JP2016090447A - 電力測定装置および電力測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】既設の配電設備に取り付けが容易で、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。
【解決手段】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を単相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、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、第１相線と中性線との間または第２相線と中性線との間に接続され、コンセント電圧を検出するキャリブレーション部と、第１相線と中性線の差分電圧と、第２相線と中性線の差分電圧と、前記コンセント電圧とから、第１相線と中性線との間の相間電圧および第２相線と中性線との間の相間電圧を算出し、各々のクランプ型検出器により検出された電流と、前記相間電圧とから電力を算出する計測部とを備えた。
【選択図】図２

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。

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。

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。

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。

特許第５１０６８１６号公報 特開２０１２−１７７５７１号公報 特許第４９９５６６３号公報

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。

本発明の目的は、既設の配電設備に取り付けが容易で、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。

本発明の一実施態様は、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、前記クランプ型検出器は、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、第１相線と中性線との間または第２相線と中性線との間に接続され、コンセント電圧を検出するキャリブレーション部と、第１相線のクランプ型検出器と中性線のクランプ型検出器とにより検出された差分電圧と、第２相線のクランプ型検出器と中性線のクランプ型検出器とにより検出された差分電圧と、前記キャリブレーション部で検出された前記コンセント電圧とから、第１相線と中性線との間の相間電圧および第２相線と中性線との間の相間電圧を算出し、各々のクランプ型検出器により検出された電流と、前記相間電圧とから電力を算出する計測部とを備えたことを特徴とする。

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。

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。

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ための図である。 本発明の第１の実施形態にかかる電力測定装置の接続例を示す図である。 第１の実施形態にかかる電力測定装置の電圧測定の原理を説明するための図である。 第１の実施形態にかかる電力測定装置の計測部の構成を示す図である。 電力測定装置の計測部における電力測定回路の電圧・電流検出回路の構成を示す図である。 第１の実施形態にかかる電力測定装置のキャリブレーション部の構成を示す図である。 電力測定装置の計測部における処理回路の処理フローを示す図である。 電力測定装置におけるタイムスケジュールを示す図である。 本発明の第２の実施形態にかかる電力測定システムの構成を示す図である。 第２の実施形態にかかる電力測定装置のキャリブレーション部の構成を示す図である。 第２の実施形態にかかる電力測定装置のセンサ部の構成を示す図である。 第３の実施形態における電力指紋の一例を示す図である。 本発明の第４の実施形態にかかる電力測定装置の接続例を示す図である。 第４の実施形態にかかる電力測定装置の計測部の構成を示す図である。 第４の実施形態にかかる電力測定装置のキャリブレーション部の構成を示す図である。

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。

（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Ｚ_１，Ｚ_２，Ｚ_３に電力が供給されている。配電設備の第１相線（Ｒ相）、第２相線（Ｔ相）、中性線（Ｎ相またはＳ相）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ｖ_１，Ｉ_１を取得し、検出器ＤＥＴ２から電圧ｖ_２，Ｉ_２を取得し、検出器ＤＥＴ３から電圧ｖ_ｎ，Ｉ_ｎを取得する。測定する電力Ｐ＝Ｖ_１・Ｉ_１＋Ｖ_２・Ｉ_２は、
Ｐ＝Ｖ_１・Ｉ_１＋Ｖ_２・Ｉ_２＝（ｖ_１−ｖ_ｎ）Ｉ_１＋（ｖ_ｎ−ｖ_２）Ｉ_２
として求められる。このとき、漏れ電流ＩＬ＝Ｉ_１−Ｉ_２＋Ｉ_ｎも同時に求めることができる。

