JP2001506477A - ｎ相配電ネットワークにおいて電気負荷を均一に分配するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ｎ相配電ネットワークにおいて電気負荷を均一に分配するための装置および方法。各到来する相（φ１，φ２，およびφ３）および各分岐回路（１〜５）における電流は電流センサ(16,18,20,42,44,46,48および50)によって測定される。電流センサの出力はプロセッサ(12)によって監視される。各分岐回路には多極スイッチ(22,24,26,28および30)と従来の遮断器(32,34,36,38,40)が接続されている。各スイッチ(22,24,26,28および30)はその対応する分岐回路（１〜５）をいずれかの到来する相（φ１，φ２，およびφ３）に接続することができ、かつｎ相（φ１，φ２，およびφ３）の全てから分岐回路（１〜５）を切断することができる。プロセッサ(12)は各到来する相を流れる電流を周期的に監視し、分岐回路の負荷状態（１〜５）に基づいて、３つの到来する相（φ１，φ２，およびφ３）の全てにおいて分岐回路負荷（１〜５）が均一に分配され続けるようにスイッチ（22,24および26）を再プログラムする。

Description

【発明の詳細な説明】 ｎ相配電ネットワークにおいて電気負荷を 均一に分配するための装置および方法発明の分野および背景 本発明は３相配電ネットワークにおいて電気負荷を均一に分配するための装置 および方法に関する。 現在、多くの住宅および商業施設は、それらの引込口において、電気事業者も しくは電力会社によって供給される３相配電ネットワークにおける３相の全てを 受ける。典型的な３相配電環境において、各相は１つ以上の分岐回路に給電する 。どの分岐回路を３つの到来する相の各々に配線するかの決定は通常、設備の設 計もしくは構築時に行われ、設備がいったん完成すると変更は困難である。例え ば、住居用設備においては異なった分岐回路が台所、居間、寝室等に電気を供給 することがあるかも知れない。商業的な環境においては、異なった分岐回路が機 械類、オフィス等に給電するかも知れない。頻繁に生じる問題は、電気事業者か ら供給される３つの到来する相をいかにして全ての分岐回路に均一に分配するか ということである。しばしば、時間が経つにつれて設備の負荷トポロジは変化し 、その変化は急激なものとなることもある。例えば、工場の床の上における機械 類の移動、家庭における（冷蔵庫、電気ストーブ、電子オーブン等の）高ワット 量器具の追加もしくは移動によって、いくつかの分岐回路がより大きな負 荷を受け、他がより小さな負荷を受けるようになる。このように、３つの到来す る相の各々への負荷は分岐回路への負荷が変化することによっても変化する。最 初に均一に均衡化した３相ネットワークでも時間が経つにつれてバランスを崩す ことがある。 この問題に対する１つの解決法は、各分岐回路を物理的に配線し直すことによ って、３相の全てに均一な負荷を達成するように各分岐回路を到来する相に再割 り当てすることである。この解決法の短所は、しばしば起こり得る３相がバラン スを崩した時にいつも電気的クロゼットおよび配電パネルを再配線するというコ ストのかかる作業が必要になるかも知れないことである。もう１つの短所は、再 配線は一般に電力の中断を必要とし、これは事業者の顧客に問題を起こす可能性 があることである。加えて、この解決法は、３つの到来する相における負荷を均 衡させるために大ざっばな機構しか提供しない。これは頻繁に各相および分岐回 路における電力消費を追跡するものではない。３つの到来する相に主要な不均衡 を引き起こすに充分な大きさとなり得る、時々刻々と生じる電気負荷変化は検出 されないままになってしまう。発明の概要 本発明は、従来の解決法の欠点を克服し、３相配電ネットワークの３相の全て において電気負荷を均一に供給するための装置および方法を提供する。 本発明の教示によれば、３相配電ネットワークの第１、第２および第３相にそ れぞれ接続された、それぞれ第１、第２および第３相を流れる電流を測定するた めの第１、第２および第３の電流 センサと、複数の分岐回路の１つに各々接続された、各々第１、第２もしくは第 ３相のいずれか１つを複数の分岐回路の１つに接続するための複数のスイッチと 、各々複数の分岐回路の１つに接続された、複数の分岐回路の各々を流れる電流 を測定するための複数の電流センサと、第１、第２および第３の電流センサ、複 数のスイッチおよび複数の電流センサに接続された、第１、第２および第３相を 流れる電流が所定の閾値を超えないように複数のスイッチを制御するためのプロ セッサとからなる３相負荷分配システムが提供される。 さらに、本発明の教示によれば、３相配電ネットワークの第１、第２および第 ３相にそれぞれ接続された、それぞれ第１、第２および第３相を流れる電流を測 定するための第１、第２および第３の電流センサと、複数の分岐回路の１つに各 々接続された、各々第１、第２もしくは第３相のいずれか１つを複数の分岐回路 の１つに接続するための複数のスイッチと、各々複数の分岐回路の１つに接続さ れた、複数の分岐回路の各々を流れる電流を測定するための複数の電流センサと 、第１、第２および第３の電流センサ、複数のスイッチおよび複数の電流センサ に接続された、第１、第２および第３相の各対を流れる電流の間の差もしくは比 が所定の閾値を超えないように複数のスイッチを制御するためのプロセッサとか らなる３相負荷分配システムが提供される。