JP5627643B2 - 過負荷検出装置、過負荷検出システム、過負荷検出方法及びプログラム - Google Patents

Description

この発明は、過負荷検出装置、過負荷検出システム、過負荷検出方法及びプログラムに関する。

近年、住宅の高気密・高断熱化により室内の空気の汚染がないクリーンな熱源として電力を利用した熱源が見直されている。また、電気温水給湯器やＩＨ（Induction Heating）クッキングヒータ、食器洗浄機等の普及により、オール電化住宅が増加している。このような背景から、１年辺りに消費される電力は年々増加の一途をたどっている。

消費される電力が増加する中、電力供給の規制緩和が進められている。電力自由化により、電力供給ビジネスが活発化し、電力供給に関する競争が激しさを増している。

また、一般家庭における電気製品が増加すると、電灯線が過負荷状態に陥りやすくなる。電灯線の過負荷を検出すると幹線ブレーカが電気製品への電力供給を遮断する。電灯線の過負荷を回避する抜本的な解決方法は、電灯線の増強を行うことである。しかしながら、既存の電灯線の増強には、手間と多額の費用が必要となる。

そこで、電灯線の過負荷を防止する装置として、電灯線に流れる電流を監視し、通電電流の値が設定電流値を超えたことを検出して、ブレーカが落ちる前に警告を行う過電流警報装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３４８７１８号公報

上記特許文献１に開示された過電流警報装置を用いれば、契約電流上限ぎりぎりの電力使用を行いながら、各家庭の幹線ブレーカが落ちてしまう問題を回避することが可能である。しかしながら、この過電流警報装置を用いても、幹線から通常部屋ごとに分岐する分岐線が過負荷状態となって、分岐ブレーカが落ちるのを防止できるわけではない。このため、この過電流警報装置を用いても、いずれかの分岐ブレーカに流れる電流が許容電流を超えてしまうと、その分岐ブレーカが落ちてしまう。

各分岐ブレーカに監視装置を取り付ければ、分岐ブレーカに流れる電流を監視し、分岐ブレーカが落ちるのを防止することは可能となる。しかしながら、分岐ブレーカの数だけ監視装置を取付けるほど分電盤内のスペースに余裕があるわけではない。また、分岐ブレーカ毎に監視装置を取り付ければ、その分コストも増大する。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、分岐線の過負荷状態を、効率良く、確実に防止することができる過負荷検出装置、過負荷検出システム、過負荷検出方法及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明に係る過負荷検出装置は、
電流を制限する分岐ブレーカを介して幹線に接続された複数の分岐線の過負荷を検出する過負荷検出装置であって、
前記幹線を送られる電力の履歴を記憶する電力履歴記憶部と、
前記分岐ブレーカが落ちるまでの所定期間に計測された電力の時間変化パターンを前記電力履歴記憶部から抽出して記憶するパターン記憶部と、
前記幹線を送られる電力の時間変化パターンと、前記パターン記憶部に記憶された電力の時間変化パターンとを比較することにより、前記各分岐線の過負荷の発生を推定する過負荷推定部と、
を備え、
前記パターン記憶部は、
前記幹線を送られる電力に基づいて、いずれかの前記分岐ブレーカが落ちたことを検出し、検出した時点までの所定期間に計測された電力の時間変化パターンを抽出して記憶する。

この発明によれば、幹線を送られる電力を計測し記憶する。そして、分岐ブレーカが落ちるまでの所定期間に計測された電力の時間変化パターンを抽出して記憶する。さらに、記憶された電力の時間変化パターンと、現在の電力の時間変化パターンとを比較することにより、分岐線の過負荷の発生を推定する。

このようにすれば、分岐ブレーカが落ちたときの電力の時間変化パターンと同じような電力の時間変化パターンが現れた場合には、その後分岐線に過負荷が発生するものと予測することができる。電力の時間変化パターンに基づいて、過負荷を事前に検出することができるため、分岐ブレーカごとに監視装置を取り付けることなく、分岐線の過負荷状態を、効率良く、確実に防止することができる。

