(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器の電圧が負から正に基準電位を横切る正クロス点、または、正から負に基準電位を横切る負クロス点を検出するクロス点検出手段と、
前記電気機器の瞬時電流値を計測する電流計測手段と、
所定の波高値の正弦波の基準点を前記正クロス点または前記負クロス点にあてはめて、時間軸を調節した正弦波から、瞬時電圧値を生成する電圧値生成手段と、
前記電圧値生成手段で生成した瞬時電圧値と同時刻の前記瞬時電流値とを乗算し、該乗算した値を隣り合う前記正クロス点または前記負クロス点の間の時間にわたって平均して、電力値を算出する電力算出手段と、
を備え、
前記クロス点検出手段は、前記正クロス点および前記負クロス点を検出し、
前記電圧値生成手段は、前記所定の波高値の正弦波を前記正クロス点と前記負クロス点の間隔に合わせて時間軸と直流電圧分を調節して、瞬時電圧値を生成する、
ことを特徴とする電力計測装置。
【請求項２】
前記クロス点検出手段は、コンパレータとエッジ検出回路とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の電力計測装置。
【請求項３】
前記電力算出手段で算出した電力値から、前記電気機器の電力量を算出する電力量算出手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電力計測装置。
【請求項４】
前記正弦波の波高値を入力する入力手段と、
前記所定の波高値を前記入力手段で入力された波高値に変更する手段を備える、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力計測装置。
【請求項５】
電気機器の電力を計測する装置が行う電力計測方法であって、
前記電気機器の電圧が負から正に基準電位を横切る正クロス点、または、正から負に基準電位を横切る負クロス点を検出するクロス点検出ステップと、
前記電気機器の瞬時電流値を計測する電流計測ステップと、
所定の波高値の正弦波の基準点を前記正クロス点または前記負クロス点にあてはめて、時間軸を調節した正弦波から、瞬時電圧値を生成する電圧値生成ステップと、
前記電圧値生成ステップで生成した瞬時電圧値と同時刻の前記瞬時電流値とを乗算し、該乗算した値を隣り合う前記正クロス点または前記負クロス点の間の時間にわたって平均して、電力値を算出する電力算出ステップと、
を備え、
前記クロス点検出ステップでは、前記正クロス点および前記負クロス点を検出し、
前記電圧値生成ステップでは、前記所定の波高値の正弦波を前記正クロス点と前記負クロス点の間隔に合わせて時間軸と直流電圧分を調節して、瞬時電圧値を生成する、
ことを特徴とする電力計測方法。
【請求項６】
前記電力算出ステップで算出した電力値から、前記電気機器の電力量を算出する電力量算出手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の電力計測方法。
【請求項７】
前記正弦波の波高値を入力する入力ステップと、
前記所定の波高値を前記入力ステップで入力された波高値に変更するステップを備える、
ことを特徴とする請求項５または６に記載の電力計測方法。
【請求項８】
コンピュータに
電気機器の電圧が負から正に基準電位を横切る正クロス点、または、正から負に基準電位を横切る負クロス点を検出するクロス点検出ステップと、
前記電気機器の瞬時電流値を計測する電流計測ステップと、
所定の波高値の正弦波の基準点を前記正クロス点または前記負クロス点にあてはめて、時間軸を調節した正弦波から、瞬時電圧値を生成する電圧値生成ステップと、
前記電圧値生成ステップで生成した瞬時電圧値と同時刻の前記瞬時電流値とを乗算し、該乗算した値を隣り合う前記正クロス点または前記負クロス点の間の時間にわたって平均して、電力値を算出する電力算出ステップと、
を実行させ、
前記クロス点検出ステップでは、前記正クロス点および前記負クロス点を検出し、
前記電圧値生成ステップでは、前記所定の波高値の正弦波を前記正クロス点と前記負クロス点の間隔に合わせて時間軸と直流電圧分を調節して、瞬時電圧値を生成する、
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力計測装置、電力計測方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電源に接続される電気機器で消費される電力の計測は、一般的には、例えば特許文献１、４または５に挙げられているような電子式電力計のように、時間とともに変化する電流、電圧を計測し、そこから瞬時電力を計算することで行われる。このため、電力計には、交流電源ラインに接続する電流計測回路と電圧計測回路の双方が必要である。
【０００３】
交流電源に接続される電気機器では、瞬間の電力は電圧の位相に従って変動するので、一般に電源電圧の１周期にわたって平均して電力を算出する。電源電圧の周期程度の短時間で電力を計測する場合には、電源電圧の１周期の時間を知る必要がある。例えば、特許文献１の電子式電力計では、交流電圧の一周期分を交流電圧のゼロクロスにより検出する。