図２に、本発明の第１の実施形態にかかる電力測定装置の接続例を示す。系統電力網からの単相３線式の配電設備を、一般家庭における配電盤を例に示している。配電盤８の親ヒューズ３と子ヒューズ４ａ〜４ｃとの間に、第１の実施形態にかかる電力測定装置の計測部１（図１の電力測定回路ＭＥＳに相当）が設置されている。また、子ヒューズ４ａからの屋内配線に、電力測定装置のキャリブレーション部２が接続されている。単相１００Ｖの商用電源として使用する場合、子ヒューズ４ａからの屋内配線では第１相線と中性線とを使用し（例えば、コンセント５ａ，５ｂ）、子ヒューズ４ｂからの屋内配線では第２相線と中性線とを使用する（例えば、コンセント６ａ，６ｂ）。また、接地付きの単相２００Ｖの商用電源として使用する場合、子ヒューズ４ｃからの屋内配線では第１相線と第２相線とを使用する（例えば、コンセント７ａ，７ｂ）。電力測定装置のキャリブレーション部２は、第１相線と中性線との間に接続してもよいし、第２相線と中性線との間に接続してもよい。

図３を参照して、電力測定装置の電圧測定の原理を説明する。計測部１のクランプ型検出器ＤＥＴ１〜ＤＥＴ３により、各々の電力線と電力測定回路ＭＥＳとは、結合（接触）容量Ｃ１〜Ｃ３により接続される。電力測定回路ＭＥＳにおいては、Ｒ相−Ｎ相間に抵抗Ｒ１が接続され、Ｔ相−Ｎ相間に抵抗Ｒ２が接続され、それぞれの相間電圧、すなわち電源ＰＳから供給される相間電圧Ｖ_１およびＶ_２に比例した電圧値ｖ_ＲＮおよびｖ_ＴＮを測定している。

抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は既知であるが、結合容量Ｃ１〜Ｃ３は未知の値であり、結合容量と抵抗とによる分圧比を求めるためにはキャリブレーションが必要である。そこで、キャリブレーションにはＲ相−Ｎ相間またはＮ相−Ｔ相間のいずれかの線間電圧、すなわち屋内配線のコンセントから直接測定された電圧値ｖ_Ｃを用いる。

以下、キャリブレーションの方法について説明する。電源ＰＳから供給される相間電圧Ｖ_１およびＶ_２の位相は等しく、コンセント電圧ｖ_Ｃは、接続された相間の電源電圧（Ｖ_１またはＶ_２）に対して振幅、位相ともに等しいと仮定する。なお、相間電圧Ｖ_１およびＶ_２は等しい必要は無く、キャリブレーション部が接続されている相は、事前には不明であって構わない。

クランプ型検出器ＤＥＴ１〜ＤＥＴ３により電圧ｖ_１，ｖ_２，ｖ_ｎを取得し、キャリブレーション部２からコンセント電圧ｖ_Ｃを取得する。相間電圧ｖ_ＲＮ＝ｖ_１−ｖ_ｎおよびｖ_ＴＮ＝ｖ_ｎ−ｖ_２を求め、ｖ_ＲＮ−ｖ_Ｃおよびｖ_ＴＮ−ｖ_Ｃの位相差ｃｏｓθ_ＲＮおよびｃｏｓθ_ＴＮを求める。また、ｖ_ＲＮ−ｖ_Ｃおよびｖ_ＴＮ−ｖ_Ｃの振幅比Ｋ_ＲＮおよびＫ_ＴＮを求める。

