(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一直流電流を受け入れ可能に構築された第一直流入力部と、
前記第一直流入力部から入力された前記第一直流電流を変換することで交流電流を出力する電力変換回路と、
前記第一直流入力部に設けられた第一電流検出器と、
前記第一直流入力部を通じて前記第一直流電流と逆方向へと流れる第一逆電流の大きさが第一判定値を超えたことが前記第一電流検出器の出力に基づいて検出された場合に、第一短絡検出信号をスイッチオン信号として出力するように構築された短絡検出部と、
を備え、
前記電力変換回路は、
前記第一直流入力部の正極に接続された正極入力端と、
前記第一直流入力部の負極に接続された負極入力端と、
を有し、
一端が前記正極入力端に接続され他端が前記負極入力端に接続され、前記短絡検出部が出力した前記スイッチオン信号に応答して前記正極入力端と前記負極入力端とを導通させるスイッチを、
さらに備える電力変換装置。
【請求項２】
第二直流電流を受け入れ可能な第二直流入力部と、
前記第二直流入力部に設けられた第二電流検出器と、
をさらに備え、
前記短絡検出部は、前記第二直流入力部を通じて前記第二直流電流と逆方向へと流れる第二逆電流の大きさが第二判定値を超えたことが前記第二電流検出器の出力に基づいて検出された場合に、第二短絡検出信号を前記スイッチオン信号として出力するように構築され、
前記スイッチは、前記短絡検出部が前記スイッチオン信号として出力した前記第一短絡検出信号に応答して前記正極入力端と前記負極入力端とを導通させるとともに、前記短絡検出部が前記スイッチオン信号として出力した前記第二短絡検出信号にも応答して前記正極入力端と前記負極入力端とを導通させるように構築された請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
第一直流電流を受け入れ可能に構築された第一直流入力部と、
第二直流電流を受け入れ可能に構築された第二直流入力部と、
前記第一直流入力部および前記第二直流入力部のそれぞれの正極に接続された正極入力端と、前記第一直流入力部および前記第二直流入力部のそれぞれの負極に接続された負極入力端と、を有する電力変換回路と、
前記第一直流入力部に設けられた第一電流検出器と、
前記第二直流入力部に設けられた第二電流検出器と、
前記第一電流検出器で検出した電流値と前記第二電流検出器で検出した電流値とを合計した合計電流値が判定値を超えた場合には、短絡検出信号を出力するように構築された短絡検出部と、
を備える電力変換装置。
【請求項４】
前記短絡検出部は、
予め定めた速度よりも急峻に変化する信号をせき止めるフィルタ部と、
入力された値に予め定められたゲイン係数を乗じるゲイン部と、
を含み、
前記短絡検出部は、前記フィルタ部によるフィルタリングおよび前記ゲイン部による前記ゲイン係数の乗算を前記合計電流値に対して施した値を前記判定値とするように構築された請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
一端が前記正極入力端に接続され他端が前記負極入力端に接続され、前記短絡検出部が出力した前記短絡検出信号に応答して前記正極入力端と前記負極入力端とを導通させるスイッチを、さらに備える請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記短絡検出部は、
前記第一電流検出器で検出した電流値と前記第二電流検出器で検出した電流値とを合計する演算処理を実施することで、前記合計電流値を出力する合計値算出ブロックと、
合計判定値と前記合計値算出ブロックで出力された前記合計電流値とを比較した結果を前記短絡検出信号として出力する比較ブロックと、
を含む請求項３に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば日本特開２０１３−８０７３１号公報に開示されているように、太陽電池ストリングに電流計が設けられた電力変換システムが知られている。特に、上記公報の図９では、複数の太陽電池ストリングスが設けられており、太陽電池ストリングそれぞれに電流計を設ける構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２０１３−８０７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、電力システムにおいて正極負極間に短絡が起きると、その短絡箇所を通じて大電流が流れる。この大電流は、一般にヒューズ等の保護素子によって遮断される。【０００５】
しかしながら、太陽電池あるいは他の定電流電源を持つ電力システムにおいては、他の一般的な電力システムと比べて、回路内で正極負極間に短絡が起きた場合に流れる電流が、定格運用時の電流から大きく増加しない。このため、短絡の検出が難しいという問題があった。短絡時に流れる電流が大きく変化しないこの種の電力システムにおいては、正極負極間短絡に対する保護を万全にする観点から、いまだ改良の余地があった。【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、正極負極間の短絡を検出する機能を備えた電力変換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】
【０００７】
本出願にかかる第一の電力変換装置は、
第一直流電流を受け入れ可能に構築された第一直流入力部と、
