特許 7582710 太陽光発電システム、並びに太陽光発電ストリングの地絡を検出する方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】太陽光発電システム、並びに太陽光発電ストリングの地絡を検出する方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/67 20060101AFI20241106BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20241106BHJP

   H02H 3/16 20060101ALI20241106BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20241106BHJP

   G01R 31/52 20200101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

G05F1/67 A

H02M7/48 M

H02H3/16 A

H02J3/38 130

G01R31/52

【請求項の数】 23

(21)【出願番号】P 2023518395

(86)(22)【出願日】2020-09-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-12

(86)【国際出願番号】 CN2020116710

(87)【国際公開番号】W WO2022061490

(87)【国際公開日】2022-03-31

【審査請求日】2023-04-28

(73)【特許権者】

【識別番号】521531171

【氏名又は名称】ファーウェイ デジタル パワー テクノロジーズ カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】ヤン，ボピン

(72)【発明者】

【氏名】ジャオ，ファン

【審査官】上野 力

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２７５２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０８２８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５１４３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０３９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１８９７１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－０３３８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５０７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３９７６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｆ １／６７

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｈ ３／１６

Ｈ０２Ｊ ３／３８

Ｇ０１Ｒ ３１／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽光発電アレイと、太陽光発電装置と、コントローラとを有する太陽光発電システムであって、
前記太陽光発電アレイは、ｍ個の太陽光発電ストリングを有し、ｍは１以上の整数であり、各太陽光発電ストリングが正極及び負極を持ち、各太陽光発電ストリングが、前記正極と前記負極との間の電圧である出力電圧を持ち、
前記太陽光発電装置は、ｍ個の電力変換回路を有し、該電力変換回路は前記太陽光発電ストリングと一対一に対応し、各太陽光発電ストリングが対応する電力変換回路に接続され、
前記コントローラは、電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得し、該端子電圧は、該太陽光発電ストリングの正極又は負極の対地電圧であり、各太陽光発電ストリングに対して電圧乱れを実行して、該電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得し、前記電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの前記端子電圧と前記電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの前記端子電圧とに基づいて、地絡あり太陽光発電ストリングを決定し、該地絡あり太陽光発電ストリングについて、前記電圧乱れ前の該太陽光発電ストリングの前記端子電圧及び前記出力電圧を用いて、該地絡あり太陽光発電ストリング内の地絡あり太陽光発電パネルを割り出す、又は、前記電圧乱れ後の該太陽光発電ストリングの前記端子電圧及び前記出力電圧を用いて、該地絡あり太陽光発電ストリング内の地絡あり太陽光発電パネルを割り出す、ように構成され、 各太陽光発電ストリングに対して前記電圧乱れを実行することは、各太陽光発電ストリングの前記出力電圧を制御して変化させることを有する、
システム。

【請求項2】

前記コントローラは、前記電圧乱れ前の前記太陽光発電ストリングの前記端子電圧と前記電圧乱れ後の前記太陽光発電ストリングの前記端子電圧との間の差の絶対値がプリセットの閾値を超える場合に、前記太陽光発電ストリングを地絡あり太陽光発電ストリングであると決定するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記コントローラは、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの前記出力電圧を、電圧増加方向に沿って変化するように又は電圧減少方向に沿って変化するように制御するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記コントローラは、前記電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの前記出力電圧を、前記電圧乱れ前の開路電圧から前記電圧乱れ後の第１のプリセット電圧まで変化するように制御するように構成され、前記第１のプリセット電圧は前記開路電圧よりも低い、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記コントローラは、前記電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの前記出力電圧を、前記電圧乱れ前の開路電圧から前記電圧乱れ後の短絡電圧まで変化するように制御するように構成される、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記コントローラは、前記地絡あり太陽光発電パネルを、前記電圧乱れ前の前記地絡あり太陽光発電ストリングの前記端子電圧と前記出力電圧との間の比率を用いることによって、及び該太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって割り出すように構成される、請求項２乃至４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項7】

前記コントローラは、前記端子電圧が前記正極の対地電圧である場合に、前記地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（Ｕｐｖ＋／Ｕｐｖ）
に従って割り出すように構成され、又は
前記端子電圧が前記負極の対地電圧である場合に、前記地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（１－｜Ｕｐｖ－｜／Ｕｐｖ）
に従って割り出すように構成され、
Ｕｐｖ＋は、前記電圧乱れ前の前記正極の対地電圧を表し、Ｕｐｖ－は、前記電圧乱れ前の前記負極の対地電圧を表し、Ｕｐｖは、前記電圧乱れ前の前記出力電圧を表し、Ｎは、前記地絡あり太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数を表し、ｘは、前記地絡あり太陽光発電ストリングの前記正極から始めてｘ番目の太陽光発電パネルを表す、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記コントローラは、前記地絡あり太陽光発電パネルを、前記電圧乱れ後の前記地絡あり太陽光発電ストリングの前記端子電圧と前記出力電圧との間の比率を用いることによって、及び該太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって割り出すように構成される、請求項２乃至４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項9】

前記コントローラは、前記端子電圧が前記正極の対地電圧である場合に、前記地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（Ｕｖ＋／Ｕｖ）
に従って割り出すように構成され、又は
前記端子電圧が前記負極の対地電圧である場合に、前記地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（１－｜Ｕｖ－｜／Ｕｖ）
に従って割り出すように構成され、
Ｕｖ＋は、前記電圧乱れ後の前記正極の対地電圧を表し、Ｕｖ－は、前記電圧乱れ後の前記負極の対地電圧を表し、Ｕｖは、前記電圧乱れ後の前記出力電圧を表し、Ｎは、前記地絡あり太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数を表し、ｘは、前記地絡あり太陽光発電ストリングの前記正極から始めてｘ番目の太陽光発電パネルを表す、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

太陽光発電ストリングの地絡を検出する方法であって、
電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得し、該端子電圧は、該太陽光発電ストリングの正極又は負極の対地電圧であり、各太陽光発電ストリングが、前記正極と前記負極との間の電圧である出力電圧を持ち、
各太陽光発電ストリングに対して電圧乱れを実行して、該電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得し、
前記電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの前記端子電圧と前記電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの前記端子電圧とに基づいて、地絡あり太陽光発電ストリングを決定し、
前記地絡あり太陽光発電ストリングについて、前記電圧乱れ前の該太陽光発電ストリングの前記端子電圧及び前記出力電圧を用いて、前記地絡あり太陽光発電ストリング内の地絡あり太陽光発電パネルを割り出す、又は、前記電圧乱れ後の該太陽光発電ストリングの前記端子電圧及び前記出力電圧を用いて、前記地絡あり太陽光発電ストリング内の地絡あり太陽光発電パネルを割り出す、
ことを有し、
各太陽光発電ストリングに対して前記電圧乱れを実行することは、各太陽光発電ストリングの前記出力電圧を制御して変化させることを有する、
方法。

【請求項11】

前記電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの前記端子電圧と前記電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの前記端子電圧とに基づいて、地絡あり太陽光発電ストリングを前記決定することは、
前記電圧乱れ前の前記太陽光発電ストリングの前記端子電圧と前記電圧乱れ後の前記太陽光発電ストリングの前記端子電圧との間の差の絶対値がプリセットの閾値を超える場合に、前記太陽光発電ストリングを地絡あり太陽光発電ストリングであると決定する、
ことを有する、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

各太陽光発電ストリングに対して電圧乱れを前記実行することは、
電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの前記出力電圧を、電圧増加方向に沿って変化するように又は電圧減少方向に沿って変化するように制御する、
ことを有する、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの前記出力電圧を電圧減少方向に沿って変化するように前記制御することは、
前記電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの前記出力電圧を、前記電圧乱れ前の開路電圧から前記電圧乱れ後の第１のプリセット電圧まで変化するように制御し、前記第１のプリセット電圧は前記開路電圧よりも低い、
ことを有する、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

各太陽光発電ストリングに対して電圧乱れを前記実行することは、
前記電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの前記出力電圧を、前記電圧乱れ前の開路電圧から前記電圧乱れ後の短絡電圧まで変化するように制御する、
ことを有する、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記電圧乱れ前の該太陽光発電ストリングの前記端子電圧及び前記出力電圧を用いて地絡あり太陽光発電パネルを前記割り出すことは、
前記地絡あり太陽光発電パネルを、前記電圧乱れ前の前記地絡あり太陽光発電ストリングの前記端子電圧と前記出力電圧との間の比率を用いることによって、及び該太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって割り出す、
ことを有する、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項16】

前記地絡あり太陽光発電パネルを、前記電圧乱れ前の前記地絡あり太陽光発電ストリングの前記端子電圧と前記出力電圧との間の比率を用いることによって、及び該太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって前記割り出すことは、
前記端子電圧が前記正極の対地電圧である場合に、前記地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（Ｕｐｖ＋／Ｕｐｖ）
に従って割り出す、又は
前記端子電圧が前記負極の対地電圧である場合に、前記地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（１－｜Ｕｐｖ－｜／Ｕｐｖ）
に従って割り出す、
ことを有し、
Ｕｐｖ＋は、前記電圧乱れ前の前記正極の対地電圧を表し、Ｕｐｖ－は、前記電圧乱れ前の前記負極の対地電圧を表し、Ｕｐｖは、前記電圧乱れ前の前記出力電圧を表し、Ｎは、前記地絡あり太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数を表し、ｘは、前記地絡あり太陽光発電ストリングの前記正極から始めてｘ番目の太陽光発電パネルを表す、
請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記電圧乱れ後の該太陽光発電ストリングの前記端子電圧及び前記出力電圧を用いて地絡あり太陽光発電パネルを前記割り出すことは、
前記地絡あり太陽光発電パネルを、前記電圧乱れ後の前記地絡あり太陽光発電ストリングの前記端子電圧と前記出力電圧との間の比率を用いることによって、及び該太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって割り出す、
ことを有する、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項18】

前記地絡あり太陽光発電パネルを、前記電圧乱れ後の前記地絡あり太陽光発電ストリングの前記端子電圧と前記出力電圧との間の比率を用いることによって、及び該太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって前記割り出すことは、
前記端子電圧が前記正極の対地電圧である場合に、前記地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（Ｕｖ＋／Ｕｖ）
に従って割り出す、又は
前記端子電圧が前記負極の対地電圧である場合に、前記地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（１－｜Ｕｖ－｜／Ｕｖ）
に従って割り出す、
ことを有し、
Ｕｖ＋は、前記電圧乱れ後の前記正極の対地電圧を表し、Ｕｖ－は、前記電圧乱れ後の前記負極の対地電圧を表し、Ｕｖは、前記電圧乱れ後の前記出力電圧を表し、Ｎは、前記地絡あり太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数を表し、ｘは、前記地絡あり太陽光発電ストリングの前記正極から始めてｘ番目の太陽光発電パネルを表す、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

地絡を検出する太陽光発電装置であって、電力変換回路と、コントローラと、電圧検出回路とを有し、
前記電力変換回路と太陽光発電ストリングとが一対一に対応し、各太陽光発電ストリングが対応する電力変換回路に接続され、各太陽光発電ストリングが正極及び負極を持ち、各太陽光発電ストリングが、前記正極と前記負極との間の電圧である出力電圧を持ち、
前記電圧検出回路は、電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得するように構成され、該端子電圧は、該太陽光発電ストリングの前記正極又は前記負極の対地電圧であり、
前記コントローラは、各太陽光発電ストリングに対して電圧乱れを実行するように構成され、
前記電圧検出回路は更に、前記電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得するように構成され、
前記コントローラは更に、前記電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの前記端子電圧と前記電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの前記端子電圧とに基づいて、地絡あり太陽光発電ストリングを決定し、該地絡あり太陽光発電ストリングについて、前記電圧乱れ前の該太陽光発電ストリングの前記端子電圧及び前記出力電圧を用いて、該地絡あり太陽光発電ストリング内の地絡あり太陽光発電パネルを割り出す、又は、前記電圧乱れ後の該太陽光発電ストリングの前記端子電圧及び前記出力電圧を用いて、該地絡あり太陽光発電ストリング内の地絡あり太陽光発電パネルを割り出す、ように構成され、
各太陽光発電ストリングに対して前記電圧乱れを実行することは、各太陽光発電ストリングの前記出力電圧を制御して変化させることを有する、
太陽光発電装置。

