JP7226338B2 - 監視装置および判定方法 - Google Patents

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Description

本発明は、監視装置および判定方法に関する。
この出願は、2018年2月2日に出願された日本出願特願2018-16842号を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
特開2012-205078号公報(特許文献1)には、以下のような太陽光発電用監視システムが開示されている。すなわち、太陽光発電用監視システムは、複数の太陽電池パネルからの出力を集約して電力変換装置に送り込む太陽光発電システムについて、前記太陽電池パネルの発電状況を監視する太陽光発電用監視システムであって、前記複数の太陽電池パネルからの出力電路が集約された場所に設けられ、各太陽電池パネルの発電量を計測する計測装置と、前記計測装置に接続され、前記計測装置による発電量の計測データを送信する機能を有する下位側通信装置と、前記下位側通信装置から送信される前記計測データを受信する機能を有する上位側通信装置と、前記上位側通信装置を介して前記太陽電池パネルごとの前記計測データを収集する機能を有する管理装置とを備える。前記管理装置は、前記各太陽電池パネルについての、同一時点における発電量の差に基づいて異常の有無を判定するか、または前記各太陽電池パネルについての、所定期間の発電量の最大値又は積算値に基づいて異常の有無を判定する。
特開2012-205078号公報
(1)本開示の監視装置は、太陽電池パネルを含む発電部からの出力ラインが電力変換装置に電気的に接続される太陽光発電システムに用いられる監視装置であって、前記発電部の電流の計測結果を取得する取得部と、前記計測結果に基づいて前記電力変換装置の動作状態を判別し、判別した前記動作状態、および前記計測結果に基づいて異常を判定する判定部とを備える。
(7)本開示の判定方法は、太陽電池パネルを含む発電部からの出力ラインが電力変換装置に電気的に接続される太陽光発電システムに用いられる監視装置における判定方法であって、前記発電部の電流の計測結果を取得するステップと、前記計測結果に基づいて前記電力変換装置の動作状態を判別するステップと、判別した前記動作状態、および前記計測結果に基づいて異常を判定するステップとを含む。
本開示の一態様は、このような特徴的な処理部を備える監視装置として実現され得るだけでなく、かかる特徴的な処理をコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現され得る。また、本開示の一態様は、監視装置の一部または全部を実現する半導体集積回路として実現され得たり、監視装置を含むシステムとして実現され得る。
図1は、本発明の実施の形態に係る太陽光発電システムの構成を示す図である。 図2は、本発明の実施の形態に係るPCSユニットの構成を示す図である。 図3は、本発明の実施の形態に係る集電ユニットの構成を示す図である。 図4は、本発明の実施の形態に係る太陽電池ユニットの構成を示す図である。 図5は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムの構成を示す図である。 図6は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムにおける監視装置の構成を示す図である。 図7は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムにおける正常なストリング電流データの一例を示す図である。 図8は、本発明の実施の形態に係る太陽光発電システムにおける発電部からの出力ラインが正負極間短絡した様子の一例を示す図である。 図9は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムにおいて、正負極間短絡した出力ラインにおけるストリング電流データの一例を示す図である。 図10は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムにおける逆流防止ダイオードの短絡故障の様子を示す図である。 図11は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムにおいて、短絡故障した逆流防止ダイオードに対応の発電部のストリング電流データの一例を示す図である。 図12は、本発明の実施の形態に係る太陽光発電システムにおける発電部からの出力ラインが正負極間短絡した様子の他の例を示す図である。 図13は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムにおいて、正負極間短絡した出力ラインにおけるストリング電流データの他の例を示す図である。 図14は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムにおける発電部の出力電流と出力電圧との関係を示す図である。 図15は、本発明の実施の形態に係る監視装置が異常判定を行う際の動作手順を定めたフローチャートである。 図16は、本発明の実施の形態に係る監視装置がPCSの停止状態における異常判定を行う際の動作手順を定めたフローチャートである。 図17は、本発明の実施の形態に係る監視装置がPCSの稼働状態における異常判定を行う際の動作手順を定めたフローチャートである。
近年、太陽光発電システムを監視して異常を判別するための技術が開発されている。
[本開示が解決しようとする課題]
このような特許文献1に記載の技術を超えて、太陽光発電システムの異常判定を向上させることが可能な技術が望まれる。
本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、太陽光発電システムの異常判定を向上させることが可能な監視装置および判定方法を提供することである。
[本開示の効果]
本開示によれば、太陽光発電システムの異常判定を向上させることができる。
[本願発明の実施形態の説明]
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
(1)本発明の実施の形態に係る監視装置は、太陽電池パネルを含む発電部からの出力ラインが電力変換装置に電気的に接続される太陽光発電システムに用いられる監視装置であって、前記発電部の電流の計測結果を取得する取得部と、前記計測結果に基づいて前記電力変換装置の動作状態を判別し、判別した前記動作状態、および前記計測結果に基づいて異常を判定する判定部とを備える。
