(57)【要約】  サンプル期間中の、線路電圧外乱の存在下でのデジタル電気電力システムにおける伝送線路電圧測定値の完全性が、（ａ）伝送線路電圧の少なくとも３つの測定値を取得し、測定値に数値解析を実行して多項式関数を生成し、測定値の個々の分散の大きさに基づき、多項式関数の精度を推定すること、（ｂ）サンプル期間中に伝送線路に負又は正のバイアスを印加し、電圧測定値を取得して、印加されたバイアスに対する電圧変化率を決定すること、（ｃ）第１の伝送線路上での第１のサンプル期間の開始時刻を、第２の伝送線路上での第２のサンプル期間を基準にしてシフトさせて、伝送線路にわたってサンプル期間の重なりを減らすこと、及び／又は、（ｄ）第１及び第２の伝送線路上の対応するサンプル期間の開始時刻を同期させること、による検出又は防止を介して確保される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の伝送装置を備えるデジタル電気電力システムにおいて、伝送線路の電圧測定値の完全性を確保する方法であって、前記方法は、
前記伝送装置の各々を用いて、対応する伝送線路上の電圧をモニタし制御することと、
サンプル期間中に線路電圧外乱の存在下での伝送線路電圧測定値の完全性を確保することと、を含み、
前記方法は、以下の４つの方法、すなわち、
ａ）電圧測定値が電気的外乱の影響を受ける場合がある前記サンプル期間中に、伝送線路電圧の少なくとも３つの測定値を取得し、前記測定値に対して数値解析を実施して、外乱のない伝送線路電圧測定値を近似する多項式関数を生成し、前記測定値の個々の分散の大きさに基づき、近似結果から前記多項式関数の精度を推定し、推定された前記精度が最小精度の必要条件を満足しない場合に、前記伝送線路の電力を遮断すること、
ｂ）前記サンプル期間中に前記伝送線路に負又は正のバイアスを印加し、電圧測定値を取得して、印加された前記バイアスに対する電圧変化率を決定し、前記電圧変化率が所定の最小値及び最大値の範囲外にある場合に、前記伝送線路への電力を遮断すること、
ｃ）前記デジタル電気電力システムが少なくとも第１の伝送線路及び第２の伝送線路を備える場合に、前記第１の伝送線路上での第１のサンプル期間の開始時刻を、前記第２の伝送線路上での第２のサンプル期間を基準にしてシフトさせて、前記伝送線路の両方にわたってサンプル期間の重なりを減らして、前記伝送線路の一方から前記伝送線路の他方への電磁ノイズの誘導を防止すること、
ｄ）前記デジタル電気電力システムが少なくとも第１の伝送線路及び第２の伝送線路を備える場合に、前記第１の伝送線路上の第１のサンプル期間の開始時刻を、前記第２の伝送線路上のサンプル期間の開始時刻と同期させて、前記サンプル期間の終了前に、前記伝送線路の両方からの電磁ノイズを許容値まで減衰させ、よって前記サンプル期間の残りの部分の少なくとも一部を、外乱のない電圧測定に利用できるようにすること、
のうちの少なくとも１つを含む、方法。
【請求項２】
前記電圧測定値の前記数値解析は線形回帰の形式である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電圧測定値の前記数値解析は非線形回帰の形式である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電圧測定値の前記数値解析はデジタルフィルタリングの形式である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記伝送線路電圧の前記数値解析は、前記数値解析で使用するために測定される前にアナログフィルタリング回路を通過する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記バイアスは、演算増幅器回路によって生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記バイアスは、分圧器回路によって生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記分圧器回路の少なくとも１つの抵抗値は、トランジスタの抵抗を制御することにより生成される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記バイアスは、電源回路によって生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記サンプル期間中の、線路電圧外乱の存在下での伝送線路電圧測定値の完全性が、（ａ）電圧測定値が電気的外乱の影響を受ける場合がある前記サンプル期間中に、伝送線路電圧の少なくとも３つの測定値を取得し、前記測定値に対して数値解析を実施して、外乱のない伝送線路電圧測定値を近似する前記多項式関数を生成し、前記測定値の個々の分散の大きさに基づき、近似結果から前記多項式関数の精度を推定し、推定された前記精度が前記最小精度の必要条件を満足しない場合に、前記伝送線路の電力を遮断すること、によって確保される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記サンプル期間中の、線路電圧外乱の存在下での伝送線路電圧測定値の完全性が、（ｂ）前記サンプル期間