JP2015135319A - Power measurement device, and power measurement system - Google Patents
Power measurement device, and power measurement system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015135319A JP2015135319A JP2014226470A JP2014226470A JP2015135319A JP 2015135319 A JP2015135319 A JP 2015135319A JP 2014226470 A JP2014226470 A JP 2014226470A JP 2014226470 A JP2014226470 A JP 2014226470A JP 2015135319 A JP2015135319 A JP 2015135319A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power
- voltage
- current
- line
- clamp
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電力測定装置および電力測定システムに関し、より詳細には、商用電源の交流電圧、電流、電力を、測定対象に対して非接触で測定することができる電力測定装置と、複数の電力測定装置からの電力値を取得して処理する電力測定システムに関する。 The present invention relates to a power measurement device and a power measurement system, and more specifically, a power measurement device capable of measuring AC voltage, current, and power of a commercial power supply in a contactless manner with respect to a measurement target, and a plurality of powers The present invention relates to a power measurement system that acquires and processes a power value from a measurement device.
近年、スマートグリッドの実用化に向けた様々な研究開発が行われている。系統電力網における需給バランスを最適化するための監視制御システム、一般家庭における受電、発電の制御、省電力のためのHEMS(Home Energy Management System)等の開発が進められている。このようなシステムにおいては、需要家の電力消費を正確に把握することが必要であり、スマートメータと呼ばれる電力測定装置が知られている。スマートメータは、従来のアナログ式電力量計とは異なり、デジタル式の計測機能、監視制御システムへ計測値を送信したり、監視制御システムからの制御信号を受信するための通信機能を備えていることが特徴である。 In recent years, various research and development for practical application of smart grids have been conducted. Developments such as a supervisory control system for optimizing the supply and demand balance in the grid power network, power reception in ordinary households, control of power generation, and HEMS (Home Energy Management System) for power saving are being promoted. In such a system, it is necessary to accurately grasp the power consumption of the consumer, and a power measuring device called a smart meter is known. Unlike conventional analog watt-hour meters, smart meters are equipped with a digital measurement function and a communication function for transmitting measurement values to the monitoring control system and receiving control signals from the monitoring control system. It is a feature.
電力測定装置における電圧、電流の測定方法には、接触型と非接触型とがある。接触型の測定装置は、測定対象となる電力線に測定装置を挿入して(従来のアナログ式電力量計)、電流、電力量を測定したり、電力線から分岐して(例えば、コンセントなどから)測定装置に接続して、電圧を測定する。電力線の被覆の外から測定することができる非接触型の測定装置は、電力線に対する工事が不要であり、活線状態のまま測定が可能であることから、既設の配電設備に後付け設置するHEMS機器などに広く利用されている。非接触型の電流測定装置としては、電力線の外周を取り囲むように配設された磁気コアと、磁気コアに巻かれた電流検出コイルとを備えたクランプ式の電流検出装置がよく知られている。また、事例は少ないものの非接触型の電圧測定装置として、可変容量方式(例えば、特許文献1参照)、抵抗式(例えば、特許文献2参照)の電圧測定装置等が知られている。 There are a contact type and a non-contact type as a method of measuring voltage and current in the power measuring apparatus. A contact-type measuring device inserts a measuring device into the power line to be measured (conventional analog watt-hour meter), measures current and power, or branches from the power line (for example, from an outlet) Connect to a measuring device and measure the voltage. The non-contact type measuring device that can measure from the outside of the power line coating does not require any work on the power line and can be measured in the live line state. Widely used for As a non-contact type current measuring device, a clamp-type current detecting device including a magnetic core disposed so as to surround an outer periphery of a power line and a current detecting coil wound around the magnetic core is well known. . Moreover, although there are few examples, as a non-contact type voltage measuring device, a variable capacitance type (for example, see Patent Document 1), a resistance type (for example, see Patent Document 2) voltage measuring device, and the like are known.
一方、電力測定装置を構成する上で、上述した非接触型の電流測定装置と非接触型の電圧測定装置とを別々に備える必要があり、測定装置が大型化するとともに、測定作業が煩雑であるという問題があった。そこで、特許文献3に記載されているような一体型の電圧・電流測定装置が提案されている。 On the other hand, in configuring the power measuring device, it is necessary to separately provide the non-contact type current measuring device and the non-contact type voltage measuring device described above, which increases the size of the measuring device and complicates the measurement work. There was a problem that there was. Therefore, an integrated voltage / current measuring device as described in Patent Document 3 has been proposed.
しかしながら、特許文献3に記載されたクランプ式センサは、単相2線式の電圧線と接地との間の電圧を測定することを前提としており、測定に際してはクランプ式センサの接地が必要である。電力の使用状況を把握するための電力測定装置は、商業施設、工場などの大規模な需要家のみならず、一般家庭にも設置される。従って、従来の電力量計、スマートメータのように、取り付けに際して、電力線に対する工事および接地工事を要することは好ましくない。特に、既設の配電設備に電力測定装置を後付け設置する場合には、電力線に対する工事および接地工事を行うことなく、電気工事の資格のない者でも取り付けられることが望ましい。 However, the clamp-type sensor described in Patent Document 3 is based on the premise that the voltage between the single-phase two-wire voltage line and the ground is measured, and the clamp-type sensor needs to be grounded for the measurement. . The power measuring device for grasping the power usage status is installed not only in large-scale consumers such as commercial facilities and factories, but also in ordinary households. Therefore, it is not preferable to require construction for the power line and grounding work for installation, as in conventional watt-hour meters and smart meters. In particular, when a power measuring device is retrofitted to an existing power distribution facility, it is desirable that a person who is not qualified for electrical work installs the power line without performing work on the power line and grounding work.
また、据え置き型のスマートメータは、系統電力網から電源供給を受けることから、電源線の接続のために電気工事を必要とする。一方、特許文献3に記載されたクランプ式センサなどの携帯型の測定装置には、電源として電池が内蔵されている。しかし、スマートメータのように通信機能を備えた測定装置は、消費電力が大きいことから、電源として電池を採用すると、電池交換の作業が頻発してしまう。 In addition, since the stationary smart meter receives power supply from the grid power network, it requires electrical work for connecting the power lines. On the other hand, a portable measuring device such as a clamp-type sensor described in Patent Document 3 has a built-in battery as a power source. However, since a measuring device having a communication function such as a smart meter consumes a large amount of power, when a battery is used as a power source, battery replacement work frequently occurs.
本発明の目的は、既設の配電設備に取り付けが容易で、系統電力網から電源供給を受ける電源設備を必要とせず、接地工事を必要としない非接触型の電力測定装置を提供することにある。また、複数の電力測定装置からの電力値を取得して処理する電力測定システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a non-contact type power measuring device that is easy to attach to an existing power distribution facility, does not require a power supply facility that receives power supply from a system power network, and does not require grounding work. It is another object of the present invention to provide a power measurement system that acquires and processes power values from a plurality of power measurement devices.
本発明は、このような目的を達成するために、第1の実施態様は、電力線の外周を取り囲むように配設された磁気コアと、該磁気コアに巻かれた電流検出コイルと、前記磁気コアの内周に取り付けられた電圧検出のための電極とを備えたクランプ型検出器により、前記電力線の電流および電圧を検出し、電力を算出する電力測定装置において、単相2線式の電圧線と接地線のそれぞれに取り付けられる2つのクランプ型検出器と、電圧線のクランプ型検出器により検出された電圧と接地線のクランプ型検出器により検出された電圧との差分電圧に、電圧線のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して、電力を算出する電力測定回路とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve such an object, the first embodiment provides a magnetic core disposed so as to surround an outer periphery of a power line, a current detection coil wound around the magnetic core, and the magnetic In a power measuring device that detects the current and voltage of the power line by a clamp type detector having a voltage detection electrode attached to the inner periphery of the core and calculates the power, a single-phase two-wire voltage A voltage line to a differential voltage between two clamp type detectors attached to each of the line and the ground line, and a voltage detected by the clamp type detector of the voltage line and a voltage detected by the clamp type detector of the ground line. And a power measurement circuit for calculating power by multiplying the current detected by the clamp type detector.
第2の実施態様の電力測定装置は、単相3線式の第1相線、第2相線および中性線のそれぞれに取り付けられる3つのクランプ型検出器と、第1相線のクランプ型検出器により検出された電圧と中性線のクランプ型検出器により検出された電圧との差分電圧に、第1相線のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して第1の電力を算出し、中性線のクランプ型検出器により検出された電圧と第2相線のクランプ型検出器により検出された電圧との差分電圧に、第2相線のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して第2の電力を算出し、前記第1および第2の電力を合算して電力を算出する電力測定回路とを備えたことを特徴とする。 The power measurement device of the second embodiment includes a single-phase three-wire first-phase wire, three clamp-type detectors attached to the second-phase wire, and the neutral wire, and a first-phase-wire clamp-type The differential voltage between the voltage detected by the detector and the voltage detected by the neutral wire clamp type detector is multiplied by the current detected by the first phase line clamp type detector to obtain the first power. The differential voltage between the voltage detected by the neutral wire clamp type detector and the voltage detected by the second phase line clamp type detector is detected by the second phase line clamp type detector. And a power measurement circuit that calculates a second power by multiplying the current and calculates the power by adding the first and second powers.
