JP2023507333A - 電流の基本波成分を検出してエネルギ消費量蓄積のゲートとすること - Google Patents

Abstract

特定の態様および特徴は、電気メータリングシステムにおけるエネルギ測定のためのシステムおよび方法を含む。一例にて、電気メータは交流（Ａ／Ｃ）信号を受信する。電気メータは、Ａ／Ｃ信号の電流の電流測定値を取得するように構成された電流測定装置を含む。電流測定値は、基本周波数成分およびノイズ成分を含む。電気メータは、電流測定装置から電流測定信号を受信し、電流測定値からノイズ成分をフィルタリングし、よってフィルタリングされた電流測定信号を作成する。フィルタリングされた電流測定信号が開始電流閾値より大きいとき、電気メータはエネルギ消費量測定値を計算する。

Description

技術分野
本開示は、一般に、資源分配システムに関し、より具体的には、電流の基本波成分を検出することによってエネルギ消費量測定値を蓄積する電気メータに関するものである。

背景
電気計測システムは、エアコン、テレビ、照明などの電気負荷に供給される電力を測定する。エネルギ消費を計測するために、異なる方法を使用することができる。しかし、無負荷シナリオなどのいくつかの場合、電流測定は、メータがエネルギ消費の測定を開始する、または蓄積する原因となる非自明な高調波またはノイズ成分を含むことができる。例えば、電気メータを流れる電流は、基本波の交流（Ａ／Ｃ）周波数成分の高調波、または電気ライン上に接続されたデジタルまたは他のデバイスから、または電気メータ自体から発生するノイズ成分を含むことができる。

したがって、場合によっては、メータリング装置は、電気負荷によって消費されている成分以外の電流成分に起因する電流の流れに基づいて、エネルギを誤って蓄積し始めることがある。したがって、メータリングの解決策に対するニーズが存在する。

概要
特定の態様および特徴は、電気メータシステムにおけるエネルギ測定のためのシステムおよび方法を含む。一例では、電気メータリングシステムは、電気グリッドから交流（Ａ／Ｃ）信号を受信するように構成される。電気メータリングシステムは、Ａ／Ｃ信号の電流の電流測定信号を得るように構成された電流測定装置を含む。電流測定信号は、基本周波数成分およびノイズ成分を含む。電気メータリングシステムは、Ａ／Ｃ信号の電圧の電圧測定信号を得るように構成されている電圧測定装置をさらに含む。電気メータリングシステムは、オペレーションを実行するように構成されたプロセッサをさらに含む。オペレーションは、電流測定装置から電流測定信号を受信することを含む。オペレーションは、電流測定信号からノイズ成分をフィルタリングし、それによってフィルタリングされた電流測定信号を作成することをさらに含む。動作は、フィルタリングされた電流測定値が開始電流閾値よりも大きいときに、電圧測定装置から電圧測定信号を得ることと、電圧測定値およびフィルタリングされた電流測定信号からエネルギ消費量測定値を計算することとをさらに含む。

他の態様は、電気メータリングシステムにおけるエネルギ測定のためのシステムおよび方法を含む。一例において、電気メータリングシステムは、電気グリッドから交流（Ａ／Ｃ）信号を受信するように構成される。電気メータリングシステムは、Ａ／Ｃ信号の電流の電流測定信号を得るように構成された電流測定装置を含む。電流測定信号は、基本周波数成分およびノイズ成分を含む。電気メータリングシステムは、Ａ／Ｃ信号の電圧の電圧測定信号を得るように構成されている電圧測定装置をさらに含む。電気メータリングシステムは、オペレーションを実行するように構成されたプロセッサをさらに含む。オペレーションは、電流測定装置から電流測定信号を受信することを含む。オペレーションは、電流測定信号からノイズ成分をフィルタリングし、それによってフィルタリングされた電流測定信号を作成することをさらに含む。オペレーションは、フィルタリングされた電流測定値が開始電流閾値よりも大きい場合に、電圧測定装置から電圧測定信号を得ることと、電圧測定値及び電流測定信号からエネルギ消費量測定値を計算することとをさらに含む。

これらの例示的な例は、本開示を制限または定義するためではなく、その理解を助けるための例を提供するために言及されている。追加の例およびさらなる説明は、詳細な説明において提供される。

本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照しながら読むと、よりよく理解される。

図１は、本開示の一態様による、例示的な電気メータを示す図である。 図２は、本開示の一態様による、電気メータ装置におけるエネルギ消費を測定するための例示的な処理を示すフローチャートである。 図３は、本開示の一態様に従った、例示的な電気メータ試験システムを示す図である。 図４は、本開示の一態様による、電気メータリング装置を検証するための例示的なプロセスを示すフローチャートである。 図５は、本開示の一態様による、例示的なコンピューティングデバイスを示す図である。

詳細な説明
本開示の側面は、エネルギ消費をより正確に測定する改良された電気メータリングシステム（または電気メータ）に関するものである。上述したように、既存の電気メータは、ノイズからの寄与を含む電流測定に起因するエネルギ測定値を誤って蓄積することがある。さらに議論されたように、開示されたソリューションは、基本波のみのメータリング環境またはブロードバンドメータリング環境で動作するように構成され得る。

