JP2005312112A - 電力線搬送制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】
既存のインフラを利用しながら、少ないシステムの構成部品をもって、低コストで効率的にデマンドコントロール、漏電等監視、または、通報等を可能とする電力線搬送制御システムを提供する。
【解決手段】
負荷に電力を供給する需要家電気設備の電力線を介して信号を伝送する電力線搬送制御システム1000であって、負荷500の稼働を制御するオン/オフ情報信号を出力する接点情報出力装置100と、オン/オフ情報信号を制御電文に変調して電力線300に出力するセンタモデム200と、制御電文をオン/オフ情報信号に復調して出力するターミナルモデム400と、オン/オフ情報信号が出力される負荷500と、を備え、接点情報出力装置100が出力するオン/オフ情報信号により遠隔地の負荷500を制御する電力線搬送制御システム1000とした。
【選択図】 図1

Description

本発明は、需要家電気設備における工業用動力機器、家庭用電化製品、事務用OA機器その他の電気機器である負荷のオン/オフ制御を行う電力線搬送制御システムに関する。
電力線搬送制御システムの従来技術として、商用電源の引込み電力線と、引込み電力線から分岐電力線を介して負荷に電力を供給する需要家電気設備において、操作盤等から負荷を制御するシステムが知られている。
また、電力線搬送制御システムの他の従来技術として、商用電源を引き込む配電盤と、配電盤配下の負荷が接続されている電力線を介して、配電盤と負荷との間にそれぞれ接続されたモデムを使用して負荷を制御する電力線搬送制御システムも知られている。
また、特許文献1(発明の名称:電力線搬送制御システムおよび制御機器)には、負荷全体及び負荷個別の消費電力等の測定、チェック、電源オン/オフ制御及び細かい電力制御等の集中制御、管理を行い、漏電等の監視や通報等を可能とする電力線搬送制御システムが、開示されている。
特開2002−233082号公報(段落番号0008,図2)
しかしながら、特許文献1に開示された電力線搬送制御システムは、既存のインフラを有効活用してシステムを構築出来るものの、商用電源を引き込む配電盤に電力計を設ける他に、負荷にそれぞれ個別の電力量計を付設し、需要家の負荷全体及び負荷個別の消費電力を測定し、モデムにより計測情報、制御情報を交換する等、システムの構成部品、特に、電力量計及びそれに付随する電気機器を多数必要としていた。
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、既存のインフラを利用しながら、少ないシステムの構成部品をもって、低コストで効率的にデマンドコントロール、漏電等監視、または、通報等を可能とする電力線搬送制御システムを提供することにある。
本発明の請求項1に係る電力線搬送制御システムは、
商用電源の引込み電力線から電源供給され、負荷に電力を供給する需要家電気設備の電力線を介して信号を伝送する電力線搬送制御システムであって、
負荷の稼働を制御するオン/オフ情報信号を出力する接点情報出力装置と、
電力線から電源供給され、また、接点情報出力装置からのオン/オフ情報信号を制御電文に変調して電力線に出力するセンタモデムと、
電力線から電源供給され、また、電力線を介して入力される制御電文をオン/オフ情報信号に復調して出力するターミナルモデムと、
ターミナルモデムから電源供給され、また、ターミナルモデムから出力されたオン/オフ情報信号が出力される負荷と、
を備え、
接点情報出力装置が出力するオン/オフ情報信号により負荷を制御することを特徴とする。
また、本発明の請求項2に係る電力線搬送制御システムは、
請求項1に記載の電力線搬送制御システムにおいて、
前記接点情報出力装置は、移動体通信回線を介してネットワークされた移動体端末機と接続され、
移動体端末機からの指令により負荷をオン/オフ制御することを特徴とする。
また、本発明の請求項3に係る電力線搬送制御システムは、
請求項1または請求項2に記載の電力線搬送制御システムにおいて、
前記接点情報出力装置は、引込み電力線に接続される電力量計から入力した検針値を、検針値に比例するパルス数のパルス信号に変換して出力するパルス検出器と、パルス検出器からパルス信号を入力するデマンドコントローラであり、また、負荷は入り切りを行うためのリレーであって、
デマンドコントローラは、パルス検出器からのパルス信号に基づいて所定時間毎に予測デマンド値の算出を行う算出手段と、
