JP5348424B2 - 電力測定装置、電力測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力測定装置に係り、特に測定系統の計器損失測定機能を有する電力測定装置に関するものである。

電力を測定する際には、電力計を測定対象となる負荷の系統に挿入して、電力を測定する。しかし電力計そのものに損失があるため、測定した電力値はこの損失を含んだものとなる。また、電力計のみならず接続端子やケーブルの損失など、系統そのものに損失が生じる。これにより電力の供給に対する、測定対象での消費の効率が正確に測定できないということが発生する。

このような計器損失を補償しつつ電力測定を行う技術として、以下の測定装置が開示されている。

特開２００５−６９８６０号公報

上述の特許文献１の測定装置について、図９を参照しつつ説明する。

図９の測定装置は、電圧入力部１１０と電流入力部１２０とを有する。電圧入力部１１０には損失測定端子SVHが設けられ、電流入力部１２０には損失測定端子SAH、SALが設けられている。

また図９の測定装置は、測定信号を測定する通常測定モード、測定系統の電力損失を測定する損失測定モード、および損失測定モードの測定結果に基づき測定モードの測定結果に対する損失補償を行う損失補償モードのいずれかの動作モードを選択することができ、電流センサ２３とその周辺部分における電圧降下の測定および補償を行っている。

このような構成の測定装置では、損失を測定し、その損失を補償することで電力測定を高精度に行うようにしている。

しかしながら図９の従来の測定装置において、測定系統を含めた損失の評価は、測定系統が正常に動作していること前提としている。すなわち、測定系統を含めた損失の変動自体には関知せず、単にこの損失分を補償することで高精度な測定ができるとしている。そのため、測定系統自体に不具合が生じた場合、あるいは経時変化等で損失が異常に増大した場合等、動作の異常状態を認識することができない。

ここで、図１０を参照しつつ、測定系統およびその異常状態について説明する。図１０の例において、測定系統には、測定器２０１、装置および中継端子台の接続端子２０２、さらには測定対象である電力発生器２０４と接続するためのケーブル２０３などが含まれる。接続端子２０２で、端子の緩みや接触面の腐食などにより接触抵抗の増加が生じる場合がある。またケーブル２０３の被覆の劣化や、被覆末端の露出部の内部導線の腐食により、不具合が発生する可能性がある。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、測定対象以外での損失についても測定するとともに、測定系統の異常状態を察知することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の一態様に係る電力測定装置は、測定系統の電力損失を測定する機能を有する電力測定装置であって、測定された電圧および電流波形に基づき等価損失抵抗を演算する測定値演算部と、等価損失抵抗の変動限度値を記憶する記憶部と、測定値演算部によって演算された等価損失抵抗と記憶部に記憶された等価損失抵抗の変動限度値とを比較することで、測定系統が異常であるかを検出する演算制御部と、を有する。

また、上述した課題を解決するため、本発明の一態様に係る電力測定方法は、測定系統の電力損失を測定する機能を有する電力測定装置が、測定された電圧および電流波形に基づき等価損失抵抗を演算し、等価損失抵抗と記憶部に記憶された等価損失抵抗の変動限度値とを比較することで、測定系統が異常であるかを検出する。

本発明の電力測定装置、電力測定方法によれば、測定系統の損失分を補償することで高精度な測定を行うことだけでなく、等価損失抵抗を監視することで測定系統の異常を察知することができる。

本実施の形態に係る電力測定装置の基本構成の一例を示すブロック図である。 本実施の形態に係る電力測定装置の入力端子を例示したブロック図である。 本実施の形態に係る電力測定装置の動作の一例を示すフローチャートである（電力損失、等価損失抵抗等の初期値および限度値を設定する手順）。 本実施の形態に係る電力測定装置の動作の一例を示すフローチャートである（異常状態の検出処理）。 本実施の形態に係る電流測定部の端子切り替えおよび電流センサの構成の一例を示す図である。 本実施の形態に係る電力測定装置に表示部を設けた場合の一例を示すブロック図である。 本実施の形態に係る電力測定装置に絶縁部を設けた場合の一例を示すブロック図である。 本実施の形態を、一般の測定装置に適用したときの構成の一例を示すブロック図である。 従来の測定装置を示す図である。 測定対象である電力発生器と、測定器との接続例を示す図である。

