JP7246010B2

JP7246010B2 - 保護装置

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Publication number: JP7246010B2
Application number: JP2021527605A
Authority: JP
Inventors: 和憲木寺; 達雄古賀; 圭太金森
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2020-06-05
Publication date: 2023-03-27
Anticipated expiration: 2040-06-05
Also published as: WO2020261947A1; JPWO2020261947A1

Description

本発明は、保護装置及び電源システムに関する。

従来、太陽光パネルなどの複数の直流電源装置から直流電路を介して供給される直流電力を電力変換装置（パワーコンディショナ）で交流電力に変換するシステムが知られている。太陽光パネルにおいては、接続不良などに起因する発電不良が発生する場合がある。このような異常が発生した場合に、発電不良が発生した太陽光パネルを判定し、発電不良が発生した太陽光パネルだけを直流電路から電気的に切り離す技術が知られている（例えば、特許文献１など）。

特許文献１に記載されたシステムでは、複数の太陽光パネルの各々に監視制御装置を設けている。特許文献１では、このような監視制御装置によって、太陽光パネル毎に作動状態を監視及び制御しようとしている。

特開２０１１－７７６５号公報

特許文献１に記載されたシステムで用いる監視制御装置は、太陽光パネルの一対の出力端子（つまり、高電位側及び低電位側の出力端子）を短絡するスイッチを備え太陽光パネルが故障状態にあると判定された場合には、太陽光パネルの一対の出力端子を短絡することで、当該太陽光パネルをシステムの系統から電気的に切り離している。このように故障状態にあると判定された太陽光パネルは、実質的に除去され、再度使用されることはない。しかしながら、例えば、一部の太陽光パネルだけが日陰に入り、出力が低下する場合があり、このような場合は太陽光パネルが故障状態にあると判定され得る。このような太陽光パネルが故障状態にあると判定され、一対の出力端子が短絡された状態では、当該太陽光パネルに太陽光が照射されて出力が上昇したとしても、出力が上昇したか否かを判定することができない。このため、当該太陽光パネルの使用を再開することができない。

そこで、本発明は、直流電源装置の一対の出力端子を短絡する保護装置であって、一対の出力端子を短絡している場合にも直流電源装置の出力を検知できる保護装置などを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る保護装置の一態様は、直流電路に直流電力を出力する直流電源装置に接続される保護装置であって、前記直流電源装置の高電位側の出力端子に接続される第一導電体と、前記直流電源装置の低電位側の出力端子に接続される第二導電体と、前記第一導電体にカソードが接続され、前記第二導電体にアノードが接続されるダイオードと、前記ダイオードと直列に接続され、前記第一導電体と前記第二導電体との間に流れる電流を測定する電流センサと、前記ダイオードに並列に接続されるスイッチと、前記スイッチの状態を制御する制御器とを備え、前記スイッチは、前記電流センサによって測定された電流値に基づいて制御される。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る電源システムの一態様は、上記保護装置と、前記直流電路に接続された外部ユニットとを備え、前記外部ユニットは、前記電流値に基づいて前記指令信号を生成する制御ユニットと、前記指令信号を前記保護装置に送信する通信ユニットとを有する。

本発明の一態様によれば、直流電源装置の一対の出力端子を短絡する保護装置であって、一対の出力端子を短絡している場合にも直流電源装置の出力を検知できる保護装置などを提供できる。

図１は、実施の形態１に係る電源システムの全体構成を示す模式図である。図２は、実施の形態１に係る保護装置及び直流電源装置の構成を示すブロック図である。図３は、実施の形態１に係る電源システムの制御方法を示すフローチャートである。図４は、実施の形態２に係る電源システムの全体構成を示す模式図である。図５は、実施の形態２に係る保護装置及び直流電源装置の構成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、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。

なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態１）
実施の形態１に係る保護装置及び電源システムについて説明する。

［１－１．全体構成］
まず、本実施の形態に係る電源システムの全体構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る電源システム１０の全体構成を示す模式図である。図２は、本実施の形態に係る保護装置３０及び直流電源装置５０の構成を示すブロック図である。図２には、直流電路１２も併せて示されている。

本実施の形態に係る電源システム１０は、１以上の直流電源装置５０に接続される直流電路１２に用いられるシステムである。図１に示されるように、電源システム１０は、１以上の保護装置３０と、外部ユニット２０とを備える。本実施の形態では、１以上の直流電源装置５０と、直流電路１２と、通信バス１４とをさらに備える。