この発明の実施の形態に係る配電システムの全体的な構成を示すブロック図である。 図１の過負荷検出部の内部構成を示す模式図である。 幹線電力計測部で計測される炊飯器の使用電力の時間変化の一例を示すグラフである。 幹線電力計測部で計測されるドライヤーの使用電力の時間変化の一例を示すグラフである。 炊飯器とドライヤーが同一の分岐ブレーカに対応するコンセントに接続され、使用されていた場合に、その分岐ブレーカを供給される電力の時間変化の一例を示すグラフ（その１）である。 炊飯器とドライヤーが同一の分岐ブレーカに対応するコンセントに接続され、使用されていた場合に、その分岐ブレーカを供給される電力の時間変化の一例を示すグラフ（その２）である。 他の分岐ブレーカに対応するコンセントに接続された掃除機の使用電力の時間変化パターンの一例を示すグラフである。 さらに他の分岐ブレーカに対応するコンセントに接続されたエアコンの使用電力の時間変化パターンの一例を示すグラフである。 住戸全体の使用電力の時間変化パターンの一例を示すグラフである。 電力履歴記憶部の処理を示すフローチャートである。 パターン記憶部の処理を示すフローチャートである。 過負荷推定部の処理を示すフローチャートである。

この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１には、この実施の形態１に係る住宅の配電システム１００の全体構成が示されている。図１に示すように、配電システム１００は、外部配線１と、幹線（主幹）ブレーカ２と、幹線３と、複数の分岐ブレーカ４と、複数の分岐線５と、複数のコンセント６とを備える。

外部配線１は、住宅外に設けられた外部電源（不図示）と幹線ブレーカ２との間に接続されている。外部配線１は、外部電源から供給される電力を幹線ブレーカ２に向けて送る。

幹線ブレーカ２は、外部配線１と幹線３との間に接続されている。幹線ブレーカ２は、外部配線１を介して送られる電力は、幹線ブレーカ２を介して幹線３に送られる。幹線ブレーカ２は、外部配線１から幹線３へ流れる電流が許容電流を超えた場合、外部配線１から幹線３への電力の供給を遮断する（すなわち、幹線ブレーカ２が落ちる）。すなわち、幹線ブレーカ２は、幹線３の過負荷を防止する。

幹線３は、住宅内の電灯線の幹線である。幹線３は、幹線ブレーカ２を介して供給される電力を複数の分岐ブレーカ４に送る。

複数の分岐ブレーカ４各々は、幹線３と分岐線５との間に挿入されている。分岐ブレーカ４は、幹線３を介して供給される電力を分岐線５へ送る。分岐ブレーカ４は、幹線３から分岐線５に流れる電流が許容電流を超えた場合、幹線３から分岐線５への電力の供給を遮断する（すなわち分岐ブレーカ４が落ちる）。すなわち、分岐ブレーカ４は、分岐線５の過負荷を防止する。

複数の分岐線５各々は、分岐ブレーカ５とコンセント６との間に接続されている。各分岐線５は、分岐ブレーカ４を介して供給される電力をコンセント６へ送る。分岐線５の数は何本であってもよい。

コンセント６には、負荷となる電気機器が接続される。このような電気機器には、炊飯器、ドライヤー、掃除機、エアコンなど様々なものがある。なお、分岐線５に複数のコンセント６が接続されるようにしてもよい。

配電システム１００は、過負荷検出システム７を更に備える。図１に示すように、過負荷検出システム７は、過負荷検出部１０と、使用量警告部１１とを備える。

過負荷検出部１０は、電流を制限する分岐ブレーカ４を介して幹線３に接続された複数の分岐線５の過負荷を検出する。過負荷検出部１０は、幹線３に流れる電流を計測する。過負荷検出部１０は、電力使用の推移（時間変化パターン）を履歴として記憶する。さらに、過負荷検出部１０は、分岐ブレーカ４が落ちた場合にその時点を含む所定期間における電力の時間変化パターンを履歴として記憶された電力の時間変化パターンの中から抽出して記憶する。

さらに、過負荷検出部１０は、現在、幹線３を介して供給される電力を監視し、その電力に基づいて分岐線５の過負荷を検出する。そして、過負荷検出部１０は、現在の電力の時間変化パターンと、分岐ブレーカ４が落ちた時点の前後の電力の時間変化パターンとを比較し、同様な電力の時間変化パターンが現れたときに分岐線５に過負荷の発生を推定する。

使用量警告部１１は、過負荷検出部１０に分岐線５の過負荷が推定された時に居住者に対して所定の方法により警告を行う。例えば、使用量警告部１１は、ディスプレイを備え、ディスプレイに警告を表示するようにしてもよい。また、使用量警告部１１は、警報を音声出力するようにしてもよい。また、通信機能を用いて、居住者の携帯端末等に、警告情報を送信するようにしてもよい。

図２には、過負荷検出部１０の内部構成が示されている。図２に示すように、過負荷検出部１０は、幹線電力計測部２０と、電力履歴記憶部２１と、パターン記憶部２２と、過負荷推定部２３と、を備える。

