JPWO2019208026A1 - アーク検出回路、ブレーカ、パワーコンディショナ、太陽光パネル、太陽光パネル付属モジュール、接続箱、アーク検出方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

アーク検出回路（１０）は、伝送路（Ｌ１）を流れる電流を検出する電流検出器（１２）と、電流検出器（１２）が検出した電流測定結果を周波数分析することで、伝送路（Ｌ１）におけるアークの発生を判定するアーク判定部（１１）と、を備え、アーク判定部（１１）は、周波数分析した電流測定結果において、所定の時間範囲（Ｔ）に含まれる連続する複数のタイミングのそれぞれについて、所定の周波数帯域（Ｆ）における、全周波数成分数に対する、所定の強度（Ａ）以上となっている周波数成分数の比率を算出し、算出した複数のタイミングのそれぞれについての当該比率のうちの最小の比率が所定の比率以上となっている場合に、アークが発生したと判定する。

Description

本発明は、伝送路におけるアークを検出するアーク検出回路等に関する。

従来、ＰＶ（Ｐｈｏｔｏ Ｖｏｌｔａｉｃ）パネル（太陽光パネル）などの電力供給装置から伝送路を介して供給される直流電力をパワーコンディショナ（パワコン）で交流電力に変換するシステムが知られている。ＰＶパネルとパワコンとを接続する伝送路は、外的要因や経年劣化等によって損傷、破断を引き起こすことが報告されている。このような伝送路の損傷等に起因してアーク（つまりアーク放電）が発生する場合がある。そこで、アークを検出するためのアーク検出装置が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示されたアーク検出装置は、伝送路を流れる電流の検出結果から、パワースペクトルを生成し、高周波のパワースペクトルの積分値を特徴量として、所定の閾値と比較することでアークを検出する。

特開２０１６−１６６７７３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたアーク検出装置では、例えば、瞬間的に全周波数帯域で強度が増加するブレーカ等によるノイズを、アークの発生によるノイズであると誤検知する場合があり、アークを正確に検出できないことがある。

そこで、本発明は、伝送路において発生するアークを正確に検出できるアーク検出回路等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、本発明に係るアーク検出回路の一態様は、伝送路を流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器が検出した電流測定結果を周波数分析することで、前記伝送路におけるアークの発生を判定するアーク判定部と、を備え、前記アーク判定部は、周波数分析した前記電流測定結果において、所定の時間範囲に含まれる連続する複数のタイミングのそれぞれについて、所定の周波数帯域における、全周波数成分数に対する所定の強度以上となっている周波数成分数の比率を算出し、算出した前記複数のタイミングのそれぞれについての前記比率のうちの最小の比率が所定の比率以上となっている場合に、アークが発生したと判定する。

また、上記目的を達成するために、本発明に係るアーク検出回路の一態様は、伝送路に流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器が検出した電流測定結果を周波数分析することで、前記伝送路におけるアークの発生を判定するアーク判定部と、を備え、前記アーク判定部は、周波数分析した前記電流測定結果において、所定の時間範囲に含まれる連続する複数のタイミングのそれぞれについて、所定の周波数帯域における、所定の強度以上となっている周波数成分数を算出し、算出した前記複数のタイミングのそれぞれについての前記周波数成分数のうちの最小の周波数成分数が所定の最小周波数成分数以上となっている場合に、アークが発生したと判定する。

また、上記目的を達成するために、本発明に係るブレーカの一態様は、上記のアーク検出回路を備える。

また、上記目的を達成するために、本発明に係るパワーコンディショナの一態様は、上記のアーク検出回路を備える。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る太陽光パネルの一態様は、上記のアーク検出回路を備える。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る太陽光パネル付属モジュールの一態様は、上記のアーク検出回路を備え、太陽光パネルから出力される信号の変換を行う。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る接続箱の一態様は、上記のアーク検出回路を備え、太陽光パネルとパワーコンディショナとを接続する。

また、上記目的を達成するために、本発明に係るアーク検出方法の一態様は、伝送路におけるアークの発生を判定するアーク検出方法であって、前記伝送路に流れる電流を検出する電流検出器が検出した電流測定結果を周波数分析し、周波数分析した前記電流測定結果において、所定の時間範囲に含まれる連続する複数のタイミングのそれぞれについて、所定の周波数帯域における、全周波数成分数に対する、所定の強度以上となっている周波数成分数の比率を算出し、算出した前記複数のタイミングのそれぞれについての前記比率のうちの最小の比率が所定の比率以上となっている場合に、アークが発生したと判定する。

