JP7308705B2 - 電力測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｒ相の電圧線及びＴ相の電圧線及びＮ相の中性線で構成される単相３線式の電力線に対して接続配線を介して接続される電源装置の入出力電力を測定する電力測定装置に関する。

特許文献１（特開２０１７－８５７９６号公報）には、情報処理装置を使用して電力に関する情報の表示を行うことが記載されている。具体的には、情報処理装置は、電流センサ（電流センサ８０）の検出結果に基づいて電源設備（発電設備４０及び蓄電池５０）の入出力電力を算出し、表示画面に表示する。

特開２０１７－８５７９６号公報

特許文献１に記載されているような情報処理装置には、電源装置の入出力電流の測定結果と所定の電圧（電源装置の入出力電圧）とに基づいて電源装置の入出力電力を計算するような電力計算用のプログラムが搭載されている。例えば、電源装置が、単相３線式の電力線を構成するＲ相の電圧線及びＴ相の電圧線及びＮ相の中性線の全てに接続されている場合（２００Ｖ出力３線接続の場合）には、電源装置の入出力電圧は２００Ｖになる。そして、測定された入出力電流と、入出力電圧（２００Ｖ）とに基づいて、電源装置の入出力電力が導出される。

尚、電源装置が、単相３線式の電力線を構成するＲ相の電圧線及びＴ相の電圧線のうちの一方の電圧線とＮ相の中性線とに接続されている交流１００Ｖ電源の場合（１００Ｖ出力２線接続の場合）には、電源装置７の入出力電力を正しく導出できない場合がある。

例えば、図４は、電力測定装置としてのＨＥＭＳコントローラ１１が設けられる分散型電源システムの構成を示す図である。図４に示すように、電力系統１に接続される単相３線式の電力線２が分電盤３に引き込まれている。電力線２は、Ｒ相の電圧線２ｒとＴ相の電圧線２ｔとＮ相の中性線２ｎとで構成される。分電盤３では、複数の分岐ブレーカ４（４ａ，４ｂ，４ｃ）を経由して複数の線路が電力線２から分岐し、そこに電力負荷装置５（５ａ，５ｂ）や電源装置７が接続される。

接続配線６は、Ｒ相の電圧線２ｒ及びＴ相の電圧線２ｔ及びＮ相の中性線２ｎの３線に接続される分岐ブレーカ４ｃに接続される。接続配線６は、Ｒ相の電圧線２ｒに接続されるＲ相接続配線６ｒと、Ｔ相の電圧線２ｔに接続されるＴ相接続配線６ｔと、Ｎ相の中性線２ｎに接続されるＮ相接続配線６ｎとの３線で構成され、それら３線の接続配線６（６ｒ，６ｔ，６ｎ）が電源装置７の接続端８に接続される。

電源装置７は、電源部７ｂ及び電源部７ｂを接続配線６に接続する電力変換器７ａを有する。接続配線６は３線で構成され、電源装置７の接続端８にはそれら３線が接続されているものの、電源装置７の電力変換器７ａは、Ｒ相接続配線６ｒ及びＴ相接続配線６ｔのうちの一方の入出力用接続配線とＮ相接続配線６ｎとの２線のみに接続される。図４に示す例では、電源装置７の電力変換器７ａは、Ｒ相接続配線６ｒ及びＮ相接続配線６ｎの２線に接続されているが、Ｔ相接続配線６ｔには接続されていない。従って、Ｔ相接続配線６ｔには電流は流れない。

分電盤３に接続される電気機器の動作状態の管理や表示などを行いたい場合、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）１０などの情報管理装置が分散型電源システムに設けられる。例えば、ＨＥＭＳ１０が有するＨＥＭＳコントローラ１１は、表示部１４に対して、電源装置７の入出力電力などを表示させることなどを行う。そのために、分散型電源システムには、電源装置７の入出力電流を測定する機器や、電源装置７の入出力電圧を測定する機器が設けられ、それらの測定結果はＨＥＭＳコントローラ１１に伝達される。図４に示すような分散型電源システムであれば、Ｒ相接続配線６ｒの電流を測定するための変流器ＣＴや、その変流器ＣＴが設けられている接続配線（図４ではＲ相接続配線６ｒ）の電圧を測定する機器（図示せず）などが設けられる。

