JP6405516B2 - 電力線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、電力線通信システムに関し、特に、高圧配電線上の開閉器を制御する配電制御システムに好適であり、高圧配電線を通信媒体として用いた電力線通信システムに関するものである。

電気は一般家庭だけでなく、工場・オフィスなどの産業分野および病院・交通等の社会インフラに必要不可欠であり、停電によるダメージは計り知れないものがある。停電から復旧までに要する時間は短時間であればあるほど社会が被る損失が少なくて済むことから、電力会社は配電システムの高度化を図ってきた（例えば特許文献１参照）。配電ルートの集中制御もその一環であり、電力会社が電力供給する高圧配電線は、ある場所で停電が発生しても他の地域へ停電が波及することを極力低減させる目的で、複数の配電ルートになるよう設計されている。各配電ルートの分岐点には開閉器（ルートスイッチ）が設けられ、配電ルートを切り替えることにより、停電エリアを最小限に抑えることが可能である。

図４は、高圧配電線の配電系統を示すブロック図である。

図４に示すように、高圧配電線２２は変電所２１から複数系統に分岐しながら延びて需要家へ電力を供給している。高圧配電線２２は重要なインフラであるため、冗長性を目的とした配線ルートの二重化やループ化が施されており、短絡・地絡事故が発生した場合でも配電系統を切り換えることで必要最小限のエリアでの停電で済ませることができる。配電系統の接続・切断を行う開閉器２３は電力会社の監視センターから遠隔制御され、その制御信号を伝達する手段として、高圧配電線に高周波信号を重畳させるＰＬＣ（Power Line Communication：電力線通信）が利用される。

高圧配電線２２の６６００Ｖの高圧はトランス２４によって２００／１００Ｖに降圧され、戸建住宅などの小口需要家２６には、トランス２４の二次側に接続された低圧配電線２５を通じて２００／１００Ｖの電力が供給される。一方、集合住宅や工場などの大口需要家２７に対しては、高圧をそのまま需要家施設へ引き込み、その中にある電気室もしくはキュービクル内に設置された降圧トランスを通じて電力が供給される。

特開平９−２３５８３号公報

しかしながら、高圧配電線は通信媒体として設計されていないので、安定した通信を確保することに対し以下の問題がある。すなわち、大口需要家施設にエレベータやポンプなどのモーターを使用した電気設備がある場合には、その力率改善のため、高圧配電線を需要者施設内に引き込む高圧引込線に接続されたトランスの一次側には位相を補償する進相コンデンサが接続される。ＰＬＣ信号の周波数において進相コンデンサは低インピーダンスに見えるため、高圧配電線の幹線側よりも引込線側のインピーダンスの方が低くなり、高圧配電線上を流れるＰＬＣ信号のレベルが減衰する。そのため、高圧配電線上の相手方の電力線モデムに十分なレベルのＰＬＣ信号を届けることができず、通信品質が悪化するという問題がある。

ＰＬＣ信号の減衰をカバーするため、例えばＰＬＣ信号を中継するリピータ装置を引込口近傍に設けることも可能であるが、能動機器であるため価格やランニングコストが高く、故障により電力線モデムとの通信が不可能となる。また無停電で設置する場合には危険が伴うことから、設置工事を行う際には停電させる必要があり、設置コストの増加など、設置面でのハードルが高いという問題もある。

したがって、本発明の目的は、高圧配電線を介して電力線通信を行う電力線モデムの通信品質を向上させることが可能な電力線通信システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明による電力線通信システムは、高圧配電線と、前記高圧配電線上に設けられ、前記高圧配電線を介して信号を送受信する第１の電力線モデム及び第２の電力線モデムと、前記高圧配電線を需要家施設内に引き込む高圧引込線と、前記高圧引込線上に設けられた少なくとも一つの円環形状の磁性コアを含む信号調整器とを備え、前記信号調整器は、前記磁性コアの中空部に前記高圧引込線が挿通されるように設置することで、設置位置よりも下流側の前記高圧引込線に流れる前記第１又は／及び第２の電力線モデムからの信号レベルを抑えつつ前記高圧配電線側に流れる信号レベルを強くするよう調整するものであることを特徴とする。

