(57)【要約】  電力システムを監視し、高分解能データを収集し、それを高度時系列データベースにセキュアに供給するためのセンサー・ネットワーク及び方法が提供される。高分解能電気測定データを収集することによって電力グリッドを監視するための装置は信号分析器の動作可能ペアを備え、動作可能ペアは、電気信号を処理し、データ・ポイントの第１のセットを収集するために周波数領域において動作するように構成されたマイクロシンクロフェーザと、電気信号を処理し、データ・ポイントの第２のセットを収集するために時間領域において動作するように構成された電力品質モニターとを備え、装置は、データ・ポイントの収集された第１及び第２のセットに同じ同期したタイムスタンプを適用するように構成される。電力グリッドを監視し、高分解能電気測定データを収集するための方法は、周波数領域において動作するマイクロシンクロフェーザを使用してデータ・ポイントの第１のセットを収集するステップ１０１と、時間領域において動作する電力品質モニターを使用してデータ・ポイントの第２のセットを収集するステップ１０２と、データ・ポイントの収集された第１及び第２のセットに同期したタイムスタンプを適用するステップ１０３とを含む。
2021525503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号分析器の動作可能ペアを備える、高分解能電気測定データを収集することによって電力グリッドを監視するための装置であって、前記動作可能ペアは、
電気信号を処理し、データ・ポイントの第１のセットを収集するために周波数領域において動作するように構成されたマイクロシンクロフェーザと、
前記電気信号を処理し、データ・ポイントの第２のセットを収集するために時間領域において動作するように構成された電力品質モニターと
を備え、
前記装置が、データ・ポイントの前記収集された第１及び第２のセットに同じ同期したタイムスタンプを適用するように構成された、電力グリッドを監視するための装置。
【請求項２】
前記装置が、データ・ポイントの前記収集された第１及び第２のセットに適用するために前記同期したタイムスタンプを取得するために補償係数（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  ｆａｃｔｏｒ）を使用する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置が、データ・ポイントの前記収集された第１及び第２のセットに適用するために前記同期したタイムスタンプを取得するために共有アンテナからの信号を使用する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記装置が、前記タイムスタンプされた第１及び第２のデータ・ポイントを時系列データベースに記憶するように構成された、請求項１から３までのいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記装置が信号分析器の複数の動作可能ペアを含む、請求項１から４までのいずれかに記載の装置。
【請求項６】
信号分析器の前記複数の動作可能ペアが、電気ネットワーク上の異なるロケーションからの電気信号を受信するように構成された、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記装置が、前記第１のタイムスタンプされたデータ・ポイントと前記第２のタイムスタンプされたデータ・ポイントとの間のダイバージェンスを測定するように構成された、請求項１から６までのいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記装置が導電性エンクロージャ内に位置する、請求項１から７までのいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記装置が前記エンクロージャ内に１つ又は複数の電気感知プローブを備え、前記プローブが、外部信号処理デバイスの取付けのために前記エンクロージャの外面上に結合インターフェースへの電気接続を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置が、環境データの１つ又は複数のセットを収集するために１つ又は複数の環境センサーを備え、前記装置が、前記同期したタイムスタンプを環境データの前記１つ又は複数のセットにも適用するように構成された、請求項１から９までのいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記装置が、電気ネットワーク上で動作を修正するために前記時系列データベースを使用するように構成された、請求項４に記載の装置。
【請求項１２】
前記電気ネットワークが太陽光発電所又は風力発電所のうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
データ・ポイントのすべてのセットに同期したタイムスタンプを適用するために複数のタイプのグローバル・ナビゲーション衛星システム入力（ｇｌｏｂａｌ  ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  ｓｙｓｔｅｍ  ｉｎｐｕｔ）が使用される、請求項１から１２までのいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記装置が分離スイッチをさらに備える、請求項１から１３までのいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
電力グリッドを監視し、高分解能電気測定データを収集するための方法であって、
周波数領域において動作するマイクロシンクロフェーザを使用してデータ・ポイントの第１のセットを収集することと、
時間領域において動作する電力品質モニターを使用してデータ・ポイントの第２のセットを収集することと、
