JP2014521303A - 複数の電化製品による電力消費のリアルタイム測定および変調 - Google Patents

Abstract

本発明は、公称電圧および公称周波数で電力供給信号を送る電力分配ネットワークにおける少なくとも１本の電線により電力が供給される複数の電化製品による電力消費をリアルタイムに測定および変調する方法に関する。当該方法は、前記複数の電化製品の各々により消費される電流を、各電化製品が配置された各電線部分においてリアルタイムに測定するステップ（１００）と、前記電力供給信号の周波数と電圧を、各電化製品が配置された各電線部分において抽出するステップ（１１０）と、抽出された前記周波数と前記分配ネットワークの公称周波数の差分の絶対値と、抽出された前記電圧と前記分配ネットワークの公称電圧の差分の絶対値の少なくとも一方を、各電線部分において計算するステップ（１２０）と、ある電線部分における前記周波数の差分が所定の周波数閾値（ｆ_threshold）を上回る場合と、当該電線部分における前記電線の差分が所定の電圧閾値（Ｖ_threshold）を上回る場合の少なくとも一方において、当該電線部分に関連付けられた警告信号を生成するステップ（１３０、１４０）と、前記複数の電化製品の各々による電力消費および前記警告信号を、外部の中央プラットフォームに送信するステップ（１５０）と、前記警告信号が生成された前記電線部分に対する電化製品の位置によらず、前記外部の中央ネットワークにより、選択的遮断コマンドを当該電化製品に送るステップ（１６０）と、を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の電化製品による電力消費をリアルタイムに測定および変調する方法およびシステムに関する。当該方法およびシステムは、これらの電化製品に電力を供給する分配ネットワークの電線における周波数および電圧の擾乱を考慮する。

昨今では、電力生産と消費の差は、電力分配ネットワークの電圧または周波数の差に繋がる。これらの差分が大き過ぎると（通常は、フランスの周波数５０Ｈｚに対して±０．５Ｈｚを、電圧では±１０〜１５％を越える場合）、あるいは差分の発生が頻繁すぎると、当該ネットワークに接続された電化製品の性能低下を引き起こしうる。

特許文献１は、電線の電圧と周波数の少なくとも一方を測定するシステムを開示している。当該システムにより、当該電線により電力が供給される電化製品の絶縁または導通がなされ、周波数と電圧の少なくとも一方の差分がローカルに補償される。より詳しくは、当該測定システムは、家庭に配置され、電線により電力が供給される中央制御装置を備えている。この中央制御装置は、複数の制御モジュールと通信を行なうように構成されている。当該制御モジュールは、ローカル通信ネットワーク上の少なくとも１つの電化製品とローカルに関連付けられている。当該制御モジュールは、電線における電圧と周波数の少なくとも一方の異常を測定するとともに、特定の電化製品上で動作して電力を変調する。すなわち、場合によって複数の電化製品の幾つかの接続と接続解除を行なう。

しかしながら、上記のシステムは、測定点の下流側（この場合、中央制御装置の下流側）に接続された電気負荷のみに作用し、電線異常をローカルに取り扱えるようにしているに過ぎない。

