WO2017154274A1 - アーク検出装置 - Google Patents

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WO2017154274A1
WO2017154274A1 PCT/JP2016/084646 JP2016084646W WO2017154274A1 WO 2017154274 A1 WO2017154274 A1 WO 2017154274A1 JP 2016084646 W JP2016084646 W JP 2016084646W WO 2017154274 A1 WO2017154274 A1 WO 2017154274A1
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WO
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arc
current
solar cell
cell string
capacitor
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PCT/JP2016/084646
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English (en)
French (fr)
Inventor
岳史 蘆田
公平 冨田
Original Assignee
オムロン株式会社
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/50—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to the appearance of abnormal wave forms, e.g. ac in dc installations
    • 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
    • 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 an arc detection device applied to a DC power supply system.
  • a photovoltaic power generation system power generated by a solar cell is supplied to a power transmission network via a power conditioning system (hereinafter simply referred to as a PCS (Power Conditioning System)) including a DC / AC converter and the like. It has become so.
  • a power conditioning system hereinafter simply referred to as a PCS (Power Conditioning System)
  • a DC / AC converter DC / AC converter
  • the photovoltaic power generation system includes an arc detection device that detects the occurrence of an arc by measuring the alternating current of the arc with a current sensor.
  • the plurality of solar cell strings are connected in parallel in a connection box 112 and connected to the PCS 113 via the connection box 112 as shown in FIG. Has been.
  • the solar cell strings 111a and 111b are each formed by connecting a plurality of solar cell modules 115 in series.
  • Patent Document 2 discloses a power supply device G as a booster box 116.
  • the booster box 116 includes a booster circuit that boosts the output voltage of the solar cell string 111a so as to match the output voltage of the solar cell string 111b.
  • the current sensor 114 detects the alternating current of the electric arc. I can't.
  • the boost box 116 is normally configured by a boost chopper circuit, and the AC component of the electric arc is reduced by the inductor in the boost chopper circuit, and is inserted into the boost chopper circuit for voltage stabilization. This is because a high frequency component of the alternating current of the electric arc flows through the capacitor and does not flow through the current sensor 114.
  • FIG. 12 shows the alternating current waveform before and after the booster box 116 and the operation of the booster box 116 in this case.
  • (A) of FIG. 12 is a graph which shows the waveform of the alternating current of the arc non-generation state and the arc generation state in the front stage (the solar cell string 111a side) of the boost box 116.
  • FIG. 12B is a graph showing the waveform of the alternating current in the arc non-generated state and the arc generated state in the subsequent stage (on the connection box 112 side) of the booster box 116.
  • an object of the present invention is to provide an arc detection device that can detect an electric arc generated in a photovoltaic power generation system even when a booster box (a booster circuit) is present.
  • an arc detection device includes a first DC power source that generates or charges / discharges, a booster circuit that boosts an output voltage of the first DC power source, and the booster circuit.
  • a load device that consumes or converts output power; a pair of first power lines that connect the first DC power source and the booster circuit; and a pair of second power lines that connect the booster circuit and the load device.
  • An arc detection device applied to a direct-current power supply system comprising: a first capacitor connected in parallel with the booster circuit to form a bypass current path that bypasses the booster circuit; and a current flowing through the first capacitor
  • a first current measurement unit that measures current in a current path that can flow, and a first arc determination that determines the presence or absence of an arc based on a high-frequency component of the current measured by the first current measurement unit And it is configured to have a.
  • an electric arc generated in the solar power generation system can be detected even if the booster circuit is present in the solar power generation system.
  • FIG. 3 is a graph which shows the waveform of the alternating current of the arc non-generation state and arc generation state in the front
  • FIG. 3B is a graph showing the waveform of the alternating current in the arc non-generated state and the arc generated state in the latter stage of the booster box shown in FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing the waveform of the alternating current in the arc non-generated state and the arc generated state in the latter stage of the booster box shown in FIG.
  • FIG. 4A is a waveform diagram showing an FFT processing waveform of the current measured by the current sensor when no arc is generated in the photovoltaic power generation system shown in FIG. b) is a waveform diagram showing the FFT processing waveform of the current measured by the current sensor when an arc is generated in the photovoltaic power generation system.
  • FIG. 12 is a graph which shows the waveform of the alternating current of the arc non-generation state and the arc generation state in the front stage (solar cell string side) of the booster box shown in FIG.
  • B) of FIG. 12 is a graph showing a waveform of an alternating current in the arc non-generated state and the arc generated state in the latter stage (junction box side) of the boost box.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram illustrating a configuration of a photovoltaic power generation system including the arc detection device of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an arc detection processing unit of the arc detection device included in the photovoltaic power generation system illustrated in FIG. 1.
  • a photovoltaic power generation system (DC power supply system) 1 includes a solar cell string (first DC power supply) 11a, a booster box (boost circuit) 22, and a power conditioning system (hereinafter referred to as PCS (Power Conditioning System)). 13).
  • DC power supply system includes a solar cell string (first DC power supply) 11a, a booster box (boost circuit) 22, and a power conditioning system (hereinafter referred to as PCS (Power Conditioning System)). 13).
  • PCS Power Conditioning System
  • the solar cell string 11a is formed by connecting a large number of solar cell modules 21 in series.
  • Each solar cell module 21 includes a plurality of solar cells (not shown) connected in series, and is formed in a panel shape.
  • the solar cell string 11a is connected to the booster box 22 by a P-side power line (first power line) 17a and an N-side power line (first power line) 18a, and the booster box 22 is connected to the P-side power line (second power line). ) 17b and N-side power line (second power line) 18b (load device) is connected to PCS13.
  • the booster box 22 includes a booster circuit that boosts the output voltage of the solar cell string 11a.
  • the PCS 13 converts the DC power input from each solar cell string 11a into AC power and outputs it.
  • the solar power generation system 1 includes an arc detection device 61.
  • the arc detection device 61 includes a bypass current path 23, a capacitor (first capacitor) 19, a current sensor (first current measurement unit) 31a, and an arc detection processing unit (first arc determination unit) 32 (see FIG. 2). Yes.
  • the bypass current path 23 has a first end that is one end connected to the power line 17 a between the boost box 22 and the solar cell string 11 a, and a second end that is the other end connected to the boost box 22. It is connected to the power line 17 b between the PCS 13 and bypasses the booster box 22.
  • a capacitor 19 and a current sensor 31a are provided in series. That is, the capacitor 19 has a first electrode connected to the power line 17 a and a second electrode connected to the power line 17 b to form a bypass current path 23.
  • the capacitor 19 has a capacitance of 5 ⁇ F or more, for example.
  • the alternating current flowing through the bypass current path 23 is measured by the arc generated in the current sensor 31a and the solar cell string 11a.
  • the arc detection processing unit 32 has a conventionally known configuration, and includes, for example, an amplifier 41, a filter 42, an A / D conversion unit 43, and a CPU (central processing unit) 44 as shown in FIG.
  • the amplifier 41 amplifies the current measured by the current sensor 31a.
  • the filter 42 is a band pass filter (BPF), and allows only a current in a predetermined frequency range among currents output from the amplifier 41 to pass therethrough. As a result, it is possible to eliminate, from the current output from the amplifier 41, a frequency component current that contains a large amount of switching noise of the converter (DC-DC converter) included in the PCS 14.
  • the A / D converter 43 converts the analog current signal that has passed through the filter 42 into a digital signal and inputs the digital signal to the CPU 44.
  • the CPU 44 includes an FFT processing unit 51 and an arc presence / absence determination unit 52.
  • the FFT processing unit 51 performs FFT on the current digital signal input from the A / D conversion unit 43 to generate a power spectrum of the current.
  • the arc presence / absence determination unit 52 determines the presence / absence of arc generation based on the power spectrum of the current generated by the FFT processing unit 51.
  • FIG. 3 is a graph showing the waveform of the alternating current in the arc non-generated state and the arc generated state in the front stage of the booster box 22 (on the solar cell string 11a side).
