(57)【要約】【課題】本発明の課題は、電気の省エネのために施設総体の電気消費量と複数の2次側負荷電流を自動計測しPLCモデムにより複数種類の電線を通信媒体としてネットワークを構成し計測データをWebサーバーに集約し電力消費動向をリアルタイムで可視化するシステムを提供することである。【解決手段】本装置は電圧入力端子は持たず、設置箇所の定格電圧値と本装置で検出する電流値によって見なし電力値を計算し積算値を取得する。電流計測装置は非接触の電流変性器を使用するが３線の電力回路に対してCTの使用個数を一個で済ませることも可能とし複数回路を切替えて計測する。計測データの一部を減算値として演算することを可能として同一盤内の管理対象外の回路の合算除外を合理化する。データはPLC網からIP変換器を介してサーバーへ集約する。ＰＬＣ網は通信の信号をAC，DC、高圧、低圧、無電圧など様々な電気媒体を信号結合器によって相互接続する。【選択図】図１
2009063360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー消費量を原単位で測定管理するシステムにおいて、複数種類の電圧の低圧側分電盤においては、原単位毎に電力量を測定する複数の電流測定装置と、本電流測定装置からの測定データを前記複数種類の電圧の電力線を媒体として搬送するスレーブＰＬＣ通信（電力線通信）装置とを備え、受変電装置（キューピクル）においては、マスタＰＬＣ通信装置と制御用ＣＰＵを備えると共に、前記複数種類の電圧の二次側電力線の信号を前記マスタＰＬＣとブリッジする信号結合器および切替スイッチを有し、マスタＰＬＣとスレーブＰＬＣ間の通信のエラーレートに応じて、前記切替スイッチを制御して信号結合器を切り離してＰＬＣ通信を行う事を特長とした電力量原単位監視システム。
【請求項２】
特許請求項１に記載の電力量原単位監視システムにおいて、マスタＰＬＣとスレーブＰＬＣ間の通信のエラーレートに応じて、スレーブＰＬＣ通信装置の信号送出レベルを切り替えると共にマスターＰＣＬ通信装置がブリッジする信号結合器を適数切り離し制御することを特長とした電力量原単位監視システム。
【請求項３】
特許請求項１に記載の電力量原単位監視システムにおいて、前記低圧分電盤側の電流測定装置としては、それぞれの電力線に流れる電流を測定する電流変成器と、複数の電流変成器を切り替えるアナログスイッチと、制御用ＣＰＵおよびパラメータメモリーとを備え、前記電流変成器の電流計測値を対応する当該パラメータメモリーの値で補正してそれぞれの電力量を求めることを特長とした電力量原単位監視システム。
【請求項４】
特許請求項３に記載の電力量原単位監視システムにおいて、三線式電力線の分電盤においては、当該電力線の負荷の平衡度を測定してパラメータメモリーに保存する手段を有し、電流変成器は１線で計測して対応する当該平衡度パラメータの値で補正して電力量を求めることを特長とした電力量原単位監視システム。
【請求項５】
特許請求項４に記載の電力量原単位監視ステムにおいて、管理対象外の電力回路の消費電力量に対応した前記パラメータ補正値はマイナスの値を保存する手段を有し、主回路の総電力計測量から当該管理対象外の回路の消費電力量を減算してデータを収集することを特長とした電力量原単位監視システム。
【請求項６】
特許請求項１に記載の電力量原単位監視システムにおいて、離れて点在する電力計測点に存在する各種電線を通信媒体としてデータ収集し、その通信媒体から計測装置自体の電源も供給できることを特長とした電力量原単位監視システム。
【請求項７】
特許請求項１に記載の電力量原単位監視システムにおいて、受変電装置内の電力計測点がすでに電力計測パルスを出力するデジタル電力計を装備している場合、前記の電力計測パルスをカウントする複数回路のカウンターとスレーブPLC通信装置を備えて、カウンターのデータをスレーブＰＬＣ通信装置を介してマスターPLC通信装置にデータを送信することを特長とした電力量原単位監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気の省エネによるコスト削減と、温室効果ガスとされるＣＯ２の排出削減の活動を効果的に推進するため、電気消費量をリアルタイムで可視化しデータを記録できるようにするものであり、その対象を小規模電気需用家から大規模に及ぶ広範囲に適用可能なシステムで安全で簡単に設置することができ、計測点の移動が容易で、かつ経済性にすぐれた電力監視測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力使用量の監視、計測には電力値を導くために電流測定と同時に、電圧測定をする必要があった。電流計測には非接触で電流を検出するためにＣＴ（電流変成器）を使用するが、電圧計測には測定線を電力線へ直接接続することが必要であった。そのため、電圧測定線の設置作業は危険を伴い、時間と手間を費やしていた。