【０００４】
特許文献３の電力量計測装置では、予め計測対象となる電気機器の電圧計測を行い、所定の基準交流電源との位相差を電力計内に記憶しておく。電力計測時には、基準交流電源の電圧を記憶された位相差分だけシフトさせた電圧と、計測した電流とから電力を算出することで、電力計内から電圧計測回路を省き、回路規模を削減している。また、特許文献２の電力監視システムでは、予め、ブレーカー単位で力率を計測、記憶しておく。電力計測時には、計測した電流と、ブレーカー毎に決められている定格電圧、および、記憶された力率とから電力を算出することで、電力計内から電圧計測回路を省き、回路規模を削減している。
【０００５】
なお、電流を計測する方法として、例えば特許文献６に、コイルで検知した誘導電圧信号を積分して電流の瞬時値を求めることが記載されている。特許文献６のコイル用電流センサ回路では、所定値ずつ異なる初期値をもつ複数の積分手段により誘導電圧信号を積分し、所定時間毎に大きな初期値の積分手段から順に切り換えて出力を行うことにより、オフセット成分を被計測信号のＮ倍の周期をもつ周期的な波形に変換する。その他、特許文献７には、電圧波形のゼロクロス信号のＨ、Ｌの反転の周期が正常範囲から外れたときに停電と判断することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３３８１４８号公報
【特許文献２】特開２００８−０８９４３６号公報
【特許文献３】特開２００９−１６８５８６号公報
【特許文献４】特開２００９−２２２４３３号公報
【特許文献５】特開２００９−２８８２１８号公報
【特許文献６】特開２０１０−００８３４０号公報
【特許文献７】特開２０１０−２３７１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１または５のように、電力計には一般的に、交流電源ラインに接続する電流計測回路と電圧計測回路の双方が必要となり、回路規模が大きくなるという問題がある。
【０００８】
特許文献２または特許文献３の電力計は、どちらも、予め計測した位相差や力率に基づいて電力を計算するため、計測対象の電気機器が変更された場合、もしくは、同一機器であっても、動作状態が変わることにより力率に変化があった場合に正しく電力を算出することができなくなるという問題点がある。さらに、特許文献３の電力計の場合は、基準交流電源に変動があった場合、そこから位相シフトにより生成する電圧も変動することになるため、正しく電力を算出することができなくなるという問題点がある。
【０００９】
本発明は上述のような事情に鑑みてなされたもので、電圧計測装置の回路規模を削減しつつ、計測対象の電気機器の変更や負荷変動に追従可能な電力計測装置、電力計測方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の観点に係る電力計測装置は、
電気機器の電圧が負から正に基準電位を横切る正クロス点、または、正から負に基準電位を横切る負クロス点を検出するクロス点検出手段と、
前記電気機器の瞬時電流値を計測する電流計測手段と、
所定の波高値の正弦波の基準点を前記正クロス点または前記負クロス点にあてはめて、時間軸を調節した正弦波から、瞬時電圧値を生成する電圧値生成手段と、
前記電圧値生成手段で生成した瞬時電圧値と同時刻の前記瞬時電流値とを乗算し、該乗算した値を隣り合う前記正クロス点または前記負クロス点の間の時間にわたって平均して、電力値を算出する電力算出手段と、
を備え、
前記クロス点検出手段は、前記正クロス点および前記負クロス点を検出し、
前記電圧値生成手段は、前記所定の波高値の正弦波を前記正クロス点と前記負クロス点の間隔に合わせて時間軸と直流電圧分を調節して、瞬時電圧値を生成する、
ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の観点に係る電力計測方法は、
電気機器の電力を計測する装置が行う電力計測方法であって、
前記電気機器の電圧が負から正に基準電位を横切る正クロス点、または、正から負に基準電位を横切る負クロス点を検出するクロス点検出ステップと、
前記電気機器の瞬時電流値を計測する電流計測ステップと、
所定の波高値の正弦波の基準点を前記正クロス点または前記負クロス点にあてはめて、時間軸を調節した正弦波から、瞬時電圧値を生成する電圧値生成ステップと、
前記電圧値生成ステップで生成した瞬時電圧値と同時刻の前記瞬時電流値とを乗算し、該乗算した値を隣り合う前記正クロス点または前記負クロス点の間の時間にわたって平均して、電力値を算出する電力算出ステップと、
を備え、
前記クロス点検出ステップでは、前記正クロス点および前記負クロス点を検出し、
前記電圧値生成ステップでは、前記所定の波高値の正弦波を前記正クロス点と前記負クロス点の間隔に合わせて時間軸と直流電圧分を調節して、瞬時電圧値を生成する、
ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第３の観点に係るプログラムは、コンピュータに
電気機器の電圧が負から正に基準電位を横切る正クロス点、または、正から負に基準電位を横切る負クロス点を検出するクロス点検出ステップと、
前記電気機器の瞬時電流値を計測する電流計測ステップと、
所定の波高値の正弦波の基準点を前記正クロス点または前記負クロス点にあてはめて、時間軸を調節した正弦波から、瞬時電圧値を生成する電圧値生成ステップと、
前記電圧値生成ステップで生成した瞬時電圧値と同時刻の前記瞬時電流値とを乗算し、該乗算した値を隣り合う前記正クロス点または前記負クロス点の間の時間にわたって平均して、電力値を算出する電力算出ステップと、
を実行させ、
前記クロス点検出ステップでは、前記正クロス点および前記負クロス点を検出し、
前記電圧値生成ステップでは、前記所定の波高値の正弦波を前記正クロス点と前記負クロス点の間隔に合わせて時間軸と直流電圧分を調節して、瞬時電圧値を生成する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電力計測装置は、電圧計測回路の代わりに、電圧計測回路より規模の小さいゼロクロス検出回路を用いるように構成されているため、電圧計測のための回路規模を削減することができ、かつ、電圧波形のゼロクロス点を検出するように構成されているため、計測対象の電気機器の変更や負荷変動があった場合でも、電流と電圧の位相差を正確に把握し、正しい電力を算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力計測装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１のゼロクロス検出を行うための構成の一例を示す図である。
【図３】電圧波形からゼロクロス点を検出し、電力を算出する動作の一例を説明する図である。
【図４】実施の形態１の電力計測の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る電圧波形を生成する動作の一例を説明する図である。
【図６】実施の形態２の電力計測の動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態３に係る電力計測装置の構成例を示すブロック図である。
【図８】実施の形態３の波高値変更の動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態に係る電力計測装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力計測装置の構成例を示すブロック図である。電力計測装置は、交流電源１と電気機器２の間の電力線に接続される。電力計測装置１０は、ゼロクロス検出部１１、電圧値生成部１２、電流計測部１３、電力算出部１５および出力部１６を備える。
【００１７】
ゼロクロス検出部１１は、電力線のそれぞれに接続される。ゼロクロス検出部１１は、電力線の電圧が負から正に基準電位（典型的には中立電位０Ｖ）を横切る正クロス点、または、正から負に基準電位を横切る負クロス点を検出する。
【００１８】
電圧値生成部１２は、所定の波高値を有する正弦波のデータを保持している。ゼロクロス点検出部で検出した隣り合う正クロス点（または負クロス点）に、保持している正弦波の基準点をあてはめて、正弦波の時間軸を調節して正弦波の電圧波形（計算式）を生成する。ゼロクロス検出の基準電位が中立電位０Ｖの場合は、正弦波の基準点は、０ラジアンと２πラジアン（またはπラジアン）の点である。
【００１９】
一方、電流計測部１３は、電力線に流れる電流を計測する。電流計測部１３は、例えば、電流センサ１４によって電力線を流れる電流で発生する磁界を検出して、電流を計測する。電流計測部１３は、例えば、クランプ式の電流センサやシャント抵抗を用いて実現することができる。
【００２０】
電圧値生成部１２は、ゼロクロス点と生成した正弦波から、電流計測するタイミングに合わせて、その時点の電圧値（瞬時電圧値）を生成して、電力算出部１５に供給する。電力算出部１５は、電流計測部１３で計測された瞬時電流値と、電圧値生成部１２から供給される瞬時電圧値を乗じて、瞬時電力値を算出する。
【００２１】
電力算出部１５は、瞬時電力値を電圧の１周期にわたって平均して、電力値を算出する。電圧の１周期は、隣り合う２つの正クロス点（または負クロス点）の間の時間で与えられる。電力算出部１５は、算出した電力値を出力部１６に送る。出力部１６は、別の表示装置または記憶装置などに電力値を送信する。あるいは、出力部１６が表示装置を備え、電力値を表示してもよい。
【００２２】
図２は、実施の形態１のゼロクロス検出を行うための構成の一例を示す図である。ゼロクロス検出部１１は、例えば図２に示されるように、一般によく知られた電子回路である、コンパレータ３１と立ち上がりエッジ検出回路３２を組み合わせて実現することができる。図２の接続が正クロス点を検出する場合、電力線からコンパレータ３１に繋ぐ線を入れ替えれば負クロス点を検出することになる。ゼロクロス検出部１１は、電圧を検出することなく、正クロス点または負クロス点を検出する。
