(57)【要約】【課題】誤検出の頻度を抑えつつ、アークの発生を迅速に検出する。【解決手段】アーク検出装置（１２）は、太陽電池からの交流電流に基づきアークの有無を判定するアーク有無判定部（４３）と、太陽電池からの直流電流に基づいて、アーク有無判定部（４３）がアークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数を決定する繰返し数決定部（４４）とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電または充放電する直流電源からの交流電流に基づきアークの有無を判定するアーク判定部と、
前記直流電源からの直流電流に基づいて、前記アーク判定部がアークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数を決定する繰返し数決定部とを備えることを特徴とするアーク検出装置。
【請求項２】
前記繰返し数は、前記アーク判定部がアークの有無を判定するために、前記交流電流のデータの取り込みを繰り返す回数であることを特徴とする請求項１に記載のアーク検出装置。
【請求項３】
前記アーク判定部は、前記交流電流に基づきアークの有無を仮判定し、該仮判定を繰り返し、仮判定したアーク有の回数に基づきアークの有無を最終判定することを特徴とする請求項１または２に記載のアーク検出装置。
【請求項４】
前記繰返し数は、前記アーク判定部が前記仮判定を繰り返す回数であることを特徴とする請求項３に記載のアーク検出装置。
【請求項５】
前記繰返し数は、前記アーク判定部が前記仮判定を繰り返すことにより、仮判定したアーク有の回数であることを特徴とする請求項３に記載のアーク検出装置。
【請求項６】
前記直流電源からの電流を計測する電流計測部をさらに備えることを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載のアーク検出装置。
【請求項７】
発電または充放電する直流電源と、
請求項１から６までの何れか１項に記載のアーク検出装置を備えた直流電源システム。
【請求項８】
前記直流電源からの直流電力の電圧を変換する変換部と、
前記変換部を制御する制御部とを備える変換装置をさらに備えており、
前記アーク検出装置は、前記変換装置の前記制御部から前記直流電流の値を取得することを特徴とする請求項７に記載の直流電源システム。
【請求項９】
請求項１から５までの何れか１項に記載のアーク検出装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、上記各部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。
【請求項１０】
発電または充放電する直流電源からの交流電流に基づきアークの有無を判定するアーク判定ステップと、
前記直流電源からの直流電流に基づいて、前記アーク判定ステップにてアークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数を決定する繰返し数決定ステップとを含むことを特徴とするアーク検出装置の制御方法。
【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電源システムに適用されるアーク検出装置およびその制御方法、制御プログラム、並びに直流電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
特許文献１に記載のアーク検出装置では、まず、太陽電池ストリングの出力電流を電流センサにて検出し、検出した出力電流をパワースペクトルに変換する。次に、所定の周波数範囲であるアークの計測区間の上記パワースペクトルについて、上記計測区間を複数の領域に分割し、それら各領域のパワースペクトルの大きさである領域値のうち、最大の領域値を除く領域値の何れかを上記計測区間の区間値として取得する。そして、上記区間値を閾値と比較してアーク有無を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１５１５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、上記アークが発生すると火災等を起こす恐れがあるため、上記アークの発生を迅速に検出することが望ましい。上記アークの発生を迅速に検出するには、例えば上記閾値を下げることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、この場合、アーク以外のノイズ（例えばＰＣＳのスイッチングノイズ等）をアークのノイズと誤判断して、上記アークの発生を誤検出する頻度が高くなる。上記アークの発生を検出または誤検出するたびに、上記太陽光発電システムを一旦停止する必要がある。従って、上記誤検出の頻度が高くなると、発電効率が低下することになる。
【０００７】
本開示の一態様は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、誤検出の頻度を抑えつつ、上記アークの発生を迅速に検出できるアーク検出装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するために、本開示の一態様に係るアーク検出装置は、発電または充放電する直流電源からの交流電流に基づきアークの有無を判定するアーク判定部と、前記直流電源からの直流電流に基づいて、前記アーク判定部がアークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数を決定する繰返し数決定部とを備える。
【０００９】
また、前記の課題を解決するために、本開示の別の態様に係るアーク検出装置の制御方法は、発電または充放電する直流電源からの交流電流に基づきアークの有無を判定するアーク判定ステップと、前記直流電源からの直流電流に基づいて、前記アーク判定ステップにてアークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数を決定する繰返し数決定ステップとを含んでいる。
