JP2019215234A - パルス発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】需要家用パルス出力機能を備えていないスマートメータにおいても、パルス検出型の電力監視機器を利用することを可能とするパルス発生装置の提供。【解決手段】高圧用電力量計５０から検出されたパルスに基づいて電力量を監視する電力監視機器６１に接続されるパルス発生装置１０であって、電力量データの出力機能付き電力量計３０から取得した電力量のデジタルデータに基づき、高圧用電力量計５０から検出されるパルスと同等の疑似パルスを生成し、電力監視機器６１に送信するパルス発生装置および同装置を備えるシステム。【選択図】図４

Description

本発明は、スマートメータから取得した電力使用状況データに基づき疑似パルスを発生するパルス発生装置に関する。

従来、電力会社と高圧受電の需要家で契約される電気料金の基本料金は、最大デマンド値に基づき決定されている。デマンド値は、「デマンド時限」と呼ばれる時間間隔で算出され、例えばデマンド時限が３０分の場合、３０分間の消費電力量Ｐからもとめた平均使用電力（ｋＷ）が３０分デマンド値と呼ばれ、１箇月の中での最大の３０分デマンド値が電気料金算出の基礎となる最大デマンド値となる。電気料金は、過去の所定期間の最大デマンド値に基づき決定され、最大デマンド値が増加し記録されると、以降一定期間の電気料金はその最大デマンド値に拘束される。
そのため、需要家は、消費電力の傾向から、デマンド時限における予測デマンド値を算出し、予測デマンド値が基準値を超過することが見込まれる場合には警報を出力したり、負荷を切り離したりして消費電力を低減する電力デマンド値監視装置を利用して、電気料金の削減を図っている（例えば、特許文献１および２）。

ところで、昨今、電気の使用量を計量する電力量計のスマートメータへの置き換え作業が進められており、２０２０年代半ばまでには全ての電力量計がスマートメータへ置き換えられることが計画されている。スマートメータは、３０分ごとの電力量を計測して保持する機能を持ち、外部との通信を行うことで、デジタルデータでの使用電力量等の取得ができ、自動検針やＥＭＳ（Energy Management System）への利用などが可能になると言われている。

スマートメータから電力等使用情報を取得するルートとしては、Ａルート：スマートメータと電力事業者を結ぶネットワーク、Ｂルート：スマートメータと建物内の電子機器を結ぶネットワーク、Ｃルート：第三者（サービス事業者）が需要家にサービスを提供するためのネットワークがあり、このうちＢルートは、需要家がスマートメータと直接通信することができ、データ取得サイクルが短く、詳細な電力データを取得できることから、省エネ化への対応等に活用できることが期待されている。

特開２０００−９７５７号公報 特開２０００−１０４８９号公報

現在普及している高圧以上のスマートメータは、需要家に対する「需要家提供パルス」出力端子を備えており、このパルス出力端子から出力されるパルスを利用して、従来の通信機能を有しない電力量計に対応した電力デマンド値監視装置等の電力監視機器を使用することが可能である。現在のところ、需要家に対する提供はこの「電気的パルスの提供」と「通信によるデジタルデータの提供」の２つを具備していることになる。しかしながら、スマートメータは電力会社の資産であり、現在はサービスで取り付けられている需要家用パルス出力端子が今後も永続的に取り付けられるかの保証はない。需要家用パルス出力機能が無くなった場合、計量パルスを利用した需要家資産で設置した電力監視機器を継続利用することができなくなるという問題が生じる。

そこで、本発明は、需要家用パルス出力機能を備えていないスマートメータにおいても、パルス検出型の電力監視機器を利用することを可能とするパルス発生装置を提供することを目的とする。

本発明のパルス発生装置は、高圧用電力量計から検出されたパルスに基づいて電力量を監視する電力監視機器に接続されるパルス発生装置であって、電力量データの出力機能付き電力量計から取得した電力量のデジタルデータに基づき、前記高圧用電力量計から検出されるパルスと同等の疑似パルスを生成し、前記電力監視機器に送信することを特徴とする。