  • FIG. 3B is a graph showing the waveform of the alternating current in the arc non-generated state and the arc generated state in the latter stage (PCS 13 side) of the booster box 22.
  • FIG. 4A is a waveform diagram showing the FFT processing waveform of the current measured by the current sensor 31a when no arc is generated in the solar cell string 11a.
  • FIG. 4B is a waveform diagram showing an FFT processing waveform of the current measured by the current sensor 31a when an arc is generated in the solar cell string 11a.
  • the solar cell string 11 a generates DC power, and the power generated by the solar cell string 11 a is input to the PCS 13 via the booster box 22. In this case, the direct current output from the solar cell string 11 a is blocked by the capacitor 19 and does not flow through the bypass current path 23.
  • the PCS 13 converts the DC power input through the booster box 22 into AC power and outputs the AC power.
  • the waveform of the alternating current in the front stage of the booster box 22 is the waveform of the arc non-generation state shown in FIG. Become. Therefore, the current measured by the current sensor 31a does not include the alternating current of the arc, and the waveform obtained by subjecting this current to the FFT processing by the FFT processing unit 51 is as shown in FIG.
  • the waveform of the alternating current in the previous stage (on the solar cell string 11a side) of the booster box 22 is the waveform of the arc generation state shown in FIG.
  • the alternating current of the arc does not flow through the booster box 22, but flows through the power line 17b from the power line 17a via the bypass current path 23. Therefore, the waveform of the alternating current in the subsequent stage (on the connection box 12 side) of the booster box 22 is the waveform of the arc generation state shown in FIG.
  • the arc alternating current is measured by a current sensor 31 a provided in the bypass current path 23.
  • the current measured by the current sensor 31a includes the alternating current of the arc, and the waveform obtained by performing FFT processing on this current in the FFT processing unit 51 is as shown in FIG.
  • the arc detection process part 32 can detect generation
  • the arc detection device 61 includes the bypass current path 23 for the booster box 22 in the solar cell string 11a provided with the booster box 22, and the capacitor 19 and the current sensor 31a are connected in series to the bypass current path 23. Is provided. Therefore, even when the booster box 22 is present in the solar power generation system 1, the alternating current of the arc generated in the solar cell string 11a can be measured by the current sensor 31a. Also, a large direct current does not flow in the bypass current path 23, and only a weak alternating current due to an arc flows. Therefore, the current sensor 31a can use a sensor with a small rated current, and can measure the arc current with good S / N.
  • the arc detecting device 61 can detect the arc generated in the solar cell string 11a with high accuracy even when the booster box 22 is present.
  • a capacitor 20 is also provided in parallel with the booster box 22 on the N-side power line 18 b. Provided. This also applies to the other embodiments described below.
  • FIG. 5 is a schematic circuit diagram showing a configuration of a photovoltaic power generation system including an arc detection device according to another embodiment of the present invention.
  • the arc detector 63 provided in the solar cell string 11 a is provided with only the capacitor 19 in the bypass current path 23, and the current sensor 31 is a power line between the booster box 22 and the PCS 13. 17b.
  • the alternating current of the arc generated in the solar cell string 11a flows through the power line 17a via the bypass current path 23 and can be measured by the current sensor 31a.
  • the arc detector 63 can detect the arc generated in the solar cell string 11a even when the booster box 22 is present.
  • FIG. 7 is a schematic circuit diagram illustrating a configuration of a photovoltaic power generation system including the arc detection device of the present embodiment.
  • the photovoltaic power generation system 1 includes a plurality of solar cell strings 11 a and 11 b, a booster box 22, a connection box 12, and a power conditioning system (hereinafter referred to as PCS (Power Conditioning System)) 13. Yes.
  • PCS Power Conditioning System
  • the number of solar cell strings provided in the solar power generation system 1 may be three or more.
  • the solar cell string (first DC power source) 11 a is connected to the PCS 13 via the boost box 22 and the connection box 12.
  • the solar cell string (second DC power supply) 11 b is connected to the PCS 13 via the connection box 12.
  • the connection box 12 connects the solar cell string 11a and the solar cell string 11b in parallel.
  • the solar cell string 11b includes a P-side power line (third power line) 17c connected to the solar cell string 11b at a forward branch point 17b1 on the P-side power line 17b.
  • An N-side power line (third power line) 18c connected and connected to the solar cell string 11b is connected to the power line 18b at a negative branch point 18b1 on the N-side power line 18b.
  • a backflow prevention diode (first backflow prevention element) 16a and a backflow prevention diode (second backflow prevention element) 16b are provided in the connection box 12.
  • the backflow prevention diode 16a is provided in the power line 17b between the booster box 22 and the forward branch point 17b1, and prevents the current from flowing in the direction opposite to the current supplied by the solar cell string 11a.
  • the backflow prevention diode 16b is provided in the power line 17c between the solar cell string 11b and the forward branch point 17b1, and prevents a current from flowing in the direction opposite to the current supplied by the solar cell string 11b.
  • the arrangement positions of the backflow prevention diodes 16a and 16b are not limited to the power lines 17b and 17c, but may be the power lines 18b and 18c.
  • the backflow prevention diodes 16a and 16b are arranged on the power lines 18b and 18c, the anode is connected to the PCS 13.
  • the booster box 22 boosts the output voltage of the solar cell string 11a so as to match the output voltage of the solar cell string 11b. That is, the number of solar cell modules 21 is different between the solar cell string 11a and the solar cell string 11b, and the solar cell string 11a is smaller than the solar cell string 11b. Therefore, the booster box 22 boosts the output voltage of the solar cell string 11a so as to eliminate the difference between the output voltage of the solar cell string 11a and the output voltage of the solar cell string 11b.
  • FIG. 7 shows an example in which two solar cell strings 11a and 11b are provided as a plurality of solar cell strings (first DC power source and second DC power source). Two or more solar cell strings may be provided. This also applies to other embodiments including a plurality of solar cell strings.
  • the solar power generation system 1 includes an arc detection device for each of the solar cell strings 11a and 11b.
  • the arc detector 64 provided in the solar cell string (first DC power source) 11a includes a capacitor (first capacitor) 19, a bypass current path 23 formed by the capacitor 19, and a current sensor (first current measuring unit) 31a.
  • the capacitor 25a is connected in parallel to the backflow prevention diode 16a.
  • capacitor (second capacitor) 25a is connected in parallel to the backflow prevention diode 16a is not limited to the configuration in which the capacitor 25a is connected in parallel only to the backflow prevention diode 16a.
  • a configuration in which the backflow prevention diode 16a and other circuit elements connected in series with the backflow prevention diode 16a are connected in parallel is also included. The same applies to the case where the capacitor (second capacitor) 25a is connected in parallel to the backflow prevention diode 16b as described below.
  • the arc detection device 65 provided in the solar cell string 11b includes a current sensor (second current measurement unit) 31b, an arc detection processing unit 32 (second arc determination unit) 32, and a capacitor (third capacitor) 25b. Yes.
  • the current sensor 31b is provided, for example, on the power line 17c between the solar cell string 11b and the connection box 12.
  • the current sensor 31b measures a current flowing through the power line 17b by an arc generated in the solar cell string 11b.
  • the capacitor 25b is connected in parallel to the backflow prevention diode 16b.
  • the capacitors 25a and 25b have a capacitance of 5 ⁇ F or more, for example.
  • the arc detectors 64 and 65 have a configuration in which the arc detection processing unit 32 is provided corresponding to each of the current sensors 31a and 31b, or currents measured by the current sensors 31a and 31b by the single arc detection processing unit 32. Any of the structures which process by time division may be sufficient. This point is the same in other embodiments including two current sensors 31a and 31b.
  • the backflow prevention diode 16a may be in a reverse bias state.
  • the backflow prevention diode 16a becomes reverse biased.
  • the backflow prevention diode 16a is not reverse-biased.
  • the current sensor 31a cannot measure the alternating current of the parallel arc.