【００１０】
前記の構成および方法によると、前記直流電流に基づいて、アークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数が決定される。例えば、前記直流電流が大きくなるにつれて、前記繰返し数が少なくなるようにすればよい。前記直流電流が大きいと、前記交流電流の信号強度が大きくなり、アーク以外のノイズをアークのノイズと誤判断する可能性が低くなる。一方、前記繰返し数が少なくなると、上記誤判断の可能性が高くなるが、アークの発生を迅速に検出できる。従って、上記誤判断の可能性を抑えつつ、アークの発生を迅速に検出することができる。すなわち、アークの発生を誤検出する頻度を抑えつつ、アークの発生を迅速に検出することができる。
【００１１】
前記アーク検出装置では、前記繰返し数は、前記アーク判定部がアークの有無を判定するために、前記交流電流のデータの取り込みを繰り返す回数であってもよい。
【００１２】
前記アーク検出装置では、前記アーク判定部は、前記交流電流に基づきアークの有無を仮判定し、該仮判定を繰り返し、仮判定したアーク有の回数に基づきアークの有無を最終判定してもよい。この場合、アークの有無を２段階で判定するので、該判定の精度を向上することができる。
【００１３】
前記アーク検出装置では、前記繰返し数は、前記アーク判定部が前記仮判定を繰り返す回数であってもよい。
【００１４】
前記アーク検出装置では、前記繰返し数は、前記アーク判定部が前記仮判定を繰り返すことにより、仮判定したアーク有の回数であってもよい。
【００１５】
前記アーク検出装置では、前記直流電源からの電流を計測する電流計測部をさらに備えてもよい。この場合、前記アーク判定部は、前記電流計測部が計測した交流電流に基づきアークの有無を判定することができる。また、前記繰返し数決定部は、前記電流計測部が計測した直流電流に基づいて前記繰返し数を決定することができる。なお、前記電流計測部は、交流用電流センサおよび直流用電流センサを備えてもよいし、交流電流および直流電流の両方を計測可能な電流センサを備えてもよい。
【００１６】
なお、発電または充放電する直流電源と、上記構成のアーク検出装置を備えた直流電源システムであれば、上記と同様の効果を奏する。
【００１７】
ところで、前記直流電源システムは、前記直流電源からの直流電力の電圧を変換する変換部と、前記変換部を制御する制御部とを備える変換装置を備えていることが多い。前記制御部は、変換前の電流および電圧、並びに／または、変換後の電流および電圧に基づいて前記変換部を制御している。
【００１８】
そこで、前記直流電源システムでは、前記構成の変換装置をさらに備えており、前記アーク検出装置は、前記変換装置の前記制御部から前記直流電流の値を取得してもよい。この場合、直流電流を計測する計測部を新たに設ける必要が無い。なお、前記変換装置の例としては、ＰＣＳ、オプティマイザなどが挙げられる。また、前記アーク検出装置は、前記変換装置に内蔵されていてもよい。
【００１９】
本開示の一態様に係るアーク検出装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記アーク検出装置が備える各部として動作させることにより上記アーク検出装置をコンピュータにて実現させるアーク検出装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本開示の範疇に入る。
【発明の効果】
【００２０】
本開示の一態様によれば、誤検出の頻度を抑えつつ、上記アークの発生を迅速に検出できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本開示の一実施形態に係るアーク検出装置を備えた太陽光発電システムの構成の一例を示す概略の回路図である。
【図２】上記アーク検出装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は、上記アーク検出装置における電流センサにて検出された電流信号の時間波形を示すグラフであり、（ｂ）は、上記アーク検出装置におけるＣＰＵが生成した電流信号のパワースペクトルの波形を示すグラフである。
【図４】上記アーク検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】上記太陽光発電システムの変形例を示す概略の回路図である。
【図６】上記アーク検出装置の動作の別の例を示すフローチャートである。
【図７】上記アーク検出装置の動作の他の例を示すフローチャートである。
【図８】本開示の別の実施形態に係る太陽光発電システムにおけるＰＣＳの構成の一例を示すブロック図である。
【図９】本開示のさらに別の実施形態に係る太陽光発電システムにおいて、各太陽電池モジュールに設けられるオプティマイザおよびアーク検出装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】本開示の他の実施形態に係る太陽光発電システムに設けられているオプティマイザおよびアーク検出装置の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本開示の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。
【００２３】
§１  適用例
まず、図１および図２に基づいて、本開示が適用される場面の一例について説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態のアーク検出装置を備えた太陽光発電システムの構成の一例を示す概略の回路図である。図１に示すように、太陽光発電システム１（直流電源システム）は、複数の太陽電池ストリング１１（直流電源）、アーク検出装置１２、接続箱１３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）１４を備えている。
