JP2012170322A - 電力消費デバイスによる送電および配電グリッドコード事象の発生の監視 - Google Patents

電力消費デバイスによる送電および配電グリッドコード事象の発生の監視 Download PDF

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Abstract

【課題】電力送電事業内でのグリッドコード事象の発生を監視する電力需要家アプローチを提供する。
【解決手段】グリッドコード事象メータ１３０が、グリッドコード事象が発生したことを検出するために使用される。グリッドコードメータ１３０は、消費需要に関する電力関連パラメータに対するデータを得るように構成された計量コンポーネント２０５を備える。グリッドコード基準追跡コンポーネント２０５は、電力品質および信頼性に対する需要家の送電会社が要求するグリッドコード基準を遵守しているかについて、計量コンポーネント２０５が得た電力関連パラメータに関連するデータを追跡する。グリッドコード事象検出コンポーネント２１０が、追跡された電力関連パラメータに対するデータに従って、グリッドコード事象が発生したことを検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に電力システムに関し、より詳細には、グリッドコード事象と呼ばれる深刻なシステム混乱の発生について送電および配電を監視することに関する。
一般に、電力システムは、発電設備、需要家、およびそれらを互いにつなぐ１つまたは複数の送電および配電網から成る。送電網は、通常、システム運営者によって所有および制御されている。システム運営者は、電力需要家の需要を満たすために発電規格および指針を制定する。この指針は、グリッドコードと呼ばれている。正常な動作からの極めて深刻な逸脱は、グリッドコード事象と呼ばれている。
グリッドコード事象を表す電気的パラメータは、通常、周波数および電圧である。たとえば、フロリダおよびカリフォルニア州ロサンゼルスでの大規模な原子力発電所の停止の結果、６０Ｈｚから５７Ｈｚ未満への周波数降下（ｄｉｐ）および、４０％以上の深刻な電圧降下が生じた。
アメリカ合衆国の北東部が停電に見舞われ、その結果、オハイオ州クリーブランドからニューヨーク州ニューヨーク市までのグリッドの完全な裂断または分断が生じた２００３年の別の例を考える。この停電中のグリッドの分断は、発電量を上回る負荷を一方の側に生じさせる結果となった。その結果、負荷が発電量を上回った側は、周波数降下および電圧降下に見舞われた。一方、発電量が負荷を上回った他方の側は、過周波数および過電圧に見舞われた。
E.ON Netz, "Grid Code: High and Extra High Voltage," April 2006, pages 1-46, E.On Netz GmbH, Grid Connection Regulations to High and Extra High Voltage.
本発明の一態様では、グリッドコードメータが提供される。グリッドコードメータは、電力消費需要に関連する複数の電力関連パラメータに対するデータを得るように構成された計量コンポーネントを備える。グリッドコード基準追跡コンポーネントは、電力の品質および信頼性に対する電力需要家の需要を満たすために送電会社が必要とするグリッドコード基準を遵守しているかについて、計量コンポーネントが得た複数の電力関連パラメータに関連するデータを追跡するように構成されている。グリッドコード事象検出コンポーネントは、グリッドコード基準を遵守している追跡データに従って、グリッドコード事象が発生したことを検出するように構成されている。
本発明の一実施形態による、グリッドコード事象の発生について電力システムの送電側を監視するためのシステムを示す概略図である。 本発明の一実施形態による図１に示すグリッドコードメータのさらに詳細を示す概略ブロック図である。 本発明の一実施形態による図１〜２に示すグリッドコードメータによって行われる動作のいくつかを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による住居用電力消費応用例での使用に適したグリッドコードメータのフェイスプレートを示す図である。 本発明の一実施形態による図４に示したグリッドコードメータを形成する構成要素のより詳細な概略図である。
本発明のさまざまな実施形態は産業、商業、住居および医療施設の用途で使用される電力消費デバイスによるグリッドコード事象の発生について電力システムの送電側を監視することを目的としている。一実施形態では、電力消費需要に関連する多数の電力関連パラメータについてのデータを得るグリッドコードメータが、開示される。一実施形態では、グリッドコードメータが、電力の品質および信頼性に対する電力需要家の需要を満たすために送電会社が要求するグリッドコード基準を遵守しているかについて、電力関連パラメータに関連するデータを追跡する。一実施形態では、グリッドコードメータが、電力関連パラメータに対する追跡されたデータが、グリッドコード基準を遵守していない場合、グリッドコード事象が発生したことを検出する。
