JP6103095B1 - アーク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】逆流防止ダイオードが存在しても並列アークを検出できるようにする。【解決手段】アーク検出装置は、少なくとも逆流防止ダイオード（１６ａ，１６ｂ）を含む回路と並列接続されたコンデンサ（２５ａ，２５ｂ）と、コンデンサ（２５ａ，２５ｂ）に流れる電流との少なくとも一方を計測する電流センサ（３１ａ）と、電流センサ（３１ａ）が計測した電流の高周波成分に基づきアークを検出する第１アーク検出部とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源システムに適用されるアーク検出装置に関する。

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に記載の構成では、太陽電池（光電発電機）にて発電された電力が、ＤＣ電力線を介してインバータに供給されている。ＤＣ電力線には電流センサが設けられ、この電流センサが計測する電流に基づいて、アークの発生の有無を検出するようになっている。

一方、複数の太陽電池ストリングを備えた太陽光発電システムでは、それら複数の太陽電池ストリングは、図１０および図１１に示すように、接続箱１１２にて並列に接続され、接続箱１１２を介してＰＣＳ１１３と接続されている。各太陽電池ストリング１１１ａ，１１１ｂは、同数の太陽電池モジュール１１５を備え、接続箱１１２では、太陽電池ストリング１１１ａ，１１１ｂ毎に設けられた逆流防止ダイオード１１６ａ，１１６ｂが太陽電池ストリング１１１ａ，１１１ｂと直列に接続されている。

図１０に示す構成では、電流センサ１１４は、接続箱１１２とＰＣＳ１１３との間の電力線路に設けられている。この場合、電流センサ１１４は、一つのみ設けられる。図１１に示す構成では、電流センサ１１４は、接続箱１１２と太陽電池ストリング１１１ａ，１１１ｂとの間に設けられている。この場合、電流センサ１１４は、太陽電池ストリング１１１ａ，１１１ｂ毎に設けられる。

逆流防止ダイオード１１６ａ，１１６ｂは、逆流防止ダイオード１１６ａ，１１６ｂが接続されている太陽電池ストリングへの他の太陽電池ストリングからの電流の流れ込みを防止している。すなわち、太陽電池ストリング１１１ａ，１１１ｂは接続箱１１２にて並列に接続されているので、例えば太陽電池ストリング１１１ａの出力電圧が低下した場合、逆流防止ダイオード１１６ａが無ければ、太陽電池ストリング１１１ｂから太陽電池ストリング１１１ａへ電流が流れ込む。一方、逆流防止ダイオード１１６ａが有れば、このような事態を防止することができる。

特表２０１４−５０９３９６号公報（２０１４年４月７日公開）

ところが、上記従来の例えば図１０に示す構成では、例えば太陽電池ストリング１１１ａにおいて、並列アーク１２１が発生し、太陽電池ストリング１１１ａの出力電圧が太陽電池ストリング１１１ｂの出力電圧よりも低下すると、逆流防止ダイオード１１６ａは逆バイアスの状態となる。このため、太陽電池ストリング１１１ａにて発生した並列アークの交流電流は、逆流防止ダイオード１１６ａによって阻止される。この結果、電流センサ１１４は、並列アークの交流電流を計測することができず、アーク検出装置は、太陽電池ストリング１１１ａにて発生した並列アークを検出することができない。このような問題点は、図１１に示した構成においても同様である。

したがって、本発明は、直流電源システムである、例えば複数の太陽電池ストリングが並列接続され、太陽電池ストリング毎に逆流防止ダイオードが設けられている太陽光発電システムにおいて、いずれかの太陽電池ストリングにて発生した並列アークを高精度に検出することができるアーク検出装置の提供を目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明のアーク検出装置は、発電または充放電する第１直流電源と、発電または充放電する第２直流電源と、前記第１直流電源および前記第２直流電源の出力電力を消費または変換する負荷装置と、前記第１直流電源と前記負荷装置を接続する一対の第１電力線と、前記第２直流電源と一対の前記第１電力線とを接続する一対の第２電力線と、前記一対の第１電力線と前記一対の第２電力線とが接続される分岐点のいずれかと前記第１直流電源との間に設けられ、前記第１直流電源により供給された電流が流れる方向とは逆方向に電流が流れることを防ぐ第１逆流防止素子と、前記一対の第２電力線のいずれかに設けられ、前記第２直流電源により供給された電流が流れる方向とは逆方向に電流が流れることを防ぐ第２逆流防止素子と、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、前記第１逆流防止素子に並列接続されることにより、または前記第１逆流防止素子と前記負荷装置との直列接続回路に並列接続されることにより、第１バイパス電流経路を形成する第１コンデンサと、前記第１コンデンサに流れる電流が流れうる電流経路において電流を計測する第１電流計測部と、前記第１電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークを検出する第１アーク検出部と、を有する構成である。

上記の構成によれば、アーク検出装置は、第１直流電源により供給された電流が流れる方向とは逆方向に電流が流れることを防ぐ第１逆流防止素子、および第２直流電源により供給された電流が流れる方向とは逆方向に電流が流れることを防ぐ第２逆流防止素子を備えている。また、アーク検出装置は、第１逆流防止素子に並列接続されることにより、または第１逆流防止素子と負荷装置との直列接続回路に並列接続されることにより、第１バイパス電流経路を形成する第１コンデンサを備えている。さらに、アーク検出装置は、第１コンデンサに流れる電流が流れうる電流経路において電流を計測する第１電流計測部、および第１電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークを検出する第１アーク検出部を備えている。

