発電システムのアーク検出および防止
【課題】光起電力パネルと、ＤＣ電力線で光起電力パネルに接続可能な負荷と、を備えたシステムにおける、アーク検出のための方法を提供する。
【解決手段】負荷に供給される電力を測定して、負荷に供給される電力の第１の測定結果を提示する。光起電力パネルによって生成される電力も測定され、光起電力パネルによって生成される電力の第２の測定結果が提示される。第１の測定結果は第２の測定結果と比較され、電力測定結果差が提示される。閾値より大きい電力測定結果差の場合には、更に、警報状態がセットされ、第２の測定結果は、ＤＣ電力線を通じて調節および発信される。
【解決手段】負荷に供給される電力を測定して、負荷に供給される電力の第１の測定結果を提示する。光起電力パネルによって生成される電力も測定され、光起電力パネルによって生成される電力の第２の測定結果が提示される。第１の測定結果は第２の測定結果と比較され、電力測定結果差が提示される。閾値より大きい電力測定結果差の場合には、更に、警報状態がセットされ、第２の測定結果は、ＤＣ電力線を通じて調節および発信される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散発電システム、特に、太陽光発電システムのアーク検出および防止に関する。
【背景技術】
【０００２】
分散太陽光発電システムは、建築物の屋根に一般的に取り付けられる１つ以上の光起電力パネルを組み込む。光起電力パネルに接続されるインバータは、通常、建築物内に配置される。直流（ＤＣ）電力が、光起電力パネルから出力される。インバータは、直流電力を、交流（ＡＣ）電力に変換する。
【０００３】
アーク放電は、電力供給システムおよび電子装置に有害作用を与える可能性がある。アーキングは、スイッチ、回路ブレーカ、リレー接点、ヒューズおよび劣等なケーブル端末で生じる場合がある。回路のスイッチが切られたとき、または、接続不良がコネクタで生じたときに、アーク放電はコネクタの接点全体で発生する場合がある。アーク放電は、継続したプラズマ放電を生み出す気体の電気絶縁破壊であり、通常不伝導性である空気などの媒体を通過する電流が原因である。切断の始めは、２つの接点間の分離距離は、非常に小さい。結果として、接点間の空隙全体の電圧は、ミリメートル当たりボルト単位の、非常に大きな電場を生み出す。この大きな電場が、２つの切断面の間に、電気アークの点弧を引き起こす。回路がアークを持続するのに十分な電流および電圧を有する場合、アークは、導体の溶断、絶縁部の破壊および火災などの、装置に対する損害を引き起こす可能性がある。
【０００４】
交流（ＡＣ）電源方式のゼロ交差は、アークを再点弧させない。直流式は、ＤＣ電源方式においてはゼロ交差が存在しないため、ＡＣ方式よりアーキングを起こしやすい。
【０００５】
背景技術による回路１０ａの、直列のアーキング１０６を示した図１ａを参照する。図１ａにおいて、直流（ＤＣ）電源１０２は、電力線１０４ａと１０４ｂの間に電力を提供する。電力線１０４ｂは、グランド電位で示される。負荷１００は、電力線１０４ｂを電力線１０４ａに接続する。直列のアーキングは、例えば、電力線１０４ａ、１０４ｂ、もしくは、負荷１００または電源１０２の内部といった回路１０ａの任意の部分で生じることがあり得る。直列のアーキングの例１０６の原因となる、ポイントＣとポイントＡの間の電力線１０４ａの切断または劣等な接続が図示される。一般に、直列アーク１０６が検出可能な場合、電源１０２または負荷１００に位置する回路ブレーカ（図示せず）は、連続的な直列のアーキング１０６を妨げるために切断することができる。
【０００６】
背景技術による回路１０ｂの、並列または短絡のアーキング１０８を示した図１ｂを参照する。回路１０ｂにおいて、直流（ＤＣ）電源１０２は、電力線１０４ａと１０４ｂの間に電力を提供する。負荷１００は、電力線１０４ａおよび１０４ｂを接続する。並列のアーキングは回路１０ｂの多くの部分で生じることがあり得、例としては電源１０２の正電極と電源１０２のグランド／シャーシ間のアーキングが挙げられ、電力供給ケーブル１０４ａ／ｂが二心ケーブルである場合、アーキングは二心間に、または、負荷１００の陽端子１０４ａとグランド１０４ｂ間に生じることがあり得る。並列のアーキング１０８は、電力線１０４ｂのポイントＤと、電力線１０４ａのポイントＣの高電位間に、示されるように生じることがあり得る。
【０００７】
アークノイズは、パワースペクトル密度が周波数スペクトル全体にわたってほぼ等しい、ホワイトノイズに近い。加えて、アークノイズ信号の振幅は、ガウス確率密度関数に非常に近い。根二乗平均（ＲＭＳ）アークノイズ電圧信号（Ｖｎ）は、式Ｅｑ．１によって導かれる。
【０００８】
【数１】
【０００９】
Ｋ＝ボルツマン定数＝１．３８×１０―２３ジュール毎ケルビン
Ｔ＝ケルビンによる温度
Ｂ＝ノイズ電圧（ＶＮ）が測定されるヘルツ（Ｈｚ）によるバンド幅
Ｒ＝抵抗器／回路／負荷の抵抗（オーム）
【発明の概要】
【００１０】
本発明では、光起電力パネルと、ＤＣ電力線で光起電力パネルに接続可能な負荷と、を備えたシステムにおける、アーク検出のための方法が提供される。本方法は、負荷に供給される電力を測定して、負荷に供給される電力の第１の測定結果を提示する。光起電力パネルによって生成される電力も測定され、光起電力パネルによって生成される電力の第２の測定結果が提示される。第１の測定結果は第２の測定結果と比較され、電力測定結果差が提示される。閾値より大きい電力測定結果差の場合には、更に、警報状態がセットされることになる。第２の測定値は、ＤＣ電力線を通じて調節および発信されるのが好ましい。
【００１１】
本発明では、システムにおけるアーク検出のためのデバイスが提供され、このシステムは、光起電力パネル、およびＤＣ電力線で光起電力パネルに接続可能な負荷を備える。本デバイスは、光起電力パネルによって生成される電力を測定するために調整された電子モジュール、および、負荷に供給される電力を測定するために調整された中央制御装置を備える。機構は、光起電力パネルの電気出力を、前記負荷に供給される電力と比較する。
【００１２】
本発明では、光起電力パネルの光起電性の列と、ＤＣ電力線で光起電性の列に接続可能な負荷と、を備えたシステムにおけるアーク検出のための方法が提供される。アーク検出のための方法は、負荷のノイズ電圧を測定し、負荷のノイズ電圧の第１の測定結果を提示する。光起電性の列の光起電力パネルのノイズ電圧も測定され、光起電力パネルのノイズ電圧の第２の測定結果が提示される。第１の測定結果は、第２の測定結果と比較されるのが好ましく、それによりノイズ電圧結果差が提示される。閾値より大きいノイズ電圧結果差の場合には、警報状態がセットされることになる。警報状態がセットされた場合には、光起電性の列の接続は切断されることになる。第２の測定結果は、ＤＣ電力線を通じて調節および発信されるのが好ましい。
【００１３】
本発明では、相互接続された光起電力パネルの光起電性の列と、ＤＣ電力線で光起電性の列に接続可能な負荷と、を備えたシステムにおけるアーク検出のための方法が提供される。アーク検出のための方法は、負荷に供給される電力を測定し、負荷の電力の第１の測定結果を提示する。光起電性の列によって生成される電力も測定され、光起電性の列の電力の第２の測定結果が提示される。第１の測定結果は第２の測定結果と比較され、第１の電力結果差が提示されることになる。
【００１４】
光起電性の列の電力の測定は、一般的に、それぞれの光起電力パネルの電気出力を測定する命令を送信することを伴う。続いて、それぞれの光起電力パネルの電力値が、発信および受信されることになる。それぞれの光起電力パネルの電力値は加算され、第２の測定結果が与えられることになる。第２の測定結果は、その後、続いて、ＤＣ電力線を通じて調節および発信されることになる。
【００１５】
負荷のインピーダンスが、予定値に従って変更されてもよい。光起電性の列の電力は続いて再び測定され、光起電性の列の電力の第３の測定結果が提示される。次に、負荷の電力が測定され、負荷の電力の第４の測定結果が提示される。第３の測定値は第４の測定値と比較され、第２の電力結果差を提示することになる。第１の電力結果差は、第２の電力結果差と比較され、全体の電力結果差が提示されることになる。全体の電力結果差が閾値より大きい場合には、警報状態がセットされることになる。警報状態がセットされた場合には、光起電性の列の接続は切断されることになる。第３の測定結果は、ＤＣ電力線を通じて調節および発信されるのが好ましい。
【００１６】