データ・ポイントの前記収集された第１及び第２のセットに同期したタイムスタンプを適用することと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力グリッド（ｐｏｗｅｒ  ｇｒｉｄ）又は他の電気装置からの高分解能電気測定データ（ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｄａｔａ）の感知、収集、送信、記憶及び処理のための方法及び装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
電気公益事業会社は多くの課題に直面している。複雑な電力フローを制御すること、問題を診断すること、システム・オペレータにより良いネットワーク可視性を与えること、機器性能を高めること、資産活用を改善すること、及びネットワーク改善を計画することのためのより良い方法が継続的に必要とされている。
【０００３】
今日の急速に発展している電力グリッドとともに、配電ネットワーク／システム・オペレータ（ＤＮＯ／ＤＳＯ）は、分配されたエネルギー資源からの変わりやすく不安定な電力フロー、有効及び無効電力問題、電力品質ひずみ、不十分な力率、位相角安定度、及び電圧振動を含む、著しい技術的困難に直面している。これらの問題は、電気損失を低減すること、合成慣性を採用すること、電気外乱分析、サイバーセキュリティ、及び機器状態監視に及ぶ。
【０００４】
電気公益事業は、ネットワーク・モデルリング、リアルタイム熱格付け、充電電気車両、負荷プロファイル感知、トポロジー及び状態決定、ネットワーク輻輳、需要側管理、及びエネルギー蓄積ベース・サービスの計画／処理を改善することを望む。発電機（たとえば、実用規模の太陽光発電所（ｓｏｌａｒ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｆａｒｍ）及び風力発電所（ｗｉｎｄ  ｆａｒｍ））は、効率利得についての関係する問題及び機会を有する。電力の大口の商業及び産業消費者には電力品質問題がある。エネルギー供給企業及びシステム・オペレータは、ネットワーク需要、アクティブ・トポロジー、及び制約情報を望む。これらの問題の多くに触れることは、増加した風力発電と太陽光発電との統合を通して炭素排出量を低減することである。既存の監督制御及びデータ収集（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｎｄ  Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）（ＳＣＡＤＡ）システム及びレガシー計装は、とてもその役割を果たせない。３０分間のデータ・ポイントをもつ既存の世帯レベルの高度メータリング・インフラストラクチャ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍｅｔｅｒｉｎｇ  Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）（ＡＭＩ）スマート・グリッド・メーターは不十分である。現代の電力グリッドは、より良いセンサーと、データ処理システムとを必要とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の発明者は、正しいグリッド又は他の監視データが供給され得る場合、正しい分析ツール、モデル、及びソフトウェア・アプリケーションを用いて、様々なイノベーション機会、課題及び問題が直接又は間接的に対処され得ることを決定した。電力システムを監視し、高分解能データを収集し、それを高度時系列データベース（ｔｉｍｅ−ｓｅｒｉｅｓ  ｄａｔａｂａｓｅ）にセキュアに供給するための画期的なセンサー・ネットワークを以下で開示する。いくつかの例では、時系列データベースは、電力部門が直面する多数の商業的及び技術的課題に広く必要とされるソリューションを与えるために、ソフトウェア・アプリケーションとともに、クラウドストレージベース・データアズアサービス（Ｄａｔａ−ａｓ−ａ−Ｓｅｒｖｉｃｅ）プラットフォームとして利用可能である。
【０００６】
発明者は、いくつかの新しい技術を、画期的なデータ収集センサー・ハードウェアと、セキュアなデータ通信によって接続される高度データベース・ソフトウェア（データウェア）とを組み合わせる工業グレードのシステムに一緒に統合した。これらの技術が一緒にされたとき、得られたシステムは、詳細、明快、及び洗練の改善されたレベルにおいて、電力グリッド及び関連する機器の挙動を精査する機能を有する。既存の電気公益事業グリッド、負荷、及び発電監視ＳＣＡＤＡシステムは、一般に、即時検査のために２〜４秒ごとに、感知された信号から比較的おおまかな電気測定値（たとえば、ＵＫ電力ネットワークの場合、±５〜７％の精度をもつ電圧、電流測定値）を引き出すが、３０分ごとに測定値の１つのセットをデータ・ストレージに保持するのみである。結果は、比較的粗い時間スケール上で収集された低品質のデータである。発明者は、好ましくはセキュアなテレメトリを介して、高分解能データの豊富なストリームを時系列データベースに与えるために、高いサンプル・レートにおいて取られる高精度電気測定値を組み合わせることによって、既存の技術及び構成を改善した。時系列データベースは、リレーショナル・データベースよりも、そのような大量測定値に好適である。このより効率的で効果的な装置は、データ収集の量（先を見越して、ペタバイトになる１０００兆個のデータポイント）及びレートを好適な処理及び記憶容量と調和させる。ハードウェアとデータウェアとは他方から独立して一緒に動作し得るが、それらは、必要とされる機器の量が低減された、優れた性能を与える統合されたソリューションを提供する。
【０００７】