このような構成により、発電部の電流の計測結果を用いて電力変換装置の動作状態を判別し、発電部の電流の計測結果を用いた異常判定であって判別結果に応じた異常判定を行うことができる。これにより、太陽光発電システムにおける異常を良好に判定することができる。したがって、太陽光発電システムの異常判定を向上させることができる。
(2)好ましくは、前記判定部は、前記電力変換装置の動作状態を停止状態であると判別し、前記停止状態における前記計測結果に基づいて異常を判定する。
このように、電力変換装置の停止状態における発電部の電流の計測結果に着目し、発電部の出力電流の計測結果を用いて異常を判定する構成により、太陽光発電システムにおける異常を良好に判定することができる。
(3)より好ましくは、前記発電部の電流を計測する計測部が、前記発電部と前記電力変換装置との間に接続され、前記判定部は、前記発電部の出力電流を示す前記計測結果に基づいて、前記計測部および前記電力変換装置間の回路の異常を判定する。
このような構成により、発電部の出力電流の計測結果を用いて、計測部および電力変換装置間の回路の異常を良好に判定することができる。
(4)より好ましくは、前記太陽光発電システムにおいて、複数の前記発電部からの出力ラインが集約部において集約されて前記電力変換装置に電気的に接続され、逆流防止ダイオードが、前記複数の発電部のうち、一部または全部の前記発電部と前記集約部との間に接続され、対応の前記発電部の電流を計測する計測部が、前記一部または全部の発電部と対応の前記逆流防止ダイオードとの間に接続され、前記判定部は、前記一部または全部の発電部への逆流電流を示す前記計測結果に基づいて、前記逆流防止ダイオードの異常を判定する。
このような構成により、発電部への逆流電流の計測結果を用いて、逆流防止ダイオードの異常を良好に判定することができる。
(5)好ましくは、前記発電部の電流を計測する計測部が、前記発電部と前記電力変換装置との間に接続され、前記判定部は、前記電力変換装置の動作状態を稼働状態であると判別し、前記電力変換装置の稼働状態における前記発電部の出力電流を示す前記計測結果に基づいて、前記発電部および前記計測部間の回路の異常を判定する。
このように、電力変換装置の稼働状態における発電部の電流の計測結果に着目し、発電部の出力電流の計測結果を用いて異常を判定する構成により、発電部および計測部間の回路の異常を良好に判定することができる。
(6)より好ましくは、前記太陽光発電システムにおいて、複数の前記発電部からの出力ラインが集約部において集約されて前記電力変換装置に電気的に接続され、対応の前記発電部の電流を計測する計測部が、前記複数の発電部のうち、一部または全部の複数の前記発電部と前記電力変換装置との間に接続され、前記判定部は、前記電力変換装置の稼働状態における前記一部または全部の複数の発電部の出力電流を示す前記計測結果に基づいて、前記計測部および前記集約部間の回路の異常を判定する。
このように、電力変換装置の稼働状態における発電部の電流の計測結果に着目し、各発電部の出力電流の計測結果を用いて異常を判定する構成により、計測部および集約部間の回路の異常を良好に判定することができる。
(7)本発明の実施の形態に係る判定方法は、太陽電池パネルを含む発電部からの出力ラインが電力変換装置に電気的に接続される太陽光発電システムに用いられる監視装置における判定方法であって、前記発電部の電流の計測結果を取得するステップと、前記計測結果に基づいて前記電力変換装置の動作状態を判別するステップと、判別した前記動作状態、および前記計測結果に基づいて異常を判定するステップとを含む。
このような構成により、発電部の電流の計測結果を用いて電力変換装置の動作状態を判別し、発電部の電流の計測結果を用いた異常判定であって判別結果に応じた異常判定を行うことができる。これにより、太陽光発電システムにおける異常を良好に判定することができる。したがって、太陽光発電システムの異常判定を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
[太陽光発電システムの構成]
図1は、本発明の実施の形態に係る太陽光発電システムの構成を示す図である。
図1を参照して、太陽光発電システム401は、4つのPCS(Power Conditioning Subsystem)ユニット80と、キュービクル6とを備える。キュービクル6は、銅バー73を含む。
図1では、4つのPCSユニット80を代表的に示しているが、さらに多数または少数のPCSユニット80が設けられてもよい。
図2は、本発明の実施の形態に係るPCSユニットの構成を示す図である。
図2を参照して、PCSユニット80は、4つの集電ユニット60と、PCS(電力変換装置)8とを備える。PCS8は、銅バー7と、電力変換部9とを含む。
図2では、4つの集電ユニット60を代表的に示しているが、さらに多数または少数の集電ユニット60が設けられてもよい。
図3は、本発明の実施の形態に係る集電ユニットの構成を示す図である。
図3を参照して、集電ユニット60は、4つの太陽電池ユニット74と、集電箱71とを含む。集電箱71は、銅バー72を有する。
図3では、4つの太陽電池ユニット74を代表的に示しているが、さらに多数または少数の太陽電池ユニット74が設けられてもよい。
図4は、本発明の実施の形態に係る太陽電池ユニットの構成を示す図である。
図4を参照して、太陽電池ユニット74は、4つの発電部78A,78B,78C,78Dと、接続箱76とを含む。発電部78は、太陽電池パネル79を有する。接続箱76は、銅バー77を有する。以下、発電部78A,78B,78C,78Dの各々を発電部78とも称する。
図4では、4つの発電部78を代表的に示しているが、さらに多数または少数の発電部78が設けられてもよい。
発電部78は、この例では4つの太陽電池パネル79が直列接続されたストリングである。
図4では、4つの太陽電池パネル79を代表的に示しているが、さらに多数または少数の太陽電池パネルが設けられてもよい。
太陽光発電システム401では、複数の発電部78からの出力ラインおよび集約ラインすなわち電力線がそれぞれキュービクル6に電気的に接続される。
より詳細には、発電部78の出力ライン1は、発電部78に接続された第1端と、銅バー77に接続された第2端とを有する。各出力ライン1は、銅バー77を介して集約ライン5に集約される。銅バー77は、たとえば接続箱76の内部に設けられている。