したがって、第１直流電源において並列アークが発生し、第１直流電源の出力電圧が第２直流電源の出力電圧よりも低下して、第１逆流防止素子が逆バイアスの状態となったとしても、第１直流電源において発生した並列アークの交流電流は、第１コンデンサを介して流れる。これにより、第１電流計測部は、第１直流電源において発生した並列アークの交流電流を計測でき、アーク検出装置は、第１直流電源において発生した並列アークを検出することができる。

上記のアーク検出装置において、前記第１コンデンサは前記第１逆流防止素子に並列接続された構成としてもよい。

上記の構成によれば、同様に、第１直流電源において並列アークが発生し、第１直流電源の出力電圧が第２直流電源の出力電圧よりも低下して、第１逆流防止素子が逆バイアスの状態となったとしても、第１直流電源において発生した並列アークの交流電流は、第１コンデンサを介して流れる。これにより、第１電流計測部は、第１直流電源において発生した並列アークの交流電流を計測でき、アーク検出装置は、第１直流電源において発生した並列アークを検出することができる。

上記のアーク検出装置は、前記第２逆流防止素子に並列接続されることにより、または前記第２逆流防止素子と前記負荷装置との直列接続回路に並列接続されることにより、第２バイパス電流経路を形成する第２コンデンサをさらに備える構成としてもよい。

上記の構成によれば、アーク検出装置は、第２逆流防止素子に並列接続されることにより、または第２逆流防止素子と負荷装置との直列接続回路に並列接続されることにより、第２バイパス電流経路を形成する第２コンデンサをさらに備える。

したがって、第２直流電源において並列アークが発生し、第２直流電源の出力電圧が第１直流電源の出力電圧よりも低下して、第２逆流防止素子が逆バイアスの状態となったとしても、第２直流電源において発生した並列アークの交流電流は、第２コンデンサを介して流れることができる。

上記のアーク検出装置において、前記第２コンデンサは前記第２逆流防止素子に並列接続された構成としてもよい。

上記の構成によれば、同様に、第２直流電源において並列アークが発生し、第２直流電源の出力電圧が第１直流電源の出力電圧よりも低下して、第２逆流防止素子が逆バイアスの状態となったとしても、第２直流電源において発生した並列アークの交流電流は、第２コンデンサを介して流れることができる。

上記のアーク検出装置において、前記第１電流計測部は、前記第１コンデンサに流れる電流および前記第２コンデンサに流れる電流が流れうる電流経路において電流を計測する構成としてもよい。

上記の構成によれば、第１電流計測部は、第１コンデンサに流れる電流および第２コンデンサに流れる電流が流れうる電流経路において電流を計測するので、第１直流電源または第２直流電源において発生した並列アークを、単一の第１電流計測部を備えた簡素な構成により、検出することができる。

上記のアーク検出装置は、前記第２バイパス電流経路において電流を計測する第２電流計測部と、前記第２電流計測部により計測された電流に基づきアークを検出する第２アーク検出部と、をさらに備え、前記第１電流計測部は前記第１バイパス電流経路において電流を計測する構成としてもよい。

上記の構成によれば、第２電流計測部は、第２バイパス電流経路において電流を計測し、第２アーク検出部は、第２電流計測部により計測された電流に基づきアークを検出する。同様に、第１電流計測部は第１バイパス電流経路において電流を計測し、第１アーク検出部は、第１電流計測部により計測された電流に基づきアークを検出する。

したがって、第１電流計測部および第２電流計測部には、直流の大電流は流れず、アークによる微弱な交流電流のみが流れる。これにより、第１電流計測部および第２電流計測部は、定格電流が小さいものを使用でき、良好なＳ／Ｎにてアークの電流を計測することができる。

上記のアーク検出装置は、前記第２コンデンサに流れる電流が流れうる電流経路において電流を計測する第２電流計測部と、前記第２電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークを検出する第２アーク検出部と、をさらに備え、前記第１コンデンサは前記第１逆流防止素子と前記負荷装置との直列接続回路に並列接続され、前記第２コンデンサは前記第２逆流防止素子と前記負荷装置との直列接続回路に並列接続され、前記第１電流計測部は、前記第１コンデンサに流れる電流を計測する構成としてもよい。

上記の構成によれば、第１コンデンサは第１逆流防止素子と負荷装置との直列接続回路に並列接続され、第２コンデンサは第２逆流防止素子と負荷装置との直列接続回路に並列接続され、第１電流計測部は、第１コンデンサに流れる電流を計測し、第２電流計測部は、第２コンデンサに流れる電流が流れうる電流経路において電流を計測し、第２アーク検出部は、第２電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークを検出する。

これにより、第１逆流防止素子が逆バイアスの状態となった場合であっても、また、第２逆流防止素子が逆バイアスの状態となった場合であっても、第１電流計測部は、第１直流電源において発生した並列アークの交流電流を計測でき、また、第２電流計測部は、第２直流電源において発生した並列アークの交流電流を計測できる。これにより、第１直流電源および第２直流電源のそれぞれにおいて発生した並列アークを検出することができる。

上記のアーク検出装置において、前記第１アーク検出部と前記第２アーク検出部とは、これら両アーク検出部の機能を兼ねる単一のアーク検出部からなる構成としてもよい。

上記の構成によれば、アーク判定部の数を削減することができる。

本発明の電力変換装置は、前記負荷装置と、前記第１逆流防止素子と、前記第２逆流防止素子と、上記のいずれかのアーク検出装置と、を備え、前記負荷装置は、第１直流電源および第２直流電源の出力電力を変換する、構成である。

