JP5210611B2 - 開閉器制御システム及び自動検針システム - Google Patents

Description

本発明は、配電系統に設置される開閉器の開閉制御を行う開閉器制御システム、この開閉器制御機能を有する自動検針システムに関する。

通常、商用電力送電系統からの引き込み線と電力需要家の屋内配線系統との間には、両系統の遮断又は接続を行うための開閉器が設置される。該開閉器は、電力需要家の転居等の際に開閉される他、電力料金の未払い等の特別事情が生じたときにも操作される。なお、安全性を担保するため、開閉器には開（切）操作が可能な電流容量が定められている。前記特別事情による電力供給停止の場合は、電力需要家が現に電力を使用している状態での切操作が必要となる場合が少なくないが、この場合、作業者は電力量計の動作状況から電力使用状況を確認しつつ、開閉器を切操作している。

近年、各電力需要家に通信端局を設置し、これらを電力事業者が保有する収集サーバと通信可能に接続し、各電力需要家における電力量計の検針データを定期的に収集する自動検針システムが一部運用されている。そして、前記通信端局に開閉器の開閉動作を制御する機能を具備させ、例えば上記特別事情が生じたときに、収集サーバの側から開閉器を切操作する制御信号を該当する通信端局へ送信し、遠隔的に切操作を実行させることも行われている。

このように開閉器を遠隔で切操作する場合にあっても、当該電力需要家における電力使用状況を何らかの手段で確認する必要がある。その手段の一つは、各電力需要家の屋内配線系統にＣＴ（current transformer）のような電流センサを取り付け、端局を通して該電流センサの出力値を取得することで、負荷電流値を遠隔監視可能とする方法である（例えば特許文献１）。しかし、この方法は、電流センサという新たな機器の設置が必要となり、端局ユニットのコストアップを招来する。また、電力量計や開閉器は限られたスペースに設置されることが多く、電流センサの設置スペースの確保が困難であるケースもあった。

他の手段として、電力事業者側から電力需要家に電話連絡等を取り、現状の電力使用状況を直接確認した上で、開閉器を遠隔で切操作する方法がある。この方法によれば、電流センサ類の設置は省けるが、特別事情が生じた電力需要家に個別連絡を取る手間が発生する。膨大な数の電力需要家を抱える電力事業者にとって、このような手間は看過できない作業量となる。
特開２００４−２２９４００号公報

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、手間を掛けず、また、電流センサ類を新たに設置することなく配線系統の負荷電流を把握し、開閉器を安全に開閉できる開閉器制御システム、この開閉器制御機能を有する自動検針システムを提供することを目的とする。

本発明の一の局面に係る開閉器制御システムは、負荷に対して給電を行う配線系統に接続され、該配線系統における電力使用量を計測する電力量計と、前記配線系統を電力送電系統に対して遮断又は接続する開閉器と、前記開閉器の開閉動作を制御する開閉器制御部と、を備え、前記電力量計は、電力使用量の積算値を所定の分解能でカウントし、そのカウント値を所定のインターバルを置いて出力するものであり、前記開閉器制御部は、前記配線系統の負荷電流値が所定の閾値以下であると判定される場合に、前記開閉器を閉から開の状態へ動作させる制御を行うものであって、前記判定に用いる負荷電流値として、出力された前記カウント値の増加度合いに基づき推定される電流現在値を使用することを特徴とする（請求項１）。

この構成によれば、配線系統に設置されている電力量計のカウント値の増加度合いに基づき負荷電流値を推定する。一般に配電系統には電力量計が備えられていることから、電流センサ類を新たに設置することなく、既存の設備を援用して、安全性を担保しつつ開閉器を閉から開へ自動的に切り換えることができる。

上記構成において、前記開閉器制御部は、前記電力量計の計測インターバル及び分解能から、前記電流現在値の最大値を推定し、該最大値を前記判定用の電流現在値として使用することが望ましい（請求項２）。

電力量計において、電力使用量の積算値を連続的に計測させることも考えられるが、データ量を抑制するために所定のインターバルを置いて計測することが望ましい。また、電力量計のカウント値には分解能の限界がある。このため、カウント値の増加が発生し得る条件に、前記計測インターバル及び分解能によって一定の幅が生じてしまう。そこで、この幅に従って電流現在値の最小値と最大値とを推定し、前記最大値を前記判定に用いるようにすることで、安全サイドで開閉器の開閉を行わせることができる。

上記いずれかの構成において、前記開閉器制御部に、前記開閉動作の実行を求める制御信号を与える遠隔制御手段をさらに備え、前記開閉器制御部は、前記遠隔制御手段から制御信号を与えられたとき、その直近で求められた前記電流現在値を使用して、前記判定を行うことが望ましい（請求項３）。

この構成によれば、開閉器の開閉操作を遠隔的に、安全に行わせることができる。また、電力量計の自動検針システムが導入されている場合においては、新たなハードウェアを追加することなく、電力量計から検針データを取得するアルゴリズムを変更するだけで、負荷電流値の監視並びに開閉器の開閉制御を行わせることが可能となる。

