JP5567752B1 - ストリング監視システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽電池Tが接続された太陽電池ストリングSを複数本備えた太陽光発電プラントPの異常検知システムである。太陽電池ストリングSごとに設置され且つ複数本の太陽電池ストリングSにおける異常を検知する検知機2を複数個有し、検知機2それぞれは、当該検知機2が設置された太陽電池ストリングSの複数個の太陽電池Tのうち、少なくとも1つから電力を供給され、所定の通信範囲R内で互いに無線通信可能な通信部3を備え、複数個の検知機2は、ある1つの検知機2の通信範囲R内に他の検知機2が少なくとも1つ存在し、全ての検知機2が互いに無線通信可能なネットワーク4を自己編成する。
【選択図】図1
Description
この太陽光発電プラントは、複数の太陽電池パネルの各パネル毎の発電電力を監視部で常時監視し、各パネル毎の発電電力と監視部に設定された理論発電電力値を比較し、一定時間連続してパネル毎の発電電力値が理論発電電力値より小さいときには、その太陽電池パネルの少なくとも1つが不良であることを検出する。
これは、特許文献1の太陽光発電プラントでは、処理できる電源モジュールの数に限りがあることを示している。
従って、異常検知システム1を取り付けた太陽光発電プラントPにおいて、異常検知可能な太陽電池ストリングSの数が大幅に増える。
又、太陽電池ストリングSごとに設置された検知機2の電力を、当該太陽電池ストリングS内の太陽電池Tから供給することで、電池交換等の手間がかからず、メンテナンス性が向上する。
更に、ある検知機2の通信範囲R内に他の検知機2が存在するように配置させることで、太陽電池ストリングSの設置範囲が検知機2の通信範囲Rより広くとも、ネットワーク4を編成でき、その結果、個々の検知機2の通信範囲R(通信部3の通信出力)が小さくとも異常検知が可能となって、各検知機2の小型化を図れると共に、太陽電池ストリングSの設置範囲の大小や、太陽電池システムPの規模に関わらず、設置する検知機2の数を変更するだけで対応できる。
そして、ネットワーク4を自己編成させることで、異常検知システム1を、既設の太陽光発電プラントPに後付けで設置した場合であっても、設置現場にて、各検知機2間で無線通信可能に設定する必要がなく、設置負担が軽減される。
上述した構成を同時に有するからこそ、「メンテナンス性の向上」と「後付設置の容易化」の両立も図れる。
尚、本発明における「電流値に基づく値」とは、電流値そのものをはじめ、この電流値に基づいて算出される所定時間における平均値や積算値(積分値)等が含まれる。
又、取り纏める検知機2が余計に行うことは、具体的な電流値等の値の処理ではなく、異常候補ストリングE’の特定(選定)だけであるため、特に処理負担の増加とはならず、各検知機2に過度な機能を付加する必要はなく、構造の簡素化が図れる。
この特徴により、太陽光発電プラントに、異常検知システム1を設けることで、「処理負担の分散」及び「メンテナンス性の向上」等が同時に実現できる。
この特徴により、検知機を、既設の太陽光発電プラントPに後付けで設置された場合であっても、設置負担が軽減できると共に、各検知機を小出力にすることが出来、構造の容易化、小型化、そして、コストの低減が図れる。
尚、「異常検知システムにおける検知機2」とは、本発明に係る異常検知システム1で用いる個々の検知機2を意味し、後述する親機2a、子機2bを問わない。
<異常検知システム1の全体構成>
図1〜7には、本発明に係る異常検知システム1が示されている。
この異常検知システム1は、太陽電池Tに光が照射されることによって発生する直流電力を交流電力に変換して、電力系統に供給する太陽光発電プラントPにおける異常の有無を検知するものである。
そこで、まず、本発明の異常検知システム1が異常検知をする太陽光発電プラントPについて、詳解する。
図1は、本発明に係る異常検知システム1が設けられた太陽光発電プラントPを示す。
太陽光発電プラントPは、複数本のストリングSと導通する複数の接続箱Zと、これら複数の接続箱Z全てと導通する配電盤Hと、この配電盤Hと電柱等を末端とする配電網Gを導通する配電ケーブルKを有している。
又、配電盤Hは、日射強度を測定する日射計、気温を測定する温度センサ、そして、上述したパワコンH3や、日射計、温度センサ等に電流を供給する補機を有していても良い(日射計、温度センサ、補機は、図示省略)。
図1、2に示されたように、太陽電池ストリングSは、複数個の太陽電池Tを備えている。
個々の太陽電池Tは、光が照射されることによって、正極(+極)と負極(−極)の間に直流電力を発生し、発生する電力の平均は、約100〜300W(例えば、250W)である。
太陽電池Tの形状は、特に限定はないが、例えば、パネル状であっても良い。
