JP2569248B2 - 電子式電力量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電力給電線の電力に比例
した信号をアナログ−ディジタル変換して得られるディ
ジタル信号に基づいて当該電力給電線上の負荷電力を求
める電子式電力量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の発展に伴い、近年では、電力
量計分野においても、ディジタルで測定を行う電子式電
力量計が、従来の誘導形電力量計に取って変わろうとし
ている。

【０００３】この電子式電力量計は、電力給電線上の電
圧及び電流に比例した電圧信号及び電流信号をディジタ
ル信号に変換し、両者を乗算変換して電力データを得、
この電力データを積算することで電力量を算出するよう
になっているもので、半導体デバイスの発展がめざまし
い今、時代に相応しい動作形式をとっており、デバイス
の能力向上に伴って性能アップの可能性を秘めている。

【０００４】なお、負荷電圧に瞬時値及び実効値が比例
する電圧信号をアナログ−ディジタル変換することによ
り得られる電圧信号をＶで表し、負荷電流に瞬時値及び
実効値が比例する電流信号をアナログ−ディジタル変換
した電流信号をＩで表し、電力給電線からアナログ−デ
ィジタル変換器までのアナログ回路の電圧回路側及び電
流回路側の直流オフセットをそれぞれΔdcv 、Δdci と
し、負荷電流が負荷電圧よりも位相角θだけ遅れている
ものとすると、 ｅR ＝２^(1/2) ＶR sin ωｔ＋Δdcv （１） ｉR ＝２^(1/2) ＩR sin （ωｔ−θ）＋Δdci （２） であり、瞬時電力ｐR は、 ｐR ＝ＶR ＩR （cos θ−cos （２ωｔ−θ）） ＋２^(1/2) ＶR sin ωｔΔdci ＋２^(1/2) ＩR sin ωｔΔdcv ＋Δdcv Δdci （３） で表される（但し、ωは各周波数、ｔは時間を表す）。

【０００５】電力量は、この（３）式のｐR を積分した
ものに相当する。すなわち、この（３）式のある時間Ｔ
の積分値を示すと、

【０００６】

【数１】 となり、これが電力量となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記電子式電
力計にあっては今だ解決されていない問題が残されてい
る。

【０００８】一つは、電力給電線からアナログ−ディジ
タル変換器までの直流オフセットの問題である。

【０００９】上記（４）式から明らかなように、（３）
式における第２項及び第３項はゼロになるが、第４項に
よる直流オフセット分の影響は残っている。したがっ
て、測定される電力量が直流オフセットによる誤差分を
含むこととなる。この直流オフセット分は全ての負荷電
流の範囲において一定であり、負荷電流が小さくなるほ
ど電力に対する影響が大きい。つまり、電力量計の負荷
が軽くなるほど測定された電力量に誤差分が大きく含ま
れる。

【００１０】もう一つの問題は変成器やアナログ−ディ
ジタル変換器などの計器用回路の構成素子が有する負荷
状態に応じた特性変化による影響であり、電力量計は負
荷が軽くなるほどその回路構成素子の特性に起因してマ
イナス方向の誤差分が増大するのである。

【００１１】本発明は、上記課題を解決することによ
り、測定精度の向上を図った電子式電力量計を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の電子式電力量計
は、一次側が電力給電線に接続され、この電力給電線の
電圧に比例した電圧を二次側に発生する変圧器と、該変
圧器の二次側電圧信号の瞬時値をサンプリングし、各サ
ンプリング値を示すコードデータを出力する第１のアナ
ログ−ディジタル変換器と、該第１のアナログ−ディジ
タル変換器のコードデータに対し、補正信号値を加減操
作する第１の加減算器と、一次側が前記電力給電線に接
続され、この電力給電線の電圧に比例した電流を二次側
に発生する変流器と、該変流器の二次側電流信号の瞬時
値をサンプリングする第２のアナログ−ディジタル変換
器と、該第２のアナログ−ディジタル変換器のコードデ
ータに対し、補正信号値を加減操作する第２の加減算器
と、前記第１、第２の加減算器の出力データを掛け合わ
せて電力データを生成する乗算器と、前記第１のアナロ
グ−ディジタル変換器のコードデータを所定時間毎に積
算し、その結果を出力する第１の加算器と、該第１の加
算器からの出力データに基づいて前記二次側電圧信号の
１瞬時値あたりの直流オフセットを算出し、これを補正
信号として前記第１の加減算器に与える第１の直流オフ
セット演算器と、前記第２のアナログ−ディジタル変換
器のコードデータを所定時間毎に積算し、その結果を出
力する第２の加算器と、該第２の加算器からの出力デー
タに基づいて前記二次側電圧信号の１瞬時値あたりの直
流オフセットを算出し、これを補正信号として前記第２
の加減算器に与える第２の直流オフセット演算器と、前
記電力給電線が特定の軽負荷状態にあるときの誤差を補
償する軽負荷特性補償データが設定され、これを前記補
正信号として前記第１、第２の加減算器に与える軽負荷
補償値設定器とを備えていることを特徴とする。

