(57)【要約】      （修正有）【課題】送電オペレーションにおけるグリッドコードイベントの発生を監視する電力コンシューマ手法を提供する。【解決手段】グリッドコードイベントメーターが、グリッドコードイベントの発生検出に使用される。このメーターは、消費ニーズに関連する電力関連パラメータのデータを入手するように構成された測定コンポーネントを含む。グリッドコード判断基準追跡コンポーネントは、電力品質および信頼性に関するコンシューマの送電会社によって要求されるグリッドコード判断基準の遵守に関して測定コンポーネントによって入手される電力関連パラメータに関係するデータを追跡する。グリッドコードイベント検出コンポーネントは、電力関連パラメータの追跡されるデータに従ってグリッドコードイベントの発生を検出する。無線送信器は、少なくとも１つのリモートコンピューティングデバイスにグリッドコードイベントの発生の検出を通信するように構成される。【選択図】図１
2012186994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力消費ニーズに関連する複数の電力関連パラメータのデータを入手するように構成された測定コンポーネント（２００、５１０、または５１５）と、
電力品質および信頼性に関する電力コンシューマニーズを満足するために送電会社によって要求されるグリッドコード判断基準の遵守に関して前記測定コンポーネント（２００、５１０、または５１５）によって入手される前記複数の電力関連パラメータに関係する前記データを追跡するように構成されたグリッドコード判断基準追跡コンポーネント（２０５または５２０）と、
前記追跡されるデータが前記グリッドコード判断基準を遵守していることに従ってグリッドコードイベントの発生を検出するように構成されたグリッドコードイベント検出コンポーネント（２１０または５２０）と、
少なくとも１つのリモートコンピューティングデバイス（１３５）にグリッドコードイベントの発生の検出を通信するように構成された無線送信器（５３５）と
を含む、グリッドコードメーター（１３０または４００）。
【請求項２】
前記無線送信器（５３５）は、前記少なくとも１つのリモートコンピューティングデバイス（１３５）から更新、命令、およびデータのうちの少なくとも１つを受信するように構成される、請求項１記載のグリッドコードメーター（１３０または４００）。
【請求項３】
前記無線送信器（５３５）は、前記少なくとも１つのリモートコンピューティングデバイス（１３５）に関連する前記グリッドコードメーター（１３０または４００）のリモート監視およびリモート診断を容易にするように構成される、請求項１記載のグリッドコードメーター（１３０または４００）。
【請求項４】
前記グリッドコード判断基準追跡コンポーネント（２０５または５２０）は、前記複数の電力関連パラメータの前記入手されたデータをそれぞれの電力関連パラメータに固有の複数の分類のうちの１つに分類するように構成され、前記複数の電力関連パラメータは、周波数および電圧を含む、請求項１記載のグリッドコードメーター（１３０または４００）。
【請求項５】
所定の限度からの逸脱について前記電圧および前記周波数を追跡する電圧周波数逸脱追跡コンポーネント（２３５または５２０）をさらに含む、請求項４記載のグリッドコードメーター（１３０または４００）。
【請求項６】
前記グリッドコードイベント検出コンポーネント（２１０または５２０）は、前記複数の分類のうちの１つへの前記複数の電力関連パラメータの前記データの前記分類の１機能としてグリッドコードイベントの前記発生を検出する、請求項４記載のグリッドコードメーター（１３０または４００）。
【請求項７】
前記グリッドコードイベント検出コンポーネント（２１０または５２０）が前記グリッドコードイベントの前記発生を判定することに応答して電力をディスエーブルするように構成された中断コンポーネント（２２５または５２０）をさらに含む、請求項１記載のグリッドコードメーター（１３０または４００）。
【請求項８】
前記グリッドコードイベントの前記発生を示す通知を生成するように構成されたグリッドコードイベント通知コンポーネント（２３０または５２０）をさらに含む、請求項１記載のグリッドコードメーター（１３０または４００）。
【請求項９】
前記電力コンシューマは、産業電力コンシューマ、住宅電力コンシューマ、商業コンシューマ、および医療施設コンシューマのうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載のグリッドコードメーター（１３０または４００）。
【請求項１０】
電力関連情報を表示するためのディスプレイパネル（４０５および４１０）とコマンドを入力するための複数の取込ボタン（４１５、４２０、４２５、４３０、および４３５）とを有する表面プレートをさらに含む、請求項１記載のグリッドコードメーター（１３０または４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には電力系統に関し、より具体的には、グリッドコード（ｇｒｉｄ  ｃｏｄｅ）イベントと呼ばれる深刻なシステム混乱の発生について送電および配電を監視することに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力系統は、発電施設、コンシューマ、およびこれらを一緒にリンクする１つまたは複数の送電網および配電網からなる。送電網は、通常、システムオペレータによって所有され、制御され、このシステムオペレータは、電力コンシューマのニーズを満足するために、発電の標準規格およびガイドラインを確立する。これらのガイドラインを、グリッドコードと呼ぶ。正常な動作からの非常に深刻な逸脱を、グリッドコードイベントと呼ぶ。
