JP2015212633A - 地絡検出装置、電源システム、および地絡検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】直流電源の地絡を正確に検出できない可能性がある。【解決手段】地絡検出装置は、複数の直流電源に含まれる第１直流電源と第１直流電源に直列に接続された第２直流電源との接続点を予め定められた抵抗値の抵抗を介して基準電位点に接続し、かつ複数の直流電源の第１出力端を基準電位点に接続した状態で、第１出力端に流れる電流を示す第１電流値を取得し、接続点を抵抗を介して基準電位点に接続せず、かつ第１出力端を基準電位点に接続した状態で、第１出力端に流れる電流を示す第２電流値を取得し、接続点を抵抗を介して基準電位点に接続し、または接続点を抵抗を介して基準電位点に接続せず、かつ複数の直流電源の第２出力端を基準電位点に接続した状態で、第２出力端に流れる電流を示す第３電流値を取得し、抵抗値、第１電流値、第２電流値、および第３電流値に基づいて、複数の直流電源の地絡を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、地絡検出装置、電源システム、および地絡検出方法に関する。

特許文献１には、太陽電池アレイまたは太陽電池ストリングを解列した状態で、太陽電池アレイまたは太陽電池ストリングの絶縁抵抗値を算出し、算出された絶縁抵抗値に基づいて太陽電池アレイまたは太陽電池ストリングの地絡を検出する地絡検出装置が開示されている。
特許文献１ 特開２０１２−１１９３８２号公報

太陽電池などの直流電源の絶縁抵抗値は、天候などの環境の変化によって変動することがある。したがって、直流電源の地絡を正確に検出できない可能性がある。

本発明の一態様に係る地絡検出装置は、直列に接続された複数の直流電源の地絡を検出する地絡検出装置であって、複数の直流電源に含まれる第１直流電源と第１直流電源に直列に接続された第２直流電源との接続点を予め定められた抵抗値の抵抗を介して基準電位点に接続し、かつ複数の直流電源の第１出力端を基準電位点に接続した状態で、第１出力端に流れる電流を示す第１電流値を取得する第１電流値取得部と、接続点を抵抗を介して基準電位点に接続せず、かつ第１出力端を基準電位点に接続した状態で、第１出力端に流れる電流を示す第２電流値を取得する第２電流値取得部と、接続点を抵抗を介して基準電位点に接続し、または接続点を抵抗を介して基準電位点に接続せず、かつ複数の直流電源の第２出力端を基準電位点に接続した状態で、第２出力端に流れる電流を示す第３電流値を取得する第３電流値取得部と、抵抗値、第１電流値、第２電流値、および第３電流値に基づいて、複数の直流電源の地絡を検出する地絡検出部とを備える。

上記地絡検出装置は、接続点を抵抗を介して基準電位点に接続するか否かを切り替える第１切り替え手段と、第１出力端および第２出力端のいずれか一方を基準電位点に接続するか否かを切り替える第２切り替え手段とをさらに備えてよい。

上記地絡検出装置において、地絡検出部は、第１時点における抵抗値、第１電流値、第２電流値、および第３電流値に基づいて、複数の直流電源の第１時点における第１地絡抵抗値を導出し、第１時点より後の第２時点における抵抗値、第１電流値、第２電流値、および第３電流値に基づいて、複数の直流電源の第２時点における第２地絡抵抗値を導出し、第１地絡抵抗値と第２地絡抵抗値とに基づいて、複数の直流電源の地絡を検出してよい。

上記地絡検出装置において、複数の直流電源のそれぞれは、太陽電池でよい。

本発明の一態様に係る電源システムは、上記地絡検出装置と、複数の直流電源と、複数の直流電源から供給される電力を消費または変換する負荷装置とを備え、地絡検出装置は、複数の直流電源と負荷装置との間を電気的に接続するか切断するかを切り替える第３切り替え手段をさらに備え、第３切り替え手段により複数の直流電源と負荷装置との間を電気的に切断した状態で、第１電流値取得部は、第１出力端に流れる電流を示す第１電流値を取得し、第２電流値取得部は、第１出力端に流れる電流を示す第２電流値を取得し、第３電流値取得部は、第２出力端に流れる電流を示す第３電流値を取得する。

