JPH11211762A - 双方向電力量計量方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有効電力量の正、逆計量、および無効電力量
の正、逆、遅れ分、進み分の計量が可能な双方向電力量
計量装置を得る。 【解決手段】 有効電力量に比例したパルスを出力する
有効電力／周波数変換器６と、無効電力量に比例したパ
ルスを出力する無効電力／周波数変換器９と、有効電力
／周波数変換器６からの有効電力の正、逆と無効電力／
周波数変換器９からの無効電力の進み、遅れとの組み合
わせから無効電力／周波数変換器９の出力が正方向・進
み、正方向・遅れ、逆方向・進み、逆方向・遅れのいず
れであるかを判定するコントロール回路１０と、この回
路１０の出力により、無効電力／周波数変換器９の出力
を正方向・進み、正方向・遅れ、逆方向・進み、逆方向
・遅れに分別するように切換える切換えスイッチ１１、
１２と、分別された無効電力をそれぞれ計量して表示す
る計量表示器２１乃至２４とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、正逆両方向の需
給形態に対応可能な双方向電力量計において、有効電力
量の計量と無効電力量の計量、さらに無効電力量の正と
逆、遅れ分と進み分の計量が可能な双方向電力量計量方
法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力需要者のうち自家発電設備を
持つ電力需要者が余剰電力を電力会社へ売電する需給形
態が実施され始めた。従来、この電力の売買に使用され
る双方向電力量計では、有効電力量の受電分、送電分
と、無効電力量の受電分、送電分を計量して取り引きの
基準としていた。しかし、売買電力の質（力率）も取り
引き価格に加味する必要がある。電力の力率に関係する
無効電力には進みと遅れがあり、従来の双方向電力量計
では、無効電力の進みと遅れを分離して計量するのに、
潮流リレーと複数台の電力量計の組み合わせで実現して
いた。

【０００３】また、従来の構成では無効電力の進み分と
遅れ分は計量することができたが、この無効電力を受電
分、送電分とにさらに分離して計量するには、正、負そ
れぞれの逆転防止付き無効電力量計を必要とした。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来、
売買電力の有効電力量の受電分、送電分、遅れ無効電力
量の受電分、送電分、進み無効電力量の受電分、送電分
をそれぞれ計量するには潮流リレーと複数台の電力量計
の組み合わせが必要であった。この発明は上記のような
各電力量を１台の双方向電力量計で分別計量できる計量
方法および装置を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る双方向電
力量計量方法は、給電線上の電力供給方向により受電分
を正方向（正）、送電分を逆方向（逆）とするとき、正
方向、逆方向それぞれの有効電力量に比例したパルスを
取り出し、また、上記給電線の電圧を９０°移相した電
圧を用いて位相の進み、遅れそれぞれの無効電力量に比
例したパルスを取り出し、上記両パルスによる上記有効
電力の正、逆と上記無効電力の進み、遅れとの組み合わ
せから、無効電力量を正方向・進み、正方向・遅れ、逆
方向・進み、逆方向・遅れに分別してそれぞれ計量表示
するようにしたものである。

【０００６】また、この発明に係る双方向電力量計量装
置は、給電線上の電力供給方向により受電分を正方向
（正）、送電分を逆方向（逆）とするとき、正方向、逆
方向それぞれの有効電力量に比例したパルスを出力する
有効電力／周波数変換器と、上記給電線の電圧を９０°
移相した電圧を用いて位相の進み、遅れのそれぞれの無
効電力量に比例したパルスを出力する無効電力／周波数
変換器と、上記有効電力／周波数変換器からの有効電力
の正、逆と上記無効電力／周波数変換器からの無効電力
の進み、遅れとの組み合わせから上記無効電力／周波数
変換器の出力が正方向・進み、正方向・遅れ、逆方向・
進み、逆方向・遅れのいずれであるかを判定する制御手
段と、この制御手段の出力により、上記無効電力／周波
数変換器の出力を正方向・進み、正方向・遅れ、逆方向
・進み、逆方向・遅れに分別するように切換える切換え
手段と、分別された無効電力をそれぞれ計量して表示す
る計量表示手段とを備えたものである。

