JP2015201919A

JP2015201919A - 電力管理システム

Info

Publication number: JP2015201919A
Application number: JP2014077947A
Authority: JP
Inventors: 康史坪坂; Koji Tsubosaka
Original assignee: Mitsubishi Electric Building Techno Service Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Building Solutions Corp
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2034-04-04
Also published as: CN104979902A; CN104979902B; JP6021848B2

Abstract

【課題】上位（分岐元）の機器に、下位（分岐先）の複数の電気機器の電力消費状態を送信するに当たり、それぞれの信号が混ざり合い（混信し）、上位の機器において各信号を判別することが困難となる。【解決手段】信号送信器１８Ａ〜１８Ｃは、電気機器１４Ａ〜１４Ｃに設けられるとともに、電気機器１４Ａ〜１４Ｃを識別する識別情報と電流センサ１６Ａ〜１６Ｃが検知した消費電流値情報とが含まれた交流信号を、電力線２６を介して記録器２０に送る。交流信号の送信にあたり、信号送信器１８Ａ〜１８Ｃは、それぞれ送信タイミングを異ならせるようにして交流信号を記録器２０へ送信する。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の電気機器の消費電力を管理することの可能な、電力管理システムに関する。

従来から、複数の電気機器の消費電力をモニタリング可能な電力管理システムが知られている。例えば特許文献１では、複数の電気機器ごとに申告装置を設けている。申告装置は電気機器の識別情報と当該電気機器の消費電力情報を含む信号を、分電盤等の、電気回路の上位にある集計装置に送る。下位にある（分岐先の）複数の電気機器の消費電力情報を、上位（分岐元）にて一元管理することで、電力管理を容易に行うことができる。

下位の電気機器から上位の集計装置への信号送信は、電力線を通じて行う。通信が有線で行われることで、無線通信と比較して信頼性の高い通信が行われる。

また、特許文献２では、複数の電気機器と複数の配線との対応関係を特定するために、各電気機器から相互にユニークな周波数を持つ電流信号を出力する、探索システムが開示されている。特許文献３では、電力系統における周波数特性を求めるとともに、この特性を用いて、系統内の発電機の出力や負荷の消費電力を制御している。特許文献４では、試験信号を電力線を介して信号検出装置に送ることで、所定の電力線における電力供給の有無を確認している。特許文献５では、スイッチング手段を備えた電気機器に対して、スイッチング手段のターンオン時間、スイッチング周波数及び変圧手段のインダクタンスに基づいて、電気機器の消費電力を求めている。

特開２００８−１６０９９１号公報特開２０１３−４２５８７号公報特開２０１１−１６６８９０号公報特開平１０−２７１７１２号公報特開２００４−１０１５１８号公報

ところで、上位（分岐元）の機器に、下位（分岐先）の複数の電気機器の電力消費状態を送信するに当たり、それぞれの信号が混ざり合い（混信し）、上位の機器において各信号を判別することが困難となる場合がある。そこで、本発明では、下位の複数の電気機器から上位の機器に信号送信する際に、混信を避けることの可能な、電力管理システムを提供することを目的とする。

本発明に係る電力管理システムは、電力分岐機器から電力が分岐供給された各電気機器の消費電流をそれぞれ検知する複数の電流センサと、それぞれの前記電気機器に設けられ、当該電気機器を識別する識別情報とそれぞれの前記電流センサが検知した消費電流値情報とが含まれた交流信号を電力線を介して前記電力分岐機器に設けられた記録器に送る、複数の信号送信器と、を備える。それぞれの前記信号送信器は、前記交流信号を、送信タイミングを異ならせるようにして前記記録器へ送信する。

また、上記発明において、それぞれの前記信号送信器に割り当てられた送信期間は、前記記録器への前記交流信号の送信に掛かる期間に休止期間を加えたものであることが好適である。

