JP6294104B2 - 計測装置、異常検出装置、算出方法、および、異常検出方法 - Google Patents

計測装置、異常検出装置、算出方法、および、異常検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、複数の箇所で計測された計測値の平均値を算出することができる計測装置、当該計測装置を用いた異常検出装置、平均値の算出方法、および、異常検出方法に関する。
太陽光発電所や風力発電所では、数十台から数百台のインバータ装置が並列接続されて、電力系統に連系している。
図１３は、従来の太陽光発電所を説明するための図である。各インバータ装置に内蔵された計測装置Ａ１００による計測値が監視装置Ｅに入力され、監視装置Ｅが各インバータ装置の運転状態の監視を行っている（例えば、特許文献１参照）。監視装置Ｅに入力される計測値には、例えば、インバータ回路Ｃの出力有効電力、出力無効電力、出力電圧、出力電流、インバータ回路Ｃに接続された太陽電池からの入力電力、入力電圧、入力電流、太陽電池への日射量や太陽電池の温度などがある。図１３では、計測装置Ａ１００が、インバータ回路Ｃの出力側に配置されて出力有効電力を計測する有効電力計測装置である場合を示している。監視装置Ｅは、各計測装置Ａ１００より入力される計測値に基づいて、発電所全体としての出力有効電力や、各インバータ装置の出力有効電力の平均値を算出する。監視装置Ｅで算出された合計値や平均値、各計測装置Ａ１００より入力される計測値を見ることで、発電状態を監視することができる。
特開２０１２‐２３５６５８号公報
Reza Olfati-Saber, J. Alex Fax, and Richard M. Murray, "Consensus and Cooperation in Networked Multi-Agent Systems", Proceedings of the IEEE, Vol.95, No.1, (2007) Mehran Mesbahi and Magnus Egerstedt, "Graph Theoretic Methods in Multiagent Networks", Princeton (2010)
太陽光発電所では、広大な敷地に各インバータ装置が点在するように設置されている。各インバータ装置に内蔵された計測装置Ａ１００では、当該インバータ装置での計測値を知ることができるが、発電所全体での合計値や平均値を知ることができない。合計値や平均値を知るためには、監視装置Ｅを参照する必要がある。
本発明は上述した事情のもとで考え出されたものであって、複数の箇所で計測された計測値の平均値を算出することができる計測装置を提供することをその目的としている。
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
本発明の第１の側面によって提供される計測装置は、複数の箇所でそれぞれ計測を行う計測装置であって、計測値の変化量を算出する変化量算出手段と、前記変化量に基づいて内部平均値を生成する平均値生成手段と、少なくとも１つの他の計測装置と通信を行う通信手段とを備え、前記通信手段は、前記平均値生成手段が生成した内部平均値を、前記他の計測装置の少なくとも１つに送信し、前記平均値生成手段は、前記生成した内部平均値と、前記通信手段が前記他の計測装置の少なくとも１つより受信した内部平均値とに基づく演算結果を用いて、内部平均値を生成することを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記平均値生成手段は、前記生成した内部平均値と、前記受信した内部平均値とに基づく演算を行う演算手段と、前記演算手段が出力する演算結果に前記変化量を加算して出力する加算手段と、前記加算手段が出力する値を積分して、内部平均値を算出する積分手段とを備えている。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記演算手段は、前記受信した内部平均値から前記生成した内部平均値をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算することで、前記演算結果を演算する。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記平均値生成手段が生成した内部平均値を、平均値として表示する表示手段をさらに備えている。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記平均値生成手段が生成した内部平均値に前記計測装置の数を乗算した値を合計値として表示する表示手段をさらに備えている。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記平均値生成手段が内部平均値を生成するタイミングを前記他の計測装置に一致させるタイミング一致手段をさらに備えている。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記タイミング一致手段は、タイミング位相を生成するタイミング位相生成手段を備え、前記通信手段は、前記タイミング位相生成手段が生成したタイミング位相を、前記他の計測装置の少なくとも１つに送信し、前記タイミング位相生成手段は、前記生成したタイミング位相と、前記通信手段が前記他の計測装置の少なくとも１つより受信したタイミング位相とに基づく演算結果を用いて、タイミング位相を生成する。
本発明の好ましい実施の形態においては、電圧を検出する電圧センサと、電流を検出する電流センサと、前記電圧センサが検出した電圧信号および前記電流センサが検出した電流信号に基づいて、有効電力を前記計測値として算出する有効電力算出手段とをさらに備えている。
本発明の好ましい実施の形態においては、温度を検出する温度センサをさらに備え、前記温度センサが検出した温度を前記計測値とする。
本発明の第２の側面によって提供される異常検出装置は、本発明の第１の側面によって提供される計測装置と、前記計測値と、前記平均値生成手段が生成した内部平均値とを比較する比較手段とを備え、前記比較手段による比較結果に基づいて異常を検出することを特徴とする。