光起電性の列の電力を測定することは、一般的に、それぞれの光起電力パネルの電力を測定する命令を送信することを伴う。続いて、それぞれの光起電力パネルの電力値が、発信および受信されることになる。それぞれの光起電力パネルの電力値は加算され、第３の測定結果が与えられることになる。第３の測定結果は、その後、続いて、ＤＣ電力線を通じて調節および発信されることになる。
【００１７】
列の電力を測定する命令は、列のパネルのうちの１枚に接続されたマスタモジュールに送信されてもよい。列の他のパネルにそれぞれ接続されたスレイブモジュールは、電力を測定するように命令される。電力測定結果は、スレイブモジュールからマスタモジュールへ発信される。電力測定結果は、マスタモジュールに受信され、中央制御装置に発信される列の電力結果を提示するために、マスタモジュールで合計される。
【００１８】
添付の図面を参照し、例示のみを目的として、本発明を本明細書で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】背景技術による直列のアーキングを示した回路を示す図である。
【図１Ｂ】背景技術による並列または短絡のアーキングについての、図１ａと同じ回路を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によるアーク検出機能を備えた発電システムを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による方法を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による方法を示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による発電回路を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による方法を示す図である。
【図５Ｃ】図５ｂで示された方法の段階を示す図であり、より詳細には、この段階により、本発明の一実施形態による列の電力が測定される。
【図５Ｄ】本発明の他の実施形態による、直列のアーク検出のための方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態をここで詳細に説明する。実施形態の例は添付の図面に図示され、図面内の同じ参照番号は全体にわたって同じ要素を示す。実施形態は、図を参照して本発明を説明するために、以下に記述される。
【００２１】
ここで、本発明の一実施形態によるアーク検出機能を備えた発電システム２０１を示す図２を参照する。光起電力パネル２００は、モジュール２０２の入力に接続されるのが好ましい。複数のパネル２００および複数のモジュール２０２は、一般的に、直列の列を形成するように、共に接続される。直列の列は、モジュール２０２の出力を直列に接続することによって形成される。複数の直列の列は、負荷２５０と並列に接続されるのが好ましい。負荷２５０は、直流（ＤＣ）から交流（ＡＣ）に変換するインバータ、または、ＤＣからＤＣに変換するコンバータであるのが好ましい。電子モジュール２０２は、一般的に、パネル２００が生み出す電圧および電流を測定する。したがって、モジュール２０２は、パネル２００の電気出力を示すことが可能である。制御装置２０４は、負荷２５０に取り付けられる。制御装置２０４は、また、直列の列に負荷２５０を接続しているＤＣ電力線上の電力線通信を経て、または、無線の接続によって、モジュール２０２に動作可能に取り付けられる。制御装置２０４は、センサ２０６を介して負荷２５０が受ける電力を測定するのが好ましい。それぞれのパネル２００は、グランドに接続してもよいシャーシを有する。直列のアーキング１０６の例は、２枚のパネル２００の間に示される。並列のアーキング１０８の例は、パネル２００の正端子とパネル２００のグランドの間に示される。
【００２２】
次に、本発明の一実施形態による方法３０１を示す図３を参照する。方法３０１は、直列および／または並列のアーキングを検出するための方法である。中央制御装置２０４は、負荷２５０が受ける電力を測定する（段階３００）。モジュール２０２は、パネル２００の電力を測定する（段階３０２）。モジュール２０２は、無線または電力線通信を介して制御装置２０４に、パネル２００の測定された電力を示すデータを発信するのが好ましい。制御装置２０４は、パネル２００で発生した電力と負荷２５０で受ける電力間の差を算出する（段階３０４）。段階３０４で算出される差が、予め決められた基準に従って、パネル２００で発生した電力が負荷２５０で受ける電力より大きいことを示す場合（段階３０６）、起こりうるアーキングの警報状態がセットされることになる（段階３０８）。それ以外の場合、アーク検出は、段階３００を再開する。
【００２３】
次に、本発明の一実施形態による方法４０１を示す図４を参照する。方法４０１は、直列および／または並列のアーキングを検出するための方法である。中央制御装置２０４は、負荷２５０の根二乗平均（ＲＭＳ）ノイズ電圧を測定する（段階４００）。モジュール２０２は、パネル２００の根二乗平均（ＲＭＳ）ノイズ電圧を測定する（段階４０２）。モジュール２０２は、測定されたパネル２００のＲＭＳノイズ電圧を示したデータを、無線または電力線通信を介して、制御装置２０４に発信するのが好ましい。
【００２４】
制御装置は、パネル２００で測定されたノイズ電圧と負荷２５０で測定されたノイズ電圧間の差を算出することによって、通常、パネル２００のノイズ電圧を、負荷２５０のノイズ電圧と比較する（段階４０４）。段階４０４で算出される差が、予め決められた基準に従って、パネル２００で測定されたノイズ電圧が負荷２５０で測定されたノイズ電圧より大きいことを示す場合（段階４０６）、起こりうるアーキングの警報状態がセットされることになる（段階４０８）。
【００２５】
また、比較（段階４０４）は、以前に、例えば発電システム２０１の取り付けの直後に、制御装置２０４のメモリに記憶されたパネル２００および負荷２５０のＲＭＳノイズ電圧レベルとの比較を伴ってもよい。パネル２００および負荷２５０の以前に記憶されたＲＭＳノイズ電圧レベルは、制御装置２０４のメモリに記憶されたルックアップテーブルの形をとるのが好ましい。ルックアップテーブルは、例えば、様々な時刻、曜日または時期における、パネル２００および負荷２５０のＲＭＳノイズ電圧レベルを有し、パネル２００および負荷２５０の現在測定されたＲＭＳノイズ電圧レベルと比較することができる。
【００２６】
測定されたパネル２００ＲＭＳノイズ電圧データと測定された負荷２５０ＲＭＳノイズ電圧データの比較が、ＲＭＳノイズ電圧差の一定の閾値を超える場合（段階４０６）、起こりうるアーキングの警報状態がセットされ（段階４０８）、それ以外の場合には、アーク検出は、段階４００を再開する。
【００２７】
次に、本発明の一実施形態による発電回路５０１ａを示す図５ａを参照する。発電回路５０１ａは、モジュール２０２の入力に接続されたパネル２００の出力を有する。パネル２００の出力は、したがって、モジュール２０２にＤＣ電源入力（ＰＩＮ）を提供する。モジュール２０２は、降圧回路、ブースト回路または降圧−ブースト回路といった、直流（ＤＣ）−ＤＣ変換パワーコンバータを含みうる。モジュール２０２の出力電圧は、Ｖｉのラベルが付けられる。
【００２８】
モジュール２０２の出力およびモジュール２０２ａは、直列の列５２０を形成するために、直列に接続される。２つの列５２０は、並列に接続されて示される。１つの列５２０には、列５２０で直列に生じているアーク電圧（ＶＡ）の状態が、示される。負荷２５０は、ＤＣ−交流（ＡＣ）インバータであるのが好ましい。中央制御装置２０４は、負荷２５０に取り付けられる。制御装置２０４は、負荷２５０全体の電圧（ＶＴ）と、電流センサ２０６を介して負荷２５０の電流を、任意に測定する。電流センサ２０６は、制御装置２０４に、および、電力線接続で負荷２５０に取り付けられる。
【００２９】
第１の場合では、パネル２００上の日射量に応じて、いくらかのモジュール２０２が、定められた出力電圧（Ｖｉ）を提供するために入力電力を変換するように作動することになり、そして、モジュール２０２の出力する電力は、列５２０の電流の流れに左右される。列５２０の電流の流れはパネル２００の照射のレベルに関連し、すなわち、照射が多いほど、列５２０の電流が多くなり、モジュール２０２の出力する電力はより大きくなる。第２の場合では、モジュール２０２が、出力電力と同じになるように入力電力を変換するために作動することになる。例えば、モジュール２０２の入力が２００ワットである場合、モジュール２０２は、出力を２００ワットにしようと努める。しかしながら、モジュール２０２は列５２０に直列に接続されるので、列５２０の電流の流れはキルヒホッフの法則によって同じになる。列５２０の電流の流れが同じであることは、モジュール２０２の出力電力がモジュール２０２の入力電力と同じであることを確立するために、モジュールの出力電圧（Ｖｉ）が変化することを意味する。したがって、列５２０の電流が増加するにつれてモジュール２０２の出力電圧（Ｖｉ）が減少するか、または、列５２０の電流が減少するにつれてモジュール２０２の出力電圧（Ｖｉ）が最大値に増加する。モジュール２０２の出力電圧（Ｖｉ）が最大値まで増加するとき、第２の場合は、出力電圧（Ｖｉ）が事実上固定されるという点で、第１の場合と同様になる。
