(57)【要約】【課題】交流電圧印加方式を採用して直流回路の地絡の有無を判定しつつ、当該直流回路の地絡位置を特定することができる地絡検出装置を提供する。【解決手段】地絡検出装置４は、非接地状態における太陽電池ストリング２の地絡を検出する。地絡検出装置４は、太陽電池ストリング２の所定位置Ａを大地ＧＮＤに接続する接地線２１と、接地線２１上に設けられる交流電流源２２と、接地線２１上における電圧の交流成分及び直流成分を検出する電圧測定器２３と、電圧測定器２３による検出結果が入力される演算部２４と、を備えている。演算部２４は、電圧の交流成分Ｖａｃに基づいて、太陽電池ストリング２の地絡の有無を判定すると共に、少なくとも電圧の直流成分Ｖｄｃ又は電流の直流成分Ｉｄｃに基づいて、太陽電池ストリング２の地絡位置Ｔを検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接地状態における直流回路の地絡を検出する地絡検出装置であって、
前記直流回路の所定位置を大地に接続する接地線と、
前記接地線上に設けられる交流電流源と、
前記接地線上における電圧変化部間の電圧の交流成分と、前記電圧の直流成分又は前記電圧変化部を流れる電流と、を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果が入力される演算部と、を備え、
前記演算部は、
前記電圧の前記交流成分に基づいて、前記直流回路の地絡の有無を判定すると共に、
少なくとも前記電圧の直流成分又は前記電流の直流成分に基づいて、前記直流回路の地絡位置を特定する、地絡検出装置。
【請求項２】
前記電圧変化部は、前記交流電流源であり、
前記検出部は、前記交流電流源の出力端子間電圧の交流成分及び直流成分を検出し、
前記演算部は、
前記交流電流源によって前記直流回路と前記大地の間に入力される交流電流と、前記出力端子間電圧の前記交流成分とに基づいて、前記直流回路の絶縁抵抗値を算出して前記地絡の有無を判定すると共に、
前記出力端子間電圧の前記直流成分に基づいて、前記地絡位置を特定する、請求項１に記載の地絡検出装置。
【請求項３】
前記電圧変化部は、前記交流電流源であり、
前記交流電流源は、寄生する並列アドミタンスを有しており、
前記検出部は、前記交流電流源の出力端子間電圧の交流成分及び直流成分を検出し、
前記演算部は、
前記交流電流源の設定値である交流電流と、前記出力端子間電圧の前記交流成分と、前記並列アドミタンスの値とに基づいて、前記直流回路の絶縁抵抗値を算出して前記地絡の有無を判定すると共に、
前記出力端子間電圧の前記直流成分と、前記並列アドミタンスの前記値と、前記絶縁抵抗値とに基づいて、前記地絡位置を特定する、請求項１に記載の地絡検出装置。
【請求項４】
前記電圧変化部は、前記接地線上において前記交流電流源に並列接続された測定抵抗であり、
前記検出部は、前記測定抵抗間の電圧の交流成分と、当該電圧の直流成分又は前記測定抵抗を流れる前記電流の直流成分と、を検出し、
前記演算部は、
前記交流電流源によって前記直流回路と前記大地の間に入力される交流電流と、前記測定抵抗間の前記電圧の前記交流成分と、前記測定抵抗の抵抗値とに基づいて、前記直流回路の絶縁抵抗値を算出して前記地絡の有無を判定すると共に、
前記測定抵抗間の前記電圧の前記直流成分または前記測定抵抗を流れる前記電流の前記直流成分と、前記測定抵抗の前記抵抗値と、前記絶縁抵抗値とに基づいて、前記地絡位置を特定する、請求項１に記載の地絡検出装置。
【請求項５】
前記電圧変化部は、前記接地線上において前記交流電流源に並列接続されたリアクトルであり、
前記検出部は、前記リアクトル間の電圧の交流成分と、前記リアクトルを流れる電流の直流成分と、を検出し、
前記演算部は、
前記交流電流源によって前記直流回路と前記大地の間に入力される交流電流と、前記リアクトル間の前記電圧の前記交流成分とに基づいて、前記直流回路の絶縁抵抗値を算出して前記地絡の有無を判定すると共に、
前記リアクトルを流れる前記電流の前記直流成分と、前記絶縁抵抗値とに基づいて、前記地絡位置を特定する、請求項１に記載の地絡検出装置。
【請求項６】
前記電圧変化部は、前記交流電流源と、前記接地線上において前記交流電流源と直列接続されたコンデンサであり、
前記検出部は、前記交流電流源の出力端子間電圧の交流成分と、前記コンデンサの端子間電圧の直流成分と、を検出し、
前記演算部は、
前記交流電流源の設定値である交流電流と、前記出力端子間電圧の前記交流成分とに基づいて、前記直流回路の絶縁抵抗値を算出して前記地絡の有無を判定すると共に、
前記コンデンサの前記端子間電圧の前記直流成分に基づいて、前記地絡位置を特定する、請求項１に記載の地絡検出装置。
【請求項７】
前記直流回路は、互いに直列接続された複数の太陽電池モジュールを備え、
前記検出部は、前記コンデンサの前記端子間電圧の前記直流成分の検出に対する受信抵抗を有し、
