(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散型直流電源の出力電流を検出する電流センサと、
第１周波数範囲の電流のみを通過させるバンドパスフィルタと、
前記電流センサからの前記バンドパスフィルタを通過した出力をパワースペクトルに変換するパワースペクトル変換部と、
前記第１周波数範囲に含まれる第２周波数範囲であるアークの計測区間の前記パワースペクトルについて、前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いずれかを前記計測区間の区間値として取得する区間値取得部と、
前記区間値に基づいてアークの有無を判定するアーク有無判定部とを備えていることを特徴とするアーク検出装置。
【請求項２】
分散型直流電源の出力電流を検出する電流センサと、
前記電流センサからの出力をパワースペクトルに変換するパワースペクトル変換部と、
所定の周波数範囲であるアークの計測区間の前記パワースペクトルについて、前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いずれかを前記計測区間の区間値として取得するとともに、前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前記パワースペクトルについて、前記区間値を取得する区間値取得部と、
前記アークの計測区間の前記区間値および前記ノイズの計測区間の前記区間値に基づいてアークの有無を判定するアーク有無判定部とを備えていることを特徴とするアーク検出装置。
【請求項３】
前記区間値取得部は、前記の各領域の領域値のうち、最小の領域値を前記区間値として取得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】
前記計測区間の範囲は２ｋＨｚよりも広く、
前記区間値取得部は、前記計測区間内におけるパワースペクトルが最大値となる周波数を含む２ｋＨｚの範囲を除いて、前記区間値としての選択対象となる前記領域値を求め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５】
前記アーク有無判定部は、前記区間値を所定の閾値と比較してアークの有無を判定す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６】
前記区間値取得部は、複数の前記アークの計測区間の前記区間値を取得し、
前記アーク有無判定部は、複数の前記区間値を用いた演算値を所定の閾値と比較してアークの有無を判定す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７】
前記区間値取得部は、複数の前記アークの計測区間の前記区間値を取得し、
前記アーク有無判定部は、複数の前記区間値から選択した区間値を所定の閾値と比較してアークの有無を判定す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８】
前記アーク有無判定部は、前記アークの計測区間の区間値と前記ノイズの計測区間の区間値との比、または前記アークの計測区間の区間値と前記ノイズの計測区間の区間値との差を所定の閾値と比較してアークの有無を判定することを特徴とする請求項２に記載のアーク検出装置。
【請求項９】
前記区間値取得部は、複数の前記アークの計測区間の前記区間値を取得し、
前記アーク有無判定部は、複数の前記アークの計測区間の前記区間値を用いた演算値と前記ノイズの計測区間の区間値との比を所定の閾値と比較してアークの有無を判定することを特徴とする請求項２に記載のアーク検出装置。
【請求項１０】
前記区間値取得部は、複数の前記アークの計測区間の前記区間値を取得し、
前記アーク有無判定部は、複数の前記区間値から選択した区間値と前記ノイズの計測区間の区間値との比、または複数の前記区間値から選択した区間値と前記ノイズの計測区間の区間値との差を所定の閾値と比較してアークの有無を判定することを特徴とする請求項２に記載のアーク検出装置。
【請求項１１】
前記パワースペクトル変換部は、前記電流センサからの出力を、前記計測区間の範囲のみのパワースペクトルに変換することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のアーク検出装置。
【請求項１２】
分散型直流電源の出力電流を検出する電流検出工程と、
前記電流検出工程にて検出した前記出力電流を、第１周波数範囲の電流のみを通過させるバンドパスフィルタに通すフィルタリング工程と、
前記フィルタリング工程にて前記バンドパスフィルタを通過した前記出力電流をパワースペクトルに変換するパワースペクトル変換工程と、
前記第１周波数範囲に含まれる第２周波数範囲であるアークの計測区間の前記パワースペクトルについて、前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いずれかを前記計測区間の区間値として取得する区間値取得工程と、
前記区間値取得工程にて取得した前記区間値に基づいてアークの有無を判定するアーク有無判定工程とを備えていることを特徴とするアーク検出方法。
【請求項１３】
分散型直流電源の出力電流を検出する電流検出工程と、
前記電流検出工程にて検出した前記出力電流をパワースペクトルに変換するパワースペクトル変換工程と、
所定の周波数範囲であるアークの計測区間の前記パワースペクトルについて、前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いずれかを前記計測区間の区間値として取得するとともに、前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前記パワースペクトルについて、前記区間値を取得する区間値取得工程と、
前記アークの計測区間の前記区間値および前記ノイズの計測区間の前記区間値に基づいてアークの有無を判定するアーク有無判定工程とを備えていることを特徴とするアーク検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば太陽光発電システムに備えられるアーク検出装置およびアーク検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、再生可能エネルギーを有効利用するシステムとして、太陽光発電システムが多数建造されている。これに伴い、太陽光発電システムのアーク故障に起因した火災事故の報告も増加している。
【０００３】
太陽光発電システムでは、アークが発生した場合に、アークによる火災を防止するために、迅速に回路を遮断する必要がある。このため、太陽光発電システムでは、アークが発生した場合に、迅速に回路を遮断することが要望されてきており、システム内に、アーク検出装置を備えているものがある。
【０００４】
太陽電池ストリングを有し、パワーコンディショナと接続されている太陽光発電システムにおいて、直列アークまたは並列アークであるアークが発生した場合にはアークによるノイズが生じる。この場合、太陽電池ストリングの出力線路には、パワーコンディショナのスイッチングノイズに対してアークによるノイズが重畳された信号が生じる。そこで、アーク検出装置は、上記出力線路の信号を取得し、その信号からアークの信号を取得してアークの発生を検出している。
【０００５】
この種のアーク検出装置には、特許文献１および２に開示された構成が知られている。特許文献１に開示された構成は、パワーコンディショナに接続された太陽光発電システムにおいて、次のような処理によりアークを検出している。まず、太陽光発電システムを流れる電流を検出し、検出した電流のパワースペクトルを求め、求めたパワースペクトルを複数の帯域に分割する。次に、分割した帯域内のパワースペクトルから、パワーコンディショナによる１以上の干渉信号（ノイズ）をフィルタリングし、帯域内の干渉信号ではない残りの信号を用いて、高電圧システム内における電気アークを検出している。また、干渉信号をフィルタリングする場合、１以上の周波数帯域において、１以上のピーク値を識別し、それら１以上の周波数帯域において、少なくとも部分的にパワースペクトルの大きさを減じている。すなわち、特許文献１の構成では、パワーコンディショナによる干渉信号の予め設定された周波数帯域を使用せずに、また、干渉信号の予め設定された周波数帯域のパワースペクトルの大きさを減じた状態にて、アークを検出している。
【０００６】
また、特許文献２に開示された構成は、太陽電池ストリングの出力線路を流れる電流のパワースペクトルではなく、発生したアークの大きさに応じたノイズがパワーコンディショナのスイッチングノイズに重畳されることを利用し、電圧のパワースペクトルを使用してアークを検出している。具体的には、太陽電池ストリングの出力線路から電圧センサにより電圧を検出し、検出した電圧から電圧のパワースペクトルを求め、求めたパワースペクトルに基づいて、アークを検出している。この場合には、パワーコンディショナのスイッチングノイズの周波数帯域を一定の周波数帯域とし、その周波数帯域のパワースペクトルをアーク検出の対象外とし、残りの周波数帯域のパワースペクトルに基づいてアークを検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許公開公報ＵＳ２０１２／０３１６８０４Ａ１（２０１２年１２月１３日公開）
