JP4881467B2

JP4881467B2 - 電力監視装置

Info

Publication number: JP4881467B2
Application number: JP2010188463A
Authority: JP
Inventors: 真人太田; 泰彦畑; 高橋　　宏
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2030-08-25
Also published as: JP2012002795A

Description

この発明は、売電・買電状態を検出するとともにその電力量を求める電力監視装置に関する。

従来から、住宅に自家発電装置を設置し、この自家発電装置で発電した電力を住宅内の負荷に供給するとともに余剰電力を商用電源側に売電し、自家発電装置の発電だけでは負荷に供給する電力が不足する場合に商用電源側から買電する自家発電システムが知られている（特許文献１,２参照）。

この自家発電システムは、電力系統（主幹）の電流を検知する電流センサと、主幹の電圧を検出する電圧検出手段と、電流センサが検知した電流と電圧検出手段が検出した電圧とから主幹の電力を演算する電力演算部と、この電力演算部で演算した電力と売電または買電を表示する表示部とを備えている。

特開２００４−２９７９５９号公報特開２００６−４２５１４号公報

しかしながら、このような自家発電システムにあっては、主幹の交流電圧を検出するために主幹の幹線間に電圧検出用のトランスの一次巻線などを直接接続するので、有資格者がその接続工事を行わなければならず、一般の人が電圧検出用抵抗を幹線に接続することができないという問題があった。

この発明の目的は、装置の設置に有資格者の接続工事を必要としない、しかも簡単な取り付けで電力とその電力の売電状態や買電状態を求めることのできる電力監視装置を提供することにある。

請求項１の発明は、電力系統と自家発電装置からの電力供給を主幹を介して受ける電力システムの電力監視装置であって、
前記主幹を取り外すことなく主幹の周方向に沿って環状に取り付けられるカレントトランスによって該主幹の交流電流を検出する電流検出手段と、情報処理手段と、コンセントに接続するプラグを有する計測ユニットとを有し、
前記計測ユニットは、前記プラグをコンセントに接続することによって分岐幹の交流電圧を検出する電圧検出手段と、主幹の交流電圧と前記電流検出手段が検出する交流電流との位相差の有無を検出する位相差検出手段とを有し、
前記情報処理手段は、前記計測ユニットの電圧検出手段が検出する交流電圧と前記電流検出手段が検出する交流電流とから主幹の電力を求めるとともに、この電力が前記位相差検出手段が検出した位相差の有無から買電状態のものか売電状態のものかを判断し、
前記位相差検出手段はアナログ回路で構成し、このアナログ回路は、分岐幹の交流電圧波形を主幹の交流電圧波形とみなして検出する交流電圧波形検出回路と、この交流電圧波形検出回路が検出する交流電圧波形の電圧と予め設定した基準電圧とを比較して交流電圧波形の電圧が基準電圧以上のとき第１検出信号を出力する第１比較器と、前記電流検出手段が検出する交流電流の波形を検出する交流電流波形検出回路と、この交流電流波形検出回路が検出する交流電流波形の電流と予め設定した基準電流とを比較して交流電流波形の電圧が基準電流以上のとき第２検出信号を出力する第２比較器と、第１比較器が出力する第１検出信号と第２比較器が出力する第２検出信号との排他的論理和をとって主幹の交流電圧と交流電流との位相差の有無を検出する論理回路とを有することを特徴とする。

この発明によれば、装置の設置に有資格者の接続工事を必要とせず、しかも簡単な取り付けで電力とその電力の売電状態や買電状態を求めることができる。

この発明に係る電力監視装置と太陽光発電システムの構成等を示したブロック図である。図１に示す電力監視装置の計測ユニットの外観を示した斜視図である。計測ユニット内の回路構成を示したブロック図である。交流電流検出器のカレントトランスの構成を示した斜視図である。交流電流検出器の構成を示す断面図である。交流電流検出器の回路を示した回路図である。集計管理装置の構成を示したブロック図である。計測タップの外観を示した斜視図である。計測タップ内に回路構成を示したブロック図である。位相差検出回路の動作を示したタイムチャートである。カレントトランスの特性を示したグラフである。第２実施例の太陽光発電システムを示したブロック図である。第２実施例の計測ユニットの外観を示した斜視図である。計測ユニットの回路構成を示したブロック図である。集計管理装置の構成を示したブロック図である。図１５に示す集計管理装置の信号入力部の構成を示したブロック図である。

以下、この発明に係る電力監視装置の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。

［第１実施例］
図１は第１実施例の電力監視装置３００を適用した太陽光発電システムＳ１を示すものであり、この太陽光発電システムＳ１は、戸建て住宅などの建物Ｈ毎に配置されて、発電した電力を後述する電力負荷装置に供給するとともに余剰電力を商用電源側に売電したり、太陽光発電だけでは負荷に供給する電力が不足する場合に商用電源側から買電したりするシステムである。