電力消費の状況を離れた場所からリアルタイムで監視し、データを一元的に収集するための通信手段は、無線もしくは専用のワイヤを張り巡らせて、通信経路を確保している。
無線通信は、電波にせよ赤外線通信にせよそのための電源装置を必要とし、安定性を確保するために中継器を使用する例が多い。また、有線通信はケーブルの引き回しが手間と費用を発生し時には通線が著しく困難な場合もある。
そのため各部の電力消費量のデータを電力線を用いて、電力線通信（PLC通信）で送信することが考えられる。
しかしながら電力供給システムが大規模になってくると、電力線媒体の数と種類も増えて通信媒体内ノイズが増大すると共に負荷インピーダンスの変動も大きくなってくる。このためPLC通信が不安定となってくるという問題点があった。
【特許文献１】特許公開２００４−２８０４９９
【特許文献２】特許公開２００４−２３６０５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする主たる課題は、電力線に直接接続する必要がない多数の計測装置と電力線通信手段を用いて、電力消費の可視化とデータの一元的集中管理を手軽に低コストで実現する電力監視システムを提供することである。また大規模な電気需要家のシステムにも対応でき、電力線通信媒体のノイズや負荷の変動が大きくなっても安定した通信を行うことができる手段を提供することである。
これにより電気の省エネのため電気消費量のリアルタイム可視化を、安いコストで安全に実現する。また測定されたデータを通信モジュールを使って後方処理系に送信して処理を行い、インターネットによるWebアプリケーションによって、ビジュアルなリアルタイムトレンドグラフを提供する。こうしたシステムを電力消費量の小から大にいたる幅広い需要家に対し高い経済合理性をもって提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題の解決のため、本発明は電力量を数値化する方式として、電圧を計測しないで非接触の電流変成器による電流計測を行って、これからあらかじめパラメータとして記憶しておいた電圧値から、計算にて見なし電力量をもとめる。この見なし電力量計測で、３線電力回路の場合は、１箇のCT（電流変成器）で電流計測をすることでコスト削減と設置面積を少なくする。その手段として設置当初に取得する当該回路の電圧値と回路の平衡度パラメータを不揮発性メモリに記憶して、電流値サンプリングの都度その値を参照して見なし電力値を得ることによって実現する。
【０００５】
本発明は、測定データを電送する方式として、その計測箇所に配線されている低圧電力線を通信媒体とするPLC（電力線搬送通信）通信を使用する。PLC通信は通信媒体として電力線を使用する場合は電気設備の上位に位置する受変電設備がマスターPLC通信装置の設置位置となり、下流階層の電気諸設備の計測点を一元的に監視する。大規模施設において複数の受変電設備（或いはキューピクル）を備えている場合や、AC100VやAC200V等の異なる変圧器の電気回路の計測点に対しては、それぞれ信号結合器によって電気の異回路間でPLC通信をブリッジする。
ここでそれぞれの信号結合器とマスターPLC通信装置との間には切替スイッチを設ける。
PLC通信で使用する通信媒体内のノイズの増大や負荷インピーダンスの変化に対しては、通信のエラーレートを実証的に判断して、前記切替スイッチを制御して、信号結合器を適正に切離し安定な通信を確保する。
マスターPLC通信装置はTCP/IP変換機能をインターフェースとして備え、測定データのすべてはLAN上に設置するサーバーへ集約することで、ローカルエリア内でデータの監視表示を行ったり、またインターネットへ接続することで施設外のWebアプリケーションサービスを行い、大規模電力需用家の多数の管理対象を統合管理する機能を提供することも出来る。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の、ＰＬＣ通信を用いたエネルギー消費原単位監視システムは、前記のハードウェアとネットワーク構成によって、小規模だけでなく大規模な電力需要家まで、電気エネルギー消費の実態をリアルタイムで監視することが可能である。またそれぞれのスレーブPLC通信からの消費電力データは、ブリッジ信号結合器と切替スイッチを通してマスターPLC通信装置に送られるが、PLC通信間のエラーレートに応じて信号結合器を切り離すことで、負荷変動が大きくても安定な通信を行う事が出来るという効果を有する。
