JP5432651B2 - 交直両用電力計 - Google Patents

Description

本発明は、交直両用電力計に関するものである。

近年、太陽電池の普及や省エネルギの推進などの観点から、一般の住宅に直流電力を配電する直流配電システムを導入し、直流電力の給電を受けて動作する直流負荷に直流電力を直接配電することが検討されている。しかしながら、住宅内の電気機器の中でも消費電力が比較的大きい冷蔵庫やエアコンなどの機器に直流電力を給電して動作させようとすると、給電電圧が高電圧となるため、消費電力の大きな負荷に対しては従来と同様、交流電力を給電することが考えられ、家庭内に直流電力を配電するシステムと交流電力を配電するシステムを併存させることが考えられている。

ここで、直流電力と交流電力の両方を配電する場合、同じ電力線に交流電力と直流電力を重畳して配電し、負荷側で直流又は交流を分離して受電する方式と、交流電力を給電するための電力線と直流電力を給電するための電力線を別々に配線する方式とが考えられるが、消費電力を計測するために、直流電力用の電力計と交流電力用の電力計とを別々に用意する必要があった。例えば特許文献１に示される電力モニタリングシステムでは、太陽電池モジュールにより発電される直流電力の瞬時値および積算値を直流電力計により計測するとともに、商用交流電力線から供給される交流消費電力の瞬時値および積算値を交流電力計により計測し、直流電力計および交流電力計の計測結果をモニタに表示させていた。

特開２０００−３１４７５２号公報

上述のように従来は、直流電力を計測する直流電力計と、交流電力を計測する交流電力計とを別々に設ける必要があり、一台の電力計で直流電力と交流電力の両方を計測することはできなかった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、１台で直流電力と交流電力の両方を計測できる交直両用電力計を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、直流電力を配電する直流電力線からなる電力線に流れる、直流電流成分又は交流電流成分の少なくとも何れか一方を含む入力電流の電流値に応じた大きさの信号を出力する電流検出部と、電流検出部から出力される信号を、直流電流成分に対応した直流電流信号と交流電流成分に対応した交流電流信号とに分離して出力する電流交直分離部と、電力線に印加される、直流電圧成分又は交流電圧成分の少なくとも何れか一方を含む入力電圧の電圧値に応じた大きさの信号を出力する電圧検出部と、電圧検出部から出力される信号を、直流電圧成分に対応した直流電圧信号と交流電圧成分に対応した交流電圧信号とに分離して出力する電圧交直分離部と、電流交直分離部から出力される直流電流信号および電圧交直分離部から出力される直流電圧信号より直流成分の電力値を算出する直流電力算出部と、電流交直分離部から出力される交流電流信号および電圧交直分離部から出力される交流電圧信号より交流成分の電力値を算出する交流電力算出部と、交流電力算出部が算出した交流成分の電力値が所定の許容上限値を超えると、交流電力の流入を報知する報知部とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、交流電力を配電する交流電力線からなる電力線に流れる、直流電流成分又は交流電流成分の少なくとも何れか一方を含む入力電流の電流値に応じた大きさの信号を出力する電流検出部と、電流検出部から出力される信号を、直流電流成分に対応した直流電流信号と交流電流成分に対応した交流電流信号とに分離して出力する電流交直分離部と、電力線に印加される、直流電圧成分又は交流電圧成分の少なくとも何れか一方を含む入力電圧の電圧値に応じた大きさの信号を出力する電圧検出部と、電圧検出部から出力される信号を、直流電圧成分に対応した直流電圧信号と交流電圧成分に対応した交流電圧信号とに分離して出力する電圧交直分離部と、電流交直分離部から出力される直流電流信号および電圧交直分離部から出力される直流電圧信号より直流成分の電力値を算出する直流電力算出部と、電流交直分離部から出力される交流電流信号および電圧交直分離部から出力される交流電圧信号より交流成分の電力値を算出する交流電力算出部と、直流電力算出部が算出した直流成分の電力値が所定の許容上限値を超えると、直流電力の流入を報知する報知部とを備えたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、直流電力算出部が算出した直流成分の電力値を積算して直流の電力量を求める直流電力積算部と、交流電力算出部が算出した交流成分の電力値を積算して交流の電力量を求める交流電力積算部とを備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、電流交直分離部が電力線に流れる電流の直流電流成分に対応した直流電流信号と交流電流成分に対応した交流電流信号とを分離して出力するとともに、電圧交直分離部が電線間に印加される電圧の直流電圧成分に対応した直流電圧信号と交流電圧成分に対応した交流電圧信号とを分離して出力しており、直流電力算出部が、直流電流信号および直流電圧信号から直流成分の電力値を算出し、交流電力算出部が、交流電流信号および交流電圧信号から交流成分の電力値を算出しているので、１台の電力計で直流電力と交流電力の両方を測定することができる。さらに、報知部の報知動作によって、直流電力線に許容上限値を越える電力値の交流成分が流入したことをユーザに知らしめることができる。