まず、この建物Ｈについて説明すると、この建物Ｈは、電力会社の発電所や地域毎に設置されたコジェネレーション（以下、「コジェネ」という。）設備などの系統電力から電力の供給を受けるための電力網としての系統電力網Ｅに接続されている。

この系統電力網Ｅと建物Ｈに配線された主幹２０ａとが電力量メータＥ１,Ｅ２を介して繋がっており、主幹２０ａは分電盤２０の分岐幹２０ｂ,２０ｅ〜２０ｋに繋がっている。そして、この電力量メータＥ１によって系統電力網Ｅから建物Ｈへ流れる電力量が計測され、電力量メータＥ２によって建物Ｈから系統電力網Ｅへ流れる電力量が計測される。すなわち、電力量メータＥ１は買電した電力量を積算し、電力量メータＥ２は売電した電力量を積算していく。

太陽光発電システムＳ１は、分散型の発電装置としての太陽光発電装置（分散電源）５と、パワーコンディショナ５１と、電力を一時的に蓄えておく蓄電装置としての蓄電池６０と、パワーコンディショナ６１とを備えている。

この太陽光発電装置５は、太陽エネルギーとしての太陽光を、太陽電池を利用することによって、直接、電力に変換して発電をおこなう装置である。この太陽光発電装置５は、太陽光を受けることができる時間帯にのみ電力を供給することが可能な装置である。

また、太陽光発電装置５によって発電された直流電力は、パワーコンディショナ５１によって交流電力に変換されて分電盤２０に入力される。さらに、蓄電池６０に充電又は蓄電池６０から放電される際にも、パワーコンディショナ６１によって直流と交流の変換がおこなわれる。

蓄電池６０のパワーコンディショナ６１に接続される蓄電量制御装置６は、蓄電池６０の充電制御及び放電制御をおこなう装置である。

例えば、蓄電量制御装置６では、蓄電池６０に夜間電力などの単価の安い電力を充電するようにし、充電された電力を昼間に優先的に使用するような制御をおこなう。また、太陽光発電装置５によって発電が行なわれているときは、まずその発電された電力を消費し、蓄電池６０に蓄電された電力は、太陽光発電装置５の電力では不足する分を補うような制御を行う。

また、蓄電量制御装置６では、蓄電池６０の蓄電量の計測をおこない、その計測値を通信部（図示せず）から集計管理装置（情報処理手段）３０３に無線で送信させる。

この集計管理装置３０３は、図１に示すように、ルータ４１ａ、ゲートウェイ４１ｂを介してインターネットなどの外部の通信網Ｎに繋がっている。そして、同じく通信網Ｎに接続された外部のサーバ４との間で、計測値などのデータの送受信や制御信号の送受信などを行うことができる。

例えば、図７に示すように集計管理装置３０３のデータ蓄積部３３に記憶された計測値のデータは、時間単位、日単位又は月単位など設定された間隔毎にサーバ４に送信され、サーバ４では受信したデータに基づいて各種分析をおこなう。また、所定の間隔又は更新情報が生成されたときなどは、サーバ４から設定値や管理値や更新プログラムなどの各種信号を集計管理装置３０３に送信することもできる。

また、建物Ｈ内のルータ４１ａに接続されたコンピュータ４１は、集計管理装置３０３と無線でデータの送受信をおこなうことができる構成となっている。

そして、このコンピュータ４１のモニタ（図示せず）に、集計管理装置３０３のデータ蓄積部３３に記録された計測値、サーバ４に蓄積された計測値、それらの計測値の統計処理結果、電力消費量の評価などを表示させることができる。また、計測された計測値の詳細データを、リアルタイムにモニタに表示させることもできる。

さらに、コンピュータ４１によって集計管理装置３０３の設定値を変更したり、集計管理装置３０３などの制御プログラムの更新を指示したりすることもできる。

また、分電盤２０には、入力側として主幹２０ａと補助線２０ｃ，２０ｄとが接続されている。

そして、主幹２０ａを通って系統電力網Ｅからの電力が分電盤２０に入力される。なお、太陽光発電装置５によって発電された電力を売る場合は、逆潮流として主幹２０ａを通って系統電力網Ｅに発電された電力が送られることになる。

また、補助線２０ｃからは、太陽光発電装置５で発電された電力が分電盤２０に入力される。また、蓄電池６０と分電盤２０とは、補助線２０ｄによって接続され、分電盤２０から蓄電池６０への充電及び蓄電池６０から分電盤２０への放電がおこなわれる。

建物Ｈには、様々なエネルギー負荷装置が設置されている。例えば、エアコンなどの空調装置、照明スタンドやシーリングライトなどの照明装置、並びに冷蔵庫やテレビなどの家電装置などの電力によって稼働する電力負荷装置（家電負荷）１０Ａ,１０Ｂがある。電力負荷装置１０Ａ,１０Ｂは、図示しない電源コンセントに接続されて分電盤２０の分岐幹２０ｂに接続される。

