JP3190666B2 - 無停電電力供給のための電源電力監視の方法と装置 - Google Patents
無停電電力供給のための電源電力監視の方法と装置Info
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- JP3190666B2 JP3190666B2 JP23979290A JP23979290A JP3190666B2 JP 3190666 B2 JP3190666 B2 JP 3190666B2 JP 23979290 A JP23979290 A JP 23979290A JP 23979290 A JP23979290 A JP 23979290A JP 3190666 B2 JP3190666 B2 JP 3190666B2
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- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/24—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to undervoltage or no-voltage
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- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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- H02H3/50—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to the appearance of abnormal wave forms, e.g. ac in dc installations
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般的に、電力システムに、また電源電力
波形の監視に、詳しくは、無停電電力供給装置の運用制
御のための監視に係わるものである。
波形の監視に、詳しくは、無停電電力供給装置の運用制
御のための監視に係わるものである。
発明の背景 無停電電力供給装置は、現在、特に電源電力の停止が
プログラムの中断と貴重なデータの損失を招く大規模コ
ンピュータシステムの電源に広く用いられている。この
ような無停電電力供給装置は、交流電源システムの一時
的なスパイクや電圧低下状態あるいは電力波形の歪み
が、無停電電力供給装置（UPS）が接続されているコン
ピュータの運用を妨げることがないように、信号調整機
能を備えていることもある。UPSは、インバータを介し
て交流出力ラインに接続されたバッテリを有しているの
が普通である。UPSには、入力交流電力に異常が生じた
ときに、正常な入力交流電力と同一の周波数で実質的に
同一の波形を有する電力がバッテリから供給されるよう
に、インバータを制御する型のものがある。異常時の切
換えは、交流出力ラインに供給される波形に大きな一時
的スパイクやディップを生じないように、できるだけ円
滑に行われることが望ましい。交流出力とインバータの
接続は、ここに参考としてその説明を添えた「インバー
タパルス幅の調節方法と装置」と題するリチャード V.
バクスタ、他の米国特許第4,692,854号に記述の通り、
鉄共振性変圧器を介していてもよい。
プログラムの中断と貴重なデータの損失を招く大規模コ
ンピュータシステムの電源に広く用いられている。この
ような無停電電力供給装置は、交流電源システムの一時
的なスパイクや電圧低下状態あるいは電力波形の歪み
が、無停電電力供給装置（UPS）が接続されているコン
ピュータの運用を妨げることがないように、信号調整機
能を備えていることもある。UPSは、インバータを介し
て交流出力ラインに接続されたバッテリを有しているの
が普通である。UPSには、入力交流電力に異常が生じた
ときに、正常な入力交流電力と同一の周波数で実質的に
同一の波形を有する電力がバッテリから供給されるよう
に、インバータを制御する型のものがある。異常時の切
換えは、交流出力ラインに供給される波形に大きな一時
的スパイクやディップを生じないように、できるだけ円
滑に行われることが望ましい。交流出力とインバータの
接続は、ここに参考としてその説明を添えた「インバー
タパルス幅の調節方法と装置」と題するリチャード V.
バクスタ、他の米国特許第4,692,854号に記述の通り、
鉄共振性変圧器を介していてもよい。
UPSが、異常を生じた電源電力からバッテリ電力に円
滑に切替えを行うことができるための主要な要因は、電
源電力の異常を十分速やかに発見することにある。電力
は、１サイクルのほんの一部の間にバッテリ・バックア
ップに切替えられ、しかも、システムは、重大な異常で
ない小さな一時的状態変化や乱れには比較的感応しにく
いように保たれることが望ましい。過度に敏感な切替え
方式は、必要のないときにUPSが切替えを行う「判定が
異常側に偏る特性」を招く。
滑に切替えを行うことができるための主要な要因は、電
源電力の異常を十分速やかに発見することにある。電力
は、１サイクルのほんの一部の間にバッテリ・バックア
ップに切替えられ、しかも、システムは、重大な異常で
ない小さな一時的状態変化や乱れには比較的感応しにく
いように保たれることが望ましい。過度に敏感な切替え
方式は、必要のないときにUPSが切替えを行う「判定が
異常側に偏る特性」を招く。
電源異常の発見にこれまで用いられている方法の一つ
に、電力波形（例えば、米国で使用される60Hz電力波
形）の各サイクルについての参照値表の利用がある。交
流電源の電圧は、実質上、位相が変化しない線周波数の
正弦波に合致しているはずである。従って、交流電源波
形の各サイクルをサイクル中の特定の時点でサンプリン
グし、そのサンプル値を基準の表の値と比較して、各サ
ンプル時点での差異があらかじめ定めた許容値を超えた
ときに異常を表示すればよい。
に、電力波形（例えば、米国で使用される60Hz電力波
形）の各サイクルについての参照値表の利用がある。交
流電源の電圧は、実質上、位相が変化しない線周波数の
正弦波に合致しているはずである。従って、交流電源波
形の各サイクルをサイクル中の特定の時点でサンプリン
グし、そのサンプル値を基準の表の値と比較して、各サ
ンプル時点での差異があらかじめ定めた許容値を超えた
ときに異常を表示すればよい。
波形の歪みの中には、そのような歪みが起っても必ず
しも電源の異常を示すものではなく、UPSが切替わらな
くてよいというものがよくある。UPSによくみられるこ
のような波形の歪みの二つの例を第１図に示す。三次調
波歪みの理想的な形を第１図に11と付番した波形で示
す。この種の歪みは、しばしば、変圧器の磁気飽和によ
り生じ、通常は波形の尾の側に大きく現れる。平頭形の
波形12も第１図に示してあるが、これは、スウィッチモ
ード電力供給装置のような非線形負荷によって起り得
る。このような歪んだ電圧の電源があるところで、UPS
の不当な切替えを避けるためには、特別の参照表をUPS
装置の制御に組込んで、そのような波形が現れたときに
不必要な切替えが起らないようにすることがある。実際
には、入力交流波形と参照値との比較の感度を下げる
と、第１図に示した歪みの形に似た実際の電源異常状態
に対するシステムの感度が低くなるので、通常望ましい
とされるより大きな波形歪みが起らなければ異常検出と
はならない。例えば、第２図に示した波形13は、回転機
器または鉄共振性変圧器に接続されたネットワークで起
り得る電源異常のタイプである。この場合、電源電圧
は、負荷により決まる率で減衰する。感度を下げた参照
表を使うと、電源電圧が望ましい値よりかなり低いレベ
ルまで下がらなければ、異常検出に至らない。出力電圧
には、不都合に大きな乱れを生ずる可能性がある。
しも電源の異常を示すものではなく、UPSが切替わらな
くてよいというものがよくある。UPSによくみられるこ
のような波形の歪みの二つの例を第１図に示す。三次調
波歪みの理想的な形を第１図に11と付番した波形で示
す。この種の歪みは、しばしば、変圧器の磁気飽和によ
り生じ、通常は波形の尾の側に大きく現れる。平頭形の
波形12も第１図に示してあるが、これは、スウィッチモ
ード電力供給装置のような非線形負荷によって起り得
る。このような歪んだ電圧の電源があるところで、UPS
の不当な切替えを避けるためには、特別の参照表をUPS
装置の制御に組込んで、そのような波形が現れたときに
不必要な切替えが起らないようにすることがある。実際
には、入力交流波形と参照値との比較の感度を下げる
と、第１図に示した歪みの形に似た実際の電源異常状態
に対するシステムの感度が低くなるので、通常望ましい
とされるより大きな波形歪みが起らなければ異常検出と
はならない。例えば、第２図に示した波形13は、回転機
器または鉄共振性変圧器に接続されたネットワークで起
り得る電源異常のタイプである。この場合、電源電圧
は、負荷により決まる率で減衰する。感度を下げた参照
表を使うと、電源電圧が望ましい値よりかなり低いレベ
ルまで下がらなければ、異常検出に至らない。出力電圧
には、不都合に大きな乱れを生ずる可能性がある。
電源異常の検出に影響するもう１つの要因は、入力波
形の各半サイクルの中でのいろいろなフェーズアングル
での検出感度である。交流電力のサイクルとサイクルの
間のずれの典型的な記録を見ると、一般に、ずれは波形
のピーク時には起らず、ゼロクロッシングに向かう部分