本発明の第３の側面によって提供される算出方法は、複数の箇所に配置された各計測装置において計測された計測値の平均値を算出する方法であって、前記計測値の変化量を算出する第１の工程と、前記変化量に基づいて内部平均値を生成する第２の工程と、前記第２の工程で生成した内部平均値を少なくとも１つの他の計測装置に送信する第３の工程と、少なくとも１つの他の計測装置が送信した内部平均値を受信する第４の工程とを各計測装置で行わせるものであり、前記第２の工程は、生成した内部平均値と、前記第４の工程で受信した内部平均値とに基づく演算結果を用いて、内部平均値を生成することを特徴とする。
本発明の第４の側面によって提供される異常検出方法は、複数の箇所に配置された各計測装置において計測された計測値に基づいて異常を検出する方法であって、前記計測値の変化量を算出する第１の工程と、前記変化量に基づいて内部平均値を生成する第２の工程と、前記第２の工程で生成した内部平均値を少なくとも１つの他の計測装置に送信する第３の工程と、少なくとも１つの他の計測装置が送信した内部平均値を受信する第４の工程と、前記計測値と、前記第２の工程で生成した内部平均値とを比較する第５の工程と、前記第５の工程での比較結果に基づいて異常を判断する第６の工程とを各計測装置で行わせるものであり、前記第２の工程は、生成した内部平均値と、前記第４の工程で受信した内部平均値とに基づく演算結果を用いて、内部平均値を生成することを特徴とする。
本発明によると、平均値生成手段は、生成した内部平均値と、通信手段が受信した他の計測装置での内部平均値とに基づく演算結果と、計測値の変化量とを用いて、内部平均値を生成する。各計測装置の平均値生成手段がこれを行うことで、すべての計測装置での内部平均値が同じ値に収束する。したがって、各計測装置は、複数の箇所で計測された計測値の平均値を算出することができる。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
第１実施形態に係る計測装置を説明するための図である。 インバータ装置が複数並列接続された太陽光発電所を示す図である。 有効電力算出部３の内部構成の一例を示す図である。 計測された有効電力の更新による初期値の更新と、初期値の相加平均値への収束を説明するための図である。 各計測装置において相加平均値が算出されることを確認するシミュレーションを説明するための図である。 各計測装置の他の通信状態を説明するための図である。 内部平均値の生成タイミングと内部平均値の収束値との関係を説明するための図である。 内部平均値の生成タイミングと内部平均値の収束値との関係を説明するための図である。 第２実施形態に係る計測装置を説明するための図である。 第３実施形態に係る温度計測装置を説明するための図である。 第４実施形態に係る異常検出装置を説明するための図である。 第５実施形態に係る異常検出装置を説明するための図である。 従来の太陽光発電所を説明するための図である。
以下、本発明の実施の形態を、本発明に係る計測装置を出力有効電力の計測装置として用いた場合を例として、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、第１実施形態に係る計測装置Ａを説明するための図であり、電力系統Ｂに連系するインバータ装置の内部で、インバータ回路Ｃの出力側に配置されている状態を示している。図２は、インバータ装置が複数並列接続された太陽光発電所を示す図であり、各インバータ装置に内蔵されている計測装置Ａが通信を行っている状態を示している。
インバータ回路Ｃは、図示しない太陽電池から入力される直流電力を交流電力に変換して、電力系統Ｂに出力するものである。計測装置Ａは、インバータ回路Ｃの出力有効電力を計測するものである。インバータ回路Ｃ、これを制御する制御回路、計測装置Ａ、および、各種保護装置を備えているインバータ装置が、いわゆるパワーコンディショナと呼ばれるものである。
図１に示すように、計測装置Ａは、電圧センサ１、電流センサ２、有効電力算出部３、変化量算出部４、平均値生成部５、表示部６、および、通信部７を備えている。計測装置Ａは、電圧センサ１が検出した電圧信号および電流センサ２が検出した電流信号に基づいて、インバータ回路Ｃが出力する有効電力Ｐを算出するものである。
電圧センサ１は、インバータ回路Ｃの出力線に配置されて、配置位置の電圧の瞬時値を検出するものである。電圧センサ１は、検出した瞬時値をデジタル変換して、電圧信号として有効電力算出部３に出力する。電流センサ２は、インバータ回路Ｃの出力線に配置されて、配置位置の電流の瞬時値を検出するものである。電流センサ２は、検出した瞬時値をデジタル変換して、電流信号として有効電力算出部３に出力する。
有効電力算出部３は、電圧センサ１より入力される電圧信号および電流センサ２より入力される電流信号に基づいて、有効電力Ｐを算出するものである。有効電力算出部３は、算出した有効電力Ｐを、所定のタイミング（例えば、１秒間隔）で更新して、変化量算出部４および表示部６に出力する。
図３は、有効電力算出部３の内部構成の一例を示す図である。
有効電力算出部３は、３相の電圧信号および電流信号に基づいて、有効電力Ｐを算出するものであり、αβ変換部３１，３１’、ｄｑ変換部３２，３２’、および、電力算出部３３を備えている。
αβ変換部３１は、電圧センサ１より入力される３相の電圧信号Ｖu、Ｖv、Ｖwを２相の電圧信号Ｖα、Ｖβに変換する。ｄｑ変換部３２は、αβ変換部３１から電圧信号Ｖα、Ｖβを入力され、同相成分Ｖdと位相差成分Ｖqとを算出する。αβ変換部３１’は、電流センサ２より入力される３相の電流信号Ｉu、Ｉv、Ｉwを２相の電流信号Ｉα、Ｉβに変換する。ｄｑ変換部３２’は、αβ変換部３１’から電流信号Ｉα、Ｉβを入力され、同相成分Ｉdと位相差成分Ｉqとを算出する。
電力算出部３３は、ｄｑ変換部３２より入力される同相成分Ｖdおよび位相差成分Ｖqと、ｄｑ変換部３２’より入力される同相成分Ｉdおよび位相差成分Ｉqとから、下記（１）式に基づいて、有効電力Ｐを算出する。電力算出部３３は、所定のタイミングで、タイミング間の平均値を算出して、有効電力Ｐとして出力する。