この場合、前記開閉器制御部は、前記カウント値の増加に基づき電流現在値が求められた直近の時点から前記制御信号を与えられた時点までが所定時間以上経過しているとき、予め定められた値を使用して、前記判定を行うことが望ましい（請求項４）。

この構成によれば、負荷電流値がいつまでも閾値を超過していると判定し続け、開閉器を開操作できなくなるという状況を回避することができる。

本発明の他の局面に係る自動検針システムは、電力使用量の検針データを収集する集約装置と、前記集約装置と通信可能に接続された複数の端局ユニットとを備え、前記端局ユニットは、それぞれ、前記集約装置との通信を実行する通信装置と、負荷に対して給電を行う配線系統に接続され該配線系統における電力使用量を計測する電力量計と、前記配線系統を電力送電系統に対して遮断又は接続する開閉器と、前記開閉器の開閉動作を制御する開閉器制御部とを備え、前記電力量計は、電力使用量の積算値を所定の分解能でカウントし、そのカウント値を所定のインターバルを置いて出力するものであり、前記通信装置は、前記カウント値を前記検針データとして所定の通信タイミングで前記集約装置へ送信するものであり、前記集約装置は、前記端局ユニットの開閉器制御部に、前記開閉動作の実行を求める制御信号を与える制御部を備えるものであって、前記開閉器制御部は、前記配線系統の負荷電流値が所定の閾値以下であると判定される場合に、前記開閉器を閉から開の状態へ動作させる制御を行うものであって、前記判定に用いる負荷電流値として、出力された前記カウント値の増加度合いに基づき推定される電流現在値を使用し、且つ、前記集約装置から前記制御信号を与えられたとき、その直近で求められた前記電流現在値を使用して、前記判定を行うことを特徴とする（請求項５）。

この構成によれば、現状で運用されている開閉器制御機能付きの自動検針システムのハード構成をそのまま用い、電力量計のカウント値から負荷電流値を監視し、開閉器を適正な時点で遮断することができる。

本発明によれば、電力需要家に電話連絡を取るような手間を掛けず、また、電流センサ類を新たに設置することなく配線系統の負荷電流を把握し、遠隔地から開閉器を開閉することができる。従って、開閉器を所定の電流容量以下で安全に開閉できると共に、電流センサ類を設置するためのスペースやコストを省くことができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態につき詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る自動検針システム（開閉器制御システム）の全体構成を示す模式図である。この自動検針システムは、多数の電力需要家から電力使用量の検針データを自動的に収集するものであって、収集サーバＳＶ及びゲートウエイＧＷ（集約装置）と、多数の端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・とで構成されている。

端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・は、ゲートウエイＧＷ及び他の端局と無線通信が可能とされた無線通信端局であって、各々の電力需要家に設置され、電力使用量の検針データを含むデータをゲートウエイＧＷに向けて定期的に送信する。本実施形態では、各端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・はＰＨＳ（Personal Handyphone System）トランシーバモードで無線通信を行う。また、端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・は、複数の階層を備えたツリー状にネットワーク接続されている。

収集サーバＳＶは、例えば電力会社の営業所などに設置され、各電力需要家の電力料金等を算出するために、前記検針データを各端局から収集する。収集サーバＳＶは、図略の他の業務サーバ、管理サーバ、制御サーバ等にネットワーク接続され、他の業務と連携した運用がなされる。収集サーバＳＶは、ゲートウエイＧＷ、端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・がどのように配列されているかを示すルートテーブルを保持しており、ゲートウエイＧＷ、端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・の各々と個別にデータ通信が可能とされている。

ゲートウエイＧＷは、収集サーバＳＶと社内光ファイバ網などのネットワークを介して接続され、端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・により構成されているＰＨＳ無線通信網と、収集サーバＳＶが接続されている光ファイバ通信ネットワークとを相互接続する機器である。前記ルートテーブルに従って、１つのゲートウエイＧＷの下層には端局Ａ、Ｈが配列され、端局Ａの下層には端局Ｂ、Ｃが配列され、端局Ｂ及び端局Ｃの下層には各々、端局Ｄ、Ｅ及び端局Ｆ、Ｇが配列されるというように、ツリー状のＰＨＳ無線通信網が形成されている。

端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・の側から収集サーバＳＶに向けては、上述の通り検針データが定期的に送信される。一方、収集サーバＳＶから端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・の側に向けては、受信していない検針データの要求信号等の他、本実施形態では開閉器２５（図３）の開閉を要求する開閉制御データが送信される。

図２は、収集サーバＳＶ（ゲートウエイＧＷ）と、一つのツリーを構成する端局Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇとの間における、データの送受信状態を示すタイムチャートである。収集サーバＳＶが検針データを受信する場合、最下層の端局Ｄ、Ｅが、所定の送信タイミングが到来すると、自身の検針データを中層の端局Ｂへそれぞれ送信する。同様に、他の最下層の端局Ｆ、Ｇは、自身の検針データを、端局Ｃへ送信する。次に、端局Ｂは、自身の検針データと、先に受信した端局Ｄ、Ｅの検針データとを、上層の端局Ａに送信する。同様に、端局Ｃも、自身の検針データと、先に受信した端局Ｆ、Ｇの検針データとを、上層の端局Ａに送信する。しかる後、端局Ａは、自身の検針データと、先に受信した端局Ｂ〜Ｇの検針データとを、ゲートウエイＧＷを介して収集サーバＳＶに送信する。