また、上記発明において、前記信号送信器は、前記識別情報として、前記電気機器ごとにサイクル数の異なる交流信号を生成することが好適である。

また、本発明に係る電力管理システムの別態様は、電力分岐機器から電力が分岐供給された各電気機器の消費電流をそれぞれ検知する複数の電流センサと、それぞれの前記電気機器に設けられ、それぞれの前記電流センサが検知した消費電流値情報が含まれるとともに前記電気機器ごとに周波数を異ならせた交流信号を電力線を介して前記電力分岐機器に設けられた記録器に送る、複数の信号送信器と、を備える。

また、上記発明において、前記各電気機器に印加される負荷電圧をそれぞれ検知する複数の電圧センサが設けられ、前記信号送信器は、それぞれの前記電圧センサにより検知された負荷電圧に対する前記消費電流の位相情報を、前記交流信号に含めて前記記録器に送ることが好適である。

また、上記発明において、前記信号送信器は、前記消費電流値情報として、前記消費電流の振幅及び位相に基づいて振幅及びサイクル数が定められた交流信号を生成することが好適である。

また、上記発明において、前記電力分岐機器に印加される電源電圧を検知する電源電圧センサを備え、前記記録器は、前記信号送信器から受信した前記消費電流の振幅および位相と、前記電源電圧センサが検知した前記電源電圧の振幅とに基づいて、前記電気機器の消費電力を算出することが好適である。

本発明によれば、上位の機器において下位の複数の電気機器の電力消費状態を判別することが可能となる。

本実施形態に係る電力管理システムの概要を説明する模式図である。本実施形態に係る電力管理システムの信号処理を説明するタイムチャートである。本実施形態の別例に係る電力管理システムの概要を説明する模式図である。本実施形態の別例に係る電力管理システムの信号処理を説明するタイムチャートである。本実施形態の別例に係る電力管理システムの信号処理を説明するタイムチャートである。

図１に、本実施形態に係る電力管理システム１０を例示する。電力管理システム１０は、電力分岐機器１２、電気機器１４Ａ〜１４Ｃ、電流センサ１６Ａ〜１６Ｃ、信号送信器１８Ａ〜１８Ｃ、記録器２０、電源電流センサ２１、及び電源電圧センサ２２を備える。

なお、図１では、電気機器１４、電流センサ１６、及び信号送信器１８のグループを３セット示しているが、この形態に限らない。電力分岐機器１２の分岐回路数に応じて、電気機器１４、電流センサ１６、及び信号送信器１８のセット数は種々変更される。

電力分岐機器１２は、上位の電力回路２４から下位の電力回路に電力を分岐供給する。電力分岐機器１２は、例えば配電盤や分電盤から構成される。

電気機器１４Ａ〜１４Ｃは、電力分岐機器１２から電力供給を受ける。電力分岐機器１２が分電盤である場合、電気機器１４Ａ〜１４Ｃは照明や空調機器等から構成される。電力分岐機器１２が配電盤である場合、電気機器１４Ａ〜１４Ｃは分電盤等から構成される。

つまり、電力分岐機器１２が分電盤、電気機器１４Ａ〜１４Ｃが照明や空調機器等である場合には、電力管理システム１０は、例えば分電盤から電力供給を受けるテナントの各電気機器の消費電力をモニタリングする。電力分岐機器１２が配電盤、電気機器１４Ａ〜１４Ｃが分電盤である場合には、電力管理システム１０は、例えば分電盤ごと、つまり一つのテナント単位の消費電力をテナントごとにモニタリングする。

電源電流センサ２１は、電力分岐機器１２に供給される電流を検知する。電源電流センサ２１は、例えば電力線２６の絶縁被覆からクランプを挟み込むクランプメータであってよい。

電源電圧センサ２２は、電力分岐機器１２に印加される電圧（電源電圧）を検知する。電源電圧センサ２２は、例えば、電力線２６（導線）に検出子が接触する接触式の電圧センサから構成される。

