(57)【要約】【課題】複数の箇所での計測において、ＧＰＳを用いずに計測のタイミングを一致させることができる計測装置を提供する。【解決手段】複数の箇所でそれぞれ計測を行う計測装置Ａにおいて、サンプリングのタイミングを指示するためのサンプリング位相θiを生成するサンプリング位相生成部４と、少なくとも１つの他の計測装置Ａと通信を行う通信部５とを備えた。通信部５は、サンプリング位相生成部４が生成したサンプリング位相θiを、他の計測装置Ａの少なくとも１つに送信する。サンプリング位相生成部４は、生成したサンプリング位相θiと、通信部５が他の計測装置Ａの少なくとも１つより受信したサンプリング位相θjとに基づく演算結果を用いて、サンプリング位相θiを生成する。この処理が各計測装置Ａそれぞれで行われることにより、各計測装置Ａのサンプリング位相θiが同じ値に収束する。【選択図】図１
2015152345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の箇所でそれぞれ計測を行う計測装置であって、
サンプリングのタイミングを指示するためのサンプリング位相を生成するサンプリング位相生成手段と、
少なくとも１つの他の計測装置と通信を行う通信手段と、
を備え、
前記通信手段は、前記サンプリング位相生成手段が生成したサンプリング位相を、前記他の計測装置の少なくとも１つに送信し、
前記サンプリング位相生成手段は、前記生成したサンプリング位相と、前記通信手段が前記他の計測装置の少なくとも１つより受信したサンプリング位相とに基づく演算結果を用いて、サンプリング位相を生成する、
ことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記サンプリング位相生成手段は、
前記生成したサンプリング位相と、前記受信したサンプリング位相とに基づく演算を行う演算手段と、
前記演算手段が出力する演算結果を所定の角周波数に加算して、修正角周波数として出力する加算手段と、
前記修正角周波数を積分して、サンプリング位相を算出する積分手段と、
を備えている、請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記演算手段は、前記受信したサンプリング位相から前記生成したサンプリング位相をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算することで、演算結果を演算する、
請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記演算手段は、前記受信したサンプリング位相から前記生成したサンプリング位相をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記通信手段が通信を行っている他の計測装置の数で除算することで、演算結果を演算する、
請求項２に記載の計測装置。
【請求項５】
前記演算手段は、前記受信したサンプリング位相から前記生成したサンプリング位相をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記生成したサンプリング位相を乗算することで、演算結果を演算する、
請求項２に記載の計測装置。
【請求項６】
前記演算手段は、前記受信したサンプリング位相を前記生成したサンプリング位相からそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記生成したサンプリング位相の２乗を乗算することで、演算結果を演算する、
請求項２に記載の計測装置。
【請求項７】
電圧を検出する電圧センサと、
前記電圧センサが検出した電圧信号に対して、前記サンプリング位相に基づいたサンプリングを行ってデジタル信号を出力するサンプリング手段と、
前記デジタル信号に基づいて電圧の位相を算出する位相算出手段と、
をさらに備えている、請求項１ないし６のいずれかに記載の計測装置。
【請求項８】
電圧を検出する電圧センサと、
電流を検出する電流センサと、
前記電圧センサが検出した電圧信号および前記電流センサが検出した電流信号に対して、前記サンプリング位相に基づいたサンプリングを行って、それぞれのデジタル信号を出力するサンプリング手段と、
前記電圧信号のデジタル信号と前記電流信号のデジタル信号とに基づいて有効電力を算出する有効電力算出手段と、
をさらに備えている、請求項１ないし６のいずれかに記載の計測装置。
【請求項９】
温度を検出する温度センサと、
前記温度センサが検出した温度信号に対して、前記サンプリング位相に基づいたサンプリングを行ってデジタル信号を出力するサンプリング手段と、