以下、本実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施の形態に係る電力測定装置１の必要な機能及び構成を示すブロック図である。この図において３０は測定部であり、１０および２０はそれぞれ負荷電力あるいは計器自体の電力損失を測定するための電圧測定部と電流測定部である。尚、電圧測定部１０は特許文献１の電圧入力部と同等であり、電流測定部２０は、特許文献１の電流入力部と同等である。

４０は測定値演算部であり、電圧測定部１０と電流測定部２０で得られた波形から電力
、等価損失抵抗、電力損失、電圧電流間位相角を演算する。また測定値演算部４０は、特許文献１のＤＳＰ（特許文献１に記載されている演算処理を実行するユニット）の処理機能を有する。

５０は演算制御部であり、測定値演算部４０で演算された等価損失抵抗とその限度値との比較演算を行うとともに、後述の測定モードの切り替え制御、記憶部６０のリード／ライトの制御を行う。

６０は、演算制御部５０の制御に基づき、初期値、評価値や本実施の形態で使用される各データを記憶する記憶部（メモリ）である。また、７０は、キーボード、マウス等、作業者または外部から値を取得する入力手段と、外部に通知する出力手段とによって構成された入出力部であり、演算制御部５０の比較結果で等価損失抵抗が異常であると判定された場合に、その結果を出力する。

図２は、測定モードの切り替えのための入力端子を例示したブロック図である。図１と同一符号は同様の機能であるため、説明を割愛する。２１は端子切替／電流検出部であり、a１、a２、a３、a４は電流検出のための入力端子である。端子切替／電流検出部２１は、通常測定の場合、a1（A端子）、a2（±端子）に内部接続が切り替わり、また計器損失測定の場合、a3（SAH端子）、a4（SAL端子）に内部接続が切り替わることで、測定モードが切り替わる構成になっている。また、端子切替／電流検出部２１は、電流センサ２３（図９参照）を有する。

２４は、信号レベルを正規化する可変ゲイン回路であり、２７は、信号波形をディジタル値に変換するA/D変換器である。また、本実施の形態では、測定値演算部４０はＤＳＰ（Digital Signal Processor）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）であり、演算制御部５０はＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）である。

次に、電力測定装置１の動作を説明する。まずは図３を参照しつつ電力損失あるいは等価損失抵抗の初期値および限度値等の設定の方法について説明する。

演算制御部５０は、負荷電力を測定する通常測定モードに端子切替／電流検出部２１を切り替える。測定部３は電圧値（U1）、電流値（I1）、電力値（P1）を測定し、測定値演算部４０は電圧電流間位相角θを演算する（ステップＳａ１）。

次に演算制御部５０は、損失測定モードに端子切替／電流検出部２１を切り替え、測定部３は電圧値（U2）、電流値（I2）、電力値（P2）を測定し、測定値演算部４０は電圧電流間位相角θ2を演算する（ステップＳａ２）。

測定値演算部４０は、等価損失抵抗(Zr)、および電力損失(Wr)を次の式を用いて演算する（ステップＳａ３）。
Zr ＝ I2/I1×Zs×cos（θ2-θ）
ただしZsは電流センサ２３（図９参照）の等価抵抗値
Wr＝U1×I1×Zr

演算制御部５０は、U1、I1、P1、Zr、Wrを初期値として記憶部６０へ記憶する(ステップＳａ４)。尚、演算制御部５０は、これら初期値を、接続状態ごとに決められるＪＯＢ番号（作業者から取得もしくは演算制御部５０による採番）、および時刻が付与された状態で記憶部６０へ記憶する。このように、切り替えなどにより接続状態が変化した場合、それぞれの接続状態ごとにＪＯＢ番号が設定されることで、その接続に応じた初期値が設
定でき、またその接続に応じた損失評価が可能となる。

