JP6887113B2 - 演算システム、及び計測システム - Google Patents

Description

本発明は、一般に演算システム、及び計測システムに関し、より詳細には、センサからの信号に基づいて所定の演算処理を実行する演算システム、及び計測システムに関する。

特許文献１には、一般住宅やオフィスビル等の分電盤に用いられる電力計測システムが記載されている。特許文献１に記載の電力計測システムは、変流器と、電力計測器と、を備える。電力計測器は、変流器の信号から電流を検出する電流検出部と、回路の電圧の信号を検出する電圧検出部と、電流検出部の電流信号及び電圧検出部の電圧信号に基づいて電力を演算する電力演算部と、を有する。電力変換部は、電流検出部からのアナログ信号をデジタル信号に変換する第１Ａ／Ｄ変換部と、電圧検出部からのアナログ信号をデジタル信号に変換する第２Ａ／Ｄ変換部と、を有する。そして、電力変換部は、第１Ａ／Ｄ変換部及び第２Ａ／Ｄ変換部からのデジタル信号に基づいて電力を演算する。

特開２０１４−１９０８３７号公報

特許文献１に記載の電力計測システムでは、第１Ａ／Ｄ変換部及び第２Ａ／Ｄ変換部（変換部）から出力されるデジタル信号にホワイトノイズ等が含まれているため、ホワイトノイズ等が電力演算部（演算部）の演算結果に影響を与えていた。

本発明は上記課題に鑑みてなされており、Ａ／Ｄ変換時のホワイトノイズ等が演算部の演算結果に与える影響を低減することができる演算システム、及び計測システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る演算システムは、変換部と、演算部と、切替部と、を備える。前記変換部は、第１変換処理及び第２変換処理を実行する。前記変換部は、前記第１変換処理において、物理量を計測するセンサからの第１アナログ信号を第１デジタル信号に変換する。前記変換部は、前記第２変換処理において、基準電位点からの第２アナログ信号を第２デジタル信号に変換する。前記第２変換処理における前記基準電位点は、前記第１変換処理における基準電位点と同電位である。前記演算部は、前記変換部で変換した前記第１デジタル信号及び前記第２デジタル信号に基づいて所定の演算処理を実行する。前記切替部は、前記変換部への入力信号を、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号との間で切り替える。前記演算部は、前記演算処理において、第１期間における前記第１デジタル信号の実効値に基づく第１実効値の二乗から第２期間における前記第２デジタル信号の第２実効値の二乗を引いて平方根を取ることにより、前記物理量の実効値を演算する。

本発明の一態様に係る計測システムは、前記演算システムと、前記センサと、を備える。

本発明によれば、Ａ／Ｄ変換時のホワイトノイズ等が演算部の演算結果に与える影響を低減することができる。

図１は、本発明の実施形態１に係る演算システム及び計測システムの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施形態１に係る分電盤の構成を示すブロック図である。 図３Ａは、同上の計測システムにおいて計測される第１電流の波形図である。図３Ｂは、同上の計測システムにおいて計測される、ノイズ成分を含む第１電流の波形図である。図３Ｃは、同上の計測システムにおいて計測されるノイズ成分の波形図である。 図４は、本発明の実施形態２に係る演算システム及び計測システムの構成を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。下記の実施形態は、本発明の様々な実施形態の一部に過ぎない。また、下記の実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

（実施形態１）
（１）概要
本実施形態に係る演算システム及び計測システムは、分電盤に用いられる。演算システムは、電流、電圧等の物理量を計測するセンサからのアナログ信号をＡ／Ｄ変換する際に発生するホワイトノイズ等をデジタル信号から取り除くためのシステムである。計測システムは、複数の分岐回路の各々について、消費電力と消費電力量との少なくとも一方を計測値として計測するためのシステムである。

例えば単相３線式の配電方式であれば、分電盤は、図１に示すように、第１電圧線（Ｌ１）４１と第２電圧線（Ｌ２）４２と中性線（Ｎ）４３とを有する電力線４に電気的に接続される。

そして、分電盤は、電力線４からの交流電力を複数（図１の例では３つ）の分岐回路５１〜５３に分配する。分岐回路５１は、第１電圧線４１及び中性線４３に電気的に接続され、分岐回路５２は、第２電圧線４２と中性線４３に電気的に接続され、分岐回路５３は、第１電圧線４１及び第２電圧線４２に電気的に接続される。

なお、以下では、複数の分岐回路５１〜５３を特に区別しない場合には、複数の分岐回路５１〜５３の各々を「分岐回路５」ともいう。また、ここでいう「分岐回路」は、分岐ブレーカ、並びに分岐ブレーカの二次側に接続される配線路、配線器具（アウトレット、壁スイッチなど）、及び各種の機器（照明器具、調理家電など）を含んでいる。