【請求項20】

前記コントローラは、前記電圧乱れ前の前記太陽光発電ストリングの前記端子電圧と前記電圧乱れ後の前記太陽光発電ストリングの前記端子電圧との間の差の絶対値がプリセットの閾値を超える場合に、前記太陽光発電ストリングを地絡あり太陽光発電ストリングであると決定するように構成される、請求項１９に記載の太陽光発電装置。

【請求項21】

前記コントローラは、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの前記出力電圧を、電圧増加方向に沿って変化するように又は電圧減少方向に沿って変化するように制御するように構成される、請求項１９に記載の太陽光発電装置。

【請求項22】

前記コントローラは、前記電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの前記出力電圧を、前記電圧乱れ前の開路電圧から前記電圧乱れ後の第１のプリセット電圧まで変化するように制御するように構成され、前記第１のプリセット電圧は前記開路電圧よりも低い、請求項２１に記載の太陽光発電装置。

【請求項23】

前記コントローラは、前記地絡あり太陽光発電パネルを、前記電圧乱れ前の前記地絡あり太陽光発電ストリングの前記端子電圧と前記出力電圧との間の比率を用いることによって、及び該太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって割り出すように構成される、請求項２０乃至２２のいずれか一項に記載の太陽光発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この出願は、太陽光発電技術の分野に関し、特に、太陽光発電システム、並びに太陽光発電ストリングの地絡を検出する方法及び装置に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、太陽光発電がますます評価されるようになっている。太陽光発電アレイによって出力される直流がインバータによって交流に変換され、そして、該交流が交流送電網に返され得る。電力出力を向上させるために、太陽光発電アレイは、一般に、直列及び並列に接続された複数の太陽光発電ストリングを含む。

【0003】

実際の適用において、太陽光発電アレイは、接地故障としても知られる地絡を起こしがちである。太陽光発電アレイの地絡の一般的な原因は、太陽光発電アレイのケーブル絶縁損傷、太陽光発電ストリングにおけるアースへの回路短絡、天候若しくは他の理由による太陽光発電アレイにおけるアースへの一時的な回路短絡、又はこれらに類するものを含む。太陽光発電アレイが地絡に遭遇すると、大きい漏れ電流が発生し、それが安全上の事故を引き起こし得る。

【0004】

ＩＥＣ ６２１０９－２標準によれば、太陽光発電インバータが電力投入される前に、太陽光発電アレイの対地直流絶縁抵抗（direct current insulation resistance to earth）を検出する必要がある。非絶縁式の適用シナリオにおいて、直流絶縁抵抗が低い（これは漏れ電流要件を満たすことができない）とき、直流絶縁抵抗が正常値に回復するまで、インバータに電力投入することができない。

【0005】

現在、太陽光発電システムが、直流絶縁抵抗を検出することによって、地絡が発生していると判定するとき、地絡の具体的な位置を割り出すことができず、現場で太陽光発電ストリングを１つずつ手動で検査する必要があり、これは時間がかかり非効率的である。

【発明の概要】

【0006】

この出願は、太陽光発電ストリングに地絡があるかを検出し、具体的な障害位置を自動的に割り出し、それにより効率を向上させるための、太陽光発電システム、並びに太陽光発電ストリングの地絡を検出する方法及び装置を提供する。

【0007】

この出願の一実施形態は太陽光発電システムを提供し、当該太陽光発電システムは、太陽光発電アレイと、太陽光発電装置と、コントローラとを含む。太陽光発電アレイは、ｍ個の太陽光発電ストリングを含み、ｍは１以上の整数である。太陽光発電装置は、ｍ個の電力変換回路を含む。電力変換回路は太陽光発電ストリングと一対一に対応し、各太陽光発電ストリングが対応する電力変換回路に接続される。コントローラは、電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得し、端子電圧は、太陽光発電ストリングの正極又は負極の対地電圧、つまり、ＰＶ＋又はＰＶ－の対地電圧であり、各太陽光発電ストリングに対して電圧乱れを実行して、電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得し、ここで、太陽光発電ストリング内で地絡が発生した場合、電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧は電圧乱れ前の端子電圧から明らかに変化し、電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧と電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧とに基づいて、地絡あり太陽光発電ストリングを決定し、地絡あり太陽光発電ストリングについて、電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧及び出力電圧を用いて、地絡あり太陽光発電パネルを取得する、又は、電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧及び出力電圧を用いて、地絡あり太陽光発電パネルを取得する、ように構成される。

【0008】

太陽光発電装置はインバータとすることができ、太陽光発電装置は、直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）変換回路と直流／交流（ＤＣ／ＡＣ）変換回路とを含む。太陽光発電ストリングが直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）変換回路の入力端子に接続され、ＤＣ／ＤＣ変換回路の出力端子がインバータ回路に接続するように構成される。ＤＣ／ＤＣ変換回路とインバータ回路をインバータに統合することができ、インバータのコントローラを用いて太陽光発電ストリングの地絡を検出する。確かなことには、コントローラは代わりに、太陽光発電ストリングの地絡を検出するために独立して配設されてもよい。インバータ内にＤＣ／ＤＣ回路は存在しないとすることができ、ＤＣ／ＡＣ変換回路のみが存在する。インバータは、単相インバータであってもよいし、３相インバータであってもよい。

【0009】

電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧と電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧とが明らかに変化する場合、それは、太陽光発電ストリングに地絡が発生していることを示す。太陽光発電ストリング内の全ての太陽光発電パネルが直列に接続される。太陽光発電ストリング内のある箇所でアースへの短絡が発生しているとき、地絡が発生した位置の電位が基準グランドである。従って、太陽光発電ストリングの端子電圧の基準電位は、地絡が発生した位置でのグランド電位であり、地絡が発生している具体的な位置を、端子電圧とストリング全体の出力電圧との間の比率を用いることによって割り出し得る。この方法は、単純で実装容易であり、追加のハードウェア装置を必要としない。太陽光発電ストリングのＮ個の太陽光発電パネルに対して１つずつ手動で検出を行う必要なしに、地絡あり太陽光発電パネルを自動的に割り出すことができ、それによって高い検出効率が達成される。

【0010】

好ましくは、乱れ前の端子電圧から乱れ後の端子電圧を減算するのか、乱れ後の端子電圧から乱れ前の端子電圧を減算するのかは制限されない。主に電圧の変化の絶対値が問題となる。電圧乱れは、増加方向に変化するように端子電圧を制御してもよいし、減少方向に変化するように端子電圧を制御してもよい。コントローラは具体的に、電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧と電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧との間の差の絶対値がプリセットの閾値を超える場合に、太陽光発電ストリングを地絡あり太陽光発電ストリングであると決定するように構成される。

【0011】

好ましくは、コントローラは具体的に、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を、電圧増加方向に沿って変化するように又は電圧減少方向に沿って変化するように制御するように構成される。

【0012】

好ましくは、開路電圧は一般的に最大の電圧である。従って、デフォルト状態では開放電圧が用いられ、制御の必要はない。コントローラは具体的に、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を、電圧乱れ前の開路電圧から電圧乱れ後の第１のプリセット電圧まで変化するように制御するように構成され、第１のプリセット電圧は開路電圧よりも低い。

【0013】

好ましくは、一般的に、電流及び電圧スキャンが実行されるとき、開路電圧が短絡電圧に変化するように制御される。換言すれば、電圧が大きい値から小さい値に変化する。コントローラは具体的に、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を、電圧乱れ前の開路電圧から電圧乱れ後の短絡電圧まで変化するように制御するように構成される。

【0014】

好ましくは、太陽光発電ストリング内の太陽光発電パネルは全て直列に接続され、直列に接続された太陽光発電パネルは、太陽光発電ストリングの両端の電圧に対して分圧を行う。従って、比率を用いることによって地絡の具体的な位置を得ることができる。コントローラは具体的に、地絡あり太陽光発電パネルを、電圧乱れ前の地絡あり太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比率を用いることによって、及び太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって取得するように構成される。

【0015】

好ましくは、コントローラは具体的に、端子電圧が正極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（Ｕｐｖ＋／Ｕｐｖ）
に従って取得するように構成され、又は
端子電圧が負極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（１－｜Ｕｐｖ－｜／Ｕｐｖ）
に従って取得するように構成され、
Ｕｐｖ＋は、電圧乱れ前の正極の対地電圧を表し、Ｕｐｖ－は、電圧乱れ前の負極の対地電圧を表し、Ｕｐｖは、電圧乱れ前の出力電圧を表し、Ｎは、地絡あり太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数を表し、ｘは、地絡あり太陽光発電ストリングの正極から始めてｘ番目の太陽光発電パネルを表す。

【0016】

好ましくは、コントローラは具体的に、地絡あり太陽光発電パネルを、電圧乱れ後の地絡あり太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比を用いることによって、及び太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって取得するように構成される。

【0017】

好ましくは、コントローラは具体的に、端子電圧が正極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（Ｕｖ＋／Ｕｖ）
に従って取得するように構成され、又は
端子電圧が負極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（１－｜Ｕｖ－｜／Ｕｖ）
に従って取得するように構成され、
Ｕｖ＋は、電圧乱れ後の正極の対地電圧を表し、Ｕｖ－は、電圧乱れ後の負極の対地電圧を表し、Ｕｖは、電圧乱れ後の出力電圧を表し、Ｎは、地絡あり太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数を表し、ｘは、地絡あり太陽光発電ストリングの正極から始めてｘ番目の太陽光発電パネルを表す。

【0018】

この出願の一実施形態は更に、太陽光発電ストリングの地絡を検出する方法を提供し、当該方法は、電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得し、端子電圧は、太陽光発電ストリングの正極又は負極の対地電圧であり、各太陽光発電ストリングに対して電圧乱れを実行して、電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得し、電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧と電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧とに基づいて、地絡あり太陽光発電ストリングを決定し、地絡あり太陽光発電ストリングについて、電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧及び出力電圧を用いて、地絡あり太陽光発電パネルを取得する、又は、電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧及び出力電圧を用いて、地絡あり太陽光発電パネルを取得する、ことを含む。

【0019】

電圧乱れ前の端子電圧と電圧乱れ後の端子電圧とが明らかに変化する場合、それは、太陽光発電ストリングに地絡が発生していることを示す。太陽光発電ストリング内の全ての太陽光発電パネルが直列に接続される。太陽光発電ストリング内のある箇所でアースへの短絡が発生しているとき、地絡が発生した位置の電位が基準グランドである。従って、太陽光発電ストリングの端子電圧の基準電位は、地絡が発生した位置でのグランド電位であり、地絡が発生している具体的な位置を、端子電圧とストリング全体の出力電圧との間の比率を用いることによって割り出し得る。この方法は、単純で実装容易であり、追加のハードウェア装置を必要としない。太陽光発電ストリングのＮ個の太陽光発電パネルに対して１つずつ手動で検出を行う必要なしに、地絡あり太陽光発電パネルを自動的に割り出すことができ、それによって高い検出効率が達成される。

【0020】

好ましくは、電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧と電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧とに基づいて、地絡あり太陽光発電ストリングを決定することは具体的に、電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧と電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧との間の差の絶対値がプリセットの閾値を超える場合に、太陽光発電ストリングを地絡あり太陽光発電ストリングであると決定することを含む。

【0021】

好ましくは、各太陽光発電ストリングに対して電圧乱れを実行することは具体的に、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を、電圧増加方向に沿って変化するように又は電圧減少方向に沿って変化するように制御することを含む。

【0022】

好ましくは、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を電圧減少方向に沿って変化するように制御することは具体的に、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を、電圧乱れ前の開路電圧から電圧乱れ後の第１のプリセット電圧まで変化するように制御することを含み、第１のプリセット電圧は開路電圧よりも低い。

【0023】

好ましくは、電圧乱れは、電圧を増加方向に変化させてもよいし、電圧を減少方向に変化させてもよい。各太陽光発電ストリングに対して電圧乱れを実行することは、一般に、電流及び電圧スキャンの間に開路電圧を短絡電圧まで変化するように制御し、つまりは、電圧を大きい値から小さい値に変化させ、具体的に、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を、電圧乱れ前の開路電圧から電圧乱れ後の短絡電圧まで変化するように制御することを含む。

