JP2002542755A - 電気ピーク負荷分配器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ピーク負荷分配方法および装置に関する。ピーク負荷分配器（１０）は、負荷が利用可能な電力を制御することにより、電力分配システムでの需要を減少させる。この装置は、ＡＣ電流入力を取り入れ、マイクロコントローラが制御アルゴリズムを実行して、遅延可能な負荷への電力出力を開閉する。出力は、一般的に、負荷にかける電力と直列に配置されて、負荷を不能にするか、またはピーク需要を下げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （関連出願のクロスリファレンス） 本出願は、１９９９年４月１６日に出願され、「電気ピーク負荷分配器」とい
う発明の名称の米国特許仮出願第６０／１２９，８２６号の優先権の利益を享受
する。

【０００２】 （技術分野） 本発明は、一般的に、電力分配の分野に関し、さらに詳しく言えば、ピーク電
力需要を最小限に抑えるように適用された電力分配器に関する。

【０００３】 （背景技術） これまでの傾向として、居住用だけでなく商業的な利用の場でも電力使用量が
増加しつつある。通常、ビジネスの場では、さまざまなシステムを動作させるた
めに大量の電力を使用するユーザが数多く存在するため、このようなシステムを
２つ以上同時に動作させる場合、電力の需要が極めて高くなる。

【０００４】 電力の需要が高い場合、電力供給会社は、最大の見込み需要に対応できるだけ
の電力をもたなければならない。このような需要と見込みを見据え、電力供給会
社は、発電能力とその需要に見合う能力とを備えることが要求される。通常、発
電会社に建設された工場施設は、大部分時間の電気需要をはるかに超える能力を
備えたものであるため、非効率性が生じる。逆に、２４時間のうち数時間の間、
比較的需要がほとんどない期間があり、その後、特に高い需要が見込まれる短い
期間が続く。その結果、高い能力を備えた発電会社は、長い時間期間事実上浪費
され、短期間だけ使用される。したがって、電力のピーク需要を供給し得る発電
会社に過度の設備投資がかかる。

【０００５】 電力需要に応じて電気料金を増額して電力を使用するユーザに課金するという
比較的単純な解決策を講じることにより、電力のピーク需要の問題を解消する努
力がこれまで行われてきた。このようなシステムが歳入を生み、その歳入で電力
会社はシステムを強化することはできるが、電力会社により過剰能力を備えた建
造物を防ぐことにはならない。さらに、既存の規制システムにより、電力会社が
見込み需要の発電を行う工場施設の投資を最終的なユーザに負担させることが規
制当局に許可されているため、電力会社は、電力使用レベルを減少させることに
通常あまり関心がない。発電会社側に電力需要を減少させる気がなければ、最終
的なユーザが自分で利用する電力を減少させるためにできうる最善の事を行うよ
うに、ユーザ側の努力を強いることになる。使用する全電力がモニタされ、需要
が所定のレベルに達すると、ある優先順位で一定の電気負荷が選択的に切断され
るシステムが考案されてきた。需要が低下すると、負荷の優先順位に応じて負荷
を再接続するために、さまざまなシステムが利用されてきた。これらの従来技術
のシステムは、一般的に、情報を格納し、電力使用をモニタし、格納した情報に
基づいてさまざまな決定を行う電子データ処理手段の何らかの形態を含む非常に
複雑なシステムの形態をとるものである。このようなシステムは、必然的に高価
なものとなり、大規模なユーザ群の場や、大規模な電力システムが利用される場
でしか使用できない傾向がある。例えば、Ｍａｎｎｉｎｇ等の米国特許第４，０
６６，９１３号において、ある程度機械的にタイマ、サーモスタット、コイルお
よびスイッチを用いて、より高い優先順位の負荷がより低い優先順位の他の負荷
を不能にすることにより動作する電気負荷分配器が開示されている。Ｓｔｕｒｒ
ｏｃｋの米国特許第４，１６３，２７１号において、電流が存在するときを求め
る電流感知手段を備える切り換え手段を設け、一定の電流引き込み制限で負荷を
無効にするように電流感知手段によりスイッチ手段に動作させることにより、電
気負荷分配器が従来技術の欠点を解消している。

【０００６】 （発明の開示） 本発明によれば、さらに現在でも当分野が抱える問題を熟慮した上で、本発明
は、単一の電力ユーザのさまざまな電気負荷を分配するようにされた負荷分配器
を特徴とする。

【０００７】 一態様において、本発明は、負荷入力とセンサ出力を有する電流センサと、電
流センサに接続された制御ユニットとを具備し、制御ユニットが、センサ出力に
接続された電流センサ入力と、電流センサの電流に応答するようにされた少なく
とも１つの制御出力と、少なくとも１つの制御出力のそれぞれに接続された制御
スイッチと、メモリを有し、電流センサ入力と少なくとも１つの制御出力に電気
的に結合されたマイクロコントローラとを備える電力分配器を特徴とする。