本実施形態に係る演算システム２は、図１に示すように、変換部２１と、演算部２２と、を備えている。変換部２１は、第１変換処理において、電流センサ（センサ）３１からの第１アナログ信号ＡＳ１を第１デジタル信号ＤＳ１に変換する。変換部２１は、第２変換処理において、基準電位点からの第２アナログ信号ＡＳ２を第２デジタル信号ＤＳ２に変換する。第２変換処理における（第２）基準電位点は、第１変換処理における（第１）基準電位点と同電位である。演算部２２は、変換部２１で変換した第１デジタル信号ＤＳ１及び第２デジタル信号ＤＳ２に基づいて所定の演算処理を実行する。演算部２２は、演算処理において、第１期間Ｔ１における第１デジタル信号ＤＳ１の実効値に基づく第１実効値の二乗から、第２期間Ｔ２における第２デジタル信号ＤＳ２の第２実効値の二乗を引いて平方根を取ることにより、第１電流Ｉ１の実効値を演算する。

また、本実施形態に係る計測システム１は、演算システム２と、電流センサ３１と、を備えている。

本実施形態に係る演算システム２によれば、変換部２１からの第１デジタル信号ＤＳ１及び第２デジタル信号ＤＳ２に基づいて、演算部２２が所定の演算処理を実行することにより、Ａ／Ｄ変換時のホワイトノイズ等を取り除くことができる。言い換えると、本実施形態に係る演算システム２によれば、Ａ／Ｄ変換時のホワイトノイズ等が演算部２２の演算結果に与える影響を低減することができる。

（２）詳細
本実施形態では、演算システムは、需要家施設において消費電力と消費電力量との少なくとも一方を計測するための（電力）計測システムに適用される。ここでいう「需要家施設」は、電力の需要家の施設を意味しており、電力会社等の電気事業者から電力の供給を受ける施設だけでなく、太陽光発電設備等の自家発電設備から電力の供給を受ける施設も含む。本実施形態では、オフィスビルや工場等の非住宅を需要家施設の一例として説明する。

（２．１）基本構成
本実施形態に係る演算システム２は、図１に示すように、変換部２１と、演算部２２と、降圧回路２３と、を備えている。また、本実施形態に係る計測システム１は、図１に示すように、演算システム２と、複数の電流センサ（センサ）３１，３２，３０１〜３０３と、を備えている。

本実施形態では、演算システム２が適用される計測システム１の構成要素（変換部２１、演算部２２、降圧回路２３、及び電流センサ３１，３２，３０１〜３０３）は、分電盤６（図２参照）のキャビネット６０（図２参照）内に収納されている。

演算システム２には、一対の（主幹用）電流センサ３１，３２、及び複数の（分岐用）電流センサ３０１〜３０３の各々が電気的に接続されている。一対の電流センサ３１，３２は、第１電圧線４１及び第２電圧線４２に一対一に対応して設けられている。また、複数の電流センサ３０１〜３０３は、複数の分岐回路５に一対一に対応して設けられている。これにより、演算システム２では、電流センサ３１の出力から第１電圧線４１を流れる第１電流Ｉ１が計測可能であり、電流センサ３２の出力から第２電圧線４２を流れる第２電流Ｉ２が計測可能である。また、演算システム２では、複数の電流センサ３０１〜３０３の出力から、複数の分岐回路５の各々を流れる電流（以下、「分岐電流」という）を計測可能である。以下では、分岐電流を計測するための複数の電流センサ３０１〜３０３を特に区別しない場合には、複数の電流センサ３０１〜３０３の各々を「電流センサ３０」ともいう。

なお、以下では、分岐回路５１を流れる分岐電流、つまり電流センサ３０１で計測される分岐電流を「分岐電流Ｉ１１」という。同様に、分岐回路５ｎ（ｎは自然数）を流れる分岐電流、つまり電流センサ３０ｎ（ｎは自然数）で計測される分岐電流を「分岐電流Ｉ１ｎ」という。

変換部２１は、ここでは、複数（図１の例では５つ）の電流用Ａ／Ｄ変換部２１１と、複数（図１の例では２つ）の電圧用Ａ／Ｄ変換部２１２と、ノイズ用Ａ／Ｄ変換部２１３と、を含んでいる。つまり、本実施形態の変換部２１は、第１変換部としての複数の電流用Ａ／Ｄ変換部２１１及び複数の電圧用Ａ／Ｄ変換部２１２と、第２変換部としてのノイズ用Ａ／Ｄ変換部２１３と、を有している。

複数の電流用Ａ／Ｄ変換部２１１のうちの２つは、ここでは、電流センサ３１で計測される第１電流Ｉ１と電流センサ３２で計測される第２電流Ｉ２とのいずれかについて、アナログ・デジタル変換（以下、「Ａ／Ｄ変換」という）を実行するように構成されている。言い換えると、２つの電流用Ａ／Ｄ変換部２１１の一方は、第１電流Ｉ１についての第１アナログ信号ＡＳ１（＝ＡＳ１１）を第１デジタル信号ＤＳ１（＝ＤＳ１１）に変換する第１変換処理を実行する。また、２つの電流用Ａ／Ｄ変換部２１１の他方は、第２電流Ｉ２についての第１アナログ信号ＡＳ１（＝ＡＳ１２）を第１デジタル信号ＤＳ１（＝ＤＳ１２）に変換する第１変換処理を実行する。