前記第一直流入力部から入力された前記第一直流電流を変換することで交流電流を出力する電力変換回路と、
前記第一直流入力部に設けられた第一電流検出器と、
前記第一直流入力部を通じて前記第一直流電流と逆方向へと流れる第一逆電流の大きさが第一判定値を超えたことが前記第一電流検出器の出力に基づいて検出された場合に、第一短絡検出信号をスイッチオン信号として出力するように構築された短絡検出部と、
を備え、
前記電力変換回路は、
前記第一直流入力部の正極に接続された正極入力端と、
前記第一直流入力部の負極に接続された負極入力端と、
を有し、
一端が前記正極入力端に接続され他端が前記負極入力端に接続され、前記短絡検出部が出力した前記スイッチオン信号に応答して前記正極入力端と前記負極入力端とを導通させるスイッチを、
さらに備える。
【０００８】
本出願にかかる第二の電力変換装置は、
第一直流電流を受け入れ可能に構築された第一直流入力部と、
第二直流電流を受け入れ可能に構築された第二直流入力部と、
前記第一直流入力部および前記第二直流入力部のそれぞれの正極に接続された正極入力端と、前記第一直流入力部および前記第二直流入力部のそれぞれの負極に接続された負極入力端と、を有する電力変換回路と、
前記第一直流入力部に設けられた第一電流検出器と、
前記第二直流入力部に設けられた第二電流検出器と、
前記第一電流検出器で検出した電流値と前記第二電流検出器で検出した電流値とを合計した合計電流値が判定値を超えた場合には、短絡検出信号を出力するように構築された短絡検出部と、
を備える。
【発明の効果】
【０００９】
上記第一の電力変換装置によれば、次の効果が得られる。第一直流入力部を介して第一太陽電池ストリングからの第一直流電流を受け入れたときに、この第一直流電流が正しく順方向に流れているかどうかを短絡検出部が検出することができる。もし、逆方向へと流れる第一逆電流が発生しており、しかもその第一逆電流の大きさが基準となる大きさを超えている場合には、通常想定範囲を超える大きさの逆電流が第一太陽電池ストリングスの側へと流れている。この場合には、第一太陽電池ストリングの側での短絡である第一正極負極間短絡が発生している可能性が高い。そこで、短絡検出部はそのような第一正極負極間短絡が発生したことを示す短絡検出信号を出力することができる。【００１０】
上記第二の電力変換装置によれば、次の効果が得られる。第一直流入力部と第二直流入力部とを介して第一太陽電池ストリングおよび第二太陽電池ストリングそれぞれからの電流を受け入れたときに、それらの合計電流の大きさが適正であるかを短絡検出部が判定することができる。もし、合計電流の大きさが基準となる大きさを超えている場合には、通常想定範囲を超える大きさの電流が電力変換回路の側へと流れている。この場合には、電力変換回路の正極と負極とが短絡した第二正極負極間短絡が発生している可能性が高い。そこで、短絡検出部はそのような第二正極負極間短絡が発生したことを示す短絡検出信号を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態にかかる電力変換装置の構成および第一短絡モードを示す回路図である。
【図２】実施の形態にかかる第一短絡検出部を示すブロック図である。
【図３】実施の形態にかかる電力変換装置の構成および第二短絡モードを示す回路図である。
【図４】実施の形態にかかる第二短絡検出部を示すブロック図である。
【図５】実施の形態にかかる第二短絡検出部の動作を説明するための図である。
【図６】実施の形態の変形例にかかる第二短絡検出部を示すブロック図である。
【図７】実施の形態にかかる制御部の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態では、２つの異なる短絡モードが検出される。「第一短絡モード」は、図１に示す第一正極負極間短絡Ｘ１が発生したモードである。「第二短絡モード」は、図３に示す第二正極負極間短絡Ｘ２が発生したモードである。
【００１３】
［実施の形態のシステム構成および第一短絡モード］
図１は、実施の形態にかかる電力変換装置６の構成および第一短絡モードを示す回路図である。図１には、電力変換装置６を含む太陽光発電システム１も図示されている。
【００１４】
まず、図１を参照して太陽光発電システム１および電力変換装置６の構成を説明する。太陽光発電システム１は、第一太陽電池ストリング＃１と、第二太陽電池ストリング＃２と、第三太陽電池ストリング＃３と、第一接続箱４ａと、第二接続箱４ｂと、第三接続箱４ｃと、電力変換装置６と、変圧器１６と、を備えている。
【００１５】
第一太陽電池ストリング＃１は、複数の太陽電池パネル２ａを含んでいる。複数の太陽電池パネル２ａそれぞれが出力する第一直流電流は、第一接続箱４ａの内部で合流する。
【００１６】
第二太陽電池ストリング＃２は、複数の太陽電池パネル２ｂを含んでいる。複数の太陽電池パネル２ｂそれぞれが出力する第二直流電流は、第二接続箱４ｂの内部で合流する。
【００１７】
第三太陽電池ストリング＃３は、複数の太陽電池パネル２ｃを含んでいる。複数の太陽電池パネル２ｃそれぞれが出力する第三直流電流は、第三接続箱４ｃの内部で合流する。
【００１８】
以下、第一太陽電池ストリング＃１と第二太陽電池ストリング＃２と第三太陽電池ストリング＃３とをまとめて「太陽電池ストリングス＃１〜＃３」と称することもある。
【００１９】