請求項２の発明によれば、電流交直分離部が電力線に流れる電流の直流電流成分に対応した直流電流信号と交流電流成分に対応した交流電流信号とを分離して出力するとともに、電圧交直分離部が電線間に印加される電圧の直流電圧成分に対応した直流電圧信号と交流電圧成分に対応した交流電圧信号とを分離して出力しており、直流電力算出部が、直流電流信号および直流電圧信号から直流成分の電力値を算出し、交流電力算出部が、交流電流信号および交流電圧信号から交流成分の電力値を算出しているので、１台の電力計で直流電力と交流電力の両方を測定することができる。さらに、報知部の報知動作によって、交流電力線に許容上限値を越える電力値の直流成分が流入したことをユーザに知らしめることができる。

請求項３の発明によれば、直流成分の電力値、交流成分の電力値をそれぞれ積算することによって、１台の電力計で直流の電力量および交流の電力量を両方共に測定することができる。

本実施形態の交直両用電力計のブロック図である。 同上を用いた配電システムの概略的なシステム構成図である。 同上の動作を説明するフローチャートである。

本発明に係る交直両用電力計の実施形態を図面に基づいて説明する。

図２は、本実施形態の交直両用電力計１を用いる配電システムの概略的なシステム構成図である。この配電システムは、２本の電力線Ｌ１を用いて、負荷設備２に交流電力および直流電力を重畳して配電するＡＣ／ＤＣハイブリッド型の配電方式を採用しており、図示しない電源と負荷設備２との間にはブレーカ３が接続されている。

図１は交直両用電力計１のブロック図である。交直両用電力計１は、ホール素子センサ１１と、電流検出部１２と、電圧検出部１３と、電力演算部１４と、制御部１５と、表示部１６と、報知出力部１７と、記憶部１８と、電源部１９とを主要な構成として備えており、以下に各部の構成を説明する。

ホール素子センサ１１はコアに電力線Ｌ１が通され、電力線Ｌ１に流れる入力電流（直流電流成分又は交流電流成分の少なくとも何れか一方を含む）の電流値に応じた電圧信号を出力する。

電流検出部１２は、ホール素子センサ１１の出力電圧をデジタル値に変換することによって、入力電流の電流値に応じた大きさの信号ｓ１を発生して電力演算部１４に出力する。

電圧検出部１３は、電力線Ｌ１に印加された入力電圧をデジタル値に変換することによって、入力電圧の電圧値に応じた大きさの信号ｓ２を発生して電力演算部１４に出力する。

電力演算部１４は例えばマイクロコンピュータで構成され、電流検出部１２の出力信号ｓ１を直流電流成分に対応した直流電流信号ｓ３と交流電流成分に対応した交流電流信号ｓ４とに分離してそれぞれ出力する電流交直分離部１４ａと、電圧検出部１３の出力信号ｓ２を直流電圧成分に対応した直流電圧信号ｓ５と交流電圧成分に対応した交流電流信号ｓ６とに分離してそれぞれ出力する電圧交直分離部１４ｂと、電流交直分離部１４ａから出力される直流電流信号ｓ３と電圧交直分離部１４ｂから出力される直流電圧信号ｓ５とを用いて直流成分の電力値を算出する直流電力算出部１４ｃと、直流電力算出部１４ｃで算出された直流成分の電力値を積算して直流の電力量を求める直流電力積算部１４ｄと、電流交直分離部１４ａから出力される交流電流信号ｓ４と電圧交直分離部１４ｂから出力される交流電圧信号ｓ６とを用いて交流成分の電力値を算出する交流電力算出部１４ｅと、交流電力算出部１４ｅで算出された交流成分の電力値を積算して交流の電力量を求める交流電力積算部１４ｆとで構成される。尚、電流交直分離部１４ａ、電圧交直分離部１４ｂ、直流電力算出部１４ｃ、直流電力積算部１４ｄ、交流電力算出部１４ｅおよび交流電力積算部１４ｆは電力演算部１４を構成するマイクロコンピュータの演算機能によって実現され、電流交直分離部１４ａ及び電圧交直分離部１４ｂは例えばデジタルフィルタで構成される。