また、複数の電流用Ａ／Ｄ変換部２１１のうちの残りの３つは、ここでは、複数の電流センサ３０１〜３０３で計測される複数の分岐電流Ｉ１１〜Ｉ１３について、Ａ／Ｄ変換を実行するように構成されている。

複数の電圧用Ａ／Ｄ変換部２１２の各々は、ここでは、第１電圧線４１と中性線４３との間に印加される第１電圧Ｖ１と、第２電圧線４２と中性線４３との間に印加される第２電圧Ｖ２とのいずれかについて、Ａ／Ｄ変換を実行するように構成されている。言い換えると、複数の電圧用Ａ／Ｄ変換部２１２の一方は、第１電圧Ｖ１についての第１アナログ信号ＡＳ１（＝ＡＳ１３）を第１デジタル信号ＤＳ１（＝ＤＳ１３）に変換する第１変換処理を実行する。また、複数の電圧用Ａ／Ｄ変換部２１２の他方は、第２電圧Ｖ２についての第１アナログ信号ＡＳ１（＝ＡＳ１４）を第１デジタル信号ＤＳ１（＝ＤＳ１４）に変換する第１変換処理を実行する。つまり、本実施形態では、センサによって計測される物理量は、電流（第１電流Ｉ１、第２電流Ｉ２及び分岐電流Ｉ１１〜Ｉ１３）と電圧（第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２）との両方である。

ノイズ用Ａ／Ｄ変換部２１３は、基準電位点からの第２アナログ信号ＡＳ２を第２デジタル信号ＤＳ２に変換する第２変換処理を実行するように構成されている。第２変換処理における基準電位点は、第１変換処理における基準電位点と同電位であり、ここでは一例としてグランドである。つまり、ノイズ用Ａ／Ｄ変換部２１３は、第２変換処理において、グランドから入力される０〔Ｖ〕の第２アナログ信号ＡＳ２を第２デジタル信号ＤＳ２に変換する。

演算部２２は、第１電圧線４１と中性線４３とが電気的に接続されている第１電圧系統の消費電力と消費電力量との少なくとも一方を演算する。また、演算部２２は、第２電圧線４２と中性線４３とが電気的に接続されている第２電圧系統の消費電力と消費電力量との少なくとも一方を演算する。さらに、演算部２２は、第１電圧線４１と第２電圧線４３とが電気的に接続されている第３電圧系統の消費電力と消費電力量との少なくとも一方を演算する。また、演算部２２は、複数の分岐回路５の各々について、消費電力と消費電力量との少なくとも一方を演算する。

ここで、演算部２２は、瞬時電力を表す消費電力を演算してもよいし、あるいは一定時間における電力の消費量（使用量）を表す消費電力量を演算してもよい。また、演算部２２は、消費電力と消費電力量との両方を演算してもよい。本実施形態では一例として、演算部２２は、消費電力を一定時間（例えば１分間）積算した消費電力量を演算することとする。

演算部２２は、電流用Ａ／Ｄ変換部２１１でＡ／Ｄ変換された第１電流Ｉ１と、電圧用Ａ／Ｄ変換部２１２でＡ／Ｄ変換された第１電圧Ｖ１とに基づいて、第１電圧系統の消費電力量を演算する。演算部２２は、電流用Ａ／Ｄ変換部２１１でＡ／Ｄ変換された第２電流Ｉ２と、電圧用Ａ／Ｄ変換部２１２でＡ／Ｄ変換された第２電圧Ｖ２とに基づいて、第２電圧系統の消費電力量を演算する。さらに、演算部２２は、電流用Ａ／Ｄ変換部２１１でＡ／Ｄ変換された分岐電流Ｉ１１と、電圧用Ａ／Ｄ変換部２１２でＡ／Ｄ変換された第１電圧Ｖ１とに基づいて、分岐回路５１の消費電力量を演算する。また、演算部２２は、電流用Ａ／Ｄ変換部２１１でＡ／Ｄ変換された分岐電流Ｉ１２と、電圧用Ａ／Ｄ変換部２１２でＡ／Ｄ変換された第２電圧Ｖ２とに基づいて、分岐回路５２の消費電力量を演算する。また、演算部２２は、電流用Ａ／Ｄ変換部２１１でＡ／Ｄ変換された分岐電流Ｉ１３と、第１電圧線４１と第２電圧線４２との間に印加される第３電圧とに基づいて、分岐回路５３の消費電力量を演算する。第３電圧は、電圧用Ａ／Ｄ変換部２１２でＡ／Ｄ変換された第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２から求められる。なお、演算部２２は、第３電圧系統については、第１電圧系統の消費電力量と第２電圧系統の消費電力量とを合計することにより消費電力量が求められる。

