(57)【要約】【課題】  自然エネルギーを利用して発電する発電部の故障について、特に大規模な場合に、従来よりも高速に検出することが可能な故障検出装置等を提供する。【解決手段】  故障検出部１１は、太陽電池ストリング１３の断線等の故障の有無を検出するために、故障検出部１１を接地していない状態にして、診断信号を入力し、診断信号及びその反射波の速度が速いことを利用して、太陽電池ストリング１３の故障の有無を速く判断する。太陽電池ストリング１３が故障しているとすると、太陽電池ストリング１３を接地している状態にして、診断信号を入力し、診断信号及びその反射波の速度が遅いことを利用して、太陽電池ストリング１３の故障個所の推定を精度よく行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然エネルギーを利用した発電部の故障を検出する故障検出方法であって、
故障検出部を接地していない状態にする非接地化ステップと、
非接地状態において、前記故障検出部が備える信号入力部が、前記発電部の正極及び／又は負極に診断信号を入力し、前記故障検出部が備える反射波観測部が、その反射波を計測する非接地状態測定ステップと、
前記故障判定部が備える発電部故障検出部が、前記反射波の有無及び／又は計測された場合の反射波を用いて前記発電部の故障の有無を判定する非接地状態故障判定ステップを含む故障検出方法。
【請求項２】
前記非接地状態故障判定ステップにおいて前記発電部に故障があると判定された場合に、前記故障検出部を接地している状態にする接地化ステップと、
接地状態において、前記信号入力部が、前記発電部の正極及び／又は負極に診断信号を入力し、前記反射波観測部が、その反射波を計測する接地状態測定ステップと、
前記発電部故障判定部が、前記反射波の有無及び／又は計測された場合の反射波を用いて前記発電部の故障を判定する接地状態故障判定ステップを含む請求項１記載の故障検出方法。
【請求項３】
前記非接地状態測定ステップにおいて、前記信号入力部は、前記診断信号を、非発電時の前記発電部に入力する、請求項１又は２に記載の故障検出方法。
【請求項４】
自然エネルギーを利用した発電部の故障を検出する故障検出装置であって、
故障検出部が備えるアース端子が接地している状態と接地していない状態とを切り替える切替制御部と、
前記発電部の正極及び／又は負極に診断信号を入力する信号入力部と、
前記診断信号の反射波を計測する反射波観測部と、
前記反射波の有無及び／又は計測された場合の反射波を用いて前記発電部の故障の有無を判定する発電部故障検出部を備え、
前記信号入力部は、
前記切替制御部が前記アース端子を接地している状態として、前記発電部の正極及び／又は負極に診断信号を入力し、
前記切替制御部が前記アース端子を接地していない状態として、前記発電部の正極及び／又は負極に診断信号を入力する、故障検出装置。
【請求項５】
コンピュータにおいて、請求項１から３のいずれかに記載の故障検出方法を実現するためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、故障検出方法、故障検出装置及びプログラムに関し、特に、自然エネルギーを利用して発電する発電部の故障を検出する故障検出方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明者らは、太陽電池アレイの正極及び／又は負極に対し、診断信号を入力し、その反射波の有無や計測された反射波を用いて、故障の有無や故障個所を特定することができることを提案した（例えば特許文献１など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０３５０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気機器は、通常、アース端末を接地させた状態で使用する。さらに、特許文献１などに記載された手法では、単に故障の有無を検出するだけでなく、故障個所をも特定することができるものである。故障検出装置を接地することにより、診断信号やその反射波の速度が遅くなり、診断信号を入力してから反射波が計測されるまでの時間が長くなり、故障の有無や故障個所の特定などの精度を高めることができる。そのため、故障検出装置は、当然に接地させた状態として故障診断を行っていた。
