WO2012026449A1 - 地絡検出装置、その地絡検出装置を用いた集電箱及びその集電箱を用いた太陽光発電装置 - Google Patents

地絡検出装置、その地絡検出装置を用いた集電箱及びその集電箱を用いた太陽光発電装置 Download PDF

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WO2012026449A1
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detection
ground fault
output
solar cell
average value
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Application number
PCT/JP2011/068933
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English (en)
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Inventor
隆寿 松尾
修平 西川
剛史 関根
Original Assignee
三洋電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a ground fault detection device, a current collection box using the ground fault detection device, and a solar power generation device using the current collection box, and in particular, solar light having a solar cell string composed of a plurality of solar cell modules.
  • the present invention relates to a power generation device, and relates to ground fault detection of this solar power generation device.
  • Solar cells convert natural energy into electrical energy to generate DC power.
  • Background of the Invention With the increasing awareness of global environmental problems in recent years, solar power generation devices using solar cells are attracting attention as clean power generation devices that do not emit carbon dioxide, which is a cause of global warming.
  • insulation properties such as a solar cell module and wiring
  • some causes such as installation environment and a use condition
  • a ground fault may occur. If a ground fault occurs, it is necessary to identify the location where the insulation has deteriorated and take appropriate measures.
  • this solar power generation device has a current collection box which collects the output of a plurality of solar cell strings in which a plurality of solar cell panels are connected in series.
  • a detector that outputs an abnormality detection signal when an abnormality is detected in any of the plurality of solar cell strings, and a detector provided in the middle of the solar cell string and opened by the abnormality detection signal from this detector
  • the intermediate switch which changes to a state and the string switch which can be separated for every said solar cell string are provided.
  • a current collection box is disclosed in which the string switch is also opened by an abnormal signal of the detector.
  • This solar power generation device is for home use, and the current collection box is installed indoors, and its inspection can be performed relatively easily.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an apparatus capable of appropriately detecting the occurrence of a ground fault.
  • the present invention is a ground fault detection device for detecting a ground fault of a direct current power source, which comprises: a detection unit for outputting a detection output for detecting a ground fault; and an output from the detection unit obtained a plurality of times.
  • a calculation unit that calculates an average value, and a determination unit that determines the presence or absence of a ground fault by comparing the average value calculated by the calculation unit with a set value are characterized.
  • the present invention is a current collection box for collecting power from a plurality of solar cell strings, and a detection unit for outputting a detection output for detecting a ground fault of each solar cell string, the detection unit from the detection unit
  • a calculation unit that obtains an output a plurality of times and calculates an average value of the output, and a determination unit that compares the average value calculated by the calculation unit with a set value to determine the presence or absence of a ground fault.
  • a plurality of solar cell strings, a current collection box for collecting power from the strings, and power of the plurality of current collection boxes are supplied, and the power is converted into AC power.
  • a power conditioner having an inverter device, wherein the current collection box includes a first detection unit for outputting a detection output for detecting a ground fault of each solar cell string, and the first detection unit.
  • a first calculation unit that obtains an output of the plurality of times and calculates an average value of the outputs, and a first calculation unit that compares the average value calculated by the first calculation unit with a set value to determine the presence or absence of a ground fault
  • a determination unit a second detection unit that outputs a detection output for detecting a ground fault of a connection cable between the current collection box and the power conditioner, and the second detection unit; Obtain the output from the detection unit multiple times and output it
  • a second calculation unit that calculates an average value, and a second determination unit that compares the average value calculated by the second calculation unit with a set value to determine the presence or absence of a ground fault.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the entire configuration of the solar power generation apparatus of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view showing a main configuration of the solar power generation apparatus of the present invention
  • FIG. 3 is a solar cell string and a current collection box It is a schematic diagram which shows the location included in detail.
  • the solar power generation apparatus includes a medium-scale system in which several tens of solar cell modules having an output of about 200 W are connected and arranged, or a mega solar system in which several thousands or more are connected and arranged. Do.
  • This solar power generation device includes a solar cell string 10 in which a plurality of solar cell modules 10a are connected in series. A plurality of solar cell strings 10 are connected to the current collection box 2, and the DC output of each solar cell string 10 is collected. The outputs from the plurality of current collection boxes 2 (2 1 to 2 n ) are given to the power conditioner 4 via the connection cable 3.
  • the direct current power generated by the solar cell is converted to alternating current power by the inverter device 41 in the power conditioner 4, the harmonic component is removed by a noise filter not shown, and the alternating current power is output to the grid 5.
  • the inverter device 41 in the power conditioner 4 the harmonic component is removed by a noise filter not shown, and the alternating current power is output to the grid 5.
  • only one power conditioner 4 is shown in FIG. 1, even if a plurality of power conditioners 4 are used to supply power to the grid 5 depending on the configuration and size of the apparatus, Good.
  • the control device 20 inside the current collection box 2 to the main control device 6 installed in the power management room etc. Is notified via the communication path 8 configured by a network such as a LAN.
  • the communication path 8 is established as needed, such as wireless or wired.
  • the solar cell string 10 is configured by connecting a plurality of solar cell modules 10a in series.
  • the structure of one solar cell string 10 is described, the structure of the other solar cell string 10 is also the same.
  • eight solar battery modules 10a of about 200 W are connected in series to constitute a solar battery string 10, and the output of the solar battery string 10 is given to the current collection box 2.
  • the number of solar cell modules 10a connected in series is not limited to eight, and is appropriately configured to obtain a voltage necessary for a solar power generation device.
  • the solar cell module 10a is an EVA (ethylene vinyl acetate) having excellent weather resistance and moisture resistance between a front surface member such as glass and a back surface member having weather resistance in which a plurality of solar cells are connected in series by a wiring member. It seals by the sealing material which has translucency, such as ethylene vinyl acetate, and is comprised.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • various solar cells such as a crystalline solar cell, a thin film solar cell, and a compound solar cell can be used.
  • the outputs of the plurality of solar cell strings 10 configured as described above are connected to the current collection box 2.
  • the number of solar cell strings 10 connected to one current collection box 2 is appropriately selected so as to obtain an output necessary for a solar power generation device.
  • the plurality of solar cell strings 10 are connected in parallel to the current collection box 2, and the outputs from the plurality of solar cell strings 10 are collected.
  • the current collection box 2 is installed in the vicinity where a plurality of solar cell strings 10 are installed, at a place where an inspector can check. If an abnormality such as a ground fault occurs in the solar cell string 10 connected to the current collection box 2, the occurrence of an abnormality etc. in the main control device 6 installed in the power management room or the like is indicated by a network such as LAN It notifies via the configured communication path 8.
  • the information to be notified includes, for example, information specifying the current collection box 2, information specifying the solar cell string 10 in which an abnormality such as a ground fault has occurred, and information such as the date and time when the ground fault has occurred.
  • an ID number or the like is given in advance, and it is transmitted to the main control device 6 via the communication path 8 together with the ID number. If comprised in this way, the current collection box 2 and the solar cell string 10 which abnormality, such as a ground fault, generate
  • a corresponding solar cell A switch 23 is provided for disconnecting the string 10 from the circuit.
  • the on / off control of the switch 23 is turned on / off under the control of the control device 20 constituted by a microcomputer or the like.
  • the switch 23 has the ability to energize and shut off the maximum current that can flow in the solar cell string 10, and is electrically opened and closed. In the ON state of the switch 23, that is, in the conduction state in which the power from the solar cell string 10 flows, the ON current is supplied to the switch 23, and the switch 23 is maintained in the closed state.
  • the switch 23 When the switch 23 is in the OFF state, that is, in the cut-off state, control is performed to stop energization of the switch 23, and the state in which the switch 23 is opened is maintained.
  • the switch 23 is composed of an electromagnetic relay or the like that can be turned on or off by a signal from the control device 20. As described above, the switch 23 is turned on when the switch 23 is energized, and turned off when the energization is stopped. Therefore, in this embodiment, when the switch 23 is not supplied with electricity, such as at night, the OFF state is maintained. As described above, in this embodiment, power saving is performed in a time zone in which the solar cell string 10 is not generating power, such as nighttime.
  • the control device 20 performs start processing for turning on the switch 23.
  • This start-up process is started at the time when the solar cell string 10 starts to receive sunlight, for example, the sunrise time. Moreover, it is time when solar cell string 10 can receive sunlight, and when inverter device 41 is not operating, for example, when sunlight is interrupted temporarily and the output operation of solar cell string 10 is stopped, When the output operation of the solar cell string 10 is started again, the start-up process is performed.
  • the control device 20 performs ON control of the switch 23 by confirming the voltage Vpn.
