(57)【要約】【課題】アークが発生した分岐系統や主幹系統の特定を容易にし、故障箇所を切り離して健全系統からの電力供給を継続可能としたアーク故障検出システムを提供する。【解決手段】主幹系統に接続された直流母線４と、正側母線Ｐと負側母線Ｎとの間に接続された太陽電池パネル１４，２４等の直流発電設備を有する分岐系統１０，２０と、を備えたシステムにおいて、分岐系統１０，２０は、太陽電池パネル１４，２４と直流母線４との間に流れる電流を検出する電流検出装置１２，２２を有すると共に、直流母線４に電圧検出装置５を備え、電流検出装置１２，２２による電流検出値、電圧検出装置５による電圧検出値に基づいて、分岐系統１０，２０または主幹系統における直列アーク故障、並列アーク故障を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主幹系統に接続された直流母線と、
前記直流母線の正側母線と負側母線との間に接続された直流発電設備を有する一または複数の分岐系統と、
を備えたシステムにおいて、
前記分岐系統は、前記直流発電設備から前記直流母線に至る経路に流れる電流を検出する電流検出装置を有し、
前記電流検出装置による電流検出値に基づいて、当該分岐系統における直列アーク故障を検出することを特徴としたアーク故障検出システム。
【請求項２】
主幹系統に接続された直流母線と、
前記直流母線の正側母線と負側母線との間に接続された直流発電設備を有する複数の分岐系統と、
を備えたシステムにおいて、
前記分岐系統は、前記直流発電設備から前記直流母線に至る経路に流れる電流を検出する電流検出装置をそれぞれ有し、
全ての分岐系統に設けられた全ての電流検出装置による電流検出値に基づいて、前記主幹系統における直列アーク故障を検出することを特徴としたアーク故障検出システム。
【請求項３】
主幹系統に接続された直流母線と、
前記直流母線の正側母線と負側母線との間に接続された直流発電設備を有する一または複数の分岐系統と、
を備えたシステムにおいて、
前記分岐系統は、前記直流発電設備から前記直流母線に至る経路に流れる電流を検出する電流検出装置を有し、
前記直流母線または前記分岐系統の線間電圧を検出する電圧検出装置を有し、
前記電流検出装置による電流検出値及び前記電圧検出装置による電圧検出値に基づいて、前記分岐系統または前記主幹系統における並列アーク故障を検出することを特徴としたアーク故障検出システム。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載したアーク故障検出システムにおいて、
前記分岐系統は、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子を有することを特徴としたアーク故障検出システム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載したアーク故障検出システムにおいて、
前記分岐系統は、
前記直流母線と前記直流発電設備との間を開閉する断路用開閉器と、前記直流発電設備の出力側の直流線路間を短絡するための短絡用開閉器と、を有することを特徴としたアーク故障検出システム。
【請求項６】
請求項３に記載したアーク故障検出システムにおいて、
前記電圧検出装置が、前記正側母線と前記負側母線との間に接続されていることを特徴としたアーク故障検出システム。
【請求項７】
請求項３に記載したアーク故障検出システムにおいて、
前記電圧検出装置が、前記直流発電設備の出力側の直流線路間に接続されていることを特徴としたアーク故障検出システム。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載したアーク故障検出システムにおいて、
前記直流発電設備が太陽光発電設備であり、前記直流母線がパワーコンディショナを介して交流電源系統に接続されていることを特徴としたアーク故障検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システム等の直流発電システムや直流の電力供給システムにおいて、断線等により発生するアークを検出するためのアーク故障検出システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システム等の直流回路におけるアークを検出する従来技術として、以下に示すものが提案されている。