本発明の一態様に係る地絡検出方法は、直列に接続された複数の直流電源の地絡を検出する地絡検出方法であって、複数の直流電源に含まれる第１直流電源と第１直流電源に直列に接続された第２直流電源との接続点を予め定められた抵抗値の抵抗を介して基準電位点に接続し、かつ複数の直流電源の第１出力端を基準電位点に接続した状態で、第１出力端に流れる電流を示す第１電流値を取得する段階と、接続点を抵抗を介して基準電位点に接続せず、かつ第１出力端を基準電位点に接続した状態で、第１出力端に流れる電流を示す第２電流値を取得する段階と、接続点を抵抗を介して基準電位点に接続し、または接続点を抵抗を介して基準電位点に接続せず、かつ複数の直流電源の第２出力端を基準電位点に接続した状態で、第２出力端に流れる電流を示す第３電流値を取得する段階と、抵抗値、第１電流値、第２電流値、および第３電流値に基づいて、複数の直流電源の地絡を検出する段階とを含む。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る地絡検出装置を含む太陽光発電システムの全体構成の一例を示す図である。 制御部の機能ブロックの一例を示す図である。 最も低電位側の太陽電池モジュールと２番目に低電位側の太陽電池モジュールとの間の接続点において、地絡が生じている場合の第１電流値検出条件における太陽電池の回路構成を示す図である。 最も低電位側の太陽電池モジュールと２番目に低電位側の太陽電池モジュールとの間の接続点において、地絡が生じている場合の第２電流値検出条件における太陽電池の回路構成を示す図である。 最も低電位側の太陽電池モジュールと２番目に低電位側の太陽電池モジュールとの間の接続点において、地絡が生じている場合の第３電流値検出条件における太陽電池の回路構成を示す図である。 最も低電位側の太陽電池モジュールと２番目に低電位側の太陽電池モジュールとの間の接続点において、地絡が生じている場合の第４電流値検出条件における太陽電池の回路構成を示す図である。 最も低電位側からＸ（Ｘ＜５）枚目の太陽電池モジュールと（Ｘ＋１）枚目の太陽電池モジュールとの間の接続点において、地絡が生じている場合の第１電流値検出条件における太陽電池の回路構成を示す図である。 最も低電位側からＸ（Ｘ＜５）枚目の太陽電池モジュールと（Ｘ＋１）枚目の太陽電池モジュールとの間の接続点において、地絡が生じている場合の第２電流値検出条件における太陽電池の回路構成を示す図である。 最も低電位側からＸ（Ｘ＜５）枚目の太陽電池モジュールと（Ｘ＋１）枚目の太陽電池モジュールとの間の接続点において、地絡が生じている場合の第３電流値検出条件における太陽電池の回路構成を示す図である。 最も低電位側からＸ（Ｘ＜５）枚目の太陽電池モジュールと（Ｘ＋１）枚目の太陽電池モジュールとの間の接続点において、地絡が生じている場合の第４電流値検出条件における太陽電池の回路構成を示す図である。 地絡検出装置が太陽電池の地絡を検出する手順の一例を示すフローチャートである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る地絡検出装置３０を含む太陽光発電システムの全体構成の一例を示す。

太陽光発電システムは、太陽電池１０、電力変換装置２０、および地絡検出装置３０を備える太陽電池１０は、直列に接続された複数の太陽電池モジュール１２を有する太陽電池ストリングでよい。本実施形態では、太陽電池１０は、１０枚の太陽電池モジュール１２が直列に接続されている例について説明する。太陽電池１０は、直流電源の一例である。太陽光発電システムは、電源システムの一例である。

電力変換装置２０は、太陽電池１０から出力される電力を変換する。電力変換装置２０は、太陽電池１０からの直流を昇圧して、昇圧された直流を交流に変換し、系統電源と連系させるパワーコンディショナでよい。電力変換装置２０は、太陽電池１０から出力される電力を消費または変換する負荷装置の一例である。

地絡検出装置３０は、太陽電池１０と基準電位点である接地点との間の地絡抵抗値を導出し、導出された地絡抵抗値が基準地絡抵抗値より小さい場合に、地絡が発生していると判定する。

地絡検出装置３０は、切断手段３２、スイッチ３４、スイッチ３５、スイッチ３６、検出抵抗４０、追加抵抗４２、電圧センサ４４、電流センサ４６、および制御部１００を備える。

切断手段３２は、太陽電池１０と電力変換装置２０との間に設けられ、太陽電池１０と電力変換装置２０とを電気的に切断させる。切断手段３２は、太陽電池１０の高電位側の出力端子と、電力変換装置２０の高電位側の入力端子との間に設けられるリレー３２ａと、太陽電池１０の低電位側の出力端子と、電力変換装置２０の低電位側の入力端子との間に設けられるリレー３２ｂとを含む。リレー３２ａ，３２ｂは、作動信号が入力された場合に太陽電池１０と電力変換装置２０とを電気的に切断させるｂ接点を有するリレーでよい。太陽電池１０の低電位側の出力端子は、第１出力端の一例である。太陽電池１０の高電位側の出力端子は、第２出力端の一例である。

切断手段３２が有する高電位側のリレー３２ａと太陽電池１０の高電位側の出力端子とは、高電位側の電線Ｌ１を介して接続されている。切断手段３２が有する低電位側のリレー３２ｂと太陽電池１０の低電位側の出力端子とは、低電位側の電線Ｌ２を介して接続されている。

スイッチ３４の一端は、高電位側の電線Ｌ１に接続され、スイッチ３４の他端は、検出抵抗４０の一端に接続されている。スイッチ３５の一端は、低電位側の電線Ｌ２に接続され、スイッチ３５の他端は、検出抵抗４０の一端に接続されている。検出抵抗４０の他端は、接地されている。スイッチ３４およびスイッチ３５は、太陽電池１０の低電位側の出力端子および太陽電池１０の高電位側の出力端子のいずれか一方を基準電位点に接続するか否かを切り替える第２切り替え手段の一例である。

