TWI678044B - 電弧檢測裝置及其控制方法、非暫時性電腦可讀取的記錄媒體、以及直流電源系統 - Google Patents
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Abstract
本發明的課題在於抑制誤檢測的頻度且迅速地檢測到電弧的產生。電弧檢測裝置（12）包括：電弧有無判定部（43），基於來自太陽能電池的交流電流判定電弧的有無；以及重覆數決定部（44），基於來自太陽能電池的直流電流，決定電弧有無判定部（43）為了判定電弧的有無而重覆進行的處理的重覆數。
Description
本發明是有關於一種應用於太陽光發電系統等直流電源系統的電弧檢測裝置及其控制方法、控制程式、以及直流電源系統。
先前，太陽光發電系統將藉由太陽能電池發出的電力經由包含直流交流變換器等的電力調整系統（以下簡稱為PCS（Power Conditioning System））供給至電力傳輸網。在此種太陽光發電系統中，存在因系統內的電路等的故障產生電弧的情形。在產生有電弧時，電弧的產生部分形成高溫，而有引起火災等的擔憂。因此，太陽光發電系統包括藉由利用電流感測器測量電弧的交流電流而檢測電弧的產生的電弧檢測裝置。
在專利文獻1記載的電弧檢測裝置中，首先，利用電流感測器檢測太陽能電池串的輸出電流，且將所檢測到的輸出電流變換為功率譜（Power Spectrum）。其次，對於規定的頻率範圍即電弧的測量區間的所述功率譜，將所述測量區間分割為複數個區域，將該些各區域的功率譜的大小即區域值中除最大區域值以外的區域值的任一個取作所述測量區間的區間值。然後，將所述區間值與臨限值進行比較而判定有無電弧。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2016-151514號公報
[發明所欲解決之課題]
如以上所述，若產生所述電弧則有引起火災等的擔憂，因此理想的是迅速地檢測到所述電弧的產生。為了迅速地檢測到所述電弧的產生，例如可考量降低所述臨限值。
如以上所述，若產生所述電弧則有引起火災等的擔憂，因此理想的是迅速地檢測到所述電弧的產生。為了迅速地檢測到所述電弧的產生，例如可考量降低所述臨限值。
然而，此種情形下，將電弧以外的雜訊（例如PCS的開關雜訊等）誤判斷為電弧的雜訊，而誤檢測所述電弧的產生的頻度變高。在每次檢測或誤檢測所述電弧的產生時，需要暫時停止所述太陽光發電系統。因此，若所述誤檢測的頻度變高，則發電效率會降低。
本揭示的一個態樣是為了解決所述課題而完成者，其目在於提供一種可抑制誤檢測的頻度且迅速地檢測到所述電弧的產生的電弧檢測裝置等。
[解決課題之手段]
[解決課題之手段]
為了解決所述課題，本揭示的一個態樣的電弧檢測裝置包括：電弧判定部，基於來自發電或充放電的直流電源的交流電流判定電弧的有無；以及重覆數決定部，基於來自所述直流電源的直流電流，決定所述電弧判定部為了判定電弧的有無而重覆進行的處理的重覆數。
又，為了解決所述課題，本揭示的又一態樣的電弧檢測裝置的控制方法包括：電弧判定步驟，基於來自發電或充放電的直流電源的交流電流判定電弧的有無；以及重覆數決定步驟，基於來自所述直流電源的直流電流，決定在所述電弧判定步驟中為了判定電弧的有無而重覆進行的處理的重覆數。
根據所述構成及方法，基於所述直流電流，決定為了判定電弧的有無而重覆進行的處理的重覆數。例如，可設置為隨著所述直流電流變大，而所述重覆數變少。若所述直流電流變大，則所述交流電流的訊號強度較大，將電弧以外的雜訊誤判斷為電弧的雜訊的可能性降低。另一方面，若所述重覆數變少，則所述誤判斷的可能性變高，但可迅速地檢測到電弧的產生。因此，可抑制所述誤判斷的可能性且迅速地檢測到電弧的產生。即，可抑制誤檢測電弧的產生的頻度且迅速地檢測到電弧的產生。
在所述電弧檢測裝置中，所述重覆數可為所述電弧判定部為了判定電弧的有無，而重覆擷取所述交流電流的資料的次數。
在所述電弧檢測裝置中，所述電弧判定部亦可基於所述交流電流臨時判定電弧的有無，且重覆所述臨時判定，並基於臨時判定的有電弧的次數最終判定電弧的有無。此種情形下，由於利用2階段判定電弧的有無，因此可提高所述判定的精度。
在所述電弧檢測裝置中，所述重覆數可為所述電弧判定部重覆所述臨時判定的次數。
在所述電弧檢測裝置中，所述重覆數亦可為藉由所述電弧判定部重覆所述臨時判定，而臨時判定的有電弧的次數。
在所述電弧檢測裝置中，可更包括測量來自所述直流電源的電流的電流測量部。此種情形下，所述電弧判定部可基於由所述電流測量部測量的交流電流判定電弧的有無。又，所述重覆數決定部可基於由所述電流測量部測量的直流電流決定所述重覆數。再者，所述電流測量部既可包括交流用電流感測器及直流用電流感測器，亦可包括可測量交流電流及直流電流兩者的電流感測器。
再者，若為包括發電或充放電的直流電源、以及所述構成的電弧檢測裝置的直流電源系統，則發揮與上文所述相同的效果。
然而，所述直流電源系統較多包括變換裝置，所述變換裝置包括將來自所述直流電源的直流電力的電壓進行變換的變換部、以及控制所述變換部的控制部。所述控制部基於變換前的電流及電壓、以及/或變換後的電流及電壓控制所述變換部。
因此，在所述直流電源系統中，可更包括所述構成的變換裝置，所述電弧檢測裝置自所述變換裝置的所述控制部取得所述直流電流的值。此種情形下，無須重新設置測量直流電流的測量部。再者，作為所述變換裝置的例子，可舉出PCS、優化器（optimizer）等。又，所述電弧檢測裝置可內置於所述變換裝置。