【００２５】
図２は、アーク検出装置１２の構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、アーク検出装置１２は、交流用電流センサ３１（電流計測部）、増幅器３２、フィルタ３３、Ａ／Ｄ変換部３４、ＣＰＵ（central processing unit）３５、直流用電流センサ３６（電流計測部）、増幅器３７およびＡ／Ｄ変換部３８を備えている。
【００２６】
図１および図２に示すように、アーク検出装置１２は、太陽電池ストリング１１からの交流電流を計測する交流用電流センサ３１と、該交流用電流センサ３１が計測した交流電流に基づきアークの有無を判定するアーク有無判定部４３（アーク判定部）と、太陽電池ストリング１１からの直流電流を計測する直流用電流センサ３６と、該直流用電流センサ３６が計測した直流電流に基づいて、アーク有無判定部４３がアークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数を決定する繰返し数決定部４４とを備える。
【００２７】
上記の構成によると、上記直流電流に基づいて、アークの有無を判定するために繰り返し行う処理の繰返し数が決定される。例えば、上記直流電流が大きくなるにつれて、上記繰返し数が少なくなるようにすればよい。上記直流電流が大きいと、上記交流電流の信号強度が大きくなり、アーク以外のノイズをアークのノイズと誤判断する可能性が低くなる。一方、上記繰返し数が少なくなると、上記誤判断の可能性が高くなるが、アークの発生を迅速に検出できる。従って、上記誤判断の可能性を抑えつつ、アークの発生を迅速に検出することができる。すなわち、アークの発生を誤検出する頻度を抑えつつ、アークの発生を迅速に検出することができる。
【００２８】
また、上記直流電流が大きいと、上記アークのエネルギーが大きいため、上記アークによる火災等のリスクが高くなる。従って、本実施形態のアーク検出装置を用いることにより、上記リスクを効果的に低減でき、その結果、太陽光発電システム１を安全に利用することができる。
【００２９】
なお、上記直流電流が小さくなるにつれて、上記繰返し数が多くなるようにすればよい。上記直流電流が小さいと、上記交流電流の信号強度が小さくなり、アーク以外のノイズをアークのノイズと誤判断する可能性が高くなる。一方、上記繰返し数が多くなると、アークの発生の検出が遅延することになるが、上記誤判断の可能性が低くなる。従って、上記誤判断の可能性を抑えることができ、アークの発生を誤検出する頻度を抑えることができる。
【００３０】
§２  構成例
本開示の実施の形態について図１〜図７に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、適宜その説明を省略する。
【００３１】
（太陽光発電システムの概要）
図１に示すように、太陽電池ストリング１１（直流電源）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。複数の太陽電池ストリング１１は太陽電池アレイ１５（直流電源）を構成している。各太陽電池ストリング１１は、接続箱１３を介してＰＣＳ１４と接続されている。
【００３２】
ＰＣＳ１４は、各太陽電池ストリング１１から入力した直流電力を交流電力に変換して出力する。なお、ＰＣＳ１４の代わりに、上記直流電力を消費する負荷装置が設けられてもよい。
【００３３】
接続箱１３は、各太陽電池ストリング１１を並列に接続している。具体的には、各太陽電池ストリング１１の一方の端子と接続されている出力線路２２ａ同士を接続し、各太陽電池ストリング１１の他方の端子と接続されている出力線路２２ｂ同士を接続している。なお、出力線路２２ｂには逆流防止用のダイオード２３が設けられている。
【００３４】
アーク検出装置１２は、本実施形態において、太陽電池ストリング１１毎に、太陽電池ストリング１１の出力線路２２ａに設けられている。
【００３５】
（アーク検出装置１２）
図２に示すように、交流用電流センサ３１は、出力線路２２ａを流れる交流電流を検出する。交流用電流センサ３１は、例えばＣＴ（変流器）を備える構成である。増幅器３２は、交流用電流センサ３１にて検出された交流電流信号を増幅する。
【００３６】
フィルタ３３は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）であり、増幅器３２から出力される交流電流信号のうち、所定周波数範囲の交流電流信号のみを通過させる。本実施形態において、フィルタ３３が通過させる周波数範囲は４０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚとしている。これにより、増幅器３２から出力される交流電流信号から、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（通常、４０ｋＨｚ以下）の交流電流信号を排除できるようにしている。
【００３７】
Ａ／Ｄ変換部３４は、フィルタ３３を通過したアナログ形式の交流電流信号をデジタル形式の交流電流信号に変換し、ＣＰＵ３５へ入力する。
【００３８】
ＣＰＵ３５は、Ａ／Ｄ変換部３４から入力されたデジタル形式の交流電流信号に対してＦＦＴを行い、交流電流信号のパワースペクトルを生成する。また、ＣＰＵ３５は、生成した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。そして、ＣＰＵ３５は、判定結果を外部へ出力する。
【００３９】
この判定結果は、例えば太陽光発電システム１の制御装置（図示せず）へ入力される。制御装置は、ＣＰＵ３５からアーク有の判定結果を入力すると、アークによる火災や太陽光発電システム１の損傷を防止するために、太陽光発電システム１の回路を遮断する。
【００４０】