Ｎｅｕｖｉｌｌｅグリッド・データＴＭからのグリッド・データ・ユニットＴＭ（ＧＤＵ）センサー・ボックスは、独自に、新たに考案されたマイクロシンクロフェーザ（ｍｉｃｒｏ−ｓｙｎｃｈｒｏｐｈａｓｏｒ）（μＰＭＵ）を電力品質モニター（ｐｏｗｅｒ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｍｏｎｉｔｏｒ）（ＰＱＭ）と組み合わせ、２つのデバイスは、収集されたデータ・ポイントの効果的な組合せ及び比較を促進するために共通のタイムスタンピング方法を共有する。ある例では、ＧＤＵは、金属エンクロージャと、周囲環境条件センサーと、サブ１００ナノ秒タイミングと、冗長／交互通信伝搬経路を介した次世代セキュア・テレメトリとをさらに含む。収集され、送信され、記憶され、供給された電気測定データは先端技術に対する１００〜１００、０００ｘ改善を採用する。周波数領域において、マイクロシンクロフェーザ機能は、２００万分の１（ＰＰＭ）まで正確な電圧及び電流測定値を与える０．００１度フェーザ角精度を与える。時間領域では、電力品質機能は、ＩＥＣ６１０００−４−３０Ｅｄ３クラスＡ規格＋２〜１５０ｋＨｚ範囲内の超高調波（ｓｕｐｒａ−ｈａｒｍｏｎｉｃｓ）による高精度測定値のアレイを与える。データポイントは、ＧＰＳなど、グローバル・ナビゲーション衛星システム（ＧＮＳＳ）を用いてタイム・スタンプされ、導出されたタイムスタンプ（ｔｉｍｅｓｔａｍｐ）は、観測されたＧＮＳＳ衛星コンスタレーションに対する地球大気条件に応じて５０〜８０ナノ秒の精度をもつ。説明する本発明は、共有アンテナ・アレイ及び環境センサーに関して、装置内の構成要素のより効果的で効率的な構成を採用する。本発明はまた、ローカルノード、比較対合ノード、メッシュネットワーク、フォグ計算、又はエッジ処理データ分析処理のためのマルチコア、マルチスレッド対応、コプロセッサを組み込んでいる。ＮｅｕｖｉｌｌｅのＧＤＵハードウェア設計は、特に、排他的にではなく、ＡｌａｍｅｄａカリフォルニアのＰｏｗｅｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｌａｂ製のＧｒｉｄＡｎａｌｙｚｅｒＴＭデバイスを改善する。
【０００８】
既存のリレーショナル・データベースは、Ｎｅｕｖｉｌｌｅ  ＧＤＵのネットワークからのペタバイト・ストリーミングになる１０００兆個のデータポイントを効率的に処理することができない。したがって、低コスト、高スケーラブル、クラウドベース又はプライベート・サーバーベースのソリューションを与えるために、バークレー・ツリー・データベース（Ｂｅｒｋｅｌｅｙ  Ｔｒｅｅ  Ｄａｔａｂａｓｅ）と呼ばれるものなど、時系列データベース（ＴＳＤＢ）が組み込まれ、新規の時系列行列データベース（ＴＳＭＤＢ）に改変される。ベース・バークレー・ツリー・データベースは既存の商業的方法に対する１，４００ｘ改善を提供する。
【０００９】
電気ネットワーク及び動作する構成要素（たとえば、トランスフォーマ、開閉器、インバータ、発電機など）＋ナノ秒でタイムスタンプされる他のデータを用いて作業すると、Ｎｅｕｖｉｌｌｅの新規のハードウェア及びデータ処理構造はマルチドメイン、マルチスケール・データ分析を可能にし、それにより、かつてない状態監視、動作調整、予測及び異常検出が可能になる。
【００１０】
以下で、添付の図面を参照しながら、例として、装置及び方法について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一例による、電力グリッドを監視し、高分解能電気測定データを収集するための方法を示す図である。
【図２】一例による、バークレー・ツリー・データベースシステム・アーキテクチャを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
一例では、本装置は、マイクロシンクロフェーザと電力品質モニターとを備える１つ又は複数の動作可能ペア（ｏｐｅｒａｔｉｖｅ−ｐａｉｒ）を備える。いくつかの例では、動作可能ペアは追加の信号分析デバイスをさらに備え得る。一例では、動作可能ペアは、時間領域データ・ポイント及び周波数領域データ・ポイントを収集するために、マイクロシンクロフェーザ方法を介して周波数領域において、及び電力品質測定技法を使用して時間領域において、同時に電源信号を処理する。収集された時間領域データ・ポイント及び周波数領域データ・ポイントに合同タイムスタンプが適用される。いくつかの例では、収集された時間領域データ・ポイント及び周波数領域データ・ポイントに適用されたタイムスタンプは同じ方法によって導出される。一例では、装置及び／又はさらなる隣接する装置内の１つ又は複数の動作可能ペアが、機器トランスフォーマの２次出力から引き出された、又は直接感知された異なるソース信号を処理し得る。
【００１３】
信号分析器の動作可能ペアは、異なるファームウェア・モードにおいて動作する同じタイプの物理デバイス（たとえば、ＡｌａｍｅｄａカリフォルニアのＰｏｗｅｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｌａｂ製のＰＱｕｂｅ３（登録商標）デバイス）のうちの２つを備え得る。いくつかの例では、デバイスの動作可能ペアは、同じ製造業者製であることもあり、ないこともあり得る２つの異なるタイプの信号分析器であり得る。いくつかの例では、電気信号処理の２つの基本的に異なる方法のこの動作可能ペアリングは、それのファームウェア内の有能なサブ機能を採用する単一の物理デバイスにおいて、又は別個の計算デバイス上でのさらなるソフトウェア処理を介して実装され得る。
【００１４】