変換部２１及び演算部２２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリを主構成とするマイクロコンピュータにて構成されている。そして、ＣＰＵがメモリに格納されているプログラムを実行することにより、マイクロコンピュータが変換部２１及び演算部２２として機能する。ＣＰＵが実行するプログラムは、ここではマイクロコンピュータのメモリに予め記録されているが、メモリカード等の記録媒体に記録されて提供されてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて提供されてもよい。

降圧回路２３は、ここでは、第１電圧線４１に印加される第１電圧Ｖ１と第２電圧線４２に印加される第２電圧Ｖ２とが入力され、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２を所定の大きさの電圧に降圧する。降圧回路２３は、例えば、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２を、電圧用Ａ／Ｄ変換部２１２においてＡ／Ｄ変換可能な大きさの電圧に降圧する。

（２．２）分電盤
次に、分電盤６の構成について説明する。

分電盤６は、図２に示すように、電力線４に電気的に接続される主幹ブレーカ６１と、主幹ブレーカ６１の二次側端子に電気的に接続される複数の分岐ブレーカ６２とをキャビネット６０内に備えている。さらに、分電盤６は、計測ユニット６３、電流センサ３１，３２、及びセンサユニット３３，３４をキャビネット６０内に備えている。

本実施形態では一例として、演算システム２としての機能は計測ユニット６３に設けられ、電流センサ３０１〜３０３としての機能はセンサユニット３３，３４に設けられている。

主幹ブレーカ６１の一次側端子は、３線式（第１電圧線４１、第２電圧線４２、及び中性線４３）の電力線４を介して、系統電源７（図１参照）に電気的に接続されている。主幹ブレーカ６１の二次側端子には、Ｌ１、Ｌ２、Ｎの３極の導電バーが接続されている。これら３極の導電バーは、第１電圧線（Ｌ１）４１、第２電圧線（Ｌ２）４２、及び中性線（Ｎ）４３と一対一に電気的に接続される。

複数の分岐ブレーカ６２は、導電バーに接続されることにより、主幹ブレーカ６１の二次側端子に電気的に接続される。複数の分岐ブレーカ６２のうち、分岐回路５１，５２に含まれる分岐ブレーカ６２は、Ｌ１及びＬ２のいずれか一方の導電バーと、Ｎの導電バーとに接続されている。また、複数の分岐ブレーカ６２のうち、分岐回路５３に含まれる分岐ブレーカ６２は、Ｌ１の導電バーと、Ｌ２の導電バーとに接続されている。これにより、分岐回路５１，５２の各々は、第１電圧線（Ｌ１）４１と第２電圧線（Ｌ２）４２との一方、及び中性線（Ｎ）４３に電気的に接続される。また、分岐回路５３は、第１電圧線（Ｌ１）４１及び第２電圧線（Ｌ２）４２に電気的に接続される。

計測ユニット６３には、一対の電流センサ３１，３２及び一対のセンサユニット３３，３４の各々が電気的に接続されている。電流センサ３１，３２，３０１〜３０３としては、例えばＣＴ（Current Transformer）センサ、ホール素子、ＧＭＲ（Giant Magnetic Resistances）素子等の磁気抵抗素子、シャント抵抗などが用いられる。本実施形態では一例として、電流センサ３１，３２の各々はＣＴセンサからなる。一方、センサユニット３３，３４に設けられた複数の電流センサ３０の各々は、コアを用いない（コアレスの）空芯コイルからなり、貫通孔内を通過する電流に応じた出力を生じるロゴスキコイルである。

一対の電流センサ３１，３２は、主幹ブレーカ６１の一次側端子に接続された電力線４の電流を計測するように、電力線４に取り付けられている。ここでは、一対の電流センサ３１，３２のうち、一方の（第１の）電流センサ３１は第１電圧線４１に取り付けられ、他方の（第２の）電流センサ３２は第２電圧線４２に取り付けられている。これにより、計測ユニット６３では、電流センサ３１の出力から第１電圧線４１を流れる第１電流Ｉ１が計測可能となり、電流センサ３２の出力から第２電圧線４２を流れる第２電流Ｉ２が計測可能となる。

一対のセンサユニット３３，３４の各々は、主幹ブレーカ６１の二次側端子に接続された複数の分岐ブレーカ６２の各々の電流を計測するように、複数の分岐ブレーカ６２と導電バーとの間に取り付けられている。一対のセンサユニット３３，３４の各々は、複数の電流センサ３０を具備し、これら複数の電流センサ３０が、複数の分岐ブレーカ６２に一対一に対応するように取り付けられている。これにより、計測ユニット６３では、一対のセンサユニット３３，３４の出力から、複数の分岐回路５の各々を流れる分岐電流が計測可能となる。

