JP3551302B2

JP3551302B2 - 電力モニタリングシステム

Info

Publication number: JP3551302B2
Application number: JP12344199A
Authority: JP
Inventors: 武中田; 敏雄松島; 剛孝小濱; 和幸山本; 和久高橋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2019-04-30
Also published as: JP2000314752A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、住宅等に設置した太陽光発電装置の直流発電電力量と住宅等で消費される交流消費電力量をモニタし、さらにはこのモニタ内容を通信回線で外部に転送できるようにし、もってエネルギー消費者が自主的に電気機器等の負荷を制御して省エネルギーを行う間接負荷制御が増進されるようにした電力モニタリングシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題を解決する１つの手段として省エネルギーが着目され、国策としてもかなり重点的に検討が進められた結果、産業部門や運輸部門ではかなりの省エネルギーの成果が上がっている。
【０００３】
しかし、民生部門においては年々消費電力が増大する傾向にあり、とりわけ商業ビルや住宅における電力消費量の伸びは大きく、夏期電力ピークに応じた電力供給会社の過剰な発電所等の設備投資を避ける意味でも、省エネルギー施策が望まれているところである。
【０００４】
このような環境・エネルギー問題に対し、一般家庭において可能な具体的取り組みとして、家庭への太陽光発電システムの導入が着目されている。
【０００５】
このシステムは、図４に示すように、家屋の屋根の架台上に太陽電池モジュール２０１を取り付けて太陽光によりそこで直流電力を発生させ、この直流電力を接続箱２０２で集めて直流側開閉器２０３を介してインバータ２０４に供給してそこで交流電力に変換し、さらに保護装置２０５や発電電力量計２０６を介して、住宅用分電盤２０７において従前の交流の商用電源と連係させている。商用電力ケーブル２０８から供給される交流電力は、買電電力量計２０９と交流側開閉器２１０を介して住宅用分電盤２０７に入力される。前記太陽光発電で発生した電力は、家庭内の照明器具、エアコン、テレビセット等の電気機器にも供給されるが、余った場合には電力供給会社による買い取りが行われる場合もある。このときの売電量は、売電電力量計２１１で計測される。
【０００６】
ところが、図４のシステムでは、太陽電池モジュール２０１、買電電力量計２０９、売電電力量計２１１、発電電力量計２０６、住宅用分電盤２０７等の機器やその他の多数の機器が必要になり、大きなコストが必要になっていた。現在の太陽光発電システムの導入コストについては、発電量が３ＫＷタイプで３００万円〜４００万円に達すと言われており、消費者には大きな負担となっている。
【０００７】
また、太陽光発電システムによる直流発電電力量や家庭における交流消費電力量についての計測は、料金徴収のために月単位の積算で行われており、このため消費者はエネルギー消費について意識することはこれまでなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、太陽光発電システムが高価なこと、および省エネルギーについての意識の低さにより、太陽光発電システムは普及せず、家庭で省エネルギーを実践することは困難であったが、エネルギー消費者自身が自主的に電力消費負荷を制御する間接負荷制御を実現すれば、省エネルギーをより推進することができる。
【０００９】
そこで、電力量の計測（モニタリング）が有望視されている。平均的な一戸建て家屋に平均的な家庭用太陽光発電システム（３ＫＷ）を設置した場合の１日の直流発電電力量（□）および交流消費電力量（×）を図５に示した。この図から明らかなように、冬期、中間期、夏期の各期間のいずれにおいても、交流消費電力量はほぼ朝と夜に集中しており、直流発電電力量は昼間に集中している。
【００１０】
しかし、このような直流発電電力量と交流消費電力量の各々の絶対値や両者の相関性をリアルタイムに把握する家庭用の電力モニタリングは、システムとして確立されていない。