ＨＥＭＳコントローラ１１の電流測定部１２には変流器ＣＴの出力が入力され、ＨＥＭＳコントローラ１１の電力導出部１３は、変流器ＣＴの出力結果と、別途測定されるＲ相接続配線６ｒの電圧とに基づいて電源装置７の入出力電力を導出する。具体的には、変流器ＣＴは、Ｒ相接続配線６ｒを囲む環状の磁性体コア１５と、磁性体コア１５の一部に複数回巻き付けられた二次側巻線１６と、二次側巻線１６に接続される出力線１７とを有する。二次側巻線１６に接続される出力線１７には、Ｒ相接続配線６ｒに流れる一次電流に応じた二次電流が流れる。出力線１７はＨＥＭＳコントローラ１１に接続され、ＨＥＭＳコントローラ１１の電流測定部１２では、出力線１７を流れる電流値を決定でき、その電流値に基づいて、電源装置７の電力変換器７ａが接続されているＲ相接続配線６ｒでの電流値を導出できる。そして、ＨＥＭＳコントローラ１１の電力導出部１３は、電流測定部１２の測定結果に基づいて電源装置７の入出力電力を導出する。

尚、電源装置７が交流１００Ｖ電源の場合（１００Ｖ出力２線接続の場合）、図４に示すように、電源装置７の電力変換器７ａをＲ相接続配線６ｒとＮ相接続配線６ｎとの２線に接続しても良いし、図５に示すように、電源装置７の電力変換器７ａをＴ相接続配線６ｔとＮ相接続配線６ｎとの２線に接続してもよい。但し、図５に示した分散型電源システムの場合、電源装置７の電力変換器７ａが接続されていないＲ相接続配線６ｒには変流器ＣＴが設けられているが、電源装置７の電力変換器７ａが接続されるＴ相接続配線６ｔには変流器ＣＴは設けられていない。その結果、図５に示した分散型電源システムの場合、ＨＥＭＳコントローラ１１は、電源装置７の入出力電力を正しく導出できないという問題がある。或いは、電源装置７の電力変換器７ａが、Ｒ相接続配線６ｒに接続される状態とＴ相接続配線６ｔに接続される状態との間で切り替えられるような分散型電源システムの場合も、ＨＥＭＳコントローラ１１は、電源装置７の入出力電力を正しく導出できないという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源装置の入出力電力を確実に測定できる電力測定装置を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る電力測定装置の特徴構成は、Ｒ相の電圧線及びＴ相の電圧線及びＮ相の中性線で構成される単相３線式の電力線に対して接続配線を介して接続される電源装置の入出力電力を測定する電力測定装置であって、
前記接続配線は、前記Ｒ相の電圧線に接続されるＲ相接続配線と、前記Ｔ相の電圧線に接続されるＴ相接続配線と、前記Ｎ相の中性線に接続されるＮ相接続配線との３線で構成され、
前記電源装置は、電源部と当該電源部を前記接続配線に接続する電力変換器を有し、当該電力変換器が、前記接続配線を構成する前記Ｒ相接続配線及び前記Ｔ相接続配線のうちの一方の入出力用接続配線と前記Ｎ相接続配線との２線に接続される交流１００Ｖ電源であり、
前記Ｒ相接続配線及び前記Ｔ相接続配線の両方を囲む環状の磁性体コアと、
前記磁性体コアの一部に複数回巻き付けられた二次側巻線と、
前記二次側巻線に接続される出力線と、
前記電源装置の前記電力変換器が接続されている前記Ｒ相接続配線又は前記Ｔ相接続配線に流れる一次電流に応じて前記出力線を流れる二次電流に基づいて、前記電源装置の前記電力変換器が接続されている前記入出力用接続配線を流れる電流を測定する電流測定部と、
前記電流測定部の測定結果に基づいて前記電源装置の入出力電力を導出する電力導出部とを備え、
前記Ｒ相接続配線及び前記Ｔ相接続配線の一端はそれぞれ前記Ｒ相の電圧線及び前記Ｔ相の電圧線に接続され、前記Ｒ相接続配線及び前記Ｔ相接続配線のうちの一方の他端は前記電力変換器に接続され、前記Ｒ相接続配線及び前記Ｔ相接続配線のうちの他方の他端はどこにも接続されない点にある。

