(57)【要約】      （修正有）【課題】ＤＣアーク放電と負荷スイッチングノイズとを区別することのできる、ＤＣ電源システムにおけるアーク放電を検出するシステムおよび方法を提供する。【解決手段】複数の予め決められた時間間隔内で、予め決められた時間間隔毎のパルスカウントＰＣと、予め決められた時間間隔毎のパルス持続時間ＰＤとを少なくとも判定する。前記予め決められた時間間隔毎のパルスカウントＰＣおよび前記予め決められた時間間隔毎のパルス持続時間ＰＤは、ＤＣ電源システムにおける起こり得るアーク放電事象の数および強度に対応し得る。ひとつもしくは複数のアーク故障検出アルゴリズムを使用してＰＣおよびＰＤを処理し、ＤＣアークと負荷スイッチングノイズとを高められた信頼性を持って区別し、アーク故障指示７１８を出力する。【選択図】図７
2014182126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ電源システムのアーク放電を検出する方法であって、
複数の電流センサによる複数の電流出力のそれぞれを監視し、
前記複数の電流出力を結合し、結合された電流出力を比較器へ提供し、
時間（ｄｉ／ｄｔ）での前記結合された電流出力の少なくともひとつの変化に応答して、前記比較器により１つもしくは複数のパルスを発生させ、
ＤＣ電源システム内でのアーク放電の存在を決定するためにプロセッサにより各パルスを処理し、
ＤＣ電源システム内でのアーク放電の存在を示す出力を前記プロセッサにより発生させるステップを含む、方法。
【請求項２】
各パルスは関連した期間を有し、前記方法はさらに、少なくとも１つの予め決められた時間期間のパルス数をプロセッサによりカウントし、前記予め決められた時間期間のパルス数を提供し、
前記予め決められた時間間隔の各パルスの持続時間の変動を前記プロセッサにより測定し、
前記パルスカウントに対する各パルスの持続時間の変動の第１の比を前記プロセッサにより計算し、
前記第１の比の少なくとも一部に基づきＤＣ電源システムのアーク放電の存在を前記プロセッサにより判定し、
ＤＣ電源システムのアーク放電の存在を示す出力を前記プロセッサにより発生させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
アーク放電の存在の判定は、前記第１の比が第１の特定の閾値を超えることの判定を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記パルス数のカウントは、複数の予め決められた時間間隔の各パルス数のカウントを含み、各予め決められた時間間隔についてのパルス数を提供し、さらに各パルスの持続時間の変動の測定は、各予め決められた時間間隔の各パルスの持続時間の変動の測定を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の比の計算は、各予め決められた時間間隔の後に前記パルスカウントの平均を計算すること、各予め決められた時間間隔の後に各パルスの持続時間の変動の平均を計算すること、および各パルスの持続時間の変動の平均と前記パルスカウントの平均に基づき前記第１の比を計算することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
方法はさらに、前記予め決められた時間間隔における各パルスの持続時間の変調を前記プロセッサにより測定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
方法はさらに、各パルスの持続時間の変調に対する各パルスの持続時間の変動の第２の比を前記プロセッサにより計算することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記アーク放電の存在の判定は、前記第１の比及び前記第２の比の少なくとも一部に基づきＤＣ電源システムのアーク放電の存在を判定することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記アーク放電の存在の判定は、前記第１の比が第１の特定された閾値を超えることの判定、および前記第２の比が第２の特定された閾値を超えることの判定を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記各パルスの持続時間の変動の測定は、複数の予め決められた時間間隔についての各パルスの持続時間の変動の測定を含み、さらに前記各パルスの持続時間の変調の測定は、前記複数の予め決められた時間間隔についての各パルスの持続時間の変調の測定を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の比の計算は、各予め決められた時間間隔の後に各パルスの持続時間の変動の平均を計算すること、各予め決められた時間間隔の後に各パルスの持続時間の変調の平均を計算すること、および各パルスの持続時間の変動の平均と各パルスの持続時間の変調の平均に基づき前記第２の比を計算することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
方法はさらに、前記予め決められた時間間隔についてのパルスカウントの変動を前記プロセッサにより測定することを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
方法はさらに、前記パルスカウントに対するパルスカウントの変動の１つまたは複数の第３の比と、各パルスの持続時間に対する各パルスの持続時間の変動の第４の比を前記プロセッサにより計算することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記アーク放電の存在の判定は、前記第１の比、１つもしくは複数の前記第２の比、前記第３の比、および前記第４の比の少なくとも１部に基づきＤＣ電源システムのアーク放電の存在を判定することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記アーク放電の存在の判定は、前記第１の比が第１の特定された閾値を超えることの判定、前記第２の比が第２の特定された閾値を超えることの判定、前記第３の比が第３の特定された閾値を超えることの判定、および前記第４の比が第４の特定された閾値を超えることの判定を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記アーク放電の存在の判定はさらに、前記パルスカウントが第５の特定された閾値を超えることの判定、および各パルスの持続時間が第６の特定された閾値を超えることの判定を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記パルスカウントの変動の測定は、複数の予め決められた時間間隔についてのパルスカウントの変動の測定を含み、さらに前記各パルスの持続時間の変動の測定は、前記複数の予め決められた時間間隔についての各パルスの持続時間の変動の測定を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第３の比の計算は、各予め決められた時間間隔の後にパルスカウントの変動の平均を計算すること、各予め決められた時間間隔の後にパルスカウントの平均を計算すること、および前記パルスカウントの変動の平均と前記パルスカウントの平均に基づき前記第３の比を計算することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第４の比の計算は、各予め決められた時間間隔の後に各パルスの持続時間の変動の平均を計算すること、各予め決められた時間間隔の後に各パルスの持続時間の平均を計算すること、および各パルスの持続時間の変動の平均と各パルスの持続時間の平均に基づき前記第４の比を計算することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
