JP4556677B2

JP4556677B2 - カーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナ

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Publication number: JP4556677B2
Application number: JP2005009823A
Authority: JP
Inventors: 信行豊浦; 雅夫馬渕
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2025-01-18
Also published as: JP2006201827A; EP1691246A2; TW200632610A; CN1808164A; EP1691246A3

Description

この発明は太陽電池システムの異常を太陽電池システムから出力される直流電圧に対応した直流電流または直流電力のカーブから判定するカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナに関する。

近年、太陽光発電による分散型電源と商用電源を連携して、太陽光発電によって家庭内の機器（負荷）に電力を供給し、分散型電源の余剰電力を系統に逆潮流（電力会社への売電）するとともに、太陽光発電だけでは電力が賄えない場合には、不足する電力を系統側から供給するように構成された太陽光発電システムが実用化されている。

このような太陽光発電システムは、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池、太陽電池からの出力が太陽電池側に逆流させないようにするダイオードや開閉器で構成された接続箱、太陽電池からの直流電力を商用電源と同期のとれた交流電力に変換する電力変換装置および商用電源の異常を検出する保護装置で構成されている。なお、電力変換装置と保護装置を一緒にしたものは、パワーコンディショナと呼ばれている。

太陽電池システムは、太陽電池セルが複数枚接続された太陽電池モジュールを直列または並列に接続し、パワーコンディショナの入力電圧範囲に適合した出力になるように構成されている。

パワーコンディショナには、太陽電池システムからの出力電力を最大になるように制御するＭＰＰＴ（Max Power Point Trucking）機能が内蔵されている。

また、従来の太陽電池セルの断線を検出する技術には、「特許文献１」（太陽光発電システムの太陽電池監視装置）で開示されているように、複数の太陽電池モジュールのそれぞれのマイナス側からプラス側に、ダイオードを順方向に接続するとともに、ダイオードと直列に接続し、ダイオードに流れるバイパス電流で動作する電流リレーと、電流リレーにバイパス電流が所定時間流れたときに、太陽電池モジュールの故障として出力する出力手段とを備えたものが知られている。

これにより、故障した太陽電池モジュールの位置を特定することができ、複数の太陽電池モジュールから構成される太陽電池アレイの保守管理が容易に行えるものである。

さらに、従来の太陽電池パネルの不良を監視する技術には、「特許文献２」（太陽電池監視装置）で開示されているように、複数の並列接続された太陽電池パネルのそれぞれの発電電力を検出し、それぞれの発電電力と理論値発電電力とを比較し、発電電力が理論値発電電力より小さい場合には、小さな発電電力の太陽電池モジュールを不良として検出するものが知られている。

これにより、不良のある太陽電池モジュールを簡単かつ容易に検出することができるものである。
特開平９−１０２６２２号公報特開平１１−１７５１７７号公報

従来の太陽光発電システムは、システムの稼動中に、太陽電池モジュールのセルに断線が生じたり、太陽電池モジュールが木陰になったりして出力電力が低下した場合であっても、太陽電池モジュールの出力電力が照度によって変化するため、太陽電池モジュールの故障と気が付かない虞がある。

このため、太陽電池モジュールの出力電力の低下に気が付くのが遅れ、システムを有効に利用できない期間が長くなってしまう課題があり、ユーザから太陽電池システムの異常をすばやく見つけて異常状態を改善したいという要望がある。

また、現状では、ユーザは、太陽電池システムの出力が正常か否かを、太陽光発電システムを設置した後に容易に確認することができない。メーカとしても、大きな可変負荷を現地に持ち込めば、設置後に確認することが可能であるが、現実的には困難である。

「特許文献１」に開示された太陽電池監視装置は、ユーザの家庭などへ設置した状態で太陽電池モジュールの故障を検出することができるが、数多くの太陽電池モジュールとそれぞれ並列に電流リレーを接続しなければならず、個々の太陽電池モジュールのオープン故障の検出が可能となるが、電流リレーの数が多すぎて太陽電池モジュールのコストアップを招く課題がある。