従来のフェーザ測定ユニット（ＰＭＵ）は、一般に、１度の精度で電流位相角及び電圧位相角を決定するために高電圧伝送線路上で使用される電気測定デバイスである。ＰＳＬ製の新たに考案されたμＰＭＵは、半サイクルごとの電流及び電圧の高精度（０．００３度）フェーザ角（δ）測定値を与える。小型で、コンパクトで、ロバストな、ＰＱｕｂｅ３μＰＭＵは、標準ＰＭＵのほぼ１／１０のコストで３３３ｘ精度改善を提供する。３３３ｘの一般的な精度改善は、μＰＭＵをＭＶ配電グリッドのはるかに大きい市場に特に有用にする。交互に、ＰＱｕｂｅ３デバイスは、ファームウェア・モードを切り替え、波形及び５０次高調波を含む、５１２サンプル毎サイクル（２６／３１ｋＨｚ）で電力品質測定値（ＰＱＭ）を収集することができる。これは、既存の公益事業ＳＣＡＤＡシステムに対する５０，０００ｘ改善である。ＰＱＭモードの下で、ＰＱｕｂｅ３デバイスはまた、最高４ＭＨｚにおいて外乱イベントをキャプチャする４０チャネル・デジタル・オシロスコープと、２Ｈｚでの２，０００パラメータ・トリガ・メーター・サンプリングと、超高調波の収集と、収益グレード・エネルギー・メーターとをサポートする。すべてのデータはＧＰＳタイムスタンプされ、測定値は、したがって、サブ１００ナノ秒精度、すなわち、既存のＳＮＴＰベース・システムに勝る時間次元の１００，０００ｘ改良まで、遠点にわたって同期する。これにより、強力なネットワーク分析技法及びコスト削減最終用途適用例の範囲を拡大し、強化することが可能になる。オンボード分析及び報告ツールは、μＰＭＵの単一のペアさえも強力な電気機器にする。電力グリッドにわたって展開されるとき、ネットワーキング効果が効力を生じる。μＰＭＵネットワークの経済的価値及び技術的影響は、メトカーフの法則（Ｍｅｔｃａｌｆ’ｓ  ｌａｗ）の貸主変形態に従って非線形指数様式で増大する。
【００１５】
信号分析器の追加のコロケートされた動作可能ペアを装置に組み込むと、共通電源構成、制御信号、グローバル・ナビゲーション衛星システム（ＧＮＳＳ）アンテナ／信号、改ざん対策（ａｎｔｉ−ｔａｍｐｅｒ）／盗難防止保護、及び／又はテレメトリ構成のコスト効率的な共有が促進される。同じＧＮＳＳ（ＧＰＳ）アンテナを共有すると、たとえば、調達費、設置費、及び維持費、アンテナ・アレイ・マストの風荷重、重量及び空間などが節約される。それはまた、測定の年代的統一（すなわち完全な時間整合）を保証する、まったく同じタイミング信号を与える。２つの隣接するＧＮＳＳ（ＧＰＳ）アンテナを使用する以前のソリューションは、通常、タイムスタンプ・ダイバージェンスにつながる機器ドリフト及び他の微妙な差によって引き起こされる、わずかに異なる結果を与える。
【００１６】
いくつかの例では、動作可能ペアは、通信ネットワーク上の、ただし動作可能ペアを形成する各デバイスの据え付け（ｅｍｐｌａｃｅｍｅｎｔ）間の顕著な距離によって物理的に分離された、論理ペア又は機能ペアとして、適切な補償を用いて実装され得る。そのような機能により、故障したデバイス、又は広く据え付けられるデバイスの適応構成のための動的補償は、機能目的に適合すること、又は変化する条件をフレキシブルに満たすことが可能になる。
【００１７】
図１に示された一例では、周波数領域において動作するマイクロシンクロフェーザを使用して、データ・ポイントの第１のセットを収集すること１０１と、時間領域において動作する電力品質モニターを使用してデータ・ポイントの第２のセットを収集すること１０２と、データ・ポイントの収集された第１及び第２のセットに、同期したタイムスタンプを適用すること１０３とを含む、電力グリッドを監視し、高分解能電気測定データを収集するための方法２００が提供される。
【００１８】
２つの差手段（周波数領域シンクロフェーザ及び時間領域電力品質）による同じ電気信号の検査及び処理により、２つの異なるクラスの分析技法の使用が促進される。２つの処理された信号の組合せにより、確立された方法、新しい又は新規の技法、及び今のところ考案されていない分析方法のより広い範囲の使用が促進される。
【００１９】
２つの基本的に異なる手法から導出される複数の測定値の時間同期アレイの提供により、さらなる開発及び活用のための分析機会が生じる。分析例は、両方の方法を介して、おそらく同じ又は同様の周波数、電圧、及び測定値を導出し、統計的公差内での結果の妥当な一致又は偏差について検査することである。一致の単純な欠如、又は一致における時間経過に伴う発散／循環は、さらなる調査又は修正に値する異常を示す。
【００２０】
一例では、デバイスの動作可能ペアは単一のユニタリー・デバイスに機能的に組み合わせられる。この配置及び統合は、限定はしないが、共有される、電源、メモリ・ストレージ、テレメトリ・モデム、入出力コネクタ、保護フィーチャ（たとえばヒューズ）＋環境、改ざん対策、又は自己状態監視センサー（たとえば、エンクロージャ内の凝縮水分及び過熱防止動作条件を検出するために相対湿度及び温度）を採用する単一の回路板又は低減された数の回路板上に、集積回路及び他の構成要素を使用し得る。そのようなユニタリー設計は、スロット付きラック構成及び／又は容易な交換のための適切なコネクタを用いて構成され得る。いくつかの例では、本装置は、オシロスコープなど、追加の信号処理デバイスを含み得、これらのデバイスは、測定される信号のワイヤード又はワイヤレス監視を促進するために直接接続されるか又は遠隔操作され得る。そのような追加のデバイスは、エンクロージャの外側を通るコネクタ又はカプラを介して、エンクロージャ中に事前設置された一体型のリード線及びプローブに取り付けられ得る。そのようなデバイスは、同じくエンクロージャ壁を通るソケット又はプラグを介してＧＤＵ電源から電力を与えられ得る。そのようなコネクタ及びプラグは、使用されないとき、キャップ及び又はヒンジ式カバーを用いて保護され得る。装置内にプローブ及び接続リード線を実装すると、エンクロージャを通る新しい接続を行う必要がないので、追加の信号処理機能（たとえばオシロスコープ）が必要とされるときにデバイスの完全性を損なう必要がなくなる。
【００２１】
一例では、動作可能ペアは、それの電力品質又はマイクロシンクロフェーザ測定機能のいずれかによる計算に基づいてエネルギー・メーターの機能を実行し得る。いくつかの例では、生成、送信、供給又は消費されたエネルギーの報告された量が正しく、精度の所与の統計的公差以内まで正確であるというさらなる保証を与えるために、妥当な一致がないかを検査するために、電力品質モニターとマイクロシンクロフェーザ測定の両方が比較される。それはまた、１つのデバイス又は方法が故障する又は利用不可能になるイベントにおいて冗長及びダイバーシティを与える。
【００２２】
