇ）となり、負極側電源線３２と対地間の合成抵抗は４９ｋΩ（Ｒ_ｘ／／Ｒ_ｎ１）となる。そして、太陽電池１の発電電圧である電圧Ｖ_ｐｎを２００Ｖとすると、電圧Ｖ_ｐｇの大きさは１８５Ｖ、電圧Ｖ_ｎｇの大きさは１５Ｖとなる。

一方、電圧検出用地絡抵抗４３が負極側電源線３２に接続された状態では、正極側電源線３１と対地間の合成抵抗は６６７ｋΩ（Ｒ_ｘ／／Ｒ_ｐ１）となり、負極側電源線３２と対地間の合成抵抗は４８ｋΩ（Ｒ_ｘ／／Ｒ_ｎ１／／Ｒ_ｇ）となる。そして、この際の電圧Ｖ_ｐｇの大きさは１８６Ｖ、電圧Ｖ_ｎｇの大きさは１４Ｖとなる。

これらの値により、前述した（５）式，（６）式を用いて対地絶縁抵抗３６，３８の地絡抵抗値Ｒ_ｐ１，Ｒ_ｎ１を求めると、Ｒ_ｐ１＝１０００ｋΩ、Ｒ_ｎ１＝５０ｋΩとなり、検出する地絡抵抗の設定値を１００ｋΩとした場合、Ｒ_ｎ１の値が設定値未満となるため、第１の地絡検出部４７ａは負極側電源線３２に地絡が発生していると判定する。

このように第１の地絡検出部４７ａは、正極側電源線３１と対地間に地絡抵抗を接続することで発生する電圧、または負極側電源線３２と対地間に地絡抵抗を接続することで発生する電圧に基づいて、絶縁抵抗値を算出して地絡の発生を検出する。ところが、前述したように駅舎内電路系統５と連系状態にあるトランスレス方式のパワーコンディショナ２では、正極側電源線３１と対地間の電位が変動し、また負極側電源線３２と対地間の電位が変動する。そのため、第１の地絡検出部４７ａは、パワーコンディショナ２が駅舎内電路系統５と解列状態にある場合には正確な地絡検出が可能であるが、パワーコンディショナ２が駅舎内電路系統５と連系状態にある場合には正確な地絡検出が出来ない虞がある。

次に図４，５を参照しながら第２の地絡検出部４７ｂにおける地絡検出方法について説明する。

図４は実施の形態１に係る地絡検出システムのパワーコンディショナが駅舎内電路系統と連系状態である場合に正極側電源線に地絡が発生したときに流れる地絡電流の経路を表す図である。図５は実施の形態１に係る地絡検出システム地絡検出システムのパワーコンディショナが駅舎内電路系統と連系状態である場合に負極側電源線に地絡が発生したときに流れる地絡電流の経路を表す図である。

正極側電源線３１が地絡した場合、直流回路３では、（Ａ）対地絶縁抵抗３６、（Ｂ）パワーコンディショナ２の交流側のＶ相接地線、（Ｃ）負極側電源線３２、の順で地絡電流の流れる経路が形成される。その際の正極側電源線３１と対地間の電圧をＶ_ｐｅとすると、零相変流器４１は電流Ｉ_ｇ＝Ｖ_ｐｅ／Ｒ_ｐ１を検出する。

負極側電源線３２が地絡した場合、直流回路３では、（Ａ）正極側電源線３１、（Ｂ）パワーコンディショナ２の交流側のＶ相接地線、（Ｃ）対地絶縁抵抗３８、の順で地絡電流の流れる経路が形成される。その際の負極側電源線３２と対地間の電圧をＶ_ｎｅとすると、零相変流器４１は電流Ｉ_ｇ＝Ｖ_ｎｅ／Ｒ_ｎ１を検出する。第２の地絡検出部４７ｂは、電流Ｉ_ｇにより正極側電源線３１と負極側電源線３２の各々で発生した地絡を検出する。

第２の地絡検出部４７ｂは、電流Ｉ_ｇの値により地絡判定を行うため、パワーコンディショナ２の連系時における正極側電源線３１と対地間の電位変動は受けず、また負極側電源線３２と対地間の電位変動影響は受けない。ところが、パワーコンディショナ２の解列時には連系リレー２２が開放され、直流回路３が交流側の接地から切り離される。そのため解列時の零相変流器４１では電流Ｉ_ｇを検出することができず、第２の地絡検出部４７ｂでは地絡を検出することができない。