【００１３】

【００１４】

【作用】本発明によれば、直流オフセットの無い交流信
号を少なくとも１周期であってその整数倍の時間だけ積
分すれば、その積分値がゼロになることに鑑み、電力給
電線上の実出力に比例した実電力データをカウントする
ことにより、交流分は打ち消されてゼロになり、直流オ
フセット分だけがゼロより大きい値として残されること
となる積分結果を利用して直流オフセットを検出し、そ
の結果に基づいて直流オフセット補償データを生成し、
この直流オフセット補償データに基づいて実電力ディジ
タル信号を補正するようになっているので、電力給電線
上の電力に含まれる直流オフセットの影響を除去した高
精度の測定結果が得られる。また、予め設定された軽負
荷補償データにより電力給電線が軽負荷状態にあるとき
の積分値に生ずる誤差を補償するようになっているた
め、高精度な測定が可能となる。特に一般家庭では、ク
ーラーを使う夏場のような場合を除き、定格に近い状態
で使われることは少なく、軽負荷で使われるケースが多
い。したがって、軽負荷状態を想定しての誤差補償能力
が無いと、とりわけ電力使用料に敏感な一般家庭におい
て大きな誤差を生ずることになるため、本発明は実用価
値が極めて高いのである。また、スイッチを使用してい
ないため、変圧器、変流器やそれ以前に生ずる熱起電力
なども除去することができる。

【００１５】また、直流オフセットの無い交流信号を少
なくとも１周期であってその整数倍の時間だけ積分すれ
ば、その積分値がゼロになることに鑑み、直流オフセッ
ト補償データ発生手段において電力給電線上の実電力に
比例した実電力データをカウントすることにより、交流
分は打ち消されてゼロになり、直流オフセット分だけが
ゼロより大きい値として残されることとなる積分結果を
利用して直流オフセットを検出し、その結果に基づいて
直流オフセット補償データを生成し、電力データ生成手
段が、この直流オフセット補償データを生成し、電力デ
ータ生成手段が、この直流オフセット補償データに基づ
いて実電力ディジタル信号を補正するようになっている
ので、電力給電線上の電力に含まれる直流オフセットの
影響を除去した高精度の測定結果が得られる。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
つつ説明する。

【００１７】図１は本発明の一実施例に係る電子式電力
量計の構成を示すものである。

【００１８】この図において、１は変圧器、２はアナロ
グ−ディジタル（以下、ＡＤという。）変換器である。
変圧器１は、一次側が電力給電線に接続され、この電力
給電線の電圧を、後段のＡＤ変換器２で取扱える程度の
値に降圧し、二次側に、電力給電線の電圧に瞬時値及び
実効値が比例する電圧信号を出力するものである。ＡＤ
変換器２は、変圧器１の二次電圧信号の瞬時値をサンプ
リングし、各サンプリング値を示すコードデータを出力
するものである。

【００１９】３は変流器、４はＡＤ変換器である。変流
器３は、一次側が電力給電線に接続され、この電力給電
線の電流を、後段のＡＤ変換器４で取扱える程度の値に
小電流に変換し、二次側に、電力給電線の電流に瞬時値
及び実効値が比例する電流信号を出力するものである。
ＡＤ変換器４は、変流器３の二次電流圧信号の瞬時値を
サンプリングし、各サンプリング値を示すコードデータ
を出力する。

【００２０】５，６は加減算器であり、これら加減算器
５，６はＡＤ変換器２，４の出力コードデータを補償す
るためのものである。加減算器５はＡＤ変換器２からの
コードデータに対し、補正信号値（すなわち、後述する
直流オフセット補償データ及び軽負荷補償データ）分を
加減操作するものである。加減算器６はＡＤ変換器４か
らのコードデータに対し、補正信号値（すなわち、後述
する直流オフセット補償データ及び軽負荷補償データ）
分を加減操作するものである。