より具体的には、電気メータは、一般に、指定された電流開始電流閾値で正確にエネルギ測定を開始することが期待される。また、電気メータは、負荷がかかっていないときにエネルギを蓄積しないことが期待されている。しかし、ノイズは、電流が測定される原因となり、したがって、エネルギもまた、メータによって登録される、すなわち蓄積される原因となり得る。ノイズは、スイッチングノイズ、ホワイトノイズ又は望ましくない高調波成分など、すべてのタイプの非基本周波数成分を含むことができる。ノイズの発生源としては、スイッチング電源、集積回路、無線機などがあるが、これらに限定されるものではない。このような源は、計器の内部、計器の外部、又はその両方に存在することができる。

メータに負荷がかかっていないときにエネルギが蓄積されないという要件は、時に１，５００：１の範囲の電流測定で１０，０００：１の範囲のエネルギの正確な測定を含むことができる現代の電気メータへの期待を考えると、より深刻になり得る。特に、非常に低い電流レベル又は無負荷状態において、ノイズ源による電流の流れの寄与は、電流の基本波成分の寄与より大きくなり得る。したがって、少量の電流の流れでは、エラー源が特に問題となることがある。

従来、メータに負荷が取り付けられていないときにエネルギを測定することを避けるために、電気メータは、あらかじめ定義された開始電流閾値（例えば、５０ミリアンペア）を使用し、それ以下では検出された電流はエネルギ測定をトリガしない。始動電流閾値は、ノイズの存在による影響を軽減するために、予想されるノイズレベルより高く設定することができる。その他の手法としては、無負荷状態で測定された典型的な電流を記録し、この大きさの負のオフセットを電流測定に常に適用する方法がある。しかし、これらのアプローチでも不正確な場合がある。例えば、始動電流の閾値が高すぎる場合、電気メータは十分に低い始動電流で計測を開始しないことがある。この場合、電気メータはノイズの多い無負荷状態と低負荷状態の区別がつかなくなり、精度が低下する可能性がある。逆に、始動電流閾値が低く設定されすぎると、メータが無負荷状態の間にエネルギを蓄積してしまう可能性がある。

したがって、開示されるシステムは、電流センサから電流の測定値を受信し、電流測定値から高調波成分およびノイズを除去する。一態様において、エネルギ蓄積は、基本波成分のみを含むフィルタリングされた測定値に基づいて開始することができるが、エネルギ蓄積は、基本波のみのエネルギ測定値または（例えば、高調波成分を含む）広帯域エネルギ測定値のいずれかに基づいて計算することができる。場合によっては、開始閾値電流が依然として使用され、それ以上ではエネルギ消費量測定値が蓄積され、それ以下ではエネルギ消費量測定値が蓄積されない。

ここで図に目を向けると、図１は、本開示の一態様による、例示的な電気メータを示す。図１は、電気メータが配備され得る環境の一例である電気メータ環境１００を描写する。電気メータ環境１００は、電源１１０、電気メータ１６０、および電気負荷１８０のうちの１つまたは複数を含む。電気メータ１６０及び電気負荷１８０は、家庭又は企業などの施設に配置され得る。電気負荷の例としては、エアコン、照明、及び産業機器などが挙げられる。

電源１１０は、交流（Ａ／Ｃ）信号１１１を電気メータ１６０に供給する。電源の例としては、発電所、ポータブル発電機、および電気変電所からのフィーダーが挙げられる。Ａ／Ｃ信号１１１は、基本波成分（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）だけでなく、例えば、非線形電気負荷によって引き起こされる１つまたは複数の高調波周波数も含むことができる。例えば、Ａ／Ｃ信号１１１は、６０ヘルツで１２０ボルトであるが、１８０ヘルツの第３高調波も含むことができる。

さらに、または代替的に、Ａ／Ｃ信号１１１は、ノイズを含むことができる。ノイズは、電気メータ１６０または電気メータ１６０自体に接続された回路における１つまたは複数の位置など、電気ライン上の任意の場所で生成され得る。このようなノイズを発生させ得る回路の例としては、高速クロックまたは高速バスを有するデジタル回路が挙げられる。発生するノイズは、加算型（電流成分に加算する）でも減算型（電流成分から減算する）でもよい。発生するノイズは、ランダムな分布のような任意の分布を有することができ、またはバイアスを有することができる。

電気メータ１６０は、電流測定装置１６１、電圧測定装置１６２、フィルタリング装置１６３、計測ユニット１６４、ディスプレイデバイス１７１、通信モジュール１７０およびスイッチ１７２のうちの１つまたは複数を含む。電気メータ１６０は、Ａ／Ｃ信号１１１を電流測定装置１６１に分配し、電流測定装置１６１は、Ａ／Ｃ信号を電気負荷１８０に供給する。計測ユニット１６４は、電力消費、エネルギ消費、電流、電圧などのパラメータを計測することができる。

いくつかの場合において、電気メータ１６０は、スイッチ１７２を含む。スイッチ１７２は、電気メータ１６０によって、開位置または閉位置となるように制御可能である。開位置では、電気負荷１８０は接続されない。閉位置では、電気メータ３６０は、電気負荷１８０に入力されるＡ／Ｃ信号を印加することができる。

電流測定装置１６１は、電源１１０と電気負荷１８０との間を流れる電流を測定するための構成要素、装置、または回路を含む。電流測定装置１６１は、基本周波数成分、および（もしあれば）基本周波数のノイズまたは高調波を含む電源１１０から電気負荷１８０に流れる電流を測定することができる。電流測定装置１６１は、電流測定信号１６６をフィルタリング装置１６３および計測ユニット１６４に供給する。