第3の実施態様の電力測定装置は、電力線の外周を取り囲むように配設された磁気コアと、該磁気コアに巻かれた電流検出コイルと、前記磁気コアの内周に取り付けられた電圧検出のための電極とを備えたクランプ型検出器により、前記電力線の電流および電圧を検出し、電力を算出する電力測定装置において、3相3線式または3相4線式の第1相線、第2および第3相線のそれぞれに取り付けられる3つのクランプ型検出器と、各々のクランプ型検出器により検出された電圧に、各々のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して電力を算出する電力測定回路とを備えたことを特徴とする。 A power measurement device according to a third embodiment includes a magnetic core disposed so as to surround an outer periphery of a power line, a current detection coil wound around the magnetic core, and a voltage detection attached to the inner periphery of the magnetic core. In a power measuring device that detects the current and voltage of the power line by a clamp type detector including an electrode for calculating the power, a three-phase three-wire type or a three-phase four-wire first phase line, Three clamp-type detectors attached to each of the second and third phase wires, and the voltage detected by each clamp-type detector is multiplied by the current detected by each clamp-type detector to obtain power. And a power measuring circuit for calculation.
以上説明したように、本発明によれば、電力測定回路が中性線に静電容量を介して接地されるため、測定に際して電力測定装置の接地の必要がない。また、電圧、電流の測定にはクランプ型検出器を用いているので、既設の配電設備に取り付ける場合にも、接地工事を行う必要がなくなる。さらに、クランプ型検出器を介して、電力線から電源の供給を受けるため、電源設備を必要とせず、電源線の接続のための電気工事も必要としない。 As described above, according to the present invention, since the power measurement circuit is grounded to the neutral line via the electrostatic capacitance, it is not necessary to ground the power measurement device during measurement. Moreover, since the clamp type detector is used for the measurement of voltage and current, it is not necessary to perform grounding work even when it is attached to the existing power distribution equipment. Furthermore, since power is supplied from the power line via the clamp type detector, no power supply facility is required, and no electrical work for connecting the power line is required.
また、電力測定装置は、外部への通信手段を有しているので、電力測定システムにおけるリモートセンシングのための1つのセンサとして機能することができる。 In addition, since the power measuring device has a communication means to the outside, it can function as one sensor for remote sensing in the power measuring system.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1を参照して、本発明の第1の実施形態にかかる電力測定装置における単相2線式の測定原理を説明する。電源PSから単相2線式の配電設備を介して負荷Z0に電力が供給されている。配電設備の電圧線側と接地線側のそれぞれに、電圧、電流を検出するためのクランプ型検出器DET1,DET2が配設されている。クランプ型検出器は、電圧を検出するための電極と、電流を検出するためのコイルとを含み、それぞれ電力測定回路MESに接続されている。
(First embodiment)
With reference to FIG. 1, the measurement principle of the single-phase two-wire system in the power measuring device according to the first embodiment of the present invention will be described. And power is supplied to the load Z 0 from the power source PS via the power distribution equipment of the single-phase two-wire. Clamp type detectors DET1 and DET2 for detecting voltage and current are disposed on the voltage line side and the ground line side of the power distribution facility. The clamp type detector includes an electrode for detecting a voltage and a coil for detecting a current, and each is connected to the power measurement circuit MES.
電力測定回路MESは、検出器DET1から電圧v1,I1を取得し、検出器DET2から電圧v2,I2を取得する。測定する電力P=V0・I1は、
P=V0・I1=(v1−v2)I1
として求められる。このとき、漏れ電流IL=I1−I2も同時に求めることができる。
The power measurement circuit MES acquires the voltages v 1 and I 1 from the detector DET1, and acquires the voltages v 2 and I 2 from the detector DET2. The measured power P = V 0 · I 1 is
P = V 0 · I 1 = (v 1 −v 2 ) I 1
As required. At this time, the leakage current IL = I 1 −I 2 can also be obtained simultaneously.
図2を参照して、本発明の第1の実施形態にかかる電力測定装置における単相3線式の測定原理を説明する。電源PSから単相3線式の配電設備を介して負荷Z1,Z2,Z3に電力が供給されている。配電設備の第1相線、第2相線、中性線のそれぞれに、電圧、電流を検出するためのクランプ型検出器DET1,DET2,DET3が配設されている。電力測定回路MESは、検出器DET1から電圧v1,I1を取得し、検出器DET2から電圧v2,I2を取得し、検出器DET3から電圧vn,Inを取得する。測定する電力P=V1・I1+V2・I2は、
P=V1・I1+V2・I2=(v1−vn)I1+(vn−v2)I2
として求められる。このとき、漏れ電流IL=I1−I2+Inも同時に求めることができる。
With reference to FIG. 2, the measurement principle of the single-phase three-wire system in the power measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. Electric power is supplied from the power supply PS to the loads Z 1 , Z 2 , and Z 3 through a single-phase three-wire distribution facility. Clamp-type detectors DET1, DET2, and DET3 for detecting voltage and current are disposed on the first phase line, the second phase line, and the neutral line of the power distribution facility. Power measurement circuit MES acquires a voltage v 1, I 1 from the detector DET1, obtains the voltage v 2, I 2 from the detector DET2, acquires the voltage v n, I n from the detector DET3. The power to be measured P = V 1 · I 1 + V 2 · I 2 is
P = V 1 · I 1 + V 2 · I 2 = (v 1 −v n ) I 1 + (v n −v 2 ) I 2
As required. In this case, it is possible to obtain the leakage current IL = I 1 -I 2 + I n at the same time.
ここで、特許文献1に記載された可変容量方式の非接触型の電圧測定装置を適用した場合を考える。図3を参照して、電力測定回路MESにおける電圧を測定する原理を説明する。可変容量回路Cv1がクランプ型検出器DET1の電極に接続され、制御回路CNT1によって制御されている。制御回路CNT1は、可変容量回路Cv1の容量を周期的に変化させて、第1相線の電圧Vm1と参照電圧Vrefとが等しくなるように、すなわち電流im1が0となるように制御する(制御回路CNT2も同じ)。このとき、
im1=C(V1−(Vm1−Vm0))
im2=C(V2−(Vm2−Vm0))
im1+im2=im0
であり、制御回路CNT1,CNT2は、im1=im2=0となるように制御すると、
V1−(Vm1−Vm0)=0,V2−(Vm2−Vm0)=0
im1+im2=im0=0
となるので、Vm0=Vref=0であるから、
V1=Vm1,V2=Vm2
を得ることができる。図3に示したように、中性線は系統電力網において接地されているので、電力測定回路MESを中性線に接続することにより、静電容量を介して接地することになり、第1相線および第2相線の電圧を測定することができる。従って、測定に際して電力測定装置の接地の必要がなく、既設の配電設備に後付け設置する場合にも、新たに接地工事を行う必要がなくなる。
Here, the case where the variable capacitance type non-contact voltage measuring device described in Patent Document 1 is applied will be considered. With reference to FIG. 3, the principle of measuring the voltage in the power measurement circuit MES will be described. The variable capacitance circuit Cv1 is connected to the electrode of the clamp type detector DET1, and is controlled by the control circuit CNT1. The control circuit CNT1 periodically changes the capacitance of the variable capacitance circuit Cv1 , so that the voltage V m1 of the first phase line and the reference voltage V ref become equal, that is, the current im1 becomes zero. Control (the same applies to the control circuit CNT2). At this time,
i m1 = C (V 1 − (V m1 −V m0 ))
i m2 = C (V 2 − (V m2 −V m0 ))
i m1 + i m2 = i m0
When the control circuits CNT1 and CNT2 are controlled so that i m1 = i m2 = 0,
V 1 − (V m1 −V m0 ) = 0, V 2 − (V m2 −V m0 ) = 0
i m1 + i m2 = i m0 = 0
Therefore, since V m0 = V ref = 0,
V 1 = V m1 , V 2 = V m2
Can be obtained. As shown in FIG. 3, since the neutral line is grounded in the system power network, by connecting the power measurement circuit MES to the neutral line, the neutral line is grounded via the capacitance, and the first phase The voltage of the line and the second phase line can be measured. Therefore, it is not necessary to ground the power measuring device at the time of measurement, and there is no need to perform a new grounding work when retrofitting to an existing distribution facility.