（３）動作
ところで、上述した従来の電力計測システムでは、第１Ａ／Ｄ変換部及び第２Ａ／Ｄ変換部でのＡ／Ｄ変換時に発生するホワイトノイズがデジタル信号に含まれているため、ホワイトノイズが電力演算部の演算結果に影響を与えていた。また、従来の電力計測システムでは、例えば電源ラインから入力される外乱ノイズによっても電力演算部の演算結果に影響を与えていた。

そこで、本実施形態では、変換部２１のＡ／Ｄ変換時に発生するホワイトノイズ、及び電源ライン等から入力される外乱ノイズ（以下、「ホワイトノイズ等」という）が演算部２２の演算結果に与える影響を低減できるように、演算システム２を構成している。特に、本実施形態に係る演算システム２では、Ａ／Ｄ変換時に発生するホワイトノイズがＡ／Ｄ変換部に固有のランダムノイズであることに着目し、瞬時値レベルではなく実効値レベルでノイズ成分を取り除く方法を採用している。以下、第１電圧線４１を流れる第１電流Ｉ１を例として、図３Ａ〜図３Ｃを参照しながら具体的に説明する。

図３Ａは、横軸をサンプリング回数としたときの第１電圧線４１を流れる第１電流Ｉ１の波形図である。図３Ａに示す第１電流Ｉ１の電流波形には、ホワイトノイズ等のノイズ成分が含まれていない。図３Ｂは、横軸をサンプリング回数としたときの電流用Ａ／Ｄ変換部２１１から出力される第１デジタル信号ＤＳ１の電流換算値の波形図である。図３Ｂに示す第１電流Ｉ１の電流波形には、Ａ／Ｄ変換時に発生したホワイトノイズのノイズ成分が含まれている。図３Ｃは、横軸をサンプリング回数としたときのノイズ用Ａ／Ｄ変換部２１３から出力される第２デジタル信号ＤＳ２の電流換算値の波形図である。つまり、図３Ｃに示す波形は、Ａ／Ｄ変換時に発生したホワイトノイズによる波形である。

また、図３Ｂにおける第１期間Ｔ１は、電流用Ａ／Ｄ変換部２１１から出力される第１デジタル信号ＤＳ１の実効値である第１実効値（Ｉ１＋Ｎ）ｒｍｓを求めるためのサンプリング期間である。図３Ｃにおける第２期間Ｔ２は、ノイズ用Ａ／Ｄ変換部２１３から出力される第２デジタル信号ＤＳ２の実効値である第２実効値Ｎｒｍｓを求めるためのサンプリング期間である。本実施形態では、第１期間Ｔ１の長さと第２期間Ｔ２の長さとが同じであり、かつ第１期間Ｔ１の始点と第２期間Ｔ２の始点とが同じである。つまり、本実施形態では、第１実効値（Ｉ１＋Ｎ）ｒｍｓと第２実効値Ｎｒｍｓとを同じタイミングで求めている。また、図３ＢにおけるΔｔはサンプリング周期である。

例えば、変換部２１のサンプリング周波数が２〔ｋＨｚ〕の場合、サンプリング周期は（１／２０００）×１０００＝０．５〔ｍｓ〕となる。そして、第１電圧線４１を流れる第１電流Ｉ１の周波数が５０〔Ｈｚ〕の場合、第１電流Ｉ１の周期が（１／５０）×１０００＝２０〔ｍｓ〕であることから、第１電流Ｉ１の１周期におけるサンプリング回数は２０〔ｍｓ〕／０．５〔ｍｓ〕＝４０回となる。つまり、変換部２１は、上記の条件のもとでは、第１電流Ｉ１の１周期について、第１電流Ｉ１の瞬時値を４０回デジタル変換することになる。

変換部２１のうち、第１変換部である電流用Ａ／Ｄ変換部２１１でＡ／Ｄ変換された第１電流Ｉ１の第１デジタル信号ＤＳ１は、図３Ｂに示すように、ホワイトノイズ等を含んだ波形となる。変換部２１のうち、第２変換部であるノイズ用Ａ／Ｄ変換部２１３でＡ／Ｄ変換された第２デジタル信号ＤＳ２は、図３Ｃに示すように、ホワイトノイズ等の波形となる。

演算部２２は、第１期間Ｔ１における第１デジタル信号ＤＳ１の瞬時値に基づいて第１デジタル信号ＤＳ１の第１実効値（Ｉ１＋Ｎ）ｒｍｓを求める。また、演算部２２は、第２期間Ｔ２における第２デジタル信号ＤＳ２の瞬時値に基づいて第２デジタル信号ＤＳ２の第２実効値Ｎｒｍｓを求める。

ここで、電流用Ａ／Ｄ変換部２１１の瞬時出力をｉ（ｔ）、ノイズ用Ａ／Ｄ変換部２１３の瞬時出力をｎ（ｔ）とした場合、第１実効値（Ｉ１＋Ｎ）ｒｍｓは、数１により求められ、第２実効値Ｎｒｍｓは、数２により求められる。数１及び数２中のＳ１はサンプリング回数であり、図３Ｂ及び図３Ｃに示す例ではＳ１は２１である。