電流測定装置１６１は、電流を測定するために任意の標準的な技術を使用することができる。例えば、直接電流感知又は間接電流感知のいずれかを使用することができる。直接電流感知では、電流測定装置１６１は、電源１１０から電気負荷１８０に（例えば、Ａ／Ｃ信号に加えて追加のノイズまたは高調波から発生する）流れる電流と直列に接続されるシャント抵抗器を含む。そして、電流測定装置１６１は、電流に比例するシャント抵抗器にかかる電圧を測定する。測定された電圧から、電流測定装置１６１は、次に、電流を決定する。間接的な電流検出では、電流測定装置１６１は、電源１１０から電気負荷１８０に電流を流すワイヤの隣に配置されるコイルを含む。電流の流れは、コイルを横切って流れるように電圧を誘導する。電流測定装置１６１は、電流に比例する誘導電圧を測定する。測定された電圧から、電流測定装置１６１は、次に、電流を決定する。

電圧測定装置１６２は、電源１１０によって電気負荷１８０に印加される電圧を測定するためのコンポーネント、装置または回路を含む。典型的な電圧の例は、１１０ボルトおよび２２０ボルトであるが、他の電圧も可能である。標準的な電圧測定技術を使用することができる。電圧測定装置１６２は、電圧測定信号１６８を出力し、これは、高調波電圧成分を伴うまたは伴わない基本電圧成分を表すことができる。

望ましくない成分を除去するために、フィルタリング装置１６３は、任意の標準的なフィルタリング技術を使用することができる。フィルタリングは、基本波成分より上および／または下の周波数を除去することができる。アナログフィルタ、デジタルフィルタ、またはその両方のいずれかを使用することができる。例えば、好適なアナログフィルタは、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、またはバンドパスフィルタである。フィルタリング装置１６３はまた、電流測定信号１６６をサンプリングし、量子化した後、デジタル領域でフィルタリングを実行することができる。デジタルフィルタの例としては、ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタまたはＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタが挙げられる。フィルタリング装置１６３は、フィルタリングされた電流測定信号１６７を出力する。場合によっては、フィルタリング装置１６３は、電圧測定装置１６２から得られる電圧測定信号１６８をフィルタリングするためにも使用され得る。

計測ユニット１６４は、電圧および／または電流測定値に基づいて計測機能を実行し、計測出力１６９を出力する。計測出力１６９は、電力消費量、エネルギ消費量、および他の測定基準を含むことができる。計測ユニット１６４は、（例えば、プロセッサを有するコンピューティングデバイス上で）部分的または全体的にソフトウェアで実装することができる。好適なコンピューティングデバイスの一例は、図５に関して説明される。

さらに、計測ユニット１６４は、基本波のみの計測モードまたは広帯域計測モードで動作することができる。例えば、いくつかの地理的領域では、電流および電圧の基本波成分（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）のみの測定が必要とされ、一方、他の地域では広帯域成分またはノイズの測定が許可される場合がある。広帯域成分には，高調波（例：１００Ｈｚ、１２０Ｈｚなど）および／または非高調波周波数が含まれることがある。基本波のみモードでは、計測ユニット１６４は、信号の基本波電圧および電流成分のみのエネルギ寄与を計算することによって（例えば、フィルタリングされた電流測定信号１６７および電圧測定信号１６８を用いることによって）、エネルギ消費を計算することができる。このモードでは、存在する高調波成分の消費電力寄与は無視される。対照的に、広帯域モードでは、計測ユニット１６４は、電圧および電流測定値のすべての成分のエネルギ寄与を計算することによって（例えば、電流測定信号１６６および電圧測定信号１６８を使用することによって）エネルギ消費量を計算することができる。

しかし、計測ユニット１６４が基本波のみ又は広帯域モードのいずれで構成されるかに関係なく、計測ユニット１６４は、基本波電流成分を分析することによって（例えば、フィルタリングされた電流測定信号１６７を介して）エネルギ測定値を蓄積する。場合によっては、エネルギまたは電力消費の測定をいつ開始するかを決定するために、開始電流閾値を使用することができる。１つのアプローチの例は、図２に関して議論される。

電気メータ１６０に任意で含まれるディスプレイデバイス１７１は、計測出力１６９を受信する。ディスプレイデバイス１７１は、電気メータ１６０の内部または外部に配置することができ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、またはＬＥＤライトのバンクなどの任意の適切なディスプレイ技術であることができる。ディスプレイデバイス１７１は、電力消費、エネルギ消費、電圧、電流、コスト、またはメータの状態（例えば、メータが適切に機能しているかどうか）など、電気メータ３６０によって決定される測定基準のいずれかを示すことができる。

電気メータ１６０に任意に含まれる通信モジュール１７０は、計測出力１６９を受信する。通信モジュール１７０は、１つ以上の無線又は有線トランシーバを含むことができる。順番に、通信モジュール１７０は、計測出力１６９を外部デバイスまたはネットワーク（例えば、ヘッドエンドシステムまたは無線ネットワーク）に送信することができる。通信モジュール１７０はまた、外部デバイス又はネットワーク（例えば、ヘッドエンドシステム又はワイヤレスネットワーク）からデータ又は制御信号を受信することができる。制御信号の例は、メータの接続又は切断を引き起こすこと、又は通信モジュール１７０に更新された計測出力１６９などの更新されたメータデータを送信させることを含む。

図２は、本開示の一態様による、電気メータリング装置におけるエネルギ消費を測定するための例示的なプロセス２００を示すフローチャートである。プロセス２００は、図１に関して議論されるが、任意の適切な電気メータで実施され得る。