これらのうち、ある太陽電池Tの+極に別の太陽電池T’の−極を接続し、別の太陽電池T’の+極にまた別の太陽電池T”の−極を接続し、以下、これを繰り返して、複数個(例えば、5〜20枚)の太陽電池Tを直列に接続して、1本の太陽電池ストリングSとなる。
又、太陽電池ストリングSの電力出力端から出力される電力は、各太陽電池Tの電力の和であって、約500〜6000W(例えば、出力電力が250Wの太陽電池Tを14枚接続した場合、3500W=3.5kW)となる。
そのため、直列に接続された太陽電池Tごとに、バイパスダイオード(図示省略)を設けることで、不具合の発生した太陽電池Tを、電流が、バイパス(迂回)するように構成される。
尚、このバイパスダイオードは、太陽電池Tに対して、その−極から+極へ電流が流れる向きに並列に接続され、詳しくは、バイパスダイオードのカソード(陰極)が、太陽電池Tの+極に接続され、バイパスダイオードのアノード(陽極)が、太陽電池Tの−極に接続される。
図1に示した如く、上述した複数本(例えば、5〜15本)の太陽電池ストリングSが、1個の接続箱Zへ並列に接続されている。
従って、それぞれの太陽電池ストリングSの電力出力端(+極)とグランド端(−極)の間の電圧は、同一となり、上述したように、約0.5〜6kWである。
尚、太陽光発電プラントPの総電力(総発電量)が、それほど大きくなければ(例えば、50kW以下などであれば)、接続箱Zを介さず、各太陽電池ストリングSを、直接接続させていても良く、又、太陽電池ストリングSの本数も、何れの値であっても良いが、例えば、15〜18本や20本であっても構わない。
従って、電圧を測定したのでは、太陽電池ストリングSごとの異常は判断し難い。
尚、電圧を測定する場合でも、太陽電池ストリングS内の各太陽電池Tごとに電圧を測定するのであれば、それらを合計した各太陽電池ストリングSごとの電圧で、異常検知は可能となる。
これは、接続箱Zに接続された太陽電池ストリングS間で、電位差が生じた場合、他よりも電位が低い太陽電池ストリングSに、電流が逆流するのを防止するためである。
尚、逆流防止用ダイオードDは、アノード(陽極)が、太陽電池ストリングSの+極に接続され、カソード(陰極)が、接続箱Z側に接続されている。
更に、太陽電池ストリングSの+極は、図示しない可変抵抗(バリスタ)を介して太陽電池ストリングSの−極へ接続されたり、バリスタを介して地面に接地されていても良い。
一方、それぞれの太陽電池ストリングSの−極が、バリスタを介して接地されていても良い。
これらのバリスタや接地が、接続箱Zや配電盤Hに接続される手前で設けられていた場合には、落雷によるサージ電圧が、以下に述べる検知機2等に与える影響を低減させることが出来る。
図1〜6は、本発明の第1実施形態に係る検知機2を示している。
第1実施形態の検知機2は、複数個からなり、それぞれの太陽電池ストリングSに設置されて、それぞれの太陽電池ストリングSに流れる電流値などの値から、全ての太陽電池ストリングSに対して異常(例えば、全ての太陽電池ストリングSにおける異常ストリングE)を検知するものである。
検知機2それぞれは、所定の通信範囲Rを有し且つ互いに無線通信可能な通信部3と、全ての検知機2を互いに無線通信可能に結んだネットワーク4と、互いに同期をとる同期部5とを備えている。
検知機2それぞれは、各太陽電池ストリングSに設置されて、当該ストリングSに流れる電流値等を測定できるのであれば、何れに設置されていても良いが、例えば、当該ストリングSにおける何れかの太陽電池Tに設置される。
更に、検知機2(複数個の検知機2)は、ある1つの検知機2の通信範囲R内に他の検知機2が少なくとも1つ存在するように配置されている。
又、この配置関係であるからこそ、各検知機2の通信範囲Rよりも広い範囲に太陽電池ストリングSが設けられていても、本発明の異常検知システム1は、全ての検知機2が洩れなく互いに無線通信可能なネットワーク4を自己編成できる。
そして、ネットワーク4を自己編成させることにより、異常検知システム1を、既設の太陽光発電プラントPに後付けで設置した場合であっても、設置現場にて、各検知機2間で無線通信可能に設定する必要がなく、設置負担が軽減される。
そこで、1個の親機2aと、2個以上の子機2bを含むとして、て、以下を述べる。
図2に示した如く、検知機2の通信部3は、親機2a、子機2bを含めた他の検知機2の通信部3と、所定の距離間で無線通信を行うもの(通信モジュール)であり、この機能・構成は、上述した親機2a、子機2bに共通する。
又、通信部3は、後述する電波強度を測る機能・構成(図示省略)も有しており、このような基本となる機能・構成(設計・構造)は、親機2a、子機2bで共通している。
換言すれば、通信部3の通信範囲Rは、半径が通信距離dの円となる。
この下位アンテナ3aは、相互に無線通信可能であれば、何れに設けられていても良いが、例えば、筐体11に内蔵されていても良い。