そこで実施の形態１の連系状態判定部４７ｃは、電圧Ｖ_ｐｎおよび電圧Ｖ_ｎｇに基づいてパワーコンディショナ２が連系状態であるか解列状態であるかを判定し、判定結果に応じて第１の地絡検出部４７ａによる地絡判定と第２の地絡検出部４７ｂによる地絡判定とを実行する。

パワーコンディショナ２は一般的に電圧Ｖ_ｐｎの値が稼働電圧値未満であるときに駅舎内電路系統と連系しており、解列状態では正極側電源線３１と対地間の電位と、負極側電源線３２と対地間の電位は、各々安定した電位となる。そのため、電圧Ｖ_ｐｎの値が稼働電圧値以上であり、かつ、電圧Ｖ_ｎｇの値が一定範囲内であるときに解列状態であると判定し、電圧Ｖ_ｐｎが稼働電圧値以下または電圧Ｖ_ｎｇが一定範囲内ではない場合には連系状態であると判定することができる。稼働電圧値とは、パワーコンディショナ２が交流電力の出力動作を行うときに検出される電圧Ｖ_ｐｎの値である。具体的には、早朝、夕方、夜間といった太陽電池１の発電量が比較的少ない時間帯においては、パワーコンディショナ２に印加される電圧Ｖ_ｐｎは稼働電圧値未満の値を示すが、日中の時間帯においては、パワーコンディショナ２に印加される電圧Ｖ_ｐｎは稼働電圧値以上の値を示す。また、一定範囲とは、パワーコンディショナ２が駅舎内電路系統５と解列状態にあるときに検出される電圧の範囲であり、例えば電圧Ｖ_ｐｎの半分の値を基準とした電圧の範囲で定義される。電圧Ｖ_ｎｇと比較する値を一定範囲とすることにより、太陽電池１の発電量の変化による電圧Ｖ_ｎｇの変動にも対応できる。稼働電圧値と一定範囲は連系状態判定部４７ｃに設定されている。

連系状態判定部４７ｃは、電圧Ｖ_ｐｎの値が稼働電圧値以上であり、かつ、電圧Ｖ_ｎｇの値が一定範囲内である場合、パワーコンディショナ２が解列状態であると判定し、電圧Ｖ_ｐｎの値が稼働電圧値未満であり、または、電圧Ｖ_ｐｎの値が稼働電圧値以上であっても電圧Ｖ_ｎｇの値が一定範囲内ではない場合、パワーコンディショナ２が連系状態であると判定する。そして、解列状態であると判定された場合、第１の地絡検出部４７ａで地絡検出処理が実行され、連系状態であると判定された場合、第２の地絡検出部４７ｂで地絡検出処理が実行される。

図６は実施の形態１に係る駅舎補助電源用地絡検出装置の地絡検出部が実行する処理のフローチャートである。連系状態判定部４７ｃは検出された電圧Ｖ_ｐｎおよび電圧Ｖ_ｎｇの値を記録し（ステップＳ１）、電圧Ｖ_ｐｎの値が稼働電圧値以上であり（ステップＳ２，Ｙｅｓ）、電圧Ｖ_ｎｇの値が一定範囲内である場合（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、パワーコンディショナ２が解列状態であると判定する（ステップＳ４）。

パワーコンディショナ２が解列状態と判定された場合、地絡検出部４７により第１のスイッチ４４が制御され、正極側電源線３１に電圧検出用地絡抵抗４３が接続され（ステップＳ５）、第１の地絡検出部４７ａはこのときに検出された電圧Ｖ_ｐｇを記録する（ステップＳ６）。その後、地絡検出部４７により第１のスイッチ４４が制御され、正極側電源線３１から電圧検出用地絡抵抗４３が切り離され（ステップＳ７）、負極側電源線３２に電圧検出用地絡抵抗４３が接続され（ステップＳ８）、第１の地絡検出部４７ａはこのとき検出された電圧Ｖ_ｎｇを記録する（ステップＳ９）。そして地絡検出部４７により第１のスイッチ４４が制御され、負極側電源線３２から電圧検出用地絡抵抗４３が切り離される（ステップＳ１０）。第１の地絡検出部４７ａは、電圧Ｖ_ｐｎ，Ｖ_ｐｇ，Ｖ_ｎｇに基づいて地絡抵抗値Ｒ_ｐ１，Ｒ_ｎ１を算出し（ステップＳ１１）、その算出結果から地絡を検出する（ステップＳ１２）。