太陽電池１０は、太陽電池１０の中点である接続点１４に接続された太陽電池モジュール１２ａおよび太陽電池モジュール１２ｂを含む。太陽電池モジュール１２ａは、第１直流電源の一例であり、太陽電池モジュール１２ｂは、第２直流電源の一例である。接続点１４に接続された抵抗は、太陽電池１０全体の絶縁抵抗２００を疑似的に示している。なお、本実施形態では、太陽電池１０の中点に絶縁抵抗２００が接続されていると仮定している。しかし、太陽電池１０の電気特性に応じて、絶縁抵抗２００が接続されていると仮定する位置は、変更してよい。

スイッチ３６の一端は、接続点１４に接続され、スイッチ３６の他端は、追加抵抗４２の一端に接続されている。スイッチ３６は、接続点１４を追加抵抗４２を介して基準電位点に接続するか否かを切り替える第１切り替え手段の一例である。追加抵抗４２の他端は、接地されている。追加抵抗４２は、予め定められた抵抗値を有する抵抗の一例である。追加抵抗４２は、既知の抵抗値Ｒｃを有する。本実施形態では、太陽電池１０の中点である接続点１４に追加抵抗４２を接続する例について説明する。しかし、追加抵抗４２は、太陽電池１０に含まれる他の太陽電池モジュール間の接続点に接続されてよい。

電圧センサ４４は、太陽電池１０から出力される電圧の電圧値Ｖｏを検出する。電流センサ４６は、太陽電池１０の高電位側の出力端子または太陽電池１０の低電位側の出力端子がスイッチ３４またはスイッチ３５を介して接地点に接続されている場合に、太陽電池１０の高電位側の出力端子または太陽電池１０の低電位側の出力端子から出力されている電流の電流値を検出する。

制御部１００は、切断手段３２のリレー動作を制御する。制御部１００は、スイッチ３４、スイッチ３５、およびスイッチ３６のスイッチング動作を制御する。また、制御部１００は、電圧センサ４４により検出された電圧値Ｖｏおよび電流センサ４６により検出された電流値に基づいて、太陽電池１０の地絡抵抗値Ｒａを導出し、地絡抵抗値Ｒａに基づいて、太陽電池１０の地絡の有無を検出する。制御部１００は、地絡抵抗値Ｒａが基準地絡抵抗値より小さい場合、太陽電池１０の地絡が発生していると判断してよい。

図２は、制御部１００の機能ブロックの一例を示す図である。制御部１００は、リレー制御部１０２、スイッチ制御部１０４、電圧値取得部１０６、電流値取得部１０８、および地絡検出部１１０を備える。

制御部１００が備える各部は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶され、太陽電池１０の地絡の検出に関する各種処理を行うプログラムをインストールし、このプログラムをコンピュータに実行させることで、構成してもよい。つまり、太陽電池１０の地絡の検出に関する各種処理を行うプログラムを実行させることにより、制御部１００が備える各部としてコンピュータを機能させることで、地絡検出装置３０を構成してもよい。

コンピュータは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等の各種メモリ、通信バス及びインタフェースを有し、予めファームウェアとしてＲＯＭに格納された処理プログラムをＣＰＵが読み出して順次実行することで、地絡検出装置３０として機能する。

リレー制御部１０２は、太陽電池１０の地絡を検出すべき予め定められたタイミングで、切断手段３２に作動信号を出力して、太陽電池１０と電力変換装置２０との間を電気的に遮断する。例えば、リレー制御部１０２は、朝方、太陽電池１０からの電力が基準電力に達した後、電力変換装置２０が起動する前に、切断手段３２に作動信号を出力してよい。また、リレー制御部１０２は、夕方、太陽電池１０からの電力が基準電力を満たさなくなり、電力変換装置２０が停止した後に、切断手段３２に作動信号を出力してよい。

スイッチ制御部１０４は、スイッチ３４、スイッチ３５、およびスイッチ３６のオンオフを制御する。スイッチ制御部１０４は、第１電流値検出条件において、スイッチ３４をオフ、スイッチ３５をオンし、かつスイッチ３６をオンする。スイッチ制御部１０４は、第２電流値検出条件において、スイッチ３４をオフ、スイッチ３６をオンし、かつスイッチ３６をオフする。スイッチ制御部１０４は、第３電流値検出条件において、スイッチ３４をオン、スイッチ３５をオフし、かつスイッチ３６をオンする。スイッチ制御部１０４は、第４電流値検出条件において、スイッチ３４をオン、スイッチ３５をオフし、かつスイッチ３６をオフする。

電圧値取得部１０６は、電圧センサ４４を介して太陽電池１０から出力される電圧の電圧値Ｖｏを取得する。電流値取得部１０８は、第１電流値検出条件においてスイッチ制御部１０４によりスイッチ３４がオフ、スイッチ３５がオン、かつスイッチ３６がオンした状態で、電流センサ４６を介して太陽電池１０の低電位側の出力端子から出力される電流を示す第１電流値ＩＡを取得する。電流値取得部１０８は、太陽電池モジュール１２ａと太陽電池モジュール１２ａに直列に接続された太陽電池モジュール１２ｂとの接続点１４を予め定められた抵抗値Ｒａの追加抵抗４２を介して基準電位点に接続し、かつ太陽電池１０の低電位側の出力端子を基準電位点に接続した状態で、太陽電池１０の低電位側の出力端子に流れる電流を示す第１電流値を取得する第１電流値取得部の一例である。

