JP6834334B2 - アーク故障検出システム - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1に記載されたアーク検出手段では、太陽電池パネルに接続された端子台でのネジの締め忘れ等により、アークの発生、短絡及び断路故障が発生すると考え、端子台から出力側配線との間の電圧の変動と、端子台から出力側配線に流れる電流の変動とを同時に検出している。
このアーク検出装置では、複数個の太陽電池パネルが直列接続された直流回路の両端電圧を検出し、その出力をパワースペクトルに変換した後にインバータのスイッチングノイズに相当する周波数帯域を除去し、除去した後のパワースペクトルの複数点で求めたパワースペクトルの傾きが所定の基準値を超えた場合に、直流回路におけるアークの発生を判定している。
このため、端子台より太陽電池パネル側のケーブル等で発生したアーク故障に関しては、端子台付近の電圧センサの設置位置における急激な電圧変動はほとんどなく、検出が困難である。
しかしながら、近年における太陽光発電システムの世界的な主流では、逆流に対する安全策としてPVヒューズが使用されている。この種のシステムによると、特許文献2に記載の検出方法では故障系統と健全系統とを区別できないため、故障発生時にはシステム全体を停止する必要があると共に、故障点の特定や復旧に多くの時間や手間が必要であった。
すなわち、太陽光発電システムの構成によっては故障系統を判別することができず、太陽光発電を安定的に継続することが困難であった。
すなわち、各分岐系統における並列アーク故障は、故障が発生した分岐系統の電流検出値が、他系統からの電流の流入によって特異な値になること、及び、直流母線40の電圧検出値が大幅に低下すること等によって検出可能である。
しかし、分岐系統に上記の逆流防止ダイオードが設けられている場合には、ある分岐系統で並列アーク故障が発生しても他の健全系統から電流が流入せず、また、電圧の変動も検出できないため、並列アーク故障を検出することができないという問題があった。
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記逆流防止素子の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置を有し、
一つの前記分岐系統の前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値が所定の分岐系統側閾値を超えた時に、当該分岐系統における正負の直流線路間に発生した並列アーク故障を検出することを特徴とする。
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記逆流防止素子の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置を有し、
一つの前記分岐系統に設置された前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値にアーク故障特有の振動成分が含まれる時に、当該分岐系統における片側の直流線路上に発生した直列アーク故障を検出することを特徴とする。
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記正側母線と前記負側母線との間の線間電圧を検出する主幹系統側電圧検出装置と、
前記逆流防止素子の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置と、
を有し、
全ての前記分岐系統に設置された前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値にアーク故障特有の振動成分が含まれ、かつ、前記主幹系統側電圧検出装置による電圧検出値が所定の主幹系統側閾値を下回った時に、前記主幹系統における正負の母線間に発生した並列アーク故障を検出することを特徴とする。
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記逆流防止素子の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置を有し、
全ての前記分岐系統に設置された前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値にアーク故障特有の振動成分が含まれる時に、前記主幹系統における片側の母線上に発生した直列アーク故障を検出することを特徴とする。
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記逆流防止素子に直列に接続されたシャント抵抗と、
前記逆流防止素子と前記シャント抵抗との直列回路の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置と、
を有し、
一つの前記分岐系統の前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値が所定の分岐系統側閾値を超えた時に、当該分岐系統における正負の直流線路間に発生した並列アーク故障を検出することを特徴とする。
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記逆流防止素子に直列に接続されたシャント抵抗と、
前記逆流防止素子と前記シャント抵抗との直列回路の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置と、
を有し、
一つの前記分岐系統に設置された前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値にアーク故障特有の振動成分が含まれる時に、当該分岐系統における片側の直流線路上に発生した直列アーク故障を検出することを特徴とする。