【0024】

好ましくは、太陽光発電ストリング内の太陽光発電パネルは全て直列に接続され、直列に接続された太陽光発電パネルは、太陽光発電ストリングの両端の電圧に対して分圧を行う。従って、比率を用いることによって地絡の具体的な位置を得ることができる。電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧及び出力電圧を用いて地絡あり太陽光発電パネルを取得することは具体的に、地絡あり太陽光発電パネルを、電圧乱れ前の地絡あり太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比率を用いることによって、及び太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって取得することを含む。

【0025】

好ましくは、地絡あり太陽光発電パネルを、電圧乱れ前の地絡あり太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比率を用いることによって、及び太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって取得することは具体的に、
端子電圧が正極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（Ｕｐｖ＋／Ｕｐｖ）
に従って取得し、又は
端子電圧が負極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（１－｜Ｕｐｖ－｜／Ｕｐｖ）
に従って取得する、
ことを含み、
Ｕｐｖ＋は、電圧乱れ前の正極の対地電圧を表し、Ｕｐｖ－は、電圧乱れ前の負極の対地電圧を表し、Ｕｐｖは、電圧乱れ前の出力電圧を表し、Ｎは、地絡あり太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数を表し、ｘは、地絡あり太陽光発電ストリングの正極から始めてｘ番目の太陽光発電パネルを表す。

【0026】

好ましくは、電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧及び出力電圧を用いて地絡あり太陽光発電パネルを取得することは具体的に、地絡あり太陽光発電パネルを、電圧乱れ後の地絡あり太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比率を用いることによって、及び太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって取得することを含む。

【0027】

好ましくは、地絡あり太陽光発電パネルを、電圧乱れ後の地絡あり太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比率を用いることによって、及び太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって取得することは具体的に、
端子電圧が正極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（Ｕｖ＋／Ｕｖ）
に従って取得し、又は
端子電圧が負極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（１－｜Ｕｖ－｜／Ｕｖ）
に従って取得する、
ことを含み、
Ｕｖ＋は、電圧乱れ後の正極の対地電圧を表し、Ｕｖ－は、電圧乱れ後の負極の対地電圧を表し、Ｕｖは、電圧乱れ後の出力電圧を表し、Ｎは、地絡あり太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数を表し、ｘは、地絡あり太陽光発電ストリングの正極から始めてｘ番目の太陽光発電パネルを表す。

【0028】

この出願の一実施形態は更に、地絡を検出する太陽光発電装置を提供し、当該装置は、電力変換回路と、コントローラと、電圧検出回路とを含む。電力変換回路と太陽光発電ストリングとが一対一に対応し、各太陽光発電ストリングが対応する電力変換回路に接続される。電圧検出回路は、電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得するように構成され、端子電圧は、太陽光発電ストリングの正極又は負極の対地電圧である。コントローラは、各太陽光発電ストリングに対して電圧乱れを実行するように構成される。電圧検出回路は更に、電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得するように構成される。コントローラは更に、電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧と電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧とに基づいて、地絡あり太陽光発電ストリングを決定し、地絡あり太陽光発電ストリングについて、電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧及び出力電圧を用いて、地絡あり太陽光発電パネルを取得する、又は、電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧及び出力電圧を用いて、地絡あり太陽光発電パネルを取得する、ように構成される。

【0029】

好ましくは、コントローラは具体的に、電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧と電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧との間の差の絶対値がプリセットの閾値を超える場合に、太陽光発電ストリングを地絡あり太陽光発電ストリングであると決定するように構成される。

【0030】

好ましくは、電圧乱れ方向は、この出願のこの実施形態において限定されない。例えば、コントローラは、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を、電圧増加方向に沿って変化するように又は電圧減少方向に沿って変化するように制御する。

【0031】

好ましくは、コントローラは、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を、電圧乱れ前の開路電圧から電圧乱れ後の第１のプリセット電圧まで変化するように制御し、第１のプリセット電圧は開路電圧よりも低い。具体的には、プリセット電圧を設定することができ、乱れによって出力電圧がプリセット電圧まで変化される。

【0032】

好ましくは、コントローラは、地絡あり太陽光発電パネルを、電圧乱れ前の地絡あり太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比率を用いることによって、及び太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって取得する。

【0033】

上述の技術的ソリューションによれば、この出願の実施形態が以下の利点を有することが分かる。

【0034】

太陽光発電ストリングの出力電圧が乱される。換言すれば、太陽光発電ストリングの出力電圧が変化するように制御される。変化前の太陽光発電ストリングの端子電圧と変化後の太陽光発電ストリングの端子電圧とを用いることによって、太陽光発電ストリングに地絡が発生しているかが判定される。太陽光発電ストリングの端子電圧は、太陽光発電ストリングの正極又は負極の対地電圧である。太陽光発電ストリングに地絡が発生している場合、電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧が、電圧乱れ前の端子電圧から明らかに変化する。電圧乱れ前の端子電圧と電圧乱れ後の端子電圧とが明らかに変化する場合、それは、太陽光発電ストリングに地絡が発生していることを示す。太陽光発電ストリング内の全ての太陽光発電パネルが直列に接続される。太陽光発電ストリング内のある箇所でアースへの短絡が発生しているとき、地絡が発生した位置の電位が基準グランドである。従って、太陽光発電ストリングの端子電圧の基準電位は、地絡が発生した位置でのグランド電位であり、地絡が発生している具体的な位置を、端子電圧とストリング全体の出力電圧との間の比率を用いることによって割り出し得る。この方法は、単純で実装容易であり、追加のハードウェア装置を必要としない。太陽光発電ストリングのＮ個の太陽光発電パネルに対して１つずつ手動で検出を行う必要なしに、地絡あり太陽光発電パネルを自動的に割り出すことができ、それによって高い検出効率が達成される。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】この出願の一実施形態に従った１つの太陽光発電ストリングの地絡の概略図である。

【図2】図１に対応する抵抗モデルの概略図である。

【図3】この出願の一実施形態に従った２つの太陽光発電ストリングの概略図である。

【図4】この出願の一実施形態に従った１つの太陽光発電ストリングに対応する太陽光発電システムの概略図である。

【図5】この出願の一実施形態に従った太陽光発電ストリングの地絡を検出する方法のフローチャートである。

【図6】この出願の一実施形態に従った複数の太陽光発電ストリングに対応する太陽光発電システムの概略図である。

【図7】この出願の一実施形態に従った太陽光発電ストリングの地絡を検出する他の方法のフローチャートである。

【図8】この出願の一実施形態に従った太陽光発電ストリングの地絡を検出する更なる他の方法のフローチャートである。

【図9】この出願の一実施形態に従った普遍的な太陽光発電システムの概略図である。

【図10】この出願の一実施形態に従った複数の太陽光発電ストリングに対応する他の太陽光発電システムの概略図である。

【図11】この出願の一実施形態に従った太陽光発電ストリングの地絡を検出する更に他の方法のフローチャートである。

【図12】この出願の一実施形態に従った太陽光発電装置の概略図である。

【図13】この出願の一実施形態に従った他の太陽光発電装置の概略図である。

【図14】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

この出願の実施形態で提供される技術的ソリューションを当業者にいっそう十分に理解させるために、以下では、地絡が発生したときの動作状態を説明するための例として１つの太陽光発電ストリングを使用し、地絡に関して、この出願の実施形態で提供される技術的ソリューションが基づく動作原理を分析する。

【0037】

先ず、地絡を説明する。標準によって規定されているように、直流絶縁抵抗が低い（これは漏れ電流要件を満たすことができない）ときにインバータに電力供給することは許されない。この出願の実施形態において、地絡は、標準に従ってインバータに電源投入することを許されるのに対応する抵抗よりも直流絶縁抵抗が低いことを意味する。例えば、アースへの短絡という障害は地絡の特別なケースである。

【0038】

方法実施形態１
図１は、この出願のこの実施形態に従った１つの太陽光発電ストリングの地絡の概略図である。

【0039】

図１に示す太陽光発電ストリングは、太陽光発電パネル１、２、…、ｘ、…、Ｎ－１、及びＮを含んだ、直列に接続されたＮ個の太陽光発電パネルを含んでいる。太陽光発電ストリングの正極がＰＶ＋であり、太陽光発電ストリングの負極がＰＶ－である。Ｎは、２以上の整数である。

【0040】

図１に対応する抵抗モデルについて、図２を参照されたい。

【0041】

太陽光発電ストリングが地絡を有しないとき、太陽光発電パネルの内部抵抗Ｒ０の抵抗値は、太陽光発電パネルの対地抵抗Ｒｇよりも遥かに小さい。

【0042】

太陽光発電ストリング内の太陽光発電パネルに地絡（十中八九、対地絶縁抵抗が低い障害障である）が発生すると、太陽光発電パネルの対地抵抗Ｒｇが０に近い小さい抵抗に変化する。この場合、ＵｐｖとＰＶ＋の対地電圧Ｕｐｖ＋及びＰＶ－の対地電圧Ｕｐｖ－との間には比例関係が存在し、Ｕｐｖは太陽光発電ストリングの正極と負極との間の電圧であり、Ｕｐｖ＋ － Ｕｐｖ－ ＝ Ｕｐｖである。

【0043】

Ｎ個の太陽光発電パネルが直列に接続されている。ある太陽光発電パネルに地絡が発生すると、地絡あり太陽光発電パネルの電位が基準ゼロ電位に近づく。従って、障害位置の太陽光発電パネルのシリアル番号を次式：
ｘ＝Ｎ＊（１－｜Ｕｐｖ－｜／Ｕｐｖ）、又はｘ＝Ｎ＊（Ｕｐｖ＋／Ｕｐｖ）
に従って計算し得る。

【0044】

この出願のこの実施形態で提供される技術的ソリューションを当業者にいっそう完全に理解させるために、２つの太陽光発電ストリングのうちの一方で地絡が発生する例を用いて以下の説明を提供する。

【0045】

図３は、この出願のこの実施形態に従った２つの太陽光発電ストリングの概略図である。

【0046】

各太陽光発電ストリングが、直列に接続された６つの太陽光発電パネルを含んでいる。図３に示すように、第１太陽光発電ストリング１００は太陽光発電パネル１乃至６を含み、第２太陽光発電ストリング２００は太陽光発電パネル１乃至６を含む。第１太陽光発電ストリング１００及び第２太陽光発電ストリング２００は、同一の太陽光発電システム内にあり、同じ基準グランドを持つ。しかしながら、第１太陽光発電ストリング１００の正極及び負極は、第２太陽光発電ストリング２００のそれらと独立している。換言すれば、ＰＶ１＋とＰＶ２＋は共に接続されず、ＰＶ１－とＰＶ２－は共に接続されない。

【0047】

第１太陽光発電ストリング１００の４番目の太陽光発電パネル４で地絡が発生する。第２太陽光発電ストリング２００に地絡は発生していない。

【0048】

この場合、ＰＶ１－の対地電圧は、太陽光発電パネルの内部抵抗Ｒ０による分圧によって得られる。換言すれば、｜Ｕｐｖ１－｜／Ｕｐｖ１＝２／６＝１／３である。

【0049】

第２太陽光発電ストリング２００の対地電圧は、依然として、第２太陽光発電ストリング２００の対地抵抗Ｒｇによって決定される。この場合、Ｕｐｖ２が不変のままであり、且つＵｐｖ１の電圧値が変化すると、それに従って第１太陽光発電ストリング１００の対地電圧が変化し、Ｕｐｖ１－の値は－１／３Ｕｐｖ１に等しい。例えば、Ｕｐｖ１＝０である場合、第１太陽光発電ストリング１００の対地電圧も０Ｖに変化する。Ｕｐｖ１が不変のままであるがＵｐｖ２が変化する場合、Ｕｐｖ１－の電圧はなおもＵｐｖ１と比例関係にある。