幹線電力計測部２０は、幹線３に流れる電流を計測する。より具体的には、幹線電力計測部２０は、例えば、変流器によって幹線３に流れる電流を計測し、変圧器によって幹線３に印加される電圧を計測する。幹線電力計測部２０は、計測された電流と電圧とを乗算することによって電圧の計測値を出力する。

電力履歴記憶部２１、パターン記憶部２２及び過負荷推定部２３は、コンピュータによって実現されている。コンピュータは、ＣＰＵ、メモリ、外部記憶装置及び外部インターフェイスを備えている。ＣＰＵが、外部記憶装置からメモリに読み込まれたプログラムを実行することにより、電力履歴記憶部２１、パターン記憶部２２及び過負荷推定部２３の機能が実現される。

電力履歴記憶部２１は、幹線電力計測部２０によって計測された電力のサンプリングデータを履歴として記憶する。

パターン記憶部２２は、分岐ブレーカ４が落ちた時点までの所定期間（例えば５分間）に計測された電力の時間変化パターンを電力履歴記憶部２１から抽出して記憶する。より具体的には、パターン記憶部２２は、幹線３を送られる電力に基づいて、いずれかの分岐ブレーカ４が落ちたことを検出し、検出した時点を基準とする所定期間内の電力の時間変化パターンを抽出して記憶する。例えば、電力が急に０Ｗ近傍の閾値を下回った場合に、分岐ブレーカ４が落ちたとみなすことができる。

過負荷推定部２３は、幹線３を介して供給される電力の時間変化パターンと、パターン記憶部２２に記憶された電力の時間変化パターンとを比較することにより、分岐線５の過負荷の発生を推定する。より具体的には、過負荷推定部２３は、幹線３を送られる電力の時間変化パターンと、パターン記憶部２２に記憶された電力の時間変化パターンとの相関値が所定の閾値以上である場合に、分岐線５の過負荷が発生すると推定する。

過負荷検出部１０について、より具体的に説明する。

図３には、幹線電力計測部２０で計測される炊飯器の使用電力の時間変化の一例が示されている。図３では、縦軸が電力（Ｗ）であり、横軸が時間（ｈｏｕｒ）である。図３に示すように、炊飯器の使用電力の時間変化パターンは、朝方の時間帯と夕方の時間帯にそれぞれピークを有している。

図４には、幹線電力計測部２０で計測されるドライヤーの使用電力の時間変化の一例が示されている。図４においても、縦軸が電力（Ｗ）であり、横軸が時間（ｈｏｕｒ）である。図４に示すように、ドライヤーは、朝のシャワーや夕方の入浴後、髪を乾かす際に使用されるため、ドライヤーの使用電力の時間変化パターンは、朝方の時間帯と夕方の時間帯にそれぞれピークを有している。

炊飯器とドライヤーが同一の分岐ブレーカ４に対応するコンセント６に接続され、使用されていた場合には、その分岐ブレーカ４を介して供給される電力は、図５に示されるようになる。ただし、図５に示す特性曲線は、分岐ブレーカ４に流れる電流が許容電流以下となっている場合に計測されたものである。

これに対し、例えば、分岐ブレーカ４の許容電流が２０（Ａ）と低く、分岐ブレーカ４に流れる電流が許容電流を超えた場合について考える。この場合には、その分岐ブレーカ４を介して供給される電力の時間変化パターンは、図６に示されるもののようになる。図５と図６とを比較するとわかるように、分岐ブレーカ４が遮断された時点で、使用電力は最高値から０（Ｗ）に即時に変化している。

図７には、他の分岐ブレーカ４に対応するコンセント６に接続された掃除機の使用電力の時間変化パターンの一例が示されている。また、図８には、さらに他の分岐ブレーカ４に対応するコンセント６に接続されたエアコンの使用電力の時間変化パターンの一例が示されている。

炊飯器とドライヤーと掃除機とエアコンのみがこの家庭で使用されたと仮定した場合に、家全体の使用電力の時間変化パターンは、図６に示す使用電力の時間変化パターンと、図７に示す使用電力の時間変化パターンと、図８に示す使用電力の時間変化パターンとを加算した時間変化パターンとなる。図９には、住戸全体の使用電力の時間変化パターンの一例が示されている。