「特許文献２」に開示された太陽電池監視装置は、それぞれの太陽電池パネルの発電電力と理論値発電電力とを比較することによって故障を検出するものであるが、太陽光発電システムの設置時、太陽電池が正常時の太陽電池パネルの発電電力に基づいて理論値発電電力とし、システム運転時の発電電力と１時間連続して比較することにより、太陽電池パネルの異常を検出するため、システム運転時の日光照射（照度）の変化や、理論値発電電力と太陽電池パネルの発電電力の１時間に亘っての比較により、太陽電池パネルの発電電力が変化して異常が検出される虞がある。

この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は太陽光発電システムをユーザ宅に設置した状態で、いつでも太陽電池システムの出力の異常を出力特性のカーブから容易に監視可能なカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナを提供することにある。

上記課題を解決するためこの発明に係るカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナは、太陽電池、燃料電池などの外部直流電源の直流電圧（ＶX）に対応した直流電流（ＩX）を測定し、直流電流（ＩX）−直流電圧（ＶX）カーブ、または測定した直流電流（ＩX）と直流電圧（ＶX）から直流電力（ＰX）を演算し、直流電力（ＰX）−直流電圧（ＶX）カーブをトレースするカーブトレース手段を備えたカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナであって、カーブトレース手段が、パワーコンディショナに可変した設定電圧ＶSおよび設定電流ＩSを設定する設定手段と、外部直流電源の直流電流（ＩX）を測定する電流測定手段と、外部直流電源の直流電圧（ＶX）を測定する電圧測定手段と、電流測定手段が測定した直流電流（ＩX）と電圧測定手段が測定した直流電圧（ＶX）を乗算して直流電力（ＰX）を出力する演算手段と、直流電圧（ＶX）に対応した直流電流（ＩX）又は直流電力（ＰX）を記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された直流電圧（ＶX）に対応した直流電流（ＩX）、直流電力（ＰX）を読み出して直流電流（ＩX）−直流電圧（ＶX）カーブ又は直流電力（ＰX）−直流電圧（ＶX）カーブを表示する表示手段と、を備え、且つ、設定手段が、外部直流電源から出力される直流電圧（ＶX）が最小電圧（ＶMIN）から開放電圧（ＶOP）までの間で、双方向にスイープさせる可変の設定電圧（ＶS）を出力することを特徴とする。

この発明に係るカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナは、太陽電池、燃料電池などの外部直流電源の複数の直流電圧（ＶX）に対応した直流電流（ＩX）を測定し、直流電流（ＩX）−直流電圧（ＶX）カーブ、または測定した直流電流（ＩX）と直流電圧（ＶX）から直流電力（ＰX）を演算し、直流電力（ＰX）−直流電圧（ＶX）カーブをトレースするカーブトレース手段を備えたので、トレースされた直流電流（ＩX）−直流電圧（ＶX）カーブ、または直流電力（ＰX）−直流電圧（ＶX）カーブの歪みから外部直流電源の異常を目視で確認することができる。

又、この発明に係るカーブトレース手段は、パワーコンディショナに可変した設定電圧（ＶS）を設定する設定手段と、外部直流電源の直流電流（ＩX）を測定する電流測定手段と、外部直流電源の直流電圧（ＶX）を測定する電圧測定手段と、電流測定手段が測定した直流電流（ＩX）と電圧測定手段が測定した直流電圧（ＶX）を乗算して直流電力（ＰX）を出力する演算手段と、直流電圧（ＶX）に対応した直流電流（ＩX）または直流電力（ＰX）を記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された直流電圧（ＶX）に対応した直流電流（ＩX）又は直流電力（ＰX）を読み出して直流電流（ＩX）−直流電圧（ＶX）カーブ又は直流電力（ＰX）−直流電圧（ＶX）カーブを表示する表示手段とを備えたので、外部直流電源から出力される直流電圧（ＶX）の変化に応じた直流電流（ＩX）或いは直流電力（ＰX）をデータとして記憶するとともに、記憶したデータに基づいて直流電流（ＩX）−直流電圧（ＶX）カーブ或いは直流電力（ＰX）−直流電圧（ＶX）カーブを画面上にトレースすることができる。

更に、この発明に係る設定手段は、外部直流電源から出力される直流電圧（ＶX）が最小電圧（ＶMIN）から開放電圧（ＶOP）までの間で、双方向にスイープさせる可変の設定電圧（ＶS）を出力するので、可変の設定電圧（ＶS）に対して双方向にスイープさせた直流電流（ＩX）−直流電圧（ＶX）カーブ又は直流電力（ＰX）−直流電圧（ＶX）カーブがそれぞれ重なれば、スイープ速度が遅くても、外部電源の出力に変化がないと判断することができる。