ブロック２０１において、プロセス２００は、電気メータリングシステムにおいて電気グリッドからＡ／Ｃ信号を受信することを含む。例えば、図１に戻って参照すると、電気メータ１６０は、電源１１０からＡ／Ｃ信号１１１を受信する。Ａ／Ｃ信号１１１は、基本波成分（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）を含み、高調波またはノイズコンテンツを含んでもよい。

ブロック２０２において、プロセス２００は、電気メータリングシステムに接続されている負荷にＡ／Ｃ信号１１１を印加することを含む。電気メータ１６０がエンドユーザ宅に設置されている場合、電気メータ３６０は、Ａ／Ｃ信号１１１を負荷に自動的に印加することができる。例えば、電気メータ１６０は、スイッチ１７２を閉じることによって、Ａ／Ｃ信号１１１を電気負荷１８０に供給する。電気負荷１８０との回路を完成させることにより、Ａ／Ｃ信号１１１に基づいて電流を流すことができる（例えば、電源１１０から電気メータ１６０を通り、電気負荷１８０を通り、そして戻ってくる）。電気メータ１６０が設置されていない場合、または（例えば、図３および図４に関して説明したように）テスト環境内にある場合、電気メータ１６０は、自動的にＡ／Ｃ信号を負荷に適用せず、代わりに開いたままであってもよい。

ブロック２０３において、プロセス２００は、Ａ／Ｃ信号の電流の電流測定信号を得ることを含み、電流測定信号は、基本周波数成分およびノイズ成分を含む。電流測定装置１６１は、Ａ／Ｃ信号１１１を測定し、電流測定信号１６６を生成する。電流測定信号１６６は、基本周波数成分および高調波成分またはノイズ成分を含むことができる。

ブロック２０４において、プロセス２００は、電流測定信号からノイズ成分をフィルタリングし、それによってフィルタリングされた電流測定値を作成することを含む。電流測定装置１６１は、電流測定信号１６６をフィルタリング装置１６３に提供し、フィルタリング装置１６３は、電流測定信号１６６をフィルタリングして非基本周波数成分を除去または実質的に除去する。フィルタリング装置１６３は、フィルタリングされた電流測定信号１６７を出力する。

ブロック２０５において、プロセス２００は、フィルタリングされた電流測定信号が開始電流閾値より大きいことを決定することを含む。計測ユニット１６４は、フィルタリングされた電流測定信号１６７を受信し、フィルタリングされた電流測定信号１６７が閾値より大きいかどうかを決定する。

電流閾値は、エネルギ消費の測定を開始するタイミングを示す。開始電流閾値は、様々な方法で決定することができる。場合によっては、この閾値は、規格によって設定することができる。規格の例としては、米国規格協会（ＡＮＳＩ）Ｃ１２．１及びＣ１２．２０が挙げられる。他の場合では、閾値は実験的に決定することができる。このような決定を行うのに適したシステムの例は、図３に関して議論される。

ある態様では、計測ユニット１６４は、フィルタリングされた電流測定信号から全高調波歪み（ＴＨＤ）レベルを計算する。計測ユニット１６４は、次に、ＴＨＤレベルを、ブロック２０５に関して議論された開始電流閾値と異なることができる閾値と比較する。ＴＨＤレベルが閾値より大きい場合、プロセス２００はブロック２０６に移行する。

別の態様では、計測ユニット１６４は、電流のＴＨＤレベル広帯域の大きさを計算する。計測ユニット１６４は、次に、ＴＨＤレベルを、ブロック２０５に関して議論された開始電流閾値とは異なることができる閾値と比較する。ＴＨＤレベルが閾値より大きい場合、プロセス２００はブロック２０６に移行する。

さらなる態様において、計測ユニット１６４は、電流測定信号１６６のフーリエ変換（例えば、高速フーリエ変換または離散フーリエ変換）を計算する。計測ユニット１６４は、周波数領域表現を用いて、基本波成分の振幅を得る。計測ユニット１６４は、振幅を閾値と比較し、閾値は、ブロック２０５に関して議論された開始電流閾値とは異なることができる。振幅が閾値より大きい場合、プロセス２００はブロック２０６に移行する。

計測ユニット１６４は、フィルタリングされた電流測定信号１６７が閾値よりも大きいことを検出し、その後、エネルギを蓄積するなどの測定を実行することができる。対照的に、フィルタリングされた電流測定信号１６７が閾値より小さいとき、計測装置は、エネルギ測定を蓄積しないことができる。

本明細書に記載された態様は、単相および多相の電気メータの両方に適用される。多相メータ（例えば、２相または３相メータ）の場合、（例えば、プロセス２００を介して）各相を独立して分析し、他の相とは独立して各相についてエネルギを蓄積することができる。例えば、計測ユニット１６４は、第１の相の基本周波数電流フローを検出する一方で、第２の相の電流フローを一切検出しないことができる。電気メータ１６０のハードウェアコンポーネントは、各位相に対して必要に応じて複製することができる。

ブロック２０６において、プロセス２００は、Ａ／Ｃ信号の電圧の測定信号を得ることを含む。計測ユニット１６４は、電圧測定装置１６２から電圧測定信号１６８を取得する。

ブロック２０７において、プロセス２００は、広帯域エネルギ計算または基本波のみのエネルギ計算のどちらを行うかを決定することを含む。（例えば、電流および電圧の両方の基本波および広帯域成分を含む）広帯域エネルギ消費が計算されることを必要とするメータリングシステムにおいて、プロセス２００はブロック２０８に進む。対照的に、（例えば、基本波のみの電流測定値と基本波のみの電圧測定値とに基づいて）基本波のエネルギ消費が測定されることを必要とするメータリングソリューションでは、プロセス２００はブロック２０９に進む。

