(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電線において測定した電圧と電流から有効電力と無効電力を求めると共に、有効電力と無効電力とのベクトル座標における測定電力ベクトルを求め、更に発熱主体の電気機器群とその他の電気機器群との電力ベクトル座標における回帰直線に基づいて前記測定電力ベクトルの非ヒータ系電力ベクトル成分とヒーター系電力ベクトル成分とを求め、前記ヒーター系電力ベクトル成分から前記給電線の下流で使用されている前記発熱主体の電気機器群の総消費電力を、前記非ヒータ系電力ベクトル成分から前記その他の電気機器群の総消費電力をそれぞれ分類して推定することを特徴とする発熱主体電気機器群とその他の電気機器群との消費電力推定方法。
【請求項２】
給電線において測定した電圧と電流から有効電力と無効電力を求めると共に、有効電力と無効電力とのベクトル座標における測定電力ベクトルを求める手段と、予め求められた発熱主体の電気機器群とその他の電気機器群との電力ベクトル座標における回帰直線に基づいて前記測定電力ベクトルの非ヒータ系電力ベクトル成分とヒーター系電力ベクトル成分とを求める手段と、前記ヒーター系電力ベクトル成分から前記給電線の下流で使用されている前記発熱主体の電気機器群の総消費電力を、前記非ヒータ系電力ベクトル成分から前記その他の電気機器群の総消費電力をそれぞれ分類して推定する手段とを有することを特徴とする発熱主体電気機器とその他の電気機器との消費電力推定装置。
【請求項３】
給電線の再接続時に、給電線において測定した電圧と電流から有効電力と無効電力を求めると共に、有効電力と無効電力とのベクトル座標における測定電力ベクトルを求め、更に発熱主体の電気機器群とその他の電気機器群との電力ベクトル座標における回帰直線に基づいて前記測定電力ベクトルの非ヒータ系電力ベクトル成分とヒーター系電力ベクトル成分とを求め、前記ヒーター系電力ベクトル成分から前記給電線の下流で使用されている前記発熱主体の電気機器群の総消費電力を、前記非ヒータ系電力ベクトル成分から前記その他の電気機器群の総消費電力をそれぞれ分類して推定し、前記発熱主体の電気機器群の総消費電力が閾値を超えた時に不在の電力需要家への再給電作業を中止と判定することを特徴とする給電線の再接続適否の判定方法。
【請求項４】
給電線において測定した電圧と電流から有効電力と無効電力を求め、有効電力と無効電力とのベクトル座標における測定電力ベクトルを求める手段と、予め求められている発熱主体の電気機器群とその他の電気機器群との電力ベクトル座標における回帰直線に基づいて前記測定電力ベクトルの非ヒータ系電力ベクトル成分とヒーター系電力ベクトル成分とを求める手段と、前記ヒーター系電力ベクトル成分から前記給電線の下流で使用されている前記発熱主体の電気機器群の総消費電力を、前記非ヒータ系電力ベクトル成分から前記その他の電気機器群の総消費電力をそれぞれ分類して推定し、前記発熱主体の電気機器群の総消費電力が閾値を超えた時に不在の電力需要家への再給電作業を中止と判定する手段とを備えることを特徴とする給電線の再接続適否の判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力需要家（電気の使用者）が使用している複数の電気機器の中から、発熱主体の電気機器群とその他の電気機器群とに分類してそれぞれの群毎の総消費電力を推定する方法及び装置並びにそれを利用して給電線の不在電力需要家への再接続適否を判定する方法及び装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、非侵入的な手法で対象とする電力需要家の屋内に入ることなく、当該電力需要家の総負荷電力のみから、給電線の下流で使用されている複数の電気機器を「発熱主体の電気機器群」と「その他の電気機器群」とに分類して、夫々の群の総消費電力を推定する方法と装置並びにそれを利用して給電線の不在電力需要家への再接続適否を判定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【技術用語】
本明細書において、「非侵入的」とは、電力需要家の家屋内に入らずに、給電線引込口付近で測定する状態のことをいう。また、「発熱主体の電気機器群」とは、電気コンロや電気ストーブ、アイロン、ヘヤードライ等の熱エネルギを得ることを主たる目的とした抵抗性の電気機器群を意味し、「その他の電気機器群」とは蛍光灯、テレビ、冷蔵庫等の副次的に比較的小さな発熱しか起きない電気機器群を意味する。
