JP6611435B2

JP6611435B2 - 太陽光発電設備の異常検出システム

Info

Publication number: JP6611435B2
Application number: JP2015005525A
Authority: JP
Inventors: 昌幸松尾; 宏昭吉岡; 和昭林
Original assignee: Nitto Kogyo Corp
Current assignee: Nitto Kogyo Corp
Priority date: 2015-01-15
Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2035-01-15
Also published as: JP2016131470A

Description

本発明は、太陽光発電設備の異常検出システムに関するものである。

近年、再生可能エネルギーとして、太陽光発電への期待が高まり、各地で、メガソーラー等の大規模な太陽光発電施設が建設されている。

これらの太陽光発電施設において、太陽電池アレイやストリングあるいはモジュール等（以下、まとめて、「太陽電池ユニット」という）の盗難を検知する技術として、ストリング単位ごとに、上流のパワーコンディショナーとの接続を切り離す開閉手段を備え、順に、この開閉手段を操作して、ストリング単位で、他のシステム全体から電気的に切り離しながら、その切り離されたストリングに対して入力信号を印加して、この入力信号に対するストリングからの応答信号（＝出力信号）を引き出し、これらの入出力信号の比較によって、太陽光発電設備の異常を検出する技術が知られている。

しかし、一般に、開閉器には、規定に定められた条件下で安全に使用できる開閉回数の限度として「耐久性」の上限が定められているため、異常検出を目的とした、開閉手段の繰り返し操作が必要となる上記の技術では、所定期間ごとに開閉手段を交換する必要があり、コストが嵩み、手間がかかるという問題があった。また、複雑な制御システムを必要とするという問題もあった。

また、太陽電池ユニットの盗難を検出するその他の技術として、盗難監視システムに盗難観測装置本体を備え、この盗難観測装置本体と太陽電池モジュールとを信号線で繋ぎ、この信号線と太陽モジュールとの接続部に応答素子を設けて、盗難観測装置本体から送信された監視信号を受けた応答素子が返送する受信信号の有無に基づいて盗難を検出する技術が開示されている（特許文献１）。

しかし、特許文献１の技術も、複数の応答素子の使用を前提とするものであり、コストが嵩むという問題があった。

その他、監視カメラを設置する盗難対策も知られているが、盗難は、主に、夜間に、配線ケーブルを狙って行われることが多く、このようなケースでは、監視カメラによる監視は有効とはいえない、という問題があった。

特開２０１２-１６００５２号公報

本発明の目的は前記の各問題を解決し、低コストに、かつ、簡易なシステム構成によって、夜間にも確実に、盗難等の異常を検出することができる、太陽光発電設備の異常検出システムを提供することである。

本発明では、上記の課題を解決する手段として、太陽電池ユニットで作り出された直流電力を集約する下位ユニットと、前記の下位ユニットに集めた直流電力を集約する上位ユニットとを備える太陽光発電設備の異常検出システムであって、該下位ユニットを、該上位ユニットに、複数並列接続し、これらの各下位ユニットと前記上位ユニットを繋ぐ各配線ケーブルに、インピーダンスを計測する計測器をそれぞれ設けるとともに、太陽電池ユニットの非発電時に、上流のパワーコンディショナーとの接続を切り離すことなく各下位ユニットのインピーダンスを計測し、前記計測の結果に基づいて、前記の異常を検出する第１の判定部を設け、前記の計測器は、前記のインピーダンスとして、上位ユニットに並列接続された全ての下位ユニットに、各々、集約される合成インピーダンスを計測し、予め登録された合成インピーダンスの設定値と、前記の計測結果を比較して異常判定を行う構成を採用した。

前記第１の判定部は、予め登録された合成インピーダンスの設定値と、前記の計測結果を比較して、両者が一致しない場合に、異常判定を行うことが好ましく、また、前記の判定部は、前記の異常判定後、他の計測器に順次動作命令を送信し、これらの各測定器の計測結果に基づいて、異常原因を特定する異常原因特定機能を有することが好ましい。

また、前記の上位ユニットを、第２の下位ユニットとして、この第２の下位ユニットに集めた直流電力を集約する第２の上位ユニットを、更に備え、該第２の下位ユニットを、該第２の上位ユニットに、複数並列接続し、これらの各第２の下位ユニットと前記第２の上位ユニットを繋ぐ各配線ケーブルに、インピーダンスを計測する第２の計測器を設けるとともに、これらの各第２の計測部の上流には、太陽電池ユニットの非発電時に、前記の計測結果に基づいて、前記の異常を検出する第２の判定部を設け、前記第１の判定部は、第２の判定部の異常判定後、計測器に動作命令を送信して異常判定を開始するものとすることが好ましい。

