JP5763407B2

JP5763407B2 - 異常検出装置、およびこの異常検出装置を備えた発電システム

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Publication number: JP5763407B2
Application number: JP2011104142A
Authority: JP
Inventors: 吉久岡本
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2031-05-09
Also published as: JP2012235658A

Description

本発明は、発電システムの異常を検出する異常検出装置、およびこの異常検出装置を備えた発電システムに関する。

従来、太陽電池が出力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システムが開発されている。大規模な太陽光発電システムにおいては、複数の太陽電池（複数の太陽電池セルを直列接続した太陽電池モジュールまたは太陽電池モジュールを複数並列接続した太陽電池アレイを示す。以下でも同様）から入力される直流電力を変換するためのパワーコンディショナを複数設け、これらのパワーコンディショナを集中管理する監視制御装置を設けている。

各太陽電池とパワーコンディショナの間には、接続を開閉するための直流開閉器が設けられている。直流開閉器は、太陽電池からパワーコンディショナに入力される直流電力を遮断するものであり、パワーコンディショナの入力部での感電を防止するためのものである。通常時において直流開閉器は閉じられており、太陽電池が出力した直流電力は、パワーコンディショナに入力される。しかし、直流開閉器が故障していたり、作業者が閉じるのを忘れたりして、直流開閉器が開放されたままの状態（以下では、「開放異常」とする。）だと、太陽電池の出力電力がパワーコンディショナに入力されず、生成した電力を有効利用できない。これを回避するために、太陽光発電システムは、直流開閉器の開放異常を検出するための構成を備えている。

図１０は、従来の太陽光発電システムを示すブロック図である。

太陽光発電システムＡ１００は、複数の太陽電池１００が接続されたパワーコンディショナ３００を複数備えている。複数のパワーコンディショナ３００は、監視制御装置４００によって、集中管理されている。各太陽電池１００とパワーコンディショナ３００との間には、直流開閉器２００がそれぞれ設けられている。

各直流開閉器２００には、主接点と連動して動作する補助接点（いずれも図示しない）が設けられている。監視制御装置４００は、当該補助接点から入力される信号を監視することで各直流開閉器の開放異常を検出している。

特開２００６−２１６６６０号公報

しかしながら、太陽光発電システムＡ１００の規模が大きい場合、直流開閉器２００の数が多く、配置場所が広範囲に点在しているので、問題が生じる場合がある。すなわち、直流開閉器２００と監視制御装置４００との距離が離れていることにより、直流開閉器２００の補助接点が出力する信号を送信するための信号線が長くなる。信号線は補助接点のオンオフ信号を送信するためのものなので、例えばキャブタイヤケーブルなどの簡易なケーブルが用いられている。したがって、信号線が長くなると、送信された信号が減衰やノイズの重畳によって劣化して、信号を正確に伝達することができなくなり、監視制御装置４００が開放異常を誤検出する場合がある。また、多くの直流開閉器２００からの信号を監視する必要があるので、監視制御装置４００には、大量の信号線との接続などのハード面での負担や、入力信号の処理などのソフト面での負担がかかる。さらに、長い信号線を多数敷設する必要があるので、部材のコストや敷設作業のためのコストが大きくなり、メンテナンスなどの管理コストも大きくなる。

例えば、５０ＭＷ級の太陽光発電システムの場合、監視制御装置４００は、８０ｋＷの太陽電池１００が３台接続されたパワーコンディショナ３００を２００台監視している。この場合、監視制御装置４００は、６００（＝３×２００）個の直流開閉器２００を監視しなければならない。また、各太陽電池１００は広い敷地内（例えば、２ｋｍ²）に重ならないように並べて配置されており、各パワーコンディショナ３００も当該敷地内に分散して配置されている。通常、直流開閉器２は、太陽電池１の近くでいくつかまとめて集電箱（接続箱）に格納されて配置される。したがって、直流開閉器２００と監視制御装置４００との距離は、２ｋｍ程度になる場合がある。

なお、上記問題は、太陽光発電システムＡ１００の規模が大きい場合に顕著となるが、規模が小さい場合にも生じうる。また、他の発電システムにおいても、上記問題は生じる場合がある。例えば、風力発電システムにおいて、風車で生成された交流電力の周波数や電圧をパワーコンディショナで変換する場合、風車とパワーコンディショナの間に設けられる交流開閉器の開放異常を検出する場合にも、同様の問題が生じる。