【０００３】
【従来の技術】
震災等、非常災害時の復旧において、需要家が不在の場合には基本的には給電を保留する措置がとられる。しかし、建物の外観が健全である等の状況から、給電しても安全と判断した場合には、配電線が復旧し次第、給電を再開するケースもある。このようなケースにおいて不在電力需要家の安全確認に本手法を適用して判断を下せば安全性をより確かなものにできることが期待される。
【０００４】
従来、電気機器の動作状態を非侵入的に推定するモニタリングシステムとしては、ＭＩＴ（Massachusetts Institute of Technology ; 米国) で開発されたアルゴリスムを用いてＥＰＲＩ(Electric Power Research Institute; 米国) が装置化しているものがある。このモニタリングシステムは、電気機器のオン・オフ動作を電力需要家の総電力負荷カーブのステップ状の時間変化として捉え、電気機器の定格消費電力及び力率に基づいてオンあるいはオフとなった電気機器の特定と動作状態の推定を行うものである。
【０００５】
また、本件出願人によって、電力需要家において設置されている電気機器が発生する高調波電流のパターンに着目し、給電線引込口付近で測定される総負荷電流と電圧から、総負荷電流の基本波並びに高調波の電流及び電圧に対するそれらの位相差を求め、そのパターンから屋内で使用されている電気機器と電気機器個別の消費電力を推定すること、例えばラージ・マージン・クラスファイアあるいはニューラルネットワークなどの推定アルゴリズムを用いたパターン認識手法を応用することにより推定する手法が提案されている。ここで、推定手段は、標準的な各種電気機器の種々の組み合わせと、それらの電気機器の種々の動作状態における個別の消費電力の組み合わせについて、当該総負荷電流の基本波並びに高調波の電流及び電圧に対するそれらの位相差に関するデータと、そのときの解答である電気機器の個別の消費電力データとからなる教師データをラージ・マージン・クラスファイアあるいはニューラルネットワークの推定アルゴリズムに与えてあらかじめ学習して得られるようにしている（PCT/JP01/03168）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者のモニタリングシステムによると、単純なオン・オフ動作を行う電気機器（ノンインバータ機器）についてはその特定と動作状態の推定をおこなうことができるが、冷暖房装置等のようなインバータ機器とノンインバータ機器とが混在した状況下では、消費電力の時間的推移が必ずしもステップ状ではなく、緩やかに変動したりあるいは不規則に変動することから、個別の電気機器毎の消費電力の推定が困難であるばかりか、電気機器の動作状態の推定さえも困難である。
【０００７】
さらに、不在の電力需要家を対象にした場合には、当該電力需要家内の電気機器の操作は行われないので総電力負荷カーブのステップ状の時間変化は起きない。このため、この方法を不在の電力需要家に適用することはできない。
【０００８】
また、後者のモニタリングシステムにおいても、予測される電力需要家で使用する電気機器の使用状態とその組み合わせについて事前に学習しなければならないし、何らの学習もなしに電気機器毎の消費電力を接続作業後に直ちに推定することはできない。したがって、保有する電気機器に関する情報のない不在の電力需要家を対象にした場合には、この方法を適用することは難しい。
【０００９】
更に、いずれの消費電力モニタリングシステムにおいても、「発熱主体の電気機器群」と「その他の電気機器群」とに二分類して、夫々の群の総消費電力を簡便に推定することはできない。
【００１０】
本発明は、かかる要望に応えるもので、対象とする電力需要家の屋内に入ることなく、当該電力需要家の総負荷電力のみから、給電線の下流で使用されている複数の電気機器を「発熱主体の電気機器群」と「その他の電気機器群」とに二分類して、夫々の群の総消費電力を推定する方法及び装置並びにそれを利用した給電線の再接続適否の判定方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明者等が種々研究・実験した結果、電力需要家の屋内で使用される電気機器の有効電力と無効電力との間には有効電力に対する無効電力の比率が低い群（主として「発熱主体の電気機器群」）とそれよりも高い群（「その他の電気機器群」）との２つの群に分類されることを知見するに至った。
