JP2018124251A - アーク検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽光発電システム(1)では、太陽電池ストリング(11a)が電力線路(17a,18a)を介してストリングオプティマイザ(22)に接続され、
太陽電池ストリング(11b)が電力線路(17c,18c)を介してストリングオプティマイザ(22)に接続される。ストリングオプティマイザ(22)は、電力線路(17b、18b)を介してPCS(13)に接続される。アーク検出装置(61)では、コンデンサ(19,20,71a)がストリングオプティマイザ(22)を迂回するバイパス電流経路を形成し、電流センサ(31)が電力線路(18b)に設けられる。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の一実施形態に係る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。
図1に示すように、太陽光発電システム1(直流電源システム)は、太陽電池ストリング11a,11b(直流電源)、ストリングオプティマイザ22(オプティマイザ)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(負荷装置)を備えている。
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23,24,72a、コンデンサ19,20,71a、電流センサ31(電流計測部)およびアーク検出処理部32(アーク判定部)(図2参照)を備えている。
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。
上記のように、アーク検出装置61は、ストリングオプティマイザ22が設けられている太陽電池ストリング11a,11bにストリングオプティマイザ22に対するバイパス電流経路23,24,72を備えている。また、これらのバイパス電流経路23,24,72にコンデンサ19,20,71aがそれぞれ設けられ、ストリングオプティマイザ22とPCS13との間の電力線路18bに電流センサ31が設けられている。したがって、太陽光発電システム1にストリングオプティマイザ22が存在する場合であっても、太陽電池ストリング11a,11bにて発生したアークの交流電流を電流センサ31にて計測することができる。
図1では、ストリングオプティマイザ22の内部インピーダンスと、PCS13の入力側の内部インピーダンスとが等価回路で示されている。図1に示すように、ストリングオプティマイザ22は、入力側の電力線路17a,18a間のインピーダンスZin1と、入力側の電力線路17c,18c間のインピーダンスZin2と、出力側の電力線路17b,18b間のインピーダンスZoutと、正側の電力線路17a,17b間のインピーダンスZ1と、負側の電力線路18a,18b間のインピーダンスZ2と、隣り合う電力線路18a,17c間のインピーダンスZ3と、を有している。また、PCS13は、入力側の電力線路17b,18b間のインピーダンスZPCSinを有している。なお、PCS13における他のインピーダンスは省略している。さらに、コンデンサ19,20,71aのインピーダンスをそれぞれZpass1,Zpass2,Zpass3とする。
(Zpass1,Z1,Zout,ZPCSin,Zpass2,Z2,Zpass3,Z3の合成インピーダンス)={(1/Zpass1)+(1/Z1)}−1+{(1/Zpass2)+(1/Z2)}−1+{(1/Zpass3)+(1/Z3)}−1+{(1/Zout)+(1/ZPCSin)}−1≦Zin1,Zin2 ・・・(1)。
ZPCSin≦Zout ・・・(2)。
図5は、本発明の別の実施形態に係る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5に示すように、本実施形態の太陽光発電システム1は、図1〜図4に示す太陽光発電システム1に比べて、新たな太陽電池ストリング11cが、一対の電力電路であるP側の電力線路17dおよびN側の電力線路18dによってストリングオプティマイザ22と接続される点と、アーク検出装置61にバイパス電流経路72bおよびコンデンサ71bが追加される点とが異なり、その他の構成は同様である。
(Zpass1,Z1,Zout,ZPCSin,Zpass2,Z2,Zpass3,Z3,Zpass4,Z4の合成インピーダンス)={(1/Zpass1)+(1/Z1)}−1+{(1/Zpass2)+(1/Z2)}−1+{(1/Zpass3)+(1/Z3)}−1+{(1/Zpass4)+(1/Z4)}−1+{(1/Zout)+(1/ZPCSin)}−1≦Zin1,Zin2,Zin3 ・・・(3)。
