JP6930370B2 - 地絡検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池ストリングを含む太陽光発電システムに適用される地絡検出装置に関する。

太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュールが直列接続された太陽電池ストリングを備えている。各太陽電池モジュールは、直列接続された複数の太陽電池セルを備えている。上記太陽電池ストリングは、太陽電池ストリングにおいて発電された直流電力は、パワーコンディショニングシステム（Power Conditioning System，ＰＣＳ）にて適当な直流電力および／または適当な交流電力に変換される。

太陽電池ストリングの電路は、任意の封止材で電気的に絶縁（以下単に「絶縁」と称する。）されている。しかしながら、何らかの原因で、太陽電池ストリングの電路における或る箇所と大地との間の絶縁抵抗が低下すると、当該箇所において地絡が生じる。そこで、従来、太陽光発電システムには、特許文献１・２に開示されているように、地絡を検出する地絡検出装置が設けられている。

特許文献１の系統連系インバータは、ＰＣＳの一種であり、直流電源から入力される直流電力を、入出力間が絶縁されていないコンバータ回路およびインバータ回路を経て交流電力に変換し、該交流電力を接地された系統に出力するものである。上記系統連系インバータは、上記直流電源の地絡を検出する地絡検出手段を備えている。具体的には、上記地絡検出手段は、入力側における正側ラインの電流と負側ラインの電流との差電流の直流分を検出し、その検出値が所定レベル以上か否かにより地絡判定を行っている。

また、上記系統連系インバータは、上記地絡の検出時における上記直流電源からの入力電圧を検出する。そして、２つの上記所定レベルについて、上記地絡の検出時における２つの上記入力電圧をそれぞれ検出することにより、地絡抵抗および上記地絡位置が検出される。

特許文献２に記載の地絡検出装置は、太陽電池ストリングの負極を開放する一方、正極を検出抵抗を介して接地し、このとき上記検出抵抗の両端に発生する電圧を第１電圧として検出する。同様に、太陽電池ストリングの正極を開放する一方、負極を検出抵抗を介して接地し、このとき上記検出抵抗の両端に発生する電圧を第２電圧として検出する。さらに、上記太陽電池ストリングの正極と負極との間の極間電圧を検出する。

次に、上記地絡検出装置は、第１電圧、第２電圧、上記極間電圧、および上記検出抵抗の抵抗値に基づいて、上記太陽電池ストリングの地絡抵抗値（絶縁抵抗値）を求める。この地絡抵抗値から地絡の有無が検出される。また、第１電圧および第２電圧の比から地絡位置が検出される。

特開２００１−２７５２５９号公報 特開２０１６−０５０７８３号公報

ところで、地絡には、例えば、朝方のみ発生する地絡、湿度の高いときのみ発生する地絡など、不定期に発生する地絡（以下、「不定期地絡」と称する。）がある。このような不定期地絡が発生した場合、作業員が駆けつけた頃には上記不定期地絡が収まっていることがある。これに対し、特許文献１に記載の系統連系インバータのように、ＰＣＳにて上記地絡を検出する場合には、上記不定期地絡も検出することができる。

また、特許文献１に記載の系統連系インバータのように、ＰＣＳに既に存在する計測回路からの計測値を利用して、上記地絡位置を検出する場合は、特許文献２に記載の地絡検出装置をＰＣＳに組み込む場合に比べて、装置規模を抑えることができる。

しかしながら、本願発明者らが確認したところ、ＰＣＳに既に存在する計測回路からの計測値を利用して検出された上記地絡位置が、実際に上記地絡が発生している位置から大きく外れる場合があることを見出した。

本開示の一態様は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＰＣＳから検出される地絡位置の精度を向上することにある。

上記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る地絡検出装置は、太陽電池モジュールの複数個を直列接続した太陽電池ストリングと、該太陽電池ストリングから供給される電力を変換し、変換した電力を系統に出力する電力変換装置とを備えた太陽光発電システムに適用される地絡検出装置であって、前記電力変換装置にて計測された、前記太陽電池ストリングの出力電圧と、地絡電流と、対地電位とを用いて、地絡位置を特定する地絡位置特定部を備える。