【００３０】
列５２０のモジュール２０２は、マスタとして構成されるモジュールの１台２０２ａと、スレイブとして構成される他のモジュール２０２との間で、マスタ／スレイブ関係を有してもよい。
【００３１】
電流が列５２０の全体にわたって同じであるため、マスタモジュールは、一般的に、列５２０の電流を測定するように構成される。列の全電力が決定できるように、モジュール２０２は、自身の出力電圧Ｖｉを任意に測定する。スレイブモジュール２０２の出力電圧が、測定され、例えば、モジュール２０２ａから制御装置２０４への１回の遠隔測定が列の出力される電力を通信するのに十分であるように、マスタユニット２０２ａへ、無線または電力線通信によって通信されてもよい。列５２０のマスタモジュール２０２ａは、スレイブモジュール２０２の制御のために、他のスレイブモジュール２０２と通信してもよい。マスタモジュール２０２ａは、一般的に、スレイブモジュール２０２へと伝達される制御装置２０４からの『キープアライブ』信号を受信する。無線または電力線通信によって通信される、制御装置２０４から送られる『キープアライブ』信号は、在または不在とすることができる。『キープアライブ』信号の存在は、モジュール２０２のおよび／またはマスタモジュール２０２ａを介した、継続した動作を引き起こすことになる。『キープアライブ』信号の不在は、モジュール２０２のおよび／またはマスタモジュール２０２ａを介した、動作の中止を引き起こすことになる（すなわち、電流が、列５２０に流れるのを中止する）。それぞれの列５２０に対応している異なる周波数を各々有した複数の『キープアライブ』信号を利用して、他の列５２０が電力を生成し続ける間に、アーキングの事例がある特定の列５２０の電力の生成を中止させてもよい。
【００３２】
続いて、本発明の一実施形態による方法５０３を示す図５ｂを更に参照する。段階５００において、列５２０の電力が測定される。段階５０２において、負荷２５０の電力が、中央制御装置２０４およびセンサ２０６を使用して、測定される。測定された負荷の電力および測定された列の電力が、段階５０４において、比較される。段階５００、５０２および５０４は、図５ａに関する方程式Ｅｑ．２によって数学的に示される。
【００３３】
【数２】
【００３４】
ＶＡ［ＩＬ］＝電流ＩＬの関数としてのアーク電圧。
ＶＴＩＬ＝負荷２５０の電力。
ΣＰＩＮ＝モジュール２０２の出力電力がモジュール２０２の入力電力（ＰＩＮ）と同じであることを確立するためにモジュールの出力電圧（Ｖｉ）が変化するようにモジュール２０２が作動するときのモジュール２０２の電気出力。
ΣＶｉＩＬ＝固定された電圧出力（Ｖｉ）に関するモジュール２０２の電気出力、および／または、モジュール２０２の出力電圧（Ｖｉ）が最大出力電圧レベルの値に増加するように列５２０の電流が十分に減少したときの（可変の出力電圧Ｖｉに関する）モジュール２０２の電気出力。どの場合でも、最大出力電圧レベルの値（Ｖｉ）および固定された電圧出力（Ｖｉ）が、発電回路５０１ａで同じになるように予め設定される。
【００３５】
列５２０の列の電力と負荷２５０に供給される電力（ＶＴ×Ｉ１）の間の比較は、差を示すために、負荷２５０に供給される電力（ＶＴ×Ｉ１）から列５２０の電力の合計（ΣＰＩＮ＋ΣＶｉＩＬ）を減算することによって、達成される。差が予め定義された閾値より小さい場合（段階５０６）には、列５２０（段階５００）および負荷２５０（段階５０２）の入手可能な電力の測定が再開される。決定ブロック５０６において、差が以前に定められた閾値より大きい場合には、警報状態がセットされることになり、直列アークの状況が生じている可能性がある。直列アーキングの状態は、一般的に、制御装置２０４からモジュール２０２へ、中断するための『キープアライブ』信号を発信させ、そして、モジュール２０２を停止させる。モジュール２０２の停止は、列５２０の直列アーキングを止める好ましい方法である。
【００３６】
次に、本発明の一実施形態による、列５０２の電力を測定するための（図５ｂに示した）方法の段階５００をより詳細に示した図５ｃを参照する。一般的に、中央制御装置２０４は、マスタモジュール２０２ａに電力線通信を介して命令を送信する（段階５５０）。マスタモジュール２０２ａは、列５０２の電力、並びに、モジュール２０２ａの出力電力および入力電力を各々供給するマスタモジュール２０２ａの出力電圧および／またはマスタモジュール２０２ａの入力電圧および電流を、測定する。マスタモジュールは、列５０２のスレイブモジュール２０２に、モジュール２０２の出力電力および入力電力を各々供給する、出力電圧および列５０２の電流ならびに／またはモジュール２０２の入力電圧および電流を測定するように命令する（段階５５２）。スレイブモジュール２０２は、続いて、段階５５２で測定した入出力電力をマスタモジュール２０２ａに発信する（段階５５４）。マスタモジュール２０２ａは、段階５５４で送信された電力測定値を受信する（段階５５６）。マスタモジュール２０２ａは、続いて、式Ｅｑ．２に従って、マスタモジュール２０２ａが獲得した電力測定値と、受信した電力測定値を合計する（段階５５８）。式Ｅｑ．２によれば、ΣＰＩＮ＝モジュール２０２の出力電力がモジュール２０２の入力電力（ＰＩＮ）と同じであることを確立するためにモジュールの出力電圧（Ｖｉ）が変化するようにモジュール２０２が作動するときのモジュール２０２の電気出力であり、ΣＶｉＩＬ＝固定された電圧出力（Ｖｉ）に関するモジュール２０２の電気出力、および／または、モジュール２０２の出力電圧（Ｖｉ）が最大出力電圧レベルの値に増加するように列５２０の電流が十分に減少したときの（可変の出力電圧Ｖｉに関する）モジュール２０２の電気出力である。どの場合でも、最大出力電圧レベルの値（Ｖｉ）および固定された電圧出力（Ｖｉ）が、発電回路５０１ａで同じになるように予め設定される。段階５５８で合計された電力測定値は、続いて、マスタモジュール２０２ａによって中央制御装置２０４に発信される（段階５６０）。
【００３７】
次に、本発明の別の実施形態による、直列のアーク検出のための方法５０５を示す図５ｄを参照する。第１の電力結果差５０８が、ここで電流Ｉ1とラベルを付けられる負荷電流ＩＬ、および、（図５ａに示すような）負荷２５０全体の電圧ＶＴを伴って、回路５０１ａにおいて発生する。第１の電力結果差５０８は、（図５ｃに示される）方法５０３の実行の結果として、図５ａおよび式Ｅｑ．３（下記）を参照して、提示される。
【００３８】
【数３】
【００３９】
ＶＡ［Ｉ１］＝電流Ｉ１の関数としてのアーク電圧。
ＶＴＩ１=負荷２５０の電力。
ΣＰＩＮ＝モジュール２０２の出力電力がモジュール２０２の入力電力（ＰＩＮ）と同じであることを確立するためにモジュールの出力電圧（Ｖｉ）が変化するようにモジュール２０２が作動するときのモジュール２０２の電気出力。
ΣＶｉＩＬ＝固定された電圧出力（Ｖｉ）に関するモジュール２０２の電気出力、および／または、モジュール２０２の出力電圧（Ｖｉ）が最大出力電圧レベルの値に増加するように列５２０の電流が十分に減少したときの（可変の出力電圧Ｖｉに関する）モジュール２０２の電気出力。どの場合でも、最大出力電圧レベルの値（Ｖｉ）および固定された電圧出力（Ｖｉ）が、発電回路５０１ａで同じになるように予め設定される。
【００４０】
負荷２５０のインピーダンスは、中央制御装置２０４の制御によって、任意に調節される（段階５１０）。一般的に、負荷２５０がインバータである場合、制御装置２０４は、インバータの制御パラメータの変化によって、負荷２５０の入力インピーダンスを調節する。負荷２５０の入力インピーダンスの変更は、オームの法則によって、負荷２５０の入力電圧を変更させる。回路５０１ａに示されるような負荷２５０全体の電圧（ＶＴ）は、したがって、負荷２５０の入力インピーダンスの調節の結果として、量ΔＶを変化させられる。負荷２５０全体の電圧はここではＶＴ＋ΔＶであり、負荷２５０の電流（ＩＬ）はここではＩ２である。
【００４１】
第２の電力結果差５２２は、ここでは、段階５１０で実行された、負荷２５０の調節された入力インピーダンスに対する（図５ｃにおいて示される）方法５０３の再実行の結果として、提示される。第２の電力結果差５２２は、式Ｅq．４によって数学的に示される。