算出した予測デマンド値と、予め設定されたデマンド値と、を比較する比較手段と、
比較した結果に基づきリレーのオン/オフ情報信号を送信する送信手段と、
を備え、予め設定されたデマンド値に予測デマンド値が追従するように制御することを特徴とする。
また、本発明の請求項4に係る電力線搬送制御システムは、
請求項3に記載の電力線搬送制御システムにおいて、
前記デマンドコントローラの算出手段は、パルス検出器から入力した1分毎のパルス信号をカウントし、30分予測デマンド値の算出を行う手段であることを特徴とする。
また、本発明の請求項5に係る電力線搬送制御システムは、
請求項1または請求項2に記載の電力線搬送制御システムにおいて、
前記接点情報出力装置は、電力線に分岐接続される変圧器の二次側に接続されて電力供給される漏電遮断器であり、
センタモデム及びターミナルモデムは、電力線に接続される変圧器の二次側から伸延した分岐電力線から電源供給され、
漏電遮断器と接続されたセンタモデムを商用電源を引き込む電気室に配置し、また、ターミナルモデムを遠隔コントロールルームに配置することを特徴とする。
これらのような本発明によれば、既存のインフラを利用しながら、少ないシステムの構成部品をもって、低コストで効率的にデマンドコントロール、漏電等監視、または、通報等を可能とする電力線搬送制御システムを提供することができる。
本発明を実施するための最良の形態について図に基づき説明する。図1は本形態の電力線搬送制御システムの構成図、図2はセンタモデムの構成図、図3はターミナルモデムの構成図である。
電力線搬送制御システム1000は、図1で示すように、接点情報出力装置100と、センタモデム200と、電力線300と、複数のターミナルモデム400と、複数の負荷500と、を備えている。
接点情報出力装置100は、後述するが、例えばデマンドコントローラまたは漏電遮断器などのように各種の接点情報を出力する装置であり、負荷500をオン/オフさせるオン/オフ情報信号を出力する。また、移動体端末機(PDA・携帯電話機)と通信可能に構成されている。
センタモデム200は、詳しくは図2で示すように、ソケット201、装置電源202、搬送手段203、接点入力部204、電源同期手段205、接点出力部206、表示手段207、表示LED208、リセット手段209、リセットスイッチ210を備えている。各部の機能等の詳細は後述する。
電力線300は、例えば、施設内に設けられた既存の需要家電気設備の配線であり、図1でも示すように、各所にコンセント301が多数設けられている。
ターミナルモデム400は、図3で示すように、ソケット401、装置電源402、搬送手段403、接点出力部404、電源同期手段405、設定手段406、設定スイッチ407、表示手段408、表示LED409、リセット手段410、リセットスイッチ411を備えている。各部の機能等の詳細は後述する。
負荷500は、接点情報を入力して各種利用する装置であり、例えば各種機器が備える接点を開閉するリレーなどであるである。
続いて、電力線搬送制御システム1000の配線について説明する。接点情報出力装置100はセンタモデム200と接続される。図2で示すセンタモデム200の接点入力部204と接点出力部206とが、接点情報出力装置100の図示しない接点出力部・接点入力部とそれぞれ接続される。
そして、図1で示すように、センタモデム200のソケット201を、電力線300のコンセント301に差し込むと電力線300から電力供給がなされ、また、電力線300を通信線として利用できるようになる。
同様に、ターミナルモデム400は負荷500と接続されている。図3で示すターミナルモデム400の接点出力部404と、負荷500の図示しない接点入力部とで接続される。
そして、図1で示すよう、ターミナルモデム400のソケット401を、電力線300のコンセント301に差し込むと電力線300から電力供給がなされ、また、電力線300を通信線として利用できるようになる。
これにより電力線搬送制御システム1000の配線が完了して通信可能となる。
次に、電力線搬送制御システム1000の動作について説明する。
図2で示すセンタモデム200の電源同期手段205は、接点出力部206および接点情報出力装置100の図示しない接点入力部を介して接点情報出力装置100へ電力信号を送信して電源供給している。この電力信号は同期信号としても利用される。