理想的な場合、前記出力電圧と前記地絡電流とは線形性を有しており、前記出力電圧と前記地絡電流との関係から前記地絡位置を推定することができる。

しかしながら、本願発明者らが実際に確認したところ、推定された地絡位置に誤差を含むことを見出した。これは、前記地絡位置から前記太陽電池ストリングの負極端子側に位置する太陽電池モジュールの電圧と、前記地絡位置から前記太陽電池ストリングの正極端子側に位置する太陽電池モジュールの電圧とが、前記地絡電流により異なることに起因すると考えられる。

そして、本願発明者らがさらに検討したところ、前記太陽電池ストリングのＩ−Ｖ特性に基づき、前記出力電圧が高い領域では、前記誤差が小さくなることを見出した。

そこで、上記地絡検出装置では、前記地絡位置特定部は、利用する前記出力電圧の下限値を設定することを特徴としている。

上記の構成によると、前記下限値に等しいまたは前記下限値よりも高い前記出力電圧が利用されるので、前記地絡位置の誤差を抑えることができ、その結果、前記地絡位置の精度を向上することができる。なお、前記太陽電池ストリングの正極端子および負極端子の一方における対地電位を求めることができれば、前記系統の接地、前記電力変換装置に設けられる絶縁トランスの負極接地など、任意の接地に基づき計測される対地電位を、前記地絡位置の特定に利用することができる。

なお、前記下限値は、前記太陽電池ストリングの開放電圧を所定の割合で乗算した値であってもよい。この場合、前記開放状態は容易に計測できるので、前記下限値を容易に設定することができる。

また、前記下限値は、太陽電池ストリングの最大出力点における出力電圧であってもよい。この場合、前記地絡を検出したときの出力電圧を前記下限値として設定すればよく、前記下限値を容易に設定することができる。

また、前記下限値は、前記出力電圧と前記地絡電流との線形性が維持される範囲の最小値であってもよい。

本開示の別の態様に係る地絡検出装置は、太陽電池モジュールの複数個を直列接続した太陽電池ストリングと、該太陽電池ストリングから供給される電力を変換し、変換した電力を系統に出力する電力変換装置とを備えた太陽光発電システムに適用される地絡検出装置であって、前記電力変換装置にて計測された、前記太陽電池ストリングの出力電圧と、地絡電流と、対地電位とを用いて、地絡位置を特定する地絡位置特定部を備え、該地絡位置特定部は、特定した地絡位置に対応する、該地絡位置の誤差の範囲に関する情報を出力することを特徴としている。

ここで、情報の例としては、前記太陽電池ストリングの長さに対する前記太陽電池ストリングの負極端子から地絡位置までの長さの割合、前記誤差に含まれる太陽電池モジュールの情報などが挙げられる。また、前記出力の例としては、表示、印字、通信などが挙げられる。

上記の構成によると、ユーザは、前記地絡位置の誤差の範囲を認識することにより、前記地絡の発生しているおおまかな位置を把握することができる。その結果、修理すべき太陽電池モジュールを間違えたり、地絡している太陽電池モジュールに誤って触って感電したりするリスクを低減することができる。

ところで、本願発明者らがさらに確認したところ、前記Ｉ−Ｖ特性に基づき、前記出力電圧と、前記地絡電流と、前記誤差を考慮した前記地絡位置とを対応付けられることを見出した。

そこで、本開示の他の態様に係る地絡検出装置は、太陽電池モジュールの複数個を直列接続した太陽電池ストリングと、該太陽電池ストリングから供給される電力を変換し、変換した電力を系統に出力する電力変換装置とを備えた太陽光発電システムに適用される地絡検出装置であって、前記電力変換装置にて計測された、前記太陽電池ストリングの出力電圧と、地絡電流と、対地電位とを用いて、地絡位置を特定する地絡位置特定部を備え、該地絡位置特定部は、前記太陽電池ストリングのＩ−Ｖ特性を前記電力変換装置から取得し、取得したＩ−Ｖ特性を用いて、前記出力電圧および前記地絡電流の対応情報を前記地絡位置ごとに作成し、作成した対応情報に基づいて、前記電力変換装置から取得した前記出力電圧および前記地絡電流に対応する前記地絡位置を特定することを特徴としている。

上記の構成によると、特定された前記地絡位置は、前記誤差が考慮されたものである。従って、前記地絡位置を精度よく特定することができる。

本開示の一態様によれば、ＰＣＳから検出される地絡位置の精度を向上できるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムの適用場面の一例を示す概略の回路図である。 上記太陽光発電システムにおいて、各地絡位置にて地絡した場合における理想的な計測値と実際の計測値との一例であって、地絡抵抗が３ｋΩである場合の例を示すグラフである。 上記太陽光発電システムにおいて、各地絡位置にて地絡した場合における理想的な計測値と実際の計測値との他の例であって、地絡抵抗が１ｋΩである場合の例を示すグラフである。 上記太陽光発電システムにおける太陽電池ストリングを構成する各太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性の一例を示すグラフである。 本発明の別の実施形態に係る太陽光発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る太陽光発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る太陽光発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、適宜その説明を省略する。

