電力メータの測定精度を監視、 アナログ・デバイセズの mSure技術で実現

Customer Success Story 電力メータの測定精度を監視、 アナログ・デバイセズの mSure技術で実現 著者：Mika Nousiainen、Helen Electricity Network メータリング部門マネージャ Juha Lohvansuu、Aidon 技術マネージャ David Lath、アナログ・デバイセズ アプリケーション・マネージャ 電力会社にもたらされた革新的な技術の例としては、グリッド上 測定精度を監視する意味 の電力消費量を監視するためのハードウェアが挙げられます。 電力メータは、産業施設、自治体の施設、一般の住宅などに数多 現在では、それを超えるイノベーションとして、現場でもトラッ く配備されています。それらのメータは、過酷な天候、落雷、予 キングできなかった電力メータの測定精度を把握するための 測不能な負荷など、時間と共に変化する多様な条件下におかれま 分析処理が行えるようになってきています。Helen Electricity す。そのため、メータの測定精度が変化し、結果として過剰／過 NetworkとAidonは、その機能を実現するための取り組みを 少な料金が請求されるといった事態が起こり得ます。このような 行っています。Helen Electricity Networkは、フィンランドの 問題は、発生後速やかに是正しなければなりません。そのために ヘルシンキに拠点を置く配電系統運用会社です。一方のAidon は、相応の時間とコストがかかります。また、電力メータの問題 は、北欧でスマート・グリッド／スマート・メータに関する技術 が原因で誤った請求が行われた場合、電力会社に対する消費者の とサービスの提供を行っています。両社は共同で、上記の機能を 信頼が損なわれることになります。したがって、何らかの問題に 実現する装置のフィールド試験を実施しました。その装置に使用 発展する前に、測定精度の変化を的確に把握する方法を考える必 されたのが、アナログ・デバイセズが提供するエッジtoクラウ 要があります。 ド対応のメータ分析ソリューション「Energy Analytics Studio」 ® 現在、ほとんどの電力会社は、定期的にサンプリング試験を実施です。このソリューションは、アナログ・デバイセズのmSure すると共に、標準的な期間が経過したらメータを交換するように 技術を採用したものです。これを利用すれば、運用期間（設置寿 しています。しかし、どちらの作業にも相応のコストがかかりま 命）を通して電力メータの測定精度を監視したり、様々な改ざん す。また、それらは消費者に対しても煩わしさをもたらします。 を検知したりすることができます。メータの測定精度の監視は、 特にフィンランドの市場で関心を集めている事柄であり、フィー 本稿で紹介するソリューションは、主に2つの要素から成ります。 ルド試験でもその機能に焦点を絞りました。 1つは、現場に配備された個々のメータに組み込まれるmSure技 術です。もう1つは、各メータの測定精度を継続的に監視してレ ポートするクラウド・ベースの分析サービスです。この分析サー ビスを利用することで、電力会社は一連のメータの測定精度を 可視化することが可能になります。メータの問題を事前に把握で きるので、測定精度が許容範囲を超えたメータを迅速に交換す ることができます。また、公的な規制で許容されているならば、 サンプリング試験を削減あるいは廃止することも可能です。結果 として、電力会社は、既存の強力なAMI（Advanced Metering Infrastructure）ネットワークをより一層活用できるようになり ます。 再生可能エネルギーを利用している場合や、電気自動車の充電を 行っている場合などには、電力の消費量が変動しやすくなります。 それが電気料金に反映された結果、消費者から問い合わせや苦情 が寄せられるといったことが起こり得ます。 図1. 現場に配備された評価用のメータ機器 VISIT ANALOG.COM/JP