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記正側母線と前記負側母線との間の線間電圧を検出する主幹系統側電圧検出装置と、
前記逆流防止素子に直列に接続されたシャント抵抗と、
前記逆流防止素子と前記シャント抵抗との直列回路の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置と、
を有し、
全ての前記分岐系統に設置された前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値にアーク故障特有の振動成分が含まれ、かつ、前記主幹系統側電圧検出装置による電圧検出値が所定の主幹系統側閾値を下回った時に、前記主幹系統における正負の母線間に発生した並列アーク故障を検出することを特徴とする。
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記逆流防止素子に直列に接続されたシャント抵抗と、
前記逆流防止素子と前記シャント抵抗との直列回路の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置と、
を有し、
全ての前記分岐系統に設置された前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値にアーク故障特有の振動成分が含まれる時に、前記主幹系統における片側の母線上に発生した直列アーク故障を検出することを特徴とする。
前記分岐系統は、前記直流母線と前記直流発電設備との間を開閉する断路用開閉器と、前記直流発電設備の出力側の正負の直流線路間を短絡するための短絡用開閉器と、を有することを特徴とする。
請求項10に係るアーク故障検出システムは、請求項1〜9の何れか1項に記載したアーク故障検出システムにおいて、
前記直流発電設備が太陽光発電設備であり、前記直流母線がパワーコンディショナを介して交流電源系統に接続されていることを特徴とする。
図1は、本発明の第1実施形態に係るアーク故障検出システムの構成図である。図1において、図16と同一の部分については同一の番号を付してあり、以下では図16との相違点を中心に説明する。なお、直流母線40に接続される分岐系統の数は、図示例に何ら限定されないのは言うまでもない。
図2は、分岐系統において並列アーク故障が発生した場合の動作説明図である。ここで、並列アーク故障とは、電流検出装置21,22と太陽電池パネル4,5との間の正負の直流線路間でアークが発生する故障をいう。
つまり、分岐系統Aに設けられた電流検出装置21にはアーク故障特有の信号成分が重畳した電流や分岐系統Bからの電流が流れないので、電流検出装置21による電流検出値に基づいて並列アーク31を検出することはできない。このことは、分岐系統Bの電流検出装置22と太陽電池パネル5との間で並列アーク故障が発生した場合も同様である。
なお、図2において、c,dは分岐系統BとPCS1との間の電流経路を示している。
この電位差は、オン状態の断路用開閉器12と並列アーク31とを介して電圧検出装置23により測定される。すなわち、電圧検出装置23は、主幹系統の線間電圧と並列アーク31によるアーク電圧との差分を検出することとなる。
一方、並列アーク31の発生時には、前述したように、電圧検出装置23によって直流母線40の線間電圧とアーク電圧との差分が検出されることになり、その値は数10[V]〜数100[V]になる。従って、電圧検出装置23による電圧検出値に対し、例えば、アーク電圧<閾値<主幹系統の線間電圧の範囲内で所定の閾値(請求項における分岐系統側閾値)を設定すれば、並列アーク31の発生を検出することができる。
電圧検出装置23の動作によって並列アークを検出したら、分岐系統Aの短絡用開閉器14をオンさせることにより、太陽電池パネル4の出力電流は短絡用開閉器14を通る経路bに流れ、並列アークが消弧される。更に、断路用開閉器12をオフさせることにより、分岐系統Aが直流母線40から切り離され、分岐系統B及び他の健全系統により太陽光発電システムの運転を継続することができる。
また、主幹系統の正負の母線P,N間で発生した並列アーク故障は、全ての分岐系統A,Bの電圧検出装置23,24による電圧検出値にアーク故障特有の振動成分が含まれ、かつ、主幹系統側電圧検出装置25による電圧検出値が所定の閾値(請求項における主幹系統側閾値)を下回ってアーク電圧相当値まで低下したことに基づいて検出可能である。
更に、主幹系統の片側の母線上で発生した直列アーク故障は、全ての分岐系統A,Bの電圧検出装置23,24による電圧検出値にアーク故障特有の振動成分が含まれることに基づいて検出可能である。
図5は、本発明の第2実施形態に係るアーク故障検出システムの構成図である。図5において、図1の第1実施形態と同一の部分については同一の番号を付してあり、以下では図1との相違点を中心に説明する。
図6は、分岐系統Aのシャント抵抗41と太陽電池パネル4との間で直列アーク33が発生した場合の動作説明図である。
この場合、太陽電池パネル4とPCS1との間の電流は、経路e,fとして示すように、直列アーク33、シャント抵抗41、逆流防止ダイオード2、断路用開閉器12を介して主幹系統に流れる。この電流にはアーク故障特有の信号成分が重畳しており、電圧検出装置23による電圧検出値には、図7(a)に示すような振動成分が含まれる。従って、この振動成分を検出すれば、分岐系統Aに直列アーク33が発生したことを検出可能である。
更に、主幹系統に設置された電圧検出装置25でも、分岐系統Aの直列アーク33による振動成分は検出されない。
