JP2016192890A - 高速電源転送のための方法およびシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】負荷への電力の連続性を維持するのを助ける。
【解決手段】負荷バスに供給される電力の連続性を維持するために、電力を主電源から代替電源に切り替えるように構成された電子装置は、プロセッサの可変サンプリング間隔を制御するためのトラッキング周波数を測定および算出するために、電源モニタリングを用いて代替電源の利用可能性を識別するプロセッサを含む。プロセッサは、信号サンプルおよび関連するタイムスタンプを可変長バッファに格納し、新たなサンプル値および関連する新たなタイムスタンプを固定長バッファに格納する。プロセッサは、トラッキング周波数を用いて代替電源のサンプルからの属性を決定する。負荷バス属性を推定された切り替えの瞬間における代替電源属性と比較することに基づいて、主電源が利用不可能である場合に、プロセッサは電源切り替え信号を実行する。
【選択図】図1

Description

本開示は、一般的には電源転送に関する。より具体的には、本開示は、負荷への電力の連続性を維持するのを助ける高速電源転送システムに関する。
多くの産業においては、重要な産業用負荷に連続的に電力を供給することが望ましい。たとえば、電力およびプロセス産業においては、負荷バス上の誘導モータおよび同期モータに電力を連続的に供給することが重要である。このような場合には、選択的に電気的に負荷バスに結合された主電源および代替電源を有することが有用である。たとえば、主電源および代替電源は、負荷バス上の負荷から電源を接続/切断することができる回路遮断器を各々含むことができる。回路遮断器を制御することにより、高速電源転送(HS−PST)システムは、どの電源(たとえば、主電源または代替電源)が負荷バス上の負荷に電力を供給するかを制御する。たとえば、主電源が電力を失った場合には、HS−PSTシステムは代替電源に素早く変更することができる。しかし、負荷バスを代替電源に同期させずに代替電源に転送することは、産業プロセスおよび回転機械負荷の問題をまねくおそれがある。
最初に請求する本発明の範囲に相応する特定の実施形態を、以下に要約する。これらの実施形態は特許請求される発明の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ、これらの実施形態は本発明の可能性がある形式の概要を提供しようとするものにすぎない。実際、本発明は、以下に記載する実施形態に類似してもよく、あるいは異なってもよい様々な形態を含むことができる。
第1の実施形態では、電子装置は、負荷バスに供給される電力の連続性を維持するために、供給される電力を主電源から代替電源に切り替えるように構成される。電子装置は、1つまたは複数のプロセッサの可変サンプリング間隔を制御するためのトラッキング周波数を測定および算出するために、電源モニタリングを用いて代替電源の利用可能性を識別するように構成された1つまたは複数のプロセッサを含む。1つまたは複数のプロセッサは、主電源、代替電源、および負荷バスから関連するタイムスタンプを有する信号サンプルを取得するように構成される。一実施形態では、1つまたは複数のプロセッサは、負荷バスの負荷バス信号サンプルおよび関連するタイムスタンプを可変長バッファに格納する。特定の実施形態では、1つまたは複数のプロセッサは、二重バッファサンプリング間隔転送を適用するために、測定された負荷バス信号周波数から固定長バッファに転送するための新たなタイムスタンプを算出して、算出された新たなタイムスタンプにおける新たなサンプル値を推定する。いくつかの実施形態では、1つまたは複数のプロセッサは、新たなサンプル値および関連する新たなタイムスタンプを固定長バッファに格納する。一実施形態では、1つまたは複数のプロセッサは、負荷バス供給のトラッキング周波数および固定長バッファサンプルを用いて、代替電源のサンプルから1組の属性を決定し、1組の属性は、振幅、角度、周波数、スリップ、加速度、またはこれらの任意の組み合わせを含み、1組の負荷バス属性を推定された切り替えの瞬間における代替電源属性と比較することに少なくとも部分的に基づいて、主電源が利用不可能である場合に、電源切り替え信号を実行する監督条件を算出する。
第2の実施形態では、非一時的コンピュータ可読媒体は、格納された命令を含む。命令は、負荷バスに供給される電力の連続性を維持するために、供給される電力を主電源から代替電源に切り替えるように構成された電子装置によって実行されるように構成される。命令は、1つまたは複数のプロセッサの可変サンプリング間隔を制御するためのトラッキング周波数を測定および算出するために、電源モニタリングを用いて代替電源の利用可能性を識別するように構成される。いくつかの実施形態では、命令は、主電源、代替電源、および負荷バスから関連するタイムスタンプを有する信号サンプルを取得するように構成される。特定の実施形態では、命令は、負荷バスの負荷バス信号サンプルおよび関連するタイムスタンプを可変長バッファに格納するように構成される。一実施形態では、命令は、二重バッファサンプリング間隔転送を適用するために、測定された負荷バス信号周波数から固定長バッファに転送するための新たなタイムスタンプを算出して、算出された新たなタイムスタンプにおける新たなサンプル値を推定するように構成される。いくつかの実施形態では、命令は、新たなサンプル値および関連する新たなタイムスタンプを固定長バッファに格納し、負荷バス供給のトラッキング周波数および固定長バッファサンプルを用いて、代替電源のサンプルから1組の属性を決定するように構成され、1組の属性は、振幅、角度、周波数、スリップ、加速度、またはこれらの任意の組み合わせを含み、1組の負荷バス属性を推定された切り替えの瞬間における代替電源属性と比較することに少なくとも部分的に基づいて、主電源が利用不可能である場合に、電源切り替え信号を実行する監督条件を算出するように構成される。