図９に示す家全体の使用電力の時間変化パターンが、幹線電力計測部２０によって計測される使用電力の時間変化パターンとなる。パターン記憶部２２には、図９に示すように、使用電力の時間変化パターンが記憶される。この例では、朝と夕に分岐ブレーカ４が電力供給を遮断するので、その前後の所定期間における電力の時間変化パターンと日時とが対応付けられてパターン記憶部２２に記憶される。

別の日に、炊飯器とドライヤーと掃除機とエアコンが同じような方法で使用されると、使用電力の時間変化パターンは、図９に示すようなパターンとなり、同じように、分岐ブレーカ４が落ちるようになる。そこで、過負荷推定部２３は、分岐ブレーカ４が落ちる前に、（例えば、図９のＡ、Ｂで示される時点）分岐線５に過負荷が発生するものと推定する。

より具体的には、幹線電力計測部２０で計測される電力の時間変化のパターンと、パターン記憶部２２に記憶された分岐ブレーカ４が遮断されるパターンとを比較することにより、分岐線３の過負荷の発生を推定する。過負荷の発生が推定された場合、過負荷推定部２３は、その旨を使用量警告部１１に出力する。

使用量警告部１１は、過負荷検出部１０で、分岐線５の過負荷の発生が推定された場合に、警告を出力する。居住者は、警告によって例えばドライヤーの使用を中断することにより、分岐ブレーカ４が落ちるのを防止することができる。

次に、配電システム１００の動作について説明する。

図１０には、電力履歴記憶部２１の処理が示されている。図１０に示すように、まず、電力履歴記憶部２１は、サンプリング時間が経過するまで待つ（ステップＳ１；Ｎｏ）。サンプリング時間が経過すると（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、電力履歴記憶部２１は、計測した電力の計測値（電力値）の履歴を記憶する（ステップＳ２）。ステップＳ２実行後、電力履歴記憶部２１は、再びサンプリング時間の経過待ちとなる（ステップＳ１；Ｎｏ）。

図１１には、パターン記憶部２２の処理が示されている。図１１に示すように、まず、パターン記憶部２２は、入力される電力に基づいて、分岐ブレーカ４が遮断されるまで待つ（ステップＳ１１；Ｎｏ）。分岐ブレーカ４が遮断された場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、パターン記憶部２２は、前後のパターンを比較パターンとして抽出し記憶する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２実行後、パターン記憶部２２は、分岐ブレーカ４が再び遮断されるまで待つ（ステップＳ１１；Ｎｏ）。

図１２には、過負荷推定部２３の処理が示されている。図１２に示すように、まず。過負荷推定部２３は、幹線電力計測部２０から電力の計測値が入力されるまで待つ（ステップＳ２１；Ｎｏ）。計測値が入力されると（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、過負荷推定部２３は、現在の電力の時間変化パターンと、パターン記憶部２２に記憶された電力の時間変化パターンとの相関値を算出する（ステップＳ２２）。

続いて、過負荷推定部２３は、相関値が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。相関値が所定の閾値以上でない場合（ステップＳ２３；Ｎｏ）、過負荷推定部２３は、再び計測値の入力待ちとなる（ステップＳ２１；Ｎｏ）。

一方、相関値が所定の閾値以上である場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、過負荷推定部２３は、警告情報を出力する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４の実行後、過負荷推定部２３は、再び計測値の入力待ちとなる（ステップＳ２１；Ｎｏ）。使用量警告部１１は、過負荷推定部２３から出力された警告情報に基づいて、警告を出力する。この警告を受け、居住者等は、例えば、特定の電気機器の使用を停止する。これにより、分岐ブレーカ４が落ちるのが防止される。

以上詳細に説明したように、この実施の形態によれば、幹線３を供給される電力を計測し記憶する。そして、分岐ブレーカ４が落ちるまでの所定期間における電力の時間変化パターンを抽出して記憶する。さらに、パターン記憶部２２に記憶された電力の時間変化パターンと、現在の電力の時間変化パターンとを比較することにより、分岐線５の過負荷の発生を推定する。

このようにすれば、分岐ブレーカ４が落ちたときの電力の時間変化パターンと同じような電力の時間変化パターンが現れた場合には、その後分岐線５に過負荷が発生するものと予測することができる。電力の時間変化パターンに基づいて、過負荷を事前に検出することができるため、分岐ブレーカ４ごとに監視装置を取り付けることなく、分岐線５の過負荷状態を、効率良く、確実に防止することができる。

すなわち、この実施の形態によれば、幹線３の電力の使用状態のみを監視することによって、分岐ブレーカ４が落ちる電力の時間変化パターンを学習し、分岐ブレーカ４が落ちたときの電力の時間変化パターンに当てはまるような電力の使用状態を検知した時点で警告を行う。これにより、家庭内の電力負荷を協調制御して、各住戸に最適な方法でピーク電力を抑制することが可能となる。