【0050】

従って、太陽光発電ストリング内の地絡あり太陽光発電パネルを正確に割り出すために、この出願の本実施形態で使用される技術的ソリューションでは、太陽光発電システム内の太陽光発電ストリングの電圧を乱し、太陽光発電ストリングの対地電圧（つまりは端子電圧）をサンプリングし、乱れの前後の端子電圧を比較して、太陽光発電ストリングに地絡が発生しているかを判定する。太陽光発電ストリングに地絡が発生していると判定された場合、ＰＶ＋の対地電圧又はＰＶ－の対地電圧とＰＶの電圧との間の比例関係に基づいて、具体的な障害位置を更に取得する。

【0051】

理解を容易にするために、以下にて、先ず、１つの太陽光発電ストリングの地絡を決定することについて説明する。太陽光発電ストリングが直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）変換回路の入力端子に接続され、ＤＣ／ＤＣ変換回路の出力端子がインバータ回路に接続するように構成される。ＤＣ／ＤＣ変換回路とインバータ回路をインバータに統合することができ、インバータのコントローラを用いて太陽光発電ストリングの地絡を検出する。確かなことには、コントローラは代わりに、太陽光発電ストリングの地絡を検出するために独立して配設されてもよい。インバータ内にＤＣ／ＤＣ回路は存在しないとすることができ、ＤＣ／ＡＣ変換回路のみが存在する。インバータは、単相インバータであってもよいし、３相インバータであってもよい。これは、この出願のこの実施形態において特に限定されることではない。

【0052】

以下では、説明のための例として３相インバータを使用する。具体的には、インバータの出力端子は、それぞれＬ１、Ｌ２、及びＬ３である３相交流電流を出力する。

【0053】

図４は、この出願のこの実施形態に従った１つの太陽光発電ストリングに対応する太陽光発電システムの概略図である。

【0054】

この実施形態では、説明のための例として１つの太陽光発電ストリングを使用する。太陽光発電ストリング１００はインバータ３００の入力端子に接続される。具体的には、ＰＶ＋がＤＣ／ＤＣ変換回路３０１の正の入力端子に接続され、ＰＶ－がＤＣ／ＤＣ変換回路３０１の負の入力端子に接続され、ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１がインバータ回路３０２の入力端子に接続され、インバータ回路３０２の出力端子が交流送電網に接続され得る。

【0055】

太陽光発電ストリングは、直列に接続されたＮ個の太陽光発電パネルを含む。図４では、Ｎ＝５である例を単に説明のために使用する。例えば、５つの太陽光発電パネルのうちの２番目で地絡が発生する。太陽光発電パネルは、太陽光発電ストリング１００の正極ＰＶ＋に近い一端から始めて番号を付けられている。具体的には、ＰＶ＋に接続された太陽光発電パネルが１番目の太陽光発電パネルであり、ＰＶ－に接続された太陽光発電パネルが５番目の太陽光発電パネルである。一般に、Ｎは２以上である。換言すれば、１つの太陽光発電ストリングが、直列に接続された少なくとも２つの太陽光発電パネルを含む。地絡は、太陽光発電ストリング内のいずれの位置でも発生し得る。この出願のこの実施形態では、説明のための例として、１つの太陽光発電ストリング内の一箇所でのみ地絡が発生する。

【0056】

ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１及びインバータ回路３０２の具体的な実装は、この出願のこの実施形態において特に限定されることではない。例えば、ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１は、ブースト回路、バック回路、又はバック－ブースト回路とし得る。代わりに、ＤＣ／ＤＣ回路はなくてもよく、太陽光発電ストリングがＤＣ／ＡＣ回路に直接接続される。同様に、インバータ回路３０２の具体的なトポロジ形態はこの実施形態において特に限定されることではない。

【0057】

この実施形態で提供される太陽光発電ストリングの地絡を検出する方法は、インバータ３００のコントローラに適用されてもよいし、例えば太陽光発電所のコントローラといった別のコントローラに適用されてもよい。

【0058】

図５は、この出願のこの実施形態に従った太陽光発電ストリングの地絡を検出する方法のフローチャートである。

【0059】

当該方法は以下のステップを含む。

【0060】

Ｓ５０１： 電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得し、端子電圧は、太陽光発電ストリングの正極又は負極の対地電圧である。

【0061】

図４に示す太陽光発電ストリングで、電圧乱れ前の端子電圧、すなわち、乱れ前のＰＶ＋の対地電圧又はＰＶ－の対地電圧が取得される。

【0062】

具体的な実施において、電圧乱れ前の最も単純な制御方式は、太陽光発電ストリングに対していかなる制御も行わないことである。太陽光発電ストリングの出力電圧が制御されないとき、太陽光発電ストリングの出力電圧は、一般に、太陽光発電ストリングの開路電圧である。

【0063】

Ｓ５０２： 各太陽光発電ストリングに対して電圧乱れを実行して、電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得する。

【0064】

図４に示すように、１つの太陽光発電ストリングのみが含まれている。この場合、太陽光発電ストリング１００の出力電圧は、ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１の入力電圧を制御することによって制御されることができ、これは具体的に、インバータ３００のコントローラによって実装されてもよいし、別のコントローラによって実装されてもよい。これは、この実施形態において特に限定されることではない。

【0065】

複数の特定の電圧乱し方式が利用可能である。例えば、太陽光発電ストリング１００の出力電圧が大きい値から小さい値に変化するように制御され、あるいは、太陽光発電ストリング１００の出力電圧が小さい値から大きい値に変化するように制御されたり、開路電圧から短絡電圧に変化するように制御されたりする。一般に、太陽光発電ストリングの電流－電圧ＩＶカーブに沿ってスキャンすることによって制御を実装することができ、それ故に、太陽光発電ストリング１００は該カーブ上のある点で動作する。

【0066】

例えば、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を電圧減少方向に沿って変化するように制御することは具体的に、
電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を、電圧乱れ前の開路電圧から電圧乱れ後の第１のプリセット電圧まで変化するように制御することを含み、第１のプリセット電圧は開路電圧よりも低い。

【0067】

第１のプリセット電圧は、開路電圧よりも低い、任意の動作点に対応する電圧とし得る。

【0068】

Ｓ５０３： 電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧と電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧とに基づいて、地絡あり太陽光発電ストリングを決定する。

【0069】

太陽光発電ストリング１００内の太陽光発電パネルに地絡が発生しているとき、乱れ前の太陽光発電ストリング１００の正極ＰＶ＋の対地電圧Ｕｐｖ＋は、乱れ後のそれと明らかに異なる。同様に、乱れ前の太陽光発電ストリング１００の負極ＰＶ－の対地電圧Ｕｐｖ－も、乱れ後のものと明らかに異なる。

【0070】

太陽光発電ストリング１００に地絡が発生しているかについて、電圧乱れ前のＵｐｖ＋と電圧乱れ後のＵｐｖ＋との間の差に基づいて短絡障害が発生しているかを判定することができ、あるいは、電圧乱れ前のＵｐｖ－と電圧乱れ後のＵｐｖ－との間の差に基づいて短絡障害が発生しているかを判定することができる。

【0071】

例えば、電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧と電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧との間の差の絶対値がプリセットの閾値を超える場合に、その太陽光発電ストリングは地絡あり太陽光発電ストリングであると決定される。

【0072】

プリセットの閾値は、実際の適用シナリオに従って設定されることができ、具体的な値はこの実施形態において特に限定されるものではない。

【0073】

以下では、説明のための具体例として３つの制御方式を使用する。

【0074】

第１の方式： 太陽光発電ストリングの出力電圧を大きい値から小さい値に変化するように制御する。

【0075】

開路電圧と短絡電圧との間で電圧乱れを行って、太陽光発電ストリングの出力電圧を短絡電圧点まで３００Ｖだけ変化するように制御し、端子電圧のジャンプを決定する。例えば、太陽光発電ストリングの出力電圧が最初に６００Ｖになるように制御され、サンプリングされた端子電圧はＵｐｖ１である。電圧乱れを行って太陽光発電ストリングの出力電圧を３００Ｖになるように制御する。換言すれば、電圧が３００Ｖだけ減少される。この場合、サンプリングされた端子電圧はＵｐｖ２である。Ｕｐｖ２とＵｐｖ１との間の差が取得される。太陽光発電ストリングの出力電圧は減少されている。従って、Ｕｐｖ２はＵｐｖ１よりも低く、Ｕｐｖ２－Ｕｐｖ１の値は負である。故に、Ｕｐｖ２とＵｐｖ１との間の差の絶対値がプリセットの閾値よりも大きい場合、太陽光発電ストリングに地絡が発生していると判定される。

【0076】

なお、Ｕｐｖ１及びＵｐｖ２は、正極の対地電圧であってもよいし、負極の対地電圧であってもよい。

【0077】

第２の方式： 太陽光発電ストリングの出力電圧を小さい値から大きい値に変化するように制御する。

【0078】

太陽光発電ストリングの出力電圧が開路電圧にジャンプするように制御される。例えば、太陽光発電ストリングの出力電圧が最初に６００Ｖになるように制御され、サンプリングされた端子電圧はＵｐｖ１である。電圧乱れを行って太陽光発電ストリングの出力電圧を９００Ｖになるように制御する。換言すれば、電圧が３００Ｖだけ増加される。この場合、サンプリングされた端子電圧はＵｐｖ２である。Ｕｐｖ２とＵｐｖ１との間の差が取得される。太陽光発電ストリングの出力電圧は増加されている。従って、Ｕｐｖ２はＵｐｖ１よりも高く、Ｕｐｖ２－Ｕｐｖ１の値は正である。Ｕｐｖ２とＵｐｖ１との間の差の絶対値がプリセットの閾値よりも大きい場合、太陽光発電ストリングに地絡が発生していると判定される。

【0079】

第３の方式： 太陽光発電ストリングの出力電圧を開路電圧から短絡電圧に変化するように制御する。

【0080】

電圧乱れを行って、太陽光発電ストリングの出力電圧を開路電圧から短絡電圧に変化するように制御する。換言すれば、電圧乱れ後の短絡電圧は０であり、つまり、出力電圧が大きい値から０に変化する。サンプリングされた端子電圧も０に近い。この場合、太陽光発電ストリングが地絡を有すると判定される。

【0081】

Ｓ５０４： 地絡あり太陽光発電ストリングについて、電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧及び出力電圧を用いることによって地絡あり太陽光発電パネルを取得する、又は、電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧及び出力電圧を用いることによって地絡あり太陽光発電パネルを取得する。

【0082】

１つの太陽光発電ストリングでは、地絡が一箇所のみで発生した場合、太陽光発電ストリングの端子電圧と太陽光発電ストリングの出力電圧との間に比例関係が存在する。従って、太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比例関係を用いることによって、太陽光発電ストリング内の地絡あり太陽光発電パネルの位置を得ることができる。

【0083】

太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比率は、電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比率を用いて計算されてもよいし、乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比率を用いて計算されてもよい。

【0084】

例えば、図４では、５つの太陽光発電パネルがＰＶ＋とＰＶ－との間に直列に接続されている。従って、２番目の太陽光発電パネルで地絡が発生していると仮定すると、電圧乱れの前であるか電圧乱れの後であるかにかかわらず、Ｕｐｖ＋の絶対値とＵｐｖとの間の比率が２／５であること、又はＵｐｖ－の絶対値とＵｐｖとの間の比率が３／５であることが検出されるとき、それは、地絡が２番目の太陽光発電パネルで発生していることを示す。なお、ここでの２番目の太陽光発電パネルは、ＰＶ＋端から数えて２番目の太陽光発電パネルである。加えて、一部の太陽光発電アレイにおいて、各太陽光発電ストリングに含まれる太陽光発電パネルの数が未知である場合、ここでのＮ及びｘはパーセンテージを表す。具体的には、Ｎは１００％を表し、ｘは、太陽光発電ストリング内の障害が発生している位置からＰＶ＋までの百分率での距離を表す。例えば、ｘ＝２０％である場合、それは、約２０％の位置で地絡が発生していることを示す。より正確に地絡を位置特定するため、短絡点付近での電圧サンプリングはできるだけ避ける。