図6は、本発明のさらに別の実施形態に係る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に示す太陽光発電システム1は、図1〜図4に示す太陽光発電システム1に比べて、図1に示す太陽電池ストリング11a,11bとストリングオプティマイザ22とを備えるストリングユニット81が2つ設けられている点と、接続箱12が設けられている点とが異なり、その他の構成は同様である。
図7は、本発明の他の実施形態に係る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7に示すように、本実施形態の太陽光発電システム1は、図1〜図4に示す太陽光発電システム1に比べて、ストリングオプティマイザ22の入力側の電力線路17a,18a,17c,18cにコイル25がそれぞれ新たに設けられる点が異なり、その他の構成は同様である。
なお、上記実施形態では、バイパス電流経路23,24,72a,72bおよびコンデンサ19,20,71a,71bは、ストリングオプティマイザ22の外部に設けられているが、ストリングオプティマイザ22の内部に設けてもよい。
11a〜11c 太陽電池ストリング(直流電源)
12 接続箱
13 PCS(負荷装置)
14 電力系統(負荷装置)
17a,18a 電力線路(一対の第1電力線)
17b,18b 電力線路(一対の第2電力線)
17c,18c 電力線路(一対の第1電力線)
19 コンデンサ(第1コンデンサ)
20 コンデンサ(第2コンデンサ)
21 太陽電池モジュール
22 ストリングオプティマイザ(オプティマイザ)
23 バイパス電流経路
24 バイパス電流経路
31 電流センサ(電流計測部)
32 アーク検出処理部(アーク判定部)
61 アーク検出装置
71a,71b コンデンサ(電源間コンデンサ)
72a,72b バイパス電流経路
81 ストリングユニット
Claims (6)
- 発電または充放電する複数の直流電源と、
該複数の直流電源の出力を最適化するオプティマイザと、
前記オプティマイザの出力電力を消費または変換する負荷装置と、
前記複数の直流電源と前記オプティマイザとをそれぞれ接続する複数対の第1電力線と、
前記オプティマイザ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、
或る一対の第1電力線の一方に一端部が接続され、別の一対の第1電力線の一方に他端部が接続された電源間コンデンサを、前記複数対ごとに有し、
前記電源間コンデンサが接続されていない2つの第1電力線の一方に一端部が接続され、前記一対の第2電力線の一方に他端部が接続された第1コンデンサと、
前記第2電力線において電流を計測する電流計測部と、
前記電流計測部により計測された交流電流の高周波成分に基づきアークの有無を判定するアーク判定部と、
を有することを特徴とするアーク検出装置。 - 第1コンデンサおよび前記電源間コンデンサのインピーダンスは、
第1コンデンサおよび前記電源間コンデンサのインピーダンスと、前記電源間コンデンサが接続されていない2つの第1電力線と前記一対の第2電力線との間における前記オプティマイザのインピーダンスと、前記一対の第2電力線間における前記オプティマイザのインピーダンスと、前記負荷装置のインピーダンスと、各電源間コンデンサが設けられた第1電力線どうしの間における前記オプティマイザのインピーダンスと、の合成インピーダンスが、
各対の第1電力線間における前記オプティマイザのインピーダンスの何れよりも小さい、という条件を満たすことを特徴とする請求項1に記載のアーク検出装置。 - 第1電力線における第1コンデンサおよび電源間コンデンサとの接続部と、前記オプティマイザの入力部との間に複数のコイルをさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載のアーク検出装置。
- 前記電源間コンデンサが接続されていない2つの第1電力線の他方に一端部が接続され、前記一対の第2電力線の他方に他端部が接続された第2コンデンサをさらに有することを特徴とする請求項1から3までの何れか1項に記載のアーク検出装置。
- 第1コンデンサ、第2コンデンサ、および前記電源間コンデンサのインピーダンスは、
第1コンデンサ、第2コンデンサ、および前記電源間コンデンサのインピーダンスと、前記電源間コンデンサが接続されていない2つの第1電力線と前記一対の第2電力線との間における前記オプティマイザのインピーダンスと、前記一対の第2電力線間における前記オプティマイザのインピーダンスと、前記負荷装置のインピーダンスと、各電源間コンデンサが設けられた第1電力線どうしの間における前記オプティマイザのインピーダンスと、の合成インピーダンスが、
各対の第1電力線間における前記オプティマイザのインピーダンスの何れよりも小さい、という条件を満たすことを特徴とする請求項4に記載のアーク検出装置。 - 第1電力線における第2コンデンサとの接続部と、前記オプティマイザの入力部との間にコイルをさらに備えることを特徴とする請求項4または5に記載のアーク検出装置。
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