(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源系から配電網または配電設備を経て電力が供給される複数の負荷における電力消費量を測定する装置であって、
前記配電網または配電設備上の一測定点における電力消費量を測定する電力消費量測定部と、
供給される前記電力の周波数以外の少なくとも１種類の周波数における配線間インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
前記電力消費量の時間変化と、前記配線間インピーダンスの時間変化を、予め測定した前記各負荷の、電力消費量の時間変化と、配線間インピーダンスの時間変化と照合することで、前記電力消費量の時間変化の原因となった負荷を特定し、該時間変化を該特定された負荷による電力消費分として割り当てる負荷電力消費量解析部と
を有する電力消費量測定装置。
【請求項２】
前記負荷電力消費量解析部が、前記電力消費量の時間変化を抽出する電力消費量時間変化抽出部と、前記配線間インピーダンスの時間変化を抽出するインピーダンス時間変化抽出部と、前記各負荷について、予め得られた電力消費量の時間変化とインピーダンスの時間変化を記憶する記憶部と、新たに測定された前記電力消費量の時間変化および前記インピーダンスの時間変化とを、前記記憶部に記憶されている電力消費量の時間変化とインピーダンスの時間変化と照合して、前記電力消費量の時間変化の原因となった負荷を特定する負荷特定部と、該測定された電力消費量の時間変化分を該特定された負荷の電力消費量として割り当てる負荷電力消費量確定部とを含む、請求項１に記載の電力消費量測定装置。
【請求項３】
前記インピーダンス測定部は、前記複数の負荷までの配線および各負荷の入力インピーダンスの合成値を測定する、請求項１または２に記載の電力消費量測定装置。
【請求項４】
前記電力消費量の時間変化および前記配線間インピーダンスの時間変化が、時間微分または時間変化パタンである、請求項１から３のいずれかに記載の電力消費量測定装置。
【請求項５】
商用電源系から配電網または配電設備を経て電力が供給される複数の負荷における電力消費量を測定する方法であって、
前記配電網または配電設備上の一測定点における電力消費量を測定する電力消費量測定ステップと、
供給される前記電力の周波数以外の少なくとも１種類の周波数における配線間インピーダンスを測定するインピーダンス測定ステップと、
前記電力消費量の時間変化と、前記配線間インピーダンスの時間変化を、予め測定した前記各負荷の、電力消費量の時間変化と、配線間インピーダンスの時間変化と照合することで、前記電力消費量の時間変化の原因となった負荷を特定し、該時間変化を該特定された負荷による電力消費分として割り当てる負荷電力消費量解析ステップと
を有する電力消費量測定方法。
【請求項６】
前記負荷電力消費量解析ステップが、前記電力消費量の時間変化を抽出する電力消費量時間変化抽出ステップと、前記配線間インピーダンスの時間変化を抽出するインピーダンス時間変化抽出ステップと、前記電力消費量時間変化抽出ステップと前記インピーダンス時間変化抽出ステップにより得られた電力消費量の時間変化とインピーダンスの時間変化を、前記各負荷について、予め得られた電力消費量の時間変化とインピーダンスの時間変化と照合して、前記電力消費量の時間変化の原因となった負荷を特定する負荷特定ステップと、該測定された電力消費量の時間変化分を該特定された負荷の電力消費量として割り当てる電力消費量確定ステップとを含む、請求項５に記載の電力消費量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電源系から配電網または配電設備を経て電力が供給される複数の負荷における電力消費量を測定する装置および方法に関し、特に電力負荷の変動の原因となった負荷を特定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭において省エネを推進するためには、機器毎の電力消費実績を捕らえることが重要である。このためには、機器毎に消費電力または消費電流の測定装置を取り付けるのが理想ではあるが、測定対象とする機器に測定器を取り付けるスペースがないか、美観および安全上の問題から取り付けができないケースが多い。例えば、測定対象と機器が電力の供給を受けるコンセントの位置が家具の裏であったり、エアコン用コンセントのように高所であったり、またシーリングライトやＩＨクッキングヒータのように、測定対象機器内に給電点が隠蔽されてしまう等、多くの測定対象において実質的に測定器を取り付けたり固定する余地がない。
【０００３】
前記のように個別の機器を計測するのではなく、分電盤の分岐回路毎に測定装置を取り付け、ある一定の配電範囲毎に消費実績を捕らえる方法も考えられる。この場合、本来目的としている個別の使用機器を特定することはできない。また、多数の系統を測定する必要があり、測定用の引き出し線が増えるため分電盤の蓋を閉めることができなくなり、操作性や安全性に加え、美観的にも問題が出る。また、家庭用分電盤は昨今分電盤の小型化により、分岐回路間隔が狭あい化しており、電流センサの取り付け自体が困難と言う問題もある。