従って、分岐系統において発生した直列アーク故障は、当該分岐系統内の電圧検出装置のみによって検出することができ、当該分岐系統を故障系統として特定することができる。
直列アークの検出後は、断路用開閉器12をオフすることにより、分岐系統Aが直流母線40から切り離される。これにより、故障系統を除去した状態で、分岐系統Bを含む他の健全系統のみによって太陽光発電システムの運転を継続することができる。
健全時において、太陽電池パネル4,5の出力電流は、シャント抵抗41,42、逆流防止ダイオード2,3、断路用開閉器12,13、及び主幹系統の断路用開閉器11を介してPCS1に供給されている。この状態で、例えば主幹系統の正側母線P上で直列アーク35が発生すると、分岐系統A,Bを流れる電流、言い換えれば、シャント抵抗41と逆流防止ダイオード2との直列回路、及び、シャント抵抗42と逆流防止ダイオード3との直列回路を流れる電流には、アーク故障特有の信号成分(振動成分)が重畳される。
ただし、分岐系統A,Bの電圧検出装置23,24による電圧検出値だけでは、主幹系統で発生したアーク故障が直列アーク故障であるか並列アーク故障であるかの判別が不可能である。
このため、電圧検出装置25による線間電圧検出値に所定の閾値(請求項における主幹系統側閾値)を設けておき、線間電圧検出値がこの閾値を下回ったことに基づいて主幹系統における並列アーク故障の発生を検出することができる。
主幹系統において直列アーク故障を検出したら、主幹系統の断路用開閉器11をオフし、または、全ての分岐系統A,Bの断路器用開閉器12,13をオフする。図10では、故障除去のために全ての断路用開閉器11,12,13をオフしている。
前述した図2の場合と同様に、太陽電池パネル4の出力電流は、並列アーク31を通る経路aにより太陽電池パネル4に戻るため、主幹系統側へは流れない。また、逆流防止ダイオード2の作用により、分岐系統Bから分岐系統Aに電流が流入することはない。
このため、分岐系統A,Bの電圧検出装置23,24によりアーク故障特有の信号成分を検出することはできない。
図4と同様に、並列アーク故障を検出したら分岐系統Aの短絡用開閉器14をオンさせることにより、太陽電池パネル4からの電流は経路bを流れ、並列アークは消弧される。更に、断路用開閉器12をオフさせれば分岐系統Aが直流母線40から切り離され、分岐系統B及び他の健全系統により太陽光発電システムの運転を継続することができる。
主幹系統で並列アーク故障が発生すると、太陽電池パネル4,5の出力電流は、主幹系統の並列アーク37を通る経路g,hにより、それぞれ太陽電池パネル4,5に戻る。このため、太陽電池パネル4,5の出力電流にはアーク故障特有の信号成分が重畳すると共に、主幹系統の線間電圧はアーク電圧相当値まで低下する。
従って、分岐系統A,Bの電圧検出装置23,24が上記信号成分を検出し、更には、主幹系統の電圧検出装置25による電圧検出値が所定の閾値を下回ったことに基づいて、並列アーク37の発生を検出することができる。
並列アーク故障を検出したら、主幹系統及び分岐系統A,Bの断路用開閉器11,12,13をすべてオフすることで、PCS1や他の分岐系統を含む全ての分岐系統を主幹系統から切り離す。これにより、主幹系統に発生した図13の並列アーク37に電力が供給されなくなり、図14に符号38で示すごとく並列アークを消弧することができる。
この実施形態は、第2実施形態の分岐系統A,Bにおけるシャント抵抗41,42を除去したものに相当する。この実施形態においても、第1,第2実施形態と同様の方法により、分岐系統及び主幹系統における直列アーク故障、並列アーク故障を検出することができる。
P:正側母線
N:負側母線
1:パワーコンディショナ(PCS)
2,3:逆流防止ダイオード
4,5:太陽電池パネル
11,12,13:断路用開閉器
14,15:短絡用開閉器
21,22:電流検出装置
23,24:分岐系統側電圧検出装置
25:主幹系統側電圧検出装置
31,37:並列アーク
32,38:並列アーク(消弧後)
33,35:直列アーク
34,36:直列アーク(消弧後)
40:直流母線
41,42:シャント抵抗
100:交流電源系統
Claims (10)
- 主幹系統を構成する直流母線と、前記直流母線の正側母線と負側母線との間に接続された直流発電設備を有する一または複数の分岐系統と、を備え、
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記逆流防止素子の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置を有し、
一つの前記分岐系統の前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値が所定の分岐系統側閾値を超えた時に、当該分岐系統における正負の直流線路間に発生した並列アーク故障を検出することを特徴とするアーク故障検出システム。 - 主幹系統を構成する直流母線と、前記直流母線の正側母線と負側母線との間に接続された直流発電設備を有する一または複数の分岐系統と、を備え、
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記逆流防止素子の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置を有し、
一つの前記分岐系統に設置された前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値にアーク故障特有の振動成分が含まれる時に、当該分岐系統における片側の直流線路上に発生した直列アーク故障を検出することを特徴とするアーク故障検出システム。 - 主幹系統を構成する直流母線と、前記直流母線の正側母線と負側母線との間に接続された直流発電設備を有する一または複数の分岐系統と、を備え、