【００４２】
【数４】
【００４３】
ＶＡ［Ｉ２］＝電流Ｉ２の関数としてのアーク電圧。
（ＶＴ＋ΔＶ）Ｉ２＝負荷２５０に供給された電力。
ΣＰＩＮ＝モジュール２０２の出力電力がモジュール２０２の入力電力（ＰＩＮ）と同じであることを確立するためにモジュールの出力電圧（Ｖｉ）が変化するようにモジュール２０２が作動するときのモジュール２０２の電気出力。
ΣＶｉＩＬ＝固定された電圧出力（Ｖｉ）に関するモジュール２０２の電気出力、および／または、モジュール２０２の出力電圧（Ｖｉ）が最大出力電圧レベルの値に増加するように列５２０の電流が十分に減少したときの（可変の出力電圧Ｖｉに関する）モジュール２０２の電気出力。どの場合でも、最大出力電圧レベルの値（Ｖｉ）および固定された電圧出力（Ｖｉ）が、発電回路５０１ａで同じになるように予め設定される。
【００４４】
第１の電力結果差５０８は、好ましくは制御装置２０４を用いて、第２の電力結果差５２２と比較され（段階５２４）、差を提示するために第１の電力結果差５０８を第２の電力結果差５２２から減算する。差は、式Ｅｑ．３を式Ｅｑ．４から減算した結果である式Ｅｑ．５によって表される。
【００４５】
【数５】
【００４６】
回路５０１ａのためのそれぞれのモジュール２０２の合計された出力電力（ＰＩＮ）は、したがって、消去される。
【００４７】
式Ｅｑ．５は、式Ｅｑ．６に示されるようなアーク係数αを得るために式Ｅｑ．５上でモジュロ演算機能を実行することによって、制御装置２０４により再調整される。
【００４８】
【数６】
【００４９】
このうち、アーク係数αは、Ｅｑ．７で示される。
【００５０】
【数７】
【００５１】
式Ｅｑ．７で示されるアーク係数αのゼロ以外の値は、警報状態をセットさせ（段階５２８）、それ以外の場合は、別の第１の電力結果差５０８を提示させる（段階５０３）。直列アーキングの状態は、一般的に、『キープアライブ』信号を制御装置２０４によって解除させ、モジュール２０２を停止させる。モジュール２０２の停止は、列５２０の直列アーキングを止める好ましい方法である。
【００５２】
「ａｎ ａｒｃ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ／ｏｒ ａｒｃ ｃｕｒｒｅｎｔ」、「ａ ｌｏａｄ」というように、冠詞「ａ」、「ａｎ」が本明細書において使用されるが、「１つ以上の」の意味を有し、つまり「１つ以上のアーク電圧および／またはアーク電流」または「１つ以上の負荷」の意味となる。
【００５３】
限定された数の実施形態に関して本発明が説明されたが、本発明の多くの変更、修正およびその他の応用がなされてもよいことはいうまでもない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散発電システム、特に、太陽光発電システムのアーク検出および防止に関する。
【背景技術】
【０００２】
分散太陽光発電システムは、建築物の屋根に一般的に取り付けられる１つ以上の光起電力パネルを組み込む。光起電力パネルに接続されるインバータは、通常、建築物内に配置される。直流（ＤＣ）電力が、光起電力パネルから出力される。インバータは、直流電力を、交流（ＡＣ）電力に変換する。
【０００３】
アーク放電は、電力供給システムおよび電子装置に有害作用を与える可能性がある。アーキングは、スイッチ、回路ブレーカ、リレー接点、ヒューズおよび劣等なケーブル端末で生じる場合がある。回路のスイッチが切られたとき、または、接続不良がコネクタで生じたときに、アーク放電はコネクタの接点全体で発生する場合がある。アーク放電は、継続したプラズマ放電を生み出す気体の電気絶縁破壊であり、通常不伝導性である空気などの媒体を通過する電流が原因である。切断の始めは、２つの接点間の分離距離は、非常に小さい。結果として、接点間の空隙全体の電圧は、ミリメートル当たりボルト単位の、非常に大きな電場を生み出す。この大きな電場が、２つの切断面の間に、電気アークの点弧を引き起こす。回路がアークを持続するのに十分な電流および電圧を有する場合、アークは、導体の溶断、絶縁部の破壊および火災などの、装置に対する損害を引き起こす可能性がある。
【０００４】
交流（ＡＣ）電源方式のゼロ交差は、アークを再点弧させない。直流式は、ＤＣ電源方式においてはゼロ交差が存在しないため、ＡＣ方式よりアーキングを起こしやすい。
【０００５】
背景技術による回路１０ａの、直列のアーキング１０６を示した図１ａを参照する。図１ａにおいて、直流（ＤＣ）電源１０２は、電力線１０４ａと１０４ｂの間に電力を提供する。電力線１０４ｂは、グランド電位で示される。負荷１００は、電力線１０４ｂを電力線１０４ａに接続する。直列のアーキングは、例えば、電力線１０４ａ、１０４ｂ、もしくは、負荷１００または電源１０２の内部といった回路１０ａの任意の部分で生じることがあり得る。直列のアーキングの例１０６の原因となる、ポイントＣとポイントＡの間の電力線１０４ａの切断または劣等な接続が図示される。一般に、直列アーク１０６が検出可能な場合、電源１０２または負荷１００に位置する回路ブレーカ（図示せず）は、連続的な直列のアーキング１０６を妨げるために切断することができる。
【０００６】
背景技術による回路１０ｂの、並列または短絡のアーキング１０８を示した図１ｂを参照する。回路１０ｂにおいて、直流（ＤＣ）電源１０２は、電力線１０４ａと１０４ｂの間に電力を提供する。負荷１００は、電力線１０４ａおよび１０４ｂを接続する。並列のアーキングは回路１０ｂの多くの部分で生じることがあり得、例としては電源１０２の正電極と電源１０２のグランド／シャーシ間のアーキングが挙げられ、電力供給ケーブル１０４ａ／ｂが二心ケーブルである場合、アーキングは二心間に、または、負荷１００の陽端子１０４ａとグランド１０４ｂ間に生じることがあり得る。並列のアーキング１０８は、電力線１０４ｂのポイントＤと、電力線１０４ａのポイントＣの高電位間に、示されるように生じることがあり得る。
【０００７】
アークノイズは、パワースペクトル密度が周波数スペクトル全体にわたってほぼ等しい、ホワイトノイズに近い。加えて、アークノイズ信号の振幅は、ガウス確率密度関数に非常に近い。根二乗平均（ＲＭＳ）アークノイズ電圧信号（Ｖｎ）は、式Ｅｑ．１によって導かれる。
【０００８】
【数１】
【０００９】
Ｋ＝ボルツマン定数＝１．３８×１０―２３ジュール毎ケルビン
Ｔ＝ケルビンによる温度
Ｂ＝ノイズ電圧（ＶＮ）が測定されるヘルツ（Ｈｚ）によるバンド幅
Ｒ＝抵抗器／回路／負荷の抵抗（オーム）
【発明の概要】
【００１０】
本発明では、光起電力パネルと、ＤＣ電力線で光起電力パネルに接続可能な負荷と、を備えたシステムにおける、アーク検出のための方法が提供される。本方法は、負荷に供給される電力を測定して、負荷に供給される電力の第１の測定結果を提示する。光起電力パネルによって生成される電力も測定され、光起電力パネルによって生成される電力の第２の測定結果が提示される。第１の測定結果は第２の測定結果と比較され、電力測定結果差が提示される。閾値より大きい電力測定結果差の場合には、更に、警報状態がセットされることになる。第２の測定値は、ＤＣ電力線を通じて調節および発信されるのが好ましい。
【００１１】
本発明では、システムにおけるアーク検出のためのデバイスが提供され、このシステムは、光起電力パネル、およびＤＣ電力線で光起電力パネルに接続可能な負荷を備える。本デバイスは、光起電力パネルによって生成される電力を測定するために調整された電子モジュール、および、負荷に供給される電力を測定するために調整された中央制御装置を備える。機構は、光起電力パネルの電気出力を、前記負荷に供給される電力と比較する。
【００１２】
本発明では、光起電力パネルの光起電性の列と、ＤＣ電力線で光起電性の列に接続可能な負荷と、を備えたシステムにおけるアーク検出のための方法が提供される。アーク検出のための方法は、負荷のノイズ電圧を測定し、負荷のノイズ電圧の第１の測定結果を提示する。光起電性の列の光起電力パネルのノイズ電圧も測定され、光起電力パネルのノイズ電圧の第２の測定結果が提示される。第１の測定結果は、第２の測定結果と比較されるのが好ましく、それによりノイズ電圧結果差が提示される。閾値より大きいノイズ電圧結果差の場合には、警報状態がセットされることになる。警報状態がセットされた場合には、光起電性の列の接続は切断されることになる。第２の測定結果は、ＤＣ電力線を通じて調節および発信されるのが好ましい。
【００１３】