中に前記伝送線路に負又は正のバイアスを印加し、電圧測定値を取得して、印加された前記バイアスに対する前記電圧変化率を決定し、前記電圧変化率が所定の最小値及び最大値の範囲外にある場合に、前記伝送線路への電力を遮断すること、によって確保される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記サンプル期間中の、線路電圧外乱の存在下での伝送線路電圧測定値の完全性が、（ｃ）前記第１の伝送線路上での前記第１のサンプル期間の前記開始時刻を、前記第２の伝送線路上での前記第２のサンプル期間を基準にしてシフトさせて、前記伝送線路の両方にわたってサンプル期間の重なりを減らして、前記伝送線路の一方から前記伝送線路の他方への電磁ノイズの誘導を防止すること、によって確保される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記サンプル期間中の、線路電圧外乱の存在下での伝送線路電圧測定値の完全性が、
（ｄ）前記第１の伝送線路上の前記第１のサンプル期間の前記開始時刻を、前記第２の伝送線路上のサンプル期間の前記開始時刻と同期させて、前記サンプル期間の終了前に、前記伝送線路の両方からの電磁ノイズを許容値まで減衰させ、よって前記サンプル期間の残りの部分の少なくとも一部を、外乱のない電圧測定に利用できるようにすること、によって確保される、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
【背景技術】
【０００２】
デジタル電力又はデジタル電気は、電力が個別の制御可能なエネルギー単位で分配される任意の電力形式として特徴付けられる。パケットエネルギー伝送（ＰＥＴ）は新しいタイプのデジタル電力プロトコルであり、米国特許第８，０６８，９３７号明細書、米国特許第８，７８１，６３７号明細書（Ｅａｖｅｓ  ２０１２）、及び２０１７年２月７日に出願された国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０１６８７０号に開示されている。
【０００３】
従来のアナログ電力システムと比較した、デジタル送電システムの主な識別要素は、電気エネルギーが個別の単位に分離されることである。また、個々のエネルギー単位は、安全性、効率性、弾力性、制御又はルーティングを最適化する目的で使用できるアナログ及び／又はデジタル情報に関連付けることができる。ＰＥＴシステムにおけるエネルギーは、個別の量、又は量子として伝達されるので、「デジタル電力」又は「デジタル電気」と称する場合がある。
【０００４】
Ｅａｖｅｓ  ２０１２に記載されているように、ソース制御部及び負荷制御部は、送電線によって接続されている。Ｅａｖｅｓ  ２０１２のソース制御部は、電源から送電線を定期的に分離（切断）し、最低でも、線路が分離される直前及び直後にソース制御部の端子に存在する電圧特性を分析する。電力線が分離されている期間は、Ｅａｖｅｓ  ２０１２によって「サンプル期間」と呼ばれ、ソースが接続されている期間は「伝送期間」と呼ばれている。サンプル期間の前、最中及び後の線路上の電圧の上昇率及び減衰率は、送電線上に障害状態が存在しているかどうかを明らかにする。測定可能な障害は、短絡、高い線路抵抗、又は線路に不適切に接触した個人の存在を含むが、これらに限定されない。
【０００５】
Ｅａｖｅｓ  ２０１２はまた、安全性を更に高めるか、又は総エネルギー若しくは負荷制御部端子での電圧などのエネルギー伝送の一般的な特性を提供するために、送電線を介してソース制御部と負荷制御部との間で送信され得るデジタル情報について記載している。電力に使用されているのと同じデジタル送電線での通信のための方法の１つは、米国特許第９，１８４，７９５号明細書（Ｅａｖｅｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ特許）で更に記載され改良されている。
【０００６】
デジタル電力分配システムの用途の１つは、システムのソース側から負荷側にデジタル形式で高電圧で直流（ＤＣ）電力を安全に分配することである。
【０００７】
米国特許出願公開第２０１６／０１３４３３１Ａ１号明細書（Ｅａｖｅｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）は、Ｅａｖｅｓ  ２０１２のソース側構成要素を様々な構成で、デジタル電力伝送装置と呼ばれるデバイスにパッケージ化することについて記載している。
【０００８】
米国特許第９，４１９，４３６号明細書（Ｅａｖｅｓ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ特許）は、Ｅａｖｅｓ  ２０１２の負荷側構成要素の様々な構成を、デジタル電力受信装置と呼ばれるデバイスにパッケージ化することについて記載している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下に記載する方法は、Ｅａｖｅｓ  ２０１２の以前の研究に基づいており、伝送線路の障害検出の誤差を最小限に抑える新しい方法に焦点を当てている。このような誤差は、パケットエネルギー伝送プロトコルを実行する場合に、伝送線路からセンスされているデータの完全性に影響を与える可能性のある電気的ノイズ又は他の外乱によって発生する可能性がある。