なお、中性線が系統電力網において接地されていない場合でも、クランプ型検出器DET3に制御回路CNT3(図示しない)を接続して、im1=im2=im0=0となるように制御すれば、
V1=Vm1−Vm0,V2=Vm0−Vm2
を得ることができる。
Even when the neutral line is not grounded in the system power network, the control circuit CNT3 (not shown) is connected to the clamp-type detector DET3, and the control is performed so that i m1 = i m2 = i m0 = 0. If
V 1 = V m1 −V m0 , V 2 = V m0 −V m2
Can be obtained.
図4に、本発明の第1の実施形態にかかる電力測定装置の構成を示す。図4(a)は、装置全体の外観図である。電力測定装置は、3線式の電力線に取り付けることができる3つのクランプ型検出器1a−1cと、これらに接続された電力測定回路2とから構成されている。 FIG. 4 shows the configuration of the power measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4A is an external view of the entire apparatus. The power measuring device includes three clamp-type detectors 1a to 1c that can be attached to a three-wire power line, and a power measuring circuit 2 connected thereto.
図4(b)に、電力測定装置のクランプ型検出器の構成を示す。クランプ型検出器1は、電力線を円周に沿って挟持できるように、2つの筐体1X,1Yに分かれている。それぞれの筐体は、電力線の外周を取り囲むように配設された磁気コア11a,11bを備え、磁気コアに巻かれた電流検出コイルが端子13a,13bに接続されている。磁気コア11a,11bの内周には、電圧検出のための電極12a,12bが取り付けられ、端子14に接続されている。なお、磁気コア11a,11bが導体の場合には、電圧検出のための電極の代わりに、磁気コア11a,11bのいずれかまたは双方に端子14を接続してもよい。 FIG. 4B shows the configuration of the clamp type detector of the power measuring device. The clamp type detector 1 is divided into two casings 1X and 1Y so that the power line can be clamped along the circumference. Each housing includes magnetic cores 11a and 11b disposed so as to surround the outer periphery of the power line, and a current detection coil wound around the magnetic core is connected to the terminals 13a and 13b. Electrodes 12 a and 12 b for voltage detection are attached to the inner circumferences of the magnetic cores 11 a and 11 b and connected to the terminal 14. When the magnetic cores 11a and 11b are conductors, the terminal 14 may be connected to either or both of the magnetic cores 11a and 11b instead of the electrodes for voltage detection.
図4(c)に、電力測定装置の電力測定回路の構成を示す。電力測定回路2は、3つのクランプ型検出器1a−1cの各々の端子13a,13b,14に接続された電圧・電流検出回路21と、電圧・電流検出回路21の検出結果から電力を算出する処理回路22とを備えている。処理回路22は、マイコン、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific IC)等により構成される。処理回路22には、測定した電圧、電流、電力を記憶しておくメモリ23と、電力測定システムのサーバと通信を行うための通信回路24とが接続されている。 FIG. 4C shows the configuration of the power measurement circuit of the power measurement device. The power measurement circuit 2 calculates power from the voltage / current detection circuit 21 connected to each of the terminals 13a, 13b, and 14 of the three clamp-type detectors 1a-1c and the detection result of the voltage / current detection circuit 21. And a processing circuit 22. The processing circuit 22 includes a microcomputer, a DSP (Digital Signal Processor), an ASIC (Application Specific IC), and the like. The processing circuit 22 is connected to a memory 23 for storing the measured voltage, current, and power, and a communication circuit 24 for communicating with a server of the power measurement system.
通信回路24は、アンテナ25を介した無線通信、またはコネクタ26を介した有線通信のいずれか、または双方を適用することができる。後述するように、サーバと通信を行うために、電力測定装置ごとにユーザID、センサID、アドレス等を付与して、利用者、設置場所と関連付けておく。 The communication circuit 24 can apply either wireless communication via the antenna 25, wired communication via the connector 26, or both. As will be described later, in order to communicate with the server, a user ID, a sensor ID, an address, and the like are assigned to each power measurement device and associated with the user and the installation location.
電力線の第1相線と第2相線のいずれか、または双方に取り付けられるクランプ型検出器の端子13a,13bには、電源回路31が接続される。電源回路31は、クランプ型検出器の電流検出コイルから電力を取り出す。電源制御回路32は、電源回路31からの電力または外部端子34からの電力を蓄電池33に充電したり、蓄電池33に蓄電された電力を電力測定回路2内部の各回路に供給する。なお、電源回路31は、クランプ型検出器の端子14、すなわち電圧検出のための電極から電力を生成することもできるが、効率の面から端子13a,13bの方が望ましい。 The power supply circuit 31 is connected to the terminals 13a and 13b of the clamp type detector attached to either or both of the first phase line and the second phase line of the power line. The power supply circuit 31 takes out electric power from the current detection coil of the clamp type detector. The power supply control circuit 32 charges the storage battery 33 with the power from the power supply circuit 31 or the power from the external terminal 34, or supplies the power stored in the storage battery 33 to each circuit inside the power measurement circuit 2. The power supply circuit 31 can generate electric power from the terminal 14 of the clamp type detector, that is, the electrode for voltage detection, but the terminals 13a and 13b are more desirable from the viewpoint of efficiency.
このようにして、電力測定装置の電源を、電力線から非接触の形態で取り出すことができるので、電力測定装置の取り付けに際して、電源線の接続のために電気工事を必要としない。 In this way, the power source of the power measuring device can be taken out from the power line in a non-contact manner, so that no electrical work is required for connecting the power source line when the power measuring device is attached.
また、蓄電池33を内蔵することにより、後述するように、タイムスケジュールに従って、測定モードと充電モードとを繰り返すことにより、外部からの電源供給を必要とせずに、自律的に動作することができる。測定モードの間隔を短くすることにより、電力線の断検出、漏れ電流検出を行って、外部へ通報することもできる。 Further, by incorporating the storage battery 33, as will be described later, by repeating the measurement mode and the charging mode according to the time schedule, it is possible to operate autonomously without requiring external power supply. By shortening the interval of the measurement mode, it is possible to detect the disconnection of the power line, detect the leakage current, and notify the outside.
図4(d)に、電力測定回路の電圧・電流検出回路の構成を示す。3つのクランプ型検出器1a−1cの各々の端子13a,13bには、電流検出回路41a−41cが接続され、端子14には、電圧検出回路42a−42cが接続される。電流検出回路41a−41cの出力は、それぞれA/D変換器44a−44cにより、デジタル信号に変換されて、処理回路22に出力される。第1相線のクランプ型検出器1aと中性線のクランプ型検出器1bとの差分電圧を差動増幅器43aで算出し、A/D変換器44dにより、デジタル信号に変換して、処理回路22に出力する。第2相線クランプ型検出器1cと中性線のクランプ型検出器1bとの差分電圧を差動増幅器43bで算出し、A/D変換器44eにより、デジタル信号に変換して、処理回路22に出力する。 FIG. 4D shows the configuration of the voltage / current detection circuit of the power measurement circuit. Current detection circuits 41a-41c are connected to the terminals 13a, 13b of the three clamp type detectors 1a-1c, and voltage detection circuits 42a-42c are connected to the terminals 14. The outputs of the current detection circuits 41a-41c are converted into digital signals by the A / D converters 44a-44c, respectively, and output to the processing circuit 22. The differential voltage between the clamp detector 1a for the first phase line and the clamp detector 1b for the neutral wire is calculated by the differential amplifier 43a, converted into a digital signal by the A / D converter 44d, and processed. 22 to output. The differential voltage between the second phase line clamp type detector 1c and the neutral line clamp type detector 1b is calculated by the differential amplifier 43b, converted into a digital signal by the A / D converter 44e, and processed by the processing circuit 22. Output to.
図5を参照して、電力測定装置における単相2線式の測定方法を説明する。処理回路22は、(1)A/D変換器44aからの電圧線側の電流I1と、(2)A/D変換器44bからの接地線側の電流I2と、(3)A/D変換器44dからの電圧線側の電圧v1と接地線側の電圧v2との差分電圧(v1−v2)を取得する。 With reference to FIG. 5, a single-phase two-wire measurement method in the power measurement apparatus will be described. The processing circuit 22 includes (1) a current I 1 on the voltage line side from the A / D converter 44a, (2) a current I 2 on the ground line side from the A / D converter 44b, and (3) A / A A differential voltage (v 1 −v 2 ) between the voltage v 1 on the voltage line side and the voltage v 2 on the ground line side from the D converter 44 d is acquired.
処理回路22は、(1)と(3)とを乗算して、電力P=V0・I1=(v1−v2)I1を算出し、(1)と(2)とを引算して、漏れ電流IL=I1−I2を算出する。処理回路22は、測定した電圧、電流、電力をメモリ23に記憶しておく。 The processing circuit 22 multiplies (1) and (3) to calculate power P = V 0 · I 1 = (v 1 −v 2 ) I 1 , and subtracts (1) and (2). The leakage current IL = I 1 −I 2 is calculated. The processing circuit 22 stores the measured voltage, current, and power in the memory 23.
