(57)【要約】  電気的パラメータの値を決定するために中央コントローラを無線で同期させるためのシステム及び方法である。この方法は、少なくとも１つの自己給電型パワー・センサ（ＳＰＰＳ）を介して、電気信号をサンプリングするステップと、少なくとも１つのＳＰＰＳを介して、サンプリングされた電気信号に基づき、タイムスタンプを推定するステップと、少なくとも１つのＳＰＰＳを介して、少なくとも第１の電気的パラメータを推定するステップと、パケットのプリアンブルを生成するステップと、パケットの同期フィールドのために、同期情報を生成するステップと、パケットのコンポーネントを無線で送信するステップと、タイムスタンプと同期情報の送信タイムスタンプとに基づき、パケットのための時間オフセット値を決定するステップと、時間オフセット値をパケットに付加することによって、時間オフセット値を送信するステップであって、時間オフセット値は、少なくとも第２の電気的パラメータを決定するために用いられる、ステップとを含む。
2020529162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的パラメータの値を決定するために中央コントローラを無線で同期させる方法であって、
少なくとも１つの自己給電型パワー・センサ（ＳＰＰＳ）を介して、電気信号をサンプリングするステップと、
前記少なくとも１つのＳＰＰＳを介して、前記サンプリングされた電気信号に基づき、タイムスタンプを推定するステップと、
前記少なくとも１つのＳＰＰＳを介して、少なくとも第１の電気的パラメータを推定するステップと、
パケットのプリアンブルを生成するステップと、
前記パケットの同期フィールドのために、同期情報を生成するステップと、
前記パケットのコンポーネントを無線で送信するステップと、
前記タイムスタンプと前記同期情報の送信タイムスタンプとに基づき、前記パケットのための時間オフセット値を決定するステップと、
前記時間オフセット値を前記パケットに付加することによって、前記時間オフセット値を送信するステップであって、前記時間オフセット値は、少なくとも第２の電気的パラメータを決定するために用いられる、ステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記第２の電気的パラメータが位相シフトである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の電気的パラメータが力率である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電気信号をサンプリングするステップと、前記サンプリングされた電気信号に基づいてタイムスタンプを推定するステップとは、
前記ＳＰＰＳによって電流信号をサンプリングするステップと、
電圧信号をサンプリングするステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
電圧信号をサンプリングするステップは、前記中央コントローラによって実行される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記サンプリングされた電流信号と前記サンプリングされた電圧信号との間の位相オフセットを決定するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記位相オフセットと、前記サンプリングされた電流信号と、前記サンプリングされた電圧信号とを用いて、力率を決定するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記サンプリングされた電流信号と前記サンプリングされた電圧信号とを用いて、前記力率に対する電流歪み因子を決定するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記力率に対する電圧歪み因子を決定するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の電気的パラメータは、前記電流信号のゼロ交差点におけるタイムスタンプである、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の電気的パラメータは、前記電流信号の最大点におけるタイムスタンプである、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の電気的パラメータは、前記電流信号の最小点におけるタイムスタンプである、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記パケットのコンポーネントは、前記プリアンブルと、前記同期フィールドと、中央コントローラへの前記少なくとも第１の電気的パラメータとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記非一時的なコンピュータ可読媒体の上には、
少なくとも１つの自己給電型パワー・センサ（ＳＰＰＳ）を介して、電気信号をサンプリングするステップと、
前記少なくとも１つのＳＰＰＳを介して、前記サンプリングされた電気信号に基づき、タイムスタンプを推定するステップと、
前記少なくとも１つのＳＰＰＳを介して、少なくとも第１の電気的パラメータを推定するステップと、
パケットのプリアンブルを生成するステップと、
前記パケットの同期フィールドのために、同期情報を生成するステップと、
前記パケットのコンポーネントを無線で送信するステップと、
前記タイムスタンプと前記同期情報の前記送信タイムスタンプとに基づき、前記パケットのための時間オフセット値を決定するステップと、
前記時間オフセット値を前記パケットに付加することによって、前記時間オフセット値を送信するステップであって、前記時間オフセット値は、少なくとも第２の電気的パラメータを決定するために用いられる、ステップと
を含むプロセスを処理回路に実行させる命令が記憶されている、非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１５】
計算された電気的パラメータに対して値の訂正を実行する目的のために構成された自己給電型パワー・センサ（ＳＰＰＳ）であって、
一次巻線が電力線である変流器と、
前記変流器の二次巻線に接続されたアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
無線送信機と、
前記ＡＤＣに接続されており、前記変流器の前記二次巻線からの電気信号をサンプリングし、前記サンプリングされた電気信号に基づき、タイムスタンプを推定し、少なくとも第１の電気的パラメータを推定し、パケットのプリアンブルを生成し、前記パケットの同期フィールドのために、同期情報を生成し、前記プリアンブルと前記同期フィールドと前記少なくとも第１の電気的パラメータとを含む前記パケットのコンポーネントを、前記送信機に、無線で中央コントローラに送信させ、前記タイムスタンプと前記同期情報の前記送信タイムスタンプとから計算される時間オフセット値を、前記パケットのために決定し、前記時間オフセット値を前記パケットに付加することによって、少なくとも第２の電気的パラメータを計算するために用いられる前記時間オフセット値を、前記送信機に送信させる、ように構成された処理装置と、
発振器と前記ＡＤＣと前記処理装置と前記送信機とに接続されたクロックと
を備える自己給電型パワー・センサ（ＳＰＰＳ）。
【請求項１６】
前記第２の電気的パラメータは位相シフトである、請求項１５に記載のＳＰＰＳ。
【請求項１７】
前記第２の電気的パラメータは力率である、請求項１５に記載のＳＰＰＳ。
【請求項１８】
前記電気信号をサンプリングするステップと、前記サンプリングされた電気信号に基づいてタイムスタンプを推定するステップとは、
前記ＳＰＰＳによって電流信号をサンプリングするステップと、
電圧信号をサンプリングするステップと
を含む、請求項１５に記載のＳＰＰＳ。
【請求項１９】
電圧信号をサンプリングするステップは、前記中央コントローラによって実行される、請求項１８に記載のＳＰＰＳ。
【請求項２０】
前記サンプリングされた電流信号と前記サンプリングされた電圧信号との間の位相オフセットを決定するようにさらに構成されている、請求項１８に記載のＳＰＰＳ。
【請求項２１】
前記位相オフセットと、前記サンプリングされた電流信号と、前記サンプリングされた電圧信号とを用いて、力率を決定するようにさらに構成されている、請求項２０に記載のＳＰＰＳ。
【請求項２２】
前記サンプリングされた電流信号と前記サンプリングされた電圧信号とを用いて、前記力率に対する電流歪み因子を決定するようにさらに構成されている、請求項２１に記載のＳＰＰＳ。
【請求項２３】
前記力率に対する電圧歪み因子を決定するようにさらに構成されている、請求項２１に記載のＳＰＰＳ。
【請求項２４】
前記第１の電気的パラメータは、前記電流信号のゼロ交差点におけるタイムスタンプである、請求項２０に記載のＳＰＰＳ。
【請求項２５】
前記第１の電気的パラメータは、前記電流信号の最大点におけるタイムスタンプである、請求項２０に記載のＳＰＰＳ。
【請求項２６】
前記第１の電気的パラメータは、前記電流信号の最小点におけるタイムスタンプである、請求項２０に記載のＳＰＰＳ。
【請求項２７】
前記パケットのコンポーネントは、前記プリアンブルと、前記同期フィールドと、中央コントローラへの前記少なくとも第１の電気的パラメータとを含む、請求項１５に記載のＳＰＰＳ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照によりその内容が本明細書に組み込まれている、２０１７年７月２６日に出願された米国仮出願第６２／５３７３２４の優先権を主張するものである。
【０００２】
本開示は、広くは、自己給電型パワー・センサ（ＳＰＰＳ：self-powered power sensor）に関し、より詳しくは、無線ＳＰＰＳを用いる際に電力消費を測定するため、ＳＰＰＳを正確に同期させることに関する。
【背景技術】
【０００３】
ある施設の電気グリッドの内部における複数の位置に配置された自己給電型パワー・センサ（ＳＰＰＳ）を用いることにより、そのグリッドの全体を通じて、電力消費を測定することが可能になる。典型的には、そのようなＳＰＰＳは、回路ブレーカにおいて又は電力消費がより大量であるデバイスにおいてなど、電力消費についての関心地点に配置される。
【０００４】
図１は、一次電流１０２を受け入れるその一次巻線を有する変流器（ＣＴ：current transformer）１０３を含む例示的なＳＰＰＳ１００のブロック図である。それは、さらに、クロック又はタイマ１１３とマイクロコントローラ（ＭＣ：microcontroller）１０７の制御の下で、アナログ信号を一連のデジタル・サンプルに変換するアナログ・デジタル変換器（（ＡＤＣ：analog-to-digital converter）又はＡ／Ｄ）１０５を含む。ＡＤＣ１０５によって収集されたサンプルは、ＭＣ１０７によって処理され、次に、トランシーバ１０９を用い、処理された情報が、アンテナ１１６を用いて、送信される。発振器１１０は、所望の周波数で発振して、クロック又はタイマ１１３にそれを与える。