【０００３】
グリッドコードイベントを記述する電気パラメータは、通常、周波数および電圧にある。たとえば、フロリダおよびカリフォルニア州ロサンゼルスの大規模原子力発電所の喪失は、６０Ｈｚから５７Ｈｚ未満への周波数低下および４０％以上の深刻な電圧低下をもたらした。
【０００４】
米国（ＵＳＡ）北東部が、オハイオ州クリーブランドからニューヨーク州ニューヨーク市へのグリッドの完全な割目または劈開をもたらした停電を経験した時の２００３年のもう１つの例を検討されたい。この停電中のグリッドのこの劈開は、発電より多くの負荷を有する側をもたらした。その結果、発電より多くの負荷を有する側は、不足周波数および不足電圧を経験した。その一方で、負荷より多くの発電を有する他の側は、過剰周波数（ｏｖｅｒ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）および過電圧を経験した。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】E.ON Netz, "Grid Code: High and Extra High Voltage," April 2006, pages 1-46, E.On Netz GmbH, Grid Connection Regulations to High and Extra High Voltage
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一態様では、グリッドコードメーターが提供される。このグリッドコードメーターは、電力消費ニーズに関連する複数の電力関連パラメータのデータを入手するように構成された測定コンポーネントを含む。グリッドコード判断基準追跡コンポーネントが、電力品質および信頼性に関する電力コンシューマニーズを満足するために送電会社によって要求されるグリッドコード判断基準の遵守に関して測定コンポーネントによって入手される複数の電力関連パラメータに関係するデータを追跡するように構成される。グリッドコードイベント検出コンポーネントが、追跡されるデータがグリッドコード判断基準を遵守していることに従ってグリッドコードイベントの発生を検出するように構成される。無線送信器が、少なくとも１つのリモートコンピューティングデバイスにグリッドコードイベントの発生の検出を通信するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態による、グリッドコードイベントの発生について電力系統の送電側を監視するシステムを示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による、図１に示されたグリッドコードメーターのさらなる詳細を示す概略ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による、図１〜２に示されたグリッドコードメーターによって実行される動作の一部を示す流れ図である。
【図４】本発明の一実施形態による、住宅電力消費用途での使用に適するグリッドコードメーターの表面プレートを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、図４に示されたグリッドコードメーターを形成するコンポーネントのより詳細な概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明のさまざまな実施形態は、産業用途、商業用途、住宅用途、および医療施設用途で使用される電力消費デバイスによるグリッドコードイベントの発生に関する電力系統の送電側の監視を対象とする。一実施形態では、電力消費ニーズに関連する複数の電力関連パラメータのデータを入手するグリッドコードメーターが開示される。一実施形態では、グリッドコードメーターは、電力品質および信頼性に関する電力コンシューマニーズを満足するために送電会社によって要求されるグリッドコード判断基準の遵守に関して電力関連パラメータに関係するデータを追跡する。一実施形態では、グリッドコードメーターは、電力関連パラメータの追跡されるデータがグリッドコード判断基準を遵守していない場合にグリッドコードイベントの発生を検出する。
【０００９】
本発明のさまざまな実施形態の技術的効果は、電力系統の送電側の監視および管理の改善を含む。電力系統の送電側の改善された監視および管理は、電力コンシューマのための高められた電力品質および信頼性をもたらす。たとえば、電力コンシューマは、工場での製品損失を最小にすることができる。現在、多くの工場プロセスは、周波数に敏感であるが、グリッドから周波数独立なバックツーバックＤＣ変換または電圧安定性のための大規模無停電電源装置の費用を負担することができず、したがって、製品損失をこうむる。本発明のさまざまな実施形態によって提供されるグリッドコード検出は、電力コンシューマが、システムが公称であることをメーターが示すまで、損傷を受ける可能性があるプロセスを優雅に止めることを可能にすることができる。
【００１０】