をさらに備えている、請求項１ないし６のいずれかに記載の計測装置。
【請求項１０】
電力系統の複数の箇所にそれぞれ配置される、請求項１ないし８のいずれかに記載の計測装置と、
前記各計測装置から入力される計測結果に基づいて、前記電力系統の状態を監視する監視装置と、
を備えていることを特徴とする電力系統監視システム。
【請求項１１】
複数の箇所に配置された各計測装置において、計測のタイミングを一致させる計測方法であって、
サンプリング位相を生成する第１の工程と、
前記第１の工程で生成したサンプリング位相を少なくとも１つの他の計測装置に送信する第２の工程と、
少なくとも１つの他の計測装置が送信したサンプリング位相を受信する第３の工程と、
を各計測装置で行わせるものであり、
前記第１の工程は、生成したサンプリング位相と、前記第３の工程で受信したサンプリング位相とに基づく演算結果を用いて、サンプリング位相を生成する、
ことを特徴とする計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の箇所での計測において、計測のタイミングを一致させることができる計測装置、当該計測装置を用いた電力系統監視システム、および、計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や風力発電などの不安定な分散形電源が大量に導入されると、電力系統が不安定化する懸念がある。この対策として、電力系統の各箇所に様々な計測装置を設置して、常時監視を行うことが考えられている。監視対象としては、有効電力、無効電力、送／配電線の電圧、周波数、位相の情報などがある。
【０００３】
これらの情報は、同じタイミングで計測されたものが必要になる。離れた各箇所で計測のための時刻合わせを行うために、ＧＰＳ（Global Positioning System）の時刻情報を利用した計測装置が用いられている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】三谷康範，「位相同期計測を用いたスマート電力監視技術」，IEEJ Trans.PE，Vol.130，No.9，2010，pp.791-794
【非特許文献２】Reza Olfati-Saber, J. Alex Fax, and Richard M. Murray, "Consensus and Cooperation in Networked Multi-Agent Systems", Proceedings of the IEEE, Vol.95, No.1, (2007)
【非特許文献３】Mehran Mesbahi and Magnus Egerstedt, "Graph Theoretic Methods in Multiagent Networks", Princeton (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＧＰＳを用いずに、離れた各箇所で計測のタイミングを一致させる計測装置は、いまだ開発されていない。
【０００６】
本発明は上述した事情のもとで考え出されたものであって、複数の箇所での計測において、ＧＰＳを用いずに計測のタイミングを一致させることができる計測装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
本発明の第１の側面によって提供される計測装置は、複数の箇所でそれぞれ計測を行う計測装置であって、サンプリングのタイミングを指示するためのサンプリング位相を生成するサンプリング位相生成手段と、少なくとも１つの他の計測装置と通信を行う通信手段とを備え、前記通信手段は、前記サンプリング位相生成手段が生成したサンプリング位相を、前記他の計測装置の少なくとも１つに送信し、前記サンプリング位相生成手段は、前記生成したサンプリング位相と、前記通信手段が前記他の計測装置の少なくとも１つより受信したサンプリング位相とに基づく演算結果を用いて、サンプリング位相を生成することを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記サンプリング位相生成手段は、前記生成したサンプリング位相と、前記受信したサンプリング位相とに基づく演算を行う演算手段と、前記演算手段が出力する演算結果を所定の角周波数に加算して、修正角周波数として出力する加算手段と、前記修正角周波数を積分して、サンプリング位相を算出する積分手段とを備えている。