JP3450866B2 - 電気エネルギー消費量決定方法 - Google Patents
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Description
コストの測定に関するものであり、更に詳しくは電力消
費に関連する量の正確な測定に関するものである。
ス供給コストを精密に識別することである。初期のメー
タは時間の経過とともに多数の変化と改良を受けてき
た。これらはすべて、このようなコストの決定に関する
測定の正確さを更に改善しようとしたものである。電気
事業システムはサービスを受ける負荷が必要とする総キ
ロボルトアンペア(kVA)に基いて設計されるが、時
間とともに消費される有効電力、すなわちエネルギーが
通常需要家への請求書を作成するために測定される。キ
ロボルトアンペアは皮相電力と呼ばれる。皮相電力は二
つの成分、すなわちキロワット(kW)およびキロバー
ル(kVAR)で構成されるものと見なすことができ
る。キロワットは「有効電力」と呼ばれ、キロバールは
「無効電力」と呼ばれる。
解するため、誘導電動機(電気事業システムでの通常の
負荷)を考えてみる。電動機を運転するためには、二つ
の電流成分を考えることができる。すなわち、磁化(無
効)電流と動力発生用(有効)電流である。磁化電流は
電動機の動作のために必要な磁界を作るのに必要な電流
である。磁化電流が無ければ、変圧器の磁心を通って、
または空隙を横切ってエネルギーが流れない。磁化電流
と電圧の積が無効電力である。動力発生用電流は電動機
が遂行する有用な仕事に変換される電流である。動力発
生用電流と電圧との積が有効電力である。
の両方が要求されるが、有効電力だけで電気サービス供
給コストがかなり表されることが1892年には既にわ
かっていた。有効電力の測定値は電気サービス供給コス
トの決定に於いて長く受け入れられ、信頼できる量であ
るので、このようコスト決定の付加的な改良は重要であ
るだけでなく、コスト効率がよい。従来、メータのコス
トを低く維持し、しかも意味のある無効電力測定値を供
給するという矛盾する目標により、特に住宅用には無効
電力測定を広く使用することができなかった。
コストについて述べる。誘導素子により通常、電気事業
システムに誘導性(磁化)リアクタンスと抵抗(有効
分)がともに電気事業システムに導入される。抵抗負荷
だけが存在する場合、システムに流入する電流は電圧と
同相になる、すなわち磁化電流を必要としない。しか
し、システムに誘導性負荷が導入されると、システムに
流入する電流は抵抗とリアクタンスの相対量によって決
まる角度だけ電圧に対して位相がずれる。システムに流
入する総電流は電圧から位相がずれているが、総電流は
二つの成分、すなわち同相成分と位相外れ成分または直
角成分で構成されるものと見なすことができる。
技術によって測定することができる。移相技術では、メ
ータ内の印加電圧、すなわち線路電圧の大きさを表す大
きさの電圧が線路電圧の位相角から90度ずれる(誘導
性リアクタンスの場合は遅れる)ようにメータを構成し
なければならない。したがって、印加電圧は(少なくと
も「ベクトル」の意味で)直角電流成分とほぼ同相であ
る。したがって、移相された印加電圧と電流の積は無効
電力の測定値である。
は技術的には実行可能であるが、公知の技術には多数の
経済的な欠点がある。特に、無効電力測定値単独では電
気サービス供給コストの測定値として受け入れられな
い。有効電力測定値も与えられなければならない。最近
まで、一つのメータでは有効電力と無効電力の両方を測
定するように構成することはできなかった。したがっ
て、通常二つの別個のメータが使用される。一つのメー
タは無効電力を測定し、もう一つのメータは有効電力を
測定する。このような測定を行うために二つのメータを
使用することに伴う付加的なコストは非常に望ましくな
い。
とができても、無効電力測定値のコスト有効な使用を妨
げる問題はボルトアンペア(皮相電力)、ワット(有効
電力)および無効ボルトアンペア(無効電力)の間の関
係である。更に詳しく述べると、無効電力測定値と有効
電力測定値が得られれば、これらの測定値を電気エネル
ギー消費の測定値として、ある意味のあるやり方で組み
合わせなければならない。線形正弦回路では、皮相電
力、有効電力、および無効電力の間の周知の関係は次式
で表される。
ロセッサと比較してかなり複雑なプロセッサが必要とさ
れる。詳しく述べると、メータには通常8ビットのディ