直流電源装置５０は、直流電力を出力する装置である。本実施の形態では、直流電源装置５０は、光発電装置である。直流電源装置５０は、例えば、屋外に配置され、受光面において太陽光等を受光することで、直流電力を生成する。１つの直流電源装置５０では、受光強度等諸条件にもよるが、例えば４０Ｖ以上７０Ｖ以下程度の直流電圧が発生する。直流電源装置５０は、高電位側の出力端子５１及び低電位側の出力端子５２を有し、これらの出力端子から、保護装置３０を介して直流電路１２に直流電力を出力する。

直流電路１２は、１以上の直流電源装置５０に接続される電線である。図１に示される例では、直流電路１２は、複数の直流電源装置５０を直列に接続する。直流電路１２の両端は、外部ユニット２０に接続されており、複数の直流電源装置５０から出力された直流電力が外部ユニット２０に入力される。

通信バス１４は、１以上の直流電源装置５０の各々の通信回路４０と外部ユニット２０との間を繋ぐ通信線である。

保護装置３０は、直流電源装置５０に接続される装置である。本実施の形態では、複数の保護装置３０がそれぞれ複数の直流電源装置５０に接続される。図２に示されるように、保護装置３０は、第一導電体３１と、第二導電体３２と、ダイオード３４と、スイッチ３６と、制御器３８と、電流センサ４６とを有する。本実施の形態では、保護装置３０は、通信回路４０と、アンテナ４２と、補助電源回路４４とをさらに有する。保護装置３０は、その構成要素の少なくとも一部を収容する筐体をさらに有してもよい。

第一導電体３１は、直流電源装置５０の高電位側の出力端子５１と直流電路１２とを接続する導電体である。第一導電体３１は、直流電路１２の第一端部１２ａに接続される。第一導電体３１は、直流電路１２を介して他の直流電源装置５０の低電位側の出力端子５２又は、外部ユニット２０の高電位側の入力端子に接続される。

第二導電体３２は、直流電源装置５０の低電位側の出力端子５２と直流電路１２とを接続する導電体である。第二導電体３２は、直流電路１２の第二端部１２ｂに接続される。第二導電体３２は、直流電路１２を介して他の直流電源装置５０の高電位側の出力端子５１又は、外部ユニット２０の低電位側の入力端子に接続される。

ダイオード３４は、第一導電体３１にカソードが接続され、第二導電体３２にアノードが接続される整流素子である。なお、ダイオード３４のカソードは、第一導電体３１に直接接続されていてもよいし、他の素子を介して間接的に接続されていてもよい。また、ダイオード３４のアノードは、第二導電体３２に直接接続されていてもよいし、他の素子を介して間接的に接続されていてもよい。本実施の形態では、ダイオード３４のカソードは、電流センサ４６を介して、第一導電体３１に接続される。

スイッチ３６は、図２に示されるように、ダイオード３４に並列に接続される素子である。スイッチ３６は、制御器３８によってオン状態又はオフ状態に切り替えられる。スイッチ３６は、電流センサ４６によって測定された電流値に基づいて制御される。本実施の形態では、スイッチ３６は、半導体スイッチである。より具体的には、スイッチ３６は、サイリスタであってもよい。これにより、スイッチ３６をオン状態に切り替えた後、スイッチ３６に電流が流れている間は、スイッチ３６がオン状態に自動的に維持される。例えば、スイッチ３６がオン状態とされているときに、火災が発生して制御器３８が破損したと仮定する。この場合、制御器３８からスイッチ３６に制御信号が入力されなくなるが、スイッチ３６に電流が流れている間は、スイッチ３６をオン状態に維持できる。したがって、火災発生時に、直流電源装置５０から電力が出力されることを抑制できるため、消火活動の際における感電の危険性を低減できる。

制御器３８は、スイッチ３６の状態を制御する機器である。本実施の形態では、制御器３８は、電流センサ４６によって測定された電流値Ｉｄに基づいてスイッチ３６の状態を制御する。制御器３８による制御の詳細については、後述する。

電流センサ４６は、ダイオード３４と直列に接続され、第一導電体３１と第二導電体３２との間に流れる電流を測定するセンサである。電流センサ４６は、測定した電流値Ｉｄに対応する信号を制御器３８に出力する。図２に示されるように、本実施の形態では、電流センサ４６は、ダイオード３４のカソードと第一導電体３１との間に接続されているが、電流センサ４６は、ダイオード３４のアノードと第二導電体３２との間に接続されてもよい。

