(57)【要約】  【課題】通信線の敷設やシステム構築に伴う煩雑な作業を解消し、かつ、低コスト化を可能にした電力用管理システムを提供する。  【解決手段】電力量センサ１０４が、建屋内の分岐配電線から検出した電流及び電圧をサンプリングしてディジタル信号に変換するサンプリング手段１０４ａと、その出力からオフセット成分を除去するハイパスフィルタ１０４ｂと、電流及び電圧の位相を調整する位相調整手段１０４ｃと、その出力から瞬時電力を演算する乗算手段１０４ｄと、瞬時電力を積分して電力量を得るローパスフィルタ１０４ｅとを備える。建屋５００内の中央管理装置５０１は、基幹通信回線５０２、プロトコル変換器５０３、光ネットワーク６００、分岐通信回線１１０，２１０等を介して電力量センサ１０４，２０４との間で通信を行い、電力量センサ１０４，２０４が計測した電力量を収集して電力管理を行う。【選択図】図３
2006090923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一または複数の建屋の使用電力量を各建屋に配置された電力量センサにより計測し、前記使用電力量をデータ伝送路を介し中央管理装置に伝送してこの中央管理装置が各建屋の電力管理を行う電力用管理システムにおいて、
前記電力量センサは、
建屋内の分岐配電線から検出した電流及び電圧をサンプリングしてディジタル信号に変換するサンプリング手段と、このサンプリング手段の出力からオフセット成分を除去する第１のフィルタ手段と、第１のフィルタ手段から出力された電流及び電圧の位相を調整する位相調整手段と、この位相調整手段の出力から瞬時電力を演算する演算手段と、この演算手段から出力された瞬時電力を積分して電力量を得る第２のフィルタ手段と、を備えると共に、
前記データ伝送路は、前記中央管理装置が接続される基幹通信回線と、前記電力量センサが接続されるバス型接続可能な分岐通信回線と、これら両回線間の通信プロトコルを相互に変換するプロトコル変換手段とを少なくとも有し、
前記中央管理装置が、前記基幹通信回線、前記プロトコル変換手段及び前記分岐通信回線を介して前記電力量センサとの間で通信を行うことにより、前記電力量センサが計測した電力量を収集して電力管理を行うことを特徴とする電力用管理システム。
【請求項２】
請求項１に記載した電力用管理システムにおいて、
前記分岐通信回線が、オープンネットワークであることを特徴とする電力用管理システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載した電力用管理システムにおいて、
前記データ伝送路が、複数の建屋間に接続される光ネットワークを有し、
この光ネットワークと前記基幹通信回線及び前記分岐通信回線との間に、光コンバータをそれぞれ介在させたことを特徴とする電力用管理システム。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載した電力用管理システムにおいて、
前記電力量センサは、
微小時間間隔で計測した電力量を逐次積算しながら積算電力量を更新する手段を備えたことを特徴とする電力用管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散した複数エリアに設置されている計量器を通じてセンタ装置側で電力管理を行う電力用管理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーへの関心が高まる中、建物管理システムの中にＢＥＭＳ（Building and Energy Management System）や、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）等を導入する事業者、需要家が増えつつあり、これらが定着化し始めている。このような状況のもとで、現在の使用電力状況をモニタすることは省エネ対策の基本であり、また、いわゆる省エネ法（エネルギーの使用の合理化に関する法律）の観点からも電力計測の必要性はここ数年、急激に高まっている。
【０００３】
これらの事情のため、需要家側においても、検針の自動化により検針データ処理の高速化及び省力化とを図ると共に、負荷の適切なオン／オフ制御による使用電力量の抑制を可能とするシステムの実現が望まれている。
これらの課題に鑑み、出願人は鋭意研究を重ね、センタ側と中継端末・通信回線を介して接続された検針端末との間で通信を行うことにより電力管理を行う電力用自動検針システムを既に特許出願し、下記の特許文献１として既に特許されるに至っている。
【０００４】