本発明では、相互接続された光起電力パネルの光起電性の列と、ＤＣ電力線で光起電性の列に接続可能な負荷と、を備えたシステムにおけるアーク検出のための方法が提供される。アーク検出のための方法は、負荷に供給される電力を測定し、負荷の電力の第１の測定結果を提示する。光起電性の列によって生成される電力も測定され、光起電性の列の電力の第２の測定結果が提示される。第１の測定結果は第２の測定結果と比較され、第１の電力結果差が提示されることになる。
【００１４】
光起電性の列の電力の測定は、一般的に、それぞれの光起電力パネルの電気出力を測定する命令を送信することを伴う。続いて、それぞれの光起電力パネルの電力値が、発信および受信されることになる。それぞれの光起電力パネルの電力値は加算され、第２の測定結果が与えられることになる。第２の測定結果は、その後、続いて、ＤＣ電力線を通じて調節および発信されることになる。
【００１５】
負荷のインピーダンスが、予定値に従って変更されてもよい。光起電性の列の電力は続いて再び測定され、光起電性の列の電力の第３の測定結果が提示される。次に、負荷の電力が測定され、負荷の電力の第４の測定結果が提示される。第３の測定値は第４の測定値と比較され、第２の電力結果差を提示することになる。第１の電力結果差は、第２の電力結果差と比較され、全体の電力結果差が提示されることになる。全体の電力結果差が閾値より大きい場合には、警報状態がセットされることになる。警報状態がセットされた場合には、光起電性の列の接続は切断されることになる。第３の測定結果は、ＤＣ電力線を通じて調節および発信されるのが好ましい。
【００１６】
光起電性の列の電力を測定することは、一般的に、それぞれの光起電力パネルの電力を測定する命令を送信することを伴う。続いて、それぞれの光起電力パネルの電力値が、発信および受信されることになる。それぞれの光起電力パネルの電力値は加算され、第３の測定結果が与えられることになる。第３の測定結果は、その後、続いて、ＤＣ電力線を通じて調節および発信されることになる。
【００１７】
列の電力を測定する命令は、列のパネルのうちの１枚に接続されたマスタモジュールに送信されてもよい。列の他のパネルにそれぞれ接続されたスレイブモジュールは、電力を測定するように命令される。電力測定結果は、スレイブモジュールからマスタモジュールへ発信される。電力測定結果は、マスタモジュールに受信され、中央制御装置に発信される列の電力結果を提示するために、マスタモジュールで合計される。
【００１８】
添付の図面を参照し、例示のみを目的として、本発明を本明細書で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】背景技術による直列のアーキングを示した回路を示す図である。
【図１Ｂ】背景技術による並列または短絡のアーキングについての、図１ａと同じ回路を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によるアーク検出機能を備えた発電システムを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による方法を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による方法を示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による発電回路を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による方法を示す図である。
【図５Ｃ】図５ｂで示された方法の段階を示す図であり、より詳細には、この段階により、本発明の一実施形態による列の電力が測定される。
【図５Ｄ】本発明の他の実施形態による、直列のアーク検出のための方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態をここで詳細に説明する。実施形態の例は添付の図面に図示され、図面内の同じ参照番号は全体にわたって同じ要素を示す。実施形態は、図を参照して本発明を説明するために、以下に記述される。
【００２１】
ここで、本発明の一実施形態によるアーク検出機能を備えた発電システム２０１を示す図２を参照する。光起電力パネル２００は、モジュール２０２の入力に接続されるのが好ましい。複数のパネル２００および複数のモジュール２０２は、一般的に、直列の列を形成するように、共に接続される。直列の列は、モジュール２０２の出力を直列に接続することによって形成される。複数の直列の列は、負荷２５０と並列に接続されるのが好ましい。負荷２５０は、直流（ＤＣ）から交流（ＡＣ）に変換するインバータ、または、ＤＣからＤＣに変換するコンバータであるのが好ましい。電子モジュール２０２は、一般的に、パネル２００が生み出す電圧および電流を測定する。したがって、モジュール２０２は、パネル２００の電気出力を示すことが可能である。制御装置２０４は、負荷２５０に取り付けられる。制御装置２０４は、また、直列の列に負荷２５０を接続しているＤＣ電力線上の電力線通信を経て、または、無線の接続によって、モジュール２０２に動作可能に取り付けられる。制御装置２０４は、センサ２０６を介して負荷２５０が受ける電力を測定するのが好ましい。それぞれのパネル２００は、グランドに接続してもよいシャーシを有する。直列のアーキング１０６の例は、２枚のパネル２００の間に示される。並列のアーキング１０８の例は、パネル２００の正端子とパネル２００のグランドの間に示される。
【００２２】
次に、本発明の一実施形態による方法３０１を示す図３を参照する。方法３０１は、直列および／または並列のアーキングを検出するための方法である。中央制御装置２０４は、負荷２５０が受ける電力を測定する（段階３００）。モジュール２０２は、パネル２００の電力を測定する（段階３０２）。モジュール２０２は、無線または電力線通信を介して制御装置２０４に、パネル２００の測定された電力を示すデータを発信するのが好ましい。制御装置２０４は、パネル２００で発生した電力と負荷２５０で受ける電力間の差を算出する（段階３０４）。段階３０４で算出される差が、予め決められた基準に従って、パネル２００で発生した電力が負荷２５０で受ける電力より大きいことを示す場合（段階３０６）、起こりうるアーキングの警報状態がセットされることになる（段階３０８）。それ以外の場合、アーク検出は、段階３００を再開する。
【００２３】
次に、本発明の一実施形態による方法４０１を示す図４を参照する。方法４０１は、直列および／または並列のアーキングを検出するための方法である。中央制御装置２０４は、負荷２５０の根二乗平均（ＲＭＳ）ノイズ電圧を測定する（段階４００）。モジュール２０２は、パネル２００の根二乗平均（ＲＭＳ）ノイズ電圧を測定する（段階４０２）。モジュール２０２は、測定されたパネル２００のＲＭＳノイズ電圧を示したデータを、無線または電力線通信を介して、制御装置２０４に発信するのが好ましい。
【００２４】
制御装置は、パネル２００で測定されたノイズ電圧と負荷２５０で測定されたノイズ電圧間の差を算出することによって、通常、パネル２００のノイズ電圧を、負荷２５０のノイズ電圧と比較する（段階４０４）。段階４０４で算出される差が、予め決められた基準に従って、パネル２００で測定されたノイズ電圧が負荷２５０で測定されたノイズ電圧より大きいことを示す場合（段階４０６）、起こりうるアーキングの警報状態がセットされることになる（段階４０８）。
【００２５】
また、比較（段階４０４）は、以前に、例えば発電システム２０１の取り付けの直後に、制御装置２０４のメモリに記憶されたパネル２００および負荷２５０のＲＭＳノイズ電圧レベルとの比較を伴ってもよい。パネル２００および負荷２５０の以前に記憶されたＲＭＳノイズ電圧レベルは、制御装置２０４のメモリに記憶されたルックアップテーブルの形をとるのが好ましい。ルックアップテーブルは、例えば、様々な時刻、曜日または時期における、パネル２００および負荷２５０のＲＭＳノイズ電圧レベルを有し、パネル２００および負荷２５０の現在測定されたＲＭＳノイズ電圧レベルと比較することができる。
【００２６】
測定されたパネル２００ＲＭＳノイズ電圧データと測定された負荷２５０ＲＭＳノイズ電圧データの比較が、ＲＭＳノイズ電圧差の一定の閾値を超える場合（段階４０６）、起こりうるアーキングの警報状態がセットされ（段階４０８）、それ以外の場合には、アーク検出は、段階４００を再開する。
【００２７】
次に、本発明の一実施形態による発電回路５０１ａを示す図５ａを参照する。発電回路５０１ａは、モジュール２０２の入力に接続されたパネル２００の出力を有する。パネル２００の出力は、したがって、モジュール２０２にＤＣ電源入力（ＰＩＮ）を提供する。モジュール２０２は、降圧回路、ブースト回路または降圧−ブースト回路といった、直流（ＤＣ）−ＤＣ変換パワーコンバータを含みうる。モジュール２０２の出力電圧は、Ｖｉのラベルが付けられる。