【００２３】
図３は、電圧波形からゼロクロス点を検出し、電力を算出する動作の一例を説明する図である。交流電源１の電圧波形は、例えば、図３の電圧波形４０１に示されるような正弦波形をしている。電圧波形４０１を図２のコンパレータ３１に入力として与えると、電圧波形４０１において、電圧が正の値をとっている区間については、コンパレータ３１の出力は正である。電圧波形４０１で電圧が負の値をとっている区間については、コンパレータ３１の出力は負となる（図３のコンパレータ出力４０２）。
【００２４】
次に、コンパレータ３１の出力（コンパレータ出力４０２）を立ち上がりエッジ検出回路３２の入力として与えると、コンパレータ出力波形の立ち上がりエッジの部分でパルスが出力される（図３のエッジ検出出力４０３）。以上のような動作によって出力されるエッジ検出出力４０３のパルスは、交流電源１（コンパレータ３１の＋端子に接続される線）の電圧が負の値から正の値に変わる瞬間に対応している。図２の構成では、正クロス点をエッジ検出出力４０３のパルスで検出する。隣り合うパルスの間隔は、電圧波形の周期Ｔである。
【００２５】
エッジ検出出力４０３のパルスに、所定の波高値の正弦波の基準点を合わせて時間軸を調節すれば、図３の電圧波形４０１のような電圧波形を生成できる。所定の波高値は交流電源の電圧に合わせて予め設定された値である。電力計測装置１０は電圧を計測していないが、正クロス点または負クロス点と所定の波高値の正弦波から、交流電源の電圧波形４０１に近似する電圧波形（計算式）を生成することができる。
【００２６】
電流計測部１３は、例えば所定のサンプリング周期で電流によって発生する誘導磁界を検出し、電流値を生成する。例えば、電流は、図３の下から２段目の電流４０６で示すような波形である。実際には、サンプリング周期の離散値で検出される。
【００２７】
電圧値生成部１２は、電流計測部１３のサンプリング周期に合わせて、正クロス点（または負クロス点）からそのサンプリングまでの時間に相当する時点における電圧波形の値を、瞬時電圧値として生成する。電圧値生成部１２は、数１に示す式に従い瞬時電圧値Ｖを計算する。
【数１】
0005489238.tif 000002
ここでＶ０は、予め電力計測装置１０に設定された交流電源１の電圧の実効値（以下、実効電圧という）で、例えば、１００Ｖといった値となる。Δｔはサンプリング周期、ｎは正クロス点からのサンプリング数、Ｔは交流電圧の周期である。一般に交流電源の公称電圧は、電圧の実効値で与えられるので、慣例に従って数１のように実効値Ｖ０で表している。実質的には所定の波高値が与えられているのと等価である。瞬時電圧値を計算するときに実効電圧（実効値）から波高値に換算してもよいし、予め波高値で設定してもよい。
【００２８】
次に、電力算出部１５は、計測された瞬時電流値と計算された瞬時電圧値とから、瞬間電力量を計算し積算する。具体的には、例えば、計測された電流値がＩ、計算された電圧がＶの場合は、Ｖ×Ｉ×Δｔで瞬間電力量が算出できる。図３の最下段に、電力波形４０７を模式的に示す。図３の電力波形４０７は、その上の電圧波形４０１と電流４０６に対応している。瞬間電力量は、サンプリング周期Δｔの幅で、そのときの電力波形の値の高さの矩形の領域の面積に符号をつけた値で表される。
【００２９】
電力算出部１５は、電源電圧の１周期分の瞬間電力量を積算すると、積算した１周期の電力量を周期Ｔで除して、１周期の平均電力を計算する。電力算出部１５は、計算した平均電力を、その周期の電力の値として、出力部１６に送る。
【００３０】
一般に、特に商用電力の場合には、電源の電圧と波形は安定しており、電圧は主に配電の経路で決まる。電気機器の電力を決定する因子は、電流と電圧との位相差および電流波形が支配的である。電圧が誤差範囲を超えて変化するのは、停電、瞬時電圧低下、配電系統へ規定以上の負荷（大電流消費）を接続した場合、漏電または落雷などである。配電系統に大電流が流れた場合は、その系統を保護するブレーカによって遮断される。よって、電気機器の通常の使用では、電流と電圧との位相差および電流波形を計測すれば、電圧の誤差範囲で電力を計測することができる。電気機器を接続するときに、電源電圧を計測して電圧波形を計算する元になる波高値を設定すれば、さらに正確である。
【００３１】
なお、本実施の形態では、交流電源として、単相２線式の交流電源を想定して説明した。本実施の形態１の電力計測装置１０は、単相３線式、あるいは、３相３線式の交流電源の場合であっても、同様の手順で電力計測を行うことが可能である。
【００３２】
図４は、実施の形態１の電力計測の動作の一例を示すフローチャートである。電力計測装置１０は動作を開始すると、まず、ゼロクロス検出部１１は、前述のようにコンパレータ出力の立ち上がりエッジ検出で、交流電源１の電圧波形の最初の正クロス点（図３の正クロス点４０４。以下、第１の正クロス点と記載する）を検出する（ステップＳ１０）。ゼロクロス検出部１１は、ステップ２０１と同様の動作手順により、次の正クロス点（図３の正クロス点４０５。以下、第２の正クロス点と記載する）の検出を行う（ステップＳ１１）。第１の正クロス点と第２の正クロス点は隣り合っており、その間隔が周期Ｔである。