太陽光発電システム１は、太陽電池ストリングス＃１〜＃３で発電された直流電力を電力変換装置６で交流電力に変換する。太陽光発電システム１は電力系統１７と系統連系運転されている。電力変換装置６で変換された交流電力は、電力系統１７に供給される。
【００２０】
図１に示すように、電力変換装置６は、第一直流入力部９１と、第二直流入力部９２と、第三直流入力部９３と、第一電流検出器１０ａと、第二電流検出器１０ｂと、第三電流検出器１０ｃと、直流側遮断器１１と、電力変換回路１２と、直流平滑コンデンサ１３と、スイッチＳＷと、交流フィルタ回路１４と、交流側遮断器１５と、制御部２０と、を備える。
【００２１】
第一直流入力部９１と第二直流入力部９２と第三直流入力部９３それぞれは、正極端子９ａと負極端子９ｂとを備えている。第一直流入力部９１と第二直流入力部９２と第三直流入力部９３それぞれの内部には、ヒューズ７が設けられている。第一接続箱４ａと第二接続箱４ｂと第三接続箱４ｃの内部にも、ヒューズ７が設けられている。
【００２２】
第一直流入力部９１の正極端子９ａと第一接続箱４ａの正極とが接続され、第一直流入力部９１の負極端子９ｂと第一接続箱４ａの負極とが接続されている。第一直流入力部９１は、第一太陽電池ストリング＃１から供給される第一直流電流を受け入れ可能に構築されている。
【００２３】
第二直流入力部９２の正極端子９ａと第二接続箱４ｂの正極とが接続され、第二直流入力部９２の負極端子９ｂと第二接続箱４ｂの負極とが接続されている。第二直流入力部９２は、第二太陽電池ストリング＃２から供給される第二直流電流を受け入れ可能に構築されている。
【００２４】
第三直流入力部９３の正極端子９ａと第三接続箱４ｃの正極とが接続され、第三直流入力部９３の負極端子９ｂと第三接続箱４ｃの負極とが接続されている。第三直流入力部９３は、第三太陽電池ストリング＃３から供給される第三直流電流を受け入れ可能に構築されている。
【００２５】
第一電流検出器１０ａは、第一直流入力部９１におけるヒューズ７の後段に設けられている。第一電流検出器１０ａは、第一直流入力部９１を経由して流れる電流を検出する。第一電流検出器１０ａは、検出した電流値である第一検出電流値Ｉｓｔ１を制御部２０に出力する。
【００２６】
第二電流検出器１０ｂは、第二直流入力部９２におけるヒューズ７の後段に設けられている。第二電流検出器１０ｂは、第二直流入力部９２を経由して流れる電流を検出する。第二電流検出器１０ｂは、検出した電流値である第二検出電流値Ｉｓｔ２を制御部２０に出力する。
【００２７】
第三電流検出器１０ｃは、第三直流入力部９３におけるヒューズ７の後段に設けられている。第三電流検出器１０ｃは、第三直流入力部９３を経由して流れる電流を検出する。第三電流検出器１０ｃは、検出した電流値である第三検出電流値Ｉｓｔ３を制御部２０に出力する。
【００２８】
実施の形態では、電力変換回路１２の入力側へと流れ込む電流の向きを、「順方向」とする。実施の形態では、電力変換回路１２の入力側から流れ出る電流の向きを、「逆方向」とする。第一電流検出器１０ａと第二電流検出器１０ｂと第三電流検出器１０ｃは、電力変換回路１２の側へと流れ込む順電流をプラスの値として計測し、この順電流とは逆方向の逆電流をマイナスの値として計測することができる。
【００２９】
直流側遮断器１１は、電力変換回路１２の入力側に設けられている。直流側遮断器１１と電力変換回路１２との間に、直流平滑コンデンサ１３が設けられている。交流側遮断器１５は、電力変換回路１２の出力側に設けられている。電力変換回路１２と交流側遮断器１５との間に、交流フィルタ回路１４が設けられている。
【００３０】
電力変換回路１２は、直流電力を三相交流電力に変換するインバータ回路である。電力変換回路１２は、図示しない複数の半導体スイッチング素子などによって構築されている。電力変換回路１２は、正極入力端１２ａと負極入力端１２ｂとを備える。
【００３１】
正極入力端１２ａは、電力変換装置６内の正極直流配線６１ａと接続している。正極直流配線６１ａには、第一直流入力部９１の正極端子９ａ、第二直流入力部９２の正極端子９ａ、および第三直流入力部９３の正極端子９ａが接続されている。
【００３２】
負極入力端１２ｂは、電力変換装置６内の負極直流配線６１ｂと接続している。負極直流配線６１ｂには、第一直流入力部９１の負極端子９ｂ、第二直流入力部９２の負極端子９ｂ、および第三直流入力部９３の負極端子９ｂが接続されている。
【００３３】
電力変換回路１２は、第一直流入力部９１、第二直流入力部９２、および第三直流入力部９３を介して入力された第一直流電流〜第三直流電流を変換することで、交流電流を出力する。
【００３４】
制御部２０は、第一短絡検出部２１と、第二短絡検出部２２とを備える。第一短絡検出部２１は、図１に示す第一正極負極間短絡Ｘ１を検出すると、スイッチオン信号Ｓ１、遮断器トリップ信号Ｓ２、Ｓ３、およびアラーム信号Ｓ４ａを出力する。
【００３５】
より詳細には、第一短絡検出部２１は、第一ブロック２１ａと、第二ブロック２１ｂと、第三ブロック２１ｃと、を含んでいる。アラーム信号Ｓ４ａには、第一ブロック２１ａで出力されるアラーム信号Ｓ４１と、第二ブロック２１ｂで出力されるアラーム信号Ｓ４２と、第三ブロック２１ｃで出力されるアラーム信号Ｓ４３とが含まれる。
【００３６】