【００１１】
消費者が交流消費電力量について確認できる機会といえば、月に一度の電力供給会社からの請求書を確認するときのみであり、リアルタイムに視覚的に直流発電電力および交流消費電力を把握することは困難である。
【００１２】
本発明は以上のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費者がリアルタイム的に且つ視覚的に直流発電電力量および交流消費電力量を把握できるようにし、以って前記した間接負荷制御がやり易くなりき省エネルギーを推進できるようにした電力モニタリングシステムを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の電力モニタリングシステムは、太陽光発電手段で発電される直流電力の瞬時値と積算値および交流消費電力の瞬時値と積算値を得る手段を設けた分電盤と、該分電盤で得られた各々の瞬時値と積算値をリアルタイム表示する電力モニタ装置とを具備する電力モニタリングシステムであって、前記分電盤は、交流消費電力検出ユニット、該交流電力検出ユニットで検出された交流電力信号と直流発電電力検出ユニットで検出された直流電力信号を取り込む入力変換ＩＦＵ、該入力変換ＩＦＵからの信号を取り込み前記電力モニタ装置に前記瞬時値と前記積算値の表示用信号を送ると共に前記積算値の送信用データ信号を作成する制御装置と、該制御装置で作成された積算値の送信用データを通信回線に定時送出するモデムとを具備し、且つ前記分電盤の前記モデムにより定時送出された前記各積算値の送信用データを受信して統計をとり、その内容を各消費家庭でＷｅｂ画面で確認できるようインターネットに展開するエネルギー管理センタを設けて構成した。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態の宅内の電力モニタリングシステムのブロック図、図２は宅内の電力モニタリングシステムの系統図、図３は複数の戸建住宅Ａ１〜Ａｎに設置した電力モニタリングシステム全体の系統図である。
【００１７】
図１〜図３において、１０は各戸建住宅Ａ１〜Ａｎの屋根等に設置される太陽電池モジュールであり、その発電直流出力は開閉器（図示せず）を有する接続箱２０において集合されてから、直流電力計３１を具備する直流発電電力検出ユニット３０を介して一括インバータ４０に個々に送電され、そこで交流電力に変換され、電力負荷５０に送られる。
【００１８】
直流電力計３１は、例えば、定格電圧２００Ｖ、定格電流３０Ａで、その電力検出範囲は０〜６ＫＷであり、その動作電圧範囲は３５０Ｖまでである。この直流電力計３１では、直流発電電力の瞬時値が検出計測され、その外部出力はパルス信号に周波数変換される。精度は、例えば、電圧が１５０Ｖ、２５０Ｖ、３５０Ｖにおいて、定格電流の１／５以上の電流で±２．０％とする。
【００１９】
６０は電力モニタリング機能を搭載した住宅用分電盤である。この分電盤６０は、宅内の各種電気機器や宅内コンセントに分電する通常の分岐部（図示せず）の他に、図１に詳しく示すように、単相３線式の交流電力線７０から供給される交流電力の消費を検出する交流消費電力検出ユニット６１、その交流消費電力検出ユニット６１で検出された消費電力の瞬時値信号と前記直流電力計３１で検出された直流発電電力の瞬時値信号を取り込んで各々の積算値を演算する入力変換ＩＦＵ（インターフェースユニット）６２、その入力変換ＩＦＵ６２の出力信号を取り込んでメモリに一時蓄積したり、表示信号をパーソナルコンピュータその他の表示装置から成る電力モニタ装置８０に送ったり、送信用データを加工してアナログモデム６３に送る制御装置（ＣＰＵを具備するＰＬＣ：ＰｒｏｇｒａｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｅｒ）６４、通信回線９０に接続された回線通話検知／切替部６５、および各回路用やバックアップ用の各種電源回路（図示せず）を具備する。
【００２０】
