JP6834334B2 - Arc failure detection system - Google Patents
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Description
本発明は、太陽光発電システム等の直流発電システムや直流の電力供給システムにおいて、分岐系統や主幹系統に発生するアークを検出するためのアーク故障検出システムに関するものである。 The present invention, in a DC power system and a DC power supply system for photovoltaic systems or the like, and relates to arc fault detection system for detecting an arc generated branch lines and trunk lines.
太陽光発電システム等の直流回路におけるアークを検出する従来技術として、以下に示すものが提案されている。
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。
The following are proposed as conventional techniques for detecting an arc in a DC circuit such as a photovoltaic power generation system.
For example, in the arc detecting means described in
また、特許文献2に記載されたアーク検出装置は、メガソーラのように太陽電池パネルの数が多く複数の箇所に配置されており、かつ、パワーコンディショナ(PCS)のインバータのスイッチングノイズが重畳するような直流回路への適用を前提としている。
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。
Further, the arc detection device described in
In this arc detection device, the voltage across a DC circuit in which a plurality of solar cell panels are connected in series is detected, the output is converted into a power spectrum, and then the frequency band corresponding to the switching noise of the inverter is removed and removed. When the gradient of the power spectrum obtained at a plurality of points of the subsequent power spectrum exceeds a predetermined reference value, the generation of an arc in the DC circuit is determined.
特許文献1に記載された従来技術では、その原理上、端子台の近傍、言い換えれば電圧センサの近傍でアークが発生し、電圧等が変動した場合に検出できるものである。しかしながら、特にメガソーラ等の大規模な太陽光発電システムでは、ケーブルが長距離にわたって敷設されているため、ケーブルの断線等に起因するアーク故障が様々な箇所で発生する場合がある。
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。
In the prior art described in
For this reason, it is difficult to detect an arc failure that occurs in a cable or the like on the solar cell panel side from the terminal block because there is almost no sudden voltage fluctuation at the installation position of the voltage sensor near the terminal block.
また、特許文献2に記載された従来技術は、アーク発生時に発生する電圧の高周波成分に着目した検出方法であるが、主幹系統に接続された複数の分岐系統(ストリング)のうち、故障が発生した系統と健全な系統とを区別して検出するためには、逆流防止ダイオード付きの太陽光発電システムであることを必要とする。
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。
Further, the conventional technique described in
However, in the global mainstream of photovoltaic power generation systems in recent years, PV fuses are used as a safety measure against backflow. According to this type of system, since the detection method described in
That is, it was not possible to determine the faulty system depending on the configuration of the photovoltaic power generation system, and it was difficult to stably continue the photovoltaic power generation.
上記の点に鑑み、出願人は、特願2016−161009号(以下、先願という)として、アーク故障が発生した分岐系統や主幹系統の特定を容易にし、故障箇所を切り離して健全系統からの電力供給を継続可能としたアーク故障検出システムを既に出願している。 In view of the above points, the applicant, as Japanese Patent Application No. 2016-161009 (hereinafter referred to as the prior application), facilitates the identification of the branch system or the main system in which the arc failure has occurred, and separates the failure location from the sound system. We have already applied for an arc failure detection system that enables continuous power supply.
この先願発明は、例えば図16に示すように、交流電源系統100、パワーコンディショナ(PCS)1、断路用開閉器11、直流母線40、電圧検出装置25を有する主幹系統と、直流母線40の正側母線Pと負側母線Nとの間に接続された分岐系統A,Bと、を備えたシステムにおいて、分岐系統A,Bは、太陽電池パネル4,5から直流母線40に至る経路に流れる電流を検出する電流検出装置21,22をそれぞれ有し、これらの電流検出装置21,22による電流検出値の周波数スペクトルに基づいて、各分岐系統A,Bにおける直列アーク故障を検出するものである。なお、分岐系統A,Bにおいて、12,13は断路用開閉器、14,15は短絡用開閉器である。
As shown in FIG. 16, the prior invention comprises a main system having an AC
ここで、直列アーク故障とは、単一の直流線路上で発生するアーク故障を言い、下記の並列アーク故障とは、正負の直流線路間で発生するアーク故障を言う。
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。
Here, the series arc failure refers to an arc failure that occurs on a single DC line, and the following parallel arc failure refers to an arc failure that occurs between positive and negative DC lines.