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、異常発生を監視する必要がある箇所と接続するための信号線を必要としない異常検出装置を提供することをその目的としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供される異常検出装置は、電源の接続を開閉する開閉器を備えている発電システムにおいて異常が発生したことを検出する異常検出装置であって、所定のセンサによって検出された検出値と所定値とを比較する検出値比較手段と、前記検出値比較手段の比較結果に応じて、前記電源からの入力電圧が所定電圧より小さいか否かを判別し、前記所定電圧以上であると判別した場合に、前記所定電圧より大きい第２の所定電圧より小さいか否かをさらに判別する入力電圧判別手段とを備え、前記入力電圧判別手段によって前記入力電圧が前記所定電圧より小さいと判別された場合に、前記開閉器に開放異常が発生したことを検出し、前記入力電圧判別手段によって前記入力電圧が前記所定電圧以上で前記第２の所定電圧より小さいと判別された場合に、前記電源の異常が発生したことを検出することを特徴とする。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記発電システムには、複数の前記電源と前記開閉器とが備えられており、前記入力電圧判別手段は、前記各電源からの入力電圧をそれぞれ前記所定電圧および前記第２の所定電圧と比較し、前記入力電圧判別手段によって前記入力電圧が前記所定電圧より小さいと判別された電源の接続を開閉する開閉器に開放異常が発生したことを検出し、前記入力電圧判別手段によって前記入力電圧が前記所定電圧以上で前記第２の所定電圧より小さいと判別された電源の異常が発生したことを検出する

本発明の好ましい実施の形態においては、前記発電システムには前記電源から入力される電力を変換する変換装置が備えられており、前記異常検出装置は当該変換装置の内部に備えられている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記発電システムには前記電源から入力される電力を変換する変換装置と、前記変換装置との間で通信を行う監視制御装置とが備えられており、前記異常検出装置は当該監視制御装置に備えられている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電源は太陽電池であり、前記検出値比較手段は、日射計によって検出された日射強度を所定の日射強度と比較し、前記入力電圧判別手段は、前記日射強度が前記所定の日射強度より大きい場合に判別を行う。

本発明の第２の側面によって提供される発電システムは、前記電源と、本発明の第１の側面によって提供される異常検出装置とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、センサの検出値の比較と電源からの入力電圧の比較により異常の発生を検出する。したがって、例えば直流開閉器などの異常発生を監視する必要がある箇所との間を信号線で接続する必要がない。これにより、信号線を流れる信号が劣化することによる誤検出が発生しない。また、信号線の敷設およびメンテナンスのためのコストが必要ない。したがって、異常の誤検出を可及的に抑制し、異常検出のための負担やコストを可及的に削減することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

第１実施形態に係る太陽光発電システムを示すブロック図である。第１実施形態に係るパワーコンディショナの内部構成を示すブロック図である。第１実施形態に係る制御装置の内部構成を示すブロック図である。第１実施形態に係る制御装置が行う異常検出処理を説明するためのフローチャートである。第３実施形態に係る制御装置が行う異常検出処理を説明するためのフローチャートである。第４実施形態に係る太陽光発電システムを示すブロック図である。第４実施形態に係る監視制御装置の内部構成を示すブロック図である。第４実施形態に係る制御部の内部構成を示すブロック図である。第４実施形態に係る制御部が行う異常検出処理を説明するためのフローチャートである。従来の太陽光発電システムを示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、本発明に係る異常検出装置を太陽光発電システムに用いた場合を例として、添付図面を参照して具体的に説明する。

図１は、第１実施形態に係る太陽光発電システムを示すブロック図である。

太陽光発電システムＡは、太陽電池１が出力する直流電力をパワーコンディショナ３で交流電力に変換して電力系統Ｂに出力するものである。同図に示すように、太陽光発電システムＡは、太陽電池１、直流開閉器２、パワーコンディショナ３、監視制御装置４、および、日射計５を備えている。本実施形態において、太陽光発電システムＡは複数のパワーコンディショナ３を備えており、各パワーコンディショナ３には複数の太陽電池１が接続されている。

太陽電池１は、複数の太陽電池セルを直列接続した太陽電池モジュールを有しており、太陽電池セルが太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換して生成した直流電力を出力する。各太陽電池セルは、受ける日射強度に応じた電力を生成する。したがって、太陽電池１から出力される電力は、日射強度が大きい昼間に大きくなり、日射強度が小さい朝や夕方に小さくなる。また、昼間でも、雲などによって太陽が遮られた場合、一時的に日射強度が小さくなって、出力される電力が一時的に小さくなる。

直流開閉器２は、各太陽電池１とパワーコンディショナ３との接続線路上に配置され、各太陽電池１とパワーコンディショナ３との接続を開閉するものである。直流開閉器２は、異常が発生した場合や、パワーコンディショナ３のメンテナンス時などに開放され、太陽電池１からパワーコンディショナ３に入力される電力を遮断する。また、通常時においては閉じられており、太陽電池１が出力した電力は、パワーコンディショナ３に入力される。通常時に直流開閉器２が開放されたままの状態（開放異常）だと、太陽電池１の出力電力がパワーコンディショナ３に入力されず、生成した電力を有効利用できない。これを回避するために、直流開閉器２の開放異常を検出する機能が、後述するパワーコンディショナ３の制御装置３４に備えられている。