本発明のさまざまな実施形態の技術的な効果は、電力システムの送電側の監視および管理を改善することを含む。電力システムの送電側の監視および管理を改善すると、電力需要家に対する電力品質および信頼性が増加する。たとえば、電力需要家は、工場内での製造ロスを最小限に抑えることが可能になる。現在、多くの工場プロセスは、周波数に対して感受性が高いが、グリッドから周波数独立になるようなバックツーバックのＤＣ変換、または電圧を安定させるための大型無停電電源をもつ余裕はなく、製造ロスを被ることになる。本発明のさまざまな実施形態によって提供されるグリッドコード検出は、システムが公称通りであることをメータが示すまで、電力需要家が、損傷する可能性があるプロセスを自信を持ってトリップすることができるようにする。
図面を参照すると、図１は、本発明の一実施形態による、グリッドコード事象の発生について電力需要家１０５の電力システムの送電側を監視するためのシステム１００を示す概略図である。一実施形態では、電力需要家１０５は、あるプロセスを駆動する、三相モータ（たとえば、誘導モータおよび同期モータなど）などの１つまたは複数の産業用電気モータを有する産業用需要家である。本実施形態に適している産業用需要家のタイプは、製紙工場から、瓶詰めプラント、製薬工場、安定したライン周波数および電圧を有することが望ましい任意の事業まで、特定の産業に限定されない。図１に示すように、電力需要家１０５は、負荷（すなわち、需要家の工場内の一工程）を駆動する三相モータなどのモータ１１０を備える。本発明の実施形態を示すために、１つのモータ１１０のみが示されているが、典型的な産業用需要家は、プロセス工程を駆動する、それ以上の数のモータを有することがあることを当業者なら理解されよう。さらに、監視システム１００の図示を簡単にするために、電力需要家１０５の簡単な図のみが示されている。電力需要家１０５が、モータ１１０に加えて彼らの施設内に他の構成要素および補助装置を有することを当業者なら理解されよう。
図１に示すように、監視システム１００は、モータ制御センタまたはモータ管理リレーとして通常機能するグリッドコードメータ１３０を備える。グリッドコードメータ１３０は、周波数ならびに電流および電圧を測定する能力が高いため、グリッドコード事象を定義する電圧および周波数における特徴的な欠陥を感知することが可能である。図２を参照して以下で詳細に説明するように、グリッドコードメータ１３０は、グリッドコード事象が発生したことを検出することに関するいくつかの機能を行う。これらの機能は、さまざまな電力関連パラメータ（たとえば、電圧、周波数、電流、温度など）に関連するモータ１１０からのデータを得ること、電力の品質および信頼性に対する電力需要家１０５の消費需要を満たすために送電会社が要求するグリッドコード基準を遵守しているかについてデータを追跡すること、および電力関連パラメータのいずれかに対して追跡されたデータがグリッドコード基準を遵守していない場合、グリッドコード事象が発生したことを検出することを含む。
本明細書に記載のこれらの機能および他の機能を行うことに加えて、グリッドコードメータ１３０は、モータ１１０を保護することに関連する機能を行う。これらの機能は、不平衡負荷、過度に高い過電流通電、電圧低下状態、過電圧状態、機械の不具合および負荷損を含む事柄に対する保護を含む。
グリッドコードメータ１３０は、電気メータまたはリレーなどの市販のモータ保護デバイスを構成することによって実装されてもよい。グリッドコードメータ１３０を構成するために使用することができる市販のモータ保護デバイスの一例は、ＧＥ Ｍｕｌｔｉｌｉｎによって販売されている４６９ Ｍｏｔｏｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｒｅｌａｙである。本発明のさまざまな実施形態に記載されている機能を行うためのグリッドコードメータ１３０を構成するために使用することが可能である、４６９ Ｍｏｔｏｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｒｅｌａｙと同様に機能を行い、情報を生成する他の市販のモータ保護デバイスがあることを、当業者なら理解されよう。
図１に示す監視システム１００は、通信ネットワーク１４０を介してグリッドコードメータ１３０と接続されたコンピュータ１３５をさらに備える。コンピュータ１３５は、さまざまな機能のうちの１つを行うために使用することが可能である。たとえば、コンピュータ１３５は、電力需要家の１０５のモータ１１０ならびにその他の構成要素および補助システムの遠隔監視および診断を行うためにプラント運営者によって使用される、離れた位置にあるホストコンピュータであってよい。一実施形態では、コンピュータ１３５は、電力需要家１０５の資産すべての一般的な管理に使用されてもよい。別の実施形態では、コンピュータ１３０は、グリッドコードメータ１３０の周囲に局所的に配置され、それによって、プラント運営者が、プロセスレベルでプラントとより緊密にやりとりすることができる。
