JP6175765B2 - 電力供給システム、消費電力測定装置、消費電力測定方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、電力供給システム、消費電力測定装置、消費電力測定方法およびプログラムに関する。

近年、地球温暖化等対策のため、ＣＯ２削減を目的として、非化石エネルギー源の利用および化石エネルギー原料の有効な利用の促進の制度の制定や法律の発令がなされている。このような非化石エネルギー源として、例えば、太陽光を利用した太陽電池による発電（ＰＶ：Photovoltanic Power Generation，以降、ＰＶ発電と称する）の、一般の電力需要家への利用促進が進められており、電力需要家側で、ＰＶ発電を利用した分散電源が設置されるようになっている。

特開平７−１４７７２８号公報 特開２００４−０３８７６５号公報 特開２０１０−２５０９４５号公報

ＰＶ発電では、天候（特に日照）または電力需要家の使用状況等によって発電量が変化する。このため、電気事業者としては、ＰＶ発電による発電量に関わらず、配電網を通じて電力需要家に電力を安定供給し得る系統電源のインフラを備えていることが好ましい。そのためには、電力事業者系統側で、簡易な設備構成で電力需要家が消費した電力量を測定し、電力需要を予測できることが好ましい。

本発明の１つの側面では、電力事業者系統側で、簡易な設備構成で電力需要家が消費した電力量を測定することができる電力供給システム、消費電力測定装置、消費電力測定方法およびプログラムを提供することを目的とする。

発明の一観点によれば、電力供給システムであって、電力需要家の機器と、前記機器に電力を供給する発電機器と、前記機器の消費電力量に対して前記発電機器からの供給電力の量が不足した場合に、前記機器に電力が供給される電力供給者の電源と、前記機器の消費電力量を測定するときに、前記電源から供給される電力の波形の一部を変動させて出力する疑似単独運転状態発生部と、前記疑似単独運転状態発生部から出力された、前記電源から供給される電力の波形の一部の変動を検出したことを契機として、前記発電機器から受電した電力の前記機器への出力を停止させるパワーコンディショナと、前記発電機器から前記機器への電力供給が停止しているときに、前記電源から前記機器に供給される電力量を測定することにより、前記機器の消費電力量を測定する電力測定部と、を有する電力供給システムが提供される。

一実施態様によれば、電力事業者系統側で、簡易な設備構成で電力需要家が消費した電力量を測定することができる電力供給システム、消費電力測定装置、消費電力測定方法およびプログラムを提供することができる。

図１は、電力供給システムの一例を示す図である。 図２は、ＰＣＳの構成の一例を示す図である。 図３は、消費電力測定装置の一例を示す図である。 図４は、疑似単独運転状態発生部の一例を示す図である。 図５は、周波数変動ユニットの一例を示す図である。 図６は、電圧位相変動ユニットの一例を示す図である。 図７は、電力需要家の消費電力を測定する処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図８は、ＰＣＳの機種別の情報の一例を示す図である。 図９は、Ｓ１０２の処理の後からＳ１０６の処理の前までに行われる処理の具体例を示すフローチャートである。 図１０は、消費電力測定装置の変形例を示す図である。 図１１は、電力需要家の消費電力を測定する処理の手順の変形例を示すフローチャートである。 図１２は、消費電力の測定結果の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図１２を参照して具体的に説明する。

図１は、電力供給システムの一例を示す図である。図１に示すように、電力供給システムは、電力事業者所有の電力系統である電力事業者系統１０１と、電力需要家所有の電力系統である宅内系統１０２とを有している。

電力事業者系統１０１は、配電線１ａ〜１ｃと、系統電源２と、売電メータ３と、消費電力測定装置４と、管理サーバ５とを有している。宅内系統１０２は、配電線１ｄ〜１ｆと、分電盤６と、電気機器７と、パワーコンディショナ（ＰＣＳ：Power Conditioning Subsystem）８と、ＰＶ発電機器９とを有している。以降、配電線を区別して説明しない場合は、配電線１ａ〜１ｆを配電線１と呼ぶこととする。また、パワーコンディショナ８は、ＰＣＳ８と呼ぶこととする。

電力事業者は、系統電源２から配電線１を用いて電力を送電し、売電メータ３および消費電力測定装置４を経由して、電力需要家が所有する分電盤６に供給する。電力送電に用いられる電流は、例えば、周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ，電圧が１００Ｖまたは２００Ｖの交流電流である。分電盤６は、電力事業者から供給された電力を宅内の電気機器７に配電する。電力需要家が自家発電機器としてＰＶ発電機器９を設置した場合、図１に示すように、ＰＶ発電機器９は、ＰＣＳ８を介して分電盤６に電気的に接続されている。

電力事業者系統１０１の電源である系統電源２から供給される電力、およびＰＶ発電機器９が発電した電力は、分電盤６を介して電気機器７に配電される。また、ＰＶ発電機器９による発電量、および電気機器７が消費する電力量に応じて、系統電源２から供給を受ける電力量が変化する。

例えば、ＰＶ発電機器９が発電した電力量をＰｇ、電気機器７が消費する電力量をＬｃとすると、電力事業者系統１０１側から供給される電力量Ｐは、Ｐ＝Ｌｃ−Ｐｇと表すことができる。ＰＶ発電機器９が発電した電力量Ｐｇよりも、電気機器７が消費する電力量Ｌｃの方が少ない場合、Ｐ＝Ｌｃ−Ｐｇ＜０となり、電気機器７が消費する電力は、ＰＶ発電機器９が発電した電力により全てまかなうことができる。そして、ＰｇからＬｃを差し引いた余り（余剰電力）、すなわちＰｓ＝Ｐｇ−Ｌｃが、分電盤６を介して電力事業者系統１０１に出力される。このとき、売電メータ３では電力量としてＰｓが測定され、電力需要家は、この電力量Ｐｓを電力事業者に売電する。売電時は、宅内系統１０２から電力事業者系統１０１の方向に電力が送られ、電力需要家は、売電時に電力事業者系統１０１の系統電源からの電力の供給は受けない。

