JP2019158673A - アーク検出装置およびその制御方法、並びに制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】誤検出の頻度を抑えつつ、アークの発生を迅速に検出する。【解決手段】アーク検出装置（１２）は、太陽電池からの電流を計測する電流センサ（３１）が計測した交流電流に基づきアークの有無を判定するアーク有無判定部（４３）と、交流電流の信号強度に基づいて、アーク有無判定部（４３）がアークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数を決定する繰返し数決定部（４４）とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、太陽光発電システム等の直流電源システムに適用されるアーク検出装置およびその制御方法、並びに制御プログラムに関する。

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。

特許文献１に記載のアーク検出装置では、まず、太陽電池ストリングの出力電流を電流センサにて検出し、検出した出力電流をパワースペクトルに変換する。次に、所定の周波数範囲であるアークの計測区間の上記パワースペクトルについて、上記計測区間を複数の領域に分割し、それら各領域のパワースペクトルの大きさである領域値のうち、最大の領域値を除く領域値の何れかを上記計測区間の区間値として取得する。そして、上記区間値を閾値と比較してアーク有無を判定する。

特開２０１６−１５１５１４号公報

上述のように、上記アークが発生すると火災等を起こす恐れがあるため、上記アークの発生を迅速に検出することが望ましい。上記アークの発生を迅速に検出するには、例えば上記閾値を下げることが考えられる。

しかしながら、この場合、アーク以外のノイズ（例えばＰＣＳのスイッチングノイズ等）をアークのノイズと誤判断して、上記アークの発生を誤検出する頻度が高くなる。上記アークの発生を検出または誤検出するたびに、上記太陽光発電システムを一旦停止する必要がある。従って、上記誤検出の頻度が高くなると、発電効率が低下することになる。

本開示の一態様は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、誤検出の頻度を抑えつつ、上記アークの発生を迅速に検出できるアーク検出装置等を提供することにある。

前記の課題を解決するために、本開示の一態様に係るアーク検出装置は、発電または充放電する直流電源からの電流に含まれる交流電流に基づきアークの有無を判定するアーク判定部と、前記交流電流の信号強度に基づいて、前記アーク判定部がアークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数を決定する繰返し数決定部とを備える。

また、前記の課題を解決するために、本開示の他の態様に係るアーク検出装置の制御方法は、アークの発生を検出するアーク検出装置の制御方法であって、発電または充放電する直流電源からの電流に含まれる交流電流に基づきアークの有無を判定するアーク判定ステップと、前記交流電流の信号強度に基づいて、前記アーク判定ステップにてアークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数を決定する繰返し数決定ステップとを含んでいる。

前記の構成および方法によると、前記交流電流の信号強度に基づいて、アークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数が決定される。例えば、前記信号強度が大きくなるにつれて、前記繰返し数が少なくなるようにすればよい。前記信号強度が大きいと、アーク以外のノイズをアークのノイズと誤判断する可能性が低くなる。一方、前記繰返し数が少なくなると、上記誤判断の可能性が高くなるが、アークの発生を迅速に検出できる。従って、上記誤判断の可能性を抑えつつ、アークの発生を迅速に検出することができる。すなわち、アークの発生を誤検出する頻度を抑えつつ、アークの発生を迅速に検出することができる。

前記交流電流の信号強度の一例としては、周波数に対する信号強度を示すパワースペクトル、時間に対する信号強度を示す振幅、などが挙げられる。

前記アーク検出装置では、前記繰返し数は、前記アーク判定部がアークの有無を判定するために、前記交流電流のデータの取り込みを繰り返す回数であってもよい。

前記アーク検出装置では、前記アーク判定部は、前記交流電流に基づきアークの有無を仮判定し、該仮判定を繰り返し、仮判定したアーク有の回数に基づきアークの有無を最終判定してもよい。この場合、アークの有無を２段階で判定するので、該判定の精度を向上することができる。

前記アーク検出装置では、前記繰返し数は、前記アーク判定部が前記仮判定を繰り返す回数であってもよい。

前記アーク検出装置では、前記繰返し数は、前記アーク判定部が前記仮判定を繰り返すことにより、仮判定したアーク有の回数であってもよい。

前記アーク検出装置では、前記交流電流を計測する電流計測部をさらに備えてもよい。この場合、前記アーク判定部は、前記電流計測部が計測した交流電流に基づきアークの有無を判定することができる。

本開示の一態様に係るアーク検出装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記アーク検出装置が備える各部として動作させることにより上記アーク検出装置をコンピュータにて実現させるアーク検出装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本開示の範疇に入る。