  • the ON condition of the switch 23 is VpnVV1-50V. 50 V is an example, and this value changes depending on the system.
  • the control device 20 performs stop processing for turning off the switch 23 during normal operation.
  • the stop process other than the stop due to the ground fault is started at the sunset time, for example, when the solar cell string 10 is not irradiated with sunlight.
  • the stop processing is also performed when the output of the solar string 10 is reduced during the time when the solar cell string 10 can receive sunlight.
  • the control device 20 performs the OFF control of the switch 23 by confirming the voltage Vpn.
  • the OFF condition of the switch 23 is assumed to be the case where the upper level of Vpn ⁇ V2-50 V continues for 30 minutes. This is because it does not necessarily become 0 V in the installation environment of a solar cell. 30 minutes, 50 V is an example, and this value changes depending on the system.
  • Each solar cell string 10 is provided with a protection element 21 such as a fuse or a backflow prevention diode. This is to prevent the flow of current generated when the generated voltage of each solar cell string 10 differs depending on the installation position of the solar cell string 10, the irradiation condition of sunlight, and the like.
  • a protection element 21 such as a fuse or a backflow prevention diode. This is to prevent the flow of current generated when the generated voltage of each solar cell string 10 differs depending on the installation position of the solar cell string 10, the irradiation condition of sunlight, and the like.
  • a ground fault detector (ground fault detection unit) 22 for detecting a ground fault is provided between each switch 23 and the solar cell string 10.
  • the ground detector 22 detects the difference current flowing in both cables by the magnetic field generated respectively from the forward and backward cables of the current, and supplies the detection signal to the control device 20. Noise due to a cable or the like from the solar cell string 10 is superimposed on this detection signal.
  • the detection output from the ground detector 22 is applied to the control device 20 consisting of a microcomputer by removing noise components with a low pass filter (LPF) 26. There is.
  • LPF low pass filter
  • the control device 20 is supplied with a set voltage (P) for determining whether or not a ground fault has occurred based on an output from the ground fault detector 22.
  • the detection sensitivity is determined by the set voltage (P).
  • the set voltage (P) is determined in consideration of the system and the current to be supplied.
  • Control device 20 determines that a ground fault has occurred when the detection output provided from ground fault detector 22 exceeds the set voltage (P).
  • a clamp type current sensor may be used to detect a difference current, and other methods may be used.
  • the control device 20 has the function of the calculation unit 20a and the function of the determination unit 20b that determines the presence or absence of a ground fault.
  • the control device 20 takes in, for example, a detection output from the ground detector 22 every one second, stores the detection output a predetermined number of times, and calculates an average value of them by the calculation unit 20a.
  • the determination unit 20b compares the calculated average value with the set voltage (P).
  • P set voltage
  • the detection sensitivity is adjusted by adjusting the number of times of averaging of the signal based on the detected output. For example, each time the detection output increases, the average number of times is reduced to increase the detection sensitivity.
  • control device 20 When determining that a ground fault has occurred, control device 20 controls switch 23 connected to solar cell string 10 in which the ground fault has occurred to OFF, that is, to shut off the circuit.
  • the control device 20 stops the power supply to the corresponding switch 23 in order to shut off the switch 23.
  • the switch 23 interrupts the energization from the solar cell string 10 in which the ground fault has occurred.
  • the control device 20 stores the occurrence of the ground fault and the information about the solar cell string 10 in which the ground fault has occurred in the internal storage device and causes the display device 25 such as a liquid crystal display (LCD) to display the information. . Further, the information on the current collection box 2 and the occurrence of the ground fault and the information about the solar cell string 10 in which the ground fault is generated are also transmitted to the main control device 6 through the communication path 8.
  • the display device 25 such as a liquid crystal display (LCD)
  • FIG. 4 is a functional block diagram showing a configuration of control device 20 in current collection box 2.
  • the control device 20 is configured by a microcomputer, and internally includes a CPU (central processing unit) 201, a transmission unit 203, a storage unit 204 including a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory).
  • the ROM of the storage unit 204 stores programs for controlling the operation of the current collection box 2 such as detection of a ground fault and control of opening and closing of the switch 23.
  • the CPU 201 functions as a calculation unit that calculates the average value of the output from the ground fault detection unit 22, and a function that determines the presence or absence of the ground fault by comparing the average value with the setting value.
  • a program for identifying the corresponding solar cell string 10, blocking the switch 23, transmitting an abnormality, and the like is developed to control various operations.
  • the transmitting unit 203 transmits various information to the main control device 6 via the communication path 8.
  • power collection unit 202 When power collection unit 202 is provided in current collection box 2 and power supply unit 202 is supplied with power from solar cell string 10 through switch 23, a part of the power is supplied, and the power supply unit 202 When power from battery string 10 is not supplied, power from grid 5 is supplied. Then, the power supply unit 202 supplies power to the CPU 201, the transmission unit 203, the storage unit 204, and the like.
  • the power supply unit 202 includes a secondary battery, is charged by the supplied power, and is configured to be able to operate the control device 20 even when the solar cell string 10 does not generate power.
  • control device 20 transmits, to main control device 6, an ID number assigned for identifying current collection box 2, information on solar cell string 10 in which a ground fault has occurred, and the like.
  • the signal is transmitted from the communication channel 203 to the communication path 8 and transmitted to the main control device 6.
  • the display device 25 also displays information for specifying the solar cell string 10 in which the ground fault has occurred, and information such as the occurrence time of the ground fault.
  • the power conditioner 4 the power from the plurality of current collecting box 2 1 2 n are supplied via a connection cable 3.
  • the power conditioner 4 supplies the power from the connection cable 3 to the inverter device 41 via the switch 43 and the ground fault detector 42.
  • the inverter device 41 converts given DC power into AC power.
  • the AC power from the inverter device 41 is output to the system 5 via the switch 44.
  • the switches 43 and 44 are ON / OFF controlled by the controller 40.
  • the plurality of solar cell strings 10 are connected to the current collection box 2, and the plurality of current collection boxes 2 are connected to the power conditioner 4.
  • the respective numbers are in the relationship of solar cell string 10> current collection box 2> power conditioner 4. That is, the number of solar cell strings 10 is the largest, and then the number of current collection boxes 2 and then the number of power conditioners 4.
  • the switch 42 may be provided outside the power conditioner 4.
  • a ground fault detector 42 for detecting a ground fault is provided between the switch 43 and the inverter device 41.
  • the ground detector 42 detects the difference current flowing in both cables by the magnetic field generated from the connection cable of the forward and return paths of the current, and supplies the detection signal to the control device 40. Noise from the connection cable 3 or the like is superimposed on this detection signal.
  • the low-pass filter 46 removes the noise component from the detection output from the ground detector 42 and supplies it to the control device 40.
  • the control device 40 is supplied with a set voltage (P) for determining whether or not a ground fault has occurred based on the output from the ground fault detector 42.
  • the detection sensitivity is determined by the set voltage (P).
  • the detection sensitivity should be determined in consideration of noise.
  • the ground detector 22 used for the current collection box 2 and the ground detector 42 used for the power conditioner 4 are superimposed on the line because the length of the line and the place where the line is arranged are completely different. Noise is different. Since the noise is different, the set voltage (P) corresponding to the detection sensitivity in consideration of the noise is different between the two control devices 20 and 40.
  • the length of the line from the current collection box 2 to the power conditioner 4 is longer than the length of the line from the solar cell string 10 to the current collection box 2.
  • the ground fault detection sensitivity in the control device 40 is detected in the ground fault detection in the control device 20 of the current collection box 2 It is set lower than the sensitivity.
  • the ground fault detection sensitivity is high, the occurrence of a ground fault and a malfunction occur due to noise.
  • the control device 40 can detect whether or not a ground fault has occurred between the current collection box 2 and the power conditioner 4 from the output of the ground fault detector 42.
  • a clamp type current sensor may be used to detect the difference current.
  • the control device 40 has the function of the calculation unit 40a and the function of the determination unit 40b that determines the presence or absence of a ground fault. For example, the control device 40 takes in the detection output from the ground fault detector 42 every one second, stores the detection output a predetermined number of times, and calculates the average value thereof by the calculation unit 40a.
  • the determination unit 40b compares the calculated average value with the set voltage (P).
  • P set voltage
  • the detection sensitivity is adjusted by adjusting the number of times of averaging of the signal based on the detected output. For example, each time the detection output increases, the average number of times is reduced to increase the detection sensitivity.
  • a notification may be provided to prompt maintenance. Good.