上記目的を達成するために、本発明に係るプログラムの一態様は、上記のアーク検出方法をコンピュータに実行させるプログラムである。

本発明の一態様によれば、伝送路において発生するアークを正確に検出できる。

図１は、実施の形態に係るアーク検出回路が適用されたシステムの一例を示す構成図である。 図２は、実施の形態に係るアーク検出回路の動作の一例を示すフローチャートである。 図３は、実施の形態に係るアーク判定部が周波数分析した電流測定結果の一例を示すスペクトログラムである。 図４は、連続する複数のタイミングにおけるスペクトログラムを模式的に示す図である。 図５Ａは、タイミングＴ１における周波数スペクトルを示す図である。 図５Ｂは、タイミングＴ２における周波数スペクトルを示す図である。 図５Ｃは、タイミングＴ３における周波数スペクトルを示す図である。 図５Ｄは、タイミングＴ４における周波数スペクトルを示す図である。 図５Ｅは、タイミングＴ５における周波数スペクトルを示す図である。 図６は、複数のタイミングのそれぞれについての所定の周波数帯域における、全周波数成分数に対する、所定の強度以上となっている周波数成分数の比率を示す図である。 図７は、実施の形態に係るアーク検出回路の動作の他の一例を示すフローチャートである。 図８Ａは、アークに起因するノイズを模式的に示す図である。 図８Ｂは、ブレーカ等に起因するノイズを模式的に示す図である。 図９は、実施の形態に係るアーク検出回路の適用例を説明するための図である。

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および接続形態等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

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または簡略化する。

（実施の形態）
実施の形態に係るアーク検出回路について、図面を用いて説明する。

図１は、実施の形態に係るアーク検出回路１０が適用されたシステムの一例を示す構成図である。

アーク検出回路１０は、電力供給装置から電力変換器への電力の伝送路Ｌ１において発生するアークを検出する回路である。

電力供給装置とは、例えば、太陽光パネル３１等であり、発電等による直流電力を伝送路Ｌ１に供給する装置のことである。また、電力変換器は、電力供給装置から伝送路Ｌ１を介して供給された直流電力を交流電力に変換する例えばパワーコンディショナ（パワコン）５０等である。パワコン５０は、例えばＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）方式を採用しており、太陽光パネル３１から供給される直流電力の電流および電圧を、それぞれ電力が最大となる値に調整する。例えば、パワコン５０は電圧１００Ｖ、周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電力に変換する。当該変換された交流電力は、家庭用電気機器等で使用される。

伝送路Ｌ１は、外的要因や経年劣化等によって損傷または破断を引き起こすことが報告されている。このような伝送路Ｌ１の損傷等に起因してアーク（つまりアーク放電）が発生する場合がある。

アーク検出回路１０は、アーク判定部１１および電流検出器１２を備える。

電流検出器１２は、太陽光パネル３１とパワコン５０とを接続する伝送路Ｌ１を流れる電流を検出する。電流検出器１２は、例えば、微小な抵抗値を有する抵抗素子から構成される。このような抵抗素子を伝送路Ｌ１に挿入し、抵抗に印加される電圧を検出することで、伝送路Ｌ１に流れる電流に相当する値を検出できる。なお、電流検出器１２は、ＩＣ（Ｉｎｔｅｒｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のセンサから構成されていてもよい。例えば、電流検出器１２は、ホール素子および磁気コアを用いたセンサから構成されていてもよい。この場合、伝送路Ｌ１が磁気コアを貫通するように磁気コアが配置されることで、磁気コアに伝送路Ｌ１を流れる電流に応じた磁界が発生する。そして、ホール素子が、当該磁界中に置かれることで、当該磁界（つまり伝送路Ｌ１を流れる電流）に応じた電圧を発生する。これにより、電流検出器１２は、伝送路Ｌ１を流れる電流に相当する値を検出できる。

アーク判定部１１は、電流検出器１２が検出した電流測定結果を周波数分析することで、伝送路Ｌ１におけるアークの発生を判定する。当該周波数分析とは、例えば、当該電流測定結果（電流信号）の時間波形をフーリエ変換することで電流信号の周波数スペクトルを算出し、さらに、当該周波数スペクトルの時間変化を算出して、周波数と時間と強度との関係を表すスペクトログラム（後述する図３）を算出することである。

アーク判定部１１は、例えばマイコン（マイクロコントローラ）により実現される。マイコンは、プログラムが格納されたＲＯＭ、ＲＡＭ、プログラムを実行するプロセッサ（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、タイマ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等を有する半導体集積回路等である。例えばプロセッサが、プログラムに従って動作することにより、アーク判定部１１の機能は実現される。

