JP2010230382A

JP2010230382A - 電力測定システム

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Publication number: JP2010230382A
Application number: JP2009076435A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Tanabe; 智宏田邊; Kenichi Iwao; 健一岩尾; Seiichi Ando; 誠一安藤
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: JP5091898B2

Abstract

【課題】低コストで実現可能な電力測定システムを提供すること。
【解決手段】電力測定システム１は、交流電源ＡＣから出力される電流を検出する電流検出部１１と、交流電源ＡＣから出力される電圧を検出する電圧検出部１２と、電圧検出部１２により検出された電圧の位相誤差を補正する演算部１３と、を備える。演算部１３は、電流検出部１１により検出された電流の位相誤差と、電圧検出部１２により検出された電圧の位相誤差と、のずれを検出し、検出した位相誤差のずれに基づいて、電圧検出部１２により検出された電圧の位相誤差を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有効電力を測定する電力測定システムに関する。

従来より、様々な回路において、有効電力が測定されている。ここで、有効電力が測定される回路を被測定回路とし、被測定回路に印加される電圧をＶ、被測定回路に流れる電流をＩ、これら電圧Ｖと電流Ｉとの位相差をθとすると、被測定回路の有効電力Ｐは、以下の式（１）のように表すことができる。

式（１）に示したように、被測定回路の有効電力Ｐは、電圧Ｖおよび電流Ｉがともに一定であったとしても、これら電圧Ｖと電流Ｉとの位相差θに応じて変動する。そして、位相差θは、電圧Ｖの位相誤差と、電流Ｉの位相誤差と、のずれにより変動する。ここで、電圧Ｖの位相誤差とは、理想的な電圧Ｖの位相と、実際に測定した電圧Ｖの位相と、の誤差のことである。また、電流Ｉの位相誤差とは、理想的な電流Ｉの位相と、実際に測定した電流Ｉの位相と、の誤差のことである。

位相差θが変動すると、すなわち電流Ｉの位相誤差と電圧Ｖの位相誤差とにずれが生じると、有効電力Ｐの測定精度が低下してしまう。そこで、電圧の位相を補正する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置を用いて電圧の位相を補正して、電圧の位相誤差と電流の位相誤差とのずれを「０」にすることで、有効電力を高精度に測定できる。

特開平９−１４９５３６号公報

上述の装置は、電圧の位相を補正するために、出力電圧と出力電流との位相差が「０」である精密電力アンプと、入力信号と出力信号との位相差が「０」である高精度発振器と、を備える。

ところが、出力電圧と出力電流の位相差が「０」であるアンプや、入力信号と出力信号との位相差が「０」である発振器を、実際に製造するのは困難であるため、これらを備える装置を実現するのは困難であった。また、仮に、上述のようなアンプおよび発振器を実現できたとしても、これらの製造コストは高騰するため、これらを備える装置の低コスト化は困難であった。

上述の課題を鑑み、本発明は、低コストで実現可能な電力測定システムを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、有効電力を測定する電力測定システムであって、交流電力を出力する交流電力出力手段と、前記交流電力出力手段から出力される電流を検出する電流検出手段と、前記交流電力出力手段から出力される電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段により検出された電流の位相誤差と、前記電圧検出手段により検出された電圧の位相誤差と、のずれを検出する位相誤差ずれ検出手段と、前記位相誤差ずれ検出手段により検出された位相誤差のずれに基づいて、前記電流検出手段により検出された電流と、前記電圧検出手段により検出された電圧と、のうち少なくともいずれかの位相誤差を補正する位相誤差補正手段と、前記位相誤差補正手段により位相誤差が補正された電流および電圧に基づいて、前記交流電力出力手段から出力される交流電力により動作する動作部の有効電力を算出する有効電力算出手段と、を備え、前記位相誤差ずれ検出手段は、前記交流電力出力手段と、有効電力の理論値が既知である電力測定用負荷と、により閉回路が形成され、前記交流電力出力手段から力率が略ゼロである交流電力が出力された状態において、前記電流検出手段により検出された電流と、前記電圧検出手段により検出された電圧と、に基づいて、前記電力測定用負荷の有効電力の実測値を算出し、前記実測値と前記理論値との差分から前記位相誤差のずれを検出することを特徴とする電力測定システムを提案している。