前記受信抵抗の抵抗値は、許容絶縁抵抗値と前記複数の太陽電池モジュールの数とに基づいて設定される、請求項６に記載の地絡検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一側面は、地絡検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システム等の直流回路における地絡検出手法の一つとして、直流回路に交流電圧を重畳することで地絡の有無を判定する交流電圧印加方式が知られている。このような交流電圧印加方式を利用した地絡検出装置として、例えば特許文献１に記載された事故点検査装置が挙げられる。この特許文献１に記載された事故点検査装置では、大地と直流回路との間に対して交流電圧を印加した際に流れる電流の位相と、基準電圧の位相とのずれを確認することによって、直流回路の地絡の有無を判定することが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８００５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上述の交流電圧印加方式を利用した事故点検査装置においては、検出不可能となる不感帯が無いため、直流回路上のあらゆる箇所での地絡の有無を判定することが可能である。しかしながら、当該事故点検査装置では、直流回路の地絡位置を検知し特定することは困難である。
【０００５】
そこで、本発明の一側面は、交流電圧印加方式を採用して直流回路の地絡の有無を判定しつつ、当該直流回路の地絡位置を特定することができる地絡検出装置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】
本発明の一側面に係る地絡検出装置は、非接地状態における直流回路の地絡を検出する地絡検出装置であって、直流回路の所定位置を大地に接続する接地線と、接地線上に設けられる交流電流源と、接地線上における電圧変化部の電圧の交流成分と、電圧の直流成分又は電圧変化部を流れる電流と、を検出する検出部と、検出部による検出結果が入力される演算部と、を備え、演算部は、電圧の交流成分に基づいて、直流回路の地絡の有無を判定すると共に、少なくとも電圧の直流成分又は電流の直流成分に基づいて、直流回路の地絡位置を特定する。
【０００７】
この地絡検出装置では、直流回路と大地との間に交流電流を入力し、電圧変化部間の電圧の交流成分の検出結果に基づいて、直流回路の絶縁抵抗値が算出されると共に直流回路の地絡の有無が判定される。また、少なくとも電圧の直流成分又は電流の直流成分に基づいて、直流回路の地絡位置が検出される。したがって、直流回路に対して交流電圧印加方式を採用して直流回路の地絡の有無を判定しつつ、当該直流回路の地絡位置を特定することができる。
【０００８】
本発明の一側面に係る地絡検出装置において、電圧変化部は、交流電流源であり、検出部は、交流電流源の出力端子間電圧の交流成分及び直流成分を検出し、演算部は、交流電流源によって直流回路と大地との間に入力される交流電流と、出力端子間電圧の交流成分とに基づいて、直流回路の絶縁抵抗値を算出して地絡の有無を判定すると共に、出力端子間電圧の直流成分に基づいて、地絡位置を特定してもよい。この場合、例えば地絡検出装置内の構成を簡易化しつつ、地絡の有無の判定及び地絡位置の特定を実現できる。
【０００９】
本発明の一側面に係る地絡検出装置において、電圧変化部は、交流電流源であり、交流電流源は、寄生する並列アドミタンスを有しており、検出部は、交流電流源の出力端子間電圧の交流成分及び直流成分を検出し、演算部は、交流電流源の設定値である交流電流と、出力端子間電圧の交流成分と、並列アドミタンスの値とに基づいて、直流回路の絶縁抵抗値を算出して地絡の有無を判定すると共に、出力端子間電圧の直流成分と、並列アドミタンスの値と、絶縁抵抗値とに基づいて、地絡位置を特定してもよい。この場合、地絡の検出に際して、交流電流源に寄生する並列アドミタンスの影響を加味することができ、精度よい地絡の有無の判定及び地絡位置の特定を実現できる。
【００１０】
本発明の一側面に係る地絡検出装置において、電圧変化部は、接地線上において交流電流源に並列接続された測定抵抗であり、検出部は、測定抵抗間の電圧の交流成分と、当該電圧の直流成分又は測定抵抗を流れる電流の直流成分と、を検出し、演算部は、交流電流源によって直流回路と大地との間に入力される交流電流と、測定抵抗間の電圧の交流成分と、測定抵抗の抵抗値とに基づいて、直流回路の絶縁抵抗値を算出して地絡の有無を判定すると共に、測定抵抗間の電圧の直流成分または測定抵抗を流れる電流の直流成分と、測定抵抗の抵抗値と、絶縁抵抗値とに基づいて、地絡位置を特定してもよい。この場合、例えば測定抵抗の抵抗値を小さく設定することで、地絡の検出に際して、交流電流源に寄生する並列アドミタンスの影響を無視することが可能となる。したがって、精度よい地絡の有無の判定及び地絡位置の特定を実現できる。
【００１１】