の方に目立つ事が分る。特に、鉄共振性変圧器を電源と
するときは、フェーズの小さな乱れがゼロクロッシング
周辺でのずれを助長することがある。従って、波形の変
化率にもとずく検出方法は、一般に、異常検出の効果的
な方法とはいえない。通常、判断基準として、すべての
サンプルについて同一の値の差の絶対値を定めるか、厳
しい場合にはゼロクロッシング部の差の（プログラム可
能な）許容値を大きくとるのが良い。
形の各半サイクルの中でのいろいろなフェーズアングル
での検出感度である。交流電力のサイクルとサイクルの
間のずれの典型的な記録を見ると、一般に、ずれは波形
のピーク時には起らず、ゼロクロッシングに向かう部分
の方に目立つ事が分る。特に、鉄共振性変圧器を電源と
するときは、フェーズの小さな乱れがゼロクロッシング
周辺でのずれを助長することがある。従って、波形の変
化率にもとずく検出方法は、一般に、異常検出の効果的
な方法とはいえない。通常、判断基準として、すべての
サンプルについて同一の値の差の絶対値を定めるか、厳
しい場合にはゼロクロッシング部の差の（プログラム可
能な）許容値を大きくとるのが良い。
さらに、電源サージによるUPSの不必要な切替えを最
小限にし、サージが電力システムの電圧の永続的な変化
を示すものでない限り切替えが起らないようにすること
が望ましい。
小限にし、サージが電力システムの電圧の永続的な変化
を示すものでない限り切替えが起らないようにすること
が望ましい。
発明の要約 本発明によれば、参照波形を適切に生成させ、現在の
波形をこれと比較することにより、無停電電力供給装置
の電源電力監視が行われる。参照波形は、比較的遅い速
度で変化し、電圧波形の異常の指標となるほどほどの変
化は検出するが、電源の純粋な正弦波からの系統的な歪
みであって電源異常の指標とはならない程度のものには
適応合致して、UPSの不必要な切替えが回避される。
波形をこれと比較することにより、無停電電力供給装置
の電源電力監視が行われる。参照波形は、比較的遅い速
度で変化し、電圧波形の異常の指標となるほどほどの変
化は検出するが、電源の純粋な正弦波からの系統的な歪
みであって電源異常の指標とはならない程度のものには
適応合致して、UPSの不必要な切替えが回避される。
本発明の電源監視装置においては、参照波形は、入力
波形の周期の中の選定したサンプル時において、各参照
値が入力波形のこれに先立つ複数のサイクルのサンプル
値の適宜選定した条件で重み付けした平均となるように
生成される。参照波形は、各サンプル時における、一つ
前のサイクルの値と前回の平均値、すなわち、それに先
立つすべてのサイクルのサンプル値を時間を遡るととも
に指数的に減少する重み付けをして平均した指数平均、
との加重平均として生成されることが望ましい。次に、
現在のサイクルを参照サイクルと比較し、現在のサイク
ルが選定した許容レベル以上に参照サイクルからずれる
ときは、異常信号を発する。
波形の周期の中の選定したサンプル時において、各参照
値が入力波形のこれに先立つ複数のサイクルのサンプル
値の適宜選定した条件で重み付けした平均となるように
生成される。参照波形は、各サンプル時における、一つ
前のサイクルの値と前回の平均値、すなわち、それに先
立つすべてのサイクルのサンプル値を時間を遡るととも
に指数的に減少する重み付けをして平均した指数平均、
との加重平均として生成されることが望ましい。次に、
現在のサイクルを参照サイクルと比較し、現在のサイク
ルが選定した許容レベル以上に参照サイクルからずれる
ときは、異常信号を発する。
参照レベルを定めるのに望ましい手順は、次式によ
る： REFi,k＝（１−ａ）REFi,k−１＋（ａ）SAMPi,k−１ ここに、ａは０＜ａ＜１のように選び、REFi,K−１は
（ｋ−１）番目のサイクルのｉ番目のサンプル点の参照
値、SAMPi,k−１は（ｋ−１）番目のサイクルのｉ番目
のサンプル点の入力波形のサンプル値である。サンプル
値と参照値の比較は、次式に従って行うのが望ましい： |SAMPi,k−REFi,k｜≧Di ここに、Diは選定された許容値であって、定数であっ
てもよいし、サイクルのサンプリング位置ｉによって変
わるものでもよい。例えば、60Hzの電源をサンプリング
する場合、サンプリングは、後続の波形からのサンプル
が各サイクルの適切な点で採れるように、サンプリング
タイミングを入力信号の周期にフェーズロックして、１
サイクル当り64回行ってもよい。現在のサイクルのサン
プリングをサイクルの周期にフェーズロックすることに
より、サンプルは、入力波形の適切に対応した位置で採
取され、電源周波数が僅かに変動することがあっても、
参照波形に適確に比較することができる。
る： REFi,k＝（１−ａ）REFi,k−１＋（ａ）SAMPi,k−１ ここに、ａは０＜ａ＜１のように選び、REFi,K−１は
（ｋ−１）番目のサイクルのｉ番目のサンプル点の参照
値、SAMPi,k−１は（ｋ−１）番目のサイクルのｉ番目
のサンプル点の入力波形のサンプル値である。サンプル
値と参照値の比較は、次式に従って行うのが望ましい： |SAMPi,k−REFi,k｜≧Di ここに、Diは選定された許容値であって、定数であっ
てもよいし、サイクルのサンプリング位置ｉによって変
わるものでもよい。例えば、60Hzの電源をサンプリング
する場合、サンプリングは、後続の波形からのサンプル
が各サイクルの適切な点で採れるように、サンプリング
タイミングを入力信号の周期にフェーズロックして、１
サイクル当り64回行ってもよい。現在のサイクルのサン
プリングをサイクルの周期にフェーズロックすることに
より、サンプルは、入力波形の適切に対応した位置で採
取され、電源周波数が僅かに変動することがあっても、
参照波形に適確に比較することができる。
ゆっくりと変化したり、減衰したりするタイプの電源
異常を確実に検出するため、本発明の装置は、さらに、
入力電力波形の二乗平均平方根（RMS）値を、実質的に
リアルタイムの状態で推定する。この推定は、記憶した
参照波形についてのRMS計算で行われることが望まし
い。RMS電圧推定値が限界値より低くなったときは、信
号が発せられて、UPSシステムを切替え、補助電力をバ
ッテリから出力ラインへ送る。RMS推定方式異常検出
と、現在の波形サイクルと参照波形の連続的比較によっ
て、急激に起こる電源異常への鋭敏さと、異常でない系
統的な波形歪み及び電圧変化への不感性と、ゆっくりと
低下する電源異常の正確な検出という、独特の組合わせ
が実現される。
異常を確実に検出するため、本発明の装置は、さらに、
入力電力波形の二乗平均平方根（RMS）値を、実質的に
リアルタイムの状態で推定する。この推定は、記憶した
参照波形についてのRMS計算で行われることが望まし
い。RMS電圧推定値が限界値より低くなったときは、信
号が発せられて、UPSシステムを切替え、補助電力をバ
ッテリから出力ラインへ送る。RMS推定方式異常検出
と、現在の波形サイクルと参照波形の連続的比較によっ
て、急激に起こる電源異常への鋭敏さと、異常でない系
統的な波形歪み及び電圧変化への不感性と、ゆっくりと
低下する電源異常の正確な検出という、独特の組合わせ
が実現される。
本発明による電源監視は、交流入力からのサンプルを
ディジタル化し、参照波形をマイクロプロセッサで計算
してメモリに記憶する参照波形を生成し、新しいサイク
ルの波形と参照サイクル波形のディジタル比較を行うと
いう形で、コンピュータ制御のもとに実施してもよい。
ディジタル化し、参照波形をマイクロプロセッサで計算
してメモリに記憶する参照波形を生成し、新しいサイク
ルの波形と参照サイクル波形のディジタル比較を行うと
いう形で、コンピュータ制御のもとに実施してもよい。
本発明のその他の目的、特徴、利点は、付図とともに
以下の詳細な説明により明らかにされる。
以下の詳細な説明により明らかにされる。
実施例 付図について述べると、第４図は、本発明の適応型交
流電源監視を利用した無停電電源供給（UPS）システム
を、ブロックダイアグラムの形で一般的に示したもので
ある。UPSは、信頼性のある安定した電力を必要とする
コンピュータその他の電気機器など、この電力を使用す
る機器に向けてライン22上に交流出力を提供する電力イ
ンタフェース21に接続されたライン20で、電力システム
からの交流入力電力を受ける。電力インタフェース21
は、技術的によく知られた従来の装置で、電力を供給ラ
イン24から交流出力ライン22に回し、また、交流入力ラ
イン20から電力を受ける。第４図に示したUPSでは、ラ
イン24のバックアップ電力が、鉄共振性変圧器26を介し
て供給されているが、他の従来のUPSの構成を本発明に
従って利用してもよい。鉄共振性変圧器26は、第４図に
示すバッテリ30のようなエネルギー蓄積機器からのライ
ン29でバックアップ電力を受ける電力モジュール28から
のライン27の電力をエネルギー源とする。制御機構38
は、電力モジュール28からのライン39で、交流入力ライ
ン32の監視用の電気信号を受ける。電力モジュールは、
正常な運転状態では、バッテリを充電するための電力を
交流電力ライン20から抜出し、バッテリ30へのライン35
に充電電流を提出するよう制御される。制御機構38は、
電力モジュール28からの信号をライン39で受けて、モジ
ュールの運転状態を監視し、その運転を制御するため
に、モジュールに向けライン40上に出力制御信号を送
る。制御機構38は、オペレータまたはその他の遠隔機器
と通信できるように、入力／出力機器及びポート42と接
続されている。
流電源監視を利用した無停電電源供給（UPS）システム