【０００７】また、上記構成において、有効電力／周波
数変換器から出力されるパルスの間隔を監視するパルス
間隔監視手段を具備し、制御手段は、上記パルス間隔監
視手段からの信号により、制御手段による無効電力／周
波数変換器出力の判定にかかわらず切換え手段の切換え
を留保するようにしたものである。

【０００８】また、有効電力／周波数変換器から出力さ
れるパルス間隔を監視する第１のパルス間隔監視手段
と、無効電力／周波数変換器から出力されるパルス間隔
を監視する第２のパルス間隔監視手段とを具備し、制御
手段は、上記有効電力／周波数変換器からのパルス間隔
時間Ｔｗと無効電力／周波数変換器からのパルス間隔時
間Ｔｖとの比（Ｔｗ／Ｔｖ）を求め、その比（Ｔｗ／Ｔ
ｖ）の値が所定値を外れたときには切換え手段の切換え
を留保するようにしたものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１に係る正逆両方向の需給形態に対応可能な
双方向電力量計量装置の内部構成ブロック図である。図
において、１００は双方向電力量計量装置である。１は
電圧入力端子、２は電流入力端子、３は変成器により計
測レベルに下げられた電圧をデジタル値に変換する電圧
アナログ／デジタル変換器（Ｖ・Ａ／Ｄ変換器）、４は
変成器により計測レベルに下げられた電流をデジタル値
に変換する電流アナログ／デジタル変換器（Ｉ・Ａ／Ｄ
変換器）、５は有効電力乗算器（Ｗ乗算器）であり、デ
ジタル変換された電圧と電流とを掛算して電力を求め
る。６は有効電力に比例した周波数のパルスを出力する
有効電力／周波数変換器（Ｗ／Ｆ変換器）であり、Ｗ乗
算器５の乗算結果の正、負符号により電力方向の正、逆
を判定して別々に出力する。７は入力電圧に対して位相
を９０°遅らせる９０°移相回路、８は９０°移相され
た電圧に電流を掛算して無効電力を求める無効電力乗算
器（Ｖａｒ乗算器）、９は無効電力／周波数変換器（Ｖ
ａｒ／Ｆ変換器）であり、Ｖａｒ乗算器９の乗算結果の
正、負符号により、無効電力の進み、遅れを判定して別
々に出力する。

【００１０】１０はコントロール回路であり、後述の説
明のように有効電力の正、逆、無効電力の進み、遅れの
状態から無効電力の正、逆、進み、遅れを判定する。１
１、１２は、コントロール回路１０の判定結果により無
効電力の計量カウンタを選択する切換えスイッチであ
る。１３、１４はカウンタで、Ｗ／Ｆ変換器６からのパ
ルスを集計して所定数毎にＷ（正）の計量表示器１９、
Ｗ（逆）の計量表示器２０をカウントアップする。計量
表示器１９は正方向の有効電力量を表示し、計量表示器
２０は逆方向の有効電力量を表示する。１５乃至１８は
Ｖａｒ／Ｆ変換器９からのパルスを集計して所定数毎に
計量表示器２１乃至２４をカウントアップする。計量表
示器２１は正方向・進みの無効電力量を、計量表示器２
２は逆方向・進みの無効電力量を、計量表示器２３は正
方向・遅れの無効電力量を、計量表示器２４は逆方向・
遅れの無効電力量をそれぞれ表示する。２５はこの双方
向電力量計量装置１００の計量試験用のパルス出力端子
である。

【００１１】次に、コントロール回路１０での無効電力
の正、逆の判定方法を図２、図３により説明する。図２
はＷ／Ｆ変換器６およびＶａｒ／Ｆ変換器９の出力の位
相象限がどこのフェイズであるかによって無効電力の
正、逆の判定をする様子を示したものである。各出力が
斜線の部分のフェイズにあるとき、それぞれの電力量に
比例した周波数のパルスが出力される。有効電力の出力
フェイズ（正、逆）、無効電力の出力フェイズ（進み、
遅れ）の重なる組み合わせから無効電力の正、逆の判定
が可能となる。