電気使用の観測点は、経済合理性の許す限り多数であることが望まれるが、それら全てが必ずしも常設である必要はない。本発明による計測器は移動が簡単であることから、一定期間観測後データを採取したのち他所へ移設しながら計測器を使いまわしができる。本発明により短期間で安全に低コストで電気利用の可視化が実現できるので、家庭や職場における省エネ活動の推進と、多数の工場、施設を擁するあらゆる組織の電気使用の統合的な管理を容易にするので、エネルギー消費原単位管理を広範な業態へ普及させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
発明を実施するため、本発明のエネルギー消費量を原単位で測定管理するシステムは、複数種類の電圧の低圧側分電盤においては電流測定装置１を設置し、本電流測定装置からの測定データを前記複数種類の電圧の電力線を媒体として搬送するスレーブＰＬＣ通信（電力線通信）装置２を備える。受変電装置（キューピクル）においては、マスタＰＬＣ通信装置３と制御用
ＣＰＵ４を備えると共に、前記複数種類の電圧の二次側電力線の信号を前記マスタＰＬＣとブリッジする信号結合器５および切替スイッチ６を有し、マスタＰＬＣとスレーブＰＬＣ間の通信のエラーレートに応じて、前記切替スイッチを制御して信号結合器を切り離してＰＬＣ通信を行う。本システムは以上の電流測定装置と電力消費量のデータ収集システムで構成される。
多様な環境の中でノイズとインピーダンスの変化が激しい通信媒体での通信の信頼性を確保するために、マスタＰＬＣとスレーブＰＬＣ間の通信のエラーレートに応じて、スレーブＰＬＣ通信装置の信号送出レベルを切り替えると共にマスターＰＣＬ通信装置がブリッジする信号結合器を切替スイッチを用いて適数切り離して制御する。
低圧分電盤側の電流測定装置としては、それぞれの電力線に流れる電流を測定する電流変成１３,１４と、複数の電流変成器を切り替えるアナログスイッチ１５と、制御用ＣＰＵおよびパラメータメモリー１６とを備え、前記電流変成器の電流計測値を対応する当該パラメータメモリーの値で補正してそれぞれの電力量を求める。
三線式電力線の分電盤においては、当該電力線の負荷の平衡度を測定してパラメータメモリーに保存し、電流変成器は１線で電流を計測して、対応する当該平衡度パラメータの値で補正して電力量を求める。
主回路の総電力計測量から管理対象外の回路の消費電力量を減算して管理対象の消費電力量を算出する場合は、当該管理対象外回路のパラメータメモリーには、マイナスの値を設定する。
受変電装置内の電力計測点がすでに電力計測パルスを出力するデジタル電力計を装備している場合、前記の電力計測パルスをカウントする複数回路のカウンター８とスレーブPLC通信装置を備える。
以下本発明の実施例を図面にもとづき詳細に説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明のエネルギー消費原単位監視システムの具体的な実施例を説明する構成図である。  図１において、１は電流測定装置、２はスレーブPLC通信装置であり、図１の配置例ではスレーブに固有のアドレスを与える。３はマスターPLC通信装置で４は制御用のCPUでありマスターPLC通信装置３と接続している。５は信号結合器、６は前記信号結合器５とマスターPLC通信装置３の接続を切り替える切替スイッチであり、通常は全てのチャンネルの信号結合器５に対して常時接続の状態に制御されている。
ここで電流測定装置１の詳細について図３を用いて説明する。
電流測定装置はエネルギー消費原単位管理で要求される計測点に設置される。分電盤側に多数の計測点が存在する場合の実施例を図３に示す。通常３線式の場合は、１回路につき電流測定装置は３線の回路を２個の分割型電流変成器CTa１３、CTb１４によって電流検出するが、両線の平均電流値の平衡度が一定の範囲内にある場合、その平衡度をパラメタメモリー１６に記憶し、１線の計測で運用することを許可する。電圧値はPLC通信モデムに供給する電源の電圧値を参照することによって電力値を算出する。そうした電力値取得が許されない計測点においては、本システムを設置する際に当該回路の電圧を別途計測しその値をパラメータメモリーへ記憶させることによって見なし電力値を計算で求める。
電流測定装置を測定対象の分電盤において複数回路へ設置する場合は、マルチ計測装置とし、電流変成器の１回路を主幹回路へ装着する。その分電盤のなかに管理対象以外のテナントショップ用の電気回路があって、その分を減算管理する場合は、その回路に対応する補正パラメータには減算パラメータを与える。この方法によって、主幹の電力値をもとに管理対象の電力量を少ない数の電流変成器で監視できる。
【０００９】