【００１０】
デジタル電力又はデジタル電気は、電力が個別の制御可能なエネルギー単位で分配される任意の電力形式として特徴付けられる。デジタル電気システムは、送電線を電源及び負荷の両方から定期的に分離して、潜在的な障害又は伝送線との人間の接触を反映する、アナログ線路特性を分析する。線路障害の検出は、伝送線路電圧の定期的な測定を伴う。しかし、実際の伝送線路電圧測定値は、多くの場合、電気的ノイズ又は望ましくない振動の影響を受ける。開示された方法は、障害検出に使用されるアナログ測定の完全性を保証するために使用でき、従って、線路障害を誤って正常に又は誤って異常に判定することを防止する。
【００１１】
パケットエネルギー伝達を実行しながら、伝送線路障害を判定するのに使用されるデータの完全性を確保する方法が、本明細書に記載され、方法及び方法を実行するための装置の様々な実施形態が、以下に記載する要素、フィーチャ、及びステップの一部又は全てを含み得る。
【００１２】
１つ以上の伝送装置を備えるデジタル電気電力システムにおいて、伝送線路電圧測定値の完全性を確保する方法の実施形態では、伝送線路のうちの１つ以上の電圧が、対応する伝送装置を用いてモニタされ制御される。サンプル期間中の線路電圧外乱の存在下での伝送線路電圧測定値の完全性は、以下の４つの方法のうちの少なくとも１つを用いることにより確保される。
【００１３】
第１の方法では、電圧測定値が電気的外乱の影響を受ける可能性があるサンプル期間中に、伝送線路電圧の少なくとも３つの測定値が取得される。測定値に対して数値解析を実施して、外乱のない伝送線路電圧測定値を近似する多項式関数を生成する。多項式関数の精度が、個々の測定値の分散の大きさに基づいて、近似結果から推定され、推定された精度が最小精度の必要条件を満たさない場合、伝送線路電力が遮断される。
【００１４】
第２の方法では、サンプル期間中に伝送線路に負又は正のバイアスが印加される。電圧測定値を取得して、印加されたバイアスに対する電圧変化率を決定し、電圧変化率が所定の最小値及び最大値の範囲外にある場合に、伝送線路への電力が遮断される。
【００１５】
デジタル電気電力システムが少なくとも第１及び第２の伝送線路を備える第３の方法では、第１の伝送線路上での第１のサンプル期間の開始時刻を、第２の伝送線路上での第２のサンプル期間を基準にしてシフトさせて、両方の伝送線路にわたってサンプル期間の重なりを減らして、一方の伝送線路から他方の伝送線路への電磁ノイズの誘導を防止する。
【００１６】
デジタル電気電力システムが少なくとも第１及び第２の伝送線路を備える第４の方法では、第１の伝送線路上の第１のサンプル期間の開始時刻を、第２の伝送線路上のサンプル期間の開始時刻と同期させて、サンプル期間の終了前に、両方の伝送線路からの電磁ノイズを許容値まで減衰させ、よってサンプル期間の残りの部分の少なくとも一部が、外乱のない電圧測定に利用できるようになる。
【００１７】
デジタル電気に固有のパケットエネルギー伝達（ＰＥＴ）プロトコルを実行する場合、総エネルギーパケット期間の一部は、ソースから負荷へのエネルギーの伝達に割り当てられる。この部分は、伝達期間と呼ばれる。パケット期間の残りの時間は、障害の検出及びデータ転送に割り当てられる。パケットのこの部分は、サンプル期間と呼ばれる。一実施形態では、システムのソース側の制御部が、サンプル期間中の伝送線路電圧の減衰をモニタする。減衰率の変化が、短絡又は人間の伝送線路導体との接触を含む、様々な障害状態を示す可能性がある。
【００１８】
ＰＥＴプロトコル内の障害検出の完全性を確保することに関連して、複数の実際的な考慮事項がある。第１の考慮事項は、「反射波」に起因して伝送線路上に振動がある場合に、サンプル期間中に伝送線路電圧の有効な測定値を取得することである。反射波は、電流のパルスが線路の端部まで移動し、反射して元の場所に戻ったときに発生する。反射は、伝送線路の任意の点で観察した場合、電圧振動として現れることになる。振動は、ＰＥＴサンプル期間中の線路間電圧の減衰率の決定に誤差を生じる可能性がある。
【００１９】
第２の考慮事項は、長い伝送線路に関連する過剰な線路間静電容量である。静電容量は、線路間抵抗の減少の影響を覆い隠す程度に達する可能性がある。
【００２０】
第３の考慮事項は、伝送線路対への電磁干渉（ＥＭＩ）の結合である。干渉は、他のデジタル電気伝送線路対を含む、極めて近接した他の伝送線路対に起因する可能性がある。
【００２１】
本明細書に記載された方法は、防止及び検出の両方を通じてこれらの考慮事項に対処する。
【００２２】
防止の観点からは、デジタル電気を伝送している複数の並列伝送線路が交互配置され、このことは、１つの伝送線路におけるエネルギーパケットの開始を、他の伝送線路と関連させて時間的に意図的にシフトさせることを意味する。具体的には、複数のエネルギーパケットのサンプル期間が、実用的な限りにおいて、極めて近接している伝送線路で同時に発生しないように構成される。以下に詳細に記載するように、伝送線路の反射はＥＭＩの原因である振動を発生させ、ＥＭＩは隣接する伝送線路対に外乱を発生させる可能性がある。線路反射は、サンプル期間の開始によって引き起こされる線路電流の急激な減少が刺激となる。デジタル電気を含有する隣接する伝送線路は、サンプル期間中にＥＭＩが発生すると、ＥＭＩによる妨害の影響を最も受けやすい。その理由は、伝送線路の直列インピーダンスが、エネルギーパケットのこの部分において、はるかに高いためであり、そのことは、より少ないエネルギーでＥＭＩを生成できることを意味する。