例えば、特許文献１に記載されたアーク検出手段では、太陽電池パネルに接続された端子台でのネジの締め忘れ等により、アークの発生、短絡及び断路故障が発生すると考え、端子台から出力側配線との間の電圧の変動と、端子台から出力側配線に流れる電流の変動とを同時に検出している。
【０００３】
また、特許文献２に記載されたアーク検出装置は、メガソーラのように太陽電池パネルの数が多く複数の箇所に配置されており、かつ、パワーコンディショナ（ＰＣＳ）のインバータのスイッチングノイズが重畳するような直流回路への適用を前提としている。
このアーク検出装置では、複数個の太陽電池パネルが直列接続された直流回路の両端電圧を検出し、その出力をパワースペクトルに変換した後にインバータのスイッチングノイズに相当する周波数帯域を除去し、除去した後のパワースペクトルの複数点で求めたパワースペクトルの傾きが所定の基準値を超えた場合に、直流回路におけるアークの発生を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−７７６５号公報（段落［００３１］〜［００４０］、図１〜図３等）
【特許文献２】特開２０１４−１３４４４５号公報（段落［００１２］〜［００１４］、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された従来技術では、その原理上、端子台の近傍、言い換えれば電圧センサの近傍でアークが発生し、電圧等が変動した場合に検出できるものである。しかしながら、特にメガソーラ等の大規模な太陽光発電システムでは、ケーブルが長距離にわたって敷設されているため、ケーブルの断線等が様々な箇所で発生する場合がある。
このため、端子台より太陽電池パネル側のケーブル等で発生したアーク故障に関しては、端子台付近の電圧センサの設置位置における急激な電圧変動はほとんどなく、検出が困難になるという問題があった。
【０００６】
また、特許文献２に記載された従来技術は、アーク発生時に発生する電圧の高周波成分に着目した検出方法であるが、主幹系統に接続された複数の分岐系統（ストリング）のうち、故障が発生した系統と健全な系統とを区別して検出するためには、逆流防止ダイオード付きの太陽光発電システムであることを必要とする。
しかしながら、近年における太陽光発電システムの世界的な主流では、逆流に対する安全策としてＰＶヒューズが使用されている。この種のシステムによると、特許文献２に記載の検出方法では故障系統と健全系統とを区別できないため、故障発生時にはシステム全体を停止する必要があると共に、故障点の特定や復旧に多くの時間や手間が必要であった。
すなわち、太陽光発電システムの構成によっては故障系統を判別することができず、太陽光発電を安定的に継続することが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明の解決課題は、アークが発生した分岐系統や主幹系統の特定を容易にし、故障箇所を切り離して健全系統からの電力供給を継続可能としたアーク故障検出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、主幹系統に接続された直流母線と、前記直流母線の正側母線と負側母線との間に接続された直流発電設備を有する一または複数の分岐系統と、を備えたシステムにおいて、
前記分岐系統は、前記直流発電設備から前記直流母線に至る経路に流れる電流を検出する電流検出装置を有し、前記電流検出装置による電流検出値に基づいて、当該分岐系統における直列アーク故障を検出することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、主幹系統に接続された直流母線と、前記直流母線の正側母線と負側母線との間に接続された直流発電設備を有する複数の分岐系統と、を備えたシステムにおいて、