なお、第１電流Ｉ１のサンプリング期間である第１期間Ｔ１及びノイズ成分のサンプリング期間である第２期間Ｔ２は、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、サンプリング回数Ｓ１が２１回分の期間に設定されている。つまり、本実施形態では、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２は、０．５〔ｍｓ〕×２１＝１０．５〔ｍｓ〕になる。

そして、演算部２２は、数１及び数２にて求めた第１実効値（Ｉ１＋Ｎ）ｒｍｓ及び第２実効値Ｎｒｍｓを数３に代入することにより、ノイズ成分を取り除いた第１電流Ｉ１の実効値Ｉ１ｒｍｓを求めることができる。つまり、演算部２２は、第１期間Ｔ１の第１デジタル信号ＤＳの第１実効値（Ｉ１＋Ｎ）ｒｍｓの二乗から、第２期間Ｔ２の第２デジタル信号ＤＳ２の第２実効値Ｎｒｍｓの二乗を引いて平方根を取ることで、第１電流Ｉ１の実効値Ｉ１ｒｍｓを求めることができる。

また、第１電圧線４１に印加される第１電圧Ｖ１についても、数１〜数３を用いることで、ホワイトノイズ等を取り除いた第１電圧Ｖ１の実効値を求めることができる。そして、それぞれホワイトノイズ等を取り除いた第１電流Ｉ１の実効値及び第１電圧Ｖ１の実効値を用いることで、第１電圧系統において消費される電力量を精度よく求めることができる。

なお、第２電流Ｉ２及び分岐電流Ｉ１１〜Ｉ１３についても、数１〜数３を用いることで、ホワイトノイズ等を取り除いた実効値を求めることができる。また、第２電圧Ｖ２についても、数１〜数３を用いることで、ホワイトノイズ等を取り除いた実効値を求めることができる。そして、これらの第２電流Ｉ２の実効値、分岐電流Ｉ１１〜Ｉ１３の実効値、第１電圧Ｖ１の実効値、第２電圧Ｖ２の実効値を用いることで、第２電圧系統、第３電圧系統、各分岐回路５のいずれかにおいて消費される電力量を精度よく求めることができる。

（４）変形例
以下、本実施形態の変形例について説明する。

本実施形態では、計測システム１及び演算システム２が適用される需要家施設が非住宅である場合を例として説明しているが、需要家施設は非住宅に限らず、戸建て住宅、集合住宅の各住戸等であってもよい。

本実施形態では、物理量を計測するセンサとして、第１電流Ｉ１及び第２電流Ｉ２を計測する電流センサ３１，３２、及び第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２を降圧する降圧回路２３を例として説明している。これに対して、センサは、例えば、光センサ、圧力センサ、温度センサ等であってもよいし、これら以外のセンサであってもよい。つまり、センサは、計測結果に対してデジタル変換を必要とするセンサであればよい。なお、光センサは、焦電型のセンサであることが好ましい。

本実施形態では、物理量が電流と電圧との両方である場合を例として説明しているが、物理量は電流と電圧との少なくとも一方であればよい。この場合でも、電流と電圧との両方にホワイトノイズ等が含まれている場合と比較して、ホワイトノイズ等が演算部２２の演算結果に与える影響を低減することができる。

本実施形態では、第１期間Ｔ１の長さと第２期間Ｔ２の長さとが同じで、かつ第１期間Ｔ１の始点と第２期間Ｔ２の始点とが同じ場合を例として説明している。これに対して、第１期間Ｔ１の長さと第２期間Ｔ２の長さとが異なっていてもよいし、第１期間Ｔ１の始点と第２期間Ｔ２の始点とが異なっていてもよい。つまり、第１期間Ｔ１の長さ、第２期間Ｔ２の長さ、第１期間Ｔ１の始点、及び第２期間Ｔ２の始点は任意に設定することができる。好ましくは、第１期間Ｔ１の始点と第２期間Ｔ２の始点とが同じで、かつ第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２の長さが、計測対象の物理量の半周期又は１周期であるのがよい。

本実施形態では、第１実効値（Ｉ１＋Ｎ）ｒｍｓが第１電流Ｉ１の実効値そのものである場合を例として説明している。これに対して、第１実効値は、第１電流Ｉ１の実効値に対して電流センサ３１，３２のコアの特性の差をキャンセルする補正を行った後の実効値であってもよい。

また、上述の数３は一例であって、例えば周囲温度による温度補正係数を含むような数式であってもよい。

本実施形態では、第１変換処理における基準電位点と第２変換処理における基準電位点とがグランドである場合を例として説明しているが、基準電位点はグランド（０〔Ｖ〕）に限らず、０〔Ｖ〕よりも大きい所定の電位を有する点であってもよい。