通信部3は、検知機2間でデータの送受信が出来、無線通信可能であれば、何れの仕様でも構わない。
ここで、通信部3の周波数fと通信距離(電波の発信地点からの距離)dに言及すれば、一般的に、電波は、下記の式で示されるように、周波数fや通信距離dの二乗に比例して減衰する(つまり、周波数fや通信距離dの二乗に比例して伝播損失Lが大きくなる)。
つまり、伝播損失が所定値のL’であるときの周波数がf’で、通信距離がd’とすると、伝播損失L’に対して、周波数が2f’となれば、通信距離はd’/2となり、以下同様に、周波数が3f’、4f’…となれば、通信距離はd’/3、d’/4…となる。
更に、電波の周波数が高ければ高いほど、電波の直進性が強くなり、逆に、回折性(回り込み性)は弱くなるが、周波数の低い電波の場合、直接は見通せなくとも、電波が回り込んで、障害物の向こう側まで届く。
従って、屋外に設置する太陽光発電プラントPにおける接続箱Zと配電盤Hの距離や、接続箱Zと配電盤Hとの間には、他の太陽電池Tなど障害物が有り得ることや、総務省による周波数割当等を鑑みて、所定の周波数を選べば良い(例えば、920MHz)。
親機2aは、それぞれの子機2bからの各太陽電池ストリングSの電流値等に基づいて、何れかの太陽電池ストリングSに異常が有れば、異常が有る旨(アラーム)を、使用者や管理装置21等の上位に知らせる。尚、管理装置21は、その通信部21aと管理アンテナ21bが設けられている。
この上位アンテナ3bも、外部へ相互に無線通信可能であれば、何れに設けられていても良いが、例えば、筐体11に内蔵されていても良い。
これらを用いて、使用者(施主)や管理装置21等へ、太陽電池ストリングSの異常等を、メールなどで知らせても良い。
図2、4に示すように、複数個の検知機2は、親機2a、子機2bの区別なく、全ての検知機2が互いに無線通信可能で自己編成されたネットワーク4を備えている。
このネットワーク4は、互いに無線通信可能であれば、何れの構成であっても良いが、例えば、全ての検知機2が順に無線通信可能に一繋がりとなったネットワーク4であっても構わない。
そこで、以下は、この一繋がりのネットワーク4について、詳解する。
つまり、親機2aに直接通信する子機2bは、1つだけとなり、その直接通信する子機2b以外の子機2bは、他の子機2bを介して、親機2aと通信することとなる。
従って、一繋がりのネットワーク4は、各子機2bにおける太陽電池ストリングSの電流値等のデータを、他の子機2bが、バケツリレー方式で親機2aまで中継する。
尚、この「マルチホップ通信」とは、「無線機間の一対一の直接通信に対して、第三の無線機によって通信が1回以上中継される通信形態を指す。通信の伝達距離は、中継数に比例して増大する。逆に、直接通信の場合と同等の通信距離を、より低い送信電力で実現することも可能である。また、無線電波に対する障害物を回り込むような中継経路の設定によって、電波の不感地帯を解消することもできる(独立行政法人情報通信研究機構(NICT))」とも規定されている。
図5に示した一繋がりのネットワーク4を、自己編成するアルゴリズムについて、まずは概要を述べる。尚、この自己編成アルゴリズムの処理(実行処理)は、親機2aや各子機2bにおける自らの制御部7等にて行われる。
自己編成アルゴリズムを実行するには、最初に、親機2aやそれぞれの子機2bが、自らが接続できる(つまり、自らの通信範囲R内に存在して無線通信できる)他の検知機2(子機2b)を把握しておく。
尚、前提として、親機2a、各子機2bには、重複しない固有の番号(製造番号などの特定できる番号)が設定されている。
次に、接続できる子機2bの情報等を総合的に判断して、親機2aから各子機2bを一筆書きのように洩れなく接続する(結ぶ)経路を見つけ出す。
この信頼性が最も高い経路を選択するには、親機2a、各子機2b間で無線通信をするのに必要な電波の強さ(電界強度)を、コスト付けとして用いる。
尚、コストが小さいとは、伝播損失Lが小さいとも言える。
従って、上記式(1)で示したように、通信距離dの二乗に比例して伝播損失Lが小さくいということから、ある検知機2の通信範囲R内に複数の他の検知機2が存在している場合であれば、通常であれば、通信距離dが小さいほど、伝播損失L(つまりは、コスト)が小さくなることから、検知機2の配置の際に、1つの目安となる。
但し、障害物などの通信距離d以外の要因もあることから、実際に電波強度を測ってみなくては、コストは決まらない。
図5に示したように、自己編成アルゴリズムは、まず、処理を開始して(開始ステップS0)、
親機2aが各子機2bに対して応答信号(ACK(Acknowledge ):確認応答、肯定応答)を返すように要求を出すステップ(親要求ステップS1)と、