太陽電池ユニットで作り出された直流電力を集約する下位ユニットと、前記の下位ユニットに集めた直流電力を集約する上位ユニットとを備える太陽光発電設備の異常検出システムにおいて、該下位ユニットを、該上位ユニットに、複数並列接続し、これらの各下位ユニットと前記上位ユニットを繋ぐ各配線ケーブルに、インピーダンスを計測する計測器を設けるとともに、太陽電池ユニットの非発電時に、前記計測の結果に基づいて、前記の異常を検出する第１の判定部を設け、前記の計測器では、前記のインピーダンスとして、上位ユニットに並列接続された全ての下位ユニットに、各々、集約される太陽電池ユニットの合成インピーダンスを計測する本発明によれば、簡易なシステム構成によって、夜間にも確実に、盗難等の異常を検出することができる。
なお、計測部の内部には、小容量の開閉器は必要となるが、上流のパワーコンディショナーとの接続を切り離す開閉手段（＝大容量の開閉手段）を繰り返し操作して異常検出を行う従来技術と比べて、開閉器の交換に伴うコストを大幅に抑制することができる。

実施形態１の太陽光発電設備を構成する電気回路のブロック図である。判定部による異常検出の流れを説明するフロー図である。実施形態２の太陽光発電設備を構成する電気回路のブロック図である。実施形態３の太陽光発電設備を構成する電気回路のブロック図である。実施形態４の太陽光発電設備を構成する電気回路のブロック図である。実施形態４の太陽光発電設備を構成する電気回路のブロック図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。

（実施形態１）
本実施形態では、図１に示すように、太陽電池モジュール１を直列または並列につなげた太陽電池ストリング２を、配線ケーブル３を介して、接続箱４に接続している。なお、図１において、中段及び下段の接続箱の下流については、電気回路の図示を省略している
が、これらも、上段に図示した接続箱と同様の電気回路を有するものとする。

接続箱４に引き込まれた配線ケーブル３は、並列接続された開閉器５に、各々、配線され、逆流防止ダイオード６を介したのち、配線ケーブル７に集約されて、接続箱４から引き出される。

本実施形態では、並列接続された３つの接続箱４から、それぞれ、引き出された配線ケーブル７を、１つの集電箱８に集めている。これら、各配線ケーブル７は、集電箱８の中で配線ケーブル９に集約されて、集電箱８から引き出され、続いて、パワーコンディショナー１０に引き込まれる。パワーコンディショナー１０では、引き込まれた電力を直流から交流にかえる処理が行われる。メガソーラー等の大規模な太陽光発電施設に設置されたパワーコンディショナー１０は、前記機能の他、ＭＰＰＴ制御（最大電力点追従制御）、高調波抑制対策（ＰＷＭ制御）、系統連系制御（電圧形/電流制御）、力率制御（電圧上昇抑制対策）、系統連系保護（ＯＶＲ、ＵＶＲ、ＯＦＲ、ＵＦＲ、単独運転保護装置：受動/能動）、モニター（入出力電圧、電流、電力、無効電力、力率、系統異常、直流電圧・電流異常）等の機能も備えている。

本発明は、太陽電池ユニットで作り出された直流電力を集約する下位ユニットと、前記の下位ユニットに集めた直流電力を集約する上位ユニットとを備える太陽光発電設備の異常検出システムにおいて、該下位ユニットを、該上位ユニットに、複数並列接続し、これらの各下位ユニットと前記上位ユニットを繋ぐ各配線ケーブルに、インピーダンスを計測する計測器を設けるとともに、これらの各計測部の上流には、太陽電池ユニットの非発電時に、前記計測の結果に基づいて、前記の異常を検出する第１の判定部を設け、前記の計測器では、前記のインピーダンスとして、上位ユニットに並列接続された全ての下位ユニットに、各々、集約される太陽電池ユニットの合成インピーダンスを計測するものであり、本実施形態は、接続箱４を「下位ユニット」とし、集電箱８を「上位ユニット」としたものである。なお、小規模な太陽光発電設備では、集電箱８は省略される場合もあるため、この場合、接続箱４を「下位ユニット」とし、パワーコンディショナー１０を「上位ユニット」とすることができる。
なお第１の判定部は各計測部の上流に限らず、太陽光発電設備の任意の箇所に設置することができる。

また、本実施形態では、太陽電池ストリング２を「太陽電池ユニット」としているが、太陽電池アレイを「太陽電池ユニット」とすることもできる。

接続箱４を「下位ユニット」とし、集電箱８を「上位ユニット」とした本実施形態では、接続箱４に引き込まれた２本の配線ケーブル３を、１本に集約した配線ケーブル７に計測器１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）が繋がれている。