本開示の一態様によれば、誤検出の頻度を抑えつつ、上記アークの発生を迅速に検出できるという効果を奏する。

本開示の一実施形態に係るアーク検出装置を備えた太陽光発電システムの構成の一例を示す概略の回路図である。 上記アーク検出装置の構成の一例を示すブロック図である。 （ａ）は、上記アーク検出装置における電流センサにて検出された電流信号の時間波形を示すグラフであり、（ｂ）は、上記アーク検出装置におけるＣＰＵが生成した電流信号のパワースペクトルの波形を示すグラフである。 上記アーク検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。 上記太陽光発電システムの変形例を示す概略の回路図である。 上記アーク検出装置の動作の別の例を示すフローチャートである。 上記アーク検出装置の動作の他の例を示すフローチャートである。 本開示の他の実施形態に係るアーク検出装置の構成の一例を示すブロック図である。 上記アーク検出装置におけるフィルタが出力する電流信号と、上記アーク検出装置におけるピークホールド回路が出力するピーク値との時間変化を示すグラフである。 上記アーク検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。

§１ 適用例
まず、図１および図２に基づいて、本開示が適用される場面の一例について説明する。

図１は、本実施形態のアーク検出装置を備えた太陽光発電システムの構成の一例を示す概略の回路図である。図１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１１、アーク検出装置１２、接続箱１３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）１４を備えている。

図２は、アーク検出装置１２の構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、アーク検出装置１２は、電流センサ３１（電流計測部）、増幅器３２、フィルタ３３、Ａ／Ｄ変換部３４およびＣＰＵ（central processing unit）３５を備えている。

図１および図２に示すように、アーク検出装置１２は、太陽電池ストリング１１からの電流を計測する電流センサ３１と、該電流センサ３１が計測した交流電流に基づきアークの有無を判定するアーク有無判定部４３（アーク判定部）と、上記交流電流の信号強度に基づいて、アーク有無判定部４３がアークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数を決定する繰返し数決定部４４とを備える。

上記の構成によると、上記交流電流の信号強度に基づいて、アークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数が決定される。例えば、上記信号強度が大きくなるにつれて、上記繰返し数が少なくなるようにすればよい。上記信号強度が大きいと、アーク以外のノイズをアークのノイズと誤判断する可能性が低くなる。一方、上記繰返し数が少なくなると、上記誤判断の可能性が高くなるが、アークの発生を迅速に検出できる。従って、上記誤判断の可能性を抑えつつ、アークの発生を迅速に検出することができる。すなわち、アークの発生を誤検出する頻度を抑えつつ、アークの発生を迅速に検出することができる。

上記信号強度が大きいと、上記アークのエネルギーが大きいため、上記アークによる火災等のリスクが高くなる。従って、本実施形態のアーク検出装置を用いることにより、上記リスクを効果的に低減でき、その結果、太陽光発電システム１を安全に利用することができる。

なお、上記信号強度が小さくなるにつれて、上記繰返し数が多くなるようにすればよい。上記信号強度が小さいと、アーク以外のノイズをアークのノイズと誤判断する可能性が高くなる。一方、上記繰返し数が多くなると、アークの発生の検出が遅延することになるが、上記誤判断の可能性が低くなる。従って、上記誤判断の可能性を抑えることができ、アークの発生を誤検出する頻度を抑えることができる。

また、上記交流電流の信号強度の一例としては、周波数に対する信号強度を示すパワースペクトル（第１実施形態）、時間に対する信号強度を示す振幅（第２実施形態）、などが挙げられる。

§２ 構成例
本開示の実施の形態について図１〜図８に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、適宜その説明を省略する。

（太陽光発電システムの概要）
図１に示すように、太陽電池ストリング１１（直流電源）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。複数の太陽電池ストリング１１は太陽電池アレイ１５を構成している。各太陽電池ストリング１１は、接続箱１３を介してＰＣＳ１４と接続されている。

ＰＣＳ１４は、各太陽電池ストリング１１から入力した直流電力を交流電力に変換して出力する。なお、ＰＣＳ１４の代わりに、上記直流電力を消費する負荷装置が設けられてもよい。

接続箱１３は、各太陽電池ストリング１１を並列に接続している。具体的には、各太陽電池ストリング１１の一方の端子と接続されている出力線路２２ａ同士を接続し、各太陽電池ストリング１１の他方の端子と接続されている出力線路２２ｂ同士を接続している。なお、出力線路２２ｂには逆流防止用のダイオード２３が設けられている。