すなわち、この特許文献１記載の発明は、センタ側に設置されて互いにネットワーク接続されたメインコンピュータ及びサブコンピュータと、前記メインコンピュータから分岐された中継端末と、中継端末に通信回線を介して接続された検針端末と、検針端末に接続されたパルス発信器付電力量計及び制御回路と、制御回路を介して負荷をオン／オフする開閉部と、からなり、かつ、前記メインコンピュータまたはサブコンピュータと自動検針用の検針端末との間で指令／応答信号を交信することにより、電力量計の検針及び負荷のオン／オフ遠隔制御を行う機能と、計量値及び負荷情報の収集を一括処理すると共に、収集データをリアルタイムで画面表示及び印刷出力する機能と、を有する電力用自動検針システムにおいて、所定時間毎に検針した計量値を記憶して累積使用電力量を予想する電力デマンド算出手段を備え、前記制御回路及び開閉部を、送受信部、論理部、リレー接点、マグネットコイル、開閉伝達機構、開閉接点及び開閉接点状態監視部により構成したものである。
【０００５】
【特許文献１】特許第３２０２００５号公報（請求項１、［０００６］〜［００１５］、図１、図４等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この種のシステムでは、現状よりも使い勝手を向上させると共に、システム構築の作業性を高めてコストを一層低減したいという要請がある。
しかるに、前記従来技術では、センタ側のメインコンピュータと中継器との間、及び中継器と複数の検針端末との間を、例えばシリアル通信規格の一種であるＲＳ４８５規格の通信回線により接続している。この場合、通信回線を更に多数分岐して各通信回線上の多数個所で電力管理をきめ細かく行う必要性が生じた場合には、パルス発信器付電力量計及び検針端末を各通信回線上の多数箇所にそれぞれ設置しなければならず、システム構築の作業性向上やコスト低減の面で大きな問題となっていた。
【０００７】
そこで、本発明の解決課題は、通信線の敷設やシステム構築に伴う煩雑な作業を解消し、かつ、低コスト化を可能にした電力用管理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、一または複数の建屋の使用電力量を各建屋に配置された電力量センサにより計測し、前記使用電力量をデータ伝送路を介し中央管理装置に伝送してこの中央管理装置が各建屋の電力管理を行う電力用管理システムにおいて、
前記電力量センサは、
建屋内の分岐配電線から検出した電流及び電圧をサンプリングしてディジタル信号に変換するサンプリング手段と、このサンプリング手段の出力からオフセット成分を除去する第１のフィルタ手段と、第１のフィルタ手段から出力された電流及び電圧の位相を調整する位相調整手段と、この位相調整手段の出力から瞬時電力を演算する演算手段と、この演算手段から出力された瞬時電力を積分して電力量を得る第２のフィルタ手段と、を備えると共に、
前記データ伝送路は、前記中央管理装置が接続される基幹通信回線と、前記電力量センサが接続されるバス型接続可能な分岐通信回線と、これら両回線間の通信プロトコルを相互に変換するプロトコル変換手段とを少なくとも有し、
前記中央管理装置が、前記基幹通信回線、前記プロトコル変換手段及び前記分岐通信回線を介して前記電力量センサとの間で通信を行うことにより、前記電力量センサが計測した電力量を収集して電力管理を行うものである。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、請求項１において、
前記分岐通信回線が、ＬＯＮ（Local Operating Network，米国Echelon社の登録商標）ネットワーク等のオープンネットワークであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２において、
前記データ伝送路が、複数の建屋間に接続される光ネットワークを有し、
この光ネットワークと前記基幹通信回線及び前記分岐通信回線との間に、光コンバータをそれぞれ介在させたものである。
【００１１】
請求項４に記載した発明は、請求項１〜３の何れか１項において、
前記電力量センサは、
微小時間間隔で計測した電力量を逐次積算しながら積算電力量を更新する手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、建屋内にオープンネットワークとしての分岐通信回線を設置し、これらの分岐通信回線に複数台の電力量センサをそれぞれ接続して使用電力量をディジタル演算により計測すると共に、中央管理装置が前記使用電力量を一括して管理しながら、分岐通信回線の同一階層に接続された空調、照明等の各種コントローラを制御することができる。
このため、従来のようにパルス発信器付電力量計や検針端末を用いて電力量を計測する方法に比べ、配線量が少なく構成が簡単で低コストの電力用管理システムを構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は、オフィス・学校・病院・工場等の建物における使用電力量を管理する電力用管理システムの概略的な構成を示しており、特にこの実施形態では、大学のキャンパス等における複数の建屋の使用電力量を一括管理するシステムを例示している。
なお、便宜上、商用電源の引込み電力線、分岐配電線、負荷としての需要家電気設備は一部の図示を省略してある。
【００１４】
図１において、１００，２００はそれぞれ独立した建屋であり、ここでは、便宜的に１号館、２号館とする。図示されていないが、他に複数の建屋（３号館、４号館等）が並列的に存在するものとする。