さらに、この発明に係るカーブトレーサは、太陽光発電システムのパワーコンディショナに適用したことを特徴とする。

この発明に係るカーブトレーサは、太陽光発電システムのパワーコンディショナに適用したので、パーソナルコンピュータを除いたカーブトレース手段をパワーコンディショナのソフトとハードで構成することができる。

この発明に係るカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナは、太陽電池、燃料電池などの外部直流電源の複数の直流電圧（ＶX）に対応した直流電流（ＩX）を測定し、直流電流（ＩX）−直流電圧（ＶX）カーブ、または測定した直流電流（ＩX）と直流電圧（ＶX）から直流電力（ＰX）を演算し、直流電力（ＰX）−直流電圧（ＶX）カーブをトレースするカーブトレース手段を備えたので、トレースされた直流電流（ＩX）−直流電圧（ＶX）カーブ、または直流電力（ＰX）−直流電圧（ＶX）カーブの歪みから外部直流電源の異常を目視で確認することができ、利便性ならびに使い勝手の向上を図ることができる。

また、この発明に係るカーブトレース手段は、パワーコンディショナに可変した設定電圧（ＶS）を設定する設定手段と、外部直流電源の直流電流（ＩX）を測定する電流測定手段と、外部直流電源の直流電圧（ＶX）を測定する電圧測定手段と、電流測定手段が測定した直流電流（ＩX）と電圧測定手段が測定した直流電圧（ＶX）を乗算して直流電力（ＰX）を出力する演算手段と、直流電圧（ＶX）に対応した直流電流（ＩX）または直流電力（ＰX）を記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された直流電圧（ＶX）に対応した直流電流（ＩX）または直流電力（ＰX）を読み出して直流電流（ＩX）−直流電圧（ＶX）カーブ、または直流電力（ＰX）−直流電圧（ＶX）カーブを表示する表示手段とを備えたので、外部直流電源から出力される直流電圧（ＶX）の変化に応じた直流電流（ＩX）や直流電力（ＰX）をデータとして記憶するとともに、記憶したデータに基づいて直流電流（ＩX）−直流電圧（ＶX）カーブや直流電力（ＰX）−直流電圧（ＶX）カーブを画面上にトレースすることができ、外部直流電源が正常か異常かを一目で判断することができる。

さらに、この発明に係る設定手段は、外部直流電源の最小電圧（ＶMIN）から開放電圧（ＶOP）までの直流電圧（ＶX）に対応した標準的な直流電流（ＩR）または標準的な直流電力（ＰR）を記憶するので、実際に測定した直流電流（ＩR）または直流電力（ＰR）とのデータ相互比較、またはトレースしたカーブ相互比較により、現在の外部直流電源の異常を検出することができ、カーブの歪みの有無を目視することによって外部電源が異常か正常かを判断することができる。

さらに、この発明に係るカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナは、太陽光発電システムのパワーコンディショナに適用したので、パーソナルコンピュータを除いたカーブトレース手段をパワーコンディショナのソフトとハードで構成することができ、新たなハードを追加することなく、コストアップを最小限に抑えて実現することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、カーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナを太陽光発電システムに適用したケースについて説明する。図１はこの発明に係るカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナの一実施の形態太陽光発電システム適用図である。

図１において、太陽光発電システム１は、複数の太陽電池モジュール６を直列および並列に配列した太陽電池システム２と、太陽電池システム２からの複数のペアで構成されるプラスおよびマイナスの直流出力をまとめて１つのペアで直流電力を出力する接続箱３と、接続箱３から供給される直流電力を系統側（商用電源）の周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）と交流電圧に同期させた交流電力に変換する電力変換装置７、太陽光発電システム１を実際に設置した状態で、供給される太陽電池システム２が正常か異常かを直流電流ＩX−直流電圧ＶXカーブまたは直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブを画面に表示するカーブトレーサ５を備えたパワーコンディショナ４とから構成する。