第3の実施形態では、電子装置はプロセッサを含み、プロセッサは、第1の切り替え開始イベントに関連するイベント属性を測定し、信号は、主電源、代替電源、負荷バス、またはこれらの任意の組み合わせから受信され、切り替え開始イベントは、負荷バス上の負荷に供給される電力を主電源から代替電源に切り替えることを含み、イベント属性の測定値を初期設定と比較することにより更新を決定し、更新は、第2の切り替えイベント中の負荷バスおよび代替電源に関連し、代替電源または負荷バスの振幅、位相、周波数、スリップ、加速度、またはこれらの任意の組み合わせ、ならびに監督条件との比較、装置構成の更新のための勧告を提供する通知を生成するように構成される。
本発明のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
高速電源転送システムを用いるシステムの概略図である。 図1の高速電源転送システムの高速同期チェックを行うのに有用な処理および/または命令の一実施形態を示すフローチャートである。 図1の高速電源転送システムの合成V/Hzモニタリングを行うのに有用な処理および/または命令の一実施形態を示すフローチャートである。 図1の高速電源転送システムのイベントパラメータの推定および保管を行うのに有用な処理および/または命令の一実施形態を示すフローチャートである。 図1の高速電源転送システムで用いられる二重バッファサンプリング間隔転送を示す模式図である。
以下で、本発明の1つまたは複数の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようと努力しても、実際の実施のすべての特徴を本明細書に記載することができるというわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトのような実際の実施の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、たとえばシステム関連および事業関連の制約条件への対応等実施に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施毎に異なる可能性があることが理解されるべきである。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかるかもしれないが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることが理解されるべきである。
本発明の様々な実施形態の要素を導入する場合に、「1つの(a)」、「1つの(an)」、「前記(the)」および「前記(said)」は1つまたは複数の要素があることを意味するものである。「備える(comprising)」、「含む(including)」、および「有する(having)」という用語は、包括的なものであって、列挙された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味している。
主電源から代替電源に転送する場合に、主電源と、負荷バスと、代替電源との間の同期およびタイミングは、産業用回転機械負荷を中断させないために重要である。たとえば、負荷バス上のモータは、主電源の電力属性(たとえば、電圧、位相、周波数)に基づいて回転するシャフトに接続された負荷を有する場合がある。シャフトが回転すると、シャフトは慣性を構築/維持する。主電源が故障した場合には、主電源および/または負荷バスの電力属性は、代替電源とは同期していないことがあり得る(たとえば、主電源および代替電源は、互いに独立して動作し得る)。たとえば、負荷バスは、代替電源よりも位相が20度進むことがあり得る。負荷バスの位相が代替電源の位相により近く合った後に(たとえば、互いに5度以内)、代替電源に変更することが、HS−PSTのためには望ましい場合がある。このように、負荷バス上のプロセス(たとえば、モータ)が中断されないように、電源間転送に対処することが望ましい。
図面を参照すると、図1は、高速電源転送(HS−PST)システム12を用いるシステム10の概略図である。システム10は、たとえば誘導モータおよび/または同期モータ20などの負荷バス18(LB)上の負荷に選択的に電気的に結合された主電源(PS)14および代替電源16(AS)を含む。PS14は、PS回路遮断器22を含み、AS16はAS回路遮断器24を含む。
典型的な動作条件の下では、PS回路遮断器22は閉じられており、それによって、PS14がLB18上の負荷に電力を供給することが可能となる。これらの条件の下では、AS回路遮断器24は開放されている。PS14が故障した場合には、AS回路遮断器24を閉じて、PS回路遮断器22を開くことにより、PS14からAS16に電源を転送し、それによって、AS16によりLB18上の負荷に電力を供給することが望ましい場合がある。すなわち、HS−PSTシステム12は、LB18に供給される電力の連続性を維持するために、供給される電力をPS14からAS16へ切り替えるように構成することができる。
電源を転送するために、HS−PST12は、PS回路遮断器22およびAS回路遮断器24と、開放および/または閉鎖信号を通信するために用いることができる。したがって、HS−PSTシステム12の高速同期部26は、高速同期部26の接点I/Oモジュール30を介して、PS回路遮断器22およびAS回路遮断器24と開放および/または閉鎖信号を通信するように構成された制御実行28を提供することができる。
回路遮断器を開放/閉鎖するか否かを決定するために、HS−PSTシステム12は、PS14、AS16、およびLB18から受信した信号を処理することができる。たとえば、PS変圧器32、LB変圧器34、およびAS変圧器36は、ガルバニック絶縁(たとえばHS−PSTシステム12などの装置と通信する必要がある2つ以上の回路があって、これらの回路が異なる接地に置かれている場合に絶縁するために用いられる)を提供することができ、HS−PSTシステム12が電源およびバスの健全性に関する信号を受信することを可能にすることができる。