計測器１１は、第１の判定部１２からの動作命令を受けて、電圧印加を開始し、合成抵抗を計測する。具体的には、１１ａ、１１ｂ、１１ｃの何れかの計測器は、一定時間電圧を印加して、電流値を計測することにより、その計測器（例えば、１１ａ）が収容されている接続箱（例えば、４ａ）に集約される電気回路の抵抗と、並列された他の接続箱（４ｂ、４ｃ）に集約される電気回路（図示を省略）の抵抗からなる合成抵抗を計測する。なお、本実施形態では、計測器１１および第１の判定部１２の動作電源として、太陽光発電により発電された電力を蓄える蓄電池を利用している。

計測器１１により計測された合成抵抗は、第１の判定部１２に向けて出力される。本実施形態では、計測器１１と第１の判定部１２との通信を、有線で行っているが、無線通信とすることもできる。

本実施形態では、第１の判定部１２を集電箱８内に設置している。

第１の判定部１２は、全ストリングの出力がゼロとなっていること、および、パワーコンディショナー内部の開閉器が開路状態となって、パワーコンディショナー１０が停止したことを確認すると、この太陽光発電設備が「非発電状態」にある、との判定を行う。

第１の判定部１２は、前記の判定を受けて、異常検出を開始する。具体的には、まず、各計測器１１に向けて、前記の動作命令を発する。このとき、一の計測器が起動時には、他の計測器が起動しないように、前記の動作命令は、所定間隔で、各計測器１１に向けて、順に、行われる。

以下、図２のフローを用いて、第１の判定部１２による異常検出の流れを説明する。

（ＳＴ１）
前記のように、第１の判定部１２は、全ストリングの出力がゼロとなっていること、および、パワーコンディショナー内部の開閉器が開路状態となって、パワーコンディショナー１０が停止したことを確認すると、この太陽光発電設備が「非発電状態」にある、との判定を行う。

（ＳＴ２）
第１の判定部１２は、前記の判定を受けて、異常検出を開始し、一つの計測器（１１ａ、１１ｂ、１１ｃの何れか）に向けて、動作命令１を発する。計測器（本実施形態では、１１ａ）は、この動作命令を受けて電圧印加を開始し、接続箱４ａ、４ｂ、４ｃに、各々、集約される電気回路の抵抗からなる合成抵抗（Ｚ１）を計測する。計測器１１ａにより計測された合成抵抗は、第１の判定部１２に向けて出力される。

（ＳＴ３）
第１の判定部１２には、予め、各下位ユニットに集約される電気回路の抵抗値（Ｒ１〜Ｒ３）が初期設定値として記憶されている。
第１の判定部１２は、この初期設定値（Ｒ１〜Ｒ３）と、前記の合成抵抗に基づいて判定を行う。具体的には、例えば、計測器１１ａが電圧印加を行った際に計測された合成抵抗が「Ｚ１」の場合、この「Ｚ１」と、前記の初期設定値から求めた理論抵抗値「１／（１／Ｒ１+１／Ｒ２+１／Ｒ３）」を比較し、Ｚ１＝１／（１／Ｒ１+１／Ｒ２+１／Ｒ３）ならば、正常判定（盗難や故障等がない「正常な状態」であるとの判定）を行い、ここで、異常検出のルーティンを終了する。

（ＳＴ４）
Ｚ１＝１／（１／Ｒ１+１／Ｒ２+１／Ｒ３）以外の場合には、異常判定となり、警告表示を行う。

（ＳＴ５）
異常判定の場合、続いて、第１の判定部１２は、他の計測器（本実施形態では、１１ｂ、１１ｃ）に向けて、動作命令２を発する。

（ＳＴ６）
動作命令を受けた計測器１１ｂ、１１ｃは、それぞれ、一定時間電圧を印加して、合成抵抗「Ｚ２（＝計測器１１ｂが電圧印加を行った際に計測された合成抵抗）」「Ｚ３（＝計測器１１ｃが電圧印加を行った際に計測された合成抵抗）」を計測する。この合成抵抗「Ｚ２」「Ｚ３」は、第１の判定部１２に向けて出力される。第１の判定部１２は、合成抵抗「Ｚ１」「Ｚ２」「Ｚ３」と、前記の初期設定値（Ｒ１〜Ｒ３）に基づいて判定を行う。

