(57)【要約】      （修正有）【課題】電源側と負荷側の間に接続されたリアクタンスと抵抗で構成された回路の両端の電圧位相差と電圧値差の測定値から負荷側の電力値を求める方法において、電圧位相差と電圧値差の測定を容易に行える方法を提供する。【解決手段】リアクタンスと抵抗で構成された回路素子２の両端に生じる夫々の電圧値をサンプリングして各電圧値の差分データを収集し、電圧値差分データと最も近似する電圧位相差と電圧値差の組合せを演算で求める。【選択図】図１
2017090184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と電力を消費する電力負荷と電力線及びリアクタンスと抵抗を有する装置からなり、リアクタンスと抵抗を有する装置を介して電源から電力負荷に電力が供給される構成を有する装置において、該リアクタンスと抵抗により電源側と電力負荷側の間に生じる電圧差と位相差を測定する方法で、電力負荷に供給される有効電力量若しくは無効電力量を算出する方法。
【請求項２】
電源と電力を消費する電力負荷と電力線及びリアクタンスと抵抗を有する装置からなり、リアクタンスと抵抗を有する装置を介して電源から電力負荷に電力が供給される構成を有する装置において、該リアクタンスと抵抗により電源側と電力負荷側の間に生じる電圧値の差分データを測定収集し、該電圧値差分データと最も近似する電圧差と位相差の組合せを演算で求める方法で、電力負荷に供給される有効電力量若しくは無効電力量を算出推定する方法。
【請求項３】
請求項１から２に記載する方法による電力量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電気設備が消費する電力量を量産向けの簡易な構成で計測する。
【背景技術】
【０００２】
省エネ対策を早期に進めることは喫緊の社会的な課題となっている。このために、電気設備や装置が消費する電力エネルギーのうち、無駄に使用されている部分を排除するための対策が求められている。ここでは、設備や機器が消費する電力量の実態を機器ごとや時間帯ごとに測定して把握する仕組みが必要となる。
【０００３】
一方、電力量の測定を行うためには電力計測装置が用いられる。電力測定装置は電力回路ごとに設置することが必要となり、このために電力消費の実態を詳細に把握しようとすればするほど多くの測定装置を必要とする。現状では、電力測定装置の価格が安価でないことから実効性のある計測をするために必要な多くの電力測定装置を設ける場合、導入費用が高額となる。結果的に多くの現場では必要な対象機器ごとの消費電力量を測定するための装置の普及が.進まない状況にある。特に、量産向けの安価な電力測定装置が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許公開２００１−１０３６８１
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】関根泰次著「電力系統解析理論」  電気書院  １９７５年
【発明の概要】
【０００６】
機器の消費する電力量を求めるために、通常は、対象となる電力消費機器に供給される電圧値と回路を流れる電流値を計測し、この値を使用したベクトル積演算を施す方法で電力量の算出が行われる。このため、電力測定装置は、電流センサー部と電圧センサー部を構成要件として、これらのセンサーが収集する値を用いて電力量を算出する演算機能部を設ける構成がとられる。これらのセンサーはいずれも欠くことができないことから装置の仕組みを簡単にすることは事実状困難で価格の低減を図るには限界がある。
【０００７】
一方、電気エネルギーには、リアクタンスを持つ回路を通過すると、電圧位相が変化する性質があることは知られている。例えば、非特許文献１によれば、リアクタンスと抵抗（以下、リアクタンス等という）より構成される回路を通過する電力量とリアクタンス等の関係は下記となることが開示されている。ここで、リアクタンス等のうち抵抗をＲ、リアクタンスをXとして、電源側と負荷側における電圧および位相をそれぞれVi、Vj、δi、δjとすれば、有効電力P、無効電流Jは、図２に示す計算式で求めることができる。
【０００８】
このリアクタンス等が持つ性質を使用すれば、電力回路に既知の容量のリアクタンスと抵抗を設けておき、両端の電圧位相差と電圧値の差を測定する方法で、電流を用いないで有効電力Pや無効電力量Qを測定することができるというわけである。一方、建物設備や生産設備などが電力を受電する場合には、通常は受電盤や分電盤が設けられ、ここには、保護用のブレーカーが設けられる。
【０００９】
このブレーカーにはその性質上過電流検出するためにコイル部品が用いられ、通常ここには固有のリアクタンスや抵抗の成分が含まれる。したがって、既知のリアクタンス容量や抵抗容量を持つブレーカーを使用すれば、ブレーカーの１次側と２次側の電圧位相と電圧値の差を測定する方法で、通過する電力量を算出することができるといえる。