電流値取得部１０８は、第２電流値検出条件においてスイッチ制御部１０４によりスイッチ３４がオフ、スイッチ３５がオン、かつスイッチ３６がオフした状態で、電流センサ４６を介して太陽電池１０の低電位側の出力端子から出力される電流を示す第２電流値ＩＢを取得する。電流値取得部１０８は、接続点１４を追加抵抗４２を介して基準電位点に接続せず、かつ太陽電池１０の低電位側の出力端子を基準電位点に接続した状態で、低電位側の出力端子に流れる電流を示す第２電流値を取得する第２電流値取得部の一例である。

電流値取得部１０８は、第３電流値検出条件においてスイッチ制御部１０４によりスイッチ３４がオン、スイッチ３５がオフ、かつスイッチ３６がオンした状態で、電流センサ４６を介して太陽電池１０の高電位側の出力端子から出力される電流を示す第３電流値ＩＣを取得する。電流値取得部１０８は、第４電流値検出条件においてスイッチ制御部１０４によりスイッチ３４がオン、スイッチ３５がオフ、かつスイッチ３６がオフした状態で、電流センサ４６を介して太陽電池１０の高電位側の出力端子から出力される電流を示す第４電流値ＩＤを取得する。電流値取得部１０８は、接続点１４を追加抵抗４２を介して基準電位点に接続し、または接続点１４を追加抵抗４２を介して基準電位点に接続せず、かつ太陽電池１０の高電位側の出力端子を基準電位点に接続した状態で、太陽電池１０の高電位側の出力端子に流れる電流を示す第３電流値を取得する第３電流値取得部の一例である。

地絡検出部１１０は、電圧値取得部１０６が取得した電圧値Ｖｏ、および電流値取得部１０８が取得した第１電流値ＩＡ、第２電流値ＩＢ、第３電流値ＩＣおよび第４電流値ＩＤの少なくとも３つの電流値に基づいて、太陽電池１０の地絡の有無を検出する。地絡検出部１１０は、電圧値Ｖｏ、および第１電流値ＩＡ、第２電流値ＩＢ、第３電流値ＩＣおよび第４電流値ＩＤの少なくとも３つの電流値に基づいて、太陽電池１０の地絡抵抗値を導出し、導出された地絡抵抗値が基準地絡抵抗値より小さい場合に、太陽電池１０の地絡が発生していると判断してよい。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄは、最も低電位側の太陽電池モジュール１２ｃと２番目に低電位側の太陽電池モジュール１２ｄとの間の接続点において、地絡が生じている場合の太陽電池１０の回路構成を示す。

図３Ａは、スイッチ制御部１０４が、第１電流値検出条件においてスイッチ３４がオフ、スイッチ３５がオン、かつスイッチ３６がオンした状態での太陽電池１０の回路構成を示す。図３Ａに示す回路構成において、太陽電池１０の低電位側の出力端子から出力された第１電流値ＩＡは、式（１）で示される追加抵抗４２と絶縁抵抗２００との合成抵抗を流れる電流を示す電流値Ｉ１ａと、式（２）で示される地絡抵抗３００を流れる電流を示す電流値Ｉ２ａとの合計である。

Ｉ１ａ＝５Ｖａ／Ｒ ・・・（１）
Ｉ２ａ＝Ｖａ／Ｒａ ・・・（２）
ＩＡ＝Ｉ１ａ＋Ｉ２ａ＝５Ｖａ／Ｒ＋Ｖａ／Ｒａ ・・・（３）

Ｖａは、１枚の太陽電池モジュール１２の両端の電圧の電圧値を示す。太陽電池１０を構成する太陽電池モジュール１２のそれぞれの電気的な特性は同一で、太陽電池１０を構成する太陽電池モジュール１２の枚数がＮ枚である場合、Ｖａ＝Ｖｏ／Ｎでよい。例えば、太陽電池モジュール１２の枚数が１０枚である場合、Ｖａ＝Ｖｏ／１０でよい。

Ｒは、追加抵抗４２と絶縁抵抗２００との合成抵抗であり、追加抵抗４２の抵抗値Ｒｃ、絶縁抵抗２００の抵抗値Ｒｂとした場合、Ｒ＝Ｒｂ×Ｒｃ／（Ｒｂ＋Ｒｃ）である。Ｒａは、地絡抵抗３００の抵抗値を示す。

図３Ｂは、スイッチ制御部１０４が、第２電流値検出条件においてスイッチ３４がオフ、スイッチ３５がオン、かつスイッチ３６がオフした状態での太陽電池１０の回路構成を示す。図３Ｂに示す回路構成において、太陽電池１０の低電位側の出力端子から出力された第１電流値ＩＢは、式（４）で示される絶縁抵抗２００を流れる電流を示す電流値Ｉ１ｂと、式（５）で示される地絡抵抗３００を流れる電流を示す電流値Ｉ２ｂとの合計である。