電力監視装置３００は、集計管理装置３０３と計測ユニット４００と主幹２０ａの交流電流を検出する電流検出器（電流検出手段）４０と各分岐幹２０ｂ,２０ｅ〜２０ｋの交流電流を検出する電流検出器（分岐幹電流検出手段）３２０ｂ,３２０ｅ〜３２０ｋとパワーコンディショナ５１から出力される交流電流すなわち補助線２０ｃの交流電流を検出する電流検出器３２０ｃと計測タップ（タップ型計測ユニット）５００とを備えている。各分岐幹２０ｅ〜２０ｋには分岐幹２０ｂと同様に電力負荷装置(図示せず)が接続される。

電流検出器４０は、図４ないし図６に示すように、カレントトランス（第１カレントトランス）４１と、後述するコイル４２の両端に接続された抵抗Ｒ１とを有している。この抵抗Ｒ１の両端にはコイル４２に流れる電流に応じた電圧が生じるようになっている。すなわち、電流検出器４０は、カレントトランス４１が主幹２０ａに流れる電流を検出し、この検出した電流に応じた電圧を交流電流検出信号として出力することになる。

カレントトランス４１は、２分割された環状鉄心４１Ａ,４１Ｂと、この環状鉄心４１Ａ,４１Ｂに巻回されたコイル４２と、環状鉄心４１Ａおよびコイル４２を覆ったカバーケース４３Ａと、環状鉄心４１Ｂおよびコイル４２を覆ったカバーケース４３Ｂとを有している。環状鉄心４１Ａのコイル４２と環状鉄心４１Ｂのコイル４２とは直列接続され、その巻線方向は同一となっている。なお、図４においてカバーケース４３Ａ,４３Ｂは省略してある。

カバーケース４３Ａ,４３Ｂの一端は、湾曲した可撓性の連結部４７により連結されており、この連結部４７を中心にしてカバーケース４３Ａ,４３Ｂの他端側が開閉可能となっている。そして、図５に示すように、カバーケース４３Ａ,４３Ｂを開成することにより、環状鉄心４１Ａ,４１Ｂの輪の中に、分電盤２０から主幹２０ａの一方の電線（図５において２０ａで示す）を取り外さなくても配置させることができる。すなわち、電流検出器４０はクランプ式の電流検出器である。

そして、カバーケース４３Ａ,４３Ｂを閉成することによりカレントトランス４１を主幹２０ａの一方の電線に取り付けることができる。つまり、主幹２０ａの周方向に沿って環状にカレントトランス４１が取り付けられることになる。

カバーケース４３Ａ,４３Ｂの閉成により、カバーケース４３Ａの突起４５がカバーケース４３Ｂに設けた突出部４４の穴４４ａに係合して、カバーケース４３Ａ,４３Ｂの閉成が維持される。

電流検出器３２０ｂ,３２０ｃ,３２０ｅ〜３２０ｋは、電流検出器４０と同様にカレントトランス（第２カレントトランス）３２１ｂ,３２１ｃ,３２１ｅ〜３２１ｋ(図示せず)やコイル３２２ｂ,３２２ｃ,３２２ｅ〜３２２ｋ(図示せず)などを有し、その構成は電流検出器４０と全く同じなのでその説明は省略する。

計測ユニット４００は、図２および図３に示すように、筐体４０１内に設けられた位相差検出回路（位相差検出手段：アナログ回路）１１０と交流電圧検出回路（電圧検出手段）１２０と電源回路４０２とデータ処理部４２０と送受信部４３０とを有している。また、計測ユニット４００は電源コンセントに差し込む電源プラグ４０４を備えている。電源プラグ４０４は電源コード４０５を介して位相差検出回路１１０と電源回路４０２とに接続されている。なお、図２に示すＬ１〜Ｌｎは電流検出器４０,３２０ｂ,３２０ｃ,３２０ｅ〜３２０ｋに接続されている信号線であり、この信号線Ｌ１〜Ｌｎは壁の内側に配線される。

位相差検出回路１１０は、図３に示すように、分岐幹２０ｂの交流電圧波形を検出する交流電圧波形検出回路（電圧波形抽出回路）１１１と、主幹２０ａの交流電流波形を検出する交流電流波形検出回路（電流波形抽出回路）１１２と、交流電圧波形検出回路１１１が検出した交流電圧波形の電圧が予め設定したゼロ電圧（基準電圧）以上のときＨレベル信号（第１検出信号）を出力する比較器（第１比較器）１１３と、交流電流波形検出回路１１２が検出した交流電流波形の電流が予め設定したゼロ電流（基準電流）以上のときＨレベル信号（第２検出信号）を出力する比較器（第２比較器）１１４と、比較器１１３,１１４のＨレベル信号の排他的論理和をとって交流電圧と交流電流との間に位相差があるか否かを検出する論理回路（排他的論理和回路）１１５とを有している。論理回路１１５は、位相差を検出したときＨレベル信号である位相差検出信号を出力する。