【０００５】
図２は、図１に示されているＳＰＰＳ１００に関して説明されたのと同じ基本要素を含む、修正されたＳＰＰＳ２００のブロック図である。この修正されたＳＰＰＳ２００は、さらに、ＣＴ１０３とＡＤＣ１０５とに結合されたローパス・フィルタ（ＬＰＦ：low pass filter）２０２を含む。ある実施例では、ＬＰＦ２０２は、アナログ・フィルタである。入力電流２０１は、ＣＴ１０３から導かれ得る。ＬＰＦ２０２は、これらに限定されることはないが、受動又は能動フィルタ、整合フィルタ、又は高調波フィルタを含め、多くの異なる態様で、実現され得る。ある実施例によると、図２に示されているように、フィルタリングされた信号２０３が、ＡＤＣ１０５に与えられる。ＭＣ１０７は、どの信号がサンプリングされることになるのか（すなわち、入力信号１０４なのか、又は、フィルタリングされた信号２０３なのか）を、選択することができる。別の実施例では、ＡＤＣ１０５は２つのチャネルを含むが、これらの信号は両方同時にサンプリングされることが可能である。ある実施例によると、ＬＰＦ２０２は、基本信号２０３をサンプリングするときのみ付勢されることが可能であり、それによって、電力消費を節約する。
【０００６】
図３は、図２に示されている修正されたＳＰＰＳ２００に関して説明されたのと同じ基本要素を含む、別の修正されたＳＰＰＳ３００のブロック図である。ＳＰＰＳ３００は、さらに、ＬＰＦ２０２とクロック又はタイマ１１３とに接続されたゼロ交差（又は、ゼロクロス）検出器回路３０１を含む。フィルタリングされた信号２０３が、ゼロ交差検出回路３０１に与えられ、ゼロ交差検出回路３０１は、フィルタリングされた信号２０３のゼロ交差時間との関係で信号３０２を生成する。さらに、この実施例によると、生成された信号３０２は、たとえばクロック又はタイマ１１３によって、タイムスタンプが付され得る。ある実施例によると、ゼロ交差検出回路３０１は、好ましくはゼロ交差検出における深刻なエラーを回避するために小さなアパーチャを備えたコンパレータを含み得る。
【０００７】
これらの及び電力消費を決定するための他の実施例とは関係なく、現時点で入手可能なＳＰＰＳは、測定に関する制限付きの精度のみを可能にするものである。すなわち、ある負荷の電力消費を正確に測定するためには、力率を測定することが必要である。そのような力率は、電圧と負荷電流との間の位相差に関する情報と同様に、負荷電流及び電圧の純粋な正弦波からの歪みに関する情報も含む。従来の電力測定システムでは、電圧と電流とが、同じ物理デバイスによって、同時に、測定されるために、これら２つの信号の間の関係は、計算及び測定が容易である。しかし、電流及び電圧サンプリングの間に無線接続が存在するときには、正確な測定には、電力消費を正確に測定するための無線ＳＰＰＳの欠点を克服する追加的な新機軸が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第９１３４３４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、上記の課題を克服し得る解決策を提供することは、有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示のいくつかの例示的な実施例の概要は、以下の通りである。この概要は、それらの実施例の基本的理解を提供するため、読者への便宜を図る目的で提供されており、本開示の範囲を全体として定義するものではない。この概要は、考慮されたすべての実施例の外延を示す概観（extensive overview）ではなく、すべての実施例の中心的な又は決定的な要素を識別することは、意図されておらず、また、いずれかの又はすべての様態の範囲の輪郭を与えることも、意図されていない。その唯一の目的は、後に提示されるより詳細な説明への前段として、１つ又は複数の実施例のいくつかの概念を、単純化された形態で、提示することである。便宜上、本明細書では、「いくつかの実施例」という用語が、本開示の単一の実施例又は複数の実施例に言及するために、用いられる場合があり得る。
【００１１】
本明細書に開示されているいくつかの実施例は、電気的パラメータの値を決定するために中央コントローラを無線で同期させる方法であって、少なくとも１つの自己給電型パワー・センサ（ＳＰＰＳ）を介して、電気信号をサンプリングするステップと、少なくとも１つのＳＰＰＳを介して、サンプリングされた電気信号に基づき、タイムスタンプを推定するステップと、少なくとも１つのＳＰＰＳを介して、少なくとも第１の電気的パラメータを推定するステップと、パケットのプリアンブルを生成するステップと、パケットの同期フィールドのために、同期情報を生成するステップと、パケットのコンポーネントを無線で送信するステップと、タイムスタンプと同期情報の送信タイムスタンプとに基づき、パケットのための時間オフセット値を決定するステップと、時間オフセット値をパケットに付加することによって、時間オフセット値を送信するステップであって、時間オフセット値は、少なくとも第２の電気的パラメータを決定するために用いられる、ステップとを含む方法を、含む。
【００１２】
本明細書に開示されているいくつかの実施例は、また、非一時的なコンピュータ可読媒体を含み、この非一時的なコンピュータ可読媒体の上には、少なくとも１つの自己給電型パワー・センサ（ＳＰＰＳ）を介して、電気信号をサンプリングするステップと、少なくとも１つのＳＰＰＳを介して、サンプリングされた電気信号に基づき、タイムスタンプを推定するステップと、少なくとも１つのＳＰＰＳを介して、少なくとも第１の電気的パラメータを推定するステップと、パケットのプリアンブルを生成するステップと、パケットの同期フィールドのために、同期情報を生成するステップと、パケットのコンポーネントを無線で送信するステップと、タイムスタンプと同期情報の送信タイムスタンプとに基づき、パケットのための時間オフセット値を決定するステップと、時間オフセット値をパケットに付加することによって、時間オフセット値を送信するステップであって、時間オフセット値は、少なくとも第２の電気的パラメータを決定するために用いられる、ステップとを含むプロセスを処理回路に実行させる命令が記憶されている。
【００１３】
本明細書に開示されているいくつかの実施例は、また、計算された電気的パラメータに対して値の訂正を実行する目的のために構成された自己給電型パワー・センサ（ＳＰＰＳ）を含んでおり、このＳＰＰＳは、一次巻線が電力線である変流器と、変流器の二次巻線に接続されたアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）と、無線送信機と、ＡＤＣに接続されており、変流器の二次巻線からの電気信号をサンプリングし、サンプリングされた電気信号に基づき、タイムスタンプを推定し、少なくとも第１の電気的パラメータを推定し、パケットのプリアンブルを生成し、パケットの同期フィールドのために、同期情報を生成し、プリアンブルと同期フィールドと少なくとも第１の電気的パラメータとを含むパケットのコンポーネントを、送信機に、無線で中央コントローラに送信させ、タイムスタンプと同期情報の送信タイムスタンプとから計算される時間オフセット値を、パケットのために決定し、時間オフセット値をパケットに付加することによって、少なくとも第２の電気的パラメータを計算するために用いられる時間オフセット値を、送信機に送信させるように構成された処理装置と、発振器とＡＤＣと処理装置と送信機とに接続されたクロックとを含む。
【００１４】
本明細書で開示されている主題は、明細書の結論部にある特許請求の範囲において具体的に指摘され、明確に特許請求されている。開示されている実施例の上述された及びそれ以外の目的、特徴、及び効果は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を読むことによって、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】自己給電型パワー・センサ（ＳＰＰＳ）の第１の例示的な従来技術による実施例である（従来技術）。
【図２】ＳＰＰＳの第２の例示的な従来技術による実施例である（従来技術）。
【図３】ＳＰＰＳの第３の例示的な従来技術による実施例である（従来技術）。
【図４】ＳＰＰＳと中央コントローラとの間で転送されるメッセージのタイミング図及び構造である。
【図５】ある実施例による中央コントローラのブロック図である。
【図６】別の実施例による例示的な中央コントローラである。
【図７】ある実施例による同期情報を提供するための第１の方法のフローチャートである。
【図８】ある実施例による同期情報を提供するための第２の方法のフローチャートである。
【図９】ある実施例による同期情報を提供するための第３の方法のフローチャートである。
【図１０】ある実施例による中央コントローラに無線接続された複数のＳＰＰＳを含むシステムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書で開示されている実施例は、本明細書における革新的な教示内容の多くの有益な使用の実例に過ぎない、ということに留意することが重要である。一般的に言えば、本出願の明細書でなされている記述は、必ずしも、様々な特許請求されている実施例のいずれかを限定することはない。また、いくつかの記述は、本発明のいくつかの特徴には適用され得るが、他の特徴には適用されないことがあり得る。一般的に言って、そうではないと特に明記されない限り、一般性を失うことなく、単数形の要素が複数である場合があり得るし、その逆の場合もあり得る。図面においては、類似の符号は、複数の図を通じて横断的に、類似の部分を指す。
【００１７】
いくつかの例示的な開示されている実施例は、自己給電型パワー・センサ（ＳＰＰＳ）が少なくとも電流信号をサンプリングする方法及びシステムを含む。電流信号情報は、プリアンブルと同期情報と電流信号情報と送信オフセット時間情報とを含むデータのパケットを用いて、中央コントローラに無線で送信される。送信は、中央コントローラによって電気的パラメータの推定のために用いられる送信オフセット時間を含ませるために、パケットの作成の完了に先だって、開始する。中央コントローラは、電圧信号をサンプリングし、受信されたパケットと電流信号情報とに基づいて、電圧に対する電流の位相シフトと同様に力率も、決定し得る。力率は、電流歪み率によって訂正され得る。電流信号は、電流信号のゼロ交差点、最大点、又は最小点の計算を可能にするための基準として、サンプリングされ得る。
【００１８】