を、ブロックダイアグラムの形で一般的に示したもので
ある。UPSは、信頼性のある安定した電力を必要とする
コンピュータその他の電気機器など、この電力を使用す
る機器に向けてライン22上に交流出力を提供する電力イ
ンタフェース21に接続されたライン20で、電力システム
からの交流入力電力を受ける。電力インタフェース21
は、技術的によく知られた従来の装置で、電力を供給ラ
イン24から交流出力ライン22に回し、また、交流入力ラ
イン20から電力を受ける。第４図に示したUPSでは、ラ
イン24のバックアップ電力が、鉄共振性変圧器26を介し
て供給されているが、他の従来のUPSの構成を本発明に
従って利用してもよい。鉄共振性変圧器26は、第４図に
示すバッテリ30のようなエネルギー蓄積機器からのライ
ン29でバックアップ電力を受ける電力モジュール28から
のライン27の電力をエネルギー源とする。制御機構38
は、電力モジュール28からのライン39で、交流入力ライ
ン32の監視用の電気信号を受ける。電力モジュールは、
正常な運転状態では、バッテリを充電するための電力を
交流電力ライン20から抜出し、バッテリ30へのライン35
に充電電流を提出するよう制御される。制御機構38は、
電力モジュール28からの信号をライン39で受けて、モジ
ュールの運転状態を監視し、その運転を制御するため
に、モジュールに向けライン40上に出力制御信号を送
る。制御機構38は、オペレータまたはその他の遠隔機器
と通信できるように、入力／出力機器及びポート42と接
続されている。
交流入力ライン20の交流電力に異常がない正常な運転
状態のときに、電力モジュール28は、交流入力ライン32
を鉄共振性変圧器26に接続し、また、ライン32から電力
を受けてバッテリ30に充電電流を送る。制御機構38は、
また、電力モジュールに向けてライン32に与えられる交
流電圧を監視し、異常状態に備える。前述のように、異
常状態は、入力ライン20における交流電力の突然の低下
あるいはもっと緩やかな減衰の形で現れるであろう。制
御機構38がそのような異常を検出したときは、電力モジ
ュール28に信号を発し、ライン24に供給される交流電力
の波形が、強度、周波数、フェーズのいずれにおいても
電力停止前の波形と実質的に合致するような形で、電力
モジュールにバッテリ30からの電力を鉄共振性変圧器26
へ送らせる。交流入力ライン20からバッテリ30への電力
供給の移行は、電源周波数60Hzの１サークルのほんの一
部分のうちに行われるので、交流出力ライン22に接続さ
れた電力使用機器は供給電力の波形の乱れをほとんど感
知しない。制御機構38は、異常が起ったかどうかを交流
入力電源の1/4サイクル以内に判断するよう十分迅速に
反応しなければならず、しかも、異常や停電を示すもの
ではない一時的な状態あるいは入力ライン20の交流電力
の正しい正弦波からのずれを招くがそれ以外に電力シス
テムの異常を示しているものではない長期的な運用状態
に、過剰に反応してはならない。制御機構38は、また、
第２図に示したような、交流電力が突然にではなく徐々
に低下する減衰型の電源異常も検出できなくてはならな
い。
状態のときに、電力モジュール28は、交流入力ライン32
を鉄共振性変圧器26に接続し、また、ライン32から電力
を受けてバッテリ30に充電電流を送る。制御機構38は、
また、電力モジュールに向けてライン32に与えられる交
流電圧を監視し、異常状態に備える。前述のように、異
常状態は、入力ライン20における交流電力の突然の低下
あるいはもっと緩やかな減衰の形で現れるであろう。制
御機構38がそのような異常を検出したときは、電力モジ
ュール28に信号を発し、ライン24に供給される交流電力
の波形が、強度、周波数、フェーズのいずれにおいても
電力停止前の波形と実質的に合致するような形で、電力
モジュールにバッテリ30からの電力を鉄共振性変圧器26
へ送らせる。交流入力ライン20からバッテリ30への電力
供給の移行は、電源周波数60Hzの１サークルのほんの一
部分のうちに行われるので、交流出力ライン22に接続さ
れた電力使用機器は供給電力の波形の乱れをほとんど感
知しない。制御機構38は、異常が起ったかどうかを交流
入力電源の1/4サイクル以内に判断するよう十分迅速に
反応しなければならず、しかも、異常や停電を示すもの
ではない一時的な状態あるいは入力ライン20の交流電力
の正しい正弦波からのずれを招くがそれ以外に電力シス
テムの異常を示しているものではない長期的な運用状態
に、過剰に反応してはならない。制御機構38は、また、
第２図に示したような、交流電力が突然にではなく徐々
に低下する減衰型の電源異常も検出できなくてはならな
い。
本発明によれば、制御機構38は、適応型の方式で、入
力ライン20の交流波形の多数の先行サイクルを合成し
て、参照波形を生成する。合成波形は、参照波形が、第
１図に示すような電源異常の指標ではない系統的に歪ん
だ波形には、自分自身を適応させるように形成される。
第３図に、参照波形を生成する望ましい方法を示す。参
照波形は、入力波形の１サイクル全幅にわたる一連のサ
ンプル、例えば、第３図に示した60Hzの１サイクル（1
6.67ミリ秒）の全期間にわたり均等な間隔とした64個の
サンプル、から成る。参照波形50は、第３図に示したよ
うに、前半のサイクル51と後半のサイクル52から成り、
両方とも正のサンプル値だけを持つように整流される。
サイクル開始後の各サンプル時ｉ（例えば、１サイクル
の時間1/60秒全体をカバーするｉを０から63とする）に
おいて、その時点での参照波形の値は、入力交流波形の
その前のサイクルの対応する時点ｉのサンプル値と、先
行する多数のサイクルの対応する時点のサンプル値の加
重平均との平均として生成される。例えば、平均値は、
一つ前のサイクルのサンプルと、先行するすべてのサイ
クルについて指数的に減少する重み付けをした合計と
の、指数平均として生成される。そのような指数平均
は、次式に従って計算される： REFi,k＝（１−ａ）REFi,k−１＋（ａ）SAMPi,k−１ ここに、０＜ａ＜１、REFi,Kはｋ番目のサイクルのｉ
番目のサイクルサンプル点の参照波形の値、REFi,k−１
は（ｋ−１）番目のサイクルのｉ番目のサンプル点につ
いて以前に算出された参照波形の値、SAMPi,k−１は
（ｋ−１）番目のサイクルのｉ時点のサンプル値であ
る。ａの値は、０から１のどこにとっても平均を求める
ことができるが、実質上0.5であることが望ましい。
力ライン20の交流波形の多数の先行サイクルを合成し
て、参照波形を生成する。合成波形は、参照波形が、第
１図に示すような電源異常の指標ではない系統的に歪ん
だ波形には、自分自身を適応させるように形成される。
第３図に、参照波形を生成する望ましい方法を示す。参
照波形は、入力波形の１サイクル全幅にわたる一連のサ
ンプル、例えば、第３図に示した60Hzの１サイクル（1
6.67ミリ秒）の全期間にわたり均等な間隔とした64個の
サンプル、から成る。参照波形50は、第３図に示したよ
うに、前半のサイクル51と後半のサイクル52から成り、
両方とも正のサンプル値だけを持つように整流される。
サイクル開始後の各サンプル時ｉ（例えば、１サイクル
の時間1/60秒全体をカバーするｉを０から63とする）に
おいて、その時点での参照波形の値は、入力交流波形の
その前のサイクルの対応する時点ｉのサンプル値と、先
行する多数のサイクルの対応する時点のサンプル値の加
重平均との平均として生成される。例えば、平均値は、
一つ前のサイクルのサンプルと、先行するすべてのサイ
クルについて指数的に減少する重み付けをした合計と
の、指数平均として生成される。そのような指数平均
は、次式に従って計算される： REFi,k＝（１−ａ）REFi,k−１＋（ａ）SAMPi,k−１ ここに、０＜ａ＜１、REFi,Kはｋ番目のサイクルのｉ
番目のサイクルサンプル点の参照波形の値、REFi,k−１
は（ｋ−１）番目のサイクルのｉ番目のサンプル点につ
いて以前に算出された参照波形の値、SAMPi,k−１は
（ｋ−１）番目のサイクルのｉ時点のサンプル値であ
る。ａの値は、０から１のどこにとっても平均を求める
ことができるが、実質上0.5であることが望ましい。
電源異常が発生したかを判定するため、入ってくる交
流波形の現在のサイクルを参照値と比較するには、種々
のよく知られている技術を用いることができる。一つに
は、サンプル時ｉの現在のサンプル値とサンプル時ｉの
参照値の大きさの差を求めて、その差が選定した許容限
度を超えているかを判断する方法がある。この異常状態
は次ぎのように表される： |SAMPi,k−REFi,k｜≧Di ここに、SAMPi,kは、現在のサイクルｋのサンプル時
ｉのサンプル値、Diは、所望の感度が得られるように選
定した許容限度である。Diの値は、すべてのサンプル時
ｉにおいて同一でもよいし、ｉによって変えてもよい。
Diの値は、ｉをインデックスとする64個の値の一覧表か
ら求められる。一覧表の値は、例えば、種々の異常状態
に対するシステムの応答性を試験して、選定することが
できる。どのサンプル時ｉにおいても、サンプルと参照
値の差が許容限度Di以上になったときには、電源異常と
判定することにしてもよい。選定した数を超える数のサ
ンプルが連続して許容限度を超えるとか、選定したサン
プルパターンが許容限度を超えるとか、上記以外の種々
の基準によって判定を下すこともきる。望ましい方法の
一つは、許容限度を超える新しいサンプル１個ごとにカ
ウントを上げ、許容限度内の新しいサンプル１個ごとに