いくつかの例では、本装置はまた、共有される電源と、データ・ストレージと、テレメトリ（モデム）機器とを含有し得る。一例では、各動作可能ペアは、それ自体の別個の共有されない電源と、データ・ストレージと、テレメトリ機器とを有する。本装置を備えるエンクロージャ・ボックスは、複数の動作可能ペアをサポートする単一電源構成を用いて構成され得る。本装置を備えるエンクロージャは、複数の動作可能ペアをサポートする単一テレメトリ及びアンテナ・アレイ構成を用いて構成され得る。機器が共有される場合、コスト削減及び設計の簡単さが得られる。いくつかの例では、システムの冗長及びダイバーシティが、システム・アーキテクチャにおける単一障害点（ｓｉｎｇｌｅ  ｐｏｉｎｔｓ  ｏｆ  ｆａｉｌｕｒｅ）の回避のために実装される。
【００２３】
いくつかの例では、変流器、変圧器又は他の機器トランスフォーマなど、ＡＣ電気信号センサーからの導電性又は変換された信号が、信号分析デバイスの動作可能ペアにワイヤ接続される。ホール効果デバイスなど、ＤＣ電流センサーも取り付けられ得る。そのようなセンサー信号は、動作可能ペアの両方の半分によって共有されるか、又は動作可能ペアにおける各デバイスについて別個に導出され得る。
【００２４】
いくつかの例では、周囲環境センサーが動作可能ペアのうちの１つ又は複数に取り付けられ得る。そのようなセンサーは、エンクロージャの内部及び／又は外部（室外）温度、相対湿度、気圧、析出、振動及び又は地震活動を測定する。追加のセンサー（たとえば、回転するカップ又は超音波タイプ風速計、ライダーなど）が、地面の近く又は空中の風速及び乱気流を決定し得る。さらに、センサーが、様々なスペクトル帯域（ＩＲ、可視、及び／又はＵＶ）にわたって太陽放射照度（ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ）を決定し得る。さらに、接続されたセンサーが、エアロゾル成分、微粒子、又はガス種成分など、空気品質の様々な性質を決定し得る。放射（たとえばガイガー計数管タイプデバイス）又は宇宙線（たとえばミューオン検出器）を監視するために、追加の検出器及びセンサーが取り付けられ得る。さらなるセンサーが、超音波、レーザーベース又は電磁レーダー・エミッタ、受信機又はトランシーバを伴い得る。いくつかの例では、環境センサーは、ＧＤＵのタイムスタンプ機能を用いてデータ記録に接続される。
【００２５】
いくつかの例では、音響センサーが、監視される機器（たとえば、トランスフォーマ、インバータ、モーター、回転機械など）に取り付けられるか、又はさもなければそれをリッスンするために配置される。一例では、音響センサーは、ＧＤＵのタイムスタンプ機能を用いてデータ記録に接続される。
【００２６】
一例では、装置構成要素は、１つ又は複数のアンテナに接続され、２つ以上のグローバル・ナビゲーション衛星システム（ＧＮＳＳ）、たとえばＧＰＳとして知られているアメリカの全地球測位システムのための信号処理／変換器を含み得る。ＧＮＳＳアンテナは高精度ロケーション情報及びタイミング情報を受信する。利用可能なＧＮＳＳは、限定はしないが、ＧＰＳとして知られているアメリカの全地球測位システム、ＧＬＯＮＡＳＳと呼ばれるロシアのグローバル・ナビゲーション衛星システム、中国のＢｅｉｄｏｕナビゲーション衛星システム、欧州連合のガリレオ・システム、インドのＮＡＶＩＣ、及び日本の準天頂衛星システムを含む。交互タイミング及びロケーション情報は、他の無線ナビゲーション・システム、又は十分な安定度、精度及び同期のエンクロージャの内部のクロックから来ることができる。いくつかの例では、システムの冗長及びダイバーシティを与えるために複数のＧＮＳＳ入力が使用される。複数のＧＮＳＳ入力間の相互一致の連続監視は、グローバルに又はローカルな／対象を絞った効果を伴ってのいずれかで、１つ又は複数のＧＮＳＳの異常、問題、故障、悪意のある改ざん、又はサイバー攻撃を示すダイバージェンス若しくは他の不一致の検出をサポートする。
【００２７】
いくつかの例では、１つ又は複数の上昇させられたマストには、テレメトリ通信、並びにＧＮＳＳタイミング及びロケーション・データの取得など、ＧＤＵ動作可能ペア機能に関連するアンテナのアレイが取り付けられる。いくつかの例では、これは、以下のタイプ、すなわち、ＧＮＳＳ（たとえば、高精度タイミング信号を取得することが可能な改変されたＧＰＳアンテナ）、オムニゲイン及び指向性セルラー（たとえば２／３／４／５Ｇ）、衛星（たとえば、インマルサット又は低地球軌道（ＬＥＯ）コンステレーション）、指向性マイクロ波通信リンク、オムニ及び又は指向性（たとえば八木タイプ）無線周波数（ＲＦ）、指向性光波キャリアなどの各々のうちの１つ又は複数を含む。一例では、アンテナ・アレイには、保護ライティング避雷針と、関連があるスペクトルに対して透過的である密閉保護シュラウド（たとえば、プラスチック（たとえばポリプロピレン、ＡＢＳ又はＰＶＣ）又は繊維強化プラスチック（ＧＲＰファイバーグラス）複合物から製造されたシュラウド）とが与えられる。保護シュラウドは、アンテナ・アレイ構成要素を環境劣化から保護し、窃盗を阻止する。いずれかの電力供給されるマストヘッド・デバイス（たとえば、トランシーバ、エミッタ及び受信機）には、幹線供給を介して、又はネットワーク・ケーブリング接続と一緒に１つ又は複数の電力オーバーイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ電源）電気供給接続によって、電力が与えられ得る。放射照度、風、温度、湿度、析出、気圧のための環境センサー土台が与えられ得る。環境センサーは、いくつかの例では、ユニット化されたサブアセンブリを形成する。アンテナ・マスト及びアレイはまた、１つ又は複数のセキュリティ・カメラ又は他のセキュリティ監督センサーを取り付けるための有利な地点（ｖａｎｔａｇｅ  ｐｏｉｎｔ）を与えることができる。いくつかの例では、マストは、ピコセルラー通信トランシーバ、他のテレメトリ対応アンテナ、及び／又はＷｉ−Ｆｉ、ＷｉＭＡＸ、ＬｏＲａ及び他のＬＡＮアンテナに適応する。いくつかの例では、マストヘッド全指向性アンテナ及び１つ又は複数の指向性アンテナは、地理的に、最も強い信号又は好ましい電気通信プロバイダをもつ近くの通信リレー／ダウンリンク・タワー又は他の対応するトランシーバ・アンテナに向けて配向させられる。