図２は、本発明の一実施形態によるグリッドコードメータ１３０のさらに詳細を示す概略ブロック図である。図２に示すように、グリッドコードメータ１３０は、電力需要家１０５の電力消費需要に関連する複数の電力関連パラメータにためのデータを得るように構成された、計量コンポーネント２００を備える。一実施形態では、複数の電力関連パラメータは、電圧、電流、周波数および温度を含む。ワット、バールおよび力率などの他の電力関連パラメータのデータが監視されてもよいことを、当業者なら理解されよう。図面には示していないが、さまざまなセンサおよび／またはトランスデューサ（たとえば、電圧センサ、電流センサ、位相角センサ、温度センサなど）が、さまざまな測定値を得るためにモータ１１０の周囲に配置されている。これらのセンサおよび／またはトランスデューサは、これらの測定値をグリッドコードメータ１３０の計量コンポーネント２００へ送信するように構成されている。
グリッドコードメータ１３０は、計量コンポーネント２００が得た複数の電力関連パラメータに関連するデータを追跡するように構成された、グリッドコード基準追跡コンポーネント２０５をさらに備える。特に、グリッドコード基準追跡コンポーネント２０５は、電力関連パラメータのそれぞれに対するデータが、電力品質および信頼性に対する電力需要家１０５の消費需要を満たすために送電会社が要求するグリッドコード基準を遵守しているかどうかを判定する。一実施形態では、グリッドコード基準追跡コンポーネント２０５は、得たデータを、それぞれの電力関連パラメータに特有の複数の分類のうちの１つに分類する。たとえば、それぞれの電力関連パラメータ（たとえば、電圧および周波数）に対して、電力需要家１０５のある動作状態を表すデータに対する範囲の値に対応するさまざまな分類がある。
一実施形態では、周波数に特有の分類は、システム公称分類、極低周波数分類、低周波数分類、極高周波数分類、および高周波数分類を含む。これらの分類のうちの１つに分類されることが可能なデータ値は、モータ１１０のステータスの標示を与えることができる。その結果、プラント運営者、モータエンジニア、またはプロセスエンジニアは、モータ１１０から生成された周波数データが危険な値であった場合、モータ１１０が危険な状態にあることを通知される。一実施形態では、公称分類は、約５９．５ヘルツ（Ｈｚ）から約６０．５Ｈｚまでの範囲の周波数を含み、極低周波数分類は、約５７．８Ｈｚ未満の周波数を含み、低周波数分類は、約５７．８Ｈｚから約５９．５Ｈｚまでの範囲の周波数を含み、極高周波数分類は、約６２．２Ｈｚを超える周波数を含み、高周波数分類は、約６０．５Ｈｚから約６２．２Ｈｚまでの範囲の周波数を含む。
一実施形態では、電圧（Ｖ）に特有の分類は、公称電圧分類、超電圧低下分類、極電圧低下分類、低電圧分類、超過電圧分類、極過電圧分類および高電圧分類を含む。これらの分類うちの１つに分類することが可能なデータ値は、モータ１１０のステータスの標示を与えることができる。その結果、プラント運営者、モータエンジニア、またはプロセスエンジニアが、モータ１１０から生成されるデータが危険な電圧値であった場合、モータ１１０が危険な状態にあることを通知される。一実施形態では、公称電圧分類は、公称システム定格の約９５％から約１０５％までの範囲の電圧を含み、超電圧低下分類は、約８０％Ｖ未満の電圧を含み、極電圧低下分類は、約８０％Ｖから約９０％Ｖまでの範囲の電圧を含み、低電圧分類は、約９０％Ｖから約９５％Ｖまでの範囲の電圧を含み、超過電圧分類は、約１２０％Ｖを超える電圧を含み、極過電圧分類は、約１１０％Ｖから約１２０％Ｖまでの範囲の電圧を含み、高電圧分類は、約１０５％Ｖから約１１０％Ｖまでの範囲の電圧を含む。
各パラメータに対して何個の分類が使用されてもよいこと、および本発明の実施形態は特定の分類ラベルに限定されないことを、当業者なら理解されよう。さらに、種々のデータ値の範囲を各パラメータに対して使用することができること、および本発明の実施形態は特定のデータ範囲に限定されないことを、当業者なら理解されよう。
図２に示すように、グリッドコードメータ１３０は、追跡されたデータからグリッドコード事象が発生したことを検出するように構成された、グリッドコード事象検出コンポーネント２１０をさらに備える。特に、グリッドコード事象検出コンポーネント２１０は、電力関連パラメータに対する複数の分類のうちの１つへデータを分類したことに応じて、グリッドコード事象が発生したことを検出する。データが、異常状態を示す分類のうちのいずれか１つに分類された場合、グリッドコード事象検出コンポーネント２１０が、電力需要家１０５（たとえば、モータ１１０）が特定のグリッドコード基準を遵守していないと判定することになる。
グリッドコード事象検出コンポーネント２１０はまた、グリッドコード事象の検出に加えて他の判定を行うようにも構成されている。一実施形態では、グリッドコード事象検出コンポーネント２１０は、グリッドコード事象が存在することを検出したことに応答して、電圧と周波数の比（Ｖ／Ｈｚ）を決定する。電圧と周波数の比（Ｖ／Ｈｚ）は、グリッドコード事象の過励磁または励磁低下の重大性についての標示を与える。一般に、過励磁のグリッドコード事象は、グリッド（すなわち、モータおよび発電機ステータ、および変圧器）上の機械の鉄芯の加熱を特徴とするが、一方、励磁低下グリッドコード事象は有害な影響を有さない。
