JP6550002B2 - パワーコンディショナおよびそれに接続したケーブルの盗難検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電システムに用いるパワーコンディショナに関する。

近年、太陽光発電システムの普及が拡大しつつある。太陽光発電システムにおいては、太陽の光エネルギーは太陽光パネルによって直流電力に変換され、この直流電力がケーブルでパワーコンディショナに送られ、パワーコンディショナによって交流電力に変換され、電力系統に接続されて、売電される。

直流電源系統の直流回路の絶縁抵抗や静電容量を測定する従来技術として、特開２０１２−２３３８２５号公報（特許文献１）がある。この公報には、「直流電源系統の直流回路における一部分の絶縁抵抗や静電容量を、カップリングコンデンサと交流電源を用いて、活線状態のままで測定することができる測定器と測定方法を提供することを目的とする。（０００７）」「測定対象である直流回路と電路で接続して、一定の電圧及び一定の周波数の交流電流を印加する可変交流電源部と、前記直流回路の測定対象部分に取り付けて、交流成分の電流を取得するクランプ部と、前記可変交流電源部が印加した交流電流の電圧及び周波数と、前記クランプ部が取得した前記測定対象部分における交流成分の電流と、に基づき、前記直流回路の測定対象部分の絶縁抵抗を演算する演算手段と、を備えることを特徴とする直流回路の絶縁抵抗測定器。（請求項１）」と記載されている。

特開２０１２−２３３８２５号公報

太陽光発電システムにおいて、送電ケーブルが切断され、盗まれる被害が多発している。盗難は太陽電池の出力電力が無くなる夜間に行われ、感電のリスクが少ない直流側のケーブルだけを切断する場合が多い。そのため、集電箱やパワーコンディショナに防犯措置を施したとしても、ケーブルがむき出しであれば盗まれる可能性が高くなってしまう。
ケーブルを地中に埋めることがより良い対策方法と言えるが、工事の仕方によっては掘り起こされる可能性がある。また、敷地の周りをフェンスで囲んだり、敷地全体を監視できるカメラを設置するなどの盗難防止対策も高額な費用がかかってしまう上に、工事の仕方によっては確実に被害を抑えられる対策とは言えない。

特許文献１には、直流電源系統の直流回路における絶縁抵抗や静電容量を測定することが記載されているが、送電ケーブルの盗難を検知するものではない。

そこで本発明は、パワーコンディショナにおいて、確実かつ迅速に太陽光発電システムの送電ケーブルの盗難を検知することを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明の「パワーコンディショナ」の一例を挙げるならば、直流入力側にケーブルを介して太陽光パネルが接続され、交流出力側に電力系統が接続され、直流入力側から入力した直流電力を交流電力に変換するインバータを有するパワーコンディショナであって、ケーブルを含む直流側の回路に直流電圧を印加する電圧印加手段と、前記直流側の回路に流れる電流を計測する電流検出器と、前記電流検出器で計測した直流電流値に基づいて前記ケーブルの断線を検出する断線検出処理部と、前記インバータの直流側に設けた直流部コンデンサの直流電圧の低下を検出して、前記電圧印加手段へ直流電圧印加指令を出力する回路駆動判定部とを備えるものである。

また、本発明の「パワーコンディショナに接続したケーブルの盗難検知方法」の一例を挙げるならば、直流入力側にケーブルを介して太陽光パネルが接続され、交流出力側に電力系統が接続され、直流入力側から入力した直流電力を交流電力に変換するインバータを有するパワーコンディショナに接続したケーブルの盗難検知方法であって、前記インバータの直流側に設けた直流部コンデンサの直流電圧の低下を検出して、電圧印加手段に電圧印加指令を出力するステップと、前記電圧印加手段により、ケーブルを含む直流側の回路に直流電圧を印加するステップと、電流検出器で、前記直流側の回路に流れる電流を計測するステップと、断線検出処理部により、計測した直流電流値が設定値以下であることを判定してケーブルの断線を検出し、断線検出信号を出力するステップと、前記断線検出信号に基づいて警報出力を出力するステップと、を備えるものである。

本発明によれば、パワーコンディショナにおいて、確実かつ迅速に太陽光発電システムの送電ケーブルの盗難を検知することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１の、太陽光発電システムの構成図の一例である。 図1の断線検出処理部３０の構成の一例である。 図２の断線検出処理部３０の処理を説明するフローチャートである。 送電ケーブルの盗難を検知するまでのタイムチャートである。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

太陽光発電システムの送電ケーブルの盗難は、感電のリスクが少ない直流側のケーブルを盗まれることが多い。本実施例は、太陽光発電システムの直流側の回路に直流電圧を印加し、電流を検出することで、送電ケーブルの盗難を検知するものである。

