JP6605298B2 - 測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、被測定電路の有効電力および無効電力のうちの少なくとも一方を、この有効電力の極性別（消費および回生別）に積算する測定装置に関するものである。

この種の測定装置として、下記の特許文献１，２に開示された測定装置（電力計）が知られている。このうちの特許文献１に開示された測定装置は、有効電力が正となる場合（消費の場合）と負となる場合（回生の場合）とに分けて有効電力を積算することで、被測定電路における正方向電力量（正方向有効電力量）および負方向電力量（負方向有効電力量）を測定する。

一方、特許文献２に開示された測定装置は、有効電力が正となる場合と負となる場合とに分けて（詳細には、有効電力および無効電力が共に正の場合と、有効電力が正で無効電力が負の場合と、有効電力が負で無効電力が正の場合と、有効電力および無効電力が共に負の場合とに分けて）無効電力を積算することで、消費時の遅れ力率による無効電力量、消費時の進み力率による無効電力量、回生時の進み力率による無効電力量、および回生時の遅れ力率による無効電力量を測定する。

これらの測定装置では、回生の場合と消費の場合とに分けて電力量（有効電力量や無効電力量）が測定されるため、被測定電路の電力量を正確に把握することが可能となっている。

特開２００９−２８８２１８号公報（第４−８頁、第１図） 特開平１１−６４４０３号公報（第３−４頁、第１−２図）

ところが、上記の各測定装置には、以下のような改善すべき課題が存在する。すなわち、これらの測定装置では、被測定電路の有効電力量そのものや無効電力量そのものは消費時と回生時とに分けて正確に把握し得るものの、被測定電路において有効に送電されている電力量や無効となる電力量はどの程度の割合なのかについては、消費時と回生時とに分けて把握し難いという改善すべき課題が存在している。

本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、被測定電路において有効に送電されている電力量や無効となる電力量がどの程度の割合なのかを消費時と回生時とに分けて容易に把握し得る測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の測定装置は、被測定電路の電圧を示す電圧データおよび当該被測定電路の電流を示す電流データに基づいて有効電力を算出する処理部を備えている測定装置であって、前記処理部は、前記電圧データおよび前記電流データに基づいて算出される皮相電力を前記算出した有効電力の極性別に積算することにより、消費時の皮相電力量および回生時の皮相電力量を測定する。

また、請求項２記載の測定装置は、請求項１記載の測定装置において、前記処理部は、前記有効電力、並びに前記電圧データおよび前記電流データに基づいて算出される無効電力のうちの少なくとも一方の電力を前記極性別に積算することにより、当該少なくとも一方の電力についての消費時の電力量および回生時の電力量を測定する。

また、請求項３記載の測定装置は、請求項２記載の測定装置において、前記処理部は、前記有効電力を前記極性別に積算することにより、前記消費時の電力量としての消費時の有効電力量および前記回生時の電力量としての回生時の有効電力量を測定し、かつ前記電圧データおよび前記電流データに基づいて前記無効電力を算出すると共に当該算出した無効電力の極性と前記有効電力の前記極性の組み合わせ別に当該無効電力を積算することにより、消費時における遅れ分の無効電力量、消費時における進み分の無効電力量、回生時における遅れ分の無効電力量および回生時における進み分の無効電力量を測定する。

請求項１記載の測定装置によれば、皮相電力を有効電力の極性別に積算することにより、皮相電力量を有効電力の極性別に（有効電力の消費時と回生時とに分けて）求めることができる。これにより、皮相電力量を消費時と回生時とに分けて把握できるようになり、さらに消費時および回生時の皮相電力量に対する回路全体の寄与度を把握することができる。

また、請求項２記載の測定装置によれば、有効電力および無効電力のうちの少なくとも一方の電力について測定される消費時および回生時の電力量を消費時および回生時の皮相電力量と比較することにより、この一方の電力についての電力量がどの程度の割合なのかを消費時と回生時とに分けて容易に把握することができる。そして、消費時の有効電力量を消費時の皮相電力量で除算することにより、消費時の力率を求めることができる。同様に、回生時の有効電力量を回生時の皮相電力量で除算することにより、回生時の力率を求めることができる。