アーク判定部１１は、アークは発生していると判定した場合、例えば、外部にアークが発生したことを示す信号（アーク発生信号）を出力する。例えば、アーク判定部１１は、アーク発生信号をブレーカ制御部４２に出力する。ブレーカ制御部４２は、アーク判定部１１からアーク発生信号を取得することで、ブレーカ４１を動作させ、伝送路Ｌ１における電力伝送を遮断する。これにより、アークが発生している状態では、電力が伝送されることを抑制できる。

次に、アーク検出回路１０の動作の詳細について説明する。

図２は、実施の形態に係るアーク検出回路１０の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、電流検出器１２は、伝送路Ｌ１を流れる電流を検出し、アーク判定部１１は、電流検出器１２が検出した電流測定結果を周波数分析する（ステップＳ１１）。ここで、周波数分析された電流測定結果について図３を用いて説明する。

図３は、実施の形態に係るアーク判定部１１が周波数分析した電流測定結果の一例を示すスペクトログラムである。例えば、アーク判定部１１は、電流検出器１２が検出した電流測定結果を周波数分析することで、図３に示されるようなスペクトログラムを導出する。図３において、ｘ軸は時間であり、ｙ軸は周波数であり、ｚ軸は強度（検出した電流の強度成分）である。

次に、アーク判定部１１は、周波数分析した電流測定結果において、所定の時間範囲に含まれる連続する複数のタイミングのそれぞれについて、所定の周波数帯域における、全周波数成分数に対する、所定の強度以上となっている周波数成分数の比率を算出する（ステップＳ１２）。周波数成分数とは、スペクトルにおけるビンの数のことである。図３には、所定の時間範囲Ｔ、所定の周波数帯域Ｆを示している。

所定の時間範囲Ｔは、設定により変更可能となっている。所定の時間範囲Ｔの設定方法については、後述する図８Ａおよび図８Ｂで説明する。

所定の周波数帯域Ｆは、設定により変更可能となっている。言い換えると、所定の周波数帯域Ｆの上限周波数および下限周波数は、設定により変更可能となっている。所定の周波数帯域Ｆは、例えば、アークが発生した場合にアークに起因するノイズが発生する周波数を含む周波数帯域となるように設定される。アークに起因するノイズが発生する周波数は、実験的に求めることができる。また、所定の周波数帯域Ｆは、例えば、パワコン５０からのノイズの影響をなるべく抑制するために、パワコン５０の動作周波数もしくはその倍数等が含まれないように設定される。

ここで、ステップＳ１２での処理をわかりやすくするために、図４および図５Ａから図５Ｅを用いて説明する。

図４は、連続する複数のタイミングにおけるスペクトログラムを模式的に示す図である。図４では、説明を簡単にするために、所定の時間範囲Ｔに含まれる連続する複数のタイミングをタイミングＴ１〜Ｔ５と５つのタイミングのみとし、所定の周波数帯域Ｆにおける全周波数成分数を４つのみとしている。実際には、所定の時間範囲Ｔに含まれる連続する複数のタイミング、および、所定の周波数帯域Ｆにおける全周波数成分数は、アーク判定部１１（マイコン）の性能等に基づく時間分解能、周波数分解能に応じて定められるタイミング数、周波数成分数となる。また、図４には、所定の強度Ａを示している。

所定の強度Ａは、設定により変更可能となっている。所定の強度Ａは、ノイズが発生していない状態でのスペクトルの強度よりも高い値、かつ、アークに起因するノイズが発生している状態でのスペクトルの強度よりも低い値に設定される。所定の強度Ａは、実験的に求めることができる。

図４および後述する図５Ａ〜図５Ｅでは、所定の周波数帯域Ｆにおける周波数成分を実線で示し、所定の周波数帯域Ｆ外における周波数成分を点線で示している。アーク判定部１１は、所定の時間範囲Ｔに含まれる連続する複数のタイミングＴ１〜Ｔ５のそれぞれについて、所定の周波数帯域Ｆにおける、全周波数成分数（ここでは４つ）に対する、所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数の比率を算出する際に、点線で示される所定の周波数帯域Ｆ外における周波数成分を用いず、実線で示される所定の周波数帯域Ｆにおける周波数成分を用いる。図４では、複数のタイミングＴ１〜Ｔ５のそれぞれについて、所定の強度以上となっている周波数成分がわかりづらいため、各タイミングの周波数スペクトルを図５Ａから図５Ｅに示す。