カウントを下げて、カウントを続ける方法である。ま
た、多段階の許容限度を設けてもよく、その場合、各サ
ンプル時のサンプルと参照値の差は種々のレベルの許容
限度内に入ることになる。
流波形の現在のサイクルを参照値と比較するには、種々
のよく知られている技術を用いることができる。一つに
は、サンプル時ｉの現在のサンプル値とサンプル時ｉの
参照値の大きさの差を求めて、その差が選定した許容限
度を超えているかを判断する方法がある。この異常状態
は次ぎのように表される： |SAMPi,k−REFi,k｜≧Di ここに、SAMPi,kは、現在のサイクルｋのサンプル時
ｉのサンプル値、Diは、所望の感度が得られるように選
定した許容限度である。Diの値は、すべてのサンプル時
ｉにおいて同一でもよいし、ｉによって変えてもよい。
Diの値は、ｉをインデックスとする64個の値の一覧表か
ら求められる。一覧表の値は、例えば、種々の異常状態
に対するシステムの応答性を試験して、選定することが
できる。どのサンプル時ｉにおいても、サンプルと参照
値の差が許容限度Di以上になったときには、電源異常と
判定することにしてもよい。選定した数を超える数のサ
ンプルが連続して許容限度を超えるとか、選定したサン
プルパターンが許容限度を超えるとか、上記以外の種々
の基準によって判定を下すこともきる。望ましい方法の
一つは、許容限度を超える新しいサンプル１個ごとにカ
ウントを上げ、許容限度内の新しいサンプル１個ごとに
カウントを下げて、カウントを続ける方法である。ま
た、多段階の許容限度を設けてもよく、その場合、各サ
ンプル時のサンプルと参照値の差は種々のレベルの許容
限度内に入ることになる。
制御機構38は、参照波形と現在のサイクルの迅速な比
較（すなわち、異常発生を、60Hz波形の１サークルのほ
んの一部の間に検出する基準）を行うのに加えて、入っ
てくる交流電力を検査し、電源電圧が許容できないほど
低くなる減衰状態や「電圧異常低下」かもしれない状態
など、許容限度以下の低レベル状態も検出するのが望ま
しい。実際の電源電圧を監視するのには、交流入力電力
についての二乗平均平方根計算を行う。これは、新しい
サンプルの１サイクル分を蓄積し、すべてのデータが集
ってからサイクル全体についてRMS計算をするという形
で行ってもよい。しかし、このような計算は、短時間の
一時的変化の影響を受けることがあり、そうすると見掛
けのRMS値は安定状態での実際のRMS値とずれることにな
る。そのような一時的変化の影響を抑制し、しかも入っ
てくる波形のRMS値の実質上リアルタイムの推定値を得
るために、RMS計算は、参照波形が各サイクル内で更新
されるつど行うのが望ましい。例えば、RMSの推定は、
次式に従って行われる： ここに、ｎは各サイクルのサンプル数（例えば、64）
である。
較（すなわち、異常発生を、60Hz波形の１サークルのほ
んの一部の間に検出する基準）を行うのに加えて、入っ
てくる交流電力を検査し、電源電圧が許容できないほど
低くなる減衰状態や「電圧異常低下」かもしれない状態
など、許容限度以下の低レベル状態も検出するのが望ま
しい。実際の電源電圧を監視するのには、交流入力電力
についての二乗平均平方根計算を行う。これは、新しい
サンプルの１サイクル分を蓄積し、すべてのデータが集
ってからサイクル全体についてRMS計算をするという形
で行ってもよい。しかし、このような計算は、短時間の
一時的変化の影響を受けることがあり、そうすると見掛
けのRMS値は安定状態での実際のRMS値とずれることにな
る。そのような一時的変化の影響を抑制し、しかも入っ
てくる波形のRMS値の実質上リアルタイムの推定値を得
るために、RMS計算は、参照波形が各サイクル内で更新
されるつど行うのが望ましい。例えば、RMSの推定は、
次式に従って行われる： ここに、ｎは各サイクルのサンプル数（例えば、64）
である。
VRMS（est）の値が最低許容RMS電圧値として選定し
た。VRMS（min）より小さければ、電圧異常低下状態と
して検出される。
た。VRMS（min）より小さければ、電圧異常低下状態と
して検出される。
第４図のUPSシステム用の、マイクロプロセッサを利
用した制御機構38のブロックダイアグラムを第５図に示
す。この制御機構は、UPSの中でのその他の機能に加え
て、本発明の適応型電源監視を行うものである。制御機
構がライン39で受ける入力信号の中には、交流入力電源
電圧があって、これは第５図に60と示したラインから制
御機構に入る。交流電圧は、処理回路61に入り、これが
電源電圧をフィルタし、電圧の絶対値を求める処理をし
て、選定した時点の電圧をサンプリングし、保持する。
フィルタは、交流入力電源にあって誤った判断を招く恐
れのある高周波の乱れを除去するものである。フィルタ
は、フェーズ遅れが０で、中心を60Hzに合わせた低Ｑの
バンドパスフィルタであることが望ましい。サンプリン
グ・保持回路からのサンプルを、アナログ／ディジタル
変換器64に向けて、ライン62に送り、変換器のディジタ
ル出力はマイクロプロセッサ66に送る。マイクロプロセ
ッサは、種々の市販マイクロプロセッサあるいは高度に
集積したマイクロマイクロコンピュータの中から選んだ
従来型のものでよく、付属のランダムアクセスメモリ68
とプログラマブルリードオンリメモリ69を有する。交流
入力電力の監視に直接関係ないが、この他にマイクロプ
ロセッサに接続された従来のUPS回路には交流出力監視
部70があり、この出力をマルチプレクサ71に送る。マル
チプレクサの出力は、整流器72とアナログ／ディジタル
変換器73を介してマイクロプロセッサに送る。マイクロ
プロセッサは、インターフェース42を介してオペレータ
または補助機器と通信する。電力モジュール28のインバ
ータの運転を制御するためのマイクロプロセッサ出力
は、ゲート制御ドライブラッチ75を経て送る。マイクロ
プロセッサその他の制御部は、従来の方法によって電源
（図示せず）から電力を供給される。
用した制御機構38のブロックダイアグラムを第５図に示
す。この制御機構は、UPSの中でのその他の機能に加え
て、本発明の適応型電源監視を行うものである。制御機
構がライン39で受ける入力信号の中には、交流入力電源
電圧があって、これは第５図に60と示したラインから制
御機構に入る。交流電圧は、処理回路61に入り、これが
電源電圧をフィルタし、電圧の絶対値を求める処理をし
て、選定した時点の電圧をサンプリングし、保持する。
フィルタは、交流入力電源にあって誤った判断を招く恐
れのある高周波の乱れを除去するものである。フィルタ
は、フェーズ遅れが０で、中心を60Hzに合わせた低Ｑの
バンドパスフィルタであることが望ましい。サンプリン
グ・保持回路からのサンプルを、アナログ／ディジタル
変換器64に向けて、ライン62に送り、変換器のディジタ
ル出力はマイクロプロセッサ66に送る。マイクロプロセ
ッサは、種々の市販マイクロプロセッサあるいは高度に
集積したマイクロマイクロコンピュータの中から選んだ
従来型のものでよく、付属のランダムアクセスメモリ68
とプログラマブルリードオンリメモリ69を有する。交流
入力電力の監視に直接関係ないが、この他にマイクロプ
ロセッサに接続された従来のUPS回路には交流出力監視
部70があり、この出力をマルチプレクサ71に送る。マル
チプレクサの出力は、整流器72とアナログ／ディジタル
変換器73を介してマイクロプロセッサに送る。マイクロ
プロセッサは、インターフェース42を介してオペレータ
または補助機器と通信する。電力モジュール28のインバ
ータの運転を制御するためのマイクロプロセッサ出力
は、ゲート制御ドライブラッチ75を経て送る。マイクロ
プロセッサその他の制御部は、従来の方法によって電源
（図示せず）から電力を供給される。
制御機構は、フェーズの状態の検出器と定電圧オシレ
ータ回路とを含むフェーズロックループ80をも有する。
フェーズロック回路80は、交流処理ユニット61からライ
ン81で適当な電圧レベルの60Hz電源を供給されているゼ
ロクロッシング検出部79の出力を受ける。フェーズロッ
ク回路は、回路80が電源のフェーズと同調したときに、
マイクロプロセッサに向けて、ライン82に出力信号を送
る。このようなフェーズロックループシステムはよく知
られており、市販のUPSシステムに用いられている。フ
ェーズロックループシステムは、また、60Hzの電源電力
に120Hzで同調した出力信号をマイクロプロセッサに向
けてライン83に、また、3.84kHzの同調信号をマイクロ
プロセッサに向けてライン84に送る。3.84kHzの信号
は、60Hzの入力波形を各サイクルごとに64回サンプリン
グするのに必要なサンプリング周波数である。マイクロ
プロセッサの制御のもとに、交流入力電圧の周波数やフ
ェーズが若干変っても、交流入力波形の現在のサイクル
からのサンプルがサイクル全巾の実質上1/64となるよう
に、交流処理回路61によるサンプリング時間が制御され
（ライン88上の信号による）、アナログ／ディジタル変
換器64の動作も制御される。こうして、マイクロプロセ
ッサが変換器64からそれぞれの新しいサンプルを受取る
と、このサンプルを、RAM68の適当な場所に置き、選定
した方法によって、RAMの中のそのサンプルのための既
存値に加算し、例えば、現在のサンプルの適当に重み付
けした値と既存の平均値に重み付した値の加算を行い、
メモリ68に参照波形の値を生成する。
ータ回路とを含むフェーズロックループ80をも有する。
フェーズロック回路80は、交流処理ユニット61からライ
ン81で適当な電圧レベルの60Hz電源を供給されているゼ