  • a capacitor 25a is connected in parallel to the backflow prevention diode 16a. Therefore, even if the backflow prevention diode 16a is in a reverse bias state, the alternating current of the parallel arc generated in the solar cell string 11a flows through the capacitor 25a, and therefore can be measured by the current sensor 31a. Thereby, the arc detector 64 can detect the parallel arc generated in the solar cell string 11a.
  • the above operation of the arc detection device 64 by connecting the capacitor 25a in parallel with the backflow prevention diode 16a is the arc detection device when a parallel arc is generated in the solar cell string 11b and the backflow prevention diode 16b is in a reverse bias state.
  • the arc detection device 64 includes the bypass current path 23 for the booster box 22 in the solar cell string 11a provided with the booster box 22, and the capacitor 19 and the current sensor 31a are connected in series to the bypass current path 23. Is provided. Therefore, the alternating current of the generated arc can also be measured by the current sensor 31a for the solar cell string 11a in which the booster box 22 is provided. Thereby, similarly to the arc detection device 61, the arc detection device 64 can detect the arc generated in the solar cell string 11a with high accuracy even when the booster box 22 is present.
  • the arc detectors 64 and 65 include capacitors 25a and 25b connected in parallel to the backflow prevention diodes 16a and 16b, even if the backflow prevention diode 16a or the backflow prevention diode 16b is in a reverse bias state,
  • the alternating current of the parallel arc generated in the solar cell string 11a and the alternating current of the parallel arc generated in the solar cell string 11b can be measured by the current sensors 31a and 31b.
  • produced in the solar cell string 11a, 11b is detectable.
  • the current sensor 31b can cover the current sensor for arc detection and the current sensor for measuring the generated current of the solar cell string.
  • FIG. 8 is a schematic circuit diagram showing a configuration of a photovoltaic power generation system 1 including the arc detection device of the present embodiment.
  • the solar power generation system 1 includes arc detection devices 67 and 68 instead of the arc detection devices 64 and 65.
  • the capacitors 25a and 25b are connected in parallel only to the backflow prevention diodes 16a and 16b.
  • the capacitor 25a has a first electrode between the booster box 22 and the junction box 12 (backflow prevention diode 16a), and the bypass current path 23.
  • the connection point between the power line 17 b and the connection box 12, and the second electrode is connected to the power line 18 b between the booster box 22 and the connection box 12.
  • the capacitor 25b has a first electrode connected to the power line 17c between the current sensor 31b and the connection box 12 (backflow prevention diode 16b), and a second electrode connected to the solar cell string 11b and the connection box 12. It is connected to the power line 18c.
  • the power line 17b is connected to the power line 18b via the PCS 13 (a capacitor inside the PCS 13). Therefore, the capacitor (second capacitor) 25a is connected in parallel with at least the backflow prevention diode (first backflow prevention element) 16a.
  • the power line 17c is connected to the power line 18c via the PCS 13 (a capacitor inside the PCS 13). Therefore, the capacitor (third capacitor) 25b is connected in parallel with at least the backflow prevention diode (second backflow prevention element) 16b.
  • Other configurations of the arc detectors 64 and 65 are the same as those of the arc detectors 64 and 65 described above.
  • the operation of the arc detection devices 67 and 68 will be described below.
  • the arc detection devices 67 and 68 are arc detection devices 64 and 65 (arc detection devices 61 and 63). Similarly, the occurrence of arcs in the solar cell strings 11a and 11b can be detected.
  • the current sensor 31a or the current sensor 31b can measure the alternating current of the parallel arc, and the arc detector 67 Or the arc detection apparatus 68 can detect the parallel arc which generate
  • the arc detection device 67 accurately detects an arc generated in the solar cell string 11a even when the booster box 22 is present in the photovoltaic power generation system 1. Can be detected.
  • the arc detection devices 67 and 68 are similar to the arc detection devices 64 and 65, and the parallel arcs generated in the solar cell string 11a are exchanged even when the backflow prevention diode 16a or the backflow prevention diode 16b is in a reverse bias state.
  • the electric current and the parallel arc generated in the solar cell string 11b can be detected with high accuracy.
  • FIG. 9 is a schematic circuit diagram illustrating a configuration of a photovoltaic power generation system including an arc detection device according to still another embodiment of the present invention.
  • the solar power generation system 1 includes arc detection devices 66 and 65.
  • the arc detector 66 provided in the solar cell string 11a is different from the arc detector 64 shown in FIG.
  • the current sensor 31a includes the boost box 22 (bypass It is provided on the power line 17b between the connection path 12 (a connection point between the current path 23 and the power line 17b) and the connection box 12 (parallel arc-connected backflow prevention diode 16a and capacitor 25a).
  • the other configuration of the arc detection device 66 is the same as that of the arc detection device 64.
  • the arc detection device 67 accurately detects an arc generated in the solar cell string 11a even when the booster box 22 is present in the photovoltaic power generation system 1. Can be detected.
  • the arc detection devices 66 and 65 are generated in the solar cell string 11a even when the backflow prevention diode 16a or the backflow prevention diode 16b is in a reverse bias state, similarly to the arc detection devices 64 and 65 shown in FIG.
  • the parallel arc generated and the parallel arc generated in the solar cell string 11b can be detected with high accuracy.
  • FIG. 10 is a schematic circuit diagram illustrating a configuration of a photovoltaic power generation system including an arc detection device according to still another embodiment of the present invention.
  • the solar power generation system 1 includes arc detection devices 69 and 68.
  • the arc detector 69 provided in the solar cell string 11a is different from the arc detector 67 shown in FIG. 8 in that only the capacitor 19 is provided in the bypass current path 23, and the current sensor 31a includes the boost box 22 (bypass It is provided in the power line 17b between the connection box 12 (backflow prevention diode 16a) and the connection point of the current path 23 with the power line 17b.
  • condenser 25a is connected to the electric power line 17b between the current sensor 31b and the connection box 12 (backflow prevention diode 16a).
  • Other configurations of the arc detection device 69 are the same as those of the arc detection device 67.
  • the arc detector 69 can detect the arc generated in the solar cell string 11a with high accuracy even when the booster box 22 is present in the photovoltaic power generation system 1.
  • the arc detectors 69 and 68 are generated in the solar cell string 11a even when the backflow prevention diode 16a or the backflow prevention diode 16b is in a reverse bias state, similarly to the arc detection devices 67 and 68 shown in FIG.
  • the parallel arc generated and the parallel arc generated in the solar cell string 11b can be detected with high accuracy.
  • the arc detection device consumes the first DC power supply that generates or charges / discharges, the booster circuit that boosts the output voltage of the first DC power supply, and the output power of the booster circuit.
  • a DC power supply comprising a load device to be converted, a pair of first power lines connecting the first DC power source and the booster circuit, and a pair of second power lines connecting the booster circuit and the load device.
  • An arc detection device applied to a system wherein the first capacitor is connected in parallel with the booster circuit and forms a bypass current path that bypasses the booster circuit, and a current path through which a current flowing through the first capacitor can flow
  • a first current measurement unit that measures current
  • a first arc determination unit that determines the presence or absence of an arc based on a high-frequency component of the current measured by the first current measurement unit. It is formed.
  • the first DC power source is connected to the load device via the first power line, the booster circuit, and the second power line, and the first capacitor forms a bypass current path that bypasses the booster circuit.
  • the measurement unit measures the current in a current path through which the current flowing through the first capacitor can flow.
  • the first current measuring unit can measure the alternating current of the arc generated by the first DC power supply.
  • the arc detection device can detect the arc generated in the DC power supply system with high accuracy even when the DC power supply system includes a booster circuit.
  • the DC power supply system to which the arc detection device is applied further includes a second DC power source that generates or charges / discharges at a voltage higher than an output voltage of the first DC power source, and the second DC power source.
  • a second DC power source that generates or charges / discharges at a voltage higher than an output voltage of the first DC power source
  • the second DC power source Provided between the booster circuit and a pair of third power lines connecting a power source and the pair of second power lines, and a branch point where the pair of second power lines and the pair of third power lines are connected
  • a first backflow prevention element for preventing a current from flowing in a direction opposite to a current supplied by the first DC power supply, and one of the pair of third power lines, and supplied by the second DC power supply.