この発明によれば、有効電力を測定する電力測定システムに、交流電力を出力する交流電力出力手段と、交流電力出力手段から出力される電流を検出する電流検出手段と、交流電力出力手段から出力される電圧を検出する電圧検出手段と、電流検出手段により検出された電流の位相誤差と電圧検出手段により検出された電圧の位相誤差とのずれを検出する位相誤差ずれ検出手段と、位相誤差ずれ検出手段により検出された位相誤差のずれに基づいて電流検出手段により検出された電流と電圧検出手段により検出された電圧とのうち少なくともいずれかの位相誤差を補正する位相誤差補正手段と、位相誤差補正手段により位相誤差が補正された電流および電圧に基づいて交流電力出力手段から出力される交流電力により動作する動作部の有効電力を算出する有効電力算出手段と、を設けた。そして、交流電力出力手段と、有効電力の理論値が既知である電力測定用負荷と、により閉回路が形成され、交流電力出力手段から力率が略ゼロである交流電力、好ましくは力率が「０」〜「０．４」である交流電力が出力された状態において、位相誤差ずれ検出手段により、電流検出手段により検出された電流と、電圧検出手段により検出された電圧と、に基づいて、電力測定用負荷の有効電力の実測値を算出し、実測値と理論値との差分から位相誤差のずれを検出することとした。

このため、以下の第１の手順、第２の手順、および第３の手順を行うことで、交流電力出力手段の有効電力を測定できる。

第１の手順では、交流電力出力手段から出力される電流の位相誤差と、交流電力出力手段から出力される電圧の位相誤差と、のずれを検出する。

具体的には、まず、交流電力出力手段と、有効電力の理論値が既知である電力測定用負荷と、により閉回路を形成し、交流電力出力手段により力率が略ゼロである交流電力を出力している状態にする。そして、この状態において、電流検出手段により、交流電力出力手段から出力される電流を検出するとともに、電圧検出手段により、交流電力出力手段から出力される電圧を検出する。

ここで、上述のように交流電力出力手段と電力測定用負荷とが閉回路を形成しているので、交流電力出力手段から出力される電流は、電力測定用負荷に流れ、交流電力出力手段から出力される電圧は、電力測定用負荷に印加される。このため、電流検出手段により検出される電流は、電力測定用負荷に流れる電流に等しく、電圧検出手段により検出される電圧は、電力測定用負荷に印加される電圧に等しい。

次に、位相誤差ずれ検出手段により、電力測定用負荷に流れる電流と、電力測定用負荷に印加される電圧と、に基づいて、電力測定用負荷の有効電力の実測値を算出する。

ここで、電力測定用負荷の有効電力の実測値が、電力測定用負荷の有効電力の理論値とは異なる場合、電力測定用負荷に流れる電流の位相誤差と、電力測定用負荷に印加される電圧の位相誤差と、にずれが生じているとみなすことができる。このため、算出した電力測定用負荷の有効電力の実測値と、電力測定用負荷の有効電力の理論値と、の差分から、電力測定用負荷に流れる電流の位相誤差と、電力測定用負荷に印加される電圧の位相誤差と、のずれを検出できる。

ここで、上述のように、交流電力出力手段から出力される電流は、電力測定用負荷に流れ、交流電力出力手段から出力される電圧は、電力測定用負荷に印加される。このため、検出できた位相誤差のずれは、交流電力出力手段から出力される電流の位相誤差と、交流電力出力手段から出力される電圧の位相誤差と、のずれに等しい。

第２の手順では、検出した位相誤差のずれに基づいて、交流電力出力手段から出力される電流と、交流電力出力手段から出力される電圧と、の少なくともいずれかの位相誤差を補正する。

具体的には、まず、電流検出手段により、交流電力出力手段から出力される電流を検出するとともに、電圧検出手段により、交流電力出力手段から出力される電圧を検出する。

次に、位相誤差補正手段により、位相誤差ずれ検出手段により検出された位相誤差のずれに基づいて、電流検出手段により検出された交流電力出力手段から出力される電流と、電圧検出手段により検出された交流電力出力手段から出力される電圧と、のうち少なくともいずれかの位相誤差を補正する。これにより、交流電力出力手段から出力される電流の位相誤差と、交流電力出力手段から出力される電圧の位相誤差と、のずれを「０」にして、これら位相誤差にずれが生じるのを防止する。

第３の手順では、位相誤差のずれが「０」である電流および電圧に基づいて、交流電力出力手段から出力される交流電力により動作する動作部の有効電力を算出する。

具体的には、まず、位相誤差補正手段により位相誤差が補正された電流および電圧を乗算して、動作部の瞬時電力を算出する。次に、算出した瞬時電力の平均を算出して、動作部の有効電力を算出する。

以上によれば、交流電力出力手段から出力される電流の位相誤差と、交流電力出力手段から出力される電圧の位相誤差と、にずれが生じるのを防止した後に、動作部の有効電力を算出するので、有効電力を高精度に測定できる。そして、上述の従来例のように、実際に製造するのは困難であるアンプや発振器を電力測定システムに設ける必要がないため、低コストで実現可能な電力測定システムを提供できる。

（２）本発明は、（１）の電力測定システムについて、前記電力測定用負荷は、少なくともキャパシタまたはインダクタを含んで構成されることを特徴とする電力測定システムを提案している。