一方、電力供給システムは、電気機器７の消費電力量に対するＰＶ発電機器９からの供給電力量の不足分を、電力事業者の系統電源２から供給することもできる。例えば、ＰＶ発電機器９が発電した電力量Ｐｇよりも、電気機器７が消費する電力量Ｌｃの方が多い場合、Ｐ＝Ｌｃ−Ｐｇ＞０となり、電気機器７が消費する電力は、ＰＶ発電機器９が発電した電力により全てをまかなうことができない。そのため、電力需要家は、ＬｃからＰｇを差し引いた余り（不足電力）、すなわちＰｂ＝Ｌｃ−Ｐｇを電力事業者系統１０１側から供給を受ける。電力事業者系統１０１の系統電源２から宅内系統１０２の電気機器７に不足電力Ｐｂが供給されると、消費電力測定装置４内に備えられている買電メータでは、電力量としてＰｂが測定される。そして、電力需要家は、この電力量Ｐｂを電力事業者から買電する。

以下、電力供給システムの各部の詳細について説明する。

売電メータ３は、電力需要家が電力事業者に売電する電力を測定し、積算するための電力量計であり、上述のように、ＰｇからＬｃを差し引いて得られる余剰電力Ｐｓを測定することができる。売電メータ３は、電力事業者と電力需要家との電力の売買取引に用いられる。

消費電力測定装置４は、電力事業者が電力需要家の宅内で実際に消費している電力量を測定し、把握するために、分電盤６の電力事業者系統１０１側に設置される装置である。なお、消費電力測定装置４の構成については後述する。

管理サーバ５は、電力事業者が電力需要家の宅内で実際に消費している電力量の測定を指示する指示信号を、ネットワーク１００を介して消費電力測定装置４に送信することができる。また、管理サーバ５は、消費電力測定装置４が測定した消費電力の情報を、ネットワーク１００を介して消費電力測定装置４から受信し、受信した情報を蓄積することができる。

分電盤６は、電力需要家の宅内に設置されている、部屋毎に電力を分配し、供給するための電力分配器である。分電盤６は、配電線１ｄによって電気機器７と電気的に接続されている。電力事業者から分電盤６に供給された電力は、配電線１ｄを介して電気機器７に配電される。なお、図１では、分電盤６に電気的に接続されている電気機器７を１つのブロックで図示しているが、分電盤６は、複数の電気機器７と電気的に接続されていても良い。

ＰＣＳ８は、電力需要家が太陽光発電システムを利用する際に、発電された電気を家庭などの環境で使用できるように変換する機器である。以下、ＰＣＳ８の構成および機能について説明する。

図２は、ＰＣＳ８の構成の一例を示す図である。図２に示すように、ＰＣＳ８は、インバータ回路８１と、同相調整回路８２と、単独運転検出回路８３とを備えている。

インバータ回路８１は、ＰＶ発電機器９が発電した直流電力を交流電力に変換する回路であり、例えば１００Ｖの交流電圧に変換することができる。

同相調整回路８２は、インバータ回路８１が出力した交流のＰＶ発電電力と、図１に示す電力事業者の系統電源２から電力事業者系統１０１を通じて供給される電力である系統電力とに基づいて、双方の電圧および力率を合わせ、同相にする回路である。同相調整回路８２は、ＰＶ発電機器９が発電した電力の電圧波形と、電力事業者系統１０１を流れる電力の電圧波形とが非同相である場合に、同相にする機能を有している。同相調整回路８２としては、例えば位相ロックループ（ＰＬＬ：Phase Locked Loop）回路を用いることができる。

単独運転検出回路８３は、単独運転検出機能を担う回路であり、インバータ回路８１の出力側に設けられている。単独運転検出回路８３は、単独運転防止信号の生成と、単独運転の検出及び検出に応じた制御とを行うことができる。単独運転検出機能の詳細については後述する。

さらに、ＰＣＳ８は、電力事業者系統１０１に連携した単独運転検出機能を有している。単独運転防止機能とは、事故等（配電線地絡や、緊急時等）により電力事業者系統１０１側の系統電力が喪失した場合に、系統電力が喪失したことを検出し、ＰＣＳ８の出力（厳密にはＰＶ発電機器９の発電電力）を停止させることによりＰＣＳ８の単独運転を防止するものである。単独運転は、電力事業者系統１０１側の系統電力が喪失したときに、局所的な系統負荷に分散型電源が電力を供給している状態であり、以下の問題を生じることがある。
・保安面では、事故継続による被害拡大、機器損傷、公衆感電作業者の感電の危険性を生じることがある。
・供給信頼度面では、再閉路、他回線からの逆送電不能による健全区間への送電の遅れが生じることがある。
・その他、単独運転系統内の電圧・周波数の変動による電力品質悪化、負荷機器の損傷のおそれがある。

単独運転を検出する方式は、能動的検出方式と、受動的検出方式とに大別することができる。受動的検出方式は、電力事業者系統１０１側の系統電力が喪失した場合に、発電電力と負荷との不均衡によって起こる電圧、電流、周波数等の急変を高感度で検出するものである。受動的検出方式の種類としては、電圧位相跳躍検出方式、周波数変化率検出方式、および３次高調波電圧歪急増検出方式等が知られている。