日射計５は、日射強度を測定するものであり、測定した日射強度をパワーコンディショナ３に出力する。

パワーコンディショナ３は、直流開閉器２を介して入力される太陽電池１の出力電力（直流電力）を、電力系統Ｂに供給できる電力に変換するものである。パワーコンディショナ３は、入力された直流電力の電圧を昇圧し、交流電圧に変換して、電力系統Ｂに供給する。また、パワーコンディショナ３は、各太陽電池１の出力電力や出力電圧、パワーコンディショナ３の出力電力や力率、出力電圧の周波数などのデータを監視制御装置４に定期的に送信している。また、パワーコンディショナ３は、異常を検出する機能を有し、異常を検出したことを示す信号（以下では、「異常検出信号」とする。）を監視制御装置４に送信する。

図２は、パワーコンディショナ３の内部構成を示すブロック図である。

パワーコンディショナ３は、昇圧コンバータ３１、インバータ３２、電圧センサ３３、および、制御装置３４を備えている。各太陽電池１とパワーコンディショナ３との接続線路は、パワーコンディショナ３内部のインバータ３２の入力端ａ（以下では、「接続点ａ」とする場合がある）ですべて接続されており、各接続線路の接続点ａの前段に昇圧コンバータ３１がそれぞれ配置されている。なお、パワーコンディショナ３は、電圧センサ３３以外のセンサや開放異常以外の異常を検出するための構成も備えているが、図示および説明を省略している。

昇圧コンバータ３１は、太陽電池１から入力される直流電圧を昇圧するものである。昇圧コンバータ３１は、制御装置３４から入力される制御信号によって制御される。昇圧コンバータ３１にはダイオードが含まれており、当該ダイオードは接続線路の下流側から上流側に電流が流れることを阻止する。昇圧コンバータ３１の詳細な説明は省略する。

インバータ３２は、昇圧コンバータ３１から入力される直流電力を電力系統Ｂに供給できる交流電力に変換するものである。具体的には、インバータ３２は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路（図示しない）、および、スイッチングノイズを除去するローパスフィルタなどを備えている。インバータ回路は、制御装置３４から入力される制御信号によって制御される。インバータ３２の詳細な説明は省略する。なお、インバータ３２は１つの場合に限られない。例えば、各昇圧コンバータ３１と接続点ａとの間にそれぞれインバータ３２を配置するようにしてもよい。

電圧センサ３３は、直流開閉器２と昇圧コンバータ３１との間で接続線路に接続されており、直流開閉器２を介して太陽電池１から入力される入力電圧（すなわち、太陽電池１の出力電圧）を検出するものである。電圧センサ３３は、検出した入力電圧の電圧値を制御装置３４に出力する。

制御装置３４は、パワーコンディショナ３を制御するものであり、昇圧コンバータ３１およびインバータ３２を制御するための信号を生成してそれぞれに出力する。また、制御装置３４は、過電圧などの異常を検出した場合、昇圧コンバータ３１およびインバータ３２に停止させるための信号を出力する。制御装置３４と監視制御装置４とは通信線で接続されており、相互に通信を行っている。制御装置３４は、図示しないセンサにより検出したデータや検出したデータから算出されたデータ（各太陽電池１の出力電力や出力電圧、パワーコンディショナ３の出力電力や力率、出力電圧の周波数など）を定期的に監視制御装置４に送信し、異常を検出した場合に異常検出信号を送信する。また、制御装置３４は、監視制御装置４から受信した制御命令に応じて制御を行う。なお、制御装置３４と監視制御装置４との通信は、有線通信に限定されず、無線通信であってもよい。

また、本実施形態においては、制御装置３４は、日射計５から入力される日射強度および各電圧センサ３３から入力される電圧値に基づいて開放異常を検出し、異常検出信号を監視制御装置４に送信する。すなわち、本実施形態においては、制御装置３４が本発明の「異常検出装置」に相当する。

図３は、制御装置３４の内部構成を示すブロック図である。

制御装置３４は、日射強度比較部３４１および入力電圧比較部３４２を備えている。なお、同図においては、開放異常を検出するための構成のみを記載しており、その他の構成（昇圧コンバータ３１およびインバータ３２に出力する制御信号の生成のための構成や、開放異常以外の異常を検出するための構成など）については、記載を省略している。

日射強度比較部３４１は、日射計５から入力される日射強度ＩＲＲを所定の日射強度ＩＲＲ₀と比較するものである。日射強度比較部３４１は、日射強度ＩＲＲが所定の日射強度ＩＲＲ₀より大きい場合、入力電圧比較部３４２に電圧の比較を行なわせる命令信号を出力する。