この発明によれば、電力測定用負荷を、少なくともキャパシタまたはインダクタを含んで構成した。

まず、電力測定用負荷を、キャパシタで構成した場合について、以下に説明する。交流電力が供給されているキャパシタの有効電力の理論値は、流れる電流値のばらつきや、印加される電圧値のばらつきや、自身の容量のばらつきや、自身の温度変動によらず、「０」である。このため、電力測定用負荷の有効電力の理論値は、「０」になる。したがって、交流電力出力手段から力率が略「０」である交流電力が出力された状態において、電力測定用負荷の有効電力の実測値を算出し、算出した実測値と「０」との差分から、位相誤差のずれを検出できる。

また、上述のように、電力測定用負荷の有効電力の理論値は、流れる電流値のばらつきや、印加される電圧値のばらつきや、自身の容量のばらつきや、自身の温度変動によらず、「０」であるため、電力測定用負荷に、高精度の部品を用いる必要がなくなる。このため、電力測定システムをさらに低コスト化できる。

次に、電力測定用負荷を、インダクタで構成した場合について、以下に説明する。交流電力が供給されているインダクタの有効電力は、キャパシタと同様に、流れる電流値のばらつきや、印加される電圧値のばらつきや、自身の容量のばらつきや、自身の温度変動によらず、「０」である。このため、電力測定用負荷をインダクタで構成した場合には、電力測定用負荷をコンデンサで構成した場合と同様の効果を奏することができる。

次に、電力測定用負荷を、キャパシタまたはインダクタと、抵抗といった素子と、で構成した場合について、以下に説明する。この場合、交流電力出力手段から力率が略「０」である交流電力が出力された状態において、電力測定用負荷の有効電力の実測値を算出し、算出した実測値と理論値との差分から、位相誤差のずれを検出できる。

（３）本発明は、（１）または（２）の電力測定システムについて、前記位相誤差ずれ検出手段は、前記電流検出手段により検出された電流と、前記電圧検出手段により検出された電圧と、を所定周期でサンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部によりサンプリングされた電流の位相誤差と、前記サンプリング部によりサンプリングされた電圧の位相誤差と、のずれを検出する位相誤差ずれ検出部と、を有し、前記所定周期を設定する周期設定部をさらに備えることを特徴とする電力測定システムを提案している。

この発明によれば、位相誤差ずれ検出手段に、電流検出手段により検出された電流と電圧検出手段により検出された電圧とを所定周期でサンプリングするサンプリング部と、サンプリング部によりサンプリングされた電流の位相誤差とサンプリング部によりサンプリングされた電圧の位相誤差とのずれを検出する位相誤差ずれ検出部と、を設けた。さらに、電力測定システムに、サンプリング部によりサンプリングする周期を設定する周期設定部を設けた。

このため、周期設定部により、電流検出手段により検出された電流と、電圧検出手段により検出された電圧と、をサンプリング部によりサンプリングする周期を変更できる。

本発明によれば、低コストで実現可能な電力測定システムを提供できる。

本発明の一実施形態に係る電力測定システムの回路図である。前記電力測定システムが備える演算部によりサンプリングされたサンプリング電流およびサンプリング電圧を示す図である。前記電力測定システムが備える演算部によりサンプリングされたサンプリング電流およびサンプリング電圧を示す図である。前記演算部による位相誤差ずれ検出処理のフローチャートである。前記演算部による電流電圧測定処理のフローチャートである。前記演算部による瞬時電力算出処理のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る電力測定システム１の回路図である。電力測定システム１は、交流電源ＡＣから出力される電力により動作する動作部（図示省略）の有効電力を測定する。この電力測定システムは、交流電源ＡＣ、電力算出装置１０、およびカレントトランスＣＴを備える。電力算出装置１０は、電流検出部１１、電圧検出部１２、演算部１３、および記憶部１４を備える。

交流電源ＡＣは、端子Ｐ１、Ｐ２に接続されている。この端子Ｐ１、Ｐ２には、上述の動作部（図示省略）と、キャパシタＣと、が接続可能となっている。なお、後述の位相誤差ずれ検出処理は、端子Ｐ１、Ｐ２に、動作部が接続されず、キャパシタＣが接続された状態において、行われる。一方、後述の電流電圧測定処理、瞬時電力算出処理、および有効電力算出処理は、端子Ｐ１、Ｐ２に、動作部が接続され、キャパシタＣが接続されていない状態において、行われる。

カレントトランスＣＴは、１次巻線および２次巻線を有する。カレントトランスＣＴの１次巻線の一端および他端には、交流電源ＡＣおよび端子Ｐ２がそれぞれ接続され、カレントトランスＣＴの２次巻線の一端および他端には、電流検出部１１が接続される。このため、カレントトランスＣＴの１次巻線には、交流電源ＡＣから出力される電流が流れ、カレントトランスＣＴの１次巻線に電流が流れると、カレントトランスＣＴの２次巻線には、カレントトランスＣＴの１次巻線に流れた電流に応じた電流が流れる。