本発明によれば、高圧配電線に接続された高圧引込線のインピーダンスが信号調整器によって高められているので、高圧配電線の幹線側へ送り出されるＰＬＣ信号の信号レベルの減衰を抑えることができる。したがって、高圧配電線上の一対の電力線モデム間の通信品質を確保することができる。

本発明による電力線通信システムは、前記高圧配電線上に設けられた第１の開閉器をさらに備え、前記第１及び第２の電力線モデムは、前記第１の開閉器を制御するための制御信号を送受信することが好ましい。この構成によれば、高圧配電線上の開閉器を制御する配電制御システムにおいて、開閉器の制御信号を送受信する一対の電力線モデム間の通信品質を確保することができる。

本発明による電力線通信システムは、前記高圧引込線上に設けられた第２の開閉器をさらに備え、前記信号調整器は、前記第２の開閉器よりも前記高圧配電線側に設けられていることが好ましい。通常、高圧引込線上の第２の開閉器は高圧配電線の近くに設けられるが、信号調整器の設置位置を第２の開閉器よりもさらに高圧配電線の近くに設定することにより、信号調整器の設置効果を高めることができる。

本発明による電力線通信システムは、前記需要家施設内に設けられ、前記高圧引込線に接続された進相コンデンサをさらに備えることが好ましい。この場合、前記高圧引込線の一端は前記高圧配電線に接続されており、前記高圧引込線の他端は前記需要家施設内に設置されたトランスの一次側端子に接続されていることが好ましい。高圧配電線に接続された高圧引込線に進相コンデンサが接続されている場合には、高圧引込線のインピーダンスが低くなるため、上記のように高圧配電線の幹線側へ送り出されるＰＬＣ信号の信号レベルが減衰する。しかし、信号調整器を設けることで高圧引込線のインピーダンスを高めることができ、高圧配電線上の電力線モデムの通信品質を確保することができる。

本発明において、前記高圧配電線は、第１乃至第３の配電線を有し、前記高圧引込線は、前記第１乃至第３の配電線にそれぞれ接続された第１乃至第３の引込線を含み、前記信号調整器は、前記第１乃至第３の引込線にそれぞれ設けられた第１乃至第３の磁性コアを含むことが好ましい。この構成によれば、電力線通信の伝送路として第１乃至第３の配電線のいずれを用いたとしても信号調整器の効果を発揮させることができ、電力線ネットワークを構築する際の柔軟性を高めることができる。

本発明によれば、高圧配電線を伝送路とする電力線通信における通信品質を向上させることが可能な電力線通信システムを提供することができる。

図１は、本発明の好ましい実施の形態による電力線通信システムの構成を示すブロック図である。 図２は、磁性コア１５ａ，１５ｂ，１５ｃの構造の一例を示す略斜視図である。 図３は、信号調整器の作用を説明するための図であって、（ａ）は信号調整器が無い場合、（ｂ）は信号調整器がある場合をそれぞれ示している。 図４は、高圧配電線の配電系統を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施の形態による電力線通信システムの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、この電力線通信システム１は、変電所２内のトランス３Ｓから延びる高圧配電線４と、高圧配電線４上の適所にそれぞれ設けられた開閉器５Ａ，５Ｂ（第１の開閉器）と、高圧配電線４を介してＰＬＣ信号を送受信する電力線モデム６Ａ，６Ｂ，６Ｓとを備えている。

高圧配電線４は線間電圧が６６００Ｖの三相３線式の配電線であり、第１〜第３の配電線４ａ〜４ｃを有している。戸建住宅などの小口の需要家宅９Ａには、６６００Ｖの高圧がトランス３Ａ，３Ｂによって降圧された２００Ｖ又は１００Ｖの低圧が低圧配電線８Ａを通じて供給される。トランス３Ａ、３Ｂは、例えば高圧配電線４が架線されている電柱上に設置された柱上トランスであり、その一次側端子は、３本の配電線４ａ，４ｂ，４ｃのうちのいずれか２本にそれぞれ接続されている。