一方、収集サーバＳＶから制御データが送信されるときは、受信のときの逆のルートでデータが送信される。例えば、収集サーバＳＶから端局Ｅへ前記開閉制御データが送信される場合は、ゲートウエイＧＷ、端局Ａ及び端局Ｂを順次経由する無線通信路が用いられる。

このように、多数の端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・を、複数の階層を備えたツリー状にネットワーク接続し、所謂バケツリレー式にデータ送信を行うことで、収集サーバＳＶ（ゲートウエイＧＷ）から個別に各端局へポーリングする場合に比べて短時間でデータを収集可能になる。なお、データ送信を、このようなバケツリレー式に固定化しなくとも良く、必要に応じて階層をスキップして端局間で無線通信を行わせたり、ゲートウエイＧＷと下層端局との間で直接無線通信を行わせたり、或いは他のゲートウエイＧＷに属する端局との間で直接無線通信を行わせたりしても良い。

続いて、収集サーバＳＶ、及び一つの端局Ａの機能構成を、図３に示すブロック図に基づいて説明する。収集サーバＳＶは、機能的に、送受信部１１、制御部１２及びデータ記憶部１３を備えている。また、端局Ａは、送受信部２１、制御部２２及びバックアップメモリ２３を備えている。なお、端局Ａは、当該端局Ａが配置される電力需要家における電力使用量を計測する電力量計２４と、商用電力送電系統から当該電力需要家への給電のＯＮ・ＯＦＦを切り換える開閉器２５とが組み合わされた端局ユニットＵＴとして、電力需要家に配置されている。他の端局Ｂ、Ｃ・・・についても同様である。

送受信部１１は、ゲートウエイＧＷを介して多数の端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・とデータ通信を行う機能部である。送受信部１１は、端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・から定期的に送信されてくる電力量計２４の検針データを受信する一方で、端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・に対して、バックアップ検針データの要求信号や開閉器２５の開閉制御信号等の制御データを送信する。

制御部１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成され、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより収集サーバＳＶの各部に動作を司る。制御部１２は、送受信部１１の送受信処理、データ記憶部１３への記憶処理などを制御する。

さらに、制御部１２は、前記開閉制御信号を生成する開閉器遠隔制御部１２１（遠隔制御手段）を機能的に含む。開閉器遠隔制御部１２１は、開閉器２５を閉（入）から開（切）の状態へ動作させ電力需要家の屋内配線系統を商用電力送電系統から遮断するための制御（以下、「切制御」という）信号、及び開閉器２５を開（切）から閉（入）の状態へ動作させ電力需要家の屋内配線系統を商用電力送電系統へ接続するための制御（以下、「入制御」という）信号を生成する。

ここで、切制御信号は、例えば電力需要家の転出や、特別事情に基づく電力供給停止理由が生じたときに当該電力需要家の端局へ送信される。一方、入制御信号は、例えば電力需要家の転入や、電力供給停止理由が解消したときに当該電力需要家の端局へ送信される。これら切制御信号及び入制御信号は、収集サーバＳＶに相互接続されている管理サーバ（図略）等から指示が与えられたタイミングで生成・送信される。

データ記憶部１３は、各端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・から定期的に送信され、送受信部１１で受信された検針データを記憶する。図４は、この検針データの一例を示すデータ構成図である。検針データは、「計器ＩＤ」、「検針日時」、「指示値」及び「データフラグ」を含む。「計器ＩＤ」は、電力需要家毎の電力量計２４に付与されている固有のＩＤ番号である。「検針日時」は、当該検針データが取得された日時を示す時刻データである。「指示値」は、電力量計２４がカウントしている電力使用量の積算値（カウント値）である。「データフラグ」は、指示値が適正に読み取られたか否か等の情報をフラグ形式で示すデータである。このような検針データが、予め定める所定の検針周期、例えば３０分毎に、各端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・から収集サーバＳＶへ送信される。

端局Ａの送受信部２１は、上層のゲートウエイＧＷ、若しくは下層の端局Ｂ、Ｃと無線のデータ通信を行うための機能部である。送受信部２１は、端局Ｂ、Ｃ・・・から定期的に送信されてくる電力量計２４の検針データと自身の検針データとを、収集サーバＳＶに向けて所定の送信タイミング毎に送信する一方で、収集サーバＳＶから送信される制御データを受信する。

制御部２２は、端局Ａの各部に動作を司ると共に、電力量計２４の検針データを所定の検針周期で定期的に読み取る処理、該検針データを収集サーバＳＶへ送信する処理、及び該検針データをバックアップメモリ２３に記憶させる処理などを制御する。