ＤＣ電源システムのアーク放電を検出するシステムであって、
複数の電流出力を監視するように動作する複数の電流センサであって、当該複数の電流センサは結合された電流出力を提供するように構成されかつ配置される、前記複数の電流センサと、時間（ｄｉ／ｄｔ）の前記結合された電流出力の少なくとも１つの変化に応答して１つまたは複数のパルスを発生させるように動作するコンパレータと、
各パルスを処理するように動作するプロセッサであって、ＤＣ電源システムのアーク放電の存在を判定し、かつＤＣ電源システムのアーク放電の存在を示す出力を発生する、前記プロセッサと、を含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本出願は、“ＤＣアークと負荷スイッチングノイズとを区別するシステムおよび方法”という表題の、２０１２年１１月１６日に出願されたアメリカ合衆国出願番号１３／６７９，０３９の一部係属（ＣＩＰ）出願である。
【０００２】
本出願は概して電気回路におけるアーク放電の検出に関し、より具体的には、直流（ＤＣ）電源システムにおいてアーク放電と負荷スイッチングノイズとを区別するシステムおよび方法に関する。
【０００３】
近年、太陽電池（ＰＶ）システムのようなＤＣ電源システムが、バッテリー充電から交流電流（ＡＣ）グリッドへの電力供給に至るまで、住宅用および産業用アプリケーションにおいてますます採用されてきている。そのようなＰＶシステムは、ひとつもしくは複数のＰＶストリングに直列に接続された複数のＰＶモジュール（例えば、ソーラーパネル）を含み得る。多数のＰＶストリングは並列に接続され得、コンバイナボックスを介して充電器もしくはインバータの負荷を最終的に駆動するために配線され得る。典型的なＰＶシステムでは、各々のＰＶモジュールは５０Ｖｄｃで最大およそ１０アンペアの電流出力を発生させるよう構成され得、また各々のＰＶストリングはＰＶストリングに結合されたＰＶモジュールの数に応じて、最大およそ１０００Ｖｄｃもしくはそれ以上の電圧出力を生成するよう構成され得る。さらに、並列に接続されたＰＶストリングは典型的なＰＶシステムの総電流出力を最大およそ２００アンペアもしくはそれ以上に上昇するよう構成され得る。
【０００４】
上述のＰＶシステムのようなＤＣ電源システムは比較的高い電流および電圧出力を発生させるよう構成され得るので、そのような電源システムにおけるアーク放電を検出するシステムおよび方法が必要である。例えば、電流出力および電圧出力がそれぞれおよそ２００アンペアおよび１０００Ｖｄｃであり得る典型的なＰＶシステムでは、直列アーク放電はＰＶ電源ケーブルを切断することにより生成され得、並列アーク放電はＰＶ電源ケーブルを短絡させることにより生成され得、地絡アーク放電はグランドへのＰＶ電源ケーブルを短絡させることにより生成され得る。しかしながら、電源システムにおけるアーク放電を検出する公知のシステムおよび方法は、これまで、直列アーク放電、並列アーク放電、地絡アーク放電等と、充電器負荷や、インバータ負荷、ＤＣ‐ＤＣ負荷スイッチング、ＤＣ‐ＡＣ負荷スイッチング、ＤＣ切断スイッチ、無線周波数（ＲＦ）ピックアップ、ＤＣ電力線通信等により発生されるノイズとを、高いレベルの信頼性をもって区別することが概してできなかった。
【発明の概要】
【０００５】
本出願によれば、向上された信頼性を持ってＤＣアークと負荷スイッチングノイズとを区別し得る、ＤＣ電源システムにおけるアーク放電を検出するシステムおよび方法が開示される。ＤＣ電源システムにおけるアーク放電を検出するそのようなシステムのひとつは、複数の電流出力をそれぞれ監視するよう作動する、家庭内走行ケーブルもしくはあらゆる他の適切な配線走行で提供される複数の電流センサを含む。複数の電流センサは、並列、直列、もしくは並列／直列の相互接続のあらゆる適切な組み合わせで構成かつ配置されて、結合された電流出力信号を提供する。システムはさらに、整流器と、フィルタと、比較器と、パルス積分器と、プロセッサとを含む。複数の電流センサは、太陽電池（ＰＶ）システムのようなＤＣ電源システムの複数の電流出力をそれぞれ監視し、ひとつもしくは複数のアーク放電イベントを示す可能性のある、ひとつもしくは複数の重大なｄｉ／ｄｔイベントを表す高周波数ＡＣ電流情報を含む結合された電流出力信号を提供する。整流器は、電流センサからＡＣ電流情報を含む結合された電流出力信号を受け取り、当該結合された電流出力信号を整流したものを、後続のフィルタリングのためにフィルタへ提供する。ＡＣ電流情報を含む結合された電流出力信号が、代替的に整流される前にフィルタされても良いことが理解される。比較器はフィルタされた信号を受け取り、起こり得るアーク放電イベントに応じて、ひとつもしくは複数のパルスを発生させる。パルス積分器は比較器からパルスを受け取り、個々のパルスの持続時間または幅を示す出力を発生させる。プロセッサもまた比較器からパルスを受け取り、複数の予め定められた時間間隔以内で、予め定められた時間間隔毎のパルスカウント（ＰＣ）を決定する。パルスカウントは、起こり得るアーク放電イベントの数に対応し得るものである。プロセッサはさらに、パルス積分器により発生された出力を受け取り、個々の予め定められた時間間隔以内で、予め定められた時間間隔毎のパルス持続時間（ＰＤ）を決定する。パルス持続時間は、個々の起こり得るアーク放電イベントの強度に対応し得るものである。プロセッサはその後、ＤＣアークと負荷スイッチングノイズとをより適切に区別するために、ひとつもしくは複数のアーク故障検出アルゴリズムを用いてＰＣおよびＰＤを処理する。
【０００６】
ひとつの態様では、プロセッサは、各々の予め定められた時間間隔の最後に、２つの変数の値、すなわち平均パルスカウント（ＡＰＣ）と平均パルス持続時間変動（ＡＰＤＦ）とを算出する。例えば、プロセッサは、各々の予め定められた時間間隔の最後に、直近の時間間隔でのＰＤと、直近の時間間隔よりも前のひとつかふたつ、もしくはそれ以上の時間間隔で生じる時間間隔でのＰＤとの差の絶対値を取ることによって、もしくはあらゆるその他の適切な技術によって、パルス持続時間変動（ＰＤＦ）を算出し得る。プロセッサはさらに、各々の時間間隔の最後に、ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が第１の規定の閾値を上回るかどうかを判断する。ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が個々の時間間隔の最後に第１の規定の閾値を上回る場合、その時間間隔は実際のアーク放電イベントが発生したであろう間隔であると見なされる。例えば、ＡＤＰＦ／ＡＰＣ比が個々の時間間隔の間に第１の規定の閾値を上回るとプロセッサが判断するならば、プロセッサは出力“１”もしくはその他の適切な出力を発生させ得る。そうでない場合には、プロセッサは、出力“０”もしくはその他の適切な出力を発生させ得る。プロセッサは、複数の時間間隔で発生された出力（１もしくは０）の平均値を求め、個々の出力の平均値が第２の規定の閾値を上回るならば、実際のアーク放電が発生したらしいと推定され、プロセッサはそのようなアーク放電を示す別の出力を発生させる。この方法で、プロセッサは複数の時間間隔でのＰＤＦを評価することができ、複数の時間間隔でのＰＤＦが高いならば、プロセッサは、実際のアーク放電が発生したらしいことを示す出力を発生させ得る。
【０００７】