図１に示す交流電力検出ユニット６１において、電圧検出部６１ａは交流電力線７０のＮ線とＬ２線間の電圧（１００Ｖ）を検出し、電流検出部６１ｂは同電力線７０のＬ１線とＬ２線の電流を外付け変流器７１，７２からの電流信号（例えばパルス信号）を取り込んで検出する。この変流器７１，７２による検出電流信号は加算部６１ｃで加算される。そして、電圧検出部６１ａで検出した電圧値と加算部６１ｃで加算した電流値を演算部６１ｄで演算することにより消費電力の瞬時値を得る。その電力瞬時値の検出範囲は例えば０〜２０ＫＷで精度は±５％とする。検出された電力の瞬時値信号は、Ｖ−Ｆ変換部６１ｅに送られ、ここで周波数信号（パルス信号）に変換される。このＶ−Ｆ変換部６１ｅの出力信号は絶縁のためのフォトカプラ６１ｆに取り込まれて、そこから前記した入力変換ＩＦＵ６２に出力する。
【００２１】
前記した交流電力線７０と通信線９０は、図２に示すように中継ポール１００に導入され、一般的な交流電力計、引込開閉器、通信線保安器等が装備されているメータボックス１１０を経由して地下埋設で宅内に引き込まれている。また、太陽電池モジュール１０で発電した直流電力はメータボックス１１０や中継ポール１００を経由する直流電力線１２０により一括インバータ４０に送電されている。
【００２２】
さて、本発明の電力モニタリングシステムでは、直流電力計３１で検出計測された直流発電電力の瞬時値（ＫＷ）を示す周波数信号（パルス信号）と、交流消費電力検出ユニット６１で検出計測された消費交流電力の瞬時値（ＫＷ）を示す周波数信号（パルス信号）が、入力変換ＩＦＵ６２に取り込まれて、ここで例えば４秒毎にサンプリングされ過去１時間当りの平均電力、つまり積算値（ＫＷｈ）が演算される。
【００２３】
そして、この直流発電電力の瞬時値と過去１時間当りの積算値、および交流消費電力の瞬時値と過去１時間当りの積算値が、制御装置６４に取り込まれて、その積算値はメモリに一時蓄積されると共に送信用データに加工される。
【００２４】
電力モニタ装置８０では、制御装置６４から送られる瞬時値と積算値を表示する。この表示形態は、例えば、ディジタル数値表示の場合は、瞬時値は「○○ＫＷ」で、積算値は「○○ＫＷｈ」でリアルタイムで各々表示し、さらに、今月分の積算値も一日からの積算値を「○月分○○ＫＷｈ」で順次更新して表示するが、これとは別に或いは同時にアナログ的にグラフ表示することもできる。
【００２５】
制御装置６４で加工された送信用データは、アナログモデム６３に送出され、回線通話検知／切替装置６５を介して通信回線９０から、図３に示すように、エネルギー管理センタ１３０に定時的に自動発報されるが、その送信用データは例えば１日当り５０サンプルとする。すなわち、１時間毎の直流発電電力および交流消費電力の積算値（合計４８サンプル）と１日当りの直流発電電力および交流消費電力の積算値（２サンプル）である。そのフォーマットは例えば「日付＋時間＋電力データ（４桁）＋ユーザＩＤ」である。モデム６３から送信された送信用データは、送信後に制御装置６４のメモリから消去される。
【００２６】
一つの例として、モデム６３を接続する通信回線９０はアナログ公衆電話回線又はＩＳＤＮ回線（ＴＡを介する）とし、回線選択信号方式は、ＤＰ（１０，２０ｐｐｓ）信号方式、データ送信方式はフリーダイヤル利用定時送信方式、データ信号方式はＶ．３２ＱＭＡ方式、データ信号速度は１４．４ｋｂｐｓ（最大）とする。
【００２７】
このように、各家庭の直流発電電力、交流消費電力の積算値データがエネルギー管理センタ１３０に定時で自動発報されるので、そのエネルギー管理センタ１３０において統計をとり、その内容をインターネット等に展開すれば、各消費家庭ではＷｅｂ画面を確認することによって、直流発電電力や交流消費電力について、自家庭と他家庭や一般家庭とを比較することが容易であり、自ら負荷制御を行う間接負荷制御や省エネルギーを促進させることができる。なお、エネルギー管理センタ１３０で統計した内容は、図３に示すように、ＣＡＴＶ局１４０からＣＡＴＶ回線１５０を経由して各家庭に報知するようにしても良い。
【００２８】
以上のように、本発明の電力モニタリングシステムは、ユーザ側機能として、太陽電池モジュール１０で発電される直流電力と家屋全体の交流消費電力の瞬時値および積算値を電力モニタ装置８０で表示する電力モニタ機能、並びに直流発電電力と交流消費電力の積算値データを一定時間毎にモデム６３からエネルギー管理センタ１３０に自動発報する自動発報機能を有する。