図３の（ａ）は、交流用電流センサ３１にて検出された交流電流信号の時間波形を示すグラフであり、図３の（ｂ）は、ＣＰＵ３５が生成した交流電流信号のパワースペクトルの波形を示すグラフである。図３の（ａ）・（ｂ）には、アーク非発生状態およびアーク発生状態の両方の波形が示されている。
【００４１】
太陽電池ストリング１１にてアークが発生していない場合、上記交流電流信号の波形は、図３の(ａ)に示すアーク非発生状態の波形となり、上記交流電流信号のパワースペクトルの波形は、図３の（ｂ）に示すアーク非発生状態の波形となる。一方、太陽電池ストリング１１にてアークが発生している場合、上記交流電流信号の波形は、図３の(ａ)に示すアーク発生状態の波形となり、上記交流電流信号のパワースペクトルの波形は、図３の（ｂ）に示すアーク発生状態の波形となる。
【００４２】
図３の（ａ）・（ｂ）を参照すると、アーク非発生状態に比べて、アーク発生状態では、上記交流電流信号の振幅が大きくなり、上記交流電流信号のパワースペクトルのレベルが大きくなることが理解できる。したがって、アーク検出装置１２は、交流用電流センサ３１にて検出された交流電流信号の高周波成分に基づいて、太陽電池ストリング１１におけるアークの発生を検出することができる。
【００４３】
図２に示すように、直流用電流センサ３６は、出力線路２２ａを流れる直流電流を検出する。直流用電流センサ３６は、例えばＤＣＣＴ（直流変流器）を備える構成である。増幅器３７は、直流用電流センサ３６にて検出された直流電流信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換部３８は、増幅器３７から出力されるアナログ形式の直流電流信号をデジタル形式の直流電流値に変換し、ＣＰＵ３５へ入力する。
【００４４】
（ＣＰＵ３５）
図２に示すように、ＣＰＵ３５は、ＦＦＴ処理部４１、代表値取得部４２、アーク有無判定部４３および繰返し数決定部４４を備えている。
【００４５】
ＦＦＴ処理部４１は、Ａ／Ｄ変換部３４から入力されたデジタル形式の電流信号を取り込み、これを複数回繰り返し、取り込んだ電流信号のセットに対してＦＦＴ処理を行い、電流信号のパワースペクトルを生成する。ＦＦＴ処理部４１は、生成した電流信号のパワースペクトルを代表値取得部４２に提供する。
【００４６】
代表値取得部４２は、ＦＦＴ処理部４１からの電流信号のパワースペクトルに基づいて、該電流信号のパワースペクトルの代表値を取得する。代表値取得部４２は、取得した代表値をアーク有無判定部４３および繰返し数決定部４４に提供する。
【００４７】
上記代表値としては、種々のものが考えられる。例えば、上記代表値は、所定の計測区間（例えば４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚ）におけるパワースペクトルの平均値、最大値、最小値、中央値、最頻値等の統計値であってもよい。また、上記代表値は、上記計測区間に亘って上記パワースペクトルを積分した値であってもよい。
【００４８】
また、特許文献１に記載のように、アークの上記計測区間の上記パワースペクトルについて、上記計測区間を複数の領域に分割し、それら各領域のパワースペクトルの大きさである領域値のうち、最大の領域値を除く領域値の何れかを上記計測区間の区間値として取得し、取得した区間値を上記代表値としてもよい。また、上記アークの計測区間の区間値を取得するとともに、上記アークの計測区間とは異なる周波数範囲のノイズの計測区間の上記パワースペクトルについて、上記区間値を取得し、上記アークの計測区間の区間値と上記ノイズの計測区間の区間値との比または差を上記代表値としてもよい。
【００４９】
アーク有無判定部４３は、代表値取得部４２が取得した代表値Ｓを用いて、アークの有無を判定する。アーク有無判定部４３は、判定結果を外部へ出力する。
【００５０】
具体的には、アーク有無判定部４３は、代表値取得部４２が取得した代表値Ｓを所定の閾値Ｋと比較し、代表値Ｓが閾値Ｋよりも大きいかどうかを判定する。アーク有無判定部４３は、この判定の結果、代表値Ｓが閾値Ｋよりも大きければアーク有と仮判定する一方、代表値Ｓが閾値Ｋ以下であればアーク無と仮判定する。
【００５１】
なお、閾値Ｋは、アーク有無の判定動作を繰り返し行うことによって容易に決定することができる。すなわち、閾値Ｋの決定には過度の試行錯誤は不要である。
【００５２】
アーク有無判定部４３は、ＦＦＴ処理部４１、代表値取得部４２およびアーク有無判定部４３の上記の処理（仮判定処理）を複数回繰り返し、仮判定処理の回数が或る回数以内の場合において、アーク有の判定結果が或る回数以上となった場合に、アーク有の最終判定結果を外部へ出力する。
【００５３】
この最終判定結果は、例えば太陽光発電システム１の制御装置（図示せず）へ入力される。制御装置は、アーク有無判定部４３からアーク有の最終判定結果を入力すると、アークによる火災や太陽光発電システム１の損傷を防止できるように、太陽光発電システム１の回路を遮断する。
【００５４】
繰返し数決定部４４は、Ａ／Ｄ変換部３８からの直流電流値に基づき、ＦＦＴ処理部４１またはアーク有無判定部４３にて行われる繰返し処理における繰返し数を決定する。繰返し数決定部４４は、決定した繰返し数をＦＦＴ処理部４１またはアーク有無判定部４３に提供する。
【００５５】
これにより、例えばＦＦＴ処理部４１は、繰返し数決定部４４が決定した繰返し数だけ、データの取り込みを繰り返す。或いは、アーク有無判定部４３は、上記繰返し数だけ、上記仮判定処理を繰り返す。或いは、アーク有無判定部４３は、アーク有の仮判定結果が上記繰返し数だけ繰り返された場合に、アーク有の最終判定結果を外部へ出力する。
【００５６】
（アーク検出装置１２の動作）
図４は、上記構成のアーク検出装置１２の動作の一例を示すフローチャートである。図４では、ＦＦＴ処理部４１は、繰返し数決定部４４が決定した繰返し数だけ、データの取り込みを繰り返す。
【００５７】