上記の構成によれば、電力変換装置は、上記のいずれかのアーク検出装置の作用効果を奏する構成とすることができる。

本発明の構成によれば、直流電源システムである、例えば複数の太陽電池ストリングが並列接続され、太陽電池ストリング毎に逆流防止ダイオードが設けられている太陽光発電システムにおいて、いずれかの太陽電池ストリングにて発生した並列アークを高精度に検出することができる。

本発明の実施形態の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３の（ａ）は、図１に示した太陽光発電システムにおいて、アークが発生していない場合に電流センサにて検出された電流のＦＦＴ処理波形を示す波形図であり、図３の（ｂ）は、太陽光発電システムにおいて、アークが発生している場合に電流センサにて検出された電流のＦＦＴ処理波形を示す波形図である。 本発明の他の実施形態の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。 本発明のさらに他の実施形態の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。 本発明のさらに他の実施形態の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。 本発明のさらに他の実施形態の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。 本発明のさらに他の実施形態の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。 本発明のさらに他の実施形態の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。 従来の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。 他の従来の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。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、本実施形態の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。

（太陽光発電システムの構成）
図１に示すように、太陽光発電システム（直流電源システム）１は、複数の太陽電池ストリングすなわち太陽電池ストリング（第１直流電源）１１ａおよび太陽電池ストリング（第２直流電源）１１ｂを備え、さらに接続箱１２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を備えている。なお、太陽光発電システム１が備える太陽電池ストリングの数は、３以上であってもよい。

太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂ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。太陽電池ストリング１１ａは、一対の電力線路（第１の電力線）１７ａ，１８ａにより、接続箱１２を介してＰＣＳ（負荷装置）１３と接続されている。本実施形態は負荷装置としてＰＣＳ１３を例示しているが、太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂで発電された直流電力を消費する直流負荷であってもよい。太陽電池ストリング１１ｂは、太陽電池ストリング１１ａと同数の太陽電池モジュール２１を備え、一対の電力線路（第２の電力線）１７ｂ，１８ｂにより、接続箱１２内の正分岐点１７ａ１および負分岐点１８ａ１において、太陽電池ストリング１１ａと並列に接続されている。

接続箱１２の内部には、太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂ毎に逆流防止ダイオード１６ａ，１６ｂが設けられ、各逆流防止ダイオード１６ａ，１６ｂは、対応する太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂと直列に接続されている。すなわち、逆流防止ダイオード（第１逆流防止素子）１６ａは、太陽電池ストリング１１ａと正分岐点１７ａ１との間の電力線路１７ａに設けられ、太陽電池ストリング１１ａにより供給される電流と逆方向に電流が流れることを防止している。逆流防止ダイオード１６ｂ（第２逆流防止素子）は、太陽電池ストリング１１ｂと正分岐点１７ａ１との間の電力線路１７ｂに設けられ、太陽電池ストリング１１ｂにより供給される電流と逆方向に電流が流れることを防止している。なお、逆流防止ダイオード１６ａ，１６ｂの配置位置は、電力線路１７ａ，１７ｂに限定されず、電力線路１８ａ，１８ｂであってもよい。逆流防止ダイオード１６ａ，１６ｂを電力線路１８ａ，１８ｂに配置する場合は、アノードをＰＣＳ１３に接続し、カソードを太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂに接続する。この点は、他の実施形態の太陽光発電システム１においても同様である。

なお、図１は、複数の太陽電池ストリング（第１直流電源、第２直流電源）として、二つの太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂを備えた例について示しているが、太陽光発電システム１は、三つ以上の太陽電池ストリングを備えていてもよい。この点は、他の実施形態においても同様である。

ＰＣＳ１３は、各太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂから入力した直流電力を交流電力に変換して出力する。

（アーク検出装置の構成）
太陽光発電システム１は、図１に示すように、太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂ毎にアーク検出装置を備えている。太陽電池ストリング（第１直流電源）１１ａに設けられているアーク検出装置６１は、コンデンサ（第１コンデンサ）２５ａ、電流センサ（第１電流計測部）３１ａ、およびアーク検出処理部（第１アーク検出部）３２（図２参照）を備えている。

コンデンサ２５ａは、逆流防止ダイオード１６ａに対して並列接続され、逆流防止ダイオード１６ａに対するバイパス電流経路（第１バイパス電流経路）２６ａを形成している。電流センサ３１ａは、電力線路１７ａにおいて、太陽電池ストリング１１ａと逆流防止ダイオード１６ａ（太陽電池ストリング１１ａと逆流防止ダイオード１６ａとの間のコンデンサ２５ａの電力線路１７ａとの接続部）との間に設けられている。電流センサ３１ａは、太陽電池ストリング１１ａに発生したアークにより電力線路１７ａを流れる電流を計測する。

太陽電池ストリング（第２直流電源）１１ｂに設けられているアーク検出装置６２は、ンデンサ（第２コンデンサ）２５ｂ、電流センサ（第２電流計測部）３１ｂ、およびアーク検出処理部（第２アーク検出部）３２（図２参照）を備えている。