電流検出部１１は、カレントトランスＣＴの２次巻線に流れる電流に基づいて、交流電源ＡＣから出力される電流を検出する。電圧検出部１２は、交流電源ＡＣおよび端子Ｐ１に接続され、交流電源ＡＣから出力される電圧を検出する。

演算部１３は、サンプリング部１３１、周期設定部１３２、位相誤差ずれ検出部１３３、電流電圧測定部１３４、瞬時電力算出部１３５、および有効電力算出部１３６を備える。

サンプリング部１３１は、電流検出部１１により検出された電流と、電圧検出部１２により検出された電圧と、を所定周期でサンプリングする。周期設定部１３２は、電力測定システム１の操作者が操作可能に設けられ、操作者の操作に応じて、サンプリング部１３１により電流および電圧をサンプリングする上述の所定周期を設定する。

位相誤差ずれ検出部１３３、電流電圧測定部１３４、瞬時電力算出部１３５、および有効電力算出部１３６は、それぞれ、位相誤差ずれ検出処理、電流電圧測定処理、瞬時電力算出処理、および有効電力算出処理を行う。

以下に、位相誤差ずれ検出処理について説明する。位相誤差ずれ検出処理は、電力測定システム１の製造時であって、上述の端子Ｐ１、Ｐ２に動作部が接続されずキャパシタＣが接続された状態、すなわち交流電源ＡＣとキャパシタＣとが閉回路を形成している状態において、行われる。

この位相誤差ずれ検出処理では、まず、サンプリング部１３１により、力率が略「０」、好ましくは力率が「０」〜「０．４」である交流電力を交流電源ＡＣから出力している状態で、電流検出部１１により検出された交流電源ＡＣから出力される電流と、電圧検出部１２により検出された交流電源ＡＣから出力される電圧と、を所定のサンプリング周期でサンプリングする。

ここで、上述のように交流電源ＡＣとキャパシタＣとが閉回路を形成しているので、交流電源ＡＣから出力される電流は、キャパシタＣに流れ、交流電源ＡＣから出力される電圧は、キャパシタＣに印加される。このため、サンプリング部１３１によりサンプリングされた電流は、キャパシタＣに流れる電流に等しく、サンプリング部１３１によりサンプリングされた電圧は、キャパシタＣに印加される電圧に等しい。

次に、サンプリング部１３１によりサンプリングされたキャパシタＣに流れる電流をサンプリング電流とし、サンプリング部１３１によりサンプリングされたキャパシタＣに印加される電圧をサンプリング電圧とすると、位相誤差ずれ検出部１３３により、これらサンプリング電流およびサンプリング電圧に基づいて、キャパシタＣに流れる電流の位相誤差と、キャパシタＣに印加される電圧の位相誤差と、のずれを検出する。

ここで、交流電力が供給されているキャパシタＣの有効電力の理論値は、流れる電流値のばらつきや、印加される電圧値のばらつきや、自身の容量のばらつきや、自身の温度変動によらず、「０」である。このため、サンプリング電流およびサンプリング電圧から求められるキャパシタＣの有効電力の実測値が、キャパシタＣの有効電力の理論値「０」とは異なる場合、サンプリング電流の位相誤差と、サンプリング電圧の位相誤差と、にずれが生じているとみなすことができる。ここで、サンプリング電流の位相誤差とは、キャパシタＣに流れる理想的な電流と、キャパシタＣに流れる電流の実測値であるサンプリング電流と、の位相の誤差を示し、サンプリング電圧の位相誤差とは、キャパシタＣに印加される理想的な電圧と、キャパシタＣに印加される電圧の実測値であるサンプリング電圧と、の位相の誤差を示す。

次に、キャパシタＣに流れる電流の位相誤差と、キャパシタＣに印加される電圧の位相誤差と、のずれの検出が完了すると、これら位相誤差のずれに応じた位相補正ポイントをＥＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）で構成される記憶部１４に記憶させる。以上の位相誤差ずれ検出処理について、図２、３、４を用いて以下に詳述する。

図２は、力率「０」の交流電力が交流電源ＡＣから出力された場合における、サンプリング電流およびサンプリング電圧を示す図である。図２において、縦軸は、サンプリング電流およびサンプリング電圧の値を示している。横軸は、サンプリング時刻を示している。また、図３は、図２に示した各サンプリング時刻における、サンプリング電流の値と、サンプリング電圧の値と、を示す図である。

ここで、力率「０」の交流電力がキャパシタＣに供給される場合、サンプリング電圧とサンプリング電流との位相差の理論値は、「０」である。

ところが、図２、３によれば、サンプリング電圧は、サンプリング時刻ｔ０では「０」であり、その後、時間が経過するに従って増加して、サンプリング時刻ｔ１２およびサンプリング時刻ｔ１３では「１」である。これに対して、サンプリング電流は、サンプリング時刻ｔ３では「０」であり、その後、時間が経過するに従って増加して、サンプリング時刻ｔ１５およびサンプリング時刻ｔ１６では「１」である。すなわち、サンプリング電圧とサンプリング電流との位相差は、「０」ではない。これは、キャパシタＣに流れる電流の位相誤差と、キャパシタＣに印加される電圧の位相誤差と、にずれが生じているということである。