図５Ａ〜図５Ｅは、タイミングＴ１〜Ｔ５における周波数スペクトルを示す図である。

図５Ａ〜図５Ｅに示されるように、所定の周波数帯域Ｆにおける、所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数は、タイミングＴ１では１つ、タイミングＴ２では３つ、タイミングＴ３では２つ、タイミングＴ４では４つ、タイミングＴ５では４つとなっている。これらから、複数のタイミングＴ１〜Ｔ５のそれぞれについて、所定の周波数帯域Ｆにおける、全周波数成分数に対する、所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数の比率を図６にまとめる。

図６は、複数のタイミングＴ１〜Ｔ５のそれぞれについての所定の周波数帯域Ｆにおける、全周波数成分数に対する、強度が所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数の比率を示す図である。

図６に示されるように、当該比率は、タイミングＴ１では１／４（２５％）、タイミングＴ２では３／４（７５％）、タイミングＴ３では２／４（５０％）、タイミングＴ４では４／４（１００％）、タイミングＴ５では４／４（１００％）となっている。アーク判定部１１が算出した複数のタイミングＴ１〜Ｔ５のそれぞれについての当該比率のうちの最小の比率は、タイミングＴ１における１／４である。

そして、アーク判定部１１は、算出した複数のタイミングＴ１〜Ｔ５のそれぞれについての当該比率のうちの最小の比率が所定の比率以上となっているか否かを判定する（ステップＳ１３）。

所定の比率は、設定により変更可能となっている。所定の比率は、ノイズが発生していない状態での上記比率よりも高い値、かつ、アークに起因するノイズが発生している状態での上記比率よりも低い値に設定される。所定の比率は、実験的に求めることができる。

例えば、所定の比率が１／４（２５％）に設定されているとすると、タイミングＴ１における最小の比率は１／４であるため、最小の比率が所定の比率以上となっている。アーク判定部１１は、最小の比率が所定の比率以上となっている場合（ステップＳ２３でＹｅｓ）、アークが発生したと判定する（ステップＳ２４）。一方で、アーク判定部１１は、最小の比率が所定の比率以上となっていない場合（ステップＳ２３でＮｏ）、アークが発生していないと判定する（ステップＳ２５）。

なお、アーク判定部１１は、周波数分析した電流測定結果において、所定の時間範囲Ｔに含まれる連続する複数のタイミングＴ１〜Ｔ５のそれぞれについて、所定の周波数帯域Ｆにおける、全周波数成分数に対する、所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数の比率を算出したが、これに限らない。例えば、アーク判定部１１は、周波数分析した電流測定結果において、所定の時間範囲Ｔに含まれる連続する複数のタイミングＴ１〜Ｔ５のそれぞれについて、所定の周波数帯域Ｆにおける、所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数を算出してもよい。アーク判定部１１がこのような処理を行う場合のアーク検出回路１０の動作について、図７を用いて説明する。

図７は、実施の形態に係るアーク検出回路１０の動作の他の一例を示すフローチャートである。なお、ステップＳ２１、ステップＳ２４およびステップＳ２５については、図２におけるステップＳ１１、ステップＳ１４およびステップＳ１５と同じ処理であるため、説明は省略する。

アーク判定部１１は、周波数分析した電流測定結果において、所定の時間範囲Ｔに含まれる連続する複数のタイミングＴ１〜Ｔ５のそれぞれについて、所定の周波数帯域Ｆにおける、所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数を算出する（ステップＳ２２）。例えば、所定の周波数帯域Ｆにおける全周波数成分数が固定の場合には、比率を算出する必要がなく、単に、所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数を算出するだけで、比率を算出することと同じことになるためである。そして、アーク判定部１１は、算出した複数のタイミングＴ１〜Ｔ５のそれぞれについての周波数成分数のうちの最小の周波数成分数が所定の最小周波数成分数以上となっているか否かを判定する（ステップＳ２３）。

所定の最小周波数成分数は、設定により変更可能となっている。所定の最小周波数成分数は、ノイズが発生していない状態での最小周波数成分数よりも高い値、かつ、アークに起因するノイズが発生している状態での最小周波数成分数よりも低い値に設定される。所定の最小周波数成分数は、実験的に求めることができる。

具体的には、所定の周波数帯域Ｆにおける全周波数成分数が４つとわかっており、所定の最小周波数成分数が１つの場合、所定の最小周波数成分数１つは、ステップＳ１３における所定の比率１／４（２５％）と同じことになる。

このように、例えば、所定の周波数帯域Ｆにおける全周波数成分数が固定の場合には、上記比率の算出までしなくてもよく、所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数の算出で足りる。