（実施形態２）
以下、計測システム１及び演算システム２の実施形態２について、図４を参照して説明する。上述の実施形態１では、変換部２１が、第１変換部（電流用Ａ／Ｄ変換部２１１及び電圧用Ａ／Ｄ変換部２１２）と、第２変換部（ノイズ用Ａ／Ｄ変換部２１３）と、を有しているが、本実施形態では、変換部２１が１つである点で実施形態１と異なっている。なお、それ以外の構成については実施形態１と同様であり、同一の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

（１）詳細
本実施形態に係る演算システム２は、図４に示すように、変換部２１及び演算部２２の他、切替部２４を更に備えている。本実施形態に係る計測システム１は、図４に示すように、演算システム２と、電流センサ３１と、を備えている。電流センサ３１は、実施形態１と同様に、第１電圧線４１を流れる第１電流Ｉ１を計測するセンサである。

切替部２４は、例えばマルチプレクサである。切替部２４は、例えば、マイクロコンピュータから出力される制御信号に従って、電流センサ３１からの第１アナログ信号ＡＳ１と上述の基準電位点からの第２アナログ信号ＡＳ２とを交互に出力するように構成されている。言い換えると、変換部２１への入力信号が、切替部２４によって第１アナログ信号ＡＳ１と第２アナログ信号ＡＳ２との間で切り替えられる。切替部２４は、ここでは、上述したサンプリング周期Δｔ（図３Ｂ参照）で第１アナログ信号ＡＳ１と第２アナログ信号ＡＳ２とを切り替えるように構成されている。

この構成によれば、上述の実施形態１のように、複数のＡ／Ｄ変換部が不要であり、１つのＡ／Ｄ変換部によってホワイトノイズ等が演算部２２の演算結果に与える影響を低減することができる。

ここでは、第１電流Ｉ１について例示しているが、第２電流Ｉ２、分岐電流Ｉ１１〜Ｉ１３、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２についても同様である。

（２）変形例
以下、本実施形態の変形例について説明する。

本実施形態では、切替部２４が、第１アナログ信号ＡＳ１と第２アナログ信号ＡＳ２とをサンプリング周期Δｔで切り換える場合を例として説明している。これに対して、切替部２４は、例えば、サンプリング周期Δｔの複数倍のタイミングで第１アナログ信号ＡＳ１と第２アナログ信号ＡＳ２とを交互に切り替えるように構成されていてもよい。

また、切替部２４はマルチプレクサに限らず、第１アナログ信号ＡＳ１と第２アナログ信号ＡＳ２とを切り替えられる構成であればよい。

さらに、上述の実施形態１の変形例を本実施形態に適用することも可能である。

（まとめ）
以上述べた実施形態から明らかなように、第１の態様に係る演算システム２は、変換部２１と、演算部２２と、を備える。変換部２１は、第１変換処理と第２変換処理とを実行する。変換部２１は、第１変換処理において、物理量（第１電流Ｉ１）を計測するセンサ（電流センサ３１）からの第１アナログ信号ＡＳ１を第１デジタル信号ＤＳ１に変換する。変換部２１は、第２変換処理において、基準電位点からの第２アナログ信号ＡＳ２を第２デジタル信号ＤＳ２に変換する。第２変換処理における基準電位点は、第１変換処理における基準電位点と同電位である。演算部２２は、変換部２１で変換した第１デジタル信号ＤＳ１及び第２デジタル信号ＤＳ２に基づいて所定の演算処理を実行する。演算部２２は、演算処理において、第１期間Ｔ１における第１デジタル信号ＤＳ１の実効値に基づく第１実効値（Ｉ１＋Ｎ）ｒｍｓの二乗から第２期間Ｔ２における第２デジタル信号ＤＳ２の第２実効値Ｎｒｍｓの二乗を引いて平方根を取ることにより、物理量の実効値（Ｉ１ｒｍｓ）を演算する。

第１の態様によれば、変換部２１からの第１デジタル信号ＤＳ１及び第２デジタル信号ＤＳ２に基づいて、演算部２２が所定の演算処理を実行することにより、Ａ／Ｄ変換時のホワイトノイズ等を取り除くことができる。すなわち、第１の態様によれば、Ａ／Ｄ変換時のホワイトノイズ等が演算部２２の演算結果に与える影響を低減することができる。

第２の態様に係る演算システム２では、第１の態様において、変換部２１は、第１変換処理を実行する第１変換部（電流用Ａ／Ｄ変換部２１１及び電圧用Ａ／Ｄ変換部２１２）と、第２変換処理を実行する第２変換部（ノイズ用Ａ／Ｄ変換部２１３）と、を有する。

第２の態様によれば、第１変換処理を実行する第１変換部と第２変換処理を実行する第２変換部とを別々に設けているので、第１変換処理と第２変換処理とを同時に実行することができる。ただし、この構成は必須ではなく、変換部２１は、第１変換部と第２変換部とを有する構成でなくてもよい。

第３の態様に係る演算システム２では、第２の態様において、第１変換部が第１変換処理を実行するタイミングと第２変換部が第２変換処理を実行するタイミングとが同じである。