【特許文献２】特開２０１４−１３４４４５号公報（２０１４年７月２４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の構成は、パワーコンディショナによるノイズの周波数帯域を予め設定しておく構成であるため、予め設定した周波数帯域とは異なる周波数帯域のノイズが発生した場合には、対応することができない。すなわち、例えばパワーコンディショナが異なる機種に交換されるなどの理由により、パワーコンディショナによるノイズの周波数が変化した場合には、ノイズの影響を受けて、アークを高精度に検出することができない。
【０００９】
また、特許文献２に記載の構成は、太陽電池ストリングの出力線路の電圧値を電圧センサにて取得する必要があり、この電圧値の取得は、電流センサにて上記出力線路の電流値を取得する場合のように容易ではない。すなわち、電流値を取得する場合には、上記出力線路の絶縁被覆の外面に電流センサの電極を配置すればよいのに対し、電圧値を取得する場合には、出力線路の端子に電圧センサの電極を接続する必要がある。このような高圧の出力線路に対する作業は作業者の危険を伴うばかりか、電圧センサにも大きい耐圧が要求されることになる。
【００１０】
したがって、本発明は、太陽電池に接続される外部装置の発生するノイズの影響を抑制して、太陽光発電システム内でのアークの発生を容易に検出することができるアーク検出装置およびアーク検出方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明のアーク検出装置は、分散型直流電源の出力電流を検出する電流センサと、前記電流センサからの出力をパワースペクトルに変換するパワースペクトル変換部と、所定の周波数範囲であるアークの計測区間の前記パワースペクトルについて、前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いずれかを前記計測区間の区間値として取得する区間値取得部と、前記区間値に基づいてアークの有無を判定するアーク有無判定部とを備えていることを特徴としている。
【００１２】
上記の構成によれば、電流センサは、分散型直流電源の出力電流を検出し、パワースペクトル変換部は、電流センサからの出力をパワースペクトルに変換する。区間値取得部は、所定の周波数範囲であるアークの計測区間のパワースペクトルについて、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いずれかを計測区間の区間値として取得する。アーク有無判定部は、区間値取得部が取得した区間値に基づいてアークの有無を判定する。
【００１３】
したがって、分散型直流電源に外部装置（例えばパワーコンディショナ）が接続されている場合において、外部装置が発生するノイズの周波数帯域に関わらず、アークの有無を検出することができる。すなわち、外部装置（例えばパワーコンディショナ）によるノイズの周波数帯域が変化した場合であっても、計測区間内における最大の領域値に含まれる、外部装置（例えばパワーコンディショナ）によるノイズの影響を排除して、アークを検出することができる。
【００１４】
これにより、分散型直流電源に接続されている外部装置の発生するノイズの影響を抑制して、アークの発生を容易に検出することができる。
【００１５】
本発明のアーク検出装置は、分散型直流電源の出力電流を検出する電流センサと、前記電流センサからの出力をパワースペクトルに変換するパワースペクトル変換部と、所定の周波数範囲であるアークの計測区間の前記パワースペクトルについて、前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いずれかを前記計測区間の区間値として取得するとともに、前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前記パワースペクトルについて、前記区間値を取得する区間値取得部と、前記アークの計測区間の前記区間値および前記ノイズの計測区間の前記区間値に基づいてアークの有無を判定するアーク有無判定部とを備えていることを特徴としている。
【００１６】
上記の構成によれば、電流センサは、分散型直流電源の出力電流を検出し、パワースペクトル変換部は、電流センサからの出力をパワースペクトルに変換する。区間値取得部は、所定の周波数範囲であるアークの計測区間のパワースペクトルについて、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いずれかを計測区間の区間値として取得する。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パワースペクトルについて、同様に、区間値を取得する。アーク有無判定部は、アークの計測区間の区間値およびノイズの計測区間の区間値に基づいてアークの有無を判定する。
【００１７】
したがって、分散型直流電源に外部装置（例えばパワーコンディショナ）が接続されている場合において、外部装置が発生するノイズの周波数帯域に関わらず、アークの有無を検出することができる。すなわち、外部装置（例えばパワーコンディショナ）によるノイズの周波数帯域が変化した場合であっても、計測区間内における最大の領域値に含まれる、外部装置（例えばパワーコンディショナ）によるノイズの影響を排除して、アークを検出することができる。
【００１８】
これにより、分散型直流電源に接続されている外部装置の発生するノイズの影響を抑制して、アークの発生を容易に検出することができる。また、アーク有無判定部でのアークの有無の判定を、アークの計測区間の区間値のみを使用する場合と比較して、安定に行うことができ、アークの検出を安定に行うことができる。
【００１９】
上記のアーク検出装置において、前記区間値取得部は、前記の各領域の領域値のうち、最小の領域値を前記区間値として取得する構成としてもよい。
【００２０】
上記の構成によれば、区間値取得部は、計測区間の各領域の領域値のうち、最小の領域値を前記区間値として取得する。したがって、計測区間内における外部装置（例えばパワーコンディショナ）によるノイズを確実に排除して、アークの発生を高精度かつ容易に検出することができる。
【００２１】
上記のアーク検出装置において、前記計測区間の範囲は２ｋＨｚよりも広く、前記区間値取得部は、前記計測区間内におけるパワースペクトルが最大値となる周波数を含む２ｋＨｚの範囲を除いて、前記区間値としての選択対象となる前記領域値を求める構成としてもよい。
【００２２】
上記の構成によれば、計測区間の範囲が２ｋＨｚよりも広い場合において、区間値取得部は、前記計測区間内におけるパワースペクトルが最大値となる周波数を含む２ｋＨｚの範囲を除いて、前記区間値としての選択対象となる前記領域値を求める。
【００２３】
このように、計測区間内におけるパワースペクトルが最大値となる周波数を含む２ｋＨｚの範囲を除いた場合、区間値としての選択対象となる前記領域値は相対的に小さい値となる。したがって、計測区間内におけるパワースペクトルが最大値となる周波数を含む２ｋＨｚの範囲を除いて、区間値としての選択対象となる領域値を求めた場合、外部装置が発生するノイズの影響をさらに排除し易くなる。
【００２４】
これにより、太陽電池に接続されている外部装置の発生するノイズの影響をさらに抑制して、アークの発生を高精度かつ容易に検出することができる。
【００２５】
上記のアーク検出装置において、前記アーク有無判定部は、前記区間値を所定の閾値と比較してアークの有無を判定する構成としてもよい。
【００２６】
上記の構成によれば、分散型直流電源に接続されている外部装置の発生するノイズの影響を抑制して、アークの発生を容易に検出することができる。
【００２７】
上記のアーク検出装置において、前記区間値取得部は、複数の前記アークの計測区間の前記区間値を取得し、前記アーク有無判定部は、複数の前記区間値を用いた演算値を所定の閾値と比較してアークの有無を判定する構成としてもよい。
【００２８】
上記の構成によれば、アーク有無判定部は、区間値取得部が取得した複数の区間値を用いた演算値、例えば複数の前記区間値の合計値を所定の閾値と比較してアークの有無を判定する。これにより、単一の計測区間の区間値を使用する場合と比較して、アークの発生を高精度に検出することができる。
【００２９】
上記のアーク検出装置において、前記区間値取得部は、複数の前記アークの計測区間の前記区間値を取得し、前記アーク有無判定部は、複数の前記区間値から選択した区間値を所定の閾値と比較してアークの有無を判定する構成としてもよい。
【００３０】
上記の構成によれば、アーク有無判定部は、区間値取得部が取得した複数の区間値から選択した区間値を所定の閾値と比較してアークの有無を判定する。
【００３１】
これにより、アーク有無判定部は、区間値取得部が取得した複数の区間値から、アークの有無の判定に好適な区間値、例えば最小の区間値を選択して使用することができる。したがって、単一の計測区間の区間値を使用する場合と比較して、アークの発生を高精度に検出することができる。
【００３２】
上記のアーク検出装置において、前記アーク有無判定部は、前記アークの計測区間の区間値と前記ノイズの計測区間の区間値との比、または前記アークの計測区間の区間値と前記ノイズの計測区間の区間値との差を所定の閾値と比較してアークの有無を判定する構成としてもよい。
【００３３】