第一正極負極間短絡Ｘ１は、第一電流検出器１０ａ、第二電流検出器１０ｂおよび第三電流検出器１０ｃを基準位置として、この基準位置よりも太陽電池ストリングス＃１〜＃３の側に発生する正極負極間短絡である。具体的には、第一接続箱４ａと第一直流入力部９１との間、第二接続箱４ｂと第二直流入力部９２との間、第三接続箱４ｃと第三直流入力部９３との間の少なくとも１つに、第一正極負極間短絡Ｘ１が発生する。第一接続箱４ａ〜第三接続箱４ｃよりもさらに太陽電池ストリングス＃１〜＃３の側に、第一正極負極間短絡Ｘ１が発生することもある。
【００３７】
図１では、一例として、第一接続箱４ａと第一直流入力部９１との間に第一正極負極間短絡Ｘ１が発生した場合を示している。図１のように第一正極負極間短絡Ｘ１が発生すると、第一正極負極間短絡Ｘ１の短絡箇所へと電流Ｉｘ１が流れる。電流Ｉｘ１は、第二直流入力部９２および第三直流入力部９３から入力される直流電流の合計である。
【００３８】
第一短絡検出部２１の構成および動作の詳細は、後ほど図２を用いて説明する。
【００３９】
第二短絡検出部２２は、第二正極負極間短絡Ｘ２（後述の図３参照）を検出すると、スイッチオン信号Ｓ１、遮断器トリップ信号Ｓ２、Ｓ３、およびアラーム信号Ｓ４ｂを出力する。第二短絡検出部２２の構成及び動作は、図３および図４を用いて後ほど説明する。
【００４０】
図１に示すように、スイッチＳＷの一端は、正極直流配線６１ａを介して正極入力端１２ａに接続されている。スイッチＳＷの他端は、負極直流配線６１ｂを介して負極入力端１２ｂに接続されている。スイッチＳＷは、第一短絡検出部２１が出力したスイッチオン信号Ｓ１に応答してターンオンされる。スイッチＳＷがターンオンされると、正極入力端１２ａと負極入力端１２ｂとが導通する。
【００４１】
第一短絡モードの第一正極負極間短絡Ｘ１が発生した時にスイッチＳＷがオンされることで、短絡経路を避けて意図的に電流を流すための「他の電流経路」を作り出すことができる。仮にスイッチＳＷがオフのままだと、電流Ｉｘ１が第一正極負極間短絡Ｘ１へと向かうことで短絡電流Ｉｘ２が流れてしまう。この点、実施の形態ではスイッチＳＷを経由して図１の電流Ｉｘ３の流れを作り出すように、電流Ｉｘ１を流すことができる。その結果、第一正極負極間短絡Ｘ１で生じた短絡経路に短絡電流Ｉｘ２が流れることを抑制することができる。
【００４２】
遮断器トリップ信号Ｓ２に応答して、直流側遮断器１１がトリップされる。遮断器トリップ信号Ｓ３に応答して、交流側遮断器１５がトリップされる。これにより、短絡発生時に保護動作を実施することができる。
【００４３】
アラーム信号Ｓ４ａおよびアラーム信号Ｓ４ｂは、電力変換装置６の外部に設けられた監視装置（図示せず）に伝達されてもよい。アラーム信号Ｓ４ａおよびアラーム信号Ｓ４ｂに応答して、電力変換装置６の筐体あるいは周囲に設けられた警報機器（図示せず）にアラーム表示が行われても良い。
【００４４】
［実施の形態の第一短絡検出部の構成］
図２は、実施の形態にかかる第一短絡検出部２１を示すブロック図である。第一ブロック２１ａと第二ブロック２１ｂと第三ブロック２１ｃは、それぞれ判定値取得ブロック３３と、第一比較ブロック３４と、を備えている。
【００４５】
第一ブロック２１ａと第二ブロック２１ｂと第三ブロック２１ｃそれぞれにおいて、判定値取得ブロック３３は、予め定めた判定基準値Ｉｓｔｒに負の係数であるマイナス１を乗じることで、第一逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ａと第二逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ｂと第三逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ｃとを算出する。
【００４６】
第一逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ａと第二逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ｂと第三逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ｃは、予め定められた判定基準値Ｉｓｔｒから決まる値である。第一逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ａと第二逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ｂと第三逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ｃは、共通の値とされてもよく互いに異なる値とされてもよい。
【００４７】
第一逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ａと第二逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ｂと第三逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ｃは、第一太陽電池ストリング＃１と第二太陽電池ストリング＃２と第三太陽電池ストリング＃３とのそれぞれの発電容量に応じた定格電流に基づいて設定されることが好ましい。具体的には、第一太陽電池ストリング＃１の定格電流が１００Ａである場合、この定格電流以下の大きさであれば逆電流を許容することができる。つまり、マイナス１００Ａまで許容することができる。
【００４８】