図6を参照して、電力測定装置における単相3線式の測定方法を説明する。処理回路22は、(1)A/D変換器44aからの第1相線側の電流I1と、(2)A/D変換器44dからの第1相線側の電圧v1と中性線側の電圧vnとの差分電圧(v1−vn)を取得し、(3)両者を積算して(v1−vn)I1を求める。次に、処理回路22は、(4)A/D変換器44cからの第2相線側の電流I2と、(5)A/D変換器44eからの第2相線側の電圧v2と中性線側の電圧vnとの差分電圧(vn−v2)を取得し、(6)両者を積算して(vn−v2)I2を求める。(3)と(6)とを合算して、電力P=V1・I1+V2・I2=(v1−vn)I1+(vn−v2)I2を算出する。 With reference to FIG. 6, a single-phase three-wire measurement method in the power measurement apparatus will be described. The processing circuit 22 includes (1) a current I 1 on the first phase line side from the A / D converter 44a and (2) a voltage v 1 on the first phase line side from the A / D converter 44d and neutrality. and it obtains the difference voltage between the voltage v n line side (v 1 -v n), ( 3) by integrating both seek (v 1 -v n) I 1 . Next, the processing circuit 22 (4) the current I 2 on the second phase line side from the A / D converter 44c and (5) the voltage v 2 on the second phase line side from the A / D converter 44e. and it obtains the difference voltage (v n -v 2) of the voltage v n neutral line side, (6) by integrating both seek (v n -v 2) I 2. (3) and (6) are added together to calculate electric power P = V 1 · I 1 + V 2 · I 2 = (v 1 −v n ) I 1 + (v n −v 2 ) I 2 .
さらに、(1)と(4)と、(7)A/D変換器44bからの中性線側の電流Inとから、漏れ電流IL=I1−I2+Inを算出する。処理回路22は、測定した電圧、電流、電力をメモリ23に記憶しておく。 Furthermore, (1) and (4), (7) and a current I n of the neutral line side of the A / D converter 44b, and calculates the leakage current IL = I 1 -I 2 + I n. The processing circuit 22 stores the measured voltage, current, and power in the memory 23.
図7に、電力測定装置におけるタイムスケジュールの一例を示す。例えば、図7(a)に示すように、電力測定装置は、10分ごとに電力線の電力等を測定し、処理回路22がメモリ23に格納しておく(DET)。測定をしていない間は、電源制御回路32が、電力線からの電力を蓄電池33に充電する(POW)。また、図7(b)に示すように、電力測定装置は、深夜零時と正午に格納しておいた測定結果を、通信回路24を介して、電力測定システムのサーバに送信する。 FIG. 7 shows an example of a time schedule in the power measuring apparatus. For example, as shown in FIG. 7A, the power measuring apparatus measures the power of the power line every 10 minutes and the processing circuit 22 stores it in the memory 23 (DET). While measurement is not being performed, the power supply control circuit 32 charges the storage battery 33 with power from the power line (POW). Also, as shown in FIG. 7B, the power measurement device transmits the measurement results stored at midnight and noon to the server of the power measurement system via the communication circuit 24.
このようなタイムスケジュールは、処理回路22のプログラムの一部として予め規定しておくことができる。また、電源制御回路32に予めプログラムしておき、タイムスケジュールに従って、処理回路22を起動してもよい。 Such a time schedule can be defined in advance as a part of the program of the processing circuit 22. Alternatively, the processing circuit 22 may be activated in accordance with a time schedule by programming the power supply control circuit 32 in advance.
他の例として、電力測定装置は、1分ごとに電力線の電力等を測定し、処理回路22は積算電力をメモリ23に格納しておくこともできる。電源制御回路32は、並行して電力線からの電力を蓄電池33に充電し、電力測定装置は、定時に、測定結果を電力測定システムのサーバに送信するようにしてもよい。 As another example, the power measuring device can measure the power of the power line every minute, and the processing circuit 22 can store the integrated power in the memory 23. The power supply control circuit 32 may charge the storage battery 33 with power from the power line in parallel, and the power measurement device may transmit the measurement result to the server of the power measurement system at a fixed time.
図8に、本発明の第1の実施形態にかかる電力測定システムの構成を示す。図4Aに示した電力測定装置51が、各家庭に設置されている。図4Aに示した電力測定装置に、マルチホップ無線通信の中継局の機能を備えた中継電力測定装置52が、所定のエリアごとに着位置され、さらにこれら中継電力測定装置の親局となる統括中継電力測定装置53が、所定のエリアごとに着位置される。マルチホップ無線通信は、例えば、920MHz帯特定小電力無線、無線LAN(Wi−Fi)等を適用することができる。 FIG. 8 shows the configuration of the power measurement system according to the first embodiment of the present invention. The power measuring apparatus 51 shown in FIG. 4A is installed in each home. In the power measuring apparatus shown in FIG. 4A, a relay power measuring apparatus 52 having a function of a relay station for multi-hop wireless communication is placed for each predetermined area, and further serves as a master station for these relay power measuring apparatuses. The relay power measuring device 53 is positioned for each predetermined area. For example, a 920 MHz band specific low power radio, a wireless LAN (Wi-Fi), or the like can be applied to the multi-hop wireless communication.
統括中継電力測定装置53は、無線通信ネットワーク54または有線通信ネットワーク57を介して、インターネット網55に接続され、電力測定システムのサーバ56と通信を行うことができる。 The integrated relay power measurement device 53 is connected to the Internet network 55 via the wireless communication network 54 or the wired communication network 57 and can communicate with the server 56 of the power measurement system.
電力測定システムのサーバ56は、定時に、各家庭に設置された電力測定装置の測定結果を収集する。サーバ56は、例えば、
1)測定結果を集計して、特定の範囲(柱上変圧器、変電所、地域等)ごとに、電力消費の傾向を把握して、需要予測に利用する。
2)過電流、漏電の検出に応じて、保守運用部門への通報を行う。
3)積算電力に応じて、料金請求のためのデータを作成する。
などの機能を実装することができる。
The server 56 of the power measurement system collects the measurement results of the power measurement devices installed in each home at regular times. The server 56 is, for example,
1) Aggregate the measurement results, grasp the power consumption trend for each specific range (post transformer, substation, region, etc.) and use it for demand forecasting.
2) Report to the maintenance department in response to detection of overcurrent and leakage.
3) Create data for billing according to the integrated power.
Functions such as can be implemented.
第1の実施形態によれば、電力測定回路が中性線に静電容量を介して接地されるため、測定に際して電力測定装置の接地の必要がない。また、電圧、電流の測定にはクランプ型検出器を用いているので、既設の配電設備に取り付ける場合にも、接地工事を行う必要がなくなる。さらに、クランプ型検出器を介して、電力線から電源を供給するため、電源線の接続のための電気工事も必要としない。 According to the first embodiment, since the power measurement circuit is grounded to the neutral line via the capacitance, it is not necessary to ground the power measurement device during measurement. Moreover, since the clamp type detector is used for the measurement of voltage and current, it is not necessary to perform grounding work even when it is attached to the existing power distribution equipment. Furthermore, since power is supplied from the power line via the clamp-type detector, no electrical work is required for connecting the power line.
電力測定装置は、外部への通信手段を有しているので、電力測定システムにおけるリモートセンシングのための1つのセンサとして機能することができる。また、電力測定装置により常時測定することにより、過電流、漏電を検出して、遮断器を制御することも可能となる。さらに、処理回路22に、気温、湿度、気圧、照度などを計測するセンサを、接続できるようにして、電力等の測定結果と合わせてサーバ56に送信するようにしてもよい。これらセンサの情報は、上述した需要予測の精度を向上させるためのパラメータとして、有用である。 Since the power measuring apparatus has a communication means to the outside, it can function as one sensor for remote sensing in the power measuring system. Further, by constantly measuring with the power measuring device, it is possible to detect an overcurrent and a leakage and control the circuit breaker. Further, a sensor that measures the temperature, humidity, atmospheric pressure, illuminance, and the like may be connected to the processing circuit 22 and transmitted to the server 56 together with a measurement result such as power. Information on these sensors is useful as a parameter for improving the accuracy of demand prediction described above.
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、日本における住宅用の配電設備として単相2線式または単相3線式を例にした。日本における工業用の配電設備である3相3線式(星型結線)のみならず、3相3線式(デルタ型結線)、3相4線式にも適用することができる。以下、順に説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, a single-phase two-wire system or a single-phase three-wire system is taken as an example as a distribution system for a house in Japan. The present invention can be applied not only to a three-phase three-wire system (star connection), which is an industrial power distribution facility in Japan, but also to a three-phase three-wire system (delta connection) and a three-phase four-wire system. Hereinafter, it demonstrates in order.