発電部78は、太陽光を受けると、受けた太陽光のエネルギーを直流電力に変換し、変換した直流電力を出力ライン1へ出力する。
図3および図4を参照して、集約ライン5は、対応の太陽電池ユニット74における銅バー77に接続された第1端と、銅バー72に接続された第2端とを有する。各集約ライン5は、銅バー72を介して集約ライン2に集約される。銅バー72は、たとえば集電箱71の内部に設けられている。
図1~図4を参照して、太陽光発電システム401では、上述のように複数の発電部78からの各出力ライン1が集約ライン5に集約され、各集約ライン5が集約ライン2に集約され、各集約ライン2が集約ライン4に集約され、各集約ライン4がキュービクル6に電気的に接続される。
より詳細には、各集約ライン2は、対応の集電ユニット60における銅バー72に接続された第1端と、銅バー7に接続された第2端とを有する。PCS8において、内部ライン3は、銅バー7に接続された第1端と、電力変換部9に接続された第2端とを有する。
PCS8において、電力変換部9は、たとえば、各発電部78において発電された直流電力を出力ライン1、銅バー77、集約ライン5、銅バー72、集約ライン2、銅バー7および内部ライン3経由で受けると、受けた直流電力を交流電力に変換して集約ライン4へ出力する。
集約ライン4は、電力変換部9に接続された第1端と、銅バー73に接続された第2端とを有する。
キュービクル6において、各PCS8における電力変換部9から各集約ライン4へ出力された交流電力は、銅バー73を介して系統へ出力される。
[発電状態判定システム301の構成]
図5は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムの構成を示す図である。
図5を参照して、太陽光発電システム401は、発電状態判定システム301を備える。発電状態判定システム301は、管理装置101と、複数の監視装置111と、収集装置151とを含む。
図5では、1つの集電ユニット60に対応して設けられた4つの監視装置111を代表的に示しているが、さらに多数または少数の監視装置111が設けられてもよい。また、発電状態判定システム301は、1つの収集装置151を備えているが、複数の収集装置151を備えてもよい。
発電状態判定システム301では、子機である監視装置111におけるセンサの情報が、収集装置151へ定期的または不定期に伝送される。
監視装置111は、たとえば集電ユニット60に設けられている。より詳細には、監視装置111は、4つの太陽電池ユニット74にそれぞれ対応して4つ設けられている。各監視装置111は、たとえば、対応の出力ライン1および集約ライン5に電気的に接続されている。
監視装置111は、対応の太陽電池ユニット74における各出力ライン1の電流をセンサにより計測する。また、監視装置111は、対応の太陽電池ユニット74における各出力ライン1の電圧をセンサにより計測する。
収集装置151は、各監視装置111の計測結果を収集する。収集装置151は、たとえばPCS8の近傍に設けられている。より詳細には、収集装置151は、PCS8に対応して設けられ、信号線46を介して銅バー7に電気的に接続されている。
監視装置111および収集装置151は、集約ライン2,5を介して電力線通信(PLC:Power Line Communication)を行うことにより情報の送受信を行う。
より詳細には、各監視装置111は、対応の出力ラインの電流および電圧の計測結果、および異常判定結果を示す監視情報を送信する。
収集装置151は、集約ライン2,5経由で情報を送受信することが可能である。具体的には、収集装置151は、たとえば、信号線46および集約ライン2,5を介して監視装置111と電力線通信を行い、監視装置111からの監視情報を受信する。
収集装置151は、ネットワークを介して、管理装置101等の他の装置と情報の送受信を行う。
[監視装置111の構成]
図6は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムにおける監視装置の構成を示す図である。図6では、接続箱76の内部がより詳細に示されている。
図6を参照して、接続箱76は、集約部91と、開閉器93A,93B,93C,93Dと、逆流防止ダイオード94A,94B,94C,94Dと、出力ライン1と、集約ライン5と、銅バー77とを含む。
以下、開閉器93A,93B,93C,93Dの各々を、開閉器93とも称し、逆流防止ダイオード94A,94B,94C,94Dの各々を、逆流防止ダイオード94とも称する。
出力ライン1の各々は、プラス側出力ライン1pa,1pb,1pcと、マイナス側出力ライン1na,1nbとを含む。
集約ライン5は、プラス側集約ライン5pと、マイナス側集約ライン5nとを含む。集約部91は、銅バー77を含み、複数の発電部78からの出力ライン1を集約する。銅バー77は、プラス側銅バー77pと、マイナス側銅バー77nとを有する。
図示しないが、図3に示す集電箱71における銅バー72は、プラス側集約ライン5pおよびマイナス側集約ライン5nにそれぞれ対応して、プラス側銅バー72pおよびマイナス側銅バー72nを含む。
逆流防止ダイオード94は、発電部78と集約部91との間に接続されている。
より詳細には、プラス側出力ライン1paは、対応の発電部78に接続された第1端と、対応の開閉器93に接続された第2端とを有する。プラス側出力ライン1pbは、対応の開閉器93に接続された第1端と、対応の逆流防止ダイオード94のアノードに接続された第2端とを有する。プラス側出力ライン1pcは、対応の逆流防止ダイオード94のカソードに接続された第1端と、対応のプラス側銅バー77pに接続された第2端とを有する。
マイナス側出力ライン1naは、対応の発電部78に接続された第1端と、対応の開閉器93に接続された第2端とを有する。マイナス側出力ライン1nbは、対応の開閉器93に接続された第1端と、マイナス側銅バー77nに接続された第2端とを有する。
プラス側集約ライン5pは、プラス側銅バー77pに接続された第1端と、集電箱71におけるプラス側銅バー72pに接続された第2端とを有する。マイナス側集約ライン5nは、マイナス側銅バー77nに接続された第1端と、集電箱71におけるマイナス側銅バー72nに接続された第2端とを有する。
監視装置111は、取得部11と、通信部14と、判定部15と、電圧センサ17と、記憶部18と、計測部19とを備える。計測部19は、4つの電流センサ16を含む。なお、監視装置111は、出力ライン1の数に応じて、さらに多数または少数の電流センサ16を備えてもよい。