  • a second backflow prevention element for preventing a current from flowing in a direction opposite to the direction of the current, a second capacitor connected in parallel with the first backflow prevention element, and connected in parallel with the second backflow prevention element.
  • Third A second current measuring unit that measures current in a current path through which a current flowing through the third capacitor can flow, and a second unit that determines whether or not an arc is present based on a high-frequency component of the current measured by the second current measuring unit. It is good also as a structure which further has a 2 arc determination part.
  • the first backflow prevention element includes the first backflow prevention element for preventing the backflow of current to the first DC power supply, and the second backflow prevention element for preventing the backflow of current to the second DC power supply. And a third capacitor connected in parallel with the second backflow prevention element.
  • the output voltage of the first DC power supply decreases below the output voltage of the second DC power supply, and the first backflow prevention element enters a reverse bias state.
  • the alternating current of the parallel arc generated in the first DC power source flows through the second capacitor.
  • the 1st electric current measurement part can measure the alternating current of the parallel arc which generate
  • the arc detection apparatus can detect the parallel arc which generate
  • the second current measuring unit can measure the alternating current of the parallel arc generated in the second DC power supply, and the arc detection device can detect the parallel arc generated in the second DC power supply.
  • the first current measuring unit may measure current in the bypass current path.
  • the first current measuring unit measures the current in the bypass current path formed by the first capacitor and bypassing the booster circuit. Therefore, a large direct current does not flow through the first current measurement unit, and only a weak alternating current due to an arc flows.
  • the 1st electric current measurement part can use what has a small rated current, and can measure the electric current of an arc by favorable S / N.
  • the first arc determination unit and the second arc determination unit may include a single arc determination unit that functions as both arc determination units.
  • the number of arc determination units can be reduced.

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Abstract

昇圧回路が備える太陽光発電システムの電気アークを検出する。アーク検出装置（６１）は、太陽電池ストリング（１１ａ）を有する太陽光発電システム（１）の昇圧箱（２２）を迂回するバイパス電流経路（２３）を形成するコンデンサ（１９）、コンデンサ（１９）を流れる電流を計測する電流センサ（３１ａ）、および電流センサ（３１ａ）が計測する電流の高周波成分に基づきアークの有無を判定する第１アーク判定部を備える。

Description

アーク検出装置
　本発明は、直流電源システムに適用されるアーク検出装置に関する。
　従来、太陽光発電システムは、太陽電池により発電された電力が、直流交流変換器等を含むパワーコンディショニングシステム（以下、単にＰＣＳ（Power Conditioning System）と称する）を介して、電力送電網に供給されるようになっている。このような太陽光発電システムでは、システム内の回路等の故障によりアークを生じることがある。アークが発生した場合、アークの発生部分は高温になり、火災等を起こす恐れがある。そこで、太陽光発電システムは、アークの交流電流を電流センサにて計測することによりアークの発生を検出するアーク検出装置を備えている。
　特許文献１に記載の構成では、太陽電池（光電発電機）にて発電された電力が、ＤＣ電力線を介してインバータに供給されている。ＤＣ電力線には電流センサが設けられ、この電流センサが計測する電流に基づいて、アークの発生の有無を検出するようになっている。
　一方、複数の太陽電池ストリングを備えた太陽光発電システムでは、それら複数の太陽電池ストリングは、図１１に示すように、接続箱１１２にて並列に接続され、接続箱１１２を介してＰＣＳ１１３と接続されている。また、太陽電池ストリング１１１ａ，１１１ｂは、それぞれ複数の太陽電池モジュール１１５を直列接続することにより形成されている。
　ここで、例えば、図１１に示すように、太陽電池ストリング１１１ａの太陽電池モジュール１１５の数が太陽電池ストリング１１１ｂの数よりも少ない場合、太陽電池ストリング１１１ａと接続箱１１２との間には、昇圧箱１１６が設けられる。特許文献２には、昇圧箱１１６としての電源装置Ｇが開示されている。昇圧箱１１６は、太陽電池ストリング１１１ａの出力電圧を、太陽電池ストリング１１１ｂの出力電圧と合致するように昇圧する昇圧回路を備えている。
日本国公表特許公報「特表２０１４－５０９３９６号」 日本国特許掲載公報「特許０３５６２１１８号」
　ところが、図１１に示すように、昇圧箱１１６を設けた太陽電池ストリング１１１ａにおいて、直列アーク１２１または並列アーク１２２である電気アークが発生した場合、電流センサ１１４にて電気アークの交流電流を検出することができない。これは、昇圧箱１１６は、通常、昇圧チョッパ回路にて構成されており、昇圧チョッパ回路中のインダクタにより電気アークの交流成分が低減されること、電圧安定化のために昇圧チョッパ回路に挿入されているコンデンサに電気アークの交流電流の高周波成分が流れて、電流センサ１１４には流れないことが原因となっている。
　この場合の昇圧箱１１６の前後における交流電流の波形、および昇圧箱１１６の動作を示すと図１２のようになる。図１２の(ａ)は、昇圧箱１１６の前段（太陽電池ストリング１１１ａ側）におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。図１２の(ｂ)は、昇圧箱１１６の後段（接続箱１１２側）におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。