ロクロッシング検出部79の出力を受ける。フェーズロッ
ク回路は、回路80が電源のフェーズと同調したときに、
マイクロプロセッサに向けて、ライン82に出力信号を送
る。このようなフェーズロックループシステムはよく知
られており、市販のUPSシステムに用いられている。フ
ェーズロックループシステムは、また、60Hzの電源電力
に120Hzで同調した出力信号をマイクロプロセッサに向
けてライン83に、また、3.84kHzの同調信号をマイクロ
プロセッサに向けてライン84に送る。3.84kHzの信号
は、60Hzの入力波形を各サイクルごとに64回サンプリン
グするのに必要なサンプリング周波数である。マイクロ
プロセッサの制御のもとに、交流入力電圧の周波数やフ
ェーズが若干変っても、交流入力波形の現在のサイクル
からのサンプルがサイクル全巾の実質上1/64となるよう
に、交流処理回路61によるサンプリング時間が制御され
（ライン88上の信号による）、アナログ／ディジタル変
換器64の動作も制御される。こうして、マイクロプロセ
ッサが変換器64からそれぞれの新しいサンプルを受取る
と、このサンプルを、RAM68の適当な場所に置き、選定
した方法によって、RAMの中のそのサンプルのための既
存値に加算し、例えば、現在のサンプルの適当に重み付
けした値と既存の平均値に重み付した値の加算を行い、
メモリ68に参照波形の値を生成する。
従来の中央演算装置（CPU）、メモリ、周辺装置、信
号調整機器の組合せを用いて、コンピュータ制御を行う
こともできる。例えば、第５図のコンピュータ66とし
て、NEC UPD78C10シングルチップマイクロプロセッサ
を用い、非揮発性のプログラムインストラクションと固
定データを入れた27C 256 32K X 8 EPROM69、リード／
ライトデータメモリ用2K x 8 HY6116RAM68を用いて、
制御ロジックを構築できる。ロジック用主電力が切れた
ときにデータを保持するために、バッテリバックアップ
回路を有することが望ましい。UPD78C10シングルチップ
マイクロプロセッサは、８ビットCPU、256バイトローカ
ルデータメモリ、８及び16ビットタイマユニット、シリ
アル通信インターフェース、数個のディジタルI/ポー
ト、８ビット８チャンネルのアナログ／ディジタル変換
器を含む高度の集積デバイスである。チップに結合され
たアナログ／ディジタル変換器は、第５図のアナログ／
ディジタル変換器64、73の機能を果たすことができる。
チップ組込みの割込み制御機構が、接続した周辺機器か
らの割込みと外部割込み入力ピンからの割込みを管理し
ており、これらのピンのうち二つを電源異常検出動作に
使用するのが望ましい。CPUは、サブルーチンコールや
割込み処理のときにリターンアドレスとマシンコンテク
ストを保持する一時記憶領域を256バイトの内部データ
メモリに保有しながら、EPROM69からプログラムインス
トラクションを実行しする。
号調整機器の組合せを用いて、コンピュータ制御を行う
こともできる。例えば、第５図のコンピュータ66とし
て、NEC UPD78C10シングルチップマイクロプロセッサ
を用い、非揮発性のプログラムインストラクションと固
定データを入れた27C 256 32K X 8 EPROM69、リード／
ライトデータメモリ用2K x 8 HY6116RAM68を用いて、
制御ロジックを構築できる。ロジック用主電力が切れた
ときにデータを保持するために、バッテリバックアップ
回路を有することが望ましい。UPD78C10シングルチップ
マイクロプロセッサは、８ビットCPU、256バイトローカ
ルデータメモリ、８及び16ビットタイマユニット、シリ
アル通信インターフェース、数個のディジタルI/ポー
ト、８ビット８チャンネルのアナログ／ディジタル変換
器を含む高度の集積デバイスである。チップに結合され
たアナログ／ディジタル変換器は、第５図のアナログ／
ディジタル変換器64、73の機能を果たすことができる。
チップ組込みの割込み制御機構が、接続した周辺機器か
らの割込みと外部割込み入力ピンからの割込みを管理し
ており、これらのピンのうち二つを電源異常検出動作に
使用するのが望ましい。CPUは、サブルーチンコールや
割込み処理のときにリターンアドレスとマシンコンテク
ストを保持する一時記憶領域を256バイトの内部データ
メモリに保有しながら、EPROM69からプログラムインス
トラクションを実行しする。
コンピュータ制御機構の動作では、CPUは、通常、エ
ンドレスのメインプログラムループとなっている一連の
インストラクションを実行する。このループは、外部キ
ーボード及びディスプレー、LEDインジケータデバイ
ス、シリアル通信チャネルとの通信動作を管理する。こ
れらの機能は、主に、条件設定、較正、オペレータイン
タフェースのためのものであって、所望の従来の方法の
いずれによってもよく、本発明に直接関係するものでは
ない。メインプログラムループは、時間が支配的要件で
あるタスク及びその他の非同期的事項の割込みを許すよ
う設計されている。これらのタスクのうちには、例え
ば、UPSのメータリング及びアラームスキャンニングあ
るいはシリアル通信チャネルのサービスなど、電源異常
検出に直接関係ないものもある。本発明の実施例では、
電源異常検出は二つの割込みサービスルーチンで行われ
る。これらの割込みサービスルーチンは、CPUの外部ハ
ードウェア割込みピンの作動により始動され、メインプ
ログラムループの動作を一時的に保留する。INT1及びIN
T2と表示したこれら割込みルーチンの動作を、表６−11
図のフローチャートに示す。
ンドレスのメインプログラムループとなっている一連の
インストラクションを実行する。このループは、外部キ
ーボード及びディスプレー、LEDインジケータデバイ
ス、シリアル通信チャネルとの通信動作を管理する。こ
れらの機能は、主に、条件設定、較正、オペレータイン
タフェースのためのものであって、所望の従来の方法の
いずれによってもよく、本発明に直接関係するものでは
ない。メインプログラムループは、時間が支配的要件で
あるタスク及びその他の非同期的事項の割込みを許すよ
う設計されている。これらのタスクのうちには、例え
ば、UPSのメータリング及びアラームスキャンニングあ
るいはシリアル通信チャネルのサービスなど、電源異常
検出に直接関係ないものもある。本発明の実施例では、
電源異常検出は二つの割込みサービスルーチンで行われ
る。これらの割込みサービスルーチンは、CPUの外部ハ
ードウェア割込みピンの作動により始動され、メインプ
ログラムループの動作を一時的に保留する。INT1及びIN
T2と表示したこれら割込みルーチンの動作を、表６−11
図のフローチャートに示す。
INT1の割込みは、本発明が60Hz電源電力の監視に利用
される場合、規定では260.4マイクロ秒ごと（すなわ
ち、3.84kHzの率）に実行されるもので、フェーズロッ
クループからの3.84kHzの信号で始動される。割込み率
は、電源データのサンプル採取と異常検出アルゴリズム
での処理が、１サイクル当り64回行われるように設定さ
れている。正確な周波数とフェーズは、前述のようにフ
ェーズロックループにより制御される。このフェーズロ
ックした割込みの手法によって、入力周波数やフェーズ
のずれに関わりなく、検出アルゴリズムに使用される電
源データサンプルのフェーズの一貫性が保証する。
される場合、規定では260.4マイクロ秒ごと（すなわ
ち、3.84kHzの率）に実行されるもので、フェーズロッ
クループからの3.84kHzの信号で始動される。割込み率
は、電源データのサンプル採取と異常検出アルゴリズム
での処理が、１サイクル当り64回行われるように設定さ
れている。正確な周波数とフェーズは、前述のようにフ
ェーズロックループにより制御される。このフェーズロ
ックした割込みの手法によって、入力周波数やフェーズ
のずれに関わりなく、検出アルゴリズムに使用される電
源データサンプルのフェーズの一貫性が保証する。
割込みルーチンINT1に入ると、ルーチンは、まず、こ
の割込みのために容易しておいた代替レジスタに切替え
て、CPUレジスタのコンテクストを保存する。一般的に
は、ルーチンは、次に、アナログ／ディジタル変換の結
果を取出し、データメモリに転送する。アナログ／ディ
ジタル変換の結果の受領、保持が行われると同時に、電
源データ入力サンプリング・保持回路に制御が渡る。CP
Uは、サンプリング・保持回路に、正確な時点に電源入
力をサンプリングし、アナログ型のデータを保持して、
アナログ／ディジタル変換に備えるよう指示する。保持
された値を変換し、次回のINT1割込みルーチン処理での
処理に使えるようにする。この精密な電源入力サンプリ
ング制御とフェーズロックした割込みの組合せによっ
て、異常検出アルゴリズムのためのサンプルのフェーズ
の一貫性が保証される。
の割込みのために容易しておいた代替レジスタに切替え
て、CPUレジスタのコンテクストを保存する。一般的に
は、ルーチンは、次に、アナログ／ディジタル変換の結
果を取出し、データメモリに転送する。アナログ／ディ
ジタル変換の結果の受領、保持が行われると同時に、電
源データ入力サンプリング・保持回路に制御が渡る。CP
Uは、サンプリング・保持回路に、正確な時点に電源入
力をサンプリングし、アナログ型のデータを保持して、
アナログ／ディジタル変換に備えるよう指示する。保持
された値を変換し、次回のINT1割込みルーチン処理での
処理に使えるようにする。この精密な電源入力サンプリ
ング制御とフェーズロックした割込みの組合せによっ
て、異常検出アルゴリズムのためのサンプルのフェーズ