制御部１５はマイクロコンピュータからなり、交直両用電力計１による計測動作を全般的に制御するとともに、電力演算部１４で算出された直流電力値、直流電力量、交流電力値、交流電力量を、例えば液晶ディスプレイからなる表示部１６に表示させる。

記憶部１８には、電力線Ｌ１が直流電力を供給する直流電力線の場合に交流電力の流入が許容される交流成分の許容上限値や、電力線Ｌ１が交流電力を供給する交流電力線の場合に直流電力の流入が許容される直流成分の許容上限値が予め設定されている。

本実施形態では電力線Ｌ１に交流電力と直流電力が重畳して配電されているが（交直ハイブリッド配電）、電力線Ｌ１が直流電力のみを配電する直流電力線の場合、制御部１５は、電力演算部１４から入力される交流成分の電力値と、記憶部１８に設定された交流成分の許容上限値との高低を比較し、電力演算部１４によって算出された交流成分の電力値が許容上限値を超えると、ブザーやＬＥＤを具備した報知装置４へ報知出力部１７から報知信号を出力させ、報知装置４によって許容上限値を超える交流成分が直流電力線に流入したことを音や光で報知させる。また、電力線Ｌ１が交流電力のみを配電する交流電力線の場合、制御部１５は、電力演算部１４から入力される直流成分の電力値と、記憶部１８に設定された直流成分の許容上限値との高低を比較し、電力演算部１４によって算出された直流成分の電力値が許容上限値を超えると、報知出力部１７から報知装置４へ報知信号を出力させ、報知装置４によって許容上限値を超える直流成分が交流電力線に流入したことを音や光で報知させる。ここに、制御部１５および報知出力部１７などから、直流電力線への交流電力の流入、或いは交流電力線への直流電力の流入を報知する報知部が構成される。尚、交直両用電力計１は一般的に分電盤の内部に設置されるので、報知装置４を電力計１と別体にして、報知装置４が発する音や光にユーザが気付きやすい場所に報知装置４を設置するのが好ましい。

電源部１９は、電力線Ｌ１から入力される電圧を整流、平滑することによって、所定電圧値の直流電圧に変換し、交直両用電力計１の各部に動作電源を供給する。

ここで、交直両用電力計１による計測動作を図３のフローチャートにしたがって説明する。制御部１５は、所定の計測間隔が経過する毎に、電流検出部１２に対して電流信号の取り込みを指示する電流取込命令を出力するとともに、電圧検出部１３に対して電圧信号の取り込みを指示する電圧取込命令を出力する（図３のステップＳ１）。この時、電流検出部１２は、制御部１５からの電流取込命令に応じて、入力電流の電流値に応じた大きさの信号ｓ１を電力演算部１４に出力するとともに、電圧検出部１３が、制御部１５からの電圧取込命令に応じて、入力電圧の電圧値に応じた大きさの信号ｓ２を電力演算部１４に出力する（ステップＳ２）。