監視装置111は、たとえば、発電部78の近傍に設けられている。具体的には、監視装置111は、たとえば、計測対象の出力ライン1が接続された銅バー77が設けられた接続箱76の内部に設けられている。なお、監視装置111は、接続箱76の外部に設けられてもよい。
監視装置111は、たとえば、プラス側集約ライン5pおよびマイナス側集約ライン5nとそれぞれプラス側電源線26pおよびマイナス側電源線26nを介して電気的に接続されている。以下、プラス側電源線26pおよびマイナス側電源線26nの各々を、電源線26とも称する。
取得部11は、発電部78の電流の計測結果を取得する。より詳細には、取得部11は、電流センサ16により計測された出力ライン1の電流を示す計測結果を取得する。
具体的には、電流センサ16は、たとえば、ホール素子タイプの電流プローブである。電流センサ16は、発電部78とPCS8との間に接続され、監視装置111の図示しない電源回路から受けた電力を用いて、対応のプラス側出力ライン1pを通して流れる電流を、たとえば所定時間ごとに計測し、計測結果を示す信号を取得部11へ出力する。なお、電流センサ16は、マイナス側出力ライン1nを通して流れる電流を計測してもよい。
電圧センサ17は、たとえば所定時間ごとに出力ライン1の電圧を計測する。より詳細には、電圧センサ17は、プラス側銅バー77pおよびマイナス側銅バー77n間の電圧を計測し、計測結果を示す信号を取得部11へ出力する。
取得部11は、電流センサ16および電圧センサ17から受けた各々の信号に含まれる計測結果、対応の電流センサ16のID(以下、電流センサIDとも称する。)および電圧センサ17のID(以下、電圧センサIDとも称する。)を記憶部18に保存する。
判定部15は、発電部78の計測結果に基づいてPCS8の動作状態を判別し、判別した動作状態および発電部78の計測結果に基づいて異常を判定する。
たとえば、判定部15は、PCS8の停止状態における発電部78の電流の計測結果に基づいて異常を判定する。
[異常判定1]
判定部15は、たとえば、発電部78の出力電流を示す計測結果に基づいて、計測部19およびPCS8間の回路の異常を判定する。
具体的には、判定部15は、たとえば、1日ごとに、記憶部18から電流センサIDが同一である電流センサ16の各計測結果を取得し、取得した各計測結果を時系列に並べたストリング電流データを作成する。
図7は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムにおける正常なストリング電流データの一例を示す図である。図7において、横軸は時間を示し、縦軸は電流センサ16の計測結果すなわち電流値を示す。
図7を参照して、出力ライン1において、時刻t1までは電流が流れず、時刻t1から夕方の時刻t2までは対応の発電部78における発電電力に応じた電流が流れ、時刻t2以降は電流が流れない。
PCS8は、たとえば、発電部78が発電した電力により動作する。監視装置111は、電流センサ16および電圧センサ17の各々から受けた信号に含まれる計測結果から、PCS8が稼働状態であるか、または停止状態であるかを判別する。
より詳細には、監視装置111における判定部15は、電圧センサ17が計測した電圧がPCS8を稼働させるのに十分な電圧であり、かつ電流センサ16が計測したPCS8に電気的に接続されている出力ライン1を通して流れる電流の合計がPCS8を稼働させるのに十分な電流である場合、PCS8が稼働状態であると判別する。
具体的には、判定部15は、たとえば、1日ごとに、記憶部18から電流センサ16および電圧センサ17の計測結果を取得し、取得した計測結果をそれぞれ時系列に並べる。
そして、判定部15は、発電部78の計測結果に基づいてPCS8の動作状態を判別する。
具体的には、判定部15は、時系列に並べた計測結果から、所定値以上の電圧かつ所定値以上の電流である時間帯においてPCS8の動作状態が稼働状態であると判別し、当該時間帯を除く時間帯においてPCS8の動作状態が停止状態であると判別する。
図7の例では、判定部15は、時刻t1から時刻t2までの期間においてPCS8が稼働状態であると判別する。
PCS8は、朝方の時刻t1までは、PCS8が動作可能な電力が発電部78から供給されないため、電力変換を停止する。
このとき、PCS8が高インピーダンスとなるため、PCS8に電気的に接続されている出力ライン1を通して電流は流れない。
朝方の時刻t1から夕方の時刻t2までは、PCS8が動作可能な電力が発電部78から供給されるため、出力ライン1を通して電流が流れる。
夕方の時刻t2以降では、PCS8は、PCS8が動作可能な電力が発電部78から供給されないため、電力変換を停止する。
このとき、PCS8が高インピーダンスとなるため、PCS8に電気的に接続される出力ライン1を通して電流は流れない。
図8は、本発明の実施の形態に係る太陽光発電システムにおける発電部からの出力ラインが正負極間短絡した様子の一例を示す図である。
図8を参照して、たとえば、朝方の時刻t1以前および夕方の時刻t2以降等のPCS8の停止状態において、プラス側出力ライン1pbとマイナス側出力ライン1nbとが電流センサ16およびPCS8間において短絡した場合、出力ライン1を通して電流I1が流れる。
図9は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムにおいて、正負極間短絡した出力ラインにおけるストリング電流データの一例を示す図である。図9において、横軸は時間を示し、縦軸は電流センサ16の計測結果すなわち電流値を示す。
図9を参照して、グラフD1は図7に示すグラフと同一であり、正常なストリング電流データの一例を示す。グラフD2は、正負極間短絡した出力ラインにおけるストリング電流データの一例を示す。
グラフD2では、時刻t1以前および時刻t2以降に出力ライン1を通して流れる電流を確認することができる。
判定部15は、たとえば、PCS8が停止状態である時刻t1以前および時刻t2以降において、出力ライン1を通して流れる電流が所定値以上である場合、電流センサ16を含む計測部19およびPCS8間の回路が異常であると判定する。
すなわち、判定部15は、計測部19およびPCS8間の正負極間短絡を検知することができる。
判定部15は、判定した計測部19およびPCS8間の回路の異常を示す判定結果、ストリング電流データ、および電圧センサ17の計測結果を関連付けた監視情報を通信部14へ出力する。