上記パルス発生装置において、クロック信号に基づき単位設定時間間隔で電力量のデジタルデータを取得し、記憶部に記憶すること、記憶部に記憶した電力量のデジタルデータに基づきパルス発生関数を算出し、パルス発生関数に基づき疑似パルスを生成することを特徴としてもよい。
上記パルス発生装置において、前記パルス発生関数が、記憶部に記憶した過去の電力量のデジタルデータ群に基づき予測した直近の電力量に基づき生成する疑似パルスの数および周期を定めるものであることを特徴としてもよい。
上記パルス発生装置において、前記パルス発生関数が、記憶部に記憶した直近の電力量のデジタルデータに基づき生成する疑似パルスの数および周期を定めるものであることを特徴としてもよい。
上記パルス発生装置において、前記パルス発生関数が定める疑似パルスの発生周期が、一定であることを特徴としてもよい。

上記パルス発生装置において、電力量データの出力機能付き電力量計から取得した３０分積算電力値と単位設定時間間隔で前記記憶部に記憶した電力量から算出した３０分積算電力値との誤差を補正する補正用疑似パルスを生成する機能を備えることを特徴としてもよい。
上記パルス発生装置において、電力量データの出力機能付き電力量計から取得した日積算電力値と単位設定時間間隔で前記記憶部に記憶した電力量から算出した日積算電力値との誤差を補正する補正用疑似パルスを生成する機能を備えることを特徴としてもよい。
上記パルス発生装置において、前記３０分積算電力値との誤差および／または前記日積算電力値との誤差を、前記単位設定時間の２倍以上長い補正時間の間、補正用疑似パルスを生成することにより補正することを特徴としてもよい。
上記パルス発生装置において、前記高圧用電力量計から検出される電流パルスと同等の疑似電流パルスまたは前記高圧用電力量計から検出される計量パルスと同等の疑似計量パルスを選択して生成する機能を備えることを特徴としてもよい。
上記パルス発生装置において、前記疑似パルスのパルス幅を調整する機能を備えることを特徴としてもよい。

本発明の電力監視システムは、高圧受電の電力需要家用である電力量計から検出されたパルスに基づいて電力量を監視する電力監視機器と、上記パルス発生装置と、を備える電力監視システムである。

本発明によれば、需要家用パルス出力機能を備えていないスマートメータにおいても、パルス検出型の電力監視機器を利用することが可能となる。

従来の通信機能を有しない電力量計と電力監視機器の接続を説明する図である。 スマートメータのパルス出力端子とパルス検出型電力監視機器との接続を説明する図である。 スマートメータの通信部とデータ通信型電力監視機器との接続を説明する図である。 本発明のパルス発生装置と電力監視機器との接続を説明する図である。 本発明のパルス発生装置のブロック図である。 疑似パルスの生成フローを説明する図である。 過去の電力量データをもとに生成される疑似パルスを説明する図である。 疑似パルスの発生周期の補正フローを説明する図である。 Ｂルート経由で実測した電力量データを用いたシミュレーション結果を示すグラフである。

図１は、従来の通信機能を有しない高圧用電力量計５０とパルス検出型電力監視機器６１の接続を説明する図である。
高圧用電力量計５０は、パルス出力端子５１を備えた取引用電力量計である。パルス検出器５２は、パルス出力端子５１から出力された電流パルスを検出し、ケーブル５３に電流パルスを送信する。パルス変換器５４は、電流パルスを電力監視機器６１の仕様にあった計量パルス（例えば５０，０００Ｐｕｌｓｅ／ｋＷｈの電流パルスを１Ｐｕｌｓｅ／ｋＷｈに換算した計量パルス）に変換し、電力監視機器６１に送信する。なお、電力監視機器６１がパルス変換機能を備えている場合には、パルス変換器５４を介さずに、パルス検出器５２と電力監視機器６１とを直結する場合もある。

電力監視機器６１は、例えば電力デマンド値監視装置であり、高圧用電力量計５０から出力される計量パルスに基づいて最大需要電力を常時監視し、高負荷電力の使用により契約電力を超過する最大需要電力の発生が予測されるときには、液晶ディスプレイ等の表示部に警告メッセージを表示するのと共に警報音を出力する。