まず、図４に示すように、アークの検出において、アーク有無判定部４３は、カウンタｎを初期値１に、かつ、カウンタｃを初期値０にそれぞれリセットする(Ｓ１１)。なお、カウンタｎは、アークの判定回数をカウントするカウンタであり、カウンタｃは、アークの判定の結果、アーク有と判定した回数をカウントするカウンタである。
【００５８】
次に、繰返し数決定部４４は、直流用電流センサ３６にて検出され、Ａ／Ｄ変換部３８によってＡ／Ｄ変換された直流電流値Ｉdcに基づいて、データの取り込み数Ｎdataを決定する（Ｓ１２）。例えば、直流電流値Ｉdcが１Ａ未満の場合、取り込み数Ｎdataを８１９２に決定する。また、直流電流値Ｉdcが１Ａ以上３Ａ未満の場合、取り込み数Ｎdataを４０９６に決定する。また、直流電流値Ｉdcが３Ａ以上１０Ａ未満の場合、取り込み数Ｎdataを２０４８に決定する。また、直流電流値Ｉdcが１０Ａ以上の場合、取り込み数Ｎdataを１０２４に決定する。
【００５９】
次に、ＦＦＴ処理部４１は、交流用電流センサ３１にて検出され、フィルタ３３を通過し、Ａ／Ｄ変換部３４によってＡ／Ｄ変換された電流信号のデータを、繰返し数決定部４４が決定した取り込み数Ｎdataだけ取り込む(Ｓ１３)。ＦＦＴ処理部４１は、取り込んだデータに対してＦＦＴ処理行い(Ｓ１４)、電流信号のパワースペクトルを生成する。
【００６０】
次に、代表値取得部４２は、ＦＦＴ処理部４１にてＦＦＴが行われた所定の計測区間における電流信号のパワースペクトルの代表値Ｓ(n)を取得する（Ｓ１５）。
【００６１】
次に、アーク有無判定部４３は、代表値取得部４２が取得した代表値Ｓ(n)を所定の閾値Ｋと比較する（Ｓ１６）。代表値Ｓ(n)が閾値Ｋよりも大きい場合、アーク有と判定してカウンタｃに１を加算し（Ｓ１７）、Ｓ１８へ進む。一方、Ｓ１６の判定において、代表値Ｓ(n)が閾値Ｋ以下である場合アーク無と判定する。この場合には、カウンタｃに１を加算せずに、Ｓ１８へ進む。
【００６２】
Ｓ１８では、カウンタｎの値が１０に到達したかどうか、すなわちｎ＝１０であるかどうかを判定する。ｎ＝１０でなければ、カウンタｎに１を加算して（Ｓ１９）、Ｓ１２へ戻り、上述の処理を繰り返す。
【００６３】
一方、Ｓ１８において、ｎ＝１０であれば、アーク有の回数のカウンタｃの値が５以上かどうかを判定する（Ｓ２０）。カウンタｃの値が５未満であればＳ１１へ戻り、上述の動作を繰り返す。
【００６４】
また、Ｓ２０において、カウンタｃの値が５以上であれば、アーク有（アーク発生）の最終判定結果を出力する（Ｓ２１）。その後、アーク検知処理を終了する。このように、本実施形態において、アーク有無判定部４３は、１０回のアーク有無の判定中、アーク有の判定結果が５回以上となった場合に、アーク有の最終判定結果を出力するようになっている。
【００６５】
その後、太陽光発電システム１の制御装置は、アーク有無判定部４３からアーク有の最終判定結果を受けると、アークによる火災や太陽光発電システム１の損傷を防止するために、太陽光発電システム１の回路が遮断させる。
【００６６】
（変形例１）
図５は、図１に示した太陽光発電システム１の変形例を示す概略の回路図である。上記の実施形態では、アーク検出装置１２を各太陽電池ストリング１１に個別に設けた例について示した。しかしながら、アーク検出装置１２の配置はこれに限定されない。すなわち、アーク検出装置１２は、図５に示すように、複数の太陽電池ストリング１１を備えた太陽光発電システム１において１個のみ設けられていてもよい。なお、図５の例では、アーク検出装置１２は、接続箱１３の後段、すなわち接続箱１３とＰＣＳ１４との間に設けられている。
【００６７】
また、アーク検出装置１２は、図５に示すように、接続箱１３とＰＣＳ１４との間に代えて、ＰＣＳ１４の筐体の内部に設けられていてもよい。この構成については、別の実施形態にて説明する。
【００６８】
（変形例２）
なお、ＣＰＵ３５が、Ａ／Ｄ変換部３４・３８と同様の機能を有するＡ／Ｄ入力部を備える場合、Ａ／Ｄ変換部３４・３８は省略可能である。この場合、フィルタ３３からの交流電流信号と、増幅器３７からの直流電流信号とをＣＰＵ３５の上記Ａ／Ｄ入力部に直接入力すればよい。
【００６９】
（変形例３）
図６は、アーク検出装置１２の動作の別の例を示すフローチャートである。図６では、アーク有無判定部４３は、繰返し数決定部４４が決定した繰返し数だけ、上記仮判定処理を繰り返す。なお、図６において、図４に示した動作と同様の動作には同様のステップ番号Ｓを付記し、それら動作の説明を省略する。
【００７０】
まず、図６に示すように、アークの検出において、アーク有無判定部４３は、カウンタｎを初期値１に、かつ、カウンタｃを初期値０にそれぞれリセットする (Ｓ１１)。
【００７１】
次に、繰返し数決定部４４は、直流用電流センサ３６にて検出され、Ａ／Ｄ変換部３８によってＡ／Ｄ変換された直流電流値Ｉdcに基づいて、上記仮判定処理の繰返し数Ｍを決定する（Ｓ３１）。例えば、直流電流値Ｉdcが１Ａ未満の場合、繰返し数Ｍを１００に決定する。また、直流電流値Ｉdcが１Ａ以上３Ａ未満の場合、繰返し数Ｍを５０に決定する。また、直流電流値Ｉdcが３Ａ以上１０Ａ未満の場合、繰返し数Ｍを３０に決定する。また、直流電流値Ｉdcが１０Ａ以上の場合、繰返し数Ｍを１０に決定する。
【００７２】
次に、ＦＦＴ処理部４１は、交流用電流センサ３１にて検出され、フィルタ３３を通過し、Ａ／Ｄ変換部３４によってＡ／Ｄ変換された電流信号のデータを、所定の取り込み数（例えば1024）だけ取り込む(Ｓ３２)。ＦＦＴ処理部４１は、取り込んだデータに対してＦＦＴ処理行い(Ｓ１４)、電流信号のパワースペクトルを生成する。次に、代表値取得部４２は、ＦＦＴ処理部４１にてＦＦＴが行われた所定の計測区間における電流信号のパワースペクトルの代表値Ｓ(n)を取得する（Ｓ１５）。
【００７３】