コンデンサ２５ｂは、逆流防止ダイオード１６ｂに対して並列接続され、逆流防止ダイオード１６ｂに対するバイパス電流経路（第２バイパス電流経路）２６ｂを形成している。電流センサ３１ｂは、電力線路１７ｂにおいて、太陽電池ストリング１１ａと逆流防止ダイオード１６ａ（太陽電池ストリング１１ｂ逆流防止ダイオード１６ｂとの間のコンデンサ２５ｂの電力線路１７ｂとの接続部）との間に設けられている。電流センサ３１ｂは、太陽電池ストリング１１ｂに発生したアークにより電力線路１７ｂを流れる電流を計測する。コンデンサ２５ａ，２５ｂは、例えば５μＦ以上の静電容量を有する。

なお、アーク検出装置６１，６２は、アーク検出処理部３２を電流センサ３１ａ，３１ｂに対応してそれぞれ備えている構成、または単一のアーク検出処理部３２によって電流センサ３１ａ，３１ｂが計測した電流を時分割にて処理する構成のいずれであってもよい。この点は、２個の電流センサ３１ａ，３１ｂを備えている他の実施形態においても同様である。

アーク検出処理部３２は、従来周知の構成であり、例えば図２に示すように、増幅器４１、フィルタ４２、Ａ／Ｄ変換部４３およびＣＰＵ（central processing unit）４４を備えている。

増幅器４１は、電流センサ３１ａ，３１ｂにて計測された電流を増幅する。フィルタ４２は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）であり、増幅器４１から出力される電流のうち、所定周波数範囲の電流のみを通過させる。これにより、増幅器４１から出力される電流から、ＰＣＳ１３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の電流を排除できるようにしている。Ａ／Ｄ変換部４３は、フィルタ４２を通過したアナログの電流の信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ４４へ入力する。

ＣＰＵ４４は、ＦＦＴ処理部５１およびアーク有無判定部５２を備えている。ＦＦＴ処理部５１は、Ａ／Ｄ変換部４３から入力された電流のデジタル信号に対してＦＦＴを行い、電流のパワースペクトルを生成する。アーク有無判定部５２は、ＦＦＴ処理部５１が生成した電流の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。

（太陽光発電システムおよびアーク検出装置の動作）
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６１，６２の動作について以下に説明する。図３の（ａ）は、太陽光発電システム１において、アークが発生していない場合に電流センサ３１ａ，３１ｂにて検出された電流のＦＦＴ処理波形を示す波形図である。図３の（ｂ）は、太陽光発電システム１において、アークが発生している場合に電流センサ３１ａ，３１ｂにて検出された電流のＦＦＴ処理波形を示す波形図である。

太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂは直流の電力を発電し、その電力は、接続箱１２を介してＰＣＳ１３へ入力される。ＰＣＳ１３は、入力された直流電力を交流電力に変換し、出力する。

この場合、太陽光発電システム１にアークが発生していなければ、電流センサ３１ａ，３１ｂにて検出される電流はアークの交流電流を含まず、この電流をＦＦＴ処理部５１にてＦＦＴ処理した波形は、図３の（ａ）に示すようになる。

一方、太陽光発電システム１において太陽電池ストリング１１ａまたは１１ｂにアークが発生していれば、電流センサ３１ａまたは３１ｂにて検出される電流は、太陽電池ストリング１１ａまたは１１ｂの出力電流（直流電流）にアークの交流成分が重畳されたものとなり、この電流をＦＦＴ処理部５１にてＦＦＴ処理した波形は、図３の（ｂ）に示すようになる。したがって、アーク検出処理部３２は、電流センサ３１ａ，３１ｂから入力された信号に基づいて、太陽電池ストリング１１ａでのアークの発生、または太陽電池ストリング１１ｂでのアークの発生を検出することができる。

ここで、例えば太陽電池ストリング１１ａにおいて並列アークが発生し、太陽電池ストリング１１ａの出力電圧が太陽電池ストリング１１ｂの出力電圧よりも低下すると、逆流防止ダイオード１６ａは逆バイアスの状態となる。

この場合、逆流防止ダイオード１６ａにコンデンサ２５ａが並列接続されていなければ、太陽電池ストリング１１ａにて発生した並列アークの交流電流は、逆流防止ダイオード１６ａによって阻止される。この結果、電流センサ３１ａは、並列アークの交流電流を計測することができない。すなわち、太陽電池ストリング１１ａにおいて並列アークが発生していても、電流センサ３１ａにて検出された電流のＦＦＴ処理波形は、図３の（ａ）のようになる。したがって、アーク検出装置６１は、太陽電池ストリング１１ａにて発生した並列アークを検出することができない。

これに対し、太陽光発電システム１では、逆流防止ダイオード１６ａにコンデンサ２５ａが並列接続されているので、逆流防止ダイオード１６ａが逆バイアスの状態であっても、太陽電池ストリング１１ａにて発生した並列アークの交流電流は、コンデンサ２７を介して流れるので、電流センサ３１により計測することができる。これにより、アーク検出装置６１は、太陽電池ストリング１１ａにて発生した並列アークを検出することができる。

上記のアーク検出装置６１の動作は、太陽電池ストリング１１ｂにおいて並列アークが発生し、逆流防止ダイオード１６ｂが逆バイアスの状態となった場合のアーク検出装置６２の動作についても同様である。

（アーク検出装置の利点）
上記のように、アーク検出装置６１,６２は、逆流防止ダイオード１６ａ，１６ｂに並列接続されたコンデンサ２５ａ，２５ｂを備えているので、逆流防止ダイオード１６ａまたは逆流防止ダイオード１６ｂが逆バイアスの状態であっても、太陽電池ストリング１１ａにて発生した並列アークの交流電流、および太陽電池ストリング１１ｂにて発生した並列アークの交流電流を電流センサ３１ａ，３１ｂにより計測することができる。これにより、太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂにて発生した並列アークを検出することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