本揭示的一個態樣的電弧檢測裝置可藉由電腦實現，此種情形下，藉由使電腦作為所述電弧檢測裝置所包括的各部分進行動作而將所述電弧檢測裝置利用電腦予以實現的電弧檢測裝置的控制程式、及記錄所述控制程式的電腦可讀取的記錄媒體亦落入本揭示的範疇內。
[發明的效果]
[發明的效果]
根據本發明的一個態樣，發揮可抑制誤檢測的頻度且迅速地檢測到所述電弧的產生的效果。
以下，基於圖式說明本揭示的一個層面的實施形態（以下亦表述為「本實施形態」）。
§1 應用例
首先，基於圖1及圖2對應用本揭示的場景的一例進行說明。
首先，基於圖1及圖2對應用本揭示的場景的一例進行說明。
圖1是表示包括本實施形態的電弧檢測裝置的太陽光發電系統的構成的一例的概略電路圖。如圖1所示，太陽光發電系統1（直流電源系統）包括：複數個太陽能電池串11（直流電源）、電弧檢測裝置12、接線盒13、以及電力調整系統（以下稱為PCS（Power Conditioning System））14。
圖2是表示電弧檢測裝置12的構成的一例的方塊圖。如圖2所示，電弧檢測裝置12包括：交流用電流感測器31（電流測量部）、放大器32、濾波器33、類比數位（A/D）變換部34、CPU（central processing unit，）35、直流用電流感測器36（電流測量部）、放大器37、以及A/D變換部38。
如圖1及圖2所示，電弧檢測裝置12包括：交流用電流感測器31，測量來自太陽能電池串11的交流電流；電弧有無判定部43（電弧判定部），基於由所述交流用電流感測器31測量的交流電流判定電弧的有無；直流用電流感測器36，測量來自太陽能電池串11的直流電流；以及重覆數決定部44，基於由所述直流用電流感測器36測量的直流電流，決定電弧有無判定部43為了判定電弧的有無而重覆進行的處理的重覆數。
根據所述構成，基於所述直流電流，決定為了判定電弧的有無而重覆進行的處理的重覆數。例如，可設置為隨著所述直流電流變大，而所述重覆數變少。若所述直流電流較大，則所述交流電流的訊號強度變大，將電弧以外的雜訊誤判斷為電弧的雜訊的可能性降低。另一方面，若所述重覆數變少，則所述誤判斷的可能性變高，但可迅速地檢測到電弧的產生。因此，可抑制所述誤判斷的可能性且迅速地檢測到電弧的產生。即，可抑制誤檢測電弧的產生的頻度且迅速地檢測到電弧的產生。
又，由於若所述直流電流較大，則所述電弧的能量較大，因此由所述電弧所致的火災等的風險變高。因此，藉由使用本實施形態的電弧檢測裝置，可有效地降低所述風險，其結果為，可安全地使用太陽光發電系統1。
再者，可設置為隨著所述直流電流變小，而所述重覆數變多。若所述直流電流較小，則所述交流電流的訊號強度變小，而將電弧以外的雜訊誤判斷為電弧的雜訊的可能性變高。另一方面，若所述重覆數變多，則雖然電弧的產生的檢測發生延遲，但所述誤判斷的可能性變低。因此，可抑制所述誤判斷的可能性，且可抑制誤檢測電弧的產生的頻度。
§2 構成例
基於圖1～圖7對本揭示的實施形態進行說明。再者，為了便於說明，對與各實施形態所示的構件具有相同的功能的構件，附注相同的符號，而適當省略其說明。
基於圖1～圖7對本揭示的實施形態進行說明。再者，為了便於說明，對與各實施形態所示的構件具有相同的功能的構件，附注相同的符號，而適當省略其說明。
（太陽光發電系統的概要）
如圖1所示，太陽能電池串11（直流電源）是將多個太陽能電池模組21串聯連接而形成。各太陽能電池模組21包括被串聯連接的複數個太陽能電池單元（未圖示），且形成為面板狀。複數個太陽能電池串11構成太陽能電池陣列15（直流電源）。各太陽能電池串11經由接線盒13與PCS 14連接。
如圖1所示，太陽能電池串11（直流電源）是將多個太陽能電池模組21串聯連接而形成。各太陽能電池模組21包括被串聯連接的複數個太陽能電池單元（未圖示），且形成為面板狀。複數個太陽能電池串11構成太陽能電池陣列15（直流電源）。各太陽能電池串11經由接線盒13與PCS 14連接。
PCS 14將自各太陽能電池串11輸入的直流電力變換為交流電力並輸出。再者，可設置消耗所述直流電力的負荷裝置替代PCS 14。
接線盒13將各太陽能電池串11並聯地連接。具體而言，將與各太陽能電池串11的一個端子連接的輸出線路22a彼此連接，且將與各太陽能電池串11的另一個端子連接的輸出線路22b彼此連接。再者，於輸出線路22b設置有防倒流用二極體23。
電弧檢測裝置12在本實施形態中，就每一太陽能電池串11設置於太陽能電池串11的輸出線路22a。
（電弧檢測裝置12）
如圖2所示，交流用電流感測器31檢測在輸出線路22a中流動的交流電流。交流用電流感測器31為包括例如變流器（current transformer，CT）的構成。放大器32將由交流用電流感測器31檢測到的交流電流訊號進行放大。
如圖2所示，交流用電流感測器31檢測在輸出線路22a中流動的交流電流。交流用電流感測器31為包括例如變流器（current transformer，CT）的構成。放大器32將由交流用電流感測器31檢測到的交流電流訊號進行放大。
濾波器33為帶通濾波器（Band-pass Filter，BPF），僅使自放大器32輸出的交流電流訊號中規定頻率範圍的交流電流訊號通過。在本實施形態中，將通過濾波器33的頻率範圍設為40 kHz～100 kHz。藉此，可從自放大器32輸出的交流電流訊號排除較多地包含PCS 14所包括的轉換器（DC/DC轉換器）的開關雜訊的頻率成分（通常為40 kHz以下）的交流電流訊號。
A/D變換部34將通過濾波器33的類比形式的交流電流訊號變換為數位形式的交流電流訊號，且朝CPU 35輸入。