【００１２】図３は上記判定の真理表を示したものであ
る。有効電力の正、逆、無効電力の進み、遅れの各出力
の有るところの組み合わせを論理回路による判定、ある
いは上記真理表をメモリに記憶させてこれとの対比等に
より、無効電力の正、逆、進み、遅れを計量するそれぞ
れのカウンタへ切換えスイッチ１１、１２を制御して無
効電力の該当する計量表示器２１乃至２４をカウントア
ップするようにする。

【００１３】このように、Ｗ／Ｆ変換器６およびＶａｒ
／Ｆ変換器９の出力の位相象限の組み合わせから、コン
トロール回路１０で無効電力の正方向、逆方向を判定し
て、正方向・進みの無効電力量、逆方向・進みの無効電
力量、正方向・遅れの無効電力量、逆方向・遅れの無効
電力量をそれぞれ表示器２１乃至２４で計量表示するこ
とができる。

【００１４】実施の形態２．次に、実施の形態２の構
成、動作を説明する前に、双方向電力量計量装置の計量
試験について説明する。図４は、この発明の実施の形態
１の構成の双方向電力量計量装置を計量試験する装置の
配置図である。図において、１、２、２５、１００は上
記実施の形態１の説明のものと同一である。３０は計量
試験電源装置で、電圧、電流およびその位相を任意に設
定して出力できる装置である。４０は基準計器であり、
精度の高い電子式電力量計量装置（有効電力の電力量計
量装置）が使用される。５０はＱＴトランスであり、入
力電圧を９０°遅相した電圧を出力する。６０は基準計
器４０への入力電圧を計量試験電源装置３０の出力側と
するか、ＱＴトランス５０の出力側とするかを切換える
スイッチ、７０はロータリーカウンタであり、基準計器
４０からの出力パルスと双方向電力量計量装置１００か
らの出力パルスとを対比してその差を計測するものであ
る。

【００１５】このような計量試験装置により、基準計器
４０の計量値（パルス数）と双方向電力量計量装置１０
０の計量値（パルス数）をロータリーカウンタ７０で比
較して、双方向電力量計量装置１００内部に設けられて
いる図示しない調整素子により双方向電力量計量装置１
００の計量が所定の誤差範囲に入るように調整する。こ
のとき、有効電力Ｗの計量試験は特に問題はないが、無
効電力Ｖａｒの計量試験では、基準計器４０が無効電力
を計測できるように切換えるスイッチ６０を切換えて、
ＱＴトランス５０により電圧Ｖの位相を９０°遅相させ
て無効電力計量の基準計器として使用する。

【００１６】一方、双方向電力量計量装置１００内で
は、無効電力計量のため９０°移相回路７により入力電
圧の位相を９０°遅らせる。しかしこの遅相は、調整素
子により９０°に調整されるが、完全な９０°ではなく
若干の誤差を伴う。このため図５のベクトル図に示すよ
うに、正方向から逆方向に電力供給が変化する点、即ち
力率０点付近で、９０°移相回路７による遅相電圧ＶＲ
とＱＴトランス５０から基準計器４０に入力される遅相
基準電圧ＶＱとの間の位相に電流Ｉが存在する状態で
は、基準計器４０は正方向・遅れの無効電力の計量であ
るが、双方向電力量計量装置１００では逆方向・進みの
無効電力を計量する状態が発生する。

【００１７】双方向電力量計量装置１００からロータリ
ーカウンタ７０へのパルス出力は無効電力の正、逆およ
び進み、遅れで個々に接続替えするようになっているの
で、上記のような遅相電圧ＶＲと遅相基準電圧ＶＱとの
間の位相に電流Ｉが存在するときは、ロータリーカウン
タ７０へは基準計器４０からの計量パルスは入力される
が、双方向電力量計量装置１００からは計量パルスは入
力されない。このため、正方向から逆方向に電力供給が
変化する点、また、その反対に逆方向から正方向に電力
供給が変化する点、つまり力率０点付近での計量試験に
おいて計量試験の実施は不可能である。