アーク検出装置１２は、本実施形態において、太陽電池ストリング１１毎に、太陽電池ストリング１１の出力線路２２ａに設けられている。

（アーク検出装置１２）
図２に示すように、電流センサ３１は、出力線路２２ａを流れる電流を検出する。電流センサ３１は、例えばＣＴ（変流器）を備える構成である。増幅器３２は、電流センサ３１にて検出された電流信号を増幅する。

フィルタ３３は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）であり、増幅器３２から出力される電流信号のうち、所定周波数範囲の電流信号のみを通過させる。本実施形態において、フィルタ３３が通過させる周波数範囲は４０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚとしている。これにより、増幅器３２から出力される電流信号から、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（通常、４０ｋＨｚ以下）の電流信号を排除できるようにしている。

Ａ／Ｄ変換部３４は、フィルタ３３を通過したアナログ形式の電流信号をデジタル形式の電流信号に変換し、ＣＰＵ３５へ入力する。

ＣＰＵ３５は、Ａ／Ｄ変換部３４から入力されたデジタル形式の電流信号に対してＦＦＴを行い、電流信号のパワースペクトルを生成する。また、ＣＰＵ３５は、生成した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。そして、ＣＰＵ３５は、判定結果を外部へ出力する。

この判定結果は、例えば太陽光発電システム１の制御装置（図示せず）へ入力される。制御装置は、ＣＰＵ３５からアーク有の判定結果を入力すると、アークによる火災や太陽光発電システム１の損傷を防止するために、太陽光発電システム１の回路を遮断する。

図３の（ａ）は、電流センサ３１にて検出された電流信号の時間波形を示すグラフであり、図３の（ｂ）は、ＣＰＵ３５が生成した電流信号のパワースペクトルの波形を示すグラフである。図３の（ａ）・（ｂ）には、アーク非発生状態およびアーク発生状態の両方の波形が示されている。

太陽電池ストリング１１にてアークが発生していない場合、上記電流信号の波形は、図３の(ａ)に示すアーク非発生状態の波形となり、上記電流信号のパワースペクトルの波形は、図３の（ｂ）に示すアーク非発生状態の波形となる。一方、太陽電池ストリング１１にてアークが発生している場合、上記電流信号の波形は、図３の(ａ)に示すアーク発生状態の波形となり、上記電流信号のパワースペクトルの波形は、図３の（ｂ）に示すアーク発生状態の波形となる。

図３の（ａ）・（ｂ）を参照すると、アーク非発生状態に比べて、アーク発生状態では、上記電流信号の振幅が大きくなり、上記電流信号のパワースペクトルのレベルが大きくなることが理解できる。したがって、アーク検出装置１２は、電流センサ３１にて検出された電流信号の高周波成分に基づいて、太陽電池ストリング１１におけるアークの発生を検出することができる。

（ＣＰＵ３５）
図２に示すように、ＣＰＵ３５は、ＦＦＴ処理部４１、代表値取得部４２、アーク有無判定部４３および繰返し数決定部４４を備えている。

ＦＦＴ処理部４１は、Ａ／Ｄ変換部３４から入力されたデジタル形式の電流信号を取り込み、これを複数回繰り返し、取り込んだ電流信号のセットに対してＦＦＴ処理を行い、電流信号のパワースペクトルを生成する。ＦＦＴ処理部４１は、生成した電流信号のパワースペクトルを代表値取得部４２に提供する。

代表値取得部４２は、ＦＦＴ処理部４１からの電流信号のパワースペクトルに基づいて、該電流信号のパワースペクトルの代表値を取得する。代表値取得部４２は、取得した代表値をアーク有無判定部４３および繰返し数決定部４４に提供する。

上記代表値としては、種々のものが考えられる。例えば、上記代表値は、所定の計測区間（例えば４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚ）におけるパワースペクトルの平均値、最大値、最小値、中央値、最頻値等の統計値であってもよい。また、上記代表値は、上記計測区間に亘って上記パワースペクトルを積分した値であってもよい。

また、特許文献１に記載のように、アークの上記計測区間の上記パワースペクトルについて、上記計測区間を複数の領域に分割し、それら各領域のパワースペクトルの大きさである領域値のうち、最大の領域値を除く領域値の何れかを上記計測区間の区間値として取得し、取得した区間値を上記代表値としてもよい。また、上記アークの計測区間の区間値を取得するとともに、上記アークの計測区間とは異なる周波数範囲のノイズの計測区間の上記パワースペクトルについて、上記区間値を取得し、上記アークの計測区間の区間値と上記ノイズの計測区間の区間値との比または差を上記代表値としてもよい。