交流電圧検出回路１２０は、交流電圧波形検出回路１１１が検出する交流電圧波形を全波整流する全波整流回路(図示せず)と、この全波整流回路が全波整流した整流電圧を平滑する平滑回路(図示せず)とを有している。

電源回路４０２は、１００ボルトの交流電圧を所定の直流電圧に変換してデータ処理部４２０に電源電圧として供給するものである。

データ処理部４２０は、交流電圧検出回路１２０から出力される検出電圧と、電流検出器４０から出力される検出電流と、電流検出器３２０ｂ,３２０ｃ,３２０ｅ〜３２０ｋから検出される検出電流と、論理回路１１５から出力される位相差信号との各データを１秒毎に記憶したり、この１秒毎に記憶した３０秒分の各データを集計管理装置３０３からの指令に基づいて送出したりする。

送受信部４３０は、データ処理部４２０から送出されたデータを集計管理装置３０３へ無線で送信する。

計測タップ５００は、図８および図９に示すように、建物Ｈの壁などに設けられた電源コンセントに差し込む差込部としてのプラグ１１と、受入口としてのコンセント１２と、プラグ１１とコンセント１２を接続した電線１ａ,１ｂのうち一方の電線１ａに流れる電流を検出する電流検出器（家電負荷電流検出手段）５０１と、データ処理部５０２と、送受信部５０３を有している。

電流検出器５０１はカレントトランス(図示せず)を有している。

データ処理部５０２は、電流検出器５０１から出力される検出電流を１秒毎に記憶したり、この１秒毎に記憶した３０秒分のデータを集計管理装置３０３からの指令に基づいて送出したりする。

送受信部５０３は、データ処理部５０２が送出したデータを無線で集計管理装置３０３へ送信する。

集計管理装置３０３は、図７に示すように、無線でデータの送受信をおこなう通信部３２と、制御部３３１と、受信した計測値や入力した信号などのデータを記録させるデータ蓄積部３３と、一時的に計測値のデータなどを記憶させるＲＡＭ(Random Access Memory)などの仮記憶部３７と、電力消費量等を表示する表示部３８とを有している。

データ蓄積部３３には、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ハードディスク、光ディスクなどの記憶装置が使用できる。なお、本実施の形態では、データ蓄積部３３は、集計管理装置３０３の本体に内蔵させるが、ＵＳＢやローカルネットワークなどを繋ぐインターフェースを使って外部に設けることもできる。

また、データ蓄積部３３に記録させる計測値のデータは、計測日時が後から特定できるように、予め設定された一定間隔で保存させるか、又は計測ユニット４００や計測タップ５００で計測した時刻、計測ユニット４００や計測タップ５００が送信をおこなった時刻若しくは集計管理装置３０３が受信した時刻などを時刻歴として付加して一緒に保存させる。

通信部３２は、計測ユニット４００の送受信部４３０から送信されてくるデータや計測タップ５００の送受信部５０３から送信されてくるデータを受信したり、計測ユニット４００の送受信部４３０や計測タップ５００の送受信部５０３へ指令信号を送信したりするようになっている。

制御部３３１は、通信部３２が受信した各データに基づいて、主幹２０ａおよび分岐幹２０ｂ,２０ｅ〜２０ｋの電力と計測タップ５００に接続された家電負荷５１０の電力と太陽光発電装置５が発電している電力を求める演算部３３１Ａと、カレントトランス４１,３２１ｂ,３２１ｃ,３２１ｅ〜３２１ｋおよび電流検出器５０１のカレントトランスの電流検出特性の非線形部分を補正する補正部３３１Ｂとを有している。

また、制御部３３１は、通信部３２が受信した位相差信号のデータに基づいて売電状態か買電状態かを判断し、演算部３３１Ａで求めた各電力を表示部３８に表示させたり、判断した売電状態か買電状態かを表示部３８に表示させたりする。
［動作］
次に、上記のように構成される第１実施例の電力監視装置３００の動作について説明する。

先ず、図５に示すように電流検出器４０の環状鉄心４１Ａ,４１Ｂを開成させて、この環状鉄心４１Ａ,４１Ｂの輪の中に主幹２０ａの一方の電線を配置させて電流検出器４０をその一方の電線に取り付ける。同様にして分電盤２０内にある各分岐幹２０ｂ,２０ｅ〜２０ｋに電流検出器３２０ｂ,３２０ｅ〜３２０ｋを取り付けるとともに補助線２０ｃに電流検出器３２０ｃを取り付ける。

次に、計測ユニット４００の電源プラグ４０４を電源コンセント（図示せず）に差し込む。また、計測タップ５００のプラグ１１を電源コンセント(図示せず)に差し込み、計測タップ５００のコンセント１２に家電負荷５１０を接続する。なお、計測ユニット４００にも電源回路が設けられているが説明の便宜上省略してある。