【００２３】
本明細書では２つの検出方法について説明する。
【００２４】
第１の検出方法では、バイアス回路を使用して伝送線路対を所望の電圧に駆動する。バイアス回路の最も単純な形式は抵抗分圧器である。既知の期間にわたってバイアスが印加されている間に、伝送線路電圧を測定することにより、線路間インピーダンスを示す値を計算できる。値が所定の許容値の外にある場合、障害が記録され、伝送線路への電力が遮断されることになる。伝送線路上の障害を検出することに加えて、測定はまた、線路切断デバイスの短絡不良などのハードウェア問題を検出することに有用である。線路切断デバイスが伝送線路への電流の遮断に失敗した場合、線路電圧は測定期間中に減衰せず、それが切断デバイス又はサポート回路の損傷を示す。
【００２５】
線路は目標電圧にアクティブにバイアスされているため、この方法は、ＥＭＩ又は伝送線路上の高い静電容量の影響の一部を克服できる。バイアスを使用することと、単にソース切断スイッチを開くこととのトレードオフは、伝送線路上の低電流での線路間障害の影響をバイアス電流が覆い隠す可能性があることである。その理由は、障害を適切に記録するためには、システムが障害電流とバイアス電流の違いを区別する必要があるからである。
【００２６】
第２の検出方法は、サンプル期間中に伝送線路上で測定されている電圧のノイズが大きすぎて有効な測定をサポートできていないかどうかを判定することを伴う。異常検出と呼ばれるこの方法は、サンプル期間中の、理想的な基準線路からの伝送線路電圧の偏差を定量化する。偏差が所定の最大値を超えた場合、測定は無効と見なされる。所定回数の無効な測定の後、線路は障害状態にあると見なされ、伝送線路への電力は遮断される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】安全な電力分配システムの一実施形態のブロック図である。
【図２】パケットエネルギー伝達電圧（ＰＥＴ電圧）波形の図である。
【図３】ＰＥＴ電圧波形に対する線路振動の影響を示す。
【図４】２つのＰＥＴ電圧波形の交互配置を示す。
【図５】１つのＰＥＴ波形が、隣接する波形にノイズをどのように誘発し得るかを示す。
【図６】３つのＰＥＴ波形を交互配置する際の制限を示す。
【図７】交互配置と同期を組み合わせた、３つのＰＥＴ波形を示す。
【図８】同期信号を有するＰＥＴシステムのブロック図である。
【図９】ＰＥＴ波形における高い線路静電容量の効果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
添付図面において、同様の参照文字は、様々な図にわたって同じ又は類似の部分を指し、アポストロフィは、同じ物品の複数のインスタンス、又は同じ参照番号を共有する物品の異なる実施形態を区別するために使用されている。図面は必ずしも縮尺通りではなく、むしろ、以下で論じる例証における特定の原理を示すことに重点が置かれている。テキスト（単語、参照文字、及び／又は数字）を含む、いかなる図面についても、テキストのない図面の代替バージョンが、本開示の一部として理解されるべきであり、そのようなテキストのない正式な置換え図面が、テキストを含む図面を代用することができる。
【００２９】
本発明の様々な態様の前述の及び他の、フィーチャ及び利点が、本発明のより広い範囲内にある様々な概念及び特定の実施形態の以下のより具体的な説明から明らかになるであろう。本発明の主題は、いずれの特定の実現形態にも限定されないので、上記で提示され以下でより詳細に論じられる主題の様々な態様は、多数の方法のいずれで実現されてもよい。特定の実現形態及び適用形態の例が、主として例示を目的として提供される。
【００３０】
本明細書で別途、定義され、使用され、又は特徴付けられない限り、本明細書で使用される（技術的及び科学的用語を含む）用語は、関連技術との関連で受け入れられている意味と整合する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的にそのように定義されない限り、理想化された、又は過度に形式的な語義で解釈されるべきではない。
【００３１】
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明することを目的としており、例示的な実施形態を限定することは意図していない。本明細書で使用する場合、「１つの（ａ）」及び「１つの（ａｎ）」などの単数形は、文脈が明確に別の指示をしない限り、複数形も含むことが意図される。加えて、用語、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、述べられた要素又はステップの存在を特定するが、１つ以上の他の要素又はステップの、存在又は追加を排除しない。
【００３２】