図9を参照して、本発明の第2の実施形態にかかる電力測定装置における3相3線式(星型結線)の測定原理を説明する。3相3線式(星型結線)の場合には、第1、第2および第3相線のそれぞれにクランプ型検出器と制御回路とを接続し、3つの制御回路の基準電位を共通とする。可変容量回路Cv1−Cv3がクランプ型検出器DET1−DET3の電極にそれぞれ接続され、制御回路CNT1−CNT3によって制御されている。制御回路CNT1は、可変容量回路Cv1の容量を周期的に変化させて、第1相線の電圧Vm1と参照電圧VNとが等しくなるように、すなわち電流im1が0となるように制御する(制御回路CNT2,CNT3も同じ)。このとき、
im1=C(VG1−(Vm1−VN))
im2=C(VG2−(Vm2−VN))
im3=C(VG3−(Vm3−VN))
であり、VG1=VG*exp(jθ):θ=0とすると、
VG2=VG*exp(j2/3π)
VG3=VG*exp(−j2/3π)
となる。従って、VG1+VG2+VG3=0である。
With reference to FIG. 9, the measurement principle of the three-phase three-wire system (star connection) in the power measurement apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. In the case of a three-phase three-wire system (star connection), a clamp type detector and a control circuit are connected to each of the first, second, and third phase lines, and the reference potentials of the three control circuits are shared. To do. The variable capacitance circuits C v1 -C v3 are connected to the electrodes of the clamp type detectors DET1-DET3, respectively, and are controlled by the control circuits CNT1-CNT3. The control circuit CNT1 periodically changes the capacitance of the variable capacitance circuit Cv1 so that the voltage V m1 of the first phase line and the reference voltage V N become equal, that is, the current i m1 becomes zero. Control (the same applies to the control circuits CNT2 and CNT3). At this time,
i m1 = C (V G1 − (V m1 −V N ))
i m2 = C (V G2 − (V m2 −V N ))
i m3 = C (V G3 − (V m3 −V N ))
And V G1 = V G * exp (jθ): θ = 0,
V G2 = V G * exp (j2 / 3π)
V G3 = V G * exp (−j2 / 3π)
It becomes. Therefore, VG1 + VG2 + VG3 = 0.
同様に、Vm1=Vm*exp(jθ):θ=0とすると、
Vm2=Vm*exp(j2/3π)
Vm3=Vm*exp(−j2/3π)
となる。これらの電位は浮動電位であるので、共通の基準電位VNを加えた上記の式において、VNは各式に共通の1つの電圧値である。このような場合に、VNが0になることを以下に示す。
Similarly, when V m1 = V m * exp (jθ): θ = 0,
V m2 = V m * exp (j2 / 3π)
V m3 = V m * exp (−j2 / 3π)
It becomes. These potentials are the floating potential, in the above formula plus a common reference potential V N, V N is one of the voltage values common to each expression. In such a case, it will be shown below that V N becomes 0.
制御回路CNT1−CNT3が、im1=im2=im3=0となるように制御すると、
VG1−(Vm1−VN)=0
VG2−(Vm2−VN)=0
VG3−(Vm3−VN)=0
が得られる。im1+im2+im3=0となるので、
VG1+VG2+VG3−(Vm1+Vm2+Vm3)+3VN=0
が得られ、Vm1+Vm2+Vm3=3VNとなる。
When the control circuits CNT1 to CNT3 are controlled so that i m1 = i m2 = i m3 = 0,
V G1 − (V m1 −V N ) = 0
V G2 − (V m2 −V N ) = 0
V G3 − (V m3 −V N ) = 0
Is obtained. Since i m1 + i m2 + i m3 = 0,
V G1 + V G2 + V G3 − (V m1 + V m2 + V m3 ) + 3V N = 0
Thus, V m1 + V m2 + V m3 = 3V N is obtained.
従って、
Vm*exp(j0)+Vm*exp(j2/3π)+Vm*exp(−j2/3π)=0=VN
となり、VN=0となることがわかる。以上により、制御回路CNT1−CNT3では、第1相線、第2および第3相線のそれぞれの相電圧を取得することができる。電力線のいずれかが接地されていなくとも、電力測定装置が接地されていなくとも、電力線の瞬時電圧を常に正確に測定できる。
Therefore,
V m * exp (j0) + V m * exp (j2 / 3π) + V m * exp (-j2 / 3π) = 0 = VN
It can be seen that V N = 0. As described above, the control circuits CNT1 to CNT3 can acquire the phase voltages of the first phase line, the second phase line, and the third phase line. Even if one of the power lines is not grounded or the power measuring device is not grounded, the instantaneous voltage of the power line can always be measured accurately.
日本における工業用の配電設備である3相3線式(星型結線)においても、図4に示した第1の実施形態にかかる電力測定装置を用いて、クランプ型検出器を3線式の電力線に取り付けるだけで、電力等の測定結果を得ることができる。 Even in a three-phase three-wire system (star connection), which is an industrial power distribution facility in Japan, a clamp-type detector is a three-wire system using the power measurement device according to the first embodiment shown in FIG. Measurement results such as power can be obtained simply by attaching to the power line.
(第3の実施形態)
図10を参照して、本発明の第3の実施形態にかかる電力測定装置における3相4線式の測定原理を説明する。3相4線式は、3相3線式(星型結線)に接地された中性線が追加された構成であり、第2の実施形態と同様に、第1、第2および第3相線のそれぞれにクランプ型検出器と制御回路とを接続し、3つの制御回路の基準電位を共通とする。
(Third embodiment)
With reference to FIG. 10, the measurement principle of the three-phase four-wire system in the power measuring device according to the third embodiment of the present invention will be described. The three-phase four-wire system is a configuration in which a grounded neutral wire is added to the three-phase three-wire system (star connection), and the first, second, and third phases are the same as in the second embodiment. A clamp type detector and a control circuit are connected to each of the lines, and the reference potentials of the three control circuits are made common.
可変容量回路Cv1−Cv3がクランプ型検出器DET1−DET3の電極にそれぞれ接続され、制御回路CNT1−CNT3によって制御されている。制御回路CNT1は、可変容量回路Cv1の容量を周期的に変化させて、第1相線の電圧Vm1と参照電圧VNとが等しくなるように、すなわち電流im1が0となるように制御する(制御回路CNT2,CNT3も同じ)。第1−3相線の中性点および3つの制御回路の基準電位がVGN=VN=0に固定されるから、第2の実施形態と同様に、制御回路CNT1−CNT3は、第1−3相線のそれぞれの相電圧を取得することができる。 The variable capacitance circuits C v1 -C v3 are connected to the electrodes of the clamp type detectors DET1-DET3, respectively, and are controlled by the control circuits CNT1-CNT3. The control circuit CNT1 periodically changes the capacitance of the variable capacitance circuit Cv1 so that the voltage V m1 of the first phase line and the reference voltage V N become equal, that is, the current i m1 becomes zero. Control (the same applies to the control circuits CNT2 and CNT3). Since the neutral point of the first to third phase lines and the reference potentials of the three control circuits are fixed to V GN = V N = 0, the control circuits CNT 1 to CNT 3 are the same as in the second embodiment. Each phase voltage of the -3 phase line can be acquired.
この結果、測定された相電圧と、電流検出回路により検出された相電流とから、電力を算出することができる。なお、第1の実施形態の単相3線式の場合と同様に、中性線にもクランプ型検出器を取り付け、電流検出回路、電圧検出回路と接続すれば、漏れ電流を測定することもできる。 As a result, power can be calculated from the measured phase voltage and the phase current detected by the current detection circuit. As in the case of the single-phase three-wire system of the first embodiment, a leakage current can also be measured by attaching a clamp type detector to the neutral wire and connecting it to a current detection circuit and a voltage detection circuit. it can.
(第4の実施形態)
図11を参照して、本発明の第4の実施形態にかかる電力測定装置における3相3線式(デルタ結線)の測定原理を説明する。デルタ結線の場合も、第1、第2および第3相線のそれぞれにクランプ型検出器と制御回路とを接続し、3つの制御回路の基準電位を共通とする。可変容量回路Cv1−Cv3がクランプ型検出器DET1−DET3の電極にそれぞれ接続され、制御回路CNT1−CNT3によって制御されている。制御回路CNT1は、可変容量回路Cv1の容量を周期的に変化させて、第1相線の電圧Vm1と参照電圧VNとが等しくなるように、すなわち電流im1が0となるように制御する(制御回路CNT2,CNT3も同じ)。
(Fourth embodiment)
With reference to FIG. 11, the measurement principle of the three-phase three-wire system (delta connection) in the power measuring device according to the fourth embodiment of the present invention will be described. Also in the case of delta connection, a clamp type detector and a control circuit are connected to each of the first, second, and third phase lines, and the reference potentials of the three control circuits are made common. The variable capacitance circuits C v1 -C v3 are connected to the electrodes of the clamp type detectors DET1-DET3, respectively, and are controlled by the control circuits CNT1-CNT3. The control circuit CNT1 periodically changes the capacitance of the variable capacitance circuit Cv1 so that the voltage V m1 of the first phase line and the reference voltage V N become equal, that is, the current i m1 becomes zero. Control (the same applies to the control circuits CNT2 and CNT3).