別の態様では、プロセッサは各々の予め定められた時間間隔の最後に、３つの変数の値、すなわち、ＡＰＣと、ＡＰＤＦと、平均パルス持続時間変調（ＡＰＤＭ）とを算出する。例えば、プロセッサは、４分の１の時間間隔おきの各々の予め定められた時間間隔の間にＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４という４つのＰＤ測定を行い、かつ各々の時間間隔の最後にＡＰＤＭを算出することにより、次の通りＡＰＤＭを算出することができる。
ＡＰＤＭ＝｜ＡＰＤ１＋ＡＰＤ２−ＡＰＤ３−ＡＰＤ４｜＋｜ＡＰＤ１−ＡＰＤ２−ＡＰＤ３＋ＡＰＤ４｜
ここで、 “ＡＰＤ１”とは複数の予め定められた時間間隔での“ＰＤ１”測定の平均値であり、“ＡＰＤ２”とは複数の予め定められた時間間隔での“ＰＤ２”測定の平均値であり、“ＡＰＤ３”とは複数の予め定められた時間間隔での“ＰＤ３”測定の平均値であり、“ＡＰＤ４”とは複数の予め定められた時間間隔での“ＰＤ４”の平均値である。もしくは、プロセッサはその他の適切な技術によりＡＰＤＭを算出し得る。プロセッサはさらに、各々の時間間隔の最後に、ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が第１の規定の閾値を上回るかどうかと、ＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比が第２の規定の閾値を上回るかどうかを判断する。個々の時間間隔の最後に、ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が第１の規定の閾値を上回り、かつＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比が第２の規定の閾値を上回ると判断される場合、その時間間隔は、実際のアーク放電イベントが発生し得た間隔であると見なされる。例えば、個々の時間間隔の間に、ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が第１の規定の閾値を上回り、かつＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比が第２の規定の閾値を上回るとプロセッサが判断するならば、プロセッサは出力“１”もしくはその他の適切な出力を発生させ得る。そうでない場合には、プロセッサは出力“０”もしくはその他の適切な出力を発生させ得る。プロセッサは複数の時間間隔で発生された出力（１もしくは０）の平均値を求め、個々の出力の平均値が第３の規定の閾値を上回るならば、実際のアーク放電が発生したらしいと推定されて、プロセッサはそのようなアーク放電を示す別の出力を発生させる。この方法で、プロセッサは、実際のアーク放電と、グリッドタイインバータの負荷のような非常にノイズの多い負荷とをより確実に区別することができる。
【０００８】
さらなる態様では、プロセッサは５つの変数の値、すなわちＡＰＣ、ＡＰＤＦ、ＡＰＤＭ、平均パルス幅（ＡＰＤ）、および平均パルスカウント変動（ＡＰＣＦ）を、各々の予め定められた時間間隔の最後に算出する。例えば、プロセッサは、直近の時間間隔でのＰＣと、直近の時間間隔よりも前のひとつかふたつ、もしくはそれ以上の間隔で生じる時間間隔でのＰＣとの差の絶対値を取ることにより、もしくはその他の適切な技術により、ＡＰＣＦを算出し得る。プロセッサはさらに、各々の時間間隔の最後に、ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が第１の規定の閾値を上回るかどうか、ＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比が第２の規定の閾値を上回るかどうか、ＡＰＣＦ／ＡＰＣ比が第３の規定の閾値を上回るかどうか、ＡＰＤＦ／ＡＰＤ比が第４の規定の閾値を上回るかどうか、ＡＰＣが第５の規定の閾値を上回るかどうか、および、ＡＰＤが第６の規定の閾値を上回るかどうか、を判断する。個々の時間間隔の最後に、ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が第１の規定の閾値を上回り、ＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比が第２の規定の閾値を上回り、ＡＰＣＦ／ＡＰＣ比が第３の規定の閾値を上回り、ＡＰＤＦ／ＡＰＤ比が第４の規定の閾値を上回り、ＡＰＣが第５の規定の閾値を上回り、ＡＰＤが第６の規定の閾値を上回ると判断される場合、その時間間隔は実際のアーク放電イベントが発生し得た間隔であると見なされる。プロセッサはそれゆえ出力“１”もしくはその他の適切な出力を発生し得る。そうでない場合には、プロセッサは出力“０”もしくはその他の適切な出力を発生し得る。プロセッサは複数の時間間隔で発生された出力（１もしくは０）の平均値を求め、個々の出力の平均値が第７の規定の閾値を上回るならば、実際のアーク放電が発生したと推定して、プロセッサはそのようなアーク放電を示す別の出力を発生させる。この方法で、ＤＣ電源システムには、負荷ノイズに対するアーク放電を示す、いくつかの最小レベルの正規化された平均値変動があることが推定され得る。
【０００９】
複数の予め定められた時間間隔の中で、予め定められた時間間隔毎のパルスカウント（ＰＣ）と、予め定められた時間間隔毎のパルス変動（ＰＤ）とを少なくとも判断して（この場合、ＰＣおよびＰＤはＤＣ電源システムにおいて起こり得るアーク放電イベントの数および強度にそれぞれ対応し得る）、ひとつもしくは複数のアーク故障検出アルゴリズムを用いてＰＣおよびＰＤを処理することによって、ＤＣ電源システムにおけるアーク放電を検出する開示されるシステムおよび方法は、ＤＣアークと負荷スイッチングノイズとを向上された信頼性を持って区別することができる。
【００１０】
本発明のその他の特徴、機能および態様が以下の詳細な説明により明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付の図面は、詳細な説明とともに、ここで説明されるひとつもしくは複数の実施例を表し、かつこれらの実施例を説明するものである。
【００１２】
【図１ａ】図１ａは、典型的な太陽電池（ＰＶ）システムのブロック図を表す。
【００１３】
【図１ｂ】図１ｂは、様々なタイプのアーク放電の起こり得る配置をさらに示す、図１ａのＰＶシステムを表す。
【００１４】
【図１ｃ】図１ｃは、図１ｂに示された様々なタイプのアーク放電を検出するためのアーク故障検出器の起こり得る位置をさらに示す、図１ａのＰＶシステムを表す。
【００１５】
【図２】図２は、本出願によるＤＣ電源システムにおけるアーク放電を検出するための例示的なシステムのブロック図を表す。
【００１６】
【図３ａ】図３ａは、図２のシステムを使用した、ＤＣ電源システムにおけるアーク放電を検出する第１の例示的な方法のフロー図を表す。
【００１７】
【図３ｂ】図３ｂは、図２のシステムを使用した、ＤＣ電源システムにおけるアーク放電を検出する第２の例示的な方法のフロー図を表す。
【００１８】
【図３ｃ】図３ｃは、図２のシステムを使用した、ＤＣ電源システムにおけるアーク放電を検出する第３の例示的な方法のフロー図を表す。
【００１９】
【図４ａ】図４ａは、図２のシステムを使用した、インバータ負荷のスタートアップ中、および連続的なインバータノイズがある場合のアーク放電の間に発生され得る、例示的なパルスストリームデータの図表を表す。
【図４ｂ】図４ｂは、図２のシステムを使用した、インバータ負荷のスタートアップ中、および連続的なインバータノイズがある場合のアーク放電の間に発生され得る、例示的なパルスストリームデータの図表を表す。