図面を参照すると、図１は、本発明の一実施形態による、グリッドコードイベントの発生について電力コンシューマ１０５で電力系統の送電側を監視するシステム１００を示す概略図である。一実施形態では、電力コンシューマ１０５は、あるプロセスを駆動する三相モーター（たとえば、誘導モーターおよび同期モーター）などの１つまたは複数の産業電気モーターを有する可能性がある産業コンシューマである。この実施形態に適するタイプの産業コンシューマは、どの特定の産業にも限定されず、製紙工場からボトリングプラント、製薬施設、安定した電源周波数および電源電圧を有することが望まれるすべての事業までの範囲にわたることができる。図１に示されているように、電力コンシューマ１０５は、負荷（たとえば、コンシューマの施設内の動作）を駆動する三相モーターなどのモーター１１０を含む。本発明の実施形態を例示するために、１つのモーター１１０だけが図示されているが、当業者は、通常の産業コンシューマが、プロセス動作を駆動する、より多くのモーターを有する可能性が高いことを了解するであろう。さらに、監視システム１００の例示を簡単にするために、電力コンシューマ１０５の単純化された図だけが提供される。当業者は、電力コンシューマ１０５が、モーター１１０の他に、その施設内に他のコンポーネントおよび補助機器を含むはずであることを認めるであろう。
【００１１】
図１に示されているように、監視システム１００は、名目上はモーター制御センタまたはモーター管理リレーとして機能するグリッドコードメーター１３０を含む。周波数ならびに電流および電圧を測定する機能強化された能力に起因して、グリッドコードメーター１３０は、グリッドコードイベントを定義する電圧および周波数の特有の欠陥を感知することができる。図２に関して以下でより詳細に説明するように、グリッドコードメーター１３０は、グリッドコードイベントの発生を検出することに関する複数の機能を実行する。これらの機能は、さまざまな電力関連パラメータ（たとえば、電圧、周波数、電流、温度など）に関係するデータをモーター１１０から入手すること、電力品質および信頼性に関する電力コンシューマ１０５の消費ニーズを満足するために送電会社が要求するグリッドコード判断基準の遵守に関するデータを追跡すること、および電力関連パラメータのいずれかに関する追跡されるデータがグリッドコード判断基準を遵守していない場合にグリッドコードイベントの発生を検出することを含む。
【００１２】
上記機能および本明細書で説明する他の機能を実行するほかに、グリッドコードメーター１３０は、モーター１１０の保護に関連する他の機能を実行することができる。これらの機能は、アンバランスな負荷、過度に高い過電流障害、不足電圧条件、過電圧条件、機械的誤動作、および負荷損を含む項目に対する保護を含むことができる。
【００１３】
グリッドコードメーター１３０を、電気メーターまたはリレーなどの市販モーター保護デバイスを構成することによって実施することができる。グリッドコードメーター１３０を構成するのに使用できる市販モーター保護デバイスの一例が、ＧＥ  Ｍｕｌｔｉｌｉｎ社が販売する４６９  Ｍｏｔｏｒ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｒｅｌａｙである。当業者は、本発明のさまざまな実施形態で説明される機能を実行するためにグリッドコードメーター１３０を構成するのに使用できる、４６９  Ｍｏｔｏｒ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｒｅｌａｙに類似する機能を実行し、これに類似する情報を生成する、他の市販モーター保護デバイスがあることを認めるであろう。
【００１４】
図１に示された監視システム１００は、さらに、通信ネットワーク１４０を介してグリッドコードメーター１３０に接続されたコンピュータ１３５を含む。コンピュータ１３５を、さまざまな動作のうちの１つを実行するのに使用することができる。たとえば、コンピュータ１３５を、モーター１１０ならびに電力コンシューマ１０５に関連する他のコンポーネントおよび補助システムのリモート監視およびリモート診断を実行するためにプラントオペレータが使用するリモート位置にあるホストコンピュータとすることができる。一実施形態では、コンピュータ１３５を、電力コンシューマ１０５内の資産のすべての全般的管理に使用することができる。別の実施形態では、コンピュータ１３５をグリッドコードメーター１３０の近くにローカルに配置することができ、その結果、プラントオペレータが、プロセスレベルでプラントとのより密接な対話を有することができるようになる。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態による、グリッドコードメーター１３０のさらなる詳細を示す概略ブロック図である。図２に示されているように、グリッドコードメーター１３０は、電力コンシューマ１０５の電力消費ニーズに関連する複数の電力関連パラメータのデータを入手するように構成された測定コンポーネント２００を含む。一実施形態では、複数の電力関連パラメータは、電圧、電流、周波数、および温度を含むことができる。当業者は、ワット、バール、および力率などの他の電力関連パラメータのデータを監視できることを認めるであろう。図には示されていないが、さまざまなセンサおよび／または変換器（たとえば、電圧センサ、電流センサ、位相角センサ、温度センサなど）が、さまざまな測定値を入手するためにモーター１１０のまわりに配置されるはずである。これらのセンサおよび／または変換器は、これらの測定値をグリッドコードメーター１３０の測定コンポーネント２００に送るように構成されるはずである。
【００１６】
グリッドコードメーター１３０は、さらに、測定コンポーネント２００によって入手された複数の電力関連パラメータに関係するデータを追跡するように構成されたグリッドコード判断基準追跡コンポーネント２０５を含む。具体的に言うと、グリッドコード判断基準追跡コンポーネント２０５は、電力関連パラメータのそれぞれのデータが、電力品質および信頼性に関する電力コンシューマ１０５の消費ニーズを満足するために送電会社が要求するグリッドコード判断基準を遵守しているかどうかを判定する。一実施形態では、グリッドコード判断基準追跡コンポーネント２０５は、入手されたデータを、それぞれの電力関連パラメータに固有の複数の分類のうちの１つに分類する。たとえば、電力関連パラメータ（たとえば、電圧および周波数）ごとに、電力コンシューマ１０５のある動作条件を表すデータの範囲の値に対応するさまざまな分類があるはずである。