通信回路４０は、外部ユニット２０と通信を行う回路である。通信回路４０は、通信バス１４を介して外部ユニット２０と有線通信を行う有線通信デバイスであってもよいし、アンテナ４２を介して外部ユニット２０と無線通信を行う無線通信デバイスであってもよいし、直流電路１２を介して外部ユニット２０と電力線通信を行う電力線通信デバイスであってもよいし、補助電源回路４４が直流電源装置５０以外の外部電源から電力供給される場合、その電力供給線を介した電力線通信を行う電力線通信デバイスであってもよい。本実施の形態では、通信回路４０は、通信バス１４を介して外部ユニット２０と有線通信を行う。また、通信回路４０は、アンテナ４２を介して外部ユニット２０と無線通信を行ってもよい。

アンテナ４２は、通信回路４０が出力する信号に対応する電波を送信し、かつ、受信した電波に対応する信号を通信回路４０に出力する機器である。

補助電源回路４４は、制御器３８へ電力を供給する回路である。補助電源回路４４は、例えば、直流電源装置５０が出力する直流電力の一部を制御器３８に供給する電線であってもよいし、直流電源装置５０の出力電圧を分圧して出力する分圧回路であってもよいし、直流電源装置５０以外の外部電源から保護装置３０に電力を供給する構成でもよい。

外部ユニット２０は、直流電路１２に接続され、１以上の直流電源装置５０が出力する直流電力が入力されるユニットである。図１に示されるように、外部ユニット２０は、センサ２２と、制御ユニット２６と、通信ユニット２８とを有する。本実施の形態では、外部ユニット２０は、電力変換装置であり、電力制御ユニット２４をさらに有する。

センサ２２は、直流電路１２から電気パラメータを取得する装置である。本実施の形態では、センサ２２は、電流センサを有し、センサ２２が取得する電気パラメータは、直流電路１２に流れる電流の値である電路電流値Ｉｓを含む。なお、電気パラメータは、直流電路１２に流れる電流の値の周波数成分、直流電路１２に印加される電圧の値、当該電圧の値の周波数成分の少なくとも一つをさらに含んでもよい。

制御ユニット２６は、センサ２２で取得された電気パラメータに対応する信号を通信ユニット２８に送信させるユニットである。制御ユニット２６の動作の詳細については、後述する。

通信ユニット２８は、１以上の保護装置３０と通信するユニットである。通信ユニット２８は、通信バス１４を介して保護装置３０の通信回路４０と有線通信を行う。通信ユニット２８は、保護装置３０の通信回路４０と無線通信を行ってもよいし、電力線通信を行ってもよい。

電力制御ユニット２４は、直流電源装置５０から出力される直流電力が供給されるユニットであり、供給された直流電力を交流電力に変換して出力する。つまり、電力制御ユニット２４は、パワーコンディショナとして機能する。電力制御ユニット２４は、例えば、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）方式を採用しており、直流電源装置５０から供給される直流電力の電流及び電圧を電力が最大となるように調整する。電力制御ユニット２４は、入力された直流電力を、例えば、電圧が２００Ｖで、周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの単相３線の交流電力に変換する。これにより電力制御ユニット２４から出力される交流電力を家庭用電気機器などで使用できる。

［１－２．制御方法］
次に、本実施の形態に係る電源システム１０の制御方法について図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る電源システム１０の制御方法を示すフローチャートである。

図３に示されるように、まず、保護装置３０の制御器３８は、スイッチ３６をオフ状態とする（Ｓ１０）。電源システム１０が複数の保護装置３０を備える場合には、すべての保護装置３０の制御器３８がスイッチ３６をオフ状態とする。

続いて、電流センサ４６は、電流値Ｉｄを測定し、制御器３８は、電流値Ｉｄを電流センサ４６から取得する（Ｓ１２）。

続いて、制御器３８は、電流値Ｉｄがゼロより大きいか否かを判定する（Ｓ１４）。電流値Ｉｄがゼロである場合には（Ｓ１４でＮｏ）、ステップＳ１２に戻り、再度電流値Ｉｄを取得する。一方、電流値Ｉｄがゼロより大きい場合には（Ｓ１４でＹｅｓ）、制御器３８は、スイッチ３６をオン状態に切り替える（Ｓ１６）。ここで、電流値Ｉｄがゼロより大きい場合とは、直流電路１２に流れる電流の少なくとも一部が、直流電源装置５０でなく、ダイオード３４を流れるということを意味する。このような現象は、直流電源装置５０のインピーダンスがダイオード３４のインピーダンスより大きくなっていることを意味する。直流電源装置５０のインピーダンスは、例えば、直流電源装置５０に異常が発生している場合、直流電源装置５０の出力が低下している場合などに増大する。本実施の形態では、スイッチ３６をオン状態とすることで、ダイオード３４に電流が流れることを抑制できる。したがって、ダイオード３４における発熱を低減できるため、ダイオード３４の発熱に起因する劣化及び破損を抑制できる。