また、請求項３記載の測定装置によれば、消費時遅れ分の無効電力量、消費時進み分の無効電力量、回生時遅れ分の無効電力量、および回生時進み分の無効電力量を消費時および回生時の各皮相電力量と比較することにより、無効となる電力量がどの程度の割合なのかについても、消費時と回生時とに分けて、具体的には、消費時遅れ分、消費時進み分、回生時遅れ分および回生時進み分に分けて容易に把握することができる。

測定装置１の構成を示す構成図である。 測定装置１の測定処理５０での動作を説明するためのフローチャートである。

以下、測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、測定装置の一例である測定装置１の構成について、図１を参照して説明する。測定装置１は、電圧検出部２、電流検出部３、Ａ／Ｄ変換部４（本例では一例として２つのＡ／Ｄ変換部４ａ，４ｂ）、処理部５、記憶部６および出力部７を備え、不図示の被測定電路を経由して供給される電力（有効電力Ｐ、無効電力Ｑおよび皮相電力Ｓ）および各電力の電力量（有効電力量ＷＰ、無効電力量ＷＱおよび皮相電力量ＷＳ）を測定する電力測定装置として構成されている。

電圧検出部２は、被測定電路の電圧Ｕ（被測定電路に印加されている電圧（直流電圧または交流電圧。本例では一例として交流電圧））を検出すると共に、電圧Ｕの電圧値に応じて電圧値が変化する電圧検出信号Ｓｕを出力する。電流検出部３は、被測定電路の電流Ｉ（被測定電路に流れている電流（直流電流または交流電流。本例では一例として交流電流））を検出すると共に、電流Ｉの電流値に応じて電圧値が変化する電流検出信号Ｓｉを出力する。

Ａ／Ｄ変換部（電圧用Ａ／Ｄ変換部）４ａは、電圧検出信号Ｓｕを所定のサンプリング周期でサンプリングすることにより、電圧検出信号Ｓｕの瞬時値データ（電圧データ）Ｄｕを出力する。Ａ／Ｄ変換部（電流用Ａ／Ｄ変換部）４ｂは、電流検出信号Ｓｉを所定のサンプリング周期（例えばＡ／Ｄ変換部４ａと同じサンプリング周期）でサンプリングすることにより、電流検出信号Ｓｉの瞬時値データ（電流データ）Ｄｉを出力する。なお、図示はしないが、Ａ／Ｄ変換部４を１つのＡ／Ｄ変換部と切替スイッチとで構成し、切替スイッチが電圧検出信号Ｓｕおよび電流検出信号Ｓｉを入力すると共にサンプリング周期に同期して各信号Ｓｕ，Ｓｉを交互にこの１つのＡ／Ｄ変換部に出力し、このＡ／Ｄ変換部が各信号Ｓｕ，Ｓｉを交互にサンプリングして各瞬時値データＤｕ，Ｄｉを交互に出力する構成とすることもできる。

処理部５は、例えばコンピュータで構成されて、Ａ／Ｄ変換部４から出力される各瞬時値データＤｕ，Ｄｉに基づいて、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、皮相電力Ｓ、有効電力量ＷＰ、無効電力量ＷＱおよび皮相電力量ＷＳを測定する測定処理５０（図２参照）を実行する。また、処理部５は、測定した有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、皮相電力Ｓ、有効電力量ＷＰ、無効電力量ＷＱおよび皮相電力量ＷＳを出力部７に出力する出力処理を実行する。

記憶部６は、一例として半導体メモリで構成されて、処理部５のための動作プログラムを記憶すると共に、処理部５がＡ／Ｄ変換部４から取得した各瞬時値データＤｕ，Ｄｉや、処理部５が算出した有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、皮相電力Ｓ、有効電力量ＷＰ、無効電力量ＷＱおよび皮相電力量ＷＳを記憶する。

出力部７は、一例として液晶ディスプレイなどの表示装置で構成されて、処理部５から出力された有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、皮相電力Ｓ、有効電力量ＷＰ、無効電力量ＷＱおよび皮相電力量ＷＳを画面上に表示させる。なお、出力部７は、外部装置と通信したり、装着されたリムーバブルメディアに対して書き込みしたりすることが可能なインターフェース回路で構成して、処理部５から出力された有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、皮相電力Ｓ、有効電力量ＷＰ、無効電力量ＷＱおよび皮相電力量ＷＳを外部装置に送信したり、リムーバブルメディアに書き込んだりするようにしてもよい。