上記の構成によれば、アーク有無判定部は、区間値取得部が取得した、アークの計測区間の区間値とノイズの計測区間の区間値との比、またはアークの計測区間の区間値とノイズの計測区間の区間値との差を所定の閾値と比較してアークの有無を判定する。したがって、アーク有無判定部は、アークの有無の判定を、アークの計測区間の区間値のみを使用する場合と比較して、安定に行うことができる。これにより、アークの発生を容易かつ安定に検出することができる。
【００３４】
上記のアーク検出装置において、前記区間値取得部は、複数の前記アークの計測区間の前記区間値を取得し、前記アーク有無判定部は、複数の前記アークの計測区間の前記区間値を用いた演算値と前記ノイズの計測区間の区間値との比を所定の閾値と比較してアークの有無を判定する構成としてもよい。
【００３５】
上記の構成によれば、区間値取得部は、複数のアークの計測区間の区間値を取得し、アーク有無判定部は、複数のアークの計測区間の区間値を用いた演算値、例えば複数の区間値の合計値とノイズの計測区間の区間値との比を所定の閾値と比較してアークの有無を判定する。したがって、アーク有無判定部は、アークの有無の判定を、アークの計測区間の区間値のみを使用する場合と比較して、安定かつ高精度に行うことができる。これにより、アークの発生を容易、安定かつ高精度に検出することができる。
【００３６】
上記のアーク検出装置において、前記区間値取得部は、複数の前記アークの計測区間の前記区間値を取得し、前記アーク有無判定部は、複数の前記区間値から選択した区間値と前記ノイズの計測区間の区間値との比、または複数の前記区間値から選択した区間値と前記ノイズの計測区間の区間値との差を所定の閾値と比較してアークの有無を判定する構成としてもよい。
【００３７】
上記の構成によれば、区間値取得部は、複数のアークの計測区間の区間値を取得し、アーク有無判定部は、複数の前記区間値から選択した区間値、例えば最小の区間値とノイズの計測区間の区間値との比、または複数の区間値から選択した区間値とノイズの計測区間の区間値との差を所定の閾値と比較してアークの有無を判定する。
【００３８】
したがって、アーク有無判定部は、区間値取得部が取得した複数の区間値から、アークの有無の判定に好適な区間値、例えば最小の区間値を選択して使用することができる。また、アーク有無判定部は、アークの有無の判定を、アークの計測区間の区間値のみを使用する場合と比較して、安定かつ高精度に行うことができる。これにより、単一の計測区間の区間値を使用する場合と比較して、またアークの計測区間の区間値のみを使用する場合と比較して、アークの発生を容易、安定かつ高精度に検出することができる。
【００３９】
上記のアーク検出装置において、前記パワースペクトル変換部は、前記電流センサからの出力を、前記計測区間の範囲のみのパワースペクトルに変換する構成としてもよい。
【００４０】
上記の構成によれば、パワースペクトル変換部は、電流センサからの出力を、計測区間の範囲のみのパワースペクトルに変換する。したがって、パワースペクトル変換部を性能の低い安価なＣＰＵにより構成した場合であっても、アーク検出装置全体として高速の処理が可能となる。
【００４１】
本発明のアーク検出方法は、分散型直流電源の出力電流を検出する電流検出工程と、前記電流検出工程にて検出した前記出力電流をパワースペクトルに変換するパワースペクトル変換工程と、所定の周波数範囲であるアークの計測区間の前記パワースペクトルについて、前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いずれかを前記計測区間の区間値として取得する区間値取得工程と、前記区間値取得工程にて取得した前記区間値に基づいてアークの有無を判定するアーク有無判定工程とを備えていることを特徴としている。
【００４２】
上記の構成によれば、電流検出工程では、分散型直流電源の出力電流を検出し、パワースペクトル変換工程では、電流検出工程にて検出した前記出力電流をパワースペクトルに変換する。区間値取得工程では、所定の周波数範囲であるアークの計測区間の前記パワースペクトルについて、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いずれかを計測区間の区間値として取得する。アーク有無判定工程では、区間値取得工程にて取得した区間値に基づいてアークの有無を判定する。これにより、上記のアーク検出装置と同様の作用効果を奏する。
【００４３】
本発明のアーク検出方法は、分散型直流電源の出力電流を検出する電流検出工程と、前記電流センサからの出力をパワースペクトルに変換するパワースペクトル変換工程と、所定の周波数範囲であるアークの計測区間の前記パワースペクトルについて、前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いずれかを前記計測区間の区間値として取得するとともに、前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前記パワースペクトルについて、前記区間値を取得する区間値取得工程と、前記アークの計測区間の前記区間値および前記ノイズの計測区間の前記区間値に基づいてアークの有無を判定するアーク有無判定工程とを備えていることを特徴としている。
【００４４】
上記の構成によれば、電流検出工程では、分散型直流電源の出力電流を検出し、パワースペクトル変換工程では、電流検出工程にて検出した前記出力電流をパワースペクトルに変換する。区間値取得工程では、所定の周波数範囲であるアークの計測区間のパワースペクトルについて、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いずれかを計測区間の区間値として取得するとともに、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パワースペクトルについて、同様に、区間値を取得する。アーク有無判定工程では、アークの計測区間の区間値およびノイズの計測区間の区間値に基づいてアークの有無を判定する。これにより、上記のアーク検出装置と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の構成によれば、分散型直流電源に接続されている外部装置の発生するノイズの影響を抑制して、アークの発生を容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の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を示す概略の回路図である。
【図２】図１に示したアーク検出装置の構成を示すブロック図である。
【図３】従来の周波数と電流ＦＦＴ（高速フーリエ変換）との関係を示すグラフである。
【図４】図４の（ａ）は、図１に示した太陽電池ストリングにアークが発生している場合のＦＦＴ処理部による電流の信号に対するアークの計測区間を示すグラフである。図４の（ｂ）は、上記太陽電池ストリングにアークが発生していない場合の電流の信号に対するＦＦＴ処理部によるアークの計測区間を示すグラフである。
【図５】図２に示した区間値取得部の動作示す説明図である。
【図６】図６の(ａ)は、図１に示した太陽光発電システムにおいてアークが発生した状態を示す説明図である。図６の(ｂ)は、図２に示したアーク検出装置でのアーク検出動作の概要を示す説明図である。図６の(ｃ)は、図６の(ｂ)に示したフィルタに入力される、アーク無およびアーク有の場合の概略の信号波形を示す波形図である。図６の(ｄ)は、図６の(ｂ)に示したＣＰＵにて処理される、アーク無およびアーク有の場合のパワースペクトルを示す波形図である。
【図７】図２に示したアーク検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】図１に示した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９】図９の（ａ）は、本発明の他の実施の形態のアーク検出装置において、太陽電池ストリングにアークが発生している場合のＦＦＴ処理部による電流の信号（パワースペクトル）に対するアークの計測区間を示すグラフである。図９の（ｂ）は、図９の（ａ）とは異なるアークが発生している場合のＦＦＴ処理部による電流の信号に対するアークの計測区間を示すグラフである。図９の（ｃ）は、上記アーク検出装置において、太陽電池ストリングにアークが発生していない場合の電流の信号に対するＦＦＴ処理部によるアークの計測区間を示すグラフである。
【図１０】本発明の他の実施の形態のアーク検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の他の実施の形態のアーク検出装置におけるアーク有無判定部の動作を説明する、２個の区間値と閾値との関係を示す散布図である。
【図１２】図１１に示した場合とは別の、２個の区間値と閾値との関係を示す散布図である。
【図１３】図１３の（ａ）は、本発明の他の実施の形態のアーク検出装置の変形例において、太陽電池ストリングにアークが発生している場合のＦＦＴ処理部による電流の信号（パワースペクトル）に対するアークの計測区間を示すグラフである。図１３の（ｂ）は、図１３の（ａ）とは異なるアークが発生している場合のＦＦＴ処理部による電流の信号に対するアークの計測区間を示すグラフである。図１３の（ｃ）は、上記太陽電池ストリングにアークが発生していない場合の電流の信号に対するＦＦＴ処理部によるアークの計測区間を示すグラフである。