いま、太陽光発電システムＳ１の太陽光発電装置５によって発電された直流電力がパワーコンディショナ５１によって交流電力に変換されて分電盤２０に入力され、電力負荷装置である空調負荷１０Ａと照明負荷１０Ｂと家電負荷５１０とその他の家電負荷(図示せず)に供給されており、この太陽光発電装置５の発電量が不足して、系統電力網Ｅから買電している場合について説明する。

計測ユニット４００の電源回路４０２の動作によりデータ処理部４２０に直流の電源電圧が供給される。

一方、電流検出器４０は主幹２０ａに流れる交流電流を検出し、この検出した交流電流に応じた交流電流検出信号（アナログ信号）が計測ユニット４００のデータ処理部４２０に入力するとともに交流電流波形検出回路１１２に入力する。同様に、電流検出器３２０ｂ,３２０ｅ〜３２０ｋが分岐幹２０ｂ,２０ｅ〜２０ｋに流れる交流電流を検出し、この検出した交流電流に応じた交流電流検出信号（アナログ信号）が計測ユニット４００のデータ処理部４２０に入力する。また、電流検出器３２０ｃが補助線２０ｃの交流電流を検出し、この検出した交流電流に応じた交流電流検出信号が計測ユニット４００のデータ処理部４２０に入力する。

計測ユニット４００の交流電圧波形検出回路１１１が分岐幹２０ｂの交流電圧の波形を例えば図１０のＡａに示すように検出する。同様に、交流電流波形検出回路１１２が主幹２０ａの交流電流の波形を図１０のＢａに示すように検出する。

交流電圧波形検出回路１１１が図１０のＡａに示すように交流電圧の波形を検出すると、その波形がゼロボルト以上のとき比較器１１３からＨレベル信号が出力される。すなわち、時点ｔ０〜ｔ１,ｔ２〜ｔ３で比較器１１３がＨレベル信号を出力する。

なお、交流電圧波形検出回路１１１が分岐幹２０ｂの交流電圧の波形を検出するが、主幹２０ａの交流電圧と分岐幹２０ｂの交流電圧とは同相なので、位相差検出回路１１０は主幹２０ａの交流電圧と交流電流の位相差を検出することになる。

そして、交流電流波形検出回路１１２が図１０のＢａに示すように交流電流の波形を検出すると、その波形がゼロアンペア（ゼロボルト）以上のとき比較器１１４からＨレベル信号が出力される。すなわち、時点ｔ０〜ｔ１,ｔ２〜ｔ３で比較器１１４がＨレベル信号を出力する。

論理回路１１５は、比較器１１３から出力されるＨレベル信号と、比較器１１４から出力されるＨレベル信号との排他的論理和をとる。この論理和の結果は、「Ｌ」であることによりＬレベル信号（位相差検出信号）を図１０に示すように出力する。すなわち、位相差検出回路１１０は分岐幹２０ｂの交流電圧と交流電流とに位相差が無いとしてＬレベル信号を出力することになる。このＬレベル信号がデータ処理部４２０に入力する。

計測ユニット４００の交流電圧検出回路１２０は、交流電圧波形検出回路１１１が検出した交流電圧波形に基づいて分岐幹２０ｂの交流電圧を検出し、この検出した交流電圧がデータ処理部４２０へ出力する。

データ処理部４２０は、交流電圧検出回路１２０から出力される検出電圧と、電流検出器４０,３２０ｂ,３２０ｃ,３２０ｅ〜３２０ｋから検出される検出電流と、論理回路１１５から出力される位相差信号との各データを１秒周期で記憶していく。

他方、計測タップ５００の電流検出器５０１が検出した電流がデータ処理部５０２へ入力され、データ処理部５０２はその検出した電流を１秒周期で記憶していく。

そして、計測ユニット４００の送受信部４３０が集計管理装置３０３から計測ユニット４００用の指令信号を受信すると、計測ユニット４００のデータ処理部４２０が１秒毎に記憶した３０秒分の各データを送出し、この送出された各データが送受信部４３０から集計管理装置３０３へ送信される。

同様に、計測タップ５００の送受信部５０３が集計管理装置３０３から計測タップ５００用の指令信号を受信すると、計測タップ５００のデータ処理部５０２が１秒毎に記憶した３０秒分の各データを送出し、この送出された各データが送受信部５０３から集計管理装置３０３へ送信される。

集計管理装置３０３の通信部３２が計測ユニット４００や計測タップ５００から送信されてくるデータを受信すると、制御部３３１の演算部３３１Ａが受信したデータに基づいて、主幹２０ａの電力と、分岐幹２０ｂ,２０ｅ〜２０ｋの電力と、家電負荷５１０の電力と、太陽光発電装置５が発電している電力とを演算して求める。この演算では、計測ユニット４００の交流電圧検出回路１２０が検出する分岐幹２０ｂの電圧が主幹２０ａの電圧と各分岐幹２０ｅ〜２０ｋの電圧と補助線２０ｃの電圧と同じであるとして求める。