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記演算手段は、前記受信したサンプリング位相から前記生成したサンプリング位相をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算することで、演算結果を演算する。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記演算手段は、前記受信したサンプリング位相から前記生成したサンプリング位相をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記通信手段が通信を行っている他の計測装置の数で除算することで、演算結果を演算する。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記演算手段は、前記受信したサンプリング位相から前記生成したサンプリング位相をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記生成したサンプリング位相を乗算することで、演算結果を演算する。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記演算手段は、前記受信したサンプリング位相を前記生成したサンプリング位相からそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記生成したサンプリング位相の２乗を乗算することで、演算結果を演算する。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記計測装置は、電圧を検出する電圧センサと、前記電圧センサが検出した電圧信号に対して、前記サンプリング位相に基づいたサンプリングを行ってデジタル信号を出力するサンプリング手段と、前記デジタル信号に基づいて電圧の位相を算出する位相算出手段とをさらに備えている。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記計測装置は、電圧を検出する電圧センサと、電流を検出する電流センサと、前記電圧センサが検出した電圧信号および前記電流センサが検出した電流信号に対して、前記サンプリング位相に基づいたサンプリングを行って、それぞれのデジタル信号を出力するサンプリング手段と、前記電圧信号のデジタル信号と前記電流信号のデジタル信号とに基づいて有効電力を算出する有効電力算出手段とをさらに備えている。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記計測装置は、温度を検出する温度センサと、前記温度センサが検出した温度信号に対して、前記サンプリング位相に基づいたサンプリングを行ってデジタル信号を出力するサンプリング手段とをさらに備えている。
【００１７】
本発明の第２の側面によって提供される電力系統監視システムは、電力系統の複数の箇所にそれぞれ配置される、本発明の第１の側面によって提供される計測装置と、前記各計測装置から入力される計測結果に基づいて、前記電力系統の状態を監視する監視装置とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第３の側面によって提供される計測方法は、複数の箇所に配置された各計測装置において、計測のタイミングを一致させる計測方法であって、サンプリング位相を生成する第１の工程と、前記第１の工程で生成したサンプリング位相を少なくとも１つの他の計測装置に送信する第２の工程と、少なくとも１つの他の計測装置が送信したサンプリング位相を受信する第３の工程とを各計測装置で行わせるものであり、前記第１の工程は、生成したサンプリング位相と、前記第３の工程で受信したサンプリング位相とに基づく演算結果を用いて、サンプリング位相を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、サンプリング位相生成手段は、生成したサンプリング位相と、通信手段が受信した他の計測装置のサンプリング位相とに基づく演算結果を用いて、サンプリング位相を生成する。各計測装置のサンプリング位相生成手段がこれを行うことで、すべての計測装置のサンプリング位相が同じ値に収束する。したがって、各計測装置は、共通のサンプリング位相に基づいてサンプリングを行うことで、他の計測装置と同じタイミングでサンプリングを行うことができる。これにより、各計測装置は、離れた箇所に配置されていたとしても、ＧＰＳを用いることなく、計測のタイミングを一致させることができる。
【００２０】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る計測装置を説明するための図である。