図１は、第１の実施例によるＳＰＰＳ１００の第１の例示的な図を示している。ＳＰＰＳ１００は、一次電流１０２を受け取るその一次巻線を有する変流器（ＣＴ）１０３を含む。それは、さらに、クロック又はタイマ１１３とマイクロコントローラ（ＭＣ）１０７との制御の下で、アナログ信号１０４を一連のデジタル・サンプル１０６に変換するアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ又はＡ／Ｄ）１０５を含む。ＡＤＣ１０５によって収集されたサンプル１０６は、ＭＣ１０７によって処理され、次に、処理された情報は、トランシーバ１０９を用い、アンテナ１１６を用いて、送信される。発振器１１０は、所望の周波数で発振して、クロック又はタイマ１１３に与える。発明の名称が「Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ  Ｍｅｔｅｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ」であり、本発明と同じ譲受人に譲渡されている米国特許第９１３４３４８号には、そのような例示的なＳＰＰＳについて、さらに詳細な記載がある。その実施例において感知された電力は、３つの目的、すなわち、ＳＰＰＳ１００の動作のために必要とされる電力を提供すること、電力線１０２に接続された負荷の実際の電力消費を検出すること、そして電流信号の位相を検出すること及びタイムスタンプを付与すること、のために用いられる。
【００１９】
以下の説明では、電力線１０２に接続された負荷の実際の電力消費の検出と、電流信号の位相の検出及びタイムスタンプ付与とに、焦点を合わせている。特に、負荷の電力消費を正確に測定するためには、電圧と負荷電流との間の位相差に関する情報を含む力率と、純粋な正弦波からの負荷電流と電圧との歪みも、測定することが必要である。標準的な電力測定システムでは、電圧と電流とは、同じ物理デバイスによって同時に測定されるので、２つの信号の間の関係は、決定及び測定が容易である。
【００２０】
ある実施例によると、入力電流信号（すなわち、電力線からサンプリングされた信号）１０２は、変流器１０３によって、マイクロコントローラ１０７に接続されたＡＤＣ１０５によってサンプリングされることが可能なアナログ信号１０４に、変換される。アナログ信号１０４は、グリッド周波数と同じ周波数を有する負荷電流を表す周期信号である。そのような信号は、典型的には、正弦波又は近似的に正弦波であるが、著しい歪みを有していて、高次の高調波を含むことがあり得る。典型的には、ＣＴアナログ信号は、小さな抵抗（たとえば、電流感知抵抗であるが、図には示されていない）に接続された電流信号である。感知抵抗の両端の間で生成される電圧は、次に、ＡＤＣ１０５によってサンプリングされる。
【００２１】
ＡＤＣ１０５は、クロック又はタイマ１１３によって提供され得るサンプリング・クロック１１２を用いて、入力信号１０４をサンプリングする。たとえば、このクロック・サンプリング１１２は、５０Ｈｚの信号をサンプリングするときには、３，２００Ｈｚであり得る。ある実施例では、クロック又はタイマ１１３は、発振器１１０によって提供されたクロック１１１から駆動される。サンプル１０６は、ＭＣ１０７に、たとえば、その中のメモリに又はそれに接続されたメモリ（図示せず）に、さらなる処理のために、記憶され得る。ある実施例では、ＭＣ１０７は、スタンバイ・モードを出て処理を開始するようにクロック又はタイマ１１３によってトリガされる（１１４）ときには、スタンバイ・モードにある。このトリガは、クロック又はタイマ１１３によって提供される割り込み信号であり得る。
【００２２】
ＭＣ１０７が起動するときには、ＭＣ１０７は、信号１０４のサンプリングを開始するようにクロック又はタイマ１１３とＡＤＣ１０５とをプログラムするように、構成されている。サンプルの個数は、信号の少なくとも半サイクル（たとえば、３，２００Ｈｚのサンプリング・クロックを用いて５０Ｈｚの信号をサンプリングするときには、３２サンプル）を含み得る。いったんサンプル１０６が記憶されると、ＭＣ１０７は、入力信号１０４のサイクル（Ｔｓ）の開始をおおよそ推定するためにサンプルを処理するように構成される。
【００２３】
ある実施例では、いったんサイクルの開始（Ｔｓ）が推定されると、ＭＣ１０７は、ＡＤＣ１０５に強制的にサンプル（たとえば、３２個のサンプル）の新たなバーストをＴｓにおいて開始させるように、クロック又はタイマ１１３をプログラムすることができる。サンプリングの開始はクロック又はタイマ機能１１３によってトリガされるのであって、ＭＣ１０７からのソフトウェア・コマンドによるものではないため、すべてのサンプルのタイムスタンプは、正確に記録されることが可能である。ある実施例によると、ＭＣ１０７は、サンプリングされた信号１０６のゼロ交差点（Ｔ１）の時間を推定し得る。ゼロ交差点の時間を正確に推定することにより、さらに後述されるように、負荷の力率の正確な測定が可能になる。これは、周期的な負荷信号の、０°又は１８０°のゼロ交差であり得る。本明細書に開示されている他の実施例は、信号のピーク（正又は負）を推定することを含み得るが、ピークの周囲では正弦信号の導関数が小さいため、そのような推定は特に正確ではない場合もあり得る。
【００２４】
ある実施例では、ゼロ交差点（Ｔ１）の推定は、線形の内挿若しくは外挿によってなされ得るのであるが、又は、非線形回帰若しくは類似の方法など、より高度で正確な方法を含み得る。たとえば、線形近似の場合には、ゼロ交差の近傍にある信号の部分を表す一次方程式Ｓ＝ａ＊Ｔ＋ｂの定数ａ及びｂを見つけるために、サンプルＳａ及びＳｂと時間Ｔａ及びＴｂによってそれぞれ表されるゼロ交差の前の最後の２つのサンプルに、線形回帰が適用されることが可能である。Ｓ＝０とすると、ゼロ交差点であるＴ１が得られる。別の実施例では、Ｔ１が、単純に、サンプルの値が正と負の間で若しくはその逆に符号を変化させる第１のサンプルの時間として、又は、アナログ信号が符号を変化させる２つのサンプルの時間の平均として、解釈されることが可能であるが、サンプリング速度が十分に高くない場合には、後者の２つは精度が劣ることがあり得る。特定の実施例では、±０．５°の精度でゼロ交差点を推定すれば、力率の推定のために十分であり得るが、他方で、他の実施例では、異なるレベルの精度が要求される場合もあり得る。
【００２５】
クロック又はタイマ１１３の動作に割り込むことなく（タイムスタンプの付されたサンプル及び推定されたゼロ交差時間Ｔ１との同期を失うことを回避するため）、ＳＰＰＳ１００は、無線メッセージ１１７の中央コントローラ（図示せず）への送信を開始することがあり得る。その目的のために、無線周波数（ＲＦ：radio frequency）トランシーバ１０９が、中央コントローラとの一方向又は双方向の通信を提供するように、ＭＣ１０７とアンテナ１１６とに結合されている（たとえば、図５及び６との関係で、本明細書において、後で、より詳細に論じられる、ブリッジ）。
【００２６】
ある実施例では、ＲＦトランシーバ１０９は、送信のみ、すなわち、上りの通信のみをサポートする。さらに、この方法は、上りの通信のみを用いて、正確な力率の測定を可能にするように設計されている、ということが留意されるべきである。この利点により、自己給電型のデバイスを用いてエネルギを節約するために、ＳＰＰＳを受信モードで付勢することが回避される。しかし、ＲＦトランシーバ１０９は、これらに限定されることはないが、搬送波信号のための感知、クロックの同期、ＡＣＫ、ファームウェアのダウンロード、コンフィギュレーションのダウンロードなどの特徴をサポートするための受信機部分を含み得る。典型的には、これは、たとえば、限定を意味しないが、２．４ＧＨｚ又はサブＧＨｚ帯域で動作する、免許を受けていない産業・科学・医療用（ＩＳＭ：industrial scientific medical）帯域のトランシーバであり得る。
【００２７】
ある実施例では、何らかの形式のスペクトル拡散変調技術が、用いられ得るのであって、たとえば、限定を意味しないが、同じ環境で機能している他のシステムとのよりよい共存を可能にするように、直接拡散方式（ＤＳＳＳ：direct sequence spread spectrum）のスペクトル拡散変調技術が用いられ得る。通信速度は、同じ電気的クローゼットにおいて、２００個のＳＰＰＳの共存を可能にするのに充分な程度に、高くあるべきである。ＲＦトランシーバ１０９の電力消費は、１つのＳＰＰＳによって用いられ得る環境発電限度に拘泥するのに充分な程度に低くあるべきである。しかし、ＲＦトランシーバ１０９の別の要件は、たとえば３〜４メートルの金属製リーチ環境（metallic reach environment）のような電気的クローゼットにおいて動作するのに充分な通信範囲をサポートする、ということである。
【００２８】
別の実施例では、この範囲は、室内環境において数十メートルに至ることがあり得る。これにより、たとえば、工場の生産ラインにおける複数のマシンや、ある与えられたエリアにおける最小限の個数のブリッジ装置の上など、個別的なデバイスの上にＳＰＰＳを配置することが可能になる。ＲＦトランシーバ１０９は、好ましくは、たとえばＩＥＥＥ８０２．１５．４又はたとえばジグビー（ZigBee）などの通信プロトコルをサポートする標準的な物理レイヤ（ＰＨＹ：physical layer）を用いる。そのような標準を用いることで、たとえばスマート・メータなどの無線ハードウェアを既に含む既存のシステムとの容易な統合が可能になる。
【００２９】
送信が生じると判断すると、ＭＣ１０７は、送信されるメッセージ１０８を用意する。メッセージ１０８は、典型的には、様々なタイプの情報を含み得るデータの単一のパケットであり、中央コントローラが、受信された現在のデータを、ＳＰＰＳ１００との関係で中央コントローラによって処理された従前のデータと積極的に関連付けることを可能にするＳＰＰＳの一意的な識別子（ＵＩＤ：unique identification）を含む。送信されたメッセージ１０８は、情報の異なるフィールドを含み得る。これらのメッセージ・フィールドのうちの１つは、メッセージ・プリアンブルの後に送信されるのが典型的であるＳＹＮＣフィールドであり得る。ＳＹＮＣフィールドは、メッセージ送信時間（Ｔ２）のクロック又はタイマ１１３による正確なタイムスタンプ１１５の付与を可能にする。
【００３０】
ある実施例では、メッセージ１０８のパケットは、限定を意味しないが、様々なＳＰＰＳ状態情報、ハードウェアのバージョン、ソフトウェアのバージョン、過負荷などの警告、平均電流、ＳＰＰＳ温度、タイムスタンプが付されたサンプル、入力信号特性、たとえば負荷がターンオフされたことが識別された際の電源オフの指示、及びそれ以外のシステム・パラメータを含み得る。これらのパラメータは、ＭＣ１０７のメモリ（図示せず）に、送信のそのような時間まで、保存され得る。巡回冗長符号（ＣＲＣ：cyclic redundancy code）の計算、順方向誤り訂正（ＦＥＣ：forward error correction）、又はデータ冗長性が、受信機側でのデータ検証のために、パケットにさらに追加される場合がある。
【００３１】