次にスレーブＰＬＣ通信装置２とマスタＰＬＣ通信装置３の間の通信媒体について具体的に説明する。
図１において、電流計測装置が検出演算した電力データはその位置に存在する電気回路の電線を媒体にして通信する。電線は一般的にはＡＣ２００Ｖ動力線９、またはＡＣ１００Ｖ電灯線１０である。電流計測装置はそれら電気回路から自身の動作電源を得る。その電源装置は入力定格AC100V〜250V程度のスイッチング電源を使用する。PLC通信の信号はその電源線に内部の回路で結合される。電源線への結合部には信号が電源装置に吸収されたり、ノイズの影響を受けないようブロックフィルターが使用されている。
その他のPLC通信線の具体例としては、計測部が、別の受変電装置の下流にある場合は図１の＃３で示すように信号を無電圧ワイヤ７から信号結合器で本システムに接続する場合や、計測部に電流測定装置１ｂ及びＰＬＣ通信装置２ｂの電源として使用できる低圧電源がない場合、或いは管理上AC100Vが使用できない環境ではマスターＰＬＣ通信装置３が設置されるエリアからＤＣ電源ライン１１を延ばし、図１の＃４に示すごとく電源線とPLC通信線を共用する例がある。
【００１０】
次にスレーブＰＬＣ通信装置２とマスタＰＬＣ通信装置３の間の通信動作について具体的に説明する。
さまざまな態様を取る計測点に対しデータを一元的に収集管理するマスターPLC通信装置３は、受変電設備あるいはキューピクルの一つに設置する。理由は電気回路が集中している箇所でデータ収集することが合理的であるからである。マスターPLC通信装置３にはCPU４と切替スイッチ６を接続し、電流測定装置１が接続されている電気回路に信号結合器５で接続する。マスターPLC通信装置３はすべての電流測定装置１のスレーブPLC通信装置２へポーリングをかける。通信のエラーレートの多いスレーブＰＬＣ通信装置が出現した場合、このスレーブ通信装置のアドレスを特定し、切替スイッチ６を制御して当該スレーブＰＬＣ通信装置以外に対応する信号結合器５を切替スイッチ６を使って切離し、再度特定してリンクコマンドを発行しキャリアを変更しながら当該スレーブＰＬＣ通信装置とのデータ通信の完遂を計る。電力線は負荷の変動とノイズが多く時間帯によって通信環境が著しく変化するためすべての計測点を同じ条件で通信できるとは限らないのでこのような手法が有効である。通常は切替スイッチ６は全ての信号結合器５に対して常時接続の状態に制御されており、スレーブPLC通信装置２が常時マスターPLC通信装置３からのキャリアを受信していることで、そのキャリアで自己の通信の待ち受け状態を保って短い時間でＰＬＣ通信に応答できるため効率的な通信が可能となっている。
図２において、スレーブPLC通信装置２は、常時マスターPLC通信装置３からのキャリアを受信していて、エラーレートを判断し信号送信アンプ１２のゲインを加減しながらデータを送信し、信号出力レベルを調整してもエラーレートが改善されない場合には、前記記述の切替スイッチ６を制御して該当するスレーブＰＬＣ通信装置間とのみ再度通信を行う。
図２にしたがって説明すれば、以下のようになる。
図２で切替スイッチ６はa〜nまで常時ONである。マスターＰＬＣ通信装置３はこの状態でスレーブＰＬＣ通信装置２のa〜nまでのすべてと通信が可能で、ポーリングを実行する。仮にスレーブＰＬＣ通信装置２aとのポーリングでエラーが多いときは、マスターＰＬＣ通信装置は６ａ以外の全ての切替スイッチをＯＦＦにして、スレーブＰＬＣ通信装置２ａに限定して通信を確立する。
以上の方法でスレーブＰＬＣ通信装置２とマスタＰＬＣ通信装置３の間の通信動作を安定して行う事が出来る。
マスターPLC通信装置３はＴＣＰ／ＩＰのインターフェースを持ち、ＬＡＮに接続することが出来る。
【実施例２】
【００１１】
図４において、キューピクル内だけを計測、監視する場合の実施例を示す。
電力需要５０Kw以上、数百KWの需用家において、キューピクル内或いは受変電設備内の電力取引用メータと複数回路の動力盤、電灯盤をリアルタイム監視するニーズは多い。
電力計測装置はパルスカウンター８の回路を複数持つPLC通信装置を使用し、複数回路の電力使用量データを回路ごとにIDを付加してマスターPLC通信装置が設置される電灯線回路へ信号結合してデータ送信する。PLCマスター通信装置は利用目的によって、LANへ結合しサーバー／インターネットで管理するか、表示、警報器で完結するかを選択する。
このケースでもテナントショップなど管理外の電力契約が含まれていることがあって、前記の減算処理が有効である。
【実施例３】
【００１２】