電圧Ｖ_ｐｎの値が稼働電圧値以上ではなく（ステップＳ２，Ｎｏ）、または電圧Ｖ_ｐｎの値が稼働電圧値以上ではあるが電圧Ｖ_ｎｇの値が一定範囲内ではない場合（ステップＳ３，Ｎｏ）、連系状態判定部４７ｃは、パワーコンディショナ２が連系状態であると判定する（ステップＳ１３）。パワーコンディショナ２が連系状態と判定された場合、第２の地絡検出部４７ｂは電流Ｉ_ｇの値を記録し（ステップＳ１４）、電流Ｉ_ｇの値に基づいて地絡を検出する（ステップＳ１５）。

実施の形態２．
図７は実施の形態２に係る地絡検出システムを示したものである。実施の形態２の地絡検出装置４Ａは、実施の形態１の地絡検出装置４の構成に加えて、第１のスイッチ４４を介して、正極側電源線３１と対地間または負極側電源線３２と対地間に接続される電流検出用地絡抵抗４９と、第１のスイッチ４４に電圧検出用地絡抵抗４３が接続されているときには、第２のスイッチ５０に電流検出用地絡抵抗４９を接続せず、第２のスイッチ５０に電流検出用地絡抵抗４９が接続されているときには、第１のスイッチ４４に電圧検出用地絡抵抗４３を接続しない第２のスイッチ５０とを備える。第２のスイッチ５０は、地絡検出部４７Ａにより制御される。

さらに実施の形態２の地絡検出部４７Ａは、正極側電源線３１と対地間または負極側電源線３２と対地間に電流検出用地絡抵抗４９を接続することにより検出される不平衡電流の電流検出値と、電圧Ｖ_ｐｎとに基づいて、直流回路３に発生した地絡を検出する第３の地絡検出部４７ｄを備える。

図７に示す太陽電池１が複数存在する場合、複数の太陽電池１の各々には直流回路３が接続され、複数の太陽電池１の各々に対応した直流回路３の正極側電源線３１と負極側電源線３２は、１組の正極側電源線３１と負極側電源線３２にまとめられてパワーコンディショナ２に接続される。このように構成された地絡検出システム１００Ａでは、図７に示す零相変流器４１が複数の直流回路３の各々に設置され、パワーコンディショナ２に接続される１組の正極側電源線３１と負極側電源線３２に対して第１の電圧検出部４２と第２の電圧検出部４５が設置される。この場合、パワーコンディショナ２には、複数の直流回路３の各々の電圧が一括で印加されるため、第１の電圧検出部４２と第２の電圧検出部４５では、複数の太陽電池１の各々に対応した直流回路３に印加される電圧を個別に検出することはできない。従って、パワーコンディショナ２が駅舎内電路系統５と解列状態にある場合、第１の地絡検出部４７ａでは、複数の太陽電池１の各々に対応した直流回路３の内、何れかの直流回路３で発生した地絡を検出することはできるが、地絡が発生している直流回路３を判別することはできない。

実施の形態２に係る地絡検出システム１００Ａの地絡検出装置４Ａは、複数の太陽電池１が接続されたパワーコンディショナ２が駅舎内電路系統５と解列状態にある場合でも、電流検出用地絡抵抗４９を対地間に強制的に地絡させることで発生する地絡電流を、直流回路３の各々に設置された複数の零相変流器４１で検出し、複数の零相変流器４１の各々で検出された電流Ｉ_ｇと、電圧Ｖ_ｐｎとに基づいて、地絡が発生している直流回路３を判別する。

次に図８，９を参照しながら第３の地絡検出部４７ｄにおける地絡検出方法について説明する。

図８は実施の形態２に係る地絡検出システムのパワーコンディショナが駅舎内電路系統と解列状態である場合に負極側電源線に電流検出用地絡抵抗を接続したときに流れる地絡電流の経路を表す状態を表す図である。図９は実施の形態２に係る地絡検出システムのパワーコンディショナが駅舎内電路系統と解列状態である場合に正極側電源線に電流検出用地絡抵抗を接続したときに流れる地絡電流の経路を表す状態を表す図である。