Ｅａｖｅｓ  ２０１２で当初説明されたような、代表的なデジタル電力システムを図１に示す。このシステムは、ソース１及び少なくとも１つの負荷２を備える。ＰＥＴプロトコルは、送電線からソースを定期的に切断するための操作スイッチ３によって開始される。スイッチが開（非導通）状態の場合、線路は、負荷２に存在し得るいかなる蓄積エネルギーからも、分離ダイオード（Ｄ１）４によって分離されている。
【００３３】
Ｅａｖｅｓ  ２０１２は、Ｄ１を置換できる代替スイッチのいくつかのバージョンを提供しており、本明細書中に記載する方法で使用した場合、全てのバージョンが類似した結果を得ることができる。コンデンサ（Ｃ３）５は、回路の負荷側のエネルギー蓄積要素を表す。
【００３４】
伝送線路は、固有の線路間の抵抗（Ｒ４）６及び静電容量（Ｃ１）７を有する。ＰＥＴシステムアーキテクチャは、Ｅａｖｅｓ２０１２によって説明されるように、付加的な線路間の抵抗（Ｒ３）８及び静電容量（Ｃ２）９を追加する。スイッチ３が開かれる瞬間に、Ｃ１及びＣ２は、Ｒ４及びＲ３の加算値に反比例する割合で減衰する蓄積電荷を有する。コンデンサ（Ｃ３）５は、分離ダイオード（Ｄ１）４の逆阻止機能ゆえに、Ｒ３及びＲ４を通じて放電することはない。コンデンサ（Ｃ１及びＣ２）に含まれる電荷の量は、それらの両端の電圧に比例し、点１６及び１７においてソース制御部１８又は負荷制御部１９によって測定できる。
【００３５】
Ｅａｖｅｓ  ２０１２に記載されているように、Ｃ１及びＣ２に蓄積されたエネルギーの減衰率の変化が、伝送線路上に線路を横断する障害があることを示す可能性がある。Ｅａｖｅｓ  ２０１２によって提示されているように、正常動作と障害との間の違いを図２に示す。
【００３６】
再び図１を参照して、スイッチ（Ｓ１）３、ソース制御部１８、抵抗器（Ｒ１）１０、スイッチ（Ｓ２）１１、及び抵抗器（Ｒ３）８、の組み合わせを伝送装置２０と称することができる。スイッチ（Ｓ４）１５、抵抗器（Ｒ５）１４、負荷制御部１９、ダイオード（Ｄ１）４、コンデンサ（Ｃ２）９、及びコンデンサ（Ｃ３）５、の組み合わせを受信装置２１と称することができる。
【００３７】
図３は、ＰＥＴを実施する際の第１の実用上の考慮事項、すなわち、反射又はＥＭＩによる伝送線路電圧の振動を示す。振動は障害検出の完全性に影響を与え、線路静電容量でのエネルギーの正常な消耗に起因する電圧減衰率を、振動によって引き起こされた外乱から抽出することの困難さを増加させる。サンプル期間中の異常に減衰する伝送線路電圧は伝送障害を示すので、振動により偽陽性又は偽陰性のいずれかのテスト結果が生じる可能性がある。振動の振幅が小さい場合は、アナログ又はデジタルフィルタリングが測定を改善できるが、振動が大きい場合は、アナログ測定は使用できなくなる。
【００３８】
図３に示す振動は、伝送線路の外部の電磁干渉から、又は他のデジタル電気伝送線路対を含む他の極めて近接した伝送線路対から発生する可能性がある。特に、より長い伝送線路は「反射波」を受け、この場合、電流のパルスが線路の端部まで移動し、次に反射して元の場所に戻ることになる。反射は、伝送線路の任意の点で観察した場合、電圧振動として現れることになる。極めて隣接したデジタル電気線路対の伝送線路反射からの電磁波放射は振動を悪化させる可能性がある。デジタル電気を含有する隣接する伝送線路は、サンプル期間中にＥＭＩが発生すると、ＥＭＩによる妨害の影響を最も受けやすい。その理由は、伝送線路のインピーダンスが、エネルギーパケットのこの部分において、はるかに高く、それにより、より少ないエネルギーで外乱を起こすことが可能になるからである。
【００３９】
先に要約したように、本明細書に記載する方法は、防止方法及び検出方法の両方を適用して、伝送線路上でのデジタル電気の実際の動作態様を管理できる。
【００４０】
振動干渉を防止する方法を図４に示し、ここでは、２つの隣接するデジタル電気伝送線路対が、サンプル期間が同時に発生しないように時間的にオフセット又は交互配置されている。このオフセットにより、点２６で示すように、サンプル期間の終了前に振動が減少することが可能になり、振動振幅が許容レベルまで低下すると、線路減衰の有効な測定が可能になる。交互配置しない場合は、サンプル期間が重なる可能性があり、第１の線路対からの電磁放射が第２の線路対の振動を延長させ、場合によっては、図５の点２８で示すように、振動がサンプル期間全体を占めるまでに至る可能性がある。
【００４１】
線路振動を制御するための、許容できるが、しかし、あまり望ましくない方法は、サンプル期間が同時に開始されるように、２つの伝送線路のエネルギーパケットを同期させることである。このようにすると、線路の振動が発生し、ほぼ同じ速度で減衰することになり、それにより、振動が許容レベルまで減衰したサンプル期間の後ろの方で測定を行うことができる。
【００４２】
実際には、伝送線路対が多数の場合は、同期及び交互配置技術の両方を使用できる。その理由は、伝送線路対の数が増えるにつれて、交互配置技術を単独で使用して重なりを回避することが不可能になるからである。図６の例では、示されている伝送線路パケットの３つ以上をオフセットすることはできない。その理由は、３つの波形のいずれにも、他の隣接する伝送線路のサンプル期間の開始による影響を受けないサンプル期間が残っていないからである。ここでも重なりにより、サンプル期間中の振動２８が延長される。この問題を解決するために、図７に示すように、伝送線路のうちの２つのサンプル期間を同期でき、３番目の期間をオフセット又は交互配置できる。