【００１７】
一実施形態では、周波数に固有の分類は、システム公称分類、深刻低周波数分類、低周波数分類、深刻高周波数分類、および高周波数分類を含むことができる。これらの分類のうちの１つにグループ化できるデータ値は、モーター１１０の状況の表示を提供することができる。その結果、プラントオペレータ、モーターエンジニア、またはプロセスエンジニアに、それから生成された周波数データが問題のある値を有する場合に、モーター１１０が危険にさらされている可能性があることを通知することができる。一実施形態では、公称分類は、約５９．５ヘルツ（Ｈｚ）から約６０．５Ｈｚまでの範囲にわたる周波数を含むことができ、深刻低周波数分類は、約５７．８Ｈｚ未満の周波数を含むことができ、低周波数分類は、約５７．８Ｈｚから約５９．５Ｈｚまでの範囲にわたる周波数を含むことができ、深刻高周波数分類は、約６２．２Ｈｚを超える周波数を含むことができ、高周波数分類は、約６０．５Ｈｚから約６２．２Ｈｚまでの範囲にわたる周波数を含むことができる。
【００１８】
一実施形態では、電圧（Ｖ）に固有の分類は、公称電圧分類、極端不足電圧分類、深刻不足電圧分類、低電圧分類、極端過電圧分類、深刻過電圧分類、および高電圧分類を含むことができる。これらの分類のうちの１つにグループ化できるデータ値は、モーター１１０の状況の表示を提供することができる。その結果、プラントオペレータ、モーターエンジニア、またはプロセスエンジニアに、それから生成されたデータが問題のある電圧値を有する場合に、モーター１１０が危険にさらされている可能性があることを通知することができる。一実施形態では、公称電圧分類は、公称システム定格の約９５％から約１０５％までの範囲にわたる電圧を含むことができ、極端不足電圧分類は、約８０％Ｖ未満の電圧を含むことができ、深刻不足電圧分類は、約８０％Ｖから約９０％Ｖまでの範囲にわたる電圧を含むことができ、低電圧分類は、約９０％Ｖから約９５％Ｖまでの範囲にわたる電圧を含むことができ、極端過電圧分類は、約１２０％Ｖを超える電圧を含むことができ、深刻過電圧分類は、約１１０％Ｖから約１２０％Ｖまでの範囲にわたる電圧を含むことができ、高電圧分類は、約１０５％Ｖから約１１０％Ｖまでの範囲にわたる電圧を含むことができる。
【００１９】
当業者は、パラメータごとに任意の個数の分類を使用でき、本発明の実施形態がどの特定の分類ラベルにも限定されないことを認めるであろう。さらに、当業者は、パラメータごとに異なるデータ値範囲を使用でき、本発明の実施形態がどの特定のデータ範囲にも限定されないことを認めるであろう。
【００２０】
図２に示されているように、グリッドコードメーター１３０は、さらに、追跡されたデータからグリッドコードイベントの発生を検出するように構成されたグリッドコードイベント検出コンポーネント２１０を含む。具体的に言うと、グリッドコードイベント検出コンポーネント２１０は、電力関連パラメータの複数の分類のうちの１つへのデータの分類の１機能としてグリッドコードイベントの発生を検出する。データが、分類のうちで異常な条件を示すいずれか１つに分類される場合には、グリッドコードイベント検出コンポーネント２１０は、電力コンシューマ１０５（たとえば、モーター１１０）が指定されたグリッドコード判断基準を遵守していないと判定する。
【００２１】
グリッドコードイベント検出コンポーネント２１０は、グリッドコードイベント検出に加えて、他の判定を行うようにも構成される。一実施形態では、グリッドコードイベント検出コンポーネント２１０は、グリッドコードイベントの存在の検出に応答して、周波数に対する電圧の比（Ｖ／Ｈｚ）を判定する。周波数に対する電圧の比（Ｖ／Ｈｚ）は、グリッドコードイベントの過大流動（ｏｖｅｒ−ｆｌｕｘ）または過小流動（ｕｎｄｅｒ−ｆｌｕｘ）の深刻度の表示を提供する。一般に、過大流動グリッドコードイベントは、グリッド上の機械（すなわち、モーターおよび発電機の固定子ならびに変圧器）の鉄心加熱の特徴があるが、過小流動グリッドコードイベントは、有害な影響を有しない。
【００２２】
グリッドコードメーター１３０は、さらに、グリッドコードイベント検出コンポーネント２１０がグリッドコードイベントの発生を判定することに応答して電力関連パラメータに関係するデータを記録するグリッドコードイベント取込コンポーネント２１５を含む。一実施形態では、グリッドコードイベント取込コンポーネント２１５は、それぞれの低レベルまたは高レベルに達した瞬間から、電力コンシューマ１０５が公称レベルにあるとシステム１００が判定するまで、電圧、周波数、および周波数に対する電圧の比（Ｖ／Ｈｚ）などの電力関連パラメータを自動的に取り込むように構成されたディジタル障害レコーダである。
【００２３】
グリッドコードイベントプロッティングコンポーネント２２０は、グリッドコードイベント取込コンポーネント２１５によって取り込まれたデータを使用して、グリッドコードイベントを記述する複数の波形をプロットする。グリッドコードイベントプロッティングコンポーネント２２０によって生成される波形は、たとえば、公称外周波数機能曲線（ｏｆｆ−ｎｏｍｉｎａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ  ｃｕｒｖｅ）、低電圧逸脱および高電圧逸脱を示す電圧対時間プロット、電流変動、電力変動、ならびにバール変動を含むことができる。一実施形態では、グリッドコードイベントプロッティングコンポーネント２２０は、グリッドコードイベント検出コンポーネント２１０がグリッドコードイベントの発生を判定することに応答してグリッドコードイベントを記述する波形をプロットするように構成される。当業者は、ある種のグリッドコードイベントの適当に時間設定されたスパンを取り込むためにさまざまな時間ステップを使用できることを認めるであろう。