【図４ｃ】図４ｃは、図２のシステムを使用した、インバータ負荷のスタートアップ中、および連続的なインバータノイズがある場合のアーク放電の間に発生され得る、例示的なパルスストリームデータの図表を表す。
【図４ｄ】図４ｄは、図２のシステムを使用した、インバータ負荷のスタートアップ中、および連続的なインバータノイズがある場合のアーク放電の間に発生され得る、例示的なパルスストリームデータの図表を表す。
【００２０】
【図５ａ】図５ａは、図２のシステムを使用した、時間間隔の数の関数として測定されかつ算出され得る例示的な変数の図表を表す。
【図５ｂ】図５ｂは、図２のシステムを使用した、時間間隔の数の関数として測定されかつ算出され得る例示的な変数の図表を表す。
【図５ｃ】図５ｃは、図２のシステムを使用した、時間間隔の数の関数として測定されかつ算出され得る例示的な変数の図表を表す。
【００２１】
【図６ａ】図６ａは、図２のシステムを使用した、負荷スイッチングノイズからＤＣアークを区別するための例示的な技術の図表を表す。
【図６ｂ】図６ｂは、図２のシステムを使用した、負荷スイッチングノイズからＤＣアークを区別するための例示的な技術の図表を表す。
【図６ｃ】図６ｃは、図２のシステムを使用した、負荷スイッチングノイズからＤＣアークを区別するための例示的な技術の図表を表す。
【００２２】
【図７】図７は、本出願による、ＤＣ電源システムの連続アーク放電を検出するための例示的なシステムのブロック図を表す。
【詳細な説明】
【００２３】
図１ａは、典型的なＤＣ電源システム、具体的には太陽電池（ＰＶ）システム１００を表す。このようなＰＶシステムは、バッテリー充電から交流電流（ＡＣ）グリッドへの電力供給に至るまで、住宅用および産業用アプリケーションにおいてますます採用されてきている。ＰＶシステム１００は、複数のＰＶモジュール（例えばソーラーパネル）１０１．１〜１０１．ｎ、１０３．１〜１０３．ｍ、１０５．１〜１０５．ｐと、コンバイナボックス１０４と、負荷１０６とを含む。図１に示される通り、ＰＶモジュール１０１．１〜１０１．ｎは、第１のＰＶストリング１０２．１を形成するよう直列に接続され、ＰＶモジュール１０３．１〜１０３．ｍは、第２のＰＶストリング１０２．２を形成するよう直列に接続され、かつＰＶモジュール１０５．１〜１０５．ｐは、第３のＰＶストリング１０２．３を形成するよう直列に接続される。さらに、第１、第２および第３のＰＶストリング１０２．１、１０２．２、１０２．３は並列に接続され得、コンバイナボックス１０４を介して最終的に負荷１０６を駆動するために配線され得る。負荷１０６は、充電器負荷やインバータ負荷、もしくはその他の適切な負荷であり得る。図１ａにさらに示される通り、コンバイナボックス１０４は、各々のＰＶストリングのためのストリングフューズ１０８と、サージプロテクタ１１０とを含み得る。ＰＶシステム１００は、ＤＣ切断スイッチ１１２も含むことができる。ＰＶシステム１００が、その他の適切な数のＰＶストリングを形成するために直列に接続されるその他の適切な数のＰＶモジュールを含むよう代替的に構成され得ることが理解される。
【００２４】
図１ｂは、アーク放電が発生する可能性のあるＰＶシステム１００内の多数の例示的な配置１２１‐１２９を表す。例えば、直列アーク放電は、位置１２１、１２５、１２９で発生する可能性があり、並列アーク放電は、位置１２２、１２６で発生する可能性があり、地絡アーク放電は、位置１２３、１２４、１２７、１２８で発生する可能性がある。さらに、図１ｃは、アーク故障検出器（ＡＦＤ）１３２、１３４、１３６がそのような起こり得るアーク放電を検出するために設置され得る、ＰＶシステム１００内のいくつかの例示的な位置を表す。例えば、ＡＦＤ１３２、１３４は、ＰＶストリングが結合されるコンバイナボックス１０４内に位置され得、ＡＦＤ１３６は負荷１０６に近接して位置され得る。その他の適切な数のＡＦＤがＰＶシステム１００内のその他の適切な位置でアーク放電を検出するよう採用され得ることが理解される。
【００２５】
図２は、本出願による、ＤＣ電源システムにおけるアーク放電を検出するための例示的なシステム２００を表す。例えば、システム２００は、向上された信頼性をもってＤＣアークと負荷スイッチングノイズとを区別するために、ＰＶシステム１００内のＡＦＤ１３２、１３４、１３６のようなひとつもしくは複数のＡＦＤ内で実行され得る。図２に示される通り、システム２００は、電流センサ２０２と、整流器２０４と、フィルタ２０６と、比較器２０８と、パルス積分器２１０と、プロセッサ２１２とを含む。電流センサ２０２は、ＤＣ電源システムの電流出力を監視するための変流器として実行され得る。例えば、変流器として実行される電流センサ２０２は、正（＋）のＤＣ電力線か負（−）のＤＣ電力線のどちらかに直列に接続され得る。電流センサ２０２は、ひとつもしくは複数の起こり得るアーク放電事象を示し得る、ひとつもしくは複数の重大なｄｉ／ｄｔ事象を表す高周波数ＡＣ電流情報を含む信号を提供する。整流器２０４は、全波整流器として実行され得るものであり、電流センサ２０２からのＡＣ電流情報を含む信号を受け取り、当該信号の全波整流されたものを後続のハイパスフィルタリングのためにフィルタ２０６へ提供する。
【００２６】
比較器２０８は、フィルタされた信号を受け取り、起こり得るアーク放電事象に応じて、ひとつもしくは複数のパルスをライン２１４に発生させる。パルス積分器２１０は比較器２０８から当該パルスを受け取り、個々のパルスの持続時間を示す出力をライン２１６に発生させる。マイクロコントローラとして実行され得るプロセッサ２１２も比較器からパルスをライン２１４で受け取る。プロセッサ２１２は、複数の予め定められた時間間隔内で、起こり得るアーク放電事象の数に対応することができる時間間隔当たりのパルスカウント（ＰＣ）を決定する。プロセッサ２１２はさらに、パルス積分器２１０により発生された出力をライン２１６で受け取り、個々の予め定められた時間間隔内で、個々の起こり得るアーク放電事象の強度に対応することができる時間間隔当たりパルス持続時間（ＰＤ）を決定する。１つもしくは複数のアーク障害検出アルゴリズムを用いて、ここにさらに説明されるように、プロセッサ２１２は、少なくともＰＣおよびＰＤを処理して、ＤＣアークと負荷スイッチングノイズとを良好に差別化し、少なくともいくつかの時間で、出力として障害指示２１８を発生させる。
【００２７】
ＤＣ電源システムにおけるアーク放電を検出する第１の例示的な方法３００ａは、図２と同様に、図３ａを参照して以下で説明される。方法３００ａを使用して、システム２００は、複数の予め定められた時間間隔でのＰＤの変動を評価することができ、個々の時間間隔でのＰＤの変動が高いと判定するならば、システム２００はアーク故障指示２１８を発生し得、これにより、実際のアーク放電が発生した可能性のあることを示す。例えば、各々の予め定められた時間間隔は、何れかの適切な時間間隔に等しくすることができる。いくつかの実施例では、予め定められた時間間隔は、ＡＣ電力線への電磁的な結合を最小化するために、かつ、グリッド結合インバータの負荷により発生されるスイッチングノイズを低減するために、ＡＣグリッドサイクル期間の約２分の１に等しくすることができる。ステップ３０２に表される通り、プロセッサ２１２は、２つの変数の値、すなわち平均パルススカウント（ＡＰＣ）と平均パルス持続時間変動（ＡＰＤＦ）とを、各々の時間間隔の最後に算出する。例えば、そのような平均化は、余分なメモリを要することなく変数値を保持する一次のローパスフィルタを用いて達成され得る。いわゆるスパッタリングアークは、数は少ないが、連続的なアーク放電よりもより強度があり得るので、そのような平均化により、スパッタリングアークは、より連続的なアーク放電と同様に、他のノイズソースからより適切に区別され得る。このような平均化の時定数は、およそ２０ミリ秒から２００ミリ秒までの範囲であるか、もしくは他の適切な時間の値であり得る。