グリッドコードメータ１３０は、グリッドコード事象検出コンポーネント２１０がグリッドコード事象の発生を判定したことに応答して電力関連パラメータに関連するデータを記録する、グリッドコード事象捕捉コンポーネント２１５をさらに備える。一実施形態では、グリッドコード事象捕捉コンポーネント２１５は、それぞれの低または高レベルに達した瞬間から電力需要家１０５が公称レベルにあるとシステム１００が判定するまで、電圧、周波数、および電圧と周波数の比（Ｖ／Ｈｚ）などの電力関連パラメータを自動的に捕捉するように構成されたデジタル故障レコーダである。
グリッドコード事象プロットコンポーネント２２０は、グリッドコード事象を表す複数の波形をプロットするために、グリッドコード事象捕捉コンポーネント２１５が捕捉したデータを使用する。グリッドコード事象プロットコンポーネント２２０が生成する波形は、たとえば、非公称周波数予備率曲線、低および高電圧偏移、電流、電力およびバール変動を示す電圧対時間プロットを含む。一実施形態では、グリッドコード事象プロットコンポーネント２２０は、グリッドコード事象検出コンポーネント２１０がグリッドコード事象の発生を判定したことに応答して、グリッドコード事象を表す波形をプロットするように構成されている。さまざまな時間ステップを使用し、あるグリッドコード事象の、適切に時間調節された持続時間を捕捉することができることを、当業者なら理解されよう。
グリッドコードメータ１３０は、グリッドコード事象検出コンポーネント２１０がグリッドコード事象の発生を判定したことに応答して、モータ１１０への電力の生産を停止するように構成された、割込みコンポーネント２２５をさらに備える。一実施形態では、割込みコンポーネント２２５は、周波数および／または電圧値がゼロでないレベルにある間、モータ１１０を閉位置に保持するようにリレーのラッチをトリガするように構成されてもよい。このことは、ダウン事象を予見しており、リレーが無停電電源上にないと仮定する。電力は、リレーに戻されたとき、再びグリッドにアクセスする。状態が正常である場合、割込みコンポーネント２２５は、リレーを停止させる。この実施形態では、グリッドが、不具合の状態にある場合、割込みコンポーネントによるリレーの待機が続行する。
図２に示すようなグリッドコードメータ１３０は、グリッドコード事象の発生を示す通知を生成するように構成された、グリッドコード事象通知コンポーネント２３０をさらに備える。通知は、プラント運営者に情報を報告するために使用される多種多様な媒体のうちの１つを通じて行われてもよい。たとえば、通知は、発生時間、位置、事象の理由、および事象を回復するためにとるべき行動などのグリッドコード事象のさまざまな詳細を与える、アラーム、電子メール、レポートを含んでもよい。これらは、使用される通知の考えられる形態の不完全なリストに過ぎないが、本発明の実施形態は特定の形態の通知に限定されない。
グリッドコードメータ１３０は、図２を参照して本明細書で前に説明したものよりも多くの機能を行うことが可能であることを、当業者なら理解されよう。たとえば、グリッドコードメータ１３０は、モータ１１０のモータ保護に関連する機能を有してもよい。これらの機能は、不平衡負荷、過度に高い過電流通電、電圧低下状態、過電圧状態、機械の不具合および負荷損を含む事項に対して保護することを含む。グリッドコードメータ１３０が備えることができる他のコンポーネントは、データおよび指令を格納するためのメモリ、通信インターフェイス、電源およびさまざまなスイッチである。
図２は、グリッドコードメータ１３０が、モータ１１０の電圧および周波数の偏移を同時に追跡するように構成された、電圧および周波数偏移追跡コンポーネント２３５を含むことをさらに示している。グリッドコードメータ１３０の他のコンポーネントと同様に、電圧および周波数偏移追跡コンポーネント２３５による電圧および周波数偏移の追跡は、それらの送電会社によって供給される電力の品質および信頼性に関して警告をするために使用することができる情報を電力需要家１０５へ提供することをさらに容易にする。すなわち、電力需要家１０５は、送電会社が二者の間で締結された電力協定の下でその義務を満たしているかどうかを確認するために、この情報を使用することができる。
一実施形態では、電圧および周波数偏移追跡コンポーネント２３５は、全国電気製造業者協会（ＮＥＭＡ）によって特定された制限からの偏移に対して、モータ１１０の電圧および周波数を追跡する。特に、ＮＥＭＡは、＋／−１０％の電圧および＋／−５％の周波数偏移を許している。ここで、２つの変動の合計は、１０％を超えてはならない。電圧および周波数偏移追跡コンポーネント２３５は、以下のアルゴリズムを使用して上述のＮＥＭＡ制限値からの偏移に対して、モータ１１０から得た電圧および周波数読取値を同時に追跡する。
Figure 2012170322
 この実施形態では、ＮＥＭＡ＝０は、消費される電力は、安全なモータ動作に対するＮＥＭＡ指針内にあることの標示であり、一方、ＮＥＭＡ＝１は、モータが異常な状態にさらされ、ステータ、ロータのいずれかまたは両方で熱的な損傷が持続していることの標示である。ＮＥＭＡ出力変数（すなわち、ＮＥＭＡ＝０またはＮＥＭＡ＝１）は米国本土のグリッドにとっては重要ではないが、グリッドコード問題が一般的なものである第２および第３世界では大いに重要であることを、当業者なら理解されよう。ＮＥＭＡ出力変数はまた、発電が孤立しているモータ応用例にとっても問題である。ガスパイプライン圧縮ステーション、海上石油掘削基地、または電源が単一または少ないゆえに応用例が脆弱であるその他の場所が、例となる。