ここで、電流検出部１１により検出された電流と、電圧検出部１２により検出された電圧と、をサンプリングする所定のサンプリング周期をＴとすると、図２、３では、電圧検出部１２により検出された電圧の位相誤差は、電流検出部１１により検出された電流の位相誤差に対して「＋３Ｔ」だけ位相がずれていることとなる。この場合、位相補正ポイントは、「＋３」となる。

ところで、上述のように、サンプリング電流は、キャパシタＣに流れる電流をサンプリングしたものであり、サンプリング電圧は、キャパシタＣに印加される電圧をサンプリングしたものである。このため、各サンプリング時刻におけるサンプリング電流とサンプリング電圧とを乗算することで、各サンプリング時刻におけるキャパシタＣの瞬時電力を求めることができる。

また、サンプリング時刻ｔｉ（ｉは、整数とする）におけるキャパシタＣの瞬時電力をｐ（ｔｉ）とすると、サンプリング時刻ｔｉからキャパシタＣに流れる電流および印加される電圧の１周期が経過するまでの期間におけるキャパシタＣの有効電力Ｐ（ｔｉ）は、以下の式（２）のように表すことができる。

式（２）において、ｍは、サンプリング時刻ｔｉからキャパシタＣに流れる電流および印加される電圧の１周期が経過するまでの期間に、キャパシタＣに流れる電流と、キャパシタＣに印加される電圧と、をサンプリングした回数を示し、本実施形態では「５０」とする。

図４は、位相誤差ずれ検出処理のフローチャートである。ステップＳ１において、交流電源ＡＣから力率が略「０」、好ましくは力率が「０」〜「０．４」である交流電力を出力させ、電流検出部１１により検出された電流と、電圧検出部１２により検出された電圧と、を所定のサンプリング周期でサンプリングし、各サンプリング時刻におけるキャパシタＣの瞬時電力を算出し、ステップＳ２に移る。本実施形態では、まず交流電源ＡＣから力率が略「０」の交流電力を出力させる。次に、サンプリング時刻ｔ０〜ｔ９９のそれぞれにおいて、電流検出部１１により検出された電流と、電圧検出部１２により検出された電圧と、をサンプリングする。次に、サンプリング時刻ｔ０〜ｔ９９のそれぞれにおいて、電流検出部１１により検出された電流と、電圧検出部１２により検出された電圧と、を乗算して、各サンプリング時刻におけるキャパシタＣの瞬時電力を算出する。

ステップＳ２において、変数ｉに「０」を代入し、ステップＳ３に移る。

ステップＳ３において、有効電力算出中であるか否かを検出する。本実施形態では、変数ｉが４９以下であれば、有効電力算出中であると判別し、変数ｉが５０以上であれば、有効電力算出中ではないと判別する。有効電力算出中であると判別した場合には、ステップＳ４に移り、有効電力算出中ではないと判別した場合には、ステップＳ６に移る。

ステップＳ４において、サンプリング時刻ｔｉからキャパシタＣに流れる電流および印加される電圧の１周期が経過するまでの期間におけるキャパシタＣの瞬時電力に基づいて、キャパシタＣのｉ番目の有効電力を算出し、ステップＳ５に移る。本実施形態では、まず、サンプリング時刻ｔｉ〜ｔ（ｉ＋５０）までの各サンプリング時刻におけるキャパシタＣの瞬時電力を算出する。次に、この算出結果を上述の式（２）に代入して、キャパシタＣのｉ番目の有効電力を算出する。

ステップＳ５において、変数ｉに「１」を加算し、ステップＳ３に移る。

本実施形態では、上述のステップＳ３により、上述のステップＳ４、Ｓ５を５０回ずつ行う。これにより、キャパシタＣの０番目から４９番目までの５０個の有効電力が算出される。

ステップＳ６において、キャパシタＣの０番目の有効電力を最適有効電力に設定し、ステップＳ７に移る。

ステップＳ７において、変数ｉに「１」を代入し、ステップＳ８に移る。

ステップＳ８において、変数ｊに「０」を代入し、ステップＳ９に移る。

ステップＳ９において、位相誤差ずれ検出中であるか否かを判別する。本実施形態では、変数ｉが４９以下であれば、位相誤差ずれ検出中であると判別し、変数ｉが５０以上であれば、位相誤差ずれ検出中ではないと判別する。位相誤差ずれ検出中であると判別した場合には、ステップＳ１０に移り、位相誤差ずれ検出中ではないと判別した場合には、ステップＳ１４に移る。