【図１４】図１４の（ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態のアーク検出装置において、太陽電池ストリングにアークが発生している場合のＦＦＴ処理部による電流の信号に対するアークの計測区間およびノイズの計測区間を示すグラフである。図１４の（ｂ）は、上記アーク検出装置において、太陽電池ストリングにアークが発生していない場合の電流の信号に対するＦＦＴ処理部によるアークの計測区間およびノイズの計測区間を示すグラフである。
【図１５】本発明のさらに他の実施の形態のアーク検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図１６】図１６の（ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態のアーク検出装置において、太陽電池ストリングにアークが発生している場合のＦＦＴ処理部による電流の信号に対するアークの計測区間およびノイズの計測区間を示すグラフである。図１６の（ｂ）は、図１６の（ａ）とは異なるアークが発生している場合のＦＦＴ処理部による電流の信号に対するアークの計測区間およびノイズの計測区間を示すグラフである。図１６の（ｃ）は、上記アーク検出装置において、太陽電池ストリングにアークが発生していない場合の電流の信号に対するＦＦＴ処理部によるアークの計測区間およびノイズの計測区間を示すグラフである。
【図１７】本発明のさらに他の実施の形態のアーク検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図１８】本発明のさらに他の実施の形態のアーク検出装置におけるアーク有無判定部の動作を説明する、２個のアークの計測区間の区間値の合計値とノイズの計測区間の区間値の比と閾値との関係を示す散布図である。
【図１９】図１８に示した場合とは別の、２個のアークの計測区間の区間値とノイズの計測区間の区間値の比と閾値との関係を示す散布図である。
【図２０】図２０の（ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態のアーク検出装置の変形例において、太陽電池ストリングにアークが発生している場合のＦＦＴ処理部による電流の信号（パワースペクトル）に対するアークの計測区間およびノイズの計測区間を示すグラフである。図２０の（ｂ）は、図２０の（ａ）とは異なるアークが発生している場合のＦＦＴ処理部による電流の信号に対するアークの計測区間およびノイズの計測区間を示すグラフである。図２０の（ｃ）は、上記太陽電池ストリングにアークが発生していない場合の電流の信号に対するＦＦＴ処理部によるアークの計測区間およびノイズの計測区間を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
〔実施の形態１〕
（太陽光発電システムの概要）
本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の実施の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を示す概略の回路図である。
【００４８】
図１に示すように、太陽光発電システム１は、複数の太陽電池ストリング１１、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。
【００４９】
太陽電池ストリング（分散型直流電源）１１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ＰＣＳ（外部装置）１４と接続されている。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
アーク検出装置１２は、本実施の形態において、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。
【００５３】
（アーク検出装置１２）
図２は、アーク検出装置１２の構成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、電流センサ３１、増幅器３２、フィルタ３３、Ａ／Ｄ変換部３４およびＣＰＵ（central processing unit）３５を備えている。
【００５４】
電流センサ３１は、出力線路２２ａを流れる電流を検出する。増幅器３２は、電流センサ３１にて検出された電流を増幅する。
【００５５】
フィルタ３３は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）であり、増幅器３２から出力される電流のうち、所定周波数範囲の電流のみを通過させる。本実施の形態において、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から出力される電流から、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の電流を排除できるようにしている。
【００５６】
すなわち、図３に示すように、ＰＣＳ１４が備えるコンバータのスイッチングノイズは、一般に、４０ｋＨｚ以下の比較的低い周波数帯域に存在する。そこで、電流センサ３１が検出した出力線路２２ａの電流を４０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚを通過させるフィルタ３３に通すことにより、上記スイッチングノイズの多くを排除できるようにしている。
【００５７】
なお、図３において、符号Ａは、フィルタ３３を通過する電流の周波数の範囲であり、符号Ｂはアークが発生していないときのＰＣＳ１４のノイズの信号であり、符号Ｃはアークが発生しているときのＰＣＳ１４のノイズにアークのノイズが重畳された状態の信号である。
【００５８】
Ａ／Ｄ変換部３４は、フィルタ３３を通過したアナログの電流の信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ３５へ入力する。
【００５９】
ＣＰＵ３５は、図２に示すように、ＦＦＴ処理部（パワースペクトル変換部）４１、区間値取得部４２およびアーク有無判定部４３を備えている。
【００６０】
ＦＦＴ処理部４１は、Ａ／Ｄ変換部３４から入力された電流のデジタル信号に対してＦＦＴを行い、電流のパワースペクトルを生成する。この場合、ＦＦＴ処理部４１は、図４の（ａ）および図４の（ｂ）に示すように、フィルタ３３を通過した４０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲の電流の信号に対して、１個のアークの計測区間Ｓを設定し、そのアークの計測区間Ｓのみに対して、ＦＦＴを行う。なお、アークの計測区間の幅は、アークの計測区間にＰＣＳ１４のノイズのパワーのピークが含まれている場合において、ノイズのパワーのピークからピークの両側のボトムの少なくとも一方を含むような範囲に設定するのが好ましい。
【００６１】
図４の（ａ）は、太陽電池ストリング１１にアークが発生している場合のＦＦＴ処理部４１による電流の信号に対するアークの計測区間Ｓを示すグラフである。図４の（ｂ）は、太陽電池ストリング１１にアークが発生していない場合の電流の信号に対するＦＦＴ処理部４１によるアークの計測区間Ｓを示すグラフである。なお、図４の（ａ）〜（ｂ）では、便宜上、アークの計測区間Ｓだけでなく全ての周波数範囲に対してＦＦＴが行われた場合のグラフを示している。この点は、以下に説明する図９の（ａ）〜（ｃ）、図１３の（ａ）〜（ｃ）、図１４の（ａ）〜（ｂ）、図１６の（ａ）〜（ｃ）、図２０の（ａ）〜（ｃ）においても同様である。
【００６２】
また、本実施の形態において、ＦＦＴ処理部４１による上記アークの計測区間Ｓを４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚの周波数範囲としている。このようにＦＦＴを行う周波数範囲を限定することにより、ＣＰＵ３５として性能の低い安価なものを使用した場合であっても、アーク検出装置１２全体として高速の処理が可能となる。
【００６３】
図５は、区間値取得部４２の動作示す説明図である。区間値取得部４２は、ＦＦＴ処理部４１にてＦＦＴが行われた４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚのアークの計測区間Ｓを、例えば図５に示すように、１領域が２ｋＨｚの５個の領域（領域Ｅ）に分割し、各領域それぞれの領域値すなわちパワースペクトル（ノイズのパワースペクトル）の値を求める。次に、区間値取得部４２は、５個の領域値のうちから最小の領域値を、アークの計測区間Ｓの区間値として取得する。最小の領域値を選ぶのはＰＣＳノイズが重畳している場合、アークの計測区間ＳのパワースペクトルのうちＰＣＳノイズが重畳している周波数の領域値が大きくなると考えられるためである。したがって、アークの計測区間Ｓのうちでも領域値が小さい領域を選択すればＰＣＳノイズの影響を受けずにすむ。
【００６４】
なお、上記領域値は、各領域におけるパワースペクトルの例えば総和や平均値などによって、各領域同士のパワースペクトルの大小関係を示す値であればよい。
【００６５】
また、区間値取得部４２による領域の設定は、２ｋＨｚに限定されることなく、例えばＦＦＴ処理部４１すなわちＣＰＵ３５の分解能に基づく最小領域に設定されていてもよい。また、各領域値は、ＦＦＴ処理部４１から得た各領域のパワースペクトルのデータを積分して得られる値であってもよい。