　図１２の（ａ）に示すとおり、アークが発生した場合は電流の高周波成分が増加するにも関わらず、昇圧箱１１６により増加した高周波成分が低減されてしまう。その結果、図１２の（ｂ）に示すとおり、アークにより発生した電流の高周波成分を電流センサ１１４では計測することができない。したがって、本発明は、昇圧箱（昇圧回路）が存在していても太陽光発電システムに生じた電気アークを検出することができるアーク検出装置の提供を目的としている。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様におけるアーク検出装置は、発電または充放電する第１直流電源と、前記第１直流電源の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路の出力電力を消費または変換する負荷装置と、前記第１直流電源と前記昇圧回路とを接続する一対の第１電力線と、前記昇圧回路と前記負荷装置とを接続する一対の第２電力線と、を備えた直流電源システムに適用されるアーク検出装置であって、前記昇圧回路と並列に接続され、前記昇圧回路を迂回するバイパス電流経路を形成する第１コンデンサと、前記第１コンデンサに流れる電流が流れ得る電流経路において電流を計測する第１電流計測部と、前記第１電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークの有無を判定する第１アーク判定部と、を有する構成である。
　本発明の一態様における構成によれば、太陽光発電システムに昇圧回路が存在していても、太陽光発電システムに生じた電気アークを検出することができる。
本発明の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。 図１に示した太陽光発電システムが備えるアーク検出装置のアーク検出処理部の構成を示すブロック図である。 図３の(ａ)は、図１に示した昇圧箱の前段におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。図３の(ｂ)は、図１に示した昇圧箱の後段におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。 図４の（ａ）は、図１に示した太陽光発電システムにおいて、アークが発生していない場合に電流センサにて計測された電流のＦＦＴ処理波形を示す波形図であり、図４の（ｂ）は、太陽光発電システムにおいて、アークが発生している場合に電流センサにて計測された電流のＦＦＴ処理波形を示す波形図である。 本発明の他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。 図１に示した昇圧箱が絶縁型昇圧箱である場合の太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。 本発明の他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。 本発明のさらに他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。 本発明のさらに他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。 本発明のさらに他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。 従来のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。 図１２の(ａ)は、図１１に示した昇圧箱の前段（太陽電池ストリング側）におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。図１２の(ｂ)は、上記昇圧箱の後段（接続箱側）におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。
　〔実施形態１〕
　本発明の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。図２は、図１に示した太陽光発電システムが備えるアーク検出装置のアーク検出処理部の構成を示すブロック図である。
　（太陽光発電システム１の構成）
　図１に示すように、太陽光発電システム（直流電源システム）１は、太陽電池ストリング（第１直流電源）１１ａ、昇圧箱（昇圧回路）２２およびパワーコンディショニングシステム（以下、ＰＣＳ（Power Conditioning System）と称する）１３を備えている。
　太陽電池ストリング１１ａは、多数の太陽電池モジュール２１が直列接続されて形成されている。各太陽電池モジュール２１は、直列接続された複数の太陽電池セル（図示せず）を備え、パネル状に形成されている。
　太陽電池ストリング１１ａはＰ側の電力線路（第１電力線）１７ａおよびＮ側の電力線路（第１電力線）１８ａによって昇圧箱２２と接続され、昇圧箱２２は、Ｐ側の電力線路（第２電力線）１７ｂおよびＮ側の電力線路（第２電力線）１８ｂによって（負荷装置）ＰＣＳ１３と接続されている。昇圧箱２２は、太陽電池ストリング１１ａの出力電圧を昇圧する昇圧回路を備えている。ＰＣＳ１３は、各太陽電池ストリング１１ａから入力した直流電力を交流電力に変換して出力する。
　（アーク検出装置の構成）
　太陽光発電システム１はアーク検出装置６１を備えている。アーク検出装置６１は、バイパス電流経路２３、コンデンサ（第１コンデンサ）１９、電流センサ（第１電流計測部）３１ａおよびアーク検出処理部（第１アーク判定部）３２（図２参照）を備えている。
　バイパス電流経路２３は、一端部である第１の端部が昇圧箱２２と太陽電池ストリング１１ａとの間の電力線路１７ａに接続され、他端部である第２の端部が昇圧箱２２とＰＣＳ１３との間の電力線路１７ｂに接続され、昇圧箱２２を迂回している。
　バイパス電流経路２３には、コンデンサ１９と電流センサ３１ａが直列に設けられている。すなわち、コンデンサ１９は、第１電極が電力線路１７ａに接続され、第２電極が電力線路１７ｂに接続され、バイパス電流経路２３を形成している。
　コンデンサ１９は、例えば５μＦ以上の静電容量を有する。電流センサ３１ａ、太陽電池ストリング１１ａに発生したアークによりバイパス電流経路２３を流れる交流電流を計測する。
　アーク検出処理部３２は、従来周知の構成であり、例えば図２に示すように、増幅器４１、フィルタ４２、Ａ／Ｄ変換部４３およびＣＰＵ（central processing unit）４４を備えている。
　増幅器４１は、電流センサ３１ａにて計測された電流を増幅する。フィルタ４２は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）であり、増幅器４１から出力される電流のうち、所定周波数範囲の電流のみを通過させる。これにより、増幅器４１から出力される電流から、ＰＣＳ１４が備えるコンバータ（ＤＣ－ＤＣコンバータ）のスイッチングノイズを多く含む周波数成分の電流を排除できるようにしている。Ａ／Ｄ変換部４３は、フィルタ４２を通過したアナログの電流の信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ４４へ入力する。
　ＣＰＵ４４は、ＦＦＴ処理部５１およびアーク有無判定部５２を備えている。ＦＦＴ処理部５１は、Ａ／Ｄ変換部４３から入力された電流のデジタル信号に対してＦＦＴを行い、電流のパワースペクトルを生成する。アーク有無判定部５２は、ＦＦＴ処理部５１が生成した電流のパワースペクトルに基づいて、アーク発生の有無を判定する。
　（太陽光発電システム１およびアーク検出装置６１の動作）
　上記の構成において、太陽光発電システム１およびアーク検出装置６１の動作について以下に説明する。
　図３の(ａ)は、昇圧箱２２の前段（太陽電池ストリング１１ａ側）におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。図３の(ｂ)は、昇圧箱２２の後段（ＰＣＳ１３側）におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形を示すグラフである。
　図４の（ａ）は、太陽電池ストリング１１ａにおいて、アークが発生していない場合に電流センサ３１ａにて計測された電流のＦＦＴ処理波形を示す波形図である。図４の（ｂ）は、太陽電池ストリング１１ａにおいて、アークが発生している場合に電流センサ３１ａにて計測された電流のＦＦＴ処理波形を示す波形図である。
　太陽電池ストリング１１ａは直流の電力を発電し、太陽電池ストリング１１ａが発電した電力は、昇圧箱２２を介してＰＣＳ１３へ入力される。この場合、太陽電池ストリング１１ａから出力される直流電流は、コンデンサ１９によって阻止され、バイパス電流経路２３を流れない。ＰＣＳ１３は、昇圧箱２２を介して入力された直流電力を交流電力に変換し、出力する。
　ここで、太陽電池ストリング１１ａにアークが発生していなければ、昇圧箱２２の前段（太陽電池ストリング１１ａ側）の交流電流の波形は、図３の(ａ)に示すアーク非発生状態の波形となる。したがって、電流センサ３１ａにて計測される電流はアークの交流電流を含まず、この電流をＦＦＴ処理部５１にてＦＦＴ処理した波形は、図４の（ａ）に示すようになる。