本発明のさまざまな実施形態では、グリッドコードメータ１３０の部分が、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態またはハードウェアとソフトウェア要素の両方を含む実施形態の形態で実施されてもよい。一実施形態では、グリッドコードメータ１３０によって行われる処理機能が、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含むが、それに限定されないソフトウェアに実装されてもよい。
さらに、グリッドコードメータ１３０が行う処理機能は、コンピュータ、またはいずれかの指令実行システム（たとえば、処理ユニット）によって、またはそれとともに使用するためにコンピュータ使用可能なまたはコンピュータ読取可能な媒体提供プログラムコードからアクセス可能な、コンピュータプログラムプロダクトの形態をとってもよい。この説明の目的のために、コンピュータ使用可能なまたはコンピュータ読取可能な媒体は、プログラムを含むまたは格納することができる、コンピュータ、または任意の指令実行システムによってまたはそれとともに使用するための任意のコンピュータ読取可能な保管媒体であってもよい。
コンピュータ読取可能な媒体は、電子、磁気、光学式、電磁気、赤外線、または半導体システム（または装置またはデバイス）であってよい。コンピュータ読取可能な媒体の例には、半導体または固体メモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、リジッド磁気ディスクおよび光学式ディスクが含まれる。光学式ディスクの最近の例には、コンパクトディスク−リードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−リード／ライト（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）およびデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）が含まれる。
図３は、本発明の一実施形態によるグリッドコードメータ１３０によって行われる動作のうちのいくつかを示すフローチャート３００を示している。図３のフローチャート３００は、３０５で、モータ１１０から電力関連パラメータについてのデータを得ることによって開始する。一実施形態では、データは、電圧、電流、周波数および温度に関連し、このようなパラメータを測定するように構成された、いくつかのセンサおよび／またはトランスデューサのうちの１つによって測定されることが可能である。一実施形態では、グリッドコードメータ１３０は、Ｍｏｄｂｕｓ、Ｐｒｏｐｈｉｂｕｓ、ファウンデーションフィールドバス（Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ Ｂｕｓ）、イーサーネットなどの現在使用可能な電子通信システムのうちのいずれか１つによって、さまざまなセンサおよび／またはトランスデューサからデータを得ることができる。
データが得られると、３１０で、グリッドコードメータ１３０は、電力関連パラメータのそれぞれに対するデータが、送電会社が要求する電力需要家１０５のグリッドコード基準を遵守しているかどうかを判定するために、電力関連パラメータに関連するデータを追跡する。一実施形態では、このステップは、それぞれの電力関連パラメータに特有のさまざまな分類のうちの１つにデータを分類することを含む。
グリッドコードメータ１３０が、グリッドコード事象検出コンポーネント２１０を介して、３１５で追跡されたデータから、グリッドコード事象が発生したことを検出する。上述のように、グリッドコード事象検出コンポーネント２１０は、電力関連パラメータに対する複数の分類のうちの１つへデータを分類したことに応じて、グリッドコード事象が発生したことを検出する。データが異常状態を示す分類のいずれか１つに分類された場合、グリッドコード事象検出コンポーネント２１０が、電力需要家１０５（たとえば、モータ１１０）が特定のグリッドコード基準を遵守していないことを判定する。グリッドコード事象検出コンポーネント２１０はまた、グリッドコード事象が存在することを検出したことに応答して、電圧と周波数の比（Ｖ／Ｈｚ）を決定するように構成されている。
図３のフローチャート３００は、グリッドコード事象の発生の検出に応答して、いくつかの動作が行われることを示している。３２０で、グリッドコードメータ１３０がグリッドコード事象捕捉コンポーネント２１５を介して、グリッドコード事象検出コンポーネント２１０がグリッドコード事象の発生を判定したことに応答して、電力関連パラメータに関連するデータを記録する。グリッドコード事象プロットコンポーネント２２０は、３２５で、グリッドコード事象捕捉コンポーネント２１５が捕捉したデータを使用して、グリッドコード事象を表す複数の波形をプロットする。上述のように、グリッドコード事象プロットコンポーネント２２０が生成する波形は、たとえば、非公称周波数予備率曲線、低および高電圧偏移、電流、電力およびバールの変動を示す電圧対時間プロットを含む。