【００２９】
なお、システム機能としては、前記した機能以外に、商用交流電源停電時（瞬断も含む）に直流発電電力のサンプリング値と情報の蓄積を維持する停電バックアップ機能、交流商用電源停電時に定時送信できなかった直流発電電力や交流消費電力の積算値データを停電復旧時に自動発報する停電復旧時データ自動発報機能、施工や調整、日々の電力データアップロード時、停電後電力復旧時等に時刻同期を行うクロック調整機能、エネルギー管理センタ１３０に転送されたデータが正しいか否かをチェックできる送信データ照合機能等を具備させることが望ましい。
【００３０】
また、以上説明した実施形態では入力変換ＩＦＵ６２で電力の積算値を演算しているが、入力変換ＩＦＵ６２では単にインターフェースをとるのみとし制御装置６４で演算しても良い。また、直流発電電力検出ユニット３０や交流消費電力検出ユニット６１では電力の瞬時値のみの信号を出力するようにしたが、これと共に過去１時間の電力積算値の信号を出力するようにしても良い。このときは入力変換ＩＦＵ６２や制御装置６４による積算値の演算は不要となる。また、以上では、直流発電電力を自家庭では直接消費せず、一括インバータ４０に送るよう構成したが、従来例で説明したのと同様に、自家庭にインバータを備えてそこで交流に変換してから自家庭の分電盤に取り込むことも当然ながら可能であり、また売電も可能である。
【００３１】
以上から本発明によれば、リアルタイムに且つ視覚的に電力モニタ装置によって直流発電電力や交流消費電力の瞬時値および積算値を把握でき、また、交流消費電力検出ユニット、直流発電電力信号と交流消費電力信号を取り込む入力変換ＩＦＵ、制御装置、モデム等を一括して分電盤に具備させることができる。さらに、自家庭での直流発電電力と交流消費電力の各積算値を他家庭や一般家庭でのそれとインターネットのＷｅｂ画面により比較することができるので、消費者の自覚に基づいて自ら負荷制御を行う間接負荷制御を実現させることが容易になり、省エネルギーを推進することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の宅内の電力モニタリングシステムのブロック図である。
【図２】宅内の電力モニタリングシステムの系統図である
【図３】電力モニタリングシステムの全体の系統図である。
【図４】従来の住宅用太陽光発電システムの説明図である。
【図５】太陽光発電システムの発電量と１戸建て住宅の電力消費量の経時パターンを示す特性図である。
【符号の説明】
１０：太陽電池モジュール、２０：接続箱、３０：直流発電電力検出ユニット、３１：直流電力計、４０：一括インバータ、５０：電力負荷、６０：電力モニタリング機能搭載の住宅用分電盤、６１：交流消費電力検出ユニット、６１ａ：電圧検出部、６１ｂ：電流検出部、６１ｃ：加算部、６１ｄ：演算部、６１ｅ：Ｖ−Ｆ変換部、６１ｆ：フォトカプラ、６２：入力変換ＩＦＵ、６３：アナログモデム、６４：制御装置（ＰＬＣ）、６５：回線通話検知／切替部、７０：単相３線式の交流電力線、８０：電力モニタ装置、９０：通信回線、１００：中継ポール、１１０：メータボックス、１２０：直流電力線、１３０：エネルギー管理センタ、１４０：ＣＡＴＶ局、１５０：ＣＡＴＶ回線。

Claims

太陽光発電手段で発電される直流電力の瞬時値と積算値および交流消費電力の瞬時値と積算値を得る手段を設けた分電盤と、該分電盤で得られた各々の瞬時値と積算値をリアルタイム表示する電力モニタ装置とを具備する電力モニタリングシステムであって、
前記分電盤は、交流消費電力検出ユニット、該交流電力検出ユニットで検出された交流電力信号と直流発電電力検出ユニットで検出された直流電力信号を取り込む入力変換ＩＦＵ、該入力変換ＩＦＵからの信号を取り込み前記電力モニタ装置に前記瞬時値と前記積算値の表示用信号を送ると共に前記積算値の送信用データ信号を作成する制御装置と、該制御装置で作成された積算値の送信用データを通信回線に定時送出するモデムとを具備し、
且つ前記分電盤の前記モデムにより定時送出された前記各積算値の送信用データを受信して統計をとり、その内容を各消費家庭でＷｅｂ画面で確認できるようインターネットに展開するエネルギー管理センタを設けたことを特徴とする電力モニタリングシステム。