【００２４】
グリッドコードメーター１３０は、さらに、グリッドコードイベント検出コンポーネント２１０がグリッドコードイベントの発生を判定することに応答してモーター１１０への電力の生産をディスエーブルするように構成された中断コンポーネント２２５を含む。一実施形態では、周波数値および／または電圧値の非ゼロレベル中にモーター１１０を保持するためのリレーの閉位置でのラッチをトリガするように中断コンポーネント２２５を構成することができる。これは、ダウニング（ｄｏｗｎｉｎｇ）イベントを予想したものであり、リレーが無中断供給を受けていないと仮定するものである。リレーへの電力が復元される時に、リレーは、もう一度グリッドにアクセスする。条件が正常である場合には、中断コンポーネント２２５は、リレーをディスエーブルする。この実施形態では、グリッドがまだ問題を抱えている場合には、中断コンポーネントによるリレーのキューイングが続く。
【００２５】
図２に示されたグリッドコードメーター１３０は、さらに、グリッドコードイベントの発生を示す通知を生成するように構成されたグリッドコードイベント通知コンポーネント２３０を含む。この通知は、プラントオペレータに情報を報告するのに使用される多数の異なる媒体のうちの１つを介して行うことができる。たとえば、通知は、アラームと、電子メールと、発生の時刻、位置、イベント理由、およびイベントを矯正するために行うべきアクションなどのグリッドコードイベントのさまざまな詳細を提供するレポートとを含むことができる。これらは、使用できる通知の可能な形の非網羅的リスティングにすぎないが、本発明の実施形態は、通知のどの特定の形にも限定されない。
【００２６】
当業者は、グリッドコードメーター１３０が、図２に関して本明細書で前に説明した機能より多くの機能を実行できることを認めるであろう。たとえば、グリッドコードメーター１３０は、モーター１１０のモーター保護に関連する機能を実行するように構成された機能性を有することができる。これらの機能は、アンバランスな負荷、過度に高い過電流障害、不足電圧条件、過電圧条件、機械的誤動作、および負荷損を含む項目に対する保護を含むことができる。グリッドコードメーター１３０が含むことができる他のコンポーネントは、データおよび命令を格納するメモリ、通信インターフェース、電源、ならびにさまざまなスイッチを含むことができる。
【００２７】
図２は、さらに、グリッドコードメーター１３０が、モーター１１０の電圧逸脱および周波数逸脱を同時に追跡するように構成された電圧周波数逸脱追跡コンポーネント２３５を含むことを示す。グリッドコードメーター１３０の他のコンポーネントと同様に、電圧周波数逸脱追跡コンポーネント２３５による電圧逸脱および周波数逸脱の追跡は、送電会社によって供給される電力の品質および信頼性に関して電力コンシューマ１０５に警告するのに使用できる情報を電力コンシューマ１０５に提供するのをさらに容易にする。すなわち、電力コンシューマ１０５は、この情報を使用して、送電会社が、両方の当事者の間で形成された電力契約の下でその責務を満足しているかどうかを確かめることができる。
【００２８】
一実施形態では、電圧周波数逸脱追跡コンポーネント２３５は、全米電機製造業者協会（ＮＥＭＡ）によって指定された限度からの逸脱に関してモーター１１０の電圧および周波数を追跡する。具体的に言うと、ＮＥＭＡは、±１０％の電圧逸脱および±５％の周波数逸脱を許容し、ここで、この２つの逸脱の合計は、１０％を超えてはならない。電圧周波数逸脱追跡コンポーネント２３５は、次のアルゴリズムを使用して、上に示したＮＥＭＡ限度からの逸脱についてモーター１１０から入手される電圧読みおよび周波数読みを同時に追跡する。
【００２９】
アルゴリズム：Ｖｎｏｍ＝公称システム電圧
Ｆｎｏｍ＝公称システム周波数
Ｖｍ＝測定された線間電圧の平均値
Ｆｍ＝測定された基礎システム周波数
｜Ｘ｜＝Ｘの絶対値
ＮＶ＝ＮＥＭＡ変数
＝｜Ｖｍ−Ｖｎｏｍ｜／Ｖｎｏｍ＊１００＋｜Ｆｍ−Ｆｎｏｍ｜／Ｆｎｏｍ＊１００
ＮＥＭＡと呼ばれる出力変数を作る。ここで、
ＮＶ＜１０の場合にはＮＥＭＡ＝０
ＮＶ≧１０の場合にはＮＥＭＡ＝１
この実施形態では、ＮＥＭＡ＝０は、消費される電力が安全なモーター動作に関するＮＥＭＡガイドライン内であることを示し、ＮＥＭＡ＝１は、モーターが、異常な条件にさらされ、固定子もしくは回転子のいずれかまたはその両方に熱損傷を受ける可能性があることを示す。当業者は、ＮＥＭＡ出力変数（すなわち、ＮＥＭＡ＝０またはＮＥＭＡ＝１）が、米国大陸部のグリッドではあまり重要ではない可能性があるが、グリッドコード問題が一般的である第二世界および第三世界の諸国でより重要であることを了解するであろう。ＮＥＭＡ出力変数は、発電が孤立されるモーター用途についても問題である。例は、ガスパイプラインコンプレッサステーション、海底掘削プラットフォーム、または応用例が単一もしくは少数の発電源に脆弱な他の位置である。
【００３０】
本発明のさまざまな実施形態では、グリッドコードメーター１３０の諸部分を、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態、またはハードウェア要素とソフトウェア要素との両方を組み合わせた実施形態の形で実施することができる。一実施形態では、グリッドコードメーター１３０によって実行される処理機能を、ソフトウェアで実施することができ、このソフトウェアは、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含むが、これらに限定されない。
