JP2005164561A - 電力計測方式 - Google Patents

Abstract

【課題】電力事業者から供給される電力を自営の変電設備で降圧し各需要家に配電するシステムにおける電力利用量の遠隔計量を行うシステム。集合住宅を対象として、専用の通信線を設けることを想定している。
【解決手段】各需要家の電力使用量を需要家の元に設置した電力測定機器から通信回線を利用して一定期間毎に読み取って集計する。集計データとしては需要家番号、読み取り時刻、期間の電力量を含める。時間帯によって異なる電力料金を設定し、時間帯毎の電力使用量の計測値に基づく課金を行う。契約電力量を設定し、それを超過した利用量と時間に応じて異なる電力料金を設定し、計測値に基づく課金を行う。需要家側の計測機器に期間の電力量、瞬間電力量、概算料金などを表示する。需要家に対して、要求により時間帯単位での利用量を閲覧もしくは通知する手段を提供する。
【選択図】図１

Description

この発明は通信回線等を用いた電力の計測方法とその結果の処理、利用に関する。

装置、施設、家庭等の消費電力の測定は使用料金の根拠となるだけでなく、経済上の効果や配電設備投資などの重要な基礎数値として重要である。特に電力の自由化により送配電への参入を行うときに、需要家ごとの消費電力の測定は事業上の重要な要素であるが、同時に煩雑な業務でもあり、その合理的な運用が経営上の大きな課題である。

従来はこの電力の計測は需要家施設に個別に設置された積算電力計を用いて行われることが一般的であった。これを合理化する方法としてアクセスの容易な読み取り機器を用いたり、電力線に低速度の通信機能を持たせたり、電話線などを利用して毎月の利用量の計測を合理化することも一部では実用化されている。また事業用のＦＡ（ファクトリ・オートメーション）の分野では各設備の稼動状況の把握のための瞬時電力の通信線を用いての計測は実用化されている。

集合住宅において自営による配電を行う場合に、各戸において従来の積算電力計を用いることも可能ではあるが、毎月の検針のためには電力計を外部からアクセス容易な場所に設置し、これを人手により記録、集計して料金を請求することは経費のかかることであると同時に需要家にとっては不便な場所にある計器であり需要量の把握による自己管理が困難である難点があった。

また需要家の利用契約に電力容量が設定されるときには容量超過によって動作する電流遮断器が用いられるが、例えば家庭でのパーティ開催等で多くの機器の同時作動によって一時的に容量が超過するケースに柔軟に対応することが困難であるだけでなく、遮断器作動時に情報機器などでのデータ消失が発生するなどの不都合があった。

さらに時間帯によって電力料金を設定するには各々に異なる電力配線と積算電力計を設けるなど運用が複雑で融通性が乏しい難点があった。

この発明は上記の問題を解決する改良された電力の計測法を提供するものである。
この計測は需要家設置の電力計に通信機能を付加し、このデータを複数回線を接続可能な中央制御装置に定時的（イソクロナス）に送出して、ここで消費電力量を集中して集計することにより行われる。

この発明の他の目的は需要家毎の時間的に変化する電力消費量を動的に集計することで需要量の変化の予測を行い、必要十分な設備を整備することで安定した電力供給を低コストで行うことである。

この発明の他の目的は需要家に対して、その要求に応じて、その時点までの累積電力消費量、契約料金体系に基づく累積課金金額、瞬間電力消費量、時間ごとの電力消費のデータを提供することで、適切な電力契約の設定、使用機器と利用方法の適正化、不在時等における安全性を向上させることである。

この発明の他の目的は時間帯毎の電力価格の設定、契約容量を超過する電力消費に対しての超過料金の設定により超過時に電源断となる不都合を防止して適正な課金を行う手段を提供することで契約者が所有する電気機器を一時的な使用容量超過による電源断が発生する恐れなしに利用することを可能にすることである。

本発明の利用により、各需要家の消費電力の計測は中央で集中的に実施することにより計測作業が大幅に合理化される。

また需要家にとっても電力計測機器の設置場所は供給者のアクセスの都合を考慮する必要がなくなることで屋内の表示が容易な場所に設けることが可能となり、さらに瞬間使用量や累積使用量と課金額などが表示されることで利用の自己管理が容易になる。

また最大利用量の設定や時間帯によって異なるなどの融通性のある料金体系を用いることや、需要家の求めに応じてその根拠となる使用実績を示すことが可能であり、双方の利益になる合理的な課金が行える。

