JP6159611B2

JP6159611B2 - 自動検針システム

Info

Publication number: JP6159611B2
Application number: JP2013160363A
Authority: JP
Inventors: 敏幸前多; 佐々木　博之; 博之佐々木
Original assignee: NEC Magnus Communications Ltd
Current assignee: NEC Magnus Communications Ltd
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2033-08-01
Also published as: JP2015032946A

Description

本発明は、ＰＬＣ（Power Line Communication：電力線通信）を利用した電力使用量の検針システムに関するものである。

近年、電力会社においては、各需要者の電力使用量を遠隔地から収集する自動検針システムの導入が進みつつある（例えば特許文献１参照）。

自動検針システムでは、親機ＰＬＣモデム（以下、検針用親機ＰＬＣモデムという）が電柱等に取り付けられ、検針データを親機ＰＬＣモデムに送信するための子機ＰＬＣモデム（以下、検針用子機ＰＬＣモデムという）が各需要者の電力メータに内蔵される。これらのＰＬＣモデムは電柱と電力メータとを結ぶ電力線を通信路として利用するので、新規に通信線を敷設する必要がなく、導入コストの面で非常に有利である。

一方、エコロジーの観点から節電への関心が高まっており、ＩＴを使って最適なエネルギー管理を実現するＨＥＭＳ（Home Energy Management System：家庭内電力管理システム）を導入する家庭が増えてきている（例えば特許文献２参照）。

ＨＥＭＳでは中央制御装置としてのＨＥＭＳサーバが用いられる。ＨＥＭＳサーバはエアコンなどの各家電機器の運転状況や消費電力をモニタリングしながらそれらを自動制御する。ＨＥＭＳによれば、エネルギー需給を可視化し、電気を自動制御して生活の快適さを保ちながら節電することが可能である。

特開２０１１−２２３０６３号公報特開２０１１−２５４２２９号公報

ＨＥＭＳにおいて、家庭内の全消費電力を把握するために電力メータから電力量データを取得したいという要望がある。しかし、電力メータ及び自動検針システムは電力会社の管理下で運用されており、ＨＥＭＳは各家庭内で閉じられたシステムであるため、相互の連携は困難である。

そこで、電力メータ内にＨＥＭＳ用子機ＰＬＣモデムを設置し、ＨＥＭＳサーバにＨＥＭＳ用親機ＰＬＣモデムを接続し、自動検針システムとは無関係にＨＥＭＳサーバが電力メータと通信する方法が検討されている。この場合、ＨＥＭＳサーバから親機−子機ＰＬＣモデムを介して電力メータに向けて電力量メータの送信リクエストを送信すると、電力メータが電力量データをＨＥＭＳサーバに向けて送信するようにあらかじめ手順を設定しておけばよい。この方法によれば、ＨＥＭＳ側でも電力量データを利用することが可能となる。

しかしながら、電力メータがＨＥＭＳ用子機ＰＬＣモデムおよびＨＥＭＳ用親機ＰＬＣモデムを介してＨＥＭＳサーバに向けて電力量データを送信すると、ＨＥＭＳ用子機ＰＬＣモデムの送信信号が同じ電力線に接続されている他の需要者の検針用子機ＰＬＣモデムに届いてしまうという問題がある。このとき、他の検針用子機ＰＬＣモデムが検針用親機ＰＬＣモデムと通信している最中であれば、信号が干渉して通信障害となるおそれがある。自動検針システムには検針データを極めて高い収率で確実に収集できることが求められており、そのためには通信障害の原因を徹底的に排除する必要がある。

したがって、本発明の目的は、電力メータとＨＥＭＳサーバとの間でＰＬＣモデムを用いた電力線通信を実現しつつ、検針システム側の親機−子機ＰＬＣモデム間の通信障害を抑えて検針データの収率を高めることが可能な自動検針システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明による自動検針システムは、需要者の電力使用量を計測する複数の電力メータと、前記複数の電力メータの各々から第１の電力量データを収集する第１のサーバと、前記第１のサーバに接続された第１のＰＬＣモデムと、前記複数の電力メータの各々に接続されるとともに、電力線を介して前記第１のＰＬＣモデムと通信を行う複数の第２のＰＬＣモデムと、需要者宅内の電力を管理する第２のサーバと、前記第２のサーバに接続された第３のＰＬＣモデムと、前記複数の電力メータのうち前記第２のサーバを導入する家庭の第１の電力メータに接続されるとともに、電力線を介して前記第３のＰＬＣモデムと通信を行う第４のＰＬＣモデムとを備え、前記第１の電力メータは、前記第２のサーバから送信された電力量データの送信リクエストに応答して第２の電力量データを第２のサーバに向けて送信する前に、前記第２の電力量データを送信する期間が前記第１のサーバと前記複数の電力メータのいずれかとの通信期間と重複するか否かを判定し、重複する場合には前記送信リクエストに応答せず、重複しない場合には前記送信リクエストに応答して前記第２の電力量データを送信することを特徴とする。