アーク有無判定部４３は、代表値取得部４２が取得した代表値Ｓを用いて、アークの有無を判定する。アーク有無判定部４３は、判定結果を外部へ出力する。

具体的には、アーク有無判定部４３は、代表値取得部４２が取得した代表値Ｓを所定の閾値Ｋと比較し、代表値Ｓが閾値Ｋよりも大きいかどうかを判定する。アーク有無判定部４３は、この判定の結果、代表値Ｓが閾値Ｋよりも大きければアーク有と仮判定する一方、代表値Ｓが閾値Ｋ以下であればアーク無と仮判定する。

なお、閾値Ｋは、アーク有無の判定動作を繰り返し行うことによって容易に決定することができる。すなわち、閾値Ｋの決定には過度の試行錯誤は不要である。

アーク有無判定部４３は、ＦＦＴ処理部４１、代表値取得部４２およびアーク有無判定部４３の上記の処理（仮判定処理）を複数回繰り返し、仮判定処理の回数が或る回数以内の場合において、アーク有の判定結果が或る回数以上となった場合に、アーク有の最終判定結果を外部へ出力する。

この最終判定結果は、例えば太陽光発電システム１の制御装置（図示せず）へ入力される。制御装置は、アーク有無判定部４３からアーク有の最終判定結果を入力すると、アークによる火災や太陽光発電システム１の損傷を防止できるように、太陽光発電システム１の回路を遮断する。

繰返し数決定部４４は、代表値取得部４２からの代表値に基づき、ＦＦＴ処理部４１またはアーク有無判定部４３にて行われる繰返し処理における繰返し数を決定する。繰返し数決定部４４は、決定した繰返し数をＦＦＴ処理部４１またはアーク有無判定部４３に提供する。

これにより、例えばＦＦＴ処理部４１は、繰返し数決定部４４が決定した繰返し数だけ、データの取り込みを繰り返す。或いは、アーク有無判定部４３は、上記繰返し数だけ、上記仮判定処理を繰り返す。或いは、アーク有無判定部４３は、アーク有の仮判定結果が上記繰返し数だけ繰り返された場合に、アーク有の最終判定結果を外部へ出力する。

（アーク検出装置１２の動作）
図４は、上記構成のアーク検出装置１２の動作の一例を示すフローチャートである。図４では、ＦＦＴ処理部４１は、繰返し数決定部４４が決定した繰返し数だけ、データの取り込みを繰り返す。

まず、図４に示すように、アークの検出において、アーク有無判定部４３は、カウンタｎを初期値１に、かつ、カウンタｃを初期値０にそれぞれリセットすると共に、繰返し数決定部４４は、代表値Ｓを初期値Ｓ(0)＝０にリセットする (Ｓ１１)。なお、カウンタｎは、アークの判定回数をカウントするカウンタであり、カウンタｃは、アークの判定の結果、アーク有と判定した回数をカウントするカウンタである。

次に、繰返し数決定部４４は、代表値取得部４２が取得した前回（ｎ−１）の代表値Ｓ(n-1)に基づいて、データの取り込み数Ｎdataを決定する（Ｓ１２）。例えば、代表値Ｓ(n-1)が１０未満の場合、取り込み数Ｎdataを８１９２に決定する。また、代表値Ｓ(n-1)が１０以上３０未満の場合、取り込み数Ｎdataを４０９６に決定する。また、代表値Ｓ(n-1)が３０以上１００未満の場合、取り込み数Ｎdataを２０４８に決定する。また、代表値Ｓ(n-1)が１００以上の場合、取り込み数Ｎdataを１０２４に決定する。

次に、ＦＦＴ処理部４１は、電流センサ３１にて検出され、フィルタ３３を通過し、Ａ／Ｄ変換部３４によってＡ／Ｄ変換された電流信号のデータを、繰返し数決定部４４が決定した取り込み数Ｎdataだけ取り込む(Ｓ１３)。ＦＦＴ処理部４１は、取り込んだデータに対してＦＦＴ処理行い(Ｓ１４)、電流信号のパワースペクトルを生成する。

次に、代表値取得部４２は、ＦＦＴ処理部４１にてＦＦＴが行われた所定の計測区間における電流信号のパワースペクトルの代表値Ｓ(n)を取得する（Ｓ１５）。

次に、アーク有無判定部４３は、代表値取得部４２が取得した代表値Ｓ(n)を所定の閾値Ｋと比較する（Ｓ１６）。代表値Ｓ(n)が閾値Ｋよりも大きい場合、アーク有と判定してカウンタｃに１を加算し（Ｓ１７）、Ｓ１８へ進む。一方、Ｓ１６の判定において、代表値Ｓ(n)が閾値Ｋ以下である場合アーク無と判定する。この場合には、カウンタｃに１を加算せずに、Ｓ１８へ進む。