本発明の一側面に係る地絡検出装置において、電圧変化部は、接地線上において交流電流源に並列接続されたリアクトルであり、検出部は、リアクトル間の電圧の交流成分と、リアクトルを流れる電流の直流成分と、を検出し、演算部は、交流電流源によって直流回路と大地との間に入力される交流電流と、リアクトル間の電圧の交流成分と、に基づいて、直流回路の絶縁抵抗値を算出して地絡の有無を判定すると共に、リアクトルを流れる電流の直流成分と、絶縁抵抗値とに基づいて、地絡位置を特定してもよい。この場合、交流電流源に並列接続されるリアクトルに電流の直流成分を流れやすくし、地絡の検出に際して、交流電流源に寄生する並列アドミタンスの影響を排除することが可能となる。したがって、精度よい地絡の有無の判定及び地絡位置の特定を実現できる。
【００１２】
本発明の一側面に係る地絡検出装置において、電圧変化部は、交流電流源と、接地線上において交流電流源と直列接続されたコンデンサであり、検出部は、交流電流源の出力端子間電圧の交流成分と、コンデンサの端子間電圧の直流成分と、を検出し、演算部は、交流電流源の設定値である交流電流と、出力端子間電圧の交流成分と、に基づいて、直流回路の絶縁抵抗値を算出して地絡の有無を判定すると共に、コンデンサの端子間電圧の直流成分に基づいて、地絡位置を特定してもよい。この場合、交流電流源に直列接続されるコンデンサを用いることで、地絡の検出に際して、交流電流源に寄生する並列アドミタンスの影響を排除することが可能となる。また、コンデンサの端子間電圧の直流成分を検出することで、地絡位置を容易に検出できる。さらに、地絡の検出時に大電流が流れることを抑制することが可能となり、安全性を高めることができる。
【００１３】
本発明の一側面に係る地絡検出装置は、互いに直列接続された複数の太陽電池モジュールを備え、検出部は、コンデンサの端子間電圧の直流成分の検出に対する受信抵抗を有し、受信抵抗の抵抗値は、受信抵抗の抵抗値は、許容絶縁抵抗値と複数の太陽電池モジュールの数とに基づいて設定されてもよい。この場合、例えば許容絶縁抵抗値に複数の太陽電池モジュールの数を乗じた値以上にすることで、コンデンサの端子間電圧の測定誤差を、地絡位置を精度よく検出する上で必要十分に小さくすることができ、地絡位置の誤検出を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、交流電圧印加方式を採用して直流回路の地絡の有無を判定しつつ、当該直流回路の地絡位置を特定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る地絡検出装置を備えた太陽光発電システムを示す概略構成図である。
【図２】第１実施形態に係る地絡検出装置を説明するための図である。
【図３】第２実施形態に係る地絡検出装置を説明するための図である。
【図４】第３実施形態に係る地絡検出装置を説明するための図である。
【図５】第４実施形態に係る地絡検出装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る地絡検出装置を備えた太陽光発電システムを示す概略構成図である。図１に示すように、太陽光発電システム１は、太陽光エネルギを利用して発電を行う発電システムである。太陽光発電システム１は、太陽電池ストリング２と、パワーコンディショナ３と、を備えている。
【００１８】
太陽電池ストリング２は、太陽光エネルギを電気エネルギへ変換し、この電気エネルギを直流出力としてパワーコンディショナ３へ供給する直流回路として機能する。太陽電池ストリング２は、互いに直列接続された複数の太陽電池モジュール１０を有している。太陽電池モジュール１０は、例えばパネル状に構成されており、互いに直列接続された複数の太陽電池セル（不図示）を備えている。
【００１９】
太陽光発電システム１では、複数の太陽電池ストリング２が並列接続されて太陽電池アレイが構成されていてもよい。この場合には、地絡位置の特定は、地絡位置の電位が特定されることで実現される。ただし、太陽電池ストリング２を解列して、太陽電池ストリング２毎に同様の検出を行えば、いずれの太陽電池ストリング２が地絡しているかを特定することも可能である。
【００２０】
パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２から供給された直流出力を交流出力に変換し、この交流出力を後段の電力系統（例えば商用電力系統）へ供給する。パワーコンディショナ３は、トランス絶縁型とされており、太陽電池ストリング２を接地電位である大地ＧＮＤと切り離して絶縁化させる絶縁トランス３ａを有している。絶縁トランス３ａは、太陽電池ストリング２を接地電位である大地ＧＮＤと切り離して絶縁化させ、太陽電池ストリング２を非接地状態とさせる。
【００２１】
パワーコンディショナ３はトランスレス（非絶縁）型であってもよい。この場合には、絶縁化部が太陽光発電システム１に設置され、当該絶縁化部により太陽電池ストリング２が非接地状態とされる。例えば、パワーコンディショナ３と交流電力系統（不図示）との間に絶縁トランスを設置することにより、太陽電池ストリング２を非接地状態としてもよい。また、太陽電池ストリング２とパワーコンディショナ３との間にスイッチを設け、検出時には当該スイッチを開放することで太陽電池ストリング２を非接地状態としてもよい。
【００２２】