一方、能動的検出方式は、ＰＣＳ８から出力される交流電流に、電圧または周波数等の微小変動成分を重畳して得られる能動的単独運転防止信号を一定周期で出力し、単独運転移行時に顕著に発生する変動を検出するものである。

能動的検出方式の種類としては、ＰＣＳ８のインバータ回路８１の出力に周期的な無効電力変動を与えておき、単独運転時に現われる周波数変動等を検出する無効電力変動方式、インバータ回路８１の内部発信器に周波数バイアスを与えておき、単独運転時に現われる周波数変化を検出する周波数シフト方式、インバータ回路８１の出力に周期的な有効電力変動を与えておき、単独運転時に現われる電圧、電流、あるいは周波数変動を検出する有効電力変動方式、およびインバータ回路８１の出力と並列にインピーダンスを瞬時的且つ周期的に挿入し、電圧又は電流の急変を検出する負荷変動方式等が知られている。能動的単独運転防止信号は、周期変動しているものやパルス的に発生させるものなどＰＣＳ８の機種毎に異なっている。

このようにＰＣＳ８は、能動的および受動的ないずれの方式においても、電力事業者系統１０１が異常の場合にＰＶ発電機器９が発電した電力を電力事業者系統１０１側に出力しないように制御を行うことができる。

本実施形態では、電力需要家の消費電力を測定するために、受動的検出方式を用いることが好ましい。ＰＣＳ８に対する信号等の送出を行わず、消費電力測定装置４から出力される電力そのものの周波数や電圧の変動に基づいて、ＰＣＳ８からのＰＶ発電機器９の発電電力の出力を停止させる。受動的検出方式によれば、電力事業者系統１０１の周波数や電圧の変動を０．１秒程度で検出することができるため、ＰＣＳ８からの発電電力の出力の停止および電力需要家の消費電力の測定の迅速化を図ることができる。

ＰＶ発電機器９は、複数のセルを縦横方向に整列状態で並置して相互に電気的に接続した太陽電池であり、例えばパネル状の形態を有している。ＰＶ発電機器９は、太陽光の照射により発電した直流電力をＰＣＳ８に出力する。

続いて、本実施形態における消費電力測定装置について説明する。

図３は、消費電力測定装置の一例を示す図である。図３に示すように、消費電力測定装置４は、買電メータ１０と、測定制御部１１と、受信部１２と、第１記憶部１３と、第２記憶部１４と、送信部１５と、疑似単独運転状態発生部２０とを備えている。

買電メータ１０は、電力測定部の一例であり、系統電源２から電気機器７に供給される電力量、すなわち、電力需要家が電力事業者から購入する電力量を測定し、積算するための電力量計である。買電メータ１０は、売電メータ３と同様に、電力事業者と電力需要家との電力の売買取引に用いられる。買電メータ１０は、測定制御部１１に接続されており、測定制御部１１による制御に従って電力量の測定を行う。買電メータ１０は、上述のように、ＬｃからＰｇを差し引いて得られる不足電力Ｐｂを測定することができる。

測定制御部１１は、電力需要家の消費電力を測定するための一連の処理を実行するための制御部であり、買電メータ１０、測定制御部１１、受信部１２、第１記憶部１３、第２記憶部１４および送信部１５と電気的に接続されている。測定制御部１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro-Processing Unit）等のプロセッサである。

受信部１２は、電力事業者の管理サーバ５と送受信可能に接続されている。受信部１２は、管理サーバ５から送信された、消費電力を測定する旨の指示信号を受信し、受信した指示信号を測定制御部１１に出力する。

第１記憶部１３は、電力需要家の消費電力を測定するための一連の処理を実行するための消費電力測定プログラムを格納することができる。測定制御部１１は、第１記憶部１３に格納されている消費電力測定プログラムを読み出し、消費電力測定プログラムの各命令を実行することによって電力需要家の消費電力を測定するための一連の処理を行う。

第２記憶部１４は、電力測定部１１が測定した消費電力を記憶する。また、第２記憶部１４は、疑似単独運転状態を発生させるために用いられる、ＰＣＳ８の機種毎の周波数または電圧位相の変動度合いに関する情報を格納する。変動度合いに関する情報については後述する。

第１記憶部１３および第２記憶部１４は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）またはフラッシュメモリ等の半導体メモリ、またはＨＤＤ（Hard Disc Drive）等のストレージ装置である。なお、第１記憶部１３および第２記憶部１４はそれぞれ複数個有していても良いし、同一のメモリによって構成されていても良い。

送信部１５は、電力事業者の管理サーバ５と送受信可能に接続されており、買電メータ１０が測定した電力量の情報を、測定制御部１１による制御に従って電力事業者の管理サーバ５に送信する。

疑似単独運転状態発生部２０は、系統電源２の異常状態を示す疑似単独運転状態を所定のタイミングで疑似的に発生させる。疑似単独運転状態とは、電力事業者系統１０１の系統電源２の周波数、あるいは電圧位相が一時的に変動する状態である。

図４は、疑似単独運転状態発生部２０の一例を示す図である。疑似単独運転状態発生部２０は、電力事業者系統１０１の系統電源２の周波数、あるいは電圧位相を一時的に変動させる電気回路であり、図４に示すように、周波数変動ユニット２１と電圧位相変動ユニット２２とを備えている。そして、疑似単独運転状態発生部２０は、ＰＣＳ８の機種に応じて、使用するユニットを適宜切り替えることができる。