That is, in the case of parallel arc failure in each branch system, the current detection value of the branch system in which the failure occurred becomes a peculiar value due to the inflow of current from another system, and the voltage detection value of the
また、主幹系統の直列アーク故障は、全ての分岐系統A,Bにおける電圧検出値にアーク故障特有の信号成分が含まれることから検出され、主幹系統の並列アーク故障は、主幹系統の電圧検出値がアーク電圧相当値(数10[V])まで低下し、分岐系統における電流検出値は健全時と比較して変化がないことに基づいて検出される。 In addition, the series arc failure of the main system is detected because the voltage detection values in all the branch systems A and B contain signal components peculiar to the arc failure, and the parallel arc failure of the main system is the voltage detection value of the main system. Is reduced to the arc voltage equivalent value (several tens of [V]), and the current detection value in the branch system is detected based on the fact that there is no change as compared with the normal state.
さて、図16の分岐系統A,Bのように、直流母線40から太陽電池パネル4,5に向かう電流を阻止するための逆流防止ダイオード(図示せず)を備えていない場合には、直列・並列アーク故障の検出、故障系統の特定が可能である。
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。
By the way, when the backflow prevention diode (not shown) for blocking the current from the
However, when the above-mentioned backflow prevention diode is provided in the branch system, even if a parallel arc failure occurs in one branch system, no current flows from another healthy system, and voltage fluctuation cannot be detected. Therefore, there is a problem that the parallel arc failure cannot be detected.
国内の太陽光発電システムでは、通常、分岐系統と主幹系統とを接続する接続箱に逆流防止ダイオードが取り付けられており、このようなシステムにおいても分岐系統の直列・並列アーク故障を検出可能であることが求められている。 In domestic photovoltaic power generation systems, a backflow prevention diode is usually attached to the junction box that connects the branch system and the main system, and even in such a system, series / parallel arc failure of the branch system can be detected. Is required.
そこで、本発明の解決課題は、分岐系統に逆流防止ダイオードが設けられている直流系統において、分岐系統または主幹系統における直列アーク故障及び並列アーク故障を確実に検出可能としたアーク故障検出システムを提供することにある。 Therefore, solving problems of the present invention, in a DC system of blocking diode is provided in the branch line, a reliably detectable with the arc fault detection system series arcing faults and parallel arc faults in a branch line or trunk line To provide.
上記課題を解決するため、請求項1に係るアーク故障検出システムは、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。
In order to solve the above problem, the arc failure detection system according to
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system .
Has a branch mains voltage detector for detecting a voltage across the front Symbol backflow prevention element,
It is characterized in that when the voltage detection value by the branch system side voltage detection device of one said branch system exceeds a predetermined branch system side threshold value, a parallel arc failure generated between positive and negative DC lines in the branch system is detected. And.
請求項2に係るアーク故障検出システムは、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。
The arc failure detection system according to
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system .
It has a branch system side voltage detection device that detects the voltage across the backflow prevention element .
When the voltage detection value by the branch system side voltage detection device installed in the branch system contains a vibration component peculiar to an arc failure, a series arc failure occurring on one DC line in the branch system is detected. It is characterized by that.
請求項3に係るアーク故障検出システムは、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。
The arc failure detection system according to
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system.
