JP2017223561A - 電力計測装置および電流計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力計測中や電流計測中の計測装置の消費電力をなるべく少なくしつつ、電力線を介して供給される電力の変動が激しい状況においても精度よく電力計測や電流計測を行うことを可能にする。【解決手段】電力線に流れる電流に応じて蓄電手段を充電し、当該電力線を介して供給される電力を蓄電手段を電源として計測する電力計測装置に、以下の計測手段と制御手段とを設ける。計測手段は、電力線に流れる電流を、設定された計測周期で計測する。制御手段は、計測周期の時間長に応じた期間を計測期間と充電期間とに分割した場合の前者では電力線を介して供給される電力を計測手段による計測結果に基づいて算出し、後者では電力線に流れる電流の電流値が所定の閾値を上回るまでスリープ状態を維持し、閾値を上回った時点を計測期間の始点として計測周期を再設定してスリープ状態から復帰する。【選択図】 図１

Description

この発明は、電力線を介して供給される電力を計測する電力計測装置と、電流を計測する電流計測装置とに関する。

この種の電力計測装置の一例としては特許文献１に開示の電力計測装置が挙げられる。特許文献１に開示の電力計測装置は、電力線を介して負荷に供給される電流に応じたアナログ信号を電磁誘導により発生させ、このアナログ信号のＡ／Ｄ変換を行い、その結果得られるＡ／Ｄ変換値に基づいて電力を算出する。また、この種の電力計測装置の中には、計測対象の電力線に流れる電流に応じた電流をカレントトランス等により発生させ、２次電池やスーパーキャパシタ等の蓄電手段をこの電流で充電し、この蓄電手段を電源として計測処理を実行する構成のものがある。この電力計測装置によれば、商用電源等の外部電源から電力の供給を受けることなく、電力計測を行うことができる。また、このような構成を有する電流計測装置もある。

蓄電手段に充電可能な電力には上限があるため、蓄電手段を電源とする電力計測装置や電流計測装置では、消費電力をなるべく少なくすることが求められる。そこで、蓄電手段を電源とする従来の電力計測装置や電流計測装置では、図１３に示すように、計測周期に同期して間欠的に電力や電流の計測が行われる。図１３に示すように、計測周期に応じた時間長の期間は、計測期間と充電期間とに分割される。計測期間とは、電力計測装置や電流計測装置が電力線に流れる１周期分の電流値を予め任意に設定した回数分だけサンプリングする期間である。充電期間とは、電力計測装置や電流計測装置が電力計測や電流計測を行うことなくカレントトランス等により得られる電流で蓄電手段を充電する期間である。この種の電力計測装置や電流計測装置では、電流値のサンプリング結果から電力値等を演算するＭＣＵ（Micro Controller
Unit）を計測期間においてのみ稼働させ、充電期間中は当該ＭＣＵをスリープ状態（通常時よりも低い周波数のクロックで動作している状態）とすることで消費電力量の低減が実現されていた。この種の電力計測装置や電流計測装置では、計測周期に応じた時間長の期間のうちの計測期間においてのみ電流計測や電流計測が行われるのであるが、計測周期に応じた時間長の期間内において電力線を介して供給される電力が変動しないのであれば、計測期間において計測された電力値や電流値から、計測周期に応じた時間長の期間全体に亘る電力量や電流量を計測周期に占める計測期間の比に応じた比例演算等により算出することができる。

特開２０１２−２２５７６７号公報

電力線を介して供給される電力の変動が激しく、計測周期に応じた時間長の期間内では電力変動は発生しないという仮定が成り立たない場合には、上述したような間欠的な計測処理では、計測周期に応じた時間長の期間全体に亘る電力量や電流量の計測精度は低下する。例えば、計測対象の電力線を介して電力を供給される負荷の消費電力が充電期間中に増加し当該電力線に流れる電流が増加したとしても、その増加分は計測結果に反映されないからである。

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、消費電力をなるべく少なくしつつ、電力線を介して供給される電力の変動が激しい状況においても精度よく電力計測や電流計測を行うことが可能な電力計測装置および電流計測装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明は、計測対象の電力線に流れる電流に応じた電流を発生させて蓄電手段を充電し、当該電力線を介して供給される電力を、当該蓄電手段を電源として計測する電力計測装置として、以下の計測手段、および制御手段を有する電力計測装置を提供する。計測手段は、電力線に流れる電流を、設定された計測周期で計測する。制御手段は、計測周期の時間長に応じた期間を計測期間と充電期間とに分割した場合の前者の期間では、電力線を介して供給される電力を、計測手段による計測結果に基づいて算出する一方、後者の期間では、計測手段により計測される電流の電流値が所定の閾値を上回るまでスリープ状態を維持し、当該閾値を上回った時点を計測期間の始点として計測周期を再設定してスリープ状態から復帰する。

また、この発明は、計測対象の電力線に流れる電流に応じた電流を発生させて蓄電手段を充電し、当該電力線が供給する電流を、蓄電手段を電源として計測する電流計測装置として、以下の計測手段および制御手段を有する電流計測装置を提供する。計測手段は、電力線に流れる電流値を、設定された計測周期で計測する。制御手段は、計測周期の時間長に応じた期間を計測期間と充電期間とに分割した場合の後者の期間では、計測手段により計測される電流値が所定の閾値を上回るまでスリープ状態を維持し、計測手段により計測される電流値が所定の閾値を上回った時点を計測期間の始点として計測周期を再設定してスリープ状態から復帰する。