この要求を受信した子機2bのうちの1つが、他の子機2bが電波を出していないことを確認した上で親機2aに応答信号を返信するステップ(子返信ステップS2)と、
この応答信号を返信した子機2bの特定番号とその電界強度を、親機2aは制御部7の記憶装置等に記憶するステップ(親記憶ステップS3)と、
親機2aに特定番号が記憶されていない子機2b(未記憶の子機)からの応答信号の返信が、有るか無いかを判断するステップ(子有無ステップS4)とを有する。
尚、これらステップS1〜S4で、応答信号の返信があった子機2bは、全てが、親機2aの通信範囲R内に存在する子機2bである。
又、子返信ステップS2では、親機2aの通信範囲R内に複数の他の子機2bが存在している場合、親機2aから近い子機2bほど(通信距離dが小さい子機2bほど)、早く親機2aからの信号を受信すると言え、当然、先に応答信号を返信していくと考えられる。
返信があり且つ仮親機をしたことがない子機2bのうちの1つを仮親機とし、仮親機がその他の各子機2bに対して応答信号を返すように要求を出すステップ(仮親要求ステップS5)と、
この要求を受信した子機2bのうちの1つが、他の子機2bが電波を出していないことを確認した上で仮親機に応答信号を返信するステップ(仮子返信ステップS6)と、
この応答信号を返信した子機2bの特定番号とその電界強度と共に、このとき仮親機となった子機2bの特定番号を、親機2aは制御部7の記憶装置等に記憶するステップ(仮親記憶ステップ7)と、
親機2aに特定番号が記憶されていない未記憶の子機からの応答信号の返信が、有るか無いかを判断するステップ(仮子有無ステップS8)とを有する。
尚、これらステップS5〜S8で、応答信号の返信があった子機2bは、全てが、各仮親機の通信範囲R内に存在する子機2bである。
又、仮子返信ステップS6でも、仮親機の通信範囲R内に複数の他の子機2bが存在している場合、仮親機から近い子機2bほど(通信距離dが小さい子機2bほど)、早く仮親機からの信号を受信すると言え、当然、先に応答信号を返信していくと考えられる。
この仮親有無ステップS9では、仮親機をしていない子機2bが有れば、処理は、仮親要求ステップS5に戻る。一方、仮親有無ステップS9で、仮親機をしていない子機2bが無ければ、処理は、後述する経路選択ステップS10に移る。
親機2aが記憶した全ての検知機2(親機2a、各子機2b)間の電界強度(コスト)に基づいて、一筆書き可能で且つ最もコストが低い経路を選択するステップ(経路選択ステップS10)と、
選択された経路を、親機2aと各子機2bは、自らが無線通信すべき上位(親機2aに近づく方向)の検知機2(親機2a又は子機2b)と、下位(親機2aから遠ざかる方向)の検知機2(子機2b)を記憶するステップ(経路記憶ステップS11)とを有する。
この経路記憶ステップS11まで処理が済むことで、一繋がりのネットワーク4の自己編成が完了する。
ここで、経路選択ステップS10については、親機2aが1個で子機2bが5個であり且つ各検知機2間(親機2a及び各子機2b間)の電界強度(コスト)が、図4及び以下の表1に示した値である場合を例に、更に詳しく述べる。
尚、図4において、内部に親との文字が入っている○は、親機2aを表し、内部に数字が入っている○は、各子機2bを表し、○内の数字は、子機2bを特定する番号(子機番号)であり、○を結ぶ線の近傍の数字は、各検知機2間の電界強度(コスト)を表す。
まず、親機2aから接続可能な2個の子機2b、つまり、○内の数字が1である子機2b(以下、第1子機2b1 )と、○内の数字が2である子機2b(以下、第2子機2b2 )に、電界強度を付けた経路を作成する。
それぞれ接続した第2〜4子機2b2 〜2b4 から下位については、既に通過した子機2bは経路作成の対象外とし、次の子機2bが見つからない際には経路作成が終了となるルールとする(経路作成ルール)。
そこで、必然的に、親機2a→第1子機2b1 →第2子機2b2 →第3子機2b3 の順に接続するが、そこから更に接続可能な子機2bも、まだ通過していない第4子機2b4 だけである。
従って、親機2a→第1子機2b1 →第2子機2b2 →第3子機2b3 →第4子機2b4 の順に接続するしかないが、これに加えて更に接続可能な子機2bも、まだ通過していない○内の数字が5である子機2b(以下、第5子機2b5 )だけである。
これで、親機2a→第1子機2b1 →第2子機2b2 →第3子機2b3 →第4子機2b4 →第5子機2b5 と全ての子機2bが接続され、当然に次の子機2bは見つからないので、終了となる。
この結果、以下の表2に示す11種の経路が作成される。
尚、この表2中の経路は、各番目の接続において選択できる子機2bが複数ある場合にはコストが少ないものから選択し、コストが同じ場合には、子機番号の小さいものから選択している。