接点情報出力装置100は負荷の稼働を制御するオン/オフ情報信号を生成し、接点情報出力装置100の図示しない接点出力部・接点入力部204を介して搬送手段203へ出力する。電源同期手段205は、電力線300の商用周波数に同期したパルスを生成しており、搬送手段203はこのパルスを利用して、接点情報出力装置からのオン/オフ情報信号およびターミナルモデム400を特定するアドレス情報をパルスの有無によるデジタル信号で表した制御電文に変調し、この制御電文を電力線300に出力する(単方向通信)。なお、表示LED(外部表示)208により、センタモデム200の設置箇所で点灯/消灯によりオン/オフ情報信号の状態を確認出来るようになされている。
ターミナルモデム400は、電力線300・ソケット401を経て搬送手段403が制御電文を入力し、この制御電文をオン/オフ情報信号に復調する。この場合、電源同期手段405からパルス信号を入力し、このパルス信号のタイミングで読み出して復調する。このオン/オフ情報信号に含まれるターミナルモデム400を特定するアドレス情報が一致しないターミナルモデム400はオン/オフ情報信号を破棄し、アドレス情報が一致するターミナルモデム400はオン/オフ情報信号を得る。
オン/オフ情報信号を得たターミナルモデム400は、接点出力部404を経て負荷500へ出力する。なお、ターミナルモデム400は負荷500へ電源供給のため電力信号を送信しており、電力信号に重畳してこのオン/オフ情報信号を負荷500に出力する。 表示LED(外部表示)409により、ターミナルモデム400の設置箇所で点灯/消灯によりオン/オフ情報信号の状態を確認出来る。
負荷500は、ターミナルモデム400から電源供給され、また、ターミナルモデム400から出力されたオン/オフ情報信号に基づいて各種制御が行われる。例えば負荷500がリレーならばリレーを入り切りして接点の投入・解放が行われる。
電力線搬送制御システム1000はこのように行われる。
続いて電力線搬送制御システム1000の具体例であるデマンド制御システム1001について図を参照しつつ説明する。図4は電力線搬送制御システムを使用したデマンド制御システムの構成図、図5はデマンドコントローラのシステム構成図である。
図4で示すように、接点情報出力装置100をデマンドコントローラ100’とし、また、負荷500をリレー500’とする。また、センタモデム200の接点入力数を32とし、接点出力数を1としている。また、ターミナルモデム400の接点出力数を2としている。図示しないが、このようなターミナルモデム400を最大16台備える。
このようなセンタモデム200及びターミナルモデム400の基本仕様を表1に示す。
Figure 2005312112
図3で示すターミナルモデム400の設定手段406は、ターミナルモデム400の接点制御方式を設定する。設定する制御方法は2点同時にオン/オフ制御する「同時制御」と2点のオン/オフを切り替える「切替制御」の2種類としている。
表2に搬送仕様を示し、表3に制御方法設定機能を示す。
Figure 2005312112
Figure 2005312112
続いて、図5により、デマンド制御システム1001の主要構成部品であるデマンドコントローラ100’を説明する。制御装置としてのデマンドコントローラ100’は、使用電力をデマンド監視し、予め設定した電力量(予め設定されたデマンドレベル)をオーバーしないようにリレーを制御して負荷を動作させる。例えば、空調等電気機器の負荷を効率的に運転するためのスケジュール制御を可能としている。
デマンドコントローラ100’は、プログラマブルコントローラ(PLC)101とプログラマブル操作表示器(POD)102で構成される。PLC101は主に演算処理およびデマンド制御指令を行い、POD102は主に各種設定操作および状態表示を行う。PLC101は、ベースボード101aに組み付けられて電源モジュール101b、CPUモジュール101c、デジタル入力モジュール101d、デジタル出力モジュール101eを備えるものである。
電源モジュール101bは各部に電力を供給する。
CPUモジュール101cはPOD102と接続され、POD102に出力データを表示させたり、また、POD102から入力された入力データを処理する。
デジタル入力モジュール101dは入力用のインターフェースであり、パルス検出器103やセンタモデム200と接続されている。
デジタル出力モジュール101eは出力用のインターフェースであり、センタモデム200と接続されている。表4にデマンドコントローラの機能を示す。