本発明によれば、電力計測や電流計測は計測期間において行われ、充電期間においては、計測手段により計測される電流の電流値が所定の閾値を上回るまで制御手段はスリープ状態を維持する。このため、制御手段を常に通常時のクロックで動作させる場合に比較して消費電力を少なくすることができる。加えて、本発明によれば、充電期間において、計測手段により計測される電流の電流値が所定の閾値を上回ると、制御手段は、当該閾値を上回った時点を計測期間の始点として計測周期を再設定してスリープ状態から復帰し、電力線を介して供給される電力或いは電力線に流れる電流の計測を行う。このため、電力線を介して供給される電力の変動が激しい状況においても、精度よく電力計測や電流計測を行うことが可能になる。

この発明の第１実施形態である電力計測装置１００の構成を示すブロック図である。 同実施形態において消費電力の増加をハードウェアにより検出する仕組みを説明するための図である。 同実施形態において行われる電力計測装置１００の初期設定の手順を示す図である。 同実施形態において電力計測装置１００に初期設定される安定時間を説明するための図である。 同実施形態において電力計測装置１００の動作を示すタイムチャートである。 同実施形態においてＭＣＵ１０５が実行するメインプログラムの処理内容を示すフローチャートである。 同実施形態においてＭＣＵ１０５が実行する通常計測処理の処理内容を示すフローチャートである。 同実施形態においてＭＣＵ１０５が実行するスリープ処理の処理内容を示すフローチャートである。 同実施形態においてＭＣＵ１０５が実行する計測処理の処理内容を示すフローチャートである。 同実施形態の効果を説明するための図である。 この発明の第２実施形態である電流計測装置２００の構成を示すブロック図である。 変形例（２）のスリープ処理の処理内容を示すフローチャートである。 従来の電力計測装置の動作を示すタイムチャートである。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、この発明の第１実施形態である電力計測装置１００の構成を示すブロック図である。この電力計測装置１００は、カレントトランス１０１、スイッチ１０２、計測回路１０３、Ａ／Ｄ変換器１０４、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒо Ｃｏｎｔｒоｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ；マイクロコントローラユニット）１０５、通信回路１０６、充電回路１０７、２次電池１０８および電源制御回路１１０を有する。なお、図１では、電力計測装置１００の電力測定に必要な電圧測定に関する回路等は図示を省略している。

カレントトランス１０１は、電力線１０９に流れる交流電流に応じた交流電流を出力するトランスである。スイッチ１０２は、ＭＣＵ１０５からの制御指令に従い、カレントトランス１０１の出力電流の供給先を計測回路１０３または充電回路１０７に切り換えるスイッチである。なお、図１では、ＭＣＵ１０５とスイッチ１０２の接続の図示を省略している。

計測回路１０３は、カレントトランス１０１からスイッチ１０２を介して供給される交流電流に比例した交流電圧をＡ／Ｄ変換器１０４に出力する。Ａ／Ｄ変換器１０４は、ＭＣＵ１０５による制御の下、計測回路１０３から供給される交流電圧をサンプリングしてＡ／Ｄ変換し、その結果得られるＡ／Ｄ変換値をＭＣＵ１０５に出力する。本実施形態では、カレントトランス１０１、計測回路１０３およびＡ／Ｄ変換器１０４が、電力線１０９に流れる電流を、設定された計測周期で計測する計測手段として機能する。

充電回路１０７は、カレントトランス１０１からスイッチ１０２を介して供給される交流電流を整流して直流電流を発生し、この直流電流により２次電池１０８を充電する回路である。電力計測装置１００において、ＭＣＵ１０５と通信回路１０６は、各々の電源端子が２次電池１０８に接続されており、２次電池１０８を電源として動作する。２次電池１０８は充電可能な蓄電手段である。２次電池１０８に代えてスーパーキャパシタ等の他の蓄電手段を電力計測装置１００の電源としてもよい。

電源制御回路１１０は、２次電池１０８から計測回路１０３およびＡ／Ｄ変換器１０４への電力の供給／遮断を切り換えるスイッチ手段であり、本実施形態では、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴにより構成されている。ここで、電源制御回路１１０であるＭＯＳＦＥＴのソースおよびその背景をなすＮウェルは２次電池１０８に接続され、ドレインは計測回路１０３とＡ／Ｄ変換器１０４の正電源端子に接続されている。この計測回路１０３とＡ／Ｄ変換器１０４の負電源端子は接地されている。そして、電源制御回路１１０であるＭＯＳＦＥＴのゲートにはＭＣＵ１０５からゲート電圧が与えられる。ＭＣＵ１０５は、このゲート電圧を制御することにより、電源制御回路１１０であるＭＯＳＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦを切り換え、２次電池１０８から計測回路１０３およびＡ／Ｄ変換器１０４へ電源電圧を供給し、或いはその電源電圧の供給を遮断する。なお、電源制御回路１１０は、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴに限られるものではなく、スイッチとして機能するものであればよい。

ＭＣＵ１０５は、各種のプログラムを記憶したＲＯＭと、ワークエリアとして使用するＲＡＭと、ＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリを有する。なお、図１では各々の図示は省略されている。ＭＣＵ１０５は、ＲＯＭ内のプログラムを実行することにより、電力計測装置１００内の各部を制御する制御手段である。また、ＭＣＵ１０５は、ＲＯＭ内のプログラムを実行することにより、Ａ／Ｄ変換器１０４から供給されるＡ／Ｄ変換値に基づいて電力線１０９に流れる電流値を算出し、この電流値と図示しない電圧測定回路から得られる電力線１０９の電圧値を乗算して電力値を算出し、この電力値を通信回路１０６に出力する。つまり、ＭＣＵ１０５は、計測手段により計測される電流値に基づいて、電力線１０９を介して供給される電力値を算出する。