基本周波数のみを考慮して、相間電圧Ｖ_１およびＶ_２は式（１）で示される。

測定値ｖ_ＲＮ，ｖ_ＴＮ，ｖ_Ｃは以下の式で示される。

ここでθ_ＲＮおよびθ_ＴＮは、それぞれｖ_ＲＮ−ｖ_Ｃおよびｖ_ＴＮ−ｖ_Ｃの位相差である。

計測部１のクランプ型検出器ＤＥＴと電力線との間の結合容量Ｃ１とＣ２との合成容量をＣ１２とし、結合容量Ｃ２とＣ３との合成容量をＣ２３とする。

図３に示したように、測定値ｖ_ＲＮ，ｖ_ＴＮは以下の式で表される。

また、ｖ_ＲＮ−ｖ_Ｃの位相差θ_ＲＮ、ｖ_ＴＮ−ｖ_Ｃの位相差θ_ＴＮは以下の式で表される。

また、ｖ_ＲＮ−ｖ_Ｃの位相差θ_ＲＮは、ｖ_ＲＮとｖ_Ｃの積の１周期の平均を、ｖ_ＲＮの実効値とｖ_Ｃの実効値との積で割ることにより、以下の式に示すようにｃｏｓθ_ＲＮとして求められる。

ここで、Ｔは電源電圧波形の周期であり、ｎは後述するＡＤ変換器における１周期あたりのサンプル数である。同様に、ｖ_ＴＮ−ｖ_Ｃ間の位相差θ_ＴＮは以下の式により、ｃｏｓθ_ＴＮとして求められる。

次に、測定値ｖ_ＲＮ、ｖ_ＴＮ、ｖ_Ｃと振幅比Ｋ_ＲＮ、Ｋ_ＴＮを以下の式で定義する。

式（１２）と式（６）、（７）より、振幅比Ｋ_ＲＮ、Ｋ_ＴＮは以下の式で表される。

式（１３）、（１４）から、電源電圧の振幅Ｖ_０１、Ｖ_０２は以下の式で表される。

ここで、Ｖ_０１＝ｖ_Ｃであれば、キャリブレーション部を接続したコンセントはＲ−Ｎ相にあり、Ｖ_０２＝ｖ_Ｃであれば、キャリブレーション部を接続したコンセントはＴ−Ｎ相にある。Ｖ_０１＝Ｖ_０２である場合には、キャリブレーション部を接続したコンセントの相は判別できないが、キャリブレーションを行うには何ら問題は無い。

従って、相間電圧Ｖ_１およびＶ_２は、コンセント電圧ｖ_Ｃにより、以下の式を用いてキャリブレーションできる。

もし、相間電圧Ｖ_１およびＶ_２とコンセント電圧ｖ_Ｃとの位相が異なっていれば、相間電圧Ｖ_１およびＶ_２の推定値も位相がずれる。その場合、有効電力の計算の元になる瞬時電力Ｖ_１（ｔ）・Ｉ_１（ｔ）またはＶ_２（ｔ）・Ｉ_２（ｔ）の値が、位相のずれに応じて変化してしまうため、正確な有効電力Ｐを求めることはできない。

図４（ａ）は、第１の実施形態にかかる電力測定装置の計測部の外観図である。計測部１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１１ａ−１１ｃと、これらに接続された電力測定回路１２とから構成されている。

図４（ｂ）に、計測部１のクランプ型検出器の構成を示す。クランプ型検出器１１は、電力線を円周に沿って挟持できるように、２つの筐体１１Ｘ，１１Ｙ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。磁気コア１１１ａ，１１１ｂの内周には、電圧検出のための電極１１２ａ，１１２ｂが取り付けられ、端子１１４に接続されている。なお、磁気コア１１１ａ，１１１ｂ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１１１ａ，１１１ｂのいずれかまたは双方に端子１１４を接続してもよい。

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１２は、３つのクランプ型検出器１１ａ〜１１ｃの各々の端子１１３ａ，１１３ｂ，１１４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、電力測定装置のキャリブレーション部２との通信、および電力測定システムのサーバとの通信を行うための通信回路１２４とが接続されている。

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。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。

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１２内部の各回路に供給する。なお、電源回路１３１は、クランプ型検出器の端子１１４、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１１３ａ，１１３ｂの方が望ましい。

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。

また、蓄電池１３３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。

図５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１１ａ〜１１ｃの各々の端子１１３ａ，１１３ｂには、電流検出回路１４１ａ〜１４１ｃ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。