【００２８】
プロセッサ２１２は、各々の予め定められた時間間隔の最後に、直近の時間間隔でのＰＤと、直近の時間間隔よりもひとつかふたつ、もしくはそれ以上前で生じる時間間隔でのＰＤとの差の絶対値を取ることによって、もしくはその他の適切な技術によって、パルス持続時間変動（ＰＤＦ）を算出し得る。ステップ３０４で表される通り、プロセッサ２１２は、各々の時間間隔の最後に、ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が第１の規定の閾値Ｃ１を越えるか否か判定する。ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が第１の規定の閾値Ｃ１を個々の時間間隔の最後で上回る場合、その時間間隔は、実際のアーク放電事象が発生し得た間隔であると見なされる。例えば、ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が各々の時間間隔の間に第１の規定の閾値Ｃ１を上回るとプロセッサ２１２が判定するならば、ステップ３０６に表される通り、プロセッサ２１２は出力“１”もしくはその他の適切な出力を発生させ得る。そうでない場合には、ステップ３０８に表される通り、プロセッサ２１２は、出力“０”もしくはその他の適切な出力を発生させ得る。ステップ３１０で表される通り、プロセッサ２１２は、複数の予め定められた時間間隔で発生された出力（１および／もしくは０）を平均化する。例えば、そのような平均化は、複数の時間間隔で、ローパスフィルタ、累積和（ランニングサム）、もしくは事象カウンタを用いることにより、もしくはその他の適切な技術により、実行され得る。さらに、この平均化の時定数は、あらゆる起こり得るアーク故障指示が合理的な時間内で発生し得るように、０．１秒から１．０秒の範囲にあり得る。ステップ３１２で表される通り、プロセッサ２１２は次に、個々の出力の平均値が規定の出力閾値Ｃ０を上回るかどうかを判断する。個々の出力の平均値が規定の出力閾値Ｃ０を上回るならば、実際のアーク放電が発生したと推定されて、プロセッサ２１２は、ステップ３１４で表される通りアーク故障指示２１８を発生させる。そうでない場合には、方法３００ａはステップ３０２に戻る。
【００２９】
ＤＣ電源システムにおけるアーク放電を検出する第２の例示的な方法３００ｂは、図２と同様に、図３ｂを参照して以下で説明される。方法３００ｂを使用して、システム２００は、実際のアーク放電と、グリッド結合インバータの負荷のような非常にノイズの多い負荷とをより確実に区別し得る。ステップ３１６に表される通り、プロセッサ２１２は、３つの変数の値、すなわちＡＰＣと、ＡＰＤＦと、平均パルス持続時間変調（ＡＰＤＭ）とを、各々の予め定められた時間間隔の最後に算出する。例えば、プロセッサ２１２は、４分の１の時間間隔おきの各時間間隔中に、ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４という４つのＰＤ測定を行い、かつ各々の時間間隔の最後に次式のようなＡＰＤＭを算出することにより、ＡＰＤＭを算出することができる。
ＡＰＤＭ＝｜ＡＰＤ１＋ＡＰＤ２−ＡＰＤ３−ＡＰＤ４｜＋｜ＡＰＤ１−ＡＰＤ２−ＡＰＤ３＋ＡＰＤ４｜（１）
ここで、 “ＡＰＤ１”とは複数の時間間隔での個々の“ＰＤ１”測定の平均であり、“ＡＰＤ２”とは複数の時間間隔での個々の“ＰＤ２”測定の平均であり、“ＡＰＤ３”とは複数の時間間隔での個々の“ＰＤ３”測定の平均であり、“ＡＰＤ４”とは複数の時間間隔での個々の“ＰＤ４”の平均である。もしくは、プロセッサ２１２はその他の適切な技術によってＡＰＤＭを算出し得る。例えば、各々の４分の１間隔測定のそのような平均化は、複数の時間間隔でローパスフィルタを使用して実行され得る。さらに、各々の時間間隔は、ＡＣグリッドサイクル期間の２分の１もしくはおおよそ２分の１であり得、例えば６０Ｈｚもしくは５０ＨｚのＡＣグリッドであれば１／（２＊５５Ｈｚ）であり得る。ステップ３１８に表される通り、プロセッサ２１２は、各々の時間間隔の最後に、ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が第１の規定の閾値Ｃ１を上回るかどうかを判定し、かつＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比が第２の規定の閾値Ｃ２を上回るかどうかを判定する。個々の時間間隔の最後に、ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が第１の規定の閾値Ｃ１を上回り、かつＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比が第２の規定の閾値Ｃ２を上回ると判定される場合、そのような時間間隔は、実際のアーク放電事象が発生し得た間隔であると見なされる。例えば、プロセッサ２１２が、個々の時間間隔の間に、ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が第１の規定の閾値Ｃ１を上回り、かつＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比が第２の規定の閾値Ｃ２を上回ると判定するならば、プロセッサはステップ３２０に表す通り、出力“１”もしくはその他の適切な出力を発生させ得る。そうでない場合には、プロセッサ２１２は、ステップ３２２に表す通り、出力“０”もしくはその他の適切な出力を発生させ得る。ステップ３２４に表される通り、プロセッサ２１２は、複数の時間間隔で発生される出力（１および／または０）の平均値を求める。ステップ３２６に表される通り、プロセッサは次に、個々の出力の平均値が規定の閾値出力値Ｃ０を上回るかどうかを判定する。個々の出力の平均値が規定の閾値出力値Ｃ０を上回るならば、実際のアーク放電が発生したと推定され、プロセッサ２１２は、ステップ３２８に表される通り、アーク故障指示２１８を発生させる。そうでない場合には、方法３００ｂはステップ３１６に戻る。
【００３０】
ＤＣ電力システムにおけるアーク放電を検出する第３の例示的な方法３００ｃが、図２と同様に、図３ｃを参照して以下で説明される。方法３００ｃは、ＤＣ電源システムにおいて、負荷ノイズに対するアーク放電を示す、最小レベルの正規化された平均変動が存在することを保証する方法を提供する。ステップ３３０に表される通り、プロセッサ２１２は、５つの変数の値、すなわち、ＡＰＣ、ＡＰＤＦ、ＡＰＤＭ，平均パルス持続時間（ＡＰＤ）、および平均パルスカウント変動（ＡＰＣＦ）を、各々の予め定められた時間間隔の最後に算出する。例えば、プロセッサ２１２は、直近の時間間隔のＰＣと、直近の時間間隔よりもひとつもしくはふたつの間隔前で生じる時間間隔のＰＣとの差の絶対値を取ることにより、もしくはその他の適切な技術により、ＡＰＣＦを算出し得る。ステップ３３２に表される通り、各々の時間間隔の最後に、ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が第１の規定の閾値Ｃ１を上回るかどうか、ＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比が第２の規定の閾値Ｃ２を上回るかどうか、ＡＰＣＦ／ＡＰＣ比が第３の規定の閾値Ｃ３を上回るかどうか、ＡＰＤＦ／ＡＰＤ比が第４の規定の閾値Ｃ４を上回るかどうか、ＡＰＣが第５の規定の閾値Ｃ５を上回るかどうか、およびＡＰＤが第６の規定の閾値Ｃ６を上回るかどうかを、プロセッサ２１２は判定する。