【００４３】
図１を参照すると、交互配置機能を容易にするために、この実施形態の伝送装置は、ソース制御部１８への同期入力を組み込んでいる。図８を参照すると、特定の実施形態では、マスター制御部３０が、シリアル通信ストリーム中に埋め込まれたパルス波形又はデータ要素の形態であり得る同期信号を生成する。各伝送装置２０、２０’、２０’’は、個々の制御部内に、制御部をその対応する伝送線路３２、３２’、３２’’に関連付ける識別子を保持している。伝送装置制御部が同期パルスを検出した場合、伝送線路グループ３２、３２’、３２’’内の伝送線路の時系列的な位置に応じて、伝送装置制御部はエネルギーパケットの開始時刻に適切なオフセットを適用する。
【００４４】
図９は、サンプル期間中に測定を実施する際の第２の考慮事項を示す。サンプル期間中の伝送線路電圧の減衰は、伝送線路静電容量が高い場合は、静電容量がより低い線路と比較して、図９の点３４での減衰によって示されるように、非常に小さい可能性がある。これにより、線路間の障害検出の感度が低下し、障害状態の見落としにつながる可能性がある。
【００４５】
図１は、高い線路静電容量及び他の線路間障害を検出するための第１の方法を示すのに役立つ。線路バイアスを追加すると、線路静電容量を充電又は放電するための追加の電流が供給される。ソース制御部１８は、抵抗器（Ｒ２）１２を伝送線路導体にわたって接続する固体スイッチ（Ｓ３）１３を閉じるように機能する。これにより、Ｒ２の「プルダウン」効果により伝送線路に負のバイアスが印加される。バイアス電圧設定値の制御範囲を拡大する別のバイアス回路を、固体スイッチ（Ｓ３）１３及び固体スイッチ（Ｓ２）１１を同時に閉じることにより構築することができ、この回路は、伝送線路の正側で抵抗器（Ｒ１）１０及び抵抗器（Ｒ２）１２を備える分圧器を形成する。
【００４６】
次に、バイアスが印加された状態でのサンプル期間中の電圧減衰率が、所定の最大値及び最小値と比較される。減衰率が高すぎるか又は低すぎる場合（すなわち、所定の最大値を超えるか、又は所定の最小値を下回る場合）、減衰率は線路障害を示す。減衰が大きいことによる障害は、人間の接触又は伝送線路にわたって異物が置かれたことに起因する場合がある。減衰が小さい障害は、過剰な線路静電容量又はハードウェア故障に起因する場合がある。そのとき、ソース制御部１８は、切断スイッチ（Ｓ１）３を開けることにより伝送線路への電流を遮断するように機能することができる。
【００４７】
第２の検出方法は、サンプル期間中に伝送線路上で測定されている電圧のノイズが大きすぎて有効な測定をサポートできていないかどうかを判定することを伴う。異常検出と呼ばれるこの方法は、サンプル期間中の、理想的な基準線路からの伝送線路電圧の偏差を定量化する。偏差が所定の最大値を超えた場合、測定は無効と見なされる。所定回数の無効な測定の後、線路は障害状態にあると見なされ、伝送線路への電力は遮断される。好ましい方法は、サンプル期間中に一連の電圧サンプルを蓄積し、そのサンプルを、図３に破線２４で示すような、数値回帰を使用した概念的な非鉛直の直線と比較することである。この線は、線路反射又は電磁干渉（ＥＭＩ）によって線路が妨害を受けていない場合の伝送線路の正常な減衰率を表す。当業者に周知の線形数値回帰を実行するための複数の方法がある。現在の手法で使用できる方法の１つは、「最小２乗」法である。ＥＭＩ又は線路振動が非常に少ない場合は、大部分のデータサンプルがその線に非常に接近して存在するので、概念的な線と実際のデータサンプルとの間には分散がほとんど存在しないことになる。ノイズが大きいか又は振動する伝送線路の場合は、サンプルの多くは概念的な線から大きく外れて存在するので、分散又は「残留」が大きいであろう。線形回帰に一般的に適用される決定係数（ｒ２）は、サンプル期間中に伝送線路の基礎となる実際の減衰率のモデルとして、概念的な線を有効に使用できるかどうかを予測するために使用され、次のように表現される。
ｒ２＝Ｃｏｖ（ｘ，ｙ）２／［Ｖａｒ（ｘ）２・Ｖａｒ（ｙ）２］、
であり、式中、
ｒ２は決定係数、
ｘはサンプル期間の開始に対するサンプルの時刻、
ｙは時刻ｘで取得されたサンプルの電圧値、
Ｃｏｖ（ｘ，ｙ）は、ｘとｙの共分散、
Ｖａｒ（ｘ）はｘの分散、及び、
Ｖａｒ（ｙ）はｙの分散である。
【００４８】
分散及び共分散の計算は、数値回帰の当業者には周知である。ｒ２の値が小さいということは、概念的な線が伝送線路電圧の基礎となる減衰の有効なモデルではないことを意味する。ｒ２の値が所定の値を下回ると、ソース制御部によって障害が記録され、ソース制御部は送電線路への電力を遮断するように機能する。
【００４９】
要約、派生及び範囲：
ソース制御部１８及び負荷制御部１９は、制御アルゴリズムを実行するための、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックデバイス、又は他の好適なデジタル回路などのロジックデバイスを含むことができる。負荷制御部１９は、システムの負荷側に関連するデータを収集し、必ずしもマイクロプロセッサを必要としない単純なセンサノードの形態であってもよい。