  • control device 40 determines that there is a ground fault based on the detection signal from ground fault detector 42, switch 43 connecting inverter device 41 with connection cable 3, and connects inverter device 41 with system 5. Then, the switches 43 and 44 are deenergized so that the switches 44 are turned off, that is, the circuit is shut off. While the switches 43 and 44 are energized, the switches 43 and 44 are turned ON, and the switches 43 and 44 maintain the connection. When energization of the switches 43 and 44 is stopped, the switches 43 and 44 are turned off, and the switches 43 and 44 operate to cut off the connection.
  • control device 40 When the control device 40 detects a ground fault, the control device 40 stops control of the inverter device 41 and stops the inverter device 41. Subsequently, the switch 44 is turned off to disconnect the connection between the power conditioner 4 and the system 5. Then, the switch 43 is turned off to disconnect the connection between the inverter device 41 and the connection cable 3.
  • the control device 40 stores information on the occurrence of a ground fault in an internal storage device, and also transmits information on the occurrence of a ground fault to the main control device 6 via the communication path 8.
  • the control device 40 performs PWM control of the switching elements that constitute the inverter device 41 so that the power supplied to the system 5 is AC power of a predetermined voltage and a predetermined frequency.
  • the inverter device 41 is activated when the PWM signal is input from the control device 40, and is stopped when the supply of the PWM signal is stopped.
  • the inverter device 41 is activated when the voltage from the connection cable 3 to be input is larger than the set reference voltage. Therefore, the control device 40 is supplied with a voltage from the connection cable, and the voltage input to the inverter device 41 is compared with the reference voltage. When the voltage to be input is large, a PWM signal is given to the inverter device 41 in order to start the inverter device 41.
  • the control device 40 stops the supply of the PWM signal and stops the inverter device 41.
  • the predetermined value is a voltage required to operate the inverter device 41 and is set in advance.
  • the control device 40 turns off (shuts off) the switch 44 and disconnects the connection between the inverter device 41 and the grid 5.
  • the switches 43 and 44 are configured to be in the OFF state to save power, for example, during the nighttime when the solar cell string 10 is not generating power. Also, the supply of power to the ground detector 42 is stopped.
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing the configuration of the function of the main control device 6 for recording the ground fault occurrence information.
  • the main control device 6 is communicably connected to the plurality of current collection boxes 2 and one or more power conditioners 4 via the communication path 8.
  • the main control unit 6 includes a CPU 601, a power supply unit 602, a receiving unit 603, a storage unit 604, and an output unit 605.
  • the receiving unit 603 receives notification data from each of the current collection boxes 2 and the power conditioner 4 via the communication path 8 and gives the received data to the CPU 601.
  • the storage unit 604 stores programs for performing various operations of the main control device, and stores identification numbers of the current collection boxes 2 and the power conditioner 4 included in the notification data, measurement date and time, and measurement results.
  • the CPU 601 stores the received data in the storage unit 604 and gives an abnormality such as a ground fault to the output unit 605.
  • the output unit 605 outputs ground fault information to a liquid crystal display (LCD) or a speaker.
  • LCD liquid crystal display
  • a person who performs maintenance can confirm which current collection box 2 and power conditioner 4 has a ground fault from the information displayed on the output device 605 of the main control device 6.
  • the power supply unit 602 supplies power to the CPU 601, the receiving unit 603, the storage unit 604, the output unit 605, and the like.
  • the power supply unit 602 may include a secondary battery.
  • the maintenance work can be performed by the collection box 2 or the power conditioner 4 in which a ground fault has occurred.
  • the display device 25 of the current collection box 2 displays information of the solar cell string 10 in which the ground fault has occurred and whether the switch 23 connected to the solar cell string 10 is in the OFF state. By performing the work according to this display, the solar cell string 10 can be replaced safely and quickly.
  • An output from a ground detector 22 provided between each switch 23 and the solar cell string 10 is supplied to the control device 20 with a noise reduction reduced by the low pass filter 26.
  • the control device 20 takes in the detection output from the ground fault detector 22, for example, every one second (step S1).
  • the control device 20 stores the output fetched from the ground fault detector 22 every one second until it reaches a predetermined number of times, takes an average of these detected outputs, and a ground fault occurs due to the average value and the set voltage (P).
  • a ground fault detection process is performed to determine whether or not (step S2). This ground fault detection process will be described later according to the flowchart of FIG. Then, the process proceeds to step S3. If a ground fault does not occur, the process returns to step S1 and the above-described operation is repeated.
  • control device 20 When determining that a ground fault has occurred, control device 20 specifies solar cell string 10 in which the ground fault has occurred (step S4).
  • the switch 23 connected to the solar cell string 10 in which the ground fault has occurred is controlled to be OFF, that is, to shut off the circuit (step S5).
  • the control device 20 stores the occurrence of the ground fault and the information about the solar cell string 10 in which the ground fault has occurred in the internal storage device 204 (step S6). Then, the information on the collection box 2 and the occurrence of the ground fault and the information on the solar cell string 10 in which the ground fault has occurred are transmitted from the transmission unit 203 to the main control device 6 via the communication path 8 (step S7). Then, the information is displayed on the display device 25 (step S8), and the ground fault processing is ended.
  • the control device 20 is supplied with a set voltage (P) for determining whether or not a ground fault has occurred based on the output from the ground fault detector 22.
  • the detection sensitivity is determined by the set voltage (P).
  • the set voltage (P) is determined in consideration of the system and the current to be supplied. For example, this set voltage (P) is set to 10. If the control device 20 makes a ground fault judgment based on the output from the ground fault detector 22 at one time, a detection malfunction may occur due to a sudden noise or the like. So, in this embodiment, the average value of the detection output inputted several times is taken, and it is made to judge the existence of a ground fault by comparing this average value and the above-mentioned set voltage (P).
  • the control device 20 takes in the detection output from the ground detector 22 every one second, stores the detection output a predetermined number of times, and calculates an average value of them. Further, the detection output from the ground detector 22 does not generate a ground, but gradually increases as the cable and the like deteriorate. Therefore, in this embodiment, the detection sensitivity is adjusted by adjusting the number of times of averaging of the signal based on the detected output. For example, each time the detection output increases, the average number of times is reduced to increase the detection sensitivity. For this reason, first, an average value (D) of detection values (D) to be detected now is calculated (S21). In this embodiment, the number of times of averaging is adjusted by the value of this detection value (D).
  • the first detection value (D) takes in the detection output the same number of times as when the detection voltage (D) is the highest, and calculates the average value (D) (S21). In this embodiment, an average of five detection outputs is calculated and used as a detection value (D).
  • step S22 it is determined whether the detection output is equal to or less than the lowest set value (A) (step S22).
  • This value (A) is, for example, half of the set voltage (P). If it is about 1/2 of the set voltage (P), there is almost no deterioration of the cable or the like, so there is less problem even if the detection sensitivity is lowered. That is, even if the detection voltage is increased due to noise or the like, the voltage is often less than the set voltage (P) when averaged. Therefore, here, the detection output given from the ground detector 22 is stored 20 times in one second every second, and the average value (D1) thereof is calculated (step S23).
  • the control device 20 compares the calculated average value (D1) with the set voltage (P) to determine whether the average value (D1) is equal to or higher than the set voltage (P) (step S24). If it is less than the set voltage (P), it is determined that a ground fault has not occurred, and this routine is ended.
  • step S25 if it is higher than the set voltage (P), it is determined that a ground fault has occurred (step S25), and this routine is ended.
  • step S26 it is determined whether the detection output (D) is greater than A and less than or equal to B.
  • This value (B) is, for example, 7/10 of the set voltage (P). If the detection output falls within this range, the cable or the like may be slightly deteriorated. Therefore, the detection sensitivity is raised more than in the case of A or less. Therefore, in this case, the detection output given from the ground detector 22 is stored ten times in one second every second, and the average value (D2) thereof is calculated (step S27). It should be noted that there is a possibility that the cable etc. may be slightly deteriorated that it is in this range, so if notification such as maintenance is required in the near future, it is possible to prevent an abnormality such as a sudden ground fault etc. it can.
  • the control device 20 compares the calculated average value (D2) with the set voltage (P), and determines whether the average value (D2) is equal to or higher than the set voltage (P) (step S28). If it is less than the set voltage (P), it is determined that a ground fault has not occurred, and this routine is ended.
  • step S29 if it is higher than the set voltage (P), it is determined that a ground fault has occurred (step S29), and this routine is ended.
  • step S26 If it is determined in step S26 that the detection output exceeds the set value (B), the process proceeds to step S30. If the value (B) is exceeded, there is a high possibility that deterioration of the cable or the like has occurred. Therefore, the detection sensitivity is further increased. Therefore, in this case, the detection output given from the ground detector 22 is stored five times in one second every second, and the average value (D3) thereof is calculated (step S30). In addition, since it is in many cases that a cable etc. have degradation in having entered into this range, abnormalities, such as a sudden earth fault generation
  • the control device 20 compares the calculated average value (D3) with the set voltage (P), and determines whether the average value (D3) is equal to or higher than the set voltage (P) (step S31). If it is less than the set voltage (P), it is determined that a ground fault has not occurred, and this routine is ended.