本発明によれば、第１の電力メータが第２のサーバからの送信リクエストを受信したとしても、検針側システムの通信スケジュールと重複する場合には、送信リクエストを無視して第１の電力メータから第２の電力量データを送信しないので、第１の電力メータと第２のサーバとの間でＰＬＣモデムを用いた電力線通信を実現しつつ、検針システム側の第１−第２ＰＬＣモデム間の通信障害を抑えて検針データの収率を高めることができる。

本発明において、前記複数の電力メータの各々は、前記第１のサーバが前記複数の電力メータの各々から前記第１の電力量データを収集する際の通信スケジュールデータを保持し、前記第１の電力メータは、前記通信スケジュールデータを参照して、前記第２の電力量データを送信する期間が前記第１のサーバと前記複数の電力メータのいずれかとの通信期間と重複するか否かを判定することが好ましい。これによれば、検針側システムの通信スケジュールを確実に把握することができ、検針側システムの通信障害を確実に防止することができる。

本発明によれば、電力メータとＨＥＭＳサーバとの間でＰＬＣモデムを用いた電力線通信を実現しつつ、検針システム側の親機−子機ＰＬＣモデム間の通信障害を抑えて検針データの収率を高めることが可能な自動検針システムを提供することができる。

図１は、本発明の好ましい実施の形態による自動検針システムの構成を示す模式図である。図２は、ＰＬＣモデムの構成を機能的に示すブロック図である。図３は、第１の実施の形態による電力量データの送信手順を説明するためのシーケンス図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施の形態による自動検針システムの構成を示す模式図である。

図１に示すように、本実施形態による自動検針システム１は、例えば集合住宅１０の各戸１０ａ〜１０ｄの電力使用量を検針するためのものであり、電柱２等に設置された検針用親機ＰＬＣモデム１１（第１のＰＬＣモデム）と、各戸の電力メータ１２ａ〜１２ｄにそれぞれ内蔵された検針用子機ＰＬＣモデム１３ａ〜１３ｄ（第２のＰＬＣモデム）ならびにＨＥＭＳ用子機ＰＬＣモデム１４ａ〜１４ｄ（第４のＰＬＣモデム）と、ＨＥＭＳを導入する家庭に設置されたＨＥＭＳサーバ１７と、ＨＥＭＳサーバ１７において電力線通信を実現するためのＨＥＭＳ用親機ＰＬＣモデム１８（第３のＰＬＣモデム）とを備えている。

変電所３から供給される電力は柱上トランス４、電力引き込み線５ａ、電力メータ１２ａ〜１２ｄおよびブレーカ１６ａ〜１６ｄを経由して各需要者ａ〜ｄの家電機器９ａ〜９ｄにそれぞれ供給される。検針用親機ＰＬＣモデム１１の一方の通信端子は例えば光ネットワーク６を介して検針サーバ７（第１のサーバ）に接続されており、他方の通信端子は電力引き込み線５ａに接続されている。

電力メータ１２ａ〜１２ｄ内の検針用子機ＰＬＣモデム１３ａ〜１３ｄの一方の通信端子は対応する電力メータ１２ａ〜１２ｄのコントローラ１５ａ〜１５ｄにそれぞれ接続されており、他方の通信端子は電力引き込み線５ａに接続されている。ＨＥＭＳ用子機ＰＬＣモデム１４ａ〜１４ｄも同様に、その一方の通信端子は対応する電力メータ１２ａ〜１２ｄのコントローラ１５ａ〜１５ｄにそれぞれ接続されており、他方の通信端子は電力引き込み線５ａに接続されている。

なお、各子機ＰＬＣモデムが電力メータ１２ａ〜１２ｄ内に内蔵されている場合、コントローラ１５ａ〜１５ｂはそれらのＰＬＣモデムに対する狭義の電力メータとして位置付けられ、検針用子機ＰＬＣモデム１３ａ〜１３ｄならびにＨＥＭＳ用子機ＰＬＣモデム１４ａ〜１４ｂは狭義の電力メータに接続されており、コントローラ１５ａ〜１５ｄによる動作は電力メータ１２ａ〜１２ｄによる動作と等価であると考えることができる。