デルタ結線の場合は、星型結線の中性点に相当する点がないため、第1−3相線のいずれかを接地する(図11では第2相線を接地)。この構成によれば、制御回路CNT1では、第1相線−第2相線(中性線)の線間電圧、すなわち第1相線の相電圧を取得することができ、制御回路CNT3では、第3相線−第2相線(中性線)の線間電圧、すなわち第3相線の相電圧を取得することができる。これは、第1の実施形態の単相3線式の場合(図3を参照)と同様である。 In the case of the delta connection, since there is no point corresponding to the neutral point of the star connection, one of the first to third phase lines is grounded (in FIG. 11, the second phase line is grounded). According to this configuration, the control circuit CNT1 can acquire the line voltage between the first phase line and the second phase line (neutral line), that is, the phase voltage of the first phase line. In the control circuit CNT3, The line voltage between the third phase line and the second phase line (neutral line), that is, the phase voltage of the third phase line can be acquired. This is the same as in the case of the single-phase three-wire system of the first embodiment (see FIG. 3).
第1−4の実施形態によれば、日本、海外を問わず、また住宅用、工業用等を問わず、あらゆる結線方式に対して、図4に示した電力測定装置を用いることにより、電力等の測定結果を得ることができる。 According to the first to fourth embodiments, the power measuring device shown in FIG. 4 can be used for any connection system regardless of whether in Japan, overseas, residential use, industrial use, etc. Etc. can be obtained.
(第5の実施形態)
図12に、本発明の第5の実施形態にかかる電力測定装置の構成を示す。図5(a)は、装置全体の外観図である。電力測定装置は、3線式の電力線に取り付けることができる3つのクランプ型検出器101a−101cと、これらに接続された電力測定回路102とから構成されている。
(Fifth embodiment)
FIG. 12 shows a configuration of a power measuring apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 5A is an external view of the entire apparatus. The power measuring apparatus includes three clamp-type detectors 101a to 101c that can be attached to a three-wire power line, and a power measuring circuit 102 connected thereto.
図12(b)に、電力測定装置のクランプ型検出器の構成を示す。クランプ型検出器101は、電力線を円周に沿って挟持できるように、2つの筐体101X,101Yに分かれている。それぞれの筐体は、電力線の外周を取り囲むように配設された磁気コア111a,111bを備え、磁気コアに巻かれた電流検出コイルが端子113a,113bに接続されている。第1の実施形態の電力測定装置のように、電圧検出のための電極は備えていない。 FIG. 12B shows the configuration of the clamp type detector of the power measuring device. The clamp type detector 101 is divided into two casings 101X and 101Y so that the power line can be clamped along the circumference. Each housing includes magnetic cores 111a and 111b disposed so as to surround the outer periphery of the power line, and a current detection coil wound around the magnetic core is connected to the terminals 113a and 113b. Unlike the power measurement device of the first embodiment, no electrode for voltage detection is provided.
図12(c)に、電力測定装置の電力測定回路の構成を示す。電力測定回路102は、3つのクランプ型検出器101a−101cの各々の端子113a,113bに接続された電圧・電流検出回路121と、電圧・電流検出回路121の検出結果から電力を算出する処理回路122とを備えている。処理回路122には、測定した電圧、電流、電力を記憶しておくメモリ123と、電力測定システムのサーバと通信を行うための通信回路124とが接続されている。 FIG. 12C shows the configuration of the power measurement circuit of the power measurement device. The power measurement circuit 102 includes a voltage / current detection circuit 121 connected to each of the terminals 113a and 113b of the three clamp-type detectors 101a to 101c, and a processing circuit that calculates power from the detection result of the voltage / current detection circuit 121. 122. The processing circuit 122 is connected to a memory 123 that stores the measured voltage, current, and power, and a communication circuit 124 that communicates with a server of the power measurement system.
通信回路124は、アンテナ125を介した無線通信、またはコネクタ126を介した有線通信のいずれか、または双方を適用することができる。電力線の第1相線と第2相線のいずれか、または双方に取り付けられるクランプ型検出器の端子113a,113bには、電源回路131が接続される。電源回路131は、クランプ型検出器の電流検出コイルから電力を取り出す。電源制御回路132は、電源回路131からの電力または外部端子134からの電力を蓄電池133に充電したり、蓄電池133に蓄電された電力を電力測定回路102内部の各回路に供給する。 The communication circuit 124 can apply either wireless communication via the antenna 125, wired communication via the connector 126, or both. A power supply circuit 131 is connected to the terminals 113a and 113b of the clamp-type detector attached to either or both of the first phase line and the second phase line of the power line. The power supply circuit 131 takes out electric power from the current detection coil of the clamp type detector. The power supply control circuit 132 charges the storage battery 133 with the power from the power supply circuit 131 or the power from the external terminal 134, and supplies the power stored in the storage battery 133 to each circuit inside the power measurement circuit 102.
図12(d)に、電力測定回路の電圧・電流検出回路の構成を示す。3つのクランプ型検出器101a−101cの各々の端子113a,113bには、電流検出回路141a−141cおよび電圧検出回路142a−142cが接続される。電流検出回路141a−141cの出力は、それぞれA/D変換器144a−144cにより、デジタル信号に変換されて、処理回路122に出力される。第1相線のクランプ型検出器101aと中性線のクランプ型検出器101bとの差分電圧を差動増幅器143aで算出し、A/D変換器144dにより、デジタル信号に変換して、処理回路122に出力する。第2相線クランプ型検出器101cと中性線のクランプ型検出器101bとの差分電圧を差動増幅器143bで算出し、A/D変換器144eにより、デジタル信号に変換して、処理回路122に出力する。 FIG. 12D shows the configuration of the voltage / current detection circuit of the power measurement circuit. Current detection circuits 141a-141c and voltage detection circuits 142a-142c are connected to terminals 113a, 113b of the three clamp type detectors 101a-101c, respectively. Outputs of the current detection circuits 141a to 141c are converted into digital signals by the A / D converters 144a to 144c, respectively, and output to the processing circuit 122. A differential voltage between the first phase line clamp type detector 101a and the neutral line clamp type detector 101b is calculated by the differential amplifier 143a, converted into a digital signal by the A / D converter 144d, and processed. It outputs to 122. The differential voltage between the second phase line clamp type detector 101c and the neutral line clamp type detector 101b is calculated by the differential amplifier 143b, converted into a digital signal by the A / D converter 144e, and processed by the processing circuit 122. Output to.
図13を参照して、第5の実施形態の電力測定装置における電圧測定方法を説明する。電流を検出するためのコイルDETの両端a−cには、電線Wに流れる電流I1に比例した電圧e1が発生する。電圧検出回路は、コイルDETの端子aに、一方の端子が接続された可変容量素子C1と、可変容量素子C1の他方の端子に接続された制御回路CNTとを含む。 With reference to FIG. 13, a voltage measurement method in the power measurement apparatus of the fifth embodiment will be described. A voltage e 1 proportional to the current I 1 flowing through the electric wire W is generated at both ends ac of the coil DET for detecting the current. The voltage detection circuit includes a variable capacitance element C 1 connected to one terminal a of the coil DET and a control circuit CNT connected to the other terminal of the variable capacitance element C 1 .
コイルDETの端子aに接続した電圧検出回路には、電線W−コイルDET間の静電容量C0と、可変容量素子C1とを介して電流im1が流れる。 The voltage detection circuit connected to the terminal a of the coil DET, the capacitance C 0 between the wire W- coils DET, current flows i m1 through a variable capacitance element C 1.
ここで、制御回路CNTは、可変容量回路C1の容量を周期的に変化させて、電線Wの電圧、すなわちコイルDETの端子aの電圧Vm1と端子bの電圧とが等しくなるように、すなわち電流im1が0となるように制御する。すなわち、V0を制御回路CNTの基準電位とし、制御回路CNTから端子bに印加する電圧Vrefを、電流im1が0になるように調整する。このとき、電圧計VMが示す接地電位は、V1に等しくなる。 Here, the control circuit CNT periodically changes the capacitance of the variable capacitance circuit C 1 so that the voltage of the electric wire W, that is, the voltage V m1 of the terminal a of the coil DET and the voltage of the terminal b are equal. That is, the current im1 is controlled to be zero. That is, V 0 is set as the reference potential of the control circuit CNT, and the voltage V ref applied from the control circuit CNT to the terminal b is adjusted so that the current im 1 becomes zero. At this time, a ground potential indicated by the voltmeter VM is equal to V 1.
im1=0,V1−(Vref+V0)=0
すなわち、V1=Vm1=Vref+V0となる。
i m1 = 0, V 1 − (V ref + V 0 ) = 0
That is, V 1 = V m1 = V ref + V 0 .