ブロック２０８において、プロセス２００は、電圧測定信号および電流測定信号から広帯域エネルギ消費量測定値を計算することを含む。例えば、計測ユニット１６４は、電圧測定信号１６８および電流測定信号１６６からエネルギ消費値を計算する。計測ユニット１６４は、エネルギ消費量測定値を決定するために、ある期間にわたってエネルギ消費量測定値を蓄積することができる。期間の例は、１００マイクロ秒～１秒である。プロセス２００（例えば、ブロック２０１～２０８）は、連続する時間間隔について繰り返され得る。

ブロック２０９において、プロセス２００は、高調波電圧成分を除去するために電圧測定信号をフィルタリングすることを含む。一態様において、計測ユニット１６４は、基本波のみのエネルギ消費量測定値を計算する。この場合、計測ユニット１６４は、高調波電圧成分を除去するために、電圧測定信号１６８をフィルタリングする。

ブロック２１０において、プロセス２００は、フィルタリングされた電圧信号およびフィルタリングされた電流信号から基本波のみのエネルギ消費量測定値を計算することを含む。計測ユニット１６４は、ブロック２０９で生成されたフィルタリングされた電圧測定信号１６８とフィルタリングされた電流測定信号１６７から、エネルギ消費値を計算する。計測ユニット１６４は、エネルギ消費量測定値を決定するために、ある期間にわたってエネルギ消費量測定値を蓄積することができる。期間の例は、１００マイクロ秒～１秒である。プロセス２００（例えば、ブロック２０１～２１０）は、連続する時間間隔について繰り返され得る。

ある態様では、計測ユニット１６４は、電流閾値を使用せず、代わりにエネルギを計算した後、エネルギ消費閾値を使用する。例えば、計測ユニット１６４は、最初のエネルギ計算がエネルギ消費閾値を超えると決定した後、エネルギ消費の蓄積を開始することができる。この場合、計測ユニット１６４は、ブロック２０１～２０４を実行し、フィルタリングされた電流測定信号を取得する。次に、ブロック２０５を実行する代わりに、計測ユニットはブロック２０６に進み、電圧測定信号を得る。次に、計測ユニット１６４はブロック２０７に進み、広帯域または基本波のみのエネルギ測定値が必要であるかどうかに基づいて、ブロック２０８またはブロック２０９～２１０のいずれかをそれぞれ実行する。次に、ブロック２０８またはブロック２１０のいずれかで決定されたエネルギ計算が、エネルギ消費閾値と比較される。エネルギ測定値がエネルギ消費閾値より大きい場合、計測ユニット１６４は、エネルギ消費値の蓄積を開始、または保存する。逆に、エネルギ測定値がエネルギ消費閾値よりも小さい場合、計測ユニット１６４は、エネルギ測定値を蓄積しない。

例えば、計測ユニット１６４は、基本波のみの電力寄与を計算することができる。次いで、計測ユニット１６４は、これらの計算を一つ以上の閾値と比較して、いつエネルギの蓄積を開始するかを決定することができる。基本波のみの電力消費は、二乗平均平方根（ＲＭＳ）電圧、ＲＭＳ電流、および力率の余弦（電流と電圧の間の位相角）の積として計算することができる。

別の例では、計測ユニット１６４は、基本波のみのボルトアンペア無効（皮相）電力消費を計算する。皮相電力消費は、二乗平均平方根（ＲＭＳ）電圧とＲＭＳ電流の積として計算される。基本波のみの皮相電力消費は、基本波のみの電圧のＲＭＳと基本波のみの電流（フィルタリングされた電流測定信号１６７）のＲＭＳの積である。計測ユニット１６４は、消費電力閾値に対して見かけの消費電力を計算する。消費電力閾値を超えた場合、計測ユニット１６４は、消費電力計測値を蓄積する。消費電力閾値を超えない場合、計測ユニット１６４は消費電力測定値を蓄積しない。ブロック２０５に関して議論されたものなど、電圧または電流測定の非基本波成分を除去するために、様々な方法が使用され得る。

電気メータがエンドユーザ施設に配備される前に、電流の流れおよびエネルギ消費の正確な測定を確実にするために、電気メータはテストされる。本開示のいくつかの態様は、電気メータの無負荷試験に関するものである。無負荷試験中、メータの電流測定回路は開回路され、電圧は電気メータに印加される。

無負荷が印加されるとき、電気メータは、ゼロ電流の流れ、したがってゼロエネルギ蓄積を測定するはずである。しかし、場合によっては、電流の流れの小さな公差が許容されることがある。したがって、エネルギ測定の時間期間にわたって、計器は最小量のエネルギだけを蓄積（又は測定）することが望ましい。無負荷試験中に、メータが閾値または許容値を超えるエネルギを蓄積した場合、そのメータは欠陥があるか、または調整が必要である可能性がある。図３は、無負荷試験の実行に使用できるシステムの一例を示している。

図３は、本開示の一態様による、例示的な電気メータ試験システムを示す図である。図３は、メータ試験システム３０１及び電気メータ３６０を含む試験環境３００を描写している。図３によって描かれる例では、メータ試験システム３０１は、電気メータ３６０を試験することができる。試験環境３００は、電気メータ３６０に無負荷試験を行うため、電気メータ３６０から受信した電流測定信号の独立した検証のため、または適切な開始電流閾値を決定するために好適である。