電力監視機器６１は、上位の監視装置（例えばパルス使用型ＥＭＳ）に接続される場合もあり、例えば複数の工場やビルなどの電力監視をまとめて遠隔でおこなう場合は、パルス計数しデジタル化した電力量データを上位監視装置などと通信によりやりとりする場合もある。

図２は、スマートメータ３０とパルス検出型電力監視機器６１の接続を説明する図である。
スマートメータ３０は、電力量計として機能する高圧用電気メータ３１と、パルス出力端子３２と、通信部３３とから構成された、電力量データの出力機能付き電力量計である。
パルス出力端子３２は、従来の高圧用電力量計５０と同様の電流パルスを発信する端子である。
パルス検出器５２、ケーブル５３、パルス変換器５４および電力監視機器６１は、図１と同様であるので説明を省略する。

通信部３３は、Ａルート５６経由で通信を行うＡルート通信部と、Ｂルート５５経由で通信を行うＢルート通信部とを備えている。Ａルート通信部は、Ａルート５６を介して無線などの手段で電力事業者との通信を可能とし、Ｂルート通信部はＢルート通信ケーブル５５を介して建物内の電子機器との通信を可能とする。実施形態例に係るＢルート通信部は、Echonet Lite規格を用いている。
ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）７０は、各需要家における個々の電力消費機器の電力消費量を収集し、制御するシステムであり、データ通信ケーブル５５を介してスマートメータ３０と需要家の使用電力量等を通信する。ＨＥＭＳ７０に代え、ＢＥＭＳ（Building Energy Management System）やＦＥＭＳ（Factory Energy Management System）が接続されてもよい。

図３は、スマートメータ３０が備える通信部３３とデータ通信型電力監視機器６２との接続を説明する図である。
電力監視機器６２は、Ｂルート経由でスマートメータ３０と通信を行うＢルート通信部を備えている。Ｂルート通信部を備える電力監視機器６２によれば、従来の電力監視機器６１と同様の電力監視を行うことができる。しかし、従来のパルス検出型の電力監視機器６１を備える需要家にとっては、データ通信型電力監視機器６２をリプレイス導入するために多額の設備投資費用が必要となる。

図４は、本発明のパルス発生装置１０とパルス検出型電力監視機器６１との接続を説明する図である。
パルス検出器５２、パルスケーブル５３および電力監視機器６１は、図１と同様であるので説明を省略する。
図５に示すように、パルス発生装置１０は、第１通信部１１と、第２通信部１２と、コネクタ部１３と、制御部１４と、表示部１５と、操作部１６と、パルス発生プログラムが記憶された記憶部１７と、クロック生成部１８と、パルス生成部１９とを備えている。

第１通信部１１は、スマートメータ３０とＢルート経由で双方向通信することを可能とするための通信モジュールを備えて構成され、Echonet Lite規格に準じた通信モジュールにより構成される。
第２通信部１２は、疑似パルスをパルスケーブル５３に出力する電気的パルス出力端子を備えている。

コネクタ部１３は、パルス発生装置１０に電源供給したり、外部機器やセンサデバイス等と情報通信したりするためのコネクタを備えて構成され、例えば、ＵＳＢコネクタを備えて構成される。
制御部１４は、記憶部１７から読み出したパルス発生のためのプログラムを実行するための、クロックおよびプロセッサを備えて構成される。
表示部１５は、電源のＯＮ／ＯＦＦ、通信の確立などを知らせるための表示装置であり、例えば、ＬＥＤインジケータや液晶パネルにより構成される。
操作部１６は、電源のＯＮ／ＯＦＦ、警報ブザーを停止するためのものであり、１つ以上のボタンおよび／または表示部１５に表示されたソフトウェアボタンにより構成される。