一例として、第一逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ａは、第一太陽電池ストリング＃１の定格電流の１倍〜２倍の範囲内の任意の値に定めてもよい。第二逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ｂと第三逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ｃも、第一逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ａと同様の方針で定めることができる。
【００４９】
「第一逆電流」は、第一直流入力部９１を通じて、第一太陽電池ストリング＃１が出力する第一直流電流とは逆方向へと流れる電流である。第一逆電流は、第一電流検出器１０ａにおいてマイナスの電流として計測される。第一逆電流の大きさが第一逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ａを超えたことが第一電流検出器１０ａの第一検出電流値Ｉｓｔ１に基づいて検出された場合に、第一ブロック２１ａが第一短絡検出信号ＳＸ１ａを出力する。
【００５０】
実施の形態では、電流の流れる方向すなわち検出電流値の正負が考慮されることで、上記第一ブロック２１ａの検出動作が下記の具体的ロジックによって実現されている。第一ブロック２１ａにおいて、第一比較ブロック３４は、第一逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ａと第一検出電流値Ｉｓｔ１とを比較する。第一逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ａよりも第一検出電流値Ｉｓｔ１が小さくなった場合には、第一比較ブロック３４の出力がハイとなる。
【００５１】
例えば、判定基準値Ｉｓｔｒが２００Ａに設定されることで、第一逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ａがマイナス２００Ａに設定されているとする。第一正極負極間短絡Ｘ１が発生したときに、第一検出電流値Ｉｓｔ１が例えばマイナス３００Ａなどとなる。このとき、第一検出電流値Ｉｓｔ１が、第一逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ａであるマイナス２００Ａを超えてマイナス側へ大きな値となっている。つまり、逆電流が流れており、且つその逆電流を計測した値の絶対値が判定基準値を超えているという事態が発生している。この場合は、第一逆電流の大きさが許容範囲を超えているので、第一比較ブロック３４の出力がハイとなる。第一比較ブロック３４のハイ出力が、すなわち第一短絡検出信号ＳＸ１ａである。
【００５２】
一方、第一検出電流値Ｉｓｔ１が第一逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ａ以上である場合には、第一比較ブロック３４の出力はローとなる。例えば、第一逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ａがマイナス２００Ａに設定されており、計測された第一検出電流値Ｉｓｔ１がマイナス１００Ａであったとする。この場合、逆電流は流れているものの、第一直流入力部９１における「マイナス方向つまり逆方向に流れる電流の大きさ」は１００Ａであり、許容範囲内であると判断される。つまり、第一検出電流値Ｉｓｔ１が第一逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ａを超えるほどに大きく逆方向に流れる事態は、発生していない。この場合、第一比較ブロック３４の出力はローのままとなる。
【００５３】
第一短絡検出信号ＳＸ１ａは、第一ブロック２１ａの出力インターフェースを通じて、スイッチオン信号Ｓ１、遮断器トリップ信号Ｓ２、Ｓ３、およびアラーム信号Ｓ４１の形態で制御部２０の外部に出力される。アラーム信号Ｓ４１は、アラーム信号Ｓ４ａの一種であり、第一直流入力部９１の側で正極負極間短絡があったことを示す。
【００５４】
第二逆電流の大きさが第二逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ｂを超えたことが第二電流検出器１０ｂの第二検出電流値Ｉｓｔ２に基づいて検出された場合に、第二ブロック２１ｂが第二短絡検出信号ＳＸ１ｂを出力する。第二逆電流は、第二直流入力部９２を通じて、第二太陽電池ストリング＃２が出力する第二直流電流とは逆方向へと流れる電流である。第二ブロック２１ｂにおいても、上述した第一ブロック２１ａと同様の仕組みで、電流値の正負を考慮した検出動作が構築されている。
【００５５】
第二短絡検出信号ＳＸ１ｂは、第二ブロック２１ｂの出力インターフェースを通じて、スイッチオン信号Ｓ１、遮断器トリップ信号Ｓ２、Ｓ３、およびアラーム信号Ｓ４２の形態で制御部２０の外部に出力される。アラーム信号Ｓ４２は、アラーム信号Ｓ４ａの一種であり、第二直流入力部９２の側で第一正極負極間短絡Ｘ１があったことを示す。
【００５６】
第三逆電流の大きさが第三逆電流判定値Ｉｒｅｆ１ｃを超えたことが第三電流検出器１０ｃの第三検出電流値Ｉｓｔ３に基づいて検出された場合に、第三ブロック２１ｃが第三短絡検出信号ＳＸ１ｃを出力する。第三逆電流は、第三直流入力部９３を通じて、第三太陽電池ストリング＃３が出力する第三直流電流とは逆方向へと流れる電流である。第三ブロック２１ｃにおいても、上述した第一ブロック２１ａと同様の仕組みで、電流値の正負を考慮した検出動作が構築されている。