その後、電圧値の限度値（Ulim)、電流値の限度値（Ilim）、電力値の限度値（Plim）、電力損失の限度値（Wlim）が設定される（ステップＳａ５）。これら各限度値は、入出力部７０を介して作業者から入力される。

次に演算制御部５０は、等価損失抵抗の変動限度値（Zlim）を設定する（ステップＳａ６）。ここで、作業者が入出力部７０に値を入力する場合（ステップＳａ６、直接入力）、演算制御部５０は、Zlimを入出力部７０から取得する（ステップＳａ７）。一方、入力が無い場合（ステップＳａ６、演算）、演算制御部５０は、以下の式を用いてZlimを演算する（ステップＳａ８）。
Zlim ＝ （1 + Wlim/Wr) × Zr

演算制御部５０は、ステップＳａ７で作業者から入力された値、またはステップＳａ８で演算された値を記憶部６０へ記憶する（ステップＳａ９）。尚、ZlimはＪＯＢ番号に対応付けられるように記憶される。また演算制御部５０によってＪＯＢ番号が採番された場合は、ここで作業者に通知される。

引き続き評価動作について説明する。図４は、通常測定モードと損失測定モードとが切り替わることにより、損失の状況を評価し、評価結果を出力する動作の例である。以下ステップごとに動作を説明する。

演算制御部５０は、ＪＯＢ番号が作業者から入出力部７０を介して入力されているかを判断する（ステップＳｂ１）。ここで、ＪＯＢ番号が入力されていない場合（ステップＳｂ１、Ｎ）、事前に定義されているデフォルト値の初期値が設定される（ステップＳｂ２）。一方、ＪＯＢ番号が入力されている場合（ステップＳｂ１、Ｙ）、演算制御部５０は、当該ＪＯＢ番号を取得する（ステップＳｂ３）。

演算制御部５０は、ＪＯＢ番号に対応した、あるいはその接続に応じた初期値を記憶部６０から読み出し、取得する（ステップＳｂ４）。

演算制御部５０は、端子切替／電流検出部２１を、負荷電力を測定する通常測定モードに切り替え、測定部３は電圧値（U）、電流値（I）、電力値（P）を測定し、測定値演算部４０は電圧電流位相角θを演算する（ステップＳｂ５）。測定モードの切り替えは、ＪＯＢ番号に対応した時刻、時間間隔に実行される（ステップＳｂ６）。

演算制御部５０は、端子切替／電流検出部２１をSAH/SALを使用する損失測定モードに切り替え、測定部３は電圧値（Ua）、電流値（Ia）、電力値（Pa）を測定し、測定値演算部４０は電圧電流位相角θaを演算する（ステップＳｂ７）。

測定値演算部４０は、等価損失抵抗(Zr)、および電力損失(Wr)を次式を用いて演算する（ステップＳｂ８）。
Zr = Ia/I×Zs×cos（θa-θ）
Wr = U×I×Zr
ただしZsは電流センサ２３（図９参照）の等価抵抗値

演算制御部５０は、ステップＳｂ５で測定されたU、I、P、ステップＳｂ８で演算されたWr、Zr、および実施時刻を記憶部６０に記憶する（ステップＳｂ９）。

次に演算制御部５０は、ステップＳｂ８で算出されたZrと、Zlim（ステップＳａ７また
はＳａ８参照）とを比較する（ステップＳｂ１０）。ここで、ZrがZlimより小さい場合（ステップＳｂ１０、Ｎ）、正常状態であるため処理はステップＳｂ５へ戻る。一方、ZrがZlim以上である場合（ステップＳｂ１０、Ｙ）、演算制御部５０は、異常状態であるとして入出力部７０を介して外部に出力する（ステップＳｂ１１）。入出力部７０の外部への通知手段として、例えば、アラーム音、他装置への通信、あるいは電圧もしくは電流でのトリガ出力などがある。