記憶部１７は、消費電力や温湿度等の各種データおよびプログラム等を格納するための記憶装置であり、例えば不揮発性メモリ、ＨＤＤ、ＳＳＤ（Solid State Drive）等のメディアを備えて構成される。記憶部１７には、疑似計量パルスを出力する設定値およびパルス発生プログラムが記憶されている。パルス発生プログラムは、従来のパルス検出器５２から出力される電流パルスに換算した疑似電流パルスを生成する機能と、従来のパルス変換器５４から出力される計量パルスに換算した疑似計量パルスを生成する機能とを備えている。パルス生成部１９に疑似電流パルスを生成させるか、疑似計量パルスを生成させるかは、操作部１６で設定することが可能である。また、疑似パルスのパルス幅についても、電力監視機器６１の仕様に応じて、任意のパルス幅（例えば、ＯＮ＝１０ｍｓ、ＯＦＦ＝１０ｍＳ）を操作部１６で設定することが可能である。

図６を参照しながら、疑似パルスの生成フローについて説明する。
パルス発生プログラムは、第１通信部１１を介してＢルート経由でスマートメータ３０から電力量データ（ｉ）を取得する（ＳＴＥＰ６１）。ここで、「ｉ」は、単位設定時間（例えば１０秒）が経過する毎に１ずつ増加する整数値を意味している（図７参照）。スマートメータ３０は、需要家の電力使用状況データ（電力消費データと発電データを含む）をリアルタイムで計測・計量しており、パルス発生プログラムはＢルート経由で任意時点の電力使用状況データが入手可能である。
続いて、前置処理として、リミッタ、加算フィルタ等を用いてノイズ除去し、ノイズ除去された電力量データ（ｉ）を記憶部１７に記憶する（ＳＴＥＰ６２）。Ｂルートから提供される情報は、不定周期で変化する離散量であり、量子化誤差、データ欠損などのノイズを含んでいるからである。
続いてパルス発生プログラムは、蓄積した過去の電力量データ群から発生させるパルスの数および周期を定めるパルス発生関数（ｉ＋１）を算出し、記憶部１７に記憶する（ＳＴＥＰ６３）。出力される疑似パルスの周波数が一定となるように（好ましくは、周波数が一定かつ滑らかに変化するように）パルス発生関数（ｉ＋１）を作成することが好ましい。

パルス発生プログラムは、ＳＴＥＰ６３で算出したパルス発生関数（ｉ＋１）に基づき、パルス生成部１９で疑似パルス（ｉ＋１）を生成し、第２通信部１２より疑似パルスを出力させる（ＳＴＥＰ６４）。本実施形態では、パルス発生プログラムは、Ｂルート経由でスマートメータ３０から電力量データ（ｉ＋１）を取得する前に、パルス発生関数（ｉ＋１）に基づき予測される疑似パルスを生成するが、これとは異なり、単位設定時間（例えば１０秒）だけ古い電力量データ（ｉ）に基づく疑似パルスを生成する仕様を採用してもよい。
パルス発生プログラムは、単位設定時間の経過により出力されたクロック生成部１８からのクロック信号に基づいて、単位設定時間（例えば１０秒）の経過ごとにｉの値を１増加して、Ｂルート経由でスマートメータ３０から次の電力量データを取得する（ＳＴＥＰ６５，６６）。以上のＳＴＥＰ６１〜６６は、パルス発生装置１０の稼働中、継続して実行される。

また、パルス発生プログラムは、疑似パルスの発生周期の補正機能を備えている。
Ｂルートデータは、ゆらぎのある時間間隔Ｔ秒（例えばＴ１、Ｔ２、Ｔ３・・・）の電力使用量ＥｋＷｈ（例えばＥ１、Ｅ２、Ｅ３・・・）しか分からないため、急激に電力使用量が変化したとしても、情報伝送タイミングに依存するＴ秒後に、電力使用量が一気にＥだけ増加するような段階的な変化値しか分からないという問題がある。ここで、（１）Ｔ秒が長い、（２）Ｅ（電力使用量）が大きい、（３）Ｂルート１ｄｉｇｉｔの電力量が大きい（例えば、１ｄｉｇｉｔ＝１ｋＷｈ）、（４）何らかの事情により、Ｂルートデータの欠損が生じる場合がある、などの理由によって、パルス発生関数（ｉ＋１）の計算が不正確になる可能性がある。現行のパルスはアナログ情報であるのに対して、Ｂルートデータはデジタル情報であり滑らかでないことから、ＴおよびＥのデータを利用して、より細やかな時間毎（ｔ秒:ｔ＜Ｔ）の電力使用量（ｅｋＷｈ：ｅ＜Ｅ）の変化として捉えられるよう疑似パルスを発生させるしくみを提供することが求められている。