グリッドコード事象の発生の検出に応答して行われる別の動作には、３３０で、グリッドコード事象検出コンポーネント２１０がグリッドコード事象の発生を判定したことに応答して、モータ１１０への電力の生産を停止するために、割込みコンポーネント２２５を使用することが含まれる。状態が正常になった後、割込みコンポーネント２２５が、モータ１１０を含む電力需要家への電力の接続を再構成するために使用されることができる。
グリッドコード事象の発生の検出に応答して行われる図３に示されている他の動作には、３３５で、グリッドコード事象通知を生成することが含まれる。上述のように、通知の例は、グリッドコード事象のさまざまな詳細を与える、アラームを生成すること、電子メールを送ること、レポートを送ることを含む。
図３のフローチャート３００は、モータ１１０からデータを得た後、別の動作が行われてもよいことを示している。特に、フローチャート３００は、３４０で、指定された制限値からの偏移に対してモータ１１０から得られた電圧および周波数読取値を追跡する。上述のように、一実施形態では、電圧および周波数読取値が、ＮＥＭＡ制限値から偏移に対して追跡されてもよい。この実施形態では、３４５で、電圧および周波数偏移の追跡の結果が、モータエンジニアまたはプロセスエンジニアを含む関係当事者へ出力される。
前述の図３のフローチャートは、電力需要家１０５に配置された電力消費デバイス（たとえば、モータ１１０）でのグリッドコード事象を検出するためのグリッドコードメータ１３０に関連する処理機能のいくつかを示している。この点において、各ブロックは、これらの機能を行うことに関連する処理動作を示している。いくつかの代替となる実施例では、ブロックに記述されている動作が、図に示された順番をはずれて起こること、たとえば、実際は、関連する動作に応じて、ほぼ同時にまたは逆の順序で行われることにも留意されたい。また、処理機能を記述する追加のブロックが加えられてもよいことを当業者なら理解されよう。
今まで説明してきた実施形態では、グリッドコードメータ１３０は、産業用需要家である電力需要家に関連して説明されている。グリッドコードメータ１３０に関して説明された実施形態は、商業用、医療用（たとえば、病院）および住居用需要家を含む電力需要家にも適していることを、当業者なら理解されよう。産業用需要家に対して説明したグリッドコードメータと同様に、住居用、商業用および医療用需要家のためのグリッドコードメータは、グリッドコード事象の発生を示す情報を提供する。産業用モータで生じるグリッドコード事象とは違って、グリッドコード事象は、住居、商業用施設および医療用施設で使用される電力消費デバイスで生じる。これらの電力消費デバイスは、生命維持用の医療機器から、空調ユニットのモータ／コンプレッサまでのあらゆる範囲にわたる。この実施形態では、住居用需要家は、送電会社が電力品質および信頼性に対する彼らの電力協定に特有のグリッドコード基準に適合しているかを通知するために、グリッドコード事象に関連する情報を使用することができる。非常用電源用にバックアップ用ディーゼル発電機セットを通常所有している医療用施設に対しては、移行が必要となる前にこの設備を始動させるための適切な時間を知らせる。通常、バックアップセットは、電力の喪失に応答するに過ぎず、それでは遅すぎる。周波数の問題を早期に測定することが可能であることは、停電の前の予備的な措置のための適切な時間を与える。
図４は、本発明の一実施形態による、住居用、商業用および医療用電力消費応用例で使用するのに適した、グリッドコードメータ４００のフェイスプレートを示している。この実施形態では、グリッドメータ４００は、ウォールソケットに差し込まれる。図４に示すように、グリッドコードメータ４００のフェイスプレートは、ディスプレイ４０５および４１０に、それぞれ電圧（Ｖ）および周波数（ｆ）の一定の読取値を提供する。また、グリッドコードメータ４００のフェイスプレートは、上側および下側の電圧および周波数制限値をそれぞれ設定することを可能にする、設定ボタン４１５および４２０を提供する。また、グリッドコードメータ４００のフェイスプレートは、公称電圧および周波数を制限値に対してそれぞれ変更するための、上昇／下降ボタン４２５および４３０を提供する。また、グリッドコードメータ４００のフェイスプレートは、事象報告ボタン４３５を提供する。これは、電圧または周波数設定ボタン４１５および４２０とともに押されたとき、上の２つのウィンドウ内に事象の最大偏移および時間を示す。図４に示されているこれらのディスプレイおよびボタンは、電力の品質および信頼性を電力需要家に警告する役割をする。たとえば、これらのグリッドコードメータ４００のディスプレイおよびボタンは、空調、冷蔵庫および敏感な電子機器に損傷を与える可能性がある電圧低下または低周波数事象を許容するのではなく、電気器具を遮断すべきであるということを家の所有者に警告することが可能である。設備の整った家および医療用施設については、非常用発電機を始動させ、施設をグリッドから完全に分離するために、事象の標示を使用することが可能である。