【０００８】 一実施例において、マイクロコントローラは、タイマおよびタイマスイッチを
含む。

【０００９】 別の実施例において、メモリは、非タイマプロセスとタイマプロセスを含み、
非タイマプロセスは、電流センサの電流が第１のしきい値を超えるとき、少なく
とも１つの出力に電力を分配する命令と、電流センサの電流が第２のしきい値を
下回るとき、少なくとも１つの出力への電力を遮断する命令とを含み、タイマプ
ロセスは、電流センサの電流が第１の時間間隔の間しきい値を超えるとき、少な
くとも１つの出力に電力を分配する命令と、電流が第２の時間間隔の間しきい値
を超えている状態を維持するとき、少なくとも１つの出力への電力を遮断する命
令とを含む。

【００１０】 別の実施例において、電流センサは変流器である。

【００１１】 さらなる別の実施例において、電流センサは、それぞれが固有の電流レベルを
有する複数のコンダクタを受け入れるようにされた入力を含む。

【００１２】 さらなる別の実施例において、タイマは、線周波数に基づくものである。

【００１３】 別の態様において、本発明は、複数のしきい値をもつ第１の電流を有する第１
の負荷を設けることと、第１の電流のしきい値をモニタして、第２の電流を有す
る第２の負荷を設けることと、第１の電流のしきい値に基づいて、第２の負荷へ
の第２の電流を選択的に遮断および再分配することとを含む電力分配システムに
おいて電力を制御する方法を特徴とする。

【００１４】 一実施例において、第２の電流の選択的遮断と再分配は、第１の電流が第１の
しきい値を超えるとき、第２の負荷へ第２の電流を分配することと、第１の電流
が第２のしきい値を下回るとき、第２の負荷への第２の電流を遮断することとを
含む。

【００１５】 別の実施例において、複数のしきい値は経時的に変化し、第２の電流の選択的
遮断と再分配は、第１の電流が第１の時間間隔の間しきい値を超えるとき、第２
の負荷へ第２の電流を分配することと、第１の電流が第２の時間間隔の間しきい
値を超えている状態を維持するとき、第２の負荷への第２の電流を遮断すること
とを含む。

【００１６】 別の実施例において、上記方法は、追加の電流を有する少なくとも１つの追加
の負荷を設けることと、第１の電流と第２の電流のしきい値の少なくとも１つに
基づいて、少なくとも１つの追加の負荷への追加の電流を選択的に遮断および再
分配することとを含む。

【００１７】 さらなる別の態様において、本発明は、それぞれが複数の負荷を有する複数の
回路と、ピーク負荷分配器とを具備し、ピーク負荷分配器が、負荷入力とセンサ
入力とを有する電流センサと、電流センサに電気的に結合された制御ユニットと
を備える電気分配システムを特徴とする。

【００１８】 一実施例において、電気分配システムは、ピーク負荷分配器に接続された遠隔
式メータ通信モジュールをさらに含む。

【００１９】 本発明の装置の一つの利点は、電流の振幅と時間に基づいて制御アルゴリズム
を実行する単一のマイクロプロセッサチップを設けて、さまざまな優先順位の負
荷への出力コンタクトを開閉することである。出力コンタクトは、一般的に、負
荷にかけられる電力と直列に配置されて、ピーク需要を下げるように負荷を不能
にすることである。

【００２０】 別の利点は、コントローラアルゴリズムのタイミング部分により、ピーク需要
期間中の時間の一部で制御された負荷が動作可能になることである。

【００２１】 さらなる利点は、システムが電気負荷をモニタすることであり、日中または夜
間異なる時間でモニタされた負荷に存在または不在する電流のレベルにより、回
路の完了または中断が決定される。

【００２２】 本発明の他の目的、利点および能力は、本発明の好適な実施形態を示す添付の
図面を参照しながら、以下の記載から明らかになるであろう。

【００２３】 （実施形態の詳細な説明） いくつかの図面の中で対応する部品に同様の参照符号を付した図面を参照しな
がら、最初に、電気リード１３により電流センサ１２に接続された制御ユニット
１１を備えるピーク負荷分配器（ＰＬＤ）１０を図示した図１を参照する。電流
リード１３により、電流センサ１２のコイルワイヤが制御ユニット１１に位置す
る電流センサ用入力プラグ１４に接続される。電流センサ１２は、非接触電流セ
ンサとして作用する。電流センサ１２には、モニタする負荷が接続される。モニ
タされた負荷から測定される電流が電流センサ１２を流れ、リード１３を通って
出力電圧を与えて、制御ユニット１１へ入力する。ピーク電力の使用中、制御ユ
ニット１１には、いくつかの他の負荷が接続されてよい。制御ユニット１１に接
続されることにより、電流センサ１２を流れる電流に応じて、追加の負荷は制御
可能であり、必ずオンまたはオフにされる。制御する負荷の１つが、リード１７
ａ、１７ｂを介して接続されてよく、追加の負荷が、リード１８ａ、１８ｂを介
して接続されてよい。別の実施形態において、制御ユニットは、追加の負荷を制
御するように適用された追加の負荷用の入力を含む。