需要家にとっては一時的な使用電力の増加によって電流遮断器の動作することでの大きな不便が回避できるので、例えば補助暖房器具の利用や大型の厨房機器の設置利用などを行うことでの生活上の利便が増し、供給者側でも需要の増加での収益増を図ることができる。

電力の計測は各需要家に対して連続的に行うことができるので、計器や機器の異常の発生を早期に発見できてサービスが向上し、また需要動向の早期把握によって設備増強などに対する有用なデータを収集できる。

また、契約者が例えば遠方に居住する場合で老人や子女が需要家である場合などで、電力消費の動向の詳細を知ることや、留守宅の電力需要を旅行中に監視することも可能になり、生活の安全性を高めることができる。

図１は本発明に関する自営配電システムの概観である。電力は配電網１１から供給される電力を自営の変電装置（キュービクル）１２にて需要家向けの商用電圧に降圧して集合住宅等１３に分配する。集合住宅１３の各戸１４には拡大部１５に示すような配電盤１６とともに電力計測機器２１が設置されている。ここでの計測値は計測通信線２２によって計量管理装置２３で集線されている。

また変電装置１２からの總電力量は電力量計測１７で得て計量管理装置２３に通知される。計量管理装置２３では需要家毎の使用電力の集計を行い、必要に応じて需要家への利用状況の情報の提供を行う。

また上位システムや需要家との情報交換のためにインターネットおよびＦａｘ回線などの広域通信線２５への接続を行う。

図２は本発明における電力使用量計測システムの系統図である。このシステムは各需要家の設備に配置された電力計測機器２１、計測通信線２２、中央に配置された計量管理装置２３、施設の適当な場所に設置された表示端末２４、外部からの要求に対応する広域通信線２５などから構成される。計量管理装置２３は一定時間間隔で計測通信線２２を経由して各需要家の元にある電力計測機器２１に順次に計測結果の送出を要求する。２１はこれに応答して計測通信線２２を経由して計測時間とその時点の瞬間電力、積算電力等の計測データを送出する。

この結果は計量管理装置２３において需要家単位のデータベースに保管され、所定の計算方法によって毎月単位で使用量に対する料金として需要家宛に請求される。また需要家は随意に表示端末２４を操作して自分の需要家番号と所定のパスワードを用いて自分のデータベースにアクセスしてその時点までにおける電力の利用状態と利用料金の概算データを知ることができる。

計量管理装置２４は更に広域通信網２５への接続機能によって上位システムとの情報の交換を行うとともに、需要家に対して公衆電話網のＦＡＸを利用してデータをコールバックを用いて配信したり、インターネットを利用してメールもしくはＷｅｂ画面により自分の利用状況を通知する機能を提供する。

図３は本発明における電力計測機器の構成の一例である。３１は電力線の入力路に設けられた電圧測定素子、３２は同じく電流測定素子、３３は３１、３２のアナログ値をディジタル値に変換するＡＤ変換素子、３４は制御ＲＯＭとＲＡＭを具えたマイクロコントローラ、３５は時刻を設定するリアルタイムクロック、３６は電力計算用ＤＳＰ、３７は計測通信線に接続の通信コントローラとインターフェース素子、３８は状態表示用のＬＥＤ／ＬＣＤ、３９は電力線から変換した電源部で停電時のバックアップ用のキャパシタを内蔵している。マイクロコントローラ３４は電源周波数よりも十分に短い一定周期でＡＤ変換器３３の出力を入力して、その一連の数値をＤＳＰ３６によって演算させることでその時点の瞬間電力を求める。

その結果を一定期間（例えば１分間）積分することで、その期間の平均消費電力とし、通信コントローラ３７からデータ送出指示の指令の受領があると、計測時点の時間情報、平均電力値、積算電力値を自計測機器の機番を合わせた送信データとして通信コントローラ３７によって計測通信線２２に送出する。

また３７を経由して時間情報を受領すると、そのデータに基づきリアルタイムクロック３５を修正し、システムの時計に一致するようにする。

さらにマイクロコントローラ３４の動作状態や通信コントローラ３７を経由して受信した指示によって状態表示用ＬＥＤ／ＬＣＤ３８を設定することで需要家や保守員に使用電力量や状況を通知する機能を持つ。