まず、周波数変動ユニット２１の具体例について説明する。

図５は、周波数変動ユニット２１の一例を示す図である。周波数変動ユニット２１は、電力事業者系統１０１の系統電源２の周波数を一時的に変動させるための電気回路である。周波数変動ユニット２１は、ＰＣＳ８において単独運転状態を検出可能な閾値に対応して周波数を擬似的に変化させる。図５に示す例では、ＰＣＳ８が出力する電力の基準周波数が５０Ｈｚであり、周波数変動ユニット２１内部で１Ｈｚすなわち０．０２％の周波数を変動させることができる。

周波数変動ユニット２１は、２つの周波数変調器２１１，２１２と、発振器２１３と、スイッチ２１４とを含む。２つの周波数変調器２１１，２１２は、疑似単独運転状態発生部２０内部の配電線１上に縦列に配置されている。これら周波数変調器２１１，２１２は、例えば、混合器２１１ａ，２１１ｂを用いて構成することができる。

発振器２１３は、変動させる上記１Ｈｚの周波数を発振出力する。発振器２１３の発振信号は、２つの混合器２１１ａ，２１１ｂに出力される。発振器２１３と、２つの混合器２１１ａ，２１１ｂとの間には、スイッチ２１４が設けられている。スイッチ２１４は、測定制御部１１の制御により、擬似単独運転状態発生のタイミングで一時的にＯＮ（導通）される。

周波数変調器２１１，２１２は、スイッチ２１４のＯＦＦ状態において、周波数混合を行わず、系統電源２とＰＣＳ８間に流れる電力に対する周波数変動動作は行わない。

一方、擬似単独運転状態発生のタイミングでスイッチ２１４がＯＮ状態となると、周波数変調器２１１，２１２は、以下のように周波数混合を行う。ＰＣＳ８側の周波数変調器２１１に設けられる混合器２１１ａは、ＰＣＳ８が出力する基準周波数５０Ｈｚに発振器２１３の発振信号１Ｈｚを加算（混合）し、５１Ｈｚの周波数を出力する。混合器２１１ｂは、混合器２１１ａが出力する変動後の周波数５１Ｈｚから発振器２１３の発振信号１Ｈｚを減算（混合）し、基準周波数に戻した５０Ｈｚの周波数を電力事業者系統１０１の配電線１に出力する。

上記の構成例では、ＰＶ発電機器９側の周波数変調器２１１が電力の周波数を基準周波数より高く変動させ、系統電源２側の周波数変調器２１２が電力の周波数を基準周波数に戻す制御を行う構成とした。これに限らず、ＰＶ発電機器９側の周波数変調器２１１が電力の周波数を基準周波数より低く変動させ、系統電源２側の周波数変調器２１２が電力の周波数を基準周波数に戻す制御を行う構成としてもよい。

上記構成によれば、電力需要家のＰＣＳ８からの売電時に、周波数変動ユニット２１により一時的に周波数変動させることにより、ＰＣＳ８に対して擬似単独運転状態を発生させることができる。この際、ＰＣＳ８からみて、このＰＣＳ８側に設けられた混合器２１１ａは変動後の５１Ｈｚで動作しており、ＰＣＳ８は単独運転状態を検出する。一方、ＰＣＳ８からみて系統電源２側に設けられた混合器２１１ｂは、電力の周波数を基準周波数５０Ｈｚに戻す。これにより、電力事業者系統１０１の配電線１には、正常な基準周波数５０Ｈｚの電力を売電する電力として出力できる。

続いて、電圧位相変動ユニット２２の具体例について説明する。

図６は、電圧位相変動ユニット２２の一例を示す図である。電圧位相変動ユニット２２は、電力事業者系統１０１の系統電源２の電圧位相を一時的に変動（電圧位相跳躍）させるための電気回路である。

電圧位相変動ユニット２２は、ＰＣＳ８において単独運転状態を検出可能な上記閾値に対応して電圧位相を擬似的に変化させる。図示の例では、ＰＣＳ８が出力する電力の電圧位相を電圧位相変動ユニット２２内部で位相角α（例えば５度）変動させる構成である。

電圧位相変動ユニット２２は、２つの電圧位相変動器２２１，２２２を含む。２つの電圧位相変動器２２１，２２２は、疑似単独運転状態発生部２０内部の配電線１上に縦列に配置されている。電圧位相変動器２２１は、それぞれ設置されたインダクタ２２１ａおよび容量２２１ｂに一端が並列接続された抵抗２２１ｃと、一端が抵抗２２１ｃに接続され、他端が配電線１に接続されるスイッチ２２１ｄとを含む。これらインダクタ２２１ａ，容量２２１ｂ，抵抗２２１ｃにより、上記α（例えば５度）の電圧位相を発生させる。

スイッチ２２１ｄは、測定制御部１１の制御により、擬似単独運転状態発生のタイミングで一時的にＯＮ（導通）される。電圧位相変動器２２２についても、電圧位相変動器２２１と同様の回路構成であり、対応する符号（２２２ａ〜２２２ｄ）を付してある。

電圧位相変動器２２１，２２２は、それぞれスイッチ２２１ｄ，２２２ｄのＯＦＦ状態において、電圧位相の変動を行わず、系統電源２とＰＣＳ８間に流れる電力に対する電圧位相変動動作は行わない。