また、５００は上述した複数の建屋の使用電力量を一括して管理するための中央管理装置５０１が設置された建屋であり、便宜的にＮ号館としてある。
更に、６００は建屋５００と建屋１００，２００，……との間で光信号によりデータを伝送するための光ネットワークである。ここで、光ネットワーク６００の代わりにメタルケーブルによるネットワークを用いても良い。
【００１５】
建屋５００内には、Ethernet（登録商標）等のバス型ＬＡＮ（Local Area Network）規格の基幹通信回線５０２が設けられ、この基幹通信回線５０２にはパソコンやサーバ等からなる中央管理装置５０１及びプリンタ５０８等が接続されている。基幹通信回線５０２における通信インターフェイスとしては、長距離通信に適したシリアル通信規格であるＲＳ４８５規格が用いられている。
また、基幹通信回線５０１には、プロトコル変換器５０３及び光コンバータ５０４が順次接続されていると共に、建屋５００自体の使用電力量を管理するためにルータ５０６を介して複数台の電力量センサ５０７が接続されている。なお、電力量センサ５０７は、分岐配電線から負荷に供給される電圧、電流を測定して使用電力量を検出する機能を備えている。
【００１６】
前記光コンバータ５０４には、光ネットワーク６００を介して建屋１００，２００内の光コンバータ１０１，２０１がそれぞれ接続されている。
まず、建屋１００は、商用電源が引き込まれる受電室を有する建屋であり、光ネットワーク６００に接続された光コンバータ１０１とこの光コンバータ１０１に接続されたルータ１０２とからなる信号変換器１０３を備えている。
【００１７】
上記ルータ１０２には、電力量センサ等の機器をバス型接続可能な分岐通信回線１１０が接続され、この分岐通信回線１１０には電力監視センサ１０５及び複数台の電力量センサ１０４が接続されている。
分岐通信回線１１０は、例えば、ＬＯＮ（Local Operating Network，米国Echelon社の登録商標）ネットワーク等のオープンネットワークであり、ＬＯＮＴａｌｋ（同社の登録商標）を通信プロトコルとして、電力監視センサ１０５及び電力量センサ１０４と前記中央管理装置５０１との間でデータや制御信号を伝送するものである。
【００１８】
電力監視センサ１０５は、受電点の電圧、電流を測定して瞬時電力を監視するセンサであり、後述する電力量センサ１０４とほぼ同様の構成を備えている。
電力量センサ１０４は、分岐配電線から負荷に供給される電圧、電流を測定して使用電力量を検出し、このデータを通信ポートを介して中央管理装置５０１へ伝送する機能を持ったセンサであり、図２〜図４に示すような構成を有する。
【００１９】
すなわち、電力量センサ１０４には、負荷（図示せず）が接続される単相２線式低圧配電線等の分岐配電線１１２から電圧信号が入力されると共に、クランプＣＴ（変流器）１１１を介して電流信号が入力されている。
電力量センサ１０４は、図３に示すようなディジタル演算機能を備えており、図示されていない通信ポート、Ｉ／Ｏ（入出力）ポート、メモリ等が内蔵されている。
【００２０】
この図３において、サンプリング手段１０４ａは、サンプリングした電圧・電流のアナログ信号をディジタル信号に変換し、瞬時値情報として取り込んでいる。第１のフィルタ手段としてのハイパスフィルタ１０４ｂは、サンプリング手段１０４ａのアナログ入力部で発生したオフセット成分（直流成分）を除去する目的で挿入されている。
位相調整手段１０４ｃは、上記アナログ入力部で発生する電圧と電流との位相ずれ、場合によってはサンプリング時の時間ずれを補正するために遅延処理を施して位相調整を行う。
乗算手段１０４ｄは、位相調整された電圧・電流の瞬時値を乗算し、瞬時電力を計算する。
ローパスフィルタ１０４ｅでは、乗算手段１０４ｄの出力値に含まれる電源周波数の２倍の低周波リプル成分を除去することにより実質的に積分動作を行い、瞬時電力から電力量を演算するものである。
【００２１】
図４は、上記電力量センサ１０４の演算部のハードウェア構成を示す概念図である。
この電力量センサ１０４は、最大限で８回路の電圧・電流・電力量を測定可能であり、各回路に対応してタイマにより１秒ごとの電圧実効値・電流実効値・電力を測定する８個のエネルギー測定ＬＳＩ １０４Ａを備えている。また、これらのＬＳＩ １０４Ａの出力はメインＣＰＵ １０４Ｂに入力されてスケーリングされ、電圧・電流・電力、力率（ｃｏｓφ）が算出される。
電圧実効値・電流実効値をそれぞれＥ，Ｉ、両者の位相差をφとすると、周知のように皮相電力、有効電力、無効電力の関係は図５に示す通りとなる。
【００２２】
ここで、電力と時間との積は電力量であり、本実施形態の電力量センサ１０４では１秒ごとの電力を求めているので、数式１に示すように、今回の測定電力と時間（１／３６００）［時間］との積によって電力量の増分を求め、これを前回までの積算電力量に加算することにより、最新の積算電力量を求めることができる。すなわち、数式１によって１秒ごとに積算電力量を更新することが可能である。