Figure 2005312112
デマンドコントローラ100’では、上記のようにグループ設定を行うことができ、制御単位となるグループがグループAからグループLまでの計12グループで、最大25系統のターミナルモデムは何れかのグループに属する。ターミナルモデムのグループ重複も可能で、各グループに属する負荷重要度の軽重によって、所属するターミナルモデム、自動モードまたは手動モード、デマンド制御優先順位、運転スケジュール等動作パラメータ項目から各グループの負荷遮断制御の優先順位が任意に設定出来る。
例えば、図6のグループ設定例を示す図で表されるように、制御単位となるグループをグループAからグループDまでの計4グループと設定し、19系統〜25系統のグループDを優先順位1とし、1,2,3,4,9系統のグループAを優先順位2とし、5系統〜9系統のグループBを優先順位3とし、1系統〜21系統のグループCを優先順位4とするような設定である。
続いて、デマンド制御システム1001の具体的動作について説明する。
デマンドコントローラ100’のデジタル入力モジュール101dにはパルス検出器103とセンタモデム200の接点出力部206とがコードを介して接続され、デジタル出力モジュール101eにはセンタモデム200の接点入力部204とがコードを介して接続されている。
デマンドコントローラ100’では、自動的な制御として、WHM(取引用電力量計)104に取り付けられたパルス検出器103からのパルス信号をカウントして、1パルスあたりの使用電力量を乗算して30秒毎の使用電力量を算出して30分間の累積使用電力量(デマンド値)が契約内容をオーバーしないように監視を行い、30分間のデマンド予測値がオーバーした場合はリレー500’を解放・投入するなどして負荷遮断制御により電力量を調節するというものである。そのため、パルス検出器103からのパルス信号に基づいて所定時間毎に予測デマンド値の算出を行い(算出手段)、算出した予測デマンド値と予め設定されたデマンド値とを比較し(比較手段)、比較した結果に基づきリレーのオン/オフ情報信号を送信する(送信手段)ようにして、予め設定されたデマンド値を予測デマンド値が超えないように制御している。予測デマンド値と設定デマンド値(kW)と比較して予測デマンド値が大きいならば、例えばオン/オフ情報信号でリレーを切って接点を解放するような制御を行って空調機などの稼働を停止させて、デマンド値を下げるようにする。逆に予測デマンド値が小さいならば、今まで稼働していなかった空調機を稼働させるため、例えばオン/オフ情報信号でリレーを入れて接点を投入するような制御を行って空調機などを稼働させて、空調を行わせるというものである。
上記した予測デマンド値の算出を図を参照しつつ以下に説明する。図7はデマンドグラフを示す図である。デマンド時間(分)をT=30、経過時間(分)をt(0≦t≦T)、サンプリング時間(秒)をΔt=30、現在デマンド値(kW)をPとすると予測デマンド値は次式のようになる。
Figure 2005312112
デマンド判定は設定周期(初期値2分)に1回ずつ行う。30秒間(Δt)の使用電力量(Δp)の傾きより算出された30分間(T)の予測デマンド値(PF)が制御レベル設定値を超えた場合、先に設定したグループ優先順位に従って負荷遮断制御を実行する。負荷遮断制御を実行後、予測デマンド値が再度制御レベルに達した場合、次の優先順位に該当するグループの負荷遮断制御を追加実行する。このようにすれば、負荷遮断に伴う被害を各系統で分け合うため、不満が発生するおそれが少なくなる。また、消費電力の多い順にグループ優先順位を設定すれば、少ない箇所の負荷遮断制御でデマンド値を抑えることができる。
続いて、デマンド制御システム1002の他の例について図を参照しつつ説明する。図8は他のデマンド制御システムの構成図である。デマンドコントローラ100’は、センタモデム200への1出力を32ビット信号としており、図8で示すように、通常は1相、つまりセンタモデム200を一台のみ接続する構成としているが、センタモデム200を最大3台まで拡張して接続する3相構成とすることが出来る。このような構成としても良い。
続いて、デマンド制御システム1003の設置例について図を参照しつつ説明する。図9はデマンド制御システムの設置例の説明図である。変圧器600が設置されたキュービクルの中に、取引用計器106、パルス検出器103、デマンドコントローラ105、センタモデム200が配置されている。さらにデマンドコントローラ105は、検針端末105a、ボックスコンピュータ105b、電源ユニット105cを備える。