一方、集合住宅などの大口の需要家施設９Ｂには、６６００Ｖの高圧が直接供給される。高圧配電線４との接続点ＣＰから需要家施設９Ｂ内に引き込まれた高圧引込線１０は電気室又はキュービクル（以下、単に「電気室」と言う）９Ｃ内のトランス３Ｃに接続されている。６６００Ｖの高圧はトランス３Ｃによって任意の電圧に降圧され、低圧線８Ｂを介して施設内の電気設備に供給される。高圧引込線１０は、高圧配電線４の第１〜第３の配電線４ａ〜４ｃにそれぞれ接続された第１〜第３の引込線１０ａ〜１０ｃを有しており、トランス３Ｃの１次側端子は、３本の引込線１０ａ，１０ｂ，１０ｃのうちのいずれか２本にそれぞれ接続されている。

電力線モデム６Ａ，６Ｂ，６Ｓはカプラ７を介して高圧配電線４に接続されており、高圧配電線４を介して相互に通信可能である。例えば、電力会社の監視センター内の電力線モデム６Ｓから送信されたＰＬＣ信号は、開閉器５Ａ，５Ｂの制御するための制御信号として電力線モデム６Ａ，６Ｂに送られる。電力線通信では１０ｋ〜４５０ｋＨｚの周波数帯が使用される。カプラ７の構成は特に限定されず、容量結合方式であってもよく、誘導結合方式（クランプ式カプラ）であってもよい。

需要家施設９Ｂ内にエレベータやポンプなどのモーターを使用した電気設備がある場合、モーターの力率改善を図るため、高圧引込線１０には進相コンデンサ１２が接続される。進相コンデンサ１２はトランス３Ｃよりも高圧配電線４寄りに設置され、好ましくは電気室９Ｃ内に設けられている。

本実施形態においては、高圧引込線１０上に信号調整器１５が設けられている。信号調整器１５は、引込線１０ａ〜１０ｃにそれぞれ設置された第１〜第３の磁性コア１５ａ，１５ｂ，１５ｃを有している。すなわち、第１の磁性コア１５ａは引込線１０ａに設けられており、第２の磁性コア１５ｂは引込線１０ｂに設けられており、第３の磁性コア１５ｃは引込線１０ｃに設けられている。このように、高圧引込線１０を構成する３本の引込線のすべてに磁性コアを設けることにより、電力線モデム６Ａ，６Ｂ，６Ｓの一対の信号端子が高圧配電線４を構成する３本の配電線４ａ〜４ｃのいずれと接続されていても信号を拾えるようにするためである。

信号調整器１５は、高圧配電線４との接続点ＣＰに近い高圧引込線１０上に設置されている。信号調整器１５は、高圧引込線１０上の開閉器５Ｃ（第２の開閉器）の設置位置よりも高圧配電線４側に設けられていることが好ましい。通常、高圧引込線１０上の開閉器５Ｃは高圧配電線４の近くに設けられるが、信号調整器１５の設置位置を開閉器５Ｃよりもさらに高圧配電線４の近くに設定することにより、信号調整器１５の設置効果を高めることができる。また、開閉器５Ｃの設置位置が責任分界点である場合には、それよりも高圧配電線４側に配置された信号調整器１５の保守等を電力会社の管理下で容易に行うことができる。