図８に示すように正極側電源線３１が地絡した場合、直流回路３では、（Ａ）対地絶縁抵抗３６、（Ｂ）電流検出用地絡抵抗４９に接続された接地線、（Ｃ）負極側電源線３２の順で地絡電流の流れる経路が形成される。その際、零相変流器４１は地絡電流の検出値である電流Ｉ_ｐｇを検出する。電流Ｉ_ｐｇは下記（７）式より求められる。

（７）式から、対地絶縁抵抗３６の地絡抵抗値Ｒ_ｐ１は下記（８）式で表される。

図９に示すように負極側電源線３２が地絡した場合、直流回路３では、（Ａ）正極側電源線３１、（Ｂ）電流検出用地絡抵抗４９に接続された接地線、（Ｃ）対地絶縁抵抗３８の順で地絡電流の流れる経路が形成される。その際、零相変流器４１は地絡電流の検出値である電流Ｉ_ｎｇを検出する。電流Ｉ_ｎｇは下記（９）式より求められる。

（９）式から、対地絶縁抵抗３８の地絡抵抗値Ｒ_ｎ１は下記（１０）式で表される。

ここで、電流検出用地絡抵抗４９には、対地間に接続した場合に零相変流器４１により不平衡電流を検出できる電流値の電流を流さなければならない。そのため、電流検出用地絡抵抗４９の抵抗値Ｒ_ｇ１は、負極側電源線３２で地絡が発生した際、負極側電源線３２と対地間の電圧が１００Ｖに対して第２の地絡検出部４７ｂが１ｍＡ以上の地絡電流を検出することを想定したとき、１００ｋΩに近い抵抗値、例えば１５０ｋΩを選択する。

図１０は実施の形態２に係る駅舎補助電源用地絡検出装置の地絡検出部が実行する処理のフローチャートである。連系状態判定部４７ｃは、検出された電圧Ｖ_ｐｎおよび電圧Ｖ_ｎｇの値を記録し（ステップＳ２１）、電圧Ｖ_ｐｎの値が稼働電圧値以上であり（ステップＳ２２，Ｙｅｓ）、電圧Ｖ_ｎｇの値が一定範囲内である場合（ステップＳ２３，Ｙｅｓ）、パワーコンディショナ２が解列状態であると判定する（ステップＳ２４）。

パワーコンディショナ２が解列状態と判定された場合、地絡検出部４７Ａにより第２のスイッチ５０が投入される（ステップＳ２５）。第２のスイッチ５０が投入されることにより第１のスイッチ４４に電圧検出用地絡抵抗４３が接続され、第１のスイッチ４４と電流検出用地絡抵抗４９の接続状態が解除される。なお、ここでは第１のスイッチ４４は正極側電源線３１に接続されているものとする。これにより正極側電源線３１に電圧検出用地絡抵抗４３が接続され（ステップＳ２６）、第１の地絡検出部４７ａはこのとき検出された電圧Ｖ_ｐｇを記録する（ステップＳ２７）。その後、地絡検出部４７Ａにより第１のスイッチ４４が制御され、正極側電源線３１から電圧検出用地絡抵抗４３が切り離され（ステップＳ２８）、負極側電源線３２に電圧検出用地絡抵抗４３が接続され（ステップＳ２９）、第１の地絡検出部４７ａはこのとき検出された電圧Ｖ_ｎｇを記録する（ステップＳ３０）。地絡検出部４７Ａにより第１のスイッチ４４が制御され、負極側電源線３２から電圧検出用地絡抵抗４３が切り離される（ステップＳ３１）。第１の地絡検出部４７ａは、電圧Ｖ_ｐｎ，Ｖ_ｐｇ，Ｖ_ｎｇに基づいて地絡抵抗値Ｒ_ｐ１，Ｒ_ｎ１を算出し（ステップＳ３２）、その算出結果から地絡を検出する。地絡抵抗値Ｒ_ｐ１が一定値以下、または地絡抵抗値Ｒ_ｎ１が一定値以下である場合（ステップＳ３３，Ｙｅｓ）、第１の地絡検出部４７ａは地絡を検出し（ステップＳ３４）、ステップＳ３５以降の処理が行われる。地絡抵抗値Ｒ_ｐ１が一定値以下ではなく、または地絡抵抗値Ｒ_ｎ１が一定値以下ではない場合（ステップＳ３３，Ｎｏ）、第１の地絡検出部４７ａは地絡を検出することなく処理を終了する。