図面の簡単な説明 ここで、本発明を例示としてのみ、以下の添付図面を参照して説明する。 図１は本発明の３相の実施例のブロック図、 図１Bは本発明の１相の実施例のブロック図、 図２は本発明の１実施例のブロック図、 図２Ｂは、図２の加算回路52、整流器54の単純な実施態様として、２つの機能 を１つのブロックに結合した３相整流器524を示すもの、 図２Ｃは「固定変換器」である直流／交流インバータの概略図、 図２Ｄは改良された「固定変換器」である直流／交流インバータの概略図、 図２Ｅは入力力率を増大するために誘電子を備えた、３相整流器と改良された 「固定変換器」である直流／交流インバータとを示すもの、 図２Ｆは入力力率をさらに増大させるために図２Ｅの誘電子の代わりに高力率 コントローラブーストスイッチングレギュレータを備えたもの、 図３は図１Ｂおよび２Ｆのシステムの特徴を組み合わせ、さらに通信能力を追 加した本発明の１実施例のブロック図、 図４は図２および２Ｂの実施態様に対する変更例、 図５Ａはプロセッサに接続されたデジタル電気メータを示すもの、 図５Ｂは電力測定機能ハードウェアを示すものである。好ましい実施例の説明 図面および付随する記載を参照することによって、本発明の原理および作用は よりよく理解されるかも知れない。 本発明を実現する装置10のブロック図を図１に示す。φ１，φ２，φ３によっ て表される３相電力は電力事業者によって供給さ れる。相φ１，φ２，φ３は電力遮断器14によって過電流から保護される。電力 遮断器14の出力は住宅もしくは商業施設への引込口に現れる。電流センサ16,18, 20はそれぞれ相φ１，φ２，φ３を流れる電流を測定する。電流センサ16,18,20 の出力はプロセッサ12によって監視される。プロセッサ12は、マイクロプロセッ サ、マイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ等、任意の適当な演算器と することができる。 電力遮断器14から出力される３相の各々は多極スイッチ22,24,26,28,30のアレ イに入力される。各スイッチは４つの入力端子を有している。３つの端子は３つ の到来する相に対して１つずつ設けられている。加えて、第４の端子が非接続端 子（いずれにも接続しない端子）として設けられている。スイッチ22,24,26,28, 30の出力はそれぞれ分岐遮断器32,34,36,38,40のアレイに入力される。プロセッ サ12から出力される制御信号CONT1,CONT2,CONT3,CONT4,CONT5がそれぞれスイッ チ22,24,26,28,30の位置を決定する。分岐遮断器32,34,36,38,40の出力は５つの 分岐回路に電力を供給する前に、それぞれ電流センサ42,44,46,48,50のアレイを 通過する。５つの分岐回路の各々はそれに結合された中性線Ｎを有している。電 流42,44,46,48,50で測定された電流はプロセッサ12で監視される。 装置10の作用は多極スイッチ22,24,26,28,30に集中する。装置10の使用時には 、包含されるべき各分岐回路はスイッチ、分岐遮断器および電流センサに接続さ れている。図１に示されるのは、５つの分岐回路を包含する負荷均衡システムで ある。しかしながら、本発明は、充分な部品を設けるだけで、任意の数の分岐回 路を包含するように容易に製造することができる。 周期的にプロセッサ12は電流センサ16,18,20の出力を取り込むが、これらセン サは供給された３相電力の各相を流れる電流を測定するものである。また、プロ セッサ12は電流センサ42,44,46,48,50の出力を監視するが、これらセンサは各分 岐回路を流れる電流を測定するものである。電流センサデータの連続的な取込み の時間間隔はミリ秒もしくは数十ミリ秒のオーダーであり、プロセッサ12を制御 するソフトウェアの関数である。各データ取込みサイクル間に取り込まれたデー タは直ちには廃棄されない。取り込まれたデータのうちの新しい方から所定数の 組がメモリに保管されるが、このメモリはプロセッサ12の内部でも外部でもよい 。 プロセッサ12は、到来する３相電力の各相および各分岐回路への負荷を追跡で きるように周期的に全電流センサからデータを取り込むように好適にプログラム されている。いずれか１つの相上で測定された電流が電流上限設定の所定の割合 （例えば90％）を超えると、プロセッサ12は総負荷が３つの到来する相の間で完 全に等しくなるようにスイッチ22,24,26,28,30をプログラムする。各分岐回路へ の負荷が既知であるため、プロセッサ12は分岐負荷を各相への負荷がほぼ等しく なるように再配分することができる。いったん新たなスイッチ設定が決定される と、プロセッサ12はスイッチ22,24,26,28,30に、制御線CONT1,CONT2,CONT3,CONT 4,CONT5をそれぞれ通して、スイッチ再配置指令を出力する。 装置10の運転中に、１つの分岐回路への負荷が最大許容分岐電流を超えるレベ ルまで増加することもあり得る。この潜在的な過電流状態に対応するため、プロ セッサ12はその分岐回路に対応するスイッチを非接続位置にプログラムすること ができる。この位 置において、分岐回路は３つの到来する相の全てから電気的に切断される。