Ｉ１ｂ＝５Ｖａ／Ｒｂ ・・・（４）
Ｉ２ｂ＝Ｖａ／Ｒａ ・・・（５）
ＩＢ＝Ｉ１ｂ＋Ｉ２ｂ＝５Ｖａ／Ｒｂ＋Ｖａ／Ｒａ ・・・（６）

図３Ｃは、スイッチ制御部１０４が、第３電流値検出条件においてスイッチ３４がオン、スイッチ３５がオフ、かつスイッチ３６がオンした状態での太陽電池１０の回路構成を示す。図３Ｃに示す回路構成において、太陽電池１０の高電位側の出力端子から出力された第３電流値ＩＣは、式（７）で示される地絡抵抗３００を流れる電流を示す電流値Ｉ１ｃと、式（８）で示される追加抵抗４２と絶縁抵抗２００との合成抵抗を流れる電流を示す電流値Ｉ３ｃとの合計である。

Ｉ１ｃ＝９Ｖａ／Ｒａ ・・・（７）
Ｉ３ｃ＝５Ｖａ／Ｒ ・・・（８）
ＩＣ＝Ｉ１ｃ＋Ｉ３ｃ＝９Ｖａ／Ｒａ＋５Ｖａ／Ｒ ・・・（９）

図３Ｄは、スイッチ制御部１０４が、第４電流値検出条件においてスイッチ３４がオン、スイッチ３５がオフ、かつスイッチ３６がオフした状態での太陽電池１０の回路構成を示す。図３Ｄに示す回路構成において、太陽電池１０の高電位側の出力端子から出力された第４電流値ＩＤは、式（１０）で示される絶縁抵抗２００を流れる電流を示す電流値Ｉ１ｄと、式（１１）で示される地絡抵抗３００を流れる電流を示す電流値Ｉ３ｄとの合計である。

Ｉ１ｄ＝５Ｖａ／Ｒａ ・・・（１０）
Ｉ３ｄ＝５Ｖａ／Ｒｂ ・・・（１１）
ＩＤ＝Ｉ１ｄ＋Ｉ３ｄ＝５Ｖａ／Ｒａ＋５Ｖａ／Ｒｂ ・・・（１２）

地絡検出部１１０は、式（３）、式（６）、式（９）、および式（１２）を利用して、地絡抵抗３００の抵抗値Ｒａを導出する。ここで、太陽電池１０の地絡の位置が既知である場合、未知数はＲａおよびＲｂの２つなので、地絡検出部１１０は、式（３）、式（６）、式（９）、および式（１２）のいずれか２つの式を利用して、地絡抵抗３００の抵抗値Ｒａを導出できる。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄは、地絡が最も低電位側からＸ（Ｘ＜５）枚目の太陽電池モジュールと（Ｘ＋１）枚目の太陽電池モジュールとの間の接続点において生じている場合の太陽電池１０の回路構成を示す。

図４Ａは、スイッチ制御部１０４が、第１電流値検出条件においてスイッチ３４がオフ、スイッチ３５がオン、かつスイッチ３６がオンした状態での太陽電池１０の回路構成を示す。図４Ａに示す回路構成において、太陽電池１０の低電位側の出力端子から出力された第１電流値ＩＡは、式（２０）で示される追加抵抗４２と絶縁抵抗２００との合成抵抗を流れる電流を示す電流値Ｉ１ａと、式（２１）で示される地絡抵抗３００を流れる電流を示す電流値Ｉ２ａとの合計である。

Ｉ１ａ＝５Ｖａ／Ｒ ・・・（２０）
Ｉ２ａ＝Ｘ×Ｖａ／Ｒａ ・・・（２１）
ＩＡ＝Ｉ１ａ＋Ｉ２ａ＝５Ｖａ／Ｒ＋Ｘ×Ｖａ／Ｒａ ・・・（２２）

図４Ｂは、スイッチ制御部１０４が、第２電流値検出条件においてスイッチ３４がオフ、スイッチ３５がオン、かつスイッチ３６がオフした状態での太陽電池１０の回路構成を示す。図４Ｂに示す回路構成において、太陽電池１０の低電位側の出力端子から出力された第１電流値ＩＢは、式（２３）で示される絶縁抵抗２００を流れる電流を示す電流値Ｉ１ｂと、式（２４）で示される地絡抵抗３００を流れる電流を示す電流値Ｉ２ｂとの合計である。

Ｉ１ｂ＝５Ｖａ／Ｒｂ ・・・（２３）
Ｉ２ｂ＝Ｘ×Ｖａ／Ｒａ ・・・（２４）
ＩＢ＝Ｉ１ｂ＋Ｉ２ｂ＝５Ｖａ／Ｒｂ＋Ｘ×Ｖａ／Ｒａ ・・・（２５）

図４Ｃは、スイッチ制御部１０４が、第３電流値検出条件においてスイッチ３４がオン、スイッチ３５がオフ、かつスイッチ３６がオンした状態での太陽電池１０の回路構成を示す。図４Ｃに示す回路構成において、太陽電池１０の高電位側の出力端子から出力された第３電流値ＩＣは、式（２６）で示される地絡抵抗３００を流れる電流を示す電流値Ｉ１ｃと、式（２７）で示される追加抵抗４２と絶縁抵抗２００との合成抵抗を流れる電流を示す電流値Ｉ３ｃとの合計である。