但し、トータルコストが最も小さい経路であっても、その経路の途中のある検知機2間におけるコストが、所定の数値以上である場合には、通信品質が安定しない可能性もあるため、そのような経路は採用しないなどの対応が必要となる。
尚、このネットワーク4の自己編成アルゴリズムでは、ダイクストラ法や、ワーシャル−フロイド法などを利用しても良い。
図2に示した如く、検知機2の同期部5は、親機2a、子機2bを含めた他の検知機2間で、互いに同期をとるもの(同期モジュール)であり、その具体的な構成は、特に限定されないが、GPS衛星からの電波を受信して検知機2の時刻を校正するもの(GPSモジュール)としても良い。
同期部5がGPSモジュールである場合、この同期部(GPSモジュール)5を、親機2aだけが備えていても良い。
尚、一繋がりのネットワーク4にて時刻情報を順に送信していく(バケツリレー方式の)場合には、親機2aに近い子機2bと、親機2aから遠い子機2bとでは、時間的なズレが生じる可能性もあるが、後述する測定部6が測定する所定時間の電流値を積算した際には、多少の時間のズレは無視できる。又、同期部5を親機2aだけが備えることで、子機2bにおける構造の簡素化や、コストの低減が図れる。
この同期アンテナ5aも、GPS衛星からの電波を受信可能であれば、何れに設けられていても良いが、例えば、筐体11に内蔵されていても良い。
又、同期部5としては、GPSモジュール以外にも、独立行政法人情報通信研究機構(NICT)の長波局から送信される標準電波(電波時計)や、NICTが提供するNTPサーバなどであっても良い。
図2に示したように、検知機2の測定部6は、当該検知機2が設置された太陽電池ストリングSに流れる電流値等を測定するもの(測定モジュール)であり、この機能・構成も、上述した親機2a、子機2bに共通する。
測定部6は、太陽電池ストリングSの電流値等が測定できるのであれば何れの構成でも構わないが、例えば、シャント抵抗6aを用いたものであっても良い。
尚、シャント抵抗6aの抵抗値は、十分に小さく(例えば、数Ω以下)、シャント抵抗6aを太陽電池ストリングSに直列に接続しているものの、太陽光発電プラントPとしての動作に影響は、ほぼない。
更に、測定部6は、この電圧測定器からの出力を、A/D変換するA/D変換器(図示省略)を有していても良い。
このA/D変換器で変換したシャント抵抗6aの両端電圧の値(デジタル値)を、後述する制御部7にて、当該シャント抵抗6aの抵抗値で割ることで、太陽電池ストリングSに流れる電流値が求めることが出来る。
尚、検知機2が温度センサを備えている場合は、シャント抵抗6aの抵抗値を、温度係数を掛けるなど、筐体11内の温度によって変化させても良い。
ホール素子型変流器(以下、変流器)は、太陽電池ストリングSに流れる電流値を非接触で検出でき、検出される太陽電池ストリングS側の電力損失を抑えた電流センサであって、太陽電池ストリングSの電流値に比例する電圧が出力される。
この変流器は、全体として環形状に形成されており、詳しくは、環(リング)状に成形したコア(鉄心)と、この鉄心に設けられた隙間(ギャップ)に挿入されたホール素子を有している。
又、変流器のリング状鉄心は、その環を開閉可能に構成されていても良く、太陽電池ストリングSへの取付け(後付け)の手間は、太陽電池ストリングSのケーブルに対する相対位置・向き等が固定された変流器を、ストリングSを一旦切断して、切断したその間に設置する等の手間よりも格段に低く、測定部の取付け、特に、後付けの効率向上や、コスト低減に寄与すると言える。
この場合、それぞれの変流器は、生データ(データ信号)を出力するだけで良い。
従って、1個1個の変流器に、A/D変換機や補正処理をする素子等をつける必要がなくなり、各変流器のコストを削減できると同時に、変流器の数(測定できる太陽電池ストリングSの数)を容易に増やすことが可能となる。
これらのバリスタや接地により、落雷(雷サージ)の影響を抑えることが出来る。
図2に示した如く、検知機2の制御部7は、上述した測定部6や通信部3を制御して異常ストリングEの検知(特定)やネットワーク4の自己編成、同期部5から得た情報で時刻の校正などをするもの(制御モジュール)である。
制御部7において、通信部3を制御してネットワーク4を自己編成したり、測定部6を制御して各太陽電池ストリングSの電流値等を測定する機能・構成は、親機2a、子機2bに共通する。
親機2aと各子機2bの制御部7は、予め決められた開始時刻(例えば、午前9時)、計測間隔(例えば、1時間ごと)、計測回数(例えば、9回)、計測時間(例えば、10秒)に従い、測定部6からの出力値に基づいて、各太陽電池ストリングSに流れる電流値を求める。
上述したように、測定部6としてシャント抵抗6aを用いる場合なら、このシャント抵抗6aの両端電圧をA/D変換した電圧値が制御部7に入力され、この測定部6からの電圧値に、当該シャント抵抗6aの抵抗値で割ることで、太陽電池ストリングSに流れる電流値を求めることが出来る。