前記分岐系統は、前記直流発電設備から前記直流母線に至る経路に流れる電流を検出する電流検出装置をそれぞれ有し、全ての分岐系統に設けられた全ての電流検出装置による電流検出値に基づいて、前記主幹系統における直列アーク故障を検出することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、主幹系統に接続された直流母線と、前記直流母線の正側母線と負側母線との間に接続された直流発電設備を有する一または複数の分岐系統と、を備えたシステムにおいて、
前記分岐系統は、前記直流発電設備から前記直流母線に至る経路に流れる電流を検出する電流検出装置を有し、更に、前記直流母線または前記分岐系統の線間電圧を検出する電圧検出装置を有し、前記電流検出装置による電流検出値及び前記電圧検出装置による電圧検出値に基づいて、前記分岐系統または前記主幹系統における並列アーク故障を検出することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載したアーク故障検出システムにおいて、
前記分岐系統は、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載したアーク故障検出システムにおいて、
前記分岐系統は、前記直流母線と前記直流発電設備との間を開閉する断路用開閉器と、前記直流発電設備の出力側の直流線路間を短絡するための短絡用開閉器と、を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項３に記載したアーク故障検出システムにおいて、
前記電圧検出装置が、前記正側母線と前記負側母線との間に接続されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項３に記載したアーク故障検出システムにおいて、
前記電圧検出装置が、前記直流発電設備の出力側の直流線路間に接続されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に係る発明は、請求項１〜７の何れか１項に記載したアーク故障検出システムにおいて、
前記直流発電設備が太陽光発電設備であり、前記直流母線がパワーコンディショナを介して交流電源系統に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、直列アーク故障または並列アーク故障が発生した分岐系統や主幹系統の特定を容易にし、故障箇所を切り離して健全系統からの電力供給を安定的に継続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】図１において、分岐系統に直列アーク故障が発生した場合の動作説明図である。
【図３】先願に記載されたアーク故障検出装置の構成図である。
【図４】図３におけるアーク故障の検出処理を示すフローチャートである。
【図５】図１において、主幹系統に直列アーク故障が発生した場合の動作説明図である。
【図６】図１において、分岐系統に並列アーク故障が発生した場合の動作説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態を示す構成図である。
【図８】図７において、分岐系統に直列アーク故障が発生した場合の動作説明図である。
【図９】図７において、分岐系統に直列アーク故障が発生した場合の動作説明図である。
【図１０】図７において、主幹系統に直列アーク故障が発生した場合の動作説明図である。
【図１１】図７において、主幹系統に直列アーク故障が発生した場合の動作説明図である。
【図１２】図７において、分岐系統に並列アーク故障が発生した場合の動作説明図である。
【図１３】図７において、分岐系統に並列アーク故障が発生した場合の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示す構成図であり、複数の分岐系統を有する太陽光発電システムに本発明を適用した場合の模式図である。
【００１９】
図１において、１は交流電源系統、２はパワーコンディショナ（ＰＣＳ）、３は主幹系統の断路用開閉器、４は直流母線、５は直流母線４の線間電圧を検出する電圧検出装置である。ここで、主幹系統とは、直流母線４から断路用開閉器３を経てＰＣＳ２に至る系統をいう。
【００２０】