各々の時間間隔の最後に、ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が第１の規定の閾値Ｃ１を上回り、ＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比が第２の規定の閾値Ｃ２を上回り、ＡＰＣＦ／ＡＰＣ比が第３の規定の閾値Ｃ３を上回り、ＡＰＤＦ／ＡＰＤ比が第４の規定の閾値Ｃ４を上回り、ＡＰＣが第５の規定の閾値Ｃ５を上回り、ＡＰＤが第６の規定の閾値Ｃ６を上回ると判定される場合、その時間間隔は、実際のアーク放電事象が発生し得たであろう間隔であると見なされる。プロセッサ２１２はそれゆえ、ステップ３３４に表される通り、出力“１”もしくはその他の適切な出力を発生させる。そうでない場合には、プロセッサ２１２は、ステップ３３６に表される通り、出力“０”もしくはその他の適切な出力を発生させる。ステップ３３８に表される通り、プロセッサ２１２は、複数の時間間隔で発生される出力（１および／もしくは０）の平均値を求める。ステップ３４０に表される通り、プロセッサ２１２は次に、個々の出力の平均値が規定の閾値出力値Ｃ０を上回るかどうかを判定する。個々の出力の平均値が規定の閾値出力値Ｃ０を上回るならば、実際のアーク放電が発生したと推定され、プロセッサ２１２は、ステップ３４２で表される通り、アーク故障指示２１８を発生させる。そうでない場合には、方法３００ｃはステップ３３０に戻る。
【００３１】
ＤＣ電源システムにおけるアーク放電を検出する、開示されるシステムおよび方法は、下記の例示的な実施例と、図１、図２、図３ａ、図３ｂ、図４ａから図４ｄ、図５ａから図５ｃ、図６ａから図６ｃとを参照してさらに説明される。第１の例では、直列アーク放電が、ＤＣ電源システムにおけるパルス幅変動（ＰＤＦ）とパルス幅変調（ＰＤＭ）との双方の原因であり得ることが明らかにされる。図４ａは、インバータの負荷であり得る負荷１０６のスタートアップの間に、ライン２１４に比較器２０８により発生された例示的なパルスストリーム４００を表す。この第１の例では、そのようなインバータ負荷は、およそ６０Ｈｚに等しい周波数を有し得るＡＣグリッドに結合され得る。図４ａに示す通り、パルスストリーム４００は、一連のパルスバースト４０１、４０２、４０３、４０４を含み、それらは概してインバータ負荷のスタートアップの間に生成される負荷スイッチングノイズを表すものである。各パルスバースト４０１、４０２、４０３、４０４は、１／（２＊６０Ｈｚ）もしくはおよそ８．３３３マイクロ秒の予め定められた時間間隔内で発生する。図４ｂは、一連の例示的なパルス４１０を示しており、それらは、パルスバースト４０１、４０２、４０３、４０４のうちのひとつに含まれ得るものである。図４ｂに示す通り、個々のパルス４１０の期間および持続時間の双方は概して均一である。
【００３２】
図４ｃは、連続的なインバータ負荷ノイズがある場合の直列アーク放電中に、ライン２１４に比較器２０８によって発生される例示的なパルスストリーム４２０を示す。図４ｃに示される通り、パルスストリーム４２０は一連のパルスバースト４１１、４１２、４１３、４１４を含み、各々は、およそ８．３３３マイクロ秒の予め定められた時間間隔内で発生する。図４ｃでさらに示される通り、直列アーク放電は、パルスバースト４１２と４１３との間に導かれるべき追加のパルスバースト４１６を生じさせた。直列アーク放電によって引き起こされた追加のパルスバースト４１６が、負荷スイッチングノイズから生じる周期的なパルスバースト４１１、４１２、４１３、４１４と同期しないことに留意される。直列アーク放電がパルスバースト４１２と４１３との間に追加のパルスバースト４１６をもたらすので、そのような直列アーク放電は、パルスストリーム４２０内の時間間隔につきあるＰＤＦを生じさせた。
【００３３】
図４ｄは、パルスバースト４１１、４１２、４１３、４１４のうちのひとつに含まれ得る、一連の例示的なパルス４３０を表す。直列アーク放電の間に発生される一連のパルス４３０と、インバータ負荷のスタートアップ(始動時)の間に発生される一連のパルス４１０とを比較することにより、直列アーク放電が一連のパルス４３０にあるＰＤＦをまた引き起こしたことが観察された。個々のパルス４３０の幅は概して、パルス４１０の幅よりも狭く、それゆえ、インバータ負荷のスタートアップの間に生成されるパルス４１０は、連続的なインバータ負荷ノイズが存在する場合の直列アーク放電中に生成されるパルス４３０よりも強力であり得ることを示すことが理解される。それでもなお、アーク放電の凡そのランダム性が、より均一の負荷スイッチングノイズよりも、大きなＰＤＦおよび／もしくはＰＤＭを生成し得ることが観察される。
【００３４】
第２の例では、時間間隔毎のパルスカウント（ＰＣ）と、時間間隔毎のパルス持続時間（ＰＤ）との双方が、連続的なインバータノイズがある場合の直列アーク放電の間よりも、インバータ負荷のスタートアップの間でより大きくあり得、それゆえ時間間隔毎に測定されたＰＣおよび／もしくはＰＤの分析だけは、ＤＣアークと負荷スイッチングノイズとを確実に区別するのには不十分であり得ることが説明される。図５ａは、５から１５の番号を付けられた複数の例示的な時間間隔でのプロセッサ２１２により測定されたパルスカウントを表す。図５ａに示される通り、インバータ負荷のスタートアップの間に時間間隔毎に測定されたＰＣが概しておよそ２０から３０カウントの範囲にあるのに対し、直列アーク放電の間に時間間隔毎に測定されたＰＣは概しておよそ１０から２０カウントの範囲にある。但し、直列アーク放電の間に測定されたＰＣが概しておよそ２０から３０カウントの範囲にある時間間隔１１は例外である。図５ｂは、５から１５の番号を付けられた例示的な時間間でプロセッサ２１２により測定されたパルス持続時間を表す。図５ｂに示される通り、インバータ負荷のスタートアップの間に時間間隔毎に測定されたＰＤが概しておよそ２００から３００マイクロ秒の範囲にあるのに対し、直列アーク放電の間に時間間隔毎に測定されたＰＤは概しておよそ０から１００マイクロ秒の範囲にある。但し、直列アーク放電の間に測定されたＰＤが１００から２００マイクロ秒の間である時間間隔１１は例外である。
【００３５】
図５ｃは、５から１５の番号を付けられた例示的な時間間隔でプロセッサ２１２によって算出されたパルス持続時間変動（ＰＤＦ）を表す。第１の方法３００ａに関して本明細書で記述された通り、プロセッサ２１２は、直近の時間間隔でのＰＤと、直近の時間間隔よりもひとつかふたつ、もしくはそれ以上前の間隔で生じる時間間隔でのＰＤとの差の絶対値を取ることにより、各々の予め定められた時間間隔の最後にＰＤＦを算出し得る。図５ｃに示される通り、インバータ負荷のスタートアップの間に算出されるＰＤＦは概しておよそ０から１０マイクロ秒の範囲内にある。但し、算出されたＰＤＦがちょうど２０マイクロ秒以上である時間間隔５、およそ３０マイクロ秒である時間間隔７、ちょうどおよそ１０マイクロ秒以上である時間間隔１１、および、１０マイクロ秒と２０マイクロ秒との間である時間間隔１５はそれぞれ例外である。図５ｃにさらに示される通り、直列アーク放電の間に算出されたＰＤＦはまた、概して０から１０マイクロ秒の範囲内にあり得る。但し、算出されたＰＤＦがちょうどおよそ４０マイクロ秒以上である時間間隔１１、４０マイクロ秒と５０マイクロ秒との間である時間間隔１３、１０マイクロ秒と２０マイクロ秒との間である時間間隔１４、およびおよそ２０マイクロ秒である時間間隔１５はそれぞれ例外である。従って、図５ｃで表された、算出されたＰＤＦに基づいて、時間間隔毎のみで算出されたＰＤＦは、ＤＣアークと負荷スイッチングノイズとを確実に区別するには不十分であり得る。