　一方、太陽電池ストリング１１ａにおいてアークが発生していれば、昇圧箱２２の前段（太陽電池ストリング１１ａ側）の交流電流の波形は、図３の(ａ)に示すアーク発生状態の波形となる。この場合、アークの交流電流は、昇圧箱２２を流れないものの、電力線路１７ａからバイパス電流経路２３を経由して電力線路１７ｂを流れる。したがって、昇圧箱２２の後段（接続箱１２側）の交流電流の波形は、図３の(ｃ)に示すアーク発生状態の波形となる。また、アークの交流電流は、バイパス電流経路２３に設けられている電流センサ３１ａにて計測される。
　したがって、電流センサ３１ａが計測する電流は、アークの交流電流を含むものとなり、この電流をＦＦＴ処理部５１にてＦＦＴ処理した波形は、図４の（ｂ）に示すようになる。これにより、アーク検出処理部３２は、電流センサ３１ａから入力された信号に基づいて、太陽電池ストリング１１ａにおけるアークの発生を検出することができる。
　（アーク検出装置６１の利点）
　上記のように、アーク検出装置６１は、昇圧箱２２が設けられている太陽電池ストリング１１ａに昇圧箱２２に対するバイパス電流経路２３を備え、このバイパス電流経路２３にコンデンサ１９および電流センサ３１ａが直列状態に設けられている。したがって、太陽光発電システム１に昇圧箱２２が存在する場合であっても、太陽電池ストリング１１ａにて発生したアークの交流電流を電流センサ３１ａにて計測することができる。また、バイパス電流経路２３には、直流の大電流は流れず、アークによる微弱な交流電流のみが流れる。したがって、電流センサ３１ａは、定格電流が小さいものを使用でき、良好なＳ／Ｎにてアークの電流を計測することができる。
　これにより、アーク検出装置６１は、昇圧箱２２が存在する場合であっても太陽電池ストリング１１ａにて発生したアークを高精度に検出することができる。
　なお、図１に示した太陽光発電システム１は、昇圧箱２２が絶縁型昇圧箱である場合、図６に示すように、Ｎ側の電力線路１８ｂにも昇圧箱２２と並列にコンデンサ２０が設けられる。この点は、以下の他の実施形態においても同様である。
　〔実施形態２〕
　本発明の他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
　図５は、本発明の他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。
　図５に示すように、太陽電池ストリング１１ａに設けられているアーク検出装置６３は、バイパス電流経路２３にコンデンサ１９のみが設けられ、電流センサ３１は、昇圧箱２２とＰＣＳ１３との間の電力線路１７ｂに設けられている。
　上記の構成によれば、太陽電池ストリング１１ａに発生したアークの交流電流は、バイパス電流経路２３を経由して電力線路１７ａを流れ、電流センサ３１ａにて計測することができる。これにより、アーク検出装置６３は、昇圧箱２２が存在する場合であっても太陽電池ストリング１１ａにて発生したアークを検出することができる。
　〔実施形態３〕
　本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図７は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。
　（太陽光発電システム１の構成）
　図７に示すように、太陽光発電システム１は、複数の太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂ、昇圧箱２２、接続箱１２およびパワーコンディショニングシステム（以下、ＰＣＳ（Power Conditioning System）と称する）１３を備えている。なお、太陽光発電システム１が備える太陽電池ストリングの数は、３以上であってもよい。
　太陽電池ストリング（第１直流電源）１１ａは、昇圧箱２２および接続箱１２を介してＰＣＳ１３と接続されている。太陽電池ストリング（第２直流電源）１１ｂは接続箱１２を介してＰＣＳ１３と接続されている。接続箱１２は、太陽電池ストリング１１ａと太陽電池ストリング１１ｂとを並列接続している。
　具体的には、太陽電池ストリング１１ｂは、太陽電池ストリング１１ｂと接続されたＰ側の電力線路（第３電力線）１７ｃが、Ｐ側の電力線路１７ｂ上の正分岐点１７ｂ１において、電力線路１７ｂと接続され、太陽電池ストリング１１ｂと接続されたＮ側の電力線路（第３電力線）１８ｃが、Ｎ側の電力線路１８ｂ上の負分岐点１８ｂ１において、電力線路１８ｂと接続されている。
　接続箱１２の内部には、逆流防止ダイオード（第１逆流防止素子）１６ａおよび逆流防止ダイオード（第２逆流防止素子）１６ｂが設けられている。逆流防止ダイオード１６ａは、昇圧箱２２と正分岐点１７ｂ１との間の電力線路１７ｂに設けられ、太陽電池ストリング１１ａにより供給される電流と逆方向に電流が流れることを防止している。逆流防止ダイオード１６ｂは、太陽電池ストリング１１ｂと正分岐点１７ｂ１との間の電力線路１７ｃに設けられ、太陽電池ストリング１１ｂにより供給される電流と逆方向に電流が流れることを防止している。なお、逆流防止ダイオード１６ａ，１６ｂの配置位置は、電力線路１７ｂ，１７ｃに限定されず、電力線路１８ｂ，１８ｃであってもよい。なお、逆流防止ダイオード１６ａ，１６ｂを電力線路１８ｂ，１８ｃに配置した場合には、アノードがＰＣＳ１３と接続される方向になる。
　昇圧箱２２は、太陽電池ストリング１１ａの出力電圧を、太陽電池ストリング１１ｂの出力電圧と合致するように昇圧している。すなわち、太陽電池モジュール２１の数は、太陽電池ストリング１１ａと太陽電池ストリング１１ｂとで異なり、太陽電池ストリング１１ｂよりも太陽電池ストリング１１ａの方が少なくなっている。そこで、昇圧箱２２は、太陽電池ストリング１１ａの出力電圧と太陽電池ストリング１１ｂの出力電圧との差を解消するように、太陽電池ストリング１１ａの出力電圧を昇圧している。
　なお、図７は、複数の太陽電池ストリング（第１直流電源、第２直流電源）として、二つの太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂを備えた例について示しているが、太陽光発電システム１は、三つ以上の太陽電池ストリングを備えていてもよい。この点は、複数の太陽電池ストリングを備えた他の実施形態においても同様である。
　（アーク検出装置の構成）
　太陽光発電システム１は、太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂ毎にアーク検出装置を備えている。太陽電池ストリング（第１直流電源）１１ａに設けられているアーク検出装置６４は、コンデンサ（第１コンデンサ）１９、コンデンサ１９によって形成されるバイパス電流経路２３、電流センサ（第１電流計測部）３１ａ、アーク検出処理部（第１アーク判定部、第２アーク判定部）３２およびコンデンサ（第２コンデンサ）２５ａを備えている。コンデンサ２５ａは、逆流防止ダイオード１６ａに対して並列に接続されている。
　なお、コンデンサ（第２コンデンサ）２５ａが逆流防止ダイオード１６ａに対して並列に接続されていることは、コンデンサ２５ａが逆流防止ダイオード１６ａのみに並列接続されている構成に限定されず、コンデンサ２５ａが、逆流防止ダイオード１６ａおよび逆流防止ダイオード１６ａと直列接続された他の回路要素と並列接続されている構成も含む。この点は、下記のように、コンデンサ（第２コンデンサ）２５ａが逆流防止ダイオード１６ｂに対して並列に接続されている場合についても同様である。
　太陽電池ストリング１１ｂに設けられているアーク検出装置６５は、電流センサ（第２電流計測部）３１ｂ、アーク検出処理部３２（第２アーク判定部）３２およびコンデンサ（第３コンデンサ）２５ｂを備えている。電流センサ３１ｂは、太陽電池ストリング１１ｂと接続箱１２との間の例えば電力線路１７ｃに設けられている。電流センサ３１ｂは、太陽電池ストリング１１ｂに発生したアークにより電力線路１７ｂを流れる電流を計測する。コンデンサ２５ｂは、逆流防止ダイオード１６ｂに対して並列に接続されている。コンデンサ２５ａ，２５ｂは、例えば５μＦ以上の静電容量を有する。
　なお、アーク検出装置６４，６５は、アーク検出処理部３２を電流センサ３１ａ，３１ｂに対応してそれぞれ備えている構成、または単一のアーク検出処理部３２によって電流センサ３１ａ，３１ｂが計測した電流を時分割にて処理する構成のいずれであってもよい。この点は、２個の電流センサ３１ａ，３１ｂを備えている他の実施形態においても同様である。
　（太陽光発電システム１およびアーク検出装置６４，６５の動作）
　上記の構成において、太陽光発電システム１およびアーク検出装置６４，６５の動作について以下に説明する。太陽電池ストリング１１ａにおいてアークが発生していれば、アークの交流電流は、昇圧箱２２を流れないものの、バイパス電流経路２３を流れて電流センサ３１ａにて計測される。また、太陽電池ストリング１１ｂにおいてアークが発生していれば、アークの交流電流は電力線路１７ｂを流れて電流センサ３１ｂにて計測される。これにより、アーク検出装置６４，６５は、太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂにおけるアークの発生を検出することができる。