通信部14は、集約ラインを介した電力線通信を、複数の監視装置111の計測結果を収集する収集装置151と行うことが可能である。より詳細には、通信部14は、集約ライン2,5経由で情報を送受信することが可能である。具体的には、通信部14は、電源線26および集約ライン2,5を介して収集装置151と電力線通信を行う。
通信部14は、判定部15から受けた監視情報を収集装置151へ送信する。
[異常判定2]
判定部15は、たとえば、PCS8の停止状態における発電部78への逆流電流を示す計測結果に基づいて、逆流防止ダイオードの異常を判定する。
図10は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムにおける逆流防止ダイオードの短絡故障の様子を示す図である。
図10を参照して、たとえば逆流防止ダイオード94Aが短絡故障し、かつ故障した逆流防止ダイオード94に電気的に接続されている発電部78Aの出力電圧が、影、汚れ、並列アーク、地絡および初期不良等の要因により低下した場合、他の3つの発電部78B,78C,78Dの出力電流I2が発電部78Aへ流れ込む。
図11は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムにおいて、短絡故障した逆流防止ダイオードに対応の発電部のストリング電流データの一例を示す図である。図11において、横軸は時間を示し、縦軸は電流センサ16の計測結果すなわち電流値を示す。
図11を参照して、グラフD3は、正常な発電部78である発電部78Bのストリング電流データを示し、グラフD4は、短絡故障した逆流防止ダイオードに対応の発電部78である発電部78Aのストリング電流データを示す。
発電部78Bに対応する電流センサ16において、たとえば、発電部78Aに対応する逆流防止ダイオード94Aが、たとえば短絡等により故障し、かつ発電部78Aの電圧が低下した場合、PCS8の停止状態すなわち時刻t1以前および時刻t2以降において、発電部78Bの出力電流が計測される。
また、発電部78Aに対応する電流センサ16において、時刻t1以前および時刻t2以降、マイナスの電流値すなわち発電部78Aへの逆電流が計測される。
判定部15は、たとえば、PCS8の停止状態において、出力ライン1を通して逆電流が流れる場合、当該出力ライン1に対応する逆流防止ダイオード94を異常であると判定する。
すなわち、判定部15は、逆流防止ダイオード94の短絡故障を検知することができる。
判定部15は、判定した逆流防止ダイオード94の異常を示す判定結果、ストリング電流データおよび電圧センサ17の計測結果を関連付けた監視情報を通信部14へ出力する。
通信部14は、判定部15から受けた監視情報を収集装置151へ送信する。
[異常判定3]
判定部15は、たとえば、PCS8の稼働状態における発電部78の出力電流を示す計測結果に基づいて、発電部78および計測部19間の回路の異常を判定する。
図12は、本発明の実施の形態に係る太陽光発電システムにおける発電部からの出力ラインが正負極間短絡した様子の他の例を示す図である。
図12を参照して、たとえば、PCS8の稼働状態において、プラス側出力ライン1pbとマイナス側出力ライン1nbとが発電部78および計測部19間において短絡した場合、プラス側出力ライン1paからプラス側出力ライン1pbへ流れる電流は、短絡箇所を流れる電流I3aおよび集約部91へ流れる電流I3bに分岐する。電流I3bは、電流I3aと比べて非常に小さくなる。
図13は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムにおいて、正負極間短絡した出力ラインにおけるストリング電流データの他の例を示す図である。図13において、横軸は時間を示し、縦軸は電流センサ16の計測結果すなわち電流値を示す。
図13を参照して、グラフD5に示すように、出力ライン1を通して流れる電流は、時刻t3において出力ラインの正負極間短絡が生じたため、時刻t3以降において小さくなる。
判定部15は、たとえば、PCS8の稼働状態である時刻t1から時刻t2までの期間の少なくとも一部において、出力ライン1等を通して流れる電流が所定値未満である場合、発電部78および計測部19間の回路が異常であると判定する。
すなわち、判定部15は、発電部78および計測部19間の正負極間短絡を検知することができる。
判定部15は、判定した発電部78および計測部19間の回路の異常を示す判定結果、ストリング電流データ、および電圧センサ17の計測結果を関連付けた監視情報を通信部14へ出力する。
通信部14は、判定部15から受けた監視情報を収集装置151へ送信する。
[異常判定4]
判定部15は、たとえば、PCS8の稼働状態における発電部78の出力電流を示す計測結果に基づいて、計測部19および集約部91間の回路の異常を判定する。
再び図9を参照して、グラフD1およびグラフD2に示すように、PCS8の稼働状態、すなわち時刻t1から時刻t2までの期間において、正負極間短絡した出力ライン1を通して流れる電流は、正常な出力ライン1を通して流れる電流と比べて大きくなる。
図14は、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムにおける発電部の出力電流と出力電圧との関係を示す図である。図14において、横軸は電圧を示し、縦軸は電流を示す。
図14を参照して、発電部78では、最大電力点追従(MPPT:Maximum Power Point Tracking)により、発電電力が最大になるように電流および電圧が制御されている。
図14に示すポイントpmは、発電電力が最大となる点であり、このとき発電部78の出力電圧はVpmであり、発電部78の出力電流はIpmである。
正負極間短絡が生じた発電部78では、たとえば、出力電圧がVscに低下する。このとき、発電電力が最大となる出力電流はIscであり、Ipmと比べて大きい。このため、図9に示すグラフD1およびグラフD2に示すように、正負極間短絡した出力ライン1を通して流れる電流は、正常な出力ライン1を通して流れる電流と比べて大きくなる。
判定部15は、たとえば、PCS8の稼働状態において、各出力ライン1を通して流れる電流を比較し、他の出力ライン1を通して流れる電流より大きい電流が流れている出力ライン1に対応する回路が異常であると判定する。
より詳細には、判定部15は、各発電部78のストリング電流データを作成する。そして判定部15は、時刻t1から時刻t2までの期間の時刻t4における、各発電部78の電流値の平均値AVEを算出する。時刻t4は、たとえばある発電部78の出力電流が1日のうちで最大となった時間である。