ジタルプロセッサが使用され、機能やランダムアクセス
メモリが限定される。ハードウェアのコストを最小限に
するため、プロセッサはより複雑で、計算上でより高価
な自乗/平方根ではなくて、単に加算/減算および乗算
/除算機能を行えばよいようにすることが好ましい。し
かし、式[1]の演算を実行するためには、プロセッサ
は自乗/平方根演算を遂行することができなければなら
ない。したがって、式[1]を実行することに伴う処理
コストは高い。
使用されるプロセッサのコストの増大を避けるため、ま
た収集された「現場で」データを処理する代わりに、デ
ータがメータの局部記憶装置(ここでは時に記録器と呼
ぶ)に記憶される。更に詳しく述べると、所定量の無効
電力を測定する毎に、メータに結合されたパルス起動装
置は離散パルスを発生する。したがって、記録器に記憶
された各パルスは所定量の無効エネルギーを表す。パル
スは期間パルスとともに(たとえば、磁気テープ、固体
記憶装置等に)記憶される。同様のパルス起動装置およ
び記憶装置が有効電力(ワット時)メータで使用され
る。
は人間)が記憶されたパルスデータを集める。たとえ
ば、記録器メモリから電子メータ読み出しメモリに記憶
値を「ダンプ」したり、電話、無線等の手段により遠隔
メモリにダンプする。次に、集められたパルスデータは
中央処理システムに与えられる。中央処理場では、各期
間の間の皮相電力(kVA)が各期間毎の有効電力パル
スおよび無効電力パルスから決定される。次に、たとえ
ば需要皮相電力(需要kVA)が次の関係を使って決定
される。
処理装置はまたkWh(キロワット時)パルスを加算す
ることにより、供給された総kWhエネルギーを求め
る。
た総キロワット時、すなわち有効電力量について需要家
への請求書を作成する。最大需要kVAを使用すること
により、投資に関連するコスト、例えば、需要家に電気
を供給するために必要なコストについて需要家への請求
書が作成される。詳しく述べると、消費された有効エネ
ルギーのコストを回収する他に、電力会社は給配電シス
テムに伴う資本コストを回収しなければならない。この
ようなコストを回収するための妥当な方法はユーザの最
大需要電流またはユーザの最大需要皮相電力に応じてユ
ーザに料金請求することである。最大需要電力の小さい
ユーザに比べて最大需要電力の大きいユーザについて
は、電力会社の所要資本投資が大きくなる(例えば、変
圧器と線路が大きくなる)。
動機、安定器、変圧器等の誘導性装置が多数を占めるた
め、殆どのユーザは遅れVAR負荷を持つことになる。
誘導性負荷を補償するため、電力会社はその発電機を進
み位相角で運転しなければならない。零位相角以外で発
電機を運転することにより、負荷に送るための有効電力
を発生する発電機の容量が小さくなる。最大需要kVA
には本来、各需要家の負荷を補償するために必要な進み
位相角の量の測定値が含まれている。
を使用する費用の他に、各メータにパルス起動装置およ
びメモリ/記憶装置を設けなければならない。更に、k
VARメータには移相変圧器を設けなければならない。
熟練した作業者が操作する複雑な中央データ処理システ
ムも必要となる。このようなシステムの装置コストによ
り、その広範な使用が妨げられる。このシステムは通
常、収入の多いユーザの要求エネルギーを測定するため
だけに使用される。
書作成期間の間はエネルギー消費の状態を観測すること
はできず、システムも実時間で皮相電力量を表示するこ
とはできない。上記のシステムは請求書作成期間の終わ
りに時間平均された量を与えるだけである。実時間情報
は有用である。例えば、力率の変化を各期間の間に決定
することができるからである。特定の期間の間に力率が
小さくなり過ぎた場合(例えば、有効電力に比べて無効
電力が大きい場合)、需要家は無効電力要求を減らすた
めの手段を講じたいと思うことがある。このようにし
て、需要家は最大需要kVAを小さくしようとすること
ができる。
電力が測定されないことがしばしばある。公知のシステ
ムを使って無効電力を測定することに伴うコストは高
い。しかし、前に説明したように、kVAに対するkW
の比が小さいと、すなわち低力率であると、システムの
経済的設計および動作コストに重大な影響を及ぼす。力
率が低く、料金がキロワット時にのみ基いて請求されて
いるときは、電力会社は発電、送電、および配電に必要
な電力(kVA)について補償されていない。
測定値を経済的なやり方で使って電気サービス供給コス