［数式１］
最新の積算電力量［ｋＷｈ］＝前回(１秒前)までの積算電力量［ｋＷｈ］＋(今回の測定電力／３６００)［ｋＷｈ］
これにより、従来技術のようにパルス発信器付電力量計を用いる場合に比べて、特に小電力時に積算誤差が大きくなるのを抑制することができる。
【００２３】
数式１により求めた積算電力量はＬＯＮＣＰＵ（ニューロンチップ）１０４Ｃに出力され、ＬＯＮＣＰＵ １０４Ｃが単位変換やデータチェック等を行った後の最終的な電力量を、中央管理装置５０１からのデータ収集指令に応じて出力する。
こうして電力量センサ１０４から出力された電力量は、図１における分岐通信回線１１０を介して信号変換器１０３により光信号に変換され、更に光ネットワーク６００を介して建屋５００内の光コンバータ５０４に送られて電気信号に変換される。なお、送信データには、必要に応じて力率を含めても良い。
【００２４】
光コンバータ５０４により変換された電気信号はプロトコル変換器５０３に送られ、分岐通信回線１１０側の通信プロトコルを基幹通信回線５０２側の通信プロトコルに変換して中央管理装置５０１に取り込まれる。
以上のような動作により、中央管理装置５０１は建屋１００の使用電力量（積算電力量）を１秒ごとに収集することができる。
【００２５】
一方、建屋２００では、使用電力量の管理以外に空調制御、照明制御等を行っており、前記建屋１００内の分岐通信回線１１０と同様にオープンネットワークである分岐通信回線２１０に、複数台の電力量センサ２０４と、空調コントローラ２０５及び照明コントローラ２０７が接続されている。なお、２０６はコントローラ２０５によって制御される空調機器、２０８はコントローラ２０７によって制御される照明器具である。
図示されていないが、分岐通信回線２１０には更に各種のコントローラ及び負荷を接続することができる。
【００２６】
なお、図１の構成において、基幹通信回線５０２、プロトコル変換器５０３、光コンバータ５０４，１０１，２０１、光ネットワーク６００、ルータ１０２，２０２、分岐通信回線１１０，２１０等は、請求項におけるデータ伝送路を構成している。
【００２７】
図１における建屋２００内の電力量センサ２０４の構成は前記電力量センサ１０４と同様であり、また、空調コントローラ２０５及び照明コントローラ２０７もＬＯＮネットワークに対応したＬＯＮＣＰＵ（ニューロンチップ）により中央管理装置５０１や他の機器との間でデータ伝送が可能になっている。
このため、中央管理装置５０１は、電力量センサ２０４を用いた建屋２００内の使用電力量の管理と共に、空調機器２０６や照明器具２０８の監視、動作制御等を一括して実行することができ、例えば、使用電力量が契約値を超過するような場合に空調機器２０６や照明器具２０８を抑制運転することによって省エネ効果を高めることが可能である。
【００２８】
以上のように、本実施形態においては、オープンネットワークである分岐通信回線１１０，２１０に複数台の電力量センサをそれぞれ接続すると共に、各種コントローラを接続して分散制御システムを構築しており、各建屋内の使用電力量を一元的に管理しながら少ない配線量で空調設備や照明設備を制御可能なシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態を示す概略的な構成図である。
【図２】実施形態における電力量センサの接続状態を示す図である。
【図３】実施形態における電力量センサのディジタル演算機能を示すブロック図である。
【図４】実施形態における電力量センサの演算部のハードウェア構成を示す概念図である。
【図５】皮相電力、有効電力、無効電力の関係を示すベクトル図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００，２００，５００：建屋
１０１：光コンバータ
１０２：ルータ
１０３：信号変換器
１０４：電力量センサ
１０４ａ：サンプリング手段
１０４ｂ：ハイパスフィルタ
１０４ｃ：位相調整手段
１０４ｄ：乗算手段
１０４ｅ：ローパスフィルタ
１０４Ａ：エネルギー測定ＬＳＩ
１０４Ｂ：メインＣＰＵ
１０４Ｃ：ＬＯＮＣＰＵ
１０５：電力監視センサ
１１０：分岐通信回線
１１１：クランプＣＴ
１１２：分岐配電線
２０１：光コンバータ
２０２：ルータ
２０３：信号変換器
２０４：電力量センサ
２０５：空調コントローラ
２０６：空調機器
２０７：照明コントローラ
２０８：照明器具
２１０：分岐通信回線
５０１：中央管理装置
５０２：基幹通信回線
５０３：プロトコル変換器
５０４：光コンバータ
５０６：ルータ
５０７：電力量センサ
６００：光ネットワーク
【図１】
2006090923.tif 000003
【図２】
2006090923.tif 000004
【図３】
2006090923.tif 000005
【図４】
2006090923.tif 000006
【図５】
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