判定部15は、発電部78の時刻t4における電流値が平均値AVEより所定値以上大きい場合、当該発電部78に対応する出力ライン1における計測部19および集約部91間の回路が異常であると判定する。
すなわち、判定部15は、計測部19および集約部91間の正負極間短絡を検知することができる。
判定部15は、判定した計測部19および集約部91間の回路の異常を示す判定結果、ストリング電流データ、および電圧センサ17の計測結果を関連付けた監視情報を通信部14へ出力する。
通信部14は、判定部15から受けた監視情報を収集装置151へ送信する。
[動作の流れ]
発電状態判定システム301における各装置は、コンピュータを備え、当該コンピュータにおけるCPU等の演算処理部は、以下のフローチャートの各ステップの一部または全部を含むプログラムを図示しないメモリからそれぞれ読み出して実行する。これら複数の装置のプログラムは、それぞれ、外部からインストールすることができる。これら複数の装置のプログラムは、それぞれ、記録媒体に格納された状態で流通する。
図15は、本発明の実施の形態に係る監視装置が異常判定を行う際の動作手順を定めたフローチャートである。
図15を参照して、まず、監視装置111は、発電部78A,78B,78C,78Dの電流および電圧の計測結果を取得する(ステップS101)。
次に、監視装置111は、取得した計測結果に基づいて、PCS8の動作状態を判別する。より詳細には、監視装置111は、取得した計測結果に基づいて、PCS8が稼働状態である時間帯および停止状態である時間帯を判別する(ステップS102)。
次に、監視装置111は、取得した計測結果から各発電部78のストリング電流データを作成する(ステップS103)。
次に、監視装置111は、PCS8が停止状態である時間帯における計測結果に基づいて異常判定を行う(ステップS104)。
次に、監視装置111は、PCS8が稼働状態である時間帯における計測結果に基づいて異常判定を行う(ステップS105)。
次に、監視装置111は、発電部78A,78B,78C,78Dの電流および電圧の新たな計測結果を取得する(ステップS101)。
なお、ステップS102およびステップS103の順番は、上記に限らず、順番を入れ替えてもよい。
また、ステップS104およびステップS105の順番は、上記に限らず、順番を入れ替えてもよい。
図16は、本発明の実施の形態に係る監視装置がPCSの停止状態における異常判定を行う際の動作手順を定めたフローチャートである。
図16を参照して、まず、監視装置111は、ある発電部78について異常判定を開始する。監視装置111は、PCS8の停止状態において逆電流が計測された場合(ステップS201でYES)、対応の出力ライン1における逆流防止ダイオード94の短絡故障の異常であると判定する(ステップS202)。
次に、監視装置111は、判定結果、ストリング電流データ、および電圧センサ17の計測結果を含む監視情報を収集装置151へ送信する(ステップS203)。
一方、監視装置111は、PCS8の停止状態において所定値以上の出力電流が計測された場合(ステップS201でNO、かつステップS204でYES)、対応の出力ライン1のうちの計測部19および集約部91間における正負極間短絡の異常であると判定する(ステップS205)。
次に、監視装置111は、判定結果、ストリング電流データ、および電圧センサ17の計測結果を含む監視情報を収集装置151へ送信する(ステップS203)。
一方、監視装置111は、PCS8の停止状態において逆電流が計測されず(ステップS201でNO)、かつ所定値未満の電流が計測された場合(ステップS204でNO)、対応する出力ライン1の回路が正常であると判定する(ステップS206)。
次に、監視装置111は、判定結果、ストリング電流データ、および電圧センサ17の計測結果を含む監視情報を収集装置151へ送信する(ステップS203)。
次に、監視装置111は、他の発電部78の計測結果について異常判定を行っていない場合(ステップS207でNO)、他の発電部78の計測結果について異常判定を行う(ステップS201)。
一方、監視装置111は、すべての発電部78の計測結果について異常判定を行った場合(ステップS207でYES)、PCSの停止状態における異常判定を終了する。
図17は、本発明の実施の形態に係る監視装置がPCSの稼働状態における異常判定を行う際の動作手順を定めたフローチャートである。
図17を参照して、まず、監視装置111は、ある発電部78について異常判定を開始する。監視装置111は、PCS8の稼働状態において所定値未満の出力電流が計測された場合(ステップS301でYES)、対応の出力ライン1のうち発電部78および計測部19間における正負極間短絡の異常であると判定する(ステップS302)。
次に、監視装置111は、判定結果、ストリング電流データ、および電圧センサ17の計測結果を含む監視情報を収集装置151へ送信する(ステップS303)。
一方、監視装置111は、PCS8の稼働状態において、所定値以上の出力電流が計測され(ステップS301でNO)、かつ、他のストリング電流データと比べて所定値以上大きい出力電流が計測された場合(ステップS304でYES)、対応の出力ライン1のうちの計測部19および集約部91間における正負極間短絡の異常であると判定する(ステップS305)。
次に、監視装置111は、判定結果、ストリング電流データ、および電圧センサ17の計測結果を含む監視情報を収集装置151へ送信する(ステップS303)。
一方、監視装置111は、PCS8の稼働状態において、出力所定値以上の電流が計測され(ステップS301でNO)、かつ、他のストリング電流データと比べて所定値未満大きい出力電流が計測された場合(ステップS304でNO)、対応する出力ライン1の回路が正常であると判定する(ステップS306)。
次に、監視装置111は、判定結果、ストリング電流データ、および電圧センサ17の計測結果を含む監視情報を収集装置151へ送信する(ステップS303)。
次に、監視装置111は、他の発電部78の計測結果について異常判定を行っていない場合(ステップS307でNO)、他の発電部78の計測結果について異常判定を行う(ステップS301)。
一方、監視装置111は、すべての発電部78の計測結果について異常判定を行った場合(ステップS307でYES)、PCSの稼働状態における異常判定を終了する。