Ｉ１ｃ＝（５＋５−Ｘ）Ｖａ／Ｒａ ・・・（２６）
Ｉ３ｃ＝５Ｖａ／Ｒ ・・・（２７）
ＩＣ＝Ｉ１ｃ＋Ｉ３ｃ＝（１０−Ｘ）Ｖａ／Ｒａ＋５Ｖａ／Ｒ ・・・（２８）

図４Ｄは、スイッチ制御部１０４が、第４電流値検出条件においてスイッチ３４がオン、スイッチ３５がオフ、かつスイッチ３６がオフした状態での太陽電池１０の回路構成を示す。図４Ｄに示す回路構成において、太陽電池１０の高電位側の出力端子から出力された第４電流値ＩＤは、式（２９）で示される絶縁抵抗２００を流れる電流を示す電流値Ｉ１ｄと、式（３０）で示される地絡抵抗３００を流れる電流を示す電流値Ｉ３ｄとの合計である。

Ｉ１ｄ＝（５＋５−Ｘ）Ｖａ／Ｒａ ・・・（２９）
Ｉ３ｄ＝５Ｖａ／Ｒｂ ・・・（３０）
ＩＤ＝Ｉ１ｄ＋Ｉ３ｄ＝（１０−Ｘ）Ｖａ／Ｒａ＋５Ｖａ／Ｒｂ ・・・（３１）

地絡検出部１１０は、式（２２）、式（２５）、式（２８）、および式（３１）を利用して、地絡抵抗３００の抵抗値Ｒａを導出する。ここで、太陽電池１０の地絡の位置が未知である場合、未知数はＲａ、Ｒｂ、Ｘの３つなので、地絡検出部１１０は、式（２２）、式（２５）、式（２８）、および式（３１）のいずれか３つの式を利用して、地絡抵抗３００の抵抗値Ｒａを導出できる。

以上のように、太陽電池１０を構成するいずれか２つの太陽電池モジュール１２間の接続点を既知の抵抗値を有する抵抗を介して基準電位点である接地点に接続した状態、および接続していない状態のそれぞれについて、太陽電池１０の高電位側の出力端子を接地点に接続した場合、および太陽電池１０の低電位側の出力端子を接地点に接続した場合のそれぞれについて、接地点に接続した出力端子から出力される電流をそれぞれ検知する。これにより、地絡抵抗３００の抵抗値Ｒａ、絶縁抵抗２００の抵抗値Ｒｂ、および地絡の位置Ｘの３つの未知数を含む連立方程式を４つ導出できる。よって、地絡検出部１１０は、４つの連立方程式のいずれか３つの式を利用して、地絡抵抗３００の抵抗値Ｒａを導出できる。

ここで、地絡検出部１１０が、絶縁抵抗２００と地絡抵抗３００とを合成した合成抵抗を太陽電池１０の絶縁抵抗とみなして、その合成抵抗の抵抗値が基準抵抗値より小さい場合に、太陽電池１０の地絡が発生していると判断することも考えられる。しかし、絶縁抵抗２００の抵抗値は、気温などの環境の変化によって変動する。例えば、雨天の日の絶縁抵抗２００の抵抗値は、乾燥した晴天の日が続いた場合の絶縁抵抗２００の抵抗値より低くなる場合がある。そのため、地絡検出部１１０が、絶縁抵抗２００と地絡抵抗３００とを合成した合成抵抗に基づいて地絡の有無を判断する場合、地絡検出部１１０は、環境の変化に伴う絶縁抵抗２００の抵抗値の変化と、太陽電池１０の劣化の進行に伴う地絡抵抗３００の抵抗値の変化とを区別できない。したがって、地絡検出部１１０が絶縁抵抗２００と地絡抵抗３００とを合成した合成抵抗に基づいて地絡の有無を判断する場合、太陽電池１０の地絡の有無の判定の精度が低下する可能性がある。

そこで、本実施形態に係る地絡検出部１１０は、絶縁抵抗２００と地絡抵抗３００とを区別して、地絡抵抗３００の抵抗値に基づいて、太陽電池１０の地絡の有無を判定している。したがって、本実施形態によれば、環境の変化に伴い絶縁抵抗２００の抵抗値が変化した場合でも、地絡検出部１１０による太陽電池１０の地絡の有無の判定の精度が低下することを防止できる。

図５は、地絡検出装置３０が太陽電池１０の地絡を検出する手順の一例を示すフローチャートである。

リレー制御部１０２は、太陽電池１０の地絡を検出すべき予め定められたタイミングで、切断手段３２に作動信号を出力して、リレー３２ａおよびリレー３２ｂを作動させ、太陽電池１０と電力変換装置２０との間を電気的に遮断する（Ｓ１００）。

電圧値取得部１０６は、電圧センサ４４を介して太陽電池１０から出力される電圧の電圧値Ｖｏを取得する（Ｓ１０２）。スイッチ制御部１０４は、スイッチ３４をオフ、スイッチ３５をオンして、太陽電池１０の低電位側の出力端子を基準電位点である接地点に接続する（Ｓ１０４）。また、スイッチ制御部１０４は、スイッチ３６をオンして、太陽電池１０の中点である接続点１４を追加抵抗４２を介して基準電位点に接続する（Ｓ１０６）。電流値取得部１０８は、スイッチ制御部１０４によりスイッチ３４がオフ、スイッチ３５がオン、かつスイッチ３６がオンした状態で、電流センサ４６を介して太陽電池１０の低電位側の出力端子から出力される電流を示す第１電流値ＩＡを取得する（Ｓ１０８）。