【００２８】
モジュール２０２の出力およびモジュール２０２ａは、直列の列５２０を形成するために、直列に接続される。２つの列５２０は、並列に接続されて示される。１つの列５２０には、列５２０で直列に生じているアーク電圧（ＶＡ）の状態が、示される。負荷２５０は、ＤＣ−交流（ＡＣ）インバータであるのが好ましい。中央制御装置２０４は、負荷２５０に取り付けられる。制御装置２０４は、負荷２５０全体の電圧（ＶＴ）と、電流センサ２０６を介して負荷２５０の電流を、任意に測定する。電流センサ２０６は、制御装置２０４に、および、電力線接続で負荷２５０に取り付けられる。
【００２９】
第１の場合では、パネル２００上の日射量に応じて、いくらかのモジュール２０２が、定められた出力電圧（Ｖｉ）を提供するために入力電力を変換するように作動することになり、そして、モジュール２０２の出力する電力は、列５２０の電流の流れに左右される。列５２０の電流の流れはパネル２００の照射のレベルに関連し、すなわち、照射が多いほど、列５２０の電流が多くなり、モジュール２０２の出力する電力はより大きくなる。第２の場合では、モジュール２０２が、出力電力と同じになるように入力電力を変換するために作動することになる。例えば、モジュール２０２の入力が２００ワットである場合、モジュール２０２は、出力を２００ワットにしようと努める。しかしながら、モジュール２０２は列５２０に直列に接続されるので、列５２０の電流の流れはキルヒホッフの法則によって同じになる。列５２０の電流の流れが同じであることは、モジュール２０２の出力電力がモジュール２０２の入力電力と同じであることを確立するために、モジュールの出力電圧（Ｖｉ）が変化することを意味する。したがって、列５２０の電流が増加するにつれてモジュール２０２の出力電圧（Ｖｉ）が減少するか、または、列５２０の電流が減少するにつれてモジュール２０２の出力電圧（Ｖｉ）が最大値に増加する。モジュール２０２の出力電圧（Ｖｉ）が最大値まで増加するとき、第２の場合は、出力電圧（Ｖｉ）が事実上固定されるという点で、第１の場合と同様になる。
【００３０】
列５２０のモジュール２０２は、マスタとして構成されるモジュールの１台２０２ａと、スレイブとして構成される他のモジュール２０２との間で、マスタ／スレイブ関係を有してもよい。
【００３１】
電流が列５２０の全体にわたって同じであるため、マスタモジュールは、一般的に、列５２０の電流を測定するように構成される。列の全電力が決定できるように、モジュール２０２は、自身の出力電圧Ｖｉを任意に測定する。スレイブモジュール２０２の出力電圧が、測定され、例えば、モジュール２０２ａから制御装置２０４への１回の遠隔測定が列の出力される電力を通信するのに十分であるように、マスタユニット２０２ａへ、無線または電力線通信によって通信されてもよい。列５２０のマスタモジュール２０２ａは、スレイブモジュール２０２の制御のために、他のスレイブモジュール２０２と通信してもよい。マスタモジュール２０２ａは、一般的に、スレイブモジュール２０２へと伝達される制御装置２０４からの『キープアライブ』信号を受信する。無線または電力線通信によって通信される、制御装置２０４から送られる『キープアライブ』信号は、在または不在とすることができる。『キープアライブ』信号の存在は、モジュール２０２のおよび／またはマスタモジュール２０２ａを介した、継続した動作を引き起こすことになる。『キープアライブ』信号の不在は、モジュール２０２のおよび／またはマスタモジュール２０２ａを介した、動作の中止を引き起こすことになる（すなわち、電流が、列５２０に流れるのを中止する）。それぞれの列５２０に対応している異なる周波数を各々有した複数の『キープアライブ』信号を利用して、他の列５２０が電力を生成し続ける間に、アーキングの事例がある特定の列５２０の電力の生成を中止させてもよい。
【００３２】
続いて、本発明の一実施形態による方法５０３を示す図５ｂを更に参照する。段階５００において、列５２０の電力が測定される。段階５０２において、負荷２５０の電力が、中央制御装置２０４およびセンサ２０６を使用して、測定される。測定された負荷の電力および測定された列の電力が、段階５０４において、比較される。段階５００、５０２および５０４は、図５ａに関する方程式Ｅｑ．２によって数学的に示される。
【００３３】
【数２】
【００３４】
ＶＡ［ＩＬ］＝電流ＩＬの関数としてのアーク電圧。
ＶＴＩＬ＝負荷２５０の電力。
ΣＰＩＮ＝モジュール２０２の出力電力がモジュール２０２の入力電力（ＰＩＮ）と同じであることを確立するためにモジュールの出力電圧（Ｖｉ）が変化するようにモジュール２０２が作動するときのモジュール２０２の電気出力。
ΣＶｉＩＬ＝固定された電圧出力（Ｖｉ）に関するモジュール２０２の電気出力、および／または、モジュール２０２の出力電圧（Ｖｉ）が最大出力電圧レベルの値に増加するように列５２０の電流が十分に減少したときの（可変の出力電圧Ｖｉに関する）モジュール２０２の電気出力。どの場合でも、最大出力電圧レベルの値（Ｖｉ）および固定された電圧出力（Ｖｉ）が、発電回路５０１ａで同じになるように予め設定される。
【００３５】
列５２０の列の電力と負荷２５０に供給される電力（ＶＴ×Ｉ１）の間の比較は、差を示すために、負荷２５０に供給される電力（ＶＴ×Ｉ１）から列５２０の電力の合計（ΣＰＩＮ＋ΣＶｉＩＬ）を減算することによって、達成される。差が予め定義された閾値より小さい場合（段階５０６）には、列５２０（段階５００）および負荷２５０（段階５０２）の入手可能な電力の測定が再開される。決定ブロック５０６において、差が以前に定められた閾値より大きい場合には、警報状態がセットされることになり、直列アークの状況が生じている可能性がある。直列アーキングの状態は、一般的に、制御装置２０４からモジュール２０２へ、中断するための『キープアライブ』信号を発信させ、そして、モジュール２０２を停止させる。モジュール２０２の停止は、列５２０の直列アーキングを止める好ましい方法である。
【００３６】
次に、本発明の一実施形態による、列５０２の電力を測定するための（図５ｂに示した）方法の段階５００をより詳細に示した図５ｃを参照する。一般的に、中央制御装置２０４は、マスタモジュール２０２ａに電力線通信を介して命令を送信する（段階５５０）。マスタモジュール２０２ａは、列５０２の電力、並びに、モジュール２０２ａの出力電力および入力電力を各々供給するマスタモジュール２０２ａの出力電圧および／またはマスタモジュール２０２ａの入力電圧および電流を、測定する。マスタモジュールは、列５０２のスレイブモジュール２０２に、モジュール２０２の出力電力および入力電力を各々供給する、出力電圧および列５０２の電流ならびに／またはモジュール２０２の入力電圧および電流を測定するように命令する（段階５５２）。スレイブモジュール２０２は、続いて、段階５５２で測定した入出力電力をマスタモジュール２０２ａに発信する（段階５５４）。マスタモジュール２０２ａは、段階５５４で送信された電力測定値を受信する（段階５５６）。マスタモジュール２０２ａは、続いて、式Ｅｑ．２に従って、マスタモジュール２０２ａが獲得した電力測定値と、受信した電力測定値を合計する（段階５５８）。式Ｅｑ．２によれば、ΣＰＩＮ＝モジュール２０２の出力電力がモジュール２０２の入力電力（ＰＩＮ）と同じであることを確立するためにモジュールの出力電圧（Ｖｉ）が変化するようにモジュール２０２が作動するときのモジュール２０２の電気出力であり、ΣＶｉＩＬ＝固定された電圧出力（Ｖｉ）に関するモジュール２０２の電気出力、および／または、モジュール２０２の出力電圧（Ｖｉ）が最大出力電圧レベルの値に増加するように列５２０の電流が十分に減少したときの（可変の出力電圧Ｖｉに関する）モジュール２０２の電気出力である。どの場合でも、最大出力電圧レベルの値（Ｖｉ）および固定された電圧出力（Ｖｉ）が、発電回路５０１ａで同じになるように予め設定される。段階５５８で合計された電力測定値は、続いて、マスタモジュール２０２ａによって中央制御装置２０４に発信される（段階５６０）。
【００３７】
次に、本発明の別の実施形態による、直列のアーク検出のための方法５０５を示す図５ｄを参照する。第１の電力結果差５０８が、ここで電流Ｉ1とラベルを付けられる負荷電流ＩＬ、および、（図５ａに示すような）負荷２５０全体の電圧ＶＴを伴って、回路５０１ａにおいて発生する。第１の電力結果差５０８は、（図５ｃに示される）方法５０３の実行の結果として、図５ａおよび式Ｅｑ．３（下記）を参照して、提示される。
【００３８】
【数３】
【００３９】
ＶＡ［Ｉ１］＝電流Ｉ１の関数としてのアーク電圧。
ＶＴＩ１=負荷２５０の電力。