より具体的には、HS−PST12は、PS信号プロセッサ38、LB信号プロセッサ40、およびAS信号プロセッサ42を含むことができる。PS信号プロセッサ38、LB信号プロセッサ40、AS信号プロセッサ42は、PS14、LB18、およびAS16から受信した信号をそれぞれ処理することができる。以下に説明するように、各処理サブシステムは、電源およびバスの健全性に関する信号を受信することができる。高速同期部26、PS信号プロセッサ38、LB信号プロセッサ40、およびAS信号プロセッサ42は、それぞれプロセッサもしくは複数のプロセッサ、メモリ、および入力/出力を含むことができる。システムは別個のシステムとして示しているが、これに代えて、サブシステムがプロセッサもしくは複数のプロセッサおよび/またはメモリを共有してもよい。プロセッサ(複数も可)は、ここに開示された技術を実施するための命令を実行するために、メモリに動作可能に結合することができる。これらの命令は、プログラムにコード化して、メモリおよび/または他の記憶装置などの有形の非一時的コンピュータ可読媒体に格納することができる。プロセッサは、汎用プロセッサ、システムオンチップ(SoC)デバイス、もしくは特定用途向け集積回路、または他の何らかのプロセッサ構成であってもよい。
本実施形態では、メモリはコンピュータ可読媒体を含み、それはたとえば、限定はしないが、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ、フロッピーディスク、フラッシュドライブ、コンパクトディスク、デジタルビデオディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、ならびに/または、プロセッサが命令および/もしくはデータを記憶、検索、および/もしくは実行することを可能にする任意の適切な記憶装置などである。メモリは、1つまたは複数の局所および/または遠隔記憶装置を含むことができる。
図1は、高速電源転送システム12の一部として、接点I/Oモジュール30を示しているが、接点I/Oモジュール30をHS−PSTシステム12から分離してもよい。このように、接点I/Oモジュール30は、任意の適切な有線または無線通信プロトコルを用いて通信することができる。たとえば、I/Oモジュール30は、たとえば、有線イーサネット(登録商標)プロトコルまたは無線イーサネット(登録商標)プロトコルを用いてネットワークに接続することができる。
高速同期部26は、任意の適切なプロトコル(たとえば、無線または有線のプロトコル)を用いてワークステーション43と通信することができる。ワークステーション43は、オペレータが高速同期部を高速同期部が用いられる特定の設定に構成することを可能にすることができる。たとえば、ワークステーション43は、ユーザがLB18上のモータ20に関する詳細、回路遮断器に関する詳細(たとえば、開閉時間)、またはいつ転送を行うべきかを検出するために用いるしきい値に関する詳細などを指定することを可能にすることができる。さらに、高速同期部26は、高速同期部26に記憶された命令に対する更新または可能性のある変更を通信することができる。
PS信号プロセッサ38は、主電源14の電力属性値の指標を提供する入力信号を受信することができる。入力信号は、調整44(たとえば、フィルタリング、増幅、分離など)され、サンプルホールドおよびアナログデジタル変換46(S/H&ADC)技術を用いてデジタル値に変換され、たとえばデジタル信号処理48(DSP)を用いて処理され、ならびに/または信号パラメータ推定50を用いて推定され得る。PS信号プロセッサ38は、PS電圧振幅値56、PS位相値58、PS周波数値60、PSスリップ値62、およびPS加速度値64(たとえば、主電源スリップ値62の変化率)などの電力属性値を決定することができる。PS電圧振幅値56、PS位相値58、PS周波数値60、PSスリップ値62、およびPS加速度値64が決定されると、PS信号プロセッサ38は、主電源の電力属性値の指標を高速同期部26に送信することができる。
同様に、LB信号プロセッサ40は、LB18の電力属性値の指標を提供する入力信号を受信することができる。LB信号プロセッサ40によって受信された入力信号は、調整44(たとえば、フィルタリング、増幅、分離など)され、サンプルホールドおよびアナログデジタル変換46(S/H&ADC)技術を用いてデジタル値に変換され、たとえばデジタル信号処理48(DSP)を用いて処理され、ならびに/または信号パラメータ推定50を用いて推定され得る。LB信号プロセッサ40は、LB電圧振幅値66、LB電圧位相値68、LB周波数値70、LBスリップ値72、およびLB加速度値74(たとえば、LBスリップ値72の変化率)などの電力属性値を決定することができる。さらに、LB信号プロセッサ40は、残りの健全なバスから周波数を受信することができる。以下にさらに述べるように、LB信号プロセッサ40は、AS周波数を追跡することによって、二重バッファサンプリング間隔転送52を実行することができる。電力属性値が決定されると、その値を高速同期部26に送信することができる。一実施形態では、LB信号の振幅は、二乗平均平方根(RMS)値を用い、主電源および補助電源の振幅は、非再帰的完全サイクル離散フーリエ変換(DFT)を用いる。いくつかの実施形態では、HS−PSTシステム12の1つまたは複数のプロセッサは、回転再帰的離散フーリエ変換を用いて、LB18の角度(たとえば、LB位相値68)を算出するように構成することができる。
同様に、AS信号プロセッサ42は、AS電力属性値の指標を提供する入力信号を受信することができる。AS信号プロセッサ42によって受信された入力信号は、調整44(たとえば、フィルタリング、増幅、分離など)され、サンプルホールドおよびアナログデジタル変換46(S/H&ADC)技術を用いてデジタル値に変換され、たとえばデジタル信号処理48(DSP)を用いて処理され、ならびに/または信号パラメータ推定50を用いて推定され得る。AS信号プロセッサ42は、AS電圧振幅値76、AS位相値78、AS周波数値80、ASスリップ値82、およびAS加速度値84(たとえば、ASスリップ値82の変化率)などの電力属性値を決定することができる。電力属性値が決定されると、その値を高速同期部26に送信することができる。スリップ値62、72、82、のうちの1つまたは複数を決定するために、1つまたは複数のプロセッサは、測定された周波数60、70、80の1次導関数をスリップとして算出するように構成することができる。加速度64、74、84を決定するために、1つまたは複数のプロセッサは、測定された周波数60、70、80の2次導関数を加速度64、74、84として算出するように構成することができる。