【００２４】 制御ユニット１１には、タイマ（図示せず）が装備されている。以下、タイマ
の動作をさらに詳細に記載する。制御アルゴリズム間の選択を行うために、タイ
マスイッチ１５が使用される。一実施形態において、２つの制御アルゴリズム、
すなわち、タイマモードおよび非タイマモードが使用される。この実施形態にお
いて、タイマスイッチ１５は、タイマモードと非タイマモード間の切り換えを行
うために使用される。スイッチ１５が非タイマ位置にある場合、出力コンタクト
１７ａ、１７ｂおよび１８ａ、１８ｂは、感知した電流が一定値を超えると開き
、感知した電流が一定値を下回ると閉じる。スイッチがタイマ位置にある場合、
感知した電流がしきい値より高いと、制御された負荷がオンおよびオフに繰り返
される。以下、２つのモードについて詳細に記述する。いずれのモードにおいて
も、ピーク負荷の時間期間中、制御された負荷は選択的にオンおよびオフにされ
得る。

【００２５】 電力入力リード１６ａ、１６ｂは、入力電力を制御ユニット１１に与えるよう
に適用される。一実施形態において、制御ユニット１１に供給される入力電力は
、１００〜１３０ＶＡＣに規定され、入力電流レンジは、０〜１００アンペアＡ
Ｃに規定される。負荷Ａおよび負荷Ｂのコンタクト１７ａ、１７ｂおよび１８ａ
、１８Ｂのそれぞれの出力コンタクトは、ＵＬ接点定格をもつものであってよい
。

【００２６】 誘導または抵抗： ２〜３０アンペア＠１２〜２４ＶＡＣ モータ： １ＨＰ＠１２０ＶＡＣ モータ： ２ＨＰ＠２４０ＶＡＣ タングステン： ５アンペア＠２４０ＶＡＣ バラスト： ６アンペア＠２７７ＶＡＣ これらの定格は、出力コンタクト１７ａ、１７ｂおよび１８ａ、１８ｂがもち
得る定格の例である。他の実施形態において、ＵＬ接点定格は、追加または他の
値をもつものであってよい。

【００２７】 一実施例において、電流センサ１２による電流測定の精度は、＋／−０．５ア
ンペアであり、タイミング精度は、電力線周波数に基づき、出力制御タイミング
は、通常、＋／−１秒内で繰り返される。一般的な実施形態において、動作温度
は、−２０℃と＋７０℃である。

【００２８】 一実施形態において、ＰＬＤ制御ユニット１１は、プラスチックフェノール基
板に収容された単一のプリント回路基板（ＰＣＢ）上に組み立てられる。ＰＣＢ
にはケースが取り付けられ、耐湿性を備えるために、ＰＣＢにコーティングが施
される。電流センサ１２は、通常、実施形態において最適な測定を行うために、
コイルに適切な巻数をもつプラスチック成形されたケースを備えた変流器である
。

【００２９】 一般的に、ＰＬＤ１０は、負荷が利用可能な電力を制御することにより、電力
分配システムでの需要を減少させる。この装置は、ＡＣ電流入力を取り入れ、マ
イクロコントローラ（以下に記載）が制御アルゴリズムを実行して、遅延可能な
負荷への電力出力コンタクト１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂを開閉する。出力
１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂは、一般的に、負荷にかける電力と直列に配置
されて、負荷を不能にするか、またはピーク需要を下げる。一実施例において、
モニタされる負荷は、夏季に稼動する家庭にある空気調節装置であってよい。２
つの制御される負荷は、衣類乾燥機や湯沸し器であってよい。このような実施例
において、空気調節装置により使用される電流をモニタするために、ＰＬＤ１０
が有益である。最も暑い時間帯に多くの電流が使われるため、湯沸し器や衣類乾
燥機への電力を据え置くことが望ましい場合がある。より温度が低い時間帯には
、電力の需要がなくなるため、衣類乾燥機や湯沸し器への電力が回復される。

【００３０】 図２は、図１のＰＬＤ１０で使用される電子回路の一実施形態の略図である。
この略図は、例示的なものであって、電流センサ１２と制御ユニット１１に使用
する回路の一実施例にすぎない。この実施形態において、電流センサ１２は、一
対のＵ鉄心の形をしたフェライト変圧器Ｘ１である。一実施形態において、Ｕ鉄
心の脚の上方に、１０００巻数の３４番磁石ワイヤ付きのボビンが配置されて、
一次巻線（入力電流）からの磁束を磁石ワイヤコイルに結合する。二次巻線コイ
ルの２つのワイヤにわたってレジスタＲ４が配置されて、一定の長さのワイヤに
よりＣＮ３に接続される電圧出力を与える。一実施例において、レジスタＲ４は
、１ＫΩであり、接続ワイヤの長さは、約３フィートである。ＣＮ３は、図１の
入力プラグ１４に相当する制御ユニット１１のＣＮ２とつながる。センサの電圧
出力ＣＮ３は、入力電流が５アンペアの場合、約３．５ＶＡＣである。