プロ セッサ12によってもたらされる過負荷保護に加えて、従来の分岐遮断器32,34,36 ,38,40も各分岐回路のために過電流保護をもたらす。また、装置10は従来の遮断 器が現在もたらすことのできない機能をもたらすことができる。プロセッサ12は 、各分岐回路および各到来する相によって使用されている電流の増加率を監視す ることによって潜在的な過負荷状態をこれが起こる前に予測するように、好適に プログラムすることができる。したがって、到来する相への電流限界を超えるこ とによる潜在的な電力中断をそれらが起こる前に予知して防止することができる 。 スイッチ22,24,26,28,30はそれらのコアスイッチ要素としてリレーもしくは半 導体スイッチ（すなわち、トライアック、シリコン制御整流器等）を利用するこ とができる。各スイッチはプロセッサ12から受け取ったその対応する制御信号を デコードし、その出力を３つの到来する相の１つに接続するか、その出力を３つ の相の全てから完全に切断する。スイッチ22,24,26,28,30は、それらの対応する 分岐回路に接続された装置もしくは設備が供給電力にいかなる明らかなギャップ を生じることもなく、したがって、悪影響を受けないように、充分速く、それら の出力端子を任意の到来する相に切り換える。 プロセッサ12はその電力を到来する３相電力のφ１および中性線Ｎから受ける 。しかしながら、プロセッサ12は３つの到来する相のいずれから電力を受けても よい。電流上限設定は当業界において周知のいかなる数の方法でプロセッサ12に 入力してもよい。例えば、電流上限データは読出し専用メモリにハードコードし たり、外部ディップスイッチ設定によって供給したり、外部演 算器によって供給したり等、することができる。 上記実施例は３相に関するものであるが、本発明のシステムは任意のｎに対し てｎ相システムとして実現できることが理解されるであろう。この点を例証する ため、１相システム1000を図１Ｂに示す。図１と図１Ｂとを比較すると、図１Ｂ では入力相のうちの２つが除去されている。この点を除き、ブロック、機能、お よびラベルは同一である。１相システムと２相以上のシステムとの唯一の違いは 、スイッチ22〜30がそれぞれの分岐回路を１相に対して接続もしくは切断するこ とができ、分岐回路接続を１相から他相に変化させ得ないことにある。このよう に、１相システムにおいては、過負荷となったシステムの唯一の選択肢はどの分 岐回路を切断するかを選択することであって、どの相に分岐回路を再接続するか を選択することではない。このように、本発明は任意の数の相の電力源に適用さ れるが、通常の場合は図１および１Ｂにそれぞれ示す３相および１相のものであ る。 図２に示す本発明の第２の実施例は３相配電ネットワークの各相に負荷を均等 に分配するように機能する。３相配電ネットワークの各相φ１，φ２，φ３は電 力加算回路52に入力される。加算回路52は各到来する相を受け取り、その電流と 電力処理容量とを組み合わせ、次いで単一の合計出力を形成するように機能する 。加算回路52からの出力は３つの到来する相の電流容量にほぼ等しい電流容量を 有する単一の交流電圧である。 次いで、加算回路52の出力は整流器54に入力される。整流器54は加算回路54の 交流出力をほぼ直流レベルまで整流する。整流器54の電流容量は、装置10に包含 されるべき、組み合わされた全ての分岐回路の総電流要求を処理するのに充分で なければな らない。 整流器54の出力は交流発電機56に入力される。交流発電機56は整流器54から出 力された直流電圧から単相交流電圧を生成する。装置10が運転されなければなら ない特定の地域に適した電圧および周波数（例えば、米国では120V，60Hz）が生 成される。 交流発電機56の出力は装置10に包含される分岐遮断器32,34,36,38,40に入力さ れる。分岐回路は分岐遮断器32,34,36,38,40の出力によって電力を供給される。 図２には５つの分岐回路が示されているが、部品が全分岐回路の組み合わされた 負荷に充分な電流定格を有していれば、装置10はいずれの数の分岐を包含するこ ともできる。 装置10における実際の負荷分配は加算回路52で起こる。各分岐回路への負荷が いかに増減しようとも、これは３つの到来する相の全てに自動的に均一に分配さ れる。例えば、いずれか１つの分岐もしくは分岐群への負荷が30％増加すると、 各到来する相への対応する負荷は10％増加する。各到来する相は互いに同一な等 価低インピーダンス電流源によって表すことができるため、加算回路52への負荷 が30％増加すれば、この増加は３つの到来する相のそれぞれに均一に現れる。 この第２の実施例が第１の実施例よりも有利な点は複雑でないことであるが、 増加した電流レベルを処理することのできる加算回路52、整流器54および交流発 電機56のために高価な部品を利用しなければならないため、よりコストの高いも のとなり得る。 図２Ｂは図２の加算回路52、整流器54の単純な実施態様として、２つの機能を １つのブロックに結合した３相整流器524を示す。また、図２Ｂは任意に用いら れるフィルタコンデンサ58も示 す。 図２および２Ｂのシステムはバッテリバックアップもしくは無停電電源システ ムではなく、加算回路52の使用によって、単相出力回路による３つの入力相への 負荷を均一に均衡させるものであることが重要である。