ここで、ステップＳ１２またはステップＳ２２での所定の時間範囲Ｔについて説明する。

例えば、所定の時間範囲Ｔは、時刻に応じて対象となる範囲が一部重なりつつシフトする。具体的には、所定の時間範囲を４つのタイミングを含む範囲とし、連続する複数のタイミングが時刻に応じてタイミングＴ１、Ｔ２、・・・と進んでいくとする。さらに、例えば、現時刻をタイミングＴ４とし、所定の時間範囲Ｔを現時刻の直近の時間範囲とすると、現時刻での所定の時間範囲は、タイミングＴ１〜Ｔ４となる。つまり、現時刻（タイミングＴ４）において、ステップＳ１２またはステップＳ２２での処理を行う際に、所定の時間範囲Ｔにおける複数のタイミングは、タイミングＴ１〜Ｔ４となる。そして、時刻が進み、現時刻がタイミングＴ５となると、現時刻（タイミングＴ５）において、ステップＳ１２またはステップＳ２２での処理を行う際に、所定の時間範囲Ｔにおける複数のタイミングは、タイミングＴ２〜Ｔ５となる。つまり、タイミングＴ４の時点と比べて、タイミングＴ５では、所定の時間範囲Ｔから一番古いタイミングＴ１が除かれ、新たなタイミングＴ５が加わり、タイミングＴ２〜Ｔ４は含まれたままとなっている。なお、所定の時間範囲Ｔは、現時刻の直近の時間範囲でなくてもよく、現時刻よりも以前のタイミングの直近の時間範囲としてもよい。この場合、例えば、ステップＳ１２またはステップＳ２２での処理を行う際に、現時刻（例えばタイミングＴ５）において、所定の時間範囲Ｔにおける複数のタイミングは、タイミングＴ１〜Ｔ４となり、時刻が進み、現時刻（タイミングＴ６）において、所定の時間範囲Ｔにおける複数のタイミングは、タイミングＴ２〜Ｔ５というようになってもよい。

また、例えば、所定の時間範囲Ｔは、時刻に応じて対象となる範囲が重ならないようにシフトしてもよい。具体的には、所定の時間範囲を４つのタイミングを含む範囲とし、連続する複数のタイミングが時刻に応じてタイミングＴ１、Ｔ２、・・・と進んでいくとする。さらに、例えば、現時刻をタイミングＴ４とし、所定の時間範囲Ｔを現時刻の直近の時間範囲とすると、現時刻での所定の時間範囲は、タイミングＴ１〜Ｔ４となる。そして、所定の時間範囲Ｔは、時刻に応じて対象となる範囲が重ならないようにシフトするため、時刻が進み、現時刻がタイミングＴ８となると、現時刻での所定の時間範囲は、タイミングＴ５〜Ｔ８となる。つまり、ステップＳ１２またはステップＳ２２での処理を行うタイミングは、タイミングＴ４の次にタイミングＴ８というようにして、所定の時間範囲Ｔが、時刻に応じて対象となる範囲が重ならないようにシフトするようにしてもよい。

次に、アーク検出回路１０により奏される効果について説明する。

図８Ａは、アークに起因するノイズを模式的に示す図である。図８Ｂは、ブレーカ等に起因するノイズを模式的に示す図である。具体的には、図８Ａおよび図８Ｂは、所定の周波数帯域Ｆにおけるスペクトルの強度平均をプロットしていったものを模式的に示している。強度平均と、全周波数成分数に対する所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数の比率、および、所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数とは、相関している。したがって、図８Ａおよび図８Ｂにおいて強度平均が大きいほど、所定の周波数帯域Ｆにおける、全周波数成分数に対する所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数の比率、または、所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数が大きくなることを意味する。

一般的に、図８Ｂに示されるように、ブレーカ等に起因するノイズは瞬間的であるのに対して、図８Ａに示されるように、アークに起因するノイズは継続的となっている。図８Ａでは、アークに起因するノイズのパルス幅ｔａ、図８Ｂでは、ブレーカ等に起因するノイズのパルス幅ｔｂを示しており、パルス幅ｔａ＞パルス幅ｔｂであることがわかる。

所定の時間範囲Ｔは、例えば、アークに起因するノイズのパルス幅ｔａおよびブレーカ等に起因するノイズのパルス幅ｔｂに応じて設定される。例えば、図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、所定の時間範囲Ｔは、ブレーカ等に起因するノイズのパルス幅ｔｂよりも長く、アークに起因するノイズのパルス幅ｔａよりも短くなるように設定される。