【００３１】 １００ＶＡＣ〜１３０ＶＡＣの入力電力は、ＣＮ１の端子１および２（図１の
１６ａ、１６ｂ）に接続される。電圧降下抵抗器Ｒ１が、交流をブリッジ整流器
ＩＣ１に送る。コンデンサＣＥ１により、ブリッジ整流器ＩＣ１の全波整流され
た出力がフィルタリングされる。このＤＣ電圧は、出力中継器ＲＬ２のコイルの
片側と、クランピングダイオードＤ１の陰極側に直接印加される。出力中継器Ｒ
Ｌ１およびＲＬ２は、２４Ｖ．Ｃ．コイルを有し、４８ボルトと同等の負荷を形
成するように接続される。クランピングダイオードＤ１は、直列の中継器ＲＬ１
、ＲＬ２のコイルの組み合わせに対して並列に設けられる。クランピングダイオ
ードＤ１は、中継器ＲＬ１、ＲＬ２のコイルが電源を遮断されたときに生じる逆
電圧を短絡させる。電力金属・酸化物・半導体電界効果トランジスタ（ＭＩＳＦ
ＥＴ）Ｔ１が、単一のチップマイクロコントローラＩＣ２で制御されるように、
中継器ＲＬ１、ＲＬ２を流れる電流をオンおよびオフに切り換える。以下、マイ
クロコントローラＩＣ２について詳細に記載する。電圧降下抵抗器Ｒ１は、励起
時に中継器ＲＬ１、ＲＬ２のコイルに流れる電流を制限する。

【００３２】 電圧降下抵抗器Ｒ２とＺａｎｉｅｒダイオードＤＺ１とともに、ブリッジ整流
器ＩＣ１の出力から、低圧電源＋５Ｄが引き出される。コンデンサＣＥ２と抵抗
器Ｒ２は、電力入力が変動している間の電源＋５Ｄのフィルタである。ブリッジ
整流器ＩＣ１のマイナス側２には、電源＋５Ｄの戻り電流ＤＧが接続される。

【００３３】 一実施形態において、ＩＣ２は、低電力汎用プログラマブルマイクロプロセッ
サであり、これは、１２個の入出力ピンＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３、ＲＡ４、ＲＢ
０、ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＢ３、ＲＢ４、ＲＢ５、ＲＢ６、ＲＢ７と、１つのカウ
ンタピンＲＴＣＣと、内部発振器回路（図示せず）に接続された２つの発振器ピ
ンＯＳＣ１、ＯＳＣ２と、接地ピンＧＮＤと、制御電圧ピンＶＤＤと、ＭＣＬＲ
ピンとを備える。マイクロコントローラＩＣ２は、内部リセットブラウンアウト
保護回路（図示せず）と、アナログ比較器（図示せず）と、プログラム可能な参
照電圧を含む。マイクロコントローラＩＣ２は、以下に記載するように、比較制
御を行うために使用される。電源＋５Ｄは、ＶＤＤ入力とＭＣＬＲ入力に接続さ
れて、マイクロコントローラＩＣ２に電力を供給する。チップには、コンデンサ
Ｃ２が並列に接続され、動作中電流を短く突発させる。抵抗器Ｒ７とコンデンサ
Ｃ１は、ピンＯＳＣ１に接続されるオンチップ発振器（図示せず）のタイミング
網として使用される単純なＲＣ網を形成する。一実施例において、１０ＫΩ抵抗
器と１００ｐＦコンデンサにより、約６００ｋＨｚの発振器周波数が発生する。
全タイミングは、６０Ｈｚ線周波数に基づいているため、発振器の実際の周波数
は、マイクロコントローラＩＣ１や制御ユニット１１の動作にとって重要なもの
ではない。カウンタピンＲＴＣＣと入出力ピンＲＢ０は共に接続される。マイク
ロコントローラＩＣ２は、内部ダイオード保護網を備える。２つのピンＲＴＣＣ
およびＲＢ０は、入力ＲＢ０に位置するダイオード保護網が、ディジタル電源が
働かなければ１０分の６ボルト内にＡＣ正弦波を抑えるように接続される。２つ
のピンＲＴＣＣとＲＢ０との間に抵抗器Ｒ２が接続されて、Ｃ１での線周波数源
からマイクロコントローラＩＣ２への電流を制限する。

【００３４】 出力中継器ＲＬ１、ＲＬ２を制御する電力ＭＩＳＦＥＴ Ｔ１のゲートには、
マイクロコントローラＩＣ２のピンＲＡ３が接続される。電力上昇および降下中
、マイクロコントローラＩＣ２がその出力を能動的に制御しているとき、抵抗器
Ｒ６がＭＩＳＦＥＴ Ｔ１の電源供給をオフの状態に保つ。マイクロコントロー
ラＩＣ２のピンＲＢ３は、受動的な内部引き上げ抵抗器を備え、タイマスイッチ
ＳＷ１（図１の１５）用の入力である。タイマスイッチは、ＲＢ３ピンを接地に
するか、または内部引き上げ抵抗器が、電源＋５Ｄからの電圧を入力できるよう
にする。

【００３５】 電流センサ１２からのＡＣ電圧は、参照符号１９で示されたコネクタＣＮ２か
ら得られる。ダイオードＤ２がＡＣ電圧入力を整流し、抵抗器Ｒ５とコンデンサ
ＣＥ３が整流された信号をフィルタリングする。マイクロコントローラＩＣ２の
ピンＲＡ１、ＲＡ０は、マイクロコントローラＩＣ２の内部にある２つの異なる
比較器へのアナログ入力として構成されてよい。各比較器への１つの入力は、オ
ンチッププログラム可能な参照電圧に内部接続されてよい。参照電圧の値は、フ
ァームウェア制御（以下に記載）下で変更され、比較を行うために用いるヒステ
リシスを生成するために使用される。アナログ入力は、レイアウトの都合上、両
方の比較器の逆の入力に接続される。中継器ＲＬ１の出力コンタクト（図１の１
７ａ、１７ｂ）は、ＣＮ１の端子３および４に直接接続される。中継器ＲＬ２の
出力コンタクト（１８ａ、１８ｂ）は、ＣＮ１の端子５および６に直接接続され
る。これらは乾接触であり、電力を供給するものではない。