CPU 35對自A/D變換部34輸入的數位形式的交流電流訊號進行快速傅立葉變換（Fast Fourier Transform，FFT），而生成交流電流訊號的功率譜。又，CPU 35基於所生成的功率譜判定電弧產生的有無。然後，CPU 35將判定結果朝外部輸出。
所述判定結果被輸入於例如太陽光發電系統1的控制裝置（未圖示）。若自CPU 35輸入有電弧的判定結果，則控制裝置為了防止因電弧所致的火災或對太陽光發電系統1的損傷而切斷太陽光發電系統1的電路。
圖3（a）是表示利用交流用電流感測器31檢測到的交流電流訊號的時間波形的圖表，圖3（b）是表示CPU 35生成的交流電流訊號的功率譜的波形的圖表。於圖3（a）、圖3（b）中，表示電弧未產生狀態及電弧產生狀態此兩種狀態的波形。
於在太陽能電池串11中未產生電弧時，所述交流電流訊號的波形形成圖3（a）所示的電弧未產生狀態的波形，所述交流電流訊號的功率譜的波形形成圖3（b）所示的電弧未產生狀態的波形。另一方面，於在太陽能電池串11中產生電弧時，所述交流電流訊號的波形形成圖3（a）所示的電弧產生狀態的波形，所述交流電流訊號的功率譜的波形形成圖3（b）所示的電弧產生狀態的波形。
若參照圖3（a）、圖3（b）可知，與電弧未產生狀態相比，在電弧產生狀態下，所述交流電流訊號的振幅變大，而所述交流電流訊號的功率譜的位準變大。因此，電弧檢測裝置12可基於由交流用電流感測器31檢測到的交流電流訊號的高頻成分，檢測到太陽能電池串11中的電弧的產生。
如圖2所示，直流用電流感測器36檢測在輸出線路22a中流動的直流電流。直流用電流感測器36為包括例如直流變流器（direct current current transformer，DCCT）的構成。放大器37將由直流用電流感測器36檢測到的直流電流訊號進行放大。A/D變換部38將自放大器37輸出的類比形式的直流電流訊號變換為數位形式的直流電流值，且朝CPU 35輸入。
（CPU 35）
如圖2所示，CPU 35包括：FFT處理部41、代表值取得部42、電弧有無判定部43以及重覆數決定部44。
如圖2所示，CPU 35包括：FFT處理部41、代表值取得部42、電弧有無判定部43以及重覆數決定部44。
FFT處理部41擷取自A/D變換部34輸入的數位形式的電流訊號，且重覆擷取複數次，對於所擷取的電流訊號的集進行FFT處理，而生成電流訊號的功率譜。FFT處理部41將所生成的電流訊號的功率譜提供至代表值取得部42。
代表值取得部42基於來自FFT處理部41的電流訊號的功率譜，取得所述電流訊號的功率譜的代表值。代表值取得部42將所取得的代表值提供至電弧有無判定部43及重覆數決定部44。
作為所述代表值可考量有各種。例如，所述代表值可為規定的測量區間（例如40 kHz～80 kHz）的功率譜的平均值、最大值、最小值、中位數、眾數等統計值。又，所述代表值亦可為在所述測量區間內而將所述功率譜積分的值。
又，可如專利文獻1記載般，對於電弧的所述測量區間的所述功率譜，將所述測量區間分割為複數個區域，將所述各區域的功率譜的大小即區域值中除最大區域值以外的區域值的任一個取作所述測量區間的區間值，將所取得的區間值作為所述代表值。又，亦可取得所述電弧的測量區間的區間值，且對於與所述電弧的測量區間不同的頻率範圍的雜訊的測量區間的所述功率譜，取得所述區間值，將所述電弧的測量區間的區間值與所述雜訊的測量區間的區間值的比或差作為所述代表值。
電弧有無判定部43利用由代表值取得部42取得的代表值S，判定電弧的有無。電弧有無判定部43將判定結果朝外部輸出。
具體而言，電弧有無判定部43將由代表值取得部42取得的代表值S與規定的臨限值K進行比較，判定代表值S是否大於臨限值K。電弧有無判定部43在所述判定結果中若代表值S大於臨限值K，則臨時判定為有電弧，另一方面，若代表值S為臨限值K以下，則臨時判定為無電弧。
再者，臨限值K可藉由重覆進行有無電弧的判定動作而容易地決定。即，在臨限值K的決定上無需過度的反覆試驗。
在將FFT處理部41、代表值取得部42及電弧有無判定部43的所述處理（臨時判定處理）重覆複數次，臨時判定處理的次數為某次數以內，且有電弧的判定結果為某次數以上時，電弧有無判定部43將有電弧的最終判定結果朝外部輸出。
所述最終判定結果例如被輸入於太陽光發電系統1的控制裝置（未圖示）。若自電弧有無判定部43輸入有電弧的最終判定結果，則控制裝置為了能夠防止因電弧所致的火災或對太陽光發電系統1的損傷而切斷太陽光發電系統1的電路。
重覆數決定部44基於來自A/D變換部38的直流電流值，決定利用FFT處理部41或電弧有無判定部43進行的重覆處理的重覆數。重覆數決定部44將所決定的重覆數提供至FFT處理部41或電弧有無判定部43。
藉此，例如FFT處理部41將資料的擷取重覆由重覆數決定部44決定的重覆數。或，電弧有無判定部43將所述臨時判定處理重覆所述重覆數。或，電弧有無判定部43在有電弧的臨時判定結果被重覆了所述重覆數時，將有電弧的最終判定結果朝外部輸出。
（電弧檢測裝置12的動作）
圖4是表示所述構成的電弧檢測裝置12的動作的一例的流程圖。在圖4中，FFT處理部41將資料的擷取重覆由重覆數決定部44決定的重覆數。
圖4是表示所述構成的電弧檢測裝置12的動作的一例的流程圖。在圖4中，FFT處理部41將資料的擷取重覆由重覆數決定部44決定的重覆數。
首先，如圖4所示，在電弧的檢測中，電弧有無判定部43分別將計數器n重設為初始值1，且將計數器c重設為初始值0（S11）。再者，計數器n為計數電弧的判定次數的計數器，計數器c為計數電弧的判定的結果中判定為有電弧的次數的計數器。