記録器２０は、電力分岐機器１２に設けられるとともに、信号送信器１８Ａ〜１８Ｃから出力された電流信号を電源電流センサ２１を介して受信する。また、電源電圧センサ２２が検知した電源電圧を受信する。後述するように、記録器２０は、これら受信した信号に基づいて、各電気機器１４Ａ〜１４Ｃの消費電力を算出する。また、算出された消費電力は記録されるとともに、作業者等の操作に応じてその記録データを出力することが可能となっている。

また、記録器２０は、電力線２６を流れる種々の信号から信号送信器１８Ａ〜１８Ｃからの電流信号を抽出可能となるように、フィルタ回路を備える。例えば、フィルタ回路として、商用周波数帯以下の交流電流成分を遮断するハイパスフィルタを備える。記録器２０は、例えばＣＰＵ等の演算回路やメモリ等の記憶手段を備えたコンピュータから構成される。

電流センサ１６Ａ〜１６Ｃは、電気機器１４Ａ〜１４Ｃにそれぞれ設けられ、各電気機器１４Ａ〜１４Ｃの消費電流（負荷電流）を検知する。電流センサ１６Ａ〜１６Ｃは、例えば電力線の絶縁被覆からクランプを挟み込むクランプメータであってよい。

また、電流センサ１６Ａ〜１６Ｃには、フィルタ回路が設けられていてもよい。フィルタ回路は、商用周波数より高い交流信号を遮断するローパスフィルタであってよい。後述するように、電力線２６には、商用周波数の電流とそれよりも高周波数の電流信号とが流れる。後者の信号を検知すると電気機器１４Ａ〜１４Ｃの消費電流を誤検知するおそれがあるため、電流測定に当たり、フィルタ回路によって電流信号成分を遮断する。例えばフィルタ回路は、数百Ｈｚ以下の交流電流成分を抽出し、これを超過する交流電流成分を遮断する。

信号送信器１８Ａ〜１８Ｃは、それぞれの電気機器１４Ａ〜１４Ｃに設けられる。信号送信器１８Ａ〜１８Ｃは、電気機器１４Ａ〜１４Ｃを識別する識別情報と、それぞれの電流センサ１６Ａ〜１６Ｃが検知した消費電流値情報とが含まれた電流信号（交流電流信号）を、電力線２６を介して、記録器２０に送る。信号送信器１８Ａ〜１８Ｃは、識別情報を記憶するメモリ等の記憶手段、識別情報と消費電流値情報に応じた電流信号を生成させる演算装置、及び電流信号を出力する発振器を備える。

次に、本実施形態に係る信号送信器１８Ａ〜１８Ｃと記録器２０との信号処理について説明する。図２には、当該信号処理のタイムチャートが例示されている。本実施形態では、信号送信器１８Ａ〜１８Ｃの混信を防ぐために、記録器２０へ電流信号を送信するタイミングを、信号送信器１８Ａ〜１８Ｃ間で異ならせている。

具体的には図２に示すように、時刻ｔ０において信号送信器１８Ａが記録器２０へ電流信号を送信する。時刻ｔ０から送信期間Δｔ経過後の時刻ｔ１において、信号送信器１８Ｂが記録器２０へ電流信号を送信する。以下順次送信期間Δｔずつずれるようにして、それぞれの信号送信器１８が記録器２０へ電流信号を送信する。そして、最後の信号送信器１８ｎの送信期間Δｔが経過すると、再び時刻ｔ０からカウントが開始される。

他の信号送信器が電流信号を送信している期間、言い換えると、所定の信号送信器に割り当てられた送信期間以外は、当該所定の信号送信器は電流信号を出力しない。このようにすることで、電流信号の混信を防止できる。

なお、任意の信号送信器１８Ａ〜１８Ｃに割り当てられた所定の送信期間から次の送信期間までの待ち期間における、電気機器１４Ａ〜１４Ｃの消費電流値は、当該所定の送信期間にて受信した消費電流値を、次の送信期間まで、そのまま保持するようにしてもよい。