【図２】第１実施形態に係る計測装置が電力系統に複数配置された状態を示す図である。
【図３】位相算出部の内部構成の一例を示す図である。
【図４】電力系統に配置された各計測装置のサンプリング位相の変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】電力系統に配置された各計測装置の他の通信状態を説明するための図である。
【図６】第２実施形態に係る計測装置を説明するための図である。
【図７】有効電力算出部の内部構成の一例を示す図である。
【図８】第３実施形態に係る計測装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２３】
図１は、第１実施形態に係る計測装置Ａを説明するための図であり、電力系統Ｂのある配電線（または送電線）に配置されている状態を示している。図２は、第１実施形態に係る計測装置Ａが電力系統Ｂの複数の配電線（または送電線）に配置された電力系統監視システムを示す図である。なお、計測装置Ａは、各家庭や建物のコンセントに配置するようにしてもよい。
【００２４】
図１に示すように、計測装置Ａは、電圧センサ１、サンプリング部２、位相算出部３、サンプリング位相生成部４、および、通信部５を備えている。計測装置Ａは、電圧センサ１が検出した電圧信号に基づいて電圧の位相θｖを算出するものである。
【００２５】
電圧センサ１は、配電線（または送電線）に配置されて、配置位置の電圧信号を検出するものである。検出された電圧信号は、サンプリング部２に出力される。
【００２６】
サンプリング部２は、電圧センサ１より入力される電圧信号を離散化してデジタル信号に変換するものである。サンプリング部２は、サンプリング位相生成部４より入力されるサンプリング位相θiに基づいて、サンプリングを行う。具体的には、サンプリング位相θiが「０」になるタイミングでサンプリングを行う。なお、サンプリングを行うタイミングは「０」に限定されない。また、サンプリング位相θiが「０」になった回数が予定の回数になったタイミングでサンプリングを行うようにしてもよい。
【００２７】
位相算出部３は、サンプリング部２より入力されるデジタル電圧信号に基づいて、電圧の位相θｖを算出するものである。
【００２８】
図３は、位相算出部３の内部構成の一例を示す図である。
【００２９】
位相算出部３は、３相の電圧信号に基づいて、いわゆるＰＬＬ（Phase Locked Loop）法によって位相を算出するものであり、αβ変換部３１、ｄｑ変換部３２、ＰＩ制御部３３、ＶＣＯ(Voltage Controlled Oscillator)３４を備えている。αβ変換部３１は、サンプリング部２より入力される３相のデジタル電圧信号Ｖu、Ｖv、Ｖwを２相の電圧信号Ｖα、Ｖβに変換するものである。ｄｑ変換部３２は、αβ変換部３１から電圧信号Ｖα、Ｖβが入力され、ＶＣＯ３４から位相θｖが入力される。ｄｑ変換部３２は、電圧信号Ｖα、Ｖβの位相θｖとの同相成分Ｖdと位相差成分Ｖqとを算出する。ＰＩ制御部３３は、位相差成分ＶqがゼロとなるようにＰＩ制御（比例積分制御）を行ない、補正値を出力する。この補正値を電圧信号の目標角周波数ωs*に加算した補正角周波数ωが、ＶＣＯ３４に出力される。ＶＣＯ３４は、入力に応じた位相θｖをｄｑ変換部３２に出力する。このフィードバック制御により、位相差成分Ｖqがゼロになったところでロックされる。このとき、位相θｖが電圧の位相と一致する。この位相θｖが、入力される電圧信号の位相θｖとして出力される。
【００３０】
なお、図３に示す位相算出部３は、あくまでも一例であって、これに限られない。例えば、ゼロクロス法を用いて位相を算出するものであってもよい。
【００３１】
位相算出部３によって算出された位相θｖは、例えばインターネット回線などを経由して、監視装置Ｃ（図２参照）に集められ、電力系統Ｂの状態を監視するためなどに用いられる。
【００３２】
サンプリング位相生成部４は、サンプリング部２でのサンプリングのタイミングを指示するためのサンプリング位相θiを生成するものである。サンプリング位相生成部４は、生成したサンプリング位相θiを通信部５およびサンプリング部２に出力する。サンプリング位相生成部４の詳細については、後述する。
【００３３】
通信部５は、他の計測装置Ａとの間で通信を行うものである。通信部５は、サンプリング位相生成部４が生成したサンプリング位相θiを入力され、他の計測装置Ａの通信部５に送信する。また、通信部５は、他の計測装置Ａの通信部５から受信したサンプリング位相θjを、サンプリング位相生成部４に出力する。なお、通信方法は限定されず、有線通信であってもよいし、無線通信であってもよい。