次いで、スイッチ制御部１０４は、スイッチ３６をオフする（Ｓ１１０）。電流値取得部１０８は、スイッチ制御部１０４によりスイッチ３４がオフ、スイッチ３５がオン、かつスイッチ３６がオフした状態で、電流センサ４６を介して太陽電池１０の低電位側の出力端子から出力される電流を示す第２電流値ＩＢを取得する（Ｓ１１２）。

続いて、スイッチ制御部１０４は、スイッチ３４をオン、スイッチ３５をオフして、太陽電池１０の高電位側の出力端子を基準電位点である接地点に接続する（Ｓ１１４）。また、スイッチ制御部１０４は、スイッチ３６をオンして、太陽電池１０の中点である接続点１４を追加抵抗４２を介して基準電位点に接続する（Ｓ１１６）。電流値取得部１０８は、スイッチ制御部１０４によりスイッチ３４がオン、スイッチ３５がオフ、かつスイッチ３６がオンした状態で、電流センサ４６を介して太陽電池１０の高電位側の出力端子から出力される電流を示す第３電流値ＩＣを取得する（Ｓ１１８）。

次いで、スイッチ制御部１０４は、スイッチ３６をオフする（Ｓ１２０）。電流値取得部１０８は、スイッチ制御部１０４によりスイッチ３４がオン、スイッチ３５がオフ、かつスイッチ３６がオフした状態で、電流センサ４６を介して太陽電池１０の高電位側の出力端子から出力される電流を示す第４電流値ＩＤを取得する（Ｓ１２２）。

地絡検出部１１０は、追加抵抗４２の既知の抵抗値Ｒｃ、電圧値Ｖｏ、並びに第１電流値ＩＡ、第２電流値ＩＢ、第３電流値ＩＣ、および第４電流値ＩＤの少なくとも３つの電流値に基づいて、式（２２）、式（２５）、式（２８）、および式（３１）の少なくとも３つの式を利用して、地絡抵抗値Ｒａを導出する（Ｓ１２４）。地絡検出部１１０は、導出された地絡抵抗値Ｒａと、予め定められた基準地絡抵抗値との比較により地絡の有無を判断する（Ｓ１２６）。

以上、本実施形態によれば、地絡検出部１１０は、絶縁抵抗２００の抵抗値成分を含まない地絡抵抗３００の抵抗値に基づいて、太陽電池１０の地絡の有無を判定できる。したがって、本実施形態によれば、環境の変化に伴い絶縁抵抗２００の抵抗値が変化した場合でも、地絡検出部１１０による太陽電池１０の地絡の有無の判定の精度が低下することを防止できる。

なお、電流値取得部１０８は、第１電流値ＩＡ、第２電流値ＩＢ、第３電流値ＩＣ、および第４電流値ＩＤのいずれか３つのみを取得し、地絡検出部１１０は、取得された３つの電流値を用いて、地絡抵抗値を導出してもよい。

地絡検出部１１０は、第１時点における追加抵抗４２の既知の抵抗値Ｒｃ、並びに第１電流値ＩＡ、第２電流値ＩＢ、第３電流値ＩＣおよび第４電流値ＩＤの少なくとも３つの電流値に基づいて、太陽電池１０の第１時点における第１地絡抵抗値を導出してよい。さらに、地絡検出部１１０は、第１時点より後の第２時点における追加抵抗４２の既知の抵抗値Ｒｃ、並びに第１電流値ＩＡ、第２電流値ＩＢ、第３電流値ＩＣおよび第４電流値ＩＤの少なくとも３つの電流値に基づいて、太陽電池１０の第２時点における第２地絡抵抗値を導出してよい。そして、地絡検出部１１０は、第１地絡抵抗値と第２地絡抵抗値とに基づいて、太陽電池１０の地絡を検出してよい。地絡検出部１１０は、第２地絡抵抗値が第１地絡抵抗値に基づいて定められる基準地絡抵抗値より低い場合に、太陽電池１０の地絡が発生している、もしくは太陽電池１０の地絡が進行していると判断してよい。

例えば、地絡検出部１１０は、太陽光発電システムに地絡検出装置３０が設置された時点などの第１時点で、地絡抵抗値を導出し、第１時点の地絡抵抗値に基づいて基準地絡抵抗値を決定する。地絡検出部１１０は、第１時点の地絡抵抗値を基準地絡抵抗値としてよい。地絡検出部１１０は、第１時点の地絡抵抗値から予め定められた値を減算した値を基準地絡抵抗値としてよい。地絡検出部１１０は、第１時点の地絡抵抗値に対して予め定められた割合を乗算した値を基準地絡抵抗値としてよい。そして、地絡検出部１１０は、第１時点より後の第２時点において導出した地絡抵抗値と第１時点の地絡抵抗値に基づく基準地絡抵抗値とを比較することにより、太陽電池１０の地絡の有無を判定してよい。