上記特徴構成によれば、環状の磁性体コアによってＲ相接続配線及びＴ相接続配線の両方が囲まれているため、電力変換器がＲ相接続配線に接続されてそのＲ相接続配線に電流（一次電流）が流れている場合には、その一次電流に応じた二次電流が電流測定部に入力され、電力変換器がＴ相接続配線に接続されてそのＴ相接続配線に電流（一次電流）が流れている場合には、その一次電流に応じた二次電流が電流測定部に入力される。つまり、電流測定部は、電力変換器がＲ相接続配線に接続されている場合及びＴ相接続配線に接続されている場合の何れであっても、それらＲ相接続配線又はＴ相接続配線に流れている電流を測定でき、電力導出部は、電流測定部の測定結果に基づいて前記電源装置の入出力電力を導出できる。
従って、電源装置の入出力電力を確実に測定できる電力測定装置を提供できる。

本発明に係る電力測定装置の別の特徴構成は、前記磁性体コアが囲む部分において、前記Ｒ相接続配線に前記一次電流が流れているとした場合の当該一次電流の向きと、前記Ｔ相接続配線に前記一次電流が流れているとした場合の当該一次電流の向きとが等しくなるように、前記磁性体コアに囲まれる前記Ｒ相接続配線及び前記Ｔ相接続配線の向きが設定されている点にある。

上記特徴構成によれば、磁性体コアに囲まれるＲ相接続配線及びＴ相接続配線の向きが、Ｒ相接続配線に一次電流が流れているとした場合のその一次電流の向きと、Ｔ相接続配線に一次電流が流れているとした場合のその一次電流の向きとが等しくなるように設定されている。つまり、電力変換器がＲ相接続配線に接続されている場合及びＴ相接続配線に接続されている場合の何れであっても、電力導出部が導出する入出力電力の符号は同じになる。

電力測定装置が設けられる分散型電源システムの構成を示す図である。 電力測定装置が設けられる分散型電源システムの構成を示す図である。 別の電力測定装置が設けられる分散型電源システムの構成を示す図である。 比較例の電力測定装置が設けられる分散型電源システムの構成を示す図である。 比較例の電力測定装置が設けられる分散型電源システムの構成を示す図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態に係る電力測定装置について説明する。
図１及び図２は、電力測定装置が設けられる分散型電源システムの構成を示す図である。図示するように、電力系統１に接続される単相３線式の電力線２が分電盤３に引き込まれている。電力線２は、Ｒ相の電圧線２ｒとＴ相の電圧線２ｔとＮ相の中性線２ｎとで構成される。

後述するように、本実施形態の電力測定装置は、磁性体コア１５と、二次側巻線１６と、出力線１７と、電流測定部１２と、電力導出部１３とを備える。

分電盤３では、複数の分岐ブレーカ４（４ａ，４ｂ，４ｃ）を経由して複数の線路が電力線２から分岐し、そこに電力負荷装置５（５ａ，５ｂ）や電源装置７が接続される。図１に示す例では、電力負荷装置５ａが、分岐ブレーカ４ａを経由してＲ相の電圧線２ｒ及びＮ相の中性線２ｎの２線に接続され、電力負荷装置５ｂが、分岐ブレーカ４ｂを経由してＴ相の電圧線２ｔ及びＮ相の中性線２ｎの２線に接続される。