【００３４】
図２に示すように、計測装置Ａは、電力系統Ｂの配電線（または送電線）に配置されている。図２においては、電力系統Ｂに５つの計測装置Ａ（Ａ１〜Ａ５）が配置されている状態を示している。なお、実際には、より多くの計測装置Ａが配置されているが、説明の簡略化のために極端に少ないケースを示している。
【００３５】
図２に示す実線矢印は、計測装置Ａ同士で通信を行っていることを示している。計測装置Ａ１は計測装置Ａ２とのみ相互通信を行っており、計測装置Ａ２は計測装置Ａ１および計測装置Ａ３とのみ相互通信を行っている。また、計測装置Ａ３は計測装置Ａ２および計測装置Ａ４とのみ相互通信を行っており、計測装置Ａ４は計測装置Ａ３および計測装置Ａ５とのみ相互通信を行っており、計測装置Ａ５は計測装置Ａ４とのみ相互通信を行っている。このように、計測装置Ａの通信部５は、電力系統Ｂに配置されている計測装置Ａのうち、少なくとも１つの計測装置Ａの通信部５と通信を行っており、電力系統Ｂに配置されている任意の２つの計測装置Ａに対して通信経路が存在している状態（以下ではこの状態を「連結状態」と言う。）であればよく、電力系統Ｂに配置されているすべての計測装置Ａの通信部５と通信を行う必要はない。
【００３６】
例えば、計測装置Ａが計測装置Ａ２の場合、通信部５は、サンプリング位相生成部４が生成したサンプリング位相θ2を計測装置Ａ１およびＡ３の通信部５に送信し、計測装置Ａ１の通信部５からサンプリング位相θ1を受信し、計測装置Ａ３の通信部５からサンプリング位相θ3を受信する。
【００３７】
監視装置Ｃは、電力系統Ｂの状態を監視するものである。監視装置Ｃは、電力系統Ｂの各箇所に配置された計測装置Ａ１〜Ａ５から電圧の位相θｖを入力され（図２に示す破線矢印参照）、これに基づいて電力系統Ｂの状態を監視する。なお、実際には、各計測装置Ａ１〜Ａ５は、電圧の位相以外に、電圧、周波数、有効電力、無効電力なども計測しており、監視装置Ｃはこれらの情報も入力される。
【００３８】
次に、サンプリング位相生成部４の詳細について説明する。
【００３９】
サンプリング位相生成部４は、生成したサンプリング位相θiと、通信部５より入力される、他の計測装置Ａのサンプリング位相θjとを用いて、サンプリング位相θiを生成する。サンプリング位相θiとサンプリング位相θjとが異なっていても、サンプリング位相生成部４での演算処理が繰り返されることで、サンプリング位相θiとサンプリング位相θjとが共通のサンプリング位相に収束する。図１に示すように、サンプリング位相生成部４は、演算部４１、乗算器４２、加算器４３および積分器４４を備えている。
【００４０】
演算部４１は、下記（１）式に基づく演算を行う。すなわち、演算部４１は、通信部５から入力される各サンプリング位相θjから、サンプリング位相生成部４が生成したサンプリング位相θiをそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算した演算結果ｕiを乗算器４２に出力する。
【数１】
2015152345.tif 000003
【００４１】
例えば、計測装置Ａが計測装置Ａ２の場合（図２参照）、演算部４１は、下記（２）式の演算を行い、演算結果ｕ2を出力する。
【数２】
2015152345.tif 000004
【００４２】
乗算器４２は、演算部４１から入力される演算結果ｕiに所定の係数εを乗算して加算器４３に出力する。係数εは、０＜ε＜１／ｄmaxを満たす値であり、あらかじめ設定されている。ｄmaxは、通信部５が通信を行う他の計測装置Ａの数であるｄiのうち、電力系統Ｂに配置されているすべての計測装置Ａの中で最大のものである。つまり、電力系統Ｂに配置されている計測装置Ａのなかで、一番多くの他の計測装置Ａと通信を行っているものの通信部５に入力されるサンプリング位相θjの数である。なお、係数εは、修正角周波数ωiが大きく（小さく）なりすぎて、サンプリング位相θiの変動が大きくなりすぎることを抑制するために、演算結果ｕiに乗算されるものである。したがって、サンプリング位相生成部４での処理が連続時間処理の場合は、乗算器４２を設ける必要はない。
【００４３】
加算器４３は、乗算器４２からの入力を所定の角周波数ω0に加算して、修正角周波数ωiとして積分器４４に出力する。角周波数ω0は、サンプリング周波数に対応するものである。積分器４４は、加算器４３から入力される修正角周波数ωiを積分することでサンプリング位相θiを生成して出力する。積分器４４は、前回生成したサンプリング位相θiに修正角周波数ωiを加算することでサンプリング位相θiを生成する。また、積分器４４は、サンプリング位相θiを（−π＜θi≦π）の範囲の値として出力する。なお、サンプリング位相θiの範囲の設定の仕方はこれに限定されず、例えば、（０≦θi＜２π）としてもよい。サンプリング位相θiは、サンプリング部２、通信部５および演算部４１に出力される。