入力電圧比較部３４２は、各電圧センサ３３から入力される電圧値Ｖ_i（ｉ＝１，２，…，ｎなお、パワーコンディショナ３に接続されている太陽電池１の数をｎとする）を所定の電圧値Ｖ₀と比較するものである。入力電圧比較部３４２は、日射強度比較部３４１から命令信号が入力されると、電圧値Ｖ_iを順に所定の電圧値Ｖ₀と比較する。電圧値Ｖ_iが所定の電圧値Ｖ₀より小さい場合、入力電圧比較部３４２は、当該電圧値Ｖ_iに対応する直流開閉器２（すなわち、当該電圧値Ｖ_iが検出された電圧センサ３３が接続されている接続線路に配置されている直流開閉器２）が開放異常であると判断し、異常検出信号を監視制御装置４に送信する。異常検出信号は、例えば、開放異常であることを示す情報と開放異常であると判断された直流開閉器２を示す情報（各直流開閉器２を識別する番号など）を含んでいる。

日射強度が一定の日射強度を超えた場合、太陽電池１は電力を生成しているので、太陽電池１には電圧が発生する。しかし、直流開閉器２が開放異常の場合、太陽電池１とパワーコンディショナ３との接続が遮断されているので、直流開閉器２と昇圧コンバータ３１との間の接続線路の電圧は「０」になる。これを利用して、制御装置３４は開放異常の判断を行なう。すなわち、日射計５により検出された日射強度ＩＲＲが所定の日射強度ＩＲＲ₀を超えたにもかかわらず、直流開閉器２と昇圧コンバータ３１との間に接続された電圧センサ３３の検出値が所定の電圧値Ｖ₀より小さい場合に、当該直流開閉器２が開放状態であると判断する。

所定の日射強度ＩＲＲ₀および所定の電圧値Ｖ₀は、あらかじめ設定される。ＩＲＲ₀として小さい値を設定した場合、太陽電池１から入力される電圧が小さい場合もあるので、所定の電圧値Ｖ₀も小さい値を設定する必要がある。しかし、電圧センサ３３が検出する電圧値には誤差があるので、Ｖ₀を小さくしすぎると、開放異常を検出できない場合が生じる。一方、ＩＲＲ₀として大きい値を設定した場合、太陽電池１から入力される電圧はある程度大きいので、Ｖ₀も大きい値を設定することができる。しかし、Ｖ₀を大きくしすぎると開放異常を誤検出する可能性が高くなる。したがって、ＩＲＲ₀をある程度大きな値として設定し、Ｖ₀を電圧センサ３３の検出誤差の最大値とするのがよい。

図４は、制御装置３４が行う異常検出処理を説明するためのフローチャートである。当該処理は、所定のタイミングで実施される。

まず、日射計５により測定された日射強度ＩＲＲが取得され（Ｓ１）、日射強度ＩＲＲが所定の日射強度ＩＲＲ₀より大きいか否かが判別される（Ｓ２）。ＩＲＲがＩＲＲ₀以下の場合（Ｓ２：ＮＯ）、太陽電池１が生成する電力が小さく、太陽電池１に発生する電圧が開放異常を検出できるレベルに達していないので、異常検出処理は終了される。

一方、ＩＲＲがＩＲＲ₀より大きい場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、変数ｉが「１」に初期化される（Ｓ３）。変数ｉは、直流開閉器２を特定するための変数であり、本実施形態では太陽電池１および直流開閉器２の数を「ｎ」としているので、「１」から「ｎ」までの整数値となる。ｉ番目の直流開閉器２に対応する電圧センサ３３が検出する電圧値をＶ_iとする。次に、電圧値Ｖ_iが取得され（Ｓ４）、電圧値Ｖ_iが所定の電圧値Ｖ₀より小さいか否かが判別される（Ｓ５）。

Ｖ_iがＶ₀より小さい場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、対応するｉ番目の直流開閉器２が開放異常であると判断され、異常検出信号が監視制御装置４に送信される（Ｓ６）。一方、Ｖ_iがＶ₀以上の場合（Ｓ５：ＮＯ）、異常検出信号は送信されない。次に、変数ｉが「１」増加されて（Ｓ７）、変数ｉが「ｎ」より大きいか否かが判別される（Ｓ８）。変数ｉが「ｎ」以下の場合（Ｓ８：ＮＯ）、ステップＳ４に戻り、変数ｉが「ｎ」より大きい場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、異常検出処理は終了される。すなわち、ｎ台の直流開閉器２について順に、対応する電圧値Ｖ_iを所定の電圧値Ｖ₀と比較する。

なお、制御装置３４は、アナログ回路として実現してもよいし、デジタル回路として実現してもよい。また、各部が行う処理をプログラムで設計し、当該プログラムを実行させることでコンピュータを制御装置３４として機能させてもよい。また、当該プログラムを記録媒体に記録しておき、コンピュータに読み取らせるようにしてもよい。