【００３６】 一実施例において、マイクロコントローラＩＣ２は、低電力８ビット単一チッ
プマイクロコントローラである。チップは、５１２×１４リードオンリーメモリ
（ＲＯＭ）と、８０バイトランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、１３個の個別
に選択可能な入出力ピンと、外部イベントをカウント可能な８ビットカウンタと
を備える。特別なオンチップの特徴は、上述したように、プログラム可能な参照
と、２つの個々に適合性のあるアナログ比較器を含む。他の特別な特徴は、オン
チップ電力オンリセット、パワーアップタイマ、発振器スタートアップタイマ、
ブラウンアウト保護およびウォッチドッグタイマを含む。

【００３７】 一実施例において、上述したように、発振器は、約６００ｋＨｚの発振器周波
数を発生するために、１０ｋΩ抵抗器と１００ｐＦコンデンサを備えたＲＣ構造
である。電力線周波数は、９ビットカウンタ入力に接続される。カウント数が２
５５を超えると、カウンタは中断を引き起こすことができる。この中断は、１秒
のメインループ時間を作り、中断ごとにカウンタを１９５（２５５−６０）にリ
セットすることにより秒をカウントするために使用される。１秒経つと、アナロ
グ入力の論理値が決定されて、適切な状態論理およびタイマが、出力を制御する
ように作用する。

【００３８】 図１を再度参照すると、スイッチ１５は、タイマおよび非タイマモードの１つ
を選択する。一実施例において、スイッチ１５が非タイマ位置にある場合、出力
１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂは、電流が５．５アンペアを超えると開き、電
流が４．５アンペアを下回るまで開状態を維持する。同様に、図２を参照すると
、ＣＮ２で感知された電流が５．５アンペアを超えると、中継器ＲＬ１、ＲＬ２
が開き、電流が４．５アンペアを下回るまで開状態を維持する。

【００３９】 図３は、タイマモードにおける出力１７ａ、１７ｂおよび１８ａ、１８ｂの状
態を表すヒステリシスを示す。

【００４０】 スイッチ１５がタイマ位置１５ａにある場合、ＰＬＤ１０はタイマモードで動
作する。タイマモードの目的は、入力電流がしきい値よりも高いときに、出力１
７ａ、１７ｂおよび１８ａ、１８ｂに接続された制御された負荷をオンおよびオ
フの状態にサイクルさせることである。３０分のうち全最小限度の２０分間、出
力をオンに保つことが好ましい。ＰＬＤ１０に電力が供給されると、出力１７ａ
、１７ｂおよび１８ａ、１８ｂは、例えば、比較器の負荷を保護するために５分
間開く。出力１７ａ、１７ｂおよび１８ａ、１８ｂは、少なくとも１０分間閉じ
る。入力電流が、少なくとも５分間しきい値を持続して超えなければ、出力１７
ａ、１７ｂおよび１８ａ、１８ｂは、閉じたままである。出力１７ａ、１７ｂ、
１８ａ、１８ｂは、電力がオフにされ再度オンにされるまで、または入力電流が
５分間持続してしきい値を超えるまで、閉じたままである。入力電流が５分間持
続してしきい値を超えれば、出力１７ａ、１７ｂおよび１８ａ、１８ｂは、５分
間開いたままであり、少なくとも１０分間再度閉じる。入力電流が持続してしき
い値を超える場合、このタイミングは、５分のオフ状態と１０分のオン状態を２
サイクル行い、全部で１０分のオフ状態と２０分のオフ状態となる。

【００４１】 図４は、出力対時間、入力電流対時間、電力（ＶＡＣ）対時間を表す３つのグ
ラフを示す。一実施例において、グラフＢは、家庭または事業で一般的に電気器
具により使用される電流を表す。グラフＡの出力は、電子レンジなどの追加的な
負荷を表すものであってよい。別の実施例において、グラフＡ、Ｂ、Ｃは、町や
都市におけるより大規模な分配システムを表すものであってよい。

【００４２】 グラフＣを参照すると、ＰＬＤ１０は、５分で電力が供給されている。グラフ
Ｂでは、１５分まで入力電流が５．５アンペアしきい値を下回る状態である。グ
ラフＡでは、出力は開状態で開始するが、１０分で閉じる。１９分のところで、
グラフＢにおいて、電流が４．５アンペアを下回るが、少なくとも５分間持続し
て入力がしきい値を上回っていないため、グラフＡでは出力は閉状態のままであ
る。入力電流は、３０分まで５．５アンペアを下回った状態である。電流は、６
５分まで４．５アンペアを上回った状態であるため、グラフＡでは、電流が４．
５アンペアを上回るかぎり、出力は５分間のオフ状態と１０分間のオン状態をサ
イクルする。ＰＬＤ１０が電力供給されるごとに、サイクルは、出力１７ａ、１
７ｂおよび１８ａ、１８ｂを５分間開き、少なくとも１０分間閉じるサイクルが
始まる。