（太陽光発電システムの構成）
図４は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システム１の構成を示す概略の回路図である。本実施形態において、太陽光発電システム１は、前記アーク検出装置６１,６２に代えて、アーク検出装置６３を備えている。

（アーク検出装置の構成）
図４に示すように、アーク検出装置６３は、一つの電流センサ（第１電流計測部）３１ａを備え、この電流センサ３１ａが接続箱１２（正分岐点１７ａ１）とＰＣＳ１３との間の電力線路１７ａに設けられている。なお、電流センサ３１ａは、接続箱１２（負分岐点１８ａ１）とＰＣＳ１３との間の電力線路１８ａに設けられていてもよい。アーク検出装置６３の他の構成は、アーク検出装置６１と同様である。

（アーク検出装置の動作）
上記の構成において、アーク検出装置６３の動作について以下に説明する。太陽電池ストリング１１ａまたは太陽電池ストリング１１ｂにおいて、並列アークが発生し、逆流防止ダイオード１６ａまたは逆流防止ダイオード１６ｂが逆バイアスの状態となった場合であっても、逆流防止ダイオード１６ａ，１６ｂにコンデンサ２５ａ，２５ｂが並列接続されているので、並列アークの交流電流はコンデンサ２５ａ，２５ｂを流れ、電流センサ３１ａは、並列アークの交流電流を計測することができる。したがって、アーク検出装置６３は、太陽電池ストリング１１ａまたは太陽電池ストリング１１ｂでの並列アークの発生を検出することができる。

（アーク検出装置の利点）
上記のように、アーク検出装置６３は、接続箱１２とＰＣＳ１３との間の電力線路１７ａに電流センサ３１ａを設けた簡素な構成により、太陽電池ストリング１１ａまたは太陽電池ストリング１１ｂでの並列アークの発生を検出することができる。

また、アーク検出装置６３は、太陽電池ストリング１１ａの逆流防止ダイオード１６ａまたは太陽電池ストリング１１ｂの逆流防止ダイオード１６ｂが逆バイアスの状態となった場合であっても、太陽電池ストリング１１ａまたは太陽電池ストリング１１ｂでの並列アークの発生を検出することができる。

また、実施形態１においては電流センサ３１ａと第１バイパス電流経路２６ａとの間に並列アークが発生した場合、並列アークにより生じる電流の高周波成分は太陽電池ストリング１１ａより交流インピーダンスが低いＰＣＳ１３側を流れるため、並列アークを検出することが難しいという課題がある。同様に実施形態１においては電流センサ３１ｂと第２バイパス電流経路２６ｂとの間に並列アークが発生した場合も並列アークにより生じる電流の高周波成分は太陽電池ストリング１１ｂより交流インピーダンスが低いＰＣＳ１３側を流れるため、並列アークを検出することが難しいという課題がある。しかしながら、本実施形態においては電流センサ３１ａがＰＣＳ１３側に接続されているため、上記のような課題も解決できる。

なお、例えば、図１に示した構成のように、太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂごとに電流センサ３１ａ，３１ｂを配置する場合において、上記の課題を解決できるようにするには、バイパス電流経路２６ａと電力線路１７ａとの接続部と正分岐点１７ａ１との間に電流センサ３１ａを配置し、バイパス電流経路２６ｂと電力線路１７ｂとの接続部と正分岐点１７ａ１との間に電流センサ３１ｂを配置すればよい。

〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

（太陽光発電システムの構成）
図５は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システム１の構成を示す概略の回路図である。本実施形態において、太陽光発電システム１は、図１に示したアーク検出装置６１,６２に代えて、アーク検出装置６４,６５を備えている。

（アーク検出装置の構成）
図５に示すように、アーク検出装置６４は、電流センサ３１ａがコンデンサ２５ａによって形成されるバイパス電流経路２６ａに設けられている。同様に、アーク検出装置６５は、電流センサ３１ｂがコンデンサ２５ｂによって形成されるバイパス電流経路２６ｂに設けられている。アーク検出装置６４，６５の他の構成は、アーク検出装置６１，６２と同様である。

（アーク検出装置の動作）
上記の構成において、アーク検出装置６４，６５の動作について以下に説明する。太陽電池ストリング１１ａにおいて、並列アークが発生し、逆流防止ダイオード１６ａが逆バイアスの状態となった場合、並列アークの交流電流はバイパス電流経路２６ａを流れる。したがって、電流センサ３１ａは、並列アークの交流電流を計測することができる。

同様に、太陽電池ストリング１１ｂにおいて、並列アークが発生し、逆流防止ダイオード１６ｂが逆バイアスの状態となった場合、並列アークの交流電流はバイパス電流経路２６ｂを流れる。したがって、電流センサ３１ｂは、並列アークの交流電流を計測することができる。

（アーク検出装置の利点）
上記のように、アーク検出装置６４，６５は、電流センサ３１ａ，３１ｂをコンデンサ２５ａ，２５ｂによって形成されるバイパス電流経路２６ａ，２ｂに設けた構成である。したがって、電流センサ３１ａ，３１ｂには、直流の大電流は流れず、アークによる微弱な交流電流のみが流れる。したがって、電流センサ３１ａ，３１ｂは、定格電流が小さいものを使用でき、良好なＳ／Ｎにてアークの電流を計測することができる。これにより、アーク検出装置６４，６５は、太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂにて発生した並列アークを高精度に検出することができる。アーク検出装置６４，６５のその他の利点は、アーク検出装置６１，６２と同様である。