カーブトレーサ５は、設定電圧Ｖ(S)または設定電流Ｉ(S)を指令値として提供し、電力変換装置７の動作により、太陽電池システム２からの複数の直流電圧ＶXに対応した直流電流ＩXを測定し、直流電流ＩX−直流電圧ＶXカーブ、または測定した直流電流ＩXと直流電圧ＶXから直流電力ＰXを演算し、直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブをトレースするカーブトレース手段８を備える。

太陽電池システム２は、太陽光の照度が一定であっても、太陽電池モジュール６や、太陽電池モジュール６を形成するセルに断線がある場合、あるいは、木陰や鳥の糞などの物体により、太陽電池モジュール６の一部への太陽光の遮断がある場合には、発電出力が低下して直流電流ＩX−直流電圧ＶXカーブ、または直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブに歪みが発生する。

したがって、カーブトレーサ５が描く直流電流ＩX−直流電圧ＶXカーブ、または直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブを画面上で目視することにより、太陽光発電システム１を設置した状態で、太陽電池システム２が正常な状態にあるか、または異常な状態にあるかを判断することができる。

図２はこの発明に係るカーブトレーサの一実施の形態要部ブロック構成図である。図２において、カーブトレーサ５は、カーブトレース手段８、起動スイッチ１６および図示しない電源回路等で構成する。

カーブトレース手段８は、マイクロプロセッサを基本にソフトプログラムで構成し、カーブトレース制御手段９、電流測定手段１０、電圧測定手段１１、乗算器１２、設定手段１３、記憶手段１４、表示手段１５を備える。

カーブトレース制御手段９は、カーブトレース手段８全体の動作およびシーケンス動作を制御する。

また、カーブトレース制御手段９は、電流測定手段１０が測定した直流電流ＩXを記憶手段１４に記憶させる制御を行う。

さらに、カーブトレース制御手段９は、電圧測定手段１１が測定した直流電圧ＶXを記憶手段１４に記憶させる制御を行う。

また、カーブトレース制御手段９は、演算手段を構成する乗算器１２が演算した直流電力ＰX（＝直流電流ＩX×直流電圧ＶX）を記憶手段１４に記憶させる制御を行う。

さらに、カーブトレース制御手段９は、起動スイッチ１６から起動信号が供給されると、記憶手段１４に格納された設定電圧Ｖ(S)または設定電流Ｉ(S)の指令値を読出し、設定手段１３から電力変換装置７に供給させる制御を実行する。

また、カーブトレース制御手段９は、記憶手段１４に記憶された直流電圧ＶXに対応した直流電流ＩXのデータ、または直流電圧ＶXに対応した直流電力ＰXのデータを読出し、画像データに変換して表示手段１５に提供し、表示手段１５の画面に直流電流（ＩX）−直流電圧（ＶX）カーブ、または直流電力（ＰX）−直流電圧（ＶX）カーブをトレースさせる制御を実行する。

電流測定手段１０は、太陽電池システム２からパワーコンディショナ４に流れる直流電流ＩXを測定し、測定した直流電流ＩXを乗算器１２およびカーブトレース制御手段９に供給する。

電圧測定手段１１は、太陽電池システム２からパワーコンディショナ４に入力される直流電圧ＶXを測定し、測定した直流電圧ＶXを乗算器１２およびカーブトレース制御手段９に供給する。

乗算器１２は、電流測定手段１０から供給される直流電流ＩXと電圧測定手段１１から供給される直流電圧ＶXの積（＝ＩX×ＶX）を演算し、太陽電池システム２から供給される直流電力ＰX（＝ＩX×ＶX）をカーブトレース制御手段９に供給する。

設定手段１３は、カーブトレース制御手段９から提供される設定電圧Ｖ(S)または設定電流Ｉ(S)の指令値を電力変換装置７に提供し、太陽電池システム２から供給される直流電圧ＶXを変更させることにより、直流電圧ＶXに対応した直流電流ＩXを流すように設定する。

また、設定手段１３は、指令値を変更し、図４に示すように直流電圧ＶXが最小電圧ＶMINから開放電圧ＶOPまでの間で、双方向にスイープさせる可変の設定電圧Ｖ(S)を出力する。