本実施形態においても、計測周期に応じた時間長の期間は、計測期間と充電期間とに分割される。ＭＣＵ１０５は、計測期間において電力値の算出を行う。一方、充電期間が開始すると、ＭＣＵ１０５は、消費電力を抑えるためにスリープ状態へ移行する。以降、ＭＣＵ１０５は、計測対象の消費電力の増加をハードウェア的に検出するまでスリープ状態を維持する。計測対象の消費電力の増加を検出すると、ＭＣＵ１０５は、スリープ状態から復帰して電力値の算出を再開する。より詳細に説明すると、ＭＣＵ１０５は、計測対象の電力消費の増加を検出した時点を計測期間の始点として計測周期を再設定してスリープ状態から復帰する。

計測対象の消費電力の増加をハードウェア的に検出する方法の具体例としては種々の態様が考えられ、その一例としては２次電池１０８の端子電圧の監視、すなわち、２次電池１０８からＭＣＵ１０５へ供給される電源電圧の監視により、上記消費電力の増加を検出する態様が考えられる。例えば、充電回路１０７から２次電池１０８へ供給される単位時間あたりの電力値が所定の値である状況下で充電期間分の充電を行ったとした場合の２次電池１０８の電源電圧値（以下、電源設計電圧値）を閾値として２次電池１０８の電源電圧をＭＣＵ１０５に監視させる。なお、２次電池１０８の電源電圧と閾値との比較についてはコンパレータを用いればよく、上記閾値については定電圧発生回路により発生させるようにすればよい。そして、電源電圧が当該閾値を上回ったことの検出を契機として、スリープ状態から復帰する旨の割り込みをＭＣＵ１０５に発生させる。このように、計測対象の消費電力の増加を２次電池１０８の端子電圧の監視により検出することができる理由は以下の通りである。すなわち、充電期間が経過する前に上記割り込みが発生したのであれば、それは、２次電池１０８を電源設計値まで充電することに要する時間が想定よりも短かったことを意味する。そして、２次電池１０８を電源設計値まで充電することに要する時間が想定よりも短かいということは、充電回路１０７から２次電池１０８へ供給される単位時間あたりの電力値が上記所定の値よりも増加したこと、すなわち、計測対象の消費電力の増加により電力線１０９を流れる電流が増加したことを意味するからである。

計測対象の消費電力の増加をハードウェア的に検出する他の態様としては、設計電圧を超える電圧が充電回路に印加されないようにするための定電圧ダイオードが当該充電回路の前段に設けられている場合に、当該定電圧ダイオードの電圧を監視する態様が挙げられる。図２に示す例では、カレントトランス１０１の出力電流を整流する整流回路１１１が充電回路１１３とは別個に設けられている。つまり、図２における整流回路１１１と充電回路１１３の組み合わせは図１における充電回路１０７に対応する。図２に示す例では、整流回路１１１と充電回路１１３とを接続する２本の電力線の間に、充電回路１１３を保護するための保護回路の役割を果たす定電圧ダイオード１１２ａと１１２ｂが介挿されている。より詳細に説明すると、定電圧ダイオード１１２ａのカソードは高電位側の電力線に、定電圧ダイオード１１２ｂのカソードは定電圧ダイオード１１２ｂのアノードに、定電圧ダイオード１１２ｂのアノードは低電位側の電力線にそれぞれ接続されている。

定電圧ダイオード１１２ａのアノードと定電圧ダイオード１１２ｂのカソードの共通接続点は信号線を介してＭＣＵ１０５の入力ポートに接続されている。ＭＣＵ１０５は、当該入力ポートの入力電圧を所定の閾値電圧（定電圧ダイオードのクランプ電圧）を超えたか否かを監視することで、計測対象の消費電力の増加をハードウェア的に検出することができる。なお、図２に示す例において、整流回路１１１と充電回路１１３とを接続する２本の電力線の間に、定電圧ダイオード１１２ａおよび１１２ｂを直列に介挿し、定電圧ダイオード１１２ａのアノードと定電圧ダイオード１１２ｂのカソードの共通接続点の電圧をＭＣＵ１０５の入力ポートへ入力するようにしたのは、入力ポートへの入力電圧（すなわち、監視対象の電圧）がＭＣＵ１０５の入力電圧（電源電圧）の範囲内に収まるようにするためである。

通信回路１０６は、ＭＣＵ１０５から入力された電力値を図示しないサーバに送信する。このサーバは、多くの電力計測装置１００から送信される電力値を管理する装置である。
以上が、本実施形態による電力計測装置１００の構成である。

図３は、本実施形態において行われる電力計測装置１００の初期設定の手順を示す図である。この初期設定は、電力計測装置１００の本稼働時に計測周期の制御等の各種の制御を行うために必要となるパラメータを電力計測装置１００に予め設定する処理であり、電力計測装置１００の出荷前に行われる。まず、電力線１０９に初期設定対象の電力計測装置１００のカレントトランス１０１を装着し、電力線１０９に既知の交流電力を伝送させる。このとき、電力計測装置１００のＭＣＵ１０５は、所定の計測周期で計測期間及び充電期間を繰り返し、１周期分の計測周期の計測期間内（すなわち、１サイクル分の計測期間内）にＡ／Ｄ変換器１０４から得られるＡ／Ｄ変換値と、充電期間に２次電池１０８に流れる充電電流を求め、両者間の関係を求める。そして、ＭＣＵ１０５は、この両者間の関係に基づいて、計測期間内に得られるＡ／Ｄ変換値と、設定すべき計測周期とを対応付けるサンプリングテーブルを作成して不揮発性メモリに書き込む。以下、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して、この動作について説明する。

図３（ａ）は、この初期設定の動作における電力計測装置１００の構成を示している。ＭＣＵ１０５（図３（ａ）では図示略）は、計測期間中はスイッチ１０２によりカレントトランス１０１を計測回路１０３に接続し、充電期間中はスイッチ１０２によりカレントトランス１０１を充電回路１０７に接続する。