〔実施形態４〕
本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

（太陽光発電システムの構成）
図６は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システム１の構成を示す概略の回路図である。本実施形態において、太陽光発電システム１は、アーク検出装置６６,６２を備えている。

図６に示すように、太陽電池ストリング１１ａは、昇圧箱２２および接続箱１２を介してＰＣＳ１３と接続されている。昇圧箱２２は、昇圧回路を有し、太陽電池ストリング１１ａの出力電圧を、太陽電池ストリング１１ｂの出力電圧と合致するように昇圧している。すなわち、太陽電池モジュール２１の数は、太陽電池ストリング１１ａと太陽電池ストリング１１ｂとで異なり、太陽電池ストリング１１ｂよりも太陽電池ストリング１１ａの方が少なくなっている。そこで、昇圧箱２２は、太陽電池ストリング１１ａの出力電圧と太陽電池ストリング１１ｂの出力電圧との差を解消するように、太陽電池ストリング１１ａの出力電圧を昇圧している。

（アーク検出装置の構成）
太陽電池ストリング（第１直流電源）１１ａに設けられているアーク検出装置６６は、昇圧箱２２をバイパスするコンデンサ２７、コンデンサ２７によって形成されるバイパス電流経路２８、電流センサ（第１電流計測部）３１ａ、アーク検出処理部（第１アーク判定部）３２およびコンデンサ（第１コンデンサ）２５ａを備えている。太陽電池ストリング１１ｂに設けられているアーク検出装置６２は、図１に基づいて前述したとおりである。

（太陽光発電システムおよびアーク検出装置の動作）
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６６，６２の動作について以下に説明する。太陽電池ストリング１１ａにおいて並列アークが発生した場合、アークの交流電流は、昇圧箱２２を流れない。これは、昇圧箱２２は、通常、昇圧チョッパ回路を有しており、昇圧チョッパ回路中のインダクタによりアークの交流成分が低減されること、電圧安定化のために昇圧チョッパ回路に挿入されているコンデンサにアークの交流電流の高周波成分が流れることによる。しかしながら、接続箱１２には、コンデンサ２７によって形成されるバイパス電流経路２８が設けられているので、アークの交流電流は、バイパス電流経路２８を流れて電流センサ３１ａにて計測される。これにより、アーク検出装置６６は、太陽電池ストリング１１ａにおける並列アークの発生を検出することができる。

アーク検出装置６６のその他の動作については、前述したアーク検出装置６１の動作と同様である。また、アーク検出装置６２の動作については、先述したとおりである。

（アーク検出装置の利点）
上記のように、アーク検出装置６６は、太陽電池ストリング１１ａに昇圧箱２２が存在する場合であっても、太陽電池ストリング１１ａにて発生した並列アークを高精度に検出することができる。アーク検出装置６６，６２のその他の利点については、前述したアーク検出装置６１，６２と同様である。

〔実施形態５〕
本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

（太陽光発電システムの構成）
図７は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システム１の構成を示す概略の回路図である。本実施形態において、太陽光発電システム１は、アーク検出装置６７,６８を備えている。図７に示すように、太陽電池ストリング１１ａは、昇圧箱２２および接続箱１２を介してＰＣＳ１３と接続されている。

（アーク検出装置の構成）
太陽電池ストリング（第１直流電源）１１ａに設けられているアーク検出装置６７は、昇圧箱２２をバイパスするコンデンサ２７、コンデンサ２７によって形成されるバイパス電流経路２８、電流センサ（第１電流計測部）３１ａ、アーク検出処理部（第１アーク判定部）３２およびコンデンサ（第１コンデンサ）２５ａを備えている。

アーク検出装置６７では、アーク検出装置６６とは異なり、バイパス電流経路２６ａを形成するコンデンサ２５ａは、逆流防止ダイオード１６ａのみに並列接続されていない。すなわち、コンデンサ２５ａは、第１電極が昇圧箱２２（コンデンサ２５ａにおける昇圧箱２２と逆流防止ダイオード１６ａとの間の電力線路１７ａとの接続部）と接続箱１２（逆流防止ダイオード１６ａ）との間の電力線路１７ａに接続され、第２電極が太陽電池ストリング１１ａと接続箱１２との間の電力線路１８ａに接続されている。電流センサ３１ａは、昇圧箱２２（バイパス電流経路２８における昇圧箱２２と逆流防止ダイオード１６ａとの間の電力線路１７ａとの接続部）とコンデンサ２５ａの第１電極の電力線路１７ａとの接続部との間の電力線路１７ａに設けられている。

同様に、アーク検出装置６８では、アーク検出装置６２とは異なり、バイパス電流経路２６ｂを形成するコンデンサ２５ｂは、逆流防止ダイオード１６ｂのみに並列接続されていない。すなわち、コンデンサ２５ｂは、第１電極が太陽電池ストリング１１ｂと接続箱１２（逆流防止ダイオード１６ｂ）との間の電力線路１７ｂに接続され、第２電極が太陽電池ストリング１１ｂと接続箱１２との間の電力線路１８ｂに接続されている。電流センサ３１ｂは、太陽電池ストリング１１ｂとコンデンサ２５ｂの第１電極の電力線路１７ｂとの接続部との間の電力線路１７ｂに設けられている。

