(57)【要約】  太陽光発電システムにおける伝送路（３６）において発生するアークを検出するアーク検出回路（１０）は、伝送路（３６）に流れる電流によって、伝送路（３６）が貫通する磁気コア（１１）に発生する磁界に応じた電流を磁気コア（１１）に巻回された補償巻線（１５）を介して出力する電流センサ（１）と、電流センサ（１）から出力された電流に基づく信号が入力され、アークに対応した周波数の信号を通過させるフィルタ部（１７）と、フィルタ部（１７）を通過した信号に基づいて、アークの発生を判定するアーク判定部（１６）と、を備え、補償巻線（１５）は、補償巻線（１５）を流れる電流によって磁気コア（１１）に発生する磁界が、伝送路（３６）に流れる電流によって磁気コア（１１）に発生する磁界を相殺するように、磁気コア（１１）に巻回されている。
2019159582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電システムにおける伝送路において発生するアークを検出するアーク検出回路であって、
前記伝送路に流れる電流によって、前記伝送路が貫通する磁気コアに発生する磁界に応じた電流を前記磁気コアに巻回された補償巻線を介して出力する電流センサと、
前記電流センサから出力された電流に基づく信号が入力され、アークに対応した周波数の信号を通過させるフィルタ部と、
前記フィルタ部を通過した信号に基づいて、アークの発生を判定するアーク判定部と、を備え、
前記補償巻線は、当該補償巻線を流れる電流によって前記磁気コアに発生する磁界が、前記伝送路に流れる電流によって前記磁気コアに発生する磁界を相殺するように、前記磁気コアに巻回されている、
アーク検出回路。
【請求項２】
前記電流センサは、ホール素子または巻線を備える、
請求項１に記載のアーク検出回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアーク検出回路を備える、
ブレーカ。
【請求項４】
請求項１または２に記載のアーク検出回路を備える、
パワーコンディショナ。
【請求項５】
請求項１または２に記載のアーク検出回路を備える、
太陽光パネル。
【請求項６】
請求項１または２に記載のアーク検出回路を備え、
太陽光パネルから出力される信号の変換を行う、
太陽光パネル付属モジュール。
【請求項７】
請求項１または２に記載のアーク検出回路を備え、
太陽光パネルとパワーコンディショナとを接続する、
接続箱。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝送路におけるアークを検出するアーク検出回路等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＰＶ（Ｐｈｏｔｏ  Ｖｏｌｔａｉｃ）パネル（太陽光パネル）などの電力供給装置から伝送路を介して供給される直流電力をパワーコンディショナで交流電力に変換するシステムが知られている。ＰＶパネルとパワーコンディショナとを接続する伝送路は、外的要因や経年劣化等によって損傷、破断を引き起こすことが報告されている。このような伝送路の損傷等に起因してアーク（つまりアーク放電）が発生する場合がある。そこで、アークを検出するためのアーク検出手段が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示されたアーク検出手段においては、伝送路に印加される電圧および電流に基づいてアークを検出しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、伝送路に流れる電流によって電流センサに発生する磁界を検出し、当該磁界に応じた電流に基づいてアークを検出する方法がある。しかしながら、当該方法では、電流センサの磁気コアにおいて磁気飽和が発生して、アークを正確に検出できないことがある。【０００５】
そこで、本発明は、伝送路において発生するアークを正確に検出できるアーク検出回路等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係るアーク検出回路の一態様は、太陽光発電システムにおける伝送路において発生するアークを検出するアーク検出回路であって、前記伝送路に流れる電流によって、前記伝送路が貫通する磁気コアに発生する磁界に応じた電流を前記磁気コアに巻回された補償巻線を介して出力する電流センサと、前記電流センサから出力された電流に基づく信号が入力され、アークに対応した周波数の信号を通過させるフィルタ部と、前記フィルタ部を通過した信号に基づいて、アークの発生を判定するアーク判定部と、を備え、前記補償巻線は、当該補償巻線を流れる電流によって前記磁気コアに発生する磁界が、前記伝送路に流れる電流によって前記磁気コアに発生する磁界を相殺するように、前記磁気コアに巻回されている。【０００７】