次は、制御部7は、測定部6に、午前10時の正時に同じく10秒間の測定をさせ、この測定を指定回数の9回繰り返すと、午後5時(17時)の正時の10秒間の測定で完了する。
これら測定された値(電流値、電流値に基づく平均値、積算値、積算電力量等)は、各子機2bから、ネットワーク4を介して、親機2aへ送信される。
又、上述した日の出から日の入までの積算電力量は、売電時の電力量とは異なる場合もあるが、所定の精度で求められるため、1つの目安となる。
以下に、この異常を検知するアルゴリズム(異常検知アルゴリズム)を説明する。
異常検知アルゴリズムは、全ての太陽電池ストリングSにおける異常ストリングEを検知したり、全ての太陽電池ストリングSにおける異常の有無を検知するアルゴリズムである。
異常検知アルゴリズムは、異常ストリングEや異常の有無が検知できるのであれば、以下は、図6で例示したアルゴリズムについて述べる。
まず、太陽電池ストリングSが3本の電流値を比較する場合を例に、以下の学習ステップS1’、検知ステップS2’を説明する。
3本の太陽電池ストリングS(ストリング1〜3)に取り付けられた測定部6からの電流値C1、C2、C3を測定する。尚、この測定では、各電流値の安定度や平均化を加味する。
これらストリング1〜3の出力電流値C1〜C3を一定期間(学習期間)算出して、C1〜C3の差分の平均値や、それぞれの最小値、最大値などを求める。
それぞれの差分の平均値や、最小値、最大値などを得た後、実際に異常検知を行う。
この異常検知中(運用期間中)におけるストリング1〜3に取り付けられた検知機2(測定部6)から実測電流値(以下、実測値)c1、c2、c3を測定する。尚、この測定でも、各実測値の安定度や平均化を加味する。
これら運用期間中の実測値c1〜c3における各差分の平均値や、若しくは、実測値c1〜c3から求めたそれぞれの期待値等を算出する。
学習ステップS1’で得た各差分の平均値や学習ステップS1’で得た値に基づく期待値と、運用期間の実測値c1〜c3の各差分や、実測値c1〜c3そのものを比較し、ある判定値以上に開きがあった場合には、そのストリング(太陽電池ストリングS)の解析データや日時を、親機2aの制御部7内の記憶装置等に記録する。
このとき、判定値以上の開きが所定の時間に連続して複数回発生した太陽電池ストリングS(つまり、異常ストリングE)は、当該ストリングSに設置された子機2bの子機番号を算出しておく。
一方、実測値同士の差分を求めた場合等は、測定している太陽電池ストリングSの何れかに異常があることは判明しても、どの太陽電池ストリングSに異常があるかまでは、特定しきれない時もある(単純な相対比較(実測値同士の差分の比較)では、設置時に、全ての太陽電池Tが良品であることが前提となってしまい、実際には不良品が入っていた場合に、正確に異常検知が出来なくなる)。
一方、いずれの実測値c1〜c3等も、判定値を越えることがなく、異常がない場合には、検知ステップS2’を繰り返す。
ちなみに、この例では、3本の太陽電池ストリングSから、2本ずつ選んで、それらの差分をとったため、 3C2 =3で、判定する式は3本となったが、これが、例えば、15本の太陽電池ストリングSから、2本ずつ選んで差分をとる(相関関係を調べる)ならば、15C2 =105で判定の式は105本となり、18本の太陽電池ストリングSならば、18C2 =153で判定の式は153本となる。
尚、学習期間や運用期間とは、上記で例示した1週間について述べると、日の出から日の入まで絶え間なく連続して測定した1週間であったり、各日の午前9時から午後5時までの各正時からの10秒間だけ測定し、これを7日繰り返した1週間なども含み、学習期間や運用期間は、間断を挟んでも構わない。
上述の検知ステップS2’で、異常が有ると判断(異常を検知)した場合には、親機2aの制御部7は、通信部3の上位アンテナ3bを介して、使用者や管理装置21に、異常ストリングEに設置された検知機2(親機2aや各子機2b)の子機番号を出力する。
この出力ステップS3’で出力するのは、異常が有ったことだけを示すエラー信号だけでも良い。
この出力と同時に、使用者が親機2aで視認できるもの(例えば、親機2aの筐体11に設けられたLEDを点灯させる等)で、異常が有ったことを示しても良い。
特に、積算電力量など、積算値で比較をする際には、異常検知アルゴリズムは、親機2aと各子機2bを、同期部5で同期していなくとも、時間のズレによる判断誤差を最小に抑えられる。
尚、測定部6が、太陽電池ストリングSに流れる電流値を非接触で検出できるホール素子型変流器である場合には、各太陽電池ストリングSの具体的な電流値までも求めなくとも(絶対値を算出する処理の負荷・時間をかけなくとも)、変流器からの生の出力電圧信号だけで、異常ストリングEや、異常の有無が検知できる。