また、設定手段１３は、図４に示すように直流電圧ＶXが最小電圧ＶMINから開放電圧ＶOPおよび開放電圧ＶOPから最小電圧ＶMINまでの双方向への設定電圧Ｖ(S)または設定電流Ｉ(S)の指令値の可変速度を速くなるように設定する（片方向がｔｏ秒）。

なお、最小電圧ＶMINは、太陽光発電システム１の最小運転電圧を表わし、開放電圧ＶOPは、設定電流Ｉ(S)＝０と設定した場合の開放電圧を表わす。

これにより、可変の電圧Ｖ(S)に対して双方向にスイープさせた直流電流ＩX−直流電圧ＶXカーブ（電流カーブＧ）または直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）がそれぞれ重なれば、スイープ速度が遅くても、太陽電池システム２の出力に変化がないと判断することができ、直流電流ＩX−直流電圧ＶXカーブ（電流カーブＧ）または直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）が重ならなければ、双方向にスイープにスイープさせる間に、太陽電池システム２の出力に変化があると判断することができる。

また、スイープ速度（可変速度：片方向がｔｏ）を速くすることにより、測定条件（照度の変化、木陰などの影響）を固定し、直流電流ＩX−直流電圧ＶXカーブ（電流カーブＧ）または直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）に往復で変化がなく、重なるようにすることができる。

このように、この発明に係る設定手段１３は、外部直流電源（太陽電池システム２）から出力される直流電圧ＶXが最小電圧ＶMINから開放電圧ＶOPまでの間で、双方向にスイープさせる可変の設定電圧Ｖ(S)を出力するので、可変の設定電圧Ｖ(S)に対して双方向にスイープさせた直流電流ＩX−直流電圧ＶXカーブ（電流カーブＧ）または直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）がそれぞれ重なれば、スイープ速度が遅くても、外部電源の出力に変化がないと判断することができ、カーブの歪みの有無を目視することによって外部電源が異常か正常かを判断することができる。

また、この発明に係る設定手段１３は、設定電圧Ｖ(S)の可変速度が速いので、外部電源（太陽電池システム２）に及ぼす条件が一定の状態で、直流電流ＩX−直流電圧ＶXカーブ（電流カーブＧ）または直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）をスイープすることができ、条件を固定してカーブを正確にトレースすることができる。

記憶手段１４は、カーブトレース手段８の動作プログラム、シーケンスプログラムを格納する。

記憶手段１４は、設定電圧Ｖ(S)や設定電流Ｉ(S)＝０の指令値を格納し、カーブトレース制御手段９の制御により、設定電圧Ｖ(S)や設定電流Ｉ(S)＝０の指令値を設定手段１３に提供する。

また、記憶手段１４は、電圧測定手段１１から提供される直流電圧ＶX（最小電圧ＶMINから開放電圧ＶOP）のデータに対応して電流測定手段１０から提供される直流電流ＩXのデータおよび乗算器１２から提供される直流電力ＰXのデータを格納する。

さらに、記憶手段１４は、太陽電池システム２の複数の照度条件における正常な状態の直流電圧ＶXに対応した直流標準電流ＩRのデータおよび直流標準電力ＰRのデータを格納する。

表示手段１５は、表示器などで構成し、カーブトレース制御手段９の制御により、記憶手段１４に格納された直流電圧ＶX（最小電圧ＶMINから開放電圧ＶOP）のデータに対応した直流電流ＩXのデータまたは直流電力ＰXのデータを直流電流ＩX−直流電圧ＶXカーブ（電流カーブＧ）または直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）でトレースして表示する。

また、表示手段１５は、カーブトレース制御手段９の制御により、記憶手段１４に格納された直流電圧ＶX（最小電圧ＶMINから開放電圧ＶOP）のデータに対応した直流標準電流ＩRのデータまたは直流標準電力ＰRのデータを直流標準電流ＩR−直流電圧ＶXカーブ（電流カーブＧ）または直流標準電力ＰR−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）でトレースして表示する。直流標準電力ＰR−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）と測定した直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）を同一画面に表示して比較することにより、測定した直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）が正常か異常かを一目で判定することができる。

なお、表示手段１５は、パーソナルコンピュータで構成することにより、表示はもちろんデータ入力、データ記憶、演算などの各種機能を活用することができる。

図５はこの発明に係るカーブトレーサがトレースした直流標準電力ＰR−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）の一実施の形態プロット図である。図５において、直流標準電力ＰR−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）は、太陽電池システム２に照射する太陽光の照度を正規化し、最大照度１．００から照度０．１０までの直流標準電力ＰR−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）をプロットしてトレースしたものである。