また、送信期間Δｔは、休止期間（デッドタイム）を含んだものであることが好適である。すなわち、それぞれの信号送信器１８Ａ〜１８Ｃに割り当てられた送信期間Δｔは、記録器２０への電流信号の送信に掛かる期間に所定の休止期間を加えた期間とする。

このような時間制御を可能とするために、各信号送信器１８Ａ〜１８Ｃにタイマを設けることが好適である。予め同期させたタイマを各信号送信器１８Ａ〜１８Ｃに取り付けるとともに、それぞれの送信期間を各信号送信器１８Ａ〜１８Ｃの記憶部に記憶させる。

なお、電力管理が長期間に亘ると、タイマの個体差等によって時刻のカウントが狂う場合がある。このようなカウントの狂いを考慮して、送信期間Δｔにおける休止期間を設けることが好適である。例えば、記録器２０への電流信号の送信に掛かる期間と同期間、休止期間を設定する。

また、作業者に時刻同期機器を携帯させ、定期的に信号送信器１８Ａ〜１８Ｃを点検して時刻合わせ（同期メンテナンス）を行うようにしてもよい。このようにすることで、カウントに狂いが生じても、これを修正することができる。

記録器２０に送信される電流信号は、例えば以下のようにして生成される。すなわち、信号送信器１８Ａ〜１８Ｃは、電気機器１４Ａ〜１４Ｃの識別情報として、電気機器１４Ａ〜１４Ｃごとにサイクル数（波数又は山の数）の異なる交流電流信号を生成する。この交流電流信号を以下では識別信号Ｉと呼ぶ。電流信号は電力線２６に送り込まれることから、識別信号Ｉの周波数は、商用周波数とは異なる周波数であることが好適である。例えば識別信号ＩはｋＨｚ帯の交流電流信号とする。

また、信号送信器１８Ａ〜１８Ｃは、電流センサ１６Ａ〜１６Ｃが検知した消費電流の振幅に応じた振幅を備えた交流電流信号を生成する。このような、消費電流に関する情報を反映させた信号を、以下では消費電流値信号Ａと呼ぶ。消費電流値信号Ａは、識別信号Ｉと同様にして、商用周波数とは異なる周波数であることが好適である。また、識別信号Ｉと区別できるように、識別信号Ｉとも異なる周波数であることが好適である。例えば消費電流値信号Ａは、識別信号Ｉとは異なるｋＨｚ帯の交流電流信号とする。

例えば信号送信器１８Ａ〜１８Ｃでは、電流センサ１６Ａ〜１６Ｃが検知した電流の振幅を比例変化させてこれを消費電流値信号Ａの振幅Ｂとする。信号送信器１８Ａ〜１８Ｃの発振器の負荷を軽減するために、電流センサ１６Ａ〜１６Ｃが検知した電流の振幅を小数倍して消費電流値信号Ａの振幅Ｂとすることが好適である。

記録器２０では、電力線２６を介して送信された電流信号（識別信号Ｉ＋消費電流値信号Ａ）を取得する。取得された電流信号から、電気機器１４Ａ〜１４Ｃ及びその消費電流を求める。さらに、電源電圧センサ２２による電圧値から、電気機器１４Ａ〜１４Ｃのそれぞれの消費電力値を求める。

なお、図１に示した実施形態では、電源電圧を用いて電気機器１４Ａ〜１４Ｃの消費電力を求めていたが、配線のリアクタンス成分が作用して、電源電圧と負荷電圧（電気機器１４Ａ〜１４Ｃに印加される電圧）とでは厳密には位相が異なる。そこで、負荷電圧に対する消費電流の位相を求めて、消費電力を求めるようにしてもよい。

図３では、図１とは別例の実施形態が示されている。図１との相違点は、電気機器１４Ａ〜１４Ｃの負荷電圧をそれぞれ検知する負荷電圧センサ２８Ａ〜２８Ｃが設けられた点にある。