続いて、制御器３８は、電流センサ４６から電流値Ｉｄを取得し（Ｓ１８）、直流電路１２に流れる電路電流値Ｉｓを取得する（Ｓ２０）。制御器３８は、例えば、外部ユニット２０のセンサ２２で測定された電路電流値Ｉｓを通信回路４０などを介して取得する。なお、電流値Ｉｄ及び電路電流値Ｉｓの取得の順序は特に限定されない。制御器３８は、電流値Ｉｄより電路電流値Ｉｓを先に取得してもよいし、両者を同時に取得してもよい。

続いて、制御器３８は、電流値Ｉｄと電路電流値Ｉｓとを比較する（Ｓ２２）。ここで、電流値Ｉｄと電路電流値Ｉｓとが等しい場合には（Ｓ２２でＹｅｓ）、ステップＳ１８に戻る。なお、ここで、電流値Ｉｄと電路電流値Ｉｓとが等しいとは、両者が完全に一致する場合だけでなく、両者が実質的に一致する場合も意味する。例えば、両者の誤差が、測定誤差程度である場合も、電流値Ｉｄと電路電流値Ｉｓとは等しいと判定する。一方、電流値Ｉｄと電路電流値Ｉｓとが等しくない場合には（Ｓ２２でＮｏ）、直流電源装置５０から電流が出力され始めたと判断して、スイッチ３６をオフ状態に切り替える（Ｓ１０）。直流電源装置５０から電流が出力されない場合、直流電路１２に流れる電流が電流センサ４６に流れ込むため、電流値Ｉｄと電路電流値Ｉｓとは等しくなる。しかしながら、直流電源装置５０から電流が出力され始めた場合、直流電源装置５０の高電位側の出力端子５１から出力される電流の一部は、直流電路１２に流れ、残りの部分は、電流センサ４６に流れる。言い換えると、直流電路１２に流れる電流の一部が、直流電源装置５０に流れ込む。このため、電流センサ４６に流れる電流は、直流電路１２に流れる電流より少なくなる。つまり、電流値Ｉｄは、電路電流値Ｉｓより小さくなる。このように、電流値Ｉｄが、電路電流値Ｉｓと等しくないことは、直流電源装置５０から電流が出力され始めたことを意味するため、直流電源装置５０が正常な状態となったと判断して、スイッチ３６をオフ状態に切り替える。このようにスイッチ３６をオフ状態に切り替えることで、直流電源装置５０の出力を直流電路１２に供給できる。以上のように、本実施の形態に係る保護装置３０は、直流電源装置５０の一対の出力端子を短絡している場合にも、直流電源装置５０の出力を検知できる。

以上のような制御方法によって、直流電源装置５０の出力低下時には、当該直流電源装置の一対の出力端子を短絡し、当該直流電源装置５０の出力が上昇した場合には、一対の出力端子間を開放できる。

［１－３．ラピッドシャットダウンシステムへの適用］
次に、本実施の形態に係る電源システム１０のラピッドシャットダウンシステムへの適用について説明する。ラピッドシャットダウン規格は、米国のＮＥＣ（National Electrical Code）規格であり、光発電装置（太陽光パネル）が設置された建物等で火災が発生した際に、消防士の消火活動における感電等の危険を減らすための規格である。ラピッドシャットダウン規格では、建物等に設置された光発電装置から３０ｃｍ以内の領域の直流電圧を１０秒以内に８０Ｖ以下に降圧し、当該領域外の直流電圧を１０秒以内に３０Ｖ以下に降圧することが義務付けられている。