Ｓ１８では、カウンタｎの値が１０に到達したかどうか、すなわちｎ＝１０であるかどうかを判定する。ｎ＝１０でなければ、カウンタｎに１を加算して（Ｓ１９）、Ｓ１２へ戻り、上述の処理を繰り返す。

一方、Ｓ１８において、ｎ＝１０であれば、アーク有の回数のカウンタｃの値が５以上かどうかを判定する（Ｓ２０）。カウンタｃの値が５未満であればＳ１１へ戻り、上述の動作を繰り返す。

また、Ｓ２０において、カウンタｃの値が５以上であれば、アーク有（アーク発生）の最終判定結果を出力する（Ｓ２１）。その後、アーク検知処理を終了する。このように、本実施形態において、アーク有無判定部４３は、１０回のアーク有無の判定中、アーク有の判定結果が５回以上となった場合に、アーク有の最終判定結果を出力するようになっている。

その後、太陽光発電システム１の制御装置は、アーク有無判定部４３からアーク有の最終判定結果を受けると、アークによる火災や太陽光発電システム１の損傷を防止するために、太陽光発電システム１の回路が遮断させる。

（変形例１）
図５は、図１に示した太陽光発電システム１の変形例を示す概略の回路図である。上記の実施形態では、アーク検出装置１２を各太陽電池ストリング１１に個別に設けた例について示した。しかしながら、アーク検出装置１２の配置はこれに限定されない。すなわち、アーク検出装置１２は、図５に示すように、複数の太陽電池ストリング１１を備えた太陽光発電システム１において１個のみ設けられていてもよい。なお、図５の例では、アーク検出装置１２は、接続箱１３の後段、すなわち接続箱１３とＰＣＳ１４との間に設けられている。

また、アーク検出装置１２は、図５に示すように、接続箱１３とＰＣＳ１４との間に代えて、ＰＣＳ１４の筐体の内部に設けられていてもよい。この場合、ＰＣＳ１４に内蔵された電流センサから上記電流信号を取得してもよい。これにより、電流センサ３１を省略することができる。なお、図５に示した太陽光発電システム１の構成は、以下の他の実施形態においても同様に適用することができる。

（変形例２）
なお、ＣＰＵ３５が、Ａ／Ｄ変換部３４と同様の機能を有するＡ／Ｄ入力部を備える場合、Ａ／Ｄ変換部３４は省略可能である。この場合、フィルタ３３からの信号をＣＰＵ３５の上記Ａ／Ｄ入力部に直接入力すればよい。

（変形例３）
図６は、アーク検出装置１２の動作の別の例を示すフローチャートである。図６では、アーク有無判定部４３は、繰返し数決定部４４が決定した繰返し数だけ、上記仮判定処理を繰り返す。なお、図６において、図４に示した動作と同様の動作には同様のステップ番号Ｓを付記し、それら動作の説明を省略する。

まず、図６に示すように、アークの検出において、アーク有無判定部４３は、カウンタｎを初期値１に、かつ、カウンタｃを初期値０にそれぞれリセットする (Ｓ３１)。次に、ＦＦＴ処理部４１は、電流センサ３１にて検出され、フィルタ３３を通過し、Ａ／Ｄ変換部３４によってＡ／Ｄ変換された電流信号のデータを、所定の取り込み数（例えば1024）だけ取り込む(Ｓ３２)。ＦＦＴ処理部４１は、取り込んだデータに対してＦＦＴ処理行い(Ｓ１４)、電流信号のパワースペクトルを生成する。次に、代表値取得部４２は、ＦＦＴ処理部４１にてＦＦＴが行われた所定の計測区間における電流信号のパワースペクトルの代表値Ｓ(n)を取得する（Ｓ１５）。

次に、繰返し数決定部４４は、代表値取得部４２が今回取得した代表値Ｓ(n)に基づいて、上記仮判定処理の繰返し数Ｍを決定する（Ｓ３３）。例えば、代表値Ｓ(n)が１０未満の場合、繰返し数Ｍを１００に決定する。また、代表値Ｓ(n)が１０以上３０未満の場合、繰返し数Ｍを５０に決定する。また、代表値Ｓ(n)が３０以上１００未満の場合、繰返し数Ｍを３０に決定する。また、代表値Ｓ(n)が１００以上の場合、繰返し数Ｍを１０に決定する。