【００３３】
電圧値生成部１２は、検出された第１および第２の正クロス点間の経過時間（周期Ｔ）を算出する（ステップＳ１２）。電圧値生成部１２は、所定の波高値の正弦波の時間軸を正クロス点と周期Ｔに合わせて調節して、正弦波の電圧波形（計算式）を生成する（ステップＳ１３）。
【００３４】
電力算出部１５は、周期電力量を０に初期設定する（ステップＳ１４）。そして、ゼロクロス検出部１１は、ステップ２０１と同様の動作手順により、次のゼロクロス点の検出を行う（ステップＳ１５）。以降、正クロス点の検出時刻から周期Ｔが経過する間に、一定時間間隔（以下の説明ではΔｔとする）で、図４のステップＳ１６からステップＳ１９の処理を繰り返す。
【００３５】
まず、電流計測部１３は前述したように電流値Ｉを計測する（ステップＳ１６）。電力算出部１５は、算出した周期Ｔ、および、時間間隔Δｔを用いて、数１に示す式に従い電圧値Ｖを計算する（ステップＳ１７）。ここで、ｎはループカウンタで、電力算出部１５が、ステップＳ１６からステップＳ１９までの処理を繰り返し実行する際の回数を保持しており、例えば、最初はｎ＝０で、ステップＳ１６からステップＳ１９までの処理を１回完了する毎にｎ＝１、ｎ＝２、．．．といったように、カウントアップされる。
【００３６】
次に、電力算出部１５は、ステップＳ１６で計測された電流値とステップＳ１７で計算された電圧値とから、瞬間電力量を計算し、周期電力量に積算する（ステップＳ１８）。以上で述べたＳ１６からステップＳ１８までの処理を、ループカウンタｎを増やしながら、１周期終了するまで繰り返す（ステップＳ１９；ＮＯ）。
【００３７】
電力算出部１５は、１周期の処理が終了すると（ステップＳ１９；ＹＥＳ）、周期電力量を周期Ｔで除して１周期の平均電力を算出し、計算結果を出力部１６に送信する（ステップＳ２０）。
【００３８】
以上で述べた処理の終了後は、再び、ステップＳ１４に戻り、周期電力量の初期設定から処理を繰り返す。なお、ステップＳ１４に戻る際、ループカウンタｎを０にリセットする。
【００３９】
以上、実施の形態１では、ゼロクロス検出部１１は、交流電源１の電圧波形が負の値から正の値に変わる正クロス点を検出する場合を説明した。電力計測装置１０は、電圧が正の値から負の値に変わる負クロス点を検出してもよい。あるいは、正クロス点と負クロス点の両方を検出するようにしてもよい。
【００４０】
また、図４のステップＳ１９の処理では、ステップＳ１６からステップＳ１９の処理を行うループの繰り返し回数を、電圧波形の１周期の期間で判定しているが、Ｎ周期の期間（Ｎは１以上の整数値）、あるいは、Ｍ秒間（Ｍは正の実数値）で判定するようにしてもよい。
【００４１】
また、出力部１６は、受け取った平均電力をそのまま表示するだけでなく、累積して電力量として表示してもよい。あるいはさらに、公知の算出式に従って、電力量を電気料金やＣＯ２排出量に変換して表示するようにしてもよい。
【００４２】
実施の形態１では、周期Ｔは図４のステップＳ１０からステップＳ１２の処理で、電力計測時に動的に算出するとしているが、実効電圧Ｖ０と同様に、予め、本実施の形態の電力計測装置１０内に設定しておいてもよい。
【００４３】
また、実施の形態１では、周期Ｔを、電力計測開始時に求めた値を以後の処理で使い続けているが、電力算出処理を一定回数実行する毎に、あるいは、一定時間毎に、あるいは、ランダムなタイミングで、図４のステップＳ１０からステップＳ１２の処理を再実行して、求め直すようにしてもよい。
【００４４】
本実施の形態の電力計測装置１０は、電圧計測回路の代わりに、電圧計測回路より規模の小さいゼロクロス検出回路を用いて電力を算出するように構成されているため、電力計測装置１０の回路規模をより小さくすることができるという効果がある。
【００４５】
さらに、電圧波形のゼロクロス点を検出して電力を算出するように構成されているため、計測対象の電気機器の変更や負荷変動があった場合でも、電流と電圧の位相差を正確に把握し、正しい電力を算出することができるという効果もある。
【００４６】
（実施の形態２）
実施の形態２の電力計測装置１０は、正クロス点と負クロス点の両方を検出する。そして、所定の波高値の正弦波を正クロス点と負クロス点の間隔に合わせて時間軸と直流電圧分を調節して、瞬時電圧値を生成する。
【００４７】
図５は、本発明の実施の形態２に係る電圧波形を生成する動作の一例を説明する図である。実施の形態２の電力計測装置１０では、ゼロクロス点検出部は、正クロス点と負クロス点の両方を検出する。例えば、図２のコンパレータ回路を２系統備えて、＋端子と−端子を互いに逆に接続すれば、一方は正クロス点、他方は負クロス点を検出できる。あるいは、立ち上がりエッジ検出回路３２を２つ備えて、一方にはコンパレータの出力をそのまま入力し、他方にはコンパレータの出力を反転させて入力することによって、一方は正クロス点、他方は負クロス点を検出できる。