其次，重覆數決定部44基於利用直流用電流感測器36檢測到且經A/D變換部38進行A/D變換的直流電流值Idc，決定資料的擷取數Ndata（S12）。例如，在直流電流值Idc未達1A時，將擷取數Ndata決定為8192。又，在直流電流值Idc為1A以上未達3A時，將擷取數Ndata決定為4096。又，在直流電流值Idc為3A以上未達10A時，將擷取數Ndata決定為2048。又，在直流電流值Idc為10A以上時，將擷取數Ndata決定為1024。
其次，FFT處理部41將利用交流用電流感測器31檢測到且通過濾波器33並經A/D變換部34進行A/D變換的電流訊號的資料擷取由重覆數決定部44決定的擷取數Ndata（S13）。FFT處理部41對所擷取的資料進行FFT處理（S14），而生成電流訊號的功率譜。
其次，代表值取得部42取得利用FFT處理部41進行FFT的規定的測量區間的電流訊號的功率譜的代表值S（n）（S15）。
其次，電弧有無判定部43將由代表值取得部42取得的代表值S（n）與規定的臨限值K進行比較（S16）。在代表值S（n）大於臨限值K時，判定為有電弧而於計數器c加上1（S17），並前進至S18。另一方面，在S16的判定中，在代表值S（n）為臨限值K以下時判定為無電弧。此種情形下，於計數器c不加1而前進至S18。
在S18中，判定計數器n的值是否達到10，即判定是否為n=10。若不是n=10，則於計數器n加上1（S19），並返回至S12，而重覆所述處理。
另一方面，在S18中，若為n=10，則判定有電弧的次數的計數器c的值是否為5以上（S20）。若計數器c的值未達5則返回至S11，而重覆所述動作。
又，在S20中，若計數器c的值為5以上，則輸出有電弧（產生電弧）的最終判定結果（S21）。其後，結束電弧檢測處理。如此般，在本實施形態中，電弧有無判定部43在10次電弧有無的判定中，有電弧的判定結果為5次以上時，輸出有電弧的最終判定結果。
其後，太陽光發電系統1的控制裝置若自電弧有無判定部43接收有電弧的最終判定結果，則為了防止因電弧所致的火災或對太陽光發電系統1的損傷而切斷太陽光發電系統1的電路。
（變形例1）
圖5是表示圖1所示的太陽光發電系統1的變形例的概略電路圖。在所述實施形態中，表示將電弧檢測裝置12個別地設置於各太陽能電池串11的例。然而，電弧檢測裝置12的配置並不限定於此。即，電弧檢測裝置12亦可如圖5所示，在包括複數個太陽能電池串11的太陽光發電系統1中僅設置1個。再者，在圖5的例子中，電弧檢測裝置12設置於接線盒13的後段，即設置於接線盒13與PCS 14之間。
圖5是表示圖1所示的太陽光發電系統1的變形例的概略電路圖。在所述實施形態中，表示將電弧檢測裝置12個別地設置於各太陽能電池串11的例。然而，電弧檢測裝置12的配置並不限定於此。即，電弧檢測裝置12亦可如圖5所示，在包括複數個太陽能電池串11的太陽光發電系統1中僅設置1個。再者，在圖5的例子中，電弧檢測裝置12設置於接線盒13的後段，即設置於接線盒13與PCS 14之間。
又，電弧檢測裝置12亦可如圖5所示，設置於PCS 14的框體的內部替代設置於接線盒13與PCS 14之間。對所述構成利用另一實施形態進行說明。
（變形例2）
再者，CPU 35在包括具有與A/D變換部34、A/D變換部38同樣的功能的A/D輸入部時，可省略A/D變換部34、A/D變換部38。此種情形下，可將來自濾波器33的交流電流訊號、與來自放大器37的直流電流訊號直接輸入於CPU 35的所述A/D輸入部。
再者，CPU 35在包括具有與A/D變換部34、A/D變換部38同樣的功能的A/D輸入部時，可省略A/D變換部34、A/D變換部38。此種情形下，可將來自濾波器33的交流電流訊號、與來自放大器37的直流電流訊號直接輸入於CPU 35的所述A/D輸入部。
（變形例3）
圖6是表示電弧檢測裝置12的動作的另一例的流程圖。在圖6中，電弧有無判定部43將所述臨時判定處理重覆由重覆數決定部44決定的重覆數。再者，在圖6中，對與圖4所示的動作同樣的動作附注同樣的步驟編號S，而省略所述動作的說明。
圖6是表示電弧檢測裝置12的動作的另一例的流程圖。在圖6中，電弧有無判定部43將所述臨時判定處理重覆由重覆數決定部44決定的重覆數。再者，在圖6中，對與圖4所示的動作同樣的動作附注同樣的步驟編號S，而省略所述動作的說明。
首先，如圖6所示，在電弧的檢測中，電弧有無判定部43分別將計數器n重設為初始值1，且將計數器c重設為初始值0（S11）。
其次，重覆數決定部44基於利用直流用電流感測器36檢測到且經A/D變換部38進行A/D變換的直流電流值Idc，決定所述臨時判定處理的重覆數M（S31）。例如，在直流電流值Idc未達1A時，將重覆數M決定為100。又，在直流電流值Idc為1A以上未達3A時，將重覆數M決定為50。又，在直流電流值Idc為3A以上未達10A時，將重覆數M決定為30。又，在直流電流值Idc為10A以上時，將重覆數M決定為10。
其次，FFT處理部41將利用交流用電流感測器31檢測到且通過濾波器33並經A/D變換部34進行A/D變換的電流訊號的資料擷取規定的擷取數（例如1024）（S32）。FFT處理部41對所擷取的資料進行FFT處理（S14），而生成電流訊號的功率譜。其次，代表值取得部42取得利用FFT處理部41進行FFT的規定的測量區間的電流訊號的功率譜的代表值S（n）（S15）。