  • step S32 if it is higher than the set voltage (P), it is determined that a ground fault has occurred (step S32), and this routine is ended.
  • the number of times of signal acquisition is adjusted by the set voltage (P) and the detection value (D). Then, each time the detection value (D) increases, the detection sensitivity can be increased stepwise to prevent erroneous detection and appropriately detect a ground fault.
  • the output from the ground detector 42 is applied to the control device 40 with the noise reduced by the low pass filter 46.
  • the control device 40 takes in the detection output from the ground fault detector 42, for example, every one second (step S11).
  • the control device 40 stores the output taken from the ground fault detector 42 every second until it reaches a predetermined number of times, averages these detected outputs, and a ground fault occurs due to the average value and the set voltage (P).
  • a ground fault detection process is performed to determine whether or not (step S12). About this ground fault detection processing, processing similar to the flow chart of FIG. 7 mentioned above is performed.
  • the set voltage (P) is set in consideration of noise of the connection cable 3 etc., unlike the set voltage in the current collection box 2, the set voltage is set higher and the sensitivity is lowered. There is.
  • Control device 40 determines whether or not a ground fault has occurred based on the output from ground fault detector 42 (step S13). If a ground fault has not occurred, the process returns to step S11, and the above-described operation is repeated.
  • control device 40 When the control device 40 detects that a ground fault has occurred, the control device 40 stops control of the inverter device 41 and stops the inverter device 41 (step S14). Subsequently, the switch 44 is turned off to disconnect the connection between the power conditioner 4 and the system 5 (step S15). Then, the switch 43 is turned off, and the connection between the inverter device 41 and the connection cable 3 is disconnected (step S16).
  • control device 40 stores information on the occurrence of a ground fault in the internal storage device (step S17). Then, the occurrence of the ground fault is transmitted to the communication path 8 (step S18). This information is transmitted to main controller 6 via communication path 8.

Abstract

　この発明は、地絡の発生を適切に検出することができる装置を提供する。　各太陽電池ストリング１０の地絡を検出する集電箱側検出器２２と、太陽電池ストリング１０のそれぞれに対応して設けられ、太陽電池ストリング１０と接続ケーブルとの間に配置される開閉器２３と、検出器２２の検出結果に応じて開閉器２３の開閉を制御する制御装置２０を有する集電箱２と、集電箱２とパワーコンディショナ４との間の接続ケーブル３の地絡を検出する検出器４２と、接続ケーブル３とインバータ装置４１との間に配置される開閉器４３と、検出器４２の検出結果に応じて開閉器４３の開閉を制御する制御装置４０を有するパワーコンディショナ４と、を備える。

Description

地絡検出装置、その地絡検出装置を用いた集電箱及びその集電箱を用いた太陽光発電装置
　この発明は、地絡検出装置、その地絡検出装置を用いた集電箱及びその集電箱を用いた太陽光発電装置に関し、特に、複数の太陽電池モジュールからなる太陽電池ストリングを有する太陽光発電装置に係り、この太陽光発電装置の地絡検出に関するものである。
　太陽電池は、自然エネルギーを電気エネルギーに変換して直流電力を生成する。近年の地球環境問題に対する意識の高まりを背景に、太陽電池を用いた太陽光発電装置は、地球温暖化の一因とされる二酸化炭素を排出しないクリーンな発電装置として注目されている。
　近年、注目されているメガソーラーシステムなどの大規模な太陽光発電装置では、１０００ｋＷ以上の出力の発電が目的とされており、２００Ｗ程度の出力の太陽電池モジュールが数千枚接続されて配置される。
　ところで、上述の太陽光発電装置では、設置環境や使用状況等何らかの原因により、太陽電池モジュール、配線等の絶縁性が悪くなり低下し、地絡が発生する場合がある。地絡が発生した場合、絶縁性が悪くなった箇所を特定し、適切な処置を行う必要がある。
　そこで、米国特許第６５９３５２０号公報には、太陽電池アレイの一部で地絡が発生した場合に、太陽光発電システム全体の運転を停止することなく、異常が発生した太陽電池ストリングのみを太陽光発電システムから切り離すように構成した太陽光発電装置が開示されている。
　上記した特許文献には、この太陽光発電装置では、複数の太陽電池パネルが直列に接続されてなる複数の太陽電池ストリングの出力を集電する集電箱を有している。集電箱内には、複数の太陽電池ストリングのうちのいずれかに異常を検出すると異常検出信号を出力する検出器と、太陽電池ストリングの途中に設けられこの検出器からの異常検出信号により開状態に遷移する中間開閉器と、前記太陽電池ストリング毎に切り離し可能なストリング開閉器とが設けられている。そして、検出器の異常信号によりストリング開閉器もが開放するように構成した集電箱が開示されている。
　この太陽光発電装置は、家庭用であり、集電箱は屋内に設置され、その点検も比較的容易に行える。
米国特許第６５９３５２０号公報
　しかしながら、太陽光発電装置の規模が大型化すると、集電箱も多くなり、また、設置される場所も様々なところとなる。また、集電箱とパワーコンディショナとの間の距離も長くなり、両者を接続する接続ケーブルの長さや数も多くなる。このため、地絡検出において、種々のノイズが発生し、地絡の検出精度が低下するという問題があった。
　この発明は、上記した事情に鑑みなされたもので、地絡の発生を適切に検出することができる装置を提供することを目的とする。
　この発明は、直流電源の地絡を検出する地絡検出装置であって、地絡を検出するための検出出力を出力する検出部と、前記検出部からの出力を複数回得てその出力の平均値を算出する算出部と、前記算出部で算出した平均値と設定値を比較し、地絡の有無を判断する判断部と、を備えたことを特徴とする。