トの正確な測定という最終的な計量の目標を達成するメ
ータシステムは現在までのところ知られていない。更
に、有効電力および無効電力ならびに力率を実時間で決
定する比較的低コストの簡単なやり方を提供する公知の
メータシステムはない。
定するための本発明は計測されたkWh(キロワット
時)およびkVARh(キロバール時)を表す入力を使
用する。これらの入力は通常、所定量の有効/無効エネ
ルギーを表すパルスの形式になっている。kVARhパ
ルスではなくてQhourパルスを使用できることは勿
論理解される筈である。これらの入力から、そしていか
なる自乗/平方根演算も行うことなく、kVAhが決定
される。
ように自乗プロセスが簡単な加算によって実行される。
ここでの説明のため、S=kVAh、P=kWh、Q=
kVARh、およびR=剰余とする。簡単に述べると、
それぞれのレジスタがP、[2P+1]、Q、[2Q+
1]、および和[P2 +Q2 ]の値を記憶する。最初に
Pレジスタ、Qレジスタ、および[P2 +Q2 ]レジス
タが零にセットされ、[2P+1]レジスタおよび[2
Q+1]レジスタが1に初期設定される。Pパルスが到
来すると、[2P+1]レジスタの値が[P2 +Q2 ]
レジスタに加算された後、Pレジスタが1だけ増分さ
れ、[2P+1]レジスタが2だけ増分される。Qパル
スの受信に続いて、全く同じステップが実行される。
するため一組のレジスタも使用され、Sパルスの発生が
次のように決定される。PパルスまたはQパルスの到来
後、[P2 +Q2 ]レジスタから[2S+1]の試行減
算が行われる。減算が下位けたあふれ(アンダフロー)
を生じなければ、Sパルスが作成され、Sレジスタが1
だけ増分され、[2S+1]レジスタが2だけ増分され
る。減算が下位けたあふれを生じれば、[P2 +Q2 ]
レジスタがそれの前の値にリセットされ、他のレジスタ
は増分されず、Sパルスは作成されない。
電力の両方を測定するようにメータを構成することがで
きる。この特徴により、皮相電力測定値を得ることが容
易になり、このような測定値を得るためのコストの低減
が更に容易になる。自乗/平方根の決定を不要にするこ
とにより、ハードウェアコストが最小となり、現場で実
時間でエネルギー消費量を決定することができる。した
がって、需要家はエネルギー消費の状態(力率を含む)
を観測し、必要な処置を講じることができる。
記以外の特徴および利点は付図を参照した以下の詳細な
説明から明らかとなろう。
の詳細な説明は四つの別々の節に分割される。節Aでは
詳細な背景について述べる。節Bは概説であり、節Cで
はハードウェアの構成について詳細に説明する。節Dで
は本アルゴリズムの実施例について詳細に説明する。 A.詳細な背景 図1は交流回路、例えば発電システムおよび負荷を含む
回路の正弦波電圧Vおよび電流Iの波形の一例を示す。
この例では、電流波形(I)は電圧波形(V)より遅れ
ている。「遅れる」という用語は時間的に後に来るとい
う意味である。電流が電圧より遅れているとき、電流は
電圧に対して「位相が外れている」と言われる。
クルは図1に示すように360電気度で表される。少な
くとも米国では、標準の送電は60サイクル/秒で行わ
れる。したがって、360電気度は1秒の1/60を表
す。更に詳しく述べると、 360度=1サイクル=(1/60)秒 1度=(1/60)×(1/360)秒=(1/216
00秒) 遅れの量を表すとき、(1/21600)秒のような単
位よりはむしろ、「度」という量が使用される。この角
度は「位相角」と呼ばれ、実際には電流が電圧より遅れ
る時間の目安である。図1は電圧に比べて90度(すな
わち1/240秒)だけ遅れる電流を示す。換言すれ
ば、電圧と電流との間の位相角は90度である。
弦波を使うよりはむしろ、フェーザ(phasor)が使用さ
れることが多い。大きさと位相角を持つ量を表すためフ
ェーザが使用される。図2は電圧フェーザVに比べて4
5度だけ遅れる電流フェーザIを示す。両方のベクトル
とも時間とともに回転し、通常、軸を中心として反時計
方向に回転する。点Aに立っている観測者がフェーザの
投射を見るとすれば、先ず電圧ベクトルVが零を通過し
てから、暫く後に電流ベクトルIが零を通過するのを見
ることになる。
遅らせる。この遅れ(すなわち位相角)がどれだけ大き
いかは回路のリアクタンスと抵抗の両方によって左右さ
れる。「インピーダンス」という用語は抵抗とリアクタ