図３（ｂ）には、計測期間および充電期間におけるカレントトランス１０１の出力電圧波形が例示されている。この例では時刻ｔ_０において計測期間から充電期間への切り換えが発生している。計測回路１０３および充電回路１０７の各々をカレントトランス１０１の負荷として考えた場合、充電回路１０７は計測回路１０３よりも軽い負荷となる。従って、充電期間におけるカレントトランス１０１の出力電圧波形の振幅は、計測期間におけるカレントトランス１０１の出力電圧波形の振幅よりも大きくなる。

ここで、充電期間におけるカレントトランス１０１の出力電圧波形の振幅と、計測期間におけるカレントトランス１０１の出力電圧波形の振幅との比は、充電回路１０７および計測回路１０３の各々の負荷としての重さの比により定まる。従って、充電回路１０７および計測回路１０３の各々の負荷としての重さの比が予め分かっていれば、計測期間におけるカレントトランス１０１の出力電圧波形の振幅から充電期間におけるカレントトランス１０１の出力電圧波形の振幅を推定することができる。また、充電期間に充電回路１０７から２次電池１０８に流れる充電電流の大きさは、充電期間におけるカレントトランス１０１の出力電圧波形の振幅に依存する。従って、充電期間に充電回路１０７から２次電池１０８に流れる充電電流の大きさは、計測期間におけるカレントトランス１０１の出力電圧波形から推定可能である。そして、計測期間においてＡ／Ｄ変換器１０４が出力するＡ／Ｄ変換値は、計測期間内のカレントトランス１０１の出力電圧波形に比例した交流電圧波形を示すものとなる。従って、計測期間においてＡ／Ｄ変換器１０４が出力するＡ／Ｄ変換値に基づいて、充電期間に充電回路１０７から２次電池１０８に流れる充電電流の大きさを推定することができる。図３（ｃ）には、このようにして計測期間内のＡ／Ｄ変換値から推定された充電電流ｉが例示されている。

ところで、充電期間は、充電電流ｉの大きさに基づいて定められるべきである。何故ならば、電力計測装置１００では、計測期間内に２次電池１０８の充電電荷のうちの一定量の電荷を消費することにより一定の電力量を消費する。そして、計測期間において消費される２次電池１０８の電荷を賄うのに必要な充電期間は、充電電流の平均値が大きくなる程短くなるからである。

そこで、本実施形態では、電力線１０９に各種の大きさの交流電力を伝送させる。そして、ＭＣＵ１０５は、１種類の大きさの交流電流が伝送される都度、計測期間内にＡ／Ｄ変換器１０４が出力するＡ／Ｄ変換値からカレントトランス１０１の出力電圧波形の振幅を推定し、その振幅の推定値から、計測期間において消費される２次電池１０８の電荷を賄うのに必要な充電期間を求める。さらにＭＣＵ１０５は、この充電期間に所定の時間長の計測期間を加えて計測周期を求める一方、計測期間内にＡ／Ｄ変換器１０４が出力するＡ／Ｄ変換値から代表値を求める。そして、ＭＣＵ１０５は、電力線１０９を介して伝送された複数種類の大きさの交流電力の各々について求めた代表値と計測周期とを用いて、図３（ｄ）に示すように、Ａ／Ｄ変換値の代表値と計測周期とを対応付けるサンプリングテーブルを作成して不揮発性メモリに書き込む。なお、Ａ／Ｄ変換値の代表値をどのように定めるかに関しては各種の態様が考えられるが、例えば、一定時間内のＡ／Ｄ変換値の実効値を代表値としてもよい。

また、初期設定において、ＭＣＵ１０５は、計測回路１０３の安定時間を測定し、測定した安定時間を不揮発性メモリに設定する。計測回路１０３の安定時間とは、計測回路１０３への電源電圧の供給を開始してから計測回路１０３の動作が安定するまでに要する時間のことを言う。以下、図４（ａ）〜（ｃ）を参照し、この安定時間の設定動作について説明する。図４（ａ）は電力計測装置１００の構成の一部を示すブロック図であり、図４（ｂ）はＡ／Ｄ変換器１０４が出力するＡ／Ｄ変換値を示すタイムチャートであり、図４（ｃ）はＭＣＵ１０５から電源制御回路１１０のゲートに与えられるゲート電圧を示すタイムチャートである。まず、ＭＣＵ１０５は、図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ_１において電源制御回路１１０をＯＦＦからＯＮに切り換える。これにより、２次電池１０８から計測回路１０３とＡ／Ｄ変換器１０４に電源電圧が供給されるようになる。しかし、図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ_１においてＡ／Ｄ変換器１０４はＭＣＵ１０５に安定したＡ／Ｄ変換値を出力するわけではない。計測回路１０３への電源電圧の供給を開始してから即座に計測回路１０３の動作が安定する訳ではないからである。時刻ｔ_１からある時間経過した時刻ｔ_２になって計測回路１０３の動作が安定すると、安定したＡ／Ｄ変換値がＡ／Ｄ変換器１０４からＭＣＵ１０５に出力されるようになる。そこで、ＭＣＵ１０５は、時刻ｔ_２から時刻ｔ_１を引いた安定時間を算出し、不揮発性メモリに書き込む。

さらに、ＭＣＵ１０５は、リファンレス計測用の計測期間とサンプリング回数（すなわち、Ａ／Ｄ変換器１０４のＡ／Ｄ変換回数）とを不揮発性メモリに書き込む。リファレンス計測の詳細は後述するが、リファレンス計測用のサンプリング回数は、必ずしもサンプリングテーブルを作成した際の計測期間内のサンプリング回数と一致する必要はない。
以上が、電力計測装置１００の初期設定である。