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記正側母線と前記負側母線との間の線間電圧を検出する主幹系統側電圧検出装置と、
前記逆流防止素子の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置と、
を有し、
全ての前記分岐系統に設置された前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値にアーク故障特有の振動成分が含まれ、かつ、前記主幹系統側電圧検出装置による電圧検出値が所定の主幹系統側閾値を下回った時に、前記主幹系統における正負の母線間に発生した並列アーク故障を検出することを特徴とするアーク故障検出システム。 - 主幹系統を構成する直流母線と、前記直流母線の正側母線と負側母線との間に接続された直流発電設備を有する一または複数の分岐系統と、を備え、
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記逆流防止素子の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置を有し、
全ての前記分岐系統に設置された前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値にアーク故障特有の振動成分が含まれる時に、前記主幹系統における片側の母線上に発生した直列アーク故障を検出することを特徴とするアーク故障検出システム。 - 主幹系統を構成する直流母線と、前記直流母線の正側母線と負側母線との間に接続された直流発電設備を有する一または複数の分岐系統と、を備え、
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記逆流防止素子に直列に接続されたシャント抵抗と、
前記逆流防止素子と前記シャント抵抗との直列回路の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置と、
を有し、
一つの前記分岐系統の前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値が所定の分岐系統側閾値を超えた時に、当該分岐系統における正負の直流線路間に発生した並列アーク故障を検出することを特徴とするアーク故障検出システム。 - 主幹系統を構成する直流母線と、前記直流母線の正側母線と負側母線との間に接続された直流発電設備を有する一または複数の分岐系統と、を備え、
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記逆流防止素子に直列に接続されたシャント抵抗と、
前記逆流防止素子と前記シャント抵抗との直列回路の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置と、
を有し、
一つの前記分岐系統に設置された前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値にアーク故障特有の振動成分が含まれる時に、当該分岐系統における片側の直流線路上に発生した直列アーク故障を検出することを特徴とするアーク故障検出システム。 - 主幹系統を構成する直流母線と、前記直流母線の正側母線と負側母線との間に接続された直流発電設備を有する一または複数の分岐系統と、を備え、
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記正側母線と前記負側母線との間の線間電圧を検出する主幹系統側電圧検出装置と、
前記逆流防止素子に直列に接続されたシャント抵抗と、
前記逆流防止素子と前記シャント抵抗との直列回路の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置と、
を有し、
全ての前記分岐系統に設置された前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値にアーク故障特有の振動成分が含まれ、かつ、前記主幹系統側電圧検出装置による電圧検出値が所定の主幹系統側閾値を下回った時に、前記主幹系統における正負の母線間に発生した並列アーク故障を検出することを特徴とするアーク故障検出システム。 - 主幹系統を構成する直流母線と、前記直流母線の正側母線と負側母線との間に接続された直流発電設備を有する一または複数の分岐系統と、を備え、
前記分岐系統に、前記正側母線から前記直流発電設備に向かう方向の電流を阻止するための逆流防止素子が接続されたシステムにおいて、
前記逆流防止素子に直列に接続されたシャント抵抗と、
前記逆流防止素子と前記シャント抵抗との直列回路の両端電圧を検出する分岐系統側電圧検出装置と、
を有し、
全ての前記分岐系統に設置された前記分岐系統側電圧検出装置による電圧検出値にアーク故障特有の振動成分が含まれる時に、前記主幹系統における片側の母線上に発生した直列アーク故障を検出することを特徴とするアーク故障検出システム。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載したアーク故障検出システムにおいて、
前記分岐系統は、
前記直流母線と前記直流発電設備との間を開閉する断路用開閉器と、前記直流発電設備の出力側の正負の直流線路間を短絡するための短絡用開閉器と、を有することを特徴とするアーク故障検出システム。 - 請求項1〜9の何れか1項に記載したアーク故障検出システムにおいて、
前記直流発電設備が太陽光発電設備であり、前記直流母線がパワーコンディショナを介して交流電源系統に接続されていることを特徴とするアーク故障検出システム。
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