【００３１】
さらに、グリッドコードメーター１３０によって実行される処理機能は、コンピュータまたは任意の命令実行システム（たとえば、処理ユニット）によるまたはこれに関連する使用のためにプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形をとることができる。この説明において、コンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体は、コンピュータまたは命令実行システムによるまたはこれに関連する使用のためにプログラムを含みまたは格納することができるすべてのコンピュータ可読記憶媒体とすることができる。
【００３２】
コンピュータ可読媒体は、電子、磁気、光学、電磁、赤外線、または半導体のシステム（または装置もしくはデバイス）とすることができる。コンピュータ可読媒体の例は、半導体メモリまたはソリッドステートメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、リジッド磁気ディスク、および光ディスクを含む。光ディスクの現在の例は、コンパクトディスク−読取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、書換可能コンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、およびディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）を含む。
【００３３】
図３に、本発明の一実施形態による、グリッドコードメーター１３０によって実行される動作の一部を示す流れ図を示す。図３の流れ図３００は、３０５で、モーター１１０から電力関連パラメータのデータを入手することによって始まる。一実施形態では、このデータは、電圧、電流、周波数、および温度に関係することができ、そのようなパラメータを測定するように構成された複数のセンサおよび／または変換器のうちの１つによって測定され得る。一実施形態では、グリッドコードメーター１３０は、Ｍｏｄｂｕｓ、Ｐｒｏｐｈｉｂｕｓ、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄ  Ｂｕｓ、イーサネット（登録商標）、その他などの現在入手可能な電子通信システムのいずれかによってさまざまなセンサおよび／または変換器からデータを入手することができる。
【００３４】
データが入手される時に、グリッドコードメーター１３０は、３１０で電力関連パラメータに関係するデータを追跡して、電力関連パラメータのそれぞれのデータが電力コンシューマ１０５の送電会社によって要求されるグリッドコード判断基準を遵守しているかどうかを判定する。一実施形態では、このステップは、それぞれの電力関連パラメータに固有のさまざまな分類のうちの１つにデータを分類することを含む。
【００３５】
グリッドコードメーター１３０は、３１５で、グリッドコードイベント検出コンポーネント２１０を介して、追跡されたデータからグリッドコードイベントの発生を検出する。上で述べたように、グリッドコードイベント検出コンポーネント２１０は、電力関連パラメータの複数の分類のうちの１つへのデータの分類の１機能としてグリッドコードイベントの発生を検出する。データが、分類のうちで異常な条件を示すいずれか１つに分類される場合には、グリッドコードイベント検出コンポーネント２１０は、電力コンシューマ１０５（たとえば、モーター１１０）が指定されたグリッドコード判断基準を遵守していないと判定する。グリッドコードイベント検出コンポーネント２１０は、グリッドコードイベントの存在の検出に応答して、周波数に対する電圧の比（Ｖ／Ｈｚ）を判定するようにも構成される。
【００３６】
図３の流れ図３００は、グリッドコードイベントの発生の検出に応答して、複数のアクションを行えることを示す。３２０では、グリッドコードメーター１３０は、グリッドコードイベント検出コンポーネント２１０がグリッドコードイベントの発生を判定することに応答して、グリッドコードイベント取込コンポーネント２１５を介して電力関連パラメータに関係するデータを記録する。グリッドコードイベントプロッティングコンポーネント２２０は、３２５で、グリッドコードイベント取込コンポーネント２１５によって取り込まれたデータを使用して、グリッドコードイベントを記述する複数の波形をプロットする。上で述べたように、グリッドコードイベントプロッティングコンポーネント２２０によって生成される波形は、たとえば、公称外周波数機能曲線、低電圧逸脱および高電圧逸脱を示す電圧対時間プロット、電流変動、電力変動、ならびにバール変動を含むことができる。
【００３７】
グリッドコードイベントの発生の検出に応答して行うことができるもう１つのアクションは、３３０で、中断コンポーネント２２５を使用して、グリッドコードイベント検出コンポーネント２１０がグリッドコードイベントの発生を判定することに応答してモーター１１０への電力の生産をディスエーブルすることを含む。条件が正常になった後に、中断コンポーネント２２５を使用して、モーター１１０を含む電力コンシューマへの電力の接続を再確立することができる。
【００３８】
グリッドコードイベントの発生の検出に応答して行うことができる図３に示された他のアクションは、３３５でグリッドコードイベント通知を生成することを含む。上で述べたように、通知の例は、アラームを生成すること、電子メールを送信すること、グリッドコードイベントのさまざまな詳細を提供するレポートを送信することを含むことができる。
【００３９】