ＭＣＵ１０５によって行われる電力計測装置１００内の各部の制御の概略を説明する。図５は電力計測装置１００の動作の概略を示すタイムチャートである。図５（ａ）は計測周期が計測期間と安定時間との合計の時間長よりも長いパターン１のタイムチャートであり、図５（ｂ）は計測周期が計測期間と安定時間との合計の時間長以下であるパターン２のタイムチャートである。前述したように、計測周期に応じた期間は計測期間と充電期間に分割され、計測期間では電力線１０９を介して供給される電力の計測が行われる一方、充電期間では２次電池１０８の充電が行われる。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、電力計測装置１００は、電力線１０９を介して供給される電力の計測と２次電池１０８の充電とを計測周期で繰り返し実行する。

計測期間において、ＭＣＵ１０５は、カレントトランス１０１をスイッチ１０２により計測回路１０３に接続し、計測回路１０３の出力電圧のＡ／Ｄ変換をＡ／Ｄ変換器１０４に実行させ、Ａ／Ｄ変換器１０４から出力されるＡ／Ｄ変換値に基づき、電力線１０９により伝送される交流電力を算出する。そして、計測期間が終了すると、ＭＣＵ１０５は、充電期間を開始する。

図５（ａ）に示すパターン１では、計測期間が終了すると、ＭＣＵ１０５は充電期間を開始し、カレントトランス１０１をスイッチ１０２により充電回路１０７に接続させ、充電回路１０７に２次電池１０８の充電を行わせる。また、ＭＣＵ１０５は充電期間を開始すると、電源制御回路１１０をＯＦＦとし、２次電池１０８から計測回路１０３およびＡ／Ｄ変換器１０４への電源電圧の供給を遮断する。次に、計測周期の終期から安定時間だけ前のタイミングになると、ＭＣＵ１０５は安定時間と同じ時間長の安定化期間を開始し、電源制御回路１１０をＯＮとし、２次電池１０８から計測回路１０３およびＡ／Ｄ変換器１０４への電源電圧の供給を再開する。この安定化期間は、計測回路１０３の動作を安定化させるための期間である。この安定化期間において、カレントトランス１０１はスイッチ１０２により充電回路１０７に接続されたままである。安定化期間が終了するまでに、計測回路１０３の動作が安定し、Ａ／Ｄ変換器１０４から得られるＡ／Ｄ変換値が安定化する。そして、安定化期間が終了すると同時に充電期間も終了し、計測周期も終了する。そして、新たな計測周期の計測期間が始まる。ＭＣＵ１０５は、新たな計測周期の計測期間が始まると、カレントトランス１０１をスイッチ１０２により計測回路１０３に接続する。

図５（ｂ）に示すパターン２では、計測期間と安定時間の合計が計測周期以上であるので、安定化期間を設けることができない。この場合も、ＭＣＵ１０５は、計測期間が終了すると充電期間を開始するが、ＭＣＵ１０５は電源制御回路１１０をＯＦＦとせず、ＯＮを維持したままとする。すなわち、パターン２では、計測周期の全期間にわたって、ＭＣＵ１０５は電源制御回路１１０をＯＦＦとすることがなく、常にＯＮとする。充電期間が終了すると、それと同時に計測周期も終了し、新たな計測周期の計測期間が始まる。ＭＣＵ１０５は、上述と同様に、新たな計測周期の計測期間が始まると、カレントトランス１０１をスイッチ１０２により計測回路１０３に接続する。

本実施形態では、充電期間においてＡ／Ｄ変換を行わないので、２次電池１０８から計測回路１０３とＡ／Ｄ変換器１０４への電源電圧の供給を停止した方が消費電力を低減できて有利である。そのため、パターン１では、各計測周期において充電期間が開始されると、ＭＣＵ１０５は、電源制御回路１１０をＯＦＦとし、２次電池１０８から計測回路１０３およびＡ／Ｄ変換器１０４を切り離す。従って、電力計測装置１００の消費電力を低減することができる。また、このパターン１では、計測周期の終期の安定時間だけ前のタイミングにおいて電源制御回路１１０をＯＮとし、２次電池１０８を計測回路１０３およびＡ／Ｄ変換器１０４に接続する。従って、計測回路１０３の動作が安定したタイミングにおいて計測期間を開始することができ、電力線１０９の電力の計測精度を高めることができる。

次に、電力計測装置１００の計測動作について説明する。図６は、ＭＣＵ１０５が実行するメインプログラムの処理内容を示すフローチャートである。ＭＣＵ１０５は、プログラムカウンタをＲＥＳＥＴし（ステップＳ１０１）、ＲＯＭ内の所定アドレスに格納されたイニシャル処理プログラムを実行して、ＲＡＭ内に各種の制御用レジスタ、タイマ等を設定し、計測期間の値をＲＡＭに格納する（ステップＳ１０２）。次にＭＣＵ１０５は、不揮発性メモリからサンプリングテーブルを読み出して、ＲＡＭに格納する（ステップＳ１０３）。さらにＭＣＵ１０５は、不揮発性メモリから安定時間を読み出して、ＲＡＭに格納する（ステップＳ１０４）。

次に、ＭＣＵ１０５は、リファレンス計測を行う（ステップＳ１０５）。詳述すると、ＭＣＵ１０５は、不揮発性メモリからリファレンス計測用の計測期間とサンプリング回数とを読み出して、ＲＡＭに格納する。そして、ＭＣＵ１０５は、スイッチ１０２により、カレントトランス１０１の接続先を充電回路１０７から計測回路１０３に切り換え、リファレンス計測用の計測期間を開始する。このリファレンス計測用の計測期間において、ＭＣＵ１０５は、リファレンス計測用のサンプリング回数分だけ計測回路１０３の出力電圧のＡ／Ｄ変換をＡ／Ｄ変換器１０４に行わせ、リファレンス計測用のＡ／Ｄ変換値を取得する。そして、取得したリファレンス計測用のＡ／Ｄ変換値を用いてＡ／Ｄ変換値の代表値を算出する。Ａ／Ｄ変換値の代表値は、上述したように、例えばＡ／Ｄ変換値の実効値である。