〔実施形態１〕
まず、図１を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る太陽光発電システムの適用場面の一例を示す概略の回路図である。図１に示すように、太陽光発電システム１は、太陽電池ストリング１１およびＰＣＳ１２（電力変換装置）を備えている。

太陽電池ストリング１１は、多数（複数）の太陽電池モジュール２０が直列接続されて形成されている。太陽電池ストリング１１は、電路２１・２２を介してＰＣＳ１２の入力端子Ｐ・Ｎにそれぞれ接続されている。太陽電池モジュール２０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。太陽等からの光エネルギーは、上記複数の太陽電池セルにて直流の電気エネルギーに変換され、太陽電池モジュール２０にて重畳され、太陽電池ストリング１１にてさらに重畳されて、ＰＣＳ１２に供給される。

ＰＣＳ１２は、太陽電池ストリング１１から入力端子Ｐ・Ｎにて入力した直流電力を所定の交流電力に変換して、該交流電力を外部の電力系統８０に出力するものである。具体的には、ＰＣＳ１２は、コンバータ３１およびインバータ３２を備えている。

コンバータ３１は、太陽電池ストリング１１からの直流電力を所定の直流電力に変換（ＤＣ／ＤＣ変換）する回路であり、例えば昇圧チョッパである。コンバータ３１にて変換された直流電力は、インバータ３２に供給される。

インバータ３２は、コンバータ３１から供給された直流電力を所定（例えば、周波数６０Ｈｚ）の交流電力に変換する変換動作（ＤＣ／ＡＣ変換）を行う回路である。インバータ３２において変換された交流電力は、外部の電力系統８０に供給される。また、インバータ３２は、電力系統８０の対地電位が一定となるように制御する。図１の例では、電力系統８０は、単相３線式であり、中性点が接地されている。なお、単相２線式、３相３線式、３相４線式など、他の配電方式の電力系統８０を利用してもよい。

このように、ＰＣＳ１２が設けられることにより、太陽電池ストリング１１にて発電された直流電力を、電力系統８０との系統連系が可能となる所定の電圧および周波数を有する交流電力に変換することができる。

本実施形態では、ＰＣＳ１２は、入力側計測回路３３、出力側計測回路３４、制御部３５（地絡検出装置）、および記憶部３６をさらに備えている。

入力側計測回路３３は、コンバータ３１の入力側の電圧および電流を計測する。具体的には、入力側計測回路３３は、入力端子Ｐ・Ｎ間の電圧、すなわち、太陽電池ストリング１１の電源電圧Ｖpv（出力電圧）を計測する。さらに、入力側計測回路３３は、太陽電池ストリング１１から入力端子Ｐを介してコンバータ３１に流れる電流Ｉpと、コンバータ３１から入力端子Ｎを介して太陽電池ストリング１１に流れる電流Ｉnとを計測する。入力側計測回路３３は、計測したデータを制御部３５に送信する。

出力側計測回路３４は、コンバータ３１の出力側の電圧、すなわち、コンバータ３１によって変換された変換電圧ＶDDCを計測する。出力側計測回路３４は、計測したデータを制御部３５に送信する。

制御部３５は、ＰＣＳ１２内の各種構成の動作を統括的に制御するものであり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを含むコンピュータによって構成される。そして、各種構成の動作制御は、制御プログラムをコンピュータに実行させることによって行われる。記憶部３６は、情報を記録するものであり、ハードディスク、フラッシュメモリなどの記録デバイスによって構成される。

制御部３５は、地絡判定部４０および地絡位置算出部４１（地絡位置特定部）を備える。地絡判定部４０は、地絡の有無を判定するものである。入力端子Ｐからコンバータ３１への電流Ｉpと、コンバータ３１から入力端子Ｎへの電流Ｉnとは、通常の場合には同じ大きさであるが、地絡が発生する場合には異なる大きさとなる。