【００１２】
本発明の発熱主体電気機器群とその他の電気機器群との消費電力推定方法は、かかる知見、即ち発熱主体の電気機器群とその他の電気機器群とでは有効電力に対する無効電力の比率が異なることを利用したもので、給電線から測定した電圧と電流から有効電力と無効電力を求めると共に、有効電力と無効電力とのベクトル座標における測定電力ベクトルを求め、更に発熱主体の電気機器群とその他の電気機器群との電力ベクトル座標における回帰直線に基づいて測定電力ベクトルの非ヒータ系電力ベクトル成分とヒーター系電力ベクトル成分とを求め、ヒーター系電力ベクトル成分から給電線の下流で使用されている発熱主体の電気機器群の総消費電力を、非ヒータ系電力ベクトル成分からその他の電気機器群の総消費電力をそれぞれ分類して推定するようにしている。更に、本発明の給電線の再接続適否の判定方法は、給電線の再接続時に、上述の請求項１記載の発熱主体電気機器群とその他の電気機器群との消費電力推定方法を実施し、得られた発熱主体電気機器群の消費電力が閾値を超えた時に再給電中止と判定するようにしている。
【００１３】
また、この発熱主体電気機器群とその他の電気機器群との消費電力推定方法を実現する本発明の請求項２記載の消費電力弁別装置は、給電線から測定した電圧と電流から有効電力と無効電力を求めると共に、有効電力と無効電力とのベクトル座標における測定電力ベクトルを求める手段と、予め求められた発熱主体の電気機器群とその他の電気機器群との電力ベクトル座標における回帰直線に基づいて測定電力ベクトルの非ヒータ系電力ベクトル成分とヒーター系電力ベクトル成分とを求める手段と、ヒーター系電力ベクトル成分から給電線の下流で使用されている発熱主体の電気機器群の総消費電力を、非ヒータ系電力ベクトル成分からその他の電気機器群の総消費電力をそれぞれ分類して推定する手段とを有するようにしている。更に、本発明の給電線の再接続適否の判定装置は、上述の請求項２記載の消費電力弁別装置に、発熱主体の電気機器群の総消費電力が閾値を超えた時に再給電中止と判定する手段を備えるようにしている。
【００１４】
したがって、発熱主体の電気機器群の総消費電力からどの程度の電力使用量のヒーター系電気機器が給電線・コンセントに接続されて使用状態になっているか否かを知り得ることができる。しかも、その消費電力の大きさから不在電力需要家の給電線の再接続時にはその安全性を判断することができる。更に、本発明の給電線の再接続適否の判定方法並びに装置によると、ヒーター系電力ベクトル成分が閾値を超えた時に再給電中止と判定するようにしているので、再給電に関する判断が一律となり、適切な判断が下せるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
まず、発熱主体の電気機器群とその他の電気機器群との電力ベクトル座標上における分類とその回帰直線について説明する。
【００１７】
電気機器ごとの有効電力（Ｐ）と無効電力（Ｑ）との関係をチャート（Ｐ−Ｑチャート）に示すと、図１に示すようになる。電気機器は夫々固有の（Ｐ，Ｑ）をもち、（Ｐ，Ｑ）の異なる電気機器はＰ−Ｑチャート上で明確に区分される。このとき、電気機器は、有効電力に対する無効電力の比率が低い群と高い群との２つの群に分類される。しかも、それは発熱主体の電気機器群とその他の電気機器群とに分類されており、発熱主体の電気機器群は有効電力に対する無効電力の比率が低く、その他の電気機器群はそれよりも比率が高い。そこで、図１に夫々の（Ｐ，Ｑ）を示した電気機器について、「発熱主体の電気機器群」と「その他の電気機器群」に分類し、夫々の群を代表する回帰直線を引くと、図２に示すような結果が得られた。このように、Ｐ−Ｑチャート上で両者は概ね二分できるため、夫々の群に属する機器の（Ｐ，Ｑ）は夫々の回帰直線上の点として扱うことことができると仮定できる。即ち、発熱主体の電気機器群とその他の電気機器群とを有効電力と無効電力とを成分とするベクトルで表すと向きの異なるベクトル（異なる関数）で表されることを意味する。例えば、本発明者等の実験によると、「発熱主体の電気機器群」はＱ＝０．３６４５Ｐ、「その他の電気機器群」はＱ＝０．０７７３Ｐの関係を有する。この仮定から、総負荷電力の任意の測定結果（図３の「測定電力ベクトル」）は発熱主体の電気機器群の総電力ベクトル（図３のヒーター系電力ベクトル）とその他の機器群の総電力ベクトル（図３の非ヒーター系電力ベクトル）とに一意に分離することができる。ここで、夫々のベクトルのＰ成分が夫々の群の総消費電力である。