ここで、太陽光発電システム１において、太陽電池ストリング２の太陽電池モジュール１０間の所定位置Ａには、地絡検出装置４が電気的に接続されている。地絡検出装置４は、太陽電池ストリング２の地絡（以下、単に「地絡」ともいう）を検出するものであり、具体的には、地絡の有無を判定すると共に地絡位置を特定する。地絡検出装置４は、接地線２１と、交流電流源２２と、電圧測定器（検出部）２３と、演算部２４と、を備える。
【００２３】
接地線２１は、例えば金属等の導線からなり、太陽電池ストリング２の所定位置Ａを大地ＧＮＤに電気的に接続する配線である。交流電流源２２は、太陽電池ストリング２と大地ＧＮＤとの間に交流電流を入力する電流源であり、接地線２１上に設けられている。交流電流源２２により入力される交流電流の周波数は、低周波数とされており、例えば２〜１０Ｈｚ程度とされている。交流電流源２２は、太陽電池ストリング２に入力する交流電圧に係る情報を、演算部２４へ出力する。入力される電流の周波数が低すぎると、測定に長時間を要し能率が悪くなる。また、周波数が高すぎると、太陽電池ストリング２と大地ＧＮＤとの間に存在する寄生静電容量Ｃｐの影響により、絶縁抵抗値の測定に誤差を生じるおそれがある。
【００２４】
電圧測定器２３は、交流電流源２２の出力端子間電圧を検出し、当該出力端子間電圧を検出結果として演算部２４へ出力する。図示する例では、電圧測定器２３は、接地線２１上において交流電流源２２に並列接続される。演算部２４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び各種メモリ等を含んで構成されている。この演算部２４は、電圧測定器２３による検出結果が入力され、当該検出結果に基づいて地絡の有無を判定すると共に地絡位置を特定する（詳しくは後述）。
【００２５】
図２は、第１実施形態に係る地絡検出装置を説明するための図である。図２に示すように、本実施形態では、地絡検出装置４を用いて太陽電池ストリング２の絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを算出し、絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋに基づき地絡の有無を判定する。具体的には、例えば絶縁トランス３ａによって太陽電池ストリング２を非接地状態とさせた状態において、地絡検出装置４内の交流電流源２２によって太陽電池ストリング２に交流電流Ｉを入力し、電圧測定器２３によって交流電流源２２の出力端子間電圧Ｖを検出する。続いて、演算部２４により、検出した出力端子間電圧Ｖについて直流成分Ｖｄｃと交流成分Ｖａｃとに分離し、交流成分については、その複素振幅を求める。なお、交流電流源２２の内部抵抗または太陽電池ストリング２と大地ＧＮＤとの間のインピーダンスＺは電圧測定器２３の受信抵抗の抵抗値Ｒｒより十分に低いものとし、受信抵抗の抵抗値Ｒｒの影響は考慮しないものとする。
【００２６】
太陽電池ストリング２及び地絡検出装置４から構成される回路のアドミタンスＹ１は、下式（１）で表される。ここで、交流電流Ｉの振幅は実数とし、測定された出力端子間電圧Ｖの交流成分Ｖａｃは、位相差を考慮した複素振幅Ｖａｃとする。したがって、演算部２４により、下式（１）に基づいて、「交流電流Ｉ／交流成分Ｖａｃ」の実部から太陽電池ストリング２と大地ＧＮＤとの間のコンダクタンスＧを求める。そして、絶縁抵抗値ＲｌｅａｋはコンダクタンスＧの逆数（Ｒｌｅａｋ＝１／Ｇ）であるところ、演算部２４により、コンダクタンスＧから絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを算出する。なお、太陽電池ストリング２と大地ＧＮＤとの間の寄生静電容量Ｃｐは、演算部２４により、下式（１）に基づいて「交流電流Ｉ／交流成分Ｖａｃ」の虚部から求められる。
Ｙ１＝Ｇ＋ｉωＣｐ＝Ｉ／Ｖａｃ  …（１）
但し、
Ｇ：太陽電池ストリング２のコンダクタンス（対地電気伝導力）、ｉ：虚数単位、ω：交流電流Ｉの角周波数。
【００２７】
続いて、演算部２４において、算出した絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋが、予め設定され記憶された許容絶縁抵抗値以下であるか否かを判定する。絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋが許容絶縁抵抗値以下の場合には、地絡有りと判定する。その結果、例えば、地絡発生を報知するための表示や警報が出力され、又は、太陽電池ストリング２が太陽光発電システム１から解列される。一方、絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋが許容絶縁抵抗値よりも大きい場合には、地絡無しと判定する。
【００２８】
加えて、本実施形態の地絡検出装置４では、接地位置である所定位置Ａから地絡が発生している地絡位置Ｔまでの直流起電力Ｖｘを算出することにより、当該地絡位置Ｔを特定する。具体的には、下式（２）に示すように、演算部２４により、交流電流源２２の出力端子間電圧Ｖの直流成分Ｖｄｃから直流起電力Ｖｘを算出し、地絡位置Ｔを特定する。