ここで、電力線路１７ａは、ＰＣＳ１３（ＰＣＳ１３の内部のコンデンサ）を介して電力線路１８ａと接続されている。したがって、コンデンサ（第１コンデンサ）２５ａは、少なくとも逆流防止ダイオード（第１逆流防止素子）１６ａを含む回路と並列に接続されている。同様に、電力線路１７ｂは、ＰＣＳ１３（ＰＣＳ１３の内部のコンデンサ）を介して電力線路１８ｂと接続されている。したがって、コンデンサ（第２コンデンサ）２５ｂは、少なくとも逆流防止ダイオード（第２逆流防止素子）１６ｂを含む回路と並列に接続されている。

（アーク検出装置の動作）
上記の構成において、アーク検出装置６７，６８の動作について以下に説明する。太陽電池ストリング１１ａにおいてアークが発生している場合、および太陽電池ストリング１１ｂにおいてアークが発生している場合、アーク検出装置６７，６８は、アーク検出装置６６，６２と同様にして、太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂにおけるアークの発生を検出することができる。

また、逆流防止ダイオード１６ａまたは逆流防止ダイオード１６ｂが逆バイアスの状態になった場合であっても、同様に、電流センサ３１ａまたは電流センサ３１ｂは、並列アークの交流電流を計測でき、アーク検出装置６７またはアーク検出装置６８は、太陽電池ストリング１１ａまたは太陽電池ストリング１１ｂにて発生した並列アークを検出することができる。

（アーク検出装置の利点）
アーク検出装置６７は、アーク検出装置６６と同様、太陽光発電システム１に昇圧箱２２が存在する場合であっても、太陽電池ストリング１１ａにて発生したアークを検出することができる。

さらに、アーク検出装置６７，６８は、アーク検出装置６６，６２と同様、逆流防止ダイオード１６ａまたは逆流防止ダイオード１６ｂが逆バイアスの状態であっても、太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂにて発生した並列アークを高精度に検出することができる。

〔実施形態６〕
本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

（太陽光発電システムの構成）
図８は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システム１の構成を示す概略の回路図である。本実施形態において、太陽光発電システム１は、アーク検出装置６９,６８を備えている。

（アーク検出装置の構成）
図８に示すように、太陽電池ストリング１１ａに設けられているアーク検出装置６９は、太陽電池ストリング１１ｂに設けられている、前述したアーク検出装置６８と同様の構成である。すなわち、アーク検出装置６９は、電流センサ３１ａ、アーク検出処理部３２およびコンデンサ２５ａを備えている。コンデンサ２５ａは、第１電極が太陽電池ストリング１１ａと接続箱１２（逆流防止ダイオード１６ａ）との間の電力線路１７ａに接続され、第２電極が太陽電池ストリング１１ａと接続箱１２との間の電力線路１８ａに接続されている。電流センサ３１ａは、太陽電池ストリング１１ａとコンデンサ２５ａの第１電極の電力線路１７ａとの接続部との間の電力線路１７ａに設けられている。

電力線路１７ａは、ＰＣＳ１３（ＰＣＳ１３の内部のコンデンサ）を介して電力線路１８ａと接続されている。したがって、コンデンサ（第１コンデンサ）２５ａは、少なくとも逆流防止ダイオード（第１逆流防止素子）１６ａを含む回路と並列に接続されている。同様に、電力線路１７ｂは、ＰＣＳ１３（ＰＣＳ１３の内部のコンデンサ）を介して電力線路１８ｂと接続されている。したがって、コンデンサ（第２コンデンサ）２５ｂは、少なくとも逆流防止ダイオード（第２逆流防止素子）１６ｂを含む回路と並列に接続されている。

また、コンデンサ２５ａは、太陽電池ストリング１１ａのみと並列接続され、コンデンサ２５ｂは、太陽電池ストリング１１ｂのみと並列接続されている。

（アーク検出装置の利点）
アーク検出装置６９，６８では、アーク検出装置６６，６２と同様、逆流防止ダイオード１６ａまたは逆流防止ダイオード１６ｂが逆バイアスの状態になった場合であっても、電流センサ３１ａまたは電流センサ３１ｂは、並列アークの交流電流を計測することができる。これにより、アーク検出装置６９，６８は、太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂにて発生した並列アークを高精度に検出することができる。

〔実施形態７〕
本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

（太陽光発電システムの構成）
図９は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システム１の構成を示す概略の回路図である。本実施形態において、太陽光発電システム１は、アーク検出装置７０,７１を備えている。

（アーク検出装置の構成）
図９に示すように、太陽電池ストリング１１ａに設けられているアーク検出装置７０では、図８に示したアーク検出装置６９において電力線路１７ａに設けられていた電流センサ３１ａがバイパス電流経路２６ａに設けられている。同様に、太陽電池ストリング１１ｂに設けられているアーク検出装置７１では、図８に示したアーク検出装置６８において電力線路１７ｂに設けられていた電流センサ３１ｂがバイパス電流経路２６ｂに設けられている。アーク検出装置７０，７１の他の構成は、図８に示したアーク検出装置６９，６８と同様である。

（アーク検出装置の利点）
アーク検出装置７０，７１では、アーク検出装置６６，６２と同様、逆流防止ダイオード１６ａまたは逆流防止ダイオード１６ｂが逆バイアスの状態になった場合であっても、電流センサ３１ａまたは電流センサ３１ｂは、並列アークの交流電流を計測することができる。これにより、アーク検出装置７０，７１は、太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂにて発生した並列アークを高精度に検出することができる。