本実施形態においては需要者ａがＨＥＭＳを導入しており、ＨＥＭＳサーバ（第２のサーバ）１７は需要者ａの宅内にのみ設置されている。ＨＥＭＳサーバ１７は例えばZigBee（登録商標）などの近距離無線ネットワーク８を介して宅内の個々の家電機器９ａに接続されている。ＨＥＭＳ用親機ＰＬＣモデム１８の一方の通信端子はＨＥＭＳサーバ１７に接続されており、他方の通信端子は宅内の電力線５ｂに接続されている。なお、多くの場合、ＨＥＭＳサーバ１７およびＨＥＭＳ用親機ＰＬＣモデム１８は分電盤（不図示）の近くに設置される。

図２は、ＰＬＣモデム（電力線モデム）の構成を機能的に示すブロック図である。このＰＬＣモデム２０は、検針用親機ＰＬＣモデム１１、検針用子機ＰＬＣモデム１３ａ〜１３ｄ、ＨＥＭＳ用子機ＰＬＣモデム１４ａ〜１４ｄ、ＨＥＭＳ用親機ＰＬＣモデム１８として用いることができる汎用的なものである。

図２に示すように、ＰＬＣモデム２０は、制御部２１、メモリ２２、インターフェース（Ｉ／Ｆ）２３、通信部２４、変調部２５、送信部２６、復調部２７、受信部２８およびマルチプレクサ２９を有している。

制御部２１は、上位装置から各種の情報を取得し、取得した情報に基づいてＰＬＣモデム２０の各部を制御する。ここにいう上位装置とは、検針用親機ＰＬＣモデム１１であれば検針サーバ７、ＨＥＭＳ用親機ＰＬＣモデム１８であればＨＥＭＳサーバ１７、検針用子機ＰＬＣモデム１３ａやＨＥＭＳ用子機ＰＬＣモデム１４ａであれば電力メータ１２ａのコントローラ１５ａである。

メモリ２２は、制御部２１の指示に従い、上位装置から入力されるデータを記憶する記憶手段である。またメモリ２２には設定情報を含む各種情報が記録されている。

インターフェース部２３は、上位装置とのインターフェースであり、上位装置から上位レイヤデータを受け取り、通信部２４に出力する。また、通信部２４から上位レイヤデータの入力を受け、上位装置に出力する。

通信部２４はヘッダーを含む送受信信号の処理を行う機能部であり、例えばＤＳＰ(Digital Signal Processor)によって構成される。具体的な処理としては、インターフェース部２３から送信すべき上位レイヤデータの供給を受け、パイロットデータや宛先ＭＡＣアドレスなどを含むヘッダーと誤り訂正のための冗長データとを付加し、送信データとして変調部２５に送出する。また、復調部２７からヘッダーと上位レイヤデータとを含む受信データの入力を受け、その中のヘッダーに応じた処理および誤り訂正処理を行うとともに、上位レイヤデータのインターフェース部２３への出力を行う。

変調部２５は、制御部２１の指示に従い、ＯＦＤＭ変調方式並びに位相変調方式の中から一の変調方式を選択する。そして、選択した一の変調方式を用い、送信データに基づいて搬送波信号を変調し、変調方式に応じた既知の同期信号を含む所定のプリアンブルを付加するとともに、電波法施行規則の規定（搬送波出力）に則り変調処理に用いた通信方式に応じて信号の振幅を制御した後、送信部２６に出力する。

送信部２６は、変調部２５から入力された信号を電力線に送出可能な信号に変換してから、電力線に送出する機能を有する。具体的には、変調部２５から入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するとともに、バンドパスフィルタを用いて不要な周波数帯の成分を取り除き、さらに所定の増幅率で増幅して、マルチプレクサ２９を介して電力線に送出する。

受信部２８は、電力線に到来した信号を受信してデジタル信号に変換し、復調部２７に出力する機能を有する。具体的には、マルチプレクサ２９を介して受信された信号からバンドパスフィルタを用いて不要な高低周波成分を取り除き、さらに所定の増幅率で増幅した後、サンプリングしてデジタル信号に変換し、復調部２７に出力する。

復調部２７は、受信部２８から入力されるデジタル信号を、ＯＦＤＭ変調方式および位相変調方式を用いて復調する機能を有する。復調部２７は、復調によって得た信号を通信部２４に出力する。また復調部２７は、受信部２８から入力された信号から既知の同期信号を検出する同期検出機能を有している。ここで検出される同期信号は、ＯＦＤＭ変調方式の同期信号又は位相変調方式の同期信号であり、復調部２７は、検出した同期信号から復調に用いる変調方式を決定する。