Ｖｘ＝Ｖｄｃ  …（２）
【００２９】
なお、絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを測定している間、太陽電池ストリング２は電力系統から絶縁されていることが好ましい。例えば、太陽電池ストリング２が電力系統から絶縁されていない場合、該系統の接地を絶縁不良と見分けることが困難で、正確な絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋの測定を実施できない可能性があるためである。したがって、トランスレス型のパワーコンディショナを用いる場合には、スイッチ装置等により太陽電池ストリング２とパワーコンディショナ３との電気的接続を切り離してから絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋの測定を行うことが好ましい。
【００３０】
以上、本実施形態によれば、太陽電池ストリング２に交流電流Ｉを入力し、接地線２１上における交流電流源２２の出力端子間電圧Ｖの交流成分Ｖａｃ及び交流電流Ｉに基づいて地絡の有無が判定される。加えて、地絡の有無の判定だけでなく、出力端子間電圧Ｖの直流成分Ｖｄｃに基づいて、地絡位置Ｔが特定される。したがって、本実施形態によれば、交流電圧印加方式を採用して地絡の有無を判定しつつ、地絡位置を特定することが可能となる。
【００３１】
特に本実施形態では、交流成分Ｖａｃと交流電流源２２が入力する交流電流Ｉとに基づいて、絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを算出して地絡の有無が判定され、直流成分Ｖｄｃに基づいて、地絡位置Ｔが特定される。つまり、交流電流源２２の出力端子間電圧Ｖの交流成分Ｖａｃ及び直流成分Ｖｄｃを電圧測定器２３で検出することによって、地絡の有無の判定及び地絡位置Ｔの特定を実現できる。この場合、地絡検出装置４内の構成の簡易化が可能となる。
【００３２】
本実施形態では、上述したように、太陽電池ストリング２に入力する交流電流の周波数が低く設定されている。これにより、上記式（１）における虚部の値が過大となって実部の演算精度が低下するのを抑制できるため、コンダクタンスＧを精度よく算出することができる。
【００３３】
本実施形態において、交流電流源２２が電圧変化部を構成する。電圧変化部は、地絡検出装置４に交流電流又は直流電流が流れたときに電圧が変化する部分（電圧を測定する部分）である。電圧変化部としては、交流電流源２２の他に、例えば電圧源、抵抗素子、リアクトル又はコンデンサ等が挙げられる。
【００３４】
ところで、交流電流源２２は、寄生する並列アドミタンスを有する場合があり、この場合当該並列アドミタンスに起因して電流低下が起こり、交流電流源２２が発生する実際の電流Ｉは減少することがある。そのため、寄生する並列アドミタンスを無視して地絡の検出を行うと、太陽電池ストリング２の絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを大きく見積もってしまい、正確な地絡検出が困難となることが懸念される。
【００３５】
そこで、本実施形態の地絡検出装置４では、演算部２４において、交流電流源２２の設定値である交流電流Ｉと、出力端子間電圧Ｖの交流成分Ｖａｃと、交流電流源２２に寄生する並列アドミタンスの値Ｚｐとに基づいて、絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを算出して地絡の有無を判定してもよい。また、電圧の直流成分Ｖｄｃと、絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋと、並列アドミタンスの値Ｚｐとに基づいて、地絡位置Ｔを特定してもよい。
【００３６】
具体的には、太陽電池ストリング２及び地絡検出装置４から構成される回路のアドミタンスＹ２は、下式（３）で表される。したがって、演算部２４により、下式（３）の実部および虚部の両者に基づいてコンダクタンスＧを求め、このコンダクタンスＧの逆数を絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋとして算出してもよい。また、下式（４）に示すように、演算部２４により、並列アドミタンスの値Ｚｐ、コンダクタンスＧ及び直流成分Ｖｄｃから直流起電力Ｖｘを算出し、地絡位置Ｔを特定してもよい。これにより、地絡の検出に際して、交流電流源２２に寄生する並列アドミタンスの影響を加味することができ、精度よい地絡の有無の判定及び地絡位置Ｔの特定を実現できる。
Ｙ２＝１／Ｚｐ＋Ｇ＋ｉωＣｐ＝Ｉ／Ｖａｃ  …（３）
Ｖｘ＝Ｖｄｃ×（Ｚｐ＋１／Ｇ）／Ｚｐ  …（４）
【００３７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
【００３８】