　また、例えば太陽電池ストリング１１ａにおいて並列アークが発生し、太陽電池ストリング１１ａの出力電圧が太陽電池ストリング１１ｂの出力電圧よりも低下すると、逆流防止ダイオード１６ａは逆バイアスの状態となることがある。昇圧箱２２が機能を発揮できないほどに太陽電池ストリング１１ａの出力電圧が低下すると、逆流防止ダイオード１６ａは逆バイアスとなる。一方、太陽電池ストリング１１ａの出力電圧の低下が昇圧箱２２が機能を発揮できる程度であれば、逆流防止ダイオード１６ａは逆バイアスとならない。
　逆流防止ダイオード１６ａが逆バイアスの状態となる場合、逆流防止ダイオード１６ａにコンデンサ２５ａが並列接続されていなければ、太陽電池ストリング１１ａにて発生した並列アークの交流電流は、逆流防止ダイオード１６ａによって阻止される。したがって、電流センサ３１ａは、並列アークの交流電流を計測することができない。
　これに対し、アーク検出装置６４では、逆流防止ダイオード１６ａにコンデンサ２５ａが並列接続されている。したがって、逆流防止ダイオード１６ａが逆バイアスの状態であっても、太陽電池ストリング１１ａにて発生した並列アークの交流電流は、コンデンサ２５ａを介して流れるので、電流センサ３１ａにより計測することができる。これにより、アーク検出装置６４は、太陽電池ストリング１１ａにて発生した並列アークを検出することができる。
　逆流防止ダイオード１６ａにコンデンサ２５ａを並列接続したことによるアーク検出装置６４の上記動作は、太陽電池ストリング１１ｂにおいて並列アークが発生し、逆流防止ダイオード１６ｂが逆バイアスの状態となった場合のアーク検出装置６５の動作についても同様である。
　上記の点は、太陽電池ストリングに逆流防止ダイオードが設けられ、逆流防止ダイオードをバイパスコンデンサが設けられている他の実施形態の構成においても同様である。
　（アーク検出装置６４，６５の利点）
　上記のように、アーク検出装置６４は、昇圧箱２２が設けられている太陽電池ストリング１１ａに昇圧箱２２に対するバイパス電流経路２３を備え、このバイパス電流経路２３にコンデンサ１９および電流センサ３１ａが直列状態に設けられている。したがって、昇圧箱２２が設けられている太陽電池ストリング１１ａについても、発生したアークの交流電流を電流センサ３１ａにて計測することができる。これにより、アーク検出装置６４は、アーク検出装置６１と同様、昇圧箱２２が存在する場合であっても太陽電池ストリング１１ａにて発生したアークを高精度に検出することができる。
　さらに、アーク検出装置６４，６５は、逆流防止ダイオード１６ａ，１６ｂに並列接続されたコンデンサ２５ａ，２５ｂを備えているので、逆流防止ダイオード１６ａまたは逆流防止ダイオード１６ｂが逆バイアスの状態であっても、太陽電池ストリング１１ａにて発生した並列アークの交流電流、および太陽電池ストリング１１ｂにて発生した並列アークの交流電流を電流センサ３１ａ，３１ｂにより計測することができる。これにより、太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂにて発生した並列アークを検出することができる。なお、本実施形態において、電流センサ３１ａには微弱な交流電流のみが流れるため、計測範囲が狭く分解能の高い電流センサを用いることが可能である。ただし、太陽電池ストリング１１ａの発電電流を測定することはできない。このことは、電流センサ３１ａをコンデンサ２５ａに直列接続した場合でも同様である。また、電流センサ３１ｂをコンデンサ２５ｂに直列接続した場合も同様である。
　一方、電流センサ３１ｂには太陽電池ストリング１１ｂによって発電された直流電流も流れるため、分解能の高い電流センサを用いることはできないが、太陽電池ストリング１１ｂの発電電流を測定することが可能となる。これによりアーク検出用の電流センサと太陽電池ストリングの発電電流測定用の電流センサを１つの電流センサ３１ｂにより賄うことが可能である。
　〔実施形態４〕
　本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
　（太陽光発電システム１およびアーク検出装置６７，６８の構成）
　図８は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システム１の構成を示す概略の回路図である。本実施形態において、太陽光発電システム１は前記のアーク検出装置６４，６５に代えてアーク検出装置６７，６８を備えている。
　図７に示したアーク検出装置６４，６５では、コンデンサ２５ａ，２５ｂは、逆流防止ダイオード１６ａ，１６ｂのみに対して並列接続されていた。これに対し、アーク検出装置６７では、図８に示すように、コンデンサ２５ａは、第１電極が、昇圧箱２２と接続箱１２（逆流防止ダイオード１６ａ）との間であって、バイパス電流経路２３と電力線路１７ｂとの接続点と接続箱１２との間に接続され、第２電極が、昇圧箱２２と接続箱１２との間の電力線路１８ｂに接続されている。また、コンデンサ２５ｂは、第１電極が、電流センサ３１ｂと接続箱１２（逆流防止ダイオード１６ｂ）との間の電力線路１７ｃに接続され、第２電極が、太陽電池ストリング１１ｂと接続箱１２との間の電力線路１８ｃと接続されている。
　ここで、電力線路１７ｂは、ＰＣＳ１３（ＰＣＳ１３の内部のコンデンサ）を介して電力線路１８ｂと接続されている。したがって、コンデンサ（第２コンデンサ）２５ａは、少なくとも逆流防止ダイオード（第１逆流防止素子）１６ａと並列に接続されている。同様に、電力線路１７ｃは、ＰＣＳ１３（ＰＣＳ１３の内部のコンデンサ）を介して電力線路１８ｃと接続されている。したがって、コンデンサ（第３コンデンサ）２５ｂは、少なくとも逆流防止ダイオード（第２逆流防止素子）１６ｂと並列に接続されている。アーク検出装置６４，６５の他の構成は、前記のアーク検出装置６４，６５と同様である。
　（アーク検出装置６７，６８の動作）
　上記の構成において、アーク検出装置６７，６８の動作について以下に説明する。太陽電池ストリング１１ａにおいてアークが発生している場合、および太陽電池ストリング１１ｂにおいてアークが発生している場合、アーク検出装置６７，６８は、アーク検出装置６４，６５（アーク検出装置６１，６３）と同様にして、太陽電池ストリング１１ａ，１１ｂにおけるアークの発生を検出することができる。
　また、逆流防止ダイオード１６ａまたは逆流防止ダイオード１６ｂが逆バイアスの状態になった場合であっても、同様に、電流センサ３１ａまたは電流センサ３１ｂは、並列アークの交流電流を計測でき、アーク検出装置６７またはアーク検出装置６８は、太陽電池ストリング１１ａまたは太陽電池ストリング１１ｂにて発生した並列アークを検出することができる。
　（アーク検出装置６７，６８の利点）
　アーク検出装置６７は、アーク検出装置６４（アーク検出装置６１）と同様、太陽光発電システム１に昇圧箱２２が存在する場合であっても、太陽電池ストリング１１ａにて発生したアークを高精度に検出することができる。
　さらに、アーク検出装置６７，６８は、アーク検出装置６４，６５と同様、逆流防止ダイオード１６ａまたは逆流防止ダイオード１６ｂが逆バイアスの状態であっても、太陽電池ストリング１１ａにて発生した並列アークの交流電流、および太陽電池ストリング１１ｂにて発生した並列アークを高精度に検出することができる。
　〔実施形態５〕
　本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
　（太陽光発電システム１およびアーク検出装置６６，６５の構成）
　図９は、本発明のさらに他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。図９に示すように、本実施形態において、太陽光発電システム１は、アーク検出装置６６，６５を備えている。太陽電池ストリング１１ａに設けられているアーク検出装置６６は、図７に示したアーク検出装置６４とは異なり、バイパス電流経路２３にコンデンサ１９のみが設けられ、電流センサ３１ａは、昇圧箱２２（バイパス電流経路２３の電力線路１７ｂとの接続点）と接続箱１２（並列アーク接続された逆流防止ダイオード１６ａおよびコンデンサ２５ａ）との間の電力線路１７ｂに設けられている。アーク検出装置６６の他の構成は、アーク検出装置６４と同様である。
　（アーク検出装置６６，６５の利点）
　アーク検出装置６７は、アーク検出装置６３（アーク検出装置６１）と同様、太陽光発電システム１に昇圧箱２２が存在する場合であっても、太陽電池ストリング１１ａにて発生したアークを高精度に検出することができる。
　さらに、アーク検出装置６６，６５は、図７に示したアーク検出装置６４，６５と同様、逆流防止ダイオード１６ａまたは逆流防止ダイオード１６ｂが逆バイアスの状態であっても、太陽電池ストリング１１ａにて発生した並列アーク、および太陽電池ストリング１１ｂにて発生した並列アークを高精度に検出することができる。
　〔実施形態６〕
　本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
　（太陽光発電システム１およびアーク検出装置６９，６８の構成）