【００５０】
制御部１８及び１９は、コンピューティングデバイスとすることができ、本開示のシステム及び方法は、コンピューティングシステム環境内で実現することができる。本システム及び本方法での使用に好適であり得る、よく知られたコンピューティングシステム環境及びその構成要素の例としては、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ハンドヘルド又はラップトップデバイス、タブレットデバイス、スマートフォン、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのシステム、セットトップボックス、プログラマブル家電製品、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、上述のシステム又はデバイスのいずれかを含む分散コンピューティング環境などが挙げられるが、これらに限定されない。典型的なコンピューティングシステム環境、並びにその操作及び構成要素は、多数の既存の特許に記載されている（例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｃｏｒｐ．が所有する米国特許第７，１９１，４６７号明細書）。
【００５１】
この方法は、プログラムモジュールなどの非一時的コンピュータ実行可能命令を介して実行されてもよい。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか又は特定のタイプのデータを実装する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。この方法はまた、通信ネットワークを介してリンクされたリモート処理デバイスによってタスクが実行される分散コンピューティング環境で実施されてもよい。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールは、メモリ記憶装置を含むローカル及びリモートの両方のコンピュータ記憶媒体に配置されてもよい。
【００５２】
本明細書に記載されるプロセス及び機能は、コンピュータ内にソフトウェア命令の形態で非一時的に保存することができる。コンピュータの構成要素には、コンピュータプロセッサ、メモリとして機能するコンピュータ記憶媒体、及びメモリを含む様々なシステム構成要素をコンピュータプロセッサに結合するシステムバス、が挙げられ得るが、これらに限定されない。システムバスは、メモリバス又はメモリコントローラ、周辺バス、及び様々なバス構成のいずれかを使用するローカルバスを含む、いくつかのタイプのバス構成のいずれかであり得る。
【００５３】
コンピュータは、典型的には、プロセッサによってアクセス可能な、揮発性及び不揮発性の媒体、並びに取り外し可能及び取り外し不可能な媒体の両方を含む、１つ以上の様々なコンピュータ可読媒体を含む。例として、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を備えることができる。
【００５４】
コンピュータ記憶媒体は、ソフトウェア及びデータを非一時的な状態で保存でき、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータなどの、ソフトウェア及びデータの保存のための、任意の方法又は技術で実装された、揮発性及び不揮発性、取り外し可能及び取り外し不可能な媒体の両方を含む。コンピュータ記憶媒体としては、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ若しくは他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）若しくは他の光ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置若しくは他の磁気記憶装置、又は所望の情報を保存するために使用できプロセッサによってアクセス及び実行できる任意の他の媒体、が挙げられるが、これらに限定されない。
【００５５】
メモリは、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの、揮発性及び／又は不揮発性メモリの形態のコンピュータ記憶媒体を含む。起動時などに、コンピュータ内の要素間で情報を転送するのに役立つ基本的なルーチンを含む基本入出力システム（ＢＩＯＳ）は、典型的には、ＲＯＭ内に保存される。ＲＡＭは、典型的には、プロセッサが、即座にアクセス可能な及び／又は現在操作している、データ及び／又はプログラムモジュールを含む。
【００５６】