図３は、第２実施形態に係る地絡検出装置を説明するための図である。図３に示すように、本実施形態の地絡検出装置４Ａは、接地線２１上において交流電流源２２に並列接続された測定抵抗３１をさらに備えており、電圧測定器３２は測定抵抗３１間の電圧Ｖを測定する。図示する例では、測定抵抗３１は、接地線２１上において所定位置Ａと大地ＧＮＤとの間に設けられている。測定抵抗３１の抵抗値Ｒｄは既知であり、演算部２４に予め記憶されている。ここでの抵抗値Ｒｄは、交流電流源２２に寄生する並列アドミタンスの値Ｚｐに対して非常に小さい値となっている（Ｒｄ＜＜Ｚｐ）。本実施形態では、測定抵抗３１が電圧変化部になる。
【００３９】
本実施形態において、太陽電池ストリング２及び地絡検出装置４Ａから構成される回路のアドミタンスＹ３は、下式（５）で表される。したがって、演算部２４により、下式（５）の実部および虚部の両者に基づいてコンダクタンスＧを求め、このコンダクタンスＧの逆数を絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋとして算出する。また、下式（６）に示すように、演算部２４により、測定抵抗３１間の電圧Ｖの直流成分Ｖｄｃまたは測定抵抗３１を流れる電流の直流成分Ｉｄｃと、測定抵抗３１の抵抗値Ｒｄと、コンダクタンスＧとから直流起電力Ｖｘを算出し、地絡位置Ｔを特定する。なお、測定抵抗３１を流れる電流の直流成分Ｉｄｃは、電圧Ｖの直流成分Ｖｄｃ及び抵抗値Ｒｄから算出できる。
Ｙ３＝１／Ｒｄ＋Ｇ＋ｉωＣｐ＝Ｉ／Ｖａｃ  …（５）
Ｖｘ＝Ｖｄｃ×（１＋１／（Ｇ・Ｒｄ））＝Ｉｄｃ×Ｒｄ＋Ｉｄｃ／Ｇ  …（６）
【００４０】
以上、本実施形態においても、交流電圧印加方式を採用して地絡の有無を判定しつつ、地絡位置を特定するという作用効果を奏する。特に本実施形態では、抵抗値Ｒｄが小さい測定抵抗３１が接地線２１上において交流電流源２２に並列接続されており、交流電流Ｉと電圧Ｖの交流成分Ｖａｃと抵抗値Ｒｄとに基づいて、絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋが算出される。これと共に、測定抵抗３１間の電圧Ｖの直流成分Ｖｄｃまたは測定抵抗３１を流れる電流の直流成分Ｉｄｃと、絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋと、抵抗値Ｒｄとに基づいて地絡位置Ｔを特定される。これにより、地絡の検出に際して、交流電流源２２に寄生する並列アドミタンスの影響を無視することが可能となり、その結果、精度よい地絡の有無の判定及び地絡位置Ｔの特定を実現できる。交流電流源２２に寄生する並列アドミタンスは、経年変化等することが想定され、その並列アドミタンスの値Ｚｐを正確に知ることは困難となる場合がある。よって、当該寄生する並列アドミタンスの影響を無視できる本実施形態は、特に有効である。さらに、地絡の検出時にて、完全地絡して大電流が流れることを抑制するために、地絡検出装置４Ａ内にヒューズなどを設けてもよい。これにより、地絡の検出時の安全性を高めることができる。
【００４１】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
【００４２】
図４は、第３実施形態に係る地絡検出装置を説明するための図である。図４に示すように、本実施形態の地絡検出装置４Ｂは、接地線２１上において交流電流源２２に並列接続されたリアクトル４１をさらに備えている。図示する例では、リアクトル４１は、接地線２１上において所定位置Ａと大地ＧＮＤとの間に設けられている。電圧測定器４２は、リアクトル４１間の電圧Ｖを検出する。演算部２４は、検出したリアクトル４１に流れる電流を検出し、直流成分Ｉｄｃと交流成分とに分離する。リアクトル４１のインダクタンスＬは、既知であり、演算部２４に予め記憶されている。本実施形態では、リアクトル４１が電圧変化部である。
【００４３】
本実施形態において、太陽電池ストリング２及び地絡検出装置４Ｂから構成される回路のアドミタンスＹ４は、下式（７）で表される。したがって、演算部２４により、下式（７）の実部に基づいてコンダクタンスＧを求め、このコンダクタンスＧの逆数を絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋとして算出する。また、下式（８）に示すように、演算部２４により、リアクトル４１を流れる電流の直流成分Ｉｄｃ及びコンダクタンスＧから直流起電力Ｖｘを算出し、地絡位置Ｔを特定する。ここでＩは、交流電流源２２がリアクトル４１と大地ＧＮＤとの間に入力する電流の振幅である。
Ｙ４＝−ｉ／ωＬ＋Ｇ＋ｉωＣｐ＝Ｉ／Ｖａｃ  …（７）
Ｖｘ＝Ｉｄｃ×１／Ｇ  …（８）
【００４４】