次に、測定装置１の動作について説明する。

作動状態の測定装置１では、電圧検出部２が被測定電路の電圧Ｕを検出して電圧検出信号Ｓｕを出力し、電流検出部３が被測定電路の電流Ｉを検出して電流検出信号Ｓｉを出力する。また、Ａ／Ｄ変換部４（本例では、Ａ／Ｄ変換部４ａ，４ｂ）が、電圧検出信号Ｓｕおよび電流検出信号Ｓｉを所定のサンプリング周期でサンプリングすることにより、瞬時値データＤｕおよび瞬時値データＤｉを出力する。

処理部５は、Ａ／Ｄ変換部４から出力される瞬時値データＤｕおよび瞬時値データＤｉを取得する都度、この瞬時値データＤｕ，Ｄｉを記憶部６に記憶させつつ、この瞬時値データＤｕ，Ｄｉに基づいて測定処理５０（図２参照）を実行する。

この測定処理５０では、処理部５は、まず、記憶部６に記憶されている各瞬時値データＤｕ，Ｄｉに基づいて有効電力Ｐを算出する（ステップ５１）。次いで、処理部５は、算出した有効電力Ｐの極性を判別する（ステップ５２）。

まず、この有効電力Ｐの極性が正（＋）のとき（被測定電路において消費方向に電力が供給されているとき）の処理部５の動作について説明する。

処理部５は、有効電力Ｐの極性が正（＋）であると判別したときには、算出した有効電力Ｐに時間（上記のサンプリング周期）を乗算し、この乗算値を消費時有効電力量ＷＰ＋に積算（加算）する（ステップ５３）。次いで、処理部５は、各瞬時値データＤｕ，Ｄｉに基づいて皮相電力Ｓを算出すると共に、算出した皮相電力Ｓに時間（上記のサンプリング周期）を乗算し、この乗算値を消費時皮相電力量ＷＳ＋に積算（加算）する（ステップ５４）。

続いて、処理部５は、各瞬時値データＤｕ，Ｄｉに基づいて無効電力Ｑを算出する態様の一例として、算出した有効電力Ｐおよび皮相電力Ｓに基づいて無効電力Ｑを算出する（ステップ５５）。なお、無効電力Ｑについても、有効電力Ｐおよび皮相電力Ｓと同様にして、記憶部６に記憶されている各瞬時値データＤｕ，Ｄｉに基づいて算出してもよい。

次いで、処理部５は、算出した無効電力Ｑの極性を判別し（ステップ５６）、この極性が正（＋）のとき（電圧Ｕに対して電流Ｉの位相が遅れているとき（遅れ力率のとき））には、算出した無効電力Ｑに時間（上記のサンプリング周期）を乗算し、この乗算値を消費時遅れ分の（消費時の遅れ力率による）無効電力量ＷＱ１＋に積算（加算）し（ステップ５７）、一方、この極性が負（−）のとき（電圧Ｕに対して電流Ｉの位相が進んでいるとき（進み力率のとき））には、算出した無効電力Ｑに時間（上記のサンプリング周期）を乗算し、この乗算値を消費時進み分の（消費時の進み力率による）無効電力量ＷＱ２＋に積算（加算）して（ステップ５８）、測定処理５０を終了する。

次に、上記の有効電力Ｐの極性が負（−）のとき（被測定電路において回生方向に電力が供給されているとき）の処理部５の動作について説明する。

処理部５は、有効電力Ｐの極性が負（−）であると判別したときには、算出した有効電力Ｐに時間（上記のサンプリング周期）を乗算し、この乗算値を回生時有効電力量ＷＰ−に積算（加算）する（ステップ５９）。次いで、処理部５は、各瞬時値データＤｕ，Ｄｉに基づいて皮相電力Ｓを算出すると共に、算出した皮相電力Ｓに時間（上記のサンプリング周期）を乗算し、この乗算値を回生時皮相電力量ＷＳ−に積算（加算）する（ステップ６０）。