複数の電化製品による電力消費をリアルタイムに測定および変調するシステムとして、特許文献２（出願人同一）に記載されているものも知られている。この測定システムは、少なくとも１つの変調ユニットを備えている。当該変調ユニットには、複数の電化製品（給湯機、電気ラジエータ、エアコンなど）が単独あるいは一連の電力ループを通じて接続されうる。変調ユニットは、これらの電化製品によって消費される電圧および電流をリアルタイムに測定し、インターネットサーバによりホストされた外部プラットフォームへ周期的に（例えば１０分ごとに）測定結果を送信するように構成されている。この測定結果の周期的送信は、システムのパイロットユニットに内蔵された無線通信モデムを通じて行なわれる。この無線通信モデムは、パケット電話型（ＧＰＲＳ、３Ｇ、４Ｇなど）のインターネットプラットフォームへの接続を可能にする。あるいは、インターネットネットワークへの接続は、ＡＤＳＬ型のリンクを介してなされうる。パイロットユニットは、変調ユニットから離間しており、有線リンク（好ましくは電力線キャリアあるいはＰＬＣ）により変調ユニットとリンクされていることが好ましい。この場合、変調ユニットとパイロットユニットの各々は、ＰＬＣモデムを備えている。よって、パイロットユニットは、複数の変調ユニットとリンクされうる。変調ユニットは、外部プラットフォームへの送信のために、測定結果を収集する。変調ユニットは、ＵＳＢポートを備えるとよい。ＵＳＢポートは、別モジュール（近距離無線モデムや温度センサなど）の接続を受け入れ可能にする。よって、この無線経路により変調ユニットから測定結果を送信することも可能である。外部プラットフォームにより受信された測定結果は保存され、インターネット上のユーザスペースにログイン可能なユーザによって、いつでもどこからでも閲覧されうる。当該プラットフォームは、パケット電話型の無線接続を介して、パイロットユニットにコマンドを送信し、異なる変調ユニットにリンクされた複数の電化製品の少なくとも一部への電力供給を所定時間だけ遮断するように制御できる。加熱や空調などを行なう電気機器の少なくとも一部の遮断により影響を受けるユーザが不快感を抱かないように、遮断期間は半時間よりも短いことが一般的である。電力供給は、変調ユニットを介して制御される。

このシステムと各ユーザによる電力消費の追跡可能性により、集中型のプラットフォーム上において、大量の変調ユニットとパイロットユニットを同時に管理できる。また、共同体スケール、部署スケール、地域スケール、あるいは国家スケールの一群のユーザによって消費される電力をより容易に変調できる。特に電力消費のピーク時において、電気エネルギーの供給者がさらなる発電を行なう必要がなくなる。

米国特許出願公開２０１０／０２１９８０８号公報 国際出願公開２００８／０１７７５４号公報

しかしながら、特許文献２に記載のシステムは、電力分配ネットワークにおける周波数と電圧の少なくとも一方の差分について何ら解決策を提供するものではない。

本発明の目的は、特許文献２に記載の類のシステム構成であって、電力分配ネットワークにおいて発生しうる周波数と電圧の少なくとも一方の擾乱に対する適切な応答を提供できるものを提案することにある。より詳しくは、本発明は、端末において電力および周波数の差分を補正するリアルタイム測定・変調システムを得ようとするものである。

よって、本発明の対象は、公称電圧および公称周波数で電力供給信号を送る電力分配ネットワークにおける少なくとも１本の電線により電力が供給される複数の電化製品による電力消費をリアルタイムに測定および変調する方法である。当該方法は、以下に列挙するステップを備えていることを特徴とする。
・前記複数の電化製品の各々により消費される電流を、各電化製品が配置された各電線部分においてリアルタイムに測定するステップ
・前記電力供給信号の周波数と電圧を、各電化製品が配置された各電線部分において抽出するステップ
・抽出された前記周波数と前記分配ネットワークの公称周波数の差分の絶対値と、抽出された前記電圧と前記分配ネットワークの公称電圧の差分の絶対値の少なくとも一方を、各電線部分において計算するステップ
・ある電線部分における前記周波数の差分が所定の周波数閾値を上回る場合と、当該電線部分における前記電線の差分が所定の電圧閾値を上回る場合の少なくとも一方において、当該電線部分に関連付けられた警告信号を生成するステップ
・前記複数の電化製品の各々による電力消費および前記警告信号を、外部の中央プラットフォームに送信するステップ
・前記警告信号が生成された前記電線部分に対する電化製品の位置によらず、前記外部の中央ネットワークにより、選択的遮断コマンドを当該電化製品に送るステップ

よって、中央プラットフォームは、周波数と電圧の少なくとも一方を考慮して、是正措置を命ずることができる。これにより、当該是正措置は、電化製品が警告信号の生成された電線部分の上流側に配置されているか下流側に配置されているかを区別することなく行なわれる。