其次，電弧有無判定部43將由代表值取得部42取得的代表值S（n）與規定的臨限值K進行比較（S16）。在代表值S（n）大於臨限值K時，判定為有電弧而於計數器c加上1（S17），並前進至S33。另一方面，在S16的判定中，在代表值S（n）為臨限值K以下時判定為無電弧。此種情形下，於計數器c不加1而前進至S33。
在S33中，判定計數器n的值是否達到所述重覆數M，即判定是否為n≧M。若不是n≧M，則於計數器n加上1（S19），並返回至S32，而重覆所述處理。
另一方面，在S33中，若為n≧M，則判定有電弧的次數的計數器c的值是否為n/2以上（S34）。若計數器c的值未達n/2則返回至S31，而重覆所述動作。
又，在S34中，若計數器c的值為n/2以上，則輸出有電弧的最終判定結果（S21）。其後，結束電弧檢測處理。如此般，在本變形例中，電弧有無判定部43在n次有無電弧的臨時判定中，有電弧的判定結果為n/2次以上時，輸出有電弧的最終判定結果。
（變形例4）
圖7是表示電弧檢測裝置12的動作的又一例的流程圖。在圖7中，在有電弧的臨時判定結果被重覆由重覆數決定部44決定的重覆數時，電弧有無判定部43將有電弧的最終判定結果朝外部輸出。再者，在圖7中，對與圖4及圖6所示的動作同樣的動作附注同樣的步驟編號S，而省略所述動作的說明。
圖7是表示電弧檢測裝置12的動作的又一例的流程圖。在圖7中，在有電弧的臨時判定結果被重覆由重覆數決定部44決定的重覆數時，電弧有無判定部43將有電弧的最終判定結果朝外部輸出。再者，在圖7中，對與圖4及圖6所示的動作同樣的動作附注同樣的步驟編號S，而省略所述動作的說明。
首先，如圖7所示，在電弧的檢測中，電弧有無判定部43分別將計數器n重設為初始值1，且將計數器c重設為初始值0（S11）。
其次，重覆數決定部44基於利用直流用電流感測器36檢測到並經A/D變換部38進行A/D變換的直流電流值Idc，決定所述有電弧的臨時判定結果的重覆數D（S41）。例如，在直流電流值Idc未達1A時，將重覆數D決定為50。又，在直流電流值Idc為1A以上未達3A時，將重覆數D決定為25。又，在直流電流值Idc為3A以上未達10A時，將重覆數D決定為10。又，在直流電流值Idc為10A以上時，將重覆數D決定為5。
其次，FFT處理部41將利用交流用電流感測器31檢測到且通過濾波器33並經A/D變換部34進行A/D變換的電流訊號的資料擷取規定的擷取數（S32）。FFT處理部41對所擷取的資料進行FFT處理（S14），而生成電流訊號的功率譜。其次，代表值取得部42取得在FFT處理部41中進行FFT的規定的測量區間的電流訊號的功率譜的代表值S（n）（S15）。
其次，電弧有無判定部43將由代表值取得部42取得的代表值S（n）與規定的臨限值K進行比較（S16）。在代表值S（n）大於臨限值K時，判定為有電弧而於計數器c加上1（S17），並前進至S42。另一方面，在S16的判定中，在代表值S（n）為臨限值K以下時判定為無電弧。此種情形下，於計數器c不加1而前進至S42。
在S42中，判定計數器c的值是否達到所述重覆數D，即判定是否為c≧D。若為c≧D，則前進至S43。另一方面，在S42中，若為c≧D，則輸出有電弧的最終判定結果（S21）。其後，結束電弧檢測處理。
在S43中，判定計數器n的值是否達到100，即判定是否為n=100。若不是n=100，則於計數器n加上1（S19），並返回至S32，而重覆所述處理。
另一方面，在S43中，若為n=100，則進行無電弧的最終判定，並結束電弧檢測處理。如此般，在本變形例中，電弧有無判定部43在有電弧的臨時判定結果為所述重覆數D以上時，輸出有電弧的最終判定結果。
[實施形態2]
以下，基於圖式對本揭示的另一實施形態進行說明。在本實施形態中，太陽光發電系統1將電弧檢測裝置內置於PCS 14（變換裝置）。
以下，基於圖式對本揭示的另一實施形態進行說明。在本實施形態中，太陽光發電系統1將電弧檢測裝置內置於PCS 14（變換裝置）。
（PCS 14的構成）
圖8是表示本實施形態的PCS 14的構成的一例的方塊圖。如圖8所示，PCS 14包括測定電路51、電力變換電路52、控制電路53（控制部）以及電容器C。
圖8是表示本實施形態的PCS 14的構成的一例的方塊圖。如圖8所示，PCS 14包括測定電路51、電力變換電路52、控制電路53（控制部）以及電容器C。
測定電路51包括電流測量部61以及電壓測量部62。電流測量部61測量在電路24中流動的電流I。又，電壓測量部62測量電路24、電路24間的電壓V（變換前的電壓）。藉由測定電路51測量的電流I及電壓V的測量結果被賦予控制電路53。
又，電力變換電路52經由電容器C與測定電路51連接。藉由設置電容器C，可防止突波電壓輸入於電力變換電路52。
電力變換電路52包括：DC/DC轉換器63（變換部）、以及DC/AC轉換器64。DC/DC轉換器63為將直流電力的電壓進行變換（DC/DC變換）的電路，例如為升壓斬波器。作為一例，DC/DC轉換器63將在太陽能電池陣列15中發出的直流電力的電壓變換為更高的電壓（升壓）。然後，在DC/DC轉換器63中電壓經變換的直流電力被供給至DC/AC轉換器64。
DC/AC轉換器64為將自DC/DC轉換器63供給的直流電力變換（DC/AC變換）為交流電力的電路，例如為逆變器。作為一例，DC/AC轉換器64將直流電力變換為頻率60 Hz的交流電力。然後，在DC/AC轉換器64中經變換的交流電力被供給至電力系統80。
控制電路53對PCS 14的動作進行統括地控制。具體而言，控制電路53基於來自測定電路51的電流I及電壓V的測量結果，對電力變換電路52的動作進行控制。藉此，可將在太陽能電池陣列15中發出的直流電力變換為具有可與電力系統80互連的規定的電壓及頻率的交流電力。