直流母線４の正側母線Ｐと負側母線Ｎとの間には、複数の分岐系統が互いに並列に接続されている。ここでは、二つの分岐系統１０，２０が図示されているが、その数は三以上であっても良い。
また、分岐系統におけるアーク故障か主幹系統におけるアーク故障かを判別することも有用であるため、その意味において分岐系統の数は単一であっても良い。
【００２１】
図１の分岐系統１０，２０は、断路用開閉器１１，２１と、電流検出装置１２，２２と、短絡用開閉器１３，２３と、直流発電設備としての太陽電池パネル１４，２４と、をそれぞれ備えている。
分岐系統１０内では、断路用開閉器１１、電流検出装置１２、短絡用開閉器１３、太陽電池パネル１４が直列に接続されており、短絡用開閉器１３は太陽電池パネル１４の直流出力端子間を短絡可能である。他の分岐系統２０の構成も、分岐系統１０と同様である。
【００２２】
次に、この実施形態におけるアーク故障の検出方法及び故障個所を切り離す方法について説明する。
図２は、分岐系統１０において、電流検出装置１２と短絡用開閉器１３との間の片側の線路でアーク故障（直列アーク故障という）が発生した場合を示している。図２（ａ）において、１５は直列アークを示す。
【００２３】
ここで、太陽電池パネル１４が発電した電力は、図２（ａ）に示す経路ａ，ｂにより、短絡用開閉器１３、電流検出装置１２、断路用開閉器１１、直流母線４、断路用開閉器３を介してＰＣＳ２に供給される。この際、経路ａ上で発生した直列アーク１５により、経路ａを流れる電流にはアーク故障特有の信号成分が重畳される。この信号成分は、経路ａ内の電流検出装置１２によって検出することができる。
【００２４】
アーク故障特有の信号成分を検出するには、例えば、本出願人による先願（特願２０１６−８０１３９号）に記載されたアーク故障検出装置を用いることができる。このアーク故障検出装置は、分岐系統から検出した電流の周波数スペクトルを解析し、その周波数ごとの対数演算値の総和値に基づいてアーク故障の有無を判定するものである。
【００２５】
図３は、上記のアーク故障検出装置の構成図である。
図３において、電流検出装置１２は、太陽電池パネル１４の正極側の線路に配置された電流センサ１２３を備えている。また、断路用開閉器１１は、後述する第二閾値判定部１３０の出力によって開閉制御される。
電流センサ１２３の出力は、アナログ回路等からなる狭帯域フィルタ部１２４に送られて検出電流の特定周波数成分が抽出され、この特定周波数成分は周波数解析部１２５に送られる。周波数解析部１２５以降では、マイコンやＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）等によって以下の演算をディジタル処理し、アーク故障の有無を判定する。
【００２６】
図４は、アーク故障の検出処理を示すフローチャートである。
狭帯域フィルタ部１２４から出力された電流の特定周波数成分は、周波数解析部１２５にてＦＦＴ（高速フーリエ変換）により所定の時間間隔で周波数解析され、周波数スペクトルが算出される（ステップＳＴ１）。算出された周波数スペクトルは周波数ごとに対数演算処理部１２６にて対数演算され（ステップＳＴ２）、対数演算値の総和値が総和値演算部１２７により算出される（ステップＳＴ３）。
【００２７】
次に、算出された総和値は、図３のアーク故障判定処理部１３１内の第一閾値判定部１２８により、第一閾値と比較される（ステップＳＴ４）。そして、総和値が第一閾値を超えた回数をカウント部１２９により計数し、第二閾値判定部１３０では、設定時間内に前記総和値が第一閾値を超えた回数が第二閾値を超えた場合にアーク故障と判定する（ステップＳＴ５ ＹＥＳ，ＳＴ６）。この故障判定信号を用いて断路用開閉器１１を開放すると共に、必要に応じてアーク故障警報装置１３２により警報を発生させる。また、総和値が第一閾値を超えた回数が第二閾値を超えない場合には、アーク故障ではないと判定する（ステップＳＴ５ＮＯ，ステップＳＴ７）。なお、上記の第一閾値及び第二閾値は、システムの構成に応じて予め設定される値である。
上述した方法により、分岐系統１０内で発生した直列アーク故障に特有の信号成分を検出することができる。
【００２８】