接続配線６は、Ｒ相の電圧線２ｒ及びＴ相の電圧線２ｔ及びＮ相の中性線２ｎの３線に接続される分岐ブレーカ４ｃに接続される。接続配線６は、Ｒ相の電圧線２ｒに接続されるＲ相接続配線６ｒと、Ｔ相の電圧線２ｔに接続されるＴ相接続配線６ｔと、Ｎ相の中性線２ｎに接続されるＮ相接続配線６ｎとの３線で構成され、それら３線の接続配線６（６ｒ，６ｔ，６ｎ）が電源装置７の接続端８に接続される。

電源装置７は、電源部７ｂ及び電源部７ｂを接続配線６に接続する電力変換器７ａを有する。接続配線６は３線で構成され、電源装置７の接続端８にはそれら３線が接続されているものの、電源装置７の電力変換器７ａは、Ｒ相接続配線６ｒ及びＴ相接続配線６ｔのうちの一方の入出力用接続配線とＮ相接続配線６ｎとの２線のみに接続される。

図１に示す分散型電源システムでは、電源装置７の電力変換器７ａは、Ｒ相接続配線６ｒ及びＮ相接続配線６ｎの２線に接続されているが、Ｔ相接続配線６ｔには接続されていない。従って、Ｔ相接続配線６ｔには電流は流れない。
図２に示す分散型電源システムでは、電源装置７の電力変換器７ａは、Ｔ相接続配線６ｔ及びＮ相接続配線６ｎの２線に接続されているが、Ｒ相接続配線６ｒには接続されていない。従って、Ｒ相接続配線６ｒには電流は流れない。

電源部７ｂは、発電装置や充放電装置などを用いて構成される。例えば、発電装置としては、燃料電池を備える装置や、エンジンとそのエンジンによって駆動される発電機とを備える装置や、太陽光発電装置などの様々な装置を用いることができる。充放電装置としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池などの蓄電池（化学電池）や、キャパシタ、フライホイールなどの様々な装置を用いることができる。

分電盤３に接続される電気機器の動作状態の管理や表示などを行いたい場合、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）１０などの情報管理装置が分散型電源システムに設けられる。例えば、ＨＥＭＳ１０が有するＨＥＭＳコントローラ１１は、表示部１４に対して、電源装置７の入出力電力などを表示させることなどを行う。そのために、分散型電源システムには、電源装置７の入出力電流を測定する機器や、電源装置７の入出力電圧を測定する機器が設けられ、それらの測定結果はＨＥＭＳコントローラ１１に伝達される。

ＨＥＭＳコントローラ１１の電流測定部１２には変流器ＣＴの出力が入力され、ＨＥＭＳコントローラ１１の電力導出部１３は、変流器ＣＴの出力結果と、別途測定されるＲ相接続配線６ｒの電圧とに基づいて電源装置７の入出力電力を導出する。

変流器ＣＴは、Ｒ相接続配線６ｒ及びＴ相接続配線６ｔの両方を囲む環状の磁性体コア１５と、磁性体コア１５の一部に複数回巻き付けられた二次側巻線１６と、二次側巻線１６に接続される出力線１７とを有する。つまり、Ｒ相接続配線６ｒ及びＴ相接続配線６ｔは共に、環状の磁性体コア１５の中空部分を並行して貫くように設置されている。尚、磁性体コア１５は、完全な円環状の材料で構成されていてもよいし、部分的にギャップを有する環状の材料で構成されていてもよい。例えば、後者の場合、変流器ＣＴはいわゆるクランプ式の変流器を用いて実現できる。また、図示は省略するが、Ｒ相接続配線６ｒ及びＴ相接続配線６ｔのうちの一方の電圧（本実施形態ではＲ相接続配線６ｒの電圧）を測定する機器（図示せず）も設けられ、その測定結果は電力導出部１３に伝達される。