【００１８】この実施の形態２の双方向電力量計量装置
は、この力率０点付近での計量試験を続けて実施できる
ようにするものである。図６はこの発明の実施の形態２
に係る双方向電力量計量装置の内部構成ブロック図であ
る。図において、１乃至２５および１００は上記実施の
形態１の説明と同様である。２６はパルス間隔監視回路
であり、Ｗ／Ｆ変換器６から出力される電力量に比例し
たパルス列のパルス間隔（時間）を監視して、パルス間
隔が所定時間以上のときコントロール回路１０へ信号を
出力する。

【００１９】図７は実施の形態２の動作を説明するベク
トル図、図８はＷ／Ｆ変換器の出力パルスを示す図であ
る。図７において、Ｗ／Ｆ変換器６は有効電力に比例し
たパルス数を出力するので、電流の位相がＩ１→Ｉ２→
Ｉ０のように第２象限から第３象限に移動するとき、有
効電力計量値は減少してゆき、Ｗ／Ｆ変換器６の出力パ
ルス間隔は、図８に示す有効電力Ｗ１のときのＴ１
（イ）から、有効電力Ｗ２のときのＴ２（ロ）へと長く
なる。電流が遅相電圧ＶＲの位相を越えると上記計量試
験の不具合が生ずるので、出力パルス間隔が、遅相電圧
ＶＲを電流が追い越す直前の位相点のＷ／Ｆ変換器６の
有効電力Ｗ０のパルス間隔Ｔ０より長くなると（ロの状
態）、パルス間隔監視回路２６からの信号を受けてコン
トロール回路１０は切換えスイッチ１１、１２の切換え
を留保し、現在計量中の無効電力計量状態を維持（ホー
ルド）する。そして電流が第３象限に移動して逆方向有
効電力Ｗ０のパルス間隔Ｔ０より短くなったとき（イの
状態）、パルス間隔監視回路２６の出力信号は停止する
ので、コントロール回路１０はホールドを解除して切換
えスイッチ１１、１２の切換えを再開させる。

【００２０】Ｗ／Ｆ変換器６からの出力パルス間隔は、
電流の位相だけでなく電流の絶対値にも左右されるが、
定格電流を基準にして遅相誤差をカバーする有効電力Ｗ
０に相当するパルス間隔Ｔ０を適宜設定する。実験の結
果では設定の目安としては位相角にして３°に相当する
パルス間隔Ｔ０で実用上問題はなかった。

【００２１】上記は電流位相が第２象限から第３象限に
移るときの説明をしたが、反対に電流位相が第３象限か
ら第２象限に移るとき、第４象限から第１象限、第１象
限から第４象限へ移るときも同様に、Ｗ／Ｆ変換器６か
らの出力パルスの間隔がＴ０より長くなると切換えスイ
ッチ１１、１２の切換えを留保し、パルス間隔がＴ０よ
り短いときは切換えスイッチ１１、１２の切換えを自由
にする。

【００２２】このように有効電力のパルス間隔を監視し
てパルス間隔が所定時間Ｔ０以上になると、無効電力の
分別計量の切換えを留保するので、遅相電圧の位相誤差
内に電流位相が入っても、電力量計量装置の有効電力計
量試験が続けて実行できるようになる。

【００２３】実施の形態３．図９はこの発明の実施の形
態３に係る双方向電力量計量装置の内部構成ブロック図
である。図において、１乃至２６および１００は上記実
施の形態１の説明と同様である。２７はパルス間隔監視
回路であり、Ｖａｒ／Ｆ変換器９から出力される無効電
力量に比例したパルス列のパルス間隔（時間）を監視し
て、パルス間隔が所定時間以上のときコントロール回路
１０へ信号を出力する。１０ａはパルス間隔比較手段で
あり、有効電力のパルス間隔Ｔｗと無効電力のパルス間
隔Ｔｖを対比してその比が所定値以上のときコントロー
ル回路１０からの出力により切換えスイッチ１１、１２
の切換えを留保し、現在計量中の無効電力計量状態を維
持（ホールド）する。また、ＴｗとＴｖの比が所定値以
下になると上記ホールドを解除して切換えスイッチ１
１、１２の切換えを再開させる。