電気メータ３６０は、端子３６１、接地３６３、および計測出力３６９を含む。電気メータ３６０は、端子３６１を介してメータ試験システム３０１に接続することができる。電気メータ３６０は、図１に描かれている電気メータ１６０の一例である。

メータ試験システム３０１は、電圧源３１３、電流測定装置３１５、負荷３１６、メータ試験ユニット３１２、スイッチ３２３、スイッチ３２４、およびアース３２５を含む。メータ試験ユニット３１２は、ライン３２１を介して電圧源３１３に接続されている。電圧源３１３は、ライン３２２を介して電流測定装置３１５に接続されている。電圧源３１３は、１つ以上の基本波電圧または広帯域電圧を発生させることができる精密な電圧源である。生成された電圧は、被測定メータに印加するために独立して制御することができる。各電圧波形は、基本周波数（例えば、６０Ｈｚ）および一つ以上の高調波を含むことができる。生成された電圧はまた、試験目的のために電圧源３１３によって意図的に生成されたノイズを含むことができる。電流測定装置３１５は、電気メータ３６０を流れる任意の電流を測定することができる。負荷３１６は、抵抗性、反応性、またはその両方を含む負荷の選択のうちの１つとなるように構成することができる。スイッチ３２３および３２４は、端子３６１を接続または切断することによって、電気メータのメータ試験システム３０１への接続または切断を引き起こすことができる。

無負荷試験において、端子３６２は開回路にしたままにしておくことができる。あるいは、電気メータ３６０は、端子３６１および３６２を介してメータ試験システム３０１に接続することができるが、スイッチ３２４は開いたままであり、端子３６１に開回路を生じさせる。無負荷試験中、電気メータ３６０は、メータ試験ユニット３１２に計測出力３６９を提供し、メータ試験ユニット３１２は、今度は、計測出力３６９のエネルギ消費量測定値がゼロまたは最小であり、それによって無負荷試験の要件が満たされていることを検証する。無負荷試験中、電気メータ３６０は、端子３６１によって、または外部源によって電力を供給することができる。

別の使用例では、メータ試験システム３０１は、電気メータからの電流測定値を独立して検証することができる。例えば、メータ試験システム３０１は、スイッチ３２３を閉じることができ、それによって、電圧源３１３から電気メータ３６０および負荷３１６に電圧を印加することができる。次に、メータ試験システム３０１は、電気メータ３６０から、例えば、計測出力３６９から受信した電流測定信号を、例えば、電流測定装置３１５によって測定された予想電流測定値と比較することができる。例えば、電気メータ３６０が正しく動作していない場合、電気メータ３６０からの測定電流信号は、電流測定装置３１５からの予想電流と矛盾する可能性がある。

さらに別の使用例では、メータ試験システム３０１は、適切な開始電流閾値を決定するために使用され得る。この場合、メータ試験システム３０１は、電気メータに異なるものを提供し、各負荷について電気メータ３６０によって電流が測定されるようにすることができる。各負荷は、異なる予想電流の流れを有することができる。正しいと確認された最小の負荷に対応する電流は、規制要件に従って、閾値として使用することができる。

図４は、本開示の一態様による、電気メータリング装置を検証するための例示的なプロセス４００を示すフローチャートである。

ブロック４０１において、プロセス４００は、電気メータの出力を開回路にさせることを含む。図３に戻って参照すると、メータ試験ユニット３１２は、無負荷試験を容易にするために電気メータ３６０を開回路にさせるか、またはスイッチ３２３を開放させる。

ブロック４０２において、プロセス４００は、電気メータの入力にＡ／Ｃ信号を印加することを含む。電圧源３１３は、電気メータ３６０にＡ／Ｃ信号を印加する。Ａ／Ｃ信号は、順番に、電気メータ３６０の端子３６１に提供される。

ブロック４０３において、プロセス４００は、電気メータからエネルギ消費値を受信することを含む。メータ試験システム３０１は、エネルギ消費量を含む計測出力３６９を受信する。

ブロック４０４において、プロセス４００は、エネルギ消費値が期待される許容範囲内であることを決定することを含む。許容誤差は、独立して計算されたエネルギ消費値に基づくことができる。例えば、メータ試験ユニット３１２は、電流測定装置３１５から独立に測定された電流測定値を受け取ることができる。メータ試験ユニット３１２は、電圧源３１３によって印加されたＡ／Ｃ信号の電圧と、測定された電流測定値とに基づいて、エネルギ消費値を計算する。

ブロック４０５において、プロセス４００は、メータを検証済みとして識別することを含む。エネルギ消費値が許容範囲内であるとき、そのメータは無負荷試験に合格したと識別される。

図５は、例示的なコンピューティングデバイス５００を示す。コンピューティングデバイス５００は、計測ユニット１６４またはメータ試験ユニット３１２のソフトウェア機能性など、本明細書に記載される機能性を実装することができる。コンピューティングデバイス５００は、１つまたは複数のメモリデバイス５０５に通信可能に結合されたプロセッサ５０２を含む。プロセッサ５０２は、メモリデバイス５０５に格納されたコンピュータ実行可能なプログラムコード５３０を実行し、メモリデバイス５０５に格納されたデータ５２０にアクセスし、又はその両方にアクセスする。プロセッサ５０２の例には、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、または他の任意の適切な処理デバイスが含まれる。プロセッサ５０２は、単一の処理装置を含む、任意の数の処理装置又はコアを含むことができる。コンピューティングデバイスの機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせで実装され得る。