また、アーク検出装置７０，７１では、電流センサ３１ａ，３１ｂがバイパス電流経路２６ａ，２６ｂに設けられているので、電流センサ３１ａ，３１ｂには、直流の大電流は流れず、アークによる微弱な交流電流のみが流れる。したがって、電流センサ３１ａ，３１ｂは、定格電流が小さいものを使用でき、良好なＳ／Ｎにてアークの電流を計測することができる。これにより、アーク検出装置７０，７１は、太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂにて発生した並列アークを高精度に検出することができる。アーク検出装置７０，７１のその他の利点は、アーク検出装置６９，６８と同様である。

なお、以上の説明において、コンデンサ２５ａ（２５ｂ）が逆流防止ダイオード（逆流防止素子）１６ａ（１６ｂ）と並列に接続されていると説明している部分は、コンデンサ２５ａ（２５ｂ）が逆流防止ダイオード１６ａ（１６ｂ）のみに対して並列接続されている構成に限定されず、コンデンサ２５ａ（２５ｂ）が、逆流防止ダイオード１６ａ（１６ｂ）および逆流防止ダイオード１６ａ（１６ｂ）に直列接続された他の回路要素に対して並列接続されている構成も含んでいる。

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
１１ａ 太陽電池ストリング（第１直流電源）
１１ｂ 太陽電池ストリング（第２直流電源）
１２ 接続箱
１３ パワーコンディショニングシステム（負荷装置）
１６ａ 逆流防止ダイオード（第１逆流防止素子）
１６ｂ 逆流防止ダイオード（第２逆流防止素子）
１７ａ 電力線路（第１の電力線）
１７ｂ 電力線路（第２の電力線）
１８ａ 電力線路（第１の電力線）
１８ｂ 電力線路（第２の電力線）
２１ 太陽電池モジュール
２５ａ コンデンサ（第１コンデンサ）
２５ｂ コンデンサ（第２コンデンサ）
２６ａ バイパス電流経路（第１バイパス電流経路）
２６ｂ バイパス電流経路（第２バイパス電流経路）
３１ａ 電流センサ（第１電流計測部）
３１ｂ 電流センサ（第２電流計測部）
３２ アーク検出処理部（第１アーク検出部、第２アーク検出部）
61〜71 アーク検出装置

Claims (9)

1. 発電または充放電する第１直流電源と、
   発電または充放電する第２直流電源と、
   前記第１直流電源および前記第２直流電源の出力電力を消費または変換する負荷装置と、
   前記第１直流電源と前記負荷装置を接続する一対の第１電力線と、
   前記第２直流電源と一対の前記第１電力線とを接続する一対の第２電力線と、
   前記一対の第１電力線と前記一対の第２電力線とが接続される分岐点のいずれかと前記第１直流電源との間に設けられ、前記第１直流電源により供給された電流が流れる方向とは逆方向に電流が流れることを防ぐ第１逆流防止素子と、
   前記一対の第２電力線のいずれかに設けられ、前記第２直流電源により供給された電流が流れる方向とは逆方向に電流が流れることを防ぐ第２逆流防止素子と、
   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、
   前記第１逆流防止素子に並列接続されることにより、または前記第１逆流防止素子と前記負荷装置との直列接続回路に並列接続されることにより、第１バイパス電流経路を形成する第１コンデンサと、
   前記第１バイパス電流経路において電流を計測する第１電流計測部と、
   前記第１電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークを検出する第１アーク検出部と、
   を有するアーク検出装置。
2. 前記第１コンデンサは前記第１逆流防止素子に並列接続された
   請求項１に記載のアーク検出装置。
3. 前記第２逆流防止素子に並列接続されることにより、または前記第２逆流防止素子と前記負荷装置との直列接続回路に並列接続されることにより、第２バイパス電流経路を形成する第２コンデンサ
   をさらに備える請求項１または２に記載のアーク検出装置。
4. 前記第２コンデンサは前記第２逆流防止素子に並列接続された
   請求項３に記載のアーク検出装置。
5. 前記第１電流計測部は、前記第１コンデンサに流れる電流および前記第２コンデンサに流れる電流が流れうる前記第１バイパス電流経路において電流を計測する
   請求項４に記載のアーク検出装置。
6. 前記第２バイパス電流経路において電流を計測する第２電流計測部と、
   前記第２電流計測部により計測された電流に基づきアークを検出する第２アーク検出部と、
   をさらに備える、
   請求項３または４に記載のアーク検出装置。
7. 前記第２逆流防止素子に並列接続されることにより、または前記第２逆流防止素子と前記負荷装置との直列接続回路に並列接続されることにより、第２バイパス電流経路を形成する第２コンデンサと、
   前記第２コンデンサに流れる電流が流れうる電流経路において電流を計測する第２電流計測部と、
   前記第２電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークを検出する第２アーク検出部と、
   をさらに備え、
   前記第１コンデンサは前記第１逆流防止素子と前記負荷装置との直列接続回路に並列接続され、
   前記第２コンデンサは前記第２逆流防止素子と前記負荷装置との直列接続回路に並列接続され、
   前記第１電流計測部は、前記第１コンデンサに流れる電流を計測する、
   請求項１に記載のアーク検出装置。
8. 前記第１アーク検出部と前記第２アーク検出部とは、これら両アーク検出部の機能を兼ねる単一のアーク検出部からなる、請求項６または７に記載のアーク検出装置。
9. 前記負荷装置と、
   前記第１逆流防止素子と、
   前記第２逆流防止素子と、
   請求項１から８のいずれか１項に記載のアーク検出装置と、
   を備え、
   前記負荷装置は、第１直流電源および第２直流電源の出力電力を変換する電力変換装置。

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