図１に、太陽光発電システムの構成図の一例を示す。
太陽光発電システムは、太陽光パネル（太陽電池）１と、接続箱３と、パワーコンディショナ１００と、電力系統２から構成されている。

太陽光パネル１は、接続箱３を介して、発電した直流電力をパワーコンディショナ１００へ出力する。このとき、接続箱３とパワーコンディショナ１００を結ぶＰ（＋）側のケーブルにダイオード４を有する場合がある。ダイオード４は、直流側の電流が逆向きに流れるのを防ぐためのものであり、向きを逆にしてＮ（−）側のケーブルに取り付けられる場合もある。
パワーコンディショナ１００は、直流電力を交流電力に変換するものであり、交流電力を既存の電力系統２と受け渡しする。

パワーコンディショナ１００は、一般に、インバータ部２１、絶縁トランス１１、交流側ＭＣ（Magnetic Contactor）１２、系統側ブレーカ１３、直流側ブレーカ１４、直流部コンデンサ１５、電源回路１６を備えている。

インバータ部２１は、入力した直流電力を交流電力に変換して出力する。
絶縁トランス１１は、インバータ部２１と電力系統２との間に設けられたトランスであり、インバータ部２１と電力系統２とを絶縁する。
系統側ブレーカ１３は、電力系統２とパワーコンディショナ１００とを接続する際に投入するブレーカであり、交流側の保護としても使用する。
交流側ＭＣ１２は、系統側ブレーカ１３を介して、インバータ部２１と電力系統２とを連系させる際に投入する。
直流側ブレーカ１４は、太陽光パネル１とパワーコンディショナ１００とを接続する際に投入するブレーカであり、直流側の保護としても使用する。
直流部コンデンサ１５は、パワーコンディショナ１００の直流側に設けられたコンデンサであり、直流電圧の平滑化を行う。
電源回路１６は、交流側または直流側から供給された電源を制御電源に変換し、制御回路４０へ供給する。また、電源回路１６へ電源が供給されている間は、電源検出出力端子９へ信号を出力する。

本実施例のパワーコンディショナ１００は、送電ケーブルの断線を検出するために、ケーブルを含む直流側の回路に電圧を印加する構成と、ケーブルを含む直流側の回路に流れる電流を検出する構成と、制御回路４０を備えている。

ケーブルを含む直流側の回路に電圧を印加する構成（電圧印加手段）としては、直流電圧変換回路２２、直流電圧印加スイッチ２３、直流側ＭＣ１８、リアクトル２０、スイッチ１９を備えている。
直流電圧変換回路２２は、系統側の電源を直流に変換し、直流電圧印加スイッチ２３の投入をもって、直流側の回路に直流電圧を印加する。このとき、直流電圧変換回路２２が直流電圧を印加する極性は、ダイオード４に妨げられない極性とする。
直流側ＭＣ１８は、常時投入され、直流電圧印加スイッチ２３を投入する際にのみ解列する。
リアクトル２０は、Ｐ（＋）側の配線とＮ（−）側の配線との間に接続され、直流電圧変換回路２２を駆動させた際の直流電流を抑制する。
リアクトル２０に直列に接続されたスイッチ１９は、直流側の回路へ直流電流を流す際に投入する。

ケーブルを含む直流側の回路に流れる電流を検出する構成としては、電流検出器１７を備え、電流検出器１７は回路に流れる直流電流値を検出する。

制御回路４０は、断線検出処理部３０と警報出力回路４１から構成されている。
断線検出処理部３０は、以下に述べる断線検出処理を行い、ケーブルの断線検出信号を出力する。
警報出力回路４１は、断線検出処理部３０から入力された断線検出信号に基づいて、警報出力を警報出力端子８へ出力する。

警報出力端子８には、表示手段や警報手段などのアラーム手段を接続し、警報出力端子８から警報出力が出力されると異常を通知するようにすれば良い。なお、アラーム手段は、パワーコンディショナ内に設けても良い。

図２に、断線検出処理部３０の構成の一例を示す。
断線検出処理部３０は、回路駆動判定部３１と、比較演算部３２を有する。

回路駆動判定部３１は、直流部コンデンサ１５の直流電圧が十分に低くなったことをもって、ＭＣ解列指令を出力して直流側ＭＣ１８を解列させる。次に、直流電圧印加スイッチ２３へ直流電圧印加指令を出力し、直流電圧変換回路２２が出力する直流電圧を直流側ＭＣ１８の両端に加えることにより、直流電圧を直流側の回路へ印加する。その後、スイッチ１９へスイッチ投入指令を出力し、リアクトル２０を介して直流側の回路に電流が流れるようにする。このとき、スイッチ１９を投入し続けると、電流検出器１７が破損する可能性があるため、電流検出器１７で検出する直流電流値が一定電流値を超えないように、スイッチ１９へのスイッチ投入指令はＰＷＭ出力とするのが好ましい。