　また、この発明は、複数の太陽電池ストリングからの電力を集電する集電箱であって、各太陽電池ストリングの地絡を検出するための検出出力を出力する検出部、前記検出部からの出力を複数回得てその出力の平均値を算出する算出部と、前記算出部で算出した平均値と設定値を比較し、地絡の有無を判断する判断部と、を備えたことを特徴とする。
　また、この発明の太陽光発電装置は、複数の太陽電池ストリングと、このストリングからの電力を集電する集電箱と、複数の集電箱の電力が与えられ、この電力を交流電力に変換するインバータ装置を有するパワーコンディショナと、を備え、前記集電箱は、各太陽電池ストリングの地絡を検出するための検出出力を出力する第１の検出部と、前記第１の検出部からの出力を複数回得てその出力の平均値を算出する第１の算出部と、前記第１の算出部で算出した平均値と設定値を比較し、地絡の有無を判断する第１の判断部と、前記パワーコンディショナは、前記集電箱とパワーコンディショナとの間の接続ケーブルの地絡を検出する検出するための検出出力を出力する第２の検出部と、前記第２の検出部からの出力を複数回得てその出力の平均値を算出する第２の算出部と、前記第２の算出部で算出した平均値と設定値を比較し、地絡の有無を判断する第２の判断部と、を有することを特徴とする。
　上記したように、この発明によれば、地絡の有無を適切に判断することができる。
この発明の実施形態の太陽光発電装置の全体構成を示す模式図である。 この発明の実施形態の太陽光発電装置の主たる構成を示す模式図である。 この発明の実施形態の太陽電池ストリングと集電箱が含まれる箇所を詳細に示す模式図である。 この発明の実施形態の太陽光発電装置における集電箱の制御装置の機能ブロック図である。 この発明の実施形態の太陽光発電装置における主制御装置の地絡発生情報を記録する機能の構成を示す機能ブロック図である。 この発明の実施形態の太陽光発電装置における集電箱の制御装置の地絡検出処理を示すフローチャートである。 この発明の実施形態の太陽光発電装置における制御装置の地絡検出処理ルーチンを示すフローチャートである。 この発明の実施形態の太陽光発電装置におけるパワーコンディショナの制御装置の地絡検出処理を示すフローチャートである。
　この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。
　図１は、この発明の太陽光発電装置の全体構成を示す模式図、図２は、この発明の太陽光発電装置の主たる構成を示す模式図、図３は、太陽電池ストリングと集電箱が含まれる箇所を詳細に示す模式図である。
　この実施形態にかかる太陽光発電装置は、２００Ｗ程度の出力の太陽電池モジュールが数十枚接続されて配置される中規模システム、ないし、数千枚以上接続されて配置されるメガソーラーシステムを構成する。この太陽光発電装置は、複数の太陽電池モジュール１０ａを直列に接続した太陽電池ストリング１０を備える。複数の太陽電池ストリング１０が集電箱２に接続され、各太陽電池ストリング１０の直流出力が集電される。複数の集電箱２（２１～２ｎ）からの出力が接続ケーブル３を介してパワーコンディショナ４に与えられる。太陽電池により発電された直流電力は、パワーコンディショナ４内のインバータ装置４１にて交流電力に変換され、図示しないノイズフィルタによって高調波成分が除去され、交流電力が系統５に出力される。この図１においては、パワーコンディショナ４は、１つだけ記載しているが、装置の構成、規模により、複数のパワーコンディショナ４を用いて系統５に電力を供給するように構成してもよい。
　この集電箱２に接続されている太陽電池ストリング１０に地絡等の異常が発生した場合、集電箱２内部の制御装置２０から電力管理室などに設置される主制御装置６へ異常等が発生したことをＬＡＮ等のネットワークで構成された通信路８を介してその情報を通知する。この通信路８は、無線、有線等適宜必要に応じて構築される。
　また、集電箱２からパワーコンディショナ４の間の接続ケーブル３に地絡等の異常が発生した場合、パワーコンディショナ４内部の制御装置４０から主制御装置６へ異常等が発生したことが通信路８を介してその情報が通知される。以下、図１ないし図３の構成要素について、順に説明する。
　図３に示すように、太陽電池ストリング１０は、複数の太陽電池モジュール１０ａを直列に接続して構成されている。この図においては、１つの太陽電池ストリング１０の構成を記載しているが、他の太陽電池ストリング１０の構成も同様である。この実施形態では、２００Ｗ程度の太陽電池モジュール１０ａを８個直列に接続して太陽電池ストリング１０を構成し、この太陽電池ストリング１０の出力が集電箱２に与えられる。太陽電池モジュール１０ａの直列数は、８個に限らず、太陽光発電装置として必要な電圧が得られるように適宜構成される。
　太陽電池モジュール１０aは、複数の太陽電池を配線部材により直列に接続されたものをガラス等の表面部材と耐候性を有する裏面部材との間に耐候性、耐湿性に優れたＥＶＡ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ、エチレン酢酸ビニル）等の透光性を有する封止材により封止されて構成されている。太陽電池としては、結晶系太陽電池、薄膜系太陽電池或いは化合物系太陽電池等種々の太陽電池を用いることができる。
　上記のように構成された複数の太陽電池ストリング１０の出力が集電箱２に接続される。１つの集電箱２に接続される太陽電池ストリング１０の個数は、太陽光発電装置として必要な出力が得られるように適宜選択される。
　複数の太陽電池ストリング１０は、集電箱２に並列に接続され、複数の太陽電池ストリング１０からの出力が集電される。集電箱２は、太陽電池ストリング１０との間のケーブルを短くするため、複数の太陽電池ストリング１０が設置される近傍に点検者が点検可能な箇所に設置される。この集電箱２に接続されている太陽電池ストリング１０に地絡等の異常が発生した場合、電力管理室などに設置される主制御装置６へ異常等が発生したことをＬＡＮ等のネットワークで構成された通信路８を介して通知する。通知する情報としては、例えば、集電箱２を特定する情報、地絡等の異常が発生した太陽電池ストリング１０を特定する情報、地絡が発生した日時等の情報である。集電箱２、太陽電池ストリング１０を特定するために予めそれぞれにＩＤ番号等を付しておき、そのＩＤ番号とともに、通信路８を介して主制御装置６に送信する。このように構成すれば、主制御装置６で地絡等の異常が発生している集電箱２、太陽電池ストリング１０を容易に把握することができる。
　集電箱２には、各太陽電池ストリング１０に対応して、太陽電池モジュール１０ａ等の保守点検時又は太陽電池ストリング１０の一部に地絡等の異常が生じたときに、対応する太陽電池ストリング１０を回路から切り離すための開閉器２３がそれぞれ設けられている。開閉器２３の開閉制御はマイクロコンピュータ等で構成される制御装置２０の制御の下によりＯＮ／ＯＦＦが行われる。この開閉器２３は、太陽電池ストリング１０の流し得る最大の電流を通電、遮断する能力を有し、電気的に開閉動作が行われる。開閉器２３をＯＮ状態、すなわち、太陽電池ストリング１０からの電力が流れる通電状態は、開閉器２３にＯＮ電流が通電され、開閉器２３が閉じた状態に維持される。開閉器２３がＯＦＦ状態、すなわち、遮断状態の場合には、開閉器２３への通電を停止するように制御され、開閉器２３が開放された状態が維持される。この開閉器２３は、制御装置２０からの信号によってＯＮ、ＯＦＦ可能な電磁リレーなどにより構成され、上記のように、開閉器２３に通電しているときにはＯＮ、通電を停止したときにはＯＦＦとなる。したがって、この実施形態では、夜間など開閉器２３に電気を与えない場合には、ＯＦＦ状態が維持される。このように、この実施形態では、夜間など、太陽電池ストリング１０が発電していない時間帯の節電を図っている。
　通常運転時において制御装置２０は開閉器２３をＯＮさせるための起動処理を行う。この起動処理は、太陽電池ストリング１０が太陽光を受け始める時間、例えば、日の出時刻に開始される。また、太陽電池ストリング１０が太陽光を受けられる時間であり、インバータ装置４１が動作していない場合、例えば、一時的に太陽光が遮られて太陽電池ストリング１０の出力動作が停止した場合に、再度太陽電池ストリング１０の出力動作が開始される場合にも起動処理が行われる。ここで、インバータ装置４１の運転開始電圧をＶ１、太陽電池ストリング１０からの太陽電池電圧をＶｐｎとすると、制御装置２０は、電圧Ｖｐｎを確認することで開閉器２３のＯＮ制御を行う。開閉器２３のＯＮ条件は、Ｖｐｎ≧Ｖ１－５０Ｖとする。５０Ｖは例示であり、システムによりこの値は変化する。
　また、制御装置２０は、通常運転時に開閉器２３をＯＦＦさせるための停止処理を行う。地絡による停止以外の停止処理は、太陽電池ストリング１０への太陽光の照射がなくなる、例えば、日の入り時刻に開始される。また、太陽電池ストリング１０が太陽光を受けられる時間において、太陽ストリング１０の出力が低下した場合も停止処理が行われる。ここで、インバータ装置４１の運転停止電圧をＶ２とすると、制御装置２０は、電圧Ｖｐｎを確認することで開閉器２３のＯＦＦ制御を行う。開閉器２３のＯＦＦ条件は、Ｖｐｎ≦Ｖ２－５０Ｖの上位が３０分間継続した場合とする。これは太陽電池の設置環境で必ずしも０Ｖとならないからである。３０分、５０Ｖは例示であり、システムによりこの値は変化する。