先に説明されたように、入力信号１０４は、基本周波数（たとえば、５０Ｈｚ）とより高次の高調波又はノイズの重ね合わせであり得る。これは、たとえばオン／オフ動作など、非線形の負荷に接続された電力線をサンプリングするときに、典型的である。そのような場合には、電流信号は歪んでおり、したがって、ゼロ交差のタイミングは、必ずしも、電圧からの位相シフトを表さない。さらに、高次の高調波の大きなコンテンツを有する高度な歪みを有する負荷では、単一のサイクルの間に、複数のゼロ交差に遭遇することがあり得る。力率の決定との関係を有する（後述される）ゼロ交差点（Ｔ１）は、基本周波数とより高次の高調波との重ね合わせである歪んだ信号ではなく、信号の周波数（たとえば、５０Ｈｚ）の基本成分のうちの１つである。そのような実施例では、サンプリングされた信号１０６のゼロ交差点（Ｔ１）を推定するには、入力信号の基本成分におけるゼロ交差点の推定を可能にするために、入力又はサンプリングされた信号の先行するフィルタリングが要求され得る。
【００３２】
ある実施例によると、入力信号１０４のフィルタリングは、ＭＣ１０７によって実現されるデジタル・フィルタによって実行され得る。そのような実施例では、ＭＣ１０７は、フィルタリングされた信号のサンプルの新たな組を生成するために、信号サンプルを用い得る。たとえば、第３次高調波（すなわち、５０Ｈｚの入力信号に対する１５０Ｈｚの高調波）の２０ｄＢの減衰を伴う３次のローパス・フィルタは、典型的な第３高調波の歪みに対して充分であり得る。他の実施例は、より高次の異なるタイプのデジタル・フィルタを含み得る。
【００３３】
デジタル・フィルタの整定時間は、１サイクルの半分より多くを用いることを必要とする場合があり得る。特定の実施例では、デジタル・フィルタを整定させて正確な出力を提供するようにするためには、５又は１０のサイクルを記憶することが必要な場合があり得る。さらに、既に説明されたように、半サイクル当たり３２のサンプルでは、同じ理由により、十分ではない可能性があり得る。特定の実施例では、半サイクル当たりで８０から１２０又はそれよりさらに多くをサンプリングすることが必要な場合さえあり得る。
【００３４】
ある実施例によると、ＭＣ１０７は、また、入力信号１０２の二乗平均（ＲＭＳ：root mean square）値とフィルタリングされた信号（すなわち、基本成分）のＲＭＳ値とを推定することもあり得る。これらの値は、信号サンプルとフィルタリングされたサンプルとのそれぞれを用いて計算され得る。これにより、次の近似に従い、力率のより正確な計算が可能になる。
【数１】
2020529162.tif 000003
ここで、Ｉｓ［ＲＭＳ］は、入力（フィルタリングされていない）信号のＲＭＳ値であり、Ｉｆ［ＲＭＳ］は、入力信号の基本成分のＲＭＳ値であり、Ｖｓ［ＲＭＳ］は、電圧のＲＭＳ値であり、Ｖｆ［ＲＭＳ］は、電圧の基本成分のＲＭＳ値であり、ｃｏｓ（φ）は、変位力率、すなわち、基本信号の力率であり、ＰＦは、真の力率である。
【００３５】
高調波及びノイズを減衰するためにフィルタを用いるときには、フィルタ自体によってもたらされる位相遅延が考慮されるべきだということが、留意されるべきである。これは、真のゼロ交差時間の推定を可能にするために、重要である。ある実施例によると、Ｖｓ及びＶｆは、中央コントローラによって、推定され得る。しかし、別の実施例では、電圧がネットワーク・プロバイダによって比較的一定で歪みのない状態に維持されるため、Ｖｓ及びＶｆは無視される場合があり、Ｖｆ／Ｖｓは、１に等しいと仮定され得る。
【００３６】
ある実施例では、送信のための条件が満たされると、ＭＣ１０７が、衝突回避の目的で、搬送波感知多重アクセス（ＣＳＭＡ：carrier sense multiple access）プロトコルの機構を実現することができる。以下のステップが行われ得るのであるが、すなわち、第１に、ＲＦトランシーバ１０９の受信機のスイッチがオンされる。第２に、受信機が、現時点で他の送信があるかどうかを感知する。これは、ＳＰＰＳが多数存在する環境であり得るような環境で、ＳＰＰＳが動作する場合には、特に重要である。第３に、空中がフリーであると判断されると、受信機は消勢されるが、ＲＦトランシーバ１０９の送信機は、情報メッセージ１０８を送るための送信が可能にされ、そうでない場合には、受信機は消勢され、ＭＣ１０７が、ランダムな時間間隔を選択し、その後で、ＭＣ１０７が、所望の送信が完了するまで、新たな送信の開始を試みる。
【００３７】
ある実施例では、衝突がとても発生しそうにない程度に、情報メッセージは充分に短く、送信の間の間隔は充分に長い。そのような実施例では、送信されたメッセージ１１７の送信は、空中を予め感知することなく発生することができるから、エネルギを節約することができる。メッセージ１０８の送信の間では、ＳＹＮＣフィールドが送信されると直ちに、そのＳＹＮＣの送信に、クロック又はタイマ１１３によって、タイムスタンプ１１５が付される。ＳＹＮＣフィールドの送信のタイムスタンプは、Ｔ２として、示されている。クロック又はタイマ１１３は、タイムスタンプが付されたサンプルが収集された時間から、メッセージの送信が行われるまで連続的に動作しているから、ＳＹＮＣフィールドの送信を示すタイムスタンプＴ２は、推定されたゼロ交差Ｔ１と完全に同期している。よって、メッセージ１０８の送信の間には、ＭＣ１０７が、ＳＹＮＣフィールドの送信Ｔ２とサンプリングされた信号１０６の推定されたゼロ交差Ｔ１との間の時間差を決定する。この時間は、下記のように、Ｄｅｌｔａ  Ｔと表される。
Ｄｅｌｔａ  Ｔ＝Ｔ２−Ｔ１
【００３８】
いくつかの構成では、Ｄｅｌｔａ  Ｔの値の計算は、Ｔ１とＴ２との間のタイマ１１３のラップアラウンド（wraparound）の処理を含む。ある実施例によると、ＭＣ１０７は、値Ｄｅｌｔａ  Ｔを推定して、この値を送信されつつあるメッセージ・パケット１１７に挿入するように、構成される。さらに、Ｄｅｌｔａ  Ｔの精度は、タイムスタンプＴ１及びＴ２の精度に影響されることは、明らかなはずである。たとえば、開示されている実施例によると、１μｓｅｃ未満のタイマ・クロック分解能を用いると、正確な力率の決定のための高精度のタイムスタンプが提供されるはずである（５０Ｈｚの信号の場合には、１度の位相は、約５５．５６μｓｅｃである）。Ｄｅｌｔａ  Ｔは送信中に、すなわち、メッセージ１０８は、送信されつつある間に、計算されるように注意することが、重要である。したがって、Ｄｅｌｔａ  Ｔは、推定されたゼロ交差時間Ｔ１を、メッセージ送信の実際の時間であるＴ２に、リンクさせる。このプロセスは、さらに、図４との関係で、後述される。
【００３９】
ある実施例では、送信されたメッセージは、また、メッセージを受信する中央コントローラに一次入力電流信号（すなわち、変流器１０３の一次巻線である電力線を通過する電流信号）のゼロ交差を完全に計算させる情報を、含み得る。この情報は、ＳＰＰＳ１００の変流器１０３の時間遅延であるＣＴ１０３の時間遅延（ＴＣＴＤ）を含み得る（すなわち、一次電流１０２とＡＤＣ１０５に与えられる信号１０４との間の時間差）。ＣＴベースのセンサも、測定の精度に影響し得る位相シフトを生じさせる可能性がある、ということが認識されるべきである。いくつかの場合には、この位相遅延は深刻であって、正確な力率の計算が希望される場合には、無視されるべきではない。ＣＴ１０３の位相遅延は一定ではなく、いくつかの因子に影響を受けるのであるが、この因子には、これらの限定されることは意図されていないが、入力電流１０２の振幅（ＲＭＳ）、変流器のタイプ、変流器の温度、入力信号１０２の周波数、及び（スプリット・コア型のＣＴの場合には）変流器のエアギャップが含まれる。したがって、ある実施例では、位相較正因子の値が、ＳＰＰＳ１００から中央コントローラに送られるメッセージにおいて、送信され得る。そのような較正因子は、製造時に、ＭＣ１０７のコードの一部又は構成パラメータとして、埋め込まれるか、又は、ＳＰＰＳ１００が変化しやすい場合には、たとえば、時間経過若しくは温度範囲により、ＳＰＰＳ１００の電流特性のために必要な較正因子の自己決定を周期的に行うことによって、埋め込まれ得る。ある実施例では、較正因子は、公式若しくはルックアップ・テーブルとして表される、入力電流の一次関数、又は高次の関数であり得る。これは、特に、非線形のＣＴの場合に、関連がある。別の実施例では、位相較正因子が、中央コントローラに知られている場合があり得る。そのような較正因子が提供される態様とは関係なく、この較正因子は、ＳＰＰＳ１００ごとに基づいて、力率又は信号のタイミングを訂正する目的で、用いられ得る。もちろん、すべてのＳＰＰＳ１００に対する単一の較正因子も、本開示の範囲から逸脱することなく可能である、ということが理解されるべきである。ある実施例によると、推定されたＣＴ１０３の遅延（ＴＣＴＤ）は、次に、送信されるメッセージにおいて、中央コントローラに送信される。
【００４０】
ＣＴ１０３の時間遅延は、また、高調波とノイズとによって生じる入力信号の歪みを減衰するのに用いられるフィルタ（たとえば、ローパス・フィルタ）の時間遅延であるフィルタの遅延（ＴＦＤ）を、含み得る。ＴＦＤは、入力信号の基本成分の位相遅延を、意味する。ある実施例によると、ＴＦＤは、計算又は測定され、送信されるメッセージの一部として、中央コントローラに送信される。デジタル・フィルタが用いられるときには、このフィルタの遅延は、フィルタ・タイプの関数であるが、それは、異なる複数のＳＰＰＳユニット又は入力電流の振幅の間で、変化することはない。
【００４１】
この情報は、また、送信機の遅延（ＴＴＤ）を含み得るが、これは、信号がアンテナ１１６を通過して実際に送信される前に送信機によって生じる時間遅延である。この時間遅延は、ＳＹＮＣフィールドのタイムスタンプ（Ｔ２）とＳＹＮＣフィールドがアンテナ１１６を通じて送信された時間との差である。この遅延は、送信機の実装と、ＳＹＮＣフィールドの送信の終了時にパルスを生成するのに用いられるロジックとに、依存する。ある実施例では、この遅延は、１０〜２０μｓｅｃのオーダーを有し、無視することは不可能である。しかし、多くの場合に、それは一定であり、正確な測定が可能である。ある実施例によると、ＳＰＰＳの送信機の遅延（ＴＴＤ）は、決定又は測定され、送信されるメッセージにおいて、中央コントローラに送信される。異なる複数の実施例では、上述した遅延因子の全部が、一緒に加算され（ＴＣＴＤ＋ＴＴＤ＋ＴＦＤ）単一の遅延因子として一緒に送信される、別々に送信される、受信システムのいずれかの部分に記憶される、又は以上のいずれかの組合せがなされることが可能である。
【００４２】
図２は、別の実施例による自己給電型パワー・センサ（ＳＰＰＳ）２００の例示的な図を示している。既に注意されたように、ＳＰＰＳ２００は、図１に示されているＳＰＰＳ１００に関して説明されたものと同じ基本要素を含む。ＳＰＰＳ２００は、さらに、変流器１０３とＡＤＣ１０５とに接続されたローパス・フィルタ２０２を含む。ある実施例では、ローパス・フィルタ２０２は、アナログ・フィルタである。入力２０１は、変流器１０３から導かれ得る。このアナログ・フィルタは、受動又は能動フィルタ、整合フィルタ、高調波フィルタなどを含め、多くの異なる態様で、実現され得る。
【００４３】