【非特許文献１】「非侵入型電気機器モニタリングシステムの開発」電中研レビュー第４１号、Ｐ．３８〜４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
稼動中の負荷を少ない測定箇所で識別し、それぞれの消費電力を特定できる測定装置および方法が望まれる。例えば分電盤のメインブレーカーの直近等、給電点の一箇所での測定で稼動している機器（負荷）を識別できるのが理想である。
【０００５】
給電点付近の一箇所での測定により負荷の稼動状況を推定する手法として、消費電流に含まれる高調波成分の分布を求め、予め求めた負荷毎に求めた分布と照合することにより、稼動している負荷を推定する方法が提案されている（非特許文献１）。これは、負荷の種類や運転状態により消費電流に含まれる高調波成分の分布が異なることを利用したものである。
【０００６】
しかし、従来エアコン等一部の大型家電にしか搭載されていなかったインバータが、より小型の家電にも広く搭載されるようになり、類似の高調波分布を持つ機器が増えたこと、高調波に対する規制の強化から、１機種から発生する高調波の絶対量や基本波に対する高調波の占める割合が以前より減少していること等により、負荷推定のための特徴抽出が難しくなってきた。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、負荷の推定において前記高調波分布に例示される負荷固有の情報のみでなく、負荷の接続位置までの経路を反映した情報を取得することにより、電力負荷の変動の原因となった負荷を特定する、より汎用性をもった電力消費量測定装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明は、電力消費量の時間に対する変化（以降電力消費量の時間変化と記す）と、供給電力とは異なる周波数で、かつ１種類以上の異なる周波数におけるインピーダンスの時間に対する変化（以降インピーダンスの時間変化と記す）とを求め、予め求めた負荷毎の電力消費量の時間変化およびインピーダンスの時間変化と照合し、それらの一致により、電力消費量の時間変化の原因となった負荷を特定し、当該電力消費量の時間変化分を該負荷の消費分として割り当てる。
【０００９】
ここで、「時間変化」は、数分から数十分間のオーダーで見るような「時間変動パタン」を指す。ただし、特定の精度を上げるため、時間微分値を併用してもよい。
【００１０】
次に、本発明の原理について説明する。
【００１１】
負荷として例えばスイッチング電源装置を内蔵した薄型テレビと照明とを例にとり、それぞれを起動させた場合の電力消費量の違いについて説明する。電力消費量の変化は両者共似通っている場合が多く、必ずしも区別をつけるのは容易ではない。ここで、電力消費量の変化前後において、例えば２つの異なる周波数において線間インピーダンスを測定する。一つの周波数は、例えば１０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚのような装置内の電源の制御状態を反映しやすい周波数域で、かつ装置内に設置されているノイズフィルタの影響を比較的受けにくい周波数域より選択する。なお、法規制の問題がなければ、さらに１０ｋＨｚ未満の周波数域で測定するとなおよい。もう一つの周波数は、例えば３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚのように装置内に設置されているノイズフィルタの影響を受ける周波数で、測定点から被測定対象負荷までの配線長に近い波長を有する周波数域より選択する。
【００１２】
前者である第１の周波数におけるインピーダンスは、主に負荷内の電源の制御状態や負荷の運転状態を反映する。また、後者である第２の周波数におけるインピーダンスは、ノイズフィルタの存在により装置内電源や運転状態の変化を反映しにくくなるが、代わりに装置までの途中の配線長や分岐状態の変化を良く反映する。
【００１３】
例えばテレビ内のスイッチング電源と白熱電球や銅鉄型安定器を使用した蛍光灯の照明とを比較すると、第１の周波数のインピーダンスが異なる値を示すため、インピーダンスの変化だけでどちらが起動したかを識別できる。
【００１４】
また、照明がインバータ式であって、力率改善回路の特性によっては、テレビ内のスイッチング電源の特性と類似する場合もあり、第１の周波数におけるインピーダンスの変化だけでは識別が困難になる場合もある。この場合であっても、測定点からそれぞれの機器までの配線経路が異なるため、第２の周波数におけるインピーダンスの変化を利用すれば、これを識別できる。特に、照明を壁スイッチ操作で点灯した場合、配線長および末端のインピーダンスが明確に変化するためこれを検出できる。
【００１５】