ステップＳ１０において、キャパシタＣのｉ番目の有効電力と、キャパシタＣの有効電力の理論値と、の差分（以下、「第１の差分」と呼ぶ。）が、最適有効電力と、キャパシタＣの有効電力の理論値と、の差分（以下、「第２の差分」と呼ぶ。）より小さいか否かを判別する。そして、第１の差分が第２の差分より小さいと判別した場合には、ステップＳ１１に移り、第１の差分が第２の差分より小さくないと判別した場合には、ステップＳ１３に移る。

なお、本実施形態では、キャパシタＣの有効電力の理論値が「０」であるため、上述のステップＳ１０では、キャパシタＣのｉ番目の有効電力が最適有効電力より小さいか否かを判別することになる。そして、キャパシタＣのｉ番目の有効電力が最適有効電力より小さいと判別した場合には、ステップＳ１１に移り、キャパシタＣのｉ番目の有効電力が最適有効電力より小さくないと判別した場合には、ステップＳ１３に移る。

ステップＳ１１において、キャパシタＣのｉ番目の有効電力を最適有効電力に設定し、ステップＳ１２に移る。

ステップＳ１２において、変数ｊに変数ｉを代入し、ステップＳ１３に移る。

ステップＳ１３において、変数ｉに「１」を加算し、ステップＳ９に移る。

本実施形態では、上述のステップＳ９により、上述のステップＳ１０およびステップＳ１３を５０回ずつ行う。これにより、キャパシタＣの０番目から４９番目までの５０個の有効電力のうち、キャパシタＣのｊ番目の有効電力が、キャパシタＣの有効電力の理論値「０」に最も近いと判定する。

ステップＳ１４において、位相補正ポイントとして、変数ｊを記憶部１４に記憶させ、位相誤差ずれ検出処理を終了する。

以上の位相誤差ずれ検出処理により求められた位相補正ポイントは、この位相誤差ずれ検出処理を行った際における、キャパシタＣに流れた電流の位相誤差と、キャパシタＣに印加された電圧の位相誤差と、のずれに応じた値となる。そして、位相誤差ずれ検出処理を行った際における、キャパシタＣに流れた電流の位相誤差と、キャパシタＣに印加された電圧の位相誤差と、のずれは、上述の動作部が端子Ｐ１、Ｐ２に接続された場合における、交流電源ＡＣから出力される電流の位相誤差と、交流電源ＡＣから出力される電圧の位相誤差と、のずれに略等しい。このため、動作部が端子Ｐ１、Ｐ２に接続された状態において、位相誤差ずれ検出処理により求められた位相補正ポイントに基づいて、電流検出部１１により検出された電流と、電圧検出部１２により検出された電圧と、のうち少なくともいずれかを補正することで、交流電源ＡＣから出力される電流の位相誤差と、交流電源ＡＣから出力される電圧の位相誤差と、にずれが生じるのを防止できる。

以下に、電流電圧測定処理について説明する。電流電圧測定処理は、瞬時電力算出処理が行われる際に、ステップＳ１における所定のサンプリング周期と同一の周期で繰り返し行われる。この電流電圧測定処理では、演算部１３は、瞬時電力算出処理において動作部の瞬時電力を算出するために、交流電源ＡＣから出力される電流と、交流電源ＡＣから出力される電圧と、を測定する。この電流電圧測定処理について、図５を用いて以下に詳述する。

図５は、演算部１３による電流電圧測定処理のフローチャートである。ステップＳ２１において、交流電源ＡＣから出力される電流を電流検出部１１により検出し、検出結果を所定の記憶領域にバッファリングし、ステップＳ２２に移る。

ステップＳ２２において、交流電源ＡＣから出力される電圧を電圧検出部１２により検出し、検出結果を所定の記憶領域にバッファリングし、電流電圧測定処理を終了する。

以下に、瞬時電力算出処理について説明する。瞬時電力算出処理は、有効電力算出処理が行われる際に行われる。この瞬時電力算出処理では、演算部１３は、位相誤差ずれ検出処理において記憶部１４に記憶させた位相補正ポイントに基づいて、電流電圧測定処理においてバッファリングした電圧の位相誤差を補正する。そして、位相誤差を補正した電圧と、電流電圧測定処理においてバッファリングした電流と、に基づいて、動作部の瞬時電力を算出する。この瞬時電力算出処理について、図６を用いて以下に詳述する。

図６は、瞬時電力算出処理のフローチャートである。ステップＳ３１において、記憶部１４の初期化が完了したか否かを判別する。そして、記憶部１４の初期化が完了したと判別した場合には、ステップＳ３２に移り、記憶部１４の初期化が完了していないと判別した場合には、ステップＳ３１を繰り返す。

ステップＳ３２において、記憶部１４から位相補正ポイントを読み出し、ステップＳ３３に移る。

ステップＳ３３において、ステップＳ３２において読み出した位相補正ポイントに基づいて、ステップＳ２２においてバッファリングした電圧の位相誤差を補正し、ステップＳ３３に移る。この処理では、ステップＳ２２においてバッファリングした電圧の位相誤差を補正して、ステップＳ２２においてバッファリングした電圧の位相誤差と、ステップＳ２１においてバッファリングした電流の位相誤差と、のずれを「０」にする。