【００２１】７は乗算器、８は積分器、９はパルス発生
器、１０は表示器であり、加減算器５，６の出力データ
は乗算器７において掛け合わされ、電力データに変換さ
れる。積分器８は、この電力データを一定時間だけ積分
し、その積分値をパルス発生器９に供給する。すると、
このパルス発生器９が入力値に応じた数のパルス列を出
力する。その出力パルスは表示器１０に与えられ、この
表示器１０において現在の積算値にそのパルス数を加算
し、時々刻々と電力量を表示するものである。パルス発
生器９の出力パルスは外部出力端子にも出力されるよう
になっており、当該電力計の試験をこの外部出力端子を
用いて行うことができるようにされている。

【００２２】１１は加算時間制御器、１２，１４は加算
器、１３，１５は直流オフセット演算器であり、これら
は上記直流オフセット補償データを生成するものであ
る。ここで、それらの機能を説明する前に原理について
説明しておく。

【００２３】まず、上記（１）、（２）式に示す電圧信
号及び電流信号をそれぞれ積分し、その時間のそれぞれ
の平均値を求めると、積分時間が十分長ければ、交流分
はほぼゼロになり、直流オフセット分だけが残る。この
直流オフセット分を電圧信号及び電流信号の各々から差
引けば、交流分のみを取出すことができることとなる。

【００２４】加算時間設定器１１は上記積分時間に相当
する時間が設定されているもので、その設定時間を示す
制御信号を出力する。

【００２５】加算器１２は、ＡＤ変換器２から時々刻々
と出力される瞬時値コードデータを加算時間設定器１１
の時間制御信号が示す時間毎に積算し、その結果と積算
回数とを直流オフセット演算器１３に与える。この直流
オフセット演算器１３は入力積算値を入力積算回数で割
って１瞬時値あたりの直流オフセットを算出し、この算
出した直流オフセットの符号を反転させた直流オフセッ
ト補償データを生成する。加減算器５には、この直流オ
フセット演算器１３の出力が入力され、ＡＤ変換器２の
出力データ値に対し直流オフセット演算器１３の出力デ
ータ値を減ずるか或いは加算するように動作する。これ
により、ＡＤ変換器２の出力データから直流オフセット
分が除去されることとなる。

【００２６】加算器１４及び直流オフセット演算器１５
は加減算器６に対して同様の処理を行う。これにより、
ＡＤ変換器４の出力データから直流オフセット分が除去
されることとなる。

【００２７】図２は直流オフセットの補償がされていな
い電流特性と直流オフセットの補償がされた電流特性と
を対比して示すものである。

【００２８】前述したが、この図からも明らかなよう
に、直流オフセット分による誤差は負荷電流が小さくな
るほど電力に対する影響が大きい。つまり、電力量計の
負荷が軽くなるほど測定された電力量に誤差分が大きく
含まれることとなる。本発明では、この誤差を生み出す
直流オフセット分が補償されるため、高精度の測定値が
得られることとなる。なお、この図２は次述する軽負荷
による誤差を無視した状態での特性を示しているもので
ある。

【００２９】次に、軽負荷補償値設定器１６は電力給電
線が特定の軽負荷状態にあるときの積分値に生ずる誤差
を補償するための軽負荷特性補償データが設定されてい
る。このデータは実際の当該電力計の試験データに基づ
いて設定されるものである。加減算器５，６では、この
軽負荷補償値設定器１６のデータによっても、対応する
ＡＤ変換器２，４の出力データを加減操作するようにな
っている。

【００３０】図３は軽負荷の補償がされていない電流特
性と軽負荷の補償がされた電流特性とを対比して示すも
のである。

【００３１】この図にも示すように、電力量計は負荷が
軽くなるほどその回路構成素子の特性に起因してマイナ
ス方向の誤差分が増大する。本発明では、この軽負荷に
よるオフセット分をも補償するようになっているため、
軽負荷時にはその加減値が効力を発揮し、より一層、高
精度の電力測定値が得られることとなる。なお、この軽
負荷が要因となる誤差の補償は、換言すれば、直流オフ
セットの補償値を軽負荷補償値により加減し、直流オフ
セットによる影響を逆に利用しているものである。

【００３２】以上本発明の一実施例を説明したが、本発
明は上記に限定されるものではない。

【００３３】例えば、上記実施例では電流信号のディジ
タルデータへの変換を電流モードのまま行っているが、
電圧モードに変換した後に行ってもかまわない。

【００３４】また、上記実施例においては、電力データ
の生成途中、つまりＡＤ変換器２，４の電圧あるいは電
流データの段階でオフセットの補償操作を行っている
が、乗算変換して電力データとした後にオフセットの補
償操作を行うようにしても良い。