図２は、磁性コア１５ａ，１５ｂ，１５ｃの構造の一例を示す略斜視図である。

図２に示すように、磁性コア１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、いわゆる二分割型のトロイダルコアであり、円筒形状（円環形状）の中心軸（Ｙ軸）を含む平面で半割りしてなる第１コア部１６ａと第２コア部１６ｂとで構成され、Ｙ軸方向に電力線（ケーブル）を挿通可能な貫通孔１６ｃを有している。磁性コアの材料は特に限定されないが、フェライト等の磁性体からなることが好ましい。第１コア部１６ａと第２コア部１６ｂは不図示の樹脂ケース等に収容されて円筒形状に固定される。そして各磁性コア１５ａ，１５ｂ，１５ｃの中空部には電力線のみが挿通される。このように引込線１０ａ〜１０ｃに対する磁性コアの設置は非常にシンプルである。

磁性コア１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、電力線モデム６Ａ，６Ｂ，６Ｓの一対の信号端子を高圧配電線に接続するためのカプラ７（クランプ式カプラ）と同じものでもよい。すなわちカプラ７と同一製品を磁性コア１５ａ，１５ｂ，１５ｃとして用いることが可能である。これによれば、部品の統一化によりシステム全体のコストを下げることもできる。

図３は、信号調整器１５の作用を説明するための図であって、（ａ）は信号調整器１５が無い場合、（ｂ）は信号調整器１５がある場合をそれぞれ示している。

図３（ａ）に示すように、高圧引込線１０に進相コンデンサ１２が接続されている場合、
ＰＬＣ信号の周波数において進相コンデンサ１２は低インピーダンスに見えるため、高圧配電線４の幹線側よりも需要家施設９Ｂに引き込まれた高圧引込線１０側のインピーダンスの方が低くなり、ＰＬＣ信号の大部分は高圧引込線１０側へ流れ込んでしまうため、高圧配電線４上を流れるＰＬＣ信号のレベルが減衰する。そのため、例えば電力線モデム６Ｓから電力線モデム６Ｂに高圧配電線４を通じてＰＬＣ信号を送信する場合、電力線モデム６Ｓから見て高圧配電線４と高圧引込線１０との接続点ＣＰよりも遠方の電力線モデム６Ｂに十分なレベルのＰＬＣ信号を届けることができず、通信品質が悪化する。

一方、図３（ｂ）に示すように、高圧引込線１０上に磁性コア１５ａ〜１５ｃからなる信号調整器１５が図示の位置に設けられている場合、磁性コアはＰＬＣ信号の周波数に対するインピーダンスが高いため、設置位置よりも下流側の引込線のインピーダンスが大きくなり、高圧引込線１０側に流れるＰＬＣ信号が抑えられ、逆に高圧配電線４の幹線側に流れるＰＬＣ信号が強くなる。これにより、高圧引込線１０の接続点ＣＰよりも遠方の電力線モデム６ＢにＰＬＣ信号が届くようになるので、電力線モデムの通信品質が向上する。

上記のように、電力線上の信号を減衰させる装置としてブロッキングフィルタも知られている。しかし、ブロッキングフィルタは需要家内に設置した電力線モデムの信号が他系統や隣家に伝わらないように十分に減衰させる（実質的に遮断する）ための装置であり、例えば宅内ネットワークを閉じる目的であれば分電盤付近等、互いに分離したい２つの電力線ネットワークの境界に設置されるものである。これに対し、本実施形態による信号調整器１５は、同一ネットワーク内に設置されるものであり、信号を減衰させることよりむしろ、信号注入点から見て信号調整器１５の設置位置とは反対方向に広がるネットワークのできるだけ遠方まで信号が伝わりやすくすることを目的としており、ブロッキングフィルタとはその使用目的、設置場所、作用効果が異なる。

以上説明したように、本実施形態による電力線通信システム１は、高圧配電線４を需要家施設９Ｂ内に引き込む高圧引込線１０のインピーダンスが磁性コア１５ａ，１５ｂ，１５ｃを含む信号調整器１５によって高められているので、高圧配電線４上を流れるＰＬＣ信号の減衰を抑えることができる。したがって、高圧配電線上の一対の電力線モデム間の通信品質を確保することができる。