【0085】

例えば、地絡あり太陽光発電パネルは、電圧乱れ前のＵｐｖ＋と電圧乱れ前のＵｐｖとの間の比率を用いて取得される。

【0086】

なお、以上では特定の一実装のみを説明している。ストリング全体の出力電圧と端子電圧との間に特定の比例関係が存在する限り、地絡の具体的な位置を割り出すことができる。上述の割合は必ずしも厳密に２／５でなくてもよい。サンプリングデータは、実際の動作環境のデータとは異なり得る。従って、たとえ僅かな逸脱が生じても、その逸脱が予め定められた逸脱範囲内であれば、対応する地絡あり太陽光発電パネルをなおも割り出すことができる。

【0087】

なお、太陽光発電パネルの地絡は、その太陽光発電パネルでアースへの短絡が発生していることを意味するだけでなく、その太陽光発電パネルの前又は後に直列に接続されたケーブルへの絶縁損傷によって引き起こされるアースへの短絡であってもよい。

【0088】

この実施形態で提供される方法によれば、太陽光発電ストリングの出力電圧が乱される。換言すれば、太陽光発電ストリングの出力電圧が変化するように制御される。変化前の太陽光発電ストリングの端子電圧と変化後の太陽光発電ストリングの端子電圧とを用いることによって、太陽光発電ストリングに地絡が発生しているかが判定される。電圧乱れ前の端子電圧と電圧乱れ後の端子電圧とが明らかに変化する場合、それは、太陽光発電ストリングに地絡が発生していることを示す。太陽光発電ストリング内の全ての太陽光発電パネルが直列に接続される。太陽光発電ストリング内のある箇所で地絡が発生しているとき、地絡の位置の電位が基準グランドに略等しい。この場合、太陽光発電ストリングの一端から障害位置までの全ての太陽光発電パネルに割り当てられる電圧が端子電圧であると考えることができる。従って、地絡が発生している具体的な位置を、端子電圧とストリング全体の出力電圧との間の比率を用いることによって割り出し得る。この方法は、単純で実装容易であり、追加のハードウェア装置を必要としない。太陽光発電ストリングのＮ個の太陽光発電パネルに対して１つずつ手動で検出を行う必要なしに、地絡あり太陽光発電パネルを自動的に割り出すことができ、それによって効率が向上される。

【0089】

方法実施形態２
前述の実施形態は、インバータが１つの太陽光発電ストリングに対応する例を用いて説明されている。以下の説明では、１つのインバータが複数の太陽光発電ストリングに対応するとともに、各太陽光発電ストリングがそれぞれのＤＣ／ＤＣ変換回路に対応する。換言すれば、太陽光発電ストリングがＤＣ／ＤＣ変換回路と一対一に対応する。また、ＤＣ／ＤＣ変換回路は互いに独立であり、正の入力端子同士又は負の入力端子同士が共に短絡されていない。太陽光発電ストリングは互いに独立であり、それぞれ対応するＤＣ／ＤＣ変換回路に接続される。従って、太陽光発電ストリングの入力制御及びサンプリングは、別の太陽光発電ストリングのそれらに影響を及ぼさず、電圧乱れは各太陽光発電ストリングに対して独立に実行され得る。換言すれば、同時に電圧乱れを行ってもよいし、時分割方式で電圧乱れを行ってもよい。これは、この出願のこの実施形態において特に限定されることではない。

【0090】

図６は、この出願の一実施形態に従った複数の太陽光発電ストリングに対応する太陽光発電システムの概略図である。

【0091】

この実施形態では、説明のための例として３つの太陽光発電ストリングを用い、それらは、それぞれ、第１太陽光発電ストリング１００ａ、第２太陽光発電ストリング１００ｂ、及び第３太陽光発電ストリング１００ｃである。第１太陽光発電ストリング１００ａ及び第２太陽光発電ストリング１００ｂの両方が地絡を有している。また、これら３つの太陽光発電ストリングの各々は、直列に接続された５つの太陽光発電パネルを含んでおり、それらは、それぞれ、ＰＶ＋からＰＶ－への順序で第１乃至第５太陽光発電パネルである。

【0092】

第１太陽光発電ストリング１００ａは、第１ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ａの入力端子に接続される。

【0093】

第２太陽光発電ストリング１００ｂは、第２ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｂの入力端子に接続される。

【0094】

第３太陽光発電ストリング１００ｃは、第３ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｃの入力端子に接続される。

【0095】

第１ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ａ、第２ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｂ、及び第３ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｃの出力端子が全て、インバータ回路３０２の入力端子に接続される。第１ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ａ、第２ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｂ、及び第３ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｃの出力端子は、同じバスに並列に接続され得る。

【0096】

第１ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ａ、第２ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｂ、第３ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｃ、及びインバータ回路３０２がインバータへと統合され得る。

【0097】

第１太陽光発電ストリング１００ａ内の第４太陽光発電パネルで地絡が発生するとともに、第２太陽光発電ストリング１００ｂ内の第１太陽光発電パネルで地絡が発生している。

【0098】

第１太陽光発電ストリング１００ａ及び第２太陽光発電ストリング１００ｂを決定する具体的な実装については、方法実施形態１で説明した方式を使用することができ、詳細をここで再び説明することはしない。例えば、地絡が発生しているかは、電圧乱れの前後でＵｐｖ＋を検出することによって判定されることができ、あるいは、地絡が発生しているかは、電圧乱れの前後でＵｐｖ－を検出することによって判定されることができる。

【0099】

電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧及び出力電圧を用いて地絡あり太陽光発電パネルを取得することは具体的に、
地絡あり太陽光発電パネルを、電圧乱れ前の地絡あり太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比率を用いることによって、及び太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって取得することを含む。

【0100】

具体的には、第１太陽光発電ストリング１００ａ及び第２太陽光発電ストリング１００ｂに地絡が発生していると判定されたると、乱れ前の第１太陽光発電ストリング１００ａの端子電圧と乱れ前の第１太陽光発電ストリング１００ａの出力電圧との間の比率を用いて、及びＮ＝５に基づいて、地絡が発生している位置が割り出される。同様に、乱れ前の第２太陽光発電ストリング１００ｂの端子電圧と乱れ前の第２太陽光発電ストリング１００ｂの出力電圧との間の比率を用いて、及びＮ＝５に基づいて、地絡が発生している位置が割り出される。

【0101】

図７は、この出願のこの実施形態に従った太陽光発電ストリングの地絡を検出する他の方法のフローチャートである。

【0102】

Ｓ７０１からＳ７０３は、それぞれ、Ｓ５０１からＳ５０３と同じであり、詳細をここで再び説明することはしない。

【0103】

Ｓ７０４： 地絡あり太陽光発電ストリングについて、電圧乱れ前の地絡あり太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比率を用いることによって、及び太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって、地絡あり太陽光発電パネルを取得する。

【0104】

このステップは具体的に、
端子電圧が正極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（Ｕｐｖ＋／Ｕｐｖ）
に従って取得し、又は
端子電圧が負極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（１－｜Ｕｐｖ－｜／Ｕｐｖ）
に従って取得する、
ことを含み、
Ｕｐｖ＋は、電圧乱れ前の正極の対地電圧を表し、Ｕｐｖ－は、電圧乱れ前の負極の対地電圧を表し、Ｕｐｖは、電圧乱れ前の出力電圧を表し、Ｎは、地絡あり太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数を表し、ｘは、地絡あり太陽光発電ストリングの正極から始めてｘ番目の太陽光発電パネルを表す。

【0105】

上述の式は、Ｎ個の太陽光発電パネルが直列に接続されるという原理に基づく。ｘ番目の太陽光発電パネルがアースに短絡しているとき、太陽光発電ストリングのＵｐｖ＋／Ｕｐｖはｘ／Ｎである。Ｕｐｖ＋及びＵｐｖはどちらも電圧検出回路を用いて得ることができ、Ｎは既知の数である。従って、ｘを得ることができ、ｘは、地絡が発生した太陽光発電パネルの通し番号である。同様に、地絡あり太陽光発電パネルは代わりに、乱れ前の太陽光発電ストリングの負極の対地電圧及び出力電圧を用いることによって取得されてもよい。具体的には、ｘ番目の太陽光発電パネルがアースに短絡しているとき、太陽光発電ストリングの（１－｜Ｕｐｖ－｜／Ｕｐｖ）はｘ／Ｎである。Ｕｐｖ－及びＵｐｖはどちらも電圧検出回路を用いて得ることができ、Ｎは既知の数である。従って、ｘを得ることができる。

【0106】

例えば、電圧乱れの前に、開回路における第１太陽光発電ストリング１００ａの開路電圧Ｕ１と、開回路における第２太陽光発電ストリング１００ｂの開路電圧Ｕ２とが別々に収集される。電圧乱れの前に、第１太陽光発電ストリング１００ａが開回路にあるときのＰＶ－の対地電圧Ｕ１－と、第２太陽光発電ストリング１００ｂが開回路にあるときのＰＶ－の対地電圧Ｕ２－とが別々に収集される。

【0107】

この場合、第１太陽光発電ストリング１００ａ内の地絡あり太陽光発電パネルｘ１＝（１－｜Ｕ１－｜／Ｕ１）＊Ｎであり、
第２太陽光発電ストリング１００ｂ内の地絡あり太陽光発電パネルｘ２＝（１－｜Ｕ２－｜／Ｕ２）＊Ｎである。

【0108】

図７は、乱れ前の端子電圧と乱れ前の出力電圧との間の比率を用いて地絡の位置をどのように割り出すかを説明している。次に、乱れ後の端子電圧と乱れ後の出力電圧との間の比率を用いて地絡の位置をどのように割り出すかを説明する。

【0109】

図８は、この出願のこの実施形態に従った太陽光発電ストリングの地絡を検出する更なる他の方法のフローチャートである。

【0110】

Ｓ８０１からＳ８０３は、それぞれ、Ｓ５０１からＳ５０３と同じであり、詳細をここで再び説明することはしない。

【0111】

Ｓ８０４： 地絡あり太陽光発電ストリングについて、電圧乱れ後の地絡あり太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比率を用いることによって、及び太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって、地絡あり太陽光発電パネルを取得する。

【0112】

このステップは具体的に、
端子電圧が正極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（Ｕｖ＋／Ｕｖ）
に従って取得し、又は
端子電圧が負極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（１－｜Ｕｖ－｜／Ｕｖ）
に従って取得する、
ことを含み、
Ｕｖ＋は、電圧乱れ後の正極の対地電圧を表し、Ｕｖ－は、電圧乱れ後の負極の対地電圧を表し、Ｕｖは、電圧乱れ後の出力電圧を表し、Ｎは、地絡あり太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数を表し、ｘは、地絡あり太陽光発電ストリングの正極から始めてｘ番目の太陽光発電パネルを表す。

【0113】

上述の式は、Ｎ個の太陽光発電パネルが直列に接続されるという原理に基づく。ｘ番目の太陽光発電パネルがアースに短絡しているとき、太陽光発電ストリングのＵｖ＋／Ｕｖはｘ／Ｎである。Ｕｖ＋及びＵｖはどちらも電圧検出回路を用いて得ることができ、Ｎは既知の数である。従って、ｘを得ることができ、ｘは、地絡が発生した太陽光発電パネルの通し番号である。同様に、地絡あり太陽光発電パネルは代わりに、乱れ後の太陽光発電ストリングの負極の対地電圧及び出力電圧を用いることによって取得されてもよい。具体的には、ｘ番目の太陽光発電パネルがアースに短絡しているとき、太陽光発電ストリングの（１－｜Ｕｖ－｜／Ｕｖ）はｘ／Ｎである。Ｕｖ－及びＵｖはどちらも電圧検出回路を用いて得ることができ、Ｎは既知の数である。従って、ｘを得ることができる。

【0114】

以下、一具体例を参照して説明を提供する。例えば、電圧乱れの前、太陽光発電ストリングはいかなる制御も受けず、開路電圧に対応する動作点で動作している。電圧乱れの間、太陽光発電ストリングの出力電圧が開路電圧から減少するように制御される。

【0115】

図６では、３つの太陽光発電ストリングが３つのＤＣ／ＤＣ変換回路に対応し、各ストリングが５つの太陽光発電パネルを含む例のみを説明のために用いている。太陽光発電ストリングの具体的な数及び太陽光発電パネルの具体的な数は、この実施形態で提供される技術的ソリューションにおいて限定されることではない。図９は、この出願のこの実施形態に従った普遍的な太陽光発電システムの概略図である。