加算回路52の存在により 、単相出力回路の負荷は、図１の負荷均衡プロセッサ12がなくても、瞬時に入力 ３相電源回路の３相全てにほぼ均一に分担される。よって、図２および２Ｂのシ ステムは図１の実施態様よりも本発明のシステムの性能を改善するものである。 このように、バックアップバッテリを含む完全に１相システムである、米国特許 第5,477,091号においてフィオリナ(Fiorina)によって開示された従来技術のバッ テリバックアップシステムのような配電システムは、本発明の図２および２Ｂの 実施態様で達成される負荷均衡作用を想起させることはできない。 さらに、交流発電機56は、「交流発電器」が「回転変流器」に過ぎないため、 本発明の教示から逸脱することなく、「固定変換器」、すなわち直流／交流変換器 もしくは直流／交流インバータとして実現することができる。このように、固定 変換器を周知のように使用することもできる。「固定変換器」直流／交流インバー タの概略例を図２Ｃに示す。加算整流器524からの直流入力213が直流／交流イン バータ200に電力を供給して、方形波交流出力211をもたらし、これは誘電子208 および209ならびにコンデンサ210によるローパスフィルタリングを任意に経た後 、正弦波交流出力212となる。与えられた回路例は、スイッチングトランジスタ2 01および202の対からなる自走型プッシュプルオシレータであり、両トランジス タのコレクタは飽和芯変圧器207の一次巻線207a の両端に接続されている。直流入力は一次巻線のセンタタップから201および202 の共通結線に印加される。順方向バイアスが抵抗203および204によってそれぞれ トランジスタ201および202に印加され、交流はコンデンサ205および206によって それぞれ抵抗203および204を迂回するようになっている。フィードバックは変圧 器巻線207cによってトランジスタ201のベースに接続され、変圧器巻線207dによ ってトランジスタ202のベースに接続される。オシレータは飽和変圧器の設計に 依存する周波数で自走する。これはこの型の回路の大ざっぱな実施態様であり、 作用原理を示す例として与えられる。これはその発明者に由来してロイヤ・オシ レータ(Royer Oscillator)と呼ばれている。この回路はロイヤ(Royer),G.H.,「 スイッチング・トランジスタ交流／直流変換器(A Switching Transistor AC to DC Converter)」，TransAIEE，１９５５年７月、において公開された。 図２Ｄにおけるインバータ2000のような改良された設計は非飽和変圧器を207 に用い、ベース回路に飽和帰還変圧器2070を加えている。そして、飽和ベース帰 還変圧器は直流／交流インバータの運転周波数を決定する。この回路は出力電圧 制御を提供しない。両回路において、方形波二次出力ピーク対ピーク電圧は入力 直流電圧に依存し、出力周波数は直流入力電圧および飽和変圧器特性に依存する 。この改良されたインバータはジェンセン(Jensen)，J.L.,「改良された方形波 オシレータ回路(An Improved Square Wave Oscillator Circuit)」,Trans.IRE,V ol.CT-4,No.３，１９５７年９月、において公開された。 したがって、図２のシステムは図２Ｂの３相整流器と図２Ｃもしくは２Ｄにお けるようなインバータとを組み合わせることによ って実現することができる。３相整流器は演算装置を必要とすることなく３つの 入力相の各々において負荷を均一に均衡させる。 図２，２Ｂ，および２Ｃもしくは２Ｄのシステムは２相システムもしくは３相 以上のシステム、すなわち「ｎ相」電力分配システムにも同様に良好に適用する ことができる。供給されるべき負荷回路に必要とされる出力範囲に依存して、方 形波出力212をもたらすためにフィルタコンデンサ58およびローパスフィルタ208 ,209,および210を任意に包含させることもできる。 図２，２Ｂ，２Ｃのシステムは特に小規模設備、例えば各工場に好適である。 この場合、本発明のこの実施態様を使用することは、その場所への引込口での力 率補正問題を低減する上でも有用である。なぜなら、様々なモータ負荷の全てお よび他の非純抵抗負荷はその場所への交流電力引込口から除去され、１つの「整 流器入力」回路によって置換されていることになるためである。コンデンサ58を 省略し、あるいはノイズフィルタリングのための極めて小さな容量のみを使用す ることにより、誘導性と思われる変圧器207の一次207aのインダクタンスはこの 負荷均衡回路を存在させない実施態様よりも改善された力率を示す。これは、コ ンデンサー入力整流器が約0.6の力率をもたらすのに対し、「無限誘導子」整流 器回路は理想的には約90％の力率をもたらすからである。非飽和コレクタ変圧器 を207に備え、別の飽和ベース変圧器2070を備えた図２Ｄの改良された形態の直 流／交流インバータは現場での入力力率をさらに大きく改善するはずである。最 後に、第３の変更例は、大きな誘電子が直流供給入力結線と直列に変圧器207の センタタップに追加されている「電流供給」プッシュプル変換器である。これは 整流器回路に増加したインダクタ ンスをもたらし、さらに入力力率を増加させる。電力事業会社には事業者に近い 高い力率が重要である。