又、異常検知アルゴリズムの実行以外で、親機2aの制御部7だけの機能・構成としては、通信部3を制御して上位(使用者や管理装置21等)への通信もある。
図2に示したように、検知機2の電源部8は、上述してきた通信部3や同期部5、測定部6、制御部7のそれぞれに電力を供給するもの(電源モジュール)であり、当該検知機2が設置された太陽電池ストリングSの複数個の太陽電池Tのうち、少なくとも1つ(図2では、1つ)の太陽電池Tから電力を得ている機能・構成は、親機2a、子機2bに共通する。
電力を得る太陽電池Tが1つの場合を例にすれば、電源部8は、太陽電池ストリングS中の1つの太陽電池Tにおける正極(+極)を、電力を供給する電源部8の正極(+極)とし、当該太陽電池Tにおける負極(−極)を、電力を供給する電源部8の負極(−極)としている。
この電源部8としての太陽電池Tは、発電電圧を測定することが可能となり、本来の性能や、設置当初(新品)の発電電圧と比較することで、当該太陽電池Tが異常か否かを検知できる。
この予備電源8aは、例えば、一般の商用電源を別途降圧したものや、乾電池・ボタン電池・蓄電池等である。
この未発電時の外部との通信は、例えば、使用者が持ち歩いている携帯電話、スマートフォンや、管理装置21などで、親機2aが、その時点での積算電力量や、今の状態(異常の有無)等を、使用者などへ知らせるよう要求を出したり、親機2aの設定を変更する等が可能となる。
図1〜3で示されたように、検知機2の筐体11は、上述した通信部3、測定部6、制御部7、電源部8を内蔵できるのであれば、何れの構成であっても良いが、例えば、略直方体状であっても構わない(図3参照)。従って、検知機2の固定では、略直方体状等の筐体11を取り付けるだけで済む。
又、検知機2が屋外などでも使用できるように、筐体11が防水性を備えていても良い。
このように、内蔵式のアンテナにすることで、外部にアンテナを設置した場合よりも、外部アンテナを別途設置しなくて済む分だけ、検知機2の設置(後付け)負担が軽減されると共に、コスト削減も図れる。
図2、3に示すように、検知機2の接続部12は、太陽電池ストリングSの途中で、太陽電池Tの正極(+極)及び負極(−極)に接続できるのであれば、何れの構成であっても良いが、例示すれば、筐体11から延びるコネクタ付きコードなどである。
このコード先端のコネクタ12aは、太陽電池Tの各極と接続できる仕様・規格となっているが、例えば、MC4(登録商標の一部)コネクタであっても構わない。
尚、接続部12が、コネクタ12aを有する場合には、MC4(登録商標の一部)コネクタ以外に、MC3コネクタや、SOLARLOK(登録商標)であっても良い。
又、ここまで述べてきた異常検知システム1や、この異常検知システム1を設けた太陽光発電プラントP、異常検知システム1で用いられる検知機2の何れもを含めて、これらは、ストリング監視システムと言える。
図7には、本発明の第2実施形態に係る異常検知システム1が実行する異常検知アルゴリズム(分散アルゴリズム)が示されている。
この第2実施形態において第1実施形態と最も異なるのは、異常検知アルゴリズムにおいて、全ての太陽電池ストリングSに流れる電流値等を比較するのではなく、(全てのストリングSの本数より少ないか、全ての本数以下である)親機2a及び各子機2bそれぞれの通信範囲Rに存在する太陽電池ストリングSのみに流れる電流値等を比較する点である。
つまり、処理の負荷が分散することから、この第2実施形態の異常検知アルゴリズムは、「分散アルゴリズム」とも言える。
以下、第2実施形態の分散アルゴリズムの詳細を述べる。
しかし、分散アルゴリズムでは、第1実施形態の異常検知アルゴリズムと異なり、
学習ステップS1”は、「一繋がりのネットワーク4は介さずに」且つ「親機2a及び各子機2b自らの通信範囲R内の太陽電池ストリングSだけ」に流れる電流値等を測定するステップであり、
尚、出力ステップS3”は、親機2aを除く全ての子機2bが、異常ストリングEではなく「異常候補ストリングE’」を、親機2aへ出力するステップである。
そのステップは、一定時間Jごとに、各子機2bからの異常候補ストリングE’から本当の異常ストリングEを特定するステップ(特定ステップS4”)である。
この特定ステップS4”について、以下、詳解する。
上述の出力ステップS3”で、一定時間J(例えば、1日1回や、午前9時から午後5時までの各正時など)ごとに、全ての子機2bから親機2aへ、各子機2bが検知した異常候補ストリングE’(子機番号)を、一繋がりのネットワーク4を介して送信する。
ここで、親機2aに取り纏められたそれぞれの異常候補ストリングE’の子機番号のうち、食い違うものがなければ、全ての異常候補ストリングE’を、本当の異常ストリングEと特定できる。