一方、図２（ａ）の健全な分岐系統２０において、太陽電池パネル２４とＰＣＳ２との間に流れる電流にはアーク故障特有の信号成分は重畳されないため、電流検出装置２２がこの信号成分を検出することはない。これは、図示されていない健全な分岐系統においても同様である。また、分岐系統１０に直列アーク１５が発生しても直流母線４の電圧は変化しないため、電圧検出装置５が線間電圧の変動を検出することはない。
【００２９】
つまり、図２（ａ）に示すような分岐系統１０における直列アーク故障では、当該系統１０内の電流検出装置１２のみがアーク故障に起因する信号成分を検出できるため、直列アーク故障が発生した分岐系統１０を特定することが可能である。この場合、図２（ｂ）に示すごとく、断路用開閉器１１を開放して分岐系統１０を主幹系統から切り離せば、分岐系統２０を含む健全な分岐系統の運転によりＰＣＳ２への電力供給を継続させることができる。
なお、図２（ｂ）において、１５ｘはアーク消滅後の断線箇所を示す。
【００３０】
次に、図５は、主幹系統において、断路用開閉器３と直流母線４との間の片側の線路で直列アーク故障が発生した場合を示している。図５（ａ）において、６は直列アークである。
分岐系統１０，２０内の太陽電池パネル１４，２４が発電した電力は、図５（ａ）に示す経路ａ，ｂにより、短絡用開閉器１３，２３、電流検出装置１２，２２、断路用開閉器１１，２１、直流母線４、断路用開閉器３を介してＰＣＳ２に供給される。図示されていない他の分岐系統による発電電力についても同様である。
【００３１】
分岐系統１０，２０を含む全ての分岐系統とＰＣＳ２との間に流れる電流の経路には直列アーク６が存在しており、上記の電流には、アーク故障特有の信号成分が重畳されている。従って、この信号成分は全ての分岐系統内の電流検出装置によって検出可能であるから、図５（ａ）における電流検出装置１２，２２は、例えば前述した先願に記載された方法を用いてアーク故障特有の信号成分を検出することができる。
なお、主幹系統に直列アーク６が発生しても直流母線４の電圧は変化しないため、電圧検出装置５が線間電圧の変動を検出することはない。
【００３２】
上記のように、主幹系統における直列アーク故障では、全ての分岐系統内の電流検出装置によりアーク故障特有の信号成分を検出可能であるため、例えば、電流検出装置１２，２２により直列アーク故障の発生を検出することができる。
なお、発電システムが大規模である場合には、分岐系統ごとの発電量にバラツキが生じることにより、アーク故障特有の信号成分の大きさにもバラツキが生じ、特定の分岐系統では、検出限界以下まで信号成分が低下する場合がある。このため、主幹系統における直列アーク故障の判定基準としては、複数（例えば３以上）の分岐系統内の電流検出装置によりアーク故障特有の信号成分が検出された場合に、主幹系統で直列アーク故障が発生したと判定すること等が考えられる。
【００３３】
図５（ａ）のごとく主幹系統において直列アーク故障が発生した場合には、全ての分岐系統からＰＣＳ２側に供給される電力を遮断する必要がある。このため、主幹系統の断路用開閉器３を開放するか、あるいは、全ての分岐系統内の断路用開閉器を開放する必要がある。図５（ｂ）の例では、断路用開閉器１１，２１を含む全ての分岐系統１０，２０内の断路用開閉器を開放した場合を示している。なお、図５（ｂ）において、６ｘはアーク消滅後の断線箇所を示す。
【００３４】
次いで、図６は、分岐系統１０において、電流検出装置１２と短絡用開閉器１３との間の直流線路の線間でアーク故障（並列アーク故障という）が発生した場合を示している。図６（ａ）において、１６は並列アークである。
【００３５】
太陽電池パネル１４，２４からの電流は、並列アーク１６を経由した経路に流れる。すなわち、太陽電池パネル１４からの電流は、主として図６（ａ）の経路ｃを流れ、太陽電池パネル２４からの電流は、図６（ａ）の経路ｄに示すように、短絡用開閉器２３、電流検出装置２２、断路用開閉器２１、直流母線４、断路用開閉器１１、電流検出装置１２、及び並列アーク１６を介して流れる。他の健全な分岐系統の太陽電池パネルからの電流についても同様である。
【００３６】