【００３５】更に、上記実施例ではＡＤ変換器２，４が
瞬時値のコードデータを出力するもので構成されている
が、計数形式のもので構成することも可能である。この
場合、その形式に合わせて、加算器１２，１４ではパル
ス列を積算するように構成し、直流オフセット演算器１
５ではその積算値を積算時間で割り、単位時間あたりの
直流オフセットを計算し、それに応じた加減パルス列を
加減算器５，６に出力するように構成することとなる。
また、軽負荷補償値設定器１６でもパルス列出力するも
のを用いる。乗算器７あるいは両加減算器５，６ではパ
ルス数を示すデータに変換し、これを乗算変換して電力
データを生成するようにすれば良い。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、直流オフセットの無い
交流信号を少なくとも１周期であってその整数倍の時間
だけ積分すれば、その積分値がゼロになることに鑑み、
電力給電線上の実出力に比例した実電力データをカウン
トすることにより、交流分は打ち消されてゼロになり、
直流オフセット分だけがゼロより大きい値として残され
ることとなる積分結果を利用して直流オフセットを検出
し、その結果に基づいて直流オフセット補償データを生
成し、この直流オフセット補償データに基づいて実電力
ディジタル信号を補正するようになっているので、電力
給電線上の電力に含まれる直流オフセットの影響を除去
した高精度の測定結果が得られる。また、予め設定され
た軽負荷補償データにより電力給電線が軽負荷状態にあ
るときの積分値に生ずる誤差を補償するようになってい
るため、高精度な測定が可能となる。特に一般家庭で
は、クーラーを使う夏場のような場合を除き、定格に近
い状態で使われることは少なく、軽負荷で使われるケー
スが多い。したがって、軽負荷状態を想定しての誤差補
償能力が無いと、とりわけ電力使用料に敏感な一般家庭
において大きな誤差を生ずることになるため、本発明は
実用価値が極めて高いのである。また、スイッチを使用
していないため、変圧器、変流器やそれ以前に生ずる熱
起電力なども除去することができる。

【００３７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る電子式電力量計の構成
を示すブロック図。

【図２】直流オフセットの補償がされていない電流特性
と直流オフセットの補償がされた電流特性とを対比して
示す特性曲線図。

【図３】軽負荷特性の補償がされていない電流特性と軽
負荷特性の補償がされた電流特性とを対比して示す特性
曲線図。

【符号の説明】

１ 変圧器 ２ 電圧信号のディジタル−アナログ変換器 ３ 変流器 ４ 電流信号のディジタル−アナログ変換器 ５ 電圧データの加減算器 ６ 電流データの加減算器 ７ 乗算器 １１ 加算時間設定器 １２ 電圧データの加算器 １３ 電圧データの直流オフセット演算器 １４ 電流データの加算器 １５ 電流データの直流オフセット演算器 １６ 軽負荷補償値設定器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一次側が電力給電線に接続され、この電力
   給電線の電圧に比例した電圧を二次側に発生する変圧器
   と、 該変圧器の二次側電圧信号の瞬時値をサンプリングし、
   各サンプリング値を示すコードデータを出力する第１の
   アナログ−ディジタル変換器と、 該第１のアナログ−ディジタル変換器のコードデータに
   対し、補正信号値を加減操作する第１の加減算器と、 一次側が前記電力給電線に接続され、この電力給電線の
   電圧に比例した電流を二次側に発生する変流器と、 該変流器の二次側電流信号の瞬時値をサンプリングする
   第２のアナログ−ディジタル変換器と、 該第２のアナログ−ディジタル変換器のコードデータに
   対し、補正信号値を加減操作する第２の加減算器と、 前記第１、第２の加減算器の出力データを掛け合わせて
   電力データを生成する乗算器と、 前記第１のアナログ−ディジタル変換器のコードデータ
   を所定時間毎に積算し、その結果を出力する第１の加算
   器と、 該第１の加算器からの出力データに基づいて前記二次側
   電圧信号の１瞬時値あたりの直流オフセットを算出し、
   これを補正信号として前記第１の加減算器に与える第１
   の直流オフセット演算器と、 前記第２のアナログ−ディジタル変換器のコードデータ
   を所定時間毎に積算し、その結果を出力する第２の加算
   器と、 該第２の加算器からの出力データに基づいて前記二次側
   電圧信号の１瞬時値あたりの直流オフセットを算出し、
   これを補正信号として前記第２の加減算器に与える第２
   の直流オフセット演算器と、 前記電力給電線が特定の軽負荷状態にあるときの誤差を
   補償する軽負荷特性補償データが設定され、これを前記
   補正信号として前記第１、第２の加減算器に与える軽負
   荷補償値設定器とを備えていることを特徴とする電子式
   電力量計。