そして、本発明では、所定の時間範囲Ｔにおける複数のタイミングのそれぞれについての、所定の周波数帯域Ｆにおける、全周波数成分数に対する、所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数の比率のうちの最小の比率、もしくは、所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数のうちの最小の周波数成分数に着目し、最小の比率または最小の周波数成分数が所定の比率または所定の最小周波数成分数（これらを所定の基準とも呼ぶ）以上となっている場合に、アークが発生したと判定する。つまり、所定の時間範囲Ｔにおいて、最小の比率または最小の周波数成分数でさえも所定の基準以上となっている場合に、アークが発生したと判定する。

例えば、図８ＡにおけるＰ点の強度平均が所定の基準に対応しているとし、時刻に応じて所定の時間範囲Ｔをシフトさせていきながら、ステップＳ１１〜ステップＳ１５での処理またはステップＳ２１〜ステップＳ２５での処理を繰り返すとする。所定の時間範囲Ｔは、アークに起因するノイズのパルス幅ｔａよりも短くなるように設定されるため、アークに起因するノイズが発生すると、最小の比率または最小の周波数成分数が所定の基準を超える。具体的には、図８Ａにおいて、所定の時間範囲Ｔが時刻に応じてシフト（図８Ａ中では右に移動）していくと、図８Ａで示されている状態で、最小の比率または最小の周波数成分数が所定の基準を超え、アークが発生したと判定できる。一方で、所定の時間範囲Ｔは、ブレーカ等に起因するノイズのパルス幅ｔｂよりも長くなるように設定されるため、ブレーカ等に起因するノイズが発生しても、最小の比率または最小の周波数成分数が所定の基準を超えない。具体的には、図８Ｂにおいて、所定の時間範囲Ｔが時刻に応じてシフト（図８Ｂ中では右に移動）していっても、図８Ｂに示されるように、所定の時間範囲Ｔには、最小の比率または最小の周波数成分数が所定の基準を超えないレベルＢが存在することになるため、アークが発生していないと判定できる。

これにより、所定の時間範囲Ｔよりも長いパルス幅のノイズはアークに起因するものである（つまりアークが発生している）と判定しやすくなり、所定の時間範囲Ｔよりも短いパルス幅のノイズはアークに起因しないものである（つまりアークが発生していない）と判定しやすくなる。したがって、瞬間的に全周波数帯域で強度が増加するブレーカ等によるノイズを、アークの発生によるノイズであると誤検知してしまうことを抑制でき、伝送路Ｌ１において発生するアークを正確に検出できる。

次に、アーク検出回路１０の適用例について説明する。

図９は、実施の形態に係るアーク検出回路１０の適用例を説明するための図である。

上述したように、アーク検出回路１０は、例えば、太陽光パネル３１から伝送路Ｌ１を介して供給される直流電力をパワコン５０で交流電力に変換するシステムに適用される。本適用例では、３つの太陽光パネル３１が１つのストリング６０によって直列に接続されたものが３つ並べられて、太陽電池アレイ３０を形成している。各ストリング６０は、接続箱４０によってまとめられて、パワコン５０へ接続される。

例えば、ストリング６０毎にブレーカ４１が設けられており、ここでは、接続箱４０内にブレーカ４１が設けられている。なお、ブレーカ４１は、接続箱４０内に設けられなくてもよい。例えば、ブレーカ４１は、接続箱４０と太陽電池アレイ３０との間に設けられていてもよいし、ストリング６０毎に設けられず接続箱４０とパワコン５０との間に設けられていてもよい。

太陽光パネル３１は、例えば、太陽光パネル３１から出力される信号の変換を行う、太陽光パネル付属モジュール３２を有する。なお、太陽光パネル３１は、太陽光パネル付属モジュール３２を有していなくてもよい。太陽光パネル付属モジュール３２は、例えば、太陽光パネル３１毎の発電量を最適化するＤＣ／ＤＣコンバータである。

例えば、ブレーカ４１がアーク検出回路１０を備えていてもよい。この場合、伝送路Ｌ１は、ブレーカ４１に接続された伝送路（例えばストリング６０）となり、アークが発生したストリング６０に流れる電流を遮断することができる。例えば、アーク判定部１１が、アークが発生したと判定することで、ブレーカ４１は、アークが発生したストリング６０に流れる電流を遮断する。アークが発生していないストリング６０については、電流を遮断せずに使用することができる。

また、例えば、パワコン５０がアーク検出回路１０を備えていてもよい。この場合、伝送路Ｌ１は、パワコン５０に接続された伝送路となり、アークの発生に応じてパワコン５０を停止することができる。例えば、アーク判定部１１が、アークが発生したと判定することで、パワコン５０は停止する。