【００１８】
そこで、給電線の総負荷電力から有効電力と無効電力を求めてＰ−Ｑチャート上における測定電力ベクトルを求める一方、非ヒーター系電気機器の示すベクトルの向きとヒーター系電気機器の示すベクトルの向きを利用して測定電力ベクトルを非ヒータ系電力ベクトルとヒーター系電力ベクトルとに分解し、給電線の下流で使用されている「発熱主体の電気機器群」と「その他の電気機器群」夫々の総消費電力を推定するようにしている。
【００１９】
本装置を用いることによって、給電線に接続されて使用状態になっている複数の電気機器を電気コンロや電気ストーブ等の「発熱を主体にした抵抗性の電気機器群」とテレビや冷蔵庫等の「その他の電気機器群」とに分類し、夫々の群の総消費電力を簡便に推定することができる。
【００２０】
そして、弁別された消費電力の値から、ヒーター系電気機器がコンセントに接続されて使用状態になっているか否かを知り得ることができる。しかも、その消費電力をも知り得るので、この推定を不在電力需要家への給電線の再接続時に行なえば、給電線の再接続作業が安全か否かを判断することができる。そして、発熱主体の電気機器の消費電力（あるいはヒーター系電力ベクトル成分）が閾値を超えた時に再給電中止と判定することができる。ここで、閾値は、実験等により予め求められた安全性に疑いが生じる発熱主体の電気機器の消費電力であることが好ましいが、これに特に限定されるものではなく任意に設定できる。
【００２１】
以上の発熱主体電気機器群とその他の電気機器群との消費電力推定方法並びに給電線再接続適否判定方法を実現する装置の一実施形態を図５に示す。この消費電力推定装置１００は、給電線から測定した総負荷電力から有効電力と無効電力とのベクトル座標における測定電力ベクトルを求める手段（以下、測定電力ベクトル演算手段と呼ぶ）１と、測定電力ベクトルの非ヒータ系電力ベクトル成分とヒーター系電力ベクトル成分とを求める手段（以下、ベクトル分離手段と呼ぶ）２と、給電線の下流で使用されている発熱主体の電気機器群の総消費電力とその他の電気機器群の総消費電力とをそれぞれ分類して推定する手段（消費電力推定手段と呼ぶ）３とを備えてなる。ここで、この消費電力推定装置を利用する給電線の再接続適否の判定装置の場合には、更に発熱主体の電気機器群の総消費電力（ヒーター系電力ベクトル成分）が閾値を超えた時に再給電中止と判定する手段４を備えるようにしている。
【００２２】
測定電力ベクトル演算手段１は、給電線の総負荷電力から有効電力と無効電力を求めてこれら両成分の座標上における測定電力ベクトルを算出するものである。ここで、有効電力Ｐおよび無効電力Ｑは、交流の場合には、電圧ｖ  ｓｉｎωｔ、電流ｉ  ｓｉｎ（ωｔ−ψ）とすると、
【数１】
0003789087.tif 000002
ここで、    Ｔ：周期
ｖ：電圧波高値
ｉ：電流波高値
ψ：電圧と電流の位相差
ω：角周波数
ｔ：時間
で定義されるので、無効電力の演算では電圧または電流をπ／２ラジアン（９０°）移相し、演算を行う方法が一般的である。そこで、この測定電力ベクトル演算手段１は、給電線の電圧及び電流を検出してそれぞれに比例する電圧信号、電流信号を出力させる電圧検出部５と電流検出部６とを備え、電圧信号と電流信号とを乗算して有効電力演算部８で有効電力を求めると共に、遅延部７を介して９０°移相された電圧検出部５の出力する電圧信号と電流検出部６の出力する電流に比例した電流信号とを乗算して無効電力演算部８で無効電力を求め、これら有効電力と無効電力とのベクトル座標における測定電力ベクトルを測定電力ベクトル演算部１０で求めるものである。尚、有効電力と無効電力とを測定する装置としては上述のものに特に限定されるものではなく、特開平５−２７３２４２号、特開２０００−２５８４７３号などで周知技術である。
【００２３】
ベクトル分離手段２は、回帰直線を格納しておくメモリ１１とベクトル分解演算を行うベクトル成分分離手段１２とから成り、予め求められた発熱主体の電気機器群とその他の電気機器群との電力ベクトル座標における回帰直線（図２参照）をメモリ１１から読み出して、当該回帰直線（関数）に基づいて測定電力ベクトルの非ヒータ系電力ベクトル成分とヒーター系電力ベクトル成分とに演算により分解するようにしている。
【００２４】