以上、本実施形態においても、交流電圧印加方式を採用して地絡の有無を判定しつつ、地絡位置を特定するという作用効果を奏する。特に本実施形態では、リアクトル４１が接地線２１上において交流電流源２２に並列接続されており、交流電流源２２によって入力される交流電流Ｉの振幅と、リアクトル４１間の電圧の交流成分Ｖａｃとに基づいて絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋが算出されると共に、リアクトル４１および交流電流源２２から大地ＧＮＤに流れる電流の直流成分Ｉｄｃと絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋとに基づいて地絡位置Ｔを特定される。これにより、地絡の検出に際して、交流電流源２２に直流電圧が印加されることを回避でき、その結果、精度よい地絡の有無の判定及び地絡位置Ｔの特定を実現できる。上述したように、経年変化等のために並列アドミタンスの値Ｚｐを正確に知ることは困難となる場合があるため、交流電流源２２に寄生する並列アドミタンスの影響を排除できる本実施形態は、特に有効である。さらに、地絡の検出時にて、完全地絡して大電流が流れることを抑制するために、地絡検出装置４Ｂ内にヒューズなどを設けてもよい。これにより、地絡の検出時の安全性を高めることができる。
【００４５】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
【００４６】
図５は、第４実施形態に係る地絡検出装置を説明するための図である。図５に示すように、本実施形態の地絡検出装置４Ｃは、コンデンサ５１をさらに備えている。コンデンサ５１は、接地線２１上において交流電流源２２と直列接続された素子である。図示する例では、コンデンサ５１は、接地線２１上において交流電流源２２と大地ＧＮＤとの間に設けられている。コンデンサ５１の容量Ｃｄは、既知であり、演算部２４に予め記憶されている。電圧測定器５２は、交流電流源２２の出力端子間電圧と、コンデンサ５１の端子間電圧とを検出し、検出した各々の端子間電圧を検出結果として演算部２４へ出力する。電圧測定器５２は、コンデンサ５１の端子間電圧を検出し、当該端子間電圧の直流成分Ｖｄｃを検出結果として演算部２４へ出力する。また、電圧測定器５２は、交流電流源２２の出力端子間電圧を検出し、当該出力端子間電圧の交流成分Ｖａｃを検出結果として演算部２４へ出力する。本実施形態では、交流電流源２２及びコンデンサ５１が電圧変化部である。
【００４７】
本実施形態において、太陽電池ストリング２及び地絡検出装置４Ｃを含む回路においてのインピーダンスＺは、下式（９）で表される。したがって、演算部２４により、下式（９）の実部と虚部の両者に基づいてコンダクタンスＧを求め、このコンダクタンスＧの逆数を絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋとして算出する。また、下式（１０）に示すように、演算部２４により、コンデンサ５１の端子間電圧の直流成分Ｖｄｃから直流起電力Ｖｘを算出し、地絡位置Ｔを特定する。
Ｚ＝−ｉ／ωＣｄ＋１／（Ｇ＋ｉωＣｐ）＝Ｖａｃ／Ｉ  …（９）
Ｖｘ＝Ｖｄｃ  …（１０）
【００４８】
以上、本実施形態においても、交流電圧印加方式を採用して地絡の有無を判定しつつ、地絡位置を特定するという作用効果を奏する。特に本実施形態では、コンデンサ５１が接地線２１上に設けられており、交流電流Ｉと交流電流源２２の出力端子間電圧の交流成分Ｖａｃとに基づいて、絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋが算出されると共に、コンデンサ５１の端子間電圧Ｖｄｃに基づいて、地絡位置Ｔが特定される。
【００４９】
これにより、地絡の検出に際して、交流電流源２２に寄生する並列アドミタンスの影響を排除することが可能となり、その結果、精度よい地絡の有無の判定及び地絡位置Ｔの特定を実現できる。上述したように経年変化等する並列アドミタンスの値Ｚｐを正確に知ることは困難となる場合があるため、交流電流源２２に寄生する並列アドミタンスの影響を排除できる本実施形態は、特に有効である。さらに、地絡の検出時、完全地絡して大電流が流れることを抑制することが可能となり、安全性を高めることができる。
【００５０】
ここで、電圧測定器５２におけるコンデンサ５１の端子間電圧の直流成分Ｖｄｃの検出に対する受信抵抗の抵抗値Ｒｒについては、許容絶縁抵抗値Ｒ′ｌｅａｋと太陽電池ストリング２における太陽電池モジュール１０の数とに基づいて設定されることが好ましい。具体的には、関係式「（ｎ−１）Ｒ′ｌｅａｋ＜Ｒｒ」を満たすことが好ましい。許容絶縁抵抗値Ｒ′ｌｅａｋは、許容される絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋであって、例えば予め設定され記憶された許容絶縁抵抗値である。これにより、コンデンサ５１の端子間電圧の直流成分Ｖｄｃの測定誤差を、地絡位置を精度よく特定する上で必要十分に小さくすることができ、地絡位置の誤検出を抑制することが可能となる。これは、以下の理由による。
【００５１】
すなわち、Ｒｒが∞の理想的な電圧測定器５２によって理論上観測されるコンデンサ５１の端子間電圧をＶｔｒｕｅとし、Ｒｒが有限の実際の電圧測定器５２によって実際に観測されるコンデンサ５１の端子間電圧をＶｏｂｓとする。この場合、ＶｔｒｕｅとＶｏｂｓとの関係は、受信抵抗の抵抗値Ｒｒ及び絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋに基づいて、下式（１１）で表される。