A main system side voltage detection device that detects the line voltage between the positive bus and the negative bus, and
A branch mains voltage detector for detecting a voltage across the backflow prevention element,
Have,
The voltage detection values by the branch system side voltage detection devices installed in all the branch systems include vibration components peculiar to arc failure, and the voltage detection values by the main system side voltage detection devices are on the predetermined main system side. It is characterized by detecting a parallel arc failure that occurs between positive and negative bus lines in the main system when the voltage falls below the threshold value.
請求項4に係るアーク故障検出システムは、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。
The arc failure detection system according to
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system.
It has a branch system side voltage detection device that detects the voltage across the backflow prevention element.
Detecting a series arc failure that occurred on one of the bus lines in the main system when the voltage detection value by the voltage detection device on the branch system side installed in all the branch systems contains a vibration component peculiar to an arc failure. It is characterized by.
請求項5に係るアーク故障検出システムは、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。
The arc failure detection system according to
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system.
A shunt resistor connected in series with the backflow prevention element,
A branch system side voltage detection device that detects the voltage across the series circuit of the backflow prevention element and the shunt resistor, and
Have,
When the voltage value detected by the branch mains voltage detecting device of one of the branch lines exceeds a predetermined branching system side threshold, that you detect a parallel arc fault occurring between the positive and negative DC line in the branch line It is a feature.
請求項6に係るアーク故障検出システムは、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。
The arc failure detection system according to claim 6 includes a DC bus constituting the main system and one or more branch systems having a DC power generation facility connected between the positive bus and the negative bus of the DC bus. With,
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system.
A shunt resistor connected in series with the backflow prevention element,
A branch system side voltage detection device that detects the voltage across the series circuit of the backflow prevention element and the shunt resistor, and
Have,
Sometimes included in the voltage values detected by the installed in one of the branch lines the branch mains voltage detecting device arcing faults peculiar vibration component, a series arc fault occurs on one side of the DC line in the branch line It is characterized by detecting.
請求項7に係るアーク故障検出システムは、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。
The arc failure detection system according to
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system.
A main system side voltage detection device that detects the line voltage between the positive bus and the negative bus, and
A shunt resistor connected in series with the backflow prevention element,
A branch system side voltage detection device that detects the voltage across the series circuit of the backflow prevention element and the shunt resistor, and
Have,
All of the arc fault specific vibration component in the voltage values detected by the installed the branch mains voltage detecting apparatus to the branch line included, and the main trunk mains voltage detector voltage detection value is a predetermined main trunk mains by sometimes below the threshold, and detecting the parallel arc fault has occurred between the positive and negative busbars on the main trunk line.
請求項8に係るアーク故障検出システムは、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。
The arc failure detection system according to claim 8 includes a DC bus constituting the main system and one or a plurality of branch systems having a DC power generation facility connected between the positive bus and the negative bus of the DC bus. With,
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system.
A shunt resistor connected in series with the backflow prevention element,
A branch system side voltage detection device that detects the voltage across the series circuit of the backflow prevention element and the shunt resistor, and
Have,
All of the at the voltage value detected by the branch mains voltage detecting device installed in a branch line that includes arc fault inherent vibration component, a series arc fault occurs on one side of the bus in the main trunk line It is characterized by detecting.
請求項9に係るアーク故障検出システムは、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。
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。
Arc fault detection system according to claim 9, Oite the arc fault detection system according to any one of claims 1-8,
The branch system includes a switch for disconnection that opens and closes between the DC bus and the DC power generation facility, and a short-circuit switch for short-circuiting between the positive and negative DC lines on the output side of the DC power generation facility. Yes, characterized in that.
The arc failure detection system according to claim 10 is the arc failure detection system according to any one of
The DC power generation facility is a photovoltaic power generation facility, and the DC bus is connected to an AC power supply system via a power conditioner.