【００６６】
また、区間値取得部４２が取得する区間値は、最小の領域値に限定されず、そのアークの計測区間Ｓ内での相対的に小さい領域値であってもよい。例えば、アークの計測区間Ｓ内での最大の領域値を除いた他の領域値のうちのいずれかの領域値であってもよい。あるいは、区間値取得部４２は、アークの計測区間Ｓが２ｋＨｚよりも大きい場合において、アークの計測区間Ｓ内におけるパワースペクトルが最大値となる周波数を含む２ｋＨｚの範囲を除いて、区間値としての選択対象となる領域値を求める構成であってもよい。
【００６７】
以上の領域値に関する点、および領域の範囲に関する点については、以下の他の実施の形態に示すアークの計測区間Ｓおよびノイズの計測区間Ｎおいても同様である。
【００６８】
アーク有無判定部４３は、区間値取得部４２が取得した区間値（Ｓｍｉｎ）を所定の閾値Ｋａ１（第１の閾値）と比較し、区間値（Ｓｍｉｎ）が閾値Ｋａ１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、区間値（Ｓｍｉｎ）が閾値Ｋａ１よりも大きければアーク有と判定する一方、区間値（Ｓｍｉｎ）が閾値Ｋａ１以下であればアーク無と判定する。
【００６９】
なお、閾値Ｋａ１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Ｋａ１の決定には過度の施行錯誤は不要である。この点は、以下の実施の形態において示す他の閾値Ｋについても同様である。
【００７０】
アーク有無判定部４３は、ＦＦＴ処理部４１、区間値取得部４２およびアーク有無判定部４３の上記の処理（判定処理）を複数回繰り返し、判定処理の回数が所定回数以内の場合において、アーク有の判定結果が所定回数以上となった場合に、最終的なアーク有の判定結果を外部へ出力する。
【００７１】
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、アーク有無判定部４３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の損傷を防止できるように、太陽光発電システム１の回路を遮断する。
【００７２】
（アーク検出装置１２の動作）
上記の構成において、アーク検出装置１２の動作について以下に説明する。図６の(ａ)は、太陽光発電システム１においてアーク（並列アークおよび直列アーク）が発生した状態を示す説明図、図６の(ｂ)は、アーク検出装置１２でのアーク検出動作の概要を示す説明図である。図７は、絶対値方式によりアークを検出するアーク検出装置１２の動作を示すフローチャートである。この絶対値方式では、区間値取得部４２が取得したアークの計測区間Ｓの区間値を所定の閾値と比較することによりアークを検出している。
【００７３】
図６の(ａ)に示すように、太陽光発電システム１においてアーク（並列アークおよび直列アーク）が発生した場合、図６の(ｂ)に示すように、アーク検出装置１２の電流センサ３１により検出される電流の信号は、ＰＣＳ１４のコンバータによるノイズおよびアークによるノイズを含んだものとなる。ＣＰＵ３５は、ＦＦＴ解析を行い、図７に示す動作により、アークを検出する。なお、図６の（ｂ）に示すように、電流の信号からＦＦＴを行って得られるパワースペクトルは、アークが発生していない場合、略一定の状態である一方、アークが発生している場合、ＰＣＳ１４のコンバータによるノイズにアークによるノイズが重畳されて、盛り上がった状態となる。
【００７４】
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、まず、カウンタｎおよびｃをリセットする(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。
【００７５】
ＦＦＴ処理部４１は、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、出力線路２２ｂの電流のデータを取り込み(Ｓ１２)、そのデータに対してＦＦＴ処理行い(Ｓ１３)、電流のパワースペクトルを生成する。
【００７６】
区間値取得部４２は、ＦＦＴ処理部４１にてＦＦＴが行われた４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚのアークの計測区間Ｓを、１領域が２ｋＨｚの５個の領域（領域Ｅ）に分割し、各領域それぞれの領域値（パワースペクトル）を求める。さらに、区間値取得部４２は、５個の領域値のうちから最小の領域値をアークの計測区間Ｓの区間値（Ｓｍｉｎ）として取得する（Ｓ１４）。
【００７７】
アーク有無判定部４３は、区間値取得部４２が取得した区間値（Ｓｍｉｎ）を所定の閾値Ｋａ１（第１の閾値）と比較し（Ｓ１５）、区間値（Ｓｍｉｎ）が閾値Ｋａ１よりも大きければアーク有と判定する。この場合には、カウンタｃは１を加算し、Ｓ１７へ進む。一方、Ｓ１５の判定において、区間値（Ｓｍｉｎ）が閾値Ｋａ１以下であればアーク無と判定する。この場合には、カウンタｃは１を加算せずに、Ｓ１７へ進む。
【００７８】
Ｓ１７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し（Ｓ１７）、ｎ＝１０でなければ、カウンタｎに１を加算して（Ｓ１８）、Ｓ１２へ戻る。
【００７９】
一方、Ｓ１７において、ｎ＝４であれば、アーク有の回数のカウンタｃの値が３以上かどうかを判定し（Ｓ１９）、カウンタｃの値が５未満であればＳ１１へ戻る。
【００８０】
また、Ｓ１９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）の判定結果を出力する（Ｓ２０）。このように、本実施の形態において、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、アーク有の判定結果を出力するようになっている。
【００８１】
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。
【００８２】
（アーク検出装置１２の利点）
上記のように、本実施の形態のアーク検出装置１２は、ＰＣＳ１４が発生するノイズの周波数帯域に関わらず、太陽電池ストリング１１の出力線路（例えば出力線路２２ａ）から検出した電流の信号（パワースペクトル）に、適当な周波数範囲のアークの計測区間Ｓを設定し、そのアークの計測区間Ｓについてアークの有無を検出している。具体的には、上記アークの計測区間Ｓを上記アークの計測区間Ｓの周波数範囲よりも狭い複数の領域に分割し、各領域の領域値（パワースペクトルの値）のうち、最大の領域値を除いた他の領域値のうちのいずれかの領域値（例えば最小の領域値）をアークの計測区間Ｓの区間値として取得し、その区間値を所定の閾値と比較して、アークの有無を判定している。したがって、ＰＣＳ１４によるノイズの周波数帯域が変化した場合であっても、太陽光発電システム１内で発生したアークを検出することができる。
【００８３】
また、アーク検出装置１２は、太陽電池ストリング１１の出力線路（例えば出力線路２２ａ）の電流に基づいてアークの有無を検出している。したがって、アークを含む信号（電流）を検出する作業は、出力線路（例えば出力線路２２ａ）の絶縁被覆の上から、アーク検出装置１２の電極を例えば単にクランプするだけでよい。したがって、出力線路（出力線路２２ａ，２２ｂ）の電圧に基づいてアークの有無を検出する構成と比較して、アークの検出を容易かつ安全に行うことができる。
【００８４】
これにより、アーク検出装置１２によれば、太陽電池ストリング１１に接続されるＰＣＳ（外部装置）１４の発生するノイズの影響を抑制して、太陽光発電システム１内でのアークの発生を高精度かつ容易に検出することができる。
【００８５】
（変形例）
図８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。上記の実施の形態では、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８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８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。
【００８６】
また、アーク検出装置１２は、図８に示すように、接続箱１３とＰＣＳ１４との間に代えて、アーク検出装置１２の筐体の内部に設けられていてもよい。なお、図８に示した太陽光発電システム１の構成は、以下の他の実施の形態においても同様に適用することができる。
【００８７】
〔実施の形態２〕
（アーク検出装置５１の構成）
本発明の他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。本実施の形態では、太陽光発電システム１はアーク検出装置１２に代えてアーク検出装置５１（図２参照）を備えている。なお、図面では、図２のみにアーク検出装置５１を示しているが、ここでは、図１、図６および図８に示したアーク検出装置１２もアーク検出装置５１と見なす。
【００８８】