さらに、制御部２２は、開閉器２５を開閉させる制御を行う開閉器制御部２２１を機能的に含む。開閉器制御部２２１は、前記開閉制御信号が収集サーバＳＶの側から与えられたときに上記「切制御」又は「入制御」を行うのであるが、本実施形態では特に、配線系統の負荷電流値が所定の閾値以下であるか否かを、電流センサ類を用いることなく電力量計２４の検針データに基づき判定した上で、「切制御」を行うようにしている。この点については、後記で詳述する。

バックアップメモリ２３は、電力量計２４から読み取られた検針データを、バックアップ用に記録するメモリである。メモリオーバーを抑止するために、検針時刻から所定の期間（例えば１ヶ月）が経過したものにつき、制御部２２がバックアップメモリ２３のデータを自動消去するルーティンを具備させるようにしても良い。

電力量計２４は、電力需要家が保有する電力負荷に対して給電を行う屋内配線系統に接続され、該屋内配線系統における電力使用量を計測する。電力量計２４は、電力使用量の積算値を所定の分解能でカウントし、そのカウント値を所定のインターバルを置いて出力する。このカウント値は、収集サーバＳＶへの送信のため例えば３０分毎に検針値として読み取られる他、本実施形態では負荷電流値の監視のために３秒〜３６０秒程度のインターバルで読み取られる。

開閉器２５は、上記「切制御」又は「入制御」に応じて、電力需要家の屋内配線系統を商用電力送電系統から遮断又は接続する。一般に開閉器には、「切」動作を安全に行うことができる定格電流容量が定められている。そして、定格電流容量を超える電流が流れている状態で「切制御」を行うと、セーフティガードが作動して「切」動作が実際に行われなかったり、或いは開閉器が故障したりする不具合が生じる。従って、「切制御」を行うに際しては、負荷電流値を把握しておくことが肝要となる。

続いて、図５〜図８に基づき、開閉器制御部２２１の詳細を説明する。図５は、開閉器の遠隔制御シーケンスを示すタイムチャートである。ここでは、収集サーバＳＶから、ゲートウエイＧＷ及び端局Ａを介して、端局Ｂの開閉器２５が遠隔制御される例を示している。

収集サーバＳＶから発せられた開閉器制御要求（開閉制御信号）は、ゲートウエイＧＷと端局Ａとを順次経て、端局Ｂで受信される。端局Ｂでは、計器ＩＤ確認処理、開閉器状態確認処理、電流現在値確認処理、開閉器制御などの開閉器制御処理と、併せて検針が実行される（図９、図１０のフローチャートに基づき後記で詳述する）。開閉器制御を終えると、処理が完了したことを報知する開閉器制御応答が端局Ｂから発せられ、端局Ａ及びゲートウエイＧＷを経て、収集サーバＳＶでこれが受信される。

開閉器制御部２２１は、「切制御」の開閉器制御要求がいつ与えられても対応できるよう、電力量計２４の検針値に基づき屋内配線系統の負荷電流値を監視する。図６は、このような電流値監視、並びに開閉器制御の方法を概略的に説明するためのタイミングチャートである。

電力量計２４は、電力需要家における電力使用量の積算値を、所定の分解能（例えば０．０１ｋＷｈ）でカウントする。そのカウント値は、ｎ秒のインターバルを置いた検針タイミングｔ０、ｔ１、ｔ２・・・毎に、負荷電流値監視用の検針値として開閉器制御部２２１により読み取られる。開閉器制御部２２１は、この検針値（カウント値）の増加度合いに基づき電流現在値を算出し、負荷電流値を推定する。

図６に示すように、検針タイミングｔ１（第２の計測タイミング）で検針値の増加が認識されたとする。これに続いて、検針タイミングｔ４（第１の計測タイミング）で、再び検針値の増加が認識されたとする。このような検針値増加の認識時が、電流現在値の算出タイミングとなる。ここで、検針タイミングｔ４における検針値の増加分をｐ、検針周期数をｋとするとき、今回の検針値増加分ｐと、前回の検針値増加認識から今回の検針値増加認識までの経過時間（ｋ×ｎ）とから、下記（１）式を基礎とする算出式（後記で詳述する）に基づき、検針タイミングｔ４において電流現在値を算出する。
Ｐ（ｋＷｈ）＝Ｅ（Ｖ）×Ｉ（Ａ）×ｔ（秒）÷３６００÷１０００ ・・・（１）

検針タイミングｔ６で「切制御」の開閉器制御要求が収集サーバＳＶ側から与えられた場合、開閉器制御部２２１は、その直近で求められている検針タイミングｔ４の電流現在値を使用して、負荷電流値が開閉器２５に「切」動作を行わせることができる所定の閾値以下であるか否かを判定する。そして、閾値以下である場合、開閉器制御部２２１は開閉器２５に対する「切制御」を実行し、閾値を超過している場合は「切制御」を保留する。この際、電流現在値は、安全方向に最大誤差を見込んで算出される。以下、かかる電流現在値の算出式の詳細を例示する。