　また、各太陽電池ストリング１０は、ヒューズや逆流防止ダイオード等の保護素子２１が設けられている。これは太陽電池ストリング１０の設置位置や太陽光の照射状況等により、各太陽電池ストリング１０の発生電圧が異なる場合に生じる電流の流れ込みを防止するためのものである。
　各開閉器２３と太陽電池ストリング１０の間には、地絡を検出するための地絡検出器(地絡検出部)２２がそれぞれ設けられている。この地絡検出器２２は、電流の往路及び復路のケーブルからそれぞれ発生する磁界により、両ケーブルに流れる差電流を検出し、この検出信号を制御装置２０に与える。この検出信号には、太陽電池ストリング１０からのケーブル等によるノイズが重畳される。このノイズによる検出信号の誤動作を避けるために、この実施形態では、地絡検出器２２からの検出出力をローパスフィルター（ＬＰＦ）２６でノイズ成分を除去してマイクロコンピュータからなる制御装置２０へ与えている。制御装置２０には、地絡検出器２２からの出力により地絡が発生したか否かを判定するための設定電圧（Ｐ）が与えられる。この設定電圧（Ｐ）により、検出感度が決定される。この設定電圧（Ｐ）は、システムや通電される電流などを考慮して決められる。制御装置２０は、地絡検出器２２から与えられる検出出力が設定電圧（Ｐ）を越えると地絡が発生したものと判断する。また、地絡検出器２２としては、上記の磁界を用いる以外に、クランプ型電流センサを用いて差電流を検出するように構成しても良く、これ以外の方法を用いても構わない。
　また、制御装置２０に一度入力された地絡検出器２２からの検出出力で地絡の有無を判断すると、突発的なノイズなどで検出誤動作が生じることがある。そこで、この実施形態においては、何回か入力された検出出力の平均値をとり、この平均値と上記設定電圧（Ｐ）を比較して地絡の有無を判断するようにしている。このため、制御装置２０は、算出部２０ａの機能と地絡の有無を判断する判断部２０ｂの機能を有する。制御装置２０は、例えば、１秒ごとに地絡検出器２２からの検出出力を取り込み、その検出出力を所定回記憶させて、算出部２０ａでそれらの平均値を算出する。そして、判断部２０ｂでその算出した平均値と設定電圧（Ｐ）とを比較する。この制御動作については、後述する。また、地絡検出器２２からの検出出力は、地絡は発生していないが、ケーブル等が劣化すると徐々に大きくなる。そこで、この実施形態では、検出した検出出力により、信号の平均回数を調整することで検出感度を調整している。例えば、検出出力が大きくなる毎に、平均回数を減らし、検出感度を上げる。
　また、検出出力が大きくなり、最も検出感度を大きくした場合には、地絡発生が生じやすくなっているので、この検出出力に応じて、メンテナンスを促すような通知を行うように構成してもよい。これらの制御については、後述する。
　制御装置２０は、地絡が発生したと判断すると、地絡が発生した太陽電池ストリング１０に接続されている開閉器２３をＯＦＦ、すなわち、回路を遮断するように制御する。制御装置２０は、開閉器２３を遮断するために、該当する開閉器２３への通電を停止する。この制御装置２０の制御により、開閉器２３は、地絡が発生した太陽電池ストリング１０からの通電を遮断する。
　制御装置２０は、地絡の発生並びに地絡の発生した太陽電池ストリング１０についての情報を内部の記憶装置に格納すると共に、その情報を液晶表示装置（ＬＣＤ）などからなる表示装置２５に表示させる。さらに、主制御装置６へも集電箱２の情報、地絡の発生並びに地絡の発生した太陽電池ストリング１０についての情報が通信路８を介して送信される。
　図４は、集電箱２における制御装置２０の構成を示す機能ブロック図である。制御装置２０は、マイクロコンピュータで構成され、内部に、ＣＰＵ（中央演算装置）２０１、送信部２０３、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）を備える記憶部２０４と、を備え、例えば、記憶部２０４のＲＯＭに地絡の検出、開閉器２３の開閉制御などこの集電箱２の動作を制御するプログラムが格納されている。ＣＰＵ２０１は、地絡が発生した場合には、地絡検出部２２からの出力の平均値を算出する算出部の機能、平均値と設定値を比較し地絡の有無を判断する判断部の機能、対応する太陽電池ストリング１０の特定、開閉器２３の遮断、異常を送信する等のプログラムを展開し、各種動作を制御する。送信部２０３は、通信路８を介して各種情報を主制御装置６へ送信する。
　集電箱２には、電源部２０２が設けられ、電源部２０２は、開閉器２３を介して太陽電池ストリング１０からの電力が与えられているときは、その電力の一部が供給され、太陽電池ストリング１０からの電力が与えられないときは、系統５からの電力が供給される。そして、電源部２０２は、ＣＰＵ２０１、送信部２０３、記憶部２０４などに対し、電力を供給する。尚、この電源部２０２には、二次電池を備え、供給された電力により充電され、太陽電池ストリング１０が発電しない場合においても制御装置２０の動作が可能なように構成している。
　制御装置２０は、地絡等を検出した場合には、主制御装置６に集電箱２を特定するために割り当てられたＩＤ番号と、地絡発生した太陽電池ストリング１０の情報等を送信部２０３から通信路８へ送信し、主制御装置６へ送信される。また、表示装置２５は、地絡が発生した太陽電池ストリング１０を特定するための情報や地絡の発生時間などの情報を表示する。
　図１及び図２に示すように、パワーコンディショナ４には、複数の集電箱２１から２ｎの電力が接続ケーブル３を介して与えられる。パワーコンディショナ４は、接続ケーブル３からの電力を開閉器４３、地絡検出器４２を介してインバータ装置４１に与える。インバータ装置４１は、与えられた直流電力から交流電力へ変換する。インバータ装置４１からの交流電力は開閉器４４を介して系統５へ出力される。開閉器４３、４４は制御装置４０により、その開閉がＯＮ／ＯＦＦ制御される。上記のように、複数の太陽電池ストリング１０が集電箱２に接続され、複数の集電箱２がパワーコンディショナ４に接続される。それぞれの数は、太陽電池ストリング１０＞集電箱２＞パワーコンディショナ４の関係になる。すなわち、太陽電池ストリング１０の数が一番多く、次に、集電箱２の数、続いて、パワーコンディショナ４の数となる。尚、開閉器４２は、パワーコンディショナ４の外部に設けても良い。
　開閉器４３とインバータ装置４１での間には、地絡を検出するための地絡検出器４２が設けられている。この地絡検出器４２は、電流の往路及び復路の接続ケーブルからそれぞれ発生する磁界により、両ケーブルに流れる差電流を検出し、この検出信号を制御装置４０に与える。この検出信号には、接続ケーブル３等によるノイズが重畳される。このノイズによる検出信号の誤動作を避けるために、この実施形態では、地絡検出器４２からの検出出力をローパスフィルター４６でノイズ成分を除去して制御装置４０へ与えている。制御装置４０には、地絡検出器４２からの出力により地絡が発生したか否かを判定するための設定電圧（Ｐ）が与えられる。この設定電圧（Ｐ）により、検出感度が決定される。検出感度はノイズを考慮して決める必要がある。集電箱２に用いた地絡検出器２２とパワーコンディショナ４に用いた地絡検出器４２とは、線路の長さ並びに線路が配置される場所が全く異なることから、その線路に重畳されるノイズが異なる。ノイズが異なることから、ノイズを考慮した検出感度に対応する設定電圧（Ｐ）は、両制御装置２０、４０で異なることになる。
　通常、太陽電池ストリング１０から集電箱２までの線路の長さより、集電箱２からパワーコンディショナ４までの線路の長さが長くなる。そして、パワーコンディショナ４に接続される接続ケーブル３に重畳されるノイズの方が大きいので、この実施形態では、制御装置４０における地絡検出感度を集電箱２の制御装置２０における地絡検出感度より低く設定している。地絡検出感度が高いとノイズにより地絡発生と誤動作が生じるからである。
　制御装置４０は、地絡検出器４２の出力により、集電箱２とパワーコンディショナ４との間で地絡が発生したか否かを検出することができる。また、地絡検出器４２としては、上記の磁界を用いる以外に、クランプ型電流センサを用いて差電流を検出するように構成しても良い。
　また、制御装置４０に一度入力された地絡検出器４２からの検出出力で地絡の有無を判断すると、突発的なノイズなどで検出誤動作が生じることがある。そこで、この実施形態においては、何回か入力された検出出力の平均値をとり、この平均値と上記設定電圧（Ｐ）を比較して地絡の有無を判断するようにしている。このため、制御装置４０は、算出部４０ａの機能と地絡の有無を判断する判断部４０ｂの機能を有する。制御装置４０は、例えば、１秒ごとに地絡検出器４２からの検出出力を取り込み、その検出出力を所定回記憶させて、算出部４０ａでそれらの平均値を算出する。そして、その算出した平均値と設定電圧（Ｐ）とを判断部４０ｂで比較する。この制御動作については、後述する。また、地絡検出器４２からの検出出力は、地絡は発生していないが、ケーブル等が劣化すると徐々に大きくなる。そこで、この実施形態では、検出した検出出力により、信号の平均回数を調整することで検出感度を調整している。例えば、検出出力が大きくなる毎に、平均回数を減らし、検出感度を上げる。