【００３６】
第３の例では、各時間間隔の最後での少なくともＰＤＦ／ＰＣ比の分析が、ＤＣアークと負荷スイッチングノイズとを信頼性をもって区別するのに十分であることが明らかにされる。図６ａは、プロセッサ２１２によって判定された、５から１５の番号を付けられた各々の例示的な時間間隔の最後でのＰＤＦ／ＰＣ比を表す。図６ａに示される通り、直列アーク放電の間に判定されたＰＤＦ／ＰＣ比は、インバータ負荷のスタートアップの間に判定された対応するＰＤＦ／ＰＣ比よりも概して著しく大きい（例えば、時間間隔６および８から１５での個々のＰＤＦ／ＰＣ比を参照）。ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が各々の番号付された時間間隔の最後に判定されるならば（第１の例示的な方法３００ａのステップ３０４に関連して本明細書に説明されている）、直列アーク放電の間に判定されたそのようなＡＰＤＦ／ＡＰＣ比もまた、インバータ負荷のスタートアップの間に判定された対応するＰＤＦ／ＡＰＣ比よりも著しく大きいということが理解される。さらに、プロセッサ２１２が各々の番号付された時間間隔の最後にＡＰＤＦおよびＡＰＣを最初に算出し、その後、各々の番号付された時間間隔でのＡＰＤＦ／ＡＰＣ比を判定するならば、アーク放電の間に判定されたそのようなＡＰＤＦ／ＡＰＣ比は、インバータ負荷のスタートアップ中に判定された対応するＡＰＤＦ／ＡＰＣ比よりも同様に著しく大きくなるであろう。従って、図６ａに示されたＰＤＦ／ＰＣ比に基づいて、各々の時間間隔の最後に少なくともＰＤＦ／ＰＣ比を分析することは、向上された信頼性を持ってＤＣアークと負荷スイッチングノイズとを区別するのに十分であろうと結論付けることができる。
【００３７】
この第３の例では、各々の時間間隔の最後に少なくともＰＤＦ／ＰＤＭ比を分析することがまた、ＤＣアークと、グリッド結合インバータの負荷のような非常にノイズの多い負荷とを確実に区別するためには十分であることがさらに説明される。図６ｂは、プロセッサ２１２により測定された、５から１５で番号付された例示的な時間間隔での４分の１の時間間隔毎のＰＤを表す。図６ｂが示す通り、各時間間隔でのＰＤの大部分は、個々の時間間隔の一部で発生する。例えば、番号付された時間間隔の各々で、およそ２５０マイクロ秒から３００マイクロ秒の範囲内の大部分のＰＤは、個々の時間間隔の開始近傍のわずかな間に発生する。図６ｂに表された４分の１の時間間隔毎に測定されたＰＤに基づいて、この第３の例では、例えば、２×６０Ｈｚもしくは１２０Ｈｚの、およそ２倍のグリッド周波数で著しいパルス持続時間変動（ＰＤＭ）があり得ると結論付けることができる。
【００３８】
図６ｃは、５から１５の番号を付けられた例示的な時間間隔でプロセッサ２１２により判定されたＰＤＦ／ＰＤＭ比を表す。ＡＰＤＭの算出と同様に、第２の例示的な方法３００ｂと関連して本明細書で説明された通り、ＰＤＭは、時間間隔の４分の１間隔の各々の番号付された時間間隔の間に、ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４の４つのＰＤ測定を行い、各々の時間間隔の最後にＰＤＭを算出することによって、ＰＤＦは、次のように算出され得る。
ＰＤＭ＝｜ＰＤ１＋ＰＤ２−ＰＤ３−ＰＤ４｜＋｜ＰＤ１−ＰＤ２−ＰＤ３＋ＰＤ４｜（２）
もしくは、ＰＤＭはその他の適切な技術によって算出され得る。図６ｃに示される通り、直列アーク放電中に判定されたＰＤＦ／ＰＤＭ比は、インバータ負荷のスタートアップの間に判定された対応するＰＤＦ／ＰＤＭ比よりも概して著しく大きい（例えば、時間間隔６および８から１５の個々のＰＤＦ／ＰＤＭ比を参照）。ＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比が各々の番号付された時間間隔の最後に判定されたならば（第２の例示的な方法３００ｂのステップ３１８と関連して本明細書で説明されている）、直列アーク放電の間に判定されたそのようなＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比もまた、インバータ負荷のスタートアップの間に判定された対応するＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比よりも著しく大きいであろうことが理解される。さらに、プロセッサ２１２が各々の番号付された時間間隔の最後にＡＰＤＦおよびＡＰＤＭを最初に算出し、その後各々の番号付された時間間隔でＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比を判定したならば、直列アーク放電の間に判定されたそのようなＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比は、同様に、インバータ負荷のスタートアップの間に判定された対応するＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比よりも著しく大きいであろう。従って図６ｃに表されたＰＤＦ／ＰＤＭ比に基づいて、各々の時間間隔の最後に少なくともＰＤＦ／ＰＤＭ比を分析することは、向上された信頼性をもってＤＣアークと負荷スイッチングノイズとを区別するのに十分である。
【００３９】
ＤＣ電源システムにおけるアーク放電を検出する開示されたシステムおよび方法の上記の例示的な実施例が説明されたが、その他の代替的な実施例もしくは変更がなされても良い。例えば、ＡＰＤＦ／ＡＰＣ比が第１の規定の閾値Ｃ１を上回るかどうか、ＡＰＤＦ／ＡＰＤＭ比が第２の規定の閾値Ｃ２を上回るかどうか、ＡＰＣＦ／ＡＰＣ比が第３の規定の閾値Ｃ３を上回るかどうか、ＡＰＤＦ／ＡＰＤ比が第４の規定の閾値Ｃ４を上回るかどうか、ＡＰＣが第５の規定の閾値Ｃ５を上回るかどうか、および／もしくはＰＡＤが第６の規定の閾値Ｃ６を上回るかどうかが、複数の予め定められた時間間隔の最後にプロセッサ２１２により判定され得ることが、例えば第３の例示的な実施例３００ｃとの関連で説明された。いくつかの実施例では、ＤＣ電源システムにおけるアーク放電の検出は代替的に、ＰＤＦ／ＰＣ比が第１の規定の閾値Ｃ１を上回るかどうか、ＰＤＦ／ＰＤＭ比が第２の規定の閾値Ｃ２を上回るかどうか、ＰＣＦ／ＰＣ比が第３の規定の閾値Ｃ３を上回るかどうか、ＰＤＦ／ＰＤ比が第４の規定の閾値Ｃ４を上回るかどうか、ＰＣが第５の規定の閾値Ｃ５を上回るかどうか、および／もしくはＰＤが第６の規定の閾値Ｃ６を上回るかどうかを、個々の時間間隔の最後の判定に基づいても良い。
【００４０】
電流センサ２０２がＤＣ電力システムの電流出力を監視するための変流器として実施され得ることも本明細書に記載された。いくつかの実施例では、電流センサ２０２は、適切な回路を有するＡＣ検出変流器としても機能し得るＤＣ電流センサを用いて実施され得る。ＤＣ電流センサにより提供されるＤＣ電流データは、電源システムノイズに対するアーク故障検出を改善するための高周波数ＡＣ電流情報を増大させ得る。さらに、いくつかの実施例では、電流出力の代わりにＤＣ電源システムの電力出力がＤＣ電源システムのアーク放電を検出するために監視され得る。そのような実施例は、直列アーク放電と並列アーク放電とを良好に区別するために、電源システムの電圧データと電力システムの電流データとを使用し得る。さらにいくつかの実施例では、電流センサ２０２は、ＡＣ電圧センサに置換可能であり、ＡＣ電圧センサは、ＤＣ電力線間に接続され得る。そのようなＡＣ電圧センサは、ＤＣ電源システムとひとつもしくは複数のＡＦＤとの間に電気的な絶縁を提供するキャパシタ結合された変流器として実施され得る。
【００４１】