一方、擬似単独運転状態発生のタイミングでスイッチ２２１ｄ，２２２ｄがいずれもＯＮ状態となると、電圧位相変動器２２１，２２２は、以下のように電圧位相を変動させる。ＰＣＳ８側の電圧位相変動器２２１は、ＰＣＳ８が出力する電圧位相をα＝５度だけ変動させて出力する。系統電源２側の電圧位相変動器２２２は、電圧位相変動器２２１が出力するα分変動された電圧位相を−α分だけ変動させ、元の電圧位相に戻して電力事業者系統１０１の配電線１に出力する。

上記の構成例では、ＰＣＳ８側の電圧位相変動器２２１が電力の電圧位相を基準よりプラスに変動させ、系統電源２側の電圧位相変動器２２２が電力の電圧位相を基準の電圧位相に戻す制御を行う構成とした。これに限らず、ＰＣＳ８側の電圧位相変動器２２１が電力の電圧位相を基準よりマイナスに変動させ、系統電源２側の電圧位相変動器２２２が電力の電圧位相を基準の電圧位相に戻す制御を行う構成としてもよい。

上記構成によれば、電力需要家のＰＣＳ８からの売電時に、周波数変動ユニット２１により一時的に電圧位相を変動させることにより、ＰＣＳ８に対して擬似単独運転状態を発生させることができる。この際、ＰＣＳ８からみて、このＰＣＳ８側に設けられた電圧位相変動器２２１は変動後の＋αの位相角で動作しており、ＰＣＳ８は単独運転状態を検出する。一方、ＰＣＳ８からみて系統電源２側に設けられた電圧位相変動器２２２は、電力の電圧位相を基準の位相に戻す。これにより、電力事業者系統１０１の配電線１には、正常な位相の電力を売電する電力として出力できる。

このように、疑似単独運転状態発生部２０が周波数変動ユニット２１と電圧位相変動ユニット２２とを備え、ＰＣＳ８の機種に応じて適宜使用するユニットを切り替えることによって、周波数変動を検知するＰＣＳおよび電圧位相変動を検知するＰＣＳの両方の電力の出力を停止させることができる。

なお、図３によれば、疑似単独運転状態発生部２０は、買電メータ１０に近い位置に設けられているが、買電メータ１０よりも系統電源２側であれば設置位置は特定されない。買電メータ１０よりも分電盤６側の配電線１ｃは宅内系統１０２の領域に含まれるため、擬似単独運転状態発生部２０を買電メータ１０よりも系統電源２側に設けることによって、電力事業者側で消費電力の測定処理を制御することができる。

次に、電力需要家の消費電力の測定方法について説明する。

図７は、電力需要家の消費電力を測定する処理の手順の一例を示すフローチャートである。

まず、電力需要家は、ＰＣＳ８を含むＰＶ発電機器９の購入時に電力会社に売電契約とＰＶ発電機器９の購入の届け出を行う。この届け出内容には、上記説明したＰＣＳ８の機種の情報を含む。続いて、電力事業者は、電力需要家によって届け出されたＰＣＳ８の機種の情報を消費電力測定装置４に登録する（Ｓ１０１）。具体的には、管理サーバ５は、消費電力測定装置４の受信部１２にＰＣＳ８の機種の情報として、周波数または電圧位相の変動度合いに関する情報を送信する。そして、受信部１２は、受信した情報を第２記憶部１４に格納する。

図８は、ＰＣＳの機種の情報の一例を示す図である。ＰＣＳの機種の情報は、第２記憶部１４に情報テーブルとして格納されている。図８に示すように、ＰＣＳ８における単独運転検出を受動的方法で行う場合、大別して電力事業者系統１０１の電圧位相を跳躍変動させる、あるいは周波数変動させて行う。

電圧位相変動による検出では、例えば、電力事業者系統１０１の過去１〜数サイクル分の周期の移動平均値を更新していき、この過去の移動平均値と、現在の１〜複数サイクル分周期とを比較する。そして、比較結果が所定の閾値を超えた場合に、ＰＣＳ８は単独運転状態（電力事業者系統１０１の異常）であると検出する。閾値は図示の各電圧位相差に相当し、ＰＣＳ８の機種別に電圧位相差は３度〜８度と異なる。

周波数変動による検出では、例えば、電力事業者系統１０１の過去数サイクル分の周波数移動平均値を更新していく、この過去の移動平均値と、現在の１〜複数サイクル分の周波数移動平均値とを比較する。そして、これら過去と現在の移動平均値の差分が所定サイクル以上連続し、その差分が基準周波数（例えば５０Ｈｚ）に対する閾値を超えた場合に、ＰＣＳ８は単独運転状態であると検出する。閾値は図示の各周波数変化率に相当し、例えば周波数変化率として０．３％の変動を検出する。

図７に戻り、受信部１２は、消費電力の測定開始を指示するための指示信号を電力事業者の管理サーバ５から受信する（Ｓ１０２）。なお、指示信号には、ＰＣＳ８の機種を識別するための識別子が含まれている。

続いて、受信部１２は、受信した指示信号を測定制御部１１に出力する。指示信号を受信した測定制御部１１は、指示信号に含まれている識別子からＰＣＳ８の機種を抽出する。そして、測定制御部１１は、ＰＣＳ８の機種に対応する、疑似単独運転状態の発生に用いる情報を第２記憶部１４に格納されている情報テーブルから読み出し、読み出した情報を疑似単独運転状態発生部２０に送信する。疑似単独運転状態発生部２０は、第２記憶部１４から読み出したＰＣＳ８の機種の情報に基づいて、電力事業者系統１０１の系統電源２の周波数、あるいは電圧位相を一時的に変動させ、擬似単独運転状態を発生する（Ｓ１０３）。ＰＣＳ８は、機種別に電力の高調波特性が異なり、これにあわせて電力事業者系統１０１の変動度合いに対する単独運転検出の程度（精度）が異なっている。消費電力測定装置４によれば、擬似単独運転状態発生部２０により発生させる擬似単独運転状態、すなわち、電力事業者系統１０１の系統電力の周波数または電圧位相の変動度合いをＰＣＳ８の機種に合わせて適宜変更することにより、ＰＣＳ８の機種別に適した擬似単独運転状態を発生することができる。