尚、Zlimの値を小さくすることで、演算制御部５０は、測定系統が異常状態になる前に検知することができ、測定系統が異常状態になるのを事前に回避することができる。

図５は、端子切替／電流検出部２１の内部構成の一例であり、特許文献１からの引用である。図５（ａ）は、低電流用の電流センサ２５と大電流用の電流センサ２６とを直列接続した例であり、図５（ｂ）は、低電流用の電流センサ２５と大電流用の電流センサ２６とを並列接続した例である。切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の可動接点を所定の組み合わせで連動して切換駆動することで、通常測定モード、計器損失測定モードが選択できる。

図６は、図２に示した電力測定装置に対して、表示部８０を備えた構成を示すブロック図である。表示部８０は、ディスプレイやプリンタ等の表示手段であり、計器損失等が異常状態である場合に表示部８０は所定メッセージを表示する。

図７は、図６に示した電力測定装置に対して、電圧測定部１０および電流測定部２０の入出力配線に絶縁部Ｉｓ１〜Ｉｓ４を備えた図である。このように絶縁部Ｉｓ１〜Ｉｓ４を備えることで、電気的なノイズの影響を低減することができる。

図８は、電流測定部を有する一般の測定装置に、本実施の形態の基本構成を適用させた場合の一例を示すブロック図である。前述の電圧電流位相角θｘをゼロとすれば、電圧と電力の測定なしで、つまり電流値のみで等価損失抵抗Zrを演算できることになる。
（∵前述の式Zr ＝ Ia/I×Zs×cos（θa-θ）においてcosの項が１となり、Zrは電流値のみで決まる。）
つまり電力計以外での電流測定機能のある測定器で損失の評価が可能となる。

また、等価損失抵抗Zrの演算において位相角θxをゼロとすることで、電圧と電力の測定が不要となり電力計以外での電流測定機能のある測定器で損失の評価が可能となる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。

１０ 電圧測定部
２０ 電流測定部
３０ 測定部
４０ 測定値演算部
５０ 演算制御部
６０ 記憶部
７０ 入出力部
８０ 表示部

Claims (5)

1. 測定系統の電力損失を測定する機能を有する電力測定装置であって、
   測定された電圧および電流波形に基づき等価損失抵抗を演算する測定値演算部と、
   等価損失抵抗の変動限度値を記憶する記憶部と、
   前記測定値演算部によって演算された等価損失抵抗と前記記憶部に記憶された等価損失抵抗の変動限度値とを比較することで、前記測定系統が異常であるかを検出する演算制御部と、
   を有する電力測定装置。
2. 請求項１に記載の電力測定装置において、
   前記演算制御部は、さらに、初期設定時において、測定信号を測定する通常測定モードと、前記測定系統の電力損失を測定する損失測定モードとのモードの切り替えを制御し、
   前記測定値演算部は、さらに、前記初期設定時において、前記通常測定モードと前記損失測定モードとのそれぞれのモードで測定された電圧および電流波形に基づき電力損失および等価損失抵抗を演算し、
   前記演算制御部は、さらに、前記初期設定時において前記測定値演算部によって演算された電力損失および等価損失抵抗に基づき、等価損失抵抗の変動限度値を演算し、前記記憶部に記憶させることを特徴とする電力測定装置。
3. 請求項２に記載の電力測定装置において、
   前記測定値演算部は、前記通常測定モードと前記損失測定モードとのそれぞれのモードで測定された電圧および電流波形に基づき等価損失抵抗を演算し、
   前記演算制御部は、前記通常測定モードと前記損失測定モードとのそれぞれのモードで測定された電圧および電流波形に基づき演算された等価損失抵抗と、前記記憶部に記憶された等価損失抵抗の変動限度値とを比較することで、前記測定系統が異常であるかを検出することを特徴とする電力測定装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電力測定装置において、
   さらに、前記演算制御部によって前記測定系統が異常状態であると検出された場合、外部に出力、又は表示する通知部を有することを特徴とする電力測定装置。
5. 測定系統の電力損失を測定する機能を有する電力測定装置が、
   測定された電圧および電流波形に基づき等価損失抵抗を演算し、
   前記等価損失抵抗と記憶部に記憶された等価損失抵抗の変動限度値とを比較することで、前記測定系統が異常であるかを検出する
   電力測定方法。

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