LB18は、故障している電源に接続されているので、LB電圧振幅値66、LB位相値68、LB周波数値70、LBスリップ値72、およびLB加速度値74を見出すために、追加の処理を用いることができる。上述したように、AS信号プロセッサ42は、AS周波数トラッキング値の指標をLB信号プロセッサ40および/またはPS信号プロセッサ38に送信することができる。周波数トラッキング(Fトラック)54は、残りの健全な電源(たとえば、AS16)から取得することができる。周波数トラッキングは、たとえば、AS周波数80のレートでLBデータを再サンプリングするために用いられる。以下でさらに詳述するように、残りの健全な電源の周波数トラッキング54は、LB電圧振幅値66、LB電圧位相値68、LB周波数値70、LBスリップ値72、およびLB加速度値74の測定を可能にすることができる。
AS16に移行した後に、AS16はLB18に電力を供給することができる。PS14の電力が回復すると、システムは、PS14に戻すことができ、あるいはAS16から電力を受け続けることもできる。電力が転送されない場合には、最終的にAS16が故障することがあり得るので、PS14に転送することが望ましい。AS16が故障した電源(たとえば、AS回路遮断器24が閉じている)である場合には、PS信号プロセッサ38が、PS14(たとえば、健全な電源)を用いてFトラックを取得することができる。さらなる実施形態では、LB電圧位相を適切に算出するために、適応最小二乗誤差を係数のルックアップテーブルと共に用いることができる。このように、LB電力属性値を決定するために、任意の適切な方法を用いることができる。
上述したように、高速同期部26は、プロセッサが命令および/またはデータを記憶、検索、および/または実行することを可能にするメモリに動作可能に結合された1つまたは複数のプロセッサを含むことができる。このように、高速同期部は、命令を記憶した有形の非一時的コンピュータ可読媒体を含むことができる。したがって、高速同期部は、制御実行28、連続電源モニタリング86、同期予測88、高速同期チェック90、合成V/Hzモニタリング92、ならびにイベントパラメータ推定および保管94を行う命令(たとえば、ソフトウェア)および/またはハードウェアを含むことができる。連続電源モニタリング86は、故障の徴候についてPS14、AS16、およびLB18をモニターすることを含むことができる。一実施形態では、電源モニタリング86は、指定された範囲内のAS16の電圧振幅、周波数、および電力品質を連続的にモニターすることを含む。プロセッサのうちの1つまたは複数は、1つまたは複数のプロセッサの可変サンプリング間隔を制御するためのトラッキング周波数(たとえば、Fトラック54)を測定および算出するために、電源モニタリング86を用いてAS16の利用可能性を識別するように構成される。さらに、1つまたは複数のプロセッサは、PS14、AS16、およびLB18から関連するタイムスタンプを有する信号サンプルを取得することができ、かつ/または、LBのLB信号サンプルおよび関連するタイムスタンプを可変長バッファ(図5にバッファ104として示す)に格納することができる。それから1つまたは複数のプロセッサは、新たなサンプル値および関連する新たなタイムスタンプを固定長バッファ(図5にバッファ108として示す)に格納することができる。さらに、1つまたは複数のプロセッサは、LB供給のトラッキング周波数(たとえば、Fトラック54)および固定長バッファサンプルを用いて、AS16のサンプルから1組の電力属性を決定することができ、1組の電力属性は、振幅(たとえば、電圧振幅値56、66、76)、角度(たとえば、位相値58、68、78)、周波数(たとえば、周波数値60、70、80)、スリップ(たとえば、スリップ値62、72、82)、加速度(たとえば、加速度値64、74、84)、またはこれらの任意の組み合わせを含む。それから、1組のLB電力属性を推定された切り替えの瞬間におけるAS電力属性と比較することに少なくとも部分的に基づいて、PS14が利用不可能である場合に、1つまたは複数のプロセッサは、電源切り替え信号を実行する監督条件を算出することができる。
同期予測88は、PS回路遮断器22および/またはAS回路遮断器24の開閉時間を予測することを含むことができる。高速同期チェック90は、AS電源と負荷バスの電力属性が同期しているか否かを決定することを含むことができる。合成V/Hzモニタリング92は、電源の転送によるLB18に接続された機械への起こり得る損傷を防止するために、さらにAS16をLB18と比較することができる。イベントパラメータ推定および保管94は、設定を修正すること、またはHS−PST12を適合させることを含むことができる。イベントパラメータ推定および保管94は、データ記憶装置98との通信を含むことができる。データ記憶装置98は、メモリ、データベース、または他の記憶装置を含むことができる。
図2は、高速電源転送を行うのに有用な処理110および/または命令の一実施形態を示すフローチャートである。処理110は、AS16をモニターし、1つまたは複数のプロセッサの可変サンプリング間隔を制御するためのトラッキング周波数(たとえば、Fトラック54)を算出することにより開始することができる(ブロック112)。1つまたは複数のプロセッサは、主電源、代替電源、および負荷バスから関連するタイムスタンプと共に信号サンプルを取得することによって継続することができる(ブロック114)。それから、1つまたは複数のプロセッサ(たとえば、LB信号プロセッサ40)は、負荷バス信号サンプルおよび関連するタイムスタンプを格納し(たとえば、メモリ内に)、二重バッファサンプリング間隔転送52を実行することを含むことができる(ブロック116)。次に、1つまたは複数のプロセッサは、AS16およびLB18供給からの1組の電力属性を決定し、比較することができる(ブロック118)。さらに、処理110は、推定された事例において電源切り替えを実行するための監督条件を算出することを含むことができる(ブロック119)。