【００２８】
一例では、本装置のエンクロージャは、無線周波数干渉（ＲＦＩ）、電磁干渉（ＥＭＩ）又は同様の放射若しくは伝導される放出（特に、５０／６０／４００Ｈｚのグリッド周波数をもつ交流電力回路に関連する放出）がエンクロージャに入り、内部に含まれている機器の適切な動作を妨害すること又はさもなければそれと干渉することを排除するために、金属から製造されるか、又は導電性コーティング若しくは同様の材料特性に本装置の周りにファラデー・ケージを作成させる。エンクロージャ中へのワイヤ又は他の導電性経路は、導電性グランド（ｇｌａｎｄ）／グロメット（ｇｒｏｍｍｅｔ）及び囲みフェライト・ビーズ又は他の効果的な手段によって適切に保護され得る。エンクロージャを、高い熱伝導率をもつ金属又は他の材料から製造することによって、内部で生成された熱が放射輝度（ｒａｄｉａｎｃｅ）及び対流により、より容易に放散され得る。エンクロージャ内の保持された熱蓄積及び結果として得られた過大な内部温度は、適切なＧＤＵ動作を妨げ、キャパシタなど、構成要素を劣化させるので、誤った動作、停止又は耐用年数の短縮につながり得る。いくつかの例では、エンクロージャは鋼又はアルミニウムから製造される。金属エンクロージャは耐久性があり、一般に、紫外光及び他の悪影響による劣化に耐性があることから、より長い耐用年数を有する。金属エンクロージャはまた、プラスチック性のエンクロージャよりもはるかに高い程度の防火を特徴とする。金属エンクロージャはまた、ダスト、水及びプロービング・ツール又は指に対する高い程度の物理的侵入保護を有する。マイクロシンクロフェーザを囲む既存の方法はポリカーボネート・プラスチック・ボックスを利用するが、ポリカーボネート・プラスチック・ボックスは、あまり費用がかからず、改変がより容易であり得るが、ＥＭＩ／ＲＦＩ問題及び熱蓄積を受けやすい。
【００２９】
一例では、本装置は、ヒンジ結合され得る取り外し可能なふた又はカバーを有するエンクロージャを有する。いくつかの例では、エンクロージャは、一体型のロッキング・デバイス又は留め金（ｈａｓｐ）ロックを有する。いくつかの例では、エンクロージャは、エンクロージャが開けられ、移動され、又は許可なく触られたときに、検出し、記録し、データ送信によって中央オペレーション・センターに警報を出す機構を有する。マイクロシンクロフェーザ及び電力品質モニターのような電気デバイス、又は他の機器、すなわち、エンクロージャの開き、それへのいたずら、及び又は動きを検出する、光電池及び環境センサー（温度、ＲＨ、気圧、傾斜、振動）のような窃盗対策セキュリティ機能を含んでいるキャビネット、エンクロージャ又は他の構造の場合。トリガは、カメラが開口からのシーンを撮像する、すなわち、おそらくキャビネットを開けた人又は人々の画像を撮るような位置に、エンクロージャの内部に取り付けられるか、又は回路板上に一体化され得る。通常のパターンからの逸脱を検出し、データ通信の１つ又は複数の手段によって警報を送ること＋記録されたデータ・ファイル中に注釈を作成することが可能な学習ソフトウェアがいくつかの例において実装される。一例では、このシステムは、エンクロージャの物理的侵入検知を実行すること、すなわち、開き、ＧＰＳロケーション動き、エンクロージャの内部温度又は湿度状態の急激な変化、エンクロージャの開き、傾斜／ガタツキ（ｊａｒｒｉｎｇ）などの光電池検出を含む。
【００３０】
いくつかの例では、本装置は、動作可能ペアの各ノードが、データをローカルに単独で処理し、並びに／又は他のＧＤＵノード及び随意に他のデータ・ストアとともに協働的にデータを処理することが可能である、分散型メッシュ・フォグ・ハイブ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｍｅｓｈ  ｆｏｇ  ｈｉｖｅ）データ処理を利用する。そのようなシステムは、ローカル状態決定など、分析的処理タスク又は結果の位相的に隣接するノード間の共有を促進する。単一の又は複数の、計算コアと、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）と、浮動点処理ユニット（ＦＰＵ）とを採用する、単一の又は複数のプロセッサをもつコプロセッサが使用され得る。そのようなコプロセッサは、マルチスレッド処理が可能であることもあり、ないこともある。そのようなメッシュ化されたエッジ処理又はフォグ計算能力は、計算能力を必要とする非電気的目的を果たすために、ＧＤＵで収集されたグリッド・データ、機器条件監視入力に関連した、又は他の情報に関する様々な処理及び分析機能を実行することができる。
【００３１】
知られている時系列行列データベース（ＴＳＢＤ）では、各記録された値（科学的測定、金融取引量など）がエポック開始基準（ｅｐｏｃｈ  ｓｔａｒｔｉｎｇ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）からのタイムスタンプ又はタイミング・マークとペアにされて、時間又は年代値とペアにされた測定された値又は割り当てられた値からなる「タプル」になる。Ｎｅｕｖｉｌｌｅは、項目の単一列中に単一のタイムスタンプに一致させられた複数の測定された値、すなわち、タプルではなくマルチタプル、を組み込むことによって、このデータアレイ・アーキテクチャを改善する。より大きいＮｅｕｖｉｌｌｅ装置の一部として、これにより、統一的で調和的なタイムスタンプをもつ単一の又は複数の電源信号からの複数の同時測定値（たとえば、電圧、アンペア数、及び周波数）の整合した記録（定性的保証）が保証される。したがって、より記憶空間効率的で、より高速で、時間整合した測定値又は定量化された値又は条件状態（たとえばスイッチ位置）の処理及び分析的処理を行うのにより好適である、時系列行列データベース（ＴＳＭＤＢ）データ構造を形成すること。