アーク検出装置５１は、アーク検出装置１２と同様、絶対値方式によりアークを検出する。図９の（ａ）は、本実施の形態のアーク検出装置５１において、太陽電池ストリング１１にアークが発生している場合のＦＦＴ処理部４１による電流の信号（パワースペクトル）に対するアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２を示すグラフである。図９の（ｂ）は、図９の（ａ）とは異なるアークが発生している場合のＦＦＴ処理部４１による電流の信号に対するアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２を示すグラフである。図９の（ｃ）は、上記アーク検出装置５１において、太陽電池ストリング１１にアークが発生していない場合の電流の信号に対するＦＦＴ処理部４１によるアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２を示すグラフである。
【００８９】
前記のアーク検出装置１２では、ＦＦＴ処理部４１は、図４の（ａ）（ｂ）に示したように、フィルタ３３を通過した４０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲の電流の信号に対して、一つのアークの計測区間Ｓを設定し、そのアークの計測区間Ｓのみに対して、ＦＦＴを行う構成であった。これに対し、本実施の形態のアーク検出装置５１（図２参照）では、ＦＦＴ処理部４１は、図９の（ａ）〜（ｃ）に示すように、フィルタ３３を通過した電流の信号に対して、２個のアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２を設定し、それらアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２のみに対して、ＦＦＴを行う構成である。
【００９０】
本実施の形態において、アークの計測区間Ｓ１は４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚ、アークの計測区間Ｓ２は３５ｋＨｚ〜４５ｋＨｚとしている。また、本実施の形態において、フィルタ３３は例えば３０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数範囲の電流の信号を通過させる。
【００９１】
区間値取得部４２は、前述した区間値取得部４２の動作と同様の動作により、アークの計測区間Ｓ１の区間値（Ｓ１ｍｉｎ）およびアークの計測区間Ｓ２の区間値（Ｓ２ｍｉｎ）を取得する。
【００９２】
アーク有無判定部４３は、アークの計測区間Ｓ１の区間値（Ｓ１ｍｉｎ）とアークの計測区間Ｓ２の区間値（Ｓ２ｍｉｎ）との合計値（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）を所定の閾値Ｋａ２（第２の閾値）と比較し、合計値（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）が閾値Ｋａ２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、合計値（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）が閾値Ｋａ２よりも大きければアーク有と判定する一方、合計値（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）が閾値Ｋａ２以下であればアーク無と判定する。
【００９３】
（アーク検出装置５１の動作）
上記の構成において、アーク検出装置５１の動作について以下に説明する。図１０は、アーク検出装置１５の動作を示すフローチャートである。なお、図１０において、図７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。
【００９４】
区間値取得部４２は、ＦＦＴ処理部４１にてＦＦＴが行われたアークの計測区間Ｓ１（４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚの区間）およびアークの計測区間Ｓ２（３５ｋＨｚ〜４５ｋＨｚの区間）のそれぞれを、図５に示したように、１領域が２ｋＨｚの５個の領域（領域Ｅ）に分割し、各領域それぞれの領域値（パワースペクトル）を求める。さらに、区間値取得部４２は、アークの計測区間Ｓ１，Ｓ２それぞれについて、５個の領域値のうちから最小の領域値をアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２の区間値（Ｓ１ｍｉｎ，Ｓ２ｍｉｎ）として取得する（Ｓ３１）。
【００９５】
アーク有無判定部４３は、区間値取得部４２が取得した区間値（Ｓ１ｍｉｎ，Ｓ２ｍｉｎ）の合計値（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）を所定の閾値Ｋａ２（第２の閾値）と比較し（Ｓ３２）、合計値（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）が閾値Ｋａ２よりも大きければアーク有と判定する。一方、合計値（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）が閾値Ｋａ２以下であればアーク無と判定する。
【００９６】
ここで、図１１には、アーク有無判定部４３において、合計値（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）＞閾値Ｋａ２、にてアーク有と判定する場合の区間値Ｓ１ｍｉｎ，Ｓ２ｍｉｎと閾値Ｋａ２との関係を示す。図１１は、区間値Ｓ１ｍｉｎ，Ｓ２ｍｉｎと閾値Ｋａ２との関係を示す散布図である。
【００９７】
また、図１２には、図１１に示した場合とは別の、区間値Ｓ１ｍｉｎ，Ｓ２ｍｉｎと閾値Ｋａ２との関係を示す。図１２の例では、アーク有無判定部４３は、Ｎｏｔ（Ｓ１ｍｉｎ＜Ｋ１  かつ  Ｓ２ｍｉｎ＜Ｋ２）、にてアーク有と判定する。
【００９８】
（アーク検出装置５１の利点）
本実施の形態のアーク検出装置５１は、アーク検出装置１２の利点に加えて、次の利点を有する。
【００９９】
上記のように、アーク検出装置５１では、太陽電池ストリング１１の出力線路（例えば出力線路２２ａ）から検出した電流の信号（パワースペクトル）に対して、複数のアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２を設定し、アークの計測区間Ｓ１，Ｓ２から取得した区間値（Ｓ１ｍｉｎ，Ｓ２ｍｉｎ）の合計値（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）を所定の閾値Ｋａ２と比較してアークの有無を判定している。すなわち、アーク検出装置５１では、アーク検出装置１２よりも多くのサンプルを取得してアークの有無を判定しているので、アークを高精度に検出することができる。
【０１００】
なお、複数のアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２は、本実施の形態では連続する区間として設定しているが、これに限定されず、連続せずに離れた区間であってもよい。この点は、以下の他の実施の形態においても同様である。
【０１０１】
また、アーク有無判定部４３は、区間値取得部４２が取得した複数のアークの計測区間（計測区間Ｓ１，Ｓ２）の区間値（Ｓ１ｍｉｎ，Ｓ２ｍｉｎ）の合計値（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）を用いてアークの有無を判定している。しかしながら、アーク有無判定部４３が使用する複数の区間値は、それら区間値の合計値に限らず、それら区間値の積でもよい。すなわち、アーク有無判定部４３が使用する複数の区間値は、それら区間値を使用した演算値であればよい。また、アーク有無判定部４３が使用する区間値は、複数の区間値から選択した一つの区間値（例えば最小の区間値）であってもよい。この点は、複数のアークの計測区間Ｓの区間値を取得する、以下の他の実施の形態のアーク検出装置においても同様である。
【０１０２】
（変形例）
図１３の（ａ）は、太陽電池ストリング１１にアークが発生している場合のＦＦＴ処理部４１による電流の信号（パワースペクトル）に対するアークの計測区間Ｓ１〜Ｓ６を示すグラフである。図１３の（ｂ）は、図１３の（ａ）とは異なるアークが発生している場合のＦＦＴ処理部４１による電流の信号に対するアークの計測区間Ｓ１〜Ｓ６を示すグラフである。図１３の（ｃ）は、太陽電池ストリング１１にアークが発生していない場合の電流の信号に対するＦＦＴ処理部４１によるアークの計測区間Ｓ１〜Ｓ６を示すグラフである。
【０１０３】
上記の実施の形態では、アークの計測区間として２個のアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２を設定する例について示した。しかしながら、アークの計測区間は、図１３の（ａ）〜（ｃ）に示すように、さらに多数の区間を設定してもよい。このような構成では、ＣＰＵ３５の負担は大きくなるものの、さらに高精度にアークを検出することができる。
【０１０４】
〔実施の形態３〕
（アーク検出装置６１の構成）
本発明のさらに他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図１４の（ａ）は、本実施の形態のアーク検出装置６１において、太陽電池ストリング１１にアークが発生している場合のＦＦＴ処理部４１による電流の信号（パワースペクトル）に対するアークの計測区間Ｓおよびノイズの計測区間Ｎを示すグラフである。図１４の（ｂ）は、上記アーク検出装置５１において、太陽電池ストリング１１にアークが発生していない場合の電流の信号に対するＦＦＴ処理部４１によるアークの計測区間Ｓおよびノイズの計測区間Ｎを示すグラフである。