端子１１４には、Ｒ相−Ｎ相間の抵抗Ｒ１と、Ｔ相−Ｎ相間の抵抗Ｒ２とに接続される。抵抗Ｒ１，Ｒ２における降下電圧を、電圧検出回路１４３ａ，１４３ｂにより検出し、Ａ／Ｄ変換器１４４ｄ，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。

図６に、第１の実施形態にかかる電力測定装置のキャリブレーション部の構成を示す。キャリブレーション部２は、配線設備からの第１相線と中性線との間、または第２相線と中性線との間に接続するためのコンセントプラグに、電圧検出回路２１が接続されている。電圧検出回路２１の出力は、Ａ／Ｄ変換器２２により、デジタル信号に変換されて、処理回路２３に出力される。処理回路２３には、測定した電圧を、電力測定装置の計測部１に送信するための通信回路２４およびアンテナ２５が接続されている。

また、コンセントプラグには電源回路３１が接続され、キャリブレーション部２内部の各回路に供給する。このような構成により、キャリブレーション用のコンセント電圧を、計測部１の通信回路１２４を介して、処理回路１２２に送信する。

図７に、電力測定装置の計測部における処理回路の処理フローを示す。電力測定装置の計測部１を配電盤に接続すると、計測部１が起動し（７０１）、処理回路１２２は、キャリブレーション部２からの起動完了信号を待つ。キャリブレーション部２を屋内配線のコンセントに差し込むと、キャリブレーション部２が起動し（７０２）、処理回路２３は、起動完了信号を計測部１に送信する。

計測部１は、キャリブレーション部２からの起動完了信号を受信するごとに、キャリブレーションを行う。処理回路１２２は、測定要求信号をキャリブレーション部２に送信するとともに、クランプ型検出器１１ａ〜１１ｃを介して電圧・電流検出回路１２１で検出した電圧値、電流値を、所定の時間間隔（例えば、０．１ｍｓおき）で計測し、メモリ１２３に格納しておく（７０３）。このとき、処理回路１２２は、内蔵する時計により検出した時刻も計測値とともに格納しておく。

測定要求信号を受信したキャリブレーション部２は、電圧検出回路２１で検出した電圧値を、所定の時間間隔（例えば、０．１ｍｓおき）で所定時間（例えば、１００ｍｓ）計測する。処理回路２３は、内蔵する時計により検出した時刻も計測値とともに測定結果信号に含めて、計測部１に送信する（７０４）。処理回路１２２は、測定結果信号を受信すると、キャリブレーション部２から所得した電圧値をメモリ１２３に格納しておく。

処理回路１２２は、測定結果信号を受信すると、電圧・電流検出回路１２１による検出を一旦止め、計測部１で測定要求信号を送信してから所得した電圧値をメモリ１２３から読み出す。また、キャリブレーション部２から取得した電圧値も、メモリ１２３から読み出し、それぞれ交流電圧波形が０Ｖとなる点（ゼロクロス点）の時刻を求める。計測部１とキャリブレーション部２におけるゼロクロス点の時刻の差分を算出しておくことにより、計測部１とキャリブレーション部２との間の時刻同期を取ることができる。キャリブレーションを行うためには、時刻同期を取った任意の時刻におけるクランプ型検出器の電圧ｖ_１，ｖ_２，ｖ_ｎと、コンセント電圧ｖ_Ｃとを用いて行う。

処理回路１２２は、式（１）〜（１８）に従って、相間電圧ｖ_ＲＮ＝ｖ_１−ｖ_ｎおよびｖ_ＴＮ＝ｖ_ｎ−ｖ_２を求め、ｖ_ＲＮ−ｖ_Ｃおよびｖ_ＴＮ−ｖ_Ｃの位相差ｃｏｓθ_ＲＮおよびｃｏｓθ_ＴＮを求める。そして、ｖ_ＲＮ−ｖ_Ｃおよびｖ_ＴＮ−ｖ_Ｃの振幅比Ｋ_ＲＮおよびＫ_ＴＮを求め、コンセント電圧ｖ_Ｃから相間電圧Ｖ_１およびＶ_２を求める（７０５）。