AS16およびLB18に沿った信号が同期しているか否かを決定するために、高速同期チェック90を用いることができる。より具体的には、HS−PST10(たとえば、高速同期モジュールのプロセッサ)のプロセッサは、LB電力属性の指標を提供する受信された信号にアクセスするように構成することができる。LB電力属性は、LB電圧振幅66、位相68、周波数70、スリップ72、加速度、またはこれらの任意の組み合わせであってもよい。さらに、プロセッサは、AS電力属性の指標を提供する受信された信号にアクセスするように構成することができる。同様に、AS電力属性は、AS電圧振幅76、位相78、周波数80、スリップ82、加速度84、またはこれらの任意の組み合わせであってもよい。第1の回路遮断器(たとえば、PS回路遮断器22)が閉じられ、第2の回路遮断器(たとえば、AS回路遮断器24)が開いている間に、信号を受信することができる。
また高速同期チェック90を実行するプロセッサは、LB電力属性およびAS電力属性に少なくとも部分的に基づいて転送時間を決定することもできる。たとえば、転送時間がLB位相68とAS位相78との比較および差に基づくことができる。転送時間は、PS14からAS16への転送を行う時間の指標を提供することができる。さらに、転送時間を決定するために、LB電圧振幅値66、LB周波数値70、LBスリップ値72、LB加速度値74、AS電圧振幅値76、AS周波数値80、ASスリップ値82、AS加速度値84、またはこれらの任意の組み合わせなどの他の信号を用いることができる。さらに、同期予測88を、転送時間を決定する際に用いることができる。より具体的には、転送時間は、第1の回路遮断器が開くのにかかる時間および/または第2の回路遮断器が閉じるのにかかる時間に少なくとも部分的に基づくことができる。たとえば、両方の回路遮断器は、接点I/Oモジュール30からの信号を受信した後に開閉するまでに合計100ミリ秒かかる。したがって、転送時間は、LB位相角値68およびAS位相角値78が100ミリ秒後(たとえば、第1の回路遮断器が開いて、第2の回路遮断器を閉じた後)の予め設定された範囲に入るかどうかに基づくことができる。予め設定された範囲は、ユーザがプログラム可能であってもよいし、あるいはハードコード化することもできる。以下で述べるように、LB信号は、AS信号を用いた周波数トラッキングに基づいてもよい。あるいは、LB信号は、LB位相値68を計算するための最小二乗誤差(LES)処理用に構成された係数のルックアップテーブルに基づいてもよい。それから、プロセッサは、転送時間に基づいて、回路遮断器信号を生成することができる。回路遮断器信号は、転送を行うために、第1の回路遮断器を開き、かつ/または第2の回路遮断器を閉じるように構成することができる。
高速同期チェックは、LB18とAS16との電圧、位相、周波数、スリップ、および加速度の比較を行う。これらのチェックは、機械に損傷を与えないことを確実にするために、電源が部分的に同期している場合に電力を転送するために実行される。合成V/Hzモニタリング92は、設定が切り替えのために望ましいものであることを確実にする付加的な処理である。それは、電圧振幅と位相(たとえば、フェーザ)と周波数との組み合わせを比較することを含む。これは、任意の1つの比較が予め設定された範囲にある(たとえば、LB電圧振幅およびAS電圧振幅が予め設定された範囲内にある)が、組み合わせがその範囲外にある場合に、重要な考慮事項であり得る。
図3は、合成V/Hzモニタリング92を行うのに有用な処理および/または命令の一実施形態を示すフローチャートである。したがって、処理は、LB健全性指標を提供する受信された信号にアクセスすること(ブロック120)によって開始する。健全性指標は、LB電圧振幅値66、LB位相値68、およびLB周波数値70を含むことができる。さらに、処理は、AS16の健全性指標を提供する受信された信号にアクセスすること(ブロック122)を含むことができる。健全性指標は、AS電圧振幅76、AS位相78、およびAS周波数80を含むことができる。
処理は、プロセッサを介して、LBのV/HzおよびASのV/Hzに基づいて合成ベクトルを決定すること(ブロック124)を含む。LBのV/Hzベクトルは、LB電圧振幅値66、LB位相値68、およびLB周波数値70に基づくことができる(たとえば、フェーザ電圧を周波数で割る)。同様に、ASのV/Hzは、AS電圧振幅値76、AS位相値78、およびAS周波数値80に基づくことができる(たとえば、フェーザ電圧を周波数で割る)。合成ベクトルは、LBのV/HzベクトルとASのV/Hzベクトルとの差とすることができる。それから処理は、転送信号を生成するための監督条件として、合成ベクトルの大きさとしきい値(たとえば、単位当たり1.33)との比較を用いること(ブロック126)により、継続することができる。転送信号は、回路遮断器(たとえば、PS回路遮断器22および/またはAS回路遮断器24)を制御するように構成することができる。たとえば、合成ベクトルがしきい値を超えた場合には、転送信号は、AS回路遮断器24を開状態に保持し、PS回路遮断器22を閉状態に保持する指示を与えることができる。さらに、合成ベクトルがしきい値より下である場合には、転送信号は、AS回路遮断器24を閉じて、PS回路遮断器22を開くように指示を提供し、それによって、AS16がLB18上の負荷に電力を供給することができる。したがって、いくつかの実施形態では、1つまたは複数のプロセッサは、LBのV/HzベクトルおよびASのV/Hzベクトルに基づく合成ベクトルを含むがそれらに限らない監督条件を算出することができる。LBのV/Hzベクトルは、LB電圧振幅値66、LB位相角値68、およびLB周波数値70に基づいている。ASのV/Hzベクトルは、AS電圧振幅値76、AS角度値78、およびAS周波数値80に基づいている。これら転送イベントが回路遮断器を開閉して生じる際に、各イベントについての情報を取り込み、学習および調整を提供するために用いることができる。