そこで、本実施形態では、地絡判定部４０は、入力側計測回路３３が計測した電流Ｉpおよび電流Ｉnとの差分電流ΔＩを算出し、該差分電流ΔＩが所定値以上であれば、地絡が発生している（地絡あり）と判定する。このときの差分電流ΔＩが地絡電流Ｉgとなる。なお、入力側計測回路３３にて零相変流器（ＺＣＴ）を用いれば、差分電流ΔＩを直接計測することができる。また、本実施形態では、入力側計測回路３３にて地絡電流Ｉgを検出しているが、これに限定されるものではない。地絡電流Ｉgは、出力側計測回路３４にて検出してもよいし、インバータ３２の出力電流から検出してもよい。

地絡位置算出部４１は、地絡の発生している位置である地絡位置Ｐgを算出する。地絡位置Ｐgは下記の方法により算出される。すなわち、地絡位置Ｐgの対地電位（以下「地絡電位」と称する。）Ｖgは、地絡電流Ｉgおよび地絡抵抗Ｒgを用いると、Ｖg＝Ｉg×Ｒg、となる。

一方、入力端子Ｎにおける対地電位は、電力系統８０の中性点が接地されていることから、−１／２×ＶDDC、となる。また、入力端子Ｎおよび地絡位置Ｐg間の電圧（地絡点電圧）は、電源電圧Ｖpvを用いると、Ｖpv×Ｘ（但し、０≦Ｘ≦１）で表される。従って、地絡電位Ｖgは、Ｖg＝（−１／２×ＶDDC）＋（Ｖpv×Ｘ）となる。

ここで、Ｘは、地絡位置Ｐgを示す値である。入力端子Ｎに接続する太陽電池ストリング１１の負極端子にてＸ＝０であり、入力端子Ｐに接続する太陽電池ストリング１１の正極端子にてＸ＝１である。また、太陽電池ストリング１１に含まれる太陽電池モジュール２０の個数をｎ個（但し、２≦ｎ、ｎは自然数）とし、かつ、地絡位置Ｐgが、入力端子Ｎからｋ番目（但し、１≦ｋ≦ｎ−１）および（ｋ＋１）番目の太陽電池モジュール２０どうしの間であるとすると、Ｘ＝ｋ／ｎ、となる。

以上より、下記の式（１）が導出される。
Ｉg×Ｒg＝（−１／２×ＶDDC）＋（Ｖpv×Ｘ） ・・・（１）。
従って、地絡電流Ｉgがゼロとなるときの電源電圧Ｖpvおよび変換電圧ＶDDCを計測すれば、地絡位置Ｐgを示すＸを求めることができる。或いは、電源電圧Ｖpvを変化させて、地絡電流Ｉg、電源電圧Ｖpv、および変換電圧ＶDDCのセットを複数個計測すれば、地絡位置Ｐgを示すＸと、地絡抵抗Ｒgとを求めることができる。

しかしながら、本願発明者らが確認したところ、実際の地絡位置Ｐgにおける地絡電流Ｉgおよび地絡点電圧（Ｖpv×Ｘ）が、上記式（１）に基づいて求められる地絡電流Ｉgおよび地絡点電圧（Ｖpv×Ｘ）から外れる場合があることを見出した。

図２および図３は、本実施形態の太陽光発電システム１において、各地絡位置Ｐgにて地絡した場合に、上記式（１）に基づいて算出される理想的な計測値（理想値）と、実際の計測値（実測値）との一例を示すグラフである。図２は、地絡抵抗Ｒgが３ｋΩの場合であり、図３は、地絡抵抗Ｒgが１ｋΩの場合である。また、図２および図３の（ａ）は、電源電圧Ｖpvと地絡電流Ｉgとの関係を示すグラフであり、図２および図３の（ｂ）は、電源電圧Ｖpvと地絡点電圧（Ｖpv×Ｘ）との関係を示すグラフである。

図２および図３において、実測値は実線で示され、上記理想値は破線で示されている。また、図２および図３における「９０％」、「５０％」、および「３０％」は、地絡位置Ｐgを示す上記Ｘの値である。

図２および図３を参照すると、地絡電流Ｉgおよび地絡点電圧（Ｖpv×Ｘ）の実測値は、電源電圧Ｖpvが低下するにつれて、上記理想値からの誤差が大きくなることが理解できる。また、当該誤差は、地絡抵抗Ｒgが小さい方が大きくなることが理解できる。