続いて、ＰＣＳ８は、擬似単独運転状態発生部２０により発生させる擬似単独運転状態を検知すると、ＰＣＳ８の単独運転防止機能により、ＰＶ発電機器９の発電電力を出力することを停止する（Ｓ１０４）。ＰＶ発電機器９の発電電力のＰＣＳ８からの出力が停止すると、ＰＶ発電機器９の発電電力は電力需要家の電気機器７に供給されなくなる。このため、電力需要家が消費する電力は、すべて電力事業者が供給した電力となる。すなわち、電力事業者側に設置された買電メータ１０によって測定される電力量は、電力需要家が消費した電力量と等しくなる。

そこで、買電メータ１０は、ＰＶ発電機器９の発電電力のＰＣＳ８からの出力が停止している間に、電力需要家の電気機器７の消費電力を測定する（Ｓ１０５）。そして、測定された電力量の情報を第２記憶部１４に格納する。

消費電力の測定終了後、疑似単独運転状態発生部２０は、電力事業者系統１０１側の系統電源２の周波数、あるいは電圧位相の変動を中止し、擬似単独運転状態の発生を停止する（Ｓ１０６）。

疑似単独運転状態発生部２０による擬似単独運転状態の発生が停止すると、ＰＣＳ８は、単独運転状態が解除されたと判断し、ＰＶ発電機器９の発電電力のＰＣＳ８からの出力を再開する（Ｓ１０７）。

続いて、測定制御部１１は、電力需要家が消費した電力量の情報を第２記憶部１４から読み出して、送信部１５を経由して管理サーバ５へ送信する（Ｓ１０８）。ＰＣＳ８からの出力を再開させる前に電力量の情報を管理サーバ５へ送信する処理を行うと、ＰＣＳ８からの出力を停止する時間が長くなる恐れがある。上述の方法によれば、ＰＣＳ８からの出力を再開させてから電力量の情報を管理サーバ５へ送信するため、ＰＣＳ８からの出力が停止している時間の短縮化を図ることができる。

以上のようにして、電力需要家の消費電力の測定を行うことができる。

ＰＶ発電機器９が稼働しているときは、売電メータ３では、電力需要家の電気機器７が消費する電力ＬｃとＰＶ発電機器９が発電した電力量Ｐｇとの差分の情報Ｐ＝Ｌｃ−Ｐｇしか得ることができない。そのため、電力事業者系統１０１側で電力需要家が消費する実際の電力量を把握するのは困難である。

一方、本実施形態によれば、電力事業者系統１０１側に設けられている疑似単独運転状態発生部２０で擬似単独運転状態を発生することにより、宅内系統１０２に設けられているＰＣＳ８からの、ＰＶ発電機器９の発電電力の出力を停止させる。そして、出力が停止している間に、買電メータ１０により電力量を測定する。この方法によれば、Ｐｇ＝０となるため、測定される電力量ＰはＰ＝Ｌｃ−０＝Ｌｃ、すなわち電力需要家が消費した電力量を示している。このように、電力事業者系統１０１側で、簡易な構成によりＰＶ発電機器９を所有する電力需要家が消費した電力量を特定することができる。そして、電力事業者は、取得した消費電力の情報を、日時、天候等と対応させてデータベースに格納し、利用することができる。

なお、電力需要家によるＰＶ発電機器９の発電電力の利用ができなくなることによる経済的な損失を最小限に抑える観点から、ＰＣＳ８からのＰＶ発電機器９の発電電力の出力が停止している時間は１秒程度以下が好ましい。

また、一電力需要家に対する消費電力の測定処理は、所定の間隔（例えば３０分間隔）で複数回行い、複数回行って得られた結果から消費電力を見積もるのが好ましい。消費電力の測定処理を複数回行うことにより、データばらつきの影響が低減できるため、測定精度の向上を図ることができる。

ところで、既に説明したように、擬似単独運転状態発生部２０で擬似単独運転状態を発生させると、Ｓ１０４においてＰＶ発電機器９の発電電力のＰＣＳ８からの出力が停止する。しかし、買電メータ１０は、ＰＣＳ８からの出力が停止したことを検知することができない場合がある。このような場合、例えば以下のように処理を行うことができる。

図９は、Ｓ１０２の処理の後からＳ１０６の処理の前までに行われる処理の具体例を示す図である。

Ｓ１０２の処理の後、疑似単独運転状態発生部２０は、指示信号に基づいて擬似単独運転状態を発生するのと同期して、買電メータ１０へ同期信号を送信する（Ｓ１０３ａ）。

続いて、買電メータ１０は、同期信号を受信すると、受信してからの経過時間の計測を開始する（Ｓ１０４ａ）。経過時間の計測には、公知の時間計測回路を用いることができる。

そして、買電メータ１０は、所定の待機時間が経過してから、電力需要家の消費電力を測定する（１０５ａ）。なお、待機時間は、例えば１秒である。また、待機時間の情報は、例えば第２記憶部１４に格納しておき、必要に応じて適宜変更することができる。その後、Ｓ１０６に移る。