図4は、HS−PSTシステム12によってイベント属性推定および保管を行うのに有用な処理および/または命令の一実施形態を示す別のフローチャートである。処理は、第1の切り替えイベントの間にイベント属性測定の指示を与える受信された信号にアクセスすること(ブロック128)によって開始する。転送イベントの間の様々なイベント属性は、PS14、AS16、およびLB18から取り込み、測定することができる。より具体的には、イベント属性は、LB18の電圧振幅減衰率、LB変圧器34のスピンダウン率、または回路遮断器の開閉時間追跡に関連して追跡し測定することができる。たとえば、1つまたは複数のプロセッサは、第1の切り替え開始イベントに関連するイベント属性を測定するように構成することができる。いくつかの実施形態では、信号は、PS14、AS16、LB18、またはこれらの任意の組み合わせから受信される。切り替え開始イベントは、LB18上の負荷20に供給される電力をPS14からAS16に切り替えることを含む。
信号が受信されると、処理は、推定された最後のイベント属性測定値を初期設定と比較することにより更新を決定すること(ブロック130)で、継続することができる。更新は、第2の切り替えイベント中にLB18をAS16と同期させることに関係付けることができる。たとえば、プロセッサは、イベント属性測定値を初期設定と比較することにより更新を決定することができる(ブロック130)。更新は、第2の切り替えイベントの間のLB18およびAS16、AS16もしくはLB18の振幅、位相、周波数、スリップ、加速度、またはこれらの任意の組み合わせ、ならびに監督条件に関係付けることができる。
イベント属性測定値は、LB18の電圧振幅減衰率に対応することができる。LB18の電圧振幅減衰率は、負荷を低減させる指標として使用することができる。さらに、および/または代わりに、イベント属性測定値は、LB電圧位相角68、LB電圧周波数70、スリップ72、および加速度74のスピンダウン率に対応することができる。スピンダウン率は、AS回路遮断器24を閉じるための機会の期間の指示を与えることができる。より速いスピンダウン率は、重要な構成部品がより高速に動作を停止することを示すことができる。上述したように、イベント属性測定値はまた、PS回路遮断器22および/またはAS回路遮断器24の開放時間、または閉鎖時間に対応することができる。回路遮断器が古くなるにつれて、回路遮断器を開閉するのにかかる時間が変化する場合がある。この時間は、電源およびバスの同期を考慮する際に上記で使用される。したがって、CB時間を追跡することが有益であり得る。これは、入力された回路遮断器動作時刻と実際に測定された回路遮断器動作時刻との差(たとえば、コマンド開始時刻から実際の回路遮断器接点の開閉時刻まで)に基づいて決定することができる。更新が決定されると、処理は、更新の指示を与える更新信号を生成することによって継続する。すなわち、1つまたは複数のプロセッサは、装置構成の更新のための勧告を提供する通知を生成することができる(ブロック132)。この通知は、ワークステーションに送信することができ、高速同期部26で用いてもよいし、あるいは生成されたレポートで用いてもよい。たとえば、回路遮断器のタイミングが変化した場合には、オペレータがレポートまたはワークステーション上に表示される情報を見て、回路遮断器を更新することができる。あるいは、高速同期部26は、更新信号(たとえば、通知)を使用し、同期予測88の情報を更新することができる。
いくつかの実施形態では、イベント属性は、LB18上の電圧振幅減衰率、LB18上の負荷のスピンダウン、電気的トルク、AS16の接続時に使用可能なスイッチの動作時間、またはこれらの任意の組み合わせを含む。たとえば、スピンダウンは、LB18の位相角68、周波数70、スリップ72、加速度74、またはこれらの任意の組み合わせに対応することができる。特定の実施形態では、イベント属性は、すべてのイベント属性に関する統計値に対応する。すなわち、統計値は、イベント属性の最小値、平均値、最大値、または標準偏差を含むことができる。
LB周波数70が低くなるにつれて、LBの1周期で実行されるサンプル数が増加する。上述したように、LB値は、周波数トラッキングを用いた二重バッファサンプリング間隔転送などの任意の適切な方法を用いて、あるいは周波数トラッキングからのルックアップテーブルによる適応最小二乗誤差を用いて決定することができる。すなわち、いくつかの実施形態は、固定数の係数を有する最小二乗誤差を適用することにより、LB18の角度68を算出することができる。図5は、二重バッファサンプリング間隔転送を示す模式図である。周波数トラッキングは、残りの健全な電源(たとえば、AS16)から取得することができる。より具体的には、LB信号は、測定されたLB周波数70から推定することができる。LB信号は、LB周波数70の1周期について、大きな可変長バッファ102に格納される。図5に示すように、大きなデータバッファ102は、AS16からの周波数トラッキングに基づいて、サンプルと共に使用することができる。データバッファは、可変数のビット104を含むことができる。推定されたデータは、AS16からのFトラック54における固定長データバッファ106のサンプルされた間隔および関連するタイムスタンプに挿入される。さらに、いくつかの実施形態では、可変長バッファ102は、固定長バッファ106よりも大きなバッファであってもよい。可変長バッファ102は、トラッキング周波数に基づいて、可変サンプリング間隔および関連するタイムスタンプを調整するように構成される。さらに、固定長バッファ106は、LB周波数70に適合し、関連するタイムスタンプを有する所定の数のサンプルを含む。固定長サイズのデータバッファ106は、LB周波数70当たり固定数のサンプルにおけるサンプリング間隔および関連するタイムスタンプを含む。一実施形態では、新たなサンプル値および関連する新たなタイムスタンプは、二重バッファサンプリング間隔転送を行うことにより推定される。