ステップＳ１，Ｓ２で検出された信号が電力演算部１４に入力されると、電力演算部１４の電流交直分離部１４ａが、電流検出部１２から入力される信号ｓ１を、直流電流成分に対応した直流電流信号ｓ３と、交流電流成分に対応した交流電流信号ｓ４とに分離するとともに（ステップＳ３）、電圧交直分離部１４ｂが電圧検出部１３から入力される信号ｓ２を、直流電圧成分に対応した直流電圧信号ｓ５と、交流電圧成分に対応した交流電圧信号ｓ６とに分離する（ステップＳ４）。そして、直流電力算出部１４ｃが、電流交直分離部１４ａから出力される直流電流信号ｓ３（実効値）と、電圧交直分離部１４ｂから出力される直流電圧信号ｓ５（実効値）との積を演算することによって、直流成分の電力値を算出して制御部１５に出力するとともに（ステップＳ５）、交流電力算出部１４ｅが、電流交直分離部１４ａから出力される交流電流信号ｓ４（実効値）と、電圧交直分離部１４ｂから出力される交流電圧信号ｓ６（実効値）との積を演算することによって、交流成分の電力値を算出して制御部１５に出力する（ステップＳ６）。また、直流成分及び交流成分の電力値が算出されると、直流電力積算部１４ｄが、直流成分の電力値を積算することによって電力量を算出し、直流電力量の算出結果を制御部１５に出力するとともに、交流電力積算部１４ｆが、交流成分の電力値を積算することによって電力量を算出し、交流電力量の算出結果を制御部１５に出力する（ステップＳ７）。

制御部１５は、電力演算部１４から直流電力値、直流電力量、交流電力値、交流電力量の測定結果が入力されると、これらの測定結果を記憶部１８に記憶させるとともに（ステップＳ８）、これらの測定結果を表示部１６に表示させる（ステップＳ９）。

次に、制御部１５は、測定対象の電力線が、直流電力のみを配電する直流電力線、又は、交流電力のみを配電する交流電力線の何れかに該当するかを判定する（ステップＳ１０）。交直両用電力計１には、図示しない設定スイッチにより測定対象の電力線Ｌ１が、直流電力と交流電力を重畳して配電する交直ハイブリッド電力線か、直流電力のみを配電する直流電力線か、交流電力のみを配電する交流電力線の何れであるかが設定されるようになっている。本実施形態では電力線Ｌ１が直流電力線、交流電力線の何れにも該当しないので（電力線Ｌ１は、直流電力と交流電力を重畳して配電する交直ハイブリッド電力線）、制御部１５は計測処理を終了する。

一方、ステップＳ１０の判定で電力線Ｌ１が直流電力のみを配電する直流電力線と判定された場合、制御部１５は、電力演算部１４から入力された交流成分の電力値と記憶部１８に予め設定された交流電力の許容上限値との高低を比較し（ステップＳ１１）、交流成分の電力値が許容上限値を越えていれば、報知出力部１７から報知装置４へ報知信号を出力させ、報知装置４によって直流電力線に許容上限値を越える電力の交流電力が流入したことを報知させた後（ステップＳ１２）、測定処理を終了する。

また、ステップＳ１０の判定で電力線Ｌｌが交流電力のみを配電する交流電力線と判定された場合、制御部１５は、電力演算部１４から入力された直流成分の電力値と記憶部１８に予め設定された直流電力の許容上限値との高低を比較し（ステップＳ１３）、直流成分の電力値が許容上限値を越えていれば、報知出力部１７から報知装置４へ報知信号を出力させ、報知装置４によって交流配電線に許容上限値を越える電力の直流電力が流入したことを報知させた後（ステップＳ１４）、測定処理を終了する。尚、ステップＳ１１，Ｓ１３の判定で、交流成分の電力値又は直流成分の電力値が許容上限値を越えていないと判定された場合、制御部１５は報知動作を行うことなく、測定処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態の交直両用電力計１では、電流交直分離部１４ａが電力線Ｌ１に流れる電流の直流電流成分に対応した直流電流信号ｓ３と交流電流成分に対応した交流電流信号ｓ４とを分離して出力するとともに、電圧交直分離部１４ｂが電力線Ｌ１に印加される電圧の直流電圧成分に対応した直流電圧信号ｓ５と交流電圧成分に対応した交流電圧信号ｓ６とを分離して出力しており、直流電力算出部１４ｃが、直流電流信号ｓ３および直流電圧信号ｓ５から直流成分の電力値を算出し、交流電力算出部１４ｅが、交流電流信号ｓ４および交流電圧信号ｓ６から交流成分の電力値を算出しているので、１台の電力計１で直流電力と交流電力の両方を測定することができる。しかも、直流電力積算部１４ｄが、直流成分の電力値を積算することによって直流の電力量を求めるとともに、交流電力積算部１４ｆが、交流成分の電力値を積算することによって交流の電力量を求めているので、１台の電力計で直流の電力量および交流の電力量を両方共に測定することができる。