【０１０５】
本実施の形態では、太陽光発電システム１はアーク検出装置１２に代えてアーク検出装置６１（図２参照）を備えている。なお、図面では、図２のみにアーク検出装置６１を示しているが、ここでは、図１、図６および図８に示したアーク検出装置１２もアーク検出装置６１と見なす。
【０１０６】
アーク検出装置６１（図２参照）は、絶対値方式によりアークを検出するアーク検出装置１２とは異なり、比例方式によりアークを検出する。この比例方式では、アークの計測区間Ｓおよびノイズの計測区間Ｎに対して区間値取得部４２が取得した区間値の比（Ｓｍｉｎ／Ｎｍｉｎ）を所定の閾値と比較することによりアークを検出している。なお、上記比は、アークが発生していない場合には１に近い値になり、アークが発生している場合には１よりも大きく、かつ１から離れた値となる。
【０１０７】
アーク検出装置６１では、フィルタ３３は例えば３０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数範囲の電流の信号を通過させ、ＦＦＴ処理部４１は、図１４の（ａ）（ｂ）に示すように、フィルタ３３を通過した電流の信号に対して、アークの計測区間Ｓおよびノイズの計測区間Ｎを設定し、それらアークの計測区間Ｓおよびノイズの計測区間Ｎのみに対して、ＦＦＴを行う構成である。
【０１０８】
本実施の形態において、アークの計測区間Ｓは４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚ、ノイズの計測区間Ｎは１５ｋＨｚ〜２５ｋＨｚとしている。アークの計測区間Ｓは、アークのノイズが発生し易い区間であり、ノイズの計測区間Ｎは、ＰＣＳ１４のノイズが発生し易い区間である。
【０１０９】
区間値取得部４２は、前述した区間値取得部４２の動作と同様の動作により、アークの計測区間Ｓの区間値（Ｓｍｉｎ）を取得する。また、区間値取得部４２は、アークの計測区間Ｓの区間値（Ｓｍｉｎ）を取得する場合の動作と同様の動作により、ノイズの計測区間Ｎの区間値（Ｎｍｉｎ）を取得する。
【０１１０】
なお、ここでは、ノイズの計測区間Ｎの区間値は、ノイズの計測区間Ｎ内の複数の領域値のうちの最小の領域値としているが、アークの計測区間Ｓの区間値と同様、ノイズの計測区間Ｎ内での相対的に小さい領域値であってもよい。例えば、ノイズの計測区間Ｎ内での最大の領域値を除いた他の領域値のうちのいずれかの領域値であってもよい。あるいは、ノイズの計測区間Ｎが２ｋＨｚよりも大きい場合に、最も大きい領域値を含む２ｋＨｚの範囲を除いたいずれかの領域の値であってもよい。この点は、以下の他の実施の形態においても同様である。
【０１１１】
また、アーク有無判定部４３は、アークの計測区間Ｓの区間値（Ｓ１ｍｉｎ）とノイズの計測区間Ｎの区間値（Ｎｍｉｎ）の比（Ｓｍｉｎ／Ｎｍｉｎ）を所定の閾値Ｋｒ１（第３の閾値）と比較し、比（Ｓｍｉｎ／Ｎｍｉｎ）が閾値Ｋｒ１よりも大きいかどうかを判定する。この判定の結果、アーク有無判定部４３は、比（Ｓｍｉｎ／Ｎｍｉｎ）が閾値Ｋｒ１よりも大きければアーク有と判定する一方、比（Ｓｍｉｎ／Ｎｍｉｎ）が閾値Ｋｒ１以下であればアーク無と判定する。
【０１１２】
なお、アーク有無判定部４３は、ノイズの計測区間Ｎの区間値（Ｎｍｉｎ）とアークの計測区間Ｓの区間値（Ｓ１ｍｉｎ）の比（Ｎｍｉｎ／Ｓｍｉｎ）を閾値Ｋｒ１と比較して、アークの有無を判定する構成であってもよい。この場合には、比（Ｎｍｉｎ／Ｓｍｉｎ）が閾値Ｋｒ１よりも大きければアーク無と判定する一方、比（Ｎｍｉｎ／Ｓｍｉｎ）が閾値Ｋｒ１以下であればアーク有と判定する。
【０１１３】
（アーク検出装置６１の動作）
上記の構成において、アーク検出装置６１の動作について以下に説明する。図１５は、アーク検出装置６１の動作を示すフローチャートである。なお、図１５において、図７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。
【０１１４】
区間値取得部４２は、ＦＦＴ処理部４１にてＦＦＴが行われたアークの計測区間Ｓ（４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚの区間）およびノイズの計測区間Ｎ（１５ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの区間）のそれぞれを、図５に示したように、１領域が２ｋＨｚの５個の領域（領域Ｅ）に分割し、各領域それぞれの領域値（パワースペクトル）を求める。さらに、区間値取得部４２は、アークの計測区間Ｓおよびノイズの計測区間Ｎそれぞれについて、５個の領域値のうちから最小の領域値を計測区間Ｓ，Ｎの区間値（Ｓｍｉｎ，Ｎｍｉｎ）として取得する（Ｓ４１）。
【０１１５】
アーク有無判定部４３は、区間値取得部４２が取得した区間値（Ｓｍｉｎ，Ｎｍｉｎ）の比（Ｓｍｉｎ／Ｎｍｉｎ）を所定の閾値Ｋｒ１と比較し（Ｓ４２）、比（Ｓｍｉｎ／Ｎｍｉｎ）が閾値Ｋｒ１よりも大きければアーク有と判定する。一方、比（Ｓｍｉｎ／Ｎｍｉｎ）が閾値Ｋｒ１以下であればアーク無と判定する。
【０１１６】
（アーク検出装置６１の利点）
本実施の形態のアーク検出装置６１は、アーク検出装置１２の利点に加えて、次の利点を有する。すなわち、アーク検出装置６１では、アークの計測区間Ｓおよびノイズの計測区間Ｎの区間値（Ｓｍｉｎ，Ｎｍｉｎ）の比（Ｓｍｉｎ／Ｎｍｉｎ）を所定の閾値Ｋｒ１と比較してアークを検出しているので、安定してアークを検出することができる。この点は、以下の実施の形態に示す、比例方式によりアークを検出するアーク検出装置についても同様である。
【０１１７】
なお、アーク有無判定部４３はアークの計測区間Ｓおよびノイズの計測区間Ｎの区間値（Ｓｍｉｎ，Ｎｍｉｎ）の比（Ｓｍｉｎ／Ｎｍｉｎ）を使用してアークの有無を判定している。しかしながら、アーク有無判定部４３は、アークの計測区間Ｓおよびノイズの計測区間Ｎの区間値の比に代えて、アークの計測区間Ｓおよびノイズの計測区間Ｎの区間値の差（Ｓｍｉｎ−Ｎｍｉｎ）を使用してアークの有無を判定する構成であってもよい。この点は、アークの計測区間Ｓおよびノイズの計測区間Ｎの区間値（Ｓｍｉｎ，Ｎｍｉｎ）を使用する、以下の他の実施の形態のアーク検出装置においても同様である。
【０１１８】
〔実施の形態４〕
（アーク検出装置７１の構成）
本発明のさらに他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図１６の（ａ）は、本実施の形態のアーク検出装置７１において、太陽電池ストリング１１にアークが発生している場合のＦＦＴ処理部４１による電流の信号（パワースペクトル）に対するアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２およびノイズの計測区間Ｎを示すグラフである。図１６の（ｂ）は、図１６の（ａ）とは異なるアークが発生している場合のＦＦＴ処理部４１による電流の信号に対するアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２およびノイズの計測区間Ｎを示すグラフである。図１６の（ｃ）は、上記アーク検出装置７１において、太陽電池ストリング１１にアークが発生していない場合の電流の信号に対するＦＦＴ処理部４１によるアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２およびノイズの計測区間Ｎを示すグラフである。
【０１１９】
本実施の形態では、太陽光発電システム１はアーク検出装置１２に代えてアーク検出装置７１（図２参照）を備えている。なお、図面では、図２のみにアーク検出装置７１を示しているが、ここでは、図１、図６および図８に示したアーク検出装置１２もアーク検出装置７１と見なす。
【０１２０】
アーク検出装置７１（図２参照）は、アーク検出装置６１と同様、比例方式によりアークを検出する。アーク検出装置７１では、ＦＦＴ処理部４１は、図１６の（ａ）〜（ｃ）に示すように、フィルタ３３を通過した電流の信号に対して、アークの計測区間Ｓ１，Ｓ２およびノイズの計測区間Ｎを設定し、それらアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２およびノイズの計測区間Ｎのみに対して、ＦＦＴを行う構成である。
【０１２１】
本実施の形態において、アークの計測区間Ｓ１は４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚ、アークの計測区間Ｓ２は３５ｋＨｚ〜４５ｋＨｚ、ノイズの計計測区間Ｎは１５ｋＨｚ〜２５ｋＨｚとしている。また、フィルタ３３は例えば３０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数範囲の電流の信号を通過させる。
【０１２２】
区間値取得部４２は、前述した区間値取得部４２の動作と同様の動作により、アークの計測区間Ｓ１の区間値（Ｓ１ｍｉｎ）、アークの計測区間Ｓ２の区間値（Ｓ２ｍｉｎ）およびノイズの計計測区間Ｎの区間値（Ｎｍｉｎ）を取得する。
【０１２３】