本実施の形態に係る電源システム１０は、保護装置３０のスイッチ３６をオン状態とすることによって、直流電源装置５０の高電位側の出力端子５１と、低電位側の出力端子５２との間を短絡させることができる。言い換えると、スイッチ３６をオン状態とすることで、直流電源装置５０が直流電路１２に印加する電圧をほぼ０Ｖに低下させることができる。そこで、本実施の形態に係る保護装置３０を、直流電源装置５０からの距離が３０ｃｍ以下の位置に配置することで、直流電源装置５０から３０ｃｍ以内の領域の直流電圧をシャットダウン開始から１０秒以内に８０Ｖ以下に降圧し、かつ、当該領域外の直流電圧をシャットダウン開始から１０秒以内に３０Ｖ以下に降圧するシステムを実現できる。以上のように、本実施の形態に係る電源システム１０においては、保護装置３０を直流電源装置５０からの距離が３０ｃｍ以下の位置に配置することで、ラピッドシャットダウンシステムに適用できる。保護装置３０は、例えば、直流電源装置５０が太陽光パネルである場合には、太陽光パネルの受光面に対して裏側の面に取り付けられてもよい。これにより、保護装置３０の太陽光パネルからの距離を低減し、かつ、保護装置３０に直射日光が照射されることを低減できる。

［１－４．まとめ］
以上のように、本実施の形態に係る保護装置３０は、直流電路１２に直流電力を出力する直流電源装置５０に接続される。保護装置３０は、直流電源装置５０の高電位側の出力端子５１に接続される第一導電体３１と、直流電源装置５０の低電位側の出力端子５２に接続される第二導電体３２と、第一導電体３１にカソードが接続され、第二導電体３２にアノードが接続されるダイオード３４と、ダイオード３４と直列に接続され、第一導電体３１と第二導電体３２との間に流れる電流を測定する電流センサ４６と、ダイオード３４に並列に接続されるスイッチ３６と、スイッチ３６の状態を制御する制御器３８とを備える。スイッチ３６は、電流センサ４６によって測定された電流値Ｉｄに基づいて制御される。

このような保護装置３０によれば、スイッチ３６がオフ状態であるときに、電流センサ４６によって測定された電流値Ｉｄに基づいて、直流電源装置５０の出力低下、又は異常を検知できる。電流値Ｉｄがゼロより大きい場合には、スイッチ３６をオン状態に切り替えることで、ダイオード３４の両端を短絡する。これにより、ダイオード３４に流れる電流を抑制できる。したがって、ダイオード３４における発熱を低減できるため、ダイオード３４の発熱に起因する劣化及び破損を抑制できる。また、電流センサ４６によって測定された電流値Ｉｄと直流電路１２に流れる電路電流値Ｉｓとを比較することで、スイッチ３６をオン状態として、直流電源装置５０の一対の出力端子５１及び５２を短絡している場合にも、直流電源装置５０の出力を検知できる。

また、電源システム１０において、直流電源装置５０から制御器３８へ電力を供給する補助電源回路４４をさらに備えてもよい。

これにより、各保護装置３０に電力を供給する電源を別途準備する必要がない。したがって、電源システム１０の構成を簡素化できる。

また、電源システム１０において、スイッチ３６は、半導体スイッチであってもよい。

また、電源システム１０において、スイッチは、サイリスタであってもよい。

また、電源システム１０において、直流電源装置５０は、光発電装置であってもよい。

これにより、スイッチ３６をオン状態に切り替えた後、スイッチ３６に電流が流れている間は、スイッチ３６がオン状態に自動的に維持される。例えば、スイッチ３６がオン状態とされているときに、火災が発生して制御器３８が破損し、スイッチ３６に制御信号が入力されなくなっても、スイッチ３６に電流が流れている間は、スイッチ３６をオン状態に維持できる。したがって、火災発生時に、直流電源装置５０から電力が出力されることを抑制できるため、消火活動の際における感電の危険性を低減できる。

また、電源システム１０において、保護装置３０は、直流電源装置５０からの距離が３０ｃｍ以内の位置に配置されてもよい。

これにより、スイッチ３６をオン状態として直流電源装置５０の出力を短絡することで、直流電源装置５０から３０ｃｍ以内の領域の直流電圧をシャットダウン開始から１０秒以内に８０Ｖ以下に降圧し、かつ、当該領域外の直流電圧をシャットダウン開始から１０秒以内に３０Ｖ以下に降圧するラピッドシャットダウンシステムの実現が可能となる。

また、電源システム１０において、制御器３８は、電流値Ｉｄに基づいてスイッチ３６の状態を制御してもよい。

これにより、保護装置３０が外部ユニット２０などの他の機器から独立して、スイッチ３６を制御できる。

また、電源システム１０において、制御器３８は、スイッチ３６がオン状態であって、直流電路１２に流れる電流の値である電路電流値Ｉｓと、電流値Ｉｄとが一致しない場合に、スイッチ３６をオフ状態に切り替えてもよい。