信号送信器１８Ａ〜１８Ｃは、負荷電圧センサ２８Ａ〜２８Ｃにより検知された負荷電圧に対する消費電流の位相情報を求めるとともに、この位相情報を電流信号に含めて記録器２０に送る。具体的には、図４に示すように、消費電流の振幅及び位相に基づいて消費電流値信号Ａの振幅Ｂ及びサイクル数Ｃを定める。

図４では、消費電流の振幅に基づいて消費電流値信号Ａの振幅Ｂを定めている。また、消費電流の位相に基づいて消費電流値信号Ａのサイクル数Ｃを定めている。位相角は−９０°から＋９０°までの値を取ることから、この範囲の値に基づいてサイクル数Ｃが定められる。例えば−９０°では５サイクル、０°では１０サイクル、＋９０°では１５サイクルとなるようにサイクル数Ｃを定める。

記録器２０では、信号送信器１８Ａ〜１８Ｃから受信した電流信号から求められる消費電流の振幅及び位相と、電源電圧センサ２２が検知した電源電圧の振幅とに応じて、電気機器１４Ａ〜１４Ｃの消費電力を算出する。

このように、負荷電圧の振幅は電源電圧の振幅で代用されることから、負荷電圧センサ２８Ａ〜２８Ｃは、消費電流に対する負荷電圧の位相差が分かる程度の精度を備えていればよく、負荷電圧の振幅を厳密に測定可能である必要はない。言い換えると、負荷電圧センサ２８Ａ〜２８Ｃは、負荷電圧の波形が検知できればよい。このことから、負荷電圧センサ２８Ａ〜２８Ｃは、比較的精度の低い電圧センサを用いることができる。

例えば、負荷電圧センサ２８Ａ〜２８Ｃは、クランプセンサ等の、非接触型の電圧センサであってよい。クランプセンサでは、電力線２６の絶縁被覆上にクランプを挟むことで電圧を測定する。電力線２６（導線）に検出素子を接触させる必要がないことから、感電等、作業の危険性は軽減される。また、負荷電圧センサ２８Ａ〜２８Ｃを取り付ける際に電気機器１４Ａ〜１４Ｃへの電力供給を遮断するなどの、煩雑な作業が不要となる。

なお、上述した実施形態では、電流信号を識別信号Ｉと消費電流値信号Ａとに分けていたが、以下に説明するように、識別情報と消費電流値情報とをまとめて一つの交流信号としてもよい。

図５には、図２、図４とは別例に係る信号処理のタイムチャートが例示されている。この例では、信号送信器１８Ａ〜１８Ｃは、電気機器１４Ａ〜１４Ｃごとに周波数を異ならせた電流信号を生成する。各電流信号の周波数は、商用周波数より高い、例えばｋＨｚ帯から選択されることが好適である。このようにして、電流信号の周波数に基づいて、電気機器１４Ａ〜１４Ｃが識別される。さらに、信号送信器１８Ａ〜１８Ｃは、消費電流の振幅及び位相に基づいて、電流信号の振幅及びサイクル数を定める。

電流信号の周波数が異なることから、これらの電流信号を重畳させても（同時に送信させても）記録器２０側で周波数帯ごとに信号を分離させれば、各電気機器１４Ａ〜１４Ｃの電流信号を判別できる。例えば記録器２０には、各電流信号の周波数に対応させたバンドパスフィルタを複数設けてもよい。また、フーリエ変換機によって周波数帯別に電流信号を分離させてもよい。

なお、以上説明した実施形態では、信号送信器１８Ａ〜１８Ｃが出力する信号として、交流電流信号を用いていたが、交流電圧信号を出力するようにしてもよい。つまり、交流電圧信号を用いて、識別信号Ｉ及び消費電流値信号Ａを生成するようにしてもよい。

図２や図４の実施形態に即して説明すると、信号送信器１８Ａ〜１８Ｃでは、電気機器１４Ａ〜１４Ｃの識別情報として、電気機器１４Ａ〜１４Ｃごとにサイクル数の異なる交流電圧信号を生成し、これを識別信号Ｉとする。