照度が小さくなるに従って、直流標準電力ＰRのレベルは低下するが、太陽電池システム２に異常がないため、直流標準電力ＰR−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）は滑らかな波形を描き、波形に歪みが発生しない。

このように、表示手段１５は、パーソナルコンピュータで構成したので、記憶手段１４に記憶された直流電圧ＶXに対応した直流電流ＩXまたは直流電力ＰXを読み出してカーブ（電流カーブＧまたは電力カーブＦ）をトレースすることができるとともに、標準的な直流電流ＩRまたは直流電圧ＶXを入力し、標準的な直流電力ＰRを演算して記憶し、標準的なカーブ（電流カーブＧまたは電力カーブＦ）もトレースすることができ、装置の拡張性のアップを実現することができる。

また、この発明に係る記憶手段１４は、外部直流電源（太陽電池システム２）の最小電圧ＶMINから開放電圧ＶOPまでの直流電圧ＶXに対応した標準的な直流電流ＩRまたは標準的な直流電力ＰRを記憶するので、実際に測定した直流電流ＩXまたは直流電力ＰXとのデータ相互比較、またはトレースしたカーブ相互比較により、現在の外部直流電源の異常を検出することができ、外部直流電源が正常か異常かを正確に判定することができる。

図３はこの発明に係るカーブトレーサがトレースした一実施の形態正常時の電力カーブＦおよび電流カーブＧ図である。図３において、太陽電池システム２に異常がないと、電力カーブＦ（直流電力ＰX−直流電圧ＶX）は、直流電圧ＶXの増加に対応して直流電力ＰXも滑らかに増加して最大電力（ＭＰＰＴ）になり、その後、滑らかに減少していく。

一方、電流カーブＧ（直流電流ＩX−直流電圧ＶX）は、直流電圧ＶXの増加に対応して直流電流ＩXが滑らかに曲線を描きながら減少していく。

図６はこの発明に係るカーブトレーサがトレースした一実施の形態異常時の電力カーブＦ図である。図６において、電力カーブＦ（直流電力ＰX−直流電圧ＶX）は、ポインントＹからポイントＺの間で波形歪みを発生している。

ポイントＹ−ポイントＺ間の波形歪みは、ポイントＹにおけるプラス傾斜からマイナス傾斜への変化、ポイントＢにおけるマイナス傾斜からプラス傾斜への変化およびポイントＺにおけるマイナス傾斜からプラス傾斜への変化となっている。

このことは、波形歪みによって、ポイントＹ、ポイントＢおよびポイントＺにおいて、変曲点が３箇所あり、図３に示す正常な波形が１箇所（ポイントＹに相当）に較べて異なっている。

また、歪み波形は、ポイントＹとポイントＢ間の直流電力ＰXのレベル変化およびポイントＢとポイントＺ間の直流電力ＰXのレベル変化が図３に示す正常な波形の直流電力ＰXのレベル変化よりも大きい。

したがって、図３に示す電力カーブＦと図６に示す電力カーブＦを同一画面にトレースし、比較することによって太陽電池システム２が正常かまたは異常かを一目で判断することができる。

また、図３に示す電力カーブＦの各直流電圧ＶXに対応した直流電力ＰRのデータおよび図６に示す電力カーブＦの各直流電圧ＶXに対応した直流電力ＰXのデータは、記憶手段１４やパーソナルコンピュータで構成する表示手段１５に格納されているので、データ比較や波形の傾斜の演算、または変曲点の演算から太陽電池システム２が正常かまたは異常かを自動的に判定することも可能となる。