なお、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムでは、PCS8は、動作可能な電力が発電部78から供給されない場合、電力変換を停止する構成であるとしたが、これに限定するものではない。PCS8は、たとえば、発電部78がPCS8変換容量を超える電力を発電している場合、または系統への出力を抑制されている場合、電力変換を停止する構成であってもよい。
また、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムでは、監視装置111が異常を判定する構成であるとしたが、これに限定するものではない。監視装置111が、各計測結果、電流センサIDおよび電圧センサIDを収集装置151または管理装置101へ送信し、収集装置151または管理装置101が、監視装置111から送信された各計測結果に基づいて、異常を判定する構成であってもよい。この場合、管理装置101は、監視装置111から送信された各計測結果を取得する取得部と、取得部によって取得された各計測結果に基づいて異常判定1~4を行う判定部とを備える。
また、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムでは、監視装置111は、異常判定1~4を行う構成であるとしたが、これに限定するものではない。監視装置111は、異常判定1~4の一部を行う構成であってもよい。
また、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムでは、監視装置111は、計測部19を備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。計測部19は、監視装置111の外部に設けられる構成であってもよい。
また、本発明の実施の形態に係る太陽光発電システムでは、逆流防止ダイオード94が発電部78ごとに設けられている構成であるとしたが、これに限定するものではない。太陽光発電システム401では、逆流防止ダイオード94A,94B,94C,94Dの一部または全部が設けられない構成であってもよい。
また、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムでは、電流センサ16が発電部78ごとに設けられている構成であるとしたが、これに限定するものではない。発電状態判定システム301では、当該各電流センサ16のうちの一部が設けられない構成であってもよい。ただし、監視装置111は、複数の電流センサ16が対応の発電部78に設けられている場合に異常判定4を行う。
ところで、特許文献1に記載の技術を超えて、太陽光発電システムの異常判定を向上させることが可能な技術が望まれる。
本発明の実施の形態に係る監視装置では、取得部11は、太陽電池パネル79を含む発電部78の電流の計測結果を取得する。判定部15は、当該計測結果に基づいてPCS8の動作状態を判別し、判別した動作状態、および計測結果に基づいて異常を判定する。
このような構成により、発電部78の電流の計測結果を用いてPCS8の動作状態を判別し、発電部78の電流の計測結果を用いた異常判定であって判別結果に応じた異常判定を行うことができる。これにより、太陽光発電システム401における異常を良好に判定することができる。
したがって、本発明の実施の形態に係る監視装置では、太陽光発電システム401の異常判定を向上させることができる。
また、本発明の実施の形態に係る監視装置では、判定部15は、PCS8の動作状態を停止状態であると判別し、停止状態における上記計測結果に基づいて異常を判定する。
このように、PCS8の停止状態における発電部78の電流の計測結果に着目し、発電部78の出力電流の計測結果を用いて異常を判定する構成により、太陽光発電システム401における異常を良好に判定することができる。
また、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムでは、発電部78の電流を計測する計測部19が、発電部78とPCS8との間に接続され、監視装置111において、判定部15は、発電部78の出力電流を示す計測結果に基づいて、計測部19およびPCS8間の回路の異常を判定する。
このような構成により、発電部78の出力電流の計測結果を用いて、計測部19およびPCS8間の回路の異常を良好に判定することができる。
また、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムでは、太陽光発電システム401において、複数の発電部78からの出力ラインが集約部91において集約されてPCS8に電気的に接続され、逆流防止ダイオード94が、当該複数の発電部78のうち、一部または全部の発電部78と集約部91との間に接続され、対応の発電部78の電流を計測する計測部19が、当該一部または全部の発電部78と対応の逆流防止ダイオード94との間に接続され、監視装置111において、判定部15は、当該一部または全部の発電部78への逆流電流を示す計測結果に基づいて、逆流防止ダイオード94の異常を判定する。
このような構成により、発電部78への逆流電流の計測結果を用いて、逆流防止ダイオード94の異常を良好に判定することができる。
また、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムでは、発電部78の電流を計測する計測部19が、発電部78とPCS8との間に接続され、監視装置111において、判定部15は、PCS8の動作状態を稼働状態であると判別し、PCS8の稼働状態における発電部78の出力電流を示す計測結果に基づいて、発電部78および計測部19間の回路の異常を判定する。
このように、PCS8の稼働状態における発電部78の電流の計測結果に着目し、発電部78の出力電流の計測結果を用いて異常を判定する構成により、発電部78および計測部19間の回路の異常を良好に判定することができる。
また、本発明の実施の形態に係る発電状態判定システムでは、太陽光発電システム401において、複数の発電部78からの出力ラインが集約部91において集約されて前記PCS8に電気的に接続され、対応の発電部78の電流を計測する計測部19が、複数の発電部78のうち、一部または全部の複数の発電部78とPCS8との間に接続され、監視装置111において、判定部15は、PCS8の稼働状態における当該一部または全部の複数の発電部78の出力電流を示す計測結果に基づいて、計測部19および集約部91間の回路の異常を判定する。
このように、PCS8の稼働状態における発電部78の電流の計測結果に着目し、各発電部78の出力電流の計測結果を用いて異常を判定する構成により、計測部19および集約部91間の回路の異常を良好に判定することができる。