メモリデバイス５０５は、データ、プログラムコード、またはその両方を格納するための任意の適切な非一時的コンピュータ読取可能媒体を含む。コンピュータ可読媒体は、プロセッサにコンピュータ可読命令又は他のプログラムコードを提供することができる任意の電子、光学、磁気、又は他の記憶装置を含むことができる。コンピュータ可読媒体の非限定的な例としては、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＡＳＩＣ、または処理装置が命令を読み出すことができる他の任意の媒体が挙げられる。命令は、例えば、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、Ｊａｖａ、またはスクリプト言語など、任意の適切なコンピュータプログラミング言語で書かれたコードからコンパイラまたはインタプリタによって生成されたプロセッサ固有の命令を含んでもよい。

コンピューティングデバイス５００はまた、入力または出力デバイスなどの多数の外部または内部デバイスを含んでもよい。例えば、コンピューティングデバイス５００は、１つまたは複数の入力／出力（「Ｉ／Ｏ」）インタフェース５０８を備えて示されている。Ｉ／Ｏインタフェース５０８は、入力デバイスから入力を受け取り、または出力デバイスに出力を提供することができる。また、１つ以上のバス５０６がコンピューティングデバイス５００に含まれる。バス５０６は、コンピューティングデバイス５００のそれぞれの１つのコンポーネントまたは複数のコンポーネントを通信可能に結合している。

コンピューティングデバイス５００は、プロセッサ５０２を構成して、本明細書に記載される動作のうちの１つ以上を実行するプログラムコード５３０を実行する。例えば、プログラムコード５３０は、プロセッサに、図３に記載される動作を実行させる。

コンピューティングデバイス５００はまた、ネットワークインタフェースデバイス５１０を含む。ネットワークインタフェースデバイス５１０は、１つまたは複数のデータネットワークへの有線または無線データ接続を確立するのに適した任意のデバイスまたはデバイス群を含む。ネットワークインタフェースデバイス５１０は、無線デバイスであってもよく、アンテナ５１５を有する。コンピューティングデバイス５００は、ネットワークインタフェースデバイス５１０を使用して、データネットワークを介して、コンピューティングデバイスまたは他の機能を実装する１つまたは複数の他のコンピューティングデバイスと通信することができる。

コンピューティングデバイス５００はまた、ディスプレイデバイス５１２を含むことができる。ディスプレイデバイス５１２は、コンピューティングデバイス５００に関する情報を表示するように動作可能なＬＣＤ、ＬＥＤ、タッチスクリーン、または他のデバイスであり得る。例えば、情報は、コンピューティングデバイスの動作状態、ネットワーク状態などを含むことができる。

一般的な検討事項

本主題は、その特定の側面に関して詳細に説明されてきたが、当業者は、前述の理解を得た時点で、そのような側面に対する変更、変形、および等価物を容易に作成し得ることが理解されよう。したがって、本開示は、限定ではなく例示の目的で提示されており、当業者に容易に明らかになるような本主題に対する変更、変形、および／または追加を含めることを排除するものではないことを理解されたい。

Claims (20)