また、信号調整器１５の構成はシンプル（受動素子）であることから、信頼性も高く、無停電で設置工事できることから、従来のリピータ装置やブロッキングフィルタと比較して設置が容易であり、設置の承認を得やすく、導入コストも低く抑えることが可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、高圧引込線１０を構成する引込線１０ａ，１０ｂ，１０ｃのすべてに磁性コアを設けたが、本発明はそのような構成に限定されず、例えば図１において実際に信号伝送路として使用する配電線４ａ，４ｂにそれぞれ接続された引込線１０ａ，１０ｂに磁性コア１５ａ，１５ｂを設け、引込線１０ｃ上の磁性コア１５ｃを省略してもよい。あるいは、磁性コア１５ａ，１５ｂのいずれか一方であってもよく、さらには磁性コア１５ｃのみであってもよい。すなわち、少なくとも一つの引込線に磁性コアが設けられていればよい。

また、上記実施形態においては、高圧引込線１０のインピーダンスを低下させる要素が進相コンデンサ１２である場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、様々な要素を対象とすることができる。

１ 電力線通信システム
２ 変電所
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｓ トランス
４ 高圧配電線
４ａ 第１の配電線
４ｂ 第２の配電線
４ｃ 第３の配電線
５Ａ，５Ｂ 開閉器（第１の開閉器）
５Ｃ 開閉器（第２の開閉器）
６Ａ 電力線モデム
６Ｂ 電力線モデム
６Ｓ 電力線モデム
７ カプラ
８Ａ 低圧配電線
８Ｂ 低圧線
９Ａ 需要家宅
９Ｂ 需要家施設
９Ｃ 電気室（キュービクル）
１０ 高圧引込線
１０ａ 第１の引込線
１０ｂ 第２の引込線
１０ｃ 第３の引込線
１２ 進相コンデンサ
１５ 信号調整器
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 磁性コア
１６ａ 第１コア部
１６ｂ 第２コア部
１６ｃ 貫通孔
２１ 変電所
２２ 高圧配電線
２３ 開閉器
２４ トランス
２５ 低圧配電線
２６ 小口需要家
２７ 大口需要家
ＣＰ 接続点

Claims (6)

1. 高圧配電線と、
   前記高圧配電線上に設けられ、前記高圧配電線を介して信号を送受信する第１の電力線モデム及び第２の電力線モデムと、
   前記高圧配電線を需要家施設内に引き込む高圧引込線と、
   前記高圧引込線上に設けられた少なくとも一つの円環形状の磁性コアを含む信号調整器とを備え、
   前記信号調整器は、前記磁性コアの中空部に前記高圧引込線が挿通されるように設置することで、設置位置よりも下流側の前記高圧引込線に流れる前記第１又は／及び第２の電力線モデムからの信号レベルを抑えつつ前記高圧配電線側に流れる信号レベルを強くするよう調整するものであることを特徴とする電力線通信システム。
2. 前記高圧配電線上に設けられた第１の開閉器をさらに備え、
   前記第１及び第２の電力線モデムは、前記第１の開閉器を制御するための制御信号を送受信する、請求項１に記載の電力線通信システム。
3. 前記高圧引込線上に設けられた第２の開閉器をさらに備え、
   前記信号調整器は、前記第２の開閉器よりも前記高圧配電線側に設けられている、請求項１又は２に記載の電力線通信システム。
4. 前記需要家施設内に設けられ、前記高圧引込線に接続された進相コンデンサをさらに備える、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力線通信システム。
5. 前記高圧引込線の一端は前記高圧配電線に接続されており、前記高圧引込線の他端は前記需要家施設内に設置されたトランスの一次側端子に接続されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力線通信システム。
6. 前記高圧配電線は、第１乃至第３の配電線を有し、
   前記高圧引込線は、前記第１乃至第３の配電線にそれぞれ接続された第１乃至第３の引込線を含み、
   前記信号調整器は、前記第１乃至第３の引込線にそれぞれ設けられた第１乃至第３の磁性コアを含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力線通信システム。