次に、アーク有無判定部４３は、代表値取得部４２が取得した代表値Ｓ(n)を所定の閾値Ｋと比較する（Ｓ１６）。代表値Ｓ(n)が閾値Ｋよりも大きい場合、アーク有と判定してカウンタｃに１を加算し（Ｓ１７）、Ｓ３３へ進む。一方、Ｓ１６の判定において、代表値Ｓ(n)が閾値Ｋ以下である場合アーク無と判定する。この場合には、カウンタｃに１を加算せずに、Ｓ３３へ進む。
【００７４】
Ｓ３３では、カウンタｎの値が上記繰返し数Ｍに到達したかどうか、すなわちｎ≧Ｍであるかどうかを判定する。ｎ≧Ｍでなければ、カウンタｎに１を加算して（Ｓ１９）、Ｓ３２へ戻り、上述の処理を繰り返す。
【００７５】
一方、Ｓ３４において、ｎ≧Ｍであれば、アーク有の回数のカウンタｃの値がｎ／２以上かどうかを判定する（Ｓ３４）。カウンタｃの値がｎ／２未満であればＳ３１へ戻り、上述の動作を繰り返す。
【００７６】
また、Ｓ３４において、カウンタｃの値がｎ／２以上であれば、アーク有の最終判定結果を出力する（Ｓ２１）。その後、アーク検知処理を終了する。このように、本変形例において、アーク有無判定部４３は、ｎ回のアーク有無の仮判定中、アーク有の判定結果がｎ／２回以上となった場合に、アーク有の最終判定結果を出力するようになっている。
【００７７】
（変形例４）
図７は、アーク検出装置１２の動作の他の例を示すフローチャートである。図７では、アーク有無判定部４３は、アーク有の仮判定結果が、繰返し数決定部４４が決定した繰返し数だけ繰り返された場合に、アーク有の最終判定結果を外部へ出力する。なお、図７において、図４および図６に示した動作と同様の動作には同様のステップ番号Ｓを付記し、それら動作の説明を省略する。
【００７８】
まず、図７に示すように、アークの検出において、アーク有無判定部４３は、カウンタｎを初期値１に、かつ、カウンタｃを初期値０にそれぞれリセットする (Ｓ１１)。
【００７９】
次に、繰返し数決定部４４は、直流用電流センサ３６にて検出され、Ａ／Ｄ変換部３８によってＡ／Ｄ変換された直流電流値Ｉdcに基づいて、上記アーク有の仮判定結果の繰返し数Ｄを決定する（Ｓ４１）。例えば、直流電流値Ｉdcが１Ａ未満の場合、繰返し数Ｄを５０に決定する。また、直流電流値Ｉdcが１Ａ以上３Ａ未満の場合、繰返し数Ｄを２５に決定する。また、直流電流値Ｉdcが３Ａ以上１０Ａ未満の場合、繰返し数Ｄを１０に決定する。また、直流電流値Ｉdcが１０Ａ以上の場合、繰返し数Ｄを５に決定する。
【００８０】
次に、ＦＦＴ処理部４１は、交流用電流センサ３１にて検出され、フィルタ３３を通過し、Ａ／Ｄ変換部３４によってＡ／Ｄ変換された電流信号のデータを、所定の取り込み数だけ取り込む(Ｓ３２)。ＦＦＴ処理部４１は、取り込んだデータに対してＦＦＴ処理行い(Ｓ１４)、電流信号のパワースペクトルを生成する。次に、代表値取得部４２は、ＦＦＴ処理部４１にてＦＦＴが行われた所定の計測区間における電流信号のパワースペクトルの代表値Ｓ(n)を取得する（Ｓ１５）。
【００８１】
次に、アーク有無判定部４３は、代表値取得部４２が取得した代表値Ｓ(n)を所定の閾値Ｋと比較する（Ｓ１６）。代表値Ｓ(n)が閾値Ｋよりも大きい場合、アーク有と判定してカウンタｃに１を加算し（Ｓ１７）、Ｓ４２へ進む。一方、Ｓ１６の判定において、代表値Ｓ(n)が閾値Ｋ以下である場合アーク無と判定する。この場合には、カウンタｃに１を加算せずに、Ｓ４２へ進む。
【００８２】
Ｓ４２では、カウンタｃの値が上記繰返し数Ｄに到達したかどうか、すなわちｃ≧Ｄであるかどうかを判定する。ｃ≧Ｄでなければ、Ｓ４３へ進む。一方、Ｓ４２において、ｃ≧Ｄであれば、アーク有の最終判定結果を出力する（Ｓ２１）。その後、アーク検知処理を終了する。
【００８３】
Ｓ４３では、カウンタｎの値が１００に到達したかどうか、すなわちｎ＝１００であるかどうかを判定する。ｎ＝１００でなければ、カウンタｎに１を加算して（Ｓ１９）、Ｓ３２へ戻り、上述の処理を繰り返す。
【００８４】
一方、Ｓ４３において、ｎ＝１００であれば、アーク無の最終判定を行い、アーク検知処理を終了する。このように、本変形例において、アーク有無判定部４３は、アーク有の仮判定結果ｃが、上記繰返し数Ｄ以上となった場合に、アーク有の最終判定結果を出力するようになっている。
【００８５】
〔実施形態２〕
本開示の別の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。本実施形態では、太陽光発電システム１は、ＰＣＳ１４（変換装置）にアーク検出装置が内蔵されている。
【００８６】
（ＰＣＳ１４の構成）
図８は、本実施形態に係るＰＣＳ１４の構成の一例を示すブロック図である。図８に示すように、ＰＣＳ１４は、測定回路５１、電力変換回路５２、制御回路５３（制御部）、およびコンデンサＣを備えている。
【００８７】
測定回路５１は、電流計測部６１および電圧計測部６２を備えている。電流計測部６１は、電路２４を流れる電流Ｉを計測する。また、電圧計測部６２は、電路２４・２４間の電圧Ｖ（変換前の電圧）を計測する。測定回路５１によって計測された電流Ｉおよび電圧Ｖの計測結果は、制御回路５３に与えられる。
【００８８】
また、電力変換回路５２は、コンデンサＣを介して、測定回路５１と接続されている。コンデンサＣが設けられることにより、電力変換回路５２に対するサージ電圧の入力を防止することができる。
【００８９】
電力変換回路５２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６３（変換部）およびＤＣ／ＡＣコンバータ６４を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ６３は、直流電力の電圧を変換（ＤＣ／ＤＣ変換）する回路であり、例えば昇圧チョッパである。一例として、ＤＣ／ＤＣコンバータ６３は、太陽電池アレイ１５において発電された直流電力の電圧を、より高い電圧に変換（昇圧）する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ６３において電圧が変換された直流電力は、ＤＣ／ＡＣコンバータ６４に供給される。