図３の流れ図３００は、モーター１１０からデータを入手した後に別のアクションを実行できることを示す。具体的に言うと、流れ図３００は、３４０で、指定された限度からの逸脱についてモーター１１０から入手された電圧読みおよび周波数読みを追跡することを含む。上で述べたように、一実施形態では、電圧読みおよび周波数読みを、ＮＥＭＡ限度からの逸脱について追跡することができる。この実施形態では、電圧逸脱および周波数逸脱の追跡の結果が、３４５で、モーターエンジニアまたはプロセスエンジニアを含むことができる当事者に出力される。
【００４０】
図３の前述の流れ図は、電力コンシューマ１０５に配置された電力消費デバイス（たとえば、モーター１１０）内でのグリッドコードイベントを検出するためのグリッドコードメーター１３０に関連する処理機能の一部を示す。これに関して、各ブロックは、これらの機能の実行に関連するプロセス行為を表す。いくつかの代替実施形態で、ブロックに示された行為が、用いられる行為に応じて、図に示された順序から外れて発生してもよく、あるいは、たとえば、実際に実質的に同時にまたは逆の順序で実行されてもよいことに留意されたい。また、当業者は、処理機能を記述する追加のブロックを追加できることを認めるであろう。
【００４１】
これまでに説明した実施形態では、グリッドコードメーター１３０を、産業コンシューマである電力コンシューマに関して説明した。当業者は、グリッドコードメーター１３０に関して説明した実施形態が、商業コンシューマ、医療コンシューマ（たとえば、病院）、および住宅コンシューマを含む電力コンシューマにも適切であることを了解するであろう。産業コンシューマについて説明したグリッドコードメーターと同様に、住宅コンシューマ、商業コンシューマ、および医療コンシューマ用のグリッドコードメーターは、グリッドコードイベントの発生を示す情報を提供する。産業モーター内で発生するグリッドコードイベントではなく、グリッドコードイベントは、住宅、商業施設、および医療施設内で使用される電力消費デバイスと共に発生する。これらの電力消費デバイスは、生命維持医療機器からエアコンディションユニット用の単純なモーター／コンプレッサセットまでの範囲にわたることができる。この実施形態では、住宅コンシューマは、彼らの送電会社が電力品質および信頼性に関する電力契約で指定されたグリッドコード判断基準をどれほどよく満足しているかに関して彼らに警告するためにグリッドコードイベントに関する情報を使用することができる。通常は緊急電力用のバックアップディーゼル発電機を所有する医療施設について、グリッドコードメーターは、切替が必要になる前にこの機器を始動するための貴重な時間を提供することができる。通常、バックアップセットは、手遅れになってから電力の喪失に単純に応答する。通常は電圧崩壊に先行する早期の周波数問題を測定する能力は、予防策のために貴重な時間を提供する。
【００４２】
図４に、本発明の一実施形態による、住宅電力消費用途、商業電力消費用途、および医療電力消費用途での使用に適するグリッドコードメーター４００の表面プレートを示す。この実施形態では、グリッドメーター４００は、壁のコンセントにプラグで接続される。図４に示されているように、グリッドコードメーター４００の表面プレートは、それぞれディスプレイ４０５および４１０で、電圧（Ｖ）および周波数（ｆ）の不断の読みを提供する。さらに、グリッドコードメーター４００の表面プレートは、それぞれ上下の電圧限度および周波数限度をセットすることを可能にするためにセッティングボタン４１５および４２０を提供する。また、グリッドコードメーター４００の表面プレートは、それぞれ公称電圧および公称周波数を限度まで変更するための上げ／下げボタン４２５および４３０を提供する。さらに、グリッドコードメーター４００の表面プレートは、イベント再検討ボタン４３５を提供し、このイベント再検討ボタン４３５は、電圧セッティングボタン４１５または周波数セッティングボタン４２０と一緒に押された時に、上の２つのウィンドウ内にイベントの最大逸脱および時刻を示す。図４に示されたこれらのディスプレイおよびボタンは、電力の品質および信頼性について電力コンシューマに警告するように働く。たとえば、グリッドコードメーター４００のこれらのディスプレイおよびボタンは、エアコンディショナ、冷蔵庫、および敏感なエレクトロニクスに損傷を与える可能性がある不足電圧イベントおよび不足周波数イベントに耐えるのではなく、機器を単純に止めるべきであることを住宅所有者に警告することができる。十分な機器を備えた住宅および医療施設について、イベントの表示を使用して、緊急発電機を始動し、その施設をグリッドから完全に分離することができる。
【００４３】
図５に、グリッドコードメーター４００を形成するコンポーネントのより詳細な概略を示す。図５に示されているように、グリッドコードメーター４００は、住宅、商業施設、または医療施設に見られるコンセント５００に結合される。グリッドコードメーター４００は、電圧計５１０、周波数計５１５、およびマイクロプロセッサ５２０に供給する電源５０５を含む。一実施形態では、電源５０５を、Ｖdcであり、３０分バックアップバッテリを有する電源とすることができる。バックアップバッテリは、２つの機能を提供する。第１に、バックアップバッテリは、コンシューマによって固有のセッティングを適用するためにグリッドコードメーター４００をコンセント５００から抜くことを可能にする。第２に、電源５０５のバックアップバッテリは、発生する可能性があるすべての低電圧ライドスルーイベントをライドスルーするように機能する。一実施形態では、電圧計５１０および周波数計５１５を、任意の市販既製測定チップとすることができる。一実施形態では、マイクロプロセッサ５２０は、メーター５１０および５１５から測定された電圧値および周波数値を読み取り、ＬＥＤディスプレイおよびコントロールパネル５２５に中継し、図４に示された表面プレート上で入力されるコマンドに関するボタン押下げを取り込み、コンシューマに警告するためにオーディオアナンシエータ５３０を駆動し、住宅内に配備される可能性がある外部デバイスに関する接触のためにリレーピックアップソレノイドを駆動するようにプログラムされ得る、任意の市販既製マイクロプロセッサとすることができる。