図２に示されている実施例によると、フィルタリングされた信号２０３は、ＡＤＣ１０５に与えられる。そうして、ＭＣ１０７が、どちらの信号がサンプリングされるべきか（すなわち、入力信号１０４なのか、又は、フィルタリングされた信号２０３なのか）を選択することができる。別の実施例では、ＡＤＣ１０５は、２つのチャネルを含み、両方の信号が、同時にサンプリングされることが可能である。ある実施例によると、ローパス・フィルタ２０２は、基本信号２０３のサンプリングが要求されるときのみ付勢されることが可能であり、それにより、電力消費が節約される。
【００４４】
図３は、さらに別の実施例による自己給電型パワー・センサ（ＳＰＰＳ）３００の例示的な図を示している。既に注意されたように、ＳＰＰＳ３００は、図２に示されているＳＰＰＳ２００に関して説明されたのと同じ基本要素を含んでいるが、ただし、ＳＰＰＳ３００は、さらに、ローパス・フィルタ２０２とクロック又はタイマ１１３とに結合されたゼロ交差検出器回路３０１を含む。ある実施例では、ローパス・フィルタ２０２は、アナログ・フィルタである。入力２０１は、変流器１０３から導かれ得る。このアナログ・フィルタは、受動又は能動フィルタ、整合フィルタ、高調波フィルタなどを含めて、多くの異なる態様で、実現され得る。
【００４５】
図３に示されている実施例により、フィルタリングされた信号２０３が、ゼロ交差検出回路３０１に与えられ、ゼロ交差検出回路３０１が、フィルタリングされた信号２０３のゼロ交差時間との関係で、信号３０２を生成する。さらに、この実施例によると、生成された信号３０２は、クロック又はタイマ１１３によってタイムスタンプが付され得る。こうして、ＭＣ１０７は、先に説明されたように、Ｄｅｌｔａ  Ｔを決定するのに、ゼロ交差のタイムスタンプ（Ｔ１）を用いることができる。これは、図１及び２に説明されたような、タイムスタンプが付されたサンプルを用いて信号のゼロ交差を推定することの代わりである。ある実施例によると、ゼロ交差検出回路３０１は、好ましくはゼロ交差の検出の際の深刻なエラーを回避するために小さなアパーチャを備えた、コンパレータを含み得る。
【００４６】
図４は、たとえばＳＰＰＳ１００であるＳＰＰＳとたとえば中央コンピュータ（又はブリッジ）５００である中央コントローラとの間で転送されるメッセージに関する、メッセージのタイミングとメッセージ構造とのブロック図を示している。ある実施例によると、ＳＰＰＳ１００におけるＭＣ１０７は、入力信号４０８のゼロ交差タイムスタンプＴ１４０７を、又は、上述された実施例によりローパス・フィルタが実現されている場合には、入力信号４０８の基本成分のゼロ交差タイムスタンプＴ１４０７を、有する。ゼロ交差時間Ｔ１４０７は、本明細書において既に説明された様々な方法によりＭＣ１０７においてタイムスタンプの付されたサンプルから、又は、別の専用回路から、推定され得る。別の実施例では、ゼロ交差検出器を実現するのに用いられたコンパレータは、ＭＣ１０７自体の一機能であり得るか、又は、ＭＣ１０７によって実現され得る。クロック又はタイマ１１３の時間計量に割り込むことなく、ＳＰＰＳ１００におけるＭＣ１０７は、無線メッセージ４００の中央コントローラ（たとえば、ブリッジ）５００への送信を、開始し得る。
【００４７】
ある実施例によると、送信されたメッセージ４００は、プリアンブル４０１を含むが、このプリアンブル４０１は、入来信号を検出し、必要な場合には、そのパラメータ（たとえば、利得、受信クロック周波数及び位相など）のうちのいくつかの整合をとるために、受信機によって用いられるのが典型的である。プリアンブル４０１に続いては、ＳＹＮＣフィールド４０２が送信され得る。典型的には、ＳＹＮＣフィールド４０２は、受信機をフレーム自体に（すなわち、メッセージ・ペイロード４０６の開始に）整合させるのに用いられる。ＳＹＮＣフィールド４０２は、無線リンクによって生じたビット・エラーが存在する場合であっても受信機の正確なフレーム同期を可能にするために優れた自動訂正特性を有するバイナリ列によって、表されることが可能である。
【００４８】
ある実施例によると、受信機は、一定量を超えるエラーが検出される場合には、受信されたメッセージ４００を廃棄できる（たとえば、ＳＹＮＣフィールド４０２が１６ビットの長さを有する場合に、１６ビットのうちの２ビットが間違っているならば、受信されたメッセージを廃棄できる）。
【００４９】
別のある実施例によると、ＳＹＮＣフィールド４０２の送信は、ＳＰＰＳによってタイムスタンプが付され、Ｔ２４１１と示される。さらに、この実施例によると、ＳＹＮＣフィールド４０２の送信のタイムスタンプ付与は、送信機のロジック自体（図示せず）によって又は外部ロジック（図示せず）を追加することによって、なされ得る。たとえば、いくつかのシステム・イン・パッケージ・デバイスには、たとえば送信機又は受信機ロジックとして、この機能が内蔵されている場合がある。送信されたメッセージ・ペイロード４０６は、ＳＰＰＳの識別子、ＳＰＰＳの状態、入力電流及びフィルタリングされた電流信号のＲＭＳ値、タイムスタンプが付されたサンプル、並びにシステムによって要求されるいずれかの他の情報を含むメッセージ・データ４０３を、含み得る。
【００５０】
送信機の実装態様と選択されたビット・レートに応じて、数百μｓｅｃを要し得る（たとえば、典型的な１００ビットのメッセージと典型的な２５０Ｋｂｐｓの送信速度であれば、４００μｓｅｃが必要であり得る）メッセージ・データ４０３の送信の間に、ＭＣ１０７は、推定された又はタイムスタンプが付されたゼロ交差Ｔ１４０７とタイムスタンプが付されたＳＹＮＣフィールド送信Ｔ２４１１とに基づいて、Ｄｅｌｔａ  Ｔ４１０を決定する。Ｄｅｌｔａ  Ｔは、限定を意味しないが、フィルタ遅延、ＣＴ遅延、及び送信機遅延など、上述された様々な訂正因子を考慮に入れる場合と考慮に入れない場合とがあり得る。Ｄｅｌｔａ  Ｔ４１０は、マスタ・クロック１１０によって提供されたクロックの精度をもって、決定されることに留意されたい。メッセージ・データ・フィールド４０３の送信の終了の前に、ＭＣ１０７は、送信されているデータ・バッファに、Ｄｅｌｔａ  Ｔの値４１０を挿入する。いったんメッセージ・データ・フィールド４０３が送信されると、メッセージの送信は、Ｄｅｌｔａ  Ｔの値４０４を含むデータ・フィールド４０４の送信を継続する。
【００５１】
ある実施例では、ＭＣがＤｅｌｔａ  Ｔを決定してそれを送信中のメッセージに挿入するために充分な時間が許容されるように、Ｄｅｌｔａ  Ｔの値の前に、追加的な補助ビットが、メッセージ・データ４０３に追加されることがあり得る。メッセージ４００の送信は、メッセージ・ペイロード４０６又はＣＲＣ４０５において受信機によってエラーを検出するのに用いられるＣＲＣフィールド４０５を送信することによって、完了される。
【００５２】
送信されたメッセージ４００は、ＳＰＰＳ１００から無線通信の距離にある中央コントローラ５００（たとえば、ブリッジ）によって、受信され得る。ある実施例によると、通信距離は、数メートルから数十メートルの間で変動し得る。そのような実施例では、無線リンクＴＳＢＤ４３２によって生じる伝播遅延は、典型的には、０．２μｓｅｃ未満であるが、これは、力率の計算に要求される位相遅延の精度との関係で、些細であると判断され得る。いくつかの場合には、伝播遅延も、本明細書で上述された及び後述される場合への追加的な訂正因子として説明されることがあり得る、ということが留意されるべきである。
【００５３】
中央コントローラ５００（たとえば、ブリッジ）がメッセージ４００を受信するときには、このコントローラ５００は、ＳＹＮＣフィールド４０２の受信に、図４ではＴ３４３１と示されているタイムスタンプを付すように、構成される。中央コントローラ５００によるＳＹＮＣフィールド４０２の受信に続いて、メッセージ・データ４０３とＤｅｌｔａ  Ｔ４０４とのフィールドが受信される。メッセージがエラーを伴わずに受信された（これは、ＣＲＣ４０５を用いてチェックされる）と仮定すると、中央コントローラ５００は、Ｔｒ４３３において、受信されたメッセージからリトリーブされたＴ３タイムスタンプとＤｅｌｔａ  Ｔ４０４の値とを有する。ある実施例によると、中央コントローラ５００は、ここで、中央コントローラ５００の時間ベースに従い、ＳＰＰＳ１００における一次電流信号１０２のゼロ交差のタイムスタンプを決定することができる。この計算は、次の通りである。
ＴＰｚｃ＝Ｔ３＋Ｔｃｙｃｌｅ−ＴＣＴＤ−ＴＦＤ−（Ｄｅｌｔａ  Ｔ）−ＴＴＤ−ＴＲＤ−ＴＳＢＤ
ここで、ＴＰｚｃは、ＳＰＰＳ１００における一次入力信号１０２のゼロ交差のタイムスタンプである。このタイムスタンプは、中央コントローラ５００（たとえば、ブリッジ）時間ベース（タイマ）によるものであり、Ｔ３は、中央コントローラ５００における受信されたＳＹＮＣフィールド４０２のタイムスタンプであり、Ｔｃｙｃｌｅは、入力信号のサイクル時間（たとえば、５０Ｈｚの信号の場合には２０ｍｓｅｃ）であり、ＴＣＴＤは、変流器の時間遅延であり、ＴＦＤは、（用いられる場合の）ＳＰＰＳフィルタの時間遅延であり、Ｄｅｌｔａ  Ｔは、ＳＰＰＳ１００によって決定されるＴ２−Ｔ１の値であり、ＴＴＤは、ＳＰＰＳ送信機の時間遅延であり、ＴＲＤは、中央コントローラの受信機（ＴＴＤに類似）の時間遅延であり、ＴＳＢＤは、無線メッセージの伝播時間である。些細なものであり得るＴＳＢＤ４３２を無視することで、中央コントローラ５００（たとえば、ブリッジ）は、それ自体の時間ベースにおいて、ＳＰＰＳ１００における一次電流信号のゼロ交差の正確なタイムスタンプを計算することができる。
【００５４】
技術的に適切な場合であれば常に、ＳＰＰＳ２００又はＳＰＰＳ３００が、本明細書で説明されているＳＰＰＳ１００を置き換えることが可能であり、ＳＰＰＳ１００の使用は、説明の便宜のためであり、本開示の範囲を制限することは意図されていない、ということが留意されるべきである。
【００５５】
ＳＰＰＳ１００と中央コントローラ５００（たとえば、ブリッジ）とは、やはり同期のとれていない異なるクロックを有するため、両方のユニットにおける時間測定は同一にはならないということが予測される。たとえば、ある実施例では、ＳＰＰＳ１００と中央コントローラ５００との間での２００ｐｐｍのクロック・ドリフトが、想定され得る。さらに、実例として、Ｄｅｌｔａ  Ｔの値が１５ｍｓｅｃである場合には、典型的な２００ｐｐｍのドリフトは、中央コントローラ５００によるＴ１の推定において、３μｓｅｃの誤差を生成する。換言すると、中央コントローラ５００が時間Ｔｓｚｃにおいてパルスを生成した場合には、それは、Ｔ１においてＳＰＰＳによって生成されたパルスに対して、３〜４μｓｅｃまでのオフセットを有し得る。クロックのドリフトによって生じたこの誤差は、５０Ｈｚの信号の場合には、ゼロ交差推定において０．０５°の誤差を生成する。この誤差は、受け入れ可能であるため、クロックのドリフトは無視できるものであり、典型的な実施例では考慮する必要がない、と判断され得る。しかし、以下の方法のうちの１つ又は複数を用いることによって、この誤差を縮小することが可能である。すなわち、ＳＰＰＳ１００と中央コントローラ５００とにおいてより正確な発振器１１０を選択することによって、クロック・ドリフトを縮小する、製造時にＳＰＰＳの発振器１１０を測定及び較正し、この情報を中央コントローラ５００に転送する、ＲＦ搬送波における差異（典型的には、同じ発振器から生成される）を推定することによって、中央コントローラ５００により、クロック・ドリフトを測定する、などである。