ここで、電流検出器４０が検出する交流電流がゼロ近傍（Ｄ部分）のとき、図１１に示すように、電流検出器４０の検出特性Ｇ１が線形特性を有していないので、主幹２０ａの交流電流を正確に検出することができなくなる。

そこで、この実施例では、電流検出器４０が検出した検出値がＤ部分の場合、制御部３３１の補正部３３１Ｂによってその検出値を補正し、線形特性で検出した場合と同じになるようにする。例えば、検出特性Ｇ１の曲線部分（非線形特性部分）Ｇ１ａの検出値のデジタル値と、これを線形特性で検出した値に変換する補正値とを対応させたテーブルを図示しないメモリに記憶させておき、検出した検出値のデジタル値をそのテーブルに基づいてそのデジタル値に対応した補正値に変換し、この変換した補正値に基づいて電力を正確に計算するものである。

つまり、制御部３３１の補正部３３１Ｂは、カレントトランス４１の電流検出特性が非線形特性となる部分を線形特性に補正した場合と同一となるようにするものである。なお、図１１のＤ部分の破線は抵抗Ｒ１の値が小さい場合の特性であり、実線で示す曲線部分Ｇ１ａは抵抗Ｒ１の値が大きい場合の特性を示す。

このように、電流検出器４０が検出する交流電流をテーブルで補正するので、その補正は簡単に行えることになる。

同様にして、制御部３３１の補正部３３１Ｂは、各電流検出器３２０ｂ,３２０ｃ,３２０ｅ〜３２０ｋ,５０１の検出値を補正する。

また、集計管理装置３０３の制御部３３１は、位相差検出回路１１０が検出した位相差検出信号（Ｌレベル信号）のデータに基づいて買電状態であると判断し、この判断した買電状態と、求めた各電力とを表示部３８に表示させる。

次に、太陽光発電装置５の発電量が十分にあり、系統電力網Ｅへ売電している場合について説明する。

図１０のＡｂに示すように交流電圧波形検出回路１１１が検出する交流電圧の波形に対して、交流電流波形検出回路１１２が検出する交流電流の波形は、逆潮流が生じていることにより図１０のＢｂに示すように位相が１８０度ずれる。このため、比較器１１３からＨレベル信号が出力されるのは時点ｔ４〜ｔ５,ｔ６〜ｔ７のときであり、比較器１１４からＨレベル信号が出力されるのは時点ｔ５〜ｔ６,ｔ７〜ｔ８のときである。したがって、論理回路１１５は、時点ｔ４以後はＨレベル信号を出力することになる。

すなわち、位相差検出回路１１０は、主幹２０ａの交流電圧と交流電流とに位相差があるとしてＨレベル信号（位相差検出信号）を出力することになる。

このＨレベル信号がデータ処理部４２０に入力し、上記と同様にして、データ処理部４２０は位相差信号と各検出電流のデータを１秒周期でそれぞれ記憶し、集計管理装置３０３からの指令信号により、３０秒分の各データを送受信部４３０を介して集計管理装置３０３へ送信する。

集計管理装置３０３の制御部３３１は、位相差検出回路１１０の論理回路１１５から出力される位相差検出信号（Ｈレベル信号）に基づいて売電であることを判断し、上記と同様にして、この判断した売電状態と、演算部３３１Ａが求めた各電力とを表示部３８に表示させる。

また、制御部３３１はいままでに売電した積算電力量と買電した積算電力量を集計して表示部３８に表示させる。

上記実施例によれば、計測ユニット４００のプラグ４０４を電源コンセント(図示せず)に差し込むだけで、分岐幹２０ｂの交流電圧つまり主幹２０ａの交流電圧と主幹２０ａの交流電流との位相差を検出することができるとともに分岐幹２０ｂの交流電圧を検出することができる。また、各分岐幹２０ｂ,２０ｅ〜２０ｋごとに電力を求めることができる。

しかも、分電盤２０から主幹２０ａや分岐幹２０ｂ,２０ｅ〜２０ｋや補助線２０ｃを取り外さなくても電流検出器４０,３２０ｂ,３２０ｃ,３２０ｅ〜３２０ｋをその主幹２０ａや分岐幹２０ｂ,２０ｅ〜２０ｋや補助線２０ｃに取り付けることができるので、資格を有さない一般の人でも電力監視装置３００を設置することができる。また、建物Ｈが既存の住宅であっても電力監視装置３００を設置することができ、その設置も容易なものとなる。

さらに、計測タップ５００のプラグを電源コンセントに差し込み、計測タップ５００のコンセント１２に家電負荷５１０を接続すれば、家電負荷５１０の電流を計測することができ、これにより家電負荷５１０の電力を求めることができる。このように、計測タップ５００を介して各家電負荷をコンセントに接続するだけで、各家電負荷の電力を簡単に求めることができるようになる。