また、例えば、太陽光パネル３１または太陽光パネル付属モジュール３２がアーク検出回路１０を備えていてもよい。この場合、伝送路Ｌ１は、太陽光パネル３１に接続された伝送路（例えばストリング６０）となり、アークが発生したストリング６０への出力を停止することができる。例えば、アーク判定部１１が、アークが発生したと判定することで、太陽光パネル３１または太陽光パネル付属モジュール３２は、アークが発生したストリング６０への出力を停止する。アークが発生していないストリング６０については、出力を停止せずに使用することができる。

また、例えば、接続箱４０がアーク検出回路１０を備えていてもよい。この場合、伝送路Ｌ１は、接続箱４０に接続された伝送路（例えばストリング６０）となり、例えばブレーカ４１等を介して、アークが発生したストリング６０に流れる電流を遮断することができる。例えば、アーク判定部１１が、アークが発生したと判定することで、接続箱４０は、アークが発生したストリング６０に流れる電流を遮断する。アークが発生していないストリング６０については、電流を遮断せずに使用することができる。

なお、アーク検出回路１０は、上記システムに限らず、アークの発生の検出が必要なシステム全般に適用できる。

以上説明したように、本実施の形態に係るアーク検出回路１０は、伝送路Ｌ１を流れる電流を検出する電流検出器１２と、電流検出器１２が検出した電流測定結果を周波数分析することで、伝送路Ｌ１におけるアークの発生を判定するアーク判定部１１と、を備える。アーク判定部１１は、周波数分析した電流測定結果において、所定の時間範囲Ｔに含まれる連続する複数のタイミングのそれぞれについて、所定の周波数帯域Ｆにおける、全周波数成分数に対する、所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数の比率を算出する。そして、アーク判定部１１は、算出した複数のタイミングのそれぞれについての当該比率のうちの最小の比率が所定の比率以上となっている場合に、アークが発生したと判定する。もしくは、本実施の形態に係るアーク検出回路１０は、伝送路Ｌ１を流れる電流を検出する電流検出器１２と、電流検出器１２が検出した電流測定結果を周波数分析することで、伝送路Ｌ１におけるアークの発生を判定するアーク判定部１１と、を備える。アーク判定部１１は、周波数分析した電流測定結果において、所定の時間範囲Ｔに含まれる連続する複数のタイミングのそれぞれについて、所定の周波数帯域Ｆにおける、所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数を算出する。そして、アーク判定部１１は、算出した複数のタイミングのそれぞれについての当該周波数成分数のうちの最小の周波数成分数が所定の最小周波数成分数以上となっている場合に、アークが発生したと判定する。

これによれば、所定の時間範囲Ｔよりも長いパルス幅のノイズはアークに起因するものであると判定しやすくなり、所定の時間範囲Ｔよりも短いパルス幅のノイズはアークに起因しないものであると判定しやすくなる。したがって、瞬間的に全周波数帯域で強度が増加するブレーカ等によるノイズを、アークの発生によるノイズであると誤検知してしまうことを抑制でき、伝送路Ｌ１において発生するアークを正確に検出できる。

また、所定の時間範囲Ｔ、所定の周波数帯域Ｆ、所定の強度Ａおよび所定の比率は、それぞれ設定により変更可能となっていてもよい。もしくは、所定の時間範囲Ｔ、所定の周波数帯域Ｆ、所定の強度Ａおよび所定の最小周波数成分数は、それぞれ設定により変更可能となっていてもよい。

これによれば、所定の時間範囲Ｔ、所定の周波数帯域Ｆ、所定の強度Ａ、所定の比率および最小周波数成分数を、アーク検出回路１０の置かれる環境等に応じて柔軟に最適な値に設定することができる。

また、ブレーカ４１は、アーク検出回路１０を備えていてもよい。また、パワーコンディショナ５０は、アーク検出回路１０を備えていてもよい。また、太陽光パネル３１は、アーク検出回路１０を備えていてもよい。また、太陽光パネル付属モジュール３２は、アーク検出回路１０を備え、太陽光パネルから出力される信号の変換を行ってもよい。また、接続箱４０は、アーク検出回路１０を備え、太陽光パネル３１とパワーコンディショナ５０とを接続してもよい。

（その他の実施の形態）
以上、実施の形態に係るアーク検出回路１０等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、上記実施の形態では、所定の時間範囲Ｔ、所定の周波数帯域Ｆ、所定の強度Ａ、所定の比率および所定の最小周波数成分数は、それぞれ設定により変更可能となっているが、当該設定は、アーク検出回路１０を備える装置が有する入出力インタフェース（ディスプレイ、キーボード、マウス、タッチパネル等）により、値等が入力されたり選択されたりすることで指定されてもよい。