なお、図３に示す有効電力算出部３は、あくまでも一例であって、これに限られない。例えば、電圧信号Ｖα、Ｖβおよび電流信号Ｉα、Ｉβから有効電力Ｐを算出するようにしてもよいし、電圧信号Ｖu、Ｖv、Ｖwおよび電流信号Ｉu、Ｉv、Ｉwから有効電力Ｐを算出するようにしてもよい。また、電圧および電流の実効値と、電圧と電流の位相差とから有効電力Ｐを算出するようにしてもよい。
変化量算出部４は、有効電力算出部３より入力される有効電力Ｐの変化量ΔＰを算出するものである。変化量算出部４は、有効電力算出部３より入力される有効電力Ｐが更新されていない間は変化量ΔＰを「０」とし、有効電力Ｐが更新された時は、更新後の有効電力Ｐと更新前の有効電力Ｐとの差を変化量ΔＰとして算出する。変化量算出部４は、変化量ΔＰを平均値生成部５に出力する。
平均値生成部５は、各計測装置Ａが算出した有効電力Ｐの内部平均値Ｘiを生成するものである。内部平均値Ｘiは、各計測装置Ａの内部で仮に算出される、各計測装置Ａが算出した有効電力Ｐの相加平均値である。後述するように、各計測装置Ａの内部平均値Ｘiは、平均値生成部５での演算処理が繰り返されることで、各計測装置Ａが算出した有効電力Ｐの相加平均値に収束する。平均値生成部５は、生成した内部平均値Ｘiを表示部６および通信部７に出力する。平均値生成部５の詳細については、後述する。
表示部６は、計測値を表示するものであり、有効電力算出部３より入力された有効電力Ｐをインバータ回路Ｃの出力有効電力として表示する。また、表示部６は、平均値生成部５より入力された内部平均値Ｘiを発電所に設置されたインバータ装置の出力有効電力の平均値として表示する。さらに、表示部６は、発電所に設置されたインバータ装置の数ｎを内部平均値Ｘiに乗算して算出された値（ｎ・Ｘi）を発電所全体の出力有効電力の合計値として表示する。
通信部７は、他の計測装置Ａとの間で通信を行うものである。通信部７は、平均値生成部５が生成した内部平均値Ｘiを入力され、他の計測装置Ａの通信部７に送信する。また、通信部７は、他の計測装置Ａの通信部７から受信した内部平均値Ｘjを、平均値生成部５に出力する。なお、通信方法は限定されず、有線通信であってもよいし、無線通信であってもよい。
図２に示すように、各計測装置Ａは、電力系統Ｂに連系するインバータ装置の内部で、インバータ回路Ｃの出力側に配置されている。図２においては、電力系統Ｂに５つのインバータ装置が連系している状態を示している。なお、実際には、より多くのインバータ装置が連系しているが、説明の簡略化のために極端に少ないケースを示している。
図２に示す実線矢印は、計測装置Ａ同士で通信を行っていることを示している。計測装置Ａ１は計測装置Ａ２とのみ相互通信を行っており、計測装置Ａ２は計測装置Ａ１および計測装置Ａ３とのみ相互通信を行っている。また、計測装置Ａ３は計測装置Ａ２および計測装置Ａ４とのみ相互通信を行っており、計測装置Ａ４は計測装置Ａ３および計測装置Ａ５とのみ相互通信を行っており、計測装置Ａ５は計測装置Ａ４とのみ相互通信を行っている。このように、計測装置Ａは、発電所に設置された各インバータ装置に内蔵されている計測装置Ａのうち、少なくとも１つの計測装置Ａと通信を行っており、任意の２つの計測装置Ａに対して通信経路が存在している状態（以下ではこの状態を「連結状態」と言う。）であればよく、すべての計測装置Ａと通信を行う必要はない。
例えば、計測装置Ａが計測装置Ａ２の場合、通信部７は、平均値生成部５が生成した内部平均値Ｘ2を計測装置Ａ１およびＡ３の通信部７に送信し、計測装置Ａ１の通信部７から内部平均値Ｘ1を受信し、計測装置Ａ３の通信部７から内部平均値Ｘ3を受信する。
次に、平均値生成部５の詳細について説明する。
平均値生成部５は、生成した内部平均値Ｘiと、通信部７より入力される、他の計測装置Ａの内部平均値Ｘjとを用いて、内部平均値Ｘiを生成する。内部平均値Ｘiと内部平均値Ｘjとが異なっていても、平均値生成部５での演算処理が繰り返されることで、内部平均値Ｘiと内部平均値Ｘjとが共通の値に収束する。図１に示すように、平均値生成部５は、演算部５１、乗算器５２、加算器５３および積分器５４を備えている。
演算部５１は、下記（２）式に基づく演算を行う。すなわち、演算部５１は、通信部７より入力される各内部平均値Ｘjから、平均値生成部５が生成した内部平均値Ｘiをそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算した演算結果ｕiを乗算器５２に出力する。
例えば、計測装置Ａが計測装置Ａ２の場合（図２参照）、演算部５１は、下記（３）式の演算を行い、演算結果ｕ2を出力する。
乗算器５２は、演算部５１から入力される演算結果ｕiに所定の係数εを乗算して加算器５３に出力する。係数εは、０＜ε＜１／ｄmaxを満たす値であり、あらかじめ設定されている。ｄmaxは、通信部７が通信を行う他の計測装置Ａの数であるｄiのうち、発電所に設置された各インバータ装置に内蔵されているすべての計測装置Ａの中で最大のものである。つまり、計測装置Ａのなかで、一番多くの他の計測装置Ａと通信を行っているものの通信部７に入力される内部平均値Ｘjの数である。なお、係数εは、内部平均値Ｘiの変動が大きくなりすぎることを抑制するために、演算結果ｕiに乗算されるものである。したがって、平均値生成部５での処理が連続時間処理の場合は、乗算器５２を設ける必要はない。
加算器５３は、乗算器５２からの入力に変化量算出部４より入力される変化量ΔＰを加算して、積分器５４に出力する。有効電力Ｐが更新されていない間は変化量ΔＰが「０」なので、乗算器５２からの入力がそのまま積分器５４に出力される。一方、有効電力Ｐが更新された時は、更新前後の有効電力Ｐの変化量ΔＰが乗算器５２からの入力に加算されて、積分器５４に出力される。積分器５４は、加算器５３から入力される値を積分（すなわち、前回生成した内部平均値Ｘiに加算器５３から入力される値を加算する）することで内部平均値Ｘiを生成して出力する。内部平均値Ｘiは、表示部６、通信部７および演算部５１に出力される。