また、上記目的を達成するために、本発明に係るブレーカの一態様は、上記のアーク検出回路を備える。【０００８】
また、上記目的を達成するために、本発明に係るパワーコンディショナの一態様は、上記のアーク検出回路を備える。【０００９】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る太陽光パネルの一態様は、上記のアーク検出回路を備える。【００１０】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る太陽光パネル付属モジュールの一態様は、上記のアーク検出回路を備え、太陽光パネルから出力される信号の変換を行う。【００１１】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る接続箱の一態様は、上記のアーク検出回路を備え、太陽光パネルとパワーコンディショナとを接続する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、伝送路において発生するアークを正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施の形態に係るアーク検出回路の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態に係るアーク検出回路の適用例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１５】
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。
【００１６】
（実施の形態）
実施の形態に係るアーク検出回路の全体構成について、図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、実施の形態に係るアーク検出回路１０の全体構成を示すブロック図である。
【００１８】
アーク検出回路１０は、太陽光発電システムにおける伝送路３６（例えば、太陽光パネル等の電力供給装置からパワーコンディショナへの電力の伝送路３６）において発生するアークを検出する回路である。アーク検出回路１０は、少なくとも、電流センサ１、アーク判定部１６およびフィルタ部１７を備える。本実施の形態では、アーク検出回路１０は、さらに抵抗１８を備える。
【００１９】
電流センサ１は、磁気コア１１、ホール素子１２、増幅器１３、電圧電流変換回路１４を備え、伝送路３６に流れる電流によって伝送路３６が貫通する磁気コア１１に発生する磁界に応じた電流を磁気コア１１に巻回された補償巻線１５を介して出力する。磁気コア１１は、伝送路３６が貫通する環状形状（本実施の形態では、円環形状）となっており、伝送路３６に流れる電流（入力電流）によって、当該電流に応じた磁界がコアに発生する。また、磁気コア１１は、Ｃ字形状となっており、ギャップを有し、当該ギャップ内にホール素子１２が配置される。なお、磁気コア１１は、円環形状に限らず、矩形状の環状形状等であってもよい。
【００２０】
ホール素子１２は、磁気コア１１に発生する磁界に応じた電圧を発生する。ホール素子１２の出力電圧は、増幅器１３によって増幅され、電圧電流変換回路１４（例えば電流増幅回路）によって電流信号に変換された後、補償巻線１５を介して出力される。なお、電流センサ１は、ホール素子１２の代わりに磁気コア１１に巻回される巻線を備えていてもよい。当該巻線は、磁気コア１１に発生する磁界に応じた電流を発生し、補償巻線１５を介して出力される。この場合、磁気コア１１は、ギャップを有していなくてもよい。補償巻線１５は、補償巻線１５を流れる電流によって磁気コア１１に発生する磁界が、伝送路３６に流れる電流によって磁気コア１１に発生する磁界を相殺するように、磁気コア１１に巻回されている。
【００２１】
例えば、電流センサ１からの出力信号が補償巻線１５を介さずにそのまま出力される場合に、伝送路３６を流れる電流に大きな直流成分が含まれていると、磁気コア１１に磁気飽和が生じて、伝送路３６に流れる電流の変化（例えばアーク）を正確に検出できないことがある。これに対して、補償巻線１５が、伝送路３６に流れる電流によって磁気コア１１に発生する磁界を相殺するように、磁気コア１１に巻回されているため、磁気コア１１の磁気飽和を防止することができ、電流センサ１のダイナミックレンジを広げることができる。