デマンドコントローラ105のボックスコンピュータ105bは、無線LANを介してパーソナルコンピュータ111と接続され、また、移動体通信回線を介してPDA・携帯電話機等の移動体端末機110とも接続されている。デマンド制御やマニュアル操作など必要に応じて、これらコンピュータ111や移動体端末機110をオペレータが操作して、デマンドコントローラ105のボックスコンピュータ105bがセンタモデム200へオン/オフ情報信号を出力する。
事務室・各部屋(学校などでは教室となる)では、ターミナルモデム400を内蔵する空調室外機420と負荷500となる空調室内機501が設置されている。
このようなデマンド制御システム1003では、取引用計器106・パルス検出器103・検針端末105aを経てボックスコンピュータ105bがパルス信号を入力してデマンド予測を行い、デマンドが設定限界を超えそうなときに、空調室外機420にオン/オフ情報信号を出力して、空調の制御(冷房温度の温度上げ設定・暖房温度の温度下げ設定・運転の一時停止など)を行ってデマンド制御を行う。
特に本システムでは外部のコンピュータ111や携帯電話などの移動体端末110をネットワークしたため、電力線搬送制御システムを利用した使い勝手のよい各種遠隔システムを構築出来る。
本形態によれば、以下に述べるように具体的で顕著な効果を奏する。
(1)既存の配線(電力線等)を利用し、キュービクル内の警報を遠隔のコントロールルームや事務所でも監視する要請に対しても、費用と工期とを大幅にカットして導入を図れる。
(2)電灯線が接続されていれば、キュービクル内からでも通信可能となる。しかもキュービクル等既存の設備に改造を施す必要が無く、業務を止めることなく設置出来る。
(3)接点の入切などの監視や制御がコンセントに挿すだけで可能とし、極めて操作を容易としており、リピータ動作を施せば更に遠くまで通信が可能となり、又、ソフトウェアを変更することで、機能変更、追加等を柔軟に対処出来る。
続いて、デマンド制御システム以外のシステムとして漏電監視システム適用例を図を参照しつつ説明する。図10は、漏電監視システムの構成図である。
需要家電気設備の電気室において、主幹線に変圧器600が設置され、また、主幹線から分岐して接続される複数の供給用変圧器601の二次側から伸延して分岐電力線が形成され、それぞれの分岐電力線に負荷となる漏電遮断器120が接続されて、電源供給されている。漏電遮断器120と接続されるセンタモデム200とが設置され、事務所にはターミナルモデム400と、無線LANで接続されるパーソナルコンピュータ430が設けられている。
センタモデム200に各漏電遮断器120のオン/オフ情報信号を送信するようにしている。センタモデム200は制御電文に変調してターミナルモデム400へ送信し、ターミナルモデム400では、オン/オフ情報信号に復調して、表示LED(外部表示)409(図3参照)でのオン/オフ表示部により、室内で点灯/消灯を確認出来る機能を設けている。なお、無線LANを介してパーソナルコンピュータ430へ送信しても良い。こうして、遠隔のコントロールルームや事務室で、漏電等異常な分岐電力線を発見及び通報等行う監視システムとして適用出来る。
以上本発明の電力線搬送制御システム1000,その応用例であるデマンド制御システム1001,1002,1003、および、漏電監視システム1004についてそれぞれ説明した。
電力線に接続するモデム間で搬送制御によりオン/オフ信号を伝送する電力線搬送制御システムは、およそ、需要家電気設備において、電力量計測、デマンド制御、漏電監視・通報等各種遠隔システム構築に対し利用可能性を有する。
本発明を実施するための最良の形態の電力線搬送制御システムの構成図である。 センタモデムの構成図である。 ターミナルモデムの構成図である。 電力線搬送制御システムを使用したデマンド制御システムの構成図である。 デマンドコントローラのシステム構成図である。 グループ設定例を示す図である。 デマンドグラフを示す図である。 他のデマンド制御システムの構成図である。 デマンド制御システムの設置例の説明図である。 漏電監視システムの構成図である。
符号の説明
1000:電力線搬送制御システム
100:接点情報出力装置
110:移動体端末機(PDA・携帯電話機)
200:センタモデム