本発明の技術的効果は、いつ高速電源転送を行うかを示す同期チェックを用いることを含む。さらに、システムは、主電源と代替電源との間のV/Hzに基づいて転送をモニターする。同様に、システムは、電源間の転送を改良することができる更新をユーザまたはシステムに対して出力する。このようにして、電源は同期した時に転送され、それによって、重要な回転モータが動力を維持し、連続的に回転することが可能になる。比較された電力属性および監督条件に基づく転送タイミングは、切り替えの間の負荷バスに接続された機械の損傷を防止することができる。
この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許され得る範囲は、請求項によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
10 システム
12 高速電源転送(HS−PST)システム
14 主電源(PS)
16 代替電源(AS)
18 負荷バス(LB)
20 誘導モータおよび/または同期モータ
22 PS回路遮断器
24 AS回路遮断器
26 高速同期部
28 制御実行
30 接点I/Oモジュール
32 PS変圧器
34 LB変圧器
36 AS変圧器
38 PS信号プロセッサ
40 LB信号プロセッサ
42 AS信号プロセッサ
43 ワークステーション
44 調整
46 サンプルホールドおよびアナログデジタル変換(S/H&ADC)技術
48 デジタル信号処理(DSP)
50 信号パラメータ推定
52 二重バッファサンプリング間隔転送
54 周波数トラッキング(Fトラック)
56 PS電圧振幅値
58 PS位相値
60 PS周波数値
62 PSスリップ値
64 PS加速度値
66 LB電圧振幅値
68 LB電圧位相値
70 LB周波数値
72 LBスリップ値
74 LB加速度値
76 電圧振幅値
78 AS位相値
80 AS周波数値
82 ASスリップ値
84 AS加速度値
86 連続電源モニタリング
88 同期予測
90 高速同期チェック
92 合成V/Hzモニタリング
94 イベントパラメータ推定および保管
98 データ記憶装置
102 大きな可変長バッファ
104 可変数のビット
106 固定長データバッファ
108 バッファ
110 処理
112〜132 ブロック

Claims (20)

  1. 負荷バス(18)に供給される電力の連続性を維持するために、供給される電力を主電源(14)から代替電源(16)に切り替えるように構成された電子装置であって、
    前記電子装置は、1つまたは複数のプロセッサ(38、40、42)を含み、前記1つまたは複数のプロセッサ(38、40、42)は、
    前記1つまたは複数のプロセッサ(38、40、42)の可変サンプリング間隔を制御するためのトラッキング周波数を測定および算出するために、電源モニタリング(86)を用いて前記代替電源(16)の利用可能性を識別し、
    前記主電源(14)、前記代替電源(16)、および前記負荷バス(18)から関連するタイムスタンプを有する信号サンプルを取得し、
    前記負荷バス(18)の負荷バス信号サンプルおよび関連するタイムスタンプを可変長バッファ(102)に格納し、
    二重バッファサンプリング間隔転送(52)を適用するために、測定された負荷バス信号周波数から固定長バッファ(106)に転送するための新たなタイムスタンプを算出して、前記算出された新たなタイムスタンプにおける新たなサンプル値を推定し、
    前記新たなサンプル値および関連する新たなタイムスタンプを前記固定長バッファ(106)に格納し、
    負荷バス供給の前記トラッキング周波数および固定長バッファサンプルを用いて、前記代替電源(16)のサンプルから1組の属性を決定し、前記1組の属性は、振幅、角度、周波数、スリップ、加速度、またはこれらの任意の組み合わせを含み、
    前記1組の負荷バス属性を推定された切り替えの瞬間における代替電源属性と比較することに少なくとも部分的に基づいて、前記主電源(14)が利用不可能である場合に、電源切り替え信号を実行する監督条件を算出するように構成される、電子装置。
  2. 前記電源モニタリング(86)は、指定された範囲内の前記代替電源(16)の電圧振幅、周波数、および電力品質を連続的にモニターすることを含む、請求項1に記載の電子装置。
  3. 前記可変長バッファ(102)は、前記固定長バッファ(106)よりも大きなバッファであり、
    前記可変長バッファ(102)は、前記トラッキング周波数に基づいて、前記可変サンプリング間隔および関連するタイムスタンプを調整(44)するように構成され、
    前記固定長バッファ(106)は、負荷バス周波数に適合し、関連するタイムスタンプを有する所定の数のサンプルを含む、請求項1に記載の電子装置。
  4. 新たなサンプル値および関連する新たなタイムスタンプは、二重バッファサンプリング間隔転送(52)を行うことにより推定される、請求項1に記載の電子装置。
  5. 負荷バス信号の前記振幅は、二乗平均平方根(RMS)値を用い、前記主電源(14)および補助電源の前記振幅は、非再帰的完全サイクル離散フーリエ変換(DFT)を用いる、請求項1に記載の電子装置。
  6. 前記1つまたは複数のプロセッサ(38、40、42)は、回転再帰的離散フーリエ変換を利用することにより、前記負荷バス(18)の前記角度を算出するように構成される、請求項1に記載の電子装置。
  7. 前記1つまたは複数のプロセッサ(38、40、42)は、前記スリップおよび前記加速度として、前記測定された周波数の1次導関数および2次導関数をそれぞれ算出するように構成される、請求項1に記載の電子装置。
  8. 前記1つまたは複数のプロセッサ(38、40、42)は、負荷バス(18)のボルト/ヘルツベクトルおよび代替電源(16)のボルト/ヘルツベクトルに基づく合成ベクトルを含むがこれらに限らない監督条件を算出するように構成され、
    前記負荷バス(18)のボルト/ヘルツベクトルは、負荷バス電圧振幅値、負荷バス位相角値、および負荷バス周波数値に基づき、
    前記代替電源(16)のボルト/ヘルツベクトルは、代替電源電圧振幅値、代替電源角度値、および代替電源周波数値に基づく、請求項1に記載の電子装置。