更に、全ての異常候補ストリングE’の子機番号で、食い違うものが多ければ、所定数以上(例えば、2以上)の子機2bが共通して異常候補ストリングE’と検知したもののみを、本当の異常ストリングEと特定しても構わない。
又、一定時間Jごとに、全ての子機2bから親機2aへ送信されるタイミングは訪れるが、もし異常候補ストリングE’が1つもない場合でも、処理は、検知ステップS2”に戻る。
すなわち、取り纏める親機2aが、余計に行うことは、具体的な電流値等の値の処理ではなく、異常候補ストリングE’の特定(選定)だけであるため、特に処理負担の増加とはならず、各検知機2に過度な機能を付加する必要はなく、構造の簡素化が図れる。
その他の異常検知システム1の構成、作用効果及び使用態様は、第1実施形態と同様である。
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。異常検知システム1等の各構成又は全体の構造、形状、寸法などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することが出来る。
検知機2を、パワコンH3に設置しても良く、この場合、パワコンH3の正確な出力(電力量)や、パワコンH3の出力も異常検知アルゴリズムに組み込んでいる場合には、パワコンH3の異常が検知された際に、管理装置21や使用者(施主)に知らせるものとしても良い。
尚、ツリー型のネットワーク4を自己編成する場合、検知機2は、親機2a、子機2bの他に、所定数の子機2bを取り纏める中継検知機(中継機)を含んでいても良い。
ネットワーク4は、一繋がりの一端や途中にある検知機2からツリー型のように分岐していたり、これと同様に、メッシュ型、スター型、リング型の何れかの検知機2から分岐していても良く、一繋がりのものや、ツリー型や、メッシュ型、スター型、リング型の少なくとも2つが組み合わさっていても良い。
2 検知機
3 通信部
4 ネットワーク
5 同期部
T 太陽電池
S 太陽電池ストリング
P 太陽光発電プラント
R 通信範囲
E 異常ストリング
E’ 異常候補ストリング
J 一定時間
Claims (5)
- 複数個の太陽電池(T)が直列に接続された太陽電池ストリング(S)を複数本備えた太陽光発電プラント(P)の異常を検知する異常検知システムであって、
前記太陽電池ストリング(S)ごとに設置され且つ前記複数本の太陽電池ストリング(S)における異常を検知する検知機(2)を複数個有し、
前記検知機(2)それぞれは、当該検知機(2)が設置された太陽電池ストリング(S)の複数個の太陽電池(T)のうち、少なくとも1つから電力を供給されていると共に、所定の通信範囲(R)内で互いに無線通信可能な通信部(3)を備え、
前記複数個の検知機(2)は、ある1つの検知機(2)の通信範囲(R)内に他の検知機(2)が少なくとも1つ存在するように配置され、全ての検知機(2)が互いに無線通信可能なネットワーク(4)を自己編成し、
前記複数個の検知機(2)は、それぞれの検知機(2)が検出した太陽電池ストリング(S)の値を取り纏める1個の親機(2a)と、この取り纏めをしない2個以上の子機(2b)を含み、
前記1個の親機(2a)が、前記2個以上の子機(2b)の中から、前記親機(2a)の通信範囲(R)外にある子機(2b)に対して仮に親機の役割をする仮親機を選んで、前記ネットワーク(4)を自己編成することを特徴とする異常検知システム。 - 前記ネットワーク(4)は、全ての検知機(2)が順に無線通信可能に一繋がりとなったネットワーク(4)であり、
前記複数個の検知機(2)は、互いに同期をとる同期部(5)を備え、
前記検知機(2)それぞれが検出した太陽電池ストリング(S)に流れる電流値に基づく値を互いに比較して、全ての太陽電池ストリング(S)における異常ストリング(E)を検知することを特徴とする請求項1に記載の異常検知システム。 - 前記検知機(2)それぞれは、当該検知機(2)の通信範囲(R)内に存在する検知機(2)それぞれが検出した太陽電池ストリング(S)に流れる電流値に基づく値を互いに比較して、当該通信範囲(R)内の太陽電池ストリング(S)における異常候補ストリング(E’)を検知すると共に、
前記ネットワーク(4)で一定時間(J)ごとに無線通信をして判明する前記検知機(2)それぞれの異常候補ストリング(E’)に基づき、全ての太陽電池ストリング(S)における異常ストリング(E)を特定することを特徴とする請求項1に記載の異常検知システム。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載された異常検知システムが設けられていることを特徴とする太陽光発電プラント。
- 請求項1〜3の何れか1項に記載された異常検知システムにおける検知機(2)であることを特徴とする検知機。
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