（ＳＴ７）
Ｚ１＝Ｒ１、かつ、Ｚ２＝Ｚ３＝１／（１／Ｒ２+１／Ｒ３）の場合には、接続箱１と集電箱８を繋ぐ配線ケーブルが盗難された、との判定を行う。
Ｚ１＝Ｒ１、かつ、Ｚ２＝Ｒ２、かつ、Ｚ３＝Ｒ３の場合には、接続箱と集電箱を繋ぐ配線ケーブルの全部が盗まれた、との判定を行う。

（ＳＴ８）
なお、太陽光モジュール自体が盗難された場合にはその接続方式に関わらずインピーダンスは増加または∞となる。このため、Ｚ１≠Ｒ１、Ｚ２≠Ｒ２、Ｚ３≠Ｒ３、かつ、Ｚ１＞１／（１／Ｒ１+１／Ｒ２+１／Ｒ３）の場合には、いずれかの太陽光モジュールが盗難されたと判定、との判定を行う。

（実施形態２、３）
図３に示すように、集電箱８を「下位ユニット」とし、パワーコンディショナー１０を「上位ユニット」としたり、図４に示すように、太陽電池ストリング２を「下位ユニット」とし、接続箱４を「上位ユニット」とすることもできる。なお、図３、図４においても、図１と同様、一部の接続箱の下流については、電気回路の図示を省略しているが、これらも、最上段に図示した接続箱と同様の電気回路を有するものとする。

（実施形態４）
更に、これらの実施形態を組み合わせて、「下位ユニット」と「上位ユニット」を重畳的に設置して、上位から下位に向かって、順番に、異常個所を絞り込んでいくシステムとすることもできる。例えば、図５、図６に示すように、前記の上位ユニット（集電箱８）を、第２の下位ユニットとして、この第２の下位ユニットに集めた直流電力を集約する第２の上位ユニット（パワーコンディショナ１０）を、更に備え、この第２の下位ユニットを、前記の第２の上位ユニットに、複数並列接続し、これらの各下位ユニットと第２の上位ユニットを繋ぐ各配線ケーブルの途中には、各々、太陽電池ユニットの非発電時に、下流のインピーダンスを計測する第２の計測器１３を設けるとともに、これらの各計測部の上流には、前記の計測結果に基づいて、前記の異常を検出する第２の判定部１４を設け、前記の第１の判定部１２は、第２の判定部１４の異常判定後、計測器１１に動作命令を送信して異常判定を開始するものとすることもできる。

１太陽電池モジュール
２太陽電池ストリング
３配線ケーブル
４（４ａ、４ｂ、４ｃ）接続箱
５開閉器
６逆流防止ダイオード
７配線ケーブル
８集電箱
９配線ケーブル
１０パワーコンディショナー
１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）計測器
１２第１の判定部
１３第２の計測器
１４第２の判定部

Claims

太陽電池ユニットで作り出された直流電力を集約する下位ユニットと、前記の下位ユニットに集めた直流電力を集約する上位ユニットとを備える太陽光発電設備の異常検出システムであって、該下位ユニットを、該上位ユニットに、複数並列接続し、これらの各下位ユニットと前記上位ユニットを繋ぐ各配線ケーブルに、インピーダンスを計測する計測器をそれぞれ設けるとともに、太陽電池ユニットの非発電時に、上流のパワーコンディショナーとの接続を切り離すことなく各下位ユニットのインピーダンスを計測し、前記計測の結果に基づいて、前記の異常を検出する第１の判定部を設け、前記の計測器は、前記のインピーダンスとして、上位ユニットに並列接続された全ての下位ユニットに、各々、集約される合成インピーダンスを計測し、予め登録された合成インピーダンスの設定値と、前記の計測結果を比較して異常判定を行うことを特徴とする太陽光発電設備の異常検出システム。
前記第１の判定部は、前記の異常判定後、他の計測器に順次動作命令を送信し、これらの各測定器の計測結果に基づいて、異常原因を特定する異常原因特定機能を有することを特徴とする請求項１記載の太陽光発電設備の異常検出システム。
前記の上位ユニットを、第２の下位ユニットとして、この第２の下位ユニットに集めた直流電力を集約する第２の上位ユニットを、更に備え、該第２の下位ユニットを、該第２の上位ユニットに、複数並列接続し、これらの各第２の下位ユニットと前記第２の上位ユニットを繋ぐ各配線ケーブルに、インピーダンスを計測する第２の計測器を設けるとともに、これらの各第２の計測部の上流には、太陽電池ユニットの非発電時に、前記の計測結果に基づいて、前記の異常を検出する第２の判定部を設け、前記第１の判定部は、第２の判定部の異常判定後、計測器に動作命令を送信して異常判定を開始することを特徴とする請求項１記載の太陽光発電設備の異常検出システム。