ンスの両方の測定値である。インピーダンス(Z)は抵
抗(R)とリアクタンス(X)のフェーザ和である。こ
の関係は図3に示されている。抵抗、リアクタンス、お
よびインピーダンスの間には次の関係が存在する。
5オームである場合、電流に対するインピーダンス(す
なわち障害)は25オームであり、電流は余弦=20/
25であるような角度だけ電圧より遅れる。この角度は
約37度である。
電流IT は二つの成分、すなわち同相成分IS と位相外
れ成分すなわち直角成分IQ に分解される。これらの二
つの成分は次のように求められる。 IS =IT cosθ [5] IQ =IT sinθ [6] これらの関係が図4に示されている。
一つの量は無効電力すなわち無効ボルトアンペア(VA
R(バール)と呼ばれる)である。ワット、バール、お
よび皮相電力は図5のような関係になっている。バール
は電圧(V)と総電流の直角電流成分(IT sinθ)
の積に等しい。
は多数の電気のテキスト、例えばエジソン電気研究所の
「電気計量ハンドブック」(”Handbook Fo
rElectricity Metering”, E
ight Edition, Edison Elec
tric Institute, 1981 [111
1 9th Street, N.W., Washi
ngton, D.C.])に記載されている。 B.概説 図6は本発明の一実施例を示す高レベルブロック図10
0を示している。ここでの説明では有効電力と無効電力
の量に関する入力が得られるものとする。このような入
力の形式、例えば、電力量を表すパルス、ディジタルワ
ード、アナログ信号等は変わることがあり、このような
入力を与えるやり方や形式で本発明が限定されないこと
は明らかである。このような入力をどのように与えるか
ということについてのいくつかの実施例に関しては後の
節Cで詳細に説明する。しかし、図6に示す手段は例え
ば集積回路で必要な入力を得るための手段の一部も形成
することが理解される筈である。
勘定手段104、および皮相電力勘定手段106を示
す。ここで用いる「勘定手段」という用語はある量の登
録、記録、呈示、解釈、取得、処理等を行う手段を指
す。有効電力勘定手段102は計量点で測定された有効
電力量の勘定を行うために使用される。無効電力勘定手
段104は計量点で測定された無効電力量の勘定を行
う。皮相電力勘定手段106は計量点で測定された皮相
電力量、すなわち計量点で測定された量から得られる皮
相電力量の勘定を行う。皮相電力勘定手段106は付加
的に力率の勘定も行う。図では別々の装置になっている
が、有効電力勘定手段102、無効電力勘定手段10
4、および皮相電力勘定手段106はメモリロケーショ
ンを共有するとともに、例えば集積回路上に集積した装
置とすることもできる。図6は有効電力、無効電力、力
率、および皮相電力に関する情報を供給したり取得した
りするレジスタ、カウンタ、アキュムレータ等のような
手段を本発明が使用するということを示すに過ぎない。
セスステップを示す高レベルの流れ図150を示す。詳
しく述べると、スタート152で表されるスタート動作
に続く第一のステップ154では、計測された有効エネ
ルギーまたは無効エネルギーの量を示す入力を得る。入
力はアナログ形式、パルス形式、ディジタル形式等とす
ることができる。入力が得られれば、156で示すよう
に、得られた入力に等しい量だけ有効エネルギーまたは
無効エネルギーの勘定手段が増分される。「増分(incr
ement )」という用語は有効エネルギーおよび無効エネ
ルギーを勘定するやり方を限定するものではない。例え
ば、消費されたエネルギーの勘定が行えるようにレジス
タ/カウンタを減分したり、ある係数を乗算したりする
ことができる。唯一の必要条件は計測された消費エネル
ギーが有効エネルギー勘定手段、無効エネルギー勘定手
段の一方または両方に何らかの方法で反映され、勘定さ
れることである。
ステップ158で有効エネルギーまたは無効エネルギー
勘定手段の変更/更新によって生じる皮相エネルギー勘
定手段の変更/更新が決定される。力率の変更も決定さ
れる。決定を行った後、160に示すように割込み入力
を受けていなければ、動作は入力が得られたステップ1
54に戻る。割込み入力を受けていれば、終り162で
動作は停止する。
示すステップのいくつかは並列または分散して遂行する
ことも可能である。例えば、皮相エネルギー勘定手段が
前の増分を処理している間に、有効エネルギー勘定手