比較演算部３２は、電流検出器１７が検出した直流電流値が設定値、例えば０より大きいか否かを判定し、ケーブルの切断を検出して、断線検出信号を警報出力回路４１へ出力する。

図３に、断線検出処理部３０の処理を説明するフローチャートを示す。
まず、回路駆動判定部３１において、直流部コンデンサ１５の直流電圧が十分に低いかどうかを確認し（Ｓ３０１）、低い場合には直流側ＭＣ１８へＭＣ解列指令を出力する（Ｓ３０２）。例えば夜間になると、太陽電池の出力電力が無くなり、直流部コンデンサ１５の直流電圧が低くなる。その後、直流電圧印加スイッチ２３へ直流電圧印加指令を出力し（Ｓ３０３）、直流電圧変換回路２２から直流側の回路へ直流電圧を加える。そして、スイッチ１９へスイッチ投入指令を出力し（Ｓ３０４）、リアクトル２０を含む回路を構成する。Ｓ３０１で、直流部コンデンサ１５の直流電圧値が十分に低くなければ、低くなるまで監視する。

次に、電流検出器１７で、直流側の回路を流れる電流を計測する。そして、比較演算部３２にて、電流検出器１７が検出した直流電流値が設定値、例えば０より大きいかどうかを比較する（Ｓ３０５）。直流電流値が設定値より大きい場合は、ケーブルが断線していないため、一定時間待機し（Ｓ３０６）、再度、直流電流値が設定値より大きいかどうかを確認する。直流電流値が設定値より小さい場合は、ケーブルが断線していると判断し、断線検出信号を警報出力回路４１へ出力する（Ｓ３０７）。

図４に、送電ケーブルの盗難を検知するまでのタイムチャートを示す。
時刻ｔ１で直流部コンデンサ１５の直流電圧値が十分に低くなったことを検出すると、直流側ＭＣ１８へＭＣ解列指令を、直流電圧印加スイッチ２３へ直流電圧印加指令を、スイッチ１９へスイッチ投入指令を出力し、ケーブルを含む直流側の回路に直流電流が流れる。その後、電流検出器１７で直流側の回路を流れる電流の検出を続ける。そして、ケーブルが断線すると直流電流が流れなくなり、ｔ２において、比較演算部３２で断線を検出すると、断線検出信号を出力する。なお、図に示すように、スイッチ１９へ加えるスイッチ投入指令は周期的なパルス信号であり、回路を流れる電流は周期的なパルス電流となる。

上記の制御回路４０は、その一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

本実施例のパワーコンディショナは、直流入力側にケーブルを介して太陽光パネルが接続され、交流出力側に電力系統が接続され、直流入力側から入力した直流電力を交流電力に変換するインバータを有するパワーコンディショナであって、ケーブルを含む直流側の回路に直流電圧を印加する電圧印加手段と、前記直流側の回路に流れる電流を計測する電流検出器と、前記電流検出器で計測した直流電流値に基づいて前記ケーブルの断線を検出する断線検出処理部とを備えるものである。

また、本実施例のケーブルの盗難検知方法は、直流入力側にケーブルを介して太陽光パネルが接続され、交流出力側に電力系統が接続され、直流入力側から入力した直流電力を交流電力に変換するインバータを有するパワーコンディショナに接続したケーブルの盗難検知方法であって、電圧印加手段によりケーブルを含む直流側の回路に直流電圧を印加するステップと、電流検出器で前記直流側の回路に流れる電流を計測するステップと、断線検出処理部により計測した直流電流値が設定値以下であることを判定してケーブルの断線を検出し、断線検出信号を出力するステップと、前記断線検出信号に基づいて警報出力を出力するステップと、を備えるものである。

本実施例によれば、ケーブルを含む直流側の回路に電圧を印加し、回路を流れる電流を検出することにより、確実かつ迅速に太陽光発電システムの送電ケーブルの盗難を検知することができる。そして、太陽電池の出力電力が無くなる夜間において、ケーブルの切断を検出して報知することにより、ケーブルの盗難を防止することができる。