本実施形態において、平均値生成部５は、生成した内部平均値Ｘiと、通信部７より入力される、他の計測装置Ａの内部平均値Ｘjとを用いて、内部平均値Ｘiを生成する。内部平均値Ｘiが各内部平均値Ｘjの相加平均値より大きい場合、演算部５１が出力する演算結果ｕiは負の値になる。そうすると、積分器５４から出力される内部平均値Ｘiは小さくなる。一方、内部平均値Ｘiが各内部平均値Ｘjの相加平均値より小さい場合、演算部５１が出力する演算結果ｕiは正の値になる。そうすると、積分器５４から出力される内部平均値Ｘiは大きくなる。つまり、内部平均値Ｘiは各内部平均値Ｘjの相加平均値に近づいていく。この処理が各計測装置Ａそれぞれで行われることにより、各計測装置Ａの内部平均値Ｘiは同じ値Ｘαに収束する。内部平均値Ｘiが同じ値に収束することは、数学的にも証明されている（非特許文献１，２参照）。また、収束値Ｘαが、下記（４）式に示すように、各計測装置Ａの内部平均値Ｘiの初期値の相加平均値になることも証明されている。ｎは発電所に設置されたインバータ装置の数（すなわち、計測装置Ａの数）であり、下記（４）式は、計測装置Ａ１〜Ａｎの内部平均値Ｘ1〜Ｘnの初期値をすべて加算してｎで除算した相加平均値を算出することを示している。
初期値は、いずれかの計測装置Ａの有効電力Ｐが更新された時に更新される。有効電力Ｐが更新された計測装置Ａでは、加算器５３で変化量ΔＰが加算されることで、内部平均値Ｘiが更新された初期値になり、有効電力Ｐが更新されなかった計測装置Ａでは、そのときの内部平均値Ｘiがそのまま初期値になる。なお、変化量算出部４が出力する変化量ΔＰを加算器５３で加算するのではなく、積分器５４の出力に加算するようにしてもよい。
図４は、有効電力Ｐの更新による初期値の更新と、初期値の相加平均値への収束を説明するための図である。
図４においては、２つの計測装置Ａ１およびＡ２の相加平均値を算出する場合について説明する。計測装置Ａ１およびＡ２で計測された有効電力ＰをそれぞれＰ1およびＰ2とし、計測装置Ａ１およびＡ２の平均値生成部５で生成された内部平均値をそれぞれＸ1およびＸ2として示している。また、Ｐ1およびＰ2の理論的な相加平均値をＡｖｅとして示している。Ｐ1は、時刻ｔ０からｔ１までが「４０」で、時刻ｔ１以降が「５０」とし、Ｐ2は、時刻ｔ０からｔ２までが「２０」で、時刻ｔ２以降が「３０」としている。理論的な相加平均値Ａｖｅは、時刻ｔ０からｔ１までが「３０」で、時刻ｔ１からｔ２までが「３５」で、時刻ｔ２以降が「４０」になっている。
Ｘ1およびＸ2は、時刻ｔ０においてそれぞれ「４０」および「２０」であるが、相加平均値「３０」に収束する。その後、時刻ｔ１でＰ1が「４０」から「５０」に更新されるので、Ｘ1が「１０」増加されて「４０」になり、Ｘ2は「３０」のままである。これらの値が初期値となって、Ｘ1およびＸ2は相加平均値「３５」に収束する。次に、時刻ｔ２でＰ2が「２０」から「３０」に更新されるので、Ｘ2が「１０」増加されて「４５」になり、Ｘ1は「３５」のままである。これらの値が初期値となって、Ｘ1およびＸ2は相加平均値「４０」に収束する。
以下に、図２に示す各計測装置Ａ１〜Ａ５において、相加平均値が算出されることを確認するシミュレーションについて説明する。
図５は、当該シミュレーションを説明するための図である。同図（ａ）は、各計測装置Ａ１〜Ａ５の有効電力算出部３が出力する有効電力Ｐ（すなわち、計測値）の時間変化を示している。各計測値は乱数を用いて１秒毎にランダムに変化させている。また、通信部７による通信周期は１０ミリ秒としている。
同図（ｂ）は、各計測装置Ａ１〜Ａ５の平均値生成部５が出力する内部平均値Ｘiの時間変化を示している。実線Ａｖｅが計測値の理論的な相加平均値を示している。同図（ｂ）に示すように、計測値の更新時には、各計測装置Ａ１〜Ａ５の内部平均値Ｘiが過渡的に変化するが、理論的な相加平均値に収束していることが確認できる。表示部６において、定常状態になってから（例えば、計測値の更新から０．５秒後など）、内部平均値Ｘiを表示するようにすれば、全体での相加平均値を表示することができる。
本実施形態によると、発電所に設置された各インバータ装置に内蔵されている計測装置Ａが、それぞれ少なくとも１つの計測装置Ａ（例えば、近隣に位置するものや、通信が確立されたもの）と相互通信を行っており、各計測装置Ａの通信状態が連結状態であることで、すべての計測装置Ａの内部平均値Ｘiが収束値Ｘαに収束する。収束値Ｘαは、各計測装置Ａの内部平均値Ｘiの初期値の相加平均値である。また、有効電力Ｐが更新された時にその変化量ΔＰが内部平均値Ｘiに加算されることで初期値が更新される。したがって、内部平均値Ｘiは、各計測装置Ａの有効電力Ｐの相加平均値になる。表示部６は、内部平均値Ｘiおよび合計値（ｎ・Ｘi）を表示する。したがって、監視装置Ｅを参照しなくても、各計測装置Ａで発電所全体での出力有効電力の合計値や相加平均値を知ることができる。
なお、上記第１実施形態においては、各計測装置Ａが相互通信を行う場合について説明したが、これに限られず、片側通信を行うようにしてもよい。例えば、図６に示すように、計測装置Ａ１が計測装置Ａ５から受信のみを行って、計測装置Ａ２に送信のみを行い、計測装置Ａ２が計測装置Ａ１から受信のみを行って、計測装置Ａ３に送信のみを行い、計測装置Ａ３が計測装置Ａ２から受信のみを行って、計測装置Ａ４に送信のみを行い、計測装置Ａ４が計測装置Ａ３から受信のみを行って、計測装置Ａ５に送信のみを行い、計測装置Ａ５が計測装置Ａ４から受信のみを行って、計測装置Ａ１に送信のみを行う場合でも、内部平均値Ｘiを相加平均値に収束させることができる。より一般的に言うと、ある計測装置Ａから送信先をたどっていくと、任意の計測装置Ａに到達することができる状態（グラフ理論における「全域木を含む」状態）であることが、内部平均値Ｘiを収束させるための条件であり、さらに、任意の計測装置Ａから送信先をたどっていくと、任意の計測装置Ａに到達することができる状態（グラフ理論における「強連結」状態）であり、すべての計測装置Ａにおいて、送信先の計測装置Ａの数と送信元の計測装置Ａの数が等しい状態（グラフ理論における「平衡グラフ」状態）であることが内部平均値Ｘiを相加平均値に収束させるための条件である。