201:ソケット
202:装置電源
203:搬送手段
204:接点入力部
205:電源同期手段
206:接点出力部
207:表示手段
208:表示LED
209:リセット手段
210:リセットスイッチ
300:電力線
301:コンセント
400:ターミナルモデム
401:ソケット
402:装置電源
403:搬送手段
404:接点出力部
405:電源同期手段
406:設定手段
407:設定スイッチ
408:表示手段
409:表示LED
410:リセット手段
411:リセットスイッチ
500:負荷
1001:デマンド制御システム
100’:デマンドコントローラ
101:プログラマブルコントローラ(PLC)
101a:ベースボード
101b:電源モジュール
101c:CPUモジュール
101d:デジタル入力モジュール
101e:デジタル出力モジュール
102:プログラマブル操作表示器(POD)
103:パルス検出器
104:電力量計(WHM)
500’:リレー
1003:デマンド制御システム
105:デマンドコントローラ
105a:検針端末
105b:ボックスコンピュータ
105c:電源ユニット
106:取引用計器
110:移動体端末機(PDA・携帯電話機))
111:パーソナルコンピュータ
420:空調室外機(ターミナルモデム内蔵)
501:空調室内機(負荷)
600:変圧器
1004:漏電監視システム
120:漏電遮断器
430:パーソナルコンピュータ
600:変圧器
601:供給用変圧器

Claims (5)

  1. 商用電源の引込み電力線から電源供給され、負荷に電力を供給する需要家電気設備の電力線を介して信号を伝送する電力線搬送制御システムであって、
    負荷の稼働を制御するオン/オフ情報信号を出力する接点情報出力装置と、
    電力線から電源供給され、また、接点情報出力装置からのオン/オフ情報信号を制御電文に変調して電力線に出力するセンタモデムと、
    電力線から電源供給され、また、電力線を介して入力される制御電文をオン/オフ情報信号に復調して出力するターミナルモデムと、
    ターミナルモデムから電源供給され、また、ターミナルモデムから出力されたオン/オフ情報信号が出力される負荷と、
    を備え、
    接点情報出力装置が出力するオン/オフ情報信号により負荷を制御することを特徴とする電力線搬送制御システム。
  2. 請求項1に記載の電力線搬送制御システムにおいて、
    前記接点情報出力装置は、移動体通信回線を介してネットワークされた移動体端末機と接続され、
    移動体端末機からの指令により負荷をオン/オフ制御することを特徴とする電力線搬送制御システム。
  3. 請求項1または請求項2に記載の電力線搬送制御システムにおいて、
    前記接点情報出力装置は、引込み電力線に接続される電力量計から入力した検針値を、検針値に比例するパルス数のパルス信号に変換して出力するパルス検出器と、パルス検出器からパルス信号を入力するデマンドコントローラであり、また、負荷は入り切りを行うためのリレーであって、
    デマンドコントローラは、パルス検出器からのパルス信号に基づいて所定時間毎に予測デマンド値の算出を行う算出手段と、
    算出した予測デマンド値と、予め設定されたデマンド値と、を比較する比較手段と、
    比較した結果に基づきリレーのオン/オフ情報信号を送信する送信手段と、
    を備え、予め設定されたデマンド値に予測デマンド値が追従するように制御することを特徴とする電力線搬送制御システム。
  4. 請求項3に記載の電力線搬送制御システムにおいて、
    前記デマンドコントローラの算出手段は、パルス検出器から入力した1分毎のパルス信号をカウントし、30分予測デマンド値の算出を行う手段であることを特徴とする電力線搬送制御システム。
  5. 請求項1または請求項2に記載の電力線搬送制御システムにおいて、
    前記接点情報出力装置は、電力線に分岐接続される変圧器の二次側に接続されて電力供給される漏電遮断器であり、
    センタモデム及びターミナルモデムは、電力線に接続される変圧器の二次側から伸延した分岐電力線から電源供給され、
    漏電遮断器と接続されたセンタモデムを商用電源を引き込む電気室に配置し、また、ターミナルモデムを遠隔コントロールルームに配置することを特徴とする電力線搬送制御システム。
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