このように、適切に周波数を選択してインピーダンスを測定することにより、電力消費量の変化を起こした負荷を特定することができる。
【００１６】
以上の説明では、インピーダンスを測定する周波数を２種類としたが、配線や負荷の組み合わせにより適切な周波数は異なる。このため、より多くの種類の周波数を使用するか、連続的に周波数を変化させてインピーダンスを測定することにより、負荷特定の精度を上げることができる。
【００１７】
上記原理を利用し、予め機器毎に起動してから所定の時間の間の電力消費量の時間変化と、所定周波数におけるインピーダンスの時間変化とを求めてこれらをデータベース化しておく。電力消費量の変化が起きた際に、その時間変化と所定の周波数におけるインピーダンスの時間変化とを求め、前記データベースに格納された情報と照合し、それらの一致度により負荷を特定することができる。その上で、前記電力消費量の変動分を、特定した負荷の消費分として割り当てる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、インピーダンスの測定に使用する周波数を適切に組み合わせることにより、測定対象となる負荷の情報に加え、測定点から負荷までの配線の状態の違いを反映した情報を取り込むことができる。これにより、機器の性情が類似であっても、設置位置や配線方法が異なれば、これを識別することが可能となる。なお、前述の配線の状態の違いを反映した情報とは、配線長、経路途中の分岐の組み方、他の負荷の接続数や接続の有無を意味する。
【００１９】
この結果、例えば受電点一箇所の測定で、負荷毎の電力消費量を求めることができ、センサの数や測定用引き出し線の数を大幅に減らすことができる。具体的には、電力消費量検出用の電流センサと、インピーダンス測定および電圧および電圧位相検出用の取出し線があればよい。例えばメインブレーカー直近であれば、配線間隔も広く、電流センサの挿入が容易である。また、インピーダンス測定および電圧および電圧位相測定用の取出し線は兼用とすることも可能であり、従来の分岐回路毎にセンサを挿入する場合に比べ、引き出し線数を大幅に減少させることができ、分電盤の蓋を締めることも容易となる。さらに、負荷固有の情報に加え、負荷までの配線を反映した情報を併用することから、従来に比べ類似性情を有する負荷の稼動をより容易に識別できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明の一実施形態の電力消費量測定装置のブロック図である。
【００２２】
本実施形態の電力消費量測定装置１は、商用電源２より複数の負荷４-１〜４-ｎに電力を供給する配電設備３に接続され、電力消費量測定部１１とインピーダンス測定部１２と負荷電力消費量解析部１３と表示部１４を有する。電力消費量測定部１１は、商用電源２より供給される電力の、周波数（５０ヘルツまたは６０ヘルツ）における消費量を測定する。インピーダンス測定部１２は、前記電力の周波数以外の少なくとも１種類の周波数を発振する周波数発振部を含み、前記電力の周波数以外の少なくとも１種類の周波数におけるインピーダンスを測定する。負荷電力消費量解析部１３は、電力消費量測定部１１で測定された電力消費量の時間変化と、インピーダンス測定部１２で測定された配線間インピーダンスの時間変化を、予め測定した、各負荷４-１〜４-ｎの電力消費量の時間変化と、配線間インピーダンスの時間変化と照合することで、前記電力消費量の時間変化の原因となった負荷を特定し、該時間変化を該特定された負荷による電力消費分として割り当てる。表示部１４は、特定した負荷の消費の割り当て結果を表示する。
【００２３】
インピーダンス測定部１２が計測する配線間インピーダンスは、接続点（測定点）における「合成インピーダンス」となる。
【００２４】
具体的には、
・測定点から見て上流側：原理的には、変電所までのインピーダンスや隣の家の機器（負荷）まで見えるが、実際にはあまり低い周波数を使用しないことと、通常注入する高周波の出力を適度に抑えるので、柱状変圧器までの配線とせいぜい当該変圧器までが見える。
・測定点から見て下流側：複数の機器までの配線および各機器に入力インピーダンスの合成値（ただし、機器の途中にスイッチがある場合は当該スイッチまでの配線インピーダンス）。
【００２５】
想定される測定点はメインブレーカーの真下である。ただし、ここである必要はなく、より下流でもよい。
【００２６】
図２は図１の負荷電力消費量解析部１３の詳細を示すブロック図である。
【００２７】
負荷電力消費量解析部１３は電力消費量時間変化抽出部１５とインピーダンス時間変化抽出部１６と記憶部１７と負荷特定部１８と負荷電力消費量確定部１９を含む。電力消費量時間変化抽出部１５は電力消費量の時間変化を抽出する。インピーダンス時間変化抽出部１６は、インピーダンスの時間変化分を抽出する。記憶部１７は、負荷４-１〜４-ｎに対して予め求めた所定の時間内における電力消費量の時間変化および前記電力周波数以外の周波数におけるインピーダンスの時間変化を記憶する。負荷特定部１８は、測定された前記電力消費量の時間変化と前記インピーダンスの時間変化を、記憶部１７内の情報と照合して、それらの一致度から前記電力消費量の時間変化の原因となった負荷を特定する。電力消費量確定部１９は、測定された電力消費量の時間変化分を、特定した負荷の消費として割り当てる。