上記第１実施形態においては、計測装置Ａが平均値として相加平均値を算出する場合について説明したが、これに限られない。演算部５１に設定する演算式によって、収束値Ｘαは変わってくる。演算式を変更することで、計測装置Ａが、平均値として、加重平均値や、相乗平均値（幾何平均値）、調和平均値、Ｐ次平均値などを算出するようにしてもよい。なお、合計値を算出するためには、相加平均値を算出する必要がある。
上記第１実施形態においては、平均値生成部５が内部平均値Ｘiを生成するタイミングについて言及していないが、各計測装置Ａの平均値生成部５での内部平均値Ｘiの生成タイミングは一致させることが望ましい。
図７および図８は、内部平均値Ｘiの生成タイミングと内部平均値Ｘiの収束値との関係を説明するための図である。
図７は、３つの計測装置Ａ１〜Ａ３の内部平均値Ｘiの生成タイミングを一致させた場合のシミュレーションを示している。図７（ａ）は、各計測装置Ａ１〜Ａ３の通信タイミングおよび内部平均値Ｘiの生成タイミングを示している。計測装置Ａ１〜Ａ３の通信タイミングは一致しており、１秒間隔としている。また、計測装置Ａ１〜Ａ３の内部平均値Ｘiの生成タイミングも一致しており、１０秒間隔としている。図７（ｂ）は、シミュレーション結果を示しており、各計測装置Ａ１〜Ａ３の内部平均値Ｘiの時間変化を示している。各計測装置Ａ１〜Ａ３の内部平均値Ｘiの初期値は、それぞれ「０」、「５」、「１０」とし、乗算器５２の係数εを「０．１」としている。図７（ｂ）に示すように、各計測装置Ａ１〜Ａ３の内部平均値Ｘiは、理論的な相加平均値である「５」に収束している。
図８は、３つの計測装置Ａ１〜Ａ３の内部平均値Ｘiの生成タイミングをずらした場合のシミュレーションを示している。図８（ａ）は、図７（ａ）と同様、各計測装置Ａ１〜Ａ３の通信タイミングおよび内部平均値Ｘiの生成タイミングを示している。計測装置Ａ１〜Ａ３の通信タイミングは一致しており、１秒間隔としている。しかし、計測装置Ａ１〜Ａ３の内部平均値Ｘiの生成タイミングはいずれも１０秒間隔としているが、各タイミングをずらしている。図８（ｂ）は、シミュレーション結果を示しており、各計測装置Ａ１〜Ａ３の内部平均値Ｘiの時間変化を示している。各計測装置Ａ１〜Ａ３の内部平均値Ｘiの初期値および係数εは、図７の場合と同様である。図８（ｂ）に示すように、各計測装置Ａ１〜Ａ３の内部平均値Ｘiは、収束しているが、理論的な相加平均値からずれた「５．１」に収束している。
つまり、各計測装置Ａの平均値生成部５での内部平均値Ｘiの生成タイミングが一致しない場合、内部平均値Ｘiは収束するが、理論的な相加平均値に収束しない場合がある。したがって、内部平均値Ｘiを精度よく理論的な相加平均値に収束させるためには、各計測装置Ａの平均値生成部５での内部平均値Ｘiの生成タイミングを一致させる必要がある。内部平均値Ｘiの生成タイミングを一致させる方法としては、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）の時刻情報を利用する方法がある。すなわち、ＧＰＳの時刻情報を用いて、同じタイミングで各計測装置Ａの平均値生成部５が内部平均値Ｘiを生成するようにすればよい。また、生成タイミングのためのタイミング位相を各計測装置Ａに生成させ、このタイミング位相を同じ位相に一致させる方法がある。
図９は、第２実施形態に係る計測装置Ａを説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る計測装置Ａ（図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。第２実施形態に係る計測装置Ａは、タイミング位相生成部８およびタイミング生成部９をさらに備えている点と、通信部７が内部平均値Ｘiに加えてタイミング位相θiの送受信も行う点で、第１実施形態に係る計測装置Ａと異なる。
タイミング位相生成部８は、平均値生成部５での内部平均値Ｘiの生成タイミングを指示するためのタイミング位相θiを生成するものである。タイミング位相生成部８は、生成したタイミング位相θiを通信部７およびタイミング生成部９に出力する。タイミング位相生成部８は、生成したタイミング位相θiと、通信部７より入力される、他の計測装置Ａのタイミング位相θjとを用いて、タイミング位相θiを生成する。タイミング位相θiとタイミング位相θjとが異なっていても、タイミング位相生成部８での演算処理が繰り返されることで、タイミング位相θiとタイミング位相θjとが共通のタイミング位相に収束する。図９に示すように、タイミング位相生成部８は、演算部８１、乗算器８２、加算器８３および積分器８４を備えている。
演算部８１は、下記（５）式に基づく演算を行う。すなわち、演算部８１は、通信部７から入力される各タイミング位相θjから、タイミング位相生成部８が生成したタイミング位相θiをそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算した演算結果ｕ’iを乗算器８２に出力する。
乗算器８２は、演算部８１から入力される演算結果ｕ’iに所定の係数ε’を乗算して加算器８３に出力する。係数ε’は、０＜ε’＜１／ｄmaxを満たす値であり、あらかじめ設定されている。なお、係数ε’は、修正角周波数ωiが大きく（小さく）なりすぎて、タイミング位相θiの変動が大きくなりすぎることを抑制するために、演算結果ｕ’iに乗算されるものである。したがって、タイミング位相生成部８での処理が連続時間処理の場合は、乗算器８２を設ける必要はない。
加算器８３は、乗算器８２からの入力を所定の角周波数ω0に加算して、修正角周波数ωiとして積分器８４に出力する。角周波数ω0は、タイミング周波数に対応するものである。積分器８４は、加算器８３から入力される修正角周波数ωiを積分することでタイミング位相θiを生成して出力する。積分器８４は、前回生成したタイミング位相θiに修正角周波数ωiを加算することでタイミング位相θiを生成する。また、積分器８４は、タイミング位相θiを（−π＜θi≦π）の範囲の値として出力する。なお、タイミング位相θiの範囲の設定の仕方はこれに限定されず、例えば、（０≦θi＜２π）としてもよい。タイミング位相θiは、タイミング生成部９、通信部７および演算部８１に出力される。