単相2線式の電圧測定方法は、図5に示したのと同様に、電圧線側の電圧V1と接地線側の電圧V2との差分電圧(v1−v2)を算出すればよい。すなわち、電圧検出回路は、電流im1,im2が0になるように、電圧Vref1,Vref2を調整する。 In the single-phase two-wire voltage measurement method, the differential voltage (v 1 −v 2 ) between the voltage V 1 on the voltage line side and the voltage V 2 on the ground line side is calculated in the same manner as shown in FIG. That's fine. That is, the voltage detection circuit adjusts the voltages V ref1 and V ref2 so that the currents i m1 and i m2 become zero.
Vref1=V1−V0,Vref2=V2−V0
接地線の電圧はV2=0なので、
Vref1−Vref2=(V1−V0)−(V2−V0)=V1
を得ることができる。単相3線式の第1相線−中性線および第2相線−中性線の間の電圧も同様にして取得することができる。
V ref1 = V 1 −V 0 , V ref2 = V 2 −V 0
Since the voltage of the ground wire is V 2 = 0,
V ref1 −V ref2 = (V 1 −V 0 ) − (V 2 −V 0 ) = V 1
Can be obtained. The voltage between the first phase line-neutral line and the second phase line-neutral line of the single-phase three-wire system can be obtained in the same manner.
また、単相3線式の第1相線−第2相線の間の電圧、3相3線式の線間電圧も、
Vref1−Vref2=(V1−V0)−(V2−V0)=V1−V2
として取得することができる。
In addition, the voltage between the first phase line and the second phase line of the single-phase three-wire system, the three-phase three-wire line voltage,
V ref1 −V ref2 = (V 1 −V 0 ) − (V 2 −V 0 ) = V 1 −V 2
Can be obtained as
電流検出回路における電流検出方法としてシャント抵抗を用いる場合がある。この場合、コイルDETの端子a−c間にシャント抵抗が接続されることになる。このとき、誘導電流は、コイルDETとシャント抵抗との間を還流するので、電圧検出のための電流I1には影響を与えない。 A shunt resistor may be used as a current detection method in the current detection circuit. In this case, a shunt resistor is connected between the terminals ac of the coil DET. At this time, the induced current circulates between the coil DET and the shunt resistor, and thus does not affect the current I 1 for voltage detection.
第5の実施形態によれば、クランプ型検出器は、磁気コアと電流検出コイルとを備えるだけで、電圧検出のための電極、端子、電力測定回路との間の接続線を省略することができる。第5の実施形態の電力測定装置の構成を、第1−4の実施形態の電力測定装置に適用できることは言うまでもない。 According to the fifth embodiment, the clamp type detector includes only the magnetic core and the current detection coil, and the connection line between the electrode, the terminal, and the power measurement circuit for voltage detection can be omitted. it can. Needless to say, the configuration of the power measurement apparatus of the fifth embodiment can be applied to the power measurement apparatus of the first to fourth embodiments.
(第6の実施形態)
電力測定システムが、第1ないし第5の実施形態にかかる電力測定装置を用いて、電力指紋認証を行う方法について説明する。電力指紋とは、電力機器を特定するための識別情報であり、電気機器が稼働中に消費する電力、電圧または電流の時系列的な変化から、電気機器特有の電力消費の特徴的な波形を抽出したものである。需要家において配電設備に接続される電気機器は様々であり、消費する電力の態様も様々である。例えば、マクロ的には、白熱灯、電熱線など抵抗負荷と見なせる機器、電動機、インバータを含む機器、周期的な動作を行う機器など、負荷に応じて電力消費の波形が異なる。また、ミクロ的には、系統電力網からの交流一周期ごとの電圧波形、電流波形、およびこれらの位相関係が、負荷によって異なっている。
(Sixth embodiment)
A method in which the power measurement system performs power fingerprint authentication using the power measurement devices according to the first to fifth embodiments will be described. A power fingerprint is identification information for identifying a power device. A characteristic waveform of power consumption peculiar to an electric device is derived from a time-series change in power, voltage or current consumed by the electric device during operation. Extracted. There are various types of electrical equipment connected to power distribution facilities in consumers, and various modes of power consumption. For example, on a macro basis, the power consumption waveform varies depending on the load, such as a device that can be regarded as a resistive load such as an incandescent lamp or a heating wire, a device that includes an electric motor or an inverter, or a device that performs periodic operation. Further, microscopically, the voltage waveform, current waveform, and phase relationship between AC cycles from the grid power network differ depending on the load.
そこで、個々の電気機器について、予めマクロ的な電力消費の波形、ミクロ的な電圧波形および電流波形を測定しておき、電力指紋として、図8に示した電力測定システムのサーバ56に格納しておく。サーバ56は、各家庭に設置された電力測定装置の測定結果を収集し、電力指紋と比較することにより、各家庭ごとの電力消費の傾向を、より詳細に把握することができる。 Therefore, a macroscopic power consumption waveform, a microscopic voltage waveform and a current waveform are measured in advance for each electrical device and stored as a power fingerprint in the server 56 of the power measurement system shown in FIG. deep. The server 56 collects the measurement results of the power measurement devices installed in each home and compares them with the power fingerprint, thereby making it possible to grasp the power consumption tendency for each home in more detail.
ある一般家庭から、電力測定装置が所定の時間間隔(例えば、1秒〜1分程度)で所定時間(例えば、60分)の間、測定した電力線の電力等の測定結果を、サーバ56が収集する。例えば、図14(a)に示すように、一定の時間間隔で消費する電力量が変わり、同じバターンを繰り返している場合には、サーバ56は、予め格納されているマクロ的な電力消費の波形と比較して、使用されている電気機器を特定する。複数の電気機器が同時に使用されている場合は、想定される複数の電気機器の電力指紋を重畳して比較することにより、複数の電気機器を特定する。 The server 56 collects measurement results such as the power of the power line measured by a power measurement device at a predetermined time interval (for example, about 1 second to about 1 minute) from a certain household for a predetermined time (for example, 60 minutes). To do. For example, as shown in FIG. 14A, when the amount of power consumed changes at a constant time interval and the same pattern is repeated, the server 56 stores a macro-like power consumption waveform stored in advance. Compared with, identify the electrical equipment used. When a plurality of electric devices are used at the same time, the plurality of electric devices are specified by superimposing and comparing power fingerprints of the plurality of electric devices assumed.
また、電力測定装置の処理回路22は、所定の時間間隔(例えば、0.01ms)で所定時間(例えば、50Hz交流半周期分の10ms)の間、電力線の電力等を測定し、メモリ23に格納しておく。例えば、図14(b)に示すように、交流一周期分の電圧波形および電流波形を作成する。処理回路22は、所定の時間(例えば、1秒)ごとに作成された電圧波形および電流波形をサーバ56に送信し、サーバ56は、予め格納されている電力指紋と比較して、使用されている電気機器を特定する。 In addition, the processing circuit 22 of the power measuring device measures the power of the power line and the like in a memory 23 at a predetermined time interval (for example, 0.01 ms) for a predetermined time (for example, 10 ms for 50 Hz AC half cycle). Store it. For example, as shown in FIG. 14B, a voltage waveform and a current waveform for one AC cycle are created. The processing circuit 22 transmits a voltage waveform and a current waveform created every predetermined time (for example, 1 second) to the server 56, and the server 56 is used in comparison with the power fingerprint stored in advance. Identify the electrical equipment.
第1ないし第5の実施形態にかかる電力測定装置によれば、マクロ的な電力消費の波形、ミクロ的な電圧波形および電流波形を容易に測定することができるので、電力測定システムにおいて、需要家の電力消費の傾向をより詳細に把握することができる。 According to the power measuring apparatus according to the first to fifth embodiments, it is possible to easily measure a macro power consumption waveform, a micro voltage waveform, and a current waveform. It is possible to grasp the power consumption trend in more detail.