　また、検出出力が大きくなり、最も検出感度を大きくした場合には、地絡発生が生じやすくなっているので、この検出出力に応じて、メンテナンスを促すような通知を行うように構成してもよい。
　制御装置４０は、地絡検出器４２からの検出信号に基づき地絡の発生があると判断すると、インバータ装置４１と接続ケーブル３とを接続する開閉器４３、インバータ装置４１と系統５とを接続する開閉器４４をそれぞれＯＦＦ、すなわち、回路を遮断するように、開閉器４３、４４への通電を停止する。この開閉器４３、４４は通電している状態で開閉器４３、４４がＯＮとなり、開閉器４３、４４は接続を維持する。開閉器４３、４４への通電を停止するとＯＦＦとなり、開閉器４３、４４は接続を切断するように動作する。
　制御装置４０は、地絡を検出すると、インバータ装置４１の制御を停止してインバータ装置４１を停止する。続いて、開閉器４４をＯＦＦして、パワーコンディショナ４と系統５との間の接続を切断する。そして、開閉器４３をＯＦＦし、インバータ装置４１と接続ケーブル３との間の接続を切断する。制御装置４０は、地絡の発生についての情報を内部の記憶装置に格納すると共に、主制御装置６へも地絡の発生についての情報を通信路８を介して送信する。
　制御装置４０は、系統５へ供給する電力が所定電圧、所定周波数の交流電力となるように、インバータ装置４１を構成するスイッチング素子をＰＷＭ制御する。インバータ装置４１は、制御装置４０からＰＷＭ信号が入力されると起動し、ＰＷＭ信号の供給が停止されると停止する。インバータ装置４１は、入力される接続ケーブル３からの電圧が設定されている基準電圧より大きい場合に起動される。このため、制御装置４０には、接続ケーブルからの電圧が与えられ、インバータ装置４１に入力される電圧と基準電圧を比較する。入力される電圧が大きい場合には、インバータ装置４１を起動するために、インバータ装置４１にＰＷＭ信号を与える。また、入力される電圧又は電力が所定の値以下になると制御装置４０は、ＰＷＭ信号の供給を停止し、インバータ装置４１を停止する。この所定の値は、インバータ装置４１を動作させるために必要な電圧であり、予め設定されている。制御装置４０は、インバータ装置４１が停止している場合には、開閉器４４をＯＦＦ（遮断）し、インバータ装置４１と系統５との間の接続を切断する。夜間等、太陽電池ストリング１０が発電していない時間帯などは、開閉器４３，４４はＯＦＦ状態にして節電するように構成している。また、地絡検出器４２への電力の供給も停止している。
　図５は、主制御装置６の地絡発生情報を記録する機能の構成を示す機能ブロック図である。主制御装置６は、通信路８を介して複数の集電箱２、１つ以上のパワーコンディショナ４と通信可能に接続される。図示するように、主制御部６は、ＣＰＵ６０１、電源部６０２、受信部６０３、記憶部６０４、出力部６０５を備える。
　受信部６０３は、各集電箱２、パワーコンディショナ４から通信路８を介して通知データを受け取り、受信されたデータをＣＰＵ６０１に与える。記憶部６０４は、この主制御装置の各種動作を行うプログラムが格納されると共に、通知データに含まれる各集電箱２、パワーコンディショナ４の識別番号、測定日時、測定結果を記憶する。
　ＣＰＵ６０１は、受信したデータを記憶部６０４に格納するとともに、地絡等の異常を出力部６０５に与える。
　出力部６０５は、地絡情報を液晶表示装置(ＬＣＤ)やスピーカに出力する。メンテナンスを行う人は、この主制御装置６の出力装置６０５に表示された情報により、どの集電箱２、パワーコンディショナ４に地絡が発生したかを確認できる。電源部６０２は、ＣＰＵ６０１、受信部６０３、記憶部６０４、出力部６０５などに対し、電力を供給する。尚、この電源部６０２には、二次電池を備えてもよい。
　上記した出力部６０５の情報に従って、メンテナンス作業を行うべき箇所を特定することができる。メンテナンスを行うものは、地絡が発生した集電箱２又はパワーコンディショナ４での作業が行うことができる。また、集電箱２の表示装置２５には、地絡が発生した太陽電池ストリング１０の情報とその太陽電池ストリング１０と接続する開閉器２３がＯＦＦ状態であるかが表示されている。この表示に従い作業を行うことで太陽電池ストリング１０の交換作業を安全且つ迅速に行うことができる。
　次に、この発明の集電箱２の制御装置２０における地絡検出処理について図６のフローチャートに従い説明する。
　各開閉器２３と太陽電池ストリング１０の間に設けられた地絡検出器２２からの出力がローパスフィルター２６でノイズ分を低減して制御装置２０に与えられる。制御装置２０は、地絡検出器２２から検出出力を、例えば、１秒ごとに取り込む（ステップＳ１）。
　制御装置２０は、地絡検出器２２から１秒ごとに取り込んだ出力を所定回数になるまで記憶させ、これら検出出力の平均をとり、平均値と設定電圧（Ｐ）により、地絡が発生したか否か判断する地絡検出処理を行う（ステップＳ２）。この地絡検出処理ついては、図７のフローチャートに従い後述する。そして、ステップＳ３に進み、地絡が発生していない場合には、ステップＳ１に戻り、前述の動作を繰り返す。
　制御装置２０は、地絡が発生と判断すると、地絡が発生した太陽電池ストリング１０を特定する（ステップＳ４）。地絡が発生している太陽電池ストリング１０に接続されている開閉器２３をＯＦＦ、すなわち、回路を遮断するように制御する（ステップＳ５）。
　続いて、制御装置２０は、地絡の発生並びに地絡の発生した太陽電池ストリング１０についての情報を内部の記憶装置２０４に格納する(ステップＳ６)。そして、集電箱２の情報、地絡の発生並びに地絡の発生した太陽電池ストリング１０についての情報を送信部２０３から通信路８介して主制御装置６へ送信する（ステップＳ７）。そして、その情報を表示装置２５に表示させて（ステップＳ８）、地絡処理を終了する。
　次に、制御装置２０における地絡検出処理ルーチンについて、図７に従い説明する。
　まず、制御装置２０には、地絡検出器２２からの出力により地絡が発生したか否かを判定するための設定電圧（Ｐ）が与えられる。この設定電圧（Ｐ）により、検出感度が決定される。この設定電圧（Ｐ）は、システムや通電される電流などを考慮して決められる。例えば、この設定電圧（Ｐ）を１０とする。一度の地絡検出器２２からの出力で制御装置２０が地絡判断すると、突発的なノイズなどで検出誤動作が生じることがある。そこで、この実施形態においては、何回か入力された検出出力の平均値をとり、この平均値と上記設定電圧（Ｐ）を比較して地絡の有無を判断するようにしている。このため、制御装置２０は、例えば、１秒ごとに地絡検出器２２からの検出出力を取り込み、その検出出力を所定回記憶させて、それらの平均値を算出する。また、地絡検出器２２からの検出出力は、地絡は発生していないが、ケーブル等が劣化すると徐々に大きくなる。そこで、この実施形態では、検出した検出出力により、信号の平均回数を調整することで検出感度を調整している。例えば、検出出力が大きくなる毎に、平均回数を減らし、検出感度を上げる。このため、まず、今検出しようとする検出値（Ｄ）の平均値（Ｄ）を算出する（Ｓ２１）。この実施形態では、この検出値（Ｄ）の値により、平均回数を調整する。最初の検出値（Ｄ）は、最も検出電圧（Ｄ）が高かった時と同じ回数検出出力を取り込み、その平均値（Ｄ）を算出する（Ｓ２１）。この実施形態は、５回分の検出出力の平均を算出し検出値（Ｄ）としている。
　続いて、検出出力が一番低く設定した値（Ａ）以下であるか否か判断する（ステップＳ２２）。この値（Ａ）は、例えば、設定電圧（Ｐ）の１／２とする。設定電圧（Ｐ）の１／２程度であれば、ケーブル等の劣化は殆どないので、検出感度を低くしていても問題が少ない。すなわち、ノイズ等により検出電圧が大きくなっても平均化されると設定電圧（Ｐ）未満になる場合が多い。そこで、ここでは、１秒ごとに地絡検出器２２から与えられる検出出力を２０回記憶装置に蓄え、その平均値（Ｄ１）を算出する（ステップＳ２３）。
　制御装置２０は、算出した平均値（Ｄ１）と設定電圧（Ｐ）とを比較し、平均値（Ｄ１）が設定電圧（Ｐ）以上であるか否か判断する（ステップＳ２４）。設定電圧（Ｐ）未満であると、地絡が発生していないと判断し、このルーチンを終了する。
　一方、設定電圧（Ｐ）以上であると、地絡が発生と判断し（ステップＳ２５）、このルーチンを終了する。
　ステップＳ２２で検出出力が一番低く設定した値（Ａ）を越えると判断されると、ステップＳ２６に進む（ステップＳ２６）。ステップＳ２６において、検出出力（Ｄ）がＡより大きくＢ以下であるか否か判断する。この値（Ｂ）は、例えば、設定電圧（Ｐ）の７／１０とする。この範囲に検出出力が入る場合には、ケーブル等の劣化が少し生じている場合がある。そのため、Ａ以下の場合よりは、検出感度を上げる。そこで、ここでは、１秒ごとに地絡検出器２２から与えられる検出出力を１０回記憶装置に蓄え、その平均値（Ｄ２）を算出する（ステップＳ２７）。なお、この範囲に入っていることは少しケーブル等に劣化がある場合があるので、近い将来にメンテナンスが必要であるなどの通知をすれば、急な地絡発生等の異常を防止することができる。