なお、パワーコンディショナ３の構成は上記に限られない。電圧センサ３３が、接続点ａの電圧に関係なく、太陽電池１から入力される電圧を検出することができる構成であればよい。例えば、各接続線路上に設けられている内部開閉器（図示しない）の上流側に電圧センサ３３を設け、当該内部開閉器が開放しているときに電圧を検出するようにしてもよい。

図１に戻って、監視制御装置４は、各パワーコンディショナ３を集中管理するものである。監視制御装置４は、各パワーコンディショナ３の制御装置３４と通信線で接続されており、相互に通信を行っている。監視制御装置４は、各制御装置３４から受信した各種データを図示しない表示装置に表示したり、図示しない記憶装置に蓄積したり、図示しない演算装置によって分析を行う。また、監視制御装置４は、制御装置３４から異常検出信号を受信した場合、表示装置に異常の内容と異常個所を表示する。この場合、状況に応じて、該当する制御装置３４やすべての制御装置３４に停止命令を送信して、運転を停止させる場合がある。また、監視制御装置４は、発電状況や電力の需要に応じて、各制御装置３４に制御命令を送信して制御を行う。

監視制御装置４は、制御装置３４から開放異常の異常検出信号を受信した場合、表示装置に開放異常である旨と対応する直流開閉器２の識別番号や設置位置を表示する。これにより、開放異常がある直流開閉器２を容易に確定することができる。

本実施形態においては、日射計５によって測定された日射強度ＩＲＲが所定の日射強度ＩＲＲ₀より大きい場合に、各電圧センサ３３によって検出された電圧値Ｖ_iと所定の電圧値Ｖ₀とが順に比較される。そして、電圧値Ｖ_iが所定の電圧値Ｖ₀より小さい場合に、対応するｉ番目の直流開閉器２が開放異常であると判断され、異常検出信号が監視制御装置４に送信される。したがって、監視制御装置４は、開放異常を適切に検出することができる。開放異常の判断は、日射強度ＩＲＲと各電圧値Ｖ_iとに基づいて行われる。したがって、各直流開閉器２を監視制御装置４に信号線で接続する必要がない。したがって、信号線を流れる信号が劣化することによる誤検出は発生せず、信号線の敷設およびメンテナンスのためのコストも必要ない。これにより、異常の誤検出を可及的に抑制し、異常検出のための負担やコストを可及的に削減することができる。

上記第１実施形態では、所定の電圧値Ｖ₀を固定値とした場合について説明したが、これに限られない。例えば、各太陽電池１が有する太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの直列数が互いに異なる場合などには、同じ日射強度であっても太陽電池１によって出力電圧が異なってくる。この場合、所定の電圧値Ｖ₀を、太陽電池１によって異なるようにしてもよい。この場合、太陽電池１ごとに設定された所定の電圧値Ｖ₀をメモリに記録しておき、電圧センサ３３が検出した電圧値Ｖ_iを取得するとき（図４ステップＳ４参照）に、対応する所定の電圧値Ｖ₀をメモリから読み出すようにすればよい。

上記第１実施形態では、開放異常を検出する場合について説明したが、これに限られない。例えば、太陽電池１の異常を検出するようにしてもよい。以下では、太陽電池１の異常を検出する場合を第２実施形態として説明する。

太陽電池１に異常がある場合、太陽電池１が出力する電圧が本来出力すべき電圧より低くなる場合がある。したがって、開放異常検出のための所定の電圧値Ｖ₀より大きい所定の電圧値Ｖ₀’を設定しておき、電圧センサ３３が検出する電圧値Ｖ_iを所定の電圧値Ｖ₀’と比較することで、太陽電池１の異常（以下では、「電源異常」とする）を検出するようにしてもよい。例えば、日射強度ＩＲＲが所定の日射強度ＩＲＲ₀より大きい場合に出力電圧が１００Ｖになる太陽電池１であれば、所定の電圧値Ｖ₀’を５０Ｖに設定し、電圧値Ｖ_iがこれより小さい場合に太陽電池１に異常が発生していると推測される。この場合に電源異常の異常検出信号を監視制御装置４に送信するようにしてもよい。

第２実施形態に係る太陽光発電システム、パワーコンディショナ、および制御装置の構成は、第１実施形態に係る太陽光発電システムＡ、パワーコンディショナ３、および制御装置３４と共通する（図１〜３参照）。制御装置３４の入力電圧比較部３４２で電圧値Ｖ_iと比較される電圧値が所定の電圧値Ｖ₀’である点のみが、第１実施形態の場合と異なる。また、制御装置３４で行われる異常検出処理も、第１実施形態に係る異常検出処理（図４のフローチャート参照）において、ステップＳ５が電圧値Ｖ₀’と比較する点が異なるだけである。したがって、詳細な説明を省略する。