又，控制電路53包括直流電流值取得部65。再者，直流電流值取得部65的詳情將於後文敘述。
在本實施形態中，如圖8所示，PCS 14包括圖2所示的電弧檢測裝置12的構成中的交流用電流感測器31、放大器32、濾波器33、A/D變換部34以及CPU 35。又，PCS 14利用電流測量部61與控制電路53的直流電流值取得部65替代圖2所示的電弧檢測裝置12的直流用電流感測器36、放大器37及A/D變換部38。再者，以下將包括放大器32、濾波器33、A/D變換部34以及CPU 35的構成稱為「電弧檢測處理部39」。
直流電流值取得部65取得藉由電流測量部61測量的電流I中的直流成分的值即直流電流值。直流電流值取得部65將所取得的直流電流值輸入於CPU 35的重覆數決定部44。藉此，與圖2所示的電弧檢測裝置12同樣地，可抑制誤檢測的頻度且迅速地檢測到電弧的產生。
（變形例1）
然而，內置於PCS 14的電流測量部61通常不僅可測量電流I的直流成分，亦可測量交流成分。因此，可利用電流測量部61替代交流用電流感測器31。此種情形下，可將藉由電流測量部61測量的電流I中的交流成分輸入於放大器32。如此般，若利用可測量直流及交流兩者的電流感測器，則可將電流感測器的數目自2個減少為1個。作為可測量直流及交流兩者的電流感測器的一例，可舉出組合CT及霍耳元件的電流感測器等。
然而，內置於PCS 14的電流測量部61通常不僅可測量電流I的直流成分，亦可測量交流成分。因此，可利用電流測量部61替代交流用電流感測器31。此種情形下，可將藉由電流測量部61測量的電流I中的交流成分輸入於放大器32。如此般，若利用可測量直流及交流兩者的電流感測器，則可將電流感測器的數目自2個減少為1個。作為可測量直流及交流兩者的電流感測器的一例，可舉出組合CT及霍耳元件的電流感測器等。
（變形例2）
再者，亦可將測定電路51設置於DC/DC轉換器63的輸出側。此種情形下，控制電路53可基於自DC/DC轉換器63輸出的電流及電壓的測量結果對DC/DC轉換器63進行控制。又，重覆數決定部44可基於自太陽能電池陣列15經由接線盒13及DC/DC轉換器63被輸出的電流的直流電流值，決定所述重覆數。
再者，亦可將測定電路51設置於DC/DC轉換器63的輸出側。此種情形下，控制電路53可基於自DC/DC轉換器63輸出的電流及電壓的測量結果對DC/DC轉換器63進行控制。又，重覆數決定部44可基於自太陽能電池陣列15經由接線盒13及DC/DC轉換器63被輸出的電流的直流電流值，決定所述重覆數。
（變形例3）
再者，亦可將測定電路51追加於DC/DC轉換器63的輸出側。此種情形下，控制電路53可基於被輸入於PCS 14的電流及電壓的測量結果、與自DC/DC轉換器63輸出的電流及電壓的測量結果對DC/DC轉換器63進行控制。又，重覆數決定部44可基於自太陽能電池陣列15經由接線盒13輸出的電流的直流電流值、與自太陽能電池陣列15經由接線盒13及DC/DC轉換器63輸出的電流的直流電流值中的至少一個，決定所述重覆數。
再者，亦可將測定電路51追加於DC/DC轉換器63的輸出側。此種情形下，控制電路53可基於被輸入於PCS 14的電流及電壓的測量結果、與自DC/DC轉換器63輸出的電流及電壓的測量結果對DC/DC轉換器63進行控制。又，重覆數決定部44可基於自太陽能電池陣列15經由接線盒13輸出的電流的直流電流值、與自太陽能電池陣列15經由接線盒13及DC/DC轉換器63輸出的電流的直流電流值中的至少一個，決定所述重覆數。
[實施形態3]
以下，基於圖式對本揭示的又一實施形態進行說明。在本實施形態的太陽光發電系統1中，為了將太陽光光能更有效地變換為電力，而利用優化器以太陽能電池模組21為單位進行由PCS 14進行至今的電力的最佳化。
以下，基於圖式對本揭示的又一實施形態進行說明。在本實施形態的太陽光發電系統1中，為了將太陽光光能更有效地變換為電力，而利用優化器以太陽能電池模組21為單位進行由PCS 14進行至今的電力的最佳化。
圖9是表示設置於各太陽能電池模組21（直流電源）的優化器25（變換裝置）及電弧檢測裝置71的構成的一例的方塊圖。
優化器25將來自太陽能電池模組21的電力最佳化，並將輸出電力供給至太陽能電池串11的輸出線路22a。藉此，可提高電力自太陽能電池串11朝PCS 14的輸出效率。
電弧檢測裝置71檢測太陽能電池模組21、與太陽能電池模組21及優化器25之間的電路22c的電弧。電弧檢測裝置71與圖8同樣地包括交流用電流感測器31以及電弧檢測處理部39。交流用電流感測器31設置於電路22c。
優化器25具有與PCS 14的電流測量部61、電壓測量部62及DC/DC轉換器63同樣的構成。因此，優化器25測量來自太陽能電池模組21的電流，而取得所述電流的直流成分即直流電流值。
因此，在本實施形態中，優化器25將所取得的直流電流值輸入於CPU 35的重覆數決定部44。藉此，與圖2所示的電弧檢測裝置12同樣地，可抑制誤檢測的頻度且迅速地檢測到所述電弧的產生。再者，與圖8所示的PCS 14同樣地，優化器25可內置電弧檢測裝置71。
[實施形態4]
以下，基於圖式對本揭示的又一實施形態進行說明。在本實施形態的太陽光發電系統1中，為了將太陽光光能更有效地變換為電力，而利用優化器以複數個太陽能電池串11為單位進行由PCS 14進行至今的電力的最佳化。
以下，基於圖式對本揭示的又一實施形態進行說明。在本實施形態的太陽光發電系統1中，為了將太陽光光能更有效地變換為電力，而利用優化器以複數個太陽能電池串11為單位進行由PCS 14進行至今的電力的最佳化。