電力需要家の屋内配線系統が、単相二線式（線間電圧＝１００Ｖ）、力率１００％の線路であると想定する。この場合、上記（１）式より、電流値Ｉを次の通り表すことができる。
Ｐ（ｋＷｈ）＝Ｅ（Ｖ）×Ｉ（Ａ）×ｔ（秒）÷３６００÷１０００
Ｉ（Ａ）＝Ｐ（ｋＷｈ）÷Ｅ（Ｖ）÷ｔ（秒）×３６００×１０００・・・（２）

電力量計２４の分解能が０．０１ｋＷｈであるとき、上記の検針値増加分ｐを用いると、（２）式の電流値Ｉを通り表すことができる。
Ｉ（Ａ）＝（ｐ×０．０１）÷Ｅ÷ｔ×３６００×１０００
＝ｐ÷Ｅ÷ｔ×３６０００
電圧Ｅ＝１００Ｖであるので、
Ｉ（Ａ）＝ｐ÷ｔ×３６０ ・・・（３）

上述の通り、検針インターバルをｎ秒、検針値がｐ増加するのに要する時間をｋ×ｎとするとき、（３）式より電流値Ｉは、下記（４）式の通りとなる。
Ｉ（Ａ）＝３６０×ｐ÷（ｋ×ｎ） ・・・（４）

上記（４）式で求められる電流値は、前回から今回の検針値（カウント値）の増加分ｐに基づき推定される、負荷電流値の中心値ということができる。本実施形態ではこれに止まらず、次に説明する通り、検針インターバル及び電力量計２４の分解能から、電力量計２４のカウント値の増加が生じ得るマックス条件とミニマム条件とを求め、これら条件に従って負荷電流値の最小値と最大値とを推定する。そして、最大値から推定される負荷電流値を使用して、上記閾値以下であるか否かが判定される。

先ず、検針インターバルがｎ秒であることに伴い、電力量計２４のカウント値が実際にｐだけ増加したことが、検針値の増加分ｐとして計測される可能性には一定の幅がある。図７は、その可能性の範囲を説明するためのタイミングチャートである。

いま、検針タイミングｔ１２で検針値の増加が認識され、これに続いて、検針タイミングｔ１６でｐだけ検針値の増加が認識されたとする。この場合、純粋に検針値に基づけば、電流現在値Ｉは検針タイミングｔ１２を経過時間算出の基準時として、上記（４）式により求められる。しかし、検針値の増加分ｐとして認識される電力量計２４のカウント値の増加態様には、図７に示すように［ケース１］のミニマム条件から、［ケース２］のマックス条件までの幅がある。

ケース１では、検針タイミングｔ１１から微小時間Δｔ１が経過した時刻にカウント値が増加し、さらに検針タイミングｔ１６から微小時間Δｔ４だけ直前の時刻に、カウント値に増加分ｐが生じた態様を示している。一方、ケース２では、検針タイミングｔ１２から微小時間Δｔ２だけ直前の時刻にカウント値が増加し、さらに検針タイミングｔ１５から微小時間Δｔ３が経過した時刻に、カウント値に増加分ｐが生じた態様を示している。これらケース１、ケース２とも、検針値として増加分ｐが認識されるのは検針タイミングｔ１２とｔ１６なのであるが、ケース１では検針周期数ｋ≒５、ケース２ではｋ≒３であるので、実質的にはケース１の電流現在値Ｉ_ｍｉｎと、ケース２の電流現在値Ｉ_ｍａｘとは、（４）式より次の通り表すことができる。
Ｉ_ｍｉｎ（Ａ）＝３６０×ｐ÷（（ｋ＋１）×ｎ） ・・・（５）
Ｉ_ｍａｘ（Ａ）＝３６０×ｐ÷（（ｋ−１）×ｎ） ・・・（６）

従って、検針値として増加分ｐが認識された場合の電流現在値の可能性値Ｉ_ｘ１は、上記（５）式及び（６）式より、次の（７）式の通りとなる。
Ｉ_ｘ１（Ａ）＝３６０×ｐ÷（（ｋ＋１）×ｎ）〜３６０×ｐ÷（（ｋ−１）×ｎ）
・・・（７）
もし、ｎ＝３秒ならば、
Ｉ_ｘ１（Ａ）＝１２０×ｐ÷（ｋ＋１）〜１２０×ｐ÷（ｋ−１）
である。但し、以上はｋ≧２で、ｐの増加分が生じた場合である。

ｋ＝１でｐの増加分が生じた場合、電力量計２４の分解能により、実際の消費電力量は一定の幅を持つ。図８は、その幅を説明するためのグラフである。電力量計２４のカウント値は、図中Ｒ_０で示すように、その分解能に応じて階段状に上昇して行く。しかし、検針タイミングｔ２２〜ｔ２３で、ｐの増加分が生じる消費電力量の可能性は、マックス条件Ｒ_１と、ミニマム条件Ｒ_２とがある。

すなわち、マックス条件Ｒ_１は、検針タイミングｔ２２でカウント値ｐ１を僅かに超過し、検針タイミングｔ２３でカウント値ｐ３（＝ｐ１＋２）を僅かに下回る電力消費を、電力量計２４が計測している場合である。一方、ミニマム条件Ｒ_２は、検針タイミングｔ２２でカウント値ｐ２（＝ｐ１＋１）を僅かに下回り、検針タイミングｔ２３でカウント値ｐ２を僅かに上回る電力消費を、電力量計２４が計測している場合である。従って、ｐの増加分が生じたとしても、実際の消費電力量はマックス条件Ｒ_１では≒ｐ＋１、ミニマム条件Ｒ_２では≒ｐ−１となり、実質的に（ｐ−１）〜（ｐ＋１）の幅を持つことになる。