このように、スイッチ３６がオン状態であって、電路電流値Ｉｓと、電流値Ｉｄとを比較することで、直流電源装置５０から電流が出力され始めたことを検知できる。また、直流電源装置５０から電流が出力され始めた場合に、スイッチ３６をオフ状態に切り替えることで、直流電源装置５０の出力を直流電路１２に供給できる。

これにより、スイッチ３６がオン状態であるときに、直流電源装置５０の出力を検知して、電流センサ４６によって測定された電流値Ｉｄと直流電路１２に流れる電路電流値Ｉｓとを比較することで、スイッチ３６がオン状態として、直流電源装置５０の一対の出力端子５１及び５２を短絡している場合にも、直流電源装置５０の出力を検知できる。

（実施の形態２）
実施の形態２に係る保護装置及び電源システムについて説明する。本実施の形態に係る保護装置の制御器は、保護装置の外部から入力される指令信号に基づいてスイッチ３６の状態を制御する点において、実施の形態１に係る保護装置３０の制御器３８と相違する。以下、本実施の形態に係る電源システムについて、実施の形態１に係る電源システム１０との相違点を中心に説明する。

［２－１．全体構成］
まず、本実施の形態に係る電源システム１１０の全体構成について図４及び図５を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る電源システム１１０の全体構成を示す模式図である。図５は、本実施の形態に係る保護装置１３０及び直流電源装置５０の構成を示すブロック図である。図５には、直流電路１２も併せて示されている。

図４に示されるように、本実施の形態に係る電源システム１１０は、１以上の保護装置１３０と、外部ユニット１２０とを備える。本実施の形態では、１以上の直流電源装置５０と、直流電路１２と、通信バス１４とをさらに備える。

保護装置１３０は、第一導電体３１と、第二導電体３２と、ダイオード３４と、スイッチ３６と、制御器１３８と、電流センサ４６と、通信回路４０と、アンテナ４２と、補助電源回路４４とを有する。

制御器１３８は、実施の形態１に係る制御器３８と同様に、スイッチ３６の状態を制御する機器であり、電流センサ４６によって測定された電流値Ｉｄに基づいてスイッチ３６の状態を制御する。本実施の形態に係る制御器１３８は、電流値Ｉｄに基づいて生成される指令信号であって、保護装置１３０の外部から入力される指令信号に基づいてスイッチ３６の状態を制御する。指令信号は、保護装置１３０の外部の任意の機器によって生成されてもよい。本実施の形態では、指令信号は、外部ユニット１２０の制御ユニット１２６によって生成される。

外部ユニット１２０は、センサ２２と、制御ユニット１２６と、通信ユニット２８と、電力変換ユニットとを有する。

制御ユニット１２６は、実施の形態１に係る制御ユニット２６と同様に、センサ２２で取得された電気パラメータに対応する信号を通信ユニット２８に送信させるユニットである。本実施の形態では、制御ユニット１２６は、保護装置１３０の電流センサ４６によって計測された電流値Ｉｄに基づいて指令信号を生成する。

［２－２．制御方法］
次に、本実施の形態に係る電源システム１１０の制御方法について説明する。実施の形態１に係る電源システム１０では、制御器３８が電流値Ｉｄなどの判定を行ったが、本実施の形態では、外部ユニット１２０の制御ユニット１２６が電流値Ｉｄなどの判定を行う。つまり、本実施の形態では、図３に示されるステップＳ１４の電流値Ｉｄの判定を制御ユニット１２６が行う。具体的には、電流センサ４６で測定された電流値Ｉｄに対応する信号が、通信回路４０によって、外部ユニット１２０の通信ユニット２８に送信される。通信ユニット２８は、電流値Ｉｄに対応する信号を制御ユニット１２６に送信する。これにより、制御ユニット１２６は、電流値Ｉｄを取得する。制御ユニット１２６は、電流値Ｉｄに基づいて指令信号を生成する。具体的には、制御ユニット１２６は、電流値Ｉｄがゼロより大きいか否かを判定する。電流値Ｉｄがゼロである場合には、制御ユニット１２６は、スイッチ３６をオフ状態に維持させる。例えば、制御ユニット１２６は、スイッチ３６をオフ状態に維持させるように指令する指令信号を生成する。一方、電流値Ｉｄがゼロより大きい場合には、制御ユニット１２６は、スイッチ３６をオン状態に切り替える。例えば、制御ユニット１２６は、スイッチ３６をオン状態に切り替えるように指令する指令信号を生成する。