また、本発明は、アーク検出回路１０として実現できるだけでなく、アーク検出回路１０を構成する各構成要素が行うステップ（処理）を含むアーク検出方法として実現できる。

具体的には、図２に示されるように、アーク検出方法は、伝送路Ｌ１におけるアークの発生を判定するアーク検出方法であって、伝送路Ｌ１に流れる電流を検出する電流検出器１２が検出した電流測定結果を周波数分析し（ステップＳ１１）、周波数分析した電流測定結果において、所定の時間範囲Ｔに含まれる連続する複数のタイミングのそれぞれについて、所定の周波数帯域Ｆにおける、全周波数成分数に対する、所定の強度Ａ以上となっている周波数成分数の比率を算出し（ステップＳ１２）、算出した複数のタイミングのそれぞれについての当該比率のうちの最小の比率が所定の比率以上となっている場合に（ステップＳ１３でＹｅｓ）、アークが発生したと判定する（ステップＳ１４）。

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、本開示は、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、本開示は、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。

上記実施の形態に係るアーク検出回路１０は、マイコンによってソフトウェア的に実現されたが、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、アーク検出回路１０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およ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 アーク検出回路
１１ アーク判定部
１２ 電流検出器
３１ 太陽光パネル
３２ 太陽光パネル付属モジュール
４０ 接続箱
４１ ブレーカ
４２ ブレーカ制御部
５０ パワーコンディショナ（パワコン）
Ｌ１ 伝送路
Ａ 所定の強度
Ｆ 所定の周波数帯域
Ｔ 所定の時間範囲

Claims (11)

1. 伝送路を流れる電流を検出する電流検出器と、
   前記電流検出器が検出した電流測定結果を周波数分析することで、前記伝送路におけるアークの発生を判定するアーク判定部と、を備え、
   前記アーク判定部は、
   周波数分析した前記電流測定結果において、所定の時間範囲に含まれる連続する複数のタイミングのそれぞれについて、所定の周波数帯域における、全周波数成分数に対する所定の強度以上となっている周波数成分数の比率を算出し、
   算出した前記複数のタイミングのそれぞれについての前記比率のうちの最小の比率が所定の比率以上となっている場合に、アークが発生したと判定する、
   アーク検出回路。
2. 前記所定の時間範囲、前記所定の周波数帯域、前記所定の強度および前記所定の比率は、それぞれ設定により変更可能となっている、
   請求項１に記載のアーク検出回路。
3. 伝送路に流れる電流を検出する電流検出器と、
   前記電流検出器が検出した電流測定結果を周波数分析することで、前記伝送路におけるアークの発生を判定するアーク判定部と、を備え、
   前記アーク判定部は、
   周波数分析した前記電流測定結果において、所定の時間範囲に含まれる連続する複数のタイミングのそれぞれについて、所定の周波数帯域における、所定の強度以上となっている周波数成分数を算出し、
   算出した前記複数のタイミングのそれぞれについての前記周波数成分数のうちの最小の周波数成分数が所定の最小周波数成分数以上となっている場合に、アークが発生したと判定する、
   アーク検出回路。
4. 前記所定の時間範囲、前記所定の周波数帯域、前記所定の強度および前記所定の最小周波数成分数は、それぞれ設定により変更可能となっている、
   請求項３に記載のアーク検出回路。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク検出回路を備える、
   ブレーカ。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク検出回路を備える、
   パワーコンディショナ。
7. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク検出回路を備える、
   太陽光パネル。
8. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク検出回路を備え、
   太陽光パネルから出力される信号の変換を行う、
   太陽光パネル付属モジュール。
9. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク検出回路を備え、
   太陽光パネルとパワーコンディショナとを接続する、
   接続箱。
10. 伝送路におけるアークの発生を判定するアーク検出方法であって、
    前記伝送路に流れる電流を検出する電流検出器が検出した電流測定結果を周波数分析し、
    周波数分析した前記電流測定結果において、所定の時間範囲に含まれる連続する複数のタイミングのそれぞれについて、所定の周波数帯域における、全周波数成分数に対する、所定の強度以上となっている周波数成分数の比率を算出し、
    算出した前記複数のタイミングのそれぞれについての前記比率のうちの最小の比率が所定の比率以上となっている場合に、アークが発生したと判定する、
    アーク検出方法。
11. 請求項１０に記載のアーク検出方法をコンピュータに実行させるプログラム。

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