次に、アーク有無判定部４３は、代表値取得部４２が取得した代表値Ｓ(n)を所定の閾値Ｋと比較する（Ｓ１６）。代表値Ｓ(n)が閾値Ｋよりも大きい場合、アーク有と判定してカウンタｃに１を加算し（Ｓ１７）、Ｓ３４へ進む。一方、Ｓ１６の判定において、代表値Ｓ(n)が閾値Ｋ以下である場合アーク無と判定する。この場合には、カウンタｃに１を加算せずに、Ｓ３４へ進む。

Ｓ３４では、カウンタｎの値が上記繰返し数Ｍに到達したかどうか、すなわちｎ≧Ｍであるかどうかを判定する。ｎ≧Ｍでなければ、カウンタｎに１を加算して（Ｓ１９）、Ｓ３２へ戻り、上述の処理を繰り返す。

一方、Ｓ３４において、ｎ≧Ｍであれば、アーク有の回数のカウンタｃの値がｎ／２以上かどうかを判定する（Ｓ３５）。カウンタｃの値がｎ／２未満であればＳ３１へ戻り、上述の動作を繰り返す。

また、Ｓ３５において、カウンタｃの値がｎ／２以上であれば、アーク有の最終判定結果を出力する（Ｓ２１）。その後、アーク検知処理を終了する。このように、本変形例において、アーク有無判定部４３は、ｎ回のアーク有無の仮判定中、アーク有の判定結果がｎ／２回以上となった場合に、アーク有の最終判定結果を出力するようになっている。

（変形例４）
図７は、アーク検出装置１２の動作の他の例を示すフローチャートである。図７では、アーク有無判定部４３は、アーク有の仮判定結果が、繰返し数決定部４４が決定した繰返し数だけ繰り返された場合に、アーク有の最終判定結果を外部へ出力する。なお、図７において、図４および図６に示した動作と同様の動作には同様のステップ番号Ｓを付記し、それら動作の説明を省略する。

まず、図７に示すように、代表値Ｓ(n)を取得する処理（Ｓ１５）以前の処理は、図６に示す処理と同様である。

Ｓ１５の後、繰返し数決定部４４は、代表値取得部４２が今回取得した代表値Ｓ(n)に基づいて、上記アーク有の仮判定結果の繰返し数Ｄを決定する（Ｓ４１）。例えば、代表値Ｓ(n)が１０未満の場合、繰返し数Ｄを５０に決定する。また、代表値Ｓ(n)が１０以上３０未満の場合、繰返し数Ｄを２５に決定する。また、代表値Ｓ(n)が３０以上１００未満の場合、繰返し数Ｄを１０に決定する。また、代表値Ｓ(n)が１００以上の場合、繰返し数Ｄを５に決定する。

次に、アーク有無判定部４３は、代表値取得部４２が取得した代表値Ｓ(n)を所定の閾値Ｋと比較する（Ｓ１６）。代表値Ｓ(n)が閾値Ｋよりも大きい場合、アーク有と判定してカウンタｃに１を加算し（Ｓ１７）、Ｓ４２へ進む。一方、Ｓ１６の判定において、代表値Ｓ(n)が閾値Ｋ以下である場合アーク無と判定する。この場合には、カウンタｃに１を加算せずに、Ｓ４２へ進む。

Ｓ４２では、カウンタｃの値が上記繰返し数Ｄに到達したかどうか、すなわちｃ≧Ｄであるかどうかを判定する。ｃ≧Ｄでなければ、Ｓ４３へ進む。一方、Ｓ４２において、ｃ≧Ｄであれば、アーク有の最終判定結果を出力する（Ｓ２１）。その後、アーク検知処理を終了する。

Ｓ４３では、カウンタｎの値が１００に到達したかどうか、すなわちｎ＝１００であるかどうかを判定する。ｎ＝１００でなければ、カウンタｎに１を加算して（Ｓ１９）、Ｓ３２へ戻り、上述の処理を繰り返す。

一方、Ｓ４３において、ｎ＝１００であれば、アーク無の最終判定を行い、アーク検知処理を終了する。このように、本変形例において、アーク有無判定部４３は、アーク有の仮判定結果ｃが、上記繰返し数Ｄ以上となった場合に、アーク有の最終判定結果を出力するようになっている。

〔実施形態２〕
本開示の他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。本実施形態では、太陽光発電システム１はアーク検出装置１２に代えてアーク検出装置５１を備えている。

アークが発生すると、図３の（ｂ）に示すように、上記電流信号のパワースペクトルが増大する。そこで、図２に示すアーク検出装置１２では、上記電流信号のパワースペクトルに基づきアークの有無を判定している。この場合、上記パワースペクトルを周波数ごとに求めているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータ等によるスイッチングノイズの周波数を、上記判定対象から除外することにより、誤判定の可能性を低下させることができる。