第２実施形態において、タイミング位相生成部８は、生成したタイミング位相θiと、通信部７より入力される、他の計測装置Ａのタイミング位相θjとを用いて、タイミング位相θiを生成する。タイミング位相θiが各タイミング位相θjの相加平均値より大きい場合、演算部８１が出力する演算結果ｕ’iは負の値になる。そうすると、修正角周波数ωiは所定の角周波数ω0より小さくなり、タイミング位相θiの変化量は小さくなる。一方、タイミング位相θiが各タイミング位相θjの相加平均値より小さい場合、演算部８１が出力する演算結果ｕ’iは正の値になる。そうすると、修正角周波数ωiは所定の角周波数ω0より大きくなり、タイミング位相θiの変化量は大きくなる。つまり、タイミング位相θiは各タイミング位相θjの相加平均値に近づいていく。この処理が各計測装置Ａそれぞれで行われることにより、各計測装置Ａのタイミング位相θiは同じ値に収束する。タイミング位相θiは時間とともに変化するものであり、角周波数ω0に応じて変化する成分と、初期位相のずれを補償するように変化する成分とを合成したものと考えることができる。後者が同じ値θαに収束することで、各計測装置Ａのタイミング位相θiも同じ値に収束する。後者が同じ値θαに収束することは、数学的にも証明されている（非特許文献１，２参照）。また、収束値θαが、下記（６）式に示すように、各計測装置Ａのタイミング位相θiの初期値の相加平均値になることも証明されている。ｎは発電所に設置されたインバータ装置の数（すなわち、計測装置Ａの数）であり、下記（６）式は、計測装置Ａ１〜Ａｎのタイミング位相θ1〜θnの初期値をすべて加算してｎで除算した相加平均値を算出することを示している。
なお、第２実施形態においては、タイミング位相生成部８での処理の周期Ｔが１秒である場合について説明している。周期Ｔが例えば０．１秒の場合、加算器８３で乗算器８２からの入力を加算されるのは、角周波数ω0を１／１０にした（０．１を掛けた）値になる。つまり、ω0に代えてＴω0が入力される。
タイミング生成部９は、平均値生成部５に内部平均値Ｘiの生成タイミングを指示するタイミング信号を出力するものである。タイミング生成部９は、タイミング位相生成部８より入力されるタイミング位相θiに基づいて、タイミング信号を出力する。具体的には、タイミング位相θiが「０」になるタイミングでタイミング信号を出力する。なお、タイミング信号を出力するタイミングは「０」に限定されない。また、タイミング位相θiが「０」になった回数が予定の回数になったタイミングでタイミング信号を出力するようにしてもよい。
第２実施形態によると、各計測装置Ａはそれぞれ少なくとも１つの計測装置Ａと相互通信を行っており、各計測装置Ａの通信状態が連結状態なので、すべての計測装置Ａのタイミング位相θiが同じ値に収束する。したがって、各計測装置Ａは、平均値生成部５での内部平均値Ｘiの生成タイミングを一致させることができる。これにより、各計測装置Ａは、内部平均値Ｘiを精度よく理論的な相加平均値に収束させることができる。
なお、第２実施形態においては、計測装置Ａのタイミング位相θiの初期位相のずれを補償するように変化する成分を、各計測装置Ａのタイミング位相θiの初期値の相加平均値に収束させる場合について説明したが、これに限られない。演算部８１に設定する演算式によって、収束値θαは変わってくる。
例えば、演算部８１に設定する演算式を下記（７）式とした場合、収束値θαは下記（８）式に示すような値になる。ｄiは、通信部７が通信を行う他の計測装置Ａの数、すなわち、通信部７に入力されるタイミング位相θjの数である。つまり、収束値θαは、通信相手の数による重み付けを行った、各計測装置Ａのタイミング位相θiの初期値の加重平均値である。
また、演算部８１に設定する演算式を下記（９）式とした場合、収束値θαは下記（１０）式に示すように、各計測装置Ａのタイミング位相θiの初期値の相乗平均値（幾何平均値）になる。
また、演算部８１に設定する演算式を下記（１１）式とした場合、収束値θαは下記（１２）式に示すように、各計測装置Ａのタイミング位相θiの初期値の調和平均値になる。
また、演算部８１に設定する演算式を下記（１３）式とした場合、収束値θαは下記（１４）式に示すように、各計測装置Ａのタイミング位相θiの初期値のＰ次平均値になる。
上記第１および第２実施形態においては、計測装置Ａが出力有効電力の相加平均値を算出する場合について説明したが、これに限られない。例えば、有効電力算出部３で有効電力を算出する代わりに無効電力を算出するようにすれば、計測装置Ａを、出力無効電力の相加平均値を算出できる無効電力計測装置として機能させることができる。また、インバータ回路Ｃの出力電圧や出力電流を計測して、これらの相加平均値を算出するようにしてもよいし、インバータ回路Ｃに接続された太陽電池からの入力電力、入力電圧、入力電流を計測して、これらの相加平均値を算出するようにしてもよい。また、電圧信号から電圧位相や周波数を検出して、これらの相加平均値を算出するようにしてもよい。また、太陽電池への日射強度や日射量、太陽電池の温度などを計測して、これらの相加平均値を算出するようにしてもよい。さらに、これらの計測値のうちのいくつか、あるいはすべての相加平均値をそれぞれ算出するようにしてもよい。
上記第１および第２実施形態においては、計測装置Ａが太陽光発電所に設置されて太陽電池に接続されるインバータ装置に内蔵される場合について説明したが、これに限られない。例えば、風力発電所に設置されるインバータ装置に内蔵される計測装置にも、本発明を適用することができる。この場合、風速や風量を計測してその相加平均値を算出するようにしてもよい。また、電力系統の配電線や送電線、各家庭や建物のコンセントに配置されて、電気的情報（電圧、電流、電力など）を計測する計測装置にも、本発明を適用することができる。また、燃料電池、蓄電池、ディーゼルエンジン発電機、マイクロガスタービン発電機などの出力の電気的情報を計測する計測装置にも、本発明を適用することができる。
また、電気的情報以外の情報（例えば、前述の温度、日射強度、日射量、風速、風量のほか、気圧、流量、重量などでも）を計測する計測装置にも、本発明を適用することができる。計測装置Ａを温度計測装置として機能させる場合を、第３実施形態として、以下に説明する。