また、主幹２０ａの交流電圧と交流電流の位相差の検出をアナログ回路である位相差検出回路１１０で検出するようにしたものであるから、売電状態か買電状態かを判断する、すなわち逆潮流か潮流かを判断するのに複雑なソフト処理は不要となる。

上記実施例では、太陽光発電装置５で発電した電力を各家電負荷に供給したり、系統電力網Ｅへ売電したりする太陽光発電システムＳ１に適用した場合について説明したが、これに限らず、例えば風力発電装置やその他の自家発電装置の発電システムに適用してもよい。

また、上記実施例では、位相差検出回路１１０と交流電圧検出回路１２０とが計測ユニット４００に一体となって設けられているが、それぞれ別体であってもよい。

電力監視装置３００は、計測タップ５００に接続した家電負荷５１０の電力を求めるようになっているが、複数の計測タップ５００を用いて複数の家電負荷５１０の電力を求めるようにしてもよく、主幹２０ａと分岐幹２０ｂ,２０ｅ〜２０ｋの電力と太陽光発電装置５の電力だけを求めるようにしてもよい。
［第２実施例］
図１２は第２実施例の電力監視装置２００を適用した太陽光発電システムＳを示す。

電力監視装置２００は、集計管理装置（情報処理手段）３と計測タップ（計測ユニット）１００と主幹２０ａの交流電流を検出する電流検出手段（第１電流検出手段）４０とを備えている。

計測タップ１００は、建物Ｈの壁などに設けられた電源供給口としての電源コンセント（図示せず）に差し込む形態のものについて説明するが、これに限定されるものではなく、天井に取り付けられるシーリングライトやペンダントライトなどの電源供給口となるシーリングに差し込む形態のものであってもよい。

この計測タップ１００は、例えば図１３および図１４に示すように、建物Ｈの壁などに設けられた電源コンセント(図示せず)に差し込む差込部としてのプラグ１１と、受入口としてのコンセント１２と、位相差検出回路１１０と、分岐幹２０ｂの交流電圧を検出する交流電圧検出回路（電圧検出手段）１２０とを有している。

集計管理装置３は、図１５に示すように、無線でデータの送受信をおこな通信部３２と、信号入力部３５と、制御部３１と、データ蓄積部３３と、仮記憶部３７と、表示部３８とを有している。

信号入力部３５は、電流検出器４０の交流電流検出信号と、計測タップ１００の論理回路１１５から出力される位相差検出信号と、交流電圧検出回路１２０が検出した交流電圧とを図示しない信号線を介して入力するようになっている。

信号入力部３５は、図１６に示すように、電流検出器４０から出力される電流検出信号（アナログ信号）をデジタル信号（第１デジタル信号）に変換する第１Ａ／Ｄ変換器３５Ａと、交流電圧検出回路１２０が検出する交流電圧をデジタル信号（第２デジタル信号）に変換する第２Ａ／Ｄ変換器３５Ｂとを有している。

また、建物Ｈ内のルータ４１ａに接続されたコンピュータ４１は、集計管理装置３の通信部３２とで無線でデータの送受信をおこなうことができる構成となっている。
［動作］
次に、上記のように構成される電力監視装置２００の動作について説明する。

先ず、電流検出器４０を第１実施例と同様にして主幹２０ａの一方の電線に取り付ける。次に、計測タップ１００のプラグ１１を電源コンセント（図示せず）に差し込み、計測タップ１００のコンセント１２に例えばテレビ（家電負荷）などの電源プラグ(図示せず)を接続する。

電流検出器４０は主幹２０ａに流れる交流電流を検出し、この検出した交流電流に応じた交流電流検出信号（アナログ信号）が集計管理装置３の信号入力部３５の第１Ａ／Ｄ変換器３５Ａに入力する。そして、第１Ａ／Ｄ変換器３５Ａは交流電流検出信号をデジタル信号（デジタル値）に変換する。すなわち、第１Ａ／Ｄ変換器３５Ａは、電流検出器４０が検出した主幹２０ａの交流電流をデジタル信号に変換することになる。

一方、計測タップ１００の交流電圧波形検出回路１１１が分岐幹２０ｂの交流電圧の波形を検出する。同様に、交流電流波形検出回路１１２が主幹２０ａの交流電流の波形を検出する（図１０参照）。

そして、主幹２０ａの交流電圧と交流電流とに位相差が無いとき、位相差検出回路１１０はＬレベル信号を出力し、その位相差があるとき位相差検出回路１１０はＨレベル信号を出力する。このＬレベル信号またはＨレベル信号は信号入力部３５に入力する。

集計管理装置３の制御部３１は、信号入力部３５に入力された論理回路１１５のＬレベル信号またはＨレベル信号に基づいて買電状態または売電状態であることを判断するとともに、第１Ａ／Ｄ変換器３５Ａが変換したデジタル値と、第２Ａ／Ｄ変換器３５Ｂが変換したデジタル値とを乗算して主幹２０ａの電力を求める。そして、制御部３１は、求めた電力と買電状態または売電状態であることを表示部３８に表示させる。