このような変流器ＣＴを用いることで、図１に示すように、電源装置７の電力変換器７ａがＲ相接続配線６ｒに接続されることで、Ｒ相接続配線６ｒに電源装置７の入出力電流が流れている場合、二次側巻線１６に接続される出力線１７には、Ｒ相接続配線６ｒに流れる一次電流（電源装置７の入出力電流）に応じた二次電流が流れる。
或いは、図２に示すように、電源装置７の電力変換器７ａがＴ相接続配線６ｔに接続されることで、Ｔ相接続配線６ｔに電源装置７の入出力電流が流れている場合、二次側巻線１６に接続される出力線１７には、Ｔ相接続配線６ｔに流れる一次電流（電源装置７の入出力電流）に応じた二次電流が流れる。

そして、出力線１７はＨＥＭＳコントローラ１１に接続され、ＨＥＭＳコントローラ１１の電流測定部１２では、出力線１７を流れる電流値を決定でき、その電流値に基づいて、電源装置７の入出力電流の値を測定できる。そして、ＨＥＭＳコントローラ１１の電力導出部１３は、電流測定部１２の測定結果と、Ｒ相接続配線６ｒの電圧とに基づいて電源装置７の入出力電力を導出する。つまり、電力導出部１３は、電力変換器７ａがＲ相接続配線６ｒに接続されている場合及びＴ相接続配線６ｔに接続されている場合の何れであっても、一方の接続配線６の電圧（本実施形態ではＲ相接続配線６ｒの電圧）を用いて電源装置７の入出力電力を導出する。

具体的に説明すると、本実施形態の変流器ＣＴは、磁性体コア１５が囲む部分において、Ｒ相接続配線６ｒに一次電流が流れているとした場合のその一次電流の向きと、Ｔ相接続配線６ｔに一次電流が流れているとした場合のその一次電流の向きとが等しくなるように、磁性体コア１５に囲まれるＲ相接続配線６ｒ及びＴ相接続配線６ｔの向きが設定されている。その結果、電力変換器７ａがＲ相接続配線６ｒに接続されてそのＲ相接続配線６ｒに電流が流れている場合と、電力変換器７ａがＴ相接続配線６ｔに接続されてそのＴ相接続配線６ｔに電流が流れている場合との何れであっても、Ｒ相接続配線６ｒの電圧を用いて導出した電源装置７の入出力電力の符号は同じになる。

以上のように、本実施形態の電力測定装置は、環状の磁性体コア１５によってＲ相接続配線６ｒ及びＴ相接続配線６ｔの両方が囲まれているため、電力変換器７ａがＲ相接続配線６ｒに接続されてそのＲ相接続配線６ｒに電流（一次電流）が流れている場合には、その一次電流に応じた二次電流が電流測定部１２に入力され、電力変換器７ａがＴ相接続配線６ｔに接続されてそのＴ相接続配線６ｔに電流（一次電流）が流れている場合には、その一次電流に応じた二次電流が電流測定部１２に入力される。つまり、電流測定部１２は、電力変換器７ａがＲ相接続配線６ｒに接続されている場合及びＴ相接続配線６ｔに接続されている場合の何れであっても、それらＲ相接続配線６ｒ又はＴ相接続配線６ｔに流れている電流を測定でき、電力導出部１３は、電流測定部１２の測定結果に基づいて前記電源装置の入出力電力を導出できる。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、本発明の電力測定装置及びそれが設けられる分散型電源システムの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。