また、本発明の実施の形態に係る監視装置における判定方法では、まず、発電部78の電流の計測結果を取得する。次に、当該計測結果に基づいてPCS8の動作状態を判別する。次に、判別した動作状態、および当該計測結果に基づいて異常を判定する。
このような構成により、発電部78の電流の計測結果を用いてPCS8の動作状態を判別し、発電部78の電流の計測結果を用いた異常判定であって判別結果に応じた異常判定を行うことができる。これにより、太陽光発電システム401における異常を良好に判定することができる。
したがって、本発明の実施の形態に係る監視装置における判定方法では、太陽光発電システム401の異常判定を向上させることができる。
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
[付記1]
太陽電池パネルを含む発電部からの出力ラインが電力変換装置に電気的に接続される太陽光発電システムに用いられる監視装置であって、
前記発電部の電流の計測結果を取得する取得部と、
前記電力変換装置の停止状態における前記計測結果に基づいて異常を判定する判定部とを備え、
前記発電部は、複数の太陽電池パネルが直列接続されたストリングである、監視装置。
1 出力ライン
2,4,5 集約ライン
3 内部ライン
6 キュービクル
7 銅バー
8 PCS
9 電力変換部
11 取得部
14 通信部
15 判定部
16 電流センサ
17 電圧センサ
18 記憶部
19 計測部
26 電源線
46 信号線
60 集電ユニット
71 集電箱
72,73,77 銅バー
74 太陽電池ユニット
76 接続箱
78 発電部
79 太陽電池パネル
80 PCSユニット
81 判定部
84 通信処理部
85 記憶部
86 取得部
91 集約部
92 計測部
93 開閉器
94 逆流防止ダイオード
101 管理装置
111 監視装置
151 収集装置
301 発電状態判定システム
401 太陽光発電システム

Claims (8)

  1. 太陽電池パネルを含む発電部からの出力ラインが電力変換装置に電気的に接続される太陽光発電システムに用いられる監視装置であって、
    前記発電部の電流の計測結果を取得する取得部と、
    前記計測結果に基づいて前記電力変換装置の動作状態を停止状態または稼働状態であると判別し、判別した前記稼働状態における前記計測結果に基づいて異常を判定する判定部とを備える、監視装置。
  2. 前記判定部は、別した前記停止状態における前記計測結果に基づいて異常を判定する異常判定と、判別した前記稼働状態における前記計測結果に基づいて異常を判定する異常判定とを行うことが可能である、請求項1に記載の監視装置。
  3. 前記発電部の電流を計測する計測部が、前記発電部と前記電力変換装置との間に接続され、
    前記判定部は、前記発電部の出力電流を示す前記計測結果に基づいて、前記計測部および前記電力変換装置間の回路の異常を判定する、請求項2に記載の監視装置。
  4. 前記太陽光発電システムにおいて、複数の前記発電部からの出力ラインが集約部において集約されて前記電力変換装置に電気的に接続され、
    逆流防止ダイオードが、前記複数の発電部のうち、一部または全部の前記発電部と前記集約部との間に接続され、
    対応の前記発電部の電流を計測する計測部が、前記一部または全部の発電部と対応の前記逆流防止ダイオードとの間に接続され、
    前記判定部は、前記一部または全部の発電部への逆流電流を示す前記計測結果に基づいて、前記逆流防止ダイオードの異常を判定する、請求項2または請求項3に記載の監視装置。
  5. 太陽電池パネルを含む発電部からの出力ラインが電力変換装置に電気的に接続される太陽光発電システムに用いられる監視装置であって、
    前記発電部の電流の計測結果を取得する取得部と、
    前記計測結果に基づいて前記電力変換装置の動作状態を停止状態または稼働状態であると判別し、判別した前記動作状態、および前記計測結果に基づいて異常を判定する判定部とを備え、
    前記発電部の電流を計測する計測部が、前記発電部と前記電力変換装置との間に接続され、
    前記判定部は、前記電力変換装置の動作状態を前記稼働状態であると判別し、前記電力変換装置の前記稼働状態における前記発電部の出力電流を示す前記計測結果に基づいて、前記発電部および前記計測部間の回路の異常を判定する、監視装置。
  6. 前記太陽光発電システムにおいて、複数の前記発電部からの出力ラインが集約部において集約されて前記電力変換装置に電気的に接続され、
    対応の前記発電部の電流を計測する計測部が、前記複数の発電部のうち、一部または全部の複数の前記発電部と前記電力変換装置との間に接続され、
    前記判定部は、判別した前記働状態における前記一部または全部の複数の発電部の出力電流を示す前記計測結果に基づいて、前記計測部および前記集約部間の回路の異常を判定する、請求項1または請求項5に記載の監視装置。
  7. 太陽電池パネルを含む発電部からの出力ラインが電力変換装置に電気的に接続される太陽光発電システムに用いられる監視装置における判定方法であって、
    前記発電部の電流の計測結果を取得するステップと、
    前記計測結果に基づいて前記電力変換装置の動作状態を停止状態または稼働状態であると判別するステップと、
    判別した前記稼働状態における前記計測結果に基づいて異常を判定するステップとを含む、判定方法。
  8. 太陽電池パネルを含む発電部からの出力ラインが電力変換装置に電気的に接続される太陽光発電システムに用いられる監視装置における判定方法であって、
    前記発電部の電流の計測結果を取得するステップと、
    前記計測結果に基づいて前記電力変換装置の動作状態を停止状態または稼働状態であると判別するステップと、
    判別した前記動作状態、および前記計測結果に基づいて異常を判定するステップとを含み、
    前記発電部の電流を計測する計測部が、前記発電部と前記電力変換装置との間に接続され、
    前記動作状態を判別するステップにおいて、前記動作状態を前記稼働状態であると判別し、
    前記異常を判定するステップにおいて、前記電力変換装置の前記稼働状態における前記発電部の出力電流を示す前記計測結果に基づいて、前記発電部および前記計測部間の回路の異常を判定する、判定方法。
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