本発明によれば、分岐系統に逆流防止ダイオードがそれぞれ接続された直流系統において、分岐系統または主幹系統における直列アーク故障や並列アーク故障の発生並びに故障系統を確実に検出することができる。 According to the present invention, in a DC system in which a backflow prevention diode is connected to each branch system, it is possible to reliably detect the occurrence of a series arc failure or a parallel arc failure in the branch system or the main system, and the failure system.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an arc failure detection system according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same parts as those in FIG. 16 are assigned the same numbers, and the differences from FIG. 16 will be mainly described below. Needless to say, the number of branch systems connected to the
この第1実施形態では、主幹系統の正側母線Pと分岐系統A,Bの電流検出装置21,22との間に、逆流防止ダイオード2,3が図示の極性でそれぞれ接続されている。また、これらのダイオード2,3の両端には、分岐系統側電圧検出装置23,24がそれぞれ接続されている。
In this first embodiment, the
次に、本実施形態の動作を、図2〜図5を参照しつつ説明する。
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。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 5.
FIG. 2 is an operation explanatory diagram when a parallel arc failure occurs in the branch system. Here, the parallel arc failure means a failure in which an arc is generated between the positive and negative DC lines between the
いま、図2に示すように分岐系統Aにおいて並列アーク31が発生すると、太陽電池パネル4から出力された電流は並列アーク31を通る経路aを経て太陽電池パネル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、健全な分岐系統Bから分岐系統Aに電流が流入することもない。
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。
Now, when a
That is, since the current in which the signal component peculiar to the arc failure is superimposed and the current from the branch system B do not flow in the
In FIG. 2, c and d indicate the current path between the branch system B and PCS1.
一方、並列アーク故障が発生した分岐系統Aの線間電圧は、並列アーク31によるアーク電圧である数10[V]まで低下し、主幹系統の線間電圧(太陽電池パネル4,5の動作電圧である数100〜1,000[V])との間に電位差が生じる。
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。
On the other hand, the line voltage of the branch system A in which the parallel arc failure occurred drops to several tens of [V], which is the arc voltage of the
This potential difference is measured by the
図3(a)は、分岐系統Aにおいて時刻t1に並列アーク31が発生した場合に、電圧検出装置23により検出される電圧を示す特性図であり、ΔVは並列アーク発生前後の電位差である。なお、図3(b)は、健全系統Bの電圧特性図であり、並列アークの発生前後で電圧検出値は変化していない。
3 (a) shows the case where a
並列アーク故障が発生していない健全時には、分岐系統Aの電圧検出装置23による検出値は、逆流防止ダイオード2の端子間電圧、例えば数10[mV]程度の大きさである。
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。
When the parallel arc failure does not occur and the voltage is sound, the voltage detected by the
On the other hand, when the
次に、図4は、分岐系統Aの並列アーク故障を検出した場合の保護動作を示しており、32は消弧後の並列アークである。
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。
Next, FIG. 4 shows a protection operation when a parallel arc failure of the branch system A is detected, and FIG. 32 is a parallel arc after the arc is extinguished.
When the parallel arc is detected by the operation of the
この第1実施形態において、分岐系統A,Bの片側の直流線路で発生した直列アーク故障は、後述する図7に示すように、電圧検出装置23または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。
In this first embodiment, the series arc failure generated in the DC line on one side of the branch systems A and B is the vibration peculiar to the arc failure in the voltage detection value by the
Further, in the parallel arc failure occurring between the positive and negative bus lines P and N of the main system, the voltage detection values of the
Further, the series arc failure generated on the bus on one side of the main system is detected based on the fact that the voltage detection values of the
次いで、本発明の第2実施形態について説明する。
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。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 is a configuration diagram of an arc failure detection system according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same parts as those in the first embodiment of FIG. 1 are assigned the same numbers, and the differences from FIG. 1 will be mainly described below.
この第2実施形態では、逆流防止ダイオード2,3にシャント抵抗41,42がそれぞれ直列に接続されていると共に、逆流防止ダイオード2とシャント抵抗41との直列回路に並列に分岐系統側電圧検出装置23が接続され、逆流防止ダイオード3とシャント抵抗42との直列回路に並列に分岐系統側電圧検出装置24が接続されている。なお、図1における電流検出装置21,22は除去されている。
In this second embodiment, the
次に、本実施形態の動作を、図6〜図15を参照しつつ説明する。
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。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 15.