なぜなら、これは周知のように電力分配設備のコストを 節約する可能性があるからである。図２Ｅは、３相整流器524および改良された 「固定変換器」直流／交流インバータ200を含み、入力力率を増加させるために 誘電子2071を加えたシステム10を示す。純抵抗負荷は1.0の力率を有している。 非抵抗負荷による負荷電流相シフトおよび非線形負荷による歪みは、消費者の負 荷の現場へ電気エネルギが充分に結合されないため、力率を減少させ、電力会社 の設備コストを増加させる。 例示された固定インバータ回路は極めて古い技術であるが、最も単純で最も安 価な実施態様を示すものである。帰還制御回路を組み込み、飽和変圧器を備えて いない、より新しいプッシュプル調節器を用いることにより、入力電圧に依存し ない出力電圧および周波数を有する固定インバータを実現してもよい。低電圧バ ッテリ電源によって運転される際のこのようなインバータの実現は周知である。 より高い入力電圧のためのこのような回路の設計は明瞭であり、低電圧入力の場 合よりも容易である。 図２Ｆは、入力力率をさらに増加させるために、図２Ｅの誘電子2071を高力率 コントローラブーストスイッチングレギュレータで置き換えるものである。ブー ストレギュレータ5242はユニトロード・インテグレーテッド・サーキッツ社(Uni trode Integrated Circuits Corporation)の品番UC1854のような高力率コントロ ーラを使用することができる。この部品およびその用途は、ユニトロード・イン テグレーテッド・サーキッツ社(Unitrode Integrated Circuits Corporation， ７ Continental Boulvard，Merrimack，NH 03054，USA，電話:(603)424-2410;FAX:(603)424-3460)の「製品および用途ハン ドブック(Product & Applications Handbook)'93-'94，#IC850」に見出すことの できる、ユニトロードの文献に詳細に記載されている。ブロック5242は直流／交 流インバータ10に調整直流出力電圧5244をもたらし、直流周波数変化の１つの原 因を除去するとともに、直流／交流変換器10の出力振幅を固定する。コンデンサ Choldup5243は電荷を保存し、これによって、直流／交流インバータ10は、いず れの過渡的な低入力線電圧状態の後にも数ミリ秒間、交流出力211を供給し続け ることが可能になる。これによって、短い「たるみ」に対していくらかの免疫が もたらされ、しばしば行われるように、ブーストレギュレータ5242から低入力電 圧警戒信号が供給されると、負荷の整然としたシャットダウンに必要な時間が提 供される。UC1854および同様の高力率コントローラは、通常の単相システムにお ける作動時には、0.99より大きな入力力率をｎ相電源に供給することができる。 図２Ｆに示すような３相入力では、同一の回路は増加した入力力率をもたらすは ずである。なぜなら、ユニトロード文献に記載された「尖端歪み(cuspdistortio n)」として知られるエラー源はｎ相電源とともにコントローラを使用する際に存 在すべきでないからである。これは、追加的な相が１相入力の２つの半サイクル の間の「穴」を埋めるため、追加的な相は、例えば単相全波ブリッジ整流器の場 合のように高力率ブーストレギュレータへの最低入力電圧を一時的にゼロまで低 下させないからである。尖端歪みは増幅器におけるクロスオーバー歪みと相似で あり、リップル波形の埋め込みによって除去することができる。なぜなら、入力 電圧は、もはや問題となるゼロボルトに近い低入力電圧域に瞬時に到達す ることはないからである。 1854力率コントローラおよび設計手順は以下のユニトロードＩＣ社文献に記載 されている。 (1)UC1854/2854/3854高力率プリレギュレータ(High Power Factor Preregulator )(1854データシート(Data Sheet)) (2)U-134，UC3854制御力率補正回路設計(Controlled Power Factor Correction Circuit Design) (3)DN-39D,UC3854で制御された力率補正用途における性能の最適化(Optimizing Performance in UC3854 Power Factor Correction Applications) (4)DN-41，拡張された電流変圧器域(Extended Current Transformer Ranges) (5)U-140，スイッチング電源の平均電流モード制御(Average Current Mode Cont rol of Switching Power Supplies) 要約すると、図２等のシステムのｎ相電力源への電気負荷を均一に均衡化する ための方法は、 直流電圧源を生成するために前記ｎ相電力源を整流し、 直流出力電圧を発生させるために前記直流電圧源を直流／交流インバータに接 続し、 前記直流電圧から前記交流出力電圧を発生させ、 交流負荷を前記交流電圧に接続して、出力交流負荷電流を前記交流負荷に供給 することからなり、 これによって、前記出力交流負荷電流が前記直流／交流インバータを通って、 前記直流電圧源上に直流負荷電流として反射されて戻り、これにより、前記直流 負荷電流は前記ｎ相整流器を通って、前記ｎ相電力源上に入力交流負荷電流とし て反射されて戻り、 前記入力交流電流は前記ｎ相整流器により、前記ｎ相電源の前記ｎ相によって均 等に供給されており、 これによって、前記ｎ相電力源の前記ｎ相への前記交流負荷電流を均一に均衡 させるものである。 