このため、分岐系統１０内の電流検出装置１２によって検出される電流の向きは、健全時に対して逆向きになると共に、通電電流値は大幅に増加する。例えば、全ての分岐系統における発電量が等しい場合、電流検出装置１２により検出される電流値は、発電システム全体の分岐系統の数をｎ、各分岐系統における電流をＩとすると、（ｎ−１）×Ｉとなる。また、直流母線４に設置された電圧検出装置５による線間電圧検出値は、並列アーク１６の両端に発生するアーク電圧相当値（数１０［Ｖ］）まで低下する。
一般に、太陽光発電システムにおける線間電圧の値は、数１００〜１，０００［Ｖ］程度であるため、図６（ａ）に示すような並列アーク故障時には、直流母線４の線間電圧は健全時と比較して大幅に低下すると言える。
【００３７】
つまり、分岐系統における並列アーク故障では、故障が発生した分岐系統の電流検出装置による電流検出値が、健全な分岐系統に比べて特異な値となる。また、直流母線４の線間電圧も急激に低下する。
よって、これらの変化を検出することにより、並列アーク故障が発生した分岐系統を特定することができる。
【００３８】
分岐系統において並列アーク故障が発生した場合には、当該分岐系統の太陽電池パネルからの電流の流れ込みと、健全な分岐系統からの電流の流れ込みとを遮断する必要がある。
そこで、まず、健全な分岐系統からの電流の流れ込みを遮断するために、並列アーク故障が発生した分岐系統内の断路用開閉器（図６（ｂ）の例では、断断路開閉器１１）を開放する。また、当該分岐系統１０の太陽電池パネル１４から並列アーク１６側への電流の流れ込みを遮断するために、短絡用開閉器１３を閉じることが有効である。これにより、並列アーク１６よりもインピーダンスが低い短絡用開閉器１３を通る電流経路ｃ’が形成されるため、線間に発生した並列アーク１６は消滅する。
図６（ａ）では、並列アーク１６が電流検出装置１２と短絡用開閉器１３との間で発生した場合を想定しているが、短絡用開閉器１３と太陽電池パネル１４との間で並列アークが発生した場合も作用効果は同様である。
【００３９】
断路用開閉器３，１１，２１については、アーク故障の発生時に外部からの指令によってＯＦＦ動作を行う必要がある。これらの開閉器３，１１，２１には、例えば、電圧指令によってトリップ動作が可能であるブレーカ等を用いることが考えられる。
また、短絡用開閉器１３，２３については、アーク故障の発生時に外部からの指令によってＯＮ動作を行う必要がある。これらの開閉器１３，２３には、例えば、電圧指令によってＯＮ動作が可能な電磁接触器やリレー等用いることが考えられる。
【００４０】
図示されていないが、主幹系統において並列アーク故障が生じた場合には、以下の方法により故障を検出し、並列アークを除去することができる。
まず、並列アーク故障時の系統の挙動は次の通りである。並列アークの発生により、電圧検出装置５による電圧検出値は、アーク電圧相当値（数１０［Ｖ］）まで低下する。また、各分岐系統の電流検出装置による電流検出値は、健全時と比較して変化がない。これらの電圧検出値及び電流検出値の状態から、主幹系統において並列アーク故障が発生したことを検出可能である。
主幹系統における並列アークを除去するためには、全ての分岐系統からＰＣＳ２側に供給される電力を遮断する必要がある。よって、全ての分岐系統の断路用開閉器を開放すれば良い。
【００４１】
次いで、図７〜図１３に基づいて本発明の第２実施形態について説明する。
図７は、第２実施形態を示す構成図であり、図１における各部と同一の機能を有する部分については同一の符号を付して説明を簡略化し、以下では図１と異なる部分を中心に説明する。
図７において、直流母線４の正側母線Ｐと負側母線Ｎとの間には、分岐系統１０Ａ，２０Ａが互いに並列に接続されている。なお、前記同様に、分岐系統の数は何ら限定的なものではない。
【００４２】
分岐系統１０Ａ，２０Ａは、逆流防止ダイオード１７，２７と、断路用開閉器１１，２１と、電流検出装置１２，２２と、電圧検出装置１８，２８と、短絡用開閉器１３，２３と、太陽電池パネル１４，２４と、をそれぞれ備えている。逆流防止ダイオード１７，２７は、カソードが正側母線Ｐに接続され、アノードが断路用開閉器１１，２１の片側線路の一端にそれぞれ接続されている。なお、逆流防止ダイオード１７，２７のアノードを負側母線Ｎに接続し、カソードを断路用開閉器１１，２１の他側の線路の一端にそれぞれ接続しても良い。
【００４３】