段、無効エネルギー勘定手段の一方または両方で増分動
作を行うことができる。上記のようにして、本発明では
有効電力、無効電力、および皮相電力を勘定する。次
に、これらの量をあるやり方で組み合わせたり、別々に
保持したりすることにより、出力をディスプレイした
り、電子メモリに記憶することができる。 C.代替ハードウェア構成 本発明では多数の異なる構成を使用することができる
が、本発明は特定の一つの構成に限定されない。したが
って、ここでは特定の構成について説明してあるが、こ
のような構成は本発明を限定するものと考えるべきでは
ない。更に、本発明は特にkVAhを決定する方法を対
象としており、本発明は例えば、改良された計量手段、
改良された処理手段、改良された入力/出力手段を対象
とするものではない。
ドウェア実施例の高レベルブロック図200を示す。図
8に示すように計量システム202には、入力/出力手
段204、計量手段206、および処理手段208が含
まれている。図8には別々の装置として示されている
が、ブロック図200は計量システムの概念の理解を助
けるだけのために示されている。例えば、技術的に「計
量機能」として適している機能のいくつかは実際には処
理手段、入力/出力(I/O)手段204の一方または
両方で実行してもよい。同様に、いくつかの処理機能は
実際には計量手段206、入力/出力手段204の一方
または両方で実行してもよい。
示しない)と計量システム202の他の構成要素との間
のインタフェースを提供する。入力/出力手段204に
はディスプレイやメモリも含まれている。したがって、
計量システム202の他の構成要素で作成されたり記憶
されたりしたデータは要求に応じて電子的に、または人
間の理解できるフォーマットで提供することができる。
計量システムのための多数の代替入力/出力手段204
は周知であり、市販されている。
ルギーの測定値を作成する機能を遂行する。本発明で使
用することが好ましい計量手段206の一形式に関する
詳細は1989年9月25日に出願された米国特許出願
第07/412,358号、「電子式電力量計(Ele
ctronic Watthour Meter)」に
述べられている。計量手段206に関する情報はまたバ
ロック著「固体メータ技術」(Bullock, So
lid State MeterTechnolog
y, North Carolina Meter S
chool, Wilmington, North
Carolina, June 20, 1990)に
述べられている。
ク図250を示す。詳しく述べると、線路電流入力およ
び線路電圧入力が計量手段206に与えられ、有効電力
量(ワット時)出力パルスおよび無効電力量(VARh
/Qh)出力パルスが計量手段206により出力され
る。ワット時(Wh)出力パルスおよびVARh/Qh
出力パルスは有効エネルギー消費量および無効エネルギ
ー消費量にそれぞれ比例する。
に絶縁され、それぞれのスケーリング絶縁手段210お
よび212により電気的に絶縁され、精密にスケーリン
グされる。これにより、電子回路と適合性のある二次的
な信号が供給される。定格入力電圧(例えば、120
V)で1.6Vrmsを供給するような電圧スケーリン
グが適当である。自立メータ(フルスケール200アン
ペア)および変圧器定格メータ(フルスケール20アン
ペア)に対してそれぞれ100000対1および100
00対1の電流スケーリング比を選択することができ
る。このとき電流センサからのフルスケール二次電流は
2.0mArmsである。電流入力径路の精密な電流−
電圧変換器214は電流信号をA/D(アナログ−ディ
ジタル)変換器と適合する電圧に変換する。電流−電圧
変換器のスケーリングはミリアンペア入力当たり1ボル
トの出力(1000オーム)である。
整することにより行われる。第一のA/D変換器218
が電流信号に対して設けられ、第二のA/D変換器22
0が電圧信号に対して設けられる。両方のA/D変換器
のフルスケールレンジは精密電圧基準221からの基準
電圧VREFにより定められる約+/−3.45ボルト
の直流である。精密時間ベース(クロック)が一定のサ
ンプル速度を確立し、このサンプル速度でA/D変換器
は電流入力および電圧入力を同時に「サンプリング」
し、それらの振幅を2進ワードに変換する。入力信号の
調波に対して良好な性能を得るため、数キロヘルツを超
えるサンプル速度が必要とされる。電流入力信号と電圧