よって、ｋ＝１のとき、ミニマム条件Ｒ_２の電流現在値Ｉ_ｍｉｎと、マックス条件Ｒ_１の電流現在値Ｉ_ｍａｘとは、（４）式より次の通り表すことができる。
Ｉ_ｍｉｎ（Ａ）＝３６０×（ｐ−１）÷（１×ｎ） ・・・（８）
Ｉ_ｍａｘ（Ａ）＝３６０×（ｐ＋１）÷（１×ｎ） ・・・（９）
従って、ｋ＝１で、検針値として増加分ｐが認識された場合の電流現在値の可能性値Ｉ_ｘ２は、上記（８）式及び（９）式より、次の（１０）式の通りとなる。
Ｉ_ｘ２（Ａ）＝３６０×（ｐ−１）÷（１×ｎ）〜３６０×（ｐ＋１）÷（１×ｎ）
・・・（１０）
もし、ｎ＝３秒ならば、
Ｉ_ｘ２（Ａ）＝１２０×（ｐ−１）〜１２０×（ｐ＋１）
である。

以上のように、電力量計２４の検針値から求められる電流現在値には、（７）式又は（１０）式の幅を持つことが可能性として考えられるのであるが、安全方向に最大誤差を考慮するならば、（６）式又は（９）式で示される最大値を用いて、開閉器２４の「切制御」を実行させるか否かの判定を行うことが望ましい。従って、開閉器制御部２２１は、ｎ＝３秒と設定されている場合、電流現在値を、
Ｉ（Ａ）＝１２０×ｐ÷（ｋ−１） 但し、ｋ≧２
Ｉ（Ａ）＝１２０×（ｐ＋１） 但し、ｋ＝１
の算出式で算出し、これを屋内配線系統の負荷電流値と扱って、開閉器２４を「切制御」するか否かを判定する。

上記の如き算出方法で求めた、単相二線式（線間電圧＝１００Ｖ）線路の電流現在値の算出例を表１に示す。表中の「最大値」が、開閉器制御部２２１で使用される電流現在値である。

また、屋内配線系統が、線間電圧＝２００Ｖ、力率１００％の単相二線式線路である場合、上記（７）式、（１０）式は次の通りとなる。
Ｉ_ｘ１（Ａ）＝１８０×ｐ÷（（ｋ＋１）×ｎ）〜１８０×ｐ÷（（ｋ−１）×ｎ）
Ｉ_ｘ２（Ａ）＝１８０×（ｐ−１）÷（１×ｎ）〜１８０×（ｐ＋１）÷（１×ｎ）
ｎ＝３秒ならば、これらの式は、
Ｉ_ｘ１（Ａ）＝６０×ｐ÷（ｋ＋１）〜６０×ｐ÷（ｋ−１）
Ｉ_ｘ２（Ａ）＝６０×（ｐ−１）〜６０×（ｐ＋１）
となる。

単相二線式（線間電圧＝２００Ｖ）線路の電流現在値の算出例を表２に示す。同様に、表中の「最大値」が、開閉器制御部２２１で使用される電流現在値である。

この他、他の線路形式の配線系統における電流現在値の算出式も、同様にして導出することができる。単相三線式、線間電圧１００Ｖ、不平衡率４０％、力率１００％の線路の場合は、次式で電流現在値Ｉ_ｘ３、Ｉ_ｘ４を算出することができる。
Ｉ_ｘ３（Ａ）＝１２０×ｐ÷（ｋ−１）÷２×１．２ 但し、ｋ≧２、ｎ＝３
Ｉ_ｘ４（Ａ）＝１２０×（ｐ＋１）÷２×１．２ 但し、ｋ＝１、ｎ＝３

また、三相三線式、線間電圧２００Ｖ、不平衡率３０％、力率９０％の線路の場合は、次式で電流現在値Ｉ_ｘ５、Ｉ_ｘ６を算出することができる。
Ｉ_ｘ５（Ａ）＝（６０÷√３）×ｐ÷（ｋ−１）÷０．９×１．１５ 但し、ｋ≧２、ｎ＝３
Ｉ_ｘ６（Ａ）＝（６０÷√３）×（ｐ＋１）÷０．９×１．１５ 但し、ｋ＝１、ｎ＝３

なお、開閉器制御部２２１は、検針値の増加に基づき電流現在値が求められた直近の時点から前記制御信号を与えられた時点までの経過時間、図６の例では、検出タイミングｔ４〜ｔ６までの時間が、所定時間以上経過しているとき、予め定められた値を電流現在値として使用して、「切制御」を実行させるか否かの判定を行う。これは、負荷電流値がいつまでも閾値を超過していると判定し続け、開閉器２５の「切制御」が実行できなくなる不都合を回避するためである。この場合の経過時間及び電流現在値は、線路形式や線間電圧に応じて適宜決定すれば良いが、例えば前回の検針値増加を認識した後、３６０秒経過して新たな検針値増加が認識されなかった場合、電流現在値＝１Ａとするアルゴリズムで、開閉器制御部２２１の処理を行わせることができる。