上述のように制御部３１は、論理回路１１５から出力される信号がＨレベルかＬレベルかで売電状態か買電状態かを、すなわち逆潮流か潮流かを判断するので複雑なソフト処理は不要となり、また、主幹２０ａの電力だけを求めているので安価な電力監視装置２００を提供することができる。

この第２実施例も計測タップ１００のプラグ１１を電源コンセント(図示せず)に差し込むだけで、分岐幹２０ｂすなわち主幹２０ａの交流電圧と主幹２０ａの交流電流との位相差を検出することができるとともに分岐幹２０ｂの交流電圧を検出することができ、しかも、分電盤２０から主幹２０ａを取り外さなくても電流検出器４０を主幹２０ａに取り付けることができるので、資格を有さない一般の人でも電力監視装置２００を設置することができる。また、建物Ｈが既存の住宅であっても電力監視装置２００を設置することができ、その設置も容易なものとなる。

また、第２実施例では、電流検出器４０の検出信号を有線で集計管理装置３の信号入力部３５へ伝送し、計測タップ１００の論理回路１１５および交流電圧検出回路１２０の信号を有線で信号入力部３５へ伝送しているが、無線で信号を送信するようにしてもよい。

電流検出器４０は、連結部４７を中心にしてカバーケース４３Ａ,４３Ｂの他端側が開閉可能となっているが、これに限らず、例えばカバーケース４３Ａ,４３Ｂが完全に分離されていて、両カバーケース４３Ａ,４３Ｂを合体させて取り付けるようにしたものであってもよい。

上記いずれの実施例も、電力監視装置２００や電力監視装置３００を太陽光発電システムＳ,Ｓ１に適用した場合について説明したが、これに限らず他の発電システムにも適用できることは勿論である。

また、この発明は、上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

３集計管理装置（情報処理手段）
２０分電盤
２０ａ主幹
２０ｂ分岐幹
４０電流検出器（電流検出手段）
４１カレントトランス
１００計測タップ（計測ユニット）
１１０位相差検出回路（位相差検出手段）
１２０交流電圧検出回路（電圧検出手段）
２００電力監視装置
３０３集計管理装置（情報処理手段）
３２０ｂ電流検出器（分岐幹電流検出手段）
３２０ｅ〜３２０ｋ電流検出器（分岐幹電流検出手段）
４００計測ユニット
４０４プラグ
５００計測タップ（タップ型計測ユニット）
５０１電流検出器（家電負荷電流検出手段）

Claims

電力系統と自家発電装置からの電力供給を主幹を介して受ける電力システムの電力監視装置であって、
前記主幹を取り外すことなく主幹の周方向に沿って環状に取り付けられるカレントトランスによって該主幹の交流電流を検出する電流検出手段と、情報処理手段と、コンセントに接続するプラグを有する計測ユニットとを有し、
前記計測ユニットは、前記プラグをコンセントに接続することによって分岐幹の交流電圧を検出する電圧検出手段と、主幹の交流電圧と前記電流検出手段が検出する交流電流との位相差の有無を検出する位相差検出手段とを有し、
前記情報処理手段は、前記計測ユニットの電圧検出手段が検出する交流電圧と前記電流検出手段が検出する交流電流とから主幹の電力を求めるとともに、この電力が前記位相差検出手段が検出した位相差の有無から買電状態のものか売電状態のものかを判断し、
前記位相差検出手段はアナログ回路で構成し、このアナログ回路は、分岐幹の交流電圧波形を主幹の交流電圧波形とみなして検出する交流電圧波形検出回路と、この交流電圧波形検出回路が検出する交流電圧波形の電圧と予め設定した基準電圧とを比較して交流電圧波形の電圧が基準電圧以上のとき第１検出信号を出力する第１比較器と、前記電流検出手段が検出する交流電流の波形を検出する交流電流波形検出回路と、この交流電流波形検出回路が検出する交流電流波形の電流と予め設定した基準電流とを比較して交流電流波形の電圧が基準電流以上のとき第２検出信号を出力する第２比較器と、第１比較器が出力する第１検出信号と第２比較器が出力する第２検出信号との排他的論理和をとって主幹の交流電圧と交流電流との位相差の有無を検出する論理回路とを有することを特徴とする電力監視装置。
前記分電盤内の複数の分岐幹の交流電流をそれぞれ検出する複数の分岐幹電流検出手段を有し、
前記情報処理手段は、前記複数の分岐幹電流検出手段が検出する電流に基づいて各分岐幹ごとに電力を求めることを特徴とする請求項１に記載の電力監視装置。
前記コンセントとは別なコンセントに接続し、且つ、家電負荷が接続されるようになっているタップ型計測ユニットを備え、
このタップ型計測ユニットは、接続した家電負荷に流れる電流を検出する家電負荷電流検出手段を有し、
前記情報処理手段は、家電負荷電流検出手段が検出する電流に基づいて家電負荷の電力を計測することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力監視装置。