【００９０】
ＤＣ／ＡＣコンバータ６４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６３から供給された直流電力を交流電力に変換（ＤＣ／ＡＣ変換）する回路であり、例えばインバータである。一例として、ＤＣ／ＡＣコンバータ６４は、直流電力を、周波数６０Ｈｚの交流電力に変換する。そして、ＤＣ／ＡＣコンバータ６４において変換された交流電力は、電力系統８０に供給される。
【００９１】
制御回路５３は、ＰＣＳ１４の動作を統括的に制御する。具体的には、制御回路５３は、測定回路５１からの電流Ｉおよび電圧Ｖの計測結果に基づいて、電力変換回路５２の動作を制御する。これにより、太陽電池アレイ１５において発電された直流電力を、電力系統８０との系統連系が可能となる所定の電圧および周波数を有する交流電力に変換することができる。
【００９２】
また、制御回路５３は直流電流値取得部６５を備える。なお、直流電流値取得部６５の詳細は後述する。
【００９３】
本実施形態では、図８に示すように、ＰＣＳ１４は、図２に示すアーク検出装置１２の構成のうち、交流用電流センサ３１、増幅器３２、フィルタ３３、Ａ／Ｄ変換部３４、およびＣＰＵ３５を備える。また、ＰＣＳ１４は、図２に示すアーク検出装置１２における直流用電流センサ３６、増幅器３７およびＡ／Ｄ変換部３８に代えて、電流計測部６１と、制御回路５３の直流電流値取得部６５とを利用する。なお、以下では、増幅器３２、フィルタ３３、Ａ／Ｄ変換部３４、およびＣＰＵ３５を備える構成を「アーク検出処理部３９」と称する。
【００９４】
直流電流値取得部６５は、電流計測部６１によって計測された電流Ｉのうち直流成分の値である直流電流値を取得する。直流電流値取得部６５は、取得した直流電流値をＣＰＵ３５の繰返し数決定部４４に入力する。これにより、図２に示すアーク検出装置１２と同様に、誤検出の頻度を抑えつつ、アークの発生を迅速に検出することができる。
【００９５】
（変形例１）
ところで、ＰＣＳ１４に内蔵されている電流計測部６１は、通常、電流Ｉの直流成分だけでなく、交流成分も計測可能である。そこで、交流用電流センサ３１に代えて電流計測部６１を利用してもよい。この場合、電流計測部６１によって計測された電流Ｉのうちの交流成分を増幅器３２に入力すればよい。このように、直流および交流の両方を計測できる電流センサを利用すれば、電流センサの数を２つから１つに減らすことができる。直流および交流の両方を計測できる電流センサの一例としては、ＣＴおよびホール素子を組み合わせた電流センサなどが挙げられる。
【００９６】
（変形例２）
なお、測定回路５１をＤＣ／ＤＣコンバータ６３の出力側に設けてもよい。この場合、制御回路５３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６３から出力された電流および電圧の計測結果に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ６３を制御すればよい。また、繰返し数決定部４４は、太陽電池アレイ１５から接続箱１３およびＤＣ／ＤＣコンバータ６３を介して出力された電流の直流電流値に基づき、上記繰返し数を決定すればよい。
【００９７】
（変形例３）
なお、測定回路５１をＤＣ／ＤＣコンバータ６３の出力側に追加してもよい。この場合、制御回路５３は、ＰＣＳ１４に入力された電流および電圧の計測結果と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６３から出力された電流および電圧の計測結果とに基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ６３を制御すればよい。また、繰返し数決定部４４は、太陽電池アレイ１５から接続箱１３を介して出力された電流の直流電流値と、太陽電池アレイ１５から接続箱１３およびＤＣ／ＤＣコンバータ６３を介して出力された電流の直流電流値との少なくとも一方に基づき、上記繰返し数を決定すればよい。
【００９８】
〔実施形態３〕
本開示のさらに別の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。本実施形態の太陽光発電システム１では、太陽光エネルギーを、より効率的に電力に変換するために、ＰＣＳ１４にて行われてきた電力の最適化を、太陽電池モジュール２１単位で行うオプティマイザが利用されている。
【００９９】
図９は、各太陽電池モジュール２１（直流電源）に設けられるオプティマイザ２５（変換装置）およびアーク検出装置７１の構成の一例を示すブロック図である。
【０１００】
オプティマイザ２５は、太陽電池モジュール２１からの電力を最適化して、出力電力を太陽電池ストリング１１の出力線路２２ａに供給する。これにより、太陽電池ストリング１１からＰＣＳ１４への電力の出力効率を向上することができる。
【０１０１】
アーク検出装置７１は、太陽電池モジュール２１と、太陽電池モジュール２１およびオプティマイザ２５の間の電路２２ｃにおけるアークを検出する。アーク検出装置７１は、図８と同様に、交流用電流センサ３１およびアーク検出処理部３９を備える。交流用電流センサ３１は、電路２２ｃに設けられる。
【０１０２】
オプティマイザ２５は、ＰＣＳ１４における電流計測部６１、電圧計測部６２およびＤＣ／ＤＣコンバータ６３と同様の構成を有している。従って、オプティマイザ２５は、太陽電池モジュール２１からの電流を計測しており、該電流の直流成分である直流電流値を取得している。
【０１０３】
そこで、本実施形態では、オプティマイザ２５は、取得した直流電流値をＣＰＵ３５の繰返し数決定部４４に入力する。これにより、図２に示すアーク検出装置１２と同様に、誤検出の頻度を抑えつつ、上記アークの発生を迅速に検出することができる。なお、図８に示すＰＣＳ１４と同様に、オプティマイザ２５は、アーク検出装置７１を内蔵してもよい。
【０１０４】
〔実施形態４〕