また、測定対象の電力線が直流電力線の場合に、交流電力算出部１４ｅによって算出された交流電力値が許容上限値を越えると、報知出力部１７から報知装置４へ報知信号を出力して報知動作を行わせているので、直流電力線に許容上限値を越える電力値の交流成分が流入したことをユーザに知らしめることができる。

また、測定対象の電力線が交流電力線の場合に、直流電力算出部１４ｃによって算出された直流電力値が許容上限値を越えると、報知出力部１７から報知装置４へ報知信号を出力して報知動作を行わせているので、交流電力線に許容上限値を越える電力値の直流成分が流入したことをユーザに知らしめることができる。

１ 交直両用電力計
１１ ホール素子センサ
１２ 電流検出部
１３ 電圧検出部
１４ 電力演算部
１４ａ 電流交直分離部
１４ｂ 電圧交直分離部
１４ｃ 直流電力算出部
１４ｄ 直流電力積算部
１４ｅ 交流電力算出部
１４ｆ 交流電力積算部
Ｌ１ 電力線

Claims (3)

1. 直流電力を配電する直流電力線からなる電力線に流れる、直流電流成分又は交流電流成分の少なくとも何れか一方を含む入力電流の電流値に応じた大きさの信号を出力する電流検出部と、
   前記電流検出部から出力される信号を、直流電流成分に対応した直流電流信号と交流電流成分に対応した交流電流信号とに分離して出力する電流交直分離部と、
   前記電力線に印加される、直流電圧成分又は交流電圧成分の少なくとも何れか一方を含む入力電圧の電圧値に応じた大きさの信号を出力する電圧検出部と、
   前記電圧検出部から出力される信号を、直流電圧成分に対応した直流電圧信号と交流電圧成分に対応した交流電圧信号とに分離して出力する電圧交直分離部と、
   前記電流交直分離部から出力される直流電流信号および前記電圧交直分離部から出力される直流電圧信号より直流成分の電力値を算出する直流電力算出部と、
   前記電流交直分離部から出力される交流電流信号および前記電圧交直分離部から出力される交流電圧信号より交流成分の電力値を算出する交流電力算出部と、
   前記交流電力算出部が算出した交流成分の電力値が所定の許容上限値を超えると、交流電力の流入を報知する報知部とを備えたことを特徴とする交直両用電力計。
2. 交流電力を配電する交流電力線からなる電力線に流れる、直流電流成分又は交流電流成分の少なくとも何れか一方を含む入力電流の電流値に応じた大きさの信号を出力する電流検出部と、
   前記電流検出部から出力される信号を、直流電流成分に対応した直流電流信号と交流電流成分に対応した交流電流信号とに分離して出力する電流交直分離部と、
   前記電力線に印加される、直流電圧成分又は交流電圧成分の少なくとも何れか一方を含む入力電圧の電圧値に応じた大きさの信号を出力する電圧検出部と、
   前記電圧検出部から出力される信号を、直流電圧成分に対応した直流電圧信号と交流電圧成分に対応した交流電圧信号とに分離して出力する電圧交直分離部と、
   前記電流交直分離部から出力される直流電流信号および前記電圧交直分離部から出力される直流電圧信号より直流成分の電力値を算出する直流電力算出部と、
   前記電流交直分離部から出力される交流電流信号および前記電圧交直分離部から出力される交流電圧信号より交流成分の電力値を算出する交流電力算出部と、
   前記直流電力算出部が算出した直流成分の電力値が所定の許容上限値を超えると、直流電力の流入を報知する報知部とを備えたことを特徴とする交直両用電力計。
3. 前記直流電力算出部が算出した直流成分の電力値を積算して直流の電力量を求める直流電力積算部と、前記交流電力算出部が算出した交流成分の電力値を積算して交流の電力量を求める交流電力積算部とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の交直両用電力計。

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