次にＭＣＵ１０５は、ＲＡＭ内のサンプリングテーブルを参照し、算出したＡ／Ｄ変換値の代表値に対応付けられた計測周期を読み出す。そして、ＭＣＵ１０５は、読み出した計測周期をＲＡＭ内に設定する（ステップＳ１０６）。

次にＭＣＵ１０５は、通常計測処理を実行する（ステップＳ１０７）。図７は、図６のステップＳ１０７において実行される通常計測処理の処理内容を示すフローチャートである。この通常計測処理において、ＭＣＵ１０５は、まず、スリープ処理を実行する（ステップＳ２０１）。

図８は、スリープ処理の処理内容を示すフローチャートである。スリープ処理では、まず、ＭＣＵ１０５は、スイッチ１０２に制御指令を与え、カレントトランス１０１の接続先を計測回路１０３から充電回路１０７に切り換え、２次電池１０８の充電を開始させる（ステップＳ２１１）。そして、ＭＣＵ１０５は、ＲＡＭ内に設定された計測周期が計測期間と安定時間の合計よりも長いか否かを判断する（ステップＳ２１２）。ＭＣＵ１０５は、ステップＳ２１２の判断結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップＳ２１３の処理を実行し、逆にステップＳ２１２の判断結果が「ＮＯ」である場合には、ステップＳ２１８の処理を実行する。

ステップＳ２１２の判断結果が「ＹＥＳ」になるのは上述したパターン１に該当する場合であり、この場合、安定化期間を設けることが可能である。ステップＳ２１２の判断結果が「ＹＥＳ」である場合に実行されるステップＳ２１３では、ＭＣＵ１０５は、電源制御回路１１０をＯＦＦとし、２次電池１０８から計測回路１０３およびＡ／Ｄ変換器１０４への電源電圧の供給を遮断する。次にＭＣＵ１０５は、ＲＡＭ内に設定された計測周期から計測期間と安定時間とを差し引いた値をタイマ値としてタイマのコンペアレジスタに設定してタイマの計時を開始させる（ステップＳ２１４）。次にＭＣＵ１０５は、図示しないクロックジェネレータがＭＣＵ１０５に供給するクロックを周波数の高いメインクロックから周波数の低いサブクロックに切り換え、自らをスリープ状態にする（ステップＳ２１５）。そして、ＭＣＵ１０５は、タイマが計時を終了してインターバル割り込みが発生したか否かを判断する（ステップＳ２１６）。ステップＳ２１６の判断結果が「ＮＯ」である場合には、ＭＣＵ１０５は、電源電圧が所定の閾値を上回ったことを示す割込みが発生したか否かを判断する（ステップＳ２１７）。そして、ステップＳ２１７の判断結果が「ＮＯ」であれば、ＭＣＵ１０５は、ステップＳ２１６の処理を再度実行する。逆に、ステップＳ２１７の判断結果が「ＹＥＳ」である場合、すなわち、電源電圧が所定の閾値を上回ったことを示す割込みが発生した場合は、本スリープ処理を終了する。

電源電圧が所定の閾値以下で推移し続けると、やがてインターバル割り込みが発生し、ステップＳ２１６の判定結果は「ＹＥＳ」になる。ステップＳ２１６の判定結果が「ＹＥＳ」であると、ＭＣＵ１０５は本スリープ処理を終了する。つまり、本実施形態では、インターバル割り込みが発生してステップＳ２１６の判断結果が「ＹＥＳ」になった場合、またはインターバル割込みの発生前に電源電圧が所定の閾値を上回ったことを示す割込みが発生してステップＳ２１７の判断結果が「ＹＥＳ」となった場合に、ＭＣＵ１０５は、本スリープ処理を終了する。

一方、ステップＳ２１２の判断結果が「ＮＯ」になるのはパターン２に該当する場合であり、この場合、安定化期間を設けることができない。ステップＳ２１２の判断結果が「ＮＯ」である場合に実行されるステップＳ２１８では、ＭＣＵ１０５は、電源制御回路１１０をＯＮのまま維持し、２次電池１０８から計測回路１０３とＡ／Ｄ変換器１０４への電源電圧の供給を継続した状態で、ＲＡＭ内に設定された計測周期から計測期間を差し引いた充電期間をタイマ値としてタイマのコンペアレジスタに設定する。次に、ＭＣＵ１０５は、図示しないクロックジェネレータがＭＣＵ１０５に供給するクロックを周波数の高いメインクロックから周波数の低いサブクロックに切り換え、自らをスリープ状態にする（ステップＳ２１９）。次にＭＣＵ１０５は、タイマが計時を終了してインターバル割り込みが発生したか否かを判断する（ステップＳ２２０）。ステップＳ２２０の判断結果が「ＹＥＳ」である場合には、ＭＣＵ１０５は本スリープ処理を終了する。逆にステップＳ２２０の判断結果が「ＮＯ」である場合には、ＭＣＵ１０５は電源電圧が所定の閾値を上回ったことを示す割込みが発生したか否かを判断する（ステップＳ２２１）。そして、ステップＳ２２１の判断結果が「ＮＯ」であれば、ＭＣＵ１０５は、ステップＳ２２０の処理を再度実行する。逆に、ステップＳ２２１の判断結果が「ＹＥＳ」である場合、すなわち、電源電圧が所定の閾値を上回ったことを示す割込みが発生した場合は、ＭＣＵ１０５は、本スリープ処理を終了する。