続いて、処理部５は、各瞬時値データＤｕ，Ｄｉに基づいて無効電力Ｑを算出する態様の一例として、算出した有効電力Ｐおよび皮相電力Ｓに基づいて無効電力Ｑを算出する（ステップ６１）。

次いで、処理部５は、算出した無効電力Ｑの極性を判別し（ステップ６２）、この極性が正（＋）のとき（電圧Ｕに対して電流Ｉの位相が遅れているとき（遅れ力率のとき））には、算出した無効電力Ｑに時間（上記のサンプリング周期）を乗算し、この乗算値を回生時遅れ分の（回生時の遅れ力率による）無効電力量ＷＱ１−に積算（加算）し（ステップ６３）、一方、この極性が負（−）のとき（電圧Ｕに対して電流Ｉの位相が進んでいるとき（進み力率のとき））には、算出した無効電力Ｑに時間（上記のサンプリング周期）を乗算し、この乗算値を回生時進み分の（回生時の進み力率による）無効電力量ＷＱ２−に積算（加算）して（ステップ６４）、測定処理５０を終了する。

処理部５は、電圧Ｕの周期の整数倍の期間（例えば、１周期や２周期等の期間）を１単位として上記の測定処理５０を実行し、有効電力Ｐ、無効電力Ｑおよび皮相電力Ｓについてはそれぞれの平均値を算出してこの１単位の期間での最終的な有効電力Ｐ、無効電力Ｑおよび皮相電力Ｓとして記憶部６に記憶する。また、処理部５は、消費時有効電力量ＷＰ＋、消費時皮相電力量ＷＳ＋、消費時遅れ分の無効電力量ＷＱ１＋、消費時進み分の無効電力量ＷＱ２＋、回生時有効電力量ＷＰ−、回生時皮相電力量ＷＳ−、回生時遅れ分の無効電力量ＷＱ１−、および回生時進み分の無効電力量ＷＱ２−については、この１単位の期間でのそれぞれの最後の値（積算値）を、最終的な消費時有効電力量ＷＰ＋、消費時皮相電力量ＷＳ＋、消費時遅れ分の無効電力量ＷＱ１＋、消費時進み分の無効電力量ＷＱ２＋、回生時有効電力量ＷＰ−、回生時皮相電力量ＷＳ−、回生時遅れ分の無効電力量ＷＱ１−、および回生時進み分の無効電力量ＷＱ２−として記憶部６に記憶する。

また、処理部５は、この１単位の期間毎に出力処理を実行して、算出した有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、皮相電力Ｓ、各有効電力量ＷＰ＋，ＷＰ−、各無効電力量ＷＱ１＋，ＷＱ２＋，ＷＱ１−，ＷＱ２−、および各皮相電力量ＷＳ＋，ＷＳ−を出力部７に出力する。これにより、この測定装置１では、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、皮相電力Ｓ、各有効電力量ＷＰ＋，ＷＰ−、各無効電力量ＷＱ１＋，ＷＱ２＋，ＷＱ１−，ＷＱ２−、および各皮相電力量ＷＳ＋，ＷＳ−が、出力部７の画面上に上記の１単位の期間毎に更新表示される。

このように、この測定装置１では、有効電力Ｐの極性別（有効電力Ｐの消費時および回生時別）に各皮相電力量ＷＳ＋，ＷＳ−が測定される。したがって、この測定装置１によれば、消費時および回生時の各皮相電力量ＷＳ＋，ＷＳ−に対する回路全体の寄与度を把握できる。このため、この測定装置１では、上記の構成に代えて、有効電力Ｐの極性別に（つまり、消費時および回生時別に）、皮相電力量ＷＳ＋，ＷＳ−のみを測定する構成とすることもできる。

また、この測定装置１では、消費時および回生時の各有効電力量ＷＰ＋，ＷＰ−および消費時および回生時の各無効電力量ＷＱ１＋，ＷＱ２＋，ＷＱ１−，ＷＱ２−と共に、消費時および回生時の各皮相電力量ＷＳ＋，ＷＳ−が測定される。