FIG. 6 is an operation explanatory view when a
In this case, the current between the
この時、分岐系統BとPCS1との間で経路c,dを流れる電流には、直列アーク33による前記信号成分がほとんど重畳されないので、分岐系統Bの電圧検出装置24が図7(a)の振動成分を検出することはなく、電圧検出装置24による電圧検出値は図7(b)のようになる。これは、図示されていない他の健全系統においても同様である。
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。
At this time, since the signal component by the
Further, even the
Therefore, the series arc failure generated in the branch system can be detected only by the voltage detection device in the branch system, and the branch system can be specified as the failure system.
図8は、直列アーク故障を検出した場合の保護動作を示しており、34は消弧後の直列アークである。
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。
FIG. 8 shows a protection operation when a series arc failure is detected, and FIG. 34 is a series arc after the arc is extinguished.
After detecting the series arc, the branch system A is separated from the
次いで、図9は、主幹系統の正側母線P上で直列アーク故障が発生した場合の動作説明図である。
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。
Next, FIG. 9 is an operation explanatory diagram when a series arc failure occurs on the positive bus P of the main trunk system.
When healthy, the output current of the
このため、分岐系統A,Bの電圧検出装置23,24による電圧検出値にも、上記の信号成分が重畳する。従って、全ての電圧検出装置23,24による電圧検出値に着目することにより、主幹系統で何らかのアーク故障が発生したことを検出可能である。
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。
Therefore, the above signal components are also superimposed on the voltage detection values by the
However, it is not possible to determine whether the arc failure generated in the main system is a series arc failure or a parallel arc failure only by the voltage detection values of the
ここで、図9に示したように主幹系統で直列アーク35が発生しても、主幹系統の線間電圧検出値に変動は生じないが、例えば、正負の母線P,Nが線間短絡して並列アーク故障が発生した場合には、線間電圧がアーク電圧相当値まで低下する。
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。
Here, even if the
Therefore, a predetermined threshold value (main system side threshold value in the claim) is provided for the line voltage detection value by the
つまり、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が検出された場合には主幹系統において何らかのアーク故障が発生したと判断し、かつ、主幹系統の電圧検出装置25による線間電圧検出値が主幹系統側閾値以上である場合を直列アーク故障と判別し、上記閾値未満である場合を並列アーク故障と判別すれば良い。
That is, when the signal components peculiar to the arc failure are detected by the
なお、メガソーラ等の大規模な設備では、分岐系統の数が多くなり、発電量にばらつきが生じることが考えられる。このため、電圧検出装置により検出される信号にもばらつきが生じ、特定の分岐系統では検出閾値以下まで信号が低下することが考えられる。このため、主幹系統で発生したアーク故障の種類を判別する際には、複数の分岐系統(例えば、3系統以上)の電圧検出装置によりアーク故障特有の信号成分が検出された場合に、主幹系統において直列アーク35が発生したと判別することが考えられる。
In large-scale equipment such as mega solar, the number of branch systems may increase and the amount of power generation may vary. Therefore, it is conceivable that the signal detected by the voltage detection device also varies, and the signal drops to the detection threshold value or less in a specific branch system. Therefore, when determining the type of arc failure that has occurred in the main system, when a signal component peculiar to the arc failure is detected by the voltage detection devices of a plurality of branch systems (for example, three or more systems), the main system It is conceivable to determine that the
図10は、主幹系統の直列アーク故障を検出した場合の保護動作を示しており、36は消弧後の直列アークである。
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。
FIG. 10 shows a protection operation when a series arc failure of the main trunk system is detected, and 36 is a series arc after the arc is extinguished.