【０００５】
しかしながら、例えば１００ｍ以上もあるような大規模な太陽電池ストリングでは、故障検出までの時間がかかることとなる。さらに、接地することによるノイズが大きくなり、必ずしも故障診断の精度を向上させることはできないことが明らかとなった。
【０００６】
さらに、発電中のパワーコンディショナー等によるノイズの影響を避けるため、夜間の発電していない状態で故障診断を行うことがある。光が照射しているときには空乏層の抵抗が下がるのに対し、夜間では、各モジュールの抵抗が上がり、故障の場合との区別がしづらい場合がある。このような他の原因によるノイズがある場合には、接地によるノイズは、故障検出の精度にさらに重大な影響を与える。
【０００７】
このような課題は、自然エネルギーを利用して発電する発電装置について、同様に存在するものである。
【０００８】
そこで、本願発明は、自然エネルギーを利用して発電する発電部の故障について、特に大規模な場合に、従来よりも高速に検出することが可能な故障検出装置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】
【０００９】
本願発明の第１の観点は、自然エネルギーを利用した発電部の故障を検出する故障検出方法であって、故障検出部を接地していない状態にする非接地化ステップと、非接地状態において、前記故障検出部が備える信号入力部が、前記発電部の正極及び／又は負極に診断信号を入力し、前記故障検出部が備える反射波観測部が、その反射波を計測する非接地状態測定ステップと、前記故障判定部が備える発電部故障検出部が、前記反射波の有無及び／又は計測された場合の反射波を用いて前記発電部の故障の有無を判定する非接地状態故障判定ステップを含むものである。
【００１０】
本願発明の第２の観点は、第１の観点の故障検出方法であって、前記非接地状態故障判定ステップにおいて前記発電部に故障があると判定された場合に、前記故障検出部を接地している状態にする接地化ステップと、接地状態において、前記信号入力部が、前記発電部の正極及び／又は負極に診断信号を入力し、前記反射波観測部が、その反射波を計測する接地状態測定ステップと、前記発電部故障判定部が、前記反射波の有無及び／又は計測された場合の反射波を用いて前記発電部の故障を判定する接地状態故障判定ステップを含むものである。
【００１１】
本願発明の第３の観点は、第１又は第２に記載の故障検出方法であって、前記非接地状態測定ステップにおいて、前記信号入力部は、前記診断信号を、非発電時の前記発電部に入力するものである。
【００１２】
本願発明の第４の観点は、自然エネルギーを利用した発電部の故障を検出する故障検出装置であって、故障検出部が備えるアース端子が接地している状態と接地していない状態とを切り替える切替制御部と、前記発電部の正極及び／又は負極に診断信号を入力する信号入力部と、前記診断信号の反射波を計測する反射波観測部と、前記反射波の有無及び／又は計測された場合の反射波を用いて前記発電部の故障の有無を判定する発電部故障検出部を備え、前記信号入力部は、前記切替制御部が前記アース端子を接地している状態として、前記発電部の正極及び／又は負極に診断信号を入力し、前記切替制御部が前記アース端子を接地していない状態として、前記発電部の正極及び／又は負極に診断信号を入力するものである。
【００１３】
本願発明の第５の観点は、コンピュータにおいて、第１から第３のいずれかの観点の故障検出方法を実現するためのプログラムである。
【００１４】
なお、本願発明を、第５の観点のプログラムを定常的に記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として捉えてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本願発明の各観点によれば、故障検出装置を接地していない状態で故障を検出することにより、高速で、かつ、接地によるノイズをなくした状態での精度の高い故障の有無の検出を実現することが可能になる。
【００１６】
さらに、本願発明の第２の観点によれば、故障が検出された場合に、接地された状態で再度故障検出を行うことにより、単に故障の有無だけでなく、故障個所の特定を含め、広範な故障検出を実現することが可能になる。
【００１７】