コンピュータはまた、他の取り外し可能／取り外し不可能、揮発性／不揮発性のコンピュータ記憶媒体、例えば、（ａ）取り外し不可能な不揮発性磁気媒体の読み取り又は書き込みを行うハードディスクドライブ、（ｂ）取り外し可能な不揮発性磁気ディスクの読み取り又は書き込みを行う磁気ディスクドライブ、及び（ｃ）ＣＤ  ＲＯＭ又は他の光学媒体などの取り外し可能な不揮発性光ディスクの読み取り又は書き込みを行う光ディスクドライブ、を含んでもよい。コンピュータ記憶媒体は、通信インタフェースによってシステムバスと結合することができ、インタフェースは、例えば、構成要素間でデジタル信号又は光信号を送信するための導電性ワイヤ及び／又は光ファイバ経路を含むことができる。例示的な動作環境で使用できる他の取り外し可能／取り外し不可能な、揮発性／不揮発性のコンピュータ記憶媒体としては、磁気テープカセット、フラッシュメモリカード、デジタル多用途ディスク、デジタルビデオテープ、ソリッドステートＲＡＭ、ソリッドステートＲＯＭなどが挙げられる。
【００５７】
ドライブ及びそれらに関連するコンピュータ記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能命令、データ構造、プログラムモジュール、及びコンピュータ用の他のデータの保存を提供する。例えば、コンピュータの内部又は外部のハードディスクドライブは、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、及びプログラムデータを保存できる。
【００５８】
本明細書に記載され、図６に示されるＰＥＴ波形の同期化又はオフセットのいずれかを実施するための同期化信号は、伝送線路３２、３２’、３２’’を制御するソース制御部のうちの１つによって生成することもでき、従って、別個のマスター制御部は必要なくなる。信号を生成するソース制御部がマスターになるであろう。どの制御部がマスターであるかを判定するためには、いくつかの方法がある。例えば、最小のシリアル番号を有するソース制御部がマスターの役割を引き受けることができる。
【００５９】
本明細書に記載されるバイアス回路は、伝送線路電圧を所定の電圧設定値に駆動するように設計されたアクティブ電源又は演算増幅器回路を使用して構築することができる。単純な分圧器回路よりも複雑であるが、演算増幅器などのアクティブデバイスは、抵抗分圧器よりもより迅速に伝送線路電圧を目標設定値に駆動できる。
【００６０】
抵抗分圧器バイアス回路を構築する代替方法は、部分的に改良された固体スイッチ３（図１のＳ１など）を用いることである。スイッチ（Ｓ１）３が金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）として具体化されている場合、デバイスは、通常よりも低いゲート駆動電圧を使用することにより部分的に改良される。部分的に改良された状態では、ＭＯＳＦＥＴは抵抗器のように機能する。
【００６１】
伝送線路減衰の概念的な線を導出するための本明細書に記載の線形回帰法は、アナログフィルタリング回路又はデジタルフィルタリングアルゴリズムを介して実現することもできる。アルゴリズムを実行するためにソース制御部で必要な最小のプロセッサリソースによる線形回帰が、本明細書で説明されている。しかし、当業者に周知の利用できる多くの数値回帰技術がある。これらは一般に、線形、多重線形、及び非線形の数値回帰に分類できる。
【００６２】
本発明の実施形態を説明する際には、明確化のために特定の専門用語が使用される。説明の目的で、特定の用語は、類似の結果を実現するために類似のやり方で動作する技術的及び機能的な等価物を少なくとも含むことが意図される。加えて、本発明の特定の実施形態が複数のシステム要素又は方法ステップを含むいくつかの場合では、それらの要素又はステップを、単一の要素又はステップで置換してもよい。同様に、単一の要素又はステップを、同じ目的に役立つ複数の要素又はステップで置換してもよい。更に、本発明を、その特定の実施形態を参照して示し記載してきたが、当業者は、形態及び詳細における様々な代替及び変更が、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、本発明でなされてもよいことを理解するであろう。更になお、他の態様、機能、及び利点もまた本発明の範囲内にあり、本発明の全ての実施形態が、必ずしも全ての利点を実現するか又は上述の全ての特徴を有する必要はない。加えて、一実施形態に関連して本明細書で論じたステップ、要素及びフィーチャは、他の実施形態と併せて同様に使用することができる。本文を通して引用された、参考文献、学術論文、特許、特許出願などを含む参考文献の内容は、あらゆる目的で本明細書に参照として組み込まれ、これらの参考文献及び本開示からの実施形態、フィーチャ、特徴付け、及び方法の全ての適切な組み合わせが、本発明の実施形態に含まれ得る。また更に、背景技術の節で特定された構成要素及びステップは本開示に不可欠であり、本発明の範囲内で本開示の他の場所で説明された構成要素及びステップと併せて使用することができ、又はこれらの代わりに用いることができる。方法クレーム（又は方法が他の場所で引用されている所）において、順序付け用の先行文字が参照を容易にするために付加されているかどうかに関わらず、段階が具体的な順序で列挙されている場合は、別の方法で明記されない限り又は用語及び言葉遣いによって示唆されない限り、段階は、それらが列挙された順序に時間的に限定されると解釈されるべきではない。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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