上述したように、図７におけるスリープ処理（ステップＳ２０１）は、タイマのインターバル割込みの発生、または電源電圧が所定の閾値を上回ったことを示す割込みの発生により終了する。図７に示すように、ＭＣＵ１０５は、スリープ処理（ステップＳ２０１）を終了すると、次に計測処理を実行する（ステップＳ２０２）。図９は、図７のステップＳ２０２において実行される計測処理の処理内容を示すフローチャートである。まず、ＭＣＵ１０５は、クロックをサブクロックからメインクロックに切り換え、自らを計測モードにする（ステップＳ３０１）。

次にＭＣＵ１０５は、ＲＡＭ内に設定された計測周期が計測期間と安定時間の合計よりも長いか否かを判断する（ステップＳ３０２）。ステップＳ３０２の判定結果が「ＮＯ」である場合には、ＭＣＵ１０５はステップＳ３０６の処理を実行する。ステップＳ３０６の処理内容については後に明らかにする。逆に、ステップＳ３０２の判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、ＭＣＵ１０５は電源制御回路１１０をＯＮとし、２次電池１０８から計測回路１０３およびＡ／Ｄ変換器１０４への電源電圧の供給を再開させる（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０３に後続するステップＳ３０４では、ＭＣＵ１０５は、安定時間をタイマ値としてタイマのコンペアレジスタに設定してタイマの計時を開始させる。そして、ＭＣＵ１０５は、タイマが計時を終了してインターバル割り込みが発生したか否かを判断する（ステップＳ３０５）。ステップＳ３０５の判断結果が「ＮＯ」である場合には、ＭＣＵ１０５は、ステップＳ３０５の処理を再度実行する。逆に、ステップＳ３０５の判断結果が「ＹＥＳ」である場合、ＭＣＵ１０５は、ステップＳ３０６の処理を実行する。安定時間の経過を監視中に電源電圧が所定の閾値以上となったか否かの判断を行わないのは、安定化期間を確実に確保して計測回路１０３の安定動作を保証するためである。

ステップＳ３０６では、ＭＣＵ１０５は、スイッチ１０２に制御指令を与え、カレントトランス１０１の接続先を充電回路１０７から計測回路１０３に切り換える。次にＭＣＵ１０５は、計測を行い、計測対象である電力線１０９の１周期分の電流値に相当するＡ／Ｄ変換値を取得する（ステップＳ３０７）。次に、ＭＣＵ１０５は、取得したＡ／Ｄ変換値から電力線１０９の電流値を算出し、この電流値と電圧測定回路から得られる電力線１０９の電圧値を乗算して電力値を算出する（ステップＳ３０８）。さらに、ＭＣＵ１０５は、取得したＡ／Ｄ変換値からＡ／Ｄ変換値の代表値を算出し、そのＡ／Ｄ変換値の代表値を基にＲＡＭ内のサンプリングテーブルを参照し、このＡ／Ｄ変換値の代表値に対応付けられた計測周期を読み出す。そして、この読み出した計測周期をＲＡＭ内に設定し（ステップＳ３０９）、計測処理（ステップＳ２０２）を終了する。このステップＳ３０９の処理が実行されるため、計測処理を行う毎に次回の計測処理の計測周期として直近に計測された電力値に応じた時間長の計測周期が設定される。

ＭＣＵ１０５は、計測処理（ステップＳ２０２）を終了すると、図６の通常計測処理（ステップＳ１０７）を終了する。

図６において、通常計測処理（ステップＳ１０７）が終了すると、ＭＣＵ１０５は、ＲＥＳＥＴ操作が行われたか否かを判断する（ステップＳ１０８）。この判断結果が「ＹＥＳ」である場合、ＭＣＵ１０５は、ステップＳ１０１からステップＳ１０６の処理を行って、通常計測処理（ステップＳ１０７）に進む。一方、ステップＳ１０８の判断結果が「ＮＯ」である場合、ＭＣＵ１０５は、通常計測処理（ステップＳ１０７）を繰り返す。なお、ＲＥＳＥＴ操作とは、具体的には、電力計測装置１００の筐体に設けられたＲＥＳＥＴボタンの押下またはサーバからのＲＥＳＥＴ信号の受信である。
以上が、電力計測装置１００の計測動作である。

図１０は本実施形態の効果を説明するための図である。なお、図１０には、本実施形態の効果を判り易するために、安定化期間を設けない場合、すなわち、上述したパターン２について図示されている。図１０において符号Ｗは電力線１０９を介して負荷に供給される電力の波形を示す。図１０に示すように、充電期間において電力Ｗが増加し、この増加が２次電池１０８の端子電圧の電源設計値以上への上昇として検知されると、ＭＣＵ１０５は即座にスリープ処理を終了して計測処理を開始する。このため、電力線１０９を介して供給される電力の変動が激しい場合であっても、電力計測の精度が低下することはない。また、再計測の際にその時点の電力値に応じて計測期間が再設定される。このため、本実施形態によれば、電力線を介して供給される電力の変動が激しい状況においても、精度よく電力計測を行うことが可能になる。

＜第２実施形態＞
図１１は、この発明の第２実施形態である電流計測装置２００の構成を示すブロック図である。電流計測装置２００は、電力線１０９を介して供給される電流のみを計測する。図１１では、図１におけるものと同一の構成要素には同一の符号が付されている。図１１と図１を比較すれば明らかなように、電流計測装置２００は、スイッチ１０２を廃し、カレントトランス１０１と計測回路１０３の間に全波整流回路２０１を設け、計測回路１０３と充電回路１０７を直列に接続した点が電力計測装置１００と異なる。