さらに、本願発明の第３の観点によれば、他の原因によるノイズの多い状態で、さらに接地によるノイズを除去して故障検出を行うことにより、精度のよい故障診断を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本願発明の実施の形態に係る太陽光発電システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１の故障検出部１１の動作の一例を示すフロー図である。
【図３】太陽電池モジュールの等価回路の一例を示す図である。
【図４】本実施例において、アースを接続した場合と接続しない場合において、電圧の変化の具体例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。なお、本願発明の実施の形態は、下記の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００２０】
図１は、本願発明の実施の形態に係る太陽光発電システムの構成の一例を示すブロック図である。太陽光発電システム１は、太陽電池アレイ３と、架台４と、ＰＣＲ５と、リレー部９と、故障検出部１１（本願請求項の「故障検出装置」の一例）を備える。
【００２１】
太陽電池アレイ３は、太陽電池ストリング１３（本願請求項の「発電部」の一例）を備える。各太陽電池ストリング１３は、複数の太陽電池モジュールが直列等に接続して構成されている。各太陽電池モジュールは、照射される太陽光を利用して発電する。各太陽電池モジュールは、接地されている架台４と接続する。なお、太陽電池アレイ３は、複数の太陽電池ストリングを含んでもよい。
【００２２】
ＰＣＳ５は、パワーコンディショニングシステムであり、接続箱によって太陽電池アレイ３と接続し、太陽電池モジュールが発電した電力について、負荷に供給したり、系統に売電したりするために、例えば直流を交流にするなどの処理を行う。
【００２３】
リレー部９は、故障検出部１１の正極端子１５、負極端子１７及びアース端子１９の接続を切り替えるためのものである。例えば、正極端子１５、負極端子１７及びアース端子１９のそれぞれに対応して、独立に制御可能なスイッチが設けられている。正極端子１５に対応するスイッチをオンにすれば正極端子１５は太陽電池ストリング１３の正極に接続し、オフにすれば正極端子１５は太陽電池ストリング１３の正極とは接続していない状態になる。負極端子１７に対応するスイッチをオンにすれば負極端子１７は太陽電池ストリング１３の負極に接続し、オフにすれば負極端子１７は太陽電池ストリング１３の負極とは接続していない状態になる。アース端子１９に対応するスイッチをオンにすればアース端子１９は接地し、オフにすればアース端子１９は接地していない状態になる。なお、必要に応じて、減衰器を接続する構成を設けてもよい。
【００２４】
故障検出部１１は、リレー部９を経由して太陽電池アレイ３に接続する。故障検出部１１は、リレー制御部２１（本願請求項の「切替制御部」の一例）と、信号入力部２３（本願請求項の「信号入力部」の一例）と、反射波観測部２５（本願請求項の「反射波計測部」の一例）と、発電部故障検出部２７（本願請求項の「発電部故障検出部」の一例）を備える。
【００２５】
リレー制御部２１は、リレー部９を制御して、正極端子１５、負極端子１７及びアース端子１９の接続を制御する。
【００２６】
信号入力部２３は、太陽電池アレイ３に対して、特許文献１などに記載された手法により故障を検出するための診断信号を入力する。
【００２７】
反射波観測部２５は、診断信号の反射波を計測する。診断信号の反射波が計測されるか否か、さらに、反射波があればこれを計測する。
【００２８】
発電部故障検出部２７は、特許文献１などに記載された手法により故障を検出する
【００２９】
図２を参照して、図１の太陽光発電システム１の動作の一例を説明する。図２は、図１の太陽光発電システム１の動作の一例を示すフロー図である。
【００３０】
まず、発電部故障検出部２７は、発電中であるか否かを判断する（ステップＳＴ１）。発電中であれば、発電しなくなる状態まで待つ。発電中であるか否かは、例えば、時間によって判断することができる。発電していない状態になると、リレー制御部２１は、アース端末１９を接地していない状態にする（ステップＳＴ３）。
【００３１】