擬似単独運転状態発生部２０で擬似単独運転状態が発生してからＰＣＳ８からの電力の出力が停止するまでのおおよそのタイムラグは把握できるため、買電メータ１０は、このタイムラグの情報に基づいて動作させることができる。本実施例では、買電メータ１０が同期信号を受信してから、ＰＣＳ８からの出力が停止したと推定できる時間（すなわち、上述のタイムラグよりも長い時間）まで待機し、待機時間が経過した後に消費電力の測定を開始する。この方法によれば、買電メータ１０は、ＰＣＳ８からの出力が停止したことを検知することができない場合であっても、ＰＣＳ８からの出力が停止している時間帯に消費電力の計測を行うことができる。

（変形例）
次に、本発明の実施形態における、消費電力測定装置の動作の変形例について説明する。

図１０は、消費電力測定装置の変形例を示す図である。なお、図３に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、説明は省略する。図１０に示すように、変形例における消費電力測定装置４では、判定部１６を備えている。判定部１６は、測定制御部１１と、第１記憶部１３と、第２記憶部１４とに接続されている。判定部は、例えばＣＰＵまたはＭＰＵ等のプロセッサであり、第１記憶部１３に格納されている判定プログラムを読み出し、判定プログラムの各命令を実行することによって一連の判定処理を行うことができる。判定処理に用いられる電力需要家の消費電力に関する情報は、後述するように第２記憶部１４に格納されている。

図１１は、電力需要家の消費電力を測定する処理の手順の変形例を示すフローチャートである。以下、変形例における処理の手順について説明する。

Ｓ１０２までの処理は、図７と略同様である。Ｓ１０２の後、買電メータ１０は、電力需要家が消費した電力量を測定する（Ｓ１１０）。そして、測定された電力量の情報を第２記憶部１４に格納する。Ｓ１１０で測定された消費電力は、疑似単独運転状態が発生する前に測定された、系統電源へ送電される電力量である。

続いて、図７に示すＳ１０３からＳ１０７までの処理と同様の処理を実行する。この処理の間に、ＰＣＳ８からの電力の出力が停止しているときに測定された、電力需要家が消費した電力量の情報が取得される。

Ｓ１０７の処理の後、判定部１６は、Ｓ１１０において疑似単独運転状態が発生する前に測定された電力量と、Ｓ１０５においてＰＣＳ８からの電力の出力が停止しているときに測定された電力量との比較によって、疑似単独運転状態が発生する前にＰＣＳ８が稼働していたか否かを判定する（Ｓ１１１）。

図１２は、消費電力の測定結果の一例を示す図である。図１２は、ＰＶ発電機器９が発電した電力量Ｐｇよりも、電気機器７が消費する電力量Ｌｃの方が多い場合における例である。

ＰＣＳ８から電力が出力されている場合、ＰＶ発電機器９による発電が行われている。よって、図１２（ａ）に示すように、ＰＣＳ８からの出力を停止させる前に買電メータ１０で測定される電力量Ｐｂは、Ｐｂ＝Ｌｃ−Ｐｇとなる。疑似単独運転状態の発生によりＰＣＳ８からの出力が停止すると、Ｐｇ＝０となる。このため、買電メータ１０で測定される電力量Ｐｂ’は、Ｐｂ’＝Ｌｃとなり、Ｐｂよりも増加する。その後、疑似単独運転状態の発生を停止させてＰＣＳ８からの出力を再開させると、買電メータ１０で測定される電力量Ｐｂ”は、Ｐｂ”＝Ｌｃ−Ｐｇとなり、Ｌｃに変化がなければＰｂと略同等となる。

一方、ＰＣＳ８から電力が出力されていない場合、ＰＶ発電機器９による発電は行われていない。よって、図１２（ｂ）に示すように、ＰＣＳ８からの出力を停止させる前においてもＰｇ＝０であるため、ＰＣＳ８からの出力が停止する前と後とで、消費電力の顕著な差異はみられない。

そこで、本変形例によれば、ＰＣＳ８からの出力が停止する前と後の消費電力を測定し、差分を算出する。このことにより、ＰＶ発電機器９が発電した電力量Ｐｇを見積もることができる。そして見積られたＰｇと予め設定しておいた閾値とを比較することによって、電力事業者系統１０１側で、ＰＶ発電機器９が稼働していたかどうかを推定することができる。また、電力事業者系統１０１側で、ＰＶ発電機器９の発電量を把握することもできる。

なお、買電メータ１０で測定される消費電力の実際のデータは完全に一定ではなく、ある程度のばらつきを有している。このため、予め設定しておく閾値は、データの測定ばらつきを考慮して設定することが好ましい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は特定の実施例に限定されるものではなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、図７に示す例では、ＰＶ発電機器９の発電電力のＰＣＳ８からの出力を再開した後に、測定した電力需要家の消費電力を管理サーバ５へ送信しているが、電力需要家の消費電力を管理サーバ５へ送信した後に、発電電力のＰＣＳ８からの出力を再開することもできる。

また、上記実施の形態では、電力需要家に設置される自家発電機器としてＰＶ発電機器９を例に説明したが、消費電力測定装置４は、ＰＶ発電機器９に限らず、風力発電や潮力発電等の他の再生可能エネルギー発電方式、若しくは人力発電、燃料電池またはコジェネレータ等の他の自家発電機器が設置されている場合においても、電力需要家が消費した電力量を同様に測定することができる。また、本実施の形態で説明した消費電力測定方法は、あらかじめ用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することもできる。消費電力測定プログラムは、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。なお、消費電力測定プログラムを格納する記録媒体としては、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc−Read Only Memory）、ＭＯ（Magneto Optical disk）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（ＤＶＤ−Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（ＤＶＤ−Random Access Memory）、ＢＤ（Blue-ray Disc）等を用いることもできる。また、消費電力測定プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することもできる。

