JP2012163553A - 高調波周波数をフィルタにかけて分析するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】交流配電システム内の高調波周波数歪みをフィルタにかけ、高調波周波数の特徴を所得する。
【解決手段】フィルタ１０１は、交流電力から高調波周波数をフィルタ１０１にかけるように構成される。入力センサ１０２は、フィルタ１０１にかける前の交流電力の入力高調波周波数レベルを取得し、出力センサ１０３は、フィルタ１０１にかけた後の交流電力の出力高調波周波数レベルを取得するように構成される。インターフェースモジュール１０７は、入力センサ１０２および出力センサ１０３に接続されて、入力センサ１０２および出力センサ１０３によって測定された入力／出力高調波周波数レベルの信号を取得し、コンピュータ読み取り可能なデータに処理するように構成され、ＩＰベース通信ネットワークを経由しリモートサーバ２０５を通してアクセスすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、配電に関する。詳しくは、本発明は、交流配電システム内の高調波周波数レベルをフィルタにかけて監視するシステムに関する。

電気エネルギーは、交流電力としてエンドユーザへ供給される。理想的な交流電力は、「基本」周波数として知られている周波数で現れると期待される。種々の配電システムおよび環境要因によって、基本周波数は歪むことになる。基本周波数に対する歪みが、一定の周波数を有する周期的波形のパターンとして現れる場合、この歪みは「高調波」周波数として知られている。高調波周波数は、基本周波数の整数倍に等しい値である。基本周波数への雑音とみなされるので、通常は「電力品質」として表される、交流電力のこの高調波周波数からの解放は、配電システムにおける重要な問題となる。

交流電力システム内の高調波周波数によって、トランスを過熱したり、電気モータの動力出力を減らしたり、停電を引き起こしたりするなどの多くの問題がもたらされることになる。高調波周波数が基本周波数を歪ませると、交流電力の電力品質が低減され、エンドユーザへ供給される交流電源の効率および安定性が低減されることになる。
交流電力から高調波周波数を除去するためには、米国特許第５，５６７，９９４号明細書に開示されるようなフィルタが用いられる。このフィルタは、望ましくない高調波周波数に等しいまたは反対の成分をもたらすように動作し、その結果、望ましくない高調波成分が相殺される。

米国特許第５，５６７，９９４号明細書

本発明の一態様では、交流電力内の高調波周波数歪みをフィルタにかけて、交流電力の電力品質を測定するシステムであって、交流電力から高調波周波数をフィルタにかけるフィルタと、フィルタにかける前の交流電力の入力高調波周波数レベルを取得する入力センサと、フィルタにかけた後の交流電力の出力高調波周波数レベルを取得する出力センサと、入力および出力センサに接続され、入力／出力高調波周波数レベルに関する信号を取得して、該信号をコンピュータ読み取り可能なデータに処理するインターフェースモジュールとを含む、システムが提供される。

一実施形態では、インターフェースモジュールは、取得された信号をコンピュータ読み取り可能なデータに処理するプロセッサ、プロセッサを通して処理されたデータを記憶するデータベース、およびＩＰベース接続を経由してデータをリモートサーバへ送る通信装置を含む。

代替の実施形態では、インターフェースモジュール内のプロセッサは、さらに、リモートサーバに存在するソフトウェアプログラムに接続されて、フィルタにかける前後の高調波周波数レベルがソフトウェアプログラムによって検査することができるようにする。
さらなる実施形態では、データは、ウェブブラウザを通して遠隔的に検査することができる。代替としては、データは、ラップトップなどの携帯型表示装置を通して、現地で検査することができる。

本発明の別の態様では、交流電力内の高調波波形歪みをフィルタにかけて、交流電力の電力品質を監視する方法が提供される。この方法は、入力交流電力をフィルタにかけるステップと、フィルタにかける前後の交流電力の高調波周波数レベルを測定するステップと、フィルタにかける前後の交流電力の高調波周波数レベルの測定データを処理して、インターフェースモジュール内に記憶するステップと、フィルタにかける前後の交流電力の高調波周波数レベルの測定データを、ＩＰベース通信ネットワークを経由しウェブブラウザを通して、ユーザへ送るステップとを含む。

一実施形態では、フィルタにかける前後の高調波周波数レベルの測定データは、さらにソフトウェアによって検査することができる。
本発明は、以下に説明する添付の図面を参照して、本発明の非限定的な実施形態を経由して、説明される。

図１は、本発明の一実施形態に従って、交流送電の高調波レベルを取得して監視する装置を図示する。 図２は、本発明の一実施形態に従って、交流電力の高調波レベルをフィルタにかけて監視する装置であって、図１に示される装置を利用するシステムを図示する。

次の相当数の具体的なおよび代替の実施形態の説明は、本発明の発明に関する特徴を理解するために提供される。しかしながら、このような具体的な詳細がなくても、本発明を実行することができることは、当業者には明らかである。本発明を不明瞭にまでしないような長さとするため、詳細の一部は説明されないことがある。参照を容易にするため、図面に共通する同一のまたは類似の特徴を参照するとき、共通の参照符号が、図面の全体を通して使用されるようにする。