本開示の他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。本実施形態の太陽光発電システム１では、太陽光エネルギーを、より効率的に電力に変換するために、ＰＣＳ１４にて行われてきた電力の最適化を、複数の太陽電池ストリング１１単位で行うオプティマイザが利用されている。
【０１０５】
図１０は、本実施形態の太陽光発電システム１に設けられているオプティマイザ２６（変換装置）およびアーク検出装置７２・７３の構成の一例を示すブロック図である。
【０１０６】
オプティマイザ２６は、複数の太陽電池ストリング１１からの電力をそれぞれ最適化して、出力電力をＰＣＳ１４に供給する。これにより、上記複数の太陽電池ストリング１１からＰＣＳ１４への電力の出力効率を向上することができる。
【０１０７】
複数のアーク検出装置７２は、複数の太陽電池ストリング１１におけるアークをそれぞれ検出する。アーク検出装置７２は、図８と同様に、交流用電流センサ３１およびアーク検出処理部３９を備える。アーク検出装置７２の交流用電流センサ３１は、出力線路２２ａに設けられる。
【０１０８】
オプティマイザ２６は、ＰＣＳ１４における電流計測部６１、電圧計測部６２およびＤＣ／ＤＣコンバータ６３と同様の構成を有している。従って、オプティマイザ２６は、各太陽電池ストリング１１からの電流を計測しており、該電流の直流成分である直流電流値を取得している。
【０１０９】
そこで、本実施形態では、オプティマイザ２６は、各太陽電池ストリング１１の直流電流値を、各アーク検出装置７２のアーク検出処理部３９に入力する。これにより、図９に示すアーク検出装置７１と同様に、誤検出の頻度を抑えつつ、各太陽電池ストリング１１におけるアークの発生を迅速に検出することができる。
【０１１０】
一方、アーク検出装置７３は、オプティマイザ２６とＰＣＳ１４との間の電路２４におけるアークを検出する。アーク検出装置７３は、図８と同様に、交流用電流センサ３１およびアーク検出処理部３９を備える。アーク検出装置７３の交流用電流センサ３１は、電路２４に設けられる。
【０１１１】
オプティマイザ２６は、ＰＣＳ１４への最適化された電力の電流を計測または算出しており、該電流の直流成分である直流電流値を取得している。そこで、本実施形態では、オプティマイザ２６は、ＰＣＳ１４への電力の直流電流値を、アーク検出装置７３のアーク検出処理部３９に入力する。これにより、図９に示すアーク検出装置７１と同様に、誤検出の頻度を抑えつつ、電路２４におけるアークの発生を迅速に検出することができる。
【０１１２】
なお、図８に示すＰＣＳ１４と同様に、オプティマイザ２６は、アーク検出装置７２・７３を内蔵してもよい。
【０１１３】
（変形例）
図１０に示す太陽光発電システム１では、３つのアーク検出処理部３９が設けられているが、これを１つのアーク検出処理部３９としてもよい。この場合、３つの交流用電流センサ３１からの信号を切り替えてアーク検出処理部３９に出力する切替器を設ければよい。このとき、アークの有無を常時検出することは困難となるが、装置規模を小型化することができる。
【０１１４】
〔ソフトウェアによる実現例〕
アーク検出装置１２・７１〜７３の制御ブロック（特にＣＰＵ３５）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
【０１１５】
後者の場合、アーク検出装置１２・７１〜７３は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵを用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
【０１１６】
〔付記事項〕
なお、上記実施形態では、上記交流電流信号のパワースペクトルからアークの有無を判定しているが、これに限定されるものではない。例えば、図３の（ａ）に示すように、アークが発生すると交流電流信号の振幅が増大する。従って、上記交流電流信号の振幅からアークの有無を判定してもよい。
【０１１７】
また、上記実施形態では、太陽光発電システムに本発明を適用しているが、これに限定されるものではなく、直流電源を備えた任意の電源システムに本発明を適用することができる。上記直流電源としては、太陽光発電装置の他に、水素燃料と空気中の酸素との電気化学反応により、水素燃料を利用して電気エネルギー（直流電力）を得ることが可能な燃料電池装置、電気エネルギーを蓄積する蓄電池、キャパシタなどの蓄電器、などが挙げられる。
【０１１８】
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。
【符号の説明】
【０１１９】
１  太陽光発電システム（直流電源システム）
１１  太陽電池ストリング（直流電源）
１２、７１、７２、７３  アーク検出装置
１３  接続箱
１４  ＰＣＳ（変換装置）
１５  太陽電池アレイ（直流電源）
２１  太陽電池モジュール（直流電源）
２２ａ、２２ｂ  出力線路
２２ｃ、２４  電路
２３  ダイオード
２５、２６  オプティマイザ（変換装置）
３１  交流用電流センサ（電流計測部）
３２、３７  増幅器
３３  フィルタ
３４、３８  Ａ／Ｄ変換部
３５  ＣＰＵ
３６  直流用電流センサ（電流計測部）
３９  アーク検出処理部
４１  ＦＦＴ処理部
４２  代表値取得部
４３  アーク有無判定部（アーク判定部）
４４  繰返し数決定部
５１  測定回路
５２  電力変換回路
５３  制御回路（制御部）
６１  電流計測部
６２  電圧計測部
６３  ＤＣ／ＤＣコンバータ（変換部）
６４  ＤＣ／ＡＣコンバータ
６５  直流電流値取得部
８０  電力系統
【図１】
2019158674.tif 000003
【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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