図８および図９を参照しながら、疑似パルスの発生周期の補正機能を説明する。
上述のＳＴＥＰ６１〜６６の継続中、３０分間隔のデマンド時限が経過すると、パルス発生プログラムは、Ｂルート経由でスマートメータ３０から３０分積算電力値Ｓ１（ｔ）を取得する（ＳＴＥＰ７１，７２）。３０分毎に提供される積算電力量値Ｓ（ｔ）は、計量法に基づく高精度情報であり、ＳＴＥＰ６１で取得される電力量データと比べ１桁以上高精度である。続いて、パルス発生プログラムは、Ｂルート経由で取得した電力量データ（ｉ）の３０分積算電力値Ｓ１’（ｔ）とＢルート経由で取得した３０分積算電力値Ｓ１（ｔ）とを比較し、次のデマンド時限が経過する前の任意のタイミング（好ましくは次の単位設定時間）に補正用パルス発生関数と補正時間を算出する（ＳＴＥＰ７３）。補正用パルス発生関数は、出力される補正用疑似パルスの周波数が一定となるように作成することが好ましい。補正時間は、単位設定時間の例えば２〜６００倍（または２０秒〜２０分）の範囲で設定することが開示されるが、単位設定時間の３倍以上（または３０秒以上）とすることがより好ましく、４倍以上（または４０秒以上）とすることが更に好ましい。補正時間が短いと、パルス検出型電力監視機器６１が誤動作するおそれがあるからである。

パルス発生プログラムは、補正されたパルス発生関数と補正時間に基づき補正時間の間（例えば、６０〜１８０秒）、通常よりも疑似パルス発生量を増加または減少し、３０分誤差が是正されるようにする（ＳＴＥＰ７４）。例えば、図９に示すように、３０分積算電力値Ｓ１（ｔ）と比べ３０分積算電力値Ｓ１’（ｔ）が少ない場合には、パルス発生プログラムは補正時間の間、誤差が是正されるように疑似パルスの発生周期を通常時より短くする。図９とは逆に、３０分積算電力値Ｓ１（ｔ）と比べ３０分積算電力値Ｓ１’（ｔ）が多い場合には、パルス発生プログラムは、誤差が是正されるように疑似パルスの発生周期を通常時より長くする。
なお、ＳＴＥＰ７３において補正時間の算出は行わず、補正時間を予め定めた固定時間とする仕様としてもよい。

１日が経過すると、パルス発生プログラムは、Ｂルート経由でスマートメータ３０から日積算電力値Ｓ２を取得する（ＳＴＥＰ７５，７６）。１日毎に提供される積算電力量値Ｓ２は、３０分積算電力値Ｓ１（ｔ）と同様、計量法に基づく高精度情報である。続いて、パルス発生プログラムは、Ｂルート経由で取得した電力量データ（ｉ）の日積算電力値Ｓ２’とＢルート経由で取得した日積算電力値Ｓ２とを比較し、翌日の任意のタイミング（好ましくは次の単位設定時間）に補正用パルス発生関数と補正時間を算出する（ＳＴＥＰ７７）。パルス発生プログラムは、補正されたパルス発生関数と補正時間に基づき補正時間の間（例えば、６０〜１８０秒）、通常よりも疑似パルス発生量を増加または減少し、日誤差が是正されるようにする（ＳＴＥＰ７８）。

図９は、高圧受電の需要家設備において、Ｂルート経由で実測した電力量データを用いたシミュレーション結果を示すグラフである。同図から、Bルート経由実測値と３０分積算電力値との間に生じた誤差を、補正用疑似パルスの出力により是正できることが確認された。