  9. 格納された命令を有する非一時的コンピュータ可読媒体であって、
    前記命令は、負荷バス(18)に供給される電力の連続性を維持するために、供給される電力を主電源(14)から代替電源(16)に切り替えるように構成された電子装置によって実行されるように構成され、前記命令は、
    1つまたは複数のプロセッサ(38、40、42)の可変サンプリング間隔を制御するためのトラッキング周波数を測定および算出するために、電源モニタリング(86)を用いて前記代替電源(16)の利用可能性を識別し、
    前記主電源(14)、前記代替電源(16)、および前記負荷バス(18)から関連するタイムスタンプを有する信号サンプルを取得し、
    前記負荷バス(18)の負荷バス信号サンプルおよび関連するタイムスタンプを可変長バッファ(102)に格納し、
    二重バッファサンプリング間隔転送(52)を適用するために、測定された負荷バス信号周波数から固定長バッファ(106)に転送するための新たなタイムスタンプを算出して、前記算出された新たなタイムスタンプにおける新たなサンプル値を推定し、
    前記新たなサンプル値および関連する新たなタイムスタンプを前記固定長バッファ(106)に格納し、
    負荷バス供給の前記トラッキング周波数および固定長バッファサンプルを用いて、前記代替電源(16)のサンプルから1組の属性を決定し、前記1組の属性は、振幅、角度、周波数、スリップ、加速度、またはこれらの任意の組み合わせを含み、
    前記1組の負荷バス属性を推定された切り替えの瞬間における代替電源属性と比較することに少なくとも部分的に基づいて、前記主電源(14)が利用不可能である場合に、電源切り替え信号を実行する監督条件を算出するように構成される、非一時的コンピュータ可読媒体。
  10. 負荷バス(18)のボルト/ヘルツベクトルおよび代替電源(16)のボルト/ヘルツベクトルに基づく合成ベクトルを含むがこれらに限らない監督条件を算出するように構成された命令を含み、
    前記負荷バス(18)のボルト/ヘルツベクトルは、負荷バス電圧振幅値、負荷バス位相角値、および負荷バス周波数値に基づき、
    前記代替電源(16)のボルト/ヘルツベクトルは、代替電源電圧振幅値、代替電源角度値、および代替電源周波数値に基づく、請求項9に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
  11. 前記スリップおよび前記加速度として、前記測定された周波数の1次導関数および2次導関数をそれぞれ算出するように構成された命令を含む、請求項9に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
  12. 負荷バス信号の前記振幅は、二乗平均平方根(RMS)値を用い、前記主電源(14)および補助電源の前記振幅は、非再帰的完全サイクル離散フーリエ変換(DFT)を用いる、請求項9に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
  13. 前記可変長バッファ(102)は、前記固定長バッファ(106)よりも大きなバッファであり、
    前記可変長バッファ(102)は、前記トラッキング周波数に基づいて、前記可変サンプリング間隔および関連するタイムスタンプを調整(44)するように構成され、
    前記固定長バッファ(106)は、負荷バス周波数に適合し、関連するタイムスタンプを有する所定の数のサンプルを含む、請求項9に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
  14. 前記命令は、回転再帰的離散フーリエ変換を利用することにより、前記負荷バス(18)の前記角度を算出するように構成される、請求項9に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
  15. 前記命令は、固定数の係数を有する最小二乗誤差を適用することにより、前記負荷バス(18)の前記角度を算出するように構成される、請求項9に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
  16. 電子装置であって、
    プロセッサ(38、40、42)を含み、前記プロセッサ(38、40、42)は、
    第1の切り替え開始イベントに関連するイベント属性を測定し、信号は、主電源(14)、代替電源(16)、負荷バス(18)、またはこれらの任意の組み合わせから受信され、前記切り替え開始イベントは、負荷バス(18)上の負荷に供給される電力を前記主電源(14)から前記代替電源(16)に切り替えることを含み、
    前記イベント属性の測定値を初期設定と比較することにより更新を決定し、前記更新は、第2の切り替えイベント中の前記負荷バス(18)および前記代替電源(16)に関連し、前記代替電源(16)または前記負荷バス(18)の振幅、位相、周波数、スリップ、加速度、またはこれらの任意の組み合わせ、ならびに監督条件との前記比較、
    装置構成の更新のための勧告を提供する通知を生成するように構成される、電子装置。
  17. 前記イベント属性は、前記負荷バス(18)上の電圧振幅減衰率、前記負荷バス(18)上の前記負荷のスピンダウン、電気的トルク、前記代替電源(16)の接続中に利用可能なスイッチの動作時間、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項16に記載の電子装置。
  18. 前記スピンダウンは、前記負荷バス(18)の位相角、周波数、スリップ、加速度、またはこれらの任意の組み合わせに対応する、請求項17に記載の電子装置。
  19. 前記イベント属性は、すべてのイベント属性に関する統計値に対応する、請求項16に記載の電子装置。
  20. イベント属性の最小値、平均値、最大値、または標準偏差を統計値として含む、請求項19に記載の電子装置。
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