このように、この発明に係るカーブトレース手段８は、パワーコンディショナ４に可変した設定電圧Ｖ(S)を設定する設定手段１３と、外部直流電源（太陽電池システム２）の直流電流ＩXを測定する電流測定手段１０と、外部直流電源の直流電圧ＶXを測定する電圧測定手段１１と、電流測定手段１０が測定した直流電流ＩXと電圧測定手段１１が測定した直流電圧ＶXを乗算して直流電力ＰXを出力する演算手段１２と、直流電圧ＶXに対応した直流電流ＩXまたは直流電力ＰXを記憶する記憶手段１４と、記憶手段１４に記憶された直流電圧ＶXに対応した直流電流ＩXまたは直流電力ＰXを読み出して直流電流ＩX−直流電力ＰXカーブ、または直流電力ＰX−直流電流ＩXカーブを表示する表示手段１５とを備えたので、外部直流電源から出力される直流電圧ＶXの変化に応じた直流電流ＩXや直流電力ＰXをデータとして記憶するとともに、記憶したデータに基づいて直流電流ＩX−直流電圧ＶXカーブや直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブを画面上にトレースすることができ、外部直流電源が正常か異常かを一目で判断することができる。

図７はこの発明に係るカーブトレーサをパワーコンディショナに内蔵した一実施の形態構成図である。図７において、太陽光発電システム１９のパワーコンディショナ４に、図２に示すカーブトレース手段８から表示手段１５を除いたカーブトレース手段１７を内蔵し、表示手段１５は、パーソナルコンピュータ１８で構成して外部に配置する。

カーブトレース手段１７を構成する図２に示すカーブトレース制御手段９、電流測定手段１０、電圧測定手段１１，乗算器１２，設定手段１３、記憶手段１４は、電力変換手段７を制御および駆動するマイクロプロセッサとソフトプログラムで構成される制御回路内に一体化して内蔵する。

このように、この発明に係るカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナは、太陽光発電システム１９のパワーコンディショナ４に適用したので、パーソナルコンピュータ１８を除いたカーブトレース手段１７をパワーコンディショナ４のソフトとハードで構成することができ、新たなハードを追加することなく、コストアップを最小限に抑えて実現することができる。

なお、本実施の形態のカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナ４では、外部直流電源に太陽電池システム２を用いた場合について説明したが、燃料電池を用いた発電システムにも同様に適用することができる。

以上説明したように、この発明に係るカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナ４は、太陽電池、燃料電池などの外部直流電源の複数の直流電圧（ＶX）に対応した直流電流ＩXを測定し、直流電流ＩX−直流電圧ＶXカーブ、または測定した直流電流ＩXと直流電圧ＶXから直流電力ＰXを演算し、直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブをトレースするカーブトレース手段８を備えたので、トレースされた直流電流ＩX−直流電圧ＶXカーブ、または直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブの歪みから外部直流電源の異常を目視で確認することができ、利便性ならびに使い勝手の向上を図ることができる。

次に、太陽電池システムの異常を判定するカーブトレーサのカーブ評価方法について説明する。上記したように、太陽電池システム２の異常は、図６に示すカーブトレーサ５がトレースする直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）の歪みから一目で容易に判定できるが、記憶手段１４に格納された直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）のデータを用いて自動的に判定することも可能である。

異常判定の第１方法は、測定した直流電圧（ＶX）に対応した直流電流（ＩX）または直流電力（ＰX）のデータ間の差ΔＰを求め、差ΔＰがプラス（＋）からマイナス（−）に変化する点が２回（例えば、図６に示すポイントＹおよびポイントＺ）以上ある場合に、直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）にピークが２回以上あると判断して太陽電池システム２の異常と判定し、異常を通知する。

また、図６に示す変曲点の数をカウントし、太陽電池システム２が正常な場合には１点であるのに対し、変曲点が３点であることから太陽電池システム２の異常を自動的に判定することができる。

さらに、直流電流（ＩX）または直流電力（ＰX）のデータ間の差ΔＰを求め、差ΔＰがマイナス（−）からプラス（＋）に変化する点が１回（例えば、図６に示すポイントＢ）でもあれば、太陽電池システム２の異常と判定し、異常を通知する。

このように、この発明に係るカーブトレーサのカーブ評価方法は、カーブトレーサ５が測定した直流電圧ＶXに対応した直流電流ＩXまたは直流電力ＰXのデータ間の差を求め、差の値がプラスからマイナスに変化する点が２回以上ある場合には、カーブにピークが２回以上あると判断し、太陽電池の異常と判定するので、パーソナルコンピュータ１８を用いてデータから自動判定したり、トレースしたカーブから目視で判定することができ、利便性ならびに使い勝手の向上を図ることができる。