1,100 クランプ型検出器
2,200 電力測定回路
11,211 磁気コア
12 電極
13,14,213,214 端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 Clamp type detector 2,200 Electric power measurement circuit 11, 211 Magnetic core 12 Electrode 13, 14, 213, 214 Terminal
Claims (14)
単相2線式の電圧線と接地線のそれぞれに取り付けられる2つのクランプ型検出器と、
電圧線のクランプ型検出器により検出された電圧と接地線のクランプ型検出器により検出された電圧との差分電圧に、電圧線のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して、電力を算出する電力測定回路と
を備えたことを特徴とする電力測定装置。 Clamp-type detection comprising a magnetic core arranged to surround the outer periphery of the power line, a current detection coil wound around the magnetic core, and an electrode for voltage detection attached to the inner periphery of the magnetic core In a power measuring device that detects the current and voltage of the power line by means of a device and calculates power,
Two clamp-type detectors attached to each of a single-phase two-wire voltage line and a ground line;
The difference voltage between the voltage detected by the voltage line clamp type detector and the voltage detected by the ground line clamp type detector is multiplied by the current detected by the voltage line clamp type detector to A power measuring device comprising: a power measuring circuit for calculating.
単相3線式の第1相線、第2相線および中性線のそれぞれに取り付けられる3つのクランプ型検出器と、
第1相線のクランプ型検出器により検出された電圧と中性線のクランプ型検出器により検出された電圧との差分電圧に、第1相線のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して第1の電力を算出し、中性線のクランプ型検出器により検出された電圧と第2相線のクランプ型検出器により検出された電圧との差分電圧に、第2相線のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して第2の電力を算出し、前記第1および第2の電力を合算して電力を算出する電力測定回路と
を備えたことを特徴とする電力測定装置。 Clamp-type detection comprising a magnetic core arranged to surround the outer periphery of the power line, a current detection coil wound around the magnetic core, and an electrode for voltage detection attached to the inner periphery of the magnetic core In a power measuring device that detects the current and voltage of the power line by means of a device and calculates power,
Three clamp-type detectors attached to each of the first phase wire, the second phase wire and the neutral wire of the single-phase three-wire system;
The differential voltage between the voltage detected by the clamp detector of the first phase line and the voltage detected by the clamp detector of the neutral wire is multiplied by the current detected by the clamp detector of the first phase wire. Then, the first power is calculated, and the second phase line is clamped to the differential voltage between the voltage detected by the neutral line clamp type detector and the voltage detected by the second phase line clamp type detector. A power measurement circuit comprising: a power measurement circuit that calculates a second power by multiplying a current detected by a type detector, and calculates the power by adding the first and second powers apparatus.
3相3線式または3相4線式の第1相線、第2および第3相線のそれぞれに取り付けられる3つのクランプ型検出器と、
各々のクランプ型検出器により検出された電圧に、各々のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して電力を算出する電力測定回路と
を備えたことを特徴とする電力測定装置。 Clamp-type detection comprising a magnetic core arranged to surround the outer periphery of the power line, a current detection coil wound around the magnetic core, and an electrode for voltage detection attached to the inner periphery of the magnetic core In a power measuring device that detects the current and voltage of the power line by means of a device and calculates power,
Three clamp-type detectors attached to each of the first phase line, the second and third phase lines of the three-phase three-wire type or the three-phase four-wire type;
A power measurement device comprising: a power measurement circuit that calculates power by multiplying a voltage detected by each clamp type detector by a current detected by each clamp type detector.
検出された電流および検出された電圧をデジタル信号に変換するA/D変換器と、
デジタル信号に変換された電流および電圧から電力を算出する処理回路と、
測定した電圧、電流、電力を記憶してするメモリと、
前記測定した電圧、電流、電力の値を送信する通信回路と
を含むことを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の電力測定装置。 The power measurement circuit includes:
An A / D converter for converting the detected current and the detected voltage into a digital signal;
A processing circuit for calculating power from the current and voltage converted into a digital signal;
A memory for storing the measured voltage, current, and power;
The power measurement device according to claim 1, further comprising: a communication circuit that transmits the measured voltage, current, and power values.
各々の電力測定装置から前記測定した電圧、電流、電力の値を受信するサーバと
を備えたことを特徴とする電力測定システム。 A plurality of power measuring devices according to claim 10;
And a server for receiving the measured voltage, current, and power values from each of the power measuring devices.
前記電流検出コイルの一端に一方の端子が接続された可変容量素子と、
前記可変容量素子の他方の端子に接続された制御回路とを含み、
前記可変容量素子を流れる電流が0となるように調整することにより、前記可変容量素子の他方の端子の接地電圧が、前記電力線の接地電圧と等しくなるようにして、前記電流検出コイルにより検出された電流に前記接地電圧を乗算して、電力を算出する電力測定回路と
を備えたことを特徴とする電力測定装置。 In a power measurement device that calculates a current of the power line by a clamp type detector including a magnetic core disposed so as to surround an outer periphery of the power line and a current detection coil wound around the magnetic core.
A variable capacitance element having one terminal connected to one end of the current detection coil;
A control circuit connected to the other terminal of the variable capacitance element,
By adjusting the current flowing through the variable capacitance element to be zero, the ground voltage of the other terminal of the variable capacitance element is detected by the current detection coil so as to be equal to the ground voltage of the power line. And a power measuring circuit for calculating power by multiplying the ground current by the ground voltage.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014226470A JP2015135319A (en) | 2013-11-06 | 2014-11-06 | Power measurement device, and power measurement system |
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013230430 | 2013-11-06 | ||
JP2013230430 | 2013-11-06 | ||
JP2013260196 | 2013-12-17 | ||
JP2013260196 | 2013-12-17 | ||
JP2014226470A JP2015135319A (en) | 2013-11-06 | 2014-11-06 | Power measurement device, and power measurement system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015135319A true JP2015135319A (en) | 2015-07-27 |
Family
ID=53767232
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014226470A Pending JP2015135319A (en) | 2013-11-06 | 2014-11-06 | Power measurement device, and power measurement system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015135319A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2020241834A1 (en) * | 2019-05-31 | 2020-12-03 | ||
JP7533283B2 (en) | 2021-02-26 | 2024-08-14 | 株式会社Ihi | High voltage EMS controller and power supply system for EMS controller |
-
2014
- 2014-11-06 JP JP2014226470A patent/JP2015135319A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2020241834A1 (en) * | 2019-05-31 | 2020-12-03 | ||
WO2020241834A1 (en) * | 2019-05-31 | 2020-12-03 | ダイキン工業株式会社 | Power measurement device and power measurement method |
CN113994221A (en) * | 2019-05-31 | 2022-01-28 | 大金工业株式会社 | Power measuring device and power measuring method |
JP7198447B2 (en) | 2019-05-31 | 2023-01-04 | ダイキン工業株式会社 | Power measuring device and power measuring method |
US12019103B2 (en) | 2019-05-31 | 2024-06-25 | Daikin Industries, Ltd. | Power measurement apparatus and power measurement method |
JP7533283B2 (en) | 2021-02-26 | 2024-08-14 | 株式会社Ihi | High voltage EMS controller and power supply system for EMS controller |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Morales-Velazquez et al. | Smart sensor network for power quality monitoring in electrical installations | |
US9500716B2 (en) | Power monitoring systems and methods | |
US9575101B2 (en) | Power monitoring systems and methods | |
EP2241898B1 (en) | Electric power measuring system and device control system | |
CN107209245B (en) | Energy metering system and calibration method thereof | |
US10924824B2 (en) | Method for monitoring power consumption based on current sensing, wireless power sensing device and cloud device | |
US20130335062A1 (en) | Power Monitoring System and Method | |
US20070007968A1 (en) | Power monitoring system including a wirelessly communicating electrical power transducer | |
US20090309754A1 (en) | Wireless current transformer | |
US20170292999A1 (en) | Transformer monitoring and data analysis systems and methods | |
JP6290868B2 (en) | Power monitoring system and power monitoring method | |
Gill et al. | Smart Power monitoring system using wireless sensor networks | |
US20130335061A1 (en) | Systems and Methods for Monitoring Underground Power Lines | |
JP2009222433A (en) | Electric power measuring system | |
TW201918716A (en) | Power measuring system and power measuring method | |
JP2015135319A (en) | Power measurement device, and power measurement system | |
JP2016090447A (en) | Power measuring instrument and power measuring system | |
Brunelli et al. | Non-invasive voltage measurement in a three-phase autonomous meter | |
CA2908307C (en) | Power monitoring systems and methods | |
JP6334457B2 (en) | Current measurement system | |
Villani et al. | Ultra-low power sensor for autonomous non-invasive voltage measurement in IoT solutions for energy efficiency | |
KR101120076B1 (en) | Total electric power calculating apparatus using parallel circuit type electric power calculating apparatus without power interruption | |
KR101821722B1 (en) | Power measuring system for Home Energy Management System based on solar module and machine learning system for power measuring | |
US20240110958A1 (en) | Device for measuring power in electrical protection panels in buildings by means of temperature measurement | |
Quindai et al. | A Non Intrusive Low Cost Kit for Electric Power Measuring and Energy Disaggregation |