　図１０は、本発明のさらに他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略の回路図である。図１０に示すように、本実施形態において、太陽光発電システム１は、アーク検出装置６９，６８を備えている。太陽電池ストリング１１ａに設けられているアーク検出装置６９は、図８に示したアーク検出装置６７とは異なり、バイパス電流経路２３にコンデンサ１９のみが設けられ、電流センサ３１ａは、昇圧箱２２（バイパス電流経路２３の電力線路１７ｂとの接続点）と接続箱１２（逆流防止ダイオード１６ａ）との間の電力線路１７ｂに設けられている。なお、コンデンサ２５ａの第１電極は、電流センサ３１ｂと接続箱１２（逆流防止ダイオード１６ａ）との間の電力線路１７ｂに接続されている。アーク検出装置６９の他の構成は、アーク検出装置６７と同様である。
　（アーク検出装置６９，６８の利点）
　アーク検出装置６９は、アーク検出装置６８と同様、太陽光発電システム１に昇圧箱２２が存在する場合であっても、太陽電池ストリング１１ａにて発生したアークを高精度に検出することができる。
　さらに、アーク検出装置６９，６８は、図８に示したアーク検出装置６７，６８と同様、逆流防止ダイオード１６ａまたは逆流防止ダイオード１６ｂが逆バイアスの状態であっても、太陽電池ストリング１１ａにて発生した並列アーク、および太陽電池ストリング１１ｂにて発生した並列アークを高精度に検出することができる。
　以上のように、本発明の一態様におけるアーク検出装置は、発電または充放電する第１直流電源と、前記第１直流電源の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路の出力電力を消費または変換する負荷装置と、前記第１直流電源と前記昇圧回路とを接続する一対の第１電力線と、前記昇圧回路と前記負荷装置とを接続する一対の第２電力線と、を備えた直流電源システムに適用されるアーク検出装置であって、前記昇圧回路と並列に接続され、前記昇圧回路を迂回するバイパス電流経路を形成する第１コンデンサと、前記第１コンデンサに流れる電流が流れ得る電流経路において電流を計測する第１電流計測部と、前記第１電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークの有無を判定する第１アーク判定部と、を有する構成である。
　上記の構成によれば、第１直流電源は第１電力線、昇圧回路および第２電力線を介して負荷装置と接続され、第１コンデンサは昇圧回路を迂回するバイパス電流経路を形成し、第１電流計測部は、第１コンデンサに流れる電流が流れ得る電流経路において電流を計測する。
　したがって、昇圧回路が存在する場合であっても、第１電流計測部は、第１直流電源にて発生したアークの交流電流を計測することができる。これにより、アーク検出装置は、直流電源システムに昇圧回路が存在する場合であっても、直流電源システムにて発生したアークを高精度に検出することができる。
　上記のアーク検出装置において、前記アーク検出装置が適用される直流電源システムは、さらに、前記第１直流電源の出力電圧よりも高い電圧で発電または充放電する第２直流電源と、前記第２直流電源と前記一対の第２電力線とを接続する一対の第３電力線と、前記一対の第２電力線と前記一対の第３電力線とが接続される分岐点のいずれかと前記昇圧回路との間に設けられ、前記第１直流電源により供給される電流と逆方向に電流が流れることを防ぐ第１逆流防止素子と、前記一対の第３電力線のいずれかに設けられ、前記第２直流電源により供給される電流と逆方向に電流が流れることを防ぐ第２逆流防止素子と、を備え、前記第１逆流防止素子と並列に接続された第２コンデンサと、前記第２逆流防止素子と並列に接続された第３コンデンサと、前記第３コンデンサに流れる電流が流れうる電流経路において電流を計測する第２電流計測部と、前記第２電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークの有無を判定する第２アーク判定部と、をさらに有する、構成としてもよい。
　上記の構成によれば、第１直流電源への電流の逆流を防ぐ第１逆流防止素子、および第２直流電源への電流の逆流を防ぐ第２逆流防止素子を備え、かつ第１逆流防止素子と並列に接続された第２コンデンサ、および第２逆流防止素子と並列に接続された第３コンデンサを備えている。
　したがって、例えば第１直流電源において並列アークが発生し、第１直流電源の出力電圧が第２直流電源の出力電圧よりも低下して、第１逆流防止素子が逆バイアスの状態となったとしても、第１直流電源において発生した並列アークの交流電流は、第２コンデンサを介して流れる。これにより、第１電流計測部は、第１直流電源において発生した並列アークの交流電流を計測でき、アーク検出装置は、第１直流電源において発生した並列アークを検出することができる。同様にして、第２電流計測部は、第２直流電源において発生した並列アークの交流電流を計測でき、アーク検出装置は、第２直流電源において発生した並列アークを検出することができる。
　上記のアーク検出装置において、前記第１電流計測部は前記バイパス電流経路において電流を計測する構成としてもよい。
　上記の構成によれば、第１電流計測部は、第１コンデンサにて形成され、昇圧回路を迂回するバイパス電流経路において電流を計測する。したがって、第１電流計測部には、直流の大電流は流れず、アークによる微弱な交流電流のみが流れる。これにより、第１電流計測部は、定格電流が小さいものを使用でき、良好なＳ／Ｎにてアークの電流を計測することができる。
　上記のアーク検出装置において、前記第１アーク判定部と前記第２アーク判定部とは、これら両アーク判定部の機能を兼ねる単一のアーク判定部からなる、構成としてもよい。
　上記の構成によれば、アーク判定部の数を削減することができる。
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　　１　　　太陽光発電システム（直流電源システム）
　１１ａ　　太陽電池ストリング（第１直流電源）
　１１ｂ　　太陽電池ストリング（第２直流電源）
　１２　　　接続箱
　１３　　　パワーコンディショニングシステム（負荷装置）
　１６ａ　　逆流防止ダイオード（第１逆流防止素子）
　１６ｂ　　逆流防止ダイオード（第２逆流防止素子）
　１７ａ　　電力線路（第１電力線）
　１８ａ　　電力線路（第１電力線）
　１７ｂ　　電力線路（第２電力線）
　１７ｂ１　正分岐点
　１８ｂ　　電力線路（第２電力線）
　１８ｂ１　負分岐点
　１７ｃ　　電力線路（第３電力線）
　１８ｃ　　電力線路（第３電力線）
　１９　　　コンデンサ（第１コンデンサ）
　２１　　　太陽電池モジュール
　２２　　　昇圧箱（昇圧回路）
　２３　　　バイパス電流経路
　２５ａ　　コンデンサ（第２コンデンサ）
　２５ｂ　　コンデンサ（第３コンデンサ）
　３１ａ　　電流センサ（第１電流計測部）
　３１ｂ　　電流センサ（第２電流計測部）
　３２　　　アーク検出処理部（第１アーク判定部、第２アーク判定部）
61,63～69　アーク検出装置

Claims (4)

  1. 　発電または充放電する第１直流電源と、
    　前記第１直流電源の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、
    　前記昇圧回路の出力電力を消費または変換する負荷装置と、
    　前記第１直流電源と前記昇圧回路とを接続する一対の第１電力線と、
    　前記昇圧回路と前記負荷装置とを接続する一対の第２電力線と、
    　を備えた直流電源システムに適用されるアーク検出装置であって、
    　前記昇圧回路と並列に接続され、前記昇圧回路を迂回するバイパス電流経路を形成する第１コンデンサと、
    　前記第１コンデンサに流れる電流が流れ得る電流経路において電流を計測する第１電流計測部と、
    　前記第１電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークの有無を判定する第１アーク判定部と、
    を有するアーク検出装置。
  2. 　前記アーク検出装置が適用される直流電源システムは、
    　前記第１直流電源の出力電圧よりも高い電圧で発電または充放電する第２直流電源と、
    　前記第２直流電源と前記一対の第２電力線とを接続する一対の第３電力線と、
    　前記一対の第２電力線と前記一対の第３電力線とが接続される分岐点のいずれかと前記昇圧回路との間に設けられ、前記第１直流電源により供給される電流と逆方向に電流が流れることを防ぐ第１逆流防止素子と、
    　前記一対の第３電力線のいずれかに設けられ、前記第２直流電源により供給される電流と逆方向に電流が流れることを防ぐ第２逆流防止素子と、
    を備え、
    　前記第１逆流防止素子と並列に接続された第２コンデンサと、
    　前記第２逆流防止素子と並列に接続された第３コンデンサと、
    　前記第３コンデンサに流れる電流が流れうる電流経路において電流を計測する第２電流計測部と、
    　前記第２電流計測部により計測された電流の高周波成分に基づきアークの有無を判定する第２アーク判定部と、
    をさらに有する、
    請求項１に記載のアーク検出装置。
  3. 　前記第１電流計測部は前記バイパス電流経路において電流を計測する請求項１に記載のアーク検出装置。
  4. 　前記第１アーク判定部と前記第２アーク判定部とは、これら両アーク判定部の機能を兼ねる単一のアーク判定部からなる、請求項２に記載のアーク検出装置。
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