ΣＰＩＮ＝モジュール２０２の出力電力がモジュール２０２の入力電力（ＰＩＮ）と同じであることを確立するためにモジュールの出力電圧（Ｖｉ）が変化するようにモジュール２０２が作動するときのモジュール２０２の電気出力。
ΣＶｉＩＬ＝固定された電圧出力（Ｖｉ）に関するモジュール２０２の電気出力、および／または、モジュール２０２の出力電圧（Ｖｉ）が最大出力電圧レベルの値に増加するように列５２０の電流が十分に減少したときの（可変の出力電圧Ｖｉに関する）モジュール２０２の電気出力。どの場合でも、最大出力電圧レベルの値（Ｖｉ）および固定された電圧出力（Ｖｉ）が、発電回路５０１ａで同じになるように予め設定される。
【００４０】
負荷２５０のインピーダンスは、中央制御装置２０４の制御によって、任意に調節される（段階５１０）。一般的に、負荷２５０がインバータである場合、制御装置２０４は、インバータの制御パラメータの変化によって、負荷２５０の入力インピーダンスを調節する。負荷２５０の入力インピーダンスの変更は、オームの法則によって、負荷２５０の入力電圧を変更させる。回路５０１ａに示されるような負荷２５０全体の電圧（ＶＴ）は、したがって、負荷２５０の入力インピーダンスの調節の結果として、量ΔＶを変化させられる。負荷２５０全体の電圧はここではＶＴ＋ΔＶであり、負荷２５０の電流（ＩＬ）はここではＩ２である。
【００４１】
第２の電力結果差５２２は、ここでは、段階５１０で実行された、負荷２５０の調節された入力インピーダンスに対する（図５ｃにおいて示される）方法５０３の再実行の結果として、提示される。第２の電力結果差５２２は、式Ｅq．４によって数学的に示される。
【００４２】
【数４】
【００４３】
ＶＡ［Ｉ２］＝電流Ｉ２の関数としてのアーク電圧。
（ＶＴ＋ΔＶ）Ｉ２＝負荷２５０に供給された電力。
ΣＰＩＮ＝モジュール２０２の出力電力がモジュール２０２の入力電力（ＰＩＮ）と同じであることを確立するためにモジュールの出力電圧（Ｖｉ）が変化するようにモジュール２０２が作動するときのモジュール２０２の電気出力。
ΣＶｉＩＬ＝固定された電圧出力（Ｖｉ）に関するモジュール２０２の電気出力、および／または、モジュール２０２の出力電圧（Ｖｉ）が最大出力電圧レベルの値に増加するように列５２０の電流が十分に減少したときの（可変の出力電圧Ｖｉに関する）モジュール２０２の電気出力。どの場合でも、最大出力電圧レベルの値（Ｖｉ）および固定された電圧出力（Ｖｉ）が、発電回路５０１ａで同じになるように予め設定される。
【００４４】
第１の電力結果差５０８は、好ましくは制御装置２０４を用いて、第２の電力結果差５２２と比較され（段階５２４）、差を提示するために第１の電力結果差５０８を第２の電力結果差５２２から減算する。差は、式Ｅｑ．３を式Ｅｑ．４から減算した結果である式Ｅｑ．５によって表される。
【００４５】
【数５】
【００４６】
回路５０１ａのためのそれぞれのモジュール２０２の合計された出力電力（ＰＩＮ）は、したがって、消去される。
【００４７】
式Ｅｑ．５は、式Ｅｑ．６に示されるようなアーク係数αを得るために式Ｅｑ．５上でモジュロ演算機能を実行することによって、制御装置２０４により再調整される。
【００４８】
【数６】
【００４９】
このうち、アーク係数αは、Ｅｑ．７で示される。
【００５０】
【数７】
【００５１】
式Ｅｑ．７で示されるアーク係数αのゼロ以外の値は、警報状態をセットさせ（段階５２８）、それ以外の場合は、別の第１の電力結果差５０８を提示させる（段階５０３）。直列アーキングの状態は、一般的に、『キープアライブ』信号を制御装置２０４によって解除させ、モジュール２０２を停止させる。モジュール２０２の停止は、列５２０の直列アーキングを止める好ましい方法である。
【００５２】
「ａｎ ａｒｃ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ／ｏｒ ａｒｃ ｃｕｒｒｅｎｔ」、「ａ ｌｏａｄ」というように、冠詞「ａ」、「ａｎ」が本明細書において使用されるが、「１つ以上の」の意味を有し、つまり「１つ以上のアーク電圧および／またはアーク電流」または「１つ以上の負荷」の意味となる。
【００５３】
限定された数の実施形態に関して本発明が説明されたが、本発明の多くの変更、修正およびその他の応用がなされてもよいことはいうまでもない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力パネルと、ＤＣ電力線で前記光起電力パネルに接続可能な負荷と、を備えたシステムにおける、アーク検出のための方法であって、
前記負荷に供給される電力を測定し、前記負荷に供給される前記電力の第１の測定結果を提示することと、
前記光起電力パネルによって生成される電力を測定し、前記光起電力パネルによって生成される電力の第２の測定結果を提示することと、
前記第１の測定結果を前記第２の測定結果と比較し、電力測定結果差を提示することと、
前記電力測定結果差が閾値より大きい場合には、警報状態をセットすることと、
を含むアーク検出のための方法。
【請求項２】
前記第２の計測結果が前記ＤＣ電力線を通じて調節および送信される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
光起電力パネルと、ＤＣ電力線で前記光起電力パネルに接続可能な負荷と、を備えたシステムにおけるアーク検出のために構成されたデバイスであって、
前記光起電力パネルの電気出力を測定するように調整された電子モジュールと、
前記負荷に供給される電力を測定するように調整された制御装置と、
前記光起電力パネルの前記電気出力を前記負荷に供給される前記電力と比較するための機構と、を備え、前記機構は、前記光起電力パネルの前記電気出力が前記負荷に供給される前記電力より大きい場合、アーキングを検出するように操作可能である、デバイス。
【請求項４】
光起電力パネルの光起電性の列と、ＤＣ電力線で前記光起電性の列に接続可能な負荷と、を備えたシステムにおける、アーク検出のための方法であって、
前記負荷のノイズ電圧を測定し、前記負荷の前記ノイズ電圧の第１の測定結果を提示することと、
前記光起電性の列の前記光起電力パネルのノイズ電圧を測定し、前記光起電力パネルの前記ノイズ電圧の第２の測定結果を提示することと、
前記第１の測定値を前記第２の測定値と比較し、ノイズ電圧結果差を提示することと、
前記ノイズ電圧結果差が閾値より大きい場合には、警報状態をセットすることと、
を含むアーク検出のための方法。
【請求項５】
前記警報状態がセットされた場合に、前記光起電性の列の接続を切断すること、を更に含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の測定結果が前記ＤＣ電力線を通じて調節および発信される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
相互接続された光起電力パネルの光起電性の列と、ＤＣ電力線で前記光起電性の列に接続可能な負荷と、を備えたシステムにおける、アーク検出のための方法であって、
前記負荷に供給される電力を測定し、前記負荷の前記電力の第１の測定結果を提示することと、
前記光起電性の列の電力を測定し、前記光起電性の列の前記電力の第２の測定結果を提示することと、
前記第１の測定値を前記第２の測定値と比較して、第１の電力結果差を提示することと、前記光起電性の列の電力が負荷に供給される電力より大きい場合には、予め定められた基準に従って警報状態をセットすることと、
を含むアーク検出のための方法。
【請求項８】
前記光起電性の列の前記電力を前記測定することが、
それぞれの光起電力パネルの前記電力を測定する命令を送信することと、
それぞれの光起電力パネルの前記電力値を発信することと、
それぞれの光起電力パネルの前記電力値を受信することと、
それぞれの光起電力パネルの前記電力値を合計し、前記第２の測定結果を与えることと、
前記ＤＣ電力線を通じて前記第２の測定結果を調節および発信することと、
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
規定値に従って前記負荷のインピーダンスを変更することと、
前記光起電性の列の前記電力を測定し、前記光起電性の列の前記電力の第３の測定結果を提示することと、
前記負荷の前記電力を測定し、前記負荷の前記電力の第４の測定結果を提示することと、
前記第３の測定値を前記第４の測定値と比較し、第２の電力結果差を提示することと、
前記第１の電力結果差を前記第２の電力結果差と比較し、全体の電力結果差を提示することと、
前記全体の電力結果差が閾値より大きい場合には、警報状態をセットすることと、