第３の態様によれば、第１変換部による第１変換処理と第２変換部による第２変換処理とが同時に実行されるので、瞬発的な外乱ノイズについても取り除くことができる。ただし、この構成は必須ではなく、第１変換部が第１変換処理を実行するタイミングと第２変換部が第２変換処理を実行するタイミングとが異なっていてもよい。

第４の態様に係る演算システム２は、第１の態様において、変換部２１への入力信号を、第１アナログ信号ＡＳ１と第２アナログ信号ＡＳ２との間で切り替える切替部２４を更に備える。

第４の態様によれば、第１アナログ信号ＡＳ１及び第２アナログ信号ＡＳ２を、１つの変換部２１によって第１デジタル信号ＤＳ１及び第２デジタル信号ＤＳ２に変換することができる。ただし、この構成は必須ではなく、演算システム２は、切替部２４によって第１アナログ信号ＡＳ１と第２アナログ信号ＡＳ２とを切り替えるように構成されていなくてもよい。

第５の態様に係る演算システム２では、第４の態様において、切替部２４は、所定のサンプリング周期Δｔで第１アナログ信号ＡＳ１と第２アナログ信号ＡＳ２とを切り替える。

第５の態様によれば、サンプリング周期Δｔで第１アナログ信号ＡＳ１と第２アナログ信号ＡＳ２とを交互にデジタル変換することができる。ただし、この構成は必須ではなく、切替部２４は、サンプリング周期Δｔで第１アナログ信号ＡＳ１と第２アナログ信号ＡＳ２とを切り替えるように構成されていなくてもよい。

第６の態様に係る演算システム２では、第１〜５のいずれかの態様において、物理量は、電流と電圧との少なくとも一方である。

第６の態様によれば、電流と電圧との両方にホワイトノイズ等が含まれている場合と比較して、ホワイトノイズ等が演算部２２の演算結果に与える影響を低減することができる。ただし、この構成は必須ではなく、物理量は、電流及び電圧以外であってもよい。

第７の態様に係る演算システム２では、第１〜６のいずれかの態様において、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とが同じ長さである。

第７の態様によれば、Ａ／Ｄ変換時のホワイトノイズ等が演算部２２の演算結果に与える影響をより効果的に低減することができる。ただし、この構成は必須ではなく、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とが異なっていてもよい。

第８の態様に係る計測システム１は、演算システム２と、センサ（電流センサ３１）と、を備える。

第８の態様によれば、変換部２１からの第１デジタル信号ＤＳ１及び第２デジタル信号ＤＳ２に基づいて、演算部２２が所定の演算処理を実行することにより、Ａ／Ｄ変換時のホワイトノイズ等を取り除くことができる。すなわち、第８の態様によれば、Ａ／Ｄ変換時のホワイトノイズ等が演算部２２の演算結果に与える影響を低減することができる。

１ 計測システム
２ 演算システム
２１ 変換部
２１１ 電流用Ａ／Ｄ変換部（第１変換部）
２１２ 電圧用Ａ／Ｄ変換部（第１変換部）
２１３ ノイズ用Ａ／Ｄ変換部（第２変換部）
２２ 演算部
２４ 切替部
３１ 電流センサ（センサ）
ＡＳ１ 第１アナログ信号
ＡＳ２ 第２アナログ信号
ＤＳ１ 第１デジタル信号
ＤＳ２ 第２デジタル信号
Ｉ１ 第１電流（物理量）
Ｔ１ 第１期間
Ｔ２ 第２期間
Δｔ サンプリング周期

Claims (7)

1. 物理量を計測するセンサからの第１アナログ信号を第１デジタル信号に変換する第１変換処理、及び基準電位点からの第２アナログ信号を第２デジタル信号に変換する第２変換処理を実行する変換部と、
   前記変換部で変換した前記第１デジタル信号及び前記第２デジタル信号に基づいて所定の演算処理を実行する演算部と、
   前記変換部への入力信号を、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号との間で切り替える切替部と、を備え、
   前記第２変換処理における前記基準電位点は、前記第１変換処理における基準電位点と同電位であり、
   前記演算部は、前記演算処理において、第１期間における前記第１デジタル信号の実効値に基づく第１実効値の二乗から第２期間における前記第２デジタル信号の第２実効値の二乗を引いて平方根を取ることにより、前記物理量の実効値を演算する
   演算システム。
2. 前記変換部は、前記第１変換処理を実行する第１変換部と、前記第２変換処理を実行する第２変換部と、を有する
   請求項１に記載の演算システム。
3. 前記第１変換部が前記第１変換処理を実行するタイミングと前記第２変換部が前記第２変換処理を実行するタイミングとが同じである
   請求項２に記載の演算システム。
4. 前記切替部は、所定のサンプリング周期で前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とを切り替える
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の演算システム。
5. 前記物理量は、電流と電圧との少なくとも一方である
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の演算システム。
6. 前記第１期間と前記第２期間とが同じ長さである
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の演算システム。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の演算システムと、
   前記センサと、を備える
   計測システム。

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