圖10是表示設置於本實施形態的太陽光發電系統1的優化器26（變換裝置）及電弧檢測裝置72、電弧檢測裝置73的構成的一例的方塊圖。
優化器26將來自複數個太陽能電池串11的電力分別最佳化，並將輸出電力供給至PCS 14。藉此，可提高電力自所述複數個太陽能電池串11朝PCS 14的輸出效率。
複數個電弧檢測裝置72分別檢測複數個太陽能電池串11的電弧。電弧檢測裝置72與圖8同樣地包括交流用電流感測器31以及電弧檢測處理部39。電弧檢測裝置72的交流用電流感測器31設置於輸出線路22a。
優化器26具有與PCS 14的電流測量部61、電壓測量部62及DC/DC轉換器63同樣的構成。因此，優化器26測量來自各太陽能電池串11的電流，而取得所述電流的直流成分即直流電流值。
因此，在本實施形態中，優化器26將各太陽能電池串11的直流電流值輸入於各電弧檢測裝置72的電弧檢測處理部39。藉此，與圖9所示的電弧檢測裝置71同樣地，可抑制誤檢測的頻度且迅速地檢測到在各太陽能電池串11的電弧的產生。
另一方面，電弧檢測裝置73檢測優化器26與PCS 14之間的電路24的電弧。電弧檢測裝置73與圖8同樣地包括交流用電流感測器31以及電弧檢測處理部39。電弧檢測裝置73的交流用電流感測器31設置於電路24。
優化器26測量或算出朝PCS 14輸入的最佳化的電力的電流，並取得所述電流的直流成分即直流電流值。因此，在本實施形態中，優化器26將朝PCS 14輸入的電力的直流電流值輸入於電弧檢測裝置73的電弧檢測處理部39。藉此，與圖9所示的電弧檢測裝置71同樣地，可抑制誤檢測的頻度且迅速地檢測到在電路24中的電弧的產生。
再者，與圖8所示的PCS 14同樣地，優化器26可內置電弧檢測裝置72、電弧檢測裝置73。
(變形例)
在圖10所示的太陽光發電系統1中，設置有3個電弧檢測處理部39，亦可將此3個設為1個電弧檢測處理部39。此種情形下，可設置將來自3個交流用電流感測器31的訊號進行切換並朝電弧檢測處理部39輸出的切換器。此時，雖然難以不斷地檢測電弧的有無，但可將裝置規模小型化。
在圖10所示的太陽光發電系統1中，設置有3個電弧檢測處理部39，亦可將此3個設為1個電弧檢測處理部39。此種情形下，可設置將來自3個交流用電流感測器31的訊號進行切換並朝電弧檢測處理部39輸出的切換器。此時，雖然難以不斷地檢測電弧的有無，但可將裝置規模小型化。
[利用軟體的實現例]
電弧檢測裝置12、電弧檢測裝置71～電弧檢測裝置73的控制區塊（特別是CPU 35）即可藉由形成於積體電路（IC晶片）等的邏輯電路（硬體）實現，亦可藉由軟體實現。
電弧檢測裝置12、電弧檢測裝置71～電弧檢測裝置73的控制區塊（特別是CPU 35）即可藉由形成於積體電路（IC晶片）等的邏輯電路（硬體）實現，亦可藉由軟體實現。
在為後者時，電弧檢測裝置12、電弧檢測裝置71～電弧檢測裝置73包括執行實現各功能的軟體即程式的命令的電腦。所述電腦包括例如1個以上的處理器，且包括記憶所述程式的電腦可讀取的記錄媒體。並且，在所述電腦中，藉由所述處理器自所述記錄媒體讀取所述程式並執行，而達成本發明的目的。作為所述處理器，可使用例如CPU。作為所述記錄媒體，除了「非暫時性的有形的媒體」，例如唯讀記憶體（Read Only Memory，ROM）等以外，還可使用磁帶、碟、卡、半導體記憶體、可程式化的邏輯電路等。又，亦可更包括將所述程式進行展開的隨機存取記憶體（Random Access Memory，RAM）等。又，所述程式亦可經由可傳送該程式的任意的傳送媒體(通訊網路或播送波等)被供給至所述電腦，再者，本發明的一個態樣亦可以所述程式利用電子傳送而被具體化的被載置於載波之資料訊號的形態實現。
[附記事項]
再者，在所述實施形態中，是根據所述交流電流訊號的功率譜判定電弧的有無，但並不限定於此。例如，如圖3（a）所示，若產生電弧，則交流電流訊號的振幅增大。因此，亦可根據所述交流電流訊號的振幅判定電弧的有無。
再者，在所述實施形態中，是根據所述交流電流訊號的功率譜判定電弧的有無，但並不限定於此。例如，如圖3（a）所示，若產生電弧，則交流電流訊號的振幅增大。因此，亦可根據所述交流電流訊號的振幅判定電弧的有無。
又，在所述實施形態中，是將本發明應用於太陽光發電系統，但並不限定於此，可將本發明應用於包括直流電源的任意的電源系統。作為所述直流電源，除了太陽光發電裝置以外，還可舉出藉由氫燃料與空氣中的氧的電性化學反應，而利用氫燃料能夠獲得電能（直流電力）的燃料電池裝置、蓄積電能的蓄電池、電容器等蓄電器等。
本發明並不限定於所述各實施形態，可在申請專利範圍所示的範圍內進行各種變更，對於適當組合不同的實施形態所分別揭示的技術手段而獲得的實施形態，亦包含於本發明的技術範圍內。
1：太陽光發電系統（直流電源系統）
11：太陽能電池串（直流電源）
12、71、72、73：電弧檢測裝置
13：接線盒
14：PCS（變換裝置）
15：太陽能電池陣列（直流電源）
21：太陽能電池模組（直流電源）
22a、22b：輸出線路
23：二極體
22c、24：電路
25、26：優化器（變換裝置）
31：交流用電流感測器（電流測量部）
32、37：放大器
33：濾波器
34、38：A/D變換部
35：CPU（中央處理單元）
36：直流用電流感測器（電流測量部）
39：電弧檢測處理部
41：FFT處理部
42：代表值取得部
43：電弧有無判定部（電弧判定部）
44：重覆數決定部
51：測定電路
52：電力變換電路