図３は図１および２Ｆのシステムの特徴を組み合わせ、さらに、例えばモデム 3001のような通信リンクを介して、例えば電力会社もしくは消費者と通信する能 力を追加する本発明の実施例のブロック図である。図２Ｆのシステムの実施態様 は図１Ｂの電力遮断器14と図１Ｂのシステムの残りの部分との間に挿入され、上 述のように自動負荷均衡化および高力率をもたらす。図１Ｂのシステムはここで は1001,...,1002と標識されたｎ個のユニットの回路として示されており、これ らはｍ個の分岐回路の各々に接続された各ユニットの回路を示す。これらのｍ個 の分岐回路「ユニット」は図１Ｂのプロセッサ12と同様なプロセッサ3012に接続 され、プロセッサ3012によって同様に制御されて直流／交流インバータ10によっ て供給される最大負荷電流を制限するだけでなく、プロセッサ3012は後述のよう な付加的な能力を有している。ここで、モデム3001は両方向性データバス3004に よってプロセッサ12に接続されている。モデム3001は好ましくはRJ11インタフェ ース3002によって加入者電話線3003に接続されている。モデム3001は、例えば電 力事業会社もしくは消費者との通信能力をもたらす。 センサ18および42mによって行われる電流測定に応じたプロセッサ12による負 荷すなわち分岐回路の接続および切断制御に加えて、プロセッサ3012は時間の関 数として、例えば時刻もしくは曜日に応じて負荷を追加および降下させるプログ ラミングを受 け入れる。また、電力線過負荷状態の場合における負荷の降下、および負荷の再 接続は消費者がプロセッサ3012に予めプログラムした優先度に応じて行うことも できる。こうして、電力消費者は不在時においてもその場所における設備の運転 を制御することができる。さらに、プロセッサ3012はモデム3001を介して通信す ることによってデータを電力会社に報告することもできる。さらにまた、電力会 社は、図示された実施態様のいずれにおいても、例えば、図１のｎ相システムに おける相各々の負荷に関する、あるいは各分岐回路への負荷の問合せをプロセッ サに対して行うことができる。また、電力会社もしくは消費者は例えば負荷を接 続もしくは切断するためにプロセッサに指令を送り、これによってモデム3001お よびプロセッサ3012を介して消費者の設備における負荷を制御することができ、 また、電力会社もしくは消費者はモデム3001を介してプロセッサ3012を間接的に 再プログラムすることができる。有線電話接続が示されているが、携帯電話や他 のプロセッサ3012との通信リンクを実現する無線通信方法も同様に本発明の範囲 に含まれる。 図４はｎ相システムにおいてｎ＝３とした例である３相システムのための図２ のブロック52および54の組み合わせの別の実施態様5400を示す。図４において、 各相は最初に整流器401〜403において整流され、各整流器の出力は、上述のUC18 54もしくは同様のコントローラを使用する別の力率補正(PFC)モジュール405〜40 7への入力として働く。ｎ個の力率補正モジュールの出力は互いに、およびホー ルドアップコンデンサに接続され、直流出力410を供給する。ｎ個のＰＦＣモジ ュールは、例えばユニトロードのそのUC1907負荷共有コントローラ(Load Share Controller) 集積回路に関する文献およびUC1842のようなスイッチングレギユレータコントロ ーラに関する文献に記載されたように、共通のリード共有バス相互接続線408を 有している。負荷共有バスの目的は各ＰＦＣモジュールが他の各ＰＦＣモジュー ルと等しい、例えば許容差のプラスマイナス10％以下の負荷電流を共有するのを 確実にすることにある。 図４の実施態様の図２および２Ｂのものに対する利点は、図４の実施態様がよ り確実に、ｎ相への改善された負荷均衡化とｎ相の各々への改善された力率の双 方をもたらすことにある。 図５は、デジタル電気メータ5001の、図３のプロセッサ3012のようなプロセッ サ3012への付加的な接続を示すものである。デジタル電気メータ5001はデジタル キロワット時メータであり、累積電力消費を記録する。プロセッサ3012はモデム 3001への関連した接続線3004を有しており、この線は好ましくはインタフェース 3002を介して加入者電話線3003に接続されている。この構成によれば、消費者設 備の電力使用がプロセッサと、問合せ場所、例えば電力事業会社への送信用の通 信リンクとを通じて入手可能となる。 図３に暗示的に包含されたもう１つの実施例においては、電流センサ18および 42nがプロセッサ3012によって連続的に監視され、電流センサの位置における同 時の電圧測定に関連して、周知のように瞬間電力消費を計算することができ、こ れをプロセッサ3012において連続的に加算すなわち「積分」し、設備の累積的電 力消費を維持することができる。各電力消費に必要なハードウェアを図５Ｂに例 示するが、ここで示される電流センサ518はプロセッサ3012への出力5181を備え 、電圧センサ5189はプロセッサ 3012への出力5189Vを備えている。