上述したように、交流入力電力が、消費用に配電されるとき、高調波周波数は、通常は、基本交流入力電力周波数へ雑音として導入される。この高調波周波数は、電気機器の効率を低減する。交流電力高調波周波数のレベルを低減するために、高調波周波数を監視して、交流電力の基本周波数から高調波周波数をフィルタにかける必要がある。
交流電力から高調波周波数をフィルタにかける方法は、広く知られている。しかし、交流配電を連続的に監視できることが望ましい。したがって、交流配電システム内に発生する高調波周波数の詳細な特徴を取得して監視するシステムおよび方法の必要性がある。

図１は、本発明の一態様に従って、高調波周波数のレベルをフィルタにかけて監視する装置を図示する。装置（１００）は、入力交流電力をフィルタにかけるフィルタ（１０１）、フィルタにかける前の交流電力の高調波レベルを監視する入力センサ（１０２）、フィルタにかけた後の交流電力の高調波レベルを監視する出力センサ（１０３）、ならびにデータ処理およびデータ通信目的用のインターフェースモジュール（１０７）を含む。インターフェースモジュール（１０７）はさらに、プロセッサ（１０４）、データベース（１０５）、および通信装置１０６を含む。プロセッサ（１０４）は、入力／出力センサ（１０２）、（１０３）から信号を受けて、この信号をコンピュータ読み取り可能なデータに処理する。これらのデータは、さらに処理するために、データベース（１０５）に記憶される。取り込まれて、プロセッサ（１０４）を通して処理されたデータは、通信装置（１０６）を通して、リモートサーバおよび／または現地の表示装置へ送ることができる。インターフェースモジュール（１０７）は、インターネットを通じてハイパーテキスト形式でデータをアクセスすることを可能にする、ウェブアクセス・プラットフォームを提供することが好ましい。

図２は、本発明の一実施形態に従って、交流電力の高調波レベルをフィルタにかけて監視する図１内の装置（１００）を利用するシステムを図示する。装置（１００）の一端は、交流電源（２０２）の入力端子に接続され、他端は、電気的負荷（２０３）に接続される。交流電源（２０２）は、交流電力の供給源であり、この電力は電気的負荷（２０３）へ供給される。

図２をさらに参照すると、交流電源（２０２）からの入力電力が装置（１００）に入力しながら、入力センサ（１０２）は、入力交流電力の高調波周波数レベルを測定していて、他方でフィルタ（１０１）は、交流電力の高調波周波数をフィルタにかける。フィルタにかけた後に、出力センサ（１０３）は、フィルタにかけられた交流電力の高調波周波数レベルを測定し、フィルタにかけられた交流電力は電気的負荷（２０３）へ送られる。次いで、フィルタにかける前後の交流電力の高調波周波数レベルの測定信号は、装置（１００）のインターフェースモジュール（１０７）へ供給される。インターフェースモジュール（１０７）では、プロセッサ（１０４）は、測定信号をコンピュータ読み取り可能なデータに処理する。処理されたデータは収集されて、データベース（１０５）に記憶される。処理されたデータはさらに、ある期間の間、連続的にログを取られて、その期間に応じてデータベース（１０５）に記憶されてもよい。処理されたデータは、データベース（１０５）に直接にアクセスするように構成される、ラップトップなどの携帯型装置を通して、ユーザによって現地で検査することができる。携帯型装置は、ＲＳ２３２接続を通して装置（１００）に接続することができる。

装置１００はさらに、リモートサーバ（２０５）によって、ＩＰベース通信ネットワークを経由し通信装置（１０６）を通して、アクセスすることができる。装置（１００）が遠隔的にアクセスされると、データベース（１０５）に記憶されたデータは、それに応じて検索することができる。ユーザは、リモートサーバ（２０５）に存在するウェブブラウザ（２０６）を通して、そのデータを検査することができる。プロセッサ（１０４）によって処理されたデータはまた、リモートサーバ（２０５）を通してリアルタイムでアクセスできる可能性もある。リモートサーバ（２０５）は、さらに、データベース（１０５）に記憶されたデータを、所定期間で検索して獲得するように構成されてもよい。
ウェブブラウザ（２０６）を通して装置（１００）にアクセスするためには、ユーザは、そのデータにアクセスするための認可を必要とすることがある。

図２をさらに参照すると、データベース（１０５）に記憶されたデータは、リモートサーバ（２０５）に存在するソフトウェア（２０４）を用いて検査することもできる。ＧＵＩインターフェースを有するソフトウェア（２０４）を用いることによって、ユーザは、データベース（１０５）からデータを抽出して検査することができる。代替としては、ソフトウェア（２０４）は、データを検索して、そのデータを、任意のスプレッドシート形式または任意のデータベーステーブル形式などの、任意の所望の形式に記憶することもできる。ソフトウェア（２０４）は、データの処理をさらに制御して柔軟にすることができる。例えば、データは、マイクロソフトエクセル（登録商標）などの市販のソフトウェアによって認識される形式に記憶することができる。これらの市販のソフトウェアを用いて、データは処理されて、ユーザによってさらに容易に解釈することができる。データは、容易に処理されて、分析用にさらに複雑なグラフィック形式で提示することができる。