【００３２】
図２に示されているように、ＴＳＤＢシステムは、以下の特徴を与えるためにバークレー・ツリー・データベースＢＴｒＤＢ２００上に構築され得る。
一意に、ＴＳＤＢシステムは、時系列データを処理するための最良の市販のソリューションよりも１，４００ｘ速く動作する。
複数同時高帯域幅、無順序データ・ストリームを収集し、記憶することができる。
毎秒５３００万インサート及び１億１９００万クエリの証明されたスループットで２．９圧縮比を達成する。
単一のサーバーを用いて１，０００μＰＭＵセンサー・ノードを処理することができる。
２００ｍｓ以下で３４０億のデータ・ポイントのうちで少数の電圧低下（ｖｏｌｔａｇｅ  ｓａｇ）の位置を特定することができる。
容易にスケーリングされる、標準Ａｍａｚｏｎウェブ・サーバー上に容易に実装される。
＋電気、金融、ＩｏＴ、プロセス、環境、及び多くの他のタイプの時間マーキングされたデータを巧みに処理することに適応可能である。
【００３３】
電気グリッド・データの場合、この新規のＴＳＤＢ構造はマルチスケール・データ分析を可能にし、それにより、送信及び分布グリッド性能に影響を及ぼす電圧、電流、及び時間スケールの範囲にわたる予測及び異常検出が可能になる。
【００３４】
超効率的なデータエンジンは５，０００ライン未満のコードを必要とする。Ｎｅｕｖｉｌｌｅは、アプリケーション・プログラミング・インターフェース（ＡＰＩ）、セキュアなテレメトリ・リンケージ、収入機構、アクセス制御、及び他のプロプライエタリ強化とともに、それを商品化している。
【００３５】
たいていのＴＳＤＢは、ミリ秒精度に制限され、したがって、シンクロフェーザ・データには適さない。たいていのＴＳＤＢはまた、Ｎｅｕｖｉｌｌｅが処理することを意図する莫大な量（１０００兆個のデータ・ポイントを保持するペタバイト）の電気グリッド・データには好適でない。ＢＴｒＤＢは、これらの重要な課題の両方に対するソリューションを与える。
【００３６】
いくつかの例では、本装置は、電気センサーと、エンクロージャ中の信号分析器の動作可能ペアと、ＡＰＮ＋ＶＰＮセキュア化テレメトリと、収集された時系列データを取り込み、記憶し、取り出す時系列データベースとからなる、一体化されたシステムを備える。
【００３７】
システム中に実装された時系列データベースは、サードパーティ・ソフトウェア、システム及びハードウェア・デバイスとの対話を促進するアプリケーション・プログラミング・インターフェース（ＡＰＩ）と、収入収集及び記録ソフトウェア及びデータベース機構と、アクセス・セキュリティと、収集され、記憶されたグリッド・データを広めるデータアズアサービス方法を一般にサポートすることとを採用し得る。テレメトリパッケージは、電力システム測定値のセキュアな信頼できる送信を与える。
【００３８】
ソフトウェア及び関係する通信＋データ構造及びセキュリティ機能により、ＧＤＵ信号処理機能及びデバイス動作可能ペア、＋データストレージ処理、セキュリティ機能、自己条件監視、及びテレメトリのリモート又はローカル構成及び管理が可能になる。いくつかの例では、ソフトウェア及び関係する機能は、広い地勢にわたる機器の一団を監視し、管理し、一例では、動作可能ペア構成、ファームウェア、記憶されたデータ、データ記憶機構、分析結果、制御機能、メッセージング、セキュリティ機能、エンクロージャ、アンテナ・アレイ、及び／又はテレメトリ設定を用いて、改ざんを見張り、検出された改ざんに対して警報を与えることが可能である。
【００３９】
マイクロシンクロフェーザと電力品質モニターの動作可能ペアは、ＩＥＣ又は他の技術基準に従うファームウェア機能／データ・フォーマッティングを遵守し、実行し得る。これは、他のオープンスタンダード遵守ソフトウェア、ファームウェア、システム及びハードウェアの間の技術的相互運用性を可能にする。
【００４０】
一例では、本装置は、監視目的のための３相回路に取り付けられるが、本装置はまた、単相、２相、又は３相システムのうちの２相だけを用いて動作することができる。取付けの確立された手段は、電流計器用変成器（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）及び電圧計器用変成器がターゲット電流を感知し、それらの２次出力を介して比例する信号を与えるような、電流計器用変成器及び電圧計器用変成器の据え付けであり得る。収入グレード誘導タイプ計器用変成器が最良であるが、Ｒｏｇｏｗｓｋｉコイル及び他のタイプがいくつかの事例では使用され得る。また、保護グレード計器用変成器が、性能がやや低減された状態で利用され得る。低電圧状況の場合、電圧の直接感知が適用され得る。中及び高電圧適用例の場合、比例する信号（一般に１２０Ｖ及び５Ａ）を搬送する計器用変成器の２次出力リード線が、ＧＤＵ接続された高精度変流器と動作可能ペアへの電圧入力とによって感知されるように、中間計器用変成器が据え付けられるか、又は既存の設置の場合、適応させられる。そのような高精度変流器は、開口又はスプリットコアタイプのいずれかである。ＧＤＵは、電力の好適な供給と、インターネット・ブロードバンド・アクセスとを含む。
【００４１】
マイクロシンクロフェーザを含んでいる知られているシステムとは異なり、本装置を公益事業変電所、発電所、又は他の電気施設における設置及び動作のために好適で安全にするために、本デバイスは、冗長あり又はなしで以下のうちの１つ又は複数を組み込む。
ＡＣ電源とＤＣ電源の両方を分離するスイッチング構成を含めるために、システムの電源を切り、システムを外部信号、データ、及びテレメトリ接続から切断する１つ又は複数の分離スイッチ（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｓｗｉｔｃｈ）、
タイプ１サージ防止デバイス＋タイプサージ防止デバイス（ＳＰＤ）タイプ、又は結合されたタイプ１＋２サージ防止デバイス・タイプ、
残留電流デバイス（ＲＣＤ）タイプ電気保護、