続いて、開閉器制御部２２１による開閉器制御処理の動作を、図９及び図１０に基づいて説明する。図９は、「切制御」の処理動作を示すフローチャートである。収集サーバＳＶからの「切制御」の開閉器制御要求（図５参照）を送受信部２１が受信すると、開閉器制御部２２１は、その要求信号に含まれる計器ＩＤを確認する（ステップＳ１）。そして、それが一致しているか否かを確認する（ステップＳ２）。計器ＩＤは、上述の通り各端局の電力量計２４に割り当てられているＩＤであるが、該ＩＤを利用して、自身の端局に対する開閉器制御要求であるか否かを確認する。

計器ＩＤが一致している場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、開閉器制御部２２１は、開閉器２５の現在状態を確認する（ステップＳ３）。なお、計器ＩＤが一致していない場合（ステップＳ２でＮＯ）、処理を終える。

開閉器２５の現在状態が“入”状態であるとき（ステップＳ４でＹＥＳ）、開閉器制御部２２１は、電流値監視用の検針と上記で詳述した算出式とで求められている電流現在値の最大値を、屋内配線系統の負荷電流値の推定値として抽出（確認）する（ステップＳ５）。一方、すでに“切”状態であるとき、同方向制御となるので、ステップＳ１１にスキップする。

次に、開閉器制御部２２１は、電流現在値が所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ６）。なお、この閾値は、開閉器２５を無理なく「切」操作できる負荷電流値であり、当然、開閉器２５の定格電流容量以下となる電流値である。電流現在値がこの閾値を超過している場合（ステップＳ６でＮＯ）、「切制御」の実行は留保され、ステップＳ１１にスキップする。或いは、ステップＳ５に戻って、電流現在値を確認するループとしても良い。

電流現在値が閾値以下である場合、開閉器制御部２２１は、開閉器２５に対して「切制御」を実行する（ステップＳ７）。続いて開閉器制御部２２１は、開閉器２５の動作安定を待つための所定の待ち時間（例えば１００ｍｓ）のカウントを開始し（ステップＳ８）、待ち時間が満了したら開閉器２５の状態確認を行う（ステップＳ９）。開閉器２５が“切”状態に変化しているとき（ステップＳ１０でＹＥＳ）、ステップＳ１１の検針が行われた後、処理を終了する。もし“切”状態に変化していない場合は（ステップＳ１０でＮＯ）、ステップＳ７に戻ってリトライする。なお、ステップＳ１１の検針は、開閉器制御時点における電力量計２４の検針値を確認するためのものである。

次に、図１０は、「入制御」の処理動作を示すフローチャートである。収集サーバＳＶからの「入制御」の開閉器制御要求を送受信部２１が受信すると、開閉器制御部２２１は、その要求信号に含まれる計器ＩＤを確認する（ステップＳ２１）。そして、それが一致しているか否かを確認する（ステップＳ２２）。計器ＩＤが一致している場合（ステップＳ２２でＹＥＳ）、開閉器制御部２２１は、開閉器２５の現在状態を確認し（ステップＳ２３）、さらに、開閉器制御直前の電力量計２４の検針値を確認する（ステップＳ２４）。なお、計器ＩＤが一致していない場合（ステップＳ２２でＮＯ）、処理を終える。

開閉器２５の現在状態が“切”状態であるとき（ステップＳ２５でＹＥＳ）、開閉器制御部２２１は、「入制御」を実行する（ステップＳ２６）。一方、すでに“入”状態であるとき、同方向制御となるので、そのまま処理を終える。

その後、開閉器制御部２２１は、開閉器２５の動作安定を待つための所定の待ち時間（例えば１００ｍｓ）のカウントを開始し（ステップＳ２７）、待ち時間が満了したら開閉器２５の状態確認を行う（ステップＳ２８）。開閉器２５が“入”状態に変化しているとき（ステップＳ２９でＹＥＳ）、処理を終了する。もし“入”状態に変化していない場合は（ステップＳ２９でＮＯ）、ステップＳ２６に戻ってリトライする。

以上説明した、本実施形態に係る自動検針システムによれば、端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・を保有する電力需要家に電話連絡を取るような手間を掛けず、また、電流センサ類を新たに設置することなく、電力需要家の端局ユニットＵＴにおいて自身の配線系統の負荷電流を把握し、遠隔地から与える制御信号により開閉器２５を開閉させることができる。従って、開閉器２５を所定の電流容量以下で安全に開閉できると共に、電流センサ類を設置するためのスペースやコストを省くことができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、下記に示すような変形実施形態を取ることができる。