【００４４】
本実施形態において、サンプリング位相生成部４は、生成したサンプリング位相θiと、通信部５より入力される、他の計測装置Ａのサンプリング位相θjとを用いて、サンプリング位相θiを生成する。サンプリング位相θiが各サンプリング位相θjの相加平均値より大きい場合、演算部４１が出力する演算結果ｕiは負の値になる。そうすると、修正角周波数ωiは所定の角周波数ω0より小さくなり、サンプリング位相θiの変化量は小さくなる。一方、サンプリング位相θiが各サンプリング位相θjの相加平均値より小さい場合、演算部４１が出力する演算結果ｕiは正の値になる。そうすると、修正角周波数ωiは所定の角周波数ω0より大きくなり、サンプリング位相θiの変化量は大きくなる。つまり、サンプリング位相θiは各サンプリング位相θjの相加平均値に近づいていく。この処理が各計測装置Ａそれぞれで行われることにより、各計測装置Ａのサンプリング位相θiは同じ値に収束する。サンプリング位相θiは時間とともに変化するものであり、角周波数ω0に応じて変化する成分と、初期位相のずれを補償するように変化する成分とを合成したものと考えることができる。後者が同じ値θαに収束することで、各計測装置Ａのサンプリング位相θiも同じ値に収束する。後者が同じ値に収束することは、数学的にも証明されている（非特許文献２，３参照）。また、収束値θαが、下記（３）式に示すように、各計測装置Ａのサンプリング位相θiの初期値の相加平均値になることも証明されている。ｎは電力系統Ｂに配置されている計測装置Ａの数であり、下記（３）式は、計測装置Ａ１〜Ａｎのサンプリング位相θ1〜θnの初期値をすべて加算してｎで除算した相加平均値を算出することを示している。
【数３】
2015152345.tif 000005
【００４５】
なお、本実施形態においては、サンプリング位相生成部４での処理の周期Ｔが１秒である場合について説明している。周期Ｔが例えば０．１秒の場合、加算器４３で乗算器４２からの入力を加算されるのは、角周波数ω0を１／１０にした（０．１を掛けた）値になる。つまり、ω0に代えてＴω0が入力される。
【００４６】
以下に、図２に示す各計測装置Ａ１〜Ａ５において、サンプリング位相θiが収束することを確認したシミュレーションについて説明する。
【００４７】
計測装置Ａ１〜Ａ５のサンプリング位相θ1〜θ5の初期値を、それぞれ、θ1＝π/２，θ2＝０，θ3＝π，θ4＝３π/２，θ5＝−π/４としてシミュレーションを行った。図４は、当該シミュレーションの結果を示すものであり、それぞれ計測装置Ａ１〜Ａ５のサンプリング位相θ1〜θ5のうちの角周波数ω0に応じて変化する成分を除いたものの時間応答を示している。同図（ａ）は、サンプリング位相θiの同期を行わなかった場合（すなわち、図１に示す演算部４１および通信部５がない構成の場合）のものであり、同図（ｂ）は、サンプリング位相θiの同期を行った場合（すなわち、図１に示す構成の場合）のものである。同図（ａ）においては、初期値から変化していない。一方、同図（ｂ）においては、初期値の相加平均値である「１１π/２０」に収束している。
【００４８】
本実施形態によると、電力系統Ｂに配置されている各計測装置Ａがそれぞれ少なくとも１つの計測装置Ａ（例えば、近隣に位置するものや、通信が確立されたもの）と相互通信を行っており、各計測装置Ａの通信状態が連結状態であることで、すべての計測装置Ａのサンプリング位相θiが同じ値に収束する。したがって、各計測装置Ａは、サンプリング位相θiに基づいてサンプリングを行うことで、他の計測装置Ａと同じタイミングでサンプリングを行うことができる。これにより、各計測装置Ａは、離れた箇所に配置されていたとしても、同じタイミングで電圧位相を計測することができる。
【００４９】
また、各計測装置Ａがそれぞれ少なくとも１つの計測装置Ａと相互通信を行っており、計測装置Ａの通信状態が連結状態であればよいだけであり、各計測装置ＡがＧＰＳと通信を行う必要はない。
【００５０】
なお、本実施形態においては、計測装置Ａのサンプリング位相θiの初期位相のずれを補償するように変化する成分を、各計測装置Ａのサンプリング位相θiの初期値の相加平均値に収束させる場合について説明したが、これに限られない。演算部４１に設定する演算式によって、収束値θαは変わってくる。
【００５１】