なお、この実施の形態では、分岐ブレーカ４が落ちるまでの所定期間に計測された電力の時間変化パターンを抽出したが、分岐ブレーカ４が落ちる前後の所定期間に計測された電力の時間変化パターンを抽出するようにしてもよい。

なお、上記実施の形態において、実行されるプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto-Optical Disk）等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行するシステムを構成することとしてもよい。

また、プログラムをインターネット等の通信ネットワーク上の所定のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、ダウンロード等するようにしてもよい。

また、上述の機能を、ＯＳ（Operating System）が分担して実現する場合又はＯＳとアプリケーションとの協働により実現する場合等には、ＯＳ以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、ダウンロード等してもよい。

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

この発明は、家屋内の電気機器に電力を分配供給する配電システムに用いるのに好適である。

１ 外部配線
２ 幹線ブレーカ
３ 幹線
４ 分岐ブレーカ
５ 分岐線
６ コンセント
７ 過負荷検出システム
１０ 過負荷検出部
１１ 使用量警告部
２０ 幹線電力計測部
２１ 電力履歴記憶部
２２ パターン記憶部
２３ 過負荷推定部
１００ 配電システム

Claims (5)

1. 電流を制限する分岐ブレーカを介して幹線に接続された複数の分岐線の過負荷を検出する過負荷検出装置であって、
   前記幹線を送られる電力の履歴を記憶する電力履歴記憶部と、
   前記分岐ブレーカが落ちるまでの所定期間に計測された電力の時間変化パターンを前記電力履歴記憶部から抽出して記憶するパターン記憶部と、
   前記幹線を送られる電力の時間変化パターンと、前記パターン記憶部に記憶された電力の時間変化パターンとを比較することにより、前記各分岐線の過負荷の発生を推定する過負荷推定部と、
   を備え、
   前記パターン記憶部は、
   前記幹線を送られる電力に基づいて、いずれかの前記分岐ブレーカが落ちたことを検出し、検出した時点までの所定期間に計測された電力の時間変化パターンを抽出して記憶する、
   過負荷検出装置。
2. 前記過負荷推定部は、
   前記幹線を送られる電力の時間変化パターンと、前記パターン記憶部に記憶された電力の時間変化パターンとの相関値が所定の閾値以上である場合に、前記各分岐線の過負荷が発生すると推定する、
   請求項１に記載の過負荷検出装置。
3. 請求項１または２に記載の過負荷検出装置と、
   前記過負荷検出装置で、前記各分岐線の過負荷の発生が推定された場合に、警告を出力する警告装置と、
   を備える過負荷検出システム。
4. 電流を制限する分岐ブレーカを介して幹線に接続された複数の分岐線の過負荷を検出する過負荷検出方法であって、
   前記幹線を送られる電力の履歴を記憶する電力履歴記憶工程と、
   前記分岐ブレーカが落ちるまでの所定期間に計測された電力の時間変化パターンを、記憶された電力の履歴から抽出して記憶するパターン記憶工程と、
   前記幹線を送られる電力の時間変化パターンと、前記パターン記憶工程で記憶された電力の時間変化パターンとを比較することにより、前記各分岐線の過負荷の発生を推定する過負荷推定工程と、
   を含み、
   前記パターン記憶工程は、
   前記幹線を送られる電力に基づいて、いずれかの前記分岐ブレーカが落ちたことを検出し、検出した時点までの所定期間に計測された電力の時間変化パターンを抽出して記憶する工程を含む、
   過負荷検出方法。
5. 電流を制限する分岐ブレーカを介して幹線に接続された複数の分岐線の過負荷を検出するコンピュータを、
   前記幹線を送られる電力の履歴を記憶する電力履歴記憶部、
   前記分岐ブレーカが落ちるまでの所定期間に計測された電力の時間変化パターンを前記電力履歴記憶部から抽出して記憶するパターン記憶部、
   前記幹線を送られる電力の時間変化パターンと、前記パターン記憶部に記憶された電力の時間変化パターンとを比較することにより、前記各分岐線の過負荷の発生を推定する過負荷推定部、
   として機能させ、
   前記パターン記憶部は、
   前記幹線を送られる電力に基づいて、いずれかの前記分岐ブレーカが落ちたことを検出し、検出した時点までの所定期間に計測された電力の時間変化パターンを抽出して記憶する、
   プログラム。

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