図１０は、第３実施形態に係る計測装置（温度計測装置）Ａ’を説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る計測装置Ａ（図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。第３実施形態に係る温度計測装置Ａ’は、電圧センサ１、電流センサ２および有効電力算出部３に代えて温度センサ１’を備えている点で、第１実施形態に係る計測装置Ａと異なる。
温度センサ１’は、配置位置の温度Ｔを検出するものであり、例えばサーミスタや熱電対を利用したものである。検出された温度Ｔは、変化量算出部４および表示部６に出力される。変化量算出部４は、温度センサ１’より入力される温度Ｔの変化量ΔＴを算出して平均値生成部５に出力する。平均値生成部５は、内部平均値Ｘiを生成し、通信部７を介して他の温度計測装置Ａ’と送受信を行う。
第３実施形態においても、各温度計測装置Ａ’がそれぞれ少なくとも１つの温度計測装置Ａ’と相互通信を行っており、各温度計測装置Ａ’の通信状態が連結状態であれば、すべての温度計測装置Ａ’の内部平均値Ｘiを理論的な相加平均値に収束させることができる。したがって、各温度計測装置Ａ’が計測した温度の相加平均値を表示部６に表示することができる。第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
第１〜３実施形態に示す計測装置Ａ（Ａ’）を利用して、異常を検出することができる。例えば、太陽光発電所などにおいて、設置されているインバータ装置が同じ規格であり、それぞれ接続される太陽電池アレイも同じ規格であれば、各インバータ装置の出力有効電力はほぼ同じ値になるはずである。したがって、計測装置Ａが計測した有効電力Ｐと、平均値生成部５が生成した内部平均値Ｘiとが大きく異なる場合、当該インバータ装置またはこれに接続される太陽電池アレイに異常があると判断することができる。
図１１は、第４実施形態に係る異常検出装置Ｄを説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る計測装置Ａ（図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。第４実施形態に係る異常検出装置Ｄは、比較部１０および報知部１１をさらに備えている点で、第１実施形態に係る計測装置Ａと異なる。
比較部１０は、有効電力算出部３より入力される有効電力Ｐと、平均値生成部５より入力される内部平均値Ｘiとを比較して、両者の差が所定のしきい値以上の場合（｜Ｐ−Ｘi｜≧しきい値）に、異常があると判断し、異常検出信号を報知部１１に出力する。なお、両者の差が所定のしきい値以上である状態が所定時間継続した場合に、異常があると判断するようにしてもよい。また、有効電力Ｐが内部平均値Ｘiよりしきい値以上に大きい場合（Ｐ−Ｘi≧しきい値）にのみ異常と判断するようにしてもよいし、内部平均値Ｘiが有効電力Ｐよりしきい値以上に大きい場合（Ｘi−Ｐ≧しきい値）にのみ異常と判断するようにしてもよい。
報知部１１は、比較部１０より異常検出信号が入力された場合に、例えばブザー音やランプの点灯などで、異常が発生していることを報知する。なお、表示部６に異常が発生していることを示す表示を行うようにしてもよい。また、異常検出信号を監視装置Ｅ（図１３参照）に出力して、異常が発生していること、および、異常が発生しているインバータ装置を、監視装置Ｅで表示するようにしてもよい。
また、異常を報知するだけでなく、インバータ回路Ｃの運転を停止させるようにしてもよい。また、２つのしきい値を設定しておき、有効電力Ｐと内部平均値Ｘiとの差が、小さい方のしきい値を超えた場合に異常であることを報知（故障の予測）し、大きい方のしきい値を超えた場合にインバータ回路Ｃの運転を停止させる（故障と判断）ようにしてもよい。また、しきい値をさらに段階的に設定して、異常の度合いを段階的に報知するようにしてもよい。
また、異常検出装置Ｄを、太陽電池（太陽電池アレイ）からインバータ回路Ｃに入力される入力電圧や入力電力を計測するようにすれば、太陽電池（太陽電池アレイ）の異常を検出することができる。
次に、太陽電池アレイの中の太陽電池モジュール毎の異常を検出するための異常検出装置について、第５実施形態として以下に説明する。
図１２は、第５実施形態に係る異常検出装置Ｄ’を説明するための図である。同図において、第３実施形態に係る温度計測装置Ａ’（図１０参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。第５実施形態に係る異常検出装置Ｄ’は、比較部１０および報知部１１をさらに備えている点で、第３実施形態に係る温度計測装置Ａ’と異なる。比較部１０および報知部１１は、第４実施形態に係る比較部１０および報知部１１と同様のものである。
異常検出装置Ｄ’を、太陽電池アレイの各太陽電池モジュールに取り付けて、温度センサ１’でパネル温度を測定することで、太陽電池アレイのどの太陽電池モジュールに異常があるかを検出することができる。すなわち、各太陽電池モジュールに取り付けられた異常検出装置Ｄ’が通信を行うことで、平均値生成部５で生成される内部平均値Ｘiが各太陽電池モジュールのパネル温度の相加平均値に収束する。ある太陽電池モジュールに異常があればパネル温度が上昇（または下降）するので、これに取り付けられた異常検出装置Ｄ’で検出された温度Ｔと内部平均値Ｘiとに差が生じ、異常が検出される。なお、太陽電池モジュール毎に取り付けるのではなく、太陽電池セル毎（または、いくつかのセルの集合毎）に取り付けるようにしてもよい。また、温度で異常を検出する場合に限定されず、各太陽電池モジュールの出力電力や、出力電圧、出力電流を検出して異常を検出するようにしてもよい。
本発明に係る計測装置、異常検出装置、算出方法、および、異常検出方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る計測装置、異常検出装置、算出方法、および、異常検出方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
Ａ，Ａ１〜Ａ５ 計測装置