また、本発明の対象は、公称電圧および公称周波数で電力供給信号を送る電力分配ネットワークにおける少なくとも１本の電線により電力が供給される複数の電化製品による電力消費をリアルタイムに測定および変調するシステムである。当該システムは、
前記複数の電化製品の各々により消費される電流を、各電化製品が配置された各電線部分においてリアルタイムに測定する手段を備えている複数の変調ユニットと、
前記複数の複数の変調ユニットの少なくとも１つとローカルにデータをやり取りするように構成されている複数のパイロットユニットと、
インターネットサーバによりホストされ、前記複数のパイロットユニットとデータをやり取りするように構成されている外部の中央プラットフォームと、
を備えている。当該システムは、以下に列挙する点を特徴としている。
・前記複数の変調ユニットは、前記電力供給信号の周波数と電圧を、各電化製品が配置された各電線部分において抽出する手段を備えている。
・前記複数の変調ユニットまたは前記複数のパイロットユニットは、
抽出された前記周波数と前記分配ネットワークの公称周波数の差分の絶対値と、抽出された前記電圧と前記分配ネットワークの公称電圧の差分の絶対値の少なくとも一方を、各電線部分において計算する手段と、
ある電線部分における前記周波数の差分が所定の周波数閾値を上回る場合と、当該電線部分における前記電線の差分が所定の電圧閾値を上回る場合の少なくとも一方において、当該電線部分に関連付けられた警告信号を生成する手段と、
を備えている。
・前記複数のパイロットユニットは、前記複数の電化製品の各々による電力消費および前記警告信号を、前記外部の中央プラットフォームに送信するように構成されている。
・前記外部の中央プラットフォームは、前記警告信号が生成された前記電線部分に対する電化製品の位置によらず、選択的遮断コマンドを当該電化製品に送るように構成されている。

本発明に係る他の好ましい特徴は、以下の通りである。
・前記外部の中央プラットフォームは、有線通信リンクまたは無線通信リンクを介して、前記複数のパイロットユニットとデータをやり取りするように構成されており、前記有線通信リンクは、特にＡＤＳＬリンクであり、前記無線通信リンクは、ＧＰＲＳ型、３Ｇ型、または４Ｇ型である。
・前記複数のパイロットユニットは、電力線搬送型の有線通信リンクまたは近距離無線通信リンクを介して、前記複数の変調ユニットの少なくとも１つとローカルにデータをやり取りするように構成されている。
・あるいは、前記複数のパイロットユニットの各々は、前記複数の変調ユニットの１つに内蔵されている。

本発明の様々な態様が、添付の図面を参照しつつ、以下の説明において示される。

本発明に係る複数の電化製品による電力消費をリアルタイムに測定および変調するシステムの一部を模式的に示す図である。 本発明に係る変調ユニットを模式的に示す図である。 本発明に係る方法において実施される複数のステップを示す図である。

以降の説明において、両図に共通の要素には同一の参照番号を付与する。

図１は、複数の電化製品をリアルタイムに測定および変調するシステムの一部の構成を示している。図示された当該システムの一部は、本例においては、建物１_１〜１_ｎに設置された複数の電化製品の管理を可能にできる。当該複数の電化製品は、電力分配ネットワークの変圧器３の出力である同一の電線２から電力を供給されている。本例においては、建物１_１は、当該変圧器に最も近い建物であり、建物１_ｎは、当該電線の末端に配置されている。少なくとも１つの変調ユニットと少なくとも１つのパイロットユニットが、各建物に設置されている。より詳しくは、建物１_１は、２つのパイロットユニット１０_１と３つの変調ユニット２０_１を備えている。各変調ユニット２０_１は、電化製品３０_１にリンクされている。パイロットユニット１０_１の１つは、２つの変調ユニット２０_１にリンクされており、もう１つは単一の変調ユニット２０_１にのみリンクされている。この構成は、例えば、同じ建物における２つの居住区画への設置、あるいは１つの住宅における２つの階への設置に対応している。一方、建物１_ｎは、２つのパイロットユニット１０_ｎを備えている。各パイロットユニット１０_ｎは、変調ユニット２０_ｎにリンクされており、当該変調ユニット２０_ｎは、電化製品３０_ｎにリンクされている。本発明の範囲から逸脱しなければ、各建物について他の構成が考えられうる。符号２ａ、２ｂは、電線２から分岐して建物１_１、１_ｎに電力を供給する電線部分を示している。図示された構成においては、電線部分２ａは、２つの部分２ｃ、２ｄに分岐され、それぞれ建物１_１におけるパイロットユニット１０_１の１つにリンクされる。また、部分２ｃに対応する電線の一部は、２つの部分２ｅ、２ｆに分岐されている。建物１_ｎに係る電線部分２ｂは、２つの部分２ｇ、２ｈに分岐され、それぞれ建物１_ｎにおけるパイロットユニット１０_ｎの１つにリンクされる。