の一貫性が保証される。
アナログ／ディジタル変換でえられる電源サンプルの
ディジタルデータを、RAMに記憶されている参照波形の
対応するデータポイントの値から差引いて、結果の絶対
値を差の許容値と比較する。参照波形は、それ以前の対
応するサンプルの合成物で、指数平均によって生成され
ることが望ましい。差の許容値は、固定したものでも、
プログラム可能なものでも、あるいは、参照波形表と同
一のインデックスに対して任意の値を与えて作成した許
容差表から取ったものでもよい。差の絶対値が差の許容
値より小さいときには、ソフトウェアカウンタを減数す
るが、最低カウントを０に止める。逆に、差の絶対値が
差の許容値以上のときには、同じソフトウェアカウンタ
を加数する。このカウンタの数を、プログラム可能な境
界カウント数と比較し、この比較結果を、電源異常があ
るかの判定の基礎に用いる。カウンタ値が、境界カウン
ト数以上であれば、サブルーチンコールをかけて、電源
異常の信号を発し、適当な処理をとる。UPSの実施例で
は、サブルーチンコールにより電力インバータを始動
し、交流入力電源電力の異常に関係なく、重要な負荷に
バックアップ電力を供給する。感度の調整が容易で、し
かも、ノイズによる誤った動作開始が避けられる点から
して、異常判定には上述の方法が望ましいのである。
ディジタルデータを、RAMに記憶されている参照波形の
対応するデータポイントの値から差引いて、結果の絶対
値を差の許容値と比較する。参照波形は、それ以前の対
応するサンプルの合成物で、指数平均によって生成され
ることが望ましい。差の許容値は、固定したものでも、
プログラム可能なものでも、あるいは、参照波形表と同
一のインデックスに対して任意の値を与えて作成した許
容差表から取ったものでもよい。差の絶対値が差の許容
値より小さいときには、ソフトウェアカウンタを減数す
るが、最低カウントを０に止める。逆に、差の絶対値が
差の許容値以上のときには、同じソフトウェアカウンタ
を加数する。このカウンタの数を、プログラム可能な境
界カウント数と比較し、この比較結果を、電源異常があ
るかの判定の基礎に用いる。カウンタ値が、境界カウン
ト数以上であれば、サブルーチンコールをかけて、電源
異常の信号を発し、適当な処理をとる。UPSの実施例で
は、サブルーチンコールにより電力インバータを始動
し、交流入力電源電力の異常に関係なく、重要な負荷に
バックアップ電力を供給する。感度の調整が容易で、し
かも、ノイズによる誤った動作開始が避けられる点から
して、異常判定には上述の方法が望ましいのである。
INT1割込みルーチンは、次に、現在のサンプルを対応
する参照点の前回の値と指数的に平滑化して、新しい参
照表の値を算出し、保持する。例えば、二つの重みを0.
5と0.5に選定して、それぞれサンプルと前回の参照値に
与える。他にも重みを与え、参照波形が入力サンプルに
追随する率を調整することもできるが、コーディングと
実行時間の効率からすれば、二つの重み付けによること
が望ましい。割込みルーチンは、次に、参照表のインデ
ックス値を一つ上げ、これを最大許容値（例えば）63と
比較する。インデックス値がこの値を超えれば、インデ
ックス値を０にリセットする。CPUのコンテクストを、I
NT1の割込み以前の状態にリストアし、主レジスタバン
クを選択して、処理はメインプログラムループに戻る。
する参照点の前回の値と指数的に平滑化して、新しい参
照表の値を算出し、保持する。例えば、二つの重みを0.
5と0.5に選定して、それぞれサンプルと前回の参照値に
与える。他にも重みを与え、参照波形が入力サンプルに
追随する率を調整することもできるが、コーディングと
実行時間の効率からすれば、二つの重み付けによること
が望ましい。割込みルーチンは、次に、参照表のインデ
ックス値を一つ上げ、これを最大許容値（例えば）63と
比較する。インデックス値がこの値を超えれば、インデ
ックス値を０にリセットする。CPUのコンテクストを、I
NT1の割込み以前の状態にリストアし、主レジスタバン
クを選択して、処理はメインプログラムループに戻る。
INT1割込みルーチンにより行われるステップを、第６
−８図のフローチャートで、より詳細に説明する。100
で割込みに入ると、まず、CPUのレジスタを保存し（10
1）、CPUのサンプリング・保持ピンを「サンプリング」
位置に設定する（ブロック102）。使用するCPUには利用
でいるアナログ／ディジタル変換バンクが二つあるの
で、プログラムは、最初に、上部のアナログ／ディジタ
ル変換バンクを選択するかどうか決定し（ブロック10
3）、もしそうなら、上部バンクのアナログ／ディジタ
ル変換結果を保存する（ブロック104）。そうでなけれ
ば、下部バンクのアナログ／ディジタル変換結果を保存
し（ブロック105）、プログラムは進行して、電源サン
プルのアナログ／ディジタル変換結果を読込む（ブロッ
ク106）。この結果を、“A"と名付けた一時的レジスタ
に保存し（107）、サンプリング・保持ピンを保持状態
に設定しなおす（108）。プログラムは、第７図に示す
ように続いて進行して（110）、アナログ／ディジタル
変換のための新しいチャネルグループを選択し（11
2）、それからアナログ／ディジタル変換器を再始動さ
せる（113）。次に、レジスタＡの内容とそのサイクル
のそのインデックスポイントについての参照値との差の
絶対値の計算を行う（ブロック115）。次に、差をチェ
ックし、計算結果が差の許容値より小さいかを見て（ブ
ロック116）、そうであれば、カウンタの現在値をチェ
ックし、カウントが０かを見る（118）。そうでなけれ
ば、次に進む前にカウント値を１だけ減し（ブロック11
9）、カウント値が０であれば、プログラムはカウント
値を変更せずにただ次ぎへ進む。116において、結果が
許容差以上であれば、カウント値を１だけ増して（ブロ
ック120）、そのカウント値をチェックし、境界値より
小さいか確かめる（ブロック121）。そうであれば、プ
ログラムは進行する；そうでなければ、プログラムは、
電源異常メッセージを送り、これが制御部に出力されて
インバータを始動する（122）。
−８図のフローチャートで、より詳細に説明する。100
で割込みに入ると、まず、CPUのレジスタを保存し（10
1）、CPUのサンプリング・保持ピンを「サンプリング」
位置に設定する（ブロック102）。使用するCPUには利用
でいるアナログ／ディジタル変換バンクが二つあるの
で、プログラムは、最初に、上部のアナログ／ディジタ
ル変換バンクを選択するかどうか決定し（ブロック10
3）、もしそうなら、上部バンクのアナログ／ディジタ
ル変換結果を保存する（ブロック104）。そうでなけれ
ば、下部バンクのアナログ／ディジタル変換結果を保存
し（ブロック105）、プログラムは進行して、電源サン
プルのアナログ／ディジタル変換結果を読込む（ブロッ
ク106）。この結果を、“A"と名付けた一時的レジスタ
に保存し（107）、サンプリング・保持ピンを保持状態
に設定しなおす（108）。プログラムは、第７図に示す
ように続いて進行して（110）、アナログ／ディジタル
変換のための新しいチャネルグループを選択し（11
2）、それからアナログ／ディジタル変換器を再始動さ
せる（113）。次に、レジスタＡの内容とそのサイクル
のそのインデックスポイントについての参照値との差の
絶対値の計算を行う（ブロック115）。次に、差をチェ
ックし、計算結果が差の許容値より小さいかを見て（ブ
ロック116）、そうであれば、カウンタの現在値をチェ
ックし、カウントが０かを見る（118）。そうでなけれ
ば、次に進む前にカウント値を１だけ減し（ブロック11
9）、カウント値が０であれば、プログラムはカウント
値を変更せずにただ次ぎへ進む。116において、結果が
許容差以上であれば、カウント値を１だけ増して（ブロ
ック120）、そのカウント値をチェックし、境界値より
小さいか確かめる（ブロック121）。そうであれば、プ
ログラムは進行する；そうでなければ、プログラムは、
電源異常メッセージを送り、これが制御部に出力されて
インバータを始動する（122）。
プログラムは、次に、現在のサンプルのインデックス
値における現在の参照値と新しい電源サンプリングの結
果の加重平均値を用いて参照値を再計算して、現在のサ
ンプルのインデックス値における新しい参照値を生成し
（ブロック125）、それから第８図に示すように進行す
る（126）。
値における現在の参照値と新しい電源サンプリングの結
果の加重平均値を用いて参照値を再計算して、現在のサ
ンプルのインデックス値における新しい参照値を生成し
（ブロック125）、それから第８図に示すように進行す
る（126）。
プログラムのこの時点で、インデックスの値を１だけ
増し（ブロック128）、インデックスの値をチェックし
て、63を超えているか確かめる（ブロック129）。そう
であれば、インデックス値を０に設定する（131）。ど
ちらにしても、プログラムは、次に進んで、全レジスタ
をリストアして（132）から、割込みルーチンから抜け
る（133）。
増し（ブロック128）、インデックスの値をチェックし
て、63を超えているか確かめる（ブロック129）。そう
であれば、インデックス値を０に設定する（131）。ど
ちらにしても、プログラムは、次に進んで、全レジスタ
をリストアして（132）から、割込みルーチンから抜け
る（133）。
第二のCPU割込み入力も、フェーズロックループに接
続されており、ループから120Hzの出力信号をうけるよ
うになっているが、この信号も問題の交流電源入力波形