【００４８】
電圧値生成部１２は、所定の波高値の正弦波が、正クロス点および負クロス点の両方に合うように、時間軸と直流電圧分を調節する。例えば図５に示すように、正クロス点から次の負クロス点までの時間と、負クロス点から次の正クロス点までの時間が異なる場合、まず、隣り合う正クロス点（または負クロス点）の間の時間が、正弦波の周期Ｔになるように、正弦波の時間軸（周期Ｔ）を調節する。ついで、正クロス点から次の負クロス点までの時間に電圧波形の正の区間が等しくなるように、電圧の直流成分を決める。すなわち、正弦波を電圧方向（図５で上下方向）にシフトする。そして、シフトした電圧波形の電圧が負から正に０Ｖを横切る点が正クロス点に一致するように、位相を合わせる。
【００４９】
電圧値生成部１２は、所定の正弦波を上述のように調節して生成した電圧波形をもとに、電流計測部１３で電流を計測するタイミングに合わせて、そのタイミングの電圧値を生成する。電流計測部１３は実施の形態１と同様に瞬時電流値を計測する。この場合、直流成分も含めて電流を計測できることが望ましい。
【００５０】
電力算出部１５は、実施の形態１と同様に、瞬時電流値と瞬時電圧値から、瞬時電力値を算出し、電圧の１周期の電力値を平均して、電力を算出する。瞬間電力量を１周期分積算して、周期Ｔで除して、電力値を算出してもよいことは、実施の形態と同様である。
【００５１】
図６は、実施の形態２の電力計測の動作の一例を示すフローチャートである。実施の形態２の電力計測装置１０では、まず、ゼロクロス検出部１１は、実施の形態１と同様にコンパレータ出力の立ち上がりエッジ検出で、交流電源１の電圧波形の最初の正クロス点（以下、第１の正クロス点と記載する）を検出する（ステップＳ２１）。ゼロクロス点検出部は、前述のように正クロス点に続く負クロス点を検出する（ステップＳ２２）。ゼロクロス検出部１１は、ステップ２０１と同様の動作手順により、次の正クロス点（以下、第２の正クロス点と記載する）の検出を行う（ステップＳ２３）。第１の正クロス点と第２の正クロス点は隣り合っており、その間隔が周期Ｔである。
【００５２】
電圧値生成部１２は、検出された第１および第２の正クロス点間の経過時間（周期Ｔ）を算出する（ステップＳ２４）。電圧値生成部１２は、所定の波高値の正弦波が、正クロス点および負クロス点の両方に合うように、時間軸と直流電圧分を調節して、正弦波の電圧波形（計算式）を生成する（ステップＳ２５）。以下、ステップＳ２６からステップＳ３２の周期電力量の初期設定から平均電力を算出して出力するまでの動作は、図４のステップＳ１４からステップＳ２０と同様である。
【００５３】
実施の形態２の電力計測装置１０によれば、電源電圧に直流成分が含まれる場合でも、交流電圧が正弦波であれば、電圧を計測することなく、電力を計測することができる。
【００５４】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係る電力計測装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態３では、正弦波の波高値を変更設定する手段を備える。実施の形態３の電力計測装置１０は、実施の形態１の構成に加えて、入力部１７および波高値設定部１８を備える。
【００５５】
入力部１７は、交流電源の実効電圧または波高値の入力を受け付ける。入力部１７は、テンキーで数値を入力できるようにしてもよいし、増減を指示するスイッチと表示装置で構成してもよい。また、ディスプレイとタッチパネルで構成してもよい。
【００５６】
波高値設定部１８は、正弦波の波高値（または実効値）を、入力部１７で入力された実効電圧または波高値に合わせて変更し、その値を記憶する。電圧値生成部１２は、波高値設定部１８で変更して記憶された波高値（または実効値）を用いて、瞬時電圧値を生成する。その他の構成および動作は、実施の形態１または２と同様である。
【００５７】
図８は、実施の形態３の波高値変更の動作の一例を示すフローチャートである。入力部１７は、波高値（または実効電圧）の入力を待ち受ける（ステップＳ４１、ステップＳ４２；ＮＯ）。波高値（または実効電圧）の入力があれば（ステップＳ４２；ＹＥＳ）、波高値設定部１８は、入力された波高値（または実効電圧）に合わせて、正弦波の波高値（または実効値）を変更して記憶する（ステップＳ４３）。そして、ステップに戻って、入力の待ち受けから繰り返す。
【００５８】
一般の電力供給においては、変圧器を交換したり、変圧器からの距離や変圧器に接続される系統の変更など、配電系統の変化によって、電気機器に供給される電源電圧が変わる場合がある。実施の形態３の電力計測装置１０によれば、電源電圧が変わっても、それに合わせて瞬時電圧値を生成する正弦波の波高値を設定できる。その結果、より正確に電気機器の電力を計測できる。
【００５９】