Ｖｏｂｓ＝Ｖｔｒｕｅ×（Ｒｒ／（Ｒｒ＋Ｒｌｅａｋ））  …（１１）
【００５２】
上記式（１１）の両辺をＶｔｒｕｅで除し、受信抵抗の抵抗値Ｒｒと絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋとの比（Ｒｒ／Ｒｌｅａｋ）をｘとした場合、下式（１２）で表される。
Ｖｏｂｓ／Ｖｔｒｕｅ＝ｘ／（ｘ＋１）  …（１２）
【００５３】
太陽電池ストリング２に地絡検出装置４Ｃを接続した所定位置Ａから近い位置に地絡位置Ｔが存在する場合、所定位置Ａと地絡位置Ｔとの間の直流起電力Ｖｘが小さいため、直流起電力Ｖｘに誤差が発生しても地絡位置Ｔのずれは小さい。しかしながら、例えば地絡検出装置４Ｃが太陽電池ストリング２の片極（例えば、負極）付近に接続された場合において、地絡位置Ｔが逆極（例えば、正極）付近で発生するとき、直流起電力Ｖｘを誤って評価すると、地絡位置Ｔの特定を大きく誤るおそれがある。
【００５４】
この点、太陽電池ストリング２が有する太陽電池モジュール１０の直列数をｎとする場合、直流起電力Ｖｘの誤差が１／ｎ以上のときには、地絡していない太陽電池モジュール１０が誤って地絡していると判定されるおそれがあることが見出される。よって、地絡位置Ｔを精度よく検出するためには、直流起電力Ｖｘの誤差を１／ｎより小さくすることが好ましい。したがって、地絡位置Ｔを精度よく検出するためには、下式（１３）を満たす必要がある。
１−（Ｒｒ／（Ｒｒ＋Ｒ′ｌｅａｋ）＝１／（ｘ＋１）＜１／ｎ  …（１３）
【００５５】
太陽電池ストリング２が有する太陽電池モジュール１０の直列数ｎが１５である場合を例示し、考察する。地絡とみなされるＲｌｅａｋの値は、状況によって異なるが、例えば「電気設備の技術基準」によれば、低圧電路の絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋは最低でも１００ｋΩであり、つまり、許容絶縁抵抗値Ｒ′ｌｅａｋは１００ｋΩとなる。この場合においても地絡位置Ｔを正確に特定するためには、式（１３）に基づいて、電圧測定器５２の受信抵抗の抵抗値Ｒｒは、１４００ｋΩよりも大きいことが好ましい。同様に、許容絶縁抵抗値Ｒ′ｌｅａｋが１０００ｋΩの場合、当該受信抵抗の抵抗値Ｒｒは、１４０００ｋΩよりも大きいことが好ましい。
【００５６】
なお、交流電流源２２の内部抵抗の値が受信抵抗の抵抗値Ｒｒに比べて十分に小さい場合（例えば、受信抵抗の抵抗値Ｒｒを理想状態（Ｒｒ≒∞）とみなす場合）、受信抵抗の抵抗値Ｒｒを無視することができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００５８】
例えば、太陽光発電システム１が備える太陽電池ストリング２の数、太陽電池ストリング２が有する太陽電池モジュールの数、及び太陽電池モジュールが含む太陽電池ユニットの数については、限定されるものではなく、１つとしてもよいし複数としてもよい。
【００５９】
上記実施形態では、直流回路として太陽電池ストリング２を用いたが、これに代えて、例えば一次電池モジュール、二次電池モジュール、燃料電池モジュール等の直流回路を用いてもよい。また、上記実施形態では、１又は複数の抵抗やスイッチ等の他の電子部品（素子）が接地線２１に介在されていてもよい。本発明は、上記地絡検出装置４を用いて地絡を検出する地絡検出方法として捉えることもでき、また、上記地絡検出装置４を備えた太陽光発電システム１として捉えることもできる。
【００６０】
上記実施形態では、電圧測定器２３，３２，４２，５２で検出した電圧変化部間の電圧Ｖの交流成分Ｖａｃ及び直流成分Ｖｄｃを演算部２４により分離しているが、交流成分Ｖａｃ及び直流成分Ｖｄｃのそれぞれを例えばパワーメータ等を用いて直接的に検出してもよい。また、電圧測定器２３，３２，４２，５２は、電圧変化部を流れる電流を直接的に測定してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１…太陽光発電システム、２…太陽電池ストリング（直流回路）、３…パワーコンディショナ、３ａ…絶縁トランス、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…地絡検出装置、１０…太陽電池モジュール、２１…接地線、２２…交流電流源（電圧変化部）、２３，３２，４２，５２…電圧測定器（検出部）、２４…演算部、３１…測定抵抗（電圧変化部）、４１…リアクトル（電圧変化部）、５１…コンデンサ（電圧変化部）、Ａ…所定位置、ＧＮＤ…大地、Ｔ…地絡位置、Ｖｘ…直流起電力。
【図１】
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【図２】
2015137864.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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