例えば、図３は、別実施形態の電力測定装置が設けられる分散型電源システムの構成を示す図である。図３に示す分散型電源システムでは、変流器ＣＴの磁性体コア１５が囲む部分において、Ｒ相接続配線６ｒに一次電流が流れているとした場合のその一次電流の向きと、Ｔ相接続配線６ｔに一次電流が流れているとした場合のその一次電流の向きとが逆になる状態に、磁性体コア１５に囲まれるＲ相接続配線６ｒ及びＴ相接続配線６ｔの向きが設定されている。

尚、上記実施形態と同様にＲ相接続配線６ｒの電圧を用いて電源装置７の入出力電力を導出する場合、Ｒ相接続配線６ｒに電流が流れている場合と、Ｔ相接続配線６ｔに電流が流れている場合とで、電力導出部１３が導出する入出力電力の符号が逆になるが、例えば導出した入出力電力の大きさのみを表示部１４に表示させるような対処を行ってもよい。特に、電源部７ｂが発電装置である場合、電源装置７からは電力が出力される場合しか存在しないため、電力導出部１３が導出した入出力電力の大きさ、即ち、発電電力の大きさのみを表示部１４に表示させることでよい。

＜２＞
上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用でき、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変できる。

本発明は、電源装置の入出力電力を確実に測定できる電力測定装置に利用できる。

２ 電力線
２ｒ Ｒ相の電圧線
２ｔ Ｔ相の電圧線
２ｎ Ｎ相の中性線
６ 接続配線
６ｒ Ｒ相接続配線
６ｔ Ｔ相接続配線
６ｎ Ｎ相接続配線
７ 電源装置
７ａ 電力変換器
７ｂ 電源部
１２ 電流測定部
１３ 電力導出部
１５ 磁性体コア
１６ 二次側巻線
１７ 出力線

Claims (2)

1. Ｒ相の電圧線及びＴ相の電圧線及びＮ相の中性線で構成される単相３線式の電力線に対して接続配線を介して接続される電源装置の入出力電力を測定する電力測定装置であって、
   前記接続配線は、前記Ｒ相の電圧線に接続されるＲ相接続配線と、前記Ｔ相の電圧線に接続されるＴ相接続配線と、前記Ｎ相の中性線に接続されるＮ相接続配線との３線で構成され、
   前記電源装置は、電源部と当該電源部を前記接続配線に接続する電力変換器を有し、当該電力変換器が、前記接続配線を構成する前記Ｒ相接続配線及び前記Ｔ相接続配線のうちの一方の入出力用接続配線と前記Ｎ相接続配線との２線に接続される交流１００Ｖ電源であり、
   前記Ｒ相接続配線及び前記Ｔ相接続配線の両方を囲む環状の磁性体コアと、
   前記磁性体コアの一部に複数回巻き付けられた二次側巻線と、
   前記二次側巻線に接続される出力線と、
   前記電源装置の前記電力変換器が接続されている前記Ｒ相接続配線又は前記Ｔ相接続配線に流れる一次電流に応じて前記出力線を流れる二次電流に基づいて、前記電源装置の前記電力変換器が接続されている前記入出力用接続配線を流れる電流を測定する電流測定部と、
   前記電流測定部の測定結果に基づいて前記電源装置の入出力電力を導出する電力導出部とを備え、
   前記Ｒ相接続配線及び前記Ｔ相接続配線の一端はそれぞれ前記Ｒ相の電圧線及び前記Ｔ相の電圧線に接続され、前記Ｒ相接続配線及び前記Ｔ相接続配線のうちの一方の他端は前記電力変換器に接続され、前記Ｒ相接続配線及び前記Ｔ相接続配線のうちの他方の他端はどこにも接続されない電力測定装置。
2. 前記磁性体コアが囲む部分において、前記Ｒ相接続配線に前記一次電流が流れているとした場合の当該一次電流の向きと、前記Ｔ相接続配線に前記一次電流が流れているとした場合の当該一次電流の向きとが等しくなるように、前記磁性体コアに囲まれる前記Ｒ相接続配線及び前記Ｔ相接続配線の向きが設定されている請求項１に記載の電力測定装置。

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