続いて、リレー制御部２１は、正極端子１５及び／又は負極端子１７と選択された太陽電池ストリング１３を接続する。信号入力部２３は、接続された端子から診断信号を入力する。反射波観測部２５は、診断信号を入力した端子で診断信号の反射波を計測する（ステップＳＴ３）。発電部故障検出部２７は、太陽電池ストリング１３が正常か否かを判断する（ステップＳＴ４）。
【００３２】
例えば、リレー制御部２１は、正極端子１５と太陽電池ストリング１３の正極を接続し、太陽電池ストリング１３の負極と減衰器を接続する。信号入力部２３は、正極端子１５から太陽電池ストリング１３の正極に診断信号を入力する。反射波観測部２５は、正極端子１５において、診断信号の反射波が計測されるか否かを判断する。反射波観測部２５が診断信号の反射波を計測しなければ、負極側の減衰器によって減衰されたものとして故障が生じていないと判断する。他方、反射波観測部２５が診断信号の反射波を計測すれば、断線等の故障個所で反射波が生じたものとして、故障が生じていると判断する。この診断は、反射波の有無によって行うことができ、診断信号を入力してから反射波を計測するまでの時間を用いないため、アース端子１９が接地されていないことによる反射波測定までの時間が短縮されても、精度は低下せず、アース端子１９が接地されていないことによりノイズが低減し、精度が向上することが期待される。なお、太陽電池ストリング１３の正極に減衰器をつけ、負極から診断信号を入力してもよい。
【００３３】
ステップＳＴ４において正常と判断される場合には、選択された太陽電池ストリングが正常であることを通知する（ステップＳＴ５）。これは、操作パネルなどに表示してもよく、遠隔地にあるサーバや端末などに通知してもよい。そして、処理を終了する。
【００３４】
ステップＳＴ４において正常とは判断できない場合、リレー制御部２１は、アース端末１９を接地している状態にする（ステップＳＴ６）。
【００３５】
続いて、リレー制御部２１は、正極端子１５及び／又は負極端子１７と太陽電池ストリング１３を接続し、信号入力部２３は、診断信号を入力する。反射波観測部２５は、診断信号の反射波を計測する（ステップＳＴ７）。発電部故障検出部２７は、正常か否か、さらに、故障している場合に推定される故障個所等を判断する（ステップＳＴ８）。
【００３６】
例えば、リレー制御部２１は、正極端子１５と太陽電池ストリング１３の正極を接続し、太陽電池ストリング１３の負極を開放端とする。信号入力部２３は、太陽電池ストリング１３の正極に、診断用の波形を有する診断信号を入力する。反射波観測部２５は、正極端子１５で診断信号の反射波を計測する。続いて、負極端子１７と太陽電池ストリング１３を接続し、太陽電池ストリング１３の正極を開放端とする。信号入力部２３は、太陽電池ストリング１３の負極に診断用の波形を有する診断信号を入力する。反射波観測部２５は、負極端子１７で診断信号の反射波を計測する。正極端子１５に診断信号を入力してから反射波が計測されるまでの時間と、負極端子１７に診断信号を入力してから反射波が計測されるまでの時間とを比較し、その割合によって故障個所を特定することができる。なお、両者が同じ場合には、故障が検出されていないときの時間と比較して同じであれば、故障が発見されていないと判断し、短ければ中間箇所で故障が発見されたと判断してもよい。この診断は、診断信号を入力してから反射波を計測するまでの時間を用いるため、アース端子１９が接地されて反射波測定までの時間が長くなることにより、故障個所の特定の精度が上がることが期待される。なお、診断信号は、負極側から入力し、その後に正極側から入力してもよい。
【００３７】
ステップＳＴ８において、正常と判断される場合には、太陽電池ストリング１３が正常であることを通知し（ステップＳＴ５）、処理を終了する。
【００３８】
ステップＳＴ８において正常でないと判断される場合には、選択された太陽電池ストリングの故障が発見されたことを通知するとともに、推定される故障個所を通知する（ステップＳＴ９）。
【００３９】
太陽電池アレイ３に複数の太陽電池ストリングが存在する場合には、各太陽電池ストリングに対して故障検出処理を行う。
【００４０】
なお、ステップＳＴ３において、一方の極を故障診断部１１に接続し、他方の極を開放端にして、接続した極から入力した診断信号が、反射波を計測されるまでの時間と、交代させて同様に計測されるまでの時間を比較して、故障の有無を判断するようにしてもよい。この場合、接地していないことにより診断信号が入力されてから反射波が計測されるまでの時間が短くなることから、精度が落ちることも考えられるが、接地していないことによりノイズが低減して精度が向上することも期待される。