When a series arc failure is detected in the main system, the
次に、図11は、分岐系統Aにおいて並列アーク31が発生した場合の動作を示している。
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。
Next, FIG. 11 shows the operation when the
Similar to the case of FIG. 2 described above, the output current of the
Therefore, the
この場合には、図2、図3(a)と同様に、並列アーク31の発生時には、電圧検出装置23により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が検出されるため、電圧検出装置23による電圧検出値に所定の閾値(分岐系統側閾値)を設けることで並列アーク31を検出可能である。この閾値は、前記同様に、例えばアーク電圧<閾値<主幹系統の線間電圧の範囲内で設定すれば良い。
In this case, as in FIGS. 2 and 3A, when the
図12は、分岐系統Aにおける並列アーク故障を検出した場合の保護動作を示しており、32は消弧後の並列アークである。
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。
FIG. 12 shows a protection operation when a parallel arc failure in the branch system A is detected, and FIG. 32 is a parallel arc after the arc is extinguished.
Similar to FIG. 4, when the parallel arc failure is detected, the short-
図13は、主幹系統の正負の母線P,N間で並列アーク故障が発生した場合の動作説明図である。
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。
FIG. 13 is an operation explanatory diagram when a parallel arc failure occurs between the positive and negative bus lines P and N of the main system.
When a parallel arc failure occurs in the main system, the output currents of the
Therefore, the parallel arcs are based on the fact that the
図14は、主幹系統の並列アーク故障を検出した場合の保護動作を示しており、38は消弧後の並列アークである。
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。
FIG. 14 shows a protection operation when a parallel arc failure of the main trunk system is detected, and 38 is a parallel arc after the arc is extinguished.
When a parallel arc failure is detected, the disconnecting switches 11, 12, and 13 of the main system and the branch systems A and B are all turned off to disconnect all the branch systems including the PCS1 and other branch systems from the main system. As a result, power is no longer supplied to the
次に、図15は、本発明の第3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。
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。
Next, FIG. 15 is a configuration diagram of an arc failure detection system according to a third embodiment of the present invention.
This embodiment corresponds to the one in which the
本発明は、太陽光発電システムを始めとして、直流発電設備及び逆流防止ダイオードを有する一または複数の分岐系統が主幹系統に接続されたシステムにおいて、分岐系統や主幹系統に発生した直列アーク故障や並列アーク故障を検出する場合に適用可能である。 According to the present invention, in a system in which one or more branch systems having a DC power generation facility and a backflow prevention diode are connected to the main system, such as a photovoltaic power generation system, a series arc failure or parallel occurrence occurs in the branch system or the main system. It can be applied when detecting an arc failure.
A,B:分岐系統
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
A, B: Branch system P: Positive bus N: Negative bus 1: Power conditioner (PCS)
2,3:
33, 35:
40:
Claims (10)
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。 It is provided with a DC bus constituting the main system and one or more branch systems having a DC power generation facility connected between the positive bus and the negative bus of the DC bus.
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system .
Has a branch mains voltage detector for detecting a voltage across the front Symbol backflow prevention element,
When the voltage detection value of one of the branch systems by the branch system side voltage detection device exceeds a predetermined branch system side threshold value, a parallel arc failure generated between positive and negative DC lines in the branch system is detected. Arc failure detection system.
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。 It is provided with a DC bus constituting the main system and one or more branch systems having a DC power generation facility connected between the positive bus and the negative bus of the DC bus.
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system .
It has a branch system side voltage detection device that detects the voltage across the backflow prevention element.
When the voltage detection value by the branch system side voltage detection device installed in the branch system contains a vibration component peculiar to an arc failure, a series arc failure occurring on one DC line in the branch system is detected. An arc failure detection system characterized by this.
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。 It is provided with a DC bus constituting the main system and one or more branch systems having a DC power generation facility connected between the positive bus and the negative bus of the DC bus.
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system.