【００２２】
フィルタ部１７は、電流センサ１から出力された電流に基づく信号が入力される。当該信号は、電流センサ１から出力された電流によって抵抗１８に生じる電位差を示す信号である。フィルタ部１７は、アークに対応した周波数の信号を通過させる。フィルタ部１７は、例えば、ＬＣフィルタ等であるが、特に限定されない。
【００２３】
そして、アーク判定部１６は、フィルタ部１７を通過した信号に基づいて、アークの発生を判定する。アーク判定部１６は、例えばＡＤ変換機能を有するマイコン（マイクロコントローラ）であり、例えば抵抗１８によって、電流センサ１から出力された電流に応じた電圧を、フィルタ部１７を介して取得する。具体的には、アークが発生していないときには、伝送路３６を流れる直流電流により発生する磁界は、補償巻線１５によって発生する磁界によって相殺されるため、磁気コア１１は直流電流による定常磁界の影響を受けにくくなる。このため、磁気コア１１の磁気飽和が低減される。そして、アークが発生した瞬間には、補償巻線１５を介して当該アークに応じた電流が出力され、抵抗１８において当該アークに応じた電位差が発生し、アーク判定部１６は、アークの発生があると判定する。なお、アークは、特定の広帯域周波数で発生するため、アーク判定に用いる周波数以外の信号を遮断するために、上述したように、アーク検出回路１０は、アークに対応した周波数の信号を通過させるフィルタ部１７を備えている。
【００２４】
次に、アーク検出回路１０の適用例について説明する。
【００２５】
図２は、実施の形態に係るアーク検出回路１０の適用例を説明するための図である。
【００２６】
例えば、アーク検出回路１０は、太陽光パネル３１から伝送路を介して供給される直流電力をパワーコンディショナ（パワコン）５０で交流電力に変換するシステムに適用される。本適用例では、３つの太陽光パネル３１が１つのストリング６０によって直列に接続されたものが３つ並べられて、太陽電池アレイ３０を形成している。各ストリング６０は、接続箱４０によってまとめられて、パワーコンディショナ５０へ接続される。
【００２７】
例えば、ストリング６０毎にブレーカ４１が設けられており、ここでは、接続箱４０内にブレーカ４１が設けられている。なお、ブレーカ４１は、接続箱４０内に設けられなくてもよい。例えば、ブレーカ４１は、接続箱４０と太陽電池アレイ３０との間に設けられていてもよいし、ストリング６０毎に設けられず接続箱４０とパワーコンディショナ５０との間に設けられていてもよい。
【００２８】
太陽光パネル３１は、例えば、太陽光パネル３１から出力される信号の変換を行う、太陽光パネル付属モジュール３２を有する。なお、太陽光パネル３１は、太陽光パネル付属モジュール３２を有していなくてもよい。太陽光パネル付属モジュール３２は、例えば、太陽光パネル３１毎の発電量を最適化するＤＣ／ＤＣコンバータである。
【００２９】
例えば、ブレーカ４１がアーク検出回路１０を備えていてもよい。この場合、伝送路３６は、ブレーカ４１に接続された伝送路（例えばストリング６０）となり、アークが発生したストリング６０に流れる電流を遮断することができる。例えば、アーク判定部１６が、アークが発生したと判定することで、ブレーカ４１は、アークが発生したストリング６０に流れる電流を遮断する。アークが発生していないストリング６０については、電流を遮断せずに使用することができる。
【００３０】
また、例えば、パワーコンディショナ５０がアーク検出回路１０を備えていてもよい。この場合、伝送路３６は、パワーコンディショナ５０に接続された伝送路となり、アークの発生に応じてパワーコンディショナ５０を停止することができる。例えば、アーク判定部１６が、アークが発生したと判定することで、パワーコンディショナ５０は停止する。
【００３１】
また、例えば、太陽光パネル３１または太陽光パネル付属モジュール３２がアーク検出回路１０を備えていてもよい。この場合、伝送路３６は、太陽光パネル３１に接続された伝送路（例えばストリング６０）となり、アークが発生したストリング６０への出力を停止することができる。例えば、アーク判定部１６が、アークが発生したと判定することで、太陽光パネル３１または太陽光パネル付属モジュール３２は、アークが発生したストリング６０への出力を停止する。アークが発生していないストリング６０については、出力を停止せずに使用することができる。