【0116】

この太陽光発電システムは、合計でｍ個の太陽光発電ストリングを含み、ｍは２以上の整数であり、各太陽光発電ストリングが１つのＤＣ／ＤＣ変換回路又はＤＣ／ＡＣ変換回路に対応する。各太陽光発電ストリングは、直列に接続されたｎ個の太陽光発電パネルを含み、ｎは２以上の整数である。さらに、地絡が発生する太陽光発電ストリングの数は限定されない。各太陽光発電ストリングにおいて１つの地絡のみが発生するのであれば、この実施形態で提供される方法を用いることによって、障害位置を正確に特定することができる。

【0117】

この実施形態で提供される方法は、インバータが複数の太陽光発電ストリングに対応するときの地絡の検出に適用可能である。複数の太陽光発電ストリングは、正極を共有せず、負極も共有せず、対応するＤＣ／ＤＣ又はＤＣ／ＡＣ変換回路に別々に接続される。太陽光発電ストリングが地絡を有するかを、電圧乱れ前後における端子電圧の変化に基づいて正確に判定することができる。加えて、太陽光発電ストリングが１つのみの地絡を有するとき、端子電圧と出力電圧との間の比例関係を用いることによって、地絡あり太陽光発電パネルを得ることができる。この方法は、単純で実装容易であり、追加のハードウェア装置を必要としない。太陽光発電ストリングのＮ個の太陽光発電パネルに対して１つずつ手動で検出を行う必要なしに、地絡あり太陽光発電パネルを自動的に割り出すことができ、それによって効率が向上される。

【0118】

方法実施形態３
この実施形態は複数の太陽光発電ストリングを説明する。各太陽光発電ストリングが、それぞれＤＣ／ＤＣ又はＤＣ／ＡＣ変換回路に対応する。換言すれば、１つの太陽光発電ストリングが１つのＤＣ／ＤＣ変換回路に対応する。しかし、各ＤＣ／ＤＣ変換回路の正の入力端子同士又は負の入力端子同士が共に短絡される。例えば、全ての変換回路の正の入力端子が共に短絡されるか、全ての変換回路の負の入力端子が共に短絡されるかする。

【0119】

図１０は、この出願のこの実施形態に従った複数の太陽光発電ストリングに対応する他の太陽光発電システムの概略図である。

【0120】

この実施形態では、全てのＤＣ／ＤＣ変換回路の負の入力端子が共に短絡されている。換言すれば、太陽光発電ストリングのＰＶ－同士が共に短絡され、各太陽光発電ストリングのＰＶ＋は、対応するＤＣ／ＤＣ変換回路の正の入力端子に独立して接続される。

【0121】

この実施形態では、説明のための例として３つの太陽光発電ストリングを用い、それらは、それぞれ、第１太陽光発電ストリング１００ａ、第２太陽光発電ストリング１００ｂ、及び第３太陽光発電ストリング１００ｃである。第１太陽光発電ストリング１００ａ及び第２太陽光発電ストリング１００ｂの両方が地絡を有している。また、これら３つの太陽光発電ストリングの各々は、直列に接続された５つの太陽光発電パネルを含んでおり、それらは、それぞれ、ＰＶ＋からＰＶ－への順序で第１乃至第５太陽光発電パネルである。

【0122】

第１太陽光発電ストリング１００ａは、第１ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ａの入力端子に接続される。

【0123】

第２太陽光発電ストリング１００ｂは、第２ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｂの入力端子に接続される。

【0124】

第３太陽光発電ストリング１００ｃは、第３ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｃの入力端子に接続される。

【0125】

第１ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ａ、第２ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｂ、及び第３ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｃの負の入力端子が全て共に接続され、つまり、ＰＶ－が全て共に短絡される。従って、これら３つの太陽光発電ストリングは等しいＵｐｖ－を持つ。

【0126】

第１ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ａ、第２ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｂ、及び第３ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｃの負の入力端子は全て共に接続される。第１ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ａ、第２ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｂ、及び第３ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｃの出力端子は並列に接続され得る。

【0127】

第１ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ａ、第２ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｂ、第３ＤＣ／ＤＣ変換回路３０１ｃ、及びインバータ回路３０２がインバータへと統合され得る。

【0128】

全ての太陽光発電ストリングのＰＶ－が共に短絡されている。従って、２つ以上の太陽光発電ストリングに対して同時に電圧乱れを実行することはできず、各太陽光発電ストリングに対して順番に電圧乱れを実行する必要がある。

【0129】

図１１は、この出願のこの実施形態に従った太陽光発電ストリングの地絡を検出する更に他の方法のフローチャートである。

【0130】

Ｓ１１０１： 電圧乱れ前の短絡されたＰＶ－の対地電圧Ｕｐｖ－を収集する。

【0131】

Ｓ１１０２： 第１太陽光発電ストリングに対して電圧乱れを実行する。

【0132】

具体的な電圧乱し方式については、上述の実施形態における説明を参照されたい。残りの太陽光発電ストリングに対しては制御が行われない。例えば、最初に第１太陽光発電ストリング１００ａに対して電圧乱れが実行される。

【0133】

Ｓ１１０３：電圧乱れ後のＰＶ－の対地電圧Ｕｐｖ－を収集する。

【0134】

太陽光発電ストリングが１つずつ乱さを受け得る。この実施形態において、電圧乱れを第１太陽光発電ストリングから開始する必要があることは限定されることではない。換言すれば、これらの太陽光発電ストリングに対する電圧乱れの順番は限定されない。

【0135】

全ての太陽光発電ストリングのＰＶ－が共に短絡されている。従って、ＰＶの対地電圧をサンプリングするのに１つの回路で十分である。

【0136】

全ての太陽光発電ストリングのＰＶ－が共に短絡されている。従って、Ｕｐｖ－は、太陽光発電アレイの負極全体の対地電圧である。

【0137】

Ｓ１１０４： 電圧乱れ前のＵｐｖ－と電圧乱れ後のＵｐｖ－との間の差の絶対値がプリセットの閾値よりも大きいとき、第１太陽光発電ストリングが地絡を有すると判定する。

【0138】

Ｓ１１０５： 他の太陽光発電ストリングに対してＳ１１０２からＳ１１０４を実行して、地絡が発生しているかを判定する。

【0139】

ＰＶ－同士が共に短絡されている。従って、地絡が発生しているかを判定するために、各太陽光発電ストリングに対して１つずつ電圧乱れを実行する必要がある。

【0140】

例えば、電圧乱れが第２太陽光発電ストリングに対して実行されるとき、他の太陽光発電ストリングに対しては制御が行われず、第２太陽光発電ストリングの出力電圧のみが変化するように制御される。

【0141】

Ｓ１１０６： 全ての太陽光発電ストリングに対して電圧乱れが完了したとき、１つの太陽光発電ストリングのみが地絡を有する場合、電圧乱れ前のＵｐｖ－と電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの出力電圧との間の比率を用いることによって、地絡あり太陽光発電パネルを取得する。

【0142】

例えば、全ての太陽光発電ストリングに対して電圧乱れが完了し、第１太陽光発電ストリングのみが地絡を有すると判定されたとき、第１太陽光発電ストリング内の地絡あり太陽光発電パネルが、次式：ｘ＝（１－｜Ｕｐｖ－｜／Ｕ１）＊Ｎに従って取得される。Ｕ１は第１太陽光発電ストリングの出力電圧である。

【0143】

この実施形態で提供される方法によれば、全ての太陽光発電ストリングの正極又は負極が共に接続される。従って、１つのストリングのみが地絡を有するとき、地絡あり太陽光発電パネルの位置を正確に得ることができる。複数のストリングが地絡を有する場合には、地絡あり太陽光発電ストリングを正確に決定することができるのみであり、地絡あり太陽光発電パネルの具体的な位置を正確に得ることはできない。

【0144】

この実施形態では、太陽光発電ストリングのＰＶ－同士が共に短絡される例のみを説明に用いている。同様に、太陽光発電ストリングのＰＶ－は互いに独立にされてもよく、太陽光発電ストリングのＰＶ＋同士が共に短絡される。

【0145】

この出願のこの実施形態で提供される方法によれば、複数の太陽光発電ストリングが一端で共に短絡される場合、具体的には、太陽光発電アレイ内の複数の太陽光発電ストリングの正極が共に短絡されるか、複数の太陽光発電ストリングの負極が共に短絡されるかする場合、それら太陽光発電ストリングに対して順番に電圧乱れを実行することによって、各太陽光発電ストリングが地絡を有するかを正確に判定することができる。一箇所でのみ地絡が発生しているとき、端子電圧と出力電圧との間の比例関係を用いることによって、障害ある太陽光発電パネルの位置を正確に特定することができる。

【0146】

太陽光発電装置実施形態１
上述の実施形態で提供される太陽光発電ストリングの地絡を検出する方法に基づいて、この出願のこの実施形態は更に太陽光発電装置を提供する。以下、添付の図面を参照して、太陽光発電装置の動作原理を詳細に説明する。

【0147】

図１２は、この出願のこの実施形態に従った地絡を検出する太陽光発電装置の概略図である。

【0148】

この出願のこの実施形態で提供される地絡を検出する太陽光発電装置は、電力変換回路と、コントローラ４００と、電圧検出回路５００とを含む。

【0149】

電力変換回路は、太陽光発電ストリングと一対一に対応しており、各太陽光発電ストリングが対応する電力変換回路に接続される。換言すれば、１つの電力変換回路が１つの太陽光発電ストリングに対応する。電力変換回路は、ＤＣ／ＤＣ変換回路であってもよいし、ＤＣ／ＡＣ変換回路であってもよい。太陽光発電ストリングは、電力変換回路と一対一に対応している。従って、太陽光発電ストリングは独立に制御されることができる。

【0150】

図１２では、説明のための例として、つまりは第１太陽光発電ストリング１００ａ及び第２太陽光発電ストリング１００ｂである２つの太陽光発電ストリングを使用する。

【0151】

第１太陽光発電ストリング１００ａは、対応する第１電力変換回路３００ａに接続され、第２太陽光発電ストリング１００ｂは、対応する第２電力変換回路３００ｂに接続される。

【0152】

電圧検出回路５００は、電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得するように構成され、端子電圧は、太陽光発電ストリングの正極又は負極の対地電圧である。

【0153】

なお、各太陽光発電ストリングに対して１つの電圧検出回路が配設されてもよいし、複数の太陽光発電ストリングが１つの電圧検出回路を共有してもよい。これはこの実施形態において特に限定されることではない。

【0154】

コントローラ４００は、各太陽光発電ストリングに対して電圧乱れを実行するように構成される。

【0155】

第１電力変換回路３００ａ及び第２電力変換回路３００ｂの正の入力端子同士及び負の入力端子同士の両方が互いに独立していて、共に接続されない場合、コントローラ４００は、第１太陽光発電ストリング１００ａ及び第２太陽光発電ストリング１００ｂに対して同時に電圧乱れを実行し得る。第１電力変換回路３００ａ及び第２電力変換回路３００ｂの正の入力端子同士又は負入力端子同士が共に接続される場合、コントローラ４００は、第１太陽光発電ストリング１００ａ及び第２太陽光発電ストリング１００ｂに対して順番に電圧乱れを実行する必要がある。

【0156】

複数の特定の電圧乱し方式が利用可能である。例えば、太陽光発電ストリングの出力電圧が大きい値から小さい値に変化するように制御され、あるいは、太陽光発電ストリングの出力電圧が小さい値から大きい値に変化するように制御されたり、開路電圧から短絡電圧に変化するように制御されたりする。一般に、太陽光発電ストリングの電流－電圧ＩＶカーブに沿ってスキャンすることによって制御を実装することができ、それ故に、太陽光発電ストリングは該ＩＶカーブ上のある点で動作する。

【0157】

例えば、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を電圧減少方向に沿って変化するように制御することは具体的に、
電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を、電圧乱れ前の開路電圧から電圧乱れ後の第１のプリセット電圧まで変化するように制御することを含み、第１のプリセット電圧は開路電圧よりも低い。