図１および図４を参照して、図２および図３に示されるような現象の原因を検討する。図４は、太陽電池ストリング１１を構成する各太陽電池モジュール２０のＩ−Ｖ特性の一例を示すグラフである。なお、太陽電池ストリング１１のＩ−Ｖ特性も図４と同様のグラフとなる。

図４に示すＶnおよびＶpは、図１に示すＶnおよびＶpと同じである。図１に示すように、上記Ｖnは、地絡位置Ｐgから入力端子Ｎの側（Ｎ側）の太陽電池モジュール２０の出力電圧を示している。一方、上記Ｖpは、地絡位置Ｐgから入力端子Ｐの側（Ｐ側）の太陽電池モジュール２０の出力電圧を示している。

図１および図４を参照すると、上記Ｐ側の太陽電池モジュール２０の出力電流Ｉpは、上記Ｎ側の太陽電池モジュール２０の出力電流Ｉnよりも地絡電流Ｉgの分だけ低下する。これにより、上記Ｐ側の太陽電池モジュール２０の出力電圧Ｖpは、上記Ｎ側の太陽電池モジュール２０の出力電圧Ｖnよりも増加することが理解できる。上記式（１）は、各太陽電池モジュール２０の出力電圧が同じであることを前提としているため、実測値は、上記式（１）に基づく理想値から外れることになる。

また、図４を参照すると、出力電圧Ｖnに対する出力電圧Ｖpの増加量ΔＶは、出力電圧Ｖnが低下するにつれて大きくなることが理解できる。これにより、電源電圧Ｖpvが低下するにつれて、上記理想値に対する実測値の誤差が大きくなることが理解できる。

また、地絡点電圧（Ｖpv×Ｘ）が或る値である場合、地絡抵抗Ｒgが小さいと地絡電流Ｉgの大きさ（絶対値）が大きくなる。そして、図４を参照すると、地絡電流Ｉgの絶対値が大きいと、上記増加量ΔＶが大きくなることが理解できる。これにより、地絡抵抗Ｒgが小さいと、地絡電流Ｉgの絶対値が大きくなり、上記誤差がさらに大きくなることが理解できる。

（実施例１）
そこで、本実施例では、地絡位置算出部４１は、地絡位置Ｐgを求めるために利用される電源電圧Ｖpvの下限値を設定する。これにより、地絡位置算出部４１は、上記下限値以上の電源電圧Ｖpvを利用して地絡位置Ｐgを求めるので、上記理想値に対する実測値の誤差を抑えることができる。その結果、地絡位置Ｐgの誤差を抑えることができる。

上記下限値の設定例としては、下記のものが挙げられる。

（下限値の設定例１）
例えば、開放電圧を所定の割合（例えば６０％）で乗算した値を上記下限値として設定してもよい。開放電圧は、太陽電池ストリング１１からの電流が流れない状態（開放状態）における電源電圧Ｖpvであり、容易に計測することができる。従って、上記下限値を容易に設定することができる。

（下限値の設定例２）
例えば、最大出力点における電源電圧Ｖpvを上記下限値として設定してもよい。通常、太陽光発電システム１は、最大出力点を追従するＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御が行われている。この場合、地絡判定部４０が地絡ありと判定したときの電源電圧Ｖpvが、最大出力点における電源電圧Ｖpvである。従って、上記地絡ありと判定したときの電源電圧Ｖpvを上記下限値として設定すればよく、上記下限値を容易に設定することができる。

（下限値の設定例３）
例えば、電源電圧Ｖpvと、地絡電流Ｉgまたは地絡点電圧（Ｖpv×Ｘ）との線形性が維持される範囲の最小値を上記下限値として設定してもよい。具体的には、互いに異なる３つ以上の電源電圧Ｖpvについて、地絡電流Ｉgまたは地絡電位Ｖgを計測する。電源電圧Ｖpvの変化量に対する地絡電流Ｉgまたは地絡電位Ｖgの変化量が一定である領域が、上記線形性が維持される領域となる。

例えば、図２の（ａ）において「９０％」を示す４つの計測点が得られたとする。この場合、上記線形性（グラフの傾き）が維持される範囲は１４０〜２５０Ｖであるので、上記下限値は１４０Ｖとなる。また、図２の（ｂ）において「５０％」を示す４つの計測点が得られたとする。この場合、上記線形性が維持される範囲は２２０〜２５０Ｖであるので、上記下限値は２２０Ｖとなる。