例えば、演算部４１に設定する演算式を下記（４）式とした場合、収束値θαは下記（５）式に示すような値になる。ｄiは、通信部５が通信を行う他の計測装置Ａの数、すなわち、通信部５に入力されるサンプリング位相θjの数である。つまり、収束値θαは、通信相手の数による重み付けを行った、各計測装置Ａのサンプリング位相θiの初期値の加重平均値である。
【数４】
2015152345.tif 000006
【００５２】
また、演算部４１に設定する演算式を下記（６）式とした場合、収束値θαは下記（７）式に示すように、各計測装置Ａのサンプリング位相θiの初期値の相乗平均値（幾何平均値）になる。
【数５】
2015152345.tif 000007
【００５３】
また、演算部４１に設定する演算式を下記（８）式とした場合、収束値θαは下記（９）式に示すように、各計測装置Ａのサンプリング位相θiの初期値の調和平均値になる。
【数６】
2015152345.tif 000008
【００５４】
また、演算部４１に設定する演算式を下記（１０）式とした場合、収束値θαは下記（１１）式に示すように、各計測装置Ａのサンプリング位相θiの初期値のＰ次平均値になる。
【数７】
2015152345.tif 000009
【００５５】
なお、上記第１実施形態においては、各計測装置Ａが相互通信を行う場合について説明したが、これに限られず、片側通信を行うようにしてもよい。例えば、図５に示すように、計測装置Ａ１が計測装置Ａ２に送信のみを行い、計測装置Ａ２が計測装置Ａ１から受信のみを行って、計測装置Ａ３に送信のみを行い、計測装置Ａ３が計測装置Ａ２から受信のみを行って、計測装置Ａ４に送信のみを行い、計測装置Ａ４が計測装置Ａ３から受信のみを行って、計測装置Ａ５に送信のみを行い、計測装置Ａ５が計測装置Ａ４から受信のみを行う場合でも、サンプリング位相θiの同期を行うことができる。より一般的に言うと、電力系統Ｂに配置されている計測装置Ａから送信先をたどっていくと、電力系統Ｂに配置されている任意の計測装置Ａに到達することができる状態（グラフ理論における「全域木を含む」状態）であることが、サンプリング位相θiの同期を行うことができる条件である。
【００５６】
上記第１実施形態においては、位相算出部３が電圧位相を算出する場合について説明したが、これに限られない。位相算出部３が電圧の周波数を算出するようにして、計測装置Ａを周波数計測装置として機能させてもよい。また、サンプリング部２から出力されるデジタル電圧信号をそのまま出力して、電圧計測装置として機能させてもよい。同様に電流センサを設けてサンプリング部２から出力されるデジタル電流信号をそのまま出力して、電流計測装置として機能させてもよい。さらに、電圧センサ１が検出する電圧信号と電流センサが検出する電流信号とを利用し、有効電力を算出して出力する有効電力計測装置や、無効電力を算出して出力する無効電力計測装置として機能させてもよい。計測装置Ａを有効電力計測装置として機能させる場合を、第２実施形態として、以下に説明する。
【００５７】
図６は、第２実施形態に係る計測装置（有効電力計測装置）Ａ’を説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る計測装置Ａ（図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。第２実施形態に係る有効電力計測装置Ａ’は、電流センサ１’をさらに備えている点と、位相算出部３に代えて有効電力算出部３’を備えている点で、第１実施形態に係る計測装置Ａと異なる。
【００５８】
電流センサ１’は、配電線（または送電線）に配置されて、配置位置の電流信号を検出するものである。検出された電流信号は、サンプリング部２に出力される。サンプリング部２は、さらに、電流センサ１’より入力される電流信号に対してもサンプリング位相θiに基づくサンプリングを行い、デジタル信号に変換する。
【００５９】
有効電力算出部３’は、サンプリング部２より入力されるデジタル電圧信号およびデジタル電流信号に基づいて、有効電力Ｐを算出するものである。
【００６０】
図７は、有効電力算出部３’の内部構成の一例を示す図である。
【００６１】
有効電力算出部３’は、３相の電圧信号および電流信号に基づいて、有効電力Ｐを算出するものであり、αβ変換部３１，３１’、ｄｑ変換部３２，３２’、および、電力算出部３５を備えている。
【００６２】