ＰＶシステム１００は、ＤＣ切断スイッチ１１２を含むことができ、ＤＣ切断スイッチ１１２は、アーク放電が検出されたときにそのようなアーク放電を消滅させ得ることができることも本明細書に記載された。いくつかの実施例では、そのようなアーク放電を消滅させるために、ＰＶシステムは、ひとつもしくは複数のＰＶパネルを切断するための半導体スイッチをひとつもしくは複数のＰＶモジュール内に含めることができ、また、ひとつもしくは複数のＰＶストリングを負荷から切断するための接触器や回路遮断機をコンバイナボックス内に含めることができ、および／もしくは、負荷を開放／短絡するためのひとつもしくは複数の機構とを含むことができる。
【００４２】
ＰＶシステム１００がコンバイナボックス１０４を含み得ることも本明細書に記載された。いくつかの実施例では、そのようなＰＶシステムは、コンバイナボックスを有さずに実施されても良く、それゆえひとつもしくは複数のＰＶストリングは負荷に直接接続される。
【００４３】
さらに、ＤＣ電源システムのアーク放電を検出する例示的な実施例３００ａ、３００ｂ、３００ｃにおいて使用される比率は、複雑な除算演算を使用する必要はないが、例えば、規定の閾値に個々の比率の分母を乗じた後に、調整テストが実行されても良いことがさらに理解される。より複雑なテストがこれらの比率のうちの２つもしくはそれ以上を組み合わせることによって定められ得ることがさらに理解される。例えば、ふたつの比率ＡＰＤＦ／ＡＰＣおよびＡＰＤＦ／ＡＰＤＭは、単一の比率ＡＰＤＦ２／ＡＰＣ／ＡＰＤＭを形成するように組み合わされる。同様に、ふたつの比率ＰＤＦ／ＰＣおよびＰＤＦ／ＰＤＭが、単一の比率ＰＤＦ２／ＰＣ／ＰＤＭを形成するように組み合わされる。これらの比率のその他の適切な組み合わせが、ＤＣアークと負荷スイッチングノイズとを適切に区別するために使用されても良い。
【００４４】
本明細書に記載されたひとつもしくは複数の実施例が、各々のＰＶモジュールもしくはＰＶストリングが最大電力地点で動作するようにＤＣ‐ＤＣ変換を調整するオプティマイザのようなＰＶ負荷と、各ＰＶモジュールが最大電力地点で動作するようにＤＣ‐ＡＣ変換を調整するマイクロインバータと、ひとつもしくは複数のＰＶストリングに接続されるＤＣ‐ＡＣインバータとを含み得ることがさらに理解される。本明細書に記載された実施例は、各々のＰＶモジュールに取り付けられたアーク故障検出器（ＡＦＤ）に結合されることもでき、かつ、接地故障検出器と併せて使用されても良い。
【００４５】
さらに、ＤＣ電源システムのアーク放電を検出するためのシステム２００（図２を参照）が、電流センサ２０２と、整流器２０４と、フィルタ２０６と、比較器２０８と、パルス積分器２１０と、プロセッサ２１２を含み得、かつ、電流センサ２０２がＤＣ電源システムの電流出力を監視するための変流器として実行され得ることがここで述べられた。いくつかの実施例では、ＤＣ電源システムのアーク放電を検出するためのシステムは、ＤＣ電源システムにおける連続または複数のアーク放電の改善された検出を提供するために、複数のそのような電流センサを含むことができる。
【００４６】
図７は、ＤＣ電源システムの家庭内を走行するケーブル（ホームランケーブル：home run cable）、もしくはその他のあらゆる適切な配線走行（wiring run）上でのアーク放電を検出するための例示的なシステム７００を描く。図７に示される通り、システム７００は、複数の電流センサ７０２．１‐７０２．４と、整流器７０４と、フィルタ７０６と、比較器７０８と、パルス積分器７１０と、プロセッサ７１２とを含む。例えば、複数の電流センサ７０２．１‐７０２．４は、ＤＣ電源システムの電流出力を監視するための変流器として実施され得る。システム７００の動作は、システム７００が４つの電流センサ７０２．１‐７０２．４を使用して動作することを除き、システム２００（図２を参照）の動作と同様である。図７は、例示目的のために４つの電流センサ７０２．１‐７０２．４を含むシステム７００を描いており、システム７００が、代替的にその他の適切な数のそのような電流センサを含んでも良いことが留意される。
【００４７】
システム７００は、次の例示および図７を参照してさらに理解される。この例では、４つの電流センサ７０２．１‐７０２．４は、家庭内を走行するケーブルの４つのＰＶストリングのそれぞれを監視するために並列に接続され、当該ケーブルは、合計１２個の、またはその他の適切な数のＰＶストリングを含み得る。さらに、この例では、連続のアーク放電が家庭内を走行するケーブル上で、約３アンペア（ＡＣ）の電流変動により発生すると仮定される。インピーダンスが同じであると仮定すると、ホームランケーブルの１２個のＰＶストリングの各々は、それゆえ、約３／１２、または０．２５アンペア（ＡＣ）のアーク電流を受け取る。それぞれの電流センサ７０２．１‐７０２．４によって監視される４つのＰＶストリングに関して、電流センサ７０２．１によって監視される第１のＰＶストリングは、約０．２５アンペア（ＡＣ）のアーク電流Ｉ１を受け取り、電流センサ７０２．２によって監視される第２のＰＶストリングは、約０．２５アンペア（ＡＣ）のアーク電流Ｉ２を受け取り、電流センサ７０２．３によって監視される第３のＰＶストリングは、約０．２５アンペア（ＡＣ）のアーク電流Ｉ３を受け取り、電流センサ７０２．４によって監視される第４のＰＶストリングは、約０．２５アンペア（ＡＣ）のアーク電流Ｉ４を受け取る。しかしながら、４つの電流センサ７０２．１‐７０２．４は並列に接続されるので、全波整流器７０４に提供される結合されたアーク電流は、約４＊０．２５、すなわち１アンペア（ＡＣ）である。
【００４８】
並列に接続された４つの電流センサ７０２．１‐７０２．４を使用して、システム７００の全波整流器７０４に増加されたレベルのアーク電流を提供することによって（図７を参照）、ホームランケーブルもしくはその他の適切なワイヤリングラン上の一連または複数のアーク放電の改良された検出が達成され得る。図７は、並列に接続された４つの電流センサ７０２．１‐７０２．４を描くが、任意の適切な数のそのような電流センサが、並列、直列、もしくはその他の適切な並列／直列の相互接続の組み合わせで接続され得ることが留意される。約３アンペア（ＡＣ）の電流変動を有するそのような一連のアーク放電は例示目的のために上記で議論されており、システム７００はその他の適切なレベルの一連のアーク放電を検出するのに使用され得るということが、さらに留意される。
【００４９】
本明細書に記載されたひとつもしくは複数の実施例がソフトウェアおよび／もしくはハードウェアの様々な形態で実施され得ることは明らかである。例えば、本明細書に記載されたひとつもしくは複数の実施例は、本明細書に記載されたシステムおよび／または方法の一部もしくは全部を実施および／もしくはサポートするために、ひとつもしくは複数のコンピュータ化された装置、ハードウェアプロセッサ等の適切な構成を含み得る。さらに、ひとつもしくは複数のコンピュータ化された装置、プロセッサ、ディジタル信号プロセッサ等は、本明細書に記載されたシステムおよび方法を実施するようプログラムされ、および／もしくは構成されることができる。
【００５０】
ＤＣ電源システムにおけるアーク放電を検出する上述のシステムおよび方法に対する修正および変更が本明細書に開示された本発明の概念から逸脱することなくなされ得ることが、当業者には明らかである。従って、本発明は、添付の請求項の範囲および精神によって制限される場合を除いて、制限を受けると見なされるべきでない。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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