第２実施形態において、制御装置３４は、日射強度ＩＲＲと各電圧値Ｖ_iとに基づいて、電源異常の判断を行なう。したがって、監視制御装置４は、パワーコンディショナ３の運転中に、電源異常を適切に検出することができる。

また、電圧値Ｖ_iを所定の電圧値Ｖ₀と比較することで開放異常を検出し、開放異常が検出されない場合に電圧値Ｖ_iを所定の電圧値Ｖ₀’と比較することで、電源異常を検出するようにしてもよい。この場合を第３実施形態として、以下に説明する。

第３実施形態に係る太陽光発電システム、パワーコンディショナ、および制御装置の構成は、第１実施形態に係る太陽光発電システムＡ、パワーコンディショナ３、および制御装置３４と共通する（図１〜３参照）。制御装置３４の入力電圧比較部３４２が、電圧値Ｖ_iを所定の電圧値Ｖ₀と比較して開放異常であると判断しなかった場合に、電圧値Ｖ_iを所定の電圧値Ｖ₀’と比較して電源異常であるかを判断する点のみが、第１実施形態の場合と異なる。

図５は、第３実施形態に係る制御装置３４が行う異常検出処理を説明するためのフローチャートである。

同図に示すフローチャートは、図４に示す第１実施形態に係る異常検出処理のフローチャートにおいて、ステップＳ１７およびＳ１８を追加したものである。図５のステップＳ１１〜Ｓ１６，Ｓ１９およびＳ２０は、それぞれ図４のステップＳ１〜Ｓ６，Ｓ７およびＳ８と同一なので、これらの説明は省略する。なお、ステップＳ１６は、電源異常検出信号と区別するために、開放異常検出信号としている。

ステップＳ１５において、Ｖ_iがＶ₀以上の場合（Ｓ１５：ＮＯ）、電圧値Ｖ_iが所定の電圧値Ｖ₀’より小さいか否かが判別される（Ｓ１７）。Ｖ_iがＶ₀’より小さい場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、対応するｉ番目の太陽電池１が電源異常であると判断され、電源異常検出信号が監視制御装置４に送信される。一方、Ｖ_iがＶ₀’以上の場合（Ｓ１７：ＮＯ）、異常検出信号は送信されない。

第３実施形態において、監視制御装置４は、開放異常および電源異常をそれぞれ適切に検出することができる。開放異常および電源異常の判断は、日射強度ＩＲＲと各電圧値Ｖ_iとに基づいて行われる。したがって、各直流開閉器２と監視制御装置４との間に信号線を設ける必要がないので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第２実施形態と同様の効果も奏することができる。

上記第１ないし第３実施形態では、パワーコンディショナ３の制御装置３４が異常検出装置として機能する場合について説明したが、これに限られない。パワーコンディショナ３内に制御装置３４とは別に異常検出装置を設けるようにしてもよいし、パワーコンディショナ３の外部に異常検出装置を設けるようにしてもよい。また、監視制御装置４やその内部にある制御部を異常検出装置として機能させるようにしてもよい。以下では、監視制御装置４の制御部を異常検出装置として機能させる場合を第４実施形態として説明する。

図６は、第４実施形態に係る太陽光発電システムを示すブロック図である。なお、同図において、上記第１実施形態に係る太陽光発電システムＡ（図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。

同図に示す太陽光発電システムＡ’は、パワーコンディショナ３’および監視制御装置４’の内部構成が異なる点と、日射計５が監視制御装置４’に接続されている点とで、図１に示す太陽光発電システムＡとは異なる。第４実施形態においては、パワーコンディショナ３’の制御装置３４に開放異常を検出する構成が含まれておらず、代わりに、監視制御装置４’に開放異常を検出する構成が含まれている。その他の構成および機能は、第１実施形態に係るパワーコンディショナ３および監視制御装置４とそれぞれ共通するので、説明を省略する。

パワーコンディショナ３’の制御装置３４は、各電圧センサ３３から入力される各電圧値Ｖ_iを、通信線を介して監視制御装置４’に送信している。なお、パワーコンディショナ３’の内部構成を示す図は省略する。

図７は、監視制御装置４’の内部構成を示すブロック図である。

監視制御装置４’は、制御部４１および報知部４２を備えている。なお、同図において、監視制御装置４’のその他の構成については記載を省略している。

制御部４１は、監視制御装置４’の制御を行うものである。また、本実施形態においては、制御部４１は、日射計５から入力される日射強度および各パワーコンディショナ３’から入力される各電圧値に基づいて開放異常を検出する。すなわち、本実施形態においては、制御部４１が本発明の「異常検出装置」に相当する。

図８は、制御部４１の内部構成を示すブロック図である。

制御部４１は、日射強度比較部４１１および入力電圧比較部４１２を備えている。なお、同図においては、開放異常を検出するための構成のみを記載しており、その他の構成（受信した各種データの管理や各パワーコンディショナ３’に対する制御のための構成など）については、記載を省略している。