【0158】

第１のプリセット電圧は、開路電圧よりも低い、任意の動作点に対応する電圧とし得る。

【0159】

電圧検出回路５００は更に、電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得するように構成される。

【0160】

コントローラ４００は更に、電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧と電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧とに基づいて、地絡あり太陽光発電ストリングを決定し、地絡あり太陽光発電ストリングについて、電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧及び出力電圧を用いて、地絡あり太陽光発電パネルを取得する、又は、電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧及び出力電圧を用いて、地絡あり太陽光発電パネルを取得するように構成される。

【0161】

なお、電圧乱れ前の電圧パラメータが地絡の位置を特定するために使用される場合、電圧検出回路５００は更に、電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの出力電圧を取得し得る。電圧乱れ後の電圧パラメータが使用される場合、電圧検出回路５００は更に、電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの出力電圧を取得し得る。

【0162】

この実施形態において、コントローラ４００の位置は特に限定されることではない。コントローラ４００は、電力変換回路に対応するコントローラとし得る。換言すれば、各電力変換回路が１つのコントローラに対応する。あるいは、これらの電力変換回路が１つのコントローラを共有してもよく、これらの電力変換回路がコントローラと通信してもよい。

【0163】

太陽光発電ストリング内の太陽光発電パネルに地絡が発生しているとき、太陽光発電ストリングの正極ＰＶ＋の対地電圧Ｕｐｖ＋は、乱れ前の対地電圧と明らかに異なり、同様に、乱れ前の太陽光発電ストリングの負極ＰＶ－の対地電圧Ｕｐｖ－も、乱れ後のものと明らかに異なる。

【0164】

太陽光発電ストリングに地絡が発生しているかについて、電圧乱れ前のＵｐｖ＋と電圧乱れ後のＵｐｖ＋との間の差に基づいて短絡障害が発生しているかを判定することができ、あるいは、電圧乱れ前のＵｐｖ－と電圧乱れ後のＵｐｖ－との間の差に基づいて短絡障害が発生しているかを判定することができる。

【0165】

例えば、電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧と電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧との間の差の絶対値がプリセットの閾値を超える場合に、その太陽光発電ストリングは地絡あり太陽光発電ストリングであると決定される。

【0166】

１つの太陽光発電ストリングでは、地絡が一箇所のみで発生した場合、太陽光発電ストリングの端子電圧と太陽光発電ストリングの出力電圧との間に比例関係が存在する。従って、太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比例関係を用いることによって、太陽光発電ストリング内の地絡あり太陽光発電パネルの位置を得ることができる。

【0167】

太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比率は、電圧乱れ前の端子電圧と太陽光発電ストリングの出力電圧との間の比率を用いてもよいし、乱れ後の端子電圧と太陽光発電ストリングの出力電圧との間の比率を用いてもよい。

【0168】

なおも図４を参照するに、５つの太陽光発電パネルがＰＶ＋とＰＶ－との間に直列に接続されている。従って、２番目の太陽光発電パネルで地絡が発生していると仮定すると、電圧乱れの前であるか電圧乱れの後であるかにかかわらず、Ｕｐｖ＋の絶対値とＵｐｖとの間の比率が２／５であること、又はＵｐｖ－の絶対値とＵｐｖとの間の比率が３／５であることが検出されるとき、それは、地絡が２番目の太陽光発電パネルで発生していることを示す。なお、ここでの２番目の太陽光発電パネルは、ＰＶ＋端から数えて２番目の太陽光発電パネルである。加えて、一部の太陽光発電アレイにおいて、各太陽光発電ストリングに含まれる太陽光発電パネルの数が未知である場合、ここでのＮ及びｘはパーセンテージを表す。具体的には、Ｎは１００％を表し、ｘは、太陽光発電ストリング内の障害が発生している位置からＰＶ＋までの百分率での距離を表す。例えば、ｘ＝２０％である場合、それは、約２０％の位置で地絡が発生していることを示す。

【0169】

この実施形態において提供される太陽光発電装置は、図４に示した形態であってもよいし、図６に示した形態であってもよいし、図１０に示した形態であってもよい。図１０の全てのＤＣ／ＤＣ変換回路の負の入力端子は共に接続されている。また、代わりに、全てのＤＣ／ＤＣ変換回路の正の入力端子が接続されてもよい。

【0170】

また、電力変換回路がＤＣ／ＡＣ変換回路である場合、図１３を参照されたい。図１３は、この出願のこの実施形態に従った地絡を検出する他の太陽光発電装置の概略図である。

【0171】

図１３に示す太陽光発電装置は、ＤＣ／ＤＣ変換回路を含んでおらず、ＤＣ／ＡＣ変換回路のみを含んでいる。換言すれば、太陽光発電装置がインバータである場合、インバータは単段インバータである。図６及び図１０に示したインバータは２段インバータであり、２段インバータは、ＤＣ／ＤＣ変換回路とＤＣ／ＡＣ変換回路との両方を含む。

【0172】

第１太陽光発電ストリング１００ａは対応する第１ＤＣ／ＡＣ変換回路３００ａに接続され、第２太陽光発電ストリング１００ｂは対応する第２ＤＣ／ＡＣ変換回路３００ｂに接続される。

【0173】

電圧検出回路５００は、電圧乱れ前の第１太陽光発電ストリング１００ａ及び第２太陽光発電ストリング１００ｂの端子電圧及び出力電圧を検出するように構成されるとともに、電圧乱れ後の第１太陽光発電ストリング１００ａ及び第２太陽光発電ストリング１００ｂの端子電圧及び出力電圧を検出するように構成される。電圧検出回路５００は、検出した端子電圧及び出力電圧をどちらもコントローラ４００に送る。

【0174】

コントローラ４００は、第１太陽光発電ストリング１００ａ及び第２太陽光発電ストリング１００ｂに対する電圧乱れを実施するように、第１ＤＣ／ＡＣ変換回路３００ａの入力電圧を制御することによって第１太陽光発電ストリング１００ａの出力電圧を制御するとともに、第２ＤＣ／ＡＣ変換回路３００ｂの入力電圧を制御することによって第２太陽光発電ストリング１００ｂの出力電圧を制御する。

【0175】

例えば、地絡あり太陽光発電パネルは、電圧乱れ前のＵｐｖ＋と電圧乱れ前のＵｐｖとの間の比率を用いて取得される。

【0176】

なお、以上では特定の一実装のみを説明している。ストリング全体の出力電圧と端子電圧との間に特定の比例関係が存在する限り、地絡の具体的な位置を割り出すことができる。上述の割合は必ずしも厳密に２／５でなくてもよい。サンプリングは、実際の動作環境とは異なり得る。従って、たとえ僅かな逸脱が生じても、その逸脱が予め定められた逸脱範囲内であれば、対応する地絡あり太陽光発電パネルをなおも割り出すことができる。

【0177】

なお、太陽光発電パネルの地絡は、その太陽光発電パネルでアースへの短絡が発生していることを意味するだけでなく、その太陽光発電パネルの前又は後に直列に接続されたケーブルへの絶縁損傷によって引き起こされるアースへの短絡であってもよい。

【0178】

この実施形態で提供される太陽光発電装置によれば、太陽光発電ストリングの出力電圧が乱される。換言すれば、太陽光発電ストリングの出力電圧が変化するように制御される。電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧と電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧とを用いることによって、太陽光発電ストリングに地絡が発生しているかが判定される。電圧乱れ前の端子電圧と電圧乱れ後の端子電圧とが明らかに変化する場合、それは、太陽光発電ストリングに地絡が発生していることを示す。太陽光発電ストリング内の全ての太陽光発電パネルが直列に接続される。太陽光発電ストリング内のある箇所で地絡が発生しているとき、地絡の位置の電位が基準グランドに略等しい。この場合、太陽光発電ストリングの一端から障害位置までの全ての太陽光発電パネルに割り当てられる電圧が端子電圧であると考えることができる。従って、地絡が発生している具体的な位置を、端子電圧とストリング全体の出力電圧との間の比率を用いることによって割り出し得る。この装置は、単純で実装容易であり、追加のハードウェア装置を必要としない。太陽光発電ストリングのＮ個の太陽光発電パネルに対して１つずつ手動で検出を行う必要なしに、地絡あり太陽光発電パネルを自動的に割り出すことができ、それによって効率が向上される。

【0179】

障害のある太陽光発電パネルは、電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧と太陽光発電ストリングの出力電圧との間の比率を用いることによって取得されてもよいし、電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧と太陽光発電ストリングの出力電圧との間の比率を用いることによって取得されてもよい。詳細を以下にて別々に説明する。

【0180】

第１の方式： 電圧乱れ前の端子電圧と電圧乱れ前のストリング全体の出力電圧とが使用される。

【0181】

コントローラは具体的に、端子電圧が正極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（Ｕｐｖ＋／Ｕｐｖ）
に従って取得するように構成され、又は
端子電圧が負極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（１－｜Ｕｐｖ－｜／Ｕｐｖ）
に従って取得するように構成され、
Ｕｐｖ＋は、電圧乱れ前の正極の対地電圧を表し、Ｕｐｖ－は、電圧乱れ前の負極の対地電圧を表し、Ｕｐｖは、電圧乱れ前の出力電圧を表し、Ｎは、地絡あり太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数を表し、ｘは、地絡あり太陽光発電ストリングの正極から始めてｘ番目の太陽光発電パネルを表す。

【0182】

上述の式は、Ｎ個の太陽光発電パネルが直列に接続されるという原理に基づく。ｘ番目の太陽光発電パネルがアースに短絡しているとき、太陽光発電ストリングのＵｐｖ＋／Ｕｐｖはｘ／Ｎである。Ｕｐｖ＋及びＵｐｖはどちらも電圧検出回路を用いて得ることができ、Ｎは既知の数である。従って、ｘを得ることができ、ｘは、地絡が発生した太陽光発電パネルである。同様に、地絡あり太陽光発電パネルは代わりに、乱れ前の太陽光発電ストリングの負極の対地電圧及び出力電圧を用いることによって取得されてもよい。具体的には、ｘ番目の太陽光発電パネルがアースに短絡しているとき、太陽光発電ストリングの（１－｜Ｕｐｖ－｜／Ｕｐｖ）はｘ／Ｎである。Ｕｐｖ－及びＵｐｖはどちらも電圧検出回路を用いて得ることができ、Ｎは既知の数である。従って、ｘを得ることができる。

【0183】

例えば、電圧乱れの前に、開回路における第１太陽光発電ストリング１００ａの開路電圧Ｕ１と、開回路における第２太陽光発電ストリング１００ｂの開路電圧Ｕ２とが別々に収集される。電圧乱れの前に、第１太陽光発電ストリング１００ａが開回路にあるときのＰＶ－の対地電圧Ｕ１－と、第２太陽光発電ストリング１００ｂが開回路にあるときのＰＶ－の対地電圧Ｕ２－とが別々に収集される。

【0184】

この場合、第１太陽光発電ストリング１００ａ内の地絡あり太陽光発電パネルｘ１＝（１－｜Ｕ１－｜／Ｕ１）＊Ｎであり、
第２太陽光発電ストリング１００ｂ内の地絡あり太陽光発電パネルｘ２＝（１－｜Ｕ２－｜／Ｕ２）＊Ｎである。

【0185】

以上では、乱れ前の端子電圧と乱れ前の出力電圧との間の比率を用いて地絡の位置をどのように割り出すかを説明している。次に、乱れ後の端子電圧と乱れ後の出力電圧との間の比率を用いて地絡の位置をどのように割り出すかを説明する。

【0186】

第２の方式： 電圧乱れ後の端子電圧と電圧乱れ後のストリング全体の出力電圧とが使用される。

【0187】

コントローラは具体的に、地絡あり太陽光発電パネルを、電圧乱れ後の地絡あり太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比を用いることによって、及び太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって取得するように構成される。

【0188】

コントローラは具体的に、端子電圧が正極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（Ｕｖ＋／Ｕｖ）
に従って取得するように構成され、又は
端子電圧が負極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（１－｜Ｕｖ－｜／Ｕｖ）
に従って取得するように構成され、
Ｕｖ＋は、電圧乱れ後の正極の対地電圧を表し、Ｕｖ－は、電圧乱れ後の負極の対地電圧を表し、Ｕｖは、電圧乱れ後の出力電圧を表し、Ｎは、地絡あり太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数を表し、ｘは、地絡あり太陽光発電ストリングの正極から始めてｘ番目の太陽光発電パネルを表す。