次に、この実施形態におけるアーク故障の検出方法及び故障個所を切り離す方法について説明する。
図８は、分岐系統１０Ａにおいて、電圧検出装置１８と短絡用開閉器１３との間の片側の線路で直列アーク故障が発生した場合を示している。図８において、１９は直列アークである。
【００４４】
太陽電池パネル１４が発電した電力は、図８に示す経路ｅ，ｆにより、短絡用開閉器１３、電圧検出装置１８、電流検出装置１２、断路用開閉器１１、逆流防止ダイオード１７、直流母線４、断路用開閉器３を介してＰＣＳ２に供給される。この際、経路ｅ上で発生した直列アーク１９により、経路ｅを流れる電流にはアーク故障特有の信号成分が重畳される。
この信号成分は、第１実施形態と同様に、例えば、先願に記載された方法を用いて電流検出装置１２により検出することができる。
【００４５】
一方、健全な分岐系統２０Ａにおいて、太陽電池パネル２４とＰＣＳ２との間に流れる電流にはアーク故障特有の信号成分は重畳されないため、電流検出装置２２がこの信号成分を検出することはなく、このことは、他の健全な分岐系統においても同様である。また、分岐系統１０Ａに直列アーク１９が発生しても線間電圧は大きく変化しないため、電圧検出装置５，１８，２８が線間電圧の変動を検出することはない。
【００４６】
つまり、図８に示すような分岐系統における直列アーク故障では、当該系統に接続された電流検出装置のみでアーク故障に起因する信号成分を検出できるため、直列アーク故障が発生した分岐系統を特定することが可能である。
【００４７】
分岐系統において直列アーク故障が生じた場合には、当該系統のみを切り離せば直列アークを消滅させることができる。すなわち、図８の例では、図９に示す如く、分岐系統１０Ａ内の断路用開閉器１１を開放することにより、直列アーク１９を通過する電流経路がなくなって直列アーク１９が消滅する。図９において、１９ｘはアーク消滅後の断線箇所を示す。
この時、分岐系統２０Ａを含む健全な分岐系統からは、発電電力がＰＣＳ２に供給されている。
【００４８】
次に、図１０，図１１は、主幹系統において、断路用開閉器３と直流母線４との間の片側の線路で直列アーク故障が発生した場合を示している。図１０において、７は直列アークである。
分岐系統１０Ａ，２０Ａ内の太陽電池パネル１４，２４が発電した電力は、図１０に示す経路ｅ，ｆにより、短絡用開閉器１３，２３、電圧検出装置１８，２８、電流検出装置１２，２２、断路用開閉器１１，２１、逆流防止ダイオード１７，２７、直流母線４、断路用開閉器３を介してＰＣＳ２に供給される。図示されていない他の分岐系統による発電電力についても、同様である。
【００４９】
この場合、分岐系統１０Ａ，２０Ａを含む全ての分岐系統とＰＣＳ２との間に流れる電流の経路には直列アーク７が存在しており、この電流には、前述したようにアーク故障特有の信号成分が重畳されている。従って、全ての分岐系統内の電流検出装置がアーク故障特有の信号成分を検出可能であるから、図１０の電流検出装置１２，２２も上記の信号成分を検出することができる。この信号成分を電流検出装置１２，２２が検出するには、例えば、前記同様に先願に記載された方法を用いれば良い。
また、主幹系統に直列アーク７が発生しても線間電圧は大きく変化しないため、電圧検出装置５，１８，２８が線間電圧の変動を検出することはない。
【００５０】
上記のように、主幹系統における直列アーク故障では、全ての分岐系統内の電流検出装置によりアーク故障特有の信号成分が検出される。よって、この場合には、主幹系統において直列アーク故障が発生したことを判定可能である。
なお、第１実施形態と同様に、主幹系統における直列アーク故障の判定基準としては、複数（例えば３以上）の分岐系統内の電流検出装置により上記信号成分が検出された場合に、直列アーク故障が発生したと判定すれば良い。
【００５１】
図１０に示すように主幹系統において直列アーク故障が生じた場合には、全ての分岐系統からＰＣＳ２側に供給される電力を遮断する必要がある。このため、主幹系統の断路用開閉器３を開放するか、あるいは、全ての分岐系統内の断路用開閉器を開放する必要がある。図１１の例では、断路用開閉器１１，２１を含む全ての分岐系統１０Ａ，２０Ａ内の断路用開閉器を開放している。図１１において、７ｘはアーク消滅後の断線箇所を示す。