なお、キャリブレーションは、キャリブレーション部２からの起動完了信号を受信するごとに行うことにしたが、電圧測定の精度を維持するために、起動完了信号を受信した後も、定期的に行うようにしてもよい。

次に、キャリブレーション後の定常状態での測定について説明する。図８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８（ａ）に示すように、電力測定装置は、１０分ごとに電力線の電圧等を測定し、処理回路１２２がメモリ１２３に格納しておく（７０６，ＤＥＴ）。また、相間電圧Ｖ_１およびＶ_２、第１および第２相線電流Ｉ_１およびＩ_２から、瞬時電力Ｐ、漏れ電流ＩＬ、電力量などの諸量を算出して、メモリ１２３に格納しておいてもよい（７０７）。測定をしていない間は、電源制御回路１３２が、電力線からの電力を蓄電池１３３に充電する（ＰＯＷ）。また、図８（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１２４を介して、電力測定システムのサーバに送信する。

このようなタイムスケジュールは、処理回路１２２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１３２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１２２を起動してもよい。

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１２２は積算電力をメモリ１２３に格納しておくこともできる。電源制御回路１３２は、並行して電力線からの電力を蓄電池１３３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。

第１の実施形態においては、計測部１の処理回路１２２にメモリ１２３を接続し、計測部１がキャリブレーション、定常状態での測定、諸量の算出を行うようにしたが、キャリブレーション部２の処理回路２３にメモリを接続し、これらの処理をキャリブレーション部２で行うようにしてもよい。

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。

第１の実施形態では、一般家庭で用いられている単相３線式の配電設備を例に説明したが、３相３線式、３相４線式の配電設備にも適用することができる。例えば、第１相〜第３相線のそれぞれに、クランプ型検出器ＤＥＴ１，ＤＥＴ２，ＤＥＴ３を配設し、線間電圧と相電流とを測定し、周知の二線電力計法により電力を測定することができる。このとき、線間電圧の測定に際しては、キャリブレーション部が測定する線間電圧を用いて、上述の方法と同様にキャリブレーションを行うことができる。

（第２の実施形態）
図９に、本発明の第２の実施形態にかかる電力測定システムの構成を示す。図４に示した電力測定装置の計測部１５１が、各家庭に設置されている。この電力測定装置に、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設置され、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設置される。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。

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。

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。

図１０に、第２の実施形態にかかる電力測定装置のキャリブレーション部の構成を示す。図６に示した第１の実施形態のキャリブレーション部２に、複数のセンサ３２を追加し、処理回路２３および通信回路２４を介して、電力測定装置の計測部に各種センサの計測結果を送信できるようにする。センサ３２は、気温、湿度、気圧、照度などを計測する。

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。計測部１の処理回路１２２は、例えば図８に示したＤＥＴの期間中、定期的にキャリブレーション部２の処理回路２３に対して、センサの測定結果の送信を要求する。処理回路２３は、電力等の測定結果と合わせて、これらセンサ３２で計測された気温、湿度、気圧、照度などをサーバ５６に送信する。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。

図１１に、第２の実施形態にかかる電力測定装置のセンサ部の構成を示す。複数のセンサをキャリブレーション部に追加する構成について述べたが、複数のセンサ３２が接続された処理回路２３と、通信回路２４、電源回路３１およびアンテナ２５のみを備えたセンサ部を用いることもできる。センサの種類によって、屋外、屋内の適切な場所に設置できるように、キャリブレーション機能とは別にセンサのみを、独立して設置できるようにする。

（第３の実施形態）
電力測定システムが、第１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。

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９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。

ある一般家庭から、電力測定装置の計測部１５１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１２（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。

また、電力測定装置の処理回路１２２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１２３に格納しておく。例えば、図１２（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。