本稿で示すソリューションを利用すれば、電力会社は特定のメー クラウド・ベースの分析サービスは、構内に設置された評価用機 タの測定精度を離れた場所で迅速に評価することができます。コ 器（図1）と共に使用します。評価用機器は、メータ機器と直列 ストのかかる現地への訪問は必要ありません。そうすると、消費 に接続されています。その中核にあるのは、アナログ・デバイス 者にとっても煩わしさが軽減されるので、顧客満足度が高まりま の電力計測IC「ADE9153B」です。このICには、高度な診断が す。 可能なmSure技術が適用されています。分析サービスがメータ から得た未処理のデータを受け取ることで分析が実行されます。 メータの識別番号1 メータの識別番号2 地域／場所 A000000000003090 Stock 35 3L3 その結果として、傾向を観察するための情報を抽出したり、ア メータの精度の経時変化 ラートを発生したり、メータの健全性に関するレポートを提供し 1 たりすることが可能になります。ADE9153Bをベースとするメー タを実際に配備すれば、電力会社は、分析サービスを利用するこ 0.5 とによってmSureのメリットをシームレスに享受することができ ます。 0 フィールド試験の結果 フェーズ1では、クラウド・ベースの分析サービスで得た結果と、 –0.5 VTT MIKESによって実施された試験の結果を比較しました。そ 履歴〔%〕 上限値〔%〕 の結果、分析サービスにより、19台の評価用機器のドリフトを –1 下限値〔%〕 0.1%以内の精度で遠隔監視できるということがわかりました。 2018年10月 2019年1月 2019年4月 2019年7月 2019年10月 精度 校正日 設置日 また、19台の機器の分析結果はいずれも0%の近傍に集まってお ‒0.14% 2018-07-19 2018-09-05 り、ドリフト量が極めて小さいことが確認されました。 図2. クラウド・ベースの分析サービスによるメータの測定精度の表示 6 フィールド試験用の配備作業 5 Helen Electricity Networkは、フィールド試験に向けて次のよ うなことを行いました。最初に行ったのは、高精度の装置を使用 4 して、すべての評価用機器の初期精度を把握することです。続い て、mSure技術を採用した40台の評価用機器を2018年8月に 3 配備しました（図1）。更に、クラウド・ベースの分析サービスを 2 利用して、各メータの測定精度の情報を可視化しました（図2）。 得られた結果の検証は、フィンランドの独立試験機関であるVTT 1 MIKESによって実施されました。つまり、分析サービスの精度を、 VTT MIKESの試験によって検証するということです。フェーズ1 0 –0.5 –0.4 –0.3 –0.2 –0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 では、精度の検証に向けて19台の機器が現場から取り外されま ドリフト〔%〕 した。このフェーズは2018年10月に完了しました。続くフェー 図4. ドリフトの評価結果。対象としているのは、 ズ2では、VTT MIKESにより、同じ19台の機器について加速寿 フェーズ2において加速寿命試験を実施した評価用機器です。 命試験が行われました。こちらは2019年11月に完了しました。 分析サービスによる計測結果とVTTによる計測結果を 比較しています。機器ごとのドリフト量の計測結果に それぞれの精度を初期精度と比較することで、ドリフトの計測を どれだけの差が現れるのかを示しました。 実施しました。図3に示したのは、フェーズ2の後に取得された フェーズ2では、19台のメータに対し、加速環境下で8ヵ月間 ドリフトの計測結果です。分析サービスによって得られた結果と、 のエージングを施しました。これは、平均周囲温度が30℃の現 VTT MIKESによる試験結果を比較できるようにしています。 場で約10年、メータが稼働し続けた場合を模したものです。分 析サービスの性能を正確に評価することと、エージングの工程を 8 迅速に進めることを目的とし、フェーズ2は現場ではなく制御が 7 行き届いた実験室で実施しました。フェーズ1の結果と同様に、 6 19台の機器の測定精度についてはドリフトが0.1%以下の値に収 5 まっています（図4）。ただ、この試験の結果でも、分析サービス によって得られた結果でも、平均-0.05%程度の負のドリフトが 4 認められます。 3 2 分析サービスで得られた 1 結果〔%〕 VTTの試験によって得られ た結果〔%〕 0 –0.5 –0.4 –0.3 –0.2 –0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 ドリフト〔%〕 図3. フェーズ2の後に計測したドリフト量 2　 電力メータの測定精度を監視、アナログ・デバイセズのmSure技術で実現 機器の台数 機器の台数