日射強度比較部４１１は、日射計５から入力される日射強度ＩＲＲを所定の日射強度ＩＲＲ₀と比較するものである。日射強度比較部４４１は、日射強度ＩＲＲが所定の日射強度ＩＲＲ₀より大きい場合、入力電圧比較部４１２に電圧の比較を行なわせる命令信号を出力する。

入力電圧比較部４１２は、各パワーコンディショナ３’から入力される各電圧値を所定の電圧値Ｖ₀と比較するものである。太陽光発電システムＡ’が備えているパワーコンディショナ３’の数をｍとし、各パワーコンディショナ３’に接続されている太陽電池１の数をｎとすると、入力電圧比較部４１２には、（ｍ×ｎ）個の電圧値Ｖ_ji（ｊ＝１，２，…，ｍ、ｉ＝１，２，…，ｎ）が入力される。電圧値Ｖ_jiは、ｊ番目のパワーコンディショナ３’から送信される、ｉ番目の電圧センサ３３が検出した電圧値である。入力電圧比較部４１２は、日射強度比較部４１１から命令信号が入力されると、電圧値Ｖ_jiを順に所定の電圧値Ｖ₀と比較する。電圧値Ｖ_jiが所定の電圧値Ｖ₀より小さい場合、入力電圧比較部４１２は、当該電圧値Ｖ_jiに対応する直流開閉器２（すなわち、当該電圧値Ｖ_jiが検出された電圧センサ３３が接続されている接続線路に配置されている直流開閉器２）が開放異常であると判断し、異常検出信号を報知部４２に送信する。異常検出信号は、例えば、開放異常であることを示す情報と開放異常であると判断された直流開閉器２を示す情報（各直流開閉器２を識別する番号など）を含んでいる。

図９は、制御部４１が行う異常検出処理を説明するためのフローチャートである。当該処理は、所定のタイミングで実施される。

まず、日射計５により測定された日射強度ＩＲＲが取得され（Ｓ２１）、日射強度ＩＲＲが所定の日射強度ＩＲＲ₀より大きいか否かが判別される（Ｓ２２）。ＩＲＲがＩＲＲ₀以下の場合（Ｓ２２：ＮＯ）、太陽電池１が生成する電力が小さく、太陽電池１に発生する電圧が開放異常を検出できるレベルに達していないので、異常検出処理は終了される。

一方、ＩＲＲがＩＲＲ₀より大きい場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、変数ｉおよび変数ｊが「１」に初期化される（Ｓ２３）。変数ｉおよび変数ｊは、直流開閉器２を特定するための変数である。本実施形態では、太陽光発電システムＡ’が備えているパワーコンディショナ３’の数を「ｍ」としているので、変数ｊは「１」から「ｍ」までの整数値となる。また、各パワーコンディショナ３’が備えている太陽電池１および直流開閉器２の数を「ｎ」としているので、変数ｉは「１」から「ｎ」までの整数値となる。次に、電圧値Ｖ_jiが取得され（Ｓ２４）、電圧値Ｖ_jiが所定の電圧値Ｖ₀より小さいか否かが判別される（Ｓ２５）。

Ｖ_jiがＶ₀より小さい場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ｊ番目のパワーコンディショナ３’のｉ番目の直流開閉器２が開放異常であると判断され、異常検出信号が報知部４２に出力される（Ｓ２６）。一方、Ｖ_jiがＶ₀以上の場合（Ｓ２５：ＮＯ）、異常検出信号は送信されない。次に、変数ｉが「１」増加されて（Ｓ２７）、変数ｉが「ｎ」より大きいか否かが判別される（Ｓ２８）。変数ｉが「ｎ」以下の場合（Ｓ２８：ＮＯ）、ステップＳ２４に戻り、変数ｉが「ｎ」より大きい場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、変数ｊが「１」増加されて（Ｓ２９）、変数ｊが「ｍ」より大きいか否かが判別される（Ｓ３０）。変数ｊが「ｍ」以下の場合（Ｓ３０：ＮＯ）、ステップＳ２４に戻り、変数ｊが「ｍ」より大きい場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、異常検出処理は終了される。すなわち、（ｍ×ｎ）台の直流開閉器２について順に、対応する電圧値Ｖ_jiを所定の電圧値Ｖ₀と比較する。

報知部４２は、異常が検出されたことを報知するものである。報知部４２は、入力電圧比較部４１２から異常検出信号を入力された場合、図示しない表示装置に開放異常である旨と対応する直流開閉器２の識別番号や設置位置を表示する。これにより、開放異常がある直流開閉器２を容易に確定することができる。

第４実施形態においても、監視制御装置４’は、開放異常を適切に検出することができる。開放異常の判断は、日射強度ＩＲＲと各電圧値Ｖ_jiとに基づいて行われる。したがって、各直流開閉器２と監視制御装置４’との間に信号線を設ける必要がない。したがって、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、第４実施形態において、第２および第３実施形態と同様に、電源異常を検出するようにしてもよい。