【００４４】
グリッドコードメーター１３０について述べたように、グリッドコードメーター４００は、電圧および周波数（電力関連パラメータ）が電力品質および信頼性に関して住宅コンシューマの消費ニーズを満足するために送電会社によって要求されるグリッドコード判断基準を遵守しているかどうかを判定するためのグリッドコード判断基準の追跡などの機能を実行する。さらに、グリッドコードメーター４００は、グリッドコードイベントの存在の検出に応答して、周波数に対する電圧の比（Ｖ／Ｈｚ）を判定する。一実施形態では、判定された周波数に対する電圧の比（Ｖ／Ｈｚ）を、ＬＥＤディスプレイおよびコントロールパネル５２５を介して図４の表面プレート上に表示することができる。グリッドコードメーター４００は、さらに、グリッドコードイベント検出コンポーネント２１０がグリッドコードイベントの発生を判定することに応答して特定の電力消費デバイスへの電力の生産をディスエーブルするように構成された中断コンポーネント２２５を含む。グリッドコードメーター４００を、周波数値および／または電圧値の非ゼロレベル中にリレーの閉位置でのラッチをトリガするように構成することもできる。さらに、グリッドコードメーター４００は、指定された限度からの電圧逸脱および周波数逸脱を追跡することができる。これを使用して、送電会社によって提供される電力の品質および信頼性に関してコンシューマに警告することができる。すなわち、住宅コンシューマは、この情報を使用して、送電会社が彼らの電力契約の下でその責務を満足しているかどうかを確かめることができる。
【００４５】
グリッドコード判断基準を追跡する機能性に関して、グリッドコードメーター４００は、判断基準が異なるはずであることを除いて、グリッドコードメーター１３０について上での説明したものに類似する形で働くはずである。たとえば、一実施形態では、周波数に固有の分類は、システム公称分類、低周波数分類、および高周波数分類を含むことができる。一実施形態では、公称分類は、約５９．５Ｈｚから約６０．５Ｈｚまでの範囲にわたる周波数を含むことができ、低周波数分類は、約５９．５Ｈｚ未満の周波数を含むことができ、高周波数分類は、６０．５Ｈｚを超える周波数を含むことができる。一実施形態では、電圧に固有の分類は、公称電圧分類、低電圧分類、および過電圧分類を含むことができる。一実施形態では、公称電圧分類は、１００％±５％以下の電圧を含むことができ、低電圧分類は、約９５％Ｖ以下の電圧を含むことができ、過電圧分類は、約１０５％Ｖを超える電圧を含むことができる。
【００４６】
当業者は、パラメータごとに任意の個数の分類を使用でき、本発明の実施形態がどの固有の分類ラベルにも限定されないことを認めるであろう。さらに、当業者は、パラメータごとに異なるデータ値範囲を使用でき、本発明の実施形態がどの固有のデータ範囲にも限定されないことを認めるであろう。
【００４７】
図５は、さらに、グリッドコードメーター４００が、メーターの通信機能を強化するために無線送信器５３５を含むことを示す。具体的に言うと、無線送信器５３５を使用して、問題のリモート監視およびリモート診断ならびに更新、命令、およびデータの受信などのためにリモートコンピューティングデバイスと通信することができる。無線送信器５３５によって容易にされる追加の機能性は、受信範囲内の無制限の個数のデバイスに通知する能力を含む。例として、無線送信器５３５を、任意の市販既製ＷｉＦｉ送信器とすることができる。
【００４８】
本開示を、その好ましい実施形態に関連して特に図示し、説明したが、当業者が変形形態および修正形態を思い浮かべるであろうことを了解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲が、本開示の趣旨に含まれるものとしてすべてのそのような修正および変更を包含することが意図されていることを理解されたい。
【符号の説明】
【００４９】
１００  システム
１０５  電力コンシューマ
１１０  モーター
１３０  グリッドコードメーター
１３５  コンピュータ
１４０  通信ネットワーク
２００  測定コンポーネント
２０５  グリッドコード判断基準追跡コンポーネント
２１０  グリッドコードイベント検出コンポーネント
２１５  グリッドコードイベント取込コンポーネント
２２０  グリッドコードイベントプロッティングコンポーネント
２２５  中断コンポーネント
２３０  グリッドコードイベント通知コンポーネント
２３５  電圧周波数逸脱追跡コンポーネント
３００  流れ図
４００  グリッドコードメーター
４０５  ディスプレイ
４１０  ディスプレイ
４１５  セッティングボタン
４２０  セッティングボタン
４２５  上げボタン
４３０  下げボタン
４３５  イベント再検討ボタン
５００  コンセント
５０５  電源
５１０  電圧計
５１５  周波数計
５２０  マイクロプロセッサ
５２５  ＬＥＤディスプレイおよびコントロールパネル
５３０  オーディオアナンシエータ
５３５  無線送信器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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