なお、電源電圧Ｖpvの変化量に対する、太陽電池ストリング１１の電流の変化量が、地絡電流Ｉgよりも大きいという条件を満たすように、上記３つ以上の電源電圧Ｖpvを設定することが望ましい。或いは、互いに異なる多数の電源電圧Ｖpvを含む計測データの中から、上記条件を満たす３つ以上の電源電圧Ｖpvを選択し、選択した各電源電圧Ｖpvに対応する地絡電流Ｉgまたは地絡電位Ｖgを上記計測データから抽出してもよい。

（実施例２）
また、別の実施例では、地絡位置算出部４１は、上記式（１）を用いて算出した地絡位置Ｐgの推定値に対応する、推定値の誤差の範囲に関する情報を出力する。なお、地絡位置算出部４１は、上記推定値および上記範囲に関する情報を出力してもよい。

上記情報の例としては、上記Ｘの誤差の範囲、上記範囲に含まれる太陽電池モジュール２０の情報などが挙げられる。また、上記出力の例としては、表示、印字、通信などが挙げられる。例えば、上記Ｘとして、３０％〜６０％を表示出力することが挙げられる。また、太陽電池ストリング１１に含まれる複数の太陽電池モジュール２０を示す複数のブロックを表示し、上記範囲に含まれる太陽電池モジュール２０を示すブロックを赤色で警告表示することが挙げられる。

これにより、ユーザは、地絡の発生しているおおまかな位置を把握することができる。その結果、修理する太陽電池モジュール２０を間違えたり、地絡している太陽電池モジュール２０に誤って触って感電するリスクを低減したりすることができる。

上記範囲は、図２および図３に示すグラフから求めることができる。また、図２および図３に示すグラフは、太陽電池ストリング１１のＩ−Ｖ特性から作成することができる。

そこで、太陽電池ストリング１１のＩ−Ｖ特性がさほど変化しないのであれば、地絡位置算出部４１は、地絡位置Ｐgの上記推定値および上記範囲を対応付けた第１テーブルを予め記憶部３６に記憶することができる。地絡位置算出部４１は、算出した地絡位置Ｐgの推定値に対応する上記範囲を、第１テーブルを参照して取得し、上記範囲に関する情報を出力することができる。

また、制御部３５が、太陽電池ストリング１１の電源電圧Ｖpvを制御することにより、太陽電池ストリング１１のＩ−Ｖ特性を検出する。或いは、太陽光発電システム１の稼働中に太陽電池ストリング１１の電源電圧Ｖpvおよび電流をモニタリングすることにより、上記Ｉ−Ｖ特性を検出してもよい。地絡位置算出部４１は、上記Ｉ−Ｖ特性に基づいて、図２および図３のグラフを示す第２テーブルを作成し、該第２テーブルから、上記第１テーブルを作成し、該第１テーブルを記憶部３６に記憶してもよい。例えば、図２および図３のグラフを参照すると、或る地絡位置Ｐgに対応する理想値の直線と同じ傾きを有する複数の実測値の直線を選出することができ、選出された複数の実測値の直線に対応する地絡位置Ｐgの範囲を求めることができる。従って、第２テーブルから第１テーブルを作成することができる。そして、地絡位置算出部４１は、算出した推定値を地絡位置Ｐgの理想値とし、該理想値に対応する上記範囲を、第１テーブルを参照して取得し、上記範囲に関する情報を出力することができる。

なお、上記範囲は、太陽電池ストリング１１における複数の太陽電池モジュール２０の出力電圧のバラツキ（図４に示すΔＶ）に基づいて決定しているが、入力側計測回路３３に設けられた電流センサおよび電圧センサに関する、センサ特性に基づくバラツキも考慮して決定してもよい。

（実施例３）
また、他の実施例では、地絡位置算出部４１は、上述のように制御部３５が検出した太陽電池ストリング１１のＩ−Ｖ特性に基づいて、電源電圧Ｖpvおよび地絡電流Ｉgが対応付けられた第３テーブル（対応情報）を、地絡抵抗Ｒgおよび地絡位置Ｐgごとに作成し、上記第３テーブルを用いて、互いに異なる複数の電源電圧Ｖpvと、該複数の電源電圧Ｖpvからそれぞれ計測された複数の地絡電流Ｉgとをフィッティングすることにより、地絡抵抗Ｒgおよび地絡位置Ｐgを求めてもよい。この場合、地絡抵抗Ｒgおよび地絡位置Ｐgを精度よく求めることができる。

