JP6246062B2 - 直流発電システムおよび直流発電システムの保護方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1による直流発電システムの概略構成を示す回路図である。複数個の直流発電モジュール1Aが直列接続されてストリングAが形成されており、開閉器2Aを介して直流母線20に接続されている。同様に、複数個の直流発電モジュール1Bが直列接続されてストリングBが、複数個の直流発電モジュール1Cが直列接続されてストリングCが形成されており、それぞれ開閉器2B、2Cを介して直流母線20に接続されている。メガソーラにおいてはこのようなストリングが多数設けられることが多いが、図1ではストリングA、ストリングB、ストリングCの3つのストリングのみ図示している。開閉器2(2A、2B、2C・・)の近くに電流センサ3(3A、3B、3C・・)が置かれており、電流センサ3の出力を入力してアークを検出するアーク検出装置100(100A、100B、100C・・)が各回路に取り付けられている。直流母線はさらにパワーコンディショナ4側で合流する。直流発電モジュール1(1A、1B、1C・・)で発電された直流電力は、パワーコンディショナ4によって商用周波数の交流電力に変換されて、商用電力網を介して一般家庭や工場などの需要家に供給される。以降、直流発電モジュール1(1A、1B、1C・・)として太陽光発電モジュール(太陽光パネルとも称する)1(1A、1B、1C・・)を用いる太陽光発電システムを例に説明する。
本特許は図15の逆流防止ダイオード5(5A、5B、5C・・)が備え付けられた太陽光発電システムへの適用も含む。逆流防止ダイオード5は、太陽光パネル1からパワーコンディショナ4へ流れるケーブル、すなわち正極側のケーブルに対して電流が流れる向きに設置される場合と、パワーコンディショナ4から太陽光パネル1側へ流れるケーブル、すなわち負極側のケーブルに対して電流が流れる向きに設置される場合がある。以下では、正極側のケーブルに逆流防止ダイオード5が設置されている場合を例にして説明する。
図21は本発明の実施の形態3による直流発電システムの構成を示す概略回路図である。実施の形態1および実施の形態2では、それぞれのストリングに備えられたアーク検出装置100が自己のストリングの開閉器2をトリップするかどうかを判断するようにした。本実施の形態3では、それぞれのストリングに備えられた電流センサ3(3A、3B、・・・)から送られてきたデータを一つのアーク検出装置200で解析処理し、アーク発生箇所判定、アークモード判定、適切な開閉器動作指令を出力するよう構成されている。
図22は、本発明の実施の形態4による直流発電システムの構成を示す概略回路図である。実施の形態4では、それぞれのストリングに備えられたアーク検出装置100(100A、100B、・・・)が、自己のストリングでアークが発生したかどうかを判断し、判断結果をアーク発生箇所特定装置201に送信する。アーク発生箇所特定装置201では、全てのアーク検出装置100(100A、100B、・・・)からの信号を入力して総合的に判断することにより、アーク発生箇所を特定する。
Claims (17)
- 複数の直流発電モジュールが直列に接続されたストリングが複数、直流母線に並列接続されて当該直流母線に電力を供給する直流発電システムにおいて、
それぞれのストリングは、出力側に、当該ストリングの出力電流を検出する電流センサと、当該ストリングの前記直流母線への接続を遮断する開閉器とを備え、
前記電流センサの信号のノイズに基づいて前記直流発電システムに発生するアークを検出するアークノイズ解析部と、前記アークノイズ解析部においてアークが検出された場合に、前記それぞれのストリングに備えられた各電流センサからの信号により全てのストリングの出力の電流変動を解析し、前記アークが検出された前後の前記全てのストリングの電流変動に基づいて、前記アークの発生箇所が前記全てのストリング外あるいは前記それぞれのストリングのいずれのストリング内であるか、および発生したアークが直列アークか並列アークか、を特定する電流変動解析部と、前記電流変動解析部におけるアーク特定結果に基づいて前記開閉器の開閉を制御する開閉器制御部を有するアーク検出装置を備えたことを特徴とする直流発電システム。 - 前記アークノイズ解析部は、少なくとも1kHzから100kHzまでの範囲の高周波ノイズに基づいてアークを検出することを特徴とする請求項1に記載の直流発電システム。
- 前記電流センサは、直流電流成分を検出する電流センサであることを特徴とする請求項1または2に記載の直流発電システム。
- 前記電流センサは前記アークが検出された前後の電流変動成分である交流電流成分を検出する電流センサであることを特徴とする請求項1または2に記載の直流発電システム。
- 前記それぞれのストリングは逆流防止ダイオードを備えたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の直流発電システム。
- 前記電流変動解析部は、一のストリングの前記電流センサにおける前記アークが検出された後の電流値が順方向の電流のまま低下する変動を観測し、他のストリングの前記電流センサにおける前記アークが検出された後の電流値が増加する変動を観測した場合、前記一のストリングにおいて直列アークが発生したと特定し、