入来ＡＣ幹線電力又は寄生的に取得される電力を好適な電圧ＤＣ電力に変換する、十分な容量及び耐久性の単数又は冗長スイッチング電源、
短持続時間キャパシタ・タイプの無停電電源をバッファすること、
バッテリー管理モジュールをもつ長持続時間バッテリー・タイプの無停電電源（ＵＰＳ）、及び／又は
入来幹線電力と結果として得られたＤＣ電力が両方とも動作可能ペアによって調整され、監視される構成。
【００４２】
上記で開示した装置は、発電機器及び電力ネットワークの状態に関する高度に正確な情報を与えるために、エネルギー生成プラントに実装され得る。そのような情報は、エネルギー生成プラントの利用を最大にするための動作決定を行うために使用され得る。いくつかの例では、開示した装置は、太陽光発電所又は風力発電所の利用を最適化するために使用される。
【図１】
2021525503.tif 000003
【図２】
2021525503.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和3年1月21日(2021.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を処理するように構成された信号分析器の動作可能ペアを備える、高分解能電気測定データを収集することによって電力グリッドを監視するための装置であって、前記動作可能ペアは、
前記電気信号を処理し、データ・ポイントの第１のセットを収集するために周波数領域において動作するように構成されたマイクロシンクロフェーザ測定ユニットと、
前記電気信号を処理し、データ・ポイントの第２のセットを収集するために時間領域において動作するように構成された電力品質モニターと
を備え、
前記装置が、データ・ポイントの前記収集された第１及び第２のセットに同じ同期したタイムスタンプを適用して、前記データ・ポイントの時間同期アレイを構成するように構成された、電力グリッドを監視するための装置。
【請求項２】
前記装置が、単相、２相、又は３相の信号を処理または３相の信号のうち２相を処理するように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置が、データ・ポイントの前記収集された第１及び第２のセットに適用するために前記同期したタイムスタンプを取得するために共有アンテナからの信号を使用する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記装置が、前記タイムスタンプされた第１及び第２のデータ・ポイントを時系列データベースに記憶するように構成された、請求項１から３までのいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記装置が信号分析器の複数の動作可能ペアを含む、請求項１から４までのいずれかに記載の装置。
【請求項６】
信号分析器の前記複数の動作可能ペアが、電気ネットワーク上の異なるロケーションからの電気信号を受信するように構成された、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記装置が、前記第１のタイムスタンプされたデータ・ポイントと前記第２のタイムスタンプされたデータ・ポイントとの間のダイバージェンスを測定するように構成された、請求項１から６までのいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記装置が導電性エンクロージャ内に位置する、請求項１から７までのいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記装置が前記エンクロージャ内に１つ又は複数の電気感知プローブを備え、前記プローブが、外部信号処理デバイスの取付けのために前記エンクロージャの外面上に結合インターフェースへの電気接続を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置が、環境データの１つ又は複数のセットを収集するために１つ又は複数の環境センサーを備え、前記装置が、前記同期したタイムスタンプを環境データの前記１つ又は複数のセットにも適用するように構成された、請求項１から９までのいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記装置が、電気ネットワーク上で動作を修正するために前記時系列データベースを使用するように構成された、請求項４に記載の装置。
【請求項１２】
前記電気ネットワークが太陽光発電所又は風力発電所のうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
データ・ポイントのすべてのセットに同期したタイムスタンプを適用するために複数のタイプのグローバル・ナビゲーション衛星システム入力が使用される、請求項１から１２までのいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記装置が分離スイッチをさらに備える、請求項１から１３までのいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
電力グリッドを監視し、高分解能電気測定データを収集するための方法であって、
電気信号を処理することと、
周波数領域において動作するマイクロシンクロフェーザ測定ユニットを使用してデータ・ポイントの第１のセットを収集することと、
時間領域において動作する電力品質モニターを使用してデータ・ポイントの第２のセットを収集することと、
データ・ポイントの前記収集された第１及び第２のセットに同期したタイムスタンプを適用して、前記データ・ポイントの時間同期アレイを提供することと
を含む方法。
【請求項１６】
前記処理することは、単相、２相、又は３相の信号を処理または３相の信号のうち２相を処理することである、請求項１５に記載の方法。
【国際調査報告】
2021525503.tif 000005
2021525503.tif 000006
2021525503.tif 000007