〔実施形態２〕
次に、本発明の別の実施形態について図５を参照して説明する。

図５は、本実施形態に係る太陽光発電システム１の概略構成の一例を示すブロック図である。図５に示す太陽光発電システム１ａは、図１に示す太陽光発電システム１に比べて、３本の太陽電池ストリング１１のそれぞれが直流ブレーカ５０を介してＰＣＳ１２に並列接続されている点が異なり、その他の構成は同様である。なお、直流ブレーカ５０は、公知の構成であるので、その詳細な説明は省略する。

本実施形態の太陽光発電システム１ａであっても、図１に示す太陽光発電システム１と同様に、電源電圧Ｖpvおよび地絡電流Ｉgを計測することにより、地絡位置算出部４１が地絡位置Ｐgを推定することができる。その結果、現場での復旧作業を効率化することができる。

次に、本実施形態では、３つの直流ブレーカ５０の１つをオン（導通状態）とし他をオフ（開放状態）として、ＰＣＳ１２の地絡判定部４０が地絡を判定し、これを３つの直流ブレーカ５０ごとに繰り返す。これにより、地絡が発生している太陽電池ストリング１１を特定することができる。従って、地絡位置Ｐgが推定され、かつ、地絡が発生している太陽電池ストリング１１が特定されるので、現場での復旧作業をさらに効率化することができる。

なお、特定された太陽電池ストリング１１に対応する直流ブレーカ５０のみをオンとし他をオフとした後に、地絡位置算出部４１が地絡位置Ｐgを推定してもよい。この場合、地絡が発生した複数の太陽電池ストリング１１における複数の地絡位置Ｐgを個別に推定することができる。

なお、複数の太陽電池ストリングを接続箱にて並列接続した上でＰＣＳに接続する太陽光発電システムも公知である。また、上記接続箱に複数の直流ブレーカを備えており、複数の太陽電池ストリングのそれぞれが直流ブレーカを介して並列接続する太陽光発電システムも公知である。このような太陽光発電システムに対し、本実施形態の太陽光発電システム１ａのＰＣＳ１２における地絡判定部４０および地絡位置算出部４１を設けることにより、本実施形態の上記作用効果を実現することができる。

〔実施形態３〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について図６を参照して説明する。

図６は、本実施形態に係る太陽光発電システム１ｂの概略構成の一例を示すブロック図である。図６に示す太陽光発電システム１ｂは、図５に示す太陽光発電システム１ａに比べて、直流ブレーカ５０に代えて、ＭＰＰＴ制御デバイス５１が設けられている点が異なり、その他の構成は同様である。

ＭＰＰＴ制御デバイス５１は、太陽電池ストリング１１の最大出力点に追従するように、太陽電池ストリング１１の電源電圧Ｖpvを制御する。なお、ＭＰＰＴ制御デバイス５１は、公知の構成であるので、その詳細な説明は省略する。本実施形態では、複数の太陽電池ストリング１１に複数のＭＰＰＴ制御デバイス５１がそれぞれ設けられている。これにより、複数のＭＰＰＴ制御デバイス５１は、複数の太陽電池ストリング１１の電源電圧Ｖpvをそれぞれ制御することができる。

従って、本実施形態では、ＰＣＳ１２の制御部３５は、３つのＭＰＰＴ制御デバイス５１の１つに対し、ＭＰＰＴ制御を一時停止させて、電源電圧Ｖpvを変化させるように指示し、これを３つのＭＰＰＴ制御デバイス５１ごとに繰り返す。これにより、地絡判定部４０は、電源電圧Ｖpvを変化させた場合に地絡電流Ｉgが変化したＭＰＰＴ制御デバイス５１に対応する太陽電池ストリング１１を、地絡が発生している太陽電池ストリング１１として特定することができる。従って、複数の太陽電池ストリング１１にて地絡が発生している場合でも、当該複数の太陽電池ストリング１１を特定することができる。

また、地絡位置算出部４１は、電源電圧Ｖpvの変化と地絡電流Ｉgの変化との関係から、地絡が発生している太陽電池ストリング１１における地絡位置Ｐgを推定することができる。従って、地絡が発生している太陽電池ストリング１１が特定され、かつ、当該太陽電池ストリング１１における地絡位置Ｐgが推定されるので、現場での復旧作業を効率化することができる。

なお、図５および図６に示す太陽光発電システム１ａ・１ｂでは、３本の太陽電池ストリング１１を利用しているが、これに限定されるものではない。２本の太陽電池ストリング１１を利用してもよいし、４本以上の太陽電池ストリング１１を利用してもよい。