実験室での試験の一環として、分析サービスは、より大きなドリ フトも正確に追跡できることを示したいと考えました。そこで、 著者について 1台のメータに意図的な経時劣化を生じさせることにしました。 Mika Nousiainen氏（mika.nousiainen@helen.fi）は、 そのためのエージング処理として、シャント抵抗と並列にもう1 Helen Electricity Networkでメータリング部門のマネー つの抵抗を接続しました。つまり、シャント抵抗の値を変化させ ジャを務めています。担当は、メータの設備とサービスで たということです。このエージングにより、VTT MIKESによる す。これまで、スマート・メータ・プロジェクトのビジネ 試験では、ドリフトが-1.91%シフトしているという結果が得ら ス・ケースとプロジェクト・マネジメントに深く関与して れました。一方、分析サービスでは、その値は-1.96%となりま きました。最近は、主にメータのライフ・サイクルとパー した。つまり、両者の差はわずか0.05%に抑えられています。 トナーシップの管理に取り組んでいます。同社には2002 年に入社しました。電気工学の修士号を取得しています。 本稿で紹介した内容をまとめます。フィールド試験のフェーズ1 では、次のようなことが確認できました。すなわち、分析サー Juha Lohvansuu氏（juha.lohvansuu@aidon.com）は、 ビスを使えば、現場に配備されたmSure対応機器の測定精度を Aidonの技術マネージャです。通信技術やメータリング技 0.1%以内という非常に近い値で追跡できるということです。ま 術に関する研究開発、それらに関連するパートナーシップ た、フェーズ1の期間では、メータのドリフトはほとんど観測さ 活動に携わっています。15年前に入社する前は、電力メー れないということもわかりました。フェーズ2では、現場で10年 タ関係の会社で研究職に就いていました。ユヴァスキュラ 間使用した状態を模した状態で試験を行いました。この場合も、 大学で物理学の修士号を取得しています。 測定精度の変動は0.1%以内に抑えられることが確認できました。 David Lath（david.lath@analog.com）は、アナログ・ また、実験室での試験結果でも、分析サービスの結果でも、メー デバイセズのアプリケーション・マネージャです。主に電 タによる測定結果には負のドリフトが現れるということがわかり 力メータリングと産業分野向けの電力計測製品を担当し ました。このフィールド試験により、mSure技術を分析サービス ています。電力計測ICの製品群と電力メータ市場向けの と併用すれば、メータのサンプリング試験を行う代わりに、十分 mSure技術の開発に深く関与してきました。コロンビア大 な精度でメータのドリフトを遠隔監視することができるというこ 学で電気工学の学位を取得しています。 とを実証できました。 EngineerZone® オンライン・ サポート・コミュニティ アナログ・デバイセズのオンライン・サポート・コミュニ ティに参加すれば、各種の分野を専門とする技術者との連 携を図ることができます。難易度の高い設計上の問題につ いて問い合わせを行ったり、FAQを参照したり、ディス カッションに参加したりすることが可能です。 ez.analog.com にアクセス ＊英語版採用事例はこちらよりご覧いただけます。 　　 　 VISIT A N A L O G . C O M / J P お住いの地域の本社、販売代理店などの情報は、analog. ©2020 Analog Devices, Inc. All rights reserved. com/jp/contact をご覧ください。 本紙記載の商標および登録商標は、各社の所有に属します。 Ahead of What’s Possibleはアナログ・デバイセズの商標です。 オンラインサポートコミュニティEngineerZoneでは、アナ ログ・デバイセズのエキスパートへの質問、FAQの閲覧がで きます。 T21967-4/20