【００５７】
第三短絡検出信号ＳＸ１ｃは、第三ブロック２１ｃの出力インターフェースを通じて、スイッチオン信号Ｓ１、遮断器トリップ信号Ｓ２、Ｓ３、およびアラーム信号Ｓ４３の形態で制御部２０の外部に出力される。アラーム信号Ｓ４３は、アラーム信号Ｓ４ａの一種であり、第三直流入力部９３の側で第一正極負極間短絡Ｘ１があったことを示す。
【００５８】
以上説明した実施の形態によれば、第一直流入力部９１を介して第一太陽電池ストリング＃１からの電流を受け入れたときに、この第一太陽電池ストリング＃１の電流である第一直流電流が正しく順方向に流れているかどうかを第一短絡検出部２１が検出することができる。もし、逆方向へと流れる第一逆電流が発生しており、しかもその第一逆電流の大きさが予め定めた基準を超えている場合には、通常想定範囲を超える大きさの逆電流が第一太陽電池ストリング＃１の側へと流れている。この場合には、第一太陽電池ストリング＃１の側において第一短絡モードの第一正極負極間短絡Ｘ１が発生している可能性が高い。このような短絡検出原理は、第二直流入力部９２および第三直流入力部９３を経由して流れる電流についても同様に適用することができる。
【００５９】
第一短絡検出部２１は、そのような第一短絡モードの第一正極負極間短絡Ｘ１が発生したことを示す第一短絡検出信号ＳＸ１ａを出力することができる。同様に、第一短絡検出部２１は、第二直流入力部９２および第三直流入力部９３について第一短絡モードの第一正極負極間短絡Ｘ１が発生していることを示す第二短絡検出信号ＳＸ１ｂおよび第三短絡検出信号ＳＸ１ｃを出力することができる。
【００６０】
第一短絡検出信号ＳＸ１ａと第二短絡検出信号ＳＸ１ｂと第三短絡検出信号ＳＸ１ｃとが区別的に出力されるので、第一直流入力部９１と第二直流入力部９２と第三直流入力部９３のいずれで短絡が発生したのかを区別的に検出することもできる。
【００６１】
［実施の形態の第二短絡モードおよび第二短絡検出部の構成］
図３は、実施の形態にかかる電力変換装置６の構成および第二短絡モードを示す回路図である。電力変換装置６の構成および太陽光発電システム１の構成は図１と図３とで同様であるから、構成の説明は省略する。
【００６２】
図３のように、第二短絡モードすなわち第二正極負極間短絡Ｘ２は、正極直流配線６１ａと負極直流配線６１ｂとの間に発生する短絡である。第二正極負極間短絡Ｘ２が発生すると、第二正極負極間短絡Ｘ２の短絡箇所へと短絡電流Ｉｘ４が流れる。短絡電流Ｉｘ４は、第一直流入力部９１から入力される電流と、第二直流入力部９２および第三直流入力部９３から入力される電流の総和（つまり電流Ｉｘ１）と、を合計した電流である。
【００６３】
図４は、実施の形態にかかる第二短絡検出部２２を示すブロック図である。第二短絡検出部２２は、合計値算出ブロック４１と、ローパスフィルタブロック４２と、ゲインブロック４３と、第二比較ブロック４４と、を備えている。
【００６４】
合計値算出ブロック４１は、第一検出電流値Ｉｓｔ１と第二検出電流値Ｉｓｔ２と第三検出電流値Ｉｓｔ３とを加算することで、合計電流値Ｉｓｔｓｕｍを算出する。合計電流値Ｉｓｔｓｕｍは、第二比較ブロック４４およびローパスフィルタブロック４２に入力される。
【００６５】
ローパスフィルタブロック４２は、入力された値が予め定めた速度よりも急峻に変化した場合には、その変化をせき止めて後段の回路へ伝えないようにすることができる。ローパスフィルタブロック４２の時定数は、日射変動による緩やかな電流変化を通過させる程度の値に設定され、且つ短絡時における電流の急変を遮断できる程度の適切な値に設定される。
【００６６】
ゲインブロック４３は、入力された値に予め定められたゲイン係数Ｋを乗じる。第二短絡検出部２２では、合計電流値Ｉｓｔｓｕｍに対してローパスフィルタブロック４２によるフィルタリングが施される。次に、ローパスフィルタブロック４２を通過した値に対して、ゲインブロック４３においてゲイン係数Ｋが乗算される。
【００６７】
ゲイン係数は、一例として１．１〜１．５の範囲内の任意の値に設定されてもよい。ゲインブロック４３は、事後的にゲイン係数Ｋを可変設定できるように構築されることが好ましい。ゲイン係数Ｋが乗算された算出値が、合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆとして、第二比較ブロック４４に入力される。
【００６８】
図５は、実施の形態にかかる第二短絡検出部２２の動作を説明するための図である。図５には、合計電流値Ｉｓｔｓｕｍの模式的なグラフが実線で図示され、これに応じた合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆが破線で図示されている。
【００６９】
合計電流値Ｉｓｔｓｕｍの緩やかな変動は、日射変動を模式的に表したものである。ローパスフィルタブロック４２は日射変動による電流変化を通すので、合計電流値Ｉｓｔｓｕｍと合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆとが同じ傾向で緩やかに変化している。
【００７０】
図５の時刻ｔｘにおいて第二正極負極間短絡Ｘ２が発生すると、第二正極負極間短絡Ｘ２に短絡電流が流れる。この短絡電流に起因して太陽電池ストリングス＃１〜＃３の側から流れ込む電流が増加するので、第一電流検出器１０ａ〜第三電流検出器１０ｃそれぞれで計測される電流値が増加する。結果的に、図５に示すように、時刻ｔｘにおいて合計電流値Ｉｓｔｓｕｍが急峻に増加する。