アーク有無判定部４３は、区間値（Ｓ１ｍｉｎ）および区間値（Ｓ２ｍｉｎ）の合計値（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）と区間値（Ｎｍｉｎ）の比（（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）／Ｎｍｉｎ）を所定の閾値Ｋｒ２（第４の閾値）と比較し、比（（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）／Ｎｍｉｎ）が所定の閾値Ｋｒ２よりも大きいかどうかを判定する。この判定の結果、比（（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）／Ｎｍｉｎ）が閾値Ｋｒ２よりも大きければアーク有と判定する一方、比（（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）／Ｎｍｉｎ）が閾値Ｋｒ２以下であればアーク無と判定する。
【０１２４】
なお、アーク有無判定部４３は、アーク検出装置６１と同様、区間値（Ｎｍｉｎ）と合計値（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）の比（Ｎｍｉｎ／（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ））を閾値Ｋｒ２と比較して、アークの有無を判定する構成であってもよい。
【０１２５】
また、アーク有無判定部４３は、前述したように、複数のアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２の区間値から選択した区間値、例えば最小の区間値と区間値との比を閾値と比較して、アークの有無を判定する構成であってもよい。さらには、前述したように、複数のアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２の区間値の差と区間値との比を閾値と比較して、アークの有無を判定する構成であってもよい。
【０１２６】
（アーク検出装置７１の動作）
上記の構成において、アーク検出装置７１の動作について以下に説明する。図１７は、アーク検出装置７１の動作を示すフローチャートである。なお、図１７において、図７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。
【０１２７】
区間値取得部４２は、ＦＦＴ処理部４１にてＦＦＴが行われたアークの計測区間Ｓ１（４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚの区間）、アークの計測区間Ｓ２（３５ｋＨｚ〜４５ｋＨｚの区間）およびノイズの計測区間Ｎ（１５ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの区間）のそれぞれを、図５に示したように、１領域が２ｋＨｚの５個の領域（領域Ｅ）に分割し、各領域それぞれの領域値（パワースペクトル）を求める。さらに、区間値取得部４２は、アークの計測区間Ｓ１，Ｓ２およびノイズの計測区間Ｎそれぞれについて、５個の領域値のうちから最小の領域値をアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２およびノイズの計測区間Ｎの区間値（Ｓ１ｍｉｎ，Ｓ２ｍｉｎ，Ｎｍｉｎ）として取得する（Ｓ５１）。
【０１２８】
アーク有無判定部４３は、区間値取得部４２が取得した区間値（Ｓ１ｍｉｎ，Ｓ２ｍｉｎ，Ｎｍｉｎ）について、区間値（Ｓ１ｍｉｎ）および区間値（Ｓ２ｍｉｎ）の合計値（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）と区間値（Ｎｍｉｎ）の比（（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）／Ｎｍｉｎ）を所定の閾値Ｋｒ２と比較する（Ｓ５２）。その結果、比（（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）／Ｎｍｉｎ）が閾値Ｋｒ２よりも大きければアーク有と判定する。一方、比（（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）／Ｎｍｉｎ）が閾値Ｋｒ２以下であればアーク無と判定する。
【０１２９】
ここで、図１８には、アーク有無判定部４３において、比（（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）／Ｎｍｉｎ）＞閾値Ｋｒ２、にてアーク有と判定する場合の比（（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）／Ｎｍｉｎ）と閾値Ｋｒ２との関係を示す。図１８は、アークの計測区間Ｓ１，Ｓ２の区間値の合計値とノイズの計測区間Ｎの区間値の比（（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）／Ｎｍｉｎ）と閾値Ｋｒ２との関係を示す散布図である。
【０１３０】
また、図１９には、図１８に示した場合とは別の、アークの計測区間Ｓ１，Ｓ２の区間値の合計値とノイズの計測区間Ｎの区間値の比（Ｓ１ｍｉｎ／Ｎｍｉｎ，Ｓ２ｍｉｎ／Ｎｍｉｎ）と閾値（Ｋ１，Ｋ２）との関係を示す。図１２の例では、アーク有無判定部４３は、Ｎｏｔ（（Ｓ１ｍｉｎ／Ｎｍｉｎ）＜Ｋ１  かつ  （Ｓ２ｍｉｎ／Ｎｍｉｎ）＜Ｋ２）、にてアーク有と判定する。
【０１３１】
（アーク検出装置７１の利点）
本実施の形態のアーク検出装置７１は、アーク検出装置１２の利点に加えて、次の利点を有する。
【０１３２】
上記のように、アーク検出装置７１では、太陽電池ストリング１１の出力線路（例えば出力線路２２ａ）から検出した電流の信号（パワースペクトル）に対して、複数のアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２を設定し、アークの計測区間Ｓ１，Ｓ２から取得した区間値（Ｓ１ｍｉｎ，Ｓ２ｍｉｎ）の合計値（Ｓ１ｍｉｎ＋Ｓ２ｍｉｎ）とノイズの計測区間Ｎから取得した区間値（Ｎｍｉｎ）の比を所定の閾値と比較してアークの有無を判定している。あるいは、アークの計測区間Ｓ１，Ｓ２の各区間値とノイズの計測区間Ｎの区間値の比を所定の閾値と比較してアークの有無を判定している。すなわち、アーク検出装置７１では、アーク検出装置１２よりも多くのサンプルを取得してアークの有無を判定しているので、アークを高精度に検出することができる。
【０１３３】
（変形例）
上記の実施の形態では、アークの計測区間として２個のアークの計測区間Ｓ１，Ｓ２を設定する例について示した。しかしながら、アークの計測区間は、図２０に示すように、さらに多数の区間を設定してもよい。図２０の（ａ）は、太陽電池ストリング１１にアークが発生している場合のＦＦＴ処理部４１による電流の信号（パワースペクトル）に対するアークの計測区間Ｓ１〜Ｓ６を示すグラフである。図２０の（ｂ）は、図２０の（ａ）とは異なるアークが発生している場合のＦＦＴ処理部４１による電流の信号に対するアークの計測区間Ｓ１〜Ｓ６を示すグラフである。図２０の（ｃ）は、太陽電池ストリング１１にアークが発生していない場合の電流の信号に対するＦＦＴ処理部４１によるアークの計測区間Ｓ１〜Ｓ６を示すグラフである。
【０１３４】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明は、ノイズの発生源であるＰＣＳと接続されている太陽電池ストリングなどの直流電源（分散型直流電源）を備えた太陽光発電システムのアーク検出装置として利用することができる。
【符号の説明】
【０１３６】
１    太陽光発電システム
１１    太陽電池ストリング（分散型直流電源）
１２    アーク検出装置
１３    接続箱
１４    パワーコンディショニングシステム（外部装置）
１５    太陽電池アレイ
２１    太陽電池モジュール
２２ａ  出力線路
２２ｂ  出力線路
３１    電流センサ
３２    増幅器
３３    フィルタ
３４    Ａ／Ｄ変換部
３５    ＣＰＵ
４１    ＦＦＴ処理部（パワースペクトル変換部）
４２    区間値取得部
４３    アーク有無判定部
５１    アーク検出装置
６１    アーク検出装置
７１    アーク検出装置
S1, S2    アークの計測区間
Ｎ    ノイズの計測区間
【図１】
0006464799.tif 000002
【図２】
0006464799.tif 000003
【図３】
0006464799.tif 000004
【図４】
0006464799.tif 000005
【図５】
0006464799.tif 000006
【図６】
0006464799.tif 000007
【図７】
0006464799.tif 000008
【図８】
0006464799.tif 000009
【図９】
0006464799.tif 000010
【図１０】
0006464799.tif 000011
【図１１】
0006464799.tif 000012
【図１２】
0006464799.tif 000013
【図１３】
0006464799.tif 000014
【図１４】
0006464799.tif 000015
【図１５】
0006464799.tif 000016
【図１６】
0006464799.tif 000017
【図１７】
0006464799.tif 000018
【図１８】
0006464799.tif 000019
【図１９】
0006464799.tif 000020
【図２０】
0006464799.tif 000021