【００２４】前述の実施の形態２においては、切換えス
イッチ１１、１２の切換えの留保を有効電力のパルス間
隔Ｔ０のみにより判定しているので、電流の絶対値が小
さいときに、電流位相が第２象限から第３象限に移行し
た後、遅相電圧の位相誤差の外になって、基準計器４０
は逆方向・進みの無効電力の計量域であるが、双方向電
力量計量装置１００は正方向・遅れ無効電力を計量する
といった不具合となる。この実施の形態３はこの点を改
良したものである。

【００２５】図１０のベクトル図により実施の形態３の
動作を説明する。電流の位相が第２象限から第３象限に
移行しようとするとき、遅相電圧ＶＲを電流が追い越す
直前の位相角θは、そのときの有効電力Ｐｗと無効電力
Ｐｖａとで求めることができる。即ちＳｉｎθ＝Ｐｗ／
Ｐｖａである。Ｗ／Ｆ変換器６は有効電力量に比例した
数のパルスを出力するので、有効電力Ｐｗと有効電力パ
ルス間隔時間ＴｗとはＴｗ＝１／Ｐｗの関係であり、同
様に無効電力Ｐｖａと無効電力パルス間隔時間Ｔｖの関
係もＴｖ＝１／Ｐｖａであり、Ｓｉｎθ＝Ｔｖ／Ｔｗと
なる。

【００２６】従って、有効電力パルス間隔時間Ｔｗと無
効電力パルス間隔時間Ｔｖの比（Ｔｗ／Ｔｖ）を監視し
て、この比（Ｔｗ／Ｔｖ）が所定値を越えたときは、切
換えスイッチ１１、１２の切換えを留保し、この比（Ｔ
ｗ／Ｔｖ）が所定値以下では切換えスイッチ１１、１２
の切換えを可能にするようにコントロール回路１０を動
作させる。また、この比を（Ｔｖ／Ｔｗ）として所定値
以下で切換えスイッチ１１、１２の切換えを留保し、
（Ｔｖ／Ｔｗ）が所定値を越えたときに切換えスイッチ
１１、１２の切換えを可能にしてもよい。

【００２７】このようにすることで、電流の位相が第３
象限に移る際に、電流の絶対値が変化しても無効電力の
計量状態の切換えが一定の位相角でなされるようにな
り、各計量状態の無効電力の計量精度を向上させること
ができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、Ｗ／
Ｆ変換器およびＶａｒ／Ｆ変換器の出力の位相象限の組
み合わせから、正方向・進みの無効電力量、逆方向・進
みの無効電力量、正方向・遅れの無効電力量、計量逆方
向・遅れの無効電力量をそれぞれ一つの双方向電力量計
で計量表示することができる。

【００２９】また、有効電力のパルス間隔を監視して、
パルス間隔により無効電力の計量状態の切換えを留保す
るので、遅相電圧の位相誤差内に電流位相が入っても、
電力量計量装置の有効電力計量試験が続けて実行できる
ようになる。

【００３０】また、電流の位相が第３象限に移る際に、
電流の絶対値が変化しても、無効電力の計量状態の切換
えが一定の位相角でなされるようになり、各計量状態の
無効電力の計量精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る双方向電力量
計量装置の内部構成ブロック図である。