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、たとえばブレーカーなどを通過する電力量がおよぼす電圧位相や電圧値の変化量は極めて小さく、このために上記の方法で実用的な精度の電力量を求めるためには僅かな電圧差や位相差を高精度で測定するための高価な装置が要求される。したがって、安価で広く普及を目的とする装置向けには実用性の点で極めて現実性の無い方法と考えられる。ここでは前記電圧位相差と電圧値差の測定が、実用的な精度で量産可能な、かつ安価な装置向に適用できる方法が求められる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
１次側と２次側の電圧差については、この差をＦ(ωｔ)とすれば、次の計算式で表すことができる。Ｆ（ωｔ）＝Ｖｓｉｎ（ωｔ）−  （Ｖ−δ）ｓｉｎ（ωｔ‐φ）
一方、１次側と２次側の電圧値および電圧の差の特性を示すサンプリングデータは、容易に採取することができる。
【００１２】
なぜなら、商用周波数の電源から派生する電圧波形であれば、１周期３６０度を、高々１度角から５度角程度の周期でサンプルデータを収集することで波形の持つ特徴を把握できるからである。因みに、5度角６０Ｈｚの場合では、３６０度／５度×６０Ｈｚで、４３２０サンプル／秒程度となる。これは入手が容易な安価なマイコンを用いて十分に処理できる程度といえる。
【００１３】
上記の式では、δとφが未知数となるわけであるが、これらの値を求めるために、ここでは、収集した複数の電圧差のサンプル値のすべてについて、最も近いＦ（ωｔ）の計算値を生じせしめる一組のδとφを求める方法をとる。
【００１４】
例えば、５度角ごとのサンプルを使用するケースでは、ωｔを２π／７２、（２π／７２）×２、（２π／７２）×３・・・、（２π／７２）×７１と変動させて、それぞれのＦ（ωｔ）を計算して、対応するサンプル収集値について各サンプルの比較差の合計を保存する。次に、δとφの値を微少に変動させて、各サンプルの比較差の合計を求める。複数のδとφの値の組合せのうち、比較差の合計値が最も小さくなるδとφの組合せ値が、ここで求める値となる。δとφが求まれば、有効電力Pと無効電力Qは前述の計算式で求めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
電流センサーを必要としない方法で電力の測定装置を構成することができるため、量産に適した簡易な装置の構成が可能となる。
【実施例１】
【００１６】
図１および図２を用いて、本発明の実施例とその作用について説明する。図１には、本発明を用いて電力を測定するための構成を示す。図２には、電力量を算出するための、電圧差と電圧位相差を求める処理フローを示す。
【００１７】
図１に示す装置は、電源（３）および負荷（４）と、受電盤や分電盤に設けられるブレーカーなどに含まれるリアクタンスと抵抗よりなる回路素子（以下、リアクタンス等という）（１）と電力測定装置（１０）、電源側の電力線（５）および負荷側の電力線（６）より構成される。
【００１８】
電力測定装置（７）は電圧入力部（８）と高調波フィルター部（９）、電力量計算部（１０）および表示出力部（１１）より構成される。電源側の電力線（５）からは、リアクタンス等（１）と負荷側の電力線（６）を介して負荷（４）に電力が供給される。ここで、電源側の電圧と負荷側の電圧は、電力測定装置（７）を構成する電圧入力部（８）が取り込み、高調波フィルターで高調波成分を除去して電力量計算部（１０）に通知される。電力量計算部（１０）では電源側の電圧および電源側と負荷側の電圧差を抽出して、電圧位相差を計算する。この結果得られた位相差と測定した電源側電圧を用いて、電力量を算出する。ここでは、
図２に示す方法で電圧差と位相差を求めることができる。電力量は、発明の概要欄に記載する計算式で求めることができる。
【００１９】
計算結果は、表示出力部（１１）から電力量の値を必要とする設備の運転員や制御装置またはコンピュータなどに通知する。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
電力機器が消費する電力量を測定することは、省エネ対策を進めるための最も基本的なことである。本発明の実施により電力測定のための仕組みを簡単にすることができる。装置の製作費用も安価にすることが可能となることから省エネ対策の普及に貢献できるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】発明の構成図
【図２】電力量と電圧と位相の関係を示す式
【図３】電力量を求めるプログラム処理の例
【符号の説明】
【００２２】
１  回路装置
２  リアクタンスと抵抗で構成される回路素子
３  電源
４  負荷
５  電源側の電力線
６  負荷側の電力線
７  電力測定装置
８  電圧入力部
９  高調波フィルター部
１０  電力量計算部
１１  表示出力部
【図１】
2017090184.tif 000003
【図２】
2017090184.tif 000004
【図３】
2017090184.tif 000005