制御ユニット１２６は、生成した指令信号を通信ユニット２８に送信する。通信ユニット２８は、制御ユニット１２６が生成した指令信号を保護装置３０の通信回路４０に送信する。通信回路４０は、制御器１３８に、指令信号を送信する。制御器１３８は、指令信号に基づいてスイッチ３６を制御する。

また、本実施の形態では、図３に示されるステップＳ２２の電路電流値Ｉｓと電流値Ｉｄとの比較も制御ユニット１２６が行う。制御ユニット１２６は、上述したように電流センサ４６によって計測された電流値Ｉｄを取得し、さらに、センサ２２が測定した電路電流値Ｉｓを取得する。そして、これらの電流値を比較する。

本実施の形態に係る電源システム１１０の制御方法においても、実施の形態１に係る電源システム１０の制御方法と同様の効果が奏される。

［２－３．まとめ］
以上のように、本実施の形態に係る保護装置１３０において、制御器１３８は、電流値Ｉｄに基づいて生成される指令信号であって、保護装置１３０の外部から入力される指令信号に基づいてスイッチ３６の状態を制御する。

このように、保護装置１３０の外部からの指令信号に基づいて制御器１３８が制御するため、制御器１３８が電流値Ｉｄの判定を行う必要がない。したがって、制御器１３８の構成を簡素化することができる。

また、本実施の形態に係る電源システム１１０は、保護装置１３０と、直流電路１２に接続された外部ユニット１２０とを備え、外部ユニット１２０は、電流値Ｉｄに基づいて指令信号を生成する制御ユニット１２６と、指令信号を保護装置１３０に送信する通信ユニット２８とを有する。

これにより、制御ユニット１２６において、電流値Ｉｄの判定を行うことができ、各保護装置１３０において、電流値Ｉｄの判定を行う必要がない。したがって、保護装置１３０の構成を簡素化できる。特に、電源システム１１０が複数の保護装置１３０を備える場合には、複数の保護装置１３０における電流値Ｉｄの判定を一つの制御ユニット１２６で行うことができるため、上記簡素化の効果はより一層顕著となる。

（その他の実施の形態）
以上、各実施の形態に係る電源システムについて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。

例えば、実施の形態１に係る制御器３８は、直流電源装置５０及び直流電路１２を含む電源システム１０全体の状態を推定してもよい。具体的には、制御器３８は、推論アルゴリズムを用いて、直流電源装置５０及び直流電路１２の状態を判定してもよい。ここで、推論アルゴリズムは、電流センサ４６及びセンサ２２の少なくとも一方によって測定された電気パラメータが入力された場合に直流電源装置５０及び直流電路１２の状態を出力し、事前に電気パラメータと直流電源装置５０及び直流電路１２の状態との関係を学習していてもよい。例えば、電気パラメータが入力された場合に、電源システム１０の状態を判定して出力する推論アルゴリズムを準備する。そして、電源システム１０全体が正常である場合に、センサ２２において複数組の電気パラメータを取得し、取得した複数組の電気パラメータと直流電源装置５０及び直流電路１２の状態との関係を推論アルゴリズムに学習させてもよい。例えば、推論アルゴリズムに上述の電流値Ｉｄと、直流電源装置５０の状態との関係を学習させてもよいし、電流値Ｉｄの特定の周波数成分の大きさと、直流電源装置５０又は直流電路１２におけるアーク発生の有無との関係を学習させてもよい。

このような学習を行った推論アルゴリズムによって、入力された電気パラメータに基づいて電源システムの状態を判定できる。このような推論アルゴリズムを用いるために、制御器３８は、マイコンなどの演算処理装置を含んでもよい。

また、同様の推論アルゴリズムは、外部ユニットの制御ユニットにおいて用いられてもよい。すなわち、制御ユニットは、推論アルゴリズムを用いて、直流電源装置５０及び直流電路１２の状態を判定してもよい。ここで、推論アルゴリズムは、電流センサ４６によって測定された電気パラメータが入力された場合に直流電源装置５０及び直流電路１２の状態を出力し、事前に電気パラメータと直流電源装置５０及び直流電路１２の状態との関係を学習していてもよい。このような推論アルゴリズムを用いるために、制御ユニットは、マイコンなどの演算処理装置を含んでもよい。