全波整流回路２０１は、カレントトランス１０１が出力する交流電流を全波整流し、この結果得られる直流電流を計測回路１０３および充電回路１０７に供給する。計測回路１０３は、全波整流回路２０１から供給される直流電流に応じた直流電圧を出力する。Ａ／Ｄ変換器１０４は、計測回路１０３が出力する直流電圧をサンプリングしてＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換値を出力する。ＭＣＵ１０５は、Ａ／Ｄ変換器１０４の出力するＡ／Ｄ変換値から電力線１０９の電流の実効値を算出し、通信回路１０６に出力する。充電回路１０７は、全波整流回路２０１から供給される直流電流に応じた充電電流を２次電池１０８に供給し、２次電池１０８の充電を行う。

図１１に示すように、本実施形態では、充電回路１０７は計測回路１０３と直列に接続されている。このため、本実施形態では、計測期間においても２次電池１０８の充電が行われる。つまり、本実施形態の電流計測装置２００では、２次電池１０８の充電は、計測期間と充電期間の両方において行われる。このため、第１実施形態の電力計測装置１００のように充電期間においてのみ２次電池１０８の充電を行う場合に比較して、計測周期に応じた時間長の期間に占める充電期間の比率を小さくすること、すなわち計測周期を短くすることができる。計測周期が短くなれば、その分だけ、測定精度が向上する。

ＭＣＵ１０５の動作も第１実施形態とほぼ同様であるが、本実施形態では、ＭＣＵ１０５が実行するスリープ処理および計測処理に第１実施形態と異なるところがある。詳述すると、本実施形態ではスイッチ１０２がないので、スリープ処理では図８に示すステップＳ２１１の処理が存在せず、計測処理では図９に示すステップＳ３０６の処理が存在しない。さらに、本実施形態は電流計測装置２００であるので、図９に示すステップＳ３０８では、ＭＣＵ１０５はＡ／Ｄ変換値から電流値を算出する。これら以外は、第１実施形態と同様である。すなわち、ＭＣＵ１０５は、充電期間においては、２次電池１０８の電源電圧が所定の閾値を上回るまでスリープ状態を維持し、所定の閾値を上回った時点を計測期間の始点として計測周期を再設定してスリープ状態から復帰する。

以上のように、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。

＜その他の実施形態＞
以上本発明の第１および第２実施形態を説明したが、これら実施形態に以下の変形を加えてもよい。
（１）上記第１実施形態では、計測処理を行う毎に次回の計測処理の計測周期として直近に計測された電力値に応じた時間長の計測周期を設定する場合について説明したが、リファレンス計測（図６：ステップＳ１０５）の計測結果に応じた計測周期を使い続けてもよく、この場合は計測処理におけるステップＳ３０９の処理を省略すればよい。

（２）上記第１実施形態では、計測周期の時間長が計測期間の時間長と安定時間の和よりも長い場合には、電源制御回路１１０を一旦ＯＦＦし、計測周期の時間長−計測期間の時間長−安定時間の経過後、または２次電池１０８の端子電圧が閾値を上回ったことを契機として電源制御回路１１０をＯＮにして安定時間の経過を待つ場合について説明した。しかし、このような態様では、２次電池１０８の端子電圧が閾値を上回ってから計測期間が開始されるまで安定時間分の遅延が生じる。このような遅延の発生が好ましくない場合には電源制御回路１１０を常時ＯＮにしておけばよい。この場合、図７に示すスリープ処理に代えて図１２に示すスリープ処理をＭＣＵ１０５に実行させるようにすればよい。

１００……電力計測装置、１０１……カレントトランス、１０２……スイッチ、１０３……計測回路、１０４……Ａ／Ｄ変換器、１０５……ＭＣＵ、１０６……通信回路、１０７……充電回路、１０８……２次電池、１０９……電力線、１１０……電源制御回路、２００……電流計測装置、２０１……全波整流回路。

Claims (4)

1. 計測対象の電力線に流れる電流に応じた電流を発生させて蓄電手段を充電し、前記電力線を介して供給される電力を、前記蓄電手段を電源として計測する電力計測装置において、
   前記電力線に流れる電流を、設定された計測周期で計測する計測手段と、
   前記計測周期の時間長に応じた期間を計測期間と充電期間とに分割した場合の前者の期間では、前記電力線を介して供給される電力を前記計測手段による計測結果に基づいて算出する処理を実行する一方、後者の期間では前記電力線に流れる電流の電流値が所定の閾値を上回るまでスリープ状態を維持し、前記閾値を上回った時点を前記計測期間の始点として前記計測周期を再設定してスリープ状態から復帰する制御手段と、
   を具備することを特徴とする電力計測装置。
2. 前記計測手段は、
   前記電力線に流れる電流に応じた電流を出力するカレントトランスと、
   前記カレントトランスが出力する電流に応じた電圧を出力する計測回路と、
   前記計測回路が出力する電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と
   を具備することを特徴とする請求項１に記載の電力計測装置。
3. 前記Ａ／Ｄ変換器が出力するＡ／Ｄ変換値と前記計測周期とを対応付けるサンプリングテーブルを記憶する記憶手段を具備し、
   前記制御手段は、前記サンプリングテーブルを参照することにより、前記計測周期を決定することを特徴とする請求項２に記載の電力計測装置。
4. 計測対象の電力線に流れる電流に応じた電流を発生させて蓄電手段を充電し、前記電力線に流れる電流を、前記蓄電手段を電源として計測する電流計測装置において、
   前記電力線に流れる電流を、設定された計測周期で計測する計測手段と、
   前記計測周期の時間長に応じた期間を計測期間と充電期間とに分割した場合の後者の期間では前記計測手段により計測される電流の電流値が所定の閾値を上回るまでスリープ状態を維持し、前記閾値を上回った時点を前記計測期間の始点として計測周期を再設定してスリープ状態から復帰する制御手段と、
   を具備することを特徴とする電流計測装置。

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