αβ変換部３１は、図３に示すαβ変換部３１と同様のものであり、サンプリング部２より入力される３相のデジタル電圧信号Ｖu、Ｖv、Ｖwを２相の電圧信号Ｖα、Ｖβに変換する。また、ｄｑ変換部３２は、図３に示すｄｑ変換部３２と同様のものであり、αβ変換部３１から電圧信号Ｖα、Ｖβが入力され、同相成分Ｖdと位相差成分Ｖqとを算出する。αβ変換部３１’は、サンプリング部２より入力される３相のデジタル電流信号Ｉu、Ｉv、Ｉwを２相の電流信号Ｉα、Ｉβに変換する。また、ｄｑ変換部３２’は、αβ変換部３１’から電流信号Ｉα、Ｉβが入力され、同相成分Ｉdと位相差成分Ｉqとを算出する。
【００６３】
電力算出部３５は、ｄｑ変換部３２より入力される同相成分Ｖdおよび位相差成分Ｖqと、ｄｑ変換部３２’より入力される同相成分Ｉdおよび位相差成分Ｉqとから、下記（１２）式に基づいて、有効電力Ｐを算出して出力する。
【数８】
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【００６４】
なお、図７に示す有効電力算出部３’は、あくまでも一例であって、これに限られない。例えば、電圧信号Ｖα、Ｖβおよび電流信号Ｉα、Ｉβから有効電力Ｐを算出するようにしてもよいし、デジタル電圧信号Ｖu、Ｖv、Ｖwおよびデジタル電流信号Ｉu、Ｉv、Ｉwから有効電力Ｐを算出するようにしてもよい。
【００６５】
第２実施形態においても、各有効電力計測装置Ａ’がそれぞれ少なくとも１つの有効電力計測装置Ａ’と相互通信を行っており、各有効電力計測装置Ａ’の通信状態が連結状態であれば、すべての有効電力計測装置Ａ’のサンプリング位相θiを同期させることができる。したがって、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、有効電力算出部３’で有効電力を算出する代わりに、無効電力を算出するようにすれば、有効電力計測装置Ａ’を無効電力計測装置として機能させることができる。
【００６６】
上記第１および第２実施形態においては、電力系統Ｂの各箇所の電気的情報を計測する場合について説明したが、これに限られない。本発明は、電気的情報以外の各種情報（例えば、温度、日射強度、湿度、気圧など）を計測する場合にも適用することができる。計測装置Ａを温度計測装置として機能させる場合を、第３実施形態として、以下に説明する。
【００６７】
図８は、第３実施形態に係る計測装置（温度計測装置）Ａ”を説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る計測装置Ａ（図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。第３実施形態に係る温度計測装置Ａ”は、電圧センサ１に代えて温度センサ１”を備えている点と、位相算出部３を備えていない点で、第１実施形態に係る計測装置Ａと異なる。
【００６８】
温度センサ１”は、配置位置の温度を検出するものであり、例えばサーミスタや熱電対を利用したものである。検出された温度に応じた電圧信号（以下では「温度信号」とする）は、サンプリング部２に出力される。サンプリング部２は、温度センサ１”より入力される温度信号に対してサンプリング位相θiに基づくサンプリングを行い、デジタル信号に変換する。
【００６９】
第３実施形態においても、各温度計測装置Ａ”がそれぞれ少なくとも１つの温度計測装置Ａ”と相互通信を行っており、各温度計測装置Ａ”の通信状態が連結状態であれば、すべての温度計測装置Ａ”のサンプリング位相θiを同期させることができる。したがって、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００７０】
本発明に係る計測装置、電力系統監視システムおよび計測方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る計測装置、電力系統監視システムおよび計測方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００７１】
Ａ，Ａ１〜Ａ５  計測装置
Ａ’  有効電力計測装置
Ａ”  温度計測装置
１  電圧センサ
１’  電流センサ
１”  温度センサ
２  サンプリング部
３  位相算出部
３’  有効電力算出部
３１，３１’  αβ変換部
３２，３２’  ｄｑ変換部
３３  ＰＩ制御部
３４  ＶＣＯ
３５  電力算出部
４  サンプリング位相生成部
４１  演算部
４２  乗算器
４３  加算器
４４  積分器
５  通信部
Ｂ  電力系統
Ｃ  監視装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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４】
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