自動検針システムでは、１０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚの低周波数帯域の電力線通信が使用される。この電力線通信で使用される変調方式のうち、ＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，直交波周波数分割多重)変調方式は、１０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚの帯域をフルに用い、かつサブキャリアごとの適応変調を行えるので、比較的高速かつ信頼性の高い通信を実現できるという利点を有するが、電波法施行規則において全サブキャリアの合計出力値が１００ｍＷ以下に制限されている。また、１１５ｋＨｚ又は１３２ｋＨｚを用いる位相変調方式（位相振幅変調方式を含む）は、搬送波出力が３５０ｍＷ以下に制限されている。位相変調方式は、ＯＦＤＭ変調方式に比べると低速な通信しかできないが、ノイズが多い環境下での通信や遠方との通信に有効である。さらに、２００ｋＨｚ〜４５０ＫＨｚのスペクトル拡散方式では搬送波出力が１０ｍＷ以下に制限されており、１０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚのスペクトル拡散方式では搬送波出力が３０ｍＷ以下に制限されている。

このように、電力線通信では搬送波出力の最大レベルが規定されているが、検針システム側では確実な通信のため、通常は最大レベルでの通信が行われることが多い。これに対し、ＨＥＭＳ側では検針システム側との信号の干渉を防止するため、検針システム側の送信信号よりも低い出力レベルで送信信号を出力することが好ましい。

図１の構成において、電力会社による自動検針の方法は従来通りである。すなわち、各戸の検針データ（第１の電力量データ）は電力メータ１２ａ〜１２ｄによって計測され、検針用子機ＰＬＣモデム１３ａ〜１３ｄを介して検針用親機ＰＬＣモデム１１に送信され、さらに光ネットワーク６を介して検針サーバ７に転送される。電力量データは、検針サーバ７からのリクエストに応じて送信されてもよく、あるいは電力メータ１２ａ〜１２ｄが所定のタイミングで自発的に送信してもよい。これにより、各戸の検針データが自動的に収集される。

次に、ＨＥＭＳサーバ１７による電力量データの取得方法について説明する。

ＨＥＭＳサーバ１７はＨＥＭＳ用親機ＰＬＣモデム１８およびＨＥＭＳ用子機ＰＬＣモデム１４ａを介して電力メータ１２ａ（第１の電力メータ）と通信可能である。ＨＥＭＳサーバ１７が電力メータ１２ａに向けて電力量データの送信リクエストを送信すると、電力メータ１２ａは電力量データ（第２の電力量データ）をＨＥＭＳサーバ１７に返信する。しかし、ＨＥＭＳ用子機ＰＬＣモデム１４ａから送信された電力量データは、同じ電力線５（５ａ，５ｂ）に接続されている他の需要者ｂ〜ｄの電力メータ１２ｂ〜１２ｄにも到達してしまう。そのため、検針用子機ＰＬＣモデム１３ｂ〜１３ｄが検針用親機ＰＬＣモデム１１と通信している最中であれば信号が干渉して通信障害となることは上述したとおりである。

そこで、図３に示すように、本実施形態ではそのような干渉を抑制するために以下の手段をとる。

図３に示すように、自動検針システムにおいては、予め設定された各需要者の電力メータ１２ａ〜１２ｄと検針サーバ７との通信スケジュールにしたがって自動遠隔検針を実施する。検針サーバ７は、検針用親機ＰＬＣモデム１１および検針用子機ＰＬＣモデム１３ａ〜１３ｄを介して各需要者ａ〜ｄの電力メータ１２ａ〜１２ｄに向けて通信スケジュールデータを送信しておき、各電力メータ１２ａ〜１２ｄはこの通信スケジュールデータを予め保持しておく。

ここで、ＨＥＭＳサーバ１７は自動検針システムの通信スケジュールとは無関係の任意のタイミングで電力メータ１２ａに向けて電力量データの送信リクエストを送信する。送信リクエストはＨＥＭＳ用親機ＰＬＣモデム１８およびＨＥＭＳ用子機ＰＬＣモデム１４ａを介して電力メータ１２ａのコントローラ１５ａに送られる。送信リクエストを受信した電力メータ１２ａのコントローラ１５ａは、通信スケジュールデータを参照して、現在が「空き時間」であるか否かを判断する。ここにいう「空き時間」とは、例えば集合住宅のような特定の範囲内に設置された一群の電力メータのいずれとも通信をしない時間のことをいう。