にフェーズロックされている。この割込みは、各半サイ
クルの始まりを報せるもので、交流電源入力の電圧のゼ
ロクロッシングの点で発生する。これは、参照表のRMS
検出の制御に使われる。この割込みルーチンは、一つの
サイクルの中でのサンプルの位置によって差の許容値を
任意に定めた表が必要なときに、INT1の割込みルーチン
が使用する参照表のインデックスをリセットするのにも
使える。そのような場合とは、ゼロクロッシング付近の
ように、波形が時間とともに急速な変化を示すと予測さ
れる部分での電源異常検出アルゴリズムの感度を低くす
ることが望まれるときである。
続されており、ループから120Hzの出力信号をうけるよ
うになっているが、この信号も問題の交流電源入力波形
にフェーズロックされている。この割込みは、各半サイ
クルの始まりを報せるもので、交流電源入力の電圧のゼ
ロクロッシングの点で発生する。これは、参照表のRMS
検出の制御に使われる。この割込みルーチンは、一つの
サイクルの中でのサンプルの位置によって差の許容値を
任意に定めた表が必要なときに、INT1の割込みルーチン
が使用する参照表のインデックスをリセットするのにも
使える。そのような場合とは、ゼロクロッシング付近の
ように、波形が時間とともに急速な変化を示すと予測さ
れる部分での電源異常検出アルゴリズムの感度を低くす
ることが望まれるときである。
INT2割込みルーチンは、まずコンテクスト保存動作か
ら始まり、次に、インバータ、メータリング、アラー
ム、ディスプレー機能の作動に関する制御機能が働く。
このルーチンは、次に、ソフトウェアカウンタを加算
し、これが境界カウントに達すると、ファストテーブル
にもとずくニュートン法の平方根アルゴリズムと平方和
平均の数値近似計算を用いて、指数的に平滑化した参照
波形の真のRMS値を計算するルーチンを呼出す。参照波
形の64個の値を、それぞれ二乗して合計し、24ビットの
平方和とする。平方和の結果を、右桁移動の繰返しによ
って64で割る。得られた平均値の上の８ビットを、平方
根近似値の256バイト表用のインデックスとして用い
る。表の索引インデックスのオフセット部の値を、入力
平方根の第一近似値として用いる。次に、通常のニュー
トン法の繰返し計算を適用して、以降の近似値を計算
し、差が０となるか、または絶対値で１以下しか違わな
いようになったら繰返し計算を止める。この方法は実行
時間効率がよいので、参照波形のRMS値の計算は、必要
なら各サイクルごとに可能であるが、もっと遅い速度
で、例えば、１サイクルおきに計算することもできる。
ら始まり、次に、インバータ、メータリング、アラー
ム、ディスプレー機能の作動に関する制御機能が働く。
このルーチンは、次に、ソフトウェアカウンタを加算
し、これが境界カウントに達すると、ファストテーブル
にもとずくニュートン法の平方根アルゴリズムと平方和
平均の数値近似計算を用いて、指数的に平滑化した参照
波形の真のRMS値を計算するルーチンを呼出す。参照波
形の64個の値を、それぞれ二乗して合計し、24ビットの
平方和とする。平方和の結果を、右桁移動の繰返しによ
って64で割る。得られた平均値の上の８ビットを、平方
根近似値の256バイト表用のインデックスとして用い
る。表の索引インデックスのオフセット部の値を、入力
平方根の第一近似値として用いる。次に、通常のニュー
トン法の繰返し計算を適用して、以降の近似値を計算
し、差が０となるか、または絶対値で１以下しか違わな
いようになったら繰返し計算を止める。この方法は実行
時間効率がよいので、参照波形のRMS値の計算は、必要
なら各サイクルごとに可能であるが、もっと遅い速度
で、例えば、１サイクルおきに計算することもできる。
得られたRMS計算の結果を、プログラム可能な最低設
定点と比較し、この比較結果を上記のINT1ルーチンで発
する電源異常信号とORの関係で取り、RMS計算とINT1ル
ーチンの異常動作のどちらかで異常となれば、異常信号
をUPSシステムに送って、電力インバータを始動させ
る。割込みから出て、メインプログラムループに戻ると
きには、割込みルーチンの前のマシンコンテクストをリ
ストアする。
定点と比較し、この比較結果を上記のINT1ルーチンで発
する電源異常信号とORの関係で取り、RMS計算とINT1ル
ーチンの異常動作のどちらかで異常となれば、異常信号
をUPSシステムに送って、電力インバータを始動させ
る。割込みから出て、メインプログラムループに戻ると
きには、割込みルーチンの前のマシンコンテクストをリ
ストアする。
INT2ルーチンの動作を、第９−11図のフローチャート
でより詳細に示す。INT2ルーチンに入ると（140）、ま
ずレジスタ値を保存し（141）、インバータパルス幅タ
イマを始動する（142）。各種メータリング及びアラー
ム機能を実行し（143）、カウンタ変数CNTR1の値を上げ
る（144）。結果の値をチェックし、CNTR1が４より小さ
いか判断し（145）、そうであれば、プログラムは、ル
ーチンから抜ける（146）。CNTR1の値が４より小さくな
ければ、その値を０にリセットして（148）、プログラ
ムは、第10図に示すように進行する（149）。
でより詳細に示す。INT2ルーチンに入ると（140）、ま
ずレジスタ値を保存し（141）、インバータパルス幅タ
イマを始動する（142）。各種メータリング及びアラー
ム機能を実行し（143）、カウンタ変数CNTR1の値を上げ
る（144）。結果の値をチェックし、CNTR1が４より小さ
いか判断し（145）、そうであれば、プログラムは、ル
ーチンから抜ける（146）。CNTR1の値が４より小さくな
ければ、その値を０にリセットして（148）、プログラ
ムは、第10図に示すように進行する（149）。
次に、変数SUMSQ（平方和）の値を０に設定（150）し
てから、参照波形の64個のサンプルの値それぞれの二乗
の合計の計算を実行する（151）。得られた平方和SUMSQ
値を64で割った結果を２進６桁の右桁移動によって求め
（152）、次に、現在のSUMSQ値を256で割った値を計算
してNDX値とする（ブロック153）。次に、算出したNDX
値を一覧表のインデックスとして用いて、一覧表から変
数APPX（近似値）を求める（154）。これにより、平方
根の近似値が得られる。次に、通常のニュートン法の繰
返しにより、第10図ブロック156に示すように、変数NEW
APPX（新近似値）を求める計算を行う。ここで、数Ｎの
平方根にさらに近い近似値A2は、次式により決まる： A2＝（N/A1＋A1）/2 ここに、A1は前回の近似値である。新近似値と前の近
似値きの差をチェックして、１以下であるか確かめる
（158）。そうでなければ、APPXの値にNEWAPPXの値を入
れ、プログラムは、ブロック156に戻って、もう一度計
算をする。ブロック158において、変数NEWAPPXとAPPXの
差が１以下になったと認められるまでこの過程を繰返
し、そうなったら、プログラムは第11図に示すように進
行する（160）。
てから、参照波形の64個のサンプルの値それぞれの二乗
の合計の計算を実行する（151）。得られた平方和SUMSQ
値を64で割った結果を２進６桁の右桁移動によって求め
（152）、次に、現在のSUMSQ値を256で割った値を計算
してNDX値とする（ブロック153）。次に、算出したNDX
値を一覧表のインデックスとして用いて、一覧表から変
数APPX（近似値）を求める（154）。これにより、平方
根の近似値が得られる。次に、通常のニュートン法の繰
返しにより、第10図ブロック156に示すように、変数NEW
APPX（新近似値）を求める計算を行う。ここで、数Ｎの
平方根にさらに近い近似値A2は、次式により決まる： A2＝（N/A1＋A1）/2 ここに、A1は前回の近似値である。新近似値と前の近
似値きの差をチェックして、１以下であるか確かめる
（158）。そうでなければ、APPXの値にNEWAPPXの値を入
れ、プログラムは、ブロック156に戻って、もう一度計
算をする。ブロック158において、変数NEWAPPXとAPPXの
差が１以下になったと認められるまでこの過程を繰返
し、そうなったら、プログラムは第11図に示すように進
行する（160）。
この時点で、RMS推定値をその時点のNEWAPPXの値と等
しく設定し（161）、それから、このRMS値をチェック
し、選定した算定値より小さいか確かめる（163）。そ
うであれば、電源異常メッセージを発し（164）、これ
によって、UPSシステムがインバータを始動する。どち
らの場合にも、プログラムは進行して、レジスタをリス
トアし（165）、メインプログラムに抜ける（166）。
しく設定し（161）、それから、このRMS値をチェック
し、選定した算定値より小さいか確かめる（163）。そ
うであれば、電源異常メッセージを発し（164）、これ
によって、UPSシステムがインバータを始動する。どち
らの場合にも、プログラムは進行して、レジスタをリス
トアし（165）、メインプログラムに抜ける（166）。
適応、追随型の参照波形とそれを支える入力電力の真
のRMS推定値との組合せにより、本発明による独特の電
源異常検出が実現される。本発明による電源異常検出
は、迅速な結果、優れた感度、真の異常状態に対する信
頼性有る反応性を提供し、一方、ノイズによる誤った反
応を抑制するものである。UPSシステムにおいて特に意
義があるのは、固定的な参照波形に対しては反応を起す
であろう波形歪みがあるが、その他の点では、適切なフ
ィルタリングをすれば保護負荷の電源として問題ない電
力供給性能を有する交流電源入力に対して、この効能を