【００４３】 一般に、２つの出力１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂは、乾接触の常時開の中
継器（図２のＲＬ１、ＲＬ２）であり、ＰＬＤ１０に電力が供給されないときに
開状態にある。このような開状態により、ＰＬＤ１０が電力を失い、出力１７ａ
、１７ｂおよび１８ａ、１８ｂを制御できなければ、制御される装置がオフ状態
にされる。

【００４４】 ピーク負荷分配器のソフトウェア制御 上述したように、マイクロコントローラＩＣ２は、通常、内部ファームウェア
にプログラムされたソフトウェア命令を含む。一般に、ＰＬＤ１０は、ダウンタ
イム後、またはＰＬＤ１０がタイムアウトした場合や、ＰＬＤ１０や取り付けら
れた負荷を保護するために遮断された場合に、内部パワーアップタイマやウォッ
チドッグタイマによりリセットされた後に電力が供給される。ＰＬＤ１０のソフ
トウェアは、パワーアップタイマかウォッチドッグタイマのいずれかによりリセ
ットされた後、マイクロコントローラＩＣ２により処理される第１の命令のアド
レスであるパワーアップリセットベクトルを含む。

【００４５】 マイクロコントローラＩＣ２のソフトウェアは、入力と出力のセットアップ、
カウンタとカウンタレジスタの初期化、中断の初期化および最初の５分間出力を
オフ状態に維持するためのパワーアップフラグの予備設定を含む初期化ルーチン
とともに、追加のコンフィグレーションルーチンを含む。

【００４６】 図５は、ＰＬＤ１０のメインループ動作を示す流れ図の一実施例である。メイ
ンループ５０は、システム機能をなす処理およびテストのすべてを含むプログラ
ムループの開始である。各時間間隔、通常、１秒の開始時、メインループ５０が
再度始まり、アナログ比較およびヒステリシス５１で始まり、次のタイマ間隔の
待機５２で終了する。

【００４７】 アナログ比較およびヒステリシス５１では、マイクロコントローラＩＣ２の内
部アナログ比較器が固有のヒステリシスをもたないため、４．５アンペアに相当
する、通常、３．１５ボルトの電圧に最初に設定される内部プログラム可能な参
照電圧を用いて、ソフトウェアと同等のものが構成される。

【００４８】 図６は、図５の比較およびヒステリシス５１を示す。開始点として、最初の参
照電圧が、４．５アンペアの電流に相当する値（例えば、３．１５ボルト）に設
定される６２。入力電流は、４．５アンペアを超えたかを決定するためにチェッ
クされる６３。６３で入力電流が４．５アンペアを下回れば、論理は偽に設定さ
れる５１ａ。６３で入力電流が４．５アンペアよりも大きければ、参照電圧は、
５．５アンペアに相当する、通常、３．８５ボルトの電圧に設定される６４。入
力電流は、５．５アンペアを上回るかを決定するためにチェックされる６５。６
５で入力電流が５．５アンペアを上回れば、論理は真に設定される５１ｂ。６５
で入力電流が５．５アンペアを下回れば、最後の比較器出力が真であったかが決
定される。６６で最後の比較器出力が真であれば、論理出力は５１ｂで真のまま
である。６６で最後の比較器出力が真でなければ、論理出力は偽に設定される５
１ａ。

【００４９】 図５を再度参照すると、比較器の論理状態を基に、２つの倫理状態５１ａ、５
１ｂの１つで終了する２つの論理枝がある。スイッチ１５は、タイマモードまた
は非タイマモードの動作のいずれが選択されているかを決定するためにテストさ
れる５３ａ、５３ｂ。５３ａ、５３ｂでタイマモードが選択されていなければ、
比較器の出力論理状態は、５４で出力を直接制御するために使用される。５３ａ
、５３ｂでタイマモードが選択されていれば、出力は、内部ソフトウェアカウン
タとフラグにより制御される。一実施形態において、内部カウンタとフラグは、
汎用ＲＡＭに位置し、タイミングアルゴリズムプログラム制御下にある。一般的
に、比較器の真の論理出力が生じると、真のカウンタが毎秒インクリメントされ
る。真のカウンタが３００秒（５分）を超えると始めて、オフカウンタは３００
秒（５分）間プレロードされ、オンカウンタは６００秒（１０分）間プレロード
される。

【００５０】 図７は、図５の偽状態論理およびタイミング５６を示す。ソフトウェアの真カ
ウンタと最初のタイムフラグがクリアされる７１。その後、オフカウンタがゼロ
に等しいかが決定される７２。７２でオフカウンタがゼロに等しければ、出力は
オフに設定される５４。７２でオフカウンタがゼロに等しくなければ、オフカウ
ンタはデクレメントされ７３、出力はオンに設定される５４。

【００５１】 図８は、図５の状来論理およびタイミング５５を示す。ソフトウェアの真のカ
ウンタがインクリメントされる８０。真のカウンタが６分よりも大きければ８１
、最初のタイムフラグがクリアされているかがチェックされる８２。８２で最初
のタイムフラグがクリアされていれば、出力電力はオフに設定される８３。さら
に、８３で、オフカウンタが５分に設定され、オンカウンタが１０分に設定され
る。その後、８３で最初のタイムフラグも設定される。８２で、最初のタイムフ
ラグがクリアされていなければ、真のカウンタは５分に設定される８４。その後
、オフカウンタが０分に等しいかが決定される８５ａ。８５ａでオフカウンタが
０分に等しければ、オンカウンタが０分に等しいかが決定される８５ｂ。８５ａ
で、オフカウンタが０分に等しくなければ、オフカウンタがデクリメントされ８
７ａ、出力はオフに設定される５４。８５ｂで、オンカウンタが０分に等しくな
ければ、オンカウンタがデクリメントされ８７ｂ、出力はオンに設定される５４
。