【図２】 実施の形態１の有効電力の正、逆、無効電力
の進み、遅れから無効電力の正、逆の判定を説明する図
である。

【図３】 実施の形態１の有効電力の正、逆、無効電力
の進み、遅れから無効電力の正、逆の判定の真理表を示
す図である。

【図４】 双方向電力量計量装置の計量試験の配置図で
ある。

【図５】 無効電力計量を説明するベクトル図である。

【図６】 この発明の実施の形態２に係る双方向電力量
計量装置の内部構成ブロック図である。

【図７】 実施の形態２の動作を説明するベクトル図で
ある。

【図８】 実施の形態２のＷ／Ｆ変換器のパルス状態を
示す図である。

【図９】 この発明の実施の形態３に係る双方向電力量
計量装置の内部構成ブロック図である。

【図１０】 実施の形態３の動作を説明するベクトル図
である。

【符号の説明】

１ 電圧入力端子、２ 電流入力端子、３ 電圧アナロ
グ／デジタル変換器、４ 電流アナログ／デジタル変換
器、５ 有効電力乗算器、６ 有効電力／周波数変換
器、７ ９０°移相回路、８ 無効電力乗算器、９ 無
効電力／周波数変換器、１０ コントロール回路、１
１、１２ 切換えスイッチ、 １３乃至１８ カウン
タ、１９、２０ 有効電力計量表示器、２１乃至２４無
効電力計量表示器、２５ 計量試験用パルス出力端子、
２６、２７ パルス間隔監視回路。１００ 双方向電力
量計量装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給電線上の電力供給方向により受電分を
   正方向（正）、送電分を逆方向（逆）とするとき、正方
   向、逆方向それぞれの有効電力量に比例したパルスを取
   り出し、また、上記給電線の電圧を９０°移相した電圧
   を用いて位相の進み、遅れそれぞれの無効電力量に比例
   したパルスを取り出し、上記両パルスによる上記有効電
   力の正、逆と上記無効電力の進み、遅れとの組み合わせ
   から、無効電力量を正方向・進み、正方向・遅れ、逆方
   向・進み、逆方向・遅れに分別してそれぞれ計量表示す
   るようにしたことを特徴とする双方向電力量計量方法。
2. 【請求項２】 給電線上の電力供給方向により受電分を
   正方向（正）、送電分を逆方向（逆）とするとき、正方
   向、逆方向それぞれの有効電力量に比例したパルスを出
   力する有効電力／周波数変換器と、上記給電線の電圧を
   ９０°移相した電圧を用いて位相の進み、遅れのそれぞ
   れの無効電力量に比例したパルスを出力する無効電力／
   周波数変換器と、上記有効電力／周波数変換器からの有
   効電力の正、逆と上記無効電力／周波数変換器からの無
   効電力の進み、遅れとの組み合わせから上記無効電力／
   周波数変換器の出力が正方向・進み、正方向・遅れ、逆
   方向・進み、逆方向・遅れのいずれであるかを判定する
   制御手段と、この制御手段の出力により、上記無効電力
   ／周波数変換器の出力を正方向・進み、正方向・遅れ、
   逆方向・進み、逆方向・遅れに分別するように切換える
   切換え手段と、分別された無効電力をそれぞれ計量して
   表示する計量表示手段とを備えたことを特徴とする双方
   向電力量計量装置。
3. 【請求項３】 有効電力／周波数変換器から出力される
   パルスの間隔を監視するパルス間隔監視手段を具備し、
   制御手段は、上記パルス間隔監視手段からの信号によ
   り、制御手段による無効電力／周波数変換器出力の判定
   にかかわらず切換え手段の切換えを留保するようにした
   ことを特徴とする請求項２記載の双方向電力量計量装
   置。
4. 【請求項４】 有効電力／周波数変換器から出力される
   パルス間隔を監視する第１のパルス間隔監視手段と、無
   効電力／周波数変換器から出力されるパルス間隔を監視
   する第２のパルス間隔監視手段とを具備し、制御手段
   は、上記有効電力／周波数変換器からのパルス間隔時間
   Ｔｗと無効電力／周波数変換器からのパルス間隔時間Ｔ
   ｖとの比（Ｔｗ／Ｔｖ）を求め、その比（Ｔｗ／Ｔｖ）
   の値が所定値から外れたときには切換え手段の切換えを
   留保するようにしたことを特徴とする請求項２記載の双
   方向電力量計量装置。