図５において、１８は低圧直流電線、１９はマスターＰＬＣ通信装置の近傍に配置する直流電源である。低圧電源（ＡＣ１００Ｖなど）が利用できない電力設備において高圧側の電力モニタリングを可能にする例を示す。１０００ＫＷを超える程の電力需用家にあっては構内を６６００Ｖの高圧で複数個所へ配電している例がある。図５において１８は低圧直流電線であり、ＰＬＣ通信の媒体として使われ、計測点の測定装置とＰＬＣ通信装置を駆動する電源線でもある。あるいはマスターＰＬＣ通信装置の直流電源１９を延長して通信媒体とすることも出来る。低圧直流電線１８へ使用する信号結合器５は周波数特性を考慮したコンデンサを使用しパルストランスは必要としない。
【００１３】
以下本発明のエネルギー消費原単位監視システムの収集データの活用方法について述べる。
各計測点から収集したデータをサーバーへ一元的に集約してデータベースを構成し、サーバー上にクライアントからの要求に対応するアプリケーションプログラムをインストールする。ＬＡＮ上にあるＰＣはＷｅｂブラウザを使用して、リアルタイムグラフや種々の情報提供を受ける。
サーバーは、適時に登録する計測点の属性情報から、生活／休止／準備、生産／休止／準備、営業／休止／準備、サービス／休止／準備、運転／休止／準備、等、エネルギー消費の態様を判断し、分類し、記憶し、リアルタイム表示し、帳票出力等を行う。
サーバー上に置かれるデータベースとプログラムは各利用者へ均一の情報提供を行うので拡張、改訂など保守管理が容易である。
【００１４】
前記のネットワークはインターナルで利用するが、ルータを介してインターネットへ接続することが容易であり、外界に設置するＷｅｂサーバーにより、携帯電話からも利用可能なＷｅｂアプリケーションプログラムを一元的に提供し日毎のエネルギー消費原単位管理指標を提供する。
ＬＡＮへ接続状態からルータを介してインターネットへ接続することでインターネット上に存在する地元気象台が提供している気象データなどを取り込んで前記説明によるインターナルな情報提供と関連付けて、エネルギー消費原単位管理についてより有効な情報提供が可能となる。電力需用家がインターネット上に自社のＷｅｂサーバーを構築することで、自社グループの一括管理ができる。
Ｗｅｂサーバーは、携帯電話からも利用可能なＷｅｂアプリケーションプログラムを一元的に提供し日毎のエネルギー消費原単位管理指標を提供する。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明よって、電力需用家は工場内に、施設内に、設備に多数の電力計測装置を配置しネットワーク化することが安全に、低コストで実現できる。これによって社会の生産活動、生活活動にともなう電力消費のリアルタイム可視化の影響力を広範な電気利用者に及ぼすことが出来る。電気利用のムダ、ムラを排除し適切なエネルギー利用が利益を生むことであり、地球温暖化の有効な対策でもあることの真正な意義をすみずみに浸透させていくことができる。電気利用の改善策を実行したときその結果をその場で検証可能とする表示器、サーバー、インターネットによる有効な情報提供がこの発明によって多彩に展開する。自分が利用している実態が時間を遡行して比較でき、他社あるいは同グループの他所がどのように利用しているかの比較が論理的にできるようになって省エネ活動はより公正な態様となり、インセンティブな施策の普及を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のエネルギー消費原単位監視システムの構成を示す図である。
【図２】本発明装置の切替スイッチの動作を示す図である。
【図３】本発明装置の分電盤側の電流測定装置の構成を示す図である。
【図４】キューピクル内だけで消費電力を計測、監視する場合の構成を示す図である。
【図５】低圧電源を使用できないエリアで計測を実施する場合の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
１    電流測定装置
２    スレーブＰＬＣ通信装置
３    マスターＰＬＣ通信装置
４    ＣＰＵ
５    信号結合器
６    切替スイッチ
７    無電圧ワイヤ
８    パルスカウンター
９    ＡＣ２００Ｖ動力線
１０  ＡＣ１００Ｖ電灯線
１１  ＤＣ電源ライン
１２  信号送出アンプ
１３  電流変成器CTa
１４  電流変成器CTb
１５  アナログスイッチ  
１６  パラメータメモリー
１７  ＡＣ１００Ｖ電灯線回路
１８  低圧直流電線
１９  直流電源
２０  ＰＬＣ信号
【図１】
2009063360.tif 000003
【図２】
2009063360.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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