【００５２】 さらに図８を参照すると、８１で、真のカウンタが５分よりも大きくなければ
、最初のタイムフラグはクリアにされ８８、出力はオンに設定される５４。

【００５３】 以下の表は、図７および図８に関して上述した真および偽の論理およびタイミ
ングの要約である。

【００５４】

【表１】

【００５５】 図５、図６、図７および図８を参照すると、５４で物理的な出力がオンまたは
オフにされた後、プログラムは、６０Ｈｚカウンタが６０または１秒に達するの
を待機する。その後、プログラムは、メインループ５０へと再度分岐する（図５
）。

【００５６】 上述したソフトウェア技術および方法は、ディジタル電子回路において、また
はコンピュータハードウェア、ファームウェア（上述したように）、ソフトウェ
アまたはそれらの組み合わせにおいて実行されてよい。プログラム可能なプロセ
ッサにより実行するための機械読取可能な記憶装置に実際に組み込まれたコンピ
ュータプログラムプロダクトにおいて装置が実行されてよく、入力データで動作
して出力を発生することにより機能させるために、命令からなるプログラムを実
行するプログラム可能なプロセサにより方法が実行されてよい。データ記憶シス
テム、少なくとも１つの入力装置および少なくとも１つの出力装置からデータお
よび命令を受信し、それらからデータおよび命令を送信するように結合された少
なくとも１つのプログラム可能なプロセッサを含むプログラム可能なシステムで
実行可能な１以上のコンピュータプログラムにおいて、さらなる実施形態が好適
に実行されてよい。高水準の手順またはオブジェクト指向のプログラミング言語
において、またはコンパイル可能であり、または解消可能なアセンブリまたは機
械言語において、各コンピュータプログラムが実行されてよい。適切なプロセッ
サとして、例えば、汎用および専用プロセッサが挙げられる。一般的に、プロセ
ッサが、リードオンリメモリおよび／またはＲＡＭから命令およびデータを受信
する。コンピュータプログラムの命令およびデータを組み込むのに適した記憶装
置として、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭおよびフラッシュメモリ装置など
の半導体メモリ装置、内部ハードディスクおよびリムーバブルディスクなどの磁
気ディスク、光磁気ディスク、およびＣＤ−ＲＯＭディスクを含む不揮発性メモ
リのあらゆる形態のものが挙げられる。前述した任意のものが、特別に設計され
た特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）により補充されるか、それに組み込まれて
よい。

【００５７】 多くの実施形態を上述してきた。しかしながら、本発明の趣旨および範囲から
逸脱することなく、さまざまな修正がなされてよいことを理解されたい。以下に
、いくつかの例を示す。

【００５８】 多数の回路を有する電気分配システムにおいて、ＰＬＤ１０は、１つの負荷を
モニタして、第２および第３の負荷を遅延させるために使用されてよい。さらに
、第２および第３の負荷は、第４および第５の負荷を遅延されるために使用され
てよい。このようなカスケード式の負荷は、所望の電力分配効率が最大になるま
で続けられる。

【００５９】 また、ＰＬＤ１０は、電力会社がＰＬＤ１０を遠隔操作できるように、遠隔式
のメータ読取通信システムに接続されてよい。このような遠隔操作は、上述した
ような一連のコンピュータシステムおよびソフトウェア命令において実行されて
よい。

【００６０】 別の例において、ＰＬＤ１０は、標準的な回路パネルに接続された多数のコン
タクタを供給するマイクロタービン発電機を含む電気分配システムに実行されて
よい。ＰＬＤ１０は、所定の電流レベルまたは「トリガ」点で、または電力網の
停電により電流が流れないことで、システムを自動的に中断できる単一の電源に
接続されてよい。

【００６１】 さらなる例において、ＰＬＤ１０は、数千の負荷をＰＬＤ１０または複数のＰ
ＬＤ１０からなるシステムに接続する電気分配システムにおいて実行されてよい
。１以上のＰＬＤ１０は、正確にずらした遅延アルゴリズムで符号化されてよい
。停電時のように、負荷が電力を拒む状況において、ブレーカやリクローザが負
荷への電力を回復するときに、大きな過渡電流が流れる。このような電力の回復
は同時に発生することがある。ＰＬＤまたは複数のＰＬＤ１０からなるシステム
は、時間をずらして大きな過渡電流の分配を遅延させるために使用されてよい。
これを実行することにより、中央網の電力分配システムの停電後に電力が回復し
たときに必要なピーク電流が大幅に減少される。したがって、通常のさまざまな
負荷を同時に同期させないことにより、電力会社は、通常のさまざまな負荷がピ
ーク需要を同時発生することで停電を起こさずに、分配供給を回復することがで
きる。消費者は、停電により生じる高ピーク始動需要の課金を被ることがなくな
ることにより利益を得る。