このように、デジタル電力メータ5001の機能 を図３のシステムや、同様に図１におけるようなｎ相システムに組み込むことが できる。 デジタル電力メータ機能は上述のように、図５におけるように別個の器具とし て実装された場合にも、また図３において暗示的に示された場合にも、通信リン クを有していなくても、上述のシステムのいずれにおいても負荷管理に使用する ための追加パラメータを供給するために有用となり得る。 限定された数の実施例に関して本発明を説明したが、本発明には様々な変更、 改良およびその他の応用がなし得ることが理解されるであろう。特に、ｎ＝３の 通常のｎ相の場合を一例として用いた。一般に、相の数は３相に限定されず、い かなる相の数でもよい。さらに、消費者側のプロセッサと電力会社との間の情報 交換に使用するためにいかなる形の通信リンクを使用してもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．３相配電ネットワークにおいて、複数の分岐回路上に現れる電気負荷を均等 に分配するための３相負荷分配システムであって、 ３相配電ネットワークの第１、第２および第３相にそれぞれ接続された、それ ぞれ前記第１、第２および第３相を流れる電流を測定するための第１、第２およ び第３の電流センサと、 複数の分岐回路の１つに各々接続された、各々前記第１、第２もしくは第３相 のいずれか１つを複数の分岐回路の１つに接続するための複数のスイッチと、 各々前記複数の分岐回路の１つに接続された、前記複数の分岐回路の各々を流 れる電流を測定するための複数の電流センサと、 前記第１、第２および第３の電流センサ、前記複数のスイッチおよび前記複数 の電流センサに接続されたプロセッサとからなり、 前記プロセッサは、 (a)前記第１、第２および第３相の各対を流れる電流の間の差、および (b)前記第１、第２および第３相の各対を流れる電流の比を計算するためのも のであり、 前記プロセッサは(a)前記第１、第２および第３相の各対を流れる電流の間の 差、および(b)その比からなる群より選ばれる関数が所定の閾値を超えないよう に前記複数のスイッチを制御するためのものであり、 前記プロセッサは前記スイッチによって前記相に接続されるべき分岐の別の組 み合わせを計算し、前記プロセッサは前記関数が前記閾値を超えないように前記 スイッチによる前記相への前記分岐の再接続を制御することを特徴とする３相負 荷分配システム。 ２．少なくとも１相の配電ネットワークにおいて、複数の分岐回路上に現れる電 気負荷を均等に分配するための少なくとも１相の負荷分配システムであって、 少なくとも１相の配電ネットワークの少なくとも１つの相にそれぞれ接続され た、それぞれ前記少なくとも１つの相を流れる電流を測定するための少なくとも １つの電流センサと、 複数の分岐回路の１つに各々接続された、各々前記少なくとも１つの相のいず れか１つを複数の分岐回路の１つに接続するための複数のスイッチと、 各々前記複数の分岐回路の１つに接続された、前記複数の分岐回路の各々を流 れる電流を測定するための複数の電流センサと、 前記第１、第２および第３の電流センサ、前記複数のスイッチおよび前記複数 の電流センサに接続されたプロセッサとからなり、 前記プロセッサは、 (a)前記少なくとも１つの相の各対を流れる電流の間の差、および (b)前記少なくとも１つの相の各対を流れる電流の比を計算するためのもので あり、 前記プロセッサは(a)前記少なくとも１つの相の各対を流れる 電流の間の差、および(b)その比からなる群より選ばれる関数が所定の閾値を超 えないように前記複数のスイッチを制御するためのものであり、 前記プロセッサは前記スイッチによって前記相に接続されるべき分岐の別の組 み合わせを計算し、前記プロセッサは前記関数が前記閾値を超えないように前記 スイッチによる前記相への前記分岐の再接続を制御することを特徴とする少なく とも１相の負荷分配システム。 ３．３相配電ネットワークにおいて、複数の分岐回路上に現れる電気負荷を均等 に分配するための３相負荷分配システムであって、 ３相配電ネットワークの第１、第２および第３相にそれぞれ接続された、それ ぞれ前記第１、第２および第３相を流れる電流を測定するための第１、第２およ び第３の電流センサと、 前記第１、第２および第３相にそれぞれ接続された第１、第２および第３の遮 断器と、 複数の分岐回路の１つに各々接続された、各々前記第１、第２もしくは第３相 のいずれか１つを複数の分岐回路の１つに接続するための複数のスイッチと、 各々複数の分岐回路の１つに接続された複数の遮断器と、 各々前記複数の分岐回路の１つに接続された、前記複数の分岐回路の各々を流 れる電流を測定するための複数の電流センサと、 前記第１、第２および第３の電流センサ、前記複数のスイッチおよび前記複数 の電流センサに接続された、前記第１、第２および第３相の各々を流れる前記電 流が所定の閾値を超えないよう に前記複数のスイッチを制御するためのプロセッサと、 通信能力をもたらすように前記プロセッサに接続された通信リンクとからなる３ 相負荷分配システム。 ４．通信能力をもたらすように前記プロセッサに接続された通信リンクをさらに 備えた、請求の範囲第１項記載のシステム。 ５．通信能力をもたらすように前記プロセッサに接続された通信リンクをさらに 備えた、請求の範囲第２項記載のシステム。 ６．