図５は、グリッドコードメータ４００を形成するコンポーネントのより詳細な概略図を示している。図５に示すように、グリッドコードメータ４００は、住居用、商業用施設または医療施設で見られるウォールソケットプラグ５００と接続されている。グリッドコードメータ４００は、電圧計５１０、周波数計５１５およびマイクロプロセッサ５２０に供給する電源５０５を備える。一実施形態では、電源５０５は、Ｖdc、３０分バックアップバッテリを備える電源である。バックアップバッテリは、２つの機能を提供する。第１に、バックアップバッテリは、需要家による特定の設定を与えるために、グリッドコードメータ４００が、ウォールソケットプラグ５００から抜かれることを可能にする。第２に、電源５０５のバックアップバッテリは、生じることがある、いかなる低電圧事象も上昇させるように機能する。一実施形態では、電圧計５１０および周波数計５１５は、市販の既製のいかなる測定チップであってもよい。一実施形態では、マイクロプロセッサ５２０は、メータ５１０および５１５からの測定された電圧および周波数測定値を読み取り、ＬＥＤディスプレイおよび制御パネル５２５へリレーし、図４に示すフェイスプレート上で入力された命令に対するボタン押圧を捕捉し、需要家に警告するために音声通告器５３０を駆動し、住居内に展開された外部デバイスとの連絡のためのリレーピックアップコイルを駆動するようにプログラムされることが可能な、市販の既製のいかなるマイクロプロセッサであってもよい。
グリッドコードメータ１３０に対して議論したように、グリッドコードメータ４００は、電圧および周波数（電力関連パラメータ）が、電力品質および信頼性に対する住居用の需要家の消費需要を満たすために送電会社が要求するグリッドコード基準を遵守しているかどうかを判定するためにグリッドコード基準を追跡することなどの機能を行う。また、グリッドコードメータ４００は、グリッドコード事象が存在することを検出したことに応答して、電圧と周波数の比（Ｖ／Ｈｚ）を決定する。一実施形態では、決定された電圧と周波数の比（Ｖ／Ｈｚ）が、ＬＥＤディスプレイおよび制御パネル５２５を介して図４のフェイスプレート上に表示されることができる。グリッドコードメータ１３０は、グリッドコード事象検出コンポーネント２１０がグリッドコード事象の発生を判定したことに応答して、特定の電力消費デバイスへの電力の生産を停止するように構成された、割込みコンポーネント２２５をさらに備える。グリッドコードメータ４００もまた、周波数および／または電圧値がゼロでないレベルであるいかなる間も、リレーの閉位置へのラッチをトリガさせるように構成されてもよい。また、グリッドコードメータ４００は、特定の制限値からの電圧および周波数偏移を追跡することができる。これは、送電会社によって供給される電力の品質および信頼性に関して需要家に警告するために使用される。すなわち、住居用需要家は、送電会社が彼らの電力協定の下でその義務に適合しているかどうかを確認するためにこの情報を使用することができる。
グリッドコード基準を追跡する機能に関しては、グリッドコードメータ４００は、基準が異なることを除いて、グリッドコードメータ１３０に対して上記で説明したのと同じように機能する。たとえば、一実施形態では、周波数に特有の分類は、システム公称分類、低周波数分類および高周波数分類を含む。一実施形態では、公称分類は、約５９．５Ｈｚから約６０．５Ｈｚまでの範囲の周波数を含み、低周波数分類は、約５９．５Ｈｚ未満の周波数を含み、高周波数分類は、６０．５Ｈｚを超える周波数を含む。一実施形態では、電圧に特有の分類は、公称電圧分類、低電圧分類、および過電圧分類を含む。一実施形態では、公称電圧分類は、１００％＋／−５％以下である電圧を含み、低電圧分類は、約９５％Ｖ以下である電圧を含み、過電圧分類は、約１０５％Ｖを超える電圧を含む。
各パラメータに対して何個の分類が使用されてもよいこと、および本発明の実施形態は特定の分類ラベルに限定されないことを、当業者なら理解されよう。さらに、種々のデータ値の範囲を各パラメータに対して使用することができること、および本発明の実施形態は特定のデータ範囲に限定されないことを、当業者なら理解されよう。
図５は、グリッドコードメータ４００が、メータの通信能力を強化するための無線送信機５３５を備えることをさらに示している。特に、無線送信機５３５は、問題を遠隔で監視および診断し、更新、指令およびデータなどを受信するためのリモートコンピューティングデバイスと通信するために使用することができる。無線送信機５３５によって容易にされる追加の機能には、受信範囲内にある無制限の数のデバイスに通知をする可能性が含まれる。一例として、無線送信機５３５は、市販の既製のＷｉＦｉ送信機であってよい。
本開示が、その好ましい実施形態とともに詳細に示され、説明されてきたが、変更および修正が行われることを当業者なら理解されよう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の精神の範囲内にあるこのような修正および変更をすべて網羅することが意図されていることを理解されたい。
１００ システム
１０５ 電力需要家
１１０ モータ
１３０ グリッドコードメータ
１３５ コンピュータ
１４０ 通信ネットワーク
２００ 計量コンポーネント
２０５ グリッドコード基準追跡コンポーネント
２１０ グリッドコード事象検出コンポーネント
２１５ グリッドコード事象捕捉コンポーネント
２２０ グリッドコード事象プロットコンポーネント
２２５ 割込みコンポーネント
２３０ グリッドコード事象通知コンポーネント
２３５ 電圧／周波数偏移追跡コンポーネント
３００ フローチャート
３０５ プロセス動作
発電プラントから電力関連パラメータについてのデータを得る
３１０ プロセス動作
電力関連パラメータに関連するデータを追跡する
３１５ プロセス動作
追跡されたデータからグリッドコード事象が発生したことを検出する
３２０ プロセス動作
グリッドコード事象の発生を判定したことに応答して電力関連パラメータに関連するデータを記録する
３２５ プロセス動作
グリッドコード事象を表す複数の波形をプロットする
３３０ プロセス動作
発電プラントによる電力の生産を停止する
３３５ プロセス動作
グリッドコード事象通知を生成する
３４０ プロセス動作
電圧および周波数を追跡する
３４５ プロセス動作
結果を出力する
４００ グリッドコードメータ
４０５ 電圧（Ｖ）ディスプレイ
４１０ 周波数（ｆ）ディスプレイ
４１５ 設定ボタン
４２０ 設定ボタン
４２５ 上昇／下降ボタン
４３０ 上昇／下降ボタン
４３５ 事象報告ボタン
５００ ウォールソケットプラグ
５０５ 電源
５１０ 電圧計
５１５ 周波数計
５２０ マイクロプロセッサ
５２５ ＬＥＤディスプレイおよび制御画面
５３０ 音声通知器
５３５ ＷｉＦｉ送信機

Claims (10)

  1. 電力消費需要に関連する複数の電力関連パラメータについてのデータを得るように構成された計量コンポーネント（２００、５１０または５１５）と、
    電力品質および信頼性に対する電力需要家の需要を満たすために送電会社が要求するグリッドコード基準を遵守しているかについて、計量コンポーネント（２００、５１０または５１５）が得た複数の電力関連パラメータに関連するデータを追跡するように構成されたグリッドコード基準追跡コンポーネント（２０５または５２０）と、
    グリッドコード基準を遵守している追跡されたデータに従って、グリッドコード事象が発生したことを検出するように構成されたグリッドコード事象検出コンポーネント（２１０または５２０）と
    を備えるグリッドコードメータ（１３０または４００）。
  2. グリッドコード基準追跡コンポーネント（２０５または５２０）が、複数の電力関連パラメータに対して得たデータを、それぞれの電力関連パラメータに特有の複数の分類のうちの１つに分類するように構成され、複数の電力関連パラメータが周波数および電圧を含む、請求項１記載のグリッドコードメータ（１３０または４００）。
  3. 事前に決定された制限値からの偏移に対して電圧および周波数を追跡する、電圧および周波数偏移追跡コンポーネント（２３５または５２０）をさらに備える、請求項２記載のグリッドコードメータ（１３０または４００）。
  4. グリッドコード事象検出コンポーネント（２１０または５２０）が、複数の分類のうちの１つへの複数の電力関連パラメータに対するデータの分類に応じて、グリッドコード事象が発生したことを検出する、請求項２記載のグリッドコードメータ（１３０または４００）。
  5. グリッドコード事象検出コンポーネント（２１０または５２０）が、グリッドコード事象が存在することを検出したことに応答して電圧と周波数の比（Ｖ／Ｈｚ）を決定するように構成され、電圧と周波数の比（Ｖ／Ｈｚ）が、グリッドコード事象の過励磁または励磁低下の深刻性の標示を提供する、請求項１記載のグリッドコードメータ（１３０または４００）。
  6. グリッドコード事象検出コンポーネント（２１０または５２０）がグリッドコード事象の発生を判定したことに応答して、複数の電力関連パラメータに関連するデータを記録するように構成された、グリッドコード事象捕捉コンポーネント（２１５または５２０）をさらに備える、請求項１記載のグリッドコードメータ（１３０または４００）。
  7. グリッドコード事象検出コンポーネント（１３０または４００）がグリッドコード事象の発生を判定したことに応答して、グリッドコード事象を表す複数の波形をプロットするように構成された、グリッドコード事象プロットコンポーネント（２２０または５２０）をさらに備える、請求項１記載のグリッドコードメータ（１３０または４００）。
  8. グリッドコード事象検出コンポーネント（２１０または５２０）がグリッドコード事象の発生を判定したことに応答して、電力を停止するように構成された、割込みコンポーネント（２２５または５２０）をさらに備える、請求項１記載のグリッドコードメータ（１３０または４００）。
  9. グリッドコード事象の発生を標示する通知を生成するように構成されたグリッドコード事象通知コンポーネント（２３０または５２０）をさらに備える、請求項１記載のグリッドコードメータ（１３０または４００）。
  10. 電力需要家が、産業用電力需要家、住居用電力需要家、商業用需要家および医療施設需要家のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載のグリッドコードメータ（１３０または４００）。
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