1. 電気メータリングシステムにおいてエネルギを測定する方法において、
   前記電気メータリングシステムで、電気グリッドから、Ａ／Ｃ信号を受信するステップと、
   前記Ａ／Ｃ信号の電流の電流測定信号を取得するステップであって、前記電流測定信号が基本周波数成分とノイズ成分とを含む、取得するステップと、
   前記電流測定信号から前記ノイズ成分をフィルタリングし、よってフィルタリングされた電流測定信号を作成するステップと、並びに、
   前記フィルタリングされた電流測定信号が開始電流閾値より大きい場合には、
   前記Ａ／Ｃ信号の電圧の電圧測定信号を取得するステップと、及び、
   前記電圧測定信号と前記電流測定信号からエネルギ消費量測定値を計算するステップと
   を含む、方法。
2. さらに、
   前記Ａ／Ｃ信号を、前記電気メータリングシステムに接続する負荷に印加するステップを、
   含む、請求項１に記載の方法。
3. さらに、
   前記フィルタリングされた電流測定信号が前記開始電流閾値より小さい場合には、
   ゼロエネルギ消費値を出力するステップ
   を、含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記エネルギ消費量測定値を計算するステップは、
   或る期間に亘って、複数の電力消費量測定値を蓄積するステップと、
   前記複数の電力消費量測定値を積分することによって、エネルギ消費量を決定するステップと
   を含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記ノイズ成分が、前記基本周波数成分の一つ以上の高調波成分を含む、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記ノイズ成分が、電子部品から発生する、請求項１に記載の方法。
7. 前記電圧測定信号が電圧ノイズ成分を含み、
   さらに、
   前記電圧測定信号をフィルタリングしてあらゆる高調波電圧成分を除去し、よってフィルタリングされた電圧成分を作成するステップを含み、
   前記エネルギ消費量測定値が前記フィルタリングされた電圧成分に基づいて計算される、
   請求項１に記載の方法。
8. 電気メータリングシステムにおいてエネルギを測定する方法において、
   電気メータリングシステムで、電気グリッドから、Ａ／Ｃ信号を受信するステップと、
   前記Ａ／Ｃ信号を、前記電気メータリングシステムに接続する負荷に印加するステップと、
   前記Ａ／Ｃ信号の電流の電流測定信号を取得するステップであって、前記電流測定信号が基本周波数成分とノイズ成分とを含む、取得するステップと、
   前記電流測定信号から前記ノイズ成分をフィルタリングし、よってフィルタリングされた電流測定信号を作成するステップと、
   前記Ａ／Ｃ信号の電圧測定値を取得するステップと、
   前記電圧測定値と前記電流測定信号からエネルギ消費量測定値を計算するステップと、
   前記エネルギ消費量測定値がエネルギ消費量閾値より大きい場合には、前記エネルギ消費量測定値を蓄積するステップと
   を含む、方法。
9. 前記エネルギ消費量測定値を計算するステップは、
   ノイズ電圧成分を除去するために前記Ａ／Ｃ信号の前記電圧測定値をフィルタリングし、よってフィルタリングされた電圧成分を作成するステップと、
   前記フィルタリングされた電圧成分と前記フィルタリングされた電流測定信号とから、基本波のみのエネルギ消費量測定値を計算するステップと
   を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記エネルギ消費量測定値を計算するステップは、
    ノイズ電圧成分を除去するために前記Ａ／Ｃ信号の前記電圧測定値をフィルタリングし、よってフィルタリングされた電圧測定信号を作成するステップと、
    前記フィルタリングされた電圧測定信号と前記フィルタリングされた電流測定信号から、ボルトアンペア無効エネルギ消費量測定値を計算するステップと
    を含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記エネルギ消費量測定値を計算するステップは、
    前記フィルタリングされた電流測定信号のボルトアンペア（ＶＡ）二乗平均平方根（ＲＭＳ）電力消費量を計算するステップを、
    含む、請求項８に記載の方法。
12. 電気メータリングシステムにおいて、
    Ａ／Ｃ信号の電流の電流測定信号を得るように構成された電流測定装置であって、前記電流測定信号が基本周波数成分およびノイズ成分を含む、電流測定装置と、
    前記Ａ／Ｃ信号の電圧の電圧測定信号を得るように構成された電圧測定装置と、
    プロセッサと
    を含み、
    前記プロセッサは、
    前記電流測定装置から電流測定信号を受信するステップと、
    前記電流測定信号からノイズ成分をフィルタリングし、よってフィルタリングされた電流測定信号を生成するステップと、並びに、
    前記フィルタリングされた電流測定信号が開始電流閾値よりも大きい場合には、
    前記電圧測定装置から前記電圧測定信号を取得するステップと、及び、
    前記電圧測定信号と前記フィルタリングされた電流測定信号からエネルギ消費量測定値を計算するステップと
    を含む動作を実行するように構成されている、
    電気メータリングシステム。
13. 前記電気メータリングシステムは、前記電気メータリングシステムに接続する負荷に前記Ａ／Ｃ信号を印加するように構成されている、
    請求項１２に記載の電気メータリングシステム。
14. さらに、
    前記動作は、
    前記フィルタリングされた電流測定信号が前記開始電流閾値よりも小さい場合には、
    ゼロエネルギ消費値を出力するステップを含む、
    請求項１２に記載の電気メータリングシステム。
15. 前記エネルギ消費量測定値を計算するステップは、
    或る期間に亘って、複数の電力消費量測定値を蓄積するステップと、
    前記複数の消費電力測定値を積分することによって、エネルギ消費量を決定するステップと
    を含む、請求項１２に記載の電気メータリングシステム。
16. 前記エネルギ消費量測定値を計算するステップは、
    前記フィルタリングされた電流測定信号のボルトアンペア（ＶＡ）二乗平均平方根（ＲＭＳ）消費電力を計算するステップを
    含む、請求項１２に記載の電気メータリングシステム。
17. 前記ノイズ成分が、前記基本周波数成分の一つ以上の高調波成分を含む、
    請求項１２に記載の電気メータリングシステム。
18. 前記ノイズ成分が、電子部品から発生する、
    請求項１２記載の電気メータリングシステム。
19. 前記電圧測定信号はノイズ電圧成分を含み、
    前記動作は、さらに、
    前記電圧測定信号をフィルタリングして前記ノイズ電圧成分を除去し、よってフィルタリングされた電圧成分を作成するステップを含み、
    前記エネルギ消費量測定値が前記フィルタリングされた電圧成分に基づいて計算される、
    請求項１２に記載の電気メータリングシステム。
20. 電気メータ試験環境において、
    電気メータと、
    メータ試験デバイスと
    を含み、
    前記電気メータは、
    Ａ／Ｃ信号を受信するように構成されている入力と、
    前記Ａ／Ｃ信号の電流の電流測定信号を取得するように構成されている電流測定装置であって、前記電流測定信号が基本周波数成分およびノイズ成分を含む、電流測定装置と、
    前記電流測定信号から前記ノイズ成分をフィルタリングし、よってフィルタリングされた電流測定信号を生成するように構成されているフィルタと、
    前記フィルタリングされた電流測定信号と前記Ａ／Ｃ信号の電圧とから、エネルギ消費量測定値を決定するように構成されているプロセッサと、
    前記Ａ／Ｃ信号を負荷に提供するように構成されている出力と
    を含み、
    前記メータ試験デバイスは、
    前記電気メータの前記出力を開回路にすることと、
    前記Ａ／Ｃ信号を前記電気メータの前記入力に印加することと、
    前記電気メータから前記エネルギ消費量測定値を受信することと
    前記エネルギ消費量測定値が予測されるエネルギ消費量測定値の許容範囲内であると決定することに応答して、電気メータを有効であると識別することと
    を行うように構成されている、
    電気メータ試験環境。

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