したがって、この測定装置１によれば、消費時および回生時の各有効電力量ＷＰ＋，ＷＰ−を消費時および回生時の各皮相電力量ＷＳ＋，ＷＳ−と比較することにより、有効に送電されている電力量がどの程度の割合なのかを消費時と回生時とに分けて容易に把握することができる。

また、この測定装置１によれば、消費時および回生時の各無効電力量ＷＱ１＋，ＷＱ２＋，ＷＱ１−，ＷＱ２−を消費時および回生時の各皮相電力量ＷＳ＋，ＷＳ−と比較することにより、無効となる電力量がどの程度の割合なのかについても消費時と回生時とに分けて、具体的には、消費時遅れ分、消費時進み分、回生時遅れ分および回生時進み分とに分けて容易に把握することができる。

なお、上記の測定装置１では、消費時および回生時の各皮相電力量ＷＳ＋，ＷＳ−と共に、消費時および回生時の各有効電力量ＷＰ＋，ＷＰ−、並びに消費時および回生時の各無効電力量ＷＱ１＋，ＷＱ２＋，ＷＱ１−，ＷＱ２−を測定する構成を採用しているが、各有効電力量ＷＰ＋，ＷＰ−、および各無効電力量ＷＱ１＋，ＷＱ２＋，ＷＱ１−，ＷＱ２−のうちのいずれか一方のみを測定する構成を採用することもできる。この構成においても、測定されるこの一方の電力量を皮相電力量ＷＳ＋，ＷＳ−と比較することにより、この一方の電力量がどの程度の割合なのかを消費時と回生時とに分けて容易に把握することができる。この場合、各無効電力量ＷＱ１＋，ＷＱ２＋，ＷＱ１−，ＷＱ２−のみを測定する構成においては、算出した有効電力Ｐおよび皮相電力Ｓに基づいて無効電力Ｑを算出する方法に代えて、各瞬時値データに基づいて無効電力を算出する態様の他の例として、各瞬時値データＤｕ，Ｄｉから無効電力Ｑを直接算出する方法を採用することができる。

また、この測定装置１は、測定した各種の電力量と共に各種の電力を出力する構成を採用しているが、各種の電力量のみを出力する構成を採用してもよい。また、この測定装置１は、測定した各種の電力や電力量のみを出力する構成を採用しているが、瞬時値データＤｕに基づいて電圧Ｕの電圧値を測定して出力する機能や、瞬時値データＤｉに基づいて電流Ｉの電流値を測定して出力する機能を備える構成であってもよい。

１ 測定装置
２ 電圧検出部
３ 電流検出部
５ 処理部
Ｄｉ 瞬時値データ
Ｄｕ 瞬時値データ
Ｐ 有効電力
Ｑ 無効電力
Ｓ 皮相電力
ＷＰ＋，ＷＰ− 有効電力量
ＷＱ１＋，ＷＱ１−，ＷＱ２＋，ＷＱ２− 無効電力量
ＷＳ＋，ＷＳ− 皮相電力量

Claims (3)

1. 被測定電路の電圧を示す電圧データおよび当該被測定電路の電流を示す電流データに基づいて有効電力を算出する処理部を備えている測定装置であって、
   前記処理部は、前記電圧データおよび前記電流データに基づいて算出される皮相電力を前記算出した有効電力の極性別に積算することにより、消費時の皮相電力量および回生時の皮相電力量を測定する測定装置。
2. 前記処理部は、前記有効電力、並びに前記電圧データおよび前記電流データに基づいて算出される無効電力のうちの少なくとも一方の電力を前記極性別に積算することにより、当該少なくとも一方の電力についての消費時の電力量および回生時の電力量を測定する請求項１記載の測定装置。
3. 前記処理部は、前記有効電力を前記極性別に積算することにより、前記消費時の電力量としての消費時の有効電力量および前記回生時の電力量としての回生時の有効電力量を測定し、かつ前記電圧データおよび前記電流データに基づいて前記無効電力を算出すると共に当該算出した無効電力の極性と前記有効電力の前記極性の組み合わせ別に当該無効電力を積算することにより、消費時における遅れ分の無効電力量、消費時における進み分の無効電力量、回生時における遅れ分の無効電力量および回生時における進み分の無効電力量を測定する請求項２記載の測定装置。

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