消費電力推定手段３は、ベクトル分離手段２で算出された測定電力ベクトルのヒーター系電力ベクトル成分を使って給電線の総負荷電力から給電線の下流で使用されている発熱主体の電気機器群の総消費電力を、非ヒータ系電力ベクトル成分からその他の電気機器群の総消費電力をそれぞれ分別して推定するものである。ここで、夫々のベクトルのＰ成分が夫々の群の総消費電力である。したがって、少なくとも一方のベクトル成分から一方の電気機器群の総消費電力を求めれば、残りの電気機器群の総消費電力も演算により自動的に求められる関係にある。
【００２５】
判定手段４は、給電線の再接続の適否を判断するためのもので、給電線に接続されている「発熱主体の電気機器群」の総消費電力と、「その他の電気機器群」の総消費電力とを推定するだけの場合には必ずしも設けなくとも良い。この判定手段４は、ヒーター系電力ベクトル成分が閾値を超えた時に再給電中止と判断し、その旨のメッセージ等を図示していない表示手段（ディスプレイなど）に表示したり、警告音を図示していないスピーカなどから出力させるようにしている。尚、これら各演算部や手段は、通常、電子回路によって、あるいは少なくとも１つの中央演算処理部（ＣＰＵ）とメモリ及びこれらに所定の演算処理を行わせるプログラムによって構成されている。
【００２６】
本装置を用いることによって、給電線に接続されて使用状態になっている複数の電気機器を電気コンロや電気ストーブ等の「発熱を主体にした抵抗性の電気機器群」とテレビや冷蔵庫等の「その他の電気機器群」とに分類し、夫々の群の総消費電力を簡便に推定することができる。この推定を不在電力需要家の給電線の再接続時に行なえば、給電線の再接続作業が安全か否かを判断することができる。そして、ヒーター系電力ベクトル成分が閾値を超えた時に再給電中止と判定することができる。
【００２７】
この装置は、図４に示すように、震災等で給電停止となった不在電力需要家の給電線を再接続する際、家の中のコンセントに電気コンロや電気ストーブ等、給電したままにしておくと火災になる恐れのある電気機器が接続されて使用状態になっているかどうかを、家の中に入ることなく簡便に推定することができるものである。
【００２８】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によると、再給電時にコンセントに差し込まれたままで給電線に接続されて使用状態になっている複数の電気機器を電気コンロや電気ストーブ等の発熱を主体にした抵抗性の電気機器群とテレビや冷蔵庫等のその他の電気機器群とに分類し、夫々の群の総消費電力を簡便に推定することができる。
【００３０】
したがって、再び給電を開始する際に、家人が不在で立会いを得られない場合でも、火災の原因になるような電気コンロや電気ストーブがコンセントに接続されて使用状態になったままであるか否かを推定することができるので、再給電後の安全性をより高めることができる。本装置はこのような再給電の作業の効率化と再給電後の安全の確実性を高めるものである。
【００３１】
また、請求項３及び４記載の給電線の再接続適否の判定方法及び装置によると、ヒーター系電力ベクトル成分が閾値を超えた時に再給電中止と判定するようにしているので、再給電に関する判断が一律となり、作業員によるばらつきがなく適切な判断が下せるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な電力需要家において使用されると思われる各種電気機器毎の有効電力と無効電力との関係をＰ−Ｑチャートである。
【図２】図１のＰ−Ｑチャートに示した電気機器を、「発熱主体の電気機器群」と「その他の電気機器群」に分類し、夫々の群を代表する回帰直線を引いた図である。
【図３】発熱主体の電気機器群とその他の電気機器群の弁別方法を示す電力ベクトル図である。
【図４】給電線再接続時の安全確認への適用例の一つを示す概略図である。
【図５】給電線の再接続適否の判定装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  測定電力ベクトル演算手段
２  ベクトル分離手段
３  消費電力推定手段
４  判定手段
５  電圧検出部
６  電流検出部
７  遅延部
８  有効電力演算部
９  無効電力演算部
１０  測定電力ベクトル演算部
１１  回帰直線を格納するメモリ
１２  ベクトル成分分離手段
【図１】
0003789087.tif 000003
【図２】
0003789087.tif 000004
【図３】
0003789087.tif 000005
【図４】
0003789087.tif 000006
【図５】
0003789087.tif 000007