一方、アークが発生すると、図３の（ａ）に示すように、上記電流信号の増幅が増大する。そこで、本実施形態に係るアーク検出装置５１は、上記電流信号の振幅に基づきアークの有無を判定している。この場合、ＦＦＴなど、パワースペクトルを求めるための演算処理が不要であるので、廉価なＣＰＵを使用することができる。その結果、アーク検出装置１２の製造コストを抑えることができる。

（アーク検出装置５１の構成）
図８は、本実施形態に係るアーク検出装置５１の構成の一例を示すブロック図である。図８に示すアーク検出装置５１は、図２に示すアーク検出装置１２に比べて、Ａ／Ｄ変換部３４に代えてピークホールド回路３６を備え、かつ、ＣＰＵ３５に代えてＣＰＵ３７を備えている。図８に示すＣＰＵ３７は、図２に示すＣＰＵ３５に比べて、ＦＦＴ処理部４１に代えてデータ取込み部４５を備え、かつ、代表値取得部４２に代えて代表値取得部４６を備える。

ピークホールド回路３６は、フィルタ３３を通過した電流信号のピークを保持する。ピークホールド回路３６は、保持したピークの値をＣＰＵ３７に入力する。

図９は、フィルタ３３が出力する電流信号と、ピークホールド回路３６が出力するピーク値との時間変化を示すグラフである。図９を参照すると、ピークホールド回路３６が出力するピーク値は、電流信号の振幅に対応することが理解できる。

データ取込み部４５は、ピークホールド回路３６から入力されたピーク値を取り込み、これを複数回繰り返す。データ取込み部４５は、取り込んだピーク値のセットを代表値取得部４６に提供する。

代表値取得部４６は、データ取込み部４５からのピーク値のセットに基づいて、該電流信号の振幅の代表値を取得する。代表値取得部４２は、取得した代表値をアーク有無判定部４３および繰返し数決定部４４に提供する。

上記代表値としては、種々のものが考えられる。例えば、上記代表値は、所定の計測期間（例えば５０ｍｓ）における振幅の平均値、最大値、最小値、中央値、最頻値等の統計値であってもよい。

（アーク検出装置５１の動作）
図１０は、上記構成のアーク検出装置５１の動作の一例を示すフローチャートである。図１０では、データ取込み部４５は、繰返し数決定部４４が決定した繰返し数だけ、データの取り込みを繰り返す。なお、図１０の例では、代表値Ａaveは振幅の平均値である。

まず、図１０に示すように、アークの検出において、アーク有無判定部４３は、カウンタｎを初期値１に、かつ、カウンタｃを初期値０にそれぞれリセットすると共に、繰返し数決定部４４は、代表値Ａaveを初期値Ａave(0)＝０にリセットする (Ｓ５１)。

次に、繰返し数決定部４４は、代表値取得部４６が取得した前回（ｎ−１）の代表値Ａave(n-1)に基づいて、データの取り込み数Ｎdataを決定する（Ｓ５２）。例えば、代表値Ａave(n-1)が１０未満の場合、取り込み数Ｎdataを８１９２に決定する。また、代表値Ａave(n-1)が１０以上３０未満の場合、取り込み数Ｎdataを４０９６に決定する。また、代表値Ａave(n-1)が３０以上１００未満の場合、取り込み数Ｎdataを２０４８に決定する。また、代表値Ａave(n-1)が１００以上の場合、取り込み数Ｎdataを１０２４に決定する。

次に、データ取込み部４５は、電流センサ３１にて検出され、フィルタ３３を通過し、ピークホールド回路３６によって検出された電流信号のピーク値を、繰返し数決定部４４が決定した取り込み数Ｎdataだけ取り込む(Ｓ５３)。

次に、代表値取得部４６は、データ取込み部４５にて行われた所定の計測期間における電流信号のピーク値の代表値Ａave(n)（振幅の平均値）を取得する（Ｓ５４）。

次に、アーク有無判定部４３は、代表値取得部４６が取得した代表値Ａave(n)を所定の閾値Ｋと比較する（Ｓ５６）。代表値Ａave(n)が閾値Ｋよりも大きい場合、アーク有と仮判定してカウンタｃに１を加算し（Ｓ１７）、Ｓ１８へ進む。一方、Ｓ５５の判定において、代表値Ａave(n)が閾値Ｋ以下である場合アーク無と判定する。この場合には、カウンタｃに１を加算せずに、Ｓ１８へ進む。Ｓ１８以降は、図４と同様である。