利用できる点である。
のRMS推定値との組合せにより、本発明による独特の電
源異常検出が実現される。本発明による電源異常検出
は、迅速な結果、優れた感度、真の異常状態に対する信
頼性有る反応性を提供し、一方、ノイズによる誤った反
応を抑制するものである。UPSシステムにおいて特に意
義があるのは、固定的な参照波形に対しては反応を起す
であろう波形歪みがあるが、その他の点では、適切なフ
ィルタリングをすれば保護負荷の電源として問題ない電
力供給性能を有する交流電源入力に対して、この効能を
利用できる点である。
いうまでもなく、本発明は、説明としてここに述べた
特定の実施例に限られるものでなく、前記の特許請求の
範囲の領域にあるような本発明の変形をすべて包含する
ものである。
特定の実施例に限られるものでなく、前記の特許請求の
範囲の領域にあるような本発明の変形をすべて包含する
ものである。
第１図は、系統的な歪みのある電源波形の一般的な例を
示すグラフである。 第２図は、減衰型の電源異常を示すグラフである。 第３図は、本発明による、参照波形との比較のための交
流電源入力波形のサンプリングを示すグラフである。 第４図は、本発明による、無停電電力供給システムのブ
ロックダイアグラムである。 第５図は、本発明による、UPSシステムで使用する電源
監視装置のブロックダイアグラムである。 第６−11図は、本発明により、UPS用の電源監視システ
ムのためのコンピュータ制御機構によって実行されるプ
ログラムステップを示すフローチャートである。
示すグラフである。 第２図は、減衰型の電源異常を示すグラフである。 第３図は、本発明による、参照波形との比較のための交
流電源入力波形のサンプリングを示すグラフである。 第４図は、本発明による、無停電電力供給システムのブ
ロックダイアグラムである。 第５図は、本発明による、UPSシステムで使用する電源
監視装置のブロックダイアグラムである。 第６−11図は、本発明により、UPS用の電源監視システ
ムのためのコンピュータ制御機構によって実行されるプ
ログラムステップを示すフローチャートである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フレデリック エイ スティック アメリカ合衆国 ウイスコンシン州 54646 ニセダー ピーオーボックス 280 (56)参考文献 特開 昭61−145467（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−104265（ＪＰ，Ａ) 特表 昭60−502084（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02H 3/50 - 3/52 H02J 3/00 - 5/00 G01R 31/00
Claims (9)
- 【請求項１】交流ラインの電力異常を検出して、中断の
ない電力供給源を制御するための異常信号を与える交流
ラインの波形監視装置において、 （ａ） 交流ラインの波形のサイクルと同期した時間に
交流ラインの電力信号をサンプルする手段と、 （ｂ） 以前の参照波形値及び前のサイクルが与えられ
た場合、交流ライン信号の周期の間選定したサンプル時
の参照波形を生成する手段とを備え、各サンプル時の参
照波形値は、交流ライン信号の前のサイクルにおけるサ
ンプル時の選択した重み付けした平均値と、そのサンプ
ル時の以前の参照波形値とから成り、 （ｃ） 補助の電力供給バッテリを有する中断のない電
力供給源を備え、その電力供給源は、交流ライン電力を
受け取り、負荷にその交流ライン電力を通常供給し、そ
して異常信号に応答してバッテリから負荷に電力を供給
するように切り換え、 （ｄ） 更に、参照波形及び信号波形において対応する
時間の参照波形と交流ライン信号波形を比較して、前記
中断のない電力供給源に前記異常信号を供給する手段と
を備え、その結果選定した差異条件を超えるとき前記バ
ッテリから前記負荷に電力を供給することを特徴とする
装置。 - 【請求項２】ａを１＞ａ＞０となるように選択し、REF
i,kがｋ番目のサイクルにおけるｉ番目のサンプル点で
の現在の参照値であり、REFi,k−１が（ｋ−１）番目の
サイクルにおけるｉ番目のサンプル点での参照値であ
り、SAMPi,k−１が（ｋ−１）番目のサイクルにおける
ｉ番目のサンプル点での交流ライン入力波形のサンプル
値である場合、前記参照波形を生成する手段が、次の式
の REFi,k＝（１−ａ）REFi,k−１＋（ａ）SAMPi,k−１ に従って動作することを特徴とする請求項１記載の装
置。 - 【請求項３】Diがサンプル点ｉについて選定した許容値
である場合、差異条件が次の式 |SAMPi,k−REFi,k｜≧Di に従うかどうかを前記比較手段が比較して、判定するこ
とを特徴とする請求項２記載の装置。 - 【請求項４】前記サンプルする手段が、サンプルされた
アナログ値をデジタルデータに変換するアナログ−デジ
タル変換器を有することを特徴とする請求項１記載の装
置。 - 【請求項５】前記サンプルする手段が、交流ライン信号
の周期に対するサンプル時間をフェーズロックする手段
を有し、サンプリングが、交流ライン波形の各サイクル
の時間において同等の間隔をもった点で実行されること
を特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項６】交流ライン波形のRMSの推定値を与え、そ
してそのRMS推定値が選定した最小値より小さい場合異
常信号を与える手段を更に備えており、その手段は、参
照波形を生成する手段が生成した参照波形のRMSの計算
を実行するように動作可能であることを特徴とする請求
項１記載の装置。 - 【請求項７】交流ライン波形のRMSの推定値を与え、そ
してそのRMS推定値が選定した最小値より小さい場合異
常信号を与える手段を更に備えており、ｎがサイクルあ
たりのサンプル数である場合RMS推定値Vrms（est）が次
の式 で計算され、Vrms（est）が選定した最小のRMS値よりも
小さい場合異常信号が与えられることを特徴とする請求
項２記載の装置。 - 【請求項８】前記比較する手段が、選定した差レベルを
有する各サンプル点で参照波形と交流ライン信号波形と
の差の絶対値を比較し、そしてその差が選定したレベル
を超えるか、又はそのレベルに等しい場合カウンタを増
加させる信号を与え、その差が選定したレベル以下であ
る場合そのカウンタを減少させる信号を与え、更にその
カウンタの数が異常を示す選定値を超える場合異常信号
が与えられることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項９】交流ラインの電力異常を検出して、中断の
ない電力供給源を制御するための交流ラインの波形監視
方法において、 （ａ） 交流ラインの波形のサイクルと同期した時間に
交流ラインの信号をサンプルし、 （ｂ） 以前の参照波形値及び前のサイクルが与えられ
た場合、交流ライン信号の複数のサイクルの間サンプル
値を平均化して、参照波形を生成し、各サンプル時の参
照波形値は、交流ライン信号の前のサイクルにおけるサ
ンプル時の選択した重み付けした平均値と、そのサンプ
ル時の以前の参照波形値とから成り、 （ｃ） 参照波形及び信号波形において対応する時間の
参照波形と交流ライン信号波形を比較して、いつ参照波
形と信号波形との間の選定した差異条件を超えるかを判
定し、その差異条件を超えたときに異常信号を与え、 （ｄ） 前記異常信号を中断のない電力供給源に与え、
その電力供給源のバッテリから負荷に電力を供給するよ
うに切り換えさせることを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/404,902 US5229651A (en) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | Method and apparatus for line power monitoring for uninterruptible power supplies |
| US404902 | 1989-09-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03150026A JPH03150026A (ja) | 1991-06-26 |
| JP3190666B2 true JP3190666B2 (ja) | 2001-07-23 |
Family
ID=23601510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23979290A Expired - Lifetime JP3190666B2 (ja) | 1989-09-08 | 1990-09-10 | 無停電電力供給のための電源電力監視の方法と装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5229651A (ja) |
| EP (1) | EP0416569B1 (ja) |
| JP (1) | JP3190666B2 (ja) |
| AT (1) | ATE130474T1 (ja) |
| CA (1) | CA2024488C (ja) |
| DE (1) | DE69023579T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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