変調ユニット２０_１、２０_ｎのそれぞれは、有線インターネットリンク（特にＡＤＳＬリンク）あるいは無線通信リンク（ＧＰＲＳ、３Ｇ、４Ｇ型）により、パイロットユニット１０_１、１０_ｎを介して、インターネットサーバによりホストされた外部の中央プラットフォーム５とデータのやり取りが可能である。

また、パイロットユニット１０_１、１０_ｎは、変調ユニット２０_１、２０_ｎとローカルにデータをやり取りするように構成されている。パイロットユニット１０_１、１０_ｎは、電力線搬送型の有線通信リンクあるいは近距離無線通信リンクを介して、変調ユニット２０_１、２０_ｎとリンクされている。

図２は、本発明の好適な実施形態に係る変調ユニット２０のコンポーネントを模式的に示している。前述のように、変調ユニット２０は、単一のパイロットユニット１０とリンクされるように構成されているが、複数の電化製品（通常は４つまで）にリンクされうる。しかしながら、図２に示された例においては、図が煩雑になるのを避けるため、変調ユニット２０は、１つの電化製品３０にのみ接続されている。通常、変調ユニット２０は、以下に列挙するものを備えている。
・自身が接続されているパイロットユニット１０との双方向通信を管理する通信モジュール２１（通常は電力線搬送モデム）
・電流測定装置２３（例えば誘導ループ）と継電器２４（電化製品３０への電力供給を遮断するコマンドが中継される）を備えている電力制御モジュール２２
・特に測定装置２３から測定結果出力を収集し、測定パラメータ（特に変調ユニットが配置された電線部分の電圧と周波数）を抽出し、電力測定データと遮断データを保持するデータ処理モジュール２５
この処理モジュール２５は、自身がリンクされている通信モジュール２１およびパイロットユニット１０を介して、中央プラットフォーム５からの命令群を受信するようにも構成されている。当該命令群は、処理モジュール２５にデータを送信させ、動作状態に基づいて取得データと処理パラメータを更新させ、継電器２４を作動させる。
・変調ユニット２０と電力パネル４をリンクさせる有線電力リンク２６

図２において模式的に示された構成は、図１を通じて例示されたシステムに含まれる全ての変調ユニット２０_１、２０_ｎに対して適用されうる。

図１と図２に示されたシステムの一部の動作について、図３を参照しつつ説明する。各変調ユニット２０_１、２０_ｎは、自身が備える測定装置２３によって、電化製品３０_１、３０_ｎにより消費される電流をリアルタイムに測定する（ステップ１００）。

そして、データ処理モジュール２５は、測定ユニットが配置された電線部分における信号の電圧と周波数を抽出する（ステップ１１０）。各変調ユニットは、電圧と電流から、自身がリンクされている各電化製品により消費される電力をリアルタイムに計算できる。

周波数の抽出は、別の方法によって行なわれうる。特に、測定装置２３により取得された電気信号は、従来通り必要に応じて増幅され、次いでシュミットトリガ（図示せず）を介して矩形波信号に変換される。当該信号の周波数は、要求される正確さに応じた期間（例えば１０秒間）における矩形波信号の０から１への遷移の回数を数えることにより推定される。

そして、データ処理モジュール２５は、抽出された周波数と電力分配ネットワークの公称周波数の差分の絶対値（以降、周波数差Δｆと称する）の計算と、抽出された電圧と電力分配ネットワークの公称電圧の差分の絶対値（以降、電圧差ΔＶと称する）の計算の少なくとも一方を行なう（ステップ１２０）。そして、周波数差と電圧差の少なくとも一方は、所定の閾値Ｖ_thresholdおよびｆ_thresholdと比較され、データ処理モジュール２５に保存される（ステップ１３０）。一例として、フランスの電力分配ネットワーク（公称周波数５０Ｈｚにおいて公称電圧２２０Ｖ）の場合、閾値Ｖ_thresholdは、２２０Ｖの１０〜１５％程度であり、閾値ｆ_thresholdは、０．５Ｈｚである。データ処理モジュール２５は、これらの差分の一方が基準閾値Ｖ_thresholdまたはｆ_thresholdを上回ると、警告信号を生成する（ステップ１４０）。消費電力の差分の測定結果および警告信号は、必要に応じて中央プラットフォーム５へ送信される（ステップ１５０）。