３相配電ネットワークにおいて、複数の分岐回路上に現れる電気負荷を均等 に分配するための３相負荷分配システムであって、 ３相配電ネットワークの第１、第２および第３相にそれぞれ接続された、それ ぞれ前記第１、第２および第３相を流れる電流を測定するための第１、第２およ び第３の電流センサと、 複数の分岐回路の１つに各々接続された、各々前記第１、第２もしくは第３相 のいずれか１つを複数の分岐回路の１つに接続するための複数のスイッチであっ て、対応する制御信号を受け取りかつデコードするための複数のスイッチと、 各々前記複数の分岐回路の１つに接続された、前記複数の分岐回路の各々を流 れる電流を測定するための複数の電流センサと、 前記第１、第２および第３の電流センサ、前記複数のスイッチおよび前記複数 の電流センサに接続された、前記第１、第２および第３相の各々を流れる前記電 流が所定の閾値を超えないように前記複数のスイッチを制御するためのプロセッ サと、 通信能力をもたらすように前記プロセッサに接続された通信リンクとからなり 、さらにデジタル電力メータ機能を備え、 前記デジタル電力メータは電力測定能力を含み、 前記デジタル電力メータは、 (a)累積電力消費を記録するためのデジタルキロワット時メータと、 (b)前記電流センサと電圧センサとの組み合わせであって、前記電圧および電 流センサは、瞬間電力消費および累積電力消費からなる群より選ばれる電力に関 連した測定を計算するためのものである組み合わせとからなる群より選ばれるも のであり、 前記電力メータ機能は負荷管理に用いられる付加的なパラメータをもたらすた めのものであり、 前記電力メータ機能は前記通信リンクを介して消費者施設の電力使用をもたら すためのものであることを特徴とする３相負荷分配システム。 ７．さらにデジタル電力メータ機能を備え、 前記デジタル電力メータは電力測定能力を含み、 前記デジタル電力メータは、 (a)累積電力消費を記録するためのデジタルキロワット時メータと、 (b)前記電流センサと電圧センサとの組み合わせであって、前記電圧および電 流センサは、瞬間電力消費および累積電力消費からなる群より選ばれる電力に関 連した測定を計算するためのものである組み合わせとからなる群より選ばれるも のであり、 前記電力メータ機能は負荷管理に用いられる付加的なパラメータをもたらすた めのものであり、 前記電力メータ機能は前記通信リンクを介して消費者施設の電力使用をもたら すためのものであることを特徴とする請求の範囲第３項記載のシステム。 ８．さらにデジタル電力メータ機能を備え、 前記デジタル電力メータは電力測定能力を含み、 前記デジタル電力メータは、 (a)累積電力消費を記録するためのデジタルキロワット時メータと、 (b)前記電流センサと電圧センサとの組み合わせであって、前記電圧および電 流センサは、瞬間電力消費および累積電力消費からなる群より選ばれる電力に関 連した測定を計算するためのものである組み合わせとからなる群より選ばれるも のであり、 前記電力メータ機能は負荷管理に用いられる付加的なパラメータをもたらすた めのものであることを特徴とする請求の範囲第１項記載のシステム。 ９．少なくとも１相の配電ネットワークにおいて、複数の分岐回路上に現れる電 気負荷を均等に分配するための少なくとも１相の負荷分配システムであって、 少なくとも１相の配電ネットワークの少なくとも１つの相にそれぞれ接続され た、それぞれ前記少なくとも１つの相を流れる電流を測定するための少なくとも １つの電流センサと、 複数の分岐回路の１つに各々接続された、各々前記少なくとも１つの相のいず れか１つを複数の分岐回路の１つに接続するための複数のスイッチであって、対 応する制御信号を受け取りかつデコードするための複数のスイッチと、 各々前記複数の分岐回路の１つに接続された、前記複数の分岐回路の各々を流 れる電流を測定するための複数の電流センサと、 前記少なくとも１つの電流セ ンサ、前記複数のスイッチおよび前記複数の電流センサに接続された、前記少な くとも１つの相の各々を流れる前記電流が所定の閾値を超えないように前記複数 のスイッチを制御するためのプロセッサとからなり、さらにデジタル電力メータ 機能を備え、 前記デジタル電力メータは電力測定能力を含み、 前記デジタル電力メータは、 (a)累積電力消費を記録するためのデジタルキロワット時メータと、 (b)前記電流センサと電圧センサとの組み合わせであって、前記電圧および電 流センサは、瞬間電力消費および累積電力消費からなる群より選ばれる電力に関 連した測定を計算するためのものである組み合わせとからなる群より選ばれるも のであり、 前記電力メータ機能は負荷管理に用いられる付加的なパラメータをもたらすた めのものであることを特徴とする少なくとも１相の負荷分配システム。 10．さらにデジタル電力メータ機能を備え、 前記デジタル電力メータは電力測定能力を含み、 前記デジタル電力メータは、 (a)累積電力消費を記録するためのデジタルキロワット時メータと、 (b)前記電流センサと電圧センサとの組み合わせであって、前記電圧および電流 センサは、瞬間電力消費および累積電力消費からなる群より選ばれる電力に関連 した測定を計算するためのものである組み合わせとからなる群より選ばれるもの であり、 前記電力メータ機能は負荷管理に用いられる付加的なパラメータをもたらすた めのものであることを特徴とする請求の範囲第２項記載のシステム。