【００５２】
次いで、図１２は、分岐系統１０Ａにおいて、短絡用開閉器１３と太陽電池パネル１４との間の直流線路の線間で並列アーク故障が発生した場合を示している。図１２において、１９’は並列アークである。
【００５３】
この場合、太陽電池パネル１４からの電流は、並列アーク１９’を経由した経路ｇに流れる。また、分岐系統２０Ａを含む健全な分岐系統の太陽電池パネルからの電流は、分岐系統１０Ａ内の逆流防止ダイオード１７の作用により、分岐系統１０Ａに流れ込むことはない。
このため、電流検出装置１２による電流検出値はほぼゼロである。
【００５４】
また、電圧検出装置１８による線間電圧検出値は、並列アーク１９’の両端に発生するアーク電圧相当値（数１０［Ｖ］）まで低下する。一般に、太陽光発電システムにおける線間電圧の値は、数１００〜１，０００［Ｖ］程度であるため、図１２に示す並列アーク故障時には、電圧検出装置１８によって検出される線間電圧は健全時と比較して大幅に低下すると言える。
【００５５】
つまり、分岐系統における並列アーク故障では、故障が発生した分岐系統の電流検出装置による電流検出値が、健全な分岐系統に比べて特異な値、例えばほぼゼロとなる。また、当該分岐系統の線間電圧も急激に低下する。
よって、これらの変化を検出することにより、並列アーク故障が発生した分岐系統を特定することができる。
【００５６】
分岐系統において並列アーク故障が発生した場合には、当該分岐系統の太陽電池パネルから並列アークを介した電流の流れ込みを遮断する必要がある。
この場合、図１３に示すように分岐系統１０Ａの短絡用開閉器１３を閉じることが有効である。これにより、並列アーク１９’よりもインピーダンスが低い短絡用開閉器１３を通る電流経路ｈが形成されるため、線間に発生した並列アーク１９’は消滅する。
また、分岐系統１０Ａの断路用開閉器１１は開放されるが、健全な分岐系統２０Ａの断路用開閉器２１は閉じたままとする。これにより、分岐系統２０Ａによる発電電力をＰＣＳ２に供給することができる。
【００５７】
図１２，図１３では、並列アーク１９’が短絡用開閉器１３と太陽電池パネル１４との間で発生した場合を想定しているが、短絡用開閉器１３と断路用開閉器１１との間で並列アークが発生した場合の作用効果も同様である。
【００５８】
この第２実施形態においても、断路用開閉器３，１１，２１としてブレーカ等を用い、短絡用開閉器１３，２３として電磁接触器やリレー等を用いることができる。
なお、主幹系統において並列アーク故障が生じた場合、第１実施形態と同様に、電圧検出装置５による電圧検出値はアーク電圧相当値（数１０［Ｖ］）まで低下する一方、各分岐系統の電流検出装置による電流検出値は健全時と変わらない。よって、これらの電圧検出値及び電流検出値の状態から、主幹系統における並列アーク故障の発生を検出可能である。
この主幹系統における並列アークを除去するには、全ての分岐系統の断路用開閉器を開放すれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、太陽光発電システムを始めとして、直流発電設備を有する一または複数の分岐系統が直流母線に接続されたシステムにおける直列アーク故障、並列アーク故障の検出に適用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１：交流電源系統
２：パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
３：断路用開閉器
４：直流母線
５：電圧検出装置
６，７：直列アーク
６ｘ，７ｘ:断線箇所
１０，１０Ａ，２０，２０Ａ：分岐系統
１１，２１：断路用開閉器
１２，２２：電流検出装置
１３，２３：短絡用開閉器
１４，２４：太陽電池パネル
１５：直列アーク
１５ｘ:断線箇所
１６：並列アーク
１７，２７：逆流防止ダイオード
１８，２８：電圧検出装置
１９：直列アーク
１９ｘ:断線箇所
１９’：並列アーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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