〔実施形態４〕
次に、本発明の他の実施形態について図７を参照して説明する。

図７は、本実施形態に係る太陽光発電システム１ｃの概略構成の一例を示すブロック図である。図７に示す太陽光発電システム１ｃは、図１に示す太陽光発電システム１に比べて、電力系統８０への出力電圧を計測する出力電圧計測回路５２が新たに設けられている点が異なり、その他の構成は同様である。なお、図７では、簡略化のため、ＰＣＳ１２における制御部３５および記憶部３６の記載を省略している。

図７に示すように、出力電圧計測回路５２からＰＣＳ１２に微小な電流が流れる可能性がある。このため、太陽電池ストリング１１にて地絡が発生すると、出力電圧計測回路５２から地絡位置Ｐgに電流が流れ、その結果、地絡位置Ｐgの特定に影響を及ぼす可能性がある。しかしながら、電力系統８０における回路定数、電圧値、および電流値に基づいて、出力電圧計測回路５２に流れる電流を算出でき、その結果、特定された地絡位置Ｐgを補正することができる。

或いは、出力電圧計測回路５２を絶縁回路としてもよい。この場合、出力電圧計測回路５２から地絡位置Ｐgに電流が流れなくなり、地絡位置Ｐgの特定に影響を及ぼすことを防止できる。なお、図７の例では、出力電圧計測回路５２について説明しているが、電力系統８０に設けられるその他の計測回路についても同様である。

〔ソフトウェアによる実現例〕
ＰＣＳ１２の制御ブロック（特に制御部３５）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、ＰＣＳ１２は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔付記事項〕
なお、上記実施形態では、電力系統８０の接地により、コンバータ３１の出力電圧ＶDDCから入力端子Ｎの接地電位を求めているが、これに限定されるものではない。ＰＣＳ１２において、太陽電池ストリング１１の電源電圧Ｖpvを変化させても対地電位が変化しない位置を接地しておき、上記電源電圧Ｖpvを変化させて地絡電流Ｉgを計測することにより、地絡位置Ｐgを求めることができる。

また、上記実施形態では、地絡判定部４０および地絡位置算出部４１は、ＰＣＳ１２に設けられているが、ＰＣＳ１２と通信可能な外部の装置に設けられてもよい。

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、１ａ、１ｂ、１ｃ 太陽光発電システム
１１ 太陽電池ストリング
１２ ＰＣＳ（電力変換装置）
２０ 太陽電池モジュール
２１・２２ 電路
３１ コンバータ
３２ インバータ
３３ 入力側計測回路
３４ 出力側計測回路
３５ 制御部（地絡検出装置）
３６ 記憶部
４０ 地絡判定部
４１ 地絡位置算出部（地絡位置特定部）
５０ 直流ブレーカ
５１ ＭＰＰＴ制御デバイス
５２ 出力電圧計測回路
８０ 電力系統

Claims (6)

1. 太陽電池モジュールの複数個を直列接続した太陽電池ストリングと、該太陽電池ストリングから供給される電力を変換し、変換した電力を系統に出力する電力変換装置とを備えた太陽光発電システムに適用される地絡検出装置であって、
   前記電力変換装置にて計測された、前記太陽電池ストリングの出力電圧と、地絡電流と、を用いて、地絡位置を特定する地絡位置特定部を備え、
   該地絡位置特定部は、利用する前記出力電圧の下限値を設定することを特徴とする地絡検出装置。
2. 前記下限値は、前記太陽電池ストリングの開放電圧を所定の割合で乗算した値であることを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
3. 前記下限値は、前記太陽電池ストリングの最大出力点における出力電圧であることを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
4. 前記下限値は、前記出力電圧と前記地絡電流との線形性が維持される範囲の最小値であることを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
5. 該地絡位置特定部は、特定した地絡位置に対応する、該地絡位置の誤差の範囲に関する情報を出力することを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
6. 該地絡位置特定部は、前記太陽電池ストリングのＩ−Ｖ特性を前記電力変換装置から取得し、取得したＩ−Ｖ特性を用いて、前記出力電圧および前記地絡電流の対応情報を前記地絡位置ごとに作成し、作成した対応情報に基づいて、前記電力変換装置から取得した前記出力電圧および前記地絡電流に対応する前記地絡位置を特定することを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。

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