【００４１】
同様に、ステップＳＴ７において、一方の極を故障診断部１１に接続し、他方の極に減衰器を接続させて、接続した極から入力した診断信号が、反射波を計測されるまでの時間と、交代させて同様に計測されるまでの時間を比較して、故障の有無を判断するようにしてもよい。この場合、反射波の有無によって、確実に故障の有無を確認することが可能になる。
【００４２】
故障検出部の接地について、等価回路を使って具体的に説明する。図３は、太陽電池モジュールの等価回路の一例を示す。太陽電池モジュール３２は、正極端子３３と、負極端子３５と、アース端子３７を備える。正極端子３３には、電力発生部３９の正極側が、コイル４１を経由して接続されている。負極端子３５には、電力発生部３９の負極側が、コイル４３を経由して接続されている。アース端子３７は、電力発生部３９の正極側とコイル４１の間に、コンデンサ４５を経由して接続している。アース端子３７は、電力発生部３９の負極側とコイル４３の間に、コンデンサ４７を経由して接続している。
【００４３】
一般に、コイルのインダクタンスをＬとし、コンデンサの容量をＣとすると、伝播時間ｔは、ｔ∝√（ＬＣ）のように表すことができる。ここで、アース端子３７を接地すると、コンデンサ４５及び４７は、対地間の静電容量が反映され、Ｃの値が大きくなる。他方、アース端子３７を接地しないと、コンデンサ４５及び４７に対地間の静電容量が十分に反映されず、Ｃの値が大幅に小さくなる。その結果、接地しない場合の伝播時間は、接地する場合の伝播時間と比較して大幅に小さくなる。すなわち、接地しない場合の診断信号及びその反射波の伝播速度は、接地する場合の伝播速度と比較して大幅に大きくなる。
【００４４】
図４は、アースを接続した場合（実線）と接続しない場合（破線）において、電圧の変化を示すグラフである。縦軸は電圧（Ｖ）であり、横軸は時間（ｎｓ）である。アースを接続しない場合には、アースを接続した場合と比較して、電圧がはやく変化している。そのため、測定点から太陽発電ストリングが離れていても、短い時間で故障の有無を測定することができる。その結果、例えば測定点から太陽発電ストリングまでの距離が短いものと長いものが混在している場合に、アースを接続していると、短いものを基準にして画面表示すると、長いものは画面外に表示されて、検出が難しい場合もあったが、アースを接続しないようにすることにより、一つの画面で、電圧の変化を容易に見出すことが可能になる。
【００４５】
なお、本願発明において、正極端子１５及び負極端子１７と太陽電池ストリング１３との間の接続並びにアース端子１９の接地の有無の一部又は全部は、故障検出部１１の操作者によって行われてもよい。
【００４６】
また、ステップＳＴ５及び９について、今後、例えば、太陽電池アレイに含まれる太陽電池ストリングが、複数の所有者等によって所有及び／又は管理されることも考えられる。このような場合、故障検出部１１は、各所有者等に対して、所有及び／又は管理する太陽電池ストリングについて、発電量や、発明者らが提案した故障診断手法等により得られたインピーダンスの値などを含めて通知するようにしてもよい。
【００４７】
また、図２では、発電していない状態での故障検出を例としたが、可能であれば発電中であってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１  太陽光発電システム、３  太陽電池アレイ、４  架台、５  負荷等、９  リレー部、１１  故障検出部、１３  太陽電池ストリング、１５  正極端子、１７  負極端子、１９  アース端子、２１  リレー制御部、２３  信号入力部、２５  反射波観測部、２７  発電部故障検出部、３２  太陽電池モジュール、３３  正極端子、３５  負極端子、３７  アース端子、３９  電力発生部、４１，４３  コイル、４５，４７  コンデンサ、５１  地絡故障が生じた太陽電池モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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