さらなる実施形態では、通信装置（１０６）を経由して装置（１００）に接続されたリモートサーバ（２０５）は、装置（１００）のパラメータを制御するようにも構成される。
使用に先立って、装置（１００）は、パネル付きキャビネット内に取り付けられて設置される。装置（１００）は、メンテナンスの目的のため、容易に解体されて、再び組み立てることができる。装置（１００）に使用される部品は、カスタマイズ可能であり、それゆえに装置（１００）の設計は、ユーザの必要性に応じて調整することができる。さらにその上、装置（１００）の設計は、高電流のサージおよびスパイクに耐えることができるコイルおよびコンデンサを用いて、堅牢にしている。

一実施形態では、装置（１００）は、定格電流が１８００Ａのシステムに応えるように設計されて、１０００ボルトの高さのサージおよびスパイクに耐えることができる。現在の技術水準では、装置（１００）のサイズおよび重さは、実質的に１８００Ａの高アンペアレベルであるのにかなり小さい。

アンペアレベルが１８００Ａのシステムの他に、このような装置（１００）は、異なる定格電流の他のシステムに応えるために利用することもできる。そうするために、装置（１００）のフィルタ部品は、所望のアンペアレベルに適合するように差し換えることができる。典型的には、装置の平均耐用年数は、装置（１００）に使用される部品に関して計算される。時間および強さに起因して部品が劣化する問題が発生する。装置（１００）が現地で設置される場合、交流電源の品質は、密接に、かつさらに重要なことであるが遠隔的に、監視することができる。リモートサーバ（２０５）は、多数の場所を、それぞれ設置された装置（１００）を通して同時に、容易に監視することができる。このような遠隔監視は、運用コストを節約することができる。安定した交流電源は、機器の故障およびシステム内の誤作動を低減し、トランスなどの過熱も低減する。したがって、電気ネットワークに接続されるケーブルを含む機器の部品は、より長く持ちこたえることになり、それゆえに機器の平均耐用年数を増加させることになる。

望ましくは、装置（１００）に使用される部品は、必要性および設計に応じてカスタマイズされ、その結果、装置のサイズが、または電気ネットワークシステム全体のサイズでさえも、削減することができる。具体的には、電力のすべての範囲に応えるよりもむしろ特定の定格電力に応えるようにする装置（１００）設計は、サイズを著しく削減するのに役立つことができる。

上述した記述は、本発明の態様をいかに実装することができるかという例とともに、種々の本発明の実施形態を説明する。具体的な実施形態が説明され図示されたが、多くの変化形態、修正形態、変形形態、およびこれらの組み合わせが、本発明の範囲から逸脱せずに、本発明に対して形成することができると理解される。上述した例、実施形態、命令セマンティクス、および図面は、実施形態にすぎないと考えられるべきではなく、次の請求項によって定められるような本発明の柔軟性および利点を説明するために提示されている。

Claims (7)

1. 交流電力内の高調波周波数歪みをフィルタにかけて、該交流電力の電力品質を測定するシステムであって、
   前記交流電力から高調波周波数をフィルタにかけるフィルタと、
   フィルタにかける前の前記交流電力の入力高調波周波数レベルを取得する入力センサと、
   フィルタにかけた後の前記交流電力の出力高調波周波数レベルを取得する出力センサと、
   前記入力および出力センサに接続され、前記入力／出力高調波周波数レベルに関する信号を取得して、該信号をコンピュータ読み取り可能なデータに処理するインターフェースモジュールとを含む、システム。
2. 前記インターフェースモジュールは、前記取得された信号をコンピュータ読み取り可能なデータに処理するプロセッサ、前記プロセッサを通して処理された前記データを記憶するデータベース、およびＩＰベース接続を経由して前記データをリモートサーバへ送る通信装置を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記インターフェースモジュール内の前記プロセッサは、さらに、前記リモートサーバに存在するソフトウェアプログラムに接続されて、フィルタにかける前後の前記高調波周波数レベルが前記ソフトウェアプログラムによって検査することができるようにする、請求項１に記載のシステム。
4. 前記データは、ウェブブラウザを通して遠隔的に検査することができる、請求項１に記載のシステム。
5. 前記データは、ラップトップなどの携帯型表示装置を通して、現地で検査することができる、請求項１に記載のシステム。
6. 交流電力内の高調波波形歪みをフィルタにかけて、交流電力の電力品質を監視する方法であって、
   入力交流電力をフィルタにかけるステップと、
   フィルタにかける前後の前記交流電力の高調波周波数レベルを測定するステップと、
   フィルタにかける前後の前記交流電力の前記高調波周波数レベルの測定データを処理して、インターフェースモジュール内に記憶するステップと、
   フィルタにかける前後の前記交流電力の前記高調波周波数レベルの前記測定データを、ＩＰベース通信ネットワークを経由しウェブブラウザを通して、ユーザへ送るステップとを含む、方法。
7. フィルタにかける前後の前記高調波周波数レベルの前記測定データは、さらにソフトウェアによって検査することができる、請求項６に記載の方法。

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