図９は、本発明の実施の形態に係る電力計測装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。電力計測装置１０は、図９に示すように、制御部２１、主記憶部２２、外部記憶部２３、操作部２４、表示部２５、入出力部２６、および送受信部２７を備える。主記憶部２２、外部記憶部２３、操作部２４、表示部２５、入出力部２６、および送受信部２７は、いずれも内部バス２０を介して制御部２１に接続されている。
【００６０】
制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成され、外部記憶部２３に記憶されている制御プログラム１９に従って、電力を計測するための処理を実行する。
【００６１】
主記憶部２２はＲＡＭ（Random-Access Memory）等から構成され、外部記憶部２３に記憶されている制御プログラム１９をロードし、制御部２１の作業領域として用いられる。
【００６２】
外部記憶部２３は、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Digital Versatile Disc Random-Access Memory）、ＤＶＤ−ＲＷ（Digital Versatile Disc ReWritable）等の不揮発性メモリから構成され、電力計測装置１０の処理を制御部２１に行わせるためのプログラムをあらかじめ記憶し、また、制御部２１の指示に従って、このプログラムが記憶するデータを制御部２１に供給し、制御部２１から供給されたデータを記憶する。
【００６３】
操作部２４はキーボード、スイッチおよびタッチパネルなどのポインティングデバイス等と、キーボード、スイッチおよびポインティングデバイス等を内部バス２０に接続するインタフェース装置から構成されている。操作部２４によって、波高値または実効電圧の入力を受け付ける。
【００６４】
表示部２５は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）またはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などから構成され、電力や電力量を出力する画面を表示する。また、波高値または実効電圧の設定値を表示する。
【００６５】
入出力部２６は、シリアルインタフェースまたはパラレルインタフェースから構成されている。入出力部２６にゼロクロス点検出のための電力線、および、電流センサ１４などが接続される。入出力部２６は、ゼロクロス点を検出する回路、例えばコンパレータ３１およびエッジ検出回路を含む。また、電流センサ１４の出力をＡＤ変換する回路を含む。
【００６６】
電力計測装置１０は、外部の装置に計測した電力および電力量を通信する場合、送受信部（図示せず）を備える。送受信部は、ネットワークに接続する網終端装置または無線通信装置、およびそれらと接続するシリアルインタフェースまたはＬＡＮ（Local Area Network）インタフェースから構成されている。送受信部は、ネットワークを介して、外部の端末またはサーバなどに接続する。
【００６７】
図１および図７に示す電力計測装置１０のゼロクロス検出部１１、電圧値生成部１２、電流計測部１３および電力算出部１５、出力部１６、入力部１７および波高値設定部１８の処理は、制御プログラム１９が、制御部２１、主記憶部２２、外部記憶部２３、操作部２４、表示部２５および入出力部２６などを資源として用いて処理することによって実行する。
【００６８】
その他、前記のハードウエア構成やフローチャートは一例であり、任意に変更および修正が可能である。
【００６９】
制御部２１、主記憶部２２、外部記憶部２３、操作部２４、表示部２５、入出力部２６および内部バス２０などから構成される電力計測処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。たとえば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等）に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行する電力計測装置１０を構成してもよい。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバが有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロード等することで電力計測装置１０を構成してもよい。
【００７０】
また、電力計測装置１０の機能を、ＯＳ（オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。
【００７１】
また、搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板(BBS, Bulletin Board System)に前記コンピュータプログラムを掲示し、ネットワークを介して前記コンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、前記の処理を実行できるように構成してもよい。