実施例１に記載した検出方法は、ケーブルの盗難が行われる際に系統側ブレーカ１３を遮断するなど、電源回路１６への電源供給が遮断されると検出できない。実施例２はそのための対策を備えるもので、電源回路１６へ電源が供給されている間は、常時電源検出出力端子９から信号を出力させておき、ケーブルの断線時や、系統側ブレーカ１３の遮断時に、電源検出出力端子９からの信号が途切れることをもって、パワーコンディショナの異常状態をユーザへ知らせるアラーム手段を設ける。具体的には、電源検出出力端子９に表示手段や警報手段などのアラーム手段を接続し、電源検出出力端子９からの信号が途切れると異常を通知するようにすれば良い。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…太陽光パネル
２…電力系統
３…接続箱
４…ダイオード
８…警報出力端子
９…電源検出出力端子
１１…絶縁トランス
１２…交流側ＭＣ（Magnetic Contactor）
１３…系統側ブレーカ
１４…直流側ブレーカ
１５…直流部コンデンサ
１６…電源回路
１７…電流検出器
１８…直流側ＭＣ
１９…スイッチ
２０…リアクトル
２１…インバータ部
２２…直流電圧変換回路
２３…直流電圧印加スイッチ
３０…断線検出処理部
３１…回路駆動判定部
３２…比較演算部
４０…制御回路
４１…警報出力回路

Claims (9)

1. 直流入力側にケーブルを介して太陽光パネルが接続され、交流出力側に電力系統が接続され、直流入力側から入力した直流電力を交流電力に変換するインバータを有するパワーコンディショナであって、
   ケーブルを含む直流側の回路に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記直流側の回路に流れる電流を計測する電流検出器と、
   前記電流検出器で計測した直流電流値に基づいて前記ケーブルの断線を検出する断線検出処理部と、
   前記インバータの直流側に設けた直流部コンデンサの直流電圧の低下を検出して、前記電圧印加手段へ直流電圧印加指令を出力する回路駆動判定部と
   を備えるパワーコンディショナ。
2. 直流入力側にケーブルを介して太陽光パネルが接続され、交流出力側に電力系統が接続され、直流入力側から入力した直流電力を交流電力に変換するインバータを有するパワーコンディショナであって、
   ケーブルを含む直流側の回路に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記直流側の回路に流れる電流を計測する電流検出器と、
   前記電流検出器で計測した直流電流値に基づいて前記ケーブルの断線を検出する断線検出処理部と、を備え、
   前記電圧印加手段は、直流側の回路に挿入された直流側ＭＣと、系統側の電源を直流電圧に変換する直流電圧変換回路と、該直流電圧変換回路の出力である直流電圧を、前記直流側ＭＣの両端に印加する直流電圧印加スイッチとを備えるパワーコンディショナ。
3. 請求項２に記載のパワーコンディショナにおいて、
   前記電圧印加手段は、更に、直流側の回路のＰ（＋）側の配線とＮ（−）側の配線との間に接続した、リアクトルとスイッチとの直列回路を備えるパワーコンディショナ。
4. 請求項１または２に記載のパワーコンディショナにおいて、
   前記断線検出処理部は、前記電流検出器で計測した直流電流値が設定値以下であることを判定して断線検出信号を出力するパワーコンディショナ。
5. 請求項１または２に記載のパワーコンディショナにおいて、更に、
   前記断線検出処理部の断線検出信号に基づいて警報出力を出力する警報出力回路を備えるパワーコンディショナ。
6. 請求項５に記載のパワーコンディショナにおいて、
   前記警報出力は、前記ケーブルの盗難を表すものであるパワーコンディショナ。
7. 請求項１または２に記載のパワーコンディショナにおいて、更に、
   パワーコンディショナの電源回路への電源供給を検出し、電源供給が途切れるとパワーコンディショナの異常状態を知らせるアラーム手段を設けたパワーコンディショナ。
8. 直流入力側にケーブルを介して太陽光パネルが接続され、交流出力側に電力系統が接続され、直流入力側から入力した直流電力を交流電力に変換するインバータを有するパワーコンディショナに接続したケーブルの盗難検知方法であって、
   前記インバータの直流側に設けた直流部コンデンサの直流電圧の低下を検出して、電圧印加手段に電圧印加指令を出力するステップと、
   前記電圧印加手段により、ケーブルを含む直流側の回路に直流電圧を印加するステップと、
   電流検出器で、前記直流側の回路に流れる電流を計測するステップと、
   断線検出処理部により、計測した直流電流値が設定値以下であることを判定してケーブルの断線を検出し、断線検出信号を出力するステップと、
   前記断線検出信号に基づいて警報出力を出力するステップと、
   を備えるパワーコンディショナに接続したケーブルの盗難検知方法。
9. 請求項８に記載のパワーコンディショナに接続したケーブルの盗難検知方法において、更に、
   パワーコンディショナの電源回路への電源供給を検出し、電源供給が途切れるとパワーコンディショナの異常状態を知らせるステップを備えるパワーコンディショナに接続したケーブルの盗難検知方法。

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