以上に説明した本発明のパルス発生装置１０によれば、将来的に需要家用パルス出力端子を備えていないスマートメータに置き換えられることになった場合においても、従来のパルス検出型電力監視機器６１を継続して利用することが可能となる。パルス出力機能は、スマートメータの必要仕様とされていないところ、将来的には、パルス出力機能を有しないスマートメータが提供されることは充分考えられる。スマートメータを含む電力量計は計量法上、検定有効期間７年の満了の度に取り換える必要があるところ、電力会社がパルス出力機能を有しないスマートメータに取り換えた場合でも、パルス発生装置１０を設置しておけばパルス検出型電力監視機器６１を継続利用することが可能である。

また、疑似電流パルスまたは疑似計量パルスを選択して生成する機能や疑似パルスのパルス幅を調整する機能を備えているので、様々な環境の需要家設備において、本発明のパルス発生装置１０を利用することが可能である。
また、３０分積算電力値Ｓ１および日積算電力値Ｓ２との誤差を是正する補正用疑似パルスを出力する機能を備えているので、パルス検出型電力監視機器６１に正確なパルス信号を送信することが可能である。

１０ パルス発生装置
１１ 第１通信部
１２ 第２通信部
１３ コネクタ部
１４ 制御部
１５ 表示部
１６ 操作部
１７ 記憶部
１８ クロック生成部
１９ パルス生成部
３０ スマートメータ（電力量データの出力機能付き電力量計）
３１ 高圧用電気メータ
３２ パルス出力端子
３３ 通信部
５０ 高圧用電力量計
５１ パルス出力端子
５２ パルス検出器
５３ ケーブル
５４ パルス変換器
６１ パルス検出型電力監視機器
６２ データ通信型電力監視機器
７０ ＨＥＭＳ

Claims (11)

1. 高圧用電力量計から検出されたパルスに基づいて電力量を監視する電力監視機器に接続されるパルス発生装置であって、
   電力量データの出力機能付き電力量計から取得した電力量のデジタルデータに基づき、前記高圧用電力量計から検出されるパルスと同等の疑似パルスを生成し、前記電力監視機器に送信するパルス発生装置。
2. クロック信号に基づき単位設定時間間隔で電力量のデジタルデータを取得し、記憶部に記憶すること、
   記憶部に記憶した電力量のデジタルデータに基づきパルス発生関数を算出し、パルス発生関数に基づき疑似パルスを生成することを特徴とする請求項１に記載のパルス発生装置。
3. 前記パルス発生関数が、記憶部に記憶した過去の電力量のデジタルデータ群に基づき予測した直近の電力量に基づき生成する疑似パルスの数および周期を定めるものであることを特徴とする請求項１または２に記載のパルス発生装置。
4. 前記パルス発生関数が、記憶部に記憶した直近の電力量のデジタルデータに基づき生成する疑似パルスの数および周期を定めるものであることを特徴とする請求項１または２に記載のパルス発生装置。
5. 前記パルス発生関数が定める疑似パルスの発生周期が、一定であることを特徴とする請求項３または４に記載のパルス発生装置。
6. 電力量データの出力機能付き電力量計から取得した３０分積算電力値と単位設定時間間隔で前記記憶部に記憶した電力量から算出した３０分積算電力値との誤差を補正する補正用疑似パルスを生成する機能を備えることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載のパルス発生装置。
7. 電力量データの出力機能付き電力量計から取得した日積算電力値と単位設定時間間隔で前記記憶部に記憶した電力量から算出した日積算電力値との誤差を補正する補正用疑似パルスを生成する機能を備えることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載のパルス発生装置。
8. 前記３０分積算電力値との誤差および／または前記日積算電力値との誤差を、前記単位設定時間の２倍以上長い補正時間の間、補正用疑似パルスを生成することにより補正することを特徴とする請求項６または７に記載のパルス発生装置。
9. 前記高圧用電力量計から検出される電流パルスと同等の疑似電流パルスまたは前記高圧用電力量計から検出される計量パルスと同等の疑似計量パルスを選択して生成する機能を備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のパルス発生装置。
10. 前記疑似パルスのパルス幅を調整する機能を備える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パルス発生装置。
11. 高圧受電の電力需要家用である電力量計から検出されたパルスに基づいて電力量を監視する電力監視機器と、
    請求項１ないし１０のいずれかに記載のパルス発生装置と、
    を備える電力監視システム。