１，１ａ〜１ｆ：配電線
２：系統電源
３：売電メータ
４：消費電力測定装置
５：管理サーバ
６：分電盤
７：電気機器
８：パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
９：ＰＶ発電機器
１０：買電メータ
１１：測定制御部
１２：受信部
１３：第１記憶部
１４：第２記憶部
１５：送信部
１６：判定部
２０：疑似単独運転状態発生部
２１：周波数変動ユニット
２１１：周波数変調器
２１２：周波数変調器
２１３：発振器
２１４：スイッチ
２２：電圧位相変動ユニット
２２１：電圧位相変動器
２２２：電圧位相変動器
８１：インバータ回路
８２：同相調整回路
８３：単独運転検出回路
１００：ネットワーク
１０１：電力事業者系統
１０２：宅内系統

Claims (8)

1. 電力供給システムであって、
   電力需要家の機器と、
   前記機器に電力を供給する発電機器と、
   前記機器の消費電力量に対して前記発電機器からの供給電力の量が不足した場合に、前記機器に電力が供給される電力供給者の電源と、
   前記機器の消費電力量を測定するときに、前記電源から供給される電力の波形の一部を変動させて出力する疑似単独運転状態発生部と、
   前記疑似単独運転状態発生部から出力された、前記電源から供給される電力の波形の一部の変動を検出したことを契機として、前記発電機器から受電した電力の前記機器への出力を停止させるパワーコンディショナと、
   前記発電機器から前記機器への電力供給が停止しているときに、前記電源から前記機器に供給される電力量を測定することにより、前記機器の消費電力量を測定する電力測定部と、
   を有することを特徴とする電力供給システム。
2. 前記疑似単独運転状態発生部は、前記電力測定部よりも前記電源側に設けられることを特徴とする請求項１記載の電力供給システム。
3. 前記電力測定部は、前記発電機器から前記機器への電力供給が停止する前に、前記電源から前記機器に供給される電力量を測定し、
   前記発電機器から前記機器への電力供給が停止する前に測定された電力量と、前記発電機器から前記機器への電力供給が停止しているときに測定された電力量との比較によって、前記発電機器から前記機器への電力供給が停止する前に、前記発電機器から前記機器への電力供給がなされていたか否かを判定する判定部を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力供給システム。
4. 前記疑似単独運転状態発生部は、前記電源の周波数を変動させることによって、前記波形の一部を変動させる周波数変動ユニットと、前記電源の電圧位相を変動させることによって、前記波形の一部を変動させる電圧位相変動ユニットとを有し、
   前記パワーコンディショナの種類に応じて、使用するユニットを前記周波数変動ユニットまたは前記電圧位相変動ユニットのいずれかに切り替えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力供給システム。
5. 前記疑似単独運転状態発生部は、前記電源からの供給電力の波形の変化が発生した時間に同期して生成された同期信号を前記電力測定部に送信し、
   前記電力測定部は、前記同期信号を受信してから所定の時間が経過した後に、前記電力量を測定することを特徴とする請求項４記載の電力供給システム。
6. 電力需要家の機器の消費電力量に対する該電力需要家の発電機器からの供給電力量の不足分が電力供給者の電源から供給される電力供給システムの、前記機器の消費電力量を測定する消費電力測定装置であって、
   前記機器の消費電力量を測定するときに、前記電源から供給される電力の波形の一部を変動させて出力する疑似単独運転状態発生部と、
   前記疑似単独運転状態発生部から出力された、前記電源から供給される電力の波形の一部の変動を検出したことを契機として、前記発電機器から受電した電力の前記機器への出力がパワーコンディショナによって停止されたときに、前記電源から前記機器に供給される電力量を測定することにより、前記機器の消費電力量を測定する電力測定部と、
   を有することを特徴とする消費電力測定装置。
7. 電力需要家の機器の消費電力量に対する該電力需要家の発電機器からの供給電力量の不足分を、電力供給者の電源から供給する電力供給システムによって実行される、前記機器の消費電力測定方法であって、
   前記機器の消費電力量を測定するときに、疑似単独運転状態発生部によって、前記電源から供給される電力の波形の一部を変動させて出力し、
   パワーコンディショナによって、前記電力の波形の一部の変動を検出したことを契機として、前記発電機器から受電した電力の前記機器への出力を停止し、
   前記発電機器から前記機器への電力供給が停止しているときに、前記電源から前記機器に供給される電力量を測定することにより、前記機器の消費電力量を測定する、
   ことを特徴とする消費電力測定方法。
8. 電力需要家の機器の消費電力量に対する該電力需要家の発電機器からの供給電力量の不足分が電力供給者の電源から供給される電力供給システムの、前記機器の消費電力量を測定する消費電力測定装置に、
   前記機器の消費電力量を測定するときに、前記電源から供給される電力の波形の一部を変動させて疑似単独運転状態発生部から出力する処理と、
   前記疑似単独運転状態発生部から出力された、前記電源から供給される電力の波形の一部の変動を検出したことを契機として、前記発電機器から受電した電力の前記機器への出力がパワーコンディショナによって停止されたときに、前記電源から前記機器に供給される電力量を測定することにより、前記機器の消費電力量を測定する処理と、
   を実行させるためのプログラム。
   

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