この電力計測機器の電源部３９は電源線や計測通信線２２に誘導される雷や電力装置などの雑音への耐性と電源の数サイクルから数秒までの瞬断への耐性は持たせているが、更に長時間の停電には例えば電源部に電気二重層キャパシタ等を用いての強化を行うことで対処することができる。マイクロコントローラ３４には市販の８ビットコントローラでも十分であるが１６ビットや３２ビットコントローラを用いることによってＤＳＰを使用しなくても電力計算を行うこともできる。

図４に計量管理装置２３の構成の一例を示す。４１は計測通信線２２とのインターフェース回路と通信コントローラであり、需要家の数に応じて複数系統を用いて多数の電力計測機器を接続する。４２は計量管理のホストプロセッサである。４３はプログラムや需要家データベースを保存するディスク装置である。４４は管理用のモニタ、キーボード、マウス等から成るオペレータ用コンソールである。４５は外部への通信線とのインターフェースであり、インターネット及びＦＡＸ接続に用いられる。４６は利用者への課金請求書やジャーナルの作成のための多目的プリンタである。４７は電源系統の異常でのデータ消失を防止するための無停電電源装置である。

重要データを扱う関係から望ましくはディスク装置４３には二重書き込みなどのいわゆるＲＡＩＤ機能を持たせたものを使用し、またホストプロセッサ４２の２重化、通信コントローラ４１は容易に脱着交換が可能な構造とする。

計測通信路２２は一対のツイストペア線から成り、差動型のドライバ・レシーバが接続される。ドライバは実際にデータを送出するときまではハイ・インピーダンスに固定されて他のドライバの送出する信号に影響を与えないようにされる。電力計測機器２１が自分の機番に該当する計測データパケットを受信したならば遅滞なく自分が保留していた計測データの送出を行う。

伝送障害などで計測データ要求が伝達されなかったり、送出された計測データが伝達されない場合も考慮して、計測データは以前に遡っての複数データをそれぞれの時間情報とともに送ることが有効である。計量管理装置２３からは計測データ要求以外にも計測通信線２２を用いて、時間情報データを送出して各々の電力計測機器２１が統一した時間情報を保持するように修正したり、特定の電力計測機器２１に対して表示用ＬＣＤ／ＬＥＤ３８にて表示すべきデータを送出する。

これを用いて各電力計測機器２１はそのパネル上にその時点での瞬間使用電力、その月の累積消費電力、契約使用料金に基づく使用料金などを表示したり、契約使用量の超過に対する警告表示を行うことで需要家への利便を図ることができる。

さらに計測通信線２２を用いて必要があれば構内に設置した表示端末２４を接続して、ここで需要家の要求に対応したサービスを行うことができる。例えばこの端末に需要家が自分のＩＤとパスワードを入力することで、最近の電力使用の状況や将来の課金額の概算などを表示させたり、必要に応じてハードコピーを得ることで利用の管理を行うことが可能である。

図５に電力計測通信線２２の上で伝送されるデータの一例を示す。データの形式としてはＡＲＣＮＥＴとして知られる業界標準のフォーマットを用いる。ＡＲＣＮＥＴではアドレスは１オクテットであるので１系統の通信路に接続されるノード数は２５５であり、最大で２５４台までの計測機器が接続できる。台数が多い場合には計測管理装置２３側の通信コントローラを必要な系統数だけ複数台搭載する。

５１は計量管理装置２３から送出される計測データ要求の例であり、先頭にオクテットは計測管理装置２３のアドレス、次のオクテットはデータを要求する先の電力計測機器２１の機番である。これにシーケンス番号、コマンド、データ、１６ビットのＣＲＣチェックビットが付けられる。５２は電力計測機器２１に対してそのリアルタイムクロック３５への設定データの送信の例である。５３は電力計測機器２１のＬＣＤ／ＬＥＤ３８への表示データの送信の例である。５４は電力計測機器２１から計測管理装置２３に対して送出される計測データ送信の例である。

図６の表は計測管理装置２３における処理内容を示す。ここでは計測通信線２２を経由して単位時間ごとに収集される個々の電力計測機器２１からのデータを集計し、ディスク装置４３に設けられた顧客データベースの内容を更新する。この集計データは時間情報を基準にしているので、個々の電力計測機器２１からの時間情報に何らかの異常が検出されたならば直ちに時間情報の修正を行うことで計測誤差が発生しないようにする。

また一定周期で個々の電力計測機器２１に表示データの送信を行う。毎月などの所定の会計時期には個々の契約需要家に対する利用情報と課金情報に基づく請求書を作成し、多目的プリンタ４７で印刷、発行する。表示端末２４、またはインターネット接続回線４６を経由して需要家からのデータ表示要求に基づき、ディスク装置４３に格納された需要家データベースのデータを処理し表示を行う。