【００７２】
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【００７３】
（付記１）
電気機器の電圧が負から正に基準電位を横切る正クロス点、または、正から負に基準電位を横切る負クロス点を検出するクロス点検出手段と、
前記電気機器の瞬時電流値を計測する電流計測手段と、
所定の波高値の正弦波の基準点を前記正クロス点または前記負クロス点にあてはめて、時間軸を調節した正弦波から、瞬時電圧値を生成する電圧値生成手段と、
前記電圧値生成手段で生成した瞬時電圧値と同時刻の前記瞬時電流値とを乗算し、該乗算した値を隣り合う前記正クロス点または前記負クロス点の間の時間にわたって平均して、電力値を算出する電力算出手段と、
を備えることを特徴とする電力計測装置。
【００７４】
（付記２）
前記クロス点検出手段は、前記正クロス点および前記負クロス点を検出し、
前記電圧値生成手段は、前記所定の波高値の正弦波を前記正クロス点と前記負クロス点の間隔に合わせて時間軸と直流電圧分を調節して、瞬時電圧値を生成する、
ことを特徴とする付記１に記載の電力計測装置。
【００７５】
（付記３）
前記クロス点検出手段は、コンパレータとエッジ検出回路とから構成されることを特徴とする付記１または２に記載の電力計測装置。
【００７６】
（付記４）
前記電力算出手段で算出した電力値から、前記電気機器の電力量を算出する電力量算出手段を備えることを特徴とする付記１ないし３のいずれかに記載の電力計測装置。
【００７７】
（付記５）
前記正弦波の波高値を入力する入力手段と、
前記所定の波高値を前記入力手段で入力された波高値に変更する手段を備える、
ことを特徴とする付記１ないし４のいずれかに記載の電力計測装置。
【００７８】
（付記６）
電気機器の電力を計測する装置が行う電力計測方法であって、
前記電気機器の電圧が負から正に基準電位を横切る正クロス点、または、正から負に基準電位を横切る負クロス点を検出するクロス点検出ステップと、
前記電気機器の瞬時電流値を計測する電流計測ステップと、
所定の波高値の正弦波の基準点を前記正クロス点または前記負クロス点にあてはめて、時間軸を調節した正弦波から、瞬時電圧値を生成する電圧値生成ステップと、
前記電圧値生成ステップで生成した瞬時電圧値と同時刻の前記瞬時電流値とを乗算し、該乗算した値を隣り合う前記正クロス点または前記負クロス点の間の時間にわたって平均して、電力値を算出する電力算出ステップと、
を備えることを特徴とする電力計測方法。
【００７９】
（付記７）
前記クロス点検出ステップは、前記正クロス点および前記負クロス点を検出し、
前記電圧値生成ステップは、前記所定の波高値の正弦波を前記正クロス点と前記負クロス点の間隔に合わせて時間軸と直流電圧分を調節して、瞬時電圧値を生成する、
ことを特徴とする付記６に記載の電力計測方法。
【００８０】
（付記８）
前記電力算出ステップで算出した電力値から、前記電気機器の電力量を算出する電力量算出手段を備えることを特徴とする付記６または７に記載の電力計測方法。
【００８１】
（付記９）
前記正弦波の波高値を入力する入力ステップと、
前記所定の波高値を前記入力ステップで入力された波高値に変更するステップを備える、
ことを特徴とする付記６ないし８のいずれかに記載の電力計測方法。
【００８２】
（付記１０）
コンピュータに
電気機器の電圧が負から正に基準電位を横切る正クロス点、または、正から負に基準電位を横切る負クロス点を検出するクロス点検出ステップと、
前記電気機器の瞬時電流値を計測する電流計測ステップと、
所定の波高値の正弦波の基準点を前記正クロス点または前記負クロス点にあてはめて、時間軸を調節した正弦波から、瞬時電圧値を生成する電圧値生成ステップと、
前記電圧値生成ステップで生成した瞬時電圧値と同時刻の前記瞬時電流値とを乗算し、該乗算した値を隣り合う前記正クロス点または前記負クロス点の間の時間にわたって平均して、電力値を算出する電力算出ステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、電圧計測部の回路規模を削減しつつ、計測対象の変更や負荷変動に追従可能な電力計測装置を実現するといった分野に応用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１  交流電源
２  電気機器
１０  電力計測装置
１１  ゼロクロス検出部
１２  電圧値生成部
１３  電流計測部
１４  電流センサ
１５  電力算出部
１６  出力部
１７  入力部
１８  波高値設定部
２０  内部バス
２１  制御部
２２  主記憶部
２３  外部記憶部
２４  操作部
２５  表示部
２６  入出力部
２９  制御プログラム
３１  コンパレータ
３２  立ち上がりエッジ検出回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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