そして、中央プラットフォーム５は、特定の電化製品に対してローカルに作用し、一群のユーザにより消費される電力を変調する。また、中央プラットフォーム５は、周波数差と電圧差の少なくとも一方を考慮することにより、発電に対する電力消費をリアルタイムかつローカルに調節する。より詳しくは、中央プラットフォーム５は、特定の電化製品に対して選択的遮断コマンドを送信できる（ステップ１６０）。そして、中央プラットフォーム５は、警告信号が生成された電線部分に対するこれらの電化製品の位置によらず、当該コマンドの送信を行なう。換言すると、警告信号が生成された電線部分に対して電化製品が上流側に配置されているか下流側に配置されているかを考慮することなく、是正措置が行なわれうる。

本発明に係るシステムによれば、特許文献１において提案されている解決手段（建物単位で測定が行なわれる）とは異なり、各電化製品あるいは一群の電化製品に対して測定および変調が行なわれる。よって、本発明の第１の利点は、例えば、建物１_ｎの電線部分２ｇに配置された変調ユニット２０_ｎにより測定された値が異常である一方、同じ建物の電線部分２ｈに配置された変調ユニット２０_ｎが正常であるといった、ローカルな問題の診断が可能になること、および問題の発生箇所の非常に正確なマッピングをオペレータに提供できることである。

また、本発明により提案される解決手段は、特に電線の末端（変圧器３から離れるに連れて信号が劣化する）で生ずる問題に対して有効である。建物１_ｎの電線部分２ｇにおいて顕著な周波数差が生じた場合を考える。特許文献１において提案されている解決手段においては、当該周波数差の検出は、建物１_ｎの電線部分２ｂにおいてなされ、是正措置は、この電線部分２ｂの下流における建物１_ｎに設置された電化製品３０_ｎに対してのみローカルに行なわれる。今日では、このような是正措置は、不適当であることが判っている。特に、電気信号の品質は、電力供給線に沿って劣化するため、建物１_１における電線部分２ａにおいては完全に制限範囲内である信号も、特に建物１_１における電化製品３０_１の使用に起因して、電線部分２ｂにおいてはそうでなくなってしまう。本発明によれば、異常が検出された測定点の上流側（通常、本例においては建物１_１における電化製品３０_１）にも作用することにより、信号の劣化を補正できる。

前述のように発明を実施することにより、差分の測定と警告の生成が各変調ユニット２０_１、２０_ｎにより行なわれる。しかしながら、パイロットユニットが変調ユニットと区別される場合は、変形例として、変調ユニット２０_１、２０_ｎにより自身がリンクされたパイロットユニット１０_１、１０_ｎへ差分の測定値が送信され、閾値との比較に続く警告信号の生成は、パイロットユニット１０_１、１０_ｎにより行なわれてもよい。

Claims (5)