【００７１】
ローパスフィルタブロック４２は、時刻ｔｘにおける合計電流値Ｉｓｔｓｕｍの急峻な変化をせき止める。したがって、時刻ｔｘにおいても、合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆは短絡発生直前の値を保持する。合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆが一定であるのに対して合計電流値Ｉｓｔｓｕｍが急峻に増加するので、符号Ｑに示したポイントで合計電流値Ｉｓｔｓｕｍが合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆを超えて増加する。
【００７２】
第二比較ブロック４４は、合計電流値Ｉｓｔｓｕｍと合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆとを比較する。時刻ｔｘよりも手前の合計電流値Ｉｓｔｓｕｍが合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆ以下である期間には、第一比較ブロック３４の出力はローとなる。しかしながら、上記図５のポイントＱにおいて合計電流値Ｉｓｔｓｕｍが合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆよりも大きくなった場合には、第二比較ブロック４４の出力がハイとなる。つまり、合計電流値Ｉｓｔｓｕｍが、合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆをプラス側に超えている。第二比較ブロック４４のハイ出力が、すなわち短絡検出信号ＳＸ２である。
【００７３】
以上説明した実施の形態によれば、第一直流入力部９１〜第三直流入力部９３を介して太陽電池ストリングス＃１〜＃３それぞれからの電流を受け入れたときに、合計電流値Ｉｓｔｓｕｍの大きさが適正であるかを第二短絡検出部２２が判定することができる。もし、合計電流の大きさが予め定めた基準を超えている場合には、本来の電流よりも大きな電流が電力変換回路１２の側へと流れている。この場合には、電力変換回路１２の前段において第二短絡モードの第二正極負極間短絡Ｘ２が発生している可能性が高い。そこで、第二短絡検出部２２はそのような第二短絡モードの第二正極負極間短絡Ｘ２が発生したことを示す短絡検出信号ＳＸ２を出力することができる。
【００７４】
また、ローパスフィルタブロック４２およびゲインブロック４３を備えることで、下記の利点もある。電力システムごとに太陽電池ストリングス＃１〜＃３の数および太陽電池ストリングスごとの電流値が異なる。その結果、電力システムが異なれば、合計電流を判定するための適切な合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆも異なる。この点、実施の形態によれば、合計電流値Ｉｓｔｓｕｍに対してローパスフィルタブロック４２およびゲインブロック４３による演算が施されることで、適切な合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆが算出される。その結果、システムごとに、合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆを個別に設定し直さなくともよい利点がある。
【００７５】
また、実施の形態によれば、ゲイン係数Ｋが１．１〜１．５なので、実際に入力される合計電流値Ｉｓｔｓｕｍの１．１〜１．５倍の値を合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆに設定することができる。その結果、正極負極間短絡時に流れる電流が小さくとも、第二正極負極間短絡Ｘ２を迅速かつ高精度に検出することができる。ゲイン係数Ｋは１よりも大きな任意の値に設定することができる。
【００７６】
また、実施の形態では、スイッチＳＷが、第二短絡検出部２２の出力するスイッチオン信号Ｓ１に応答して導通する。第二短絡モードの第二正極負極間短絡Ｘ２の発生時に意図的に短絡電流を流すための経路を作り出すことができるので、発生した短絡箇所に流れる電流を低減することができる。よって、第一短絡モードと第二短絡モードの両方に対して保護機能が万全となる。
【００７７】
また、実施の形態では、制御部２０が、第一短絡検出部２１と第二短絡検出部２２の少なくとも一方が短絡を検出したときに直流側遮断器１１と交流側遮断器１５の少なくとも一方をトリップするように構築されている。したがって、さらに保護機能を万全にすることができる。
【００７８】
実施の形態にかかる制御部２０は、第一短絡検出部２１と第二短絡検出部２２の両方を備えている。したがって、第一短絡モードの第一正極負極間短絡Ｘ１と第二短絡モードの第二正極負極間短絡Ｘ２とを区別的に検出することができる。実施の形態では、第一正極負極間短絡Ｘ１に応じてアラーム信号Ｓ４ａ（より詳細にはＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３）が出力され、第二正極負極間短絡Ｘ２に応じてアラーム信号Ｓ４ｂが出力される。これにより、単なる短絡検出だけではなく短絡の具体的な場所を外部に報知することもできる。
【００７９】
［実施の形態の変形例］
なお、図４のローパスフィルタブロック４２に代えて、バンドパスフィルタブロックが用いられてもよい。このバンドパスフィルタブロックに、このローパスフィルタブロック４２と同様に高周波数域の信号をせき止めるフィルタ機能を持たせればよい。