【００５６】
したがって、本開示は、ＳＰＰＳ１００における信号のゼロ交差への、中央コントローラ５００（たとえば、ブリッジ）による高精度のタイムスタンプ付与を可能にする。この精度は、ＳＰＰＳと中央コントローラ５００との間の複雑な同期機構を必要とせず、また、中央コントローラ５００（たとえば、ブリッジ）が、上述されたように、ゼロ交差情報を周期的に送信する数百個のＳＰＰＳ１００ユニットを処理しなければならないような場合を考慮することなく、達成される。中央コントローラ５００における電流入力信号のゼロ交差時間は、電圧信号のゼロ交差との時間差を決定し、次にｃｏｓ（φ）と決定するのに必要である。
【００５７】
図５は、第４の実施例による例示的な中央コントローラ５００のブロック図である。中央コントローラ５００は、マイクロコントローラ５０２に結合されたアナログ部を含む。このアナログ部は、電力線５１５からの電圧信号を、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）５０６によってサンプリングされるのに適切な信号に適合させる信号調整器５０５を含む。信号調整器５０５は、また、電圧線における外乱（disturbances）からブリッジを保護する保護回路（図示せず）を含み得る。ある実施例によると、一次電圧信号５１５は、信号調整器５０５によって、調整された信号５１６に、適合される。ＡＤＣ５０６は、クロック又はタイマ５０３によって提供されることが可能なサンプリング・クロック５１３を用いて、この調整された信号５１６をサンプリングすることができる。たとえば、このサンプリング・クロック５１３は、５０Ｈｚの信号をサンプリングするときには、３，２００Ｈｚになり得る。ある実施例では、クロック又はタイマ５０３は、発振器５０７によって提供されるクロック５１１から駆動される。サンプル５１７は、さらなる処理のために中央コントローラ５００のＭＣ５０２に又はそれに付属されているメモリ（図示せず）に記憶されることが可能である。ある実施例では、ＭＣ５０２は、調整された信号５１６のアナログ・デジタル変換器５０６によるサンプリングのためにクロック５１３をトリガして提供するクロック又はタイマ５０３を、周期的にプログラムして付勢するように、構成される。
【００５８】
サンプルの個数は、信号５１６のフル・サイクル（たとえば、３，２００Ｈｚのサンプリング・クロックを用いて５０Ｈｚの信号をサンプリングするときは、６４個のサンプル）を含み得る。いったんサンプル５１７がＭＣ５０２又は付属のメモリ（図示せず）に記憶されると、ＭＣ５０２は、調整された電圧信号５１６のゼロ交差を正確に決定するために、サンプルを処理することができる。サンプリングの開始はクロック又はタイマ機能５１３によってトリガされるのであって、ＭＣ５０２からのソフトウェア・コマンドによることはないので、すべてのサンプルのタイムスタンプは、正確に記憶されることが可能である。
【００５９】
ある実施例によると、ＭＣ５０２は、サンプリングされた信号５１６のゼロ交差点（Ｔ４）の時間を推定し得る。これは、０°又は１８０°のゼロ交差であり得る。本明細書に開示されている他の実施例は、信号のピーク（正又は負）を推定することを含み得る。しかし、ピークの周囲では正弦信号の導関数が小さいため、そのような推定は、精度が劣る場合があり得る。ある実施例では、ゼロ交差点（Ｔ４）の推定は、線形の内挿若しくは外挿によってなされ得るか、又は、非線形回帰若しくは類似の方法など、より高度で正確な方法を含み得る。電流サンプルのためのゼロ交差推定に関して上述されたのと同じ方法を、この場合にも、同様に、適用することができる。特定の実施例では、±０．５°の精度でゼロ交差点を推定すれば、力率の推定のために十分であり得るが、他方で、他の実施例では、異なるレベルの精度が要求される場合もあり得る。クロック又はタイマ５０３の動作に割り込むことなく（すなわち、タイムスタンプの付されたサンプル及び推定されたゼロ交差時間Ｔ４との同期を失うことを回避するため）、ブリッジ５００は、ＳＰＰＳユニットからの無線メッセージ５１０の受信を開始し得る。その目的のために、ＲＦトランシーバ５０１が、ＳＰＰＳユニットとの一方向又は双方向の通信を提供するように、ＭＣ５０２とアンテナ５０８とに接続されている。
【００６０】
ある実施例では、ＲＦトランシーバ５０１は、受信のみ、すなわち、上りの通信のみをサポートする。さらに、本開示で説明されているこの方法は、上りの通信のみを用いて、正確な力率の測定を可能にするように設計されている、ということが指摘されなければならない。この利点により、自己給電型のデバイスを用いてエネルギを節約するために、ＳＰＰＳを受信モードで付勢することが回避される。しかし、ＲＦトランシーバ５０１は、これらに限定されることはないが、ＳＰＰＳを用いてのクロックの同期、ＡＣＫ、ファームウェアのダウンロード、コンフィギュレーションのダウンロードなどの特徴をサポートするための送信機部分を含み得る。典型的には、これは、たとえば、限定を意味しないが、２．４ＧＨｚ又はサブＧＨｚの周波数で動作する、免許を受けていない産業・科学・医療用（ＩＳＭ）帯域のトランシーバであり得る。
【００６１】
ある実施例では、何らかの形式のスペクトル拡散変調技術が、用いられ得るのであって、たとえば、限定を意味しないが、同じ環境で機能している他のシステムとのよりよい共存を可能にするように、直接拡散方式（ＤＳＳＳ）のスペクトル拡散変調技術が用いられ得る。通信速度は、同じ電気的クローゼットにおいて、２００個のＳＰＰＳの共存を可能にするのに充分な程度に、高くあるべきである。ＲＦトランシーバ５０１の電力消費は、１つのＳＰＰＳによって用いられ得る環境発電限度に拘泥するのに充分な程度に低くあるべきである。しかし、ＲＦトランシーバ５０１の別の要件は、たとえば３〜４メートルの金属製リーチ環境のような電気的クローゼットにおいて動作するのに充分な通信範囲をサポートする、ということである。別の実施例では、この範囲は、室内環境において数十メートルに至ることがあり得る。これにより、たとえば、工場の生産ラインにおける複数のマシンや、そのエリアにおける最小限の個数のブリッジ装置の上など、個別的なデバイスの上にＳＰＰＳを配置することが可能になる。ＲＦトランシーバ５０１は、好ましくは、たとえばＩＥＥＥ８０２．１５．４、及び／又は、たとえば、限定を意味しないが、ジグビーなどの通信プロトコルをサポートする標準的な物理レイヤ（ＰＨＹ）を用いる。そのような標準を用いることで、たとえば、限定を意味しないが、スマート・メータなどの無線ハードウェアを既に含む既存のシステムとの容易な統合が可能になる。
【００６２】
ある実施例によると、中央コントローラ５００が、ＳＰＰＳ１００によって送信された入来メッセージを受信し始めると、受信機におけるロジックが、ＳＹＮＣフィールド４０２の受信を検出して、クロック又はタイマ５０３によってタイムスタンプが付され得るパルス５１２を生成する。このタイムスタンプは、Ｔ３で示される。よって、Ｔ３及びＴ４のタイムスタンプと、ＳＰＰＳ１００によって送信されたメッセージにおいて受信された情報とを有することにより、中央コントローラ５００は、電流信号と電圧信号との間の時間遅延を、次のように、決定することができる。
ＴＶＩＤ＝ＴＶＺＣ−ＴＰｚｃ＝ＴＶＺＣ−Ｔ３＋Ｔｃｙｃｌｅ−ＴＣＴＤ−ＴＦＤ−（Ｄｅｌｔａ  Ｔ）−ＴＴＤ−ＴＲＤ−ＴＳＢＤ
ここで、ＴＶＩＤは、入力電圧信号のゼロ交差タイムスタンプと一次入力電流信号１０２のゼロ交差との間の時間差である。このタイムスタンプは、中央コントローラ５００の時間ベース（タイマ）によるものであり、ＴＶＺＣは、中央コントローラ５００における入力電圧信号５１５のゼロ交差タイムスタンプであり、ＴＰｚｃは、ＳＰＰＳ１００における一次入力信号１０２のゼロ交差タイムスタンプである。このタイムスタンプは、中央コントローラ５００の時間ベース（タイマ）によるものであり、Ｔ３は、中央コントローラ５００における、受信されたＳＹＮＣフィールド４０２のタイムスタンプであり、Ｔｃｙｃｌｅは、入力信号のサイクル時間（たとえば、５０Ｈｚの信号の場合には、２０ｍｓｅｃ）であり、ＴＣＴＤは、変流器の時間遅延であり、ＴＦＤは、ＳＰＰＳフィルタ（用いられている場合には）の時間遅延であり、Ｄｅｌｔａ  Ｔは、ＳＰＰＳ１００によって計算されたＴ２−Ｔ１の値であり、ＴＴＤは、ＳＰＰＳ送信機の時間遅延であり、ＴＲＤは、ブリッジ受信機の時間遅延であり、ＴＳＢＤは、無線メッセージの伝播時間である。入力電圧ＴＶＺＣのタイムスタンプは、中央コントローラ（たとえば、ブリッジ）５００によって、入力電流ＴＰｚｃの決定されたタイムスタンプの後又は前に実行され得るので、計算された値ＴＶＩＤは、以下のような調整を必要とする場合があり得る（この遅延は、＋／−０．２５＊Ｔｃｙｃｌｅより大きくなり得ない）。すなわち、ＴＶＩＤ＜０の場合には、４分の１サイクルの整数個（すなわち、Ｎ＊０．２５＊Ｔｃｙｃｌｅ）を、その数値が正であり、＜０．２５＊Ｔｃｙｃｌｅとなるまで、加算し、ＴＶＩＤ＞０．２５＊Ｔｃｙｃｌｅの場合には、４分の１サイクルの整数個（すなわち、Ｎ＊０．２５＊Ｔｃｙｃｌｅ）を、その数値が正であり、＜０．２５＊Ｔｃｙｃｌｅとなるまで、減算し、０≦ＴＶＩＤ≦０．２５＊Ｔｃｙｃｌｅの場合には、ＴＶＩＤを調整する必要はない。
【００６３】
ある実施例では、入力電圧信号のサイクル時間（すなわち、電力線周波数）は、タイムスタンプの付されたサンプル５１７に基づいて、推定され得る。電力線周波数は、短い間隔で変化することが予測されないので、この推定は、１分又はそれより長い間隔で実行され得る。別の実施例では、電力線周波数が電力提供者によって比較的一定に維持される（たとえば、５０Ｈｚのグリッドでは、周波数は、０．２５Ｈｚすなわち０．５％より大きく変化することはあり得ない）ため、Ｔｃｙｃｌｅの一定値は、それを周期的に測定することなく、用い、中央コントローラ５００に記憶することが可能である。別の実施例では、中央コントローラ５００は、イーサネット（登録商標）リンク５１８を通じてサーバから周期的に更新されることができ、これにより、ある場所における電力線周波数を正確に測定し、その場所にあるすべての中央コントローラ５００を更新することが可能になる。電圧−電流遅延が決定された後、入力電圧と入力電流との間の位相差φは、以下のように計算される。
φ［度］＝３６０＊（ＴＶＩＤ／Ｔｃｙｃｌｅ）
φ［ラジアン］＝２π＊（ＴＶＩＤ／Ｔｃｙｃｌｅ）
【００６４】