【0189】

例えば、電圧乱れの前、太陽光発電ストリングはいかなる制御も受けず、開路電圧に対応する動作点で動作している。電圧乱れの間、太陽光発電ストリングの出力電圧が開路電圧から減少するように制御される。

【0190】

なお、太陽光発電装置と太陽光発電ストリングとの間の接続関係が図４及び図６に示される場合、１つの太陽光発電ストリングが存在するのか複数の太陽光発電ストリングが存在するのかにかかわらず、ストリング内で１つの地絡が発生するのであれば、障害位置を正確に特定することができる。太陽光発電装置と太陽光発電ストリングとの間の接続関係が図１０に示される場合、全ての太陽光発電ストリングのＰＶ－が共に短絡されている。従って、２つ以上の太陽光発電ストリングに対して同時に電圧乱れを実行することはできず、各太陽光発電ストリングに対して順番に電圧乱れを実行する必要がある。また、図１０に対応する太陽光発電装置では、太陽光発電ストリングの正極又は負極が共に接続される。従って、１つのストリングのみが地絡を有するとき、地絡あり太陽光発電パネルの位置を正確に得ることができる。複数のストリングが地絡を有する場合には、地絡あり太陽光発電ストリングを正確に決定することができるのみであり、地絡あり太陽光発電パネルの具体的な位置を正確に得ることはできない。

【0191】

図１０に示した太陽光発電装置では、複数の太陽光発電ストリングが一端で共に短絡される場合、具体的には、太陽光発電アレイ内の複数の太陽光発電ストリングの正極が共に短絡されるか、複数の太陽光発電ストリングの負極が共に短絡されるかする場合、それら太陽光発電ストリングに対して順番に電圧乱れを実行することによって、各太陽光発電ストリングが地絡を有するかを正確に判定することができる。一箇所でのみ地絡が発生しているとき、端子電圧と出力電圧との間の比例関係を用いることによって、障害ある太陽光発電パネルの位置を正確に特定することができる。

【0192】

全ての太陽光発電ストリングのＰＶ－が共に短絡されている。従って、ＰＶの対地電圧をサンプリングするのに１つの回路で十分である。

【0193】

上述の実施形態で提供される太陽光発電装置を使用することにより、１つの太陽光発電ストリングのみが存在し、且つその太陽光発電ストリング内で１つの地絡のみが発生する場合、太陽光発電ストリング内の地絡の位置を正確に特定することができる。対応する太陽光発電ストリングが複数存在し、且つそれら太陽光発電ストリングの正極同士も負極同士も共に接続されない場合、地絡を有する全ての太陽光発電ストリングを特定することができる。加えて、１つの太陽光発電ストリングが１つの地絡のみを有する場合、障害位置を正確に特定することができる。対応する太陽光発電ストリングが複数存在し、且つ全ての太陽光発電ストリングの正極同士又は負極同士が共に接続される場合、地絡を有する全ての太陽光発電ストリングを特定することができる。１つの地絡のみが存在する場合、端子電圧と出力電圧との間の比例関係を用いることによって、障害ある太陽光発電パネルの位置を正確に特定することができる。

【0194】

システム実施形態
上述の実施形態で提供される太陽光発電ストリングの地絡を検出する太陽光発電装置に基づき、この出願のこの実施形態は更に太陽光発電システムを提供し、それを添付の図面を参照して詳細に説明する。

【0195】

図１４は、この出願のこの実施形態に従った太陽光発電システムの概略図である。

【0196】

この出願のこの実施形態は、太陽光発電アレイと、太陽光発電装置と、コントローラとを含む太陽光発電システムを提供する。

【0197】

太陽光発電アレイはｍ個の太陽光発電ストリングを含み、ｍは１以上の整数である。

【0198】

太陽光発電装置はｍ個の電力変換回路を含み、電力変換回路は太陽光発電ストリングと一対一に対応し、各太陽光発電ストリングが対応する電力変換回路に接続される。

【0199】

コントローラは、電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得し、端子電圧は、太陽光発電ストリングの正極又は負極の対地電圧、つまり、ＰＶ＋又はＰＶ－の対地電圧であり、各太陽光発電ストリングに対して電圧乱れを実行して、電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧を取得し、ここで、太陽光発電ストリング内で地絡が発生した場合、電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧は電圧乱れ前の端子電圧から明らかに変化し、電圧乱れ前の各太陽光発電ストリングの端子電圧と電圧乱れ後の各太陽光発電ストリングの端子電圧とに基づいて、地絡あり太陽光発電ストリングを決定し、地絡あり太陽光発電ストリングについて、電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧及び出力電圧を用いて、地絡あり太陽光発電パネルを取得する、又は、電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧及び出力電圧を用いて、地絡あり太陽光発電パネルを取得する、ように構成される。

【0200】

コントローラは具体的に、電圧乱れ前の太陽光発電ストリングの端子電圧と電圧乱れ後の太陽光発電ストリングの端子電圧との間の差の絶対値がプリセットの閾値を超える場合に、その太陽光発電ストリングは地絡あり太陽光発電ストリングであると決定するように構成される。

【0201】

コントローラは具体的に、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を、電圧増加方向に沿って変化するように、又は電圧減少方向に沿って変化するように制御するように構成される。

【0202】

コントローラは具体的に、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を、電圧乱れ前の開路電圧から電圧乱れ後の第１のプリセット電圧まで変化するように制御するように構成され、第１のプリセット電圧は開路電圧よりも低い。

【0203】

コントローラは具体的に、電圧乱れを受ける太陽光発電ストリングの出力電圧を、電圧乱れ前の開路電圧から電圧乱れ後の短絡電圧まで変化するように制御するように構成される。

【0204】

コントローラは具体的に、電圧乱れ前の地絡あり太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比率を用いることによって、及び太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって、地絡あり太陽光発電パネルを取得するように構成される。

【0205】

コントローラは具体的に、端子電圧が正極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（Ｕｐｖ＋／Ｕｐｖ）
に従って取得するように構成され、又は
端子電圧が負極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（１－｜Ｕｐｖ－｜／Ｕｐｖ）
に従って取得するように構成され、
Ｕｐｖ＋は、電圧乱れ前の正極の対地電圧を表し、Ｕｐｖ－は、電圧乱れ前の負極の対地電圧を表し、Ｕｐｖは、電圧乱れ前の出力電圧を表し、Ｎは、地絡あり太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数を表し、ｘは、地絡あり太陽光発電ストリングの正極から始めてｘ番目の太陽光発電パネルを表す。

【0206】

コントローラは具体的に、地絡あり太陽光発電パネルを、電圧乱れ後の地絡あり太陽光発電ストリングの端子電圧と出力電圧との間の比を用いることによって、及び太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数Ｎを用いることによって取得するように構成される。

【0207】

コントローラは具体的に、端子電圧が正極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（Ｕｖ＋／Ｕｖ）
に従って取得するように構成され、又は
端子電圧が負極の対地電圧である場合に、地絡あり太陽光発電パネルを、次式：
ｘ＝Ｎ＊（１－｜Ｕｖ－｜／Ｕｖ）
に従って取得するように構成され、
Ｕｖ＋は、電圧乱れ後の正極の対地電圧を表し、Ｕｖ－は、電圧乱れ後の負極の対地電圧を表し、Ｕｖは、電圧乱れ後の出力電圧を表し、Ｎは、地絡あり太陽光発電ストリングに含まれた、直列に接続された太陽光発電パネルの数を表し、ｘは、地絡あり太陽光発電ストリングの正極から始めてｘ番目の太陽光発電パネルを表す。

【0208】

この実施形態で提供される太陽光発電システムは、太陽光発電アレイ１００と、上述の実施形態で説明した太陽光発電装置１０００とを含む。

【0209】

太陽光発電アレイ１００はＭ個の太陽光発電ストリングを含み、Ｍは１以上の整数である。

【0210】

太陽光発電装置１０００はＭ個の電力変換回路を含む。

【0211】

太陽光発電アレイ１００内のＭ個の太陽光発電ストリングと太陽光発電装置１０００内のＭ個の電力変換回路との間には一対一の関係がある。換言すれば、各電力変換回路の入力端子が、当該電力変換回路に対応する太陽光発電ストリングに接続される。

【0212】

太陽光発電装置は、インバータであってもよいし、コンバイナボックスであってもよい。これは、この出願のこの実施形態において特に限定されることではない。

【0213】

太陽光発電装置がインバータである場合、当該インバータは２段インバータとし得る。図６に示したように、インバータは、ＤＣ／ＤＣ変換回路とＤＣ／ＡＣ変換回路とを含み得る。インバータは代わりに、図１３に示したように、ＤＣ／ＡＣ変換回路のみを含むものである単段インバータであってもよい。

【0214】

当該太陽光発電システムにおいてコントローラによって太陽光発電ストリングの地絡を検出することの具体的な実装については、方法実施形態及び太陽光発電装置実施形態における説明を参照されたい。詳細をここで再び説明することはしない。

【0215】

この出願のこの実施形態で提供される太陽光発電システムは、上述の実施形態で説明した太陽光発電装置を含む。１つの太陽光発電ストリングのみが存在し、且つその太陽光発電ストリング内で１つの地絡のみが発生する場合、太陽光発電ストリング内の地絡の位置を正確に特定することができる。対応する太陽光発電ストリングが複数存在し、且つそれら太陽光発電ストリングの正極同士も負極同士も共に接続されない場合、地絡を有する全ての太陽光発電ストリングを特定することができる。加えて、１つの太陽光発電ストリングが１つの地絡のみを有する場合、障害位置を正確に特定することができる。対応する太陽光発電ストリングが複数存在し、且つ全ての太陽光発電ストリングの正極同士又は負極同士が共に接続される場合、地絡を有する全ての太陽光発電ストリングを特定することができる。１つの地絡のみが存在する場合、端子電圧と出力電圧との間の比例関係を用いることによって、障害ある太陽光発電パネルの位置を正確に特定することができる。当該太陽光発電システムは、インバータが系統接続される前に太陽光発電アレイの地絡をモニタし得る。直流絶縁抵抗が低いとき、換言すれば、地絡が発生しているとき、位置特定した障害位置に基づいて障害を遅れずに是正することで、当該太陽光発電システムは可能な限り迅速に正常に稼働して、系統接続発電を行うことができ、それにより動作効率が向上される。

【0216】

理解されるべきことには、この出願において、“少なくとも１つの（アイテム）”は１つ以上を意味し、“複数の”は２つ以上を意味する。用語“及び／又は”は、関連するオブジェクト間の連関関係を記述するために使用され、３つの関係が存在し得ることを表す。例えば、“Ａ及び／又はＢ”は、以下の３つのケース、すなわち、Ａのみが存在する、Ｂのみが存在する、及び、ＡとＢの両方が存在するという３つのケースを表し得るものであり、Ａ及びＢは単数であっても複数であってもよい。文字“／”は、一般に、関連するオブジェクト間の“又は”の関係を指し示す。“以下のアイテム（ピース）のうち少なくとも１つ”又はこれに類する表現は、単一のアイテム（ピース）又は複数のアイテム（ピース）の任意の組み合わせを含め、それらのアイテムのうちの任意の組み合わせを指す。例えば、ａ、ｂ、又はｃのうちの少なくとも１つは、ａ、ｂ、ｃ、ａ及びｂ、ａ及びｃ、ｂ及びｃ、又は、ａ及びｂ及びｃを指し示し得るものであり、ａ、ｂ、及びｃは単数であっても複数であってもよい。

【0217】

上述の実施形態は、この出願を限定するのではなく、この出願の技術的ソリューションを説明することを意図しているにすぎない。この出願は上述の実施形態を参照して詳細に説明されているが、当業者が理解するはずのことには、この出願の実施形態の技術的ソリューションの精神及び範囲から逸脱することなく、上述の実施形態で説明された技術的ソリューションになおも変更を行ったり、その一部の技術的特徴に対して均等な置換を行ったりすることができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】