【００８０】
なお、ローパスフィルタブロック４２とゲインブロック４３の順番は、図４とは逆の順番つまりゲインブロック４３が前段であっても良い。
【００８１】
図６は、実施の形態の変形例にかかる第二短絡検出部２２を示すブロック図である。判定値設定部１４３は、合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆを書き換え可能に記憶している。図６の変形例では、合計判定値Ｉｓｕｍｒｅｆが合計電流値Ｉｓｔｓｕｍとは独立に定められた固定値または可変設定値とされる。
【００８２】
第一短絡検出部２１と第二短絡検出部２２のうち片方のみを備えた電力変換装置６が提供されても良い。
【００８３】
なお、実施の形態では、３つの太陽電池ストリング＃１〜＃３を備えた太陽光発電システム１が提供されている。しかしながら、太陽電池ストリングの個数は３つに限られない。太陽電池ストリングの個数は１つでもよく、２つでもよく、４つ以上でもよい。接続される太陽電池ストリングの個数に応じて、上述した各種判定値を調整すれば良い。
【００８４】
図７は、実施の形態にかかる制御部２０の構成例である。図７はこの発明の実施の形態における制御部２０に適用可能なハードウェア構成図である。図７に示されるように、制御部２０の各機能は、処理回路５０により実現し得る。処理回路５０は、プロセッサ５１とメモリ５２とを備える。
【００８５】
例えば、プロセッサ５１は、中央処理装置、処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ又はＤＳＰなどのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。例えば、メモリ５２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤである。処理回路５０において、メモリ５２に格納されたプログラムがプロセッサ５１によって実行される。
【００８６】
なお、実施の形態では太陽光発電システム１が提供されているが、電力変換装置６は太陽光発電用途のみに限られるものではない。電力変換装置６に対して太陽電池以外の定電流電源が接続されても良い。
【符号の説明】
【００８７】
１  太陽光発電システム、＃１  第一太陽電池ストリング、＃２  第二太陽電池ストリング、＃３  第三太陽電池ストリング、２ａ、２ｂ、２ｃ  太陽電池パネル、４ａ  第一接続箱、４ｂ  第二接続箱、４ｃ  第三接続箱、６  電力変換装置、７  ヒューズ、９ａ  正極端子、９ｂ  負極端子、１０ａ  第一電流検出器、１０ｂ  第二電流検出器、１０ｃ  第三電流検出器、１１  直流側遮断器、１２  電力変換回路、１２ａ  正極入力端、１２ｂ  負極入力端、１３  直流平滑コンデンサ、１４  交流フィルタ回路、１５  交流側遮断器、１６  変圧器、１７  電力系統、２０  制御部、２１  第一短絡検出部、２１ａ  第一ブロック、２１ｂ  第二ブロック、２１ｃ  第三ブロック、２２  第二短絡検出部、３３  判定値取得ブロック、３４  第一比較ブロック、４１  合計値算出ブロック、４２  ローパスフィルタブロック、４３  ゲインブロック、４４  第二比較ブロック、５０  処理回路、５１  プロセッサ、５２  メモリ、６１ａ  正極直流配線、６１ｂ  負極直流配線、９１  第一直流入力部、９２  第二直流入力部、９３  第三直流入力部、１４３  判定値設定部、Ｉｒｅｆ１ａ  第一逆電流判定値、Ｉｒｅｆ１ｂ  第二逆電流判定値、Ｉｒｅｆ１ｃ  第三逆電流判定値、Ｉｓｔ１  第一検出電流値、Ｉｓｔ２  第二検出電流値、Ｉｓｔ３  第三検出電流値、Ｉｓｔｒ  判定基準値、Ｉｓｔｓｕｍ  合計電流値、Ｉｓｕｍｒｅｆ  合計判定値、Ｓ１  スイッチオン信号、Ｓ２、Ｓ３  遮断器トリップ信号、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４ａ  アラーム信号、Ｓ４ｂ  アラーム信号、ＳＷ  スイッチ、ＳＸ１ａ  第一短絡検出信号、ＳＸ１ｂ  第二短絡検出信号、ＳＸ１ｃ  第三短絡検出信号、ＳＸ２  短絡検出信号、Ｘ１  第一正極負極間短絡、Ｘ２  第二正極負極間短絡
【要約】
電力変換装置は、第一直流電流を受け入れ可能に構築された第一直流入力部と、第一直流入力部から入力された第一直流電流を変換することで交流電流を出力する電力変換回路と、第一直流入力部に設けられた第一電流検出器と、第一直流入力部を通じて第一直流電流と逆方向へと流れる第一逆電流の大きさが第一判定値を超えたことが第一電流検出器の出力に基づいて検出された場合に、第一短絡検出信号を出力するように構築された短絡検出部と、を備える。電力変換装置は、第二直流電流を受け入れ可能な第二直流入力部と、第二直流入力部に設けられた第二電流検出器と、をさらに備えてもよい。短絡検出部は、第二直流入力部を通じて第二直流電流と逆方向へと流れる第二逆電流の大きさが予め定められた第二判定値を超えたことが第二電流検出器の出力に基づいて検出された場合に、第二短絡検出信号を出力するように構築されてもよい。【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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