図４および図１０を参照すると、図１０に示すフローチャートは、図４に示すフローチャートに比べて、パワースペクトルの代表値Ｓ(n)に代えて、振幅の代表値Ａave(n)を利用している点と、ＦＦＴ処理（Ｓ１４）が省略されている点とが変更点であり、その他は同様であることが理解できる。従って、図６および図７に示すフローチャートに対し、上記変更点の変更を行うことにより、本実施形態のアーク検出装置５１のフローチャートに変更することができる。

（変形例）
なお、ピークホールド回路３６をソフトウェアで実現してもよい。この場合、ピークホールド回路３６を省略して、ＣＰＵ３５が、上記Ａ／Ｄ入力部をさらに備え、データ取込み部４５に代えてピークホールド部を備えればよい。上記Ａ／Ｄ入力部は、フィルタ３３から入力されたアナログ形式の電流信号をデジタル形式の電流信号に変換し、上記ピークホールド部へ入力すればよい。ピークホールド部は、上記Ａ／Ｄ入力部から入力されたデジタル形式の電流信号を取り込み、これを複数回繰り返し、取り込んだ電流信号のセットに対して、該電流信号のピークを保持すればよい。上記ピークホールド部は、保持したピークの値を代表値取得部４６に提供すればよい。

〔ソフトウェアによる実現例〕
アーク検出装置１２・５１の制御ブロック（特にＣＰＵ３５・３７）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、アーク検出装置１２・５１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔付記事項〕
なお、上記実施形態では、太陽光発電システムに本発明を適用しているが、これに限定されるものではなく、直流電源を備えた任意の電源システムに本発明を適用することができる。上記直流電源としては、太陽光発電装置の他に、水素燃料と空気中の酸素との電気化学反応により、水素燃料を利用して電気エネルギー（直流電力）を得ることが可能な燃料電池装置、電気エネルギーを蓄積する蓄電池、キャパシタなどの蓄電器、などが挙げられる。

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。

１ 太陽光発電システム（直流電源システム）
１１ 太陽電池ストリング（直流電源）
１２、５１ アーク検出装置
１３ 接続箱
１４ ＰＣＳ
１５ 太陽電池アレイ（直流電源）
２１ 太陽電池モジュール
２２ａ、２２ｂ 出力線路
２３ ダイオード
３１ 電流センサ（電流計測部）
３２ 増幅器
３３ フィルタ
３４ Ａ／Ｄ変換部
３５、３７ ＣＰＵ
３６ ピークホールド回路
４１ ＦＦＴ処理部
４２、４６ 代表値取得部
４３ アーク有無判定部（アーク判定部）
４４ 繰返し数決定部

Claims (10)

1. 発電または充放電する直流電源からの電流に含まれる交流電流に基づきアークの有無を判定するアーク判定部と、
   前記交流電流の信号強度に基づいて、前記アーク判定部がアークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数を決定する繰返し数決定部とを備えることを特徴とするアーク検出装置。
2. 前記交流電流の信号強度は、周波数に対する信号強度を示すパワースペクトルであることを特徴とする請求項１に記載のアーク検出装置。
3. 前記交流電流の信号強度は、時間に対する信号強度を示す振幅であることを特徴とする請求項１に記載のアーク検出装置。
4. 前記繰返し数は、前記アーク判定部がアークの有無を判定するために、前記交流電流のデータの取り込みを繰り返す回数であ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。
5. 前記アーク判定部は、前記交流電流に基づきアークの有無を仮判定し、該仮判定を繰り返し、仮判定したアーク有の回数に基づきアークの有無を最終判定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。
6. 前記繰返し数は、前記アーク判定部が前記仮判定を繰り返す回数であることを特徴とする請求項５に記載のアーク検出装置。
7. 前記繰返し数は、前記アーク判定部が前記仮判定を繰り返すことにより、仮判定したアーク有の回数であることを特徴とする請求項５に記載のアーク検出装置。
8. 前記交流電流を計測する電流計測部をさらに備えることを特徴とする請求項１から７までの何れか１項に記載のアーク検出装置。
9. 請求項１から７までの何れか１項に記載のアーク検出装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、上記各部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。
10. アークの発生を検出するアーク検出装置の制御方法であって、
    発電または充放電する直流電源からの電流に含まれる交流電流に基づきアークの有無を判定するアーク判定ステップと、
    前記交流電流の信号強度に基づいて、前記アーク判定ステップにてアークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数を決定する繰返し数決定ステップとを含むことを特徴とするアーク検出装置の制御方法。

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