異常判定の第２方法は、カーブトレーサ５がトレースした実際のカーブ（直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブ）と、予め記憶した標準的なカーブ（直流電流ＩX−直流標準電力ＰR）とを比較し、両方のカーブパターンの違いから太陽電池システム２の異常を判定する。

異常判定は、目視判定であってもデータを比較・演算することによる自動判定であってもよい。

このように、この発明に係るカーブトレーサのカーブ評価方法は、カーブトレーサ５がトレースしたカーブ（直流電力ＰX−直流電圧ＶXカーブ）と、予め記憶した標準的なカーブ（直流標準電力ＰR−直流電圧ＶXカーブ）とを比較し、両者のカーブパターンから太陽電池の異常と判定するので、標準的なカーブとトレースしたカーブの形状、電流値や電圧値、変曲点の数の差異から太陽電池システムの異常を検出することができ、利便性の向上ならびに使い勝手の良さをアピールすることができる。

本発明に係るカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナは、太陽光発電システムをユーザ宅に設置した状態で、いつでも太陽電池システムの出力の異常を出力特性のカーブから容易に監視でき、太陽電池、燃料電池などを外部直流電源とする発電システムに適用することができる。

この発明に係るカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナの一実施の形態太陽光発電システム適用図この発明に係るカーブトレーサの一実施の形態要部ブロック構成図この発明に係るカーブトレーサがトレースした一実施の形態正常時の電力カーブＦおよび電流カーブＧ図この発明に係る電力カーブＦおよび電流カーブＧの一実施の形態スイープ説明図この発明に係るカーブトレーサがトレースした直流標準電力ＰR−直流電圧ＶXカーブ（電力カーブＦ）の一実施の形態プロット図この発明に係るカーブトレーサがトレースした一実施の形態異常時の電力カーブＦ図この発明に係るカーブトレーサをパワーコンディショナに内蔵した一実施の形態構成図

符号の説明

１太陽光発電システム
２太陽電池システム
３接続箱
４パワーコンディショナ
５カーブトレーサ
６太陽電池モジュール
７電力変換装置
８．１７カーブトレース手段
９カーブトレース制御手段
１０電流測定手段
１１電圧測定手段
１２乗算器
１３設定手段
１４記憶手段
１５表示手段
１６起動スイッチ
１８パーソナルコンピュータ
Ｖ(S) 設定電圧
Ｉ(S) 設定電流
ＶX 直流電圧
ＶMIN 最小電圧
ＶOP 開放電圧
ＩX 直流電流
ＰX 直流電力
Ｆ電力カーブ
Ｇ電流カーブ

Claims

太陽電池、燃料電池などの外部直流電源の直流電圧（ＶX）に対応した直流電流（ＩX）を測定し、直流電流（ＩX）−直流電圧（ＶX）カーブ、または測定した直流電流（ＩX）と直流電圧（ＶX）から直流電力（ＰX）を演算し、直流電力（ＰX）−直流電圧（ＶX）カーブをトレースするカーブトレース手段を備えたカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナであって、
前記カーブトレース手段は、パワーコンディショナに可変した設定電圧ＶSおよび設定電流ＩSを設定する設定手段と、前記外部直流電源の直流電流（ＩX）を測定する電流測定手段と、前記外部直流電源の直流電圧（ＶX）を測定する電圧測定手段と、前記電流測定手段が測定した直流電流（ＩX）と前記電圧測定手段が測定した直流電圧（ＶX）を乗算して直流電力（ＰX）を出力する演算手段と、直流電圧（ＶX）に対応した直流電流（ＩX）又は直流電力（ＰX）を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された直流電圧（ＶX）に対応した直流電流（ＩX）、直流電力（ＰX）を読み出して直流電流（ＩX）−直流電圧（ＶX）カーブ又は直流電力（ＰX）−直流電圧（ＶX）カーブを表示する表示手段と、を備え、
且つ、前記設定手段は、前記外部直流電源から出力される直流電圧（ＶX）が最小電圧（ＶMIN）から開放電圧（ＶOP）までの間で、双方向にスイープさせる可変の設定電圧（ＶS）を出力することを特徴とするカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナ。
太陽光発電システムのパワーコンディショナに適用したことを特徴とする請求項１記載のカーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナ。