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
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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
【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。
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
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)
- 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)。 - 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)。
- 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)。
- 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)。
- 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)。
- 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)。
- 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)。
- 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)。
- 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)。
- 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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