【００６２】 したがって、上述した記載は、本発明の本質の説明を目的としたものであると
理解されたい。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明のさまざま
な修正が可能であり、したがって、従来技術により課せられ添付の請求項に記載
されているような制限のみが設けられることが望ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 制御モジュールと電流センサを備えたピーク負荷分配器の実施形態を示す図で
ある。

【図２】 制御モジュールと電流センサの実施形態の略図である。

【図３】 電流ヒステリシスループである。

【図４】 時間と、出力、電流入力および電力との関数を組み合わせたグラフである。

【図５】 マイクロコントローラ論理の一実施例の流れ図である。

【図６】 論理状態とタイミングの流れ図である。

【図７】 論理状態とタイミングの別の流れ図である。

【図８】 論理状態とタイミングのさらなる別の流れ図である。

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

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷入力とセンサ出力を有する電流センサと、 前記電流センサに接続された制御ユニットとを具備し、前記制御ユニットが、 センサ出力に接続された電流センサ入力と、 前記電流センサの電流に応答するようにされた少なくとも１つの制御出力と、 前記少なくとも１つの制御出力のそれぞれに接続された制御スイッチと、 メモリを有し、前記電流センサ入力と前記少なくとも１つの制御出力に電気
   的に結合されたマイクロコントローラとを備える電力分配器。
2. 【請求項２】 マイクロコントローラが、タイマを含む請求項１に記載の電
   力分配器。
3. 【請求項３】 タイマスイッチをさらに含む請求項２に記載の電力分配器。
4. 【請求項４】 メモリが、非タイマプロセスとタイマプロセスを含む請求項
   ３に記載の電力分配器。
5. 【請求項５】 非タイマプロセスは、電流センサの電流が第１のしきい値を
   超えるとき、前記少なくとも１つの出力に電力を分配する命令と、電流センサの
   電流が第２のしきい値を下回るとき、前記少なくとも１つの出力への電力を遮断
   する命令とを含む請求項４に記載の電力分配器。
6. 【請求項６】 タイマプロセスは、電流センサの電流が第１の時間間隔の間
   しきい値を超えるとき、前記少なくとも１つの出力に電力を分配する命令と、電
   流が第２の時間間隔の間しきい値を超えている状態を維持するとき、前記少なく
   とも１つの出力への電力を遮断する命令とを含む請求項４に記載の電力分配器。
7. 【請求項７】 前記電流センサは、変流器である請求項１に記載の電力分配
   器。
8. 【請求項８】 前記電流センサは、それぞれが固有の電流レベルを有する複
   数のコンダクタを受け入れるようにされた入力を含む請求項１に記載の電力分配
   器。
9. 【請求項９】 タイマは、線周波数に基づくものである請求項２に記載の電
   力分配器。
10. 【請求項１０】 電力分配システムにおいて電力を制御する方法であって、 複数のしきい値をもつ第１の電流を有する第１の負荷を設けることと、 第１の電流のしきい値をモニタして、第２の電流を有する第２の負荷を設ける
    ことと、 第１の電流のしきい値に基づいて、第２の負荷への第２の電流を選択的に遮断
    および再分配することとを含む方法。
11. 【請求項１１】 第２の電流の選択的遮断と再分配は、 第１の電流が第１のしきい値を超えるとき、第２の負荷へ第２の電流を分配す
    ることと、 第１の電流が第２のしきい値を下回るとき、第２の負荷への第２の電流を遮断
    することとを含む請求項１０に記載の方法。
12. 【請求項１２】 複数のしきい値は、時間の経過とともに変化する請求項１
    ０に記載の方法。
13. 【請求項１３】 第２の電流の選択的遮断と再分配は、 第１の電流が第１の時間間隔の間しきい値を超えるとき、第２の負荷へ第２の
    電流を分配することと、 第１の電流が第２の時間間隔の間しきい値を超えている状態を維持するとき、
    第２の負荷への第２の電流を遮断することとを含む請求項１２に記載の方法。
14. 【請求項１４】 追加の電流を有する少なくとも１つの追加の負荷を設ける
    ことと、 第１の電流と第２の電流のしきい値の少なくとも１つに基づいて、少なくとも
    １つの追加の負荷への追加の電流を選択的に遮断および再分配することとをさら
    に含む請求項１０に記載の方法。
15. 【請求項１５】 それぞれが複数の負荷を有する複数の回路と、 ピーク負荷分配器とを具備し、前記ピーク負荷分配器が、 負荷入力とセンサ入力とを有する電流センサと、 前記電流センサに電気的に結合された制御ユニットとを備える電気分配シス
    テム。
16. 【請求項１６】 前記ピーク負荷分配器は、 センサ出力に接続された電流センサ入力と、 前記電流センサの電流に応答するようにされた少なくとも１つの制御出力と、 前記少なくとも１つの制御出力のそれぞれに接続された制御スイッチと、 メモリを有し、前記電流センサ入力と前記少なくとも１つの制御出力に電気的
    に結合されたマイクロコントローラとを備える請求項１５に記載の電気分配シス
    テム。
17. 【請求項１７】 ピーク負荷分配器に接続された遠隔式メータ通信モジュー
    ルをさらに具備する請求項１６に記載の電気分配システム。