上記第１ないし第４実施形態においては、複数の太陽電池１が接続されたパワーコンディショナ３を複数備えている場合について説明したが、これに限られない。例えば、パワーコンディショナ３に接続されている太陽電池１が１台だけであってもよいし、各パワーコンディショナ３に接続されている太陽電池１の数が、パワーコンディショナ３によって異なっていてもよい。また、パワーコンディショナ３が１台だけであってもよい。本発明は、太陽光発電システムの規模が大きい場合、より有効であるが、規模が小さい場合でも有効である。

上記第１ないし第４実施形態においては、本発明を太陽光発電システムに用いる場合について説明したが、これに限られない。本発明は、風力発電システムなどの他の発電システムにおいても、用いることができる。例えば、風力発電システムに用いる場合、日射計５に代えて風速計を用いて、風速が所定の風速を超えたか否かを判断すればよい。この場合、パワーコンディショナ３，３’は入力された交流電力を安定した交流電力に制御するものとなり、直流開閉器２は交流開閉器となる。また、交流電力を直流電力に変換して、パワーコンディショナ３，３’に入力するようにしてもよい。また、水車などの水力発電システムの場合、日射計５に代えて流量計を用いて、水流の流量が所定の流量を超えたか否かを判断すればよい。同様に、太陽熱発電システムや、地熱発電システム、波力発電システム、潮力発電システムなどにも、本発明を用いることができる。また、自然エネルギーによる発電システムに限定されず、燃料電池による発電システムやディーゼル発電システムにおいても、本発明を適用することができる。例えば、各電源が起動していることをセンサの検出値によって判断し、起動しているにもかかわらず入力電圧が所定の電圧値より小さければその電源または開閉器に異常があると判断できる。

本発明に係る異常検出装置および発電システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る異常検出装置および発電システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ，Ａ’ 太陽光発電システム
１太陽電池
２直流開閉器
３、３’ パワーコンディショナ（変換装置）
３１昇圧コンバータ
３２インバータ
３３電圧センサ
３４制御装置（異常検出装置）
３４１日射強度比較部（検出値比較手段）
３４２入力電圧比較部（入力電圧判別手段）
４、４’ 監視制御装置
４１制御部（異常検出装置）
４１１日射強度比較部（検出値比較手段）
４１２入力電圧比較部（入力電圧判別手段）
４２報知部
５日射計
Ｂ電力系統

Claims

電源の接続を開閉する開閉器を備えている発電システムにおいて異常が発生したことを検出する異常検出装置であって、
所定のセンサによって検出された検出値と所定値とを比較する検出値比較手段と、
前記検出値比較手段の比較結果に応じて、前記電源からの入力電圧が所定電圧より小さいか否かを判別し、前記所定電圧以上であると判別した場合に、前記所定電圧より大きい第２の所定電圧より小さいか否かをさらに判別する入力電圧判別手段と、
を備え、
前記入力電圧判別手段によって前記入力電圧が前記所定電圧より小さいと判別された場合に、前記開閉器に開放異常が発生したことを検出し、
前記入力電圧判別手段によって前記入力電圧が前記所定電圧以上で前記第２の所定電圧より小さいと判別された場合に、前記電源の異常が発生したことを検出する、
ことを特徴とする異常検出装置。
前記発電システムには、複数の前記電源と前記開閉器とが備えられており、
前記入力電圧判別手段は、前記各電源からの入力電圧をそれぞれ前記所定電圧および前記第２の所定電圧と比較し、
前記入力電圧判別手段によって前記入力電圧が前記所定電圧より小さいと判別された電源の接続を開閉する開閉器に開放異常が発生したことを検出し、
前記入力電圧判別手段によって前記入力電圧が前記所定電圧以上で前記第２の所定電圧より小さいと判別された電源の異常が発生したことを検出する、
請求項１に記載の異常検出装置。
前記発電システムには前記電源から入力される電力を変換する変換装置が備えられており、
当該変換装置の内部に備えられている、
請求項１または２に記載の異常検出装置。
前記発電システムには前記電源から入力される電力を変換する変換装置と、前記変換装置との間で通信を行う監視制御装置とが備えられており、
当該監視制御装置に備えられている、
請求項１または２に記載の異常検出装置。
前記電源は太陽電池であり、
前記検出値比較手段は、日射計によって検出された日射強度を所定の日射強度と比較し、
前記入力電圧判別手段は、前記日射強度が前記所定の日射強度より大きい場合に判別を行う、
請求項１ないし４のいずれかに記載の異常検出装置。
前記電源と、請求項１ないし５のいずれかに記載の異常検出装置とを備えていることを特徴とする、発電システム。