現在が「空き時間」ではなく、検針サーバ７といずれかの電力メータ１２ａ〜１２ｄとが通信するタイミング（検針時間）であると判断した場合、電力メータ１２ａは当該送信リクエストを無視して無応答とする。

一方、現在が「空き時間」であると判断した場合、電力メータ１２ａは当該リクエストに応答して電力量データをＨＥＭＳサーバ１７に向けて送信する。この電力量データは、ＨＥＭＳ用子機ＰＬＣモデム１４ａおよびＨＥＭＳ用親機ＰＬＣモデム１８を介してＨＥＭＳサーバ１７に送られる。

このように、電力メータ１２ａのコントローラ１５ａは、ＨＥＭＳサーバ１７からのリクエストを受信してもいずれかの検針用子機ＰＬＣモデムと検針用親機ＰＬＣモデム１１とが通信するタイミングと重複する場合には、当該送信リクエストを無視して電力メータ１２ａ内のＰＬＣモデムからの信号を出力しないので、検針システム側の通信との干渉を確実に防止することができる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明に包含されるものであることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態では、検針用子機ＰＬＣモデム１３ａ〜１３ｄおよびＨＥＭＳ用子機ＰＬＣモデム１４ａ〜１４ｄが電力メータ１２ａ〜１２ｄに内蔵されたものであるが、電力メータに外部から接続されるいわゆる外付けタイプであってもかまわない。また、電力メータ１２ａ〜１２ｄは検針用子機ＰＬＣモデム１３ａ〜１３ｄとＨＥＭＳ用子機ＰＬＣモデム１４ａ〜１４ｄの２つのＰＬＣモデムをそれぞれ内蔵しているが、１つの共通のＰＬＣモデムで両方の機能を兼用してもかまわない。この場合も、子機ＰＬＣモデムがＨＥＭＳ用親機ＰＬＣモデムと通信するタイミングが、検針用親機ＰＬＣモデムと通信するタイミングと重複しないようにすればよい。

１自動検針システム
２電柱
３変電所
４柱上トランス
５ａ，５ｂ電力線
６光ネットワーク
７検針サーバ
８近距離無線ネットワーク
９ａ〜９ｄ家電機器
１０集合住宅
１０ａ〜１０ｄ需要者の各戸
１１検針用親機ＰＬＣモデム
１２ａ〜１２ｄ電力メータ
１３ａ〜１３ｄ検針用子機ＰＬＣモデム（第２のＰＬＣモデム）
１４ａ〜１４ｄＨＥＭＳ用子機ＰＬＣモデム
１５ａ〜１５ｄコントローラ
１６ａ〜１６ｄブレーカ
１７ＨＥＭＳサーバ
１８ＨＥＭＳ用親機ＰＬＣモデム
２０ＰＬＣモデム
２１制御部
２２メモリ
２３インターフェース部
２４通信部
２５変調部
２６送信部
２７復調部
２８受信部
２９マルチプレクサ

Claims

需要者の電力使用量を計測する複数の電力メータと、
前記複数の電力メータの各々から第１の電力量データを収集する第１のサーバと、
前記第１のサーバに接続された第１のＰＬＣモデムと、
前記複数の電力メータの各々に接続されるとともに、電力線を介して前記第１のＰＬＣモデムと通信を行う複数の第２のＰＬＣモデムと、
需要者宅内の電力を管理する第２のサーバと、
前記第２のサーバに接続された第３のＰＬＣモデムと、
前記複数の電力メータのうち前記第２のサーバを導入する家庭の第１の電力メータに接続されるとともに、電力線を介して前記第３のＰＬＣモデムと通信を行う第４のＰＬＣモデムとを備え、
前記第１の電力メータは、前記第２のサーバから送信された電力量データの送信リクエストに応答して第２の電力量データを第２のサーバに向けて送信する前に、前記第２の電力量データを送信する期間が前記第１のサーバと前記複数の電力メータのいずれかとの通信期間と重複するか否かを判定し、重複する場合には前記送信リクエストに応答せず、重複しない場合には前記送信リクエストに応答して前記第２の電力量データを送信することを特徴とする自動検針システム。
前記複数の電力メータの各々は、前記第１のサーバが前記複数の電力メータの各々から前記第１の電力量データを収集する際の通信スケジュールデータを保持し、
前記第１の電力メータは、前記通信スケジュールデータを参照して、前記第２の電力量データを送信する期間が前記第１のサーバと前記複数の電力メータのいずれかとの通信期間と重複するか否かを判定する、請求項１に記載の自動検針システム。