また、上記各実施の形態に係る電源システムの外部ユニットは、電力制御ユニット２４を有する電力変換装置であったが、外部ユニットは、電力制御ユニット２４を有さなくてもよい。例えば、外部ユニットは、１以上の電力変換装置を制御する中央制御装置であってもよい。

また、本発明は、電源システム１０として実現できるだけでなく、電源システム１０を構成する各構成要素が行うステップ（処理）を含む制御方法として実現できる。

具体的には、図３に示されるように、制御方法では、スイッチ３６をオフ状態とした後（Ｓ１０）、電流値Ｉｄを取得し（Ｓ１２）、電流値Ｉｄがゼロより大きいか否かを判定する（Ｓ１４）。電流値Ｉｄがゼロである場合には、電流値Ｉｄを取得するステップに戻り、電流値Ｉｄがゼロより大きい場合には、スイッチ３６をオン状態に切り替える（Ｓ１６）。さらに、スイッチ３６がオン状態である場合に、電流値Ｉｄ及び電路電流値Ｉｓを取得し（Ｓ１８及びＳ２０）、電流値Ｉｄと電路電流値Ｉｓとが等しいか否かを判定する（Ｓ２２）。電流値Ｉｄと電路電流値Ｉｓとが等しい場合には、電流値Ｉｄ及び電路電流値Ｉｓを取得するステップＳ１８及びＳ２０に戻り、電流値Ｉｄと電路電流値Ｉｓとが等しくない場合には、ステップＳ１０に戻ってスイッチ３６をオフ状態に切り替える。

例えば、それらのステップは、コンピュータ（コンピュータシステム）によって実行されてもよい。そして、本発明は、それらの方法に含まれるステップを、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できる。さらに、本発明は、そのプログラムを記録したＣＤ－ＲＯＭ等である非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体として実現できる。

上記各実施の形態に係る電源システムの制御器及び制御ユニットは、マイコンによってソフトウェア的に実現されてもよいし、パーソナルコンピュータなどの汎用コンピュータにおいてソフトウェア的に実現されてもよい。さらに、電源システムの制御器及び制御ユニットは、Ａ／Ｄ変換器、論理回路、ゲートアレイ、Ｄ／Ａ変換器等で構成される専用の電子回路によってハードウェア的に実現されてもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１０、１１０電源システム
１２直流電路
２０、１２０外部ユニット
２２センサ
２４電力制御ユニット
２６、１２６制御ユニット
２８通信ユニット
３０、１３０保護装置
３１第一導電体
３２第二導電体
３４ダイオード
３６スイッチ
３８、１３８制御器
４０通信回路
４４補助電源回路
４６電流センサ
５０直流電源装置
５１、５２出力端子
Ｉｄ電流値

Claims

直流電路に直流電力を出力する直流電源装置に接続される保護装置であって、
前記直流電源装置の高電位側の出力端子に接続される第一導電体と、
前記直流電源装置の低電位側の出力端子に接続される第二導電体と、
前記第一導電体にカソードが接続され、前記第二導電体にアノードが接続されるダイオードと、
前記ダイオードと直列に接続され、前記第一導電体と前記第二導電体との間に流れる電流を測定する電流センサと、
前記ダイオードに並列に接続されるスイッチと、
前記スイッチの状態を制御する制御器とを備え、
前記スイッチは、前記電流センサによって測定された電流値に基づいて制御され、
前記制御器は、
前記電流値に基づいて前記スイッチの状態を制御し、
前記スイッチがオン状態であって、前記直流電路に流れる電流の値である電路電流値と、前記電流値とが一致しない場合に、前記スイッチをオフ状態に切り替える
保護装置。
前記直流電源装置から前記制御器へ電力を供給する補助電源回路をさらに備える
請求項１に記載の保護装置。
前記スイッチは、半導体スイッチである
請求項１又は２に記載の保護装置。
前記スイッチは、サイリスタである
請求項３に記載の保護装置。
前記直流電源装置は、光発電装置である
請求項１～４のいずれか１項に記載の保護装置。
前記保護装置は、前記直流電源装置からの距離が３０ｃｍ以内の位置に配置される
請求項１～５のいずれか１項に記載の保護装置。
前記制御器は、推論アルゴリズムを用いて前記直流電源装置及び前記直流電路の状態を判定し、
前記推論アルゴリズムは、前記電流センサによって測定された電気パラメータが入力された場合に前記直流電源装置及び前記直流電路の状態を出力し、事前に前記電気パラメータと前記直流電源装置及び前記直流電路の状態との関係を学習している
請求項１～６のいずれか１項に記載の保護装置。