【００３２】
また、例えば、接続箱４０がアーク検出回路１０を備えていてもよい。この場合、伝送路３６は、接続箱４０に接続された伝送路（例えばストリング６０）となり、例えばブレーカ４１等を介して、アークが発生したストリング６０に流れる電流を遮断することができる。例えば、アーク判定部１６が、アークが発生したと判定することで、接続箱４０は、アークが発生したストリング６０に流れる電流を遮断する。アークが発生していないストリング６０については、電流を遮断せずに使用することができる。
【００３３】
なお、アーク検出回路１０は、上記システムに限らず、アークの発生の検出が必要なシステム全般に適用できる。
【００３４】
以上説明したように、本実施の形態に係るアーク検出回路１０は、太陽光発電システムにおける伝送路３６において発生するアークを検出するアーク検出回路である。アーク検出回路１０は、伝送路３６に流れる電流によって伝送路３６が貫通する磁気コア１１に発生する磁界に応じた電流を磁気コア１１に巻回された補償巻線１５を介して出力する電流センサ１と、電流センサ１から出力された電流に基づく信号が入力され、アークに対応した周波数の信号を通過させるフィルタ部１７と、フィルタ部１７を通過した信号に基づいて、アークの発生を判定するアーク判定部１６と、を備える。補償巻線１５は、補償巻線１５を流れる電流によって磁気コア１１に発生する磁界が、伝送路３６に流れる電流によって磁気コア１１に発生する磁界を相殺するように、磁気コア１１に巻回されている。
【００３５】
これにより、磁気コア１１の磁気飽和を防止することができ、電流センサ１のダイナミックレンジを広げることができる。具体的には、伝送路３６においてアークが発生した場合に、磁気コア１１に生じる磁気飽和を抑制できるため、電流センサ１は、当該アークに応じた電流を正確に出力することができる。つまり、伝送路３６において発生するアークを正確に検出できる。また、フィルタ部１７によって、アークに対応した周波数以外の信号を遮断できるため、アークをより正確に検出できる。また、磁気コア１１が小型なコアであっても、大型なコアと同等の性能を実現できるため、アーク検出回路１０の小型化や低コスト化を実現できる。
【００３６】
また、電流センサ１は、ホール素子１２または巻線を備えていてもよい。例えば、電流センサ１がホール素子１２を備える場合には、磁気コア１１に発生する磁界を精度よく検出することができる。また、電流センサ１が巻線を備える場合には、磁気コア１１に発生する磁界から直接電流を出力することができる。
【００３７】
また、ブレーカ４１は、アーク検出回路１０を備えていてもよい。また、パワーコンディショナ５０は、アーク検出回路１０を備えていてもよい。また、太陽光パネル３１は、アーク検出回路１０を備えていてもよい。また、太陽光パネル付属モジュール３２は、アーク検出回路１０を備え、太陽光パネルから出力される信号の変換を行ってもよい。また、接続箱４０は、アーク検出回路１０を備え、太陽光パネル３１とパワーコンディショナ５０とを接続してもよい。
【００３８】
（その他の実施の形態）
以上、実施の形態に係るアーク検出回路１０等について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【００３９】
上記実施の形態に係るアーク検出回路１０は、マイコンによってソフトウェア的に実現されたが、パーソナルコンピュータなどの汎用コンピュータにおいてソフトウェア的に実現されてもよい。さらに、アーク検出回路１０は、Ａ／Ｄ変換器、論理回路、ゲートアレイ、Ｄ／Ａ変換器等で構成される専用の電子回路によってハードウェア的に実現されてもよい。
【００４０】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１  電流センサ
１０  アーク検出回路
１１  磁気コア
１２  ホール素子
１５  補償巻線
１６  アーク判定部
１７  フィルタ部
３１  太陽光パネル
３２  太陽光パネル付属モジュール
３６  伝送路
４０  接続箱
４１  ブレーカ
５０  パワーコンディショナ（パワコン）
【図１】
2019159582.tif 000003
【図２】
2019159582.tif 000004
【国際調査報告】
2019159582.tif 000005
2019159582.tif 000006
2019159582.tif 000007