需要家への課金は使用電力量と料金表に基づいて行うが、最大電力量により料金体系を定め、それを一時的に超過した分については割増の料金を適用することや、時間帯によって異なる料金表を適用することも可能である。需要家の新規契約、契約内容の更新、解約に対応してオペレータコンソール４４を用いての契約書処理、データベース更新、清算処理を行う。

計測通信線２２に関しては必要な伝送能力が確保されるならば通常の電話回線、ＡＤＳＬもしくはＣＡＴＶもしくは無線ＬＡＮ等を利用したインターネット等の既存通信網の利用、電力線利用の通信、有線ＬＡＮ等を用いてもよい。

電力計測機器２１には機能を限定するならば市販の計測機器を用いてもよく、それを利用した構成としてもよい。電力計測機器２１への電源は計測通信線２２を用いて電力を供給してもよい。また電力計測機器２１は各サンプル時点の電圧、電流のディジタル値と時間データを電力計測通信線２２を利用して計測管理装置２３に送出して、ここで電力値の計算を行ってもよい。

表示端末２４との通信には通常のＬＡＮを用いてもよい。電力計測機器２１のＬＣＤ／ＬＥＤ３８への表示は複数の表示を数秒毎に交互表示してもよく、また、電力計測機器２１に設けたスイッチを用いて表示の切り替えを指示するようにしてもよい。

本発明の自営配電システムの概観図 本発明の電力使用量計測システムの系統図 本発明の電力計測機器の構成例の説明図 本発明の軽量管理装置の構成例の説明図 本発明の電力計測通信線上の伝送データ例の説明図 本発明の計測管理装置の処理内容の説明図

符号の説明

１１ 配電網
１２ 変電装置
１６ 配電盤
２１ 電力計測機器
２２ 計測通信線
２３ 軽量管理装置
２５ 広域通信線
３１ 電圧測定素子
３２ 電流測定素子
３３ ＡＤ変換素子
３４ マイクロコントローラ
３５ リアルタイムクロック
３６ 電力計算用ＤＳＰ
３７ 通信コントローラインターフェス
３８ 状態表示用のＬＥＤ／ＬＣＤ
４１ 通信コントローラ
４２ ホストプロセッサ
４３ ディスク装置
４４ コンソール
４５ 広域通信アダプタ
４６ プリンタ
５１ 計測データ要求の例
５２ 設定データの送信の例
５３ 表示データの送信の例
５４ 計測データ送信の例

Claims (9)

1. 個別の電力利用個所に設置された電力測定手段とその複数個を伝送線路に接続する手段と、該伝送線路に接続されたデータ収集手段によって構成され、該伝送線路によって定期的に各電力測定手段におけるの瞬間電力もしくは累積電力値と該手段の機番情報をデータ収集手段に伝送することを特徴とする電力計測システム。
2. データ収集手段より伝送線路を経由して時間設定情報ならびに表示情報を各電力測定手段に配送することを特徴とする請求項１に述べる電力計測システム。
3. データ収集手段により収集した個別の電力利用個所における累積電力使用量、時間帯別電力使用量、もしくはこの結果に基づく利用料金の値を個別利用者に閲覧もしくは通知の手段を具備することを特徴とする請求項１に述べる電力計測システム。
4. 請求項３における個別利用者への閲覧手段にデータ収集と同一の伝送線路を用いることを特徴とする請求項１に述べる電力計測システム。
5. 時間帯によって異なる電力料金を設定し、時間帯毎の電力使用量の計測値に基づく課金を行うことを特徴とする請求項１に述べる電力計測システム。
6. 契約電力量を設定し、それを超過した利用量と時間に応じて異なる電力料金を設定し、計測値に基づく課金を行うことを特徴とする請求項１に述べる電力計測システム。
7. 個別利用者の電力測定手段に設けた表示回路において累積利用電力、瞬間利用電力、累積課金金額を表示させる手段を有することを特徴とする請求項１に述べる電力計測システム。
8. 利用者番号とパスワードを設定することにより、施設内に設置の閲覧機器、もしくはインターネット経由によって個別利用者の利用データ、課金情報を閲覧・配信を行うことを特徴とする請求項１に述べる電力計測システム。
9. 個別利用者に対してファクシミリもしくは電子メールを用いて利用データ、課金情報の配信を行うことを特徴とする請求項１に述べる電力計測システム。

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