この処理について、例えば、時刻ｔ１０、ｔ１１、ｔ１２、ｔ１３、ｔ１４、ｔ１５のそれぞれにおいて電流電圧測定処理を行い、時刻ｔ１２においてバッファリングした電圧の位相誤差を補正する場合を検討する。ステップＳ３２において読み出した位相補正ポイントが「＋３」の場合には、時刻ｔ１２においてバッファリングした電圧の位相誤差を補正して、時刻ｔ１２においてバッファリングした電圧の位相を、時刻ｔ１５においてバッファリングした電流の位相に合わせる。一方、ステップＳ３２において読み出した位相補正ポイントが「−２」の場合には、時刻ｔ１２においてバッファリングした電圧の位相誤差を補正して、時刻ｔ１２においてバッファリングした電圧の位相を、時刻ｔ１０においてバッファリングした電流と位相に合わせる。

ステップＳ３４において、ステップＳ２１においてバッファリングした電流と、ステップＳ３３において位相誤差を補正した電圧と、に基づいて動作部の瞬時電力を算出し、瞬時電力算出処理を終了する。この処理では、ステップＳ２１においてバッファリングした電流と、この電流との位相誤差のずれが「０」である電圧と、を乗算して、動作部の瞬時電力を算出する。

以下に、有効電力算出処理について説明する。有効電力算出処理は、動作部の有効電力の測定時に行われる。この有効電力算出処理では、瞬時電力算出処理で算出した動作部の瞬時電力を上述の式（２）に代入して、動作部の有効電力を算出する。

以上の電力測定システム１によれば、以下の効果を奏することができる。

電力測定システム１によれば、位相誤差ずれ検出処理、電流電圧測定処理、瞬時電力算出処理、および有効電力算出処理を行うことで、交流電源ＡＣから出力される交流電力で動作する動作部の有効電力を測定できる。

まず、電力測定システム１の製造時に、位相誤差ずれ検出処理を行う。この位相誤差ずれ検出処理では、キャパシタＣに流れる電流の位相誤差と、キャパシタＣに印加される電圧の位相誤差と、のずれを検出することにより、交流電源ＡＣから出力される電流の位相誤差と、交流電源ＡＣから出力される電圧の位相誤差と、のずれを検出する。次に、動作部の有効電力の測定時に、電流電圧測定処理、瞬時電力算出処理、および有効電力算出処理を行うことで、位相誤差ずれ検出処理により検出した位相誤差のずれに基づいて、交流電源ＡＣから出力される電圧の位相誤差を補正して、交流電源ＡＣから出力される電流の位相誤差と、交流電源ＡＣから出力される電圧の位相誤差と、にずれが生じるのを防止した後に、動作部の有効電力を算出する。このため、動作部の有効電力を高精度に測定できる。そして、上述の従来例のように、実際に製造するのは困難であるアンプや発振器を設ける必要がないため、電力測定システム１を、低コストで実現可能なものとすることができる。

また、電力測定システム１によれば、位相誤差ずれ検出処理において、交流電源ＡＣから出力される電流の位相誤差と、交流電源ＡＣから出力される電圧の位相誤差と、のずれを、キャパシタＣを用いて検出した。ここで、交流電力が供給されているキャパシタＣの有効電力の理論値は、流れる電流値のばらつきや、印加される電圧値のばらつきや、自身の容量のばらつきや、自身の温度変動によらず、「０」である。このため、交流電源ＡＣから力率が略「０」である交流電力が出力された状態において、キャパシタＣの有効電力の実測値を算出し、算出した実測値と「０」との差分から、交流電源ＡＣから出力される電流の位相誤差と、交流電源ＡＣから出力される電圧の位相誤差と、のずれを検出できる。

また、電力測定システム１によれば、上述のように、交流電力が供給されているキャパシタＣの有効電力の理論値は、流れる電流値のばらつきや、印加される電圧値のばらつきや、自身の容量のばらつきや、自身の温度変動によらず、「０」である。このため、キャパシタＣとして、高精度の部品を用いる必要がなくなる。このため、電力測定システム１をさらに低コスト化できる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上述の実施形態では、記憶部１４は、ＥＥＰＲＯＭで構成されるものとしたが、これに限らず、データを記憶できるもので構成されればよい。なお、記憶部１４は、電力供給が停止された場合であっても、データを記憶し続けるもので構成されることが好ましい。

また、上述の実施形態では、交流電源ＡＣから出力される電圧の位相誤差を補正して、交流電源ＡＣから出力される電圧の位相誤差と、交流電源ＡＣから出力される電流の位相誤差と、のずれを「０」にすることとしたが、これに限らず、交流電源ＡＣから出力される電流の位相誤差を補正してもよい。