第１の地絡検出部４７ａが地絡を検出した後、地絡検出部４７Ａにより第２のスイッチ５０が開放される（ステップＳ３５）。第２のスイッチ５０が開放されることにより第１のスイッチ４４と電圧検出用地絡抵抗４３の接続状態が解除され、第１のスイッチ４４に電流検出用地絡抵抗４９が接続される。なお、ここでは第１のスイッチ４４は正極側電源線３１に接続されているものとする。

これにより正極側電源線３１に電流検出用地絡抵抗４９が接続され（ステップＳ３６）、第３の地絡検出部４７ｄはこのとき検出された電流Ｉ_ｐｇを記録する（ステップＳ３７）。地絡検出部４７Ａにより第１のスイッチ４４が制御され、正極側電源線３１から電流検出用地絡抵抗４９が切り離され（ステップＳ３８）、負極側電源線３２に電流検出用地絡抵抗４９が接続される（ステップＳ３９）。第３の地絡検出部４７ｄはこのとき検出された電流Ｉ_ｎｇを記録する（ステップＳ４０）。そして地絡検出部４７Ａにより第１のスイッチ４４が制御され、負極側電源線３２から電流検出用地絡抵抗４９が切り離される（ステップＳ４１）。

第３の地絡検出部４７ｄは、電圧Ｖ_ｐｎ，電流Ｉ_ｐｇ，Ｉ_ｎｇに基づいて地絡抵抗値Ｒ_ｐ１，Ｒ_ｎ１を算出し（ステップＳ４２）、その算出結果から複数の直流回路３に各々における地絡を検出する（ステップＳ４３）。

電圧Ｖ_ｐｎの値が稼働電圧値以上ではなく（ステップＳ２２，Ｎｏ）、または電圧Ｖ_ｐｎの値が稼働電圧値以上ではあるが電圧Ｖ_ｎｇの値が一定範囲内ではない場合（ステップＳ２３，Ｎｏ）、連系状態判定部４７ｃは、パワーコンディショナ２が連系状態であると判定する（ステップＳ４４）。パワーコンディショナ２が連系状態と判定された場合、第２の地絡検出部４７ｂは、電流Ｉ_ｇの値を記録し（ステップＳ４５）、電流Ｉ_ｇの値に基づいて地絡を検出する（ステップＳ４６）。

なお実施の形態１，２の連系状態判定部４７ｃは、電圧Ｖ_ｐｎ，Ｖ_ｎｇの値でパワーコンディショナ２が連系状態であるか解列状態であるかを判定する構成であるが、電圧Ｖ_ｐｎ，Ｖ_ｎｇの代わりに電圧Ｖ_ｐｎ，Ｖ_ｐｇの値でパワーコンディショナ２が連系状態であるか解列状態であるかを判定する構成でもよい。また実施の形態１，２では、地絡検出装置４，４Ａに設けられた表示装置４８に各種情報を表示する構成例を説明したが、地絡検出装置４，４Ａの外部に設けられた外部表示装置に地絡検出装置４，４Ａに関連した各種情報を表示する構成でもよい。

また実施の形態１，２の表示装置４８の表示内容は、地絡検出装置４，４Ａの動作状態情報、パワーコンディショナ２の連系状態情報に限定されるものではない。例えば地絡検出部４７，４７Ａは、連系状態判定部４７ｃで解列状態であると判定された場合には第１の地絡検出部４７ａで検出された地絡の検出結果、または第３の地絡検出部４７ｄで検出された地絡の検出結果を出力し、連系状態判定部４７ｃで連系状態であると判定された場合には第２の地絡検出部４７ｂで検出された地絡の検出結果を出力するように構成される。そして、表示装置４８は、地絡検出装置４，４Ａの動作状態を示す情報と、パワーコンディショナ２が駅舎内電路系統５と解列状態にあるか連系状態にあるかを示す情報と、第１の地絡検出部４７ａで検出された地絡の検出結果を示す情報と、第２の地絡検出部４７ｂで検出された地絡の検出結果を示す情報と、第３の地絡検出部４７ｄで検出された地絡の検出結果を示す情報との何れかを表示する。このように構成すれば、ユーザは地絡検出装置４，４Ａの動作状態、パワーコンディショナ２の連系状態、または地絡の発生の有無を、容易に把握することができる。特に実施の形態２の地絡検出装置４Ａの第３の地絡検出部４７ｄは、例えば複数の直流回路の内、地絡が発生した直流回路を識別する情報に、地絡の検出結果を示す情報を対応付けて出力する構成とすれば、ユーザは地絡が発生した直流回路を特定することができ、保守の容易化を図ることができる。