さらに、信号送信器１８Ａ〜１８Ｃは、電流センサ１６Ａ〜１６Ｃが検知した消費電流の振幅を比例変化させた交流電圧信号を生成して、これを消費電流信号Ａとする。また、消費電流の位相に基づいて消費電流値信号Ａのサイクル数Ｃを定める。

信号送信器１８Ａ〜１８Ｃは、このように生成された、交流電圧信号からなる識別信号Ｉ及び消費電流値信号Ａを、電力線２６を介して記録器２０に送る。

また、図５の実施形態に即して説明すると、信号送信器１８Ａ〜１８Ｃは、電気機器１４Ａ〜１４Ｃごとに周波数を異ならせた電圧信号を生成する。さらに、消費電流の振幅及び位相に基づいて、当該電圧信号の振幅及びサイクル数を定める。このように生成された電圧信号が、記録器２０に供給される。

この実施形態によれば、信号送信器１８Ａ〜１８Ｃから出力された信号は電源電圧センサ２２により受信されることになるから、電源電流センサ２１を省略してもよい。また、記録器２０は、商用周波数帯の電源電圧と信号送信器１８Ａ〜１８Ｃによる電圧信号とを区別できるように、フィルタ回路やフーリエ変換機等を備えることが好適である。

１０電力管理システム、１２電力分岐機器、１４Ａ-１４Ｃ電気機器、１６Ａ-１６Ｃ電流センサ、１８Ａ-１８Ｃ信号送信器、２０記録器、２２電源電圧センサ、２８Ａ-２８Ｃ負荷電圧センサ。

Claims

電力分岐機器から電力が分岐供給された各電気機器の消費電流をそれぞれ検知する複数の電流センサと、
それぞれの前記電気機器に設けられ、当該電気機器を識別する識別情報とそれぞれの前記電流センサが検知した消費電流値情報とが含まれた交流信号を電力線を介して前記電力分岐機器に設けられた記録器に送る、複数の信号送信器と、
を備え、
それぞれの前記信号送信器が前記交流信号を、送信タイミングを異ならせるようにして前記記録器へ送信することを特徴とする、電力管理システム。
請求項１に記載の電力管理システムであって、
それぞれの前記信号送信器に割り当てられた送信期間は、前記記録器への前記交流信号の送信に掛かる期間に休止期間を加えたものであることを特徴とする、電力管理システム。
請求項１または２に記載の電力管理システムであって、
前記信号送信器は、前記識別情報として、前記電気機器ごとにサイクル数の異なる交流信号を生成することを特徴とする、電力管理システム。
電力分岐機器から電力が分岐供給された各電気機器の消費電流をそれぞれ検知する複数の電流センサと、
それぞれの前記電気機器に設けられ、それぞれの前記電流センサが検知した消費電流値情報が含まれるとともに前記電気機器ごとに周波数を異ならせた交流信号を電力線を介して前記電力分岐機器に設けられた記録器に送る、複数の信号送信器と、
を備えることを特徴とする、電力管理システム。
請求項１から４のいずれかに記載の電力管理システムであって、
前記各電気機器に印加される負荷電圧をそれぞれ検知する複数の電圧センサが設けられ、
前記信号送信器は、それぞれの前記電圧センサにより検知された負荷電圧に対する前記消費電流の位相情報を、前記交流信号に含めて前記記録器に送ることを特徴とする、電力管理システム。
請求項５に記載の電力管理システムであって、
前記信号送信器は、前記消費電流値情報として、前記消費電流の振幅及び位相に基づいて振幅及びサイクル数が定められた交流信号を生成することを特徴とする、電力管理システム。
請求項５または６に記載の電力管理システムであって、
前記電力分岐機器に印加される電源電圧を検知する電源電圧センサを備え、
前記記録器は、前記信号送信器から受信した前記消費電流の振幅および位相と、前記電源電圧センサが検知した前記電源電圧の振幅とに基づいて、前記電気機器の消費電力を算出することを特徴とする、電力管理システム。