また、上述の実施形態では、位相誤差ずれ検出処理を、電力測定システム１の製造時に行うこととしたが、これに限らず、例えば動作部の有効電力を測定する際に行うこととしてもよい。

また、上述の実施形態では、位相誤差ずれ検出処理において、キャパシタＣを用いたが、これに限らない。例えば、キャパシタＣの代わりに、インダクタや、キャパシタＣと抵抗とを直列接続または並列接続したものや、インダクタと抵抗とを直列接続または並列接続したものを用いてもよい。

また、上述の実施形態において、演算部１３に、アナログ値からデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部を設けてもよい。この場合、Ａ／Ｄ変換部により、電流検出部１１により検出した電流と、電圧検出部１２により検出した電圧と、をアナログ値からデジタル値に変換する。そして、デジタル値に変換された電流および電圧を用いて、位相誤差ずれ検出部１３３、電流電圧測定部１３４、瞬時電力算出部１３５、および有効電力算出部１３６のそれぞれにより、位相誤差ずれ検出処理、電流電圧測定処理、瞬時電力算出処理、および有効電力算出処理を行って、動作部の有効電力を測定する。

なお、Ａ／Ｄ変換部の分解能が高いほど、Ａ／Ｄ変換部による変換を高精細化でき、電力測定システム１による動作部の有効電力の測定の精度を向上できる。このため、Ａ／Ｄ変換部を設ける場合には、このＡ／Ｄ変換部の分解能が所定値より高いことが好ましい。

また、Ａ／Ｄ変換部が、複数のアナログ入力を順次アナログ値からデジタル値に変換してデジタル出力する場合、複数のアナログ入力のうち、電流検出部１１により検出した電流と、電圧検出部１２により検出した電圧と、の割り当てられた数が多いほど、デジタル値に変換された電流および電圧がデジタル出力される頻度が高くなる。そして、デジタル値に変換された電流および電圧がデジタル出力される頻度が高いほど、上述の位相誤差ずれ検出処理、電流電圧測定処理、瞬時電力算出処理、および有効電力算出処理を行う頻度を高くすることができ、電力測定システムによる有効電力の算出の頻度を向上できる。このため、Ａ／Ｄ変換部を設ける場合には、Ａ／Ｄ変換部の複数のアナログ入力のうち、電流検出部１１により検出した電流と、電圧検出部１２により検出した電圧と、を割り当てる数が４以上であることが好ましい。また、より好ましくは、電流検出部１１により検出した電流と、電圧検出部１２により検出した電圧と、が交互にアナログ値からデジタル値に変換されるように、Ａ／Ｄ変換部の複数のアナログ入力のそれぞれを割り当てる。

１；電力測定システム
１１；電流検出部
１２；電圧検出部
１３；演算部
１４；記憶部
１３１；サンプリング部
１３２；周期設定部
１３３；位相誤差ずれ検出部
１３４；電流電圧測定部
１３５；瞬時電力算出部
１３６；有効電力算出部
Ｃ；キャパシタ
ＣＴ；カレントトランス

Claims

有効電力を測定する電力測定システムであって、
交流電力を出力する交流電力出力手段と、
前記交流電力出力手段から出力される電流を検出する電流検出手段と、
前記交流電力出力手段から出力される電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流の位相誤差と、前記電圧検出手段により検出された電圧の位相誤差と、のずれを検出する位相誤差ずれ検出手段と、
前記位相誤差ずれ検出手段により検出された位相誤差のずれに基づいて、前記電流検出手段により検出された電流と、前記電圧検出手段により検出された電圧と、のうち少なくともいずれかの位相誤差を補正する位相誤差補正手段と、
前記位相誤差補正手段により位相誤差が補正された電流および電圧に基づいて、前記交流電力出力手段から出力される交流電力により動作する動作部の有効電力を算出する有効電力算出手段と、を備え、
前記位相誤差ずれ検出手段は、
前記交流電力出力手段と、有効電力の理論値が既知である電力測定用負荷と、により閉回路が形成され、前記交流電力出力手段から力率が略ゼロである交流電力が出力された状態において、
前記電流検出手段により検出された電流と、前記電圧検出手段により検出された電圧と、に基づいて、前記電力測定用負荷の有効電力の実測値を算出し、前記実測値と前記理論値との差分から前記位相誤差のずれを検出することを特徴とする電力測定システム。
前記電力測定用負荷は、少なくともキャパシタまたはインダクタを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の電力測定システム。
前記位相誤差ずれ検出手段は、
前記電流検出手段により検出された電流と、前記電圧検出手段により検出された電圧と、を所定周期でサンプリングするサンプリング部と、
前記サンプリング部によりサンプリングされた電流の位相誤差と、前記サンプリング部によりサンプリングされた電圧の位相誤差と、のずれを検出する位相誤差ずれ検出部と、を有し、
前記所定周期を設定する周期設定部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電力測定システム。