第１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。

（第４の実施形態）
図１３に、本発明の第４の実施形態にかかる電力測定装置の接続例を示す。図２に示した第１の実施形態との相違点のみ説明する。電力測定装置の計測部２０１は、配電盤８の系統電力網側と、配電盤８の親ヒューズ３と子ヒューズ４ａ〜４ｃとの間とに、それぞれにクランプ型検出器を接続している。また、子ヒューズ４ａからの屋内配線に、電力測定装置のキャリブレーション部２０２が接続されている。

親ヒューズ３の宅内側には、蓄電池制御装置２０３を介して蓄電池２０４が接続されている。蓄電池制御装置２０３は、ＡＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＡＣコンバータを含み、蓄電池２０４に対する充電、放電の制御を行う。また、蓄電池制御装置２０３は、計測部２０１、キャリブレーション部２０２と同様に通信部を含み、電力測定装置のキャリブレーション部２０２との通信を介して、電力測定装置からの制御が可能となっている。

図１４に、第４の実施形態にかかる電力測定装置の計測部の構成を示す。図４（ｃ）に示した第１の実施形態との相違点のみ説明する。計測部２０１の電力測定回路２１２は、２組のクランプ型検出器の各々に接続された電圧・電流検出回路１２１ａ，１２１ｂと、電圧・電流検出回路１２１ａ，１２１ｂ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。

第４の実施形態においては、キャリブレーション部２０２がキャリブレーション、定常状態での測定、諸量の算出等を行うようにしたので、処理回路１２２にはメモリ１２３を接続していない。また、電力測定システムのサーバとの通信もキャリブレーション部２０２で行うため、コネクタ１２６を介した有線通信の機能も有していない。

なお、系統電力網側のクランプ型検出器（第１のクランプ型検出器）と、子ヒューズ側のクランプ型検出器（第２のクランプ型検出器）とは、同じ検出器として説明したが、第１のクランプ型検出器は、電圧値のみを測定できればよい。従って、第１のクランプ型検出器を電圧検出のための電極のみとし、これに接続される電力測定回路２１２の一方の電圧・電流検出回路１２１ａを電圧検出の機能のみ有するようにしてもよい。

図１５に、第４の実施形態にかかる電力測定装置のキャリブレーション部の構成を示す。図６に示した第１の実施形態との相違点のみ説明する。処理回路２２３には、計測部２０１で測定した電圧、電流、電力、電圧検出回路２１で測定した電圧を記憶しておくメモリ２２６と、計測部２０１との通信、蓄電池制御装置２０３との通信、および電力測定システムのサーバとの通信を行うための通信回路２２４とが接続されている。

通信回路２２４は、アンテナ２５を介した無線通信、またはコネクタ２２７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。電力測定システムの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。

また、キャリブレーション部２０２は、タッチパネルを兼ねた表示装置２２８と音声出力装置２２９とを備えている。これにより、宅内のユーザへ電力測定装置が測定した結果を知らせたり、ユーザの操作を可能にしている。さらに、系統電力網が停電した場合に備えて蓄電池２３３も備えている。

第４の実施形態においては、蓄電池２０４を有することにより、系統電力網から供給される電流が定格電流を超えそうな場合に蓄電池２０４から供給すること（ブーストモード）、系統電力網が停電した場合に蓄電池２０４から供給すること（停電モード）を可能にしている。以下、詳細に説明する。

（ブーストモード）
定常状態での測定では、電力測定装置の計測部２０１は、第２のクランプ型検出器により系統電力網から供給される電流を計測し、キャリブレーション部２０２の処理回路２２３が監視している。この電流値が親ヒューズ３の定格電流に近づいた場合、例えば、定格電流の９５％を超えた場合には、処理回路２２３は、蓄電池制御装置２０３との間で通信を行い、蓄電池２０４からの放電を開始させる。処理回路２２３は、同時に表示装置２２８に「定格電流を超過する」旨の警告を表示し、音声出力装置２２９から警告音を出力する。