以上に説明したように実施の形態１，２の地絡検出装置は、太陽光発電システムの直流回路の正極側電源線と直流回路の負極側電源線との間で検出された第１の電圧検出値と、正極側電源線と対地間または負極側電源線と対地間の第２の電圧検出値と、正極側電源線と負極側電源線との間に流れる不平衡電流の電流検出値と、を入力として、パワーコンディショナが駅舎内電路系統と解列状態にあるときに直流回路に発生した地絡と、パワーコンディショナが駅舎内電路系統と連系状態にあるときに直流回路に発生した地絡とを検出して出力する地絡検出部を備える。この構成により、パワーコンディショナが連系状態であるか解列状態であるかを判定し、その判定結果に応じた地絡判定を実行することができ、トランスレスで駅舎内電路系統に接続されるパワーコンディショナが駅舎内電路系統と解列状態であるか連系状態であるかに係わらず駅舎補助電源用の太陽光発電システムの直流回路における地絡を精度良く検出することが可能である。

また実施の形態１，２の地絡検出装置において、正極側電源線と対地間または負極側電源線と対地間に、電圧検出用地絡抵抗を接続する第１のスイッチを備え、連系状態判定部は、電圧検出用地絡抵抗に印加される電圧を第２の電圧検出値として、パワーコンディショナが駅舎内電路系統と解列状態にあるか連系状態にあるかを判定し、第１の地絡検出部は、電圧検出用地絡抵抗に印加される電圧を第２の電圧検出値として、直流回路に発生した地絡を検出する構成である。この構成により、正極側電源線と対地間の電圧を測定するための電圧検出用地絡抵抗と、負極側電源線と対地間の電圧を測定するための電圧検出用地絡抵抗とを個別に設けることなく、電圧検出用地絡抵抗に印加される電圧で地絡を検出することができ、回路が簡素化され、コストの増加を抑制しながら太陽光発電システムの直流回路における地絡を精度良く検出することが可能である。

また実施の形態２の地絡検出システムは、複数の太陽電池の各々に接続された直流回路の各々に設置され、複数の直流回路の正極側電源線と負極側電源線との間に流れる不平衡電流を検出して電流検出値として出力する電流検出器を複数備えると共に、第１のスイッチを介して、正極側電源線と対地間または負極側電源線と対地間に接続される電流検出用地絡抵抗と、第１のスイッチに電圧検出用地絡抵抗が接続されているときには、第１のスイッチに電流検出用地絡抵抗を接続せず、第１のスイッチに電流検出用地絡抵抗が接続されているときには、第１のスイッチに電圧検出用地絡抵抗を接続しない第２のスイッチと、を備え、地絡検出部は、正極側電源線と対地間または負極側電源線と対地間に電流検出用地絡抵抗を接続したときに複数の電流検出器の各々で検出された電流検出値と第１の電圧検出値に基づいて、複数の直流回路の各々で発生した地絡を検出する第３の地絡検出部を備える。この構成により、複数の太陽電池の各々に接続された直流回路がパワーコンディショナに接続されている場合でも、システムのコストアップを招くことなく、パワーコンディショナの解列時における複数の直流回路の各々で発生した地絡を検出することができる。すなわち実施の形態２では、複数の太陽電池１が接続されたパワーコンディショナ２の解列時における地絡検出の精度を向上させることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 太陽電池、２ パワーコンディショナ、３ 直流回路、４，４Ａ 駅舎補助電源用地絡検出装置、５ 駅舎内電路系統、２１ インバータ回路、２２ 連系リレー、３１ 正極側電源線、３２ 負極側電源線、３３，３４，３５，３６，３７，３８ 対地絶縁抵抗、４１ 零相変流器、４２ 第１の電圧検出部、４３ 電圧検出用地絡抵抗、４４ 第１のスイッチ、４５ 第２の電圧検出部、４６ ＡＤ変換部、４７ 地絡検出部、４７Ａ 地絡検出部、４７ａ 第１の地絡検出部、４７ｂ 第２の地絡検出部、４７ｃ 連系状態判定部、４７ｄ 第３の地絡検出部、４８ 表示装置、４９ 電流検出用地絡抵抗、５０ 第２のスイッチ、１００，１００Ａ 地絡検出システム。

Claims (7)