ある実施例では、中央コントローラ５００は、また、ＭＣにおけるデジタル・フィルタとして又は外部フィルタ（図示せず）として実現されており電圧の基本周波数のみを含む別の信号（図示せず）を生成するローパス・フィルタを含み得る。この信号は、また、Ａ／Ｄ５０６によって測定され、比Ｖｆ［ＲＭＳ］／Ｖｓ［ＲＭＳ］が計算され得る。しかし、いくつかの場合には、この段階は、入力電圧歪みが相対的に無視可能であるとは、必ずしも想定していない。本開示によると、次に、力率が、計算されたｃｏｓφと、それ以外のパラメータであるＶｓ［ＲＭＳ］、Ｉｓ［ＲＭＳ］、Ｖｆ［ＲＭＳ］、及びＩｆ［ＲＭＳ］とを用いて、中央コントローラ５００において、計算されることが可能である。そして、力率は、負荷の電力消費を決定するのに、用いられることが可能である。中央コントローラ５００は、複数のＳＰＰＳユニットに対するｃｏｓφの計算を、同時に処理することができる。ある実施例によると、計算された位相差φ又は結果的に得られるｃｏｓφ又は力率は、中央コントローラ（たとえば、ブリッジ）５００によって、管理サーバ（図示せず）に送られ得る。この情報は、（これらに限定されることはないが）Ｖｓ［ＲＭＳ］、Ｉｓ［ＲＭＳ］、Ｖｆ［ＲＭＳ］、及びＩｆ［ＲＭＳ］など、ＳＰＰＳ１００と中央コントローラ（たとえば、ブリッジ）５００との両方からの他のパラメータと共に、ＭＣ５０２に結合されたイーサネット（登録商標）・アダプタ５０４を用いて、管理サーバ５１９に送られることが可能である。
【００６５】
限定を意味しないが、ＩＥＥＥ８０２．１１／ａ／ｂ／ｇ／ｎ／ａｃ／ａｄネットワーク、ＩＥＥＥ８０２．１５．４、セルラ３Ｇ／４Ｇ／５Ｇネットワーク、ＵＳＢ及びそれらと類似のものを含む多くの他の通信手段が、この情報をサーバに転送するために、ブリッジによって用いられ得る。
【００６６】
次に、第５の実施例による例示的な中央コントローラ６００が示されている図６を、参照する。中央コントローラ６００は、ブリッジとして具体化され得るのであるが、図５に記載のものと類似の機能を含んでいるが、入力電圧５１５のゼロ交差が検出される態様が異なる。ある実施例によると、通信ブリッジＭＣ５０２は、一次電圧信号５１５のゼロ交差を検出するための回路を含むエネルギ計測デバイス６０１に結合されている。この実施例では、エネルギ計測デバイス６０１は、ゼロ交差の時間と直接に関係するデジタル信号６０２を生成するように構成されている。選択された測定デバイスに応じて、生成されるパルス６０２は、ゼロ交差時間に対し、固定された遅延（ＴＭＤ）を有し得る。この遅延ＴＭＤは、電力線電圧と電力線電流との間の全体的な時間差を決定するときに、中央コントローラ（たとえば、ブリッジ）６００によって、考慮される。上記のエネルギ測定デバイスも、力率の計算のために用いられることが可能なＶf［ＲＭＳ］及びＶs［ＲＭＳ］を測定することができる。
【００６７】
図７は、ある実施例による、同期情報を提供するための方法の例示的なフローチャート７００を示している。この方法は、ＳＰＰＳ１００が初期化された後に、開始する。初期化の一部として、クロック又はタイマ１１３は、周期的な間隔（たとえば、毎秒）でウェイクアップ・トリガをＭＣ１０７に送るように、プログラムされる。
【００６８】
Ｓ７０２では、入力電流信号をサンプリングする時間かどうかが決定される。そうである場合には、入力電流信号が、Ｓ７０５で、（たとえば、クロック又はタイマ１１３とＡＤＣ１０５とを介して）サンプリングされる。そうでない場合には、方法が、再度始動する。
【００６９】
Ｎ個のサンプル（たとえば、５０Ｈｚの信号の場合には３２個のサンプル）がたとえばＭＣ１０７のメモリに記憶された後で、入力信号のサイクル（Ｔｓ）の開始時間が推定される。これは、サンプリング・プロセスが開始した時間が記録されているから、可能である。サイクルの開始の推定を有すると、新たなサンプリング・プロセスが始動される（たとえば、クロック又はタイマ１１３を介しての５０Ｈｚの信号の場合には、３２個のサンプル）が、このサンプリング・プロセスの開始がクロック又はタイマ１１３自体によって（すなわち、ＭＣのコマンドによることなく）トリガされる差を伴う。このハードウェアによるトリガの結果として、クロック又はタイマの精度によってのみ制限を受ける、新たなサンプルの正確なタイムスタンプを有することになる。サンプリング・プロセスが完了し、たとえばメモリにサンプルが記憶された後で、入力信号１０４のゼロ交差時間Ｔ１が、たとえばＭＣ１０７によって推定される。
【００７０】
ある実施例では、ゼロ交差点（Ｔ１）の推定は、線形の内挿若しくは外挿によってなされ得るのであるが、又は、非線形回帰若しくは類似の方法など、より高度で正確な方法を含み得る。たとえば、線形近似の場合には、ゼロ交差の近傍にある信号の部分を表す一次方程式Ｓ＝ａ＊Ｔ＋ｂの定数ａ及びｂを見つけるために、サンプルＳａ及びＳｂと時間Ｔａ及びＴｂによってそれぞれ表されるゼロ交差の前の最後の２つのサンプルに、線形回帰が適用されることが可能である。Ｓ＝０とすると、ゼロ交差点であるＴ１が得られる。別の実施例では、Ｔ１が、単純に、サンプルの値が正と負の間で若しくはその逆に符号を変化させる第１のサンプルの時間として、又は、アナログ信号が符号を変化させる２つのサンプルの時間の平均として、解釈されることが可能であるが、サンプリング速度が十分に高くない場合には、後者の２つは精度が劣ることがあり得る。
【００７１】
特定の実施例では、±０．５°の精度でゼロ交差点を推定すれば、力率の推定のために十分であり得るが、他方で、他の実施例では、異なるレベルの精度が要求される場合もあり得る。ゼロ交差の推定は、数サイクルの信号の連続的なサンプリングを用いて、信号の開始時間の先行する推定又はＭＣがスタンバイ・モードに入ることを許容することなく、行われ得る。フローチャート７００に示されているある実施例によると、入力信号１０２のＲＭＳ値とフィルタリングされた信号のＲＭＳ値と（すなわち、基本成分）が、計算される。それらの値は、信号サンプルとフィルタリングされたサンプルとのそれぞれを用いて、決定され得る。これは、次の近似に従って力率をより正確に計算するために、必要とされる。
【数２】
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ここで、Ｉｓ［ＲＭＳ］は、入力（フィルタリングされていない）信号のＲＭＳ値であり、Ｉｆ［ＲＭＳ］は、入力信号の基本成分のＲＭＳ値であり、Ｖｓ［ＲＭＳ］は、電圧のＲＭＳ値であり、Ｖｆ［ＲＭＳ］は、電圧の基本成分のＲＭＳ値であり、ｃｏｓ（φ）は、変位力率、すなわち、基本信号の力率であり、ＤＦＶは、たとえば中央コントローラによって決定され得る電圧歪み率であり、ＤＦＩは、たとえばＳＰＰＳによって計算され得る電流歪み率であり、ＰＦは、真の力率である。
【００７２】
送信が生じると判断すると、メッセージが送信される用意がなされる。メッセージは、典型的には、様々なタイプの情報を含み得るデータの単一のパケットであり、中央コントローラ５００が、受信された現在のデータを、ＳＰＰＳ１００との関係で中央コントローラによって処理された従前のデータと積極的に関連付けることを可能にするＳＰＰＳの一意的な識別子（ＵＩＤ）を含む（たとえば、図４のメッセージ４００）。Ｓ７１２では、クロック又はタイマ１１３の動作に割り込むことなく（タイムスタンプの付されたサンプル及び推定されたゼロ交差時間Ｔ１との同期を失うことを回避するため）、無線メッセージが、たとえば中央コントローラ５００に送信される。送信されたメッセージは、情報の異なるフィールドを含み得る。
【００７３】
メッセージ・フィールドの１つは、典型的にはメッセージ・プリアンブル４０１の後に送信されるＳＹＮＣフィールド４０２であり得る、ということが留意されるべきである。いったんメッセージ４００の送信が開始すると、ＭＣは、Ｓ７１３で、ＳＹＮＣフィールドが送信されるまで、待機する。これが起こると、ＳＹＮＣフィールドの送信の終了時間が、Ｓ７１６で、たとえばクロック又はタイマ１１３によって、サンプリングされる。ＳＹＮＣフィールド４０２は、メッセージ送信時間（Ｔ２）のクロック又はタイマ１１３による正確なタイムスタンプ付与を可能にする。メッセージ４００のパケットは、限定を意味しないが、様々なＳＰＰＳ状態情報、ハードウェアのバージョン、ソフトウェアのバージョン、過負荷などの警告、平均電流、ＳＰＰＳ温度、タイムスタンプが付されたサンプル、入力信号特性、たとえば負荷がターンオフされたことが識別された際の電源オフの指示、及びそれ以外のシステム・パラメータを含み得る。メッセージ１０８が送信される間は、ＳＹＮＣフィールドの送信Ｔ２とサンプリングされた信号１０６の推定されたゼロ交差Ｔ１との間の時間差が決定される。この時間は、次の通り、Ｄｅｌｔａ  Ｔとして表される。
Ｄｅｌｔａ  Ｔ＝Ｔ２−Ｔ１
【００７４】
当業者には明らかであり得るように、Ｄｅｌｔａ  Ｔの計算は、Ｔ１とＴ２との間のタイマ１１３のラップアラウンドの処理を含み得る。ある実施例では、ＭＣがＤｅｌｔａ  Ｔを決定しそれを送信中のメッセージに挿入するための充分な時間を許容するように、追加的な補助ビットが、Ｄｅｌｔａ  Ｔの値に先行して、メッセージ・データ４０３に追加され得る。ある実施例によると、フローチャート７００に示されているように、ＭＣ１０７は、Ｄｅｌｔａ  Ｔを推定し、この値とＩｓ及びＩｆの値とを、送信されつつあるメッセージ４００のパケットに挿入する。
【００７５】
Ｓ７１９では、メッセージ全体が送信されたかどうか、そして、これがいつ起こるかが決定され、Ｓ７２２では、信号のサンプリングを継続する必要があるかどうかがチェックされるのであるが、それが必要であると判断される場合には、フローは、新たな測定サイクルの開始を待機するためにＳ７０２に戻り、そうでない場合には、その実行を終了する。この実装によると、これは、先に説明されたように、クロック又はタイマ１１３の再プログラミングを招く場合があり得る。
【００７６】
次に、図８及び９を参照するが、図８は、様々な実施例に従い同期情報を提供する例示的なフローチャート８００及び９００を示す。明瞭にする目的のため、フローチャート８００及び９００は、本発明の方法を説明する目的にとって必要とされるフローの要素のみを記載しており、他方で、それ以外のフローの要素は省略されている。さらに、単に明瞭にする目的のために、これらのフローチャートは、フローチャート８００及びフローチャート９００という、２つの並列的なフローに分割されている。これらの２つのフローは、別々に説明されることになるが、これらのフローは、たとえば、それに限定されることはないが、複数のタスクを管理するオペレーティング・システムによって同時に実行される、ということが理解されるべきである。
【００７７】
Ｓ８０２では、たとえば信号５１５である入力電圧信号のサンプリングを開始する時間であるかどうかが、判断される。そうである場合には、Ｓ８０５において、入力電圧信号５１５が、たとえばクロック又はタイマ５０３とＡＤＣ５０６を介してサンプリングされ、そうでない場合には、実行は、Ｓ８０２で待機する。
【００７８】
Ｓ８０６では、サンプルが、たとえばメモリに記憶される。Ｎ個のサンプル（たとえば、５０Ｈｚの信号の場合には、６４個のサンプル）が、たとえばＭＣ５０２のメモリに記憶され、入力信号サイクル（Ｔ４）の開始時間が、Ｓ８０７において推定される。サンプリング・プロセスが開始した時間が記録されているために、これが可能である。このサンプリング・プロセスの開始は、クロック又はタイマ５０３自体によって（すなわち、ＭＣコマンドによってではなく）、トリガされる。このハードウェアのトリガによる成果は、クロック又はタイマの精度だけによる制限を受ける、新たなサンプルの正確なタイムスタンプを有するということである。