太陽電池１０の地絡抵抗値は、太陽電池１０の電気的な特性に依存する。したがって、基準地絡抵抗値を、地絡検出部１１０が導出した地絡抵抗値に基づいて設定することで、太陽電池１０固有の基準地絡抵抗値を設定できる。よって、地絡検出部１１０が導出した地絡抵抗値に基づいて基準地絡抵抗値を設定することで、地絡検出部１１０は、より精度よく太陽電池１０の地絡の有無を判断できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 太陽電池
１２ 太陽電池モジュール
１４ 接続点
２０ 電力変換装置
３０ 地絡検出装置
３２ 切断手段
３２ａ，３２ｂ リレー
３４，３５，３６ スイッチ
４０ 検出抵抗
４２ 追加抵抗
４４ 電圧センサ
４６ 電流センサ
１００ 制御部
１０２ リレー制御部
１０４ スイッチ制御部
１０６ 電圧値取得部
１０８ 電流値取得部
１１０ 地絡検出部
２００ 絶縁抵抗
３００ 地絡抵抗

Claims (6)

1. 直列に接続された複数の直流電源の地絡を検出する地絡検出装置であって、
   前記複数の直流電源に含まれる第１直流電源と前記第１直流電源に直列に接続された第２直流電源との接続点を予め定められた抵抗値の抵抗を介して基準電位点に接続し、かつ前記複数の直流電源の第１出力端を前記基準電位点に接続した状態で、前記第１出力端に流れる電流を示す第１電流値を取得する第１電流値取得部と、
   前記接続点を前記抵抗を介して前記基準電位点に接続せず、かつ前記第１出力端を前記基準電位点に接続した状態で、前記第１出力端に流れる電流を示す第２電流値を取得する第２電流値取得部と、
   前記接続点を前記抵抗を介して前記基準電位点に接続し、または前記接続点を前記抵抗を介して前記基準電位点に接続せず、かつ前記複数の直流電源の第２出力端を前記基準電位点に接続した状態で、前記第２出力端に流れる電流を示す第３電流値を取得する第３電流値取得部と、
   前記抵抗値、前記第１電流値、前記第２電流値、および前記第３電流値に基づいて、前記複数の直流電源の地絡を検出する地絡検出部と
   を備える地絡検出装置。
2. 前記接続点を前記抵抗を介して前記基準電位点に接続するか否かを切り替える第１切り替え手段と、
   前記第１出力端および前記第２出力端のいずれか一方を前記基準電位点に接続するか否かを切り替える第２切り替え手段と
   をさらに備える、請求項１に記載の地絡検出装置。
3. 前記地絡検出部は、第１時点における前記抵抗値、前記第１電流値、前記第２電流値、および前記第３電流値に基づいて、前記複数の直流電源の前記第１時点における第１地絡抵抗値を導出し、前記第１時点より後の第２時点における前記抵抗値、前記第１電流値、前記第２電流値、および前記第３電流値に基づいて、前記複数の直流電源の前記第２時点における第２地絡抵抗値を導出し、前記第１地絡抵抗値と前記第２地絡抵抗値とに基づいて、前記複数の直流電源の地絡を検出する、請求項１または請求項２に記載の地絡検出装置。
4. 前記複数の直流電源のそれぞれは、太陽電池である、請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の地絡検出装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の地絡検出装置と、
   前記複数の直流電源と、
   前記複数の直流電源から供給される電力を消費または変換する負荷装置と
   を備え、
   前記地絡検出装置は、
   前記複数の直流電源と前記負荷装置との間を電気的に接続するか切断するかを切り替える第３切り替え手段をさらに備え、
   前記第３切り替え手段により前記複数の直流電源と前記負荷装置との間を電気的に切断した状態で、前記第１電流値取得部は、前記第１出力端に流れる電流を示す前記第１電流値を取得し、前記第２電流値取得部は、前記第１出力端に流れる電流を示す前記第２電流値を取得し、前記第３電流値取得部は、前記第２出力端に流れる電流を示す前記第３電流値を取得する、電源システム。
6. 直列に接続された複数の直流電源の地絡を検出する地絡検出方法であって、
   前記複数の直流電源に含まれる第１直流電源と前記第１直流電源に直列に接続された第２直流電源との接続点を予め定められた抵抗値の抵抗を介して基準電位点に接続し、かつ前記複数の直流電源の第１出力端を前記基準電位点に接続した状態で、前記第１出力端に流れる電流を示す第１電流値を取得する段階と、
   前記接続点を前記抵抗を介して前記基準電位点に接続せず、かつ前記第１出力端を前記基準電位点に接続した状態で、前記第１出力端に流れる電流を示す第２電流値を取得する段階と、
   前記接続点を前記抵抗を介して前記基準電位点に接続し、または前記接続点を前記抵抗を介して前記基準電位点に接続せず、かつ前記複数の直流電源の第２出力端を前記基準電位点に接続した状態で、前記第２出力端に流れる電流を示す第３電流値を取得する段階と、
   前記抵抗値、前記第１電流値、前記第２電流値、および前記第３電流値に基づいて、前記複数の直流電源の地絡を検出する段階と
   を含む地絡検出方法。

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