1. 太陽電池と、前記太陽電池からの電力を駅舎内電路系統へ供給し、前記駅舎内電路系統とトランスレスで接続されるパワーコンディショナと、
   前記太陽電池から出力される電力をパワーコンディショナへ供給する直流回路と、
   前記パワーコンディショナと前記太陽電池との間に設けられる直流回路の地絡を検出する駅舎補助電源用地絡検出装置とを備えた地絡検出システムにおいて用いられる駅舎補助電源用地絡検出装置であって、
   前記駅舎補助電源用地絡検出装置は、前記直流回路の正極側電源線と前記直流回路の負極側電源線との間で検出された第１の電圧検出値と、前記正極側電源線と対地間または前記負極側電源線と対地間の第２の電圧検出値と、前記正極側電源線と前記負極側電源線との間に流れる不平衡電流の電流検出値と、を入力として、前記パワーコンディショナが前記駅舎内電路系統と解列状態にあるときに前記直流回路に発生した地絡と、前記パワーコンディショナが前記駅舎内電路系統と連系状態にあるときに前記直流回路に発生した地絡とを検出する地絡検出部
   を備えたことを特徴とする駅舎補助電源用地絡検出装置。
2. 前記地絡検出部は、前記第１の電圧検出値と前記第２の電圧検出値とに基づいて前記パワーコンディショナが前記駅舎内電路系統と解列状態にあるか連系状態にあるかを判定する連系状態判定部と、
   前記第１の電圧検出値と前記第２の電圧検出値とに基づいて前記直流回路に発生した地絡を検出する第１の地絡検出部と、
   前記電流検出値に基づいて前記直流回路に発生した地絡を検出する第２の地絡検出部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の駅舎補助電源用地絡検出装置。
3. 前記第１の地絡検出部は、前記第１の電圧検出値と前記第２の電圧検出値とに基づいて前記直流回路の絶縁抵抗値を算出して前記直流回路に発生した地絡を検出することを特徴とする請求項２に記載の駅舎補助電源用地絡検出装置。
4. 前記正極側電源線と対地間または前記負極側電源線と対地間に、電圧検出用地絡抵抗を接続する第１のスイッチを備え、
   前記連系状態判定部は、前記電圧検出用地絡抵抗に印加される電圧を前記第２の電圧検出値として、前記パワーコンディショナが前記駅舎内電路系統と解列状態にあるか連系状態にあるかを判定し、
   前記第１の地絡検出部は、前記電圧検出用地絡抵抗に印加される電圧を前記第２の電圧検出値として、前記直流回路に発生した地絡を検出することを特徴とする請求項２に記載の駅舎補助電源用地絡検出装置。
5. 前記地絡検出システムは、
   複数の太陽電池の各々に接続された直流回路の各々に設置され、複数の前記直流回路の正極側電源線と負極側電源線との間に流れる不平衡電流を検出して電流検出値として出力する電流検出器を複数備えると共に、
   前記第１のスイッチを介して、前記正極側電源線と対地間または前記負極側電源線と対地間に接続される電流検出用地絡抵抗と、
   前記第１のスイッチに前記電圧検出用地絡抵抗が接続されているときには、前記第１のスイッチに前記電流検出用地絡抵抗を接続せず、前記第１のスイッチに前記電流検出用地絡抵抗が接続されているときには、前記第１のスイッチに前記電圧検出用地絡抵抗を接続しない第２のスイッチと、
   を備え、
   前記地絡検出部は、前記正極側電源線と対地間または前記負極側電源線と対地間に前記電流検出用地絡抵抗を接続したときに複数の前記電流検出器の各々で検出された電流検出値と前記第１の電圧検出値とに基づいて、複数の前記直流回路の各々で発生した地絡を検出する第３の地絡検出部を備えたことを特徴とする請求項４に記載の駅舎補助電源用地絡検出装置。
6. 前記地絡検出部は、前記第１の地絡検出部で検出された地絡の検出結果を示す情報と、前記第２の地絡検出部で検出された地絡の検出結果を示す情報と、前記第３の地絡検出部で検出された地絡の検出結果を示す情報との何れかを、表示装置に出力することを特徴とする請求項５に記載の駅舎補助電源用地絡検出装置。
7. 前記第３の地絡検出部は、複数の前記直流回路の内、地絡が発生した直流回路を識別する情報に前記地絡の検出結果を示す情報を対応付けて出力する請求項６に記載の駅舎補助電源用地絡検出装置。

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