53：控制電路（控制部）
61：電流測量部
62：電壓測量部
63：DC/DC轉換器（變換部）
64：DC/AC轉換器
65：直流電流值取得部
80：電力系統
C：電容器
S11～S21、S31～S34、S41～S43：步驟
11：太陽能電池串（直流電源）
12、71、72、73：電弧檢測裝置
13：接線盒
14：PCS（變換裝置）
15：太陽能電池陣列（直流電源）
21：太陽能電池模組（直流電源）
22a、22b：輸出線路
23：二極體
22c、24：電路
25、26：優化器（變換裝置）
31：交流用電流感測器（電流測量部）
32、37：放大器
33：濾波器
34、38：A/D變換部
35：CPU（中央處理單元）
36：直流用電流感測器（電流測量部）
39：電弧檢測處理部
41：FFT處理部
42：代表值取得部
43：電弧有無判定部（電弧判定部）
44：重覆數決定部
51：測定電路
52：電力變換電路
53：控制電路（控制部）
61：電流測量部
62：電壓測量部
63：DC/DC轉換器（變換部）
64：DC/AC轉換器
65：直流電流值取得部
80：電力系統
C：電容器
S11～S21、S31～S34、S41～S43：步驟
圖1是表示包括本揭示的一個實施形態的電弧檢測裝置的太陽光發電系統的構成的一例的概略電路圖。
圖2是表示所述電弧檢測裝置的構成的一例的方塊圖。
圖3（a）是表示利用所述電弧檢測裝置中的電流感測器檢測到的電流訊號的時間波形的圖表，圖3（b）是表示所述電弧檢測裝置的中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）所產生的電流訊號的功率譜的波形的圖表。
圖4是表示所述電弧檢測裝置的動作的一例的流程圖。
圖5是表示所述太陽光發電系統的變形例的概略電路圖。
圖6是表示所述電弧檢測裝置的動作的另一例的流程圖。
圖7是表示所述電弧檢測裝置的動作的又一例的流程圖。
圖8是表示本揭示的另一實施形態的太陽光發電系統的PCS的構成的一例的方塊圖。
圖9是表示在本揭示的又一實施形態的太陽光發電系統中，設置於各太陽能電池模組的優化器及電弧檢測裝置的構成的一例的方塊圖。
圖10是表示設置於本揭示的又一實施形態的太陽光發電系統的優化器及電弧檢測裝置的構成的一例的方塊圖。
圖2是表示所述電弧檢測裝置的構成的一例的方塊圖。
圖3（a）是表示利用所述電弧檢測裝置中的電流感測器檢測到的電流訊號的時間波形的圖表，圖3（b）是表示所述電弧檢測裝置的中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）所產生的電流訊號的功率譜的波形的圖表。
圖4是表示所述電弧檢測裝置的動作的一例的流程圖。
圖5是表示所述太陽光發電系統的變形例的概略電路圖。
圖6是表示所述電弧檢測裝置的動作的另一例的流程圖。
圖7是表示所述電弧檢測裝置的動作的又一例的流程圖。
圖8是表示本揭示的另一實施形態的太陽光發電系統的PCS的構成的一例的方塊圖。
圖9是表示在本揭示的又一實施形態的太陽光發電系統中，設置於各太陽能電池模組的優化器及電弧檢測裝置的構成的一例的方塊圖。
圖10是表示設置於本揭示的又一實施形態的太陽光發電系統的優化器及電弧檢測裝置的構成的一例的方塊圖。
Claims (10)
- 一種電弧檢測裝置，包括：電弧判定部，基於來自發電或充放電的直流電源的交流電流判定電弧的有無；以及重覆數決定部，基於來自所述直流電源的直流電流，決定所述電弧判定部為了臨時判定電弧的有無而重覆進行的處理的重覆數。
- 如申請專利範圍第1項所述的電弧檢測裝置，其中所述重覆數為所述電弧判定部為了判定電弧的有無而重覆擷取所述交流電流的資料的次數。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電弧檢測裝置，其中所述電弧判定部基於所述交流電流臨時判定電弧的有無，且重覆所述臨時判定，並基於臨時判定的有電弧的次數最終判定電弧的有無。
- 如申請專利範圍第3項所述的電弧檢測裝置，其中所述重覆數為所述電弧判定部重覆所述臨時判定的次數。
- 如申請專利範圍第3項所述的電弧檢測裝置，其中所述重覆數為藉由所述電弧判定部重覆所述臨時判定，而臨時判定的有電弧的次數。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電弧檢測裝置，更包括：電流測量部，測量來自所述直流電源的電流。
- 一種直流電源系統，包括：發電或充放電的直流電源；以及如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的電弧檢測裝置。
- 如申請專利範圍第7項所述的直流電源系統，更包括變換裝置，所述變換裝置包括：將來自所述直流電源的直流電力的電壓進行變換的變換部；以及控制所述變換部的控制部，所述電弧檢測裝置自所述變換裝置的所述控制部取得所述直流電源的值。
- 一種非暫時性電腦可讀取的記錄媒體，記錄控制程式，所述控制程式用於使電腦發揮申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的電弧檢測裝置的功能。
- 一種電弧檢測裝置的控制方法，包括：電弧判定步驟，基於來自發電或充放電的直流電源的交流電流判定電弧的有無；以及重覆數決定步驟，基於來自所述直流電源的直流電流，決定在所述電弧判定步驟中為了臨時判定電弧的有無而重覆進行的處理的重覆數。
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