　制御装置２０は、算出した平均値（Ｄ２）と設定電圧（Ｐ）を比較し、平均値（Ｄ２）が設定電圧（Ｐ）以上であるか否か判断する（ステップＳ２８）。設定電圧（Ｐ）未満であると、地絡が発生していないと判断し、このルーチンを終了する。
　一方、設定電圧（Ｐ）以上であると、地絡が発生と判断し（ステップＳ２９）、このルーチンを終了する。
　ステップＳ２６で検出出力が設定した値（Ｂ）を越えると判断されると、ステップＳ３０に進む。値（Ｂ）越えると、ケーブル等の劣化が生じている可能性が大きい。そのため、更に、検出感度を上げる。そこで、ここでは、１秒ごとに地絡検出器２２から与えられる検出出力を５回記憶装置に蓄え、その平均値（Ｄ３）を算出する（ステップＳ３０）。なお、この範囲に入っていることはケーブル等に劣化がある場合が多いので、メンテナンスが必要であるなどの通知を行うことで、急な地絡発生等の異常を防止することができる。
　制御装置２０は、算出した平均値（Ｄ３）と設定電圧（Ｐ）を比較し、平均値（Ｄ３）が設定電圧（Ｐ）以上であるか否か判断する（ステップＳ３１）。設定電圧（Ｐ）未満であると、地絡が発生していないと判断し、このルーチンを終了する。
　一方、設定電圧（Ｐ）以上であると、地絡が発生と判断し（ステップＳ３２）、このルーチンを終了する。
　このように、設定電圧（Ｐ）と検出値（Ｄ）により、信号の取り込む回数を調整する。そして、検出値（Ｄ）が大きくなる毎に、段階的に検出感度を上げることで、誤検出を防ぐと共に地絡の検出も適切に行うことができる。
　次に、この発明のパワーコンディショナ４の制御装置４０における地絡検出処理について図８のフローチャートに従い説明する。
　地絡検出器４２からの出力がローパスフィルター４６でノイズ分を低減して制御装置４０に与えられる。制御装置４０は、地絡検出器４２から検出出力を、例えば、１秒ごとに取り込む（ステップＳ１１）。
　制御装置４０は、地絡検出器４２からの１秒ごとに取り込んだ出力を所定回数なるまで記憶させ、これら検出出力の平均をとり、平均値と設定電圧（Ｐ）により、地絡が発生したか否か判断する地絡検出処理を行う（ステップＳ１２）。この地絡検出処理ついては、前述した図７のフローチャートと同様の処理が行われる。尚、設定電圧（Ｐ）は、接続ケーブル３等のノイズを考慮して設定されるので、集電箱２における設定電圧とは異なり、この設定電圧の方が高く設定され、感度は低くなっている。
　制御装置４０は、地絡検出器４２からの出力により、地絡が発生したか否か判断する（ステップＳ１３）。地絡が発生していない場合には、ステップＳ１１に戻り、前述の動作を繰り返す。
　制御装置４０は、地絡が発生したことを検出すると、インバータ装置４１の制御を停止してインバータ装置４１を停止する（ステップＳ１４）。続いて、開閉器４４をＯＦＦして、パワーコンディショナ４と系統５との間の接続を切断する（ステップＳ１５）。そして、開閉器４３をＯＦＦし、インバータ装置４１と接続ケーブル３との間の接続を切断する(ステップＳ１６)。
　続いて、制御装置４０は、地絡の発生についての情報を内部の記憶装置に格納する(ステップＳ１７)。そして、地絡の発生を通信路８に送信する（ステップＳ１８）。この情報が通信路８を介して主制御装置６へ送信される。
　今回開示された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。この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。
　１０　太陽電池ストリング
　２　集電箱
　２０　制御装置
　２０ａ　算出部
　２０ｂ　判定部
　２６　ローパスフィルター
　２２　集電箱側検出器
　２３　開閉器
　２０　制御装置
　３　接続ケーブル
　４　パワーコンディショナ
　４０　制御装置
　４０ａ　算出部
　４０ｂ　判断部
　４６　ローパスフィルター
　４２　検出器
　４３　開閉器

Claims (16)

  1. 　直流電源の地絡を検出する地絡検出装置であって、
    　地絡を検出するための検出出力を出力する検出部と、
    　前記検出部からの出力を複数回得てその出力の平均値を算出する算出部と、
    　前記算出部で算出した平均値と設定値を比較し、地絡の有無を判断する判断部と、を備えたことを特徴とする地絡検出装置。
  2. 　前記検出部から得られる検出出力に応じて、前記算出部で平均値算出に用いる検出出力の出力値の個数を変更することを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
  3. 　前記検出部から得られる検出出力が大きいほど前記算出部で平均値算出に用いる検出出力の出力値の個数を少なくすることを特徴とする請求項２に記載の地絡検出装置。
  4. 　前記検出部は、前記直流電源からの電流の往路及び復路のケーブルから発生する差電流に基づいて前記検出力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。
  5. 　複数の太陽電池ストリングからの電力を集電する集電箱であって、
    　各太陽電池ストリングの地絡を検出するための検出出力を出力する検出部
    　前記検出部からの出力を複数回得てその出力の平均値を算出する算出部と、
    　前記算出部で算出した平均値と設定値を比較し、地絡の有無を判断する判断部と、
    　を備えたことを特徴とする集電箱。
  6. 　前記検出部から得られる検出出力に応じて、前記算出部で平均値算出に用いる検出出力の出力値の個数を変更することを特徴とする請求項５に記載の集電箱。
  7. 　前記検出部から得られる検出出力が大きいほど前記算出部で平均値算出に用いる検出出力の出力値の個数を少なくすることを特徴とする請求項６に記載の集電箱。
  8. 　前記検出部は、前記直流電源からの電流の往路及び復路のケーブルから発生する差電流に基づいて前記検出出力を出力することを特徴とする請求項５に記載の集電箱。
  9. 　前記太陽電池ストリングのそれぞれに対応して設けられ、前記太陽電池ストリングと接続ケーブルとの間に配置される開閉器と、
    　前記判断部の結果に応じて前記開閉器の開閉を制御する制御装置と、
    　を備えたことを特徴とする請求項５に記載の集電箱。
  10. 　複数の太陽電池ストリングと、このストリングからの電力を集電する集電箱と、複数の集電箱の電力が与えられ、この電力を交流電力に変換するインバータ装置を有するパワーコンディショナと、を備え、
    　前記集電箱は、各太陽電池ストリングの地絡を検出するための検出出力を出力する第１の検出部と、
    　前記第１の検出部からの出力を複数回得てその出力の平均値を算出する第１の算出部と、
    　前記第１の算出部で算出した平均値と設定値を比較し、地絡の有無を判断する第１の判断部と、
    　前記パワーコンディショナは、前記集電箱とパワーコンディショナとの間の接続ケーブルの地絡を検出する検出するための検出出力を出力する第２の検出部と、
    　前記第２の検出部からの出力を複数回得てその出力の平均値を算出する第２の算出部と、
    　前記第２の算出部で算出した平均値と設定値を比較し、地絡の有無を判断する第２の判断部と、
    　を有することを特徴とする太陽光発電装置。
  11. 　前記第１または第２の検出部から得られる検出出力に応じて、前記第１または第２の算出部で平均値算出に用いる検出出力の出力値の個数を変更することを特徴とする請求項１０に記載の太陽光発電装置。
  12. 　前記第１または第２の検出部から得られる検出出力が大きいほど前記第１または第２の算出部で平均値算出に用いる検出出力の出力値の個数を少なくすることを特徴とする請求項１１に記載の太陽光発電装置。
  13. 　前記第１の検出部は、前記太陽電池ストリングからの電流の往路及び復路のケーブルから発生する差電流に基づいて前記検出出力を出力することを特徴とする請求項１０に記載の太陽光発電装置。
  14. 　前記第２の検出部は、前記集電箱からの電流の往路及び復路のケーブルから発生する差電流に基づいて前記検出出力を出力することを特徴とする請求項１０に記載の太陽光発電装置。
  15. 　前記集電箱は、前記太陽電池ストリングのそれぞれに対応して設けられ、前記太陽電池ストリングと接続ケーブルとの間に配置される第１の開閉器と、
    　前記第１の判断部の結果に応じて前記第１の開閉器の開閉を制御する第１制御装置と、
    　を備えたことを特徴とする請求項１０記載の太陽光発電装置。
  16. 　前記パワーコンディショナは、前記インバータ装置と前記ケーブルとの間に配置される第２の開閉器と、
    　前記第２の判断部の結果に応じて前記第２の開閉器の開閉を制御する第２制御装置と、
    　を備えたことを特徴とする請求項１０記載の太陽光発電装置。
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