Ａ’ 温度計測装置
１ 電圧センサ
１’ 温度センサ
２ 電流センサ
３ 有効電力算出部
３１，３１’ αβ変換部
３２，３２’ ｄｑ変換部
３３ 電力算出部
４ 変化量算出部
５ 平均値生成部
５１ 演算部
５２ 乗算器
５３ 加算器
５４ 積分器
６ 表示部
７ 通信部
８ タイミング位相生成部（タイミング一致手段）
８１ 演算部
８２ 乗算器
８３ 加算器
８４ 積分器
９ タイミング生成部（タイミング一致手段）
１０ 比較部
１１ 報知部
Ｂ 電力系統
Ｃ，Ｃ１〜Ｃ５ インバータ回路
Ｄ，Ｄ’ 異常検出装置
Ｅ 監視装置

Claims (12)

  1. 複数の箇所でそれぞれ計測を行う計測装置であって、
    計測値の変化量を算出する変化量算出手段と、
    前記変化量に基づいて内部平均値を生成する平均値生成手段と、
    少なくとも１つの他の計測装置と通信を行う通信手段と、
    を備え、
    前記通信手段は、前記平均値生成手段が生成した内部平均値を、前記他の計測装置の少なくとも１つに送信し、
    前記平均値生成手段は、前記生成した内部平均値と、前記通信手段が前記他の計測装置の少なくとも１つより受信した内部平均値とに基づく演算結果を用いて、内部平均値を生成し、
    前記平均値生成手段が内部平均値の生成を繰り返すことで、生成する内部平均値を、前記複数の箇所で計測された計測値の全体での平均値に収束させる、
    ことを特徴とする計測装置。
  2. 前記平均値生成手段は、
    前記生成した内部平均値と、前記受信した内部平均値とに基づく演算を行う演算手段と、
    前記演算手段が出力する演算結果に前記変化量を加算して出力する加算手段と、
    前記加算手段が出力する値を積分して、内部平均値を算出する積分手段と、
    を備えている、
    請求項１に記載の計測装置。
  3. 前記演算手段は、前記受信した内部平均値から前記生成した内部平均値をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算することで、前記演算結果を演算する、
    請求項２に記載の計測装置。
  4. 前記平均値生成手段が生成した内部平均値を、平均値として表示する表示手段をさらに備えている、
    請求項１ないし３のいずれかに記載の計測装置。
  5. 前記平均値生成手段が生成した内部平均値に前記計測装置の数を乗算した値を合計値として表示する表示手段をさらに備えている、
    請求項１ないし３のいずれかに記載の計測装置。
  6. 前記平均値生成手段が内部平均値を生成するタイミングを前記他の計測装置に一致させるタイミング一致手段をさらに備えている、
    請求項１ないし５のいずれかに記載の計測装置。
  7. 前記タイミング一致手段は、タイミング位相を生成するタイミング位相生成手段を備え、
    前記通信手段は、前記タイミング位相生成手段が生成したタイミング位相を、前記他の計測装置の少なくとも１つに送信し、
    前記タイミング位相生成手段は、前記生成したタイミング位相と、前記通信手段が前記他の計測装置の少なくとも１つより受信したタイミング位相とに基づく演算結果を用いて、タイミング位相を生成する、
    請求項６に記載の計測装置。
  8. 電圧を検出する電圧センサと、
    電流を検出する電流センサと、
    前記電圧センサが検出した電圧信号および前記電流センサが検出した電流信号に基づい

    て、有効電力を前記計測値として算出する有効電力算出手段と、
    をさらに備えている、
    請求項１ないし７のいずれかに記載の計測装置。
  9. 温度を検出する温度センサをさらに備え、
    前記温度センサが検出した温度を前記計測値とする、
    請求項１ないし７のいずれかに記載の計測装置。
  10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の計測装置と、
    前記計測値と、前記平均値生成手段が生成した内部平均値とを比較する比較手段と、
    を備え、
    前記比較手段による比較結果に基づいて異常を検出する、
    ことを特徴とする異常検出装置。
  11. 複数の箇所に配置された各計測装置において計測された計測値の平均値を算出する方法であって、
    前記計測値の変化量を算出する第１の工程と、
    前記変化量に基づいて内部平均値を生成する第２の工程と、
    前記第２の工程で生成した内部平均値を少なくとも１つの他の計測装置に送信する第３の工程と、
    少なくとも１つの他の計測装置が送信した内部平均値を受信する第４の工程と、
    を各計測装置で行わせるものであり、
    前記第２の工程は、生成した内部平均値と、前記第４の工程で受信した内部平均値とに基づく演算結果を用いて、内部平均値を生成し、
    前記第１〜第４の工程を繰り返すことで、生成する内部平均値を、前記複数の箇所で計測された計測値の全体での平均値に収束させる、
    ことを特徴とする算出方法。
  12. 複数の箇所に配置された各計測装置において計測された計測値に基づいて異常を検出する方法であって、
    前記計測値の変化量を算出する第１の工程と、
    前記変化量に基づいて内部平均値を生成する第２の工程と、
    前記第２の工程で生成した内部平均値を少なくとも１つの他の計測装置に送信する第３の工程と、
    少なくとも１つの他の計測装置が送信した内部平均値を受信する第４の工程と、
    前記計測値と、前記第２の工程で生成した内部平均値とを比較する第５の工程と、
    前記第５の工程での比較結果に基づいて異常を判断する第６の工程と、
    を各計測装置で行わせるものであり、
    前記第２の工程は、生成した内部平均値と、前記第４の工程で受信した内部平均値とに基づく演算結果を用いて、内部平均値を生成し、
    前記第１〜第４の工程を繰り返すことで、生成する内部平均値を、前記複数の箇所で計測された計測値の全体での平均値に収束させる、
    ことを特徴とする異常検出方法。
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