【００２８】
次に、本実施形態の電力消費量測定装置の動作を図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２９】
まず、各負荷４-１〜４-ｎを起動して、負荷４-１〜４-ｎ毎の基礎データを求める（図３左側）。電力消費量測定部１１で電力消費量を測定し（ステップ１０１）、その結果から電力消費量時間変化抽出部１５で電力消費量の時間変化分を抽出する（ステップ１０２）。これと並行して、供給される電力の周波数とは異なる１つ以上の周波数におけるインピーダンスをインピーダンス測定部１２で測定し（ステップ１０３）、その結果からインピーダンスの時間変化分をインピーダンス時間変化抽出部１６で抽出する（ステップ１０４）。両ステップ１０２と１０４の結果を負荷４-１〜４-ｎ毎の基礎データとして記憶部１７に格納する（ステップ１０５）。
【００３０】
次に、実際の電力消費量を測定し、その時間変化の原因となった負荷を特定する（図３右側）。まず、電力消費量測定部１１で電力消費量を測定し（ステップ２０１）、測定した結果から、電力消費量時間変化抽出部１５にて電力消費量の時間変化分を抽出する（ステップ２０２）。これと並行して、インピーダンス測定部１２で、供給電力の周波数以外の周波数における配線間インピーダンスを測定し（ステップ２０３）、その時間変化分をインピーダンス時間変化抽出部１６にて抽出する（ステップ２０４）。次に、負荷特定部１８にて、電力消費量の変化が認められた場合は（ステップ２０５）、測定された電力消費量の時間変化と、インピーダンスの時間変化の結果を、記憶部１７に予め記憶された、負荷４-１〜４-ｎに対して求めた電力消費量およびインピーダンスの時間変化のパタンと照合し、それらの一致度から電力消費量の変化の原因となった負荷を確定する（ステップ２０６）。さらに、負荷電力消費量確定部１９にて、電力消費量時間変化抽出部１５で抽出した電力消費量の時間変化分を負荷特定部１８にて特定した負荷の消費分として確定し（ステップ２０７）、記憶部１７に格納する（ステップ２０８）。また、記憶部１７には、電力消費量測定部１１にて測定した、割当前の負荷毎の総電力消費量を併せて格納する（ステップ２０８）。なお、必要に応じて、前記の格納した結果を表示部１４にて表示する（ステップ２０９）。
【００３１】
本実施形態では負荷特定の基となる負荷毎の電力消費量およびインピーダンスの時間変化パタンを予め求めて記憶部１７に格納している。ここで言う予め求めたデータは、本来目的とする電力消費量測定前に所定の負荷単体で測定したものでもよいし、また実際の電力消費量測定の中で、求めたデータであってもよい。また、インピーダンスを測定に使用する周波数は、複数の単一周波数を離散的に設定するものでもよいし、所定の周波数範囲内で連続的に変化させたものや、一定の帯域幅を有する周波数帯であってもよい。また、記憶部１７に、接続された負荷に対応して「時間変動パタン」に代えて、「時間微分値データ」を記憶させ、このデータと測定データとを照合させるようにしてもよい。さらに、本実施形態では表示部１４を設けているが、測定結果を外部に無線や信号線経由で送出したり、あるいは外部より必要に応じて測定結果を読み取りに来るようにすれば、必ずしも表示部１４を本測定装置に設ける必要はない。
【００３２】
なお、本発明の計測系内に同種の機器（負荷）が２つ以上、ほぼ等距離で設置された場合でも、実際の屋内配線の敷設の仕方が全く同じケースは極めて稀であることから、本願発明は殆どの場合有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態の電力消費量測定装置のブロック図である。
【図２】図１の負荷電力消費量解析部の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の電力消費量測定装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１    電力消費量測定装置
２    商用電源
３    配電設備
４−１〜４−ｎ    負荷
１１    電力消費量測定部
１２    インピーダンス測定部
１３    負荷電力消費量解析部
１４    表示部
１５    電力消費量時間変化抽出部
１６    インピーダンス時間変化抽出部
１７    記憶部
１８    負荷特定部
１９    負荷電力消費量確定部
１０１〜１０５，２０１〜２０９    ステップ
【図１】
0005016498.tif 000002
【図２】
0005016498.tif 000003
【図３】
0005016498.tif 000004