を更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記光起電性の列の前記電力を前記測定することが、
前記列のそれぞれの光起電力パネルの前記電力を測定する命令を送信することと、
それぞれの光起電力パネルの前記電力値を発信することと、
それぞれの光起電力パネルの前記電力値を受信することと、
それぞれの光起電力パネルの前記電力値を合計し、前記第３の測定結果を与えることと、
前記ＤＣ電力線を通じて前記第３の測定結果を調節および発信することと、
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記警報状態がセットされた場合に、前記光起電性の列の接続を切断すること、を更に含む請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第３の測定結果が前記ＤＣ電力線を通じて調節および発信される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記列のパネルの１枚に接続されたマスタモジュールに命令を送信することと、
前記列の他のパネルにそれぞれ接続されたスレイブモジュールに電力を測定するように命令することと、
前記スレイブモジュールから前記マスタモジュールへ電力測定結果を発信することと、
前記マスタモジュールが前記電力測定結果を受信することと、
前記マスタモジュールが、列の電力結果を提示するために、前記列の前記パネルの電力測定結果を合計することと、
制御装置に前記列の電力結果を発信することと、
を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１】
光起電力パネルと、ＤＣ電力線で前記光起電力パネルに接続可能な負荷と、を備えたシステムにおける、アーク検出のための方法であって、
前記負荷に供給される電力を測定し、前記負荷に供給される前記電力の第１の測定結果を提示することと、
前記光起電力パネルによって生成される電力を測定し、前記光起電力パネルによって生成される電力の第２の測定結果を提示することと、
前記第１の測定結果を前記第２の測定結果と比較し、電力測定結果差を提示することと、
前記電力測定結果差が閾値より大きい場合には、警報状態をセットすることと、
を含むアーク検出のための方法。
【請求項２】
前記第２の計測結果が前記ＤＣ電力線を通じて調節および送信される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
光起電力パネルと、ＤＣ電力線で前記光起電力パネルに接続可能な負荷と、を備えたシステムにおけるアーク検出のために構成されたデバイスであって、
前記光起電力パネルの電気出力を測定するように調整された電子モジュールと、
前記負荷に供給される電力を測定するように調整された制御装置と、
前記光起電力パネルの前記電気出力を前記負荷に供給される前記電力と比較するための機構と、を備え、前記機構は、前記光起電力パネルの前記電気出力が前記負荷に供給される前記電力より大きい場合、アーキングを検出するように操作可能である、デバイス。
【請求項４】
光起電力パネルの光起電性の列と、ＤＣ電力線で前記光起電性の列に接続可能な負荷と、を備えたシステムにおける、アーク検出のための方法であって、
前記負荷のノイズ電圧を測定し、前記負荷の前記ノイズ電圧の第１の測定結果を提示することと、
前記光起電性の列の前記光起電力パネルのノイズ電圧を測定し、前記光起電力パネルの前記ノイズ電圧の第２の測定結果を提示することと、
前記第１の測定値を前記第２の測定値と比較し、ノイズ電圧結果差を提示することと、
前記ノイズ電圧結果差が閾値より大きい場合には、警報状態をセットすることと、
を含むアーク検出のための方法。
【請求項５】
前記警報状態がセットされた場合に、前記光起電性の列の接続を切断すること、を更に含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の測定結果が前記ＤＣ電力線を通じて調節および発信される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
相互接続された光起電力パネルの光起電性の列と、ＤＣ電力線で前記光起電性の列に接続可能な負荷と、を備えたシステムにおける、アーク検出のための方法であって、
前記負荷に供給される電力を測定し、前記負荷の前記電力の第１の測定結果を提示することと、
前記光起電性の列の電力を測定し、前記光起電性の列の前記電力の第２の測定結果を提示することと、
前記第１の測定値を前記第２の測定値と比較して、第１の電力結果差を提示することと、前記光起電性の列の電力が負荷に供給される電力より大きい場合には、予め定められた基準に従って警報状態をセットすることと、
を含むアーク検出のための方法。
【請求項８】
前記光起電性の列の前記電力を前記測定することが、
それぞれの光起電力パネルの前記電力を測定する命令を送信することと、
それぞれの光起電力パネルの前記電力値を発信することと、
それぞれの光起電力パネルの前記電力値を受信することと、
それぞれの光起電力パネルの前記電力値を合計し、前記第２の測定結果を与えることと、
前記ＤＣ電力線を通じて前記第２の測定結果を調節および発信することと、
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
規定値に従って前記負荷のインピーダンスを変更することと、
前記光起電性の列の前記電力を測定し、前記光起電性の列の前記電力の第３の測定結果を提示することと、
前記負荷の前記電力を測定し、前記負荷の前記電力の第４の測定結果を提示することと、
前記第３の測定値を前記第４の測定値と比較し、第２の電力結果差を提示することと、
前記第１の電力結果差を前記第２の電力結果差と比較し、全体の電力結果差を提示することと、
前記全体の電力結果差が閾値より大きい場合には、警報状態をセットすることと、
を更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記光起電性の列の前記電力を前記測定することが、
前記列のそれぞれの光起電力パネルの前記電力を測定する命令を送信することと、
それぞれの光起電力パネルの前記電力値を発信することと、
それぞれの光起電力パネルの前記電力値を受信することと、
それぞれの光起電力パネルの前記電力値を合計し、前記第３の測定結果を与えることと、
前記ＤＣ電力線を通じて前記第３の測定結果を調節および発信することと、
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記警報状態がセットされた場合に、前記光起電性の列の接続を切断すること、を更に含む請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第３の測定結果が前記ＤＣ電力線を通じて調節および発信される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記列のパネルの１枚に接続されたマスタモジュールに命令を送信することと、
前記列の他のパネルにそれぞれ接続されたスレイブモジュールに電力を測定するように命令することと、
前記スレイブモジュールから前記マスタモジュールへ電力測定結果を発信することと、
前記マスタモジュールが前記電力測定結果を受信することと、
前記マスタモジュールが、列の電力結果を提示するために、前記列の前記パネルの電力測定結果を合計することと、
制御装置に前記列の電力結果を発信することと、
を更に含む、請求項８に記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【公開番号】特開２０１２−１１２９３７（Ｐ２０１２−１１２９３７Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２４３１６３（Ｐ２０１１−２４３１６３）
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（３１００２１７５５）ソラレッジ テクノロジーズ リミテッド (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４３１６３（Ｐ２０１１−２４３１６３）
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（３１００２１７５５）ソラレッジ テクノロジーズ リミテッド (4)
【Ｆターム（参考）】
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