［１］上記実施形態では、集約装置が、収集サーバＳＶとゲートウエイＧＷとからなる例を示した。これは、集約装置の一例であり、複数のサーバを備えている集約装置、ゲートウエイＧＷを使用していない集約装置等であっても良い。また、端局間の無線通信方式としてＰＨＳ方式を例示したが、他の無線通信方式を採用することもできる。例えば、無線ＬＡＮを構成しているサーバとクライアントに、本発明を適用することも可能である。さらに、無線通信方式ではなく、有線通信方式を採用しても良い。

［２］上記実施形態では、端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・が複数の階層を備えたツリー状にネットワーク接続されている例を示した。これに代えて、各端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・が個別に収集サーバＳＶへ接続されるようにしても良い。

［３］上記実施形態では、電力量計２４の計測インターバル及び分解能から想定される、電流現在値の最大値を用いて「切制御」を実行するか否かを判定する例を示した。しかし、必ずしも最大値を採用せずとも良く、例えば最大値の９０％値や８０％値を採用したり、或いは一層の安全性を考慮して最大値の１１０％値を採用したりしても良い。

本発明の実施形態に係る自動検針システム（開閉器制御システム）の全体構成を示す模式図である。 収集サーバと端局との間における、データの送受信状態を示すタイムチャートである。 収集サーバ、及び一つの端局の機能構成を示すブロック図である。 端局から送信される検針データのデータ構成図である。 開閉器の遠隔制御シーケンスを示すタイムチャートである。 電流値監視並びに開閉器制御の方法を概略的に説明するためのタイミングチャートである。 電流現在値の最大値及び最小値を説明するためのタイミングチャートである。 電流現在値の最大値及び最小値を説明するためのグラフである。 「切制御」の処理動作を示すフローチャートである。 「入制御」の処理動作を示すフローチャートである。

符号の説明

ＳＶ 収集サーバ（集約装置）
ＧＷ ゲートウエイ（集約装置）
Ａ、Ｂ、Ｃ・・・ 端局
１１ 送受信部
１２ 制御部
１２１ 開閉器遠隔制御部（遠隔制御手段）
１３ データ記憶部
２１ 送受信部
２２ 制御部
２２１ 開閉器制御部
２３ バックアップメモリ
２４ 電力量計
２５ 開閉器

Claims (5)

1. 負荷に対して給電を行う配線系統に接続され、該配線系統における電力使用量を計測する電力量計と、
   前記配線系統を電力送電系統に対して遮断又は接続する開閉器と、
   前記開閉器の開閉動作を制御する開閉器制御部と、を備え、
   前記電力量計は、電力使用量の積算値を所定の分解能でカウントし、そのカウント値を所定のインターバルを置いて出力するものであり、
   前記開閉器制御部は、前記配線系統の負荷電流値が所定の閾値以下であると判定される場合に、前記開閉器を閉から開の状態へ動作させる制御を行うものであって、前記判定に用いる負荷電流値として、出力された前記カウント値の増加度合いに基づき推定される電流現在値を使用することを特徴とする開閉器制御システム。
2. 前記開閉器制御部は、前記電力量計の計測インターバル及び分解能から、前記電流現在値の最大値を推定し、該最大値を前記判定用の電流現在値として使用することを特徴とする請求項１に記載の開閉器制御システム。
3. 前記開閉器制御部に、前記開閉動作の実行を求める制御信号を与える遠隔制御手段をさらに備え、
   前記開閉器制御部は、前記遠隔制御手段から制御信号を与えられたとき、その直近で求められた前記電流現在値を使用して、前記判定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の開閉器制御システム。
4. 前記開閉器制御部は、前記カウント値の増加に基づき電流現在値が求められた直近の時点から前記制御信号を与えられた時点までが所定時間以上経過しているとき、予め定められた値を使用して、前記判定を行うことを特徴とする請求項３に記載の開閉器制御システム。
5. 電力使用量の検針データを収集する集約装置と、前記集約装置と通信可能に接続された複数の端局ユニットとを備え、
   前記端局ユニットは、それぞれ、
   前記集約装置との通信を実行する通信装置と、負荷に対して給電を行う配線系統に接続され該配線系統における電力使用量を計測する電力量計と、前記配線系統を電力送電系統に対して遮断又は接続する開閉器と、前記開閉器の開閉動作を制御する開閉器制御部とを備え、
   前記電力量計は、電力使用量の積算値を所定の分解能でカウントし、そのカウント値を所定のインターバルを置いて出力するものであり、
   前記通信装置は、前記カウント値を前記検針データとして所定の通信タイミングで前記集約装置へ送信するものであり、
   前記集約装置は、前記端局ユニットの開閉器制御部に、前記開閉動作の実行を求める制御信号を与える制御部を備えるものであって、
   前記開閉器制御部は、前記配線系統の負荷電流値が所定の閾値以下であると判定される場合に、前記開閉器を閉から開の状態へ動作させる制御を行うものであって、前記判定に用いる負荷電流値として、出力された前記カウント値の増加度合いに基づき推定される電流現在値を使用し、且つ、前記集約装置から前記制御信号を与えられたとき、その直近で求められた前記電流現在値を使用して、前記判定を行うことを特徴とする開閉器制御機能付きの自動検針システム。
   

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