A main system side voltage detection device that detects the line voltage between the positive bus and the negative bus, and
A branch mains voltage detector for detecting a voltage across the backflow prevention element,
Have,
The voltage detection values by the branch system side voltage detection devices installed in all the branch systems include vibration components peculiar to arc failure, and the voltage detection values by the main system side voltage detection devices are on the predetermined main system side. An arc failure detection system characterized in that a parallel arc failure that occurs between positive and negative bus lines in the main system is detected when the voltage falls below a threshold value.
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。 It is provided with a DC bus constituting the main system and one or more branch systems having a DC power generation facility connected between the positive bus and the negative bus of the DC bus.
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system.
It has a branch system side voltage detection device that detects the voltage across the backflow prevention element.
Detecting a series arc failure that occurred on one bus in the main system when the voltage detection value by the branch system side voltage detection device installed in all the branch systems contains a vibration component peculiar to an arc failure. An arc failure detection system featuring.
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。 It is provided with a DC bus constituting the main system and one or more branch systems having a DC power generation facility connected between the positive bus and the negative bus of the DC bus.
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system.
A shunt resistor connected in series with the backflow prevention element,
A branch system side voltage detection device that detects the voltage across the series circuit of the backflow prevention element and the shunt resistor, and
Have,
When the voltage detection value of one of the branch systems by the branch system side voltage detection device exceeds a predetermined branch system side threshold value, a parallel arc failure generated between positive and negative DC lines in the branch system is detected. arc fault detection system that.
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。 It is provided with a DC bus constituting the main system and one or more branch systems having a DC power generation facility connected between the positive bus and the negative bus of the DC bus.
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system.
A shunt resistor connected in series with the backflow prevention element,
A branch system side voltage detection device that detects the voltage across the series circuit of the backflow prevention element and the shunt resistor, and
Have,
Sometimes included in the voltage values detected by the installed in one of the branch lines the branch mains voltage detecting device arcing faults peculiar vibration component, a series arc fault occurs on one side of the DC line in the branch line An arc failure detection system characterized by detection.
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。 It is provided with a DC bus constituting the main system and one or more branch systems having a DC power generation facility connected between the positive bus and the negative bus of the DC bus.
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system.
A main system side voltage detection device that detects the line voltage between the positive bus and the negative bus, and
A shunt resistor connected in series with the backflow prevention element,
A branch system side voltage detection device that detects the voltage across the series circuit of the backflow prevention element and the shunt resistor, and
Have,
All of the arc fault specific vibration component in the voltage values detected by the installed the branch mains voltage detecting apparatus to the branch line included, and the main trunk mains voltage detector voltage detection value is a predetermined main trunk mains by sometimes below the threshold, an arc fault detection system and detects the malfunction parallel arc occurs between the positive and negative busbars on the main trunk line.
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。 It is provided with a DC bus constituting the main system and one or more branch systems having a DC power generation facility connected between the positive bus and the negative bus of the DC bus.
In a system in which a backflow prevention element for blocking a current in a direction from the positive bus to the DC power generation facility is connected to the branch system.
A shunt resistor connected in series with the backflow prevention element,
A branch system side voltage detection device that detects the voltage across the series circuit of the backflow prevention element and the shunt resistor, and
Have,
All of the at the voltage value detected by the branch mains voltage detecting device installed in a branch line that includes arc fault inherent vibration component, a series arc fault occurs on one side of the bus in the main trunk line An arc failure detection system characterized by detection.
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。 Oite the arc fault detection system according to any one of claims 1-8,
The branch system
Characterized in that it have a, a short-circuit switch for short-circuiting and disconnecting a switch for opening and closing, between DC line positive and negative output side of the DC power plant between the DC power generation equipment and the DC bus Arc failure detection system.
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。An arc failure detection system characterized in that the DC power generation facility is a photovoltaic power generation facility, and the DC bus is connected to an AC power supply system via a power conditioner.
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