前記開閉器制御部は、前記一のストリングの前記開閉器をトリップする制御を行うことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の直流発電システム。 - 前記電流変動解析部は、一のストリングの前記電流センサにおける前記アークが検出された後の電流が前記アークが検出される前の電流とは逆方向の電流へ変動したことを観測し、他のストリングの前記電流センサにおける前記アークが検出された後の電流値が増加する変動を観測した場合、前記一のストリングにおいて並列アークが発生したと特定し、
前記開閉器制御部は、前記一のストリングの前記開閉器をトリップする制御を行うことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の直流発電システム。 - 前記電流変動解析部は、一のストリングの前記電流センサにおける前記アークが検出された後の電流が0へ変動したことを観測し、他のストリングの前記電流センサにおける前記アークが検出された後の電流値が増加する変動を観測した場合、前記一のストリングにおいて並列アークが発生したと特定し、
前記開閉器制御部は、前記一のストリングの前記開閉器をトリップする制御を行うことを特徴とする請求項5に記載の直流発電システム。 - 前記電流変動解析部は、全てのストリングについて、前記アークが検出された後の電流値が低下する変動を観測した場合、前記全てのストリング外において直列アークが発生したと特定し、
前記開閉器制御部は、前記全てのストリングの前記開閉器をトリップする制御を行うことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の直流発電システム。 - 前記電流変動解析部は、全てのストリングについて、前記アークが検出された後の電流値が増加する変動を観測した場合、前記全てのストリング外において並列アークが発生したと特定し、
前記開閉器制御部は、前記全てのストリングの前記開閉器をトリップする制御を行うことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の直流発電システム。 - 複数の直流発電モジュールが直列に接続されたストリングが複数、それぞれ開閉器を介して直流母線に並列接続されて当該直流母線に電力を供給する直流発電システムの保護方法であって、
前記ストリングに発生するノイズに基づいて前記直流発電システムに発生するアークを検出するアーク検出ステップと、
前記アークが検出された場合に、前記複数のストリングの全てのストリングの出力の電流変動を解析し、前記アークが検出された前後の前記全てのストリングの前記電流変動に基づいて、前記アークの発生箇所が前記全てのストリング外あるいは前記複数のストリングのいずれのストリング内であるか、および発生したアークが直列アークか並列アークかを特定するアーク発生箇所特定ステップと、
このアークの発生箇所の特定結果に基づいて前記開閉器の開閉を制御する開閉器制御ステップと
を含むことを特徴とする直流発電システムの保護方法。 - 前記アーク発生箇所特定ステップにおいて、一のストリングにおける前記アークが検出された後の電流値が順方向の電流のまま低下する変動を観測し、他のストリングにおける前記アークが検出された後の電流値が増加する変動を観測した場合、前記一のストリングにおいて直列アークが発生したと特定し、
前記開閉器制御ステップにおいて、前記一のストリングの前記開閉器をトリップすることを特徴とする請求項11に記載の直流発電システムの保護方法。 - 前記アーク発生箇所特定ステップにおいて、全てのストリングについて、前記アークが検出された後の電流値が低下する変動を観測した場合、前記全てのストリング外において直列アークが発生したと特定し、
前記開閉器制御ステップにおいて、前記全てのストリングの前記開閉器をトリップすることを特徴とする請求項11に記載の直流発電システムの保護方法。 - 前記アーク発生箇所特定ステップにおいて、全てのストリングについて、前記アークが検出された後の電流値が増加する変動を観測した場合、前記全てのストリング外において並列アークが発生したと特定し、
前記開閉器制御ステップにおいて、前記全てのストリングの前記開閉器をトリップすることを特徴とする請求項11に記載の直流発電システムの保護方法。 - 前記アーク発生箇所特定ステップにおいて、一のストリングにおける前記アークが検出された後の電流が前記アークが検出される前の電流とは逆方向の電流へ変動したことを観測し、他のストリングにおける前記アークが検出された後の電流値が増加する変動を観測した場合、前記一のストリングにおいて並列アークが発生したと特定し、
前記開閉器制御ステップにおいて、前記一のストリングの前記開閉器をトリップすることを特徴とする請求項11に記載の直流発電システムの保護方法。 - 前記複数のストリングのそれぞれのストリングは逆流防止ダイオードを備えたことを特徴とする請求項11から14のいずれか1項に記載の直流発電システムの保護方法。
- 前記アーク発生箇所特定ステップにおいて、一のストリングにおける前記アークが検出された後の電流が0へ変動したことを観測し、他のストリングにおける前記アークが検出された後の電流値が増加する変動を観測した場合、前記一のストリングにおいて並列アークが発生したと特定し、
前記開閉器制御ステップにおいて、前記一のストリングの前記開閉器をトリップすることを特徴とする請求項16に記載の直流発電システムの保護方法。
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