(57)【特許請求の範囲】
【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、上記有効電力／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、上記制御手段は、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双方向電力量計量装置。
【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、上記有効電力／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、上記無効電力／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、上記制御手段は、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／Ｔｖ）の値が所定値から外れたときには上記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双方向電力量計量装置。
【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、上記有効電力／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、上記制御手段は、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。
【０００６】
また、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、上記有効電力／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、上記無効電力／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、上記制御手段は、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／Ｔｖ）の値が所定値から外れたときには上記切換え手段の切換えを留保するようにしたものである。
【０００７】
【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（Ｖａｒ／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。
【０００８】
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。１１、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２２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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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１００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１００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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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Ｗ０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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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１１、１２の切換えを再開させる。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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（Ｔｗ／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。
【００２５】
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。
【００２６】
【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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、１１、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。
【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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【図１０】
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