【００７９】
オプションであるＳ８０８では、入力電圧信号５１５のＲＭＳ値が、計算される。その後、Ｓ８０９では、継続すべきかどうかがチェックされ、そうである場合には、実行は、Ｓ８０２を用いて継続し、そうでない場合には、実行は、停止する。
【００８０】
図９００に示されている実施例によると、Ｓ９１０では、新たな無線メッセージ・プリアンブルの受信があるかどうかが、判断される。メッセージ・プリアンブルが検出されると、たとえば無線送信により、Ｓ９１３で、入来する無線メッセージが受信される。メッセージ・プリアンブルの受信の後では、ＳＹＮＣフィールドの受信があるかどうかが判断される。受信がある場合には、Ｓ９１７において、ＳＹＮＣフィールド受信の終了に、タイムスタンプが付される。このタイムスタンプは、Ｔ３として、示され得る。Ｓ９１８では、メッセージが完全に受信されたかどうかが判断される。次に、Ｓ９２１では、メッセージが、たとえば巡回冗長符号（ＣＲＣ）のエラーのような、訂正不可能なエラーを含まずに、成功裏のうちに受信されたかどうかが、チェックされる。受信されたメッセージが訂正不可能なエラーを含む場合、その受信されたメッセージは、Ｓ９２３で廃棄され、プロセスは、Ｓ９２８を用いて継続する。
【００８１】
受信されたメッセージがエラーを有していない場合には、入力電流のＩｓ及びＩｆの値は、デルタＴの値と共に、Ｓ９２５において、デコードされる。ここで、Ｔ３及びＴ４のタイムスタンプと、ＳＰＰＳ１００によって送信されたメッセージ４００において受信された情報とを有することにより、ＭＣ５０２は、電流信号と電圧信号との間の時間遅延を、次のように、決定することが可能である。
ＴＶＩＤ＝ＴＶＺＣ−ＴＰｚｃ＝ＴＶＺＣ−Ｔ３＋Ｔｃｙｃｌｅ−ＴＣＴＤ−ＴＦＤ−（Ｄｅｌｔａ  Ｔ）−ＴＴＤ−ＴＲＤ−ＴＳＢＤ
ここで、ＴＶＩＤは、入力電圧信号と一次入力電流信号１０２とのゼロ交差タイムスタンプの間の時間差である。このタイムスタンプは、中央コントローラ５００の時間ベース（タイマ）によるものであり、ＴＶＺＣは、中央コントローラ５００における入力電圧信号５１５のゼロ交差タイムスタンプであり、ＴＰｚｃは、ＳＰＰＳ１００における一次入力信号１０２のゼロ交差タイムスタンプである。このタイムスタンプは、中央コントローラ５００の時間ベース（タイマ）によるものであり、Ｔ３は、中央コントローラ５００における、受信されたＳＹＮＣフィールド４０２のタイムスタンプであり、Ｔｃｙｃｌｅは、入力信号のサイクル時間（たとえば、５０Ｈｚの信号の場合には、２０ｍｓｅｃ）であり、ＴＣＴＤは、電流変換器の時間遅延であり、ＴＦＤは、ＳＰＰＳフィルタ（用いられている場合には）の時間遅延であり、Ｄｅｌｔａ  Ｔは、ＳＰＰＳ１００によって計算されたＴ２−Ｔ１の値であり、ＴＴＤは、ＳＰＰＳ送信機の時間遅延であり、ＴＲＤは、ブリッジ受信機の時間遅延であり、ＴＳＢＤは、無線メッセージの伝播時間である。
【００８２】
入力電圧ＴＶＺＣのタイムスタンプは入力電流ＴＰｚｃの決定されたタイムスタンプの後又は前に実行され得るので、計算された値ＴＶＩＤは、以下のような調整を必要とする場合があり得る（この遅延は、＋／−０．２５＊Ｔｃｙｃｌｅより大きくなり得ない）ということが留意されるべきである。すなわち、ＴＶＩＤ＜０の場合には、４分の１サイクルの整数個（すなわち、Ｎ＊０．２５＊Ｔｃｙｃｌｅ）を、その数値が正であり、＜０．２５＊Ｔｃｙｃｌｅとなるまで、加算し、ＴＶＩＤ＞０．２５＊Ｔｃｙｃｌｅの場合には、４分の１サイクルの整数個（すなわち、Ｎ＊０．２５＊Ｔｃｙｃｌｅ）を、その数値が正であり、＜０．２５＊Ｔｃｙｃｌｅとなるまで、減算し、０≦ＴＶＩＤ≦０．２５＊Ｔｃｙｃｌｅの場合には、ＴＶＩＤを調整する必要はない。
【００８３】
Ｓ９２７では、ＴＶＩＤの値、入力電流信号のＩｓ及びＩｆ、並びに入力電圧信号のＶｓが、サーバに報告される。これらの値により、サーバは、力率ｃｏｓ（φ）を計算することが可能になる。いったんS９２７におけるサーバへの報告が完了すると、実行を継続すべきかどうかがＳ９２８でチェックされ、継続すべき場合には、実行はＳ９１０を用いて継続し、新たなＳＰＰＳメッセージの受信を待機するが、継続すべきではない場合には、実行は、終了する。
【００８４】
図１０は、ある実施例による、中央コントローラ１０３０に無線接続された複数の自己発電型パワー・センサ（ＳＰＰＳ）１０２０を含むシステム１０００の例示的な図である。Ｎを正の整数として、ＳＰＰＳ１０２０−１から１０２０−Ｎは、たとえば、図１から３に示されているＳＰＰＳのいずれかであり得るし、又は、この明細書での開示の教示内容を実行するように構成できるそれ以外のＳＰＰＳであり得る。
【００８５】
電力線１０１０は、配電線１０１０−１から１０１０−Ｎのそれぞれを通じて、複数のＳＰＰＳ１０２０−１から１０２０−Ｎに電流を分配する。配電線１０１０−１から１０１０−Ｎのそれぞれの一部は、それらのＳＰＰＳ１０２０−１から１０２０−Ｎそれぞれのコアを通過するのであるが、それぞれの一次巻線として機能する。その後、電力線は、Ｌ１からＬＮの記号が付されるそれぞれの負荷（図示せず）に、電流を提供する。ＳＰＰＳ１０２０は、電気的パラメータとタイミング情報との両方に関する情報を有するパケットの転送のために、中央コントローラ１０３０に無線で接続されるのであるが、中央コントローラ１０３０の動作については、本明細書の他の箇所で詳細に論じられている。中央コントローラ１０３０は、さらに、本明細書の他の箇所でより詳細に論じられているように、電圧信号をサンプリングするという目的のために、電力線１０１０に接続されている。ある実施例では、中央コントローラは、さらに、ネットワークに接続されることもあり得るが、このネットワークには、これらに限定されるわけではなく、有線も無線もあり得るが、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ：local area network）、ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ：wide area network）、メトロ・エリア・ネットワーク（ＭＡＮ：metro area network）、インターネット、ワールドワイド・ウェブ（ＷＷＷ：worldwide web）などが含まれる。
【００８６】
中央コントローラ１０３０は、処理装置（図示せず）と、その処理装置に接続されたメモリ（図示せず）とを含み得る。メモリは、処理ユニットによって実行されると本明細書の他の箇所に記載されているタスクを実行する複数の命令を、その中に記憶し得る。中央コントローラは、１つ又は複数のＳＰＰＳ１０２０との無線通信のための１つ又は複数のアンテナを、さらに含む。ある実施例では、受信機単独ではなくて、トランシーバが用いられ、これは、それに限定されないが、たとえば、ＳＰＰＳ１０２０において本明細書で論じられている計算の１つ又は複数を行って、中央コントローラ１０３０が、いずれかのＳＰＰＳ１０２０と通信することを可能にするためである。
【００８７】
本明細書に開示されている様々な実施例は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらのいずれかの組合せとして、実現されることが可能である。なお、ソフトウェアは、好ましくは、アプリケーション・プログラムとして実現されるのであるが、ここで、アプリケーション・プログラムは、複数の部分から構成される若しくは特定の複数のデバイス及び／若しくは複数のデバイスの組合せから構成される、プログラム記憶ユニット又はコンピュータ可読媒体において、有体物として具体化される（tangibly embodied）。アプリケーション・プログラムは、いずれかの適切なアーキテクチャを含むマシンにアップロードされ、そのマシンによって実行され得る。好ましくは、そのようなマシンは、１つ又は複数の中央処理装置（「ＣＰＵ：central processing unit」）、メモリ、及び入力／出力インタフェースなどのハードウェアを有するコンピュータ・プラットフォームにおいて、実現される。コンピュータ・プラットフォームは、また、オペレーティング・システムと、マイクロ命令コードとを含むことがあり得る。本明細書で説明されている様々なプロセス及び機能は、マイクロ命令コードの一部、アプリケーション・プログラムの一部、又はそれらのいずれかの組合せであり得るが、これらは、そのようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているか否かにかかわらず、ＣＰＵによって実行され得る。さらに、様々な他の周辺装置が、追加的なデータ記憶装置や印刷装置などのように、コンピュータ・プラットフォームに接続され得る。また、非一時的なコンピュータ可読媒体とは、一時的な伝搬信号を除く、いずれかのコンピュータ可読媒体である。
【００８８】
本明細書で複数の項目のリストとその後で「のうちの少なくとも１つ」という表現とが用いられると、リストを構成する項目のうちのいずれかが個別的に用いられることが可能であること、又は、リストを構成する項目のうちの２つ又はそれより多くのいずれかの組合せが用いられることが可能であること、を意味する。たとえば、あるシステムが、「Ａ、Ｂ及びＣのうちの少なくとも１つ」を含むものと記載されている場合には、そのシステムは、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、Ａ及びＢの組合せ、Ｂ及びＣの組合せ、Ａ及びＣの組合せ、又はＡ、Ｂ及びＣの組合せを含むことが可能である。
【００８９】
本明細書で述べられている実例と条件付きの記載とは、すべてが、開示されている実施例の原理と技術の進歩のために発明者によって貢献がなされた概念とを理解する際に読者の助けとなる、という教育目的のためのものと意図されており、そのように具体的に記載された実例と条件とに限定されないと解釈されるべきである。また、本明細書に開示されている実施例の原理、態様、及び実施例並びにそれらの具体的な実例について述べている本明細書の記述は、すべて、それらの構造的均等物と機能的均等物との両方を包含する、ということが意図されている。さらに、そのような均等物は、現時点で知られている均等物と将来において開発されることになる均等物との両方を含む、すなわち、構造の如何にかかわらず同じ機能を実行するように開発されたどの要素も含む、ということが意図されている。
【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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【図１０】
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【国際調査報告】
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