1. 公称電圧および公称周波数で電力供給信号を送る電力分配ネットワークにおける少なくとも１本の電線（２）により電力が供給される複数の電化製品（３０_１、３０_ｎ）による電力消費をリアルタイムに測定および変調する方法であって、
   前記複数の電化製品（３０_１、３０_ｎ）の各々により消費される電流を、各電化製品（３０_１、３０_ｎ）が配置された各電線部分においてリアルタイムに測定するステップ（１００）と、
   前記電力供給信号の周波数と電圧を、各電化製品（３０_１、３０_ｎ）が配置された各電線部分において抽出するステップ（１１０）と、
   抽出された前記周波数と前記分配ネットワークの公称周波数の差分の絶対値と、抽出された前記電圧と前記分配ネットワークの公称電圧の差分の絶対値の少なくとも一方を、各電線部分において計算するステップ（１２０）と、
   ある電線部分における前記周波数の差分が所定の周波数閾値（ｆ_threshold）を上回る場合と、当該電線部分における前記電線の差分が所定の電圧閾値（Ｖ_threshold）を上回る場合の少なくとも一方において、当該電線部分に関連付けられた警告信号を生成するステップ（１３０、１４０）と、
   前記複数の電化製品の各々による電力消費および前記警告信号を、外部の中央プラットフォーム（５）に送信するステップ（１５０）と、
   前記警告信号が生成された前記電線部分に対する電化製品の位置によらず、前記外部の中央ネットワーク（５）により、選択的遮断コマンドを当該電化製品に送るステップ（１６０）と、
   を備えていることを特徴とする、方法。
2. 公称電圧および公称周波数で電力供給信号を送る電力分配ネットワークにおける少なくとも１本の電線（２）により電力が供給される複数の電化製品（３０_１、３０_ｎ、３０）による電力消費をリアルタイムに測定および変調するシステムであって、
   前記複数の電化製品（３０_１、３０_ｎ、３０）の各々により消費される電流を、各電化製品（３０_１、３０_ｎ、３０）が配置された各電線部分においてリアルタイムに測定する手段（２３）を備えている複数の変調ユニット（２０_１、２０_ｎ、２０）と、
   前記複数の複数の変調ユニット（２０_１、２０_ｎ、２０）の少なくとも１つとローカルにデータをやり取りするように構成されている複数のパイロットユニット（１０_１、１０_ｎ、１０）と、
   インターネットサーバによりホストされ、前記複数のパイロットユニット（１０_１、１０_ｎ、１０）とデータをやり取りするように構成されている外部の中央プラットフォーム（５）と、
   を備えており、
   前記複数の変調ユニット（２０_１、２０_ｎ、２０）は、前記電力供給信号の周波数と電圧を、各電化製品（３０_１、３０_ｎ、３０）が配置された各電線部分において抽出する手段（２５）を備えており、
   前記複数の変調ユニット（２０_１、２０_ｎ、２０）または前記複数のパイロットユニット（１０_１、１０_ｎ、１０）は、
   抽出された前記周波数と前記分配ネットワークの公称周波数の差分の絶対値と、抽出された前記電圧と前記分配ネットワークの公称電圧の差分の絶対値の少なくとも一方を、各電線部分において計算する手段（２５）と、
   ある電線部分における前記周波数の差分が所定の周波数閾値（ｆ_threshold）を上回る場合と、当該電線部分における前記電線の差分が所定の電圧閾値（Ｖ_threshold）を上回る場合の少なくとも一方において、当該電線部分に関連付けられた警告信号を生成する手段（２５）と、
   を備えており、
   前記複数のパイロットユニット（１０_１、１０_ｎ、１０）は、前記複数の電化製品（３０_１、３０_ｎ、３０）の各々による電力消費および前記警告信号を、前記外部の中央プラットフォーム（５）に送信するように構成されており、
   前記外部の中央プラットフォーム（５）は、前記警告信号が生成された前記電線部分に対する電化製品の位置によらず、選択的遮断コマンドを当該電化製品に送るように構成されていることを特徴とする、システム。
3. 前記外部の中央プラットフォーム（５）は、有線通信リンクまたは無線通信リンクを介して、前記複数のパイロットユニット（１０_１、１０_ｎ）とデータをやり取りするように構成されており、
   前記有線通信リンクは、特にＡＤＳＬリンクであり、
   前記無線通信リンクは、ＧＰＲＳ型、３Ｇ型、または４Ｇ型であることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
4. 前記複数のパイロットユニット（１０_１、１０_ｎ）は、電力線搬送型の有線通信リンクまたは近距離無線通信リンクを介して、前記複数の変調ユニット（２０_１、２０_ｎ）の少なくとも１つとローカルにデータをやり取りするように構成されていることを特徴とする、請求項２または３に記載のシステム。
5. 前記複数のパイロットユニット（１０_１、１０_ｎ）の各々は、前記複数の変調ユニット（２０_１、２０_ｎ）の１つに内蔵されていることを特徴とする、請求項２または３に記載のシステム。

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