（トリップモード）
親ヒューズ３がトリップすると、第２のクランプ型検出器による電圧値、キャリブレーション部２０２におけるコンセント電圧が０となる。処理回路２２３は、計測部２０１から第１のクランプ型検出器の電圧値を読取り、電圧を有する場合には、表示装置２２８に「ブレーカーを入れる」旨の警告を表示し、音声出力装置２２９から警告音を出力する。

第１のクランプ型検出器の電圧値が０の場合には、処理回路２２３は、系統電力網の停電と判断して、停電モードに移行する。

（停電モード）
第１のクランプ型検出器および第２のクランプ型検出器の電圧値が０のとき、処理回路２２３は、表示装置２２８に「ブレーカーを切る」旨のユーザへの指示を表示する。処理回路２２３は、蓄電池制御装置２０３との間で通信を行い、蓄電池制御装置２０３から定期的に電圧パルスを出力させる。処理回路２２３は、計測部２０１から第１のクランプ型検出器の電圧値を読取り、この電圧パルスを検出できなければ、親ヒューズ３が切られたと判断し、電圧パルスの出力を停止させる。

処理回路２２３は、親ヒューズ３が切られた後、蓄電池制御装置２０３との間で通信を行い、蓄電池２０４からの放電を開始させる。このとき、蓄電池２０４からの放電電流が規定値を超えそうな場合、蓄電池制御装置２０３は、処理回路２２３に通知し、処理回路２２３は、表示装置２２８に「不要な電化製品をオフにする」旨の警告を表示する。

一般家庭等に蓄電池を含む配電設備が備えられている場合に、第４の実施形態にかかる電力測定装置を併用することにより、系統電力網との連係を容易にし、蓄電池の充放電制御の応用範囲を広げることができる。

１，２０１ 計測部
２，２０２ キャリブレーション部
１１ クランプ型検出器
１２，２１２ 電力測定回路
１１１ 磁気コア
１１２ 電極
２１ 電圧検出回路
２２ Ａ／Ｄ変換器
２３，１２２，２２３ 処理回路
２４，１２４，２２４ 通信回路
２５，１２５ アンテナ
３１，１３１ 電源回路
３２ センサ
１２１ 電圧・電流検出回路
１２３，２２６ メモリ
１３２ 電源制御回路
１３３，２３３ 蓄電池

Claims (7)

1. 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、
   前記クランプ型検出器は、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、
   第１相線と中性線との間または第２相線と中性線との間に接続され、コンセント電圧を検出するキャリブレーション部と、
   第１相線のクランプ型検出器と中性線のクランプ型検出器とにより検出された差分電圧と、第２相線のクランプ型検出器と中性線のクランプ型検出器とにより検出された差分電圧と、前記キャリブレーション部で検出された前記コンセント電圧とから、第１相線と中性線との間の相間電圧および第２相線と中性線との間の相間電圧を算出し、各々のクランプ型検出器により検出された電流と、前記相間電圧とから電力を算出する計測部と
   を備えたことを特徴とする電力測定装置。
2. 前記計測部は、前記第１相線のクランプ型検出器により検出された電流と前記第２相線のクランプ型検出器により検出された電流との差分に、前記中性線のクランプ型検出器により検出された電流を加算して漏れ電流を算出することを特徴とする請求項１に記載の電力測定装置。
3. 前記第１相線のクランプ型検出器および／または前記第２相線の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回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電力測定装置。
4. 前記計測部は、
   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、２または３に記載の電力測定装置。
5. 前記キャリブレーション部は、
   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圧の値を、通信回路を介して送信する処理回路と
   を含むことを特徴とする請求項１、２または３に記載の電力測定装置。
6. 前記キャリブレーション部は、前記処理回路に接続された複数のセンサをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の電力測定装置。
7. 請求項４に記載の複数の電力測定装置と、
   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。