入力信号の位相を精密に合わせるための位相調整は電圧
変換器のサンプル時点を電流変換器に対して小さな離散
ステップでシフトするサンプル時点シフト回路222に
より行われる。
め、2進符号化された各電流サンプルは乗算器224に
よりその対応する電圧サンプルで乗算され、その積がア
キュムレータ226に加算される。累算された和がメー
タの一定のワット時の値に比例した閾値に達する度に、
出力パルスが作成される。過去の世代の計量装置との適
合性を維持するように、出力パルス速度は同等の電気機
械的なメータのディスクの1回転の速度の12倍となる
ように選択された。
に比例した無効電力量出力パルスはワット時と同様に得
られるが、相違点は使用される電圧サンプルが遅延ユニ
ット228によりバール時の場合は90度またはQ時の
場合は60度に等しい時間だけ遅延されることである。
バール時に対する90度、Q時に対する60度に等しい
時間のどちらを選択することもできる。2進符号化され
た各電流サンプルは乗算器230により、対応する電圧
サンプルと乗算され、バール時またはQ時の累算のため
別のアキュムレータ232が使用される。ワット時アキ
ュムレータの閾値と同じ閾値がバール時またはQ時の閾
値として使用される。(二線単相用の自立形一素子メー
タの場合)代表的な閾値は144(10-6)ボルト−ア
ンペア−秒である。
めにマルチプレクサ(図示しない)を使用することがで
きる。各電流入力および各電圧入力に対して別個の絶縁
およびスケーリングを設けなければならないが、残りの
素子はタイムシェアリングすることができる。多相負荷
回路に対するブロック図は上記の論文「固体メータ技
術」(Solid State Meter Tech
nology)に示されている。
解能、入力スケーリングの直線性、電流−電圧変換器の
直線性、およびA/D変換器の直線性によって制限され
る。時間および温度に対する性能の安定度は入力スケー
リングの安定度、電流−電圧変換器の抵抗の安定度、な
らびに時間ベースおよび電圧基準の安定度によって制限
される。明らかな不正確さは高出力パルス速度と測定当
たりの少出力パルスとの組み合わせで生じ得る。これは
出力パルス速度に「ジッタ」を生じる線周波数の2倍の
電力流のサイクリックな性質によって生じる。これは測
定当たりの出力パルス数を増大することにより克服する
ことができる。
図である。このブロック図の機能は例えば、当業者には
周知のように1.2ミクロンのCMOSのアプリケーシ
ョン・スペシフィック集積回路(ASIC−appli
cationspecific integrated
circuit)上で提供することができる。ASI
Cには、アドレス/データ/制御/ウマクロ(umac
ro)バス236(以後「バス」と呼ぶ)に結合された
マイクロコントローラ234に含まれている。液晶ディ
スプレイコントローラ238はバス236に直結され、
また論理インタフェース240を介してバス236に間
接的に結合されている。発振器244に結合された電力
供給停止タイマ242はバス236に結合されている。
例えば、ROM、EEPROM、およびSRAM型のメ
モリブロックを含むメモリ246もバス236に結合さ
れている。ASIC208には、ASICメモリマップ
を定めるためのアドレス復号論理235、さらにプロセ
ッサアドレス空間を拡張するためのバンクスイッチング
論理、ならびにプログラミングおよび検索の目的でレジ
スタデータの経路を定めるための通信ゲート論理も含ま
れている(図示はされていない)。
34は計算およびASIC制御機能を遂行する。液晶デ
ィスプレイコントローラ238は液晶ディスプレイのよ
うな入力/出力手段を制御するために使用される。発振
器244に結合された電力供給停止タイマ242は電力
供給停止の際の計時のために使用される。計量データ、
プログラム、および他の情報はメモリ246に記憶され
ている。
る計量システムのもう一つの実施例300を示す。詳し
く述べると、kWh計量手段302、kVARh計量手
段304、処理手段306、および入力/出力手段30
8が示されている。kWh計量手段302には通常のk
WHパルス起動器(図示しない)が含まれている。線路
電圧および線路電流に応答して、このkWHパルス起動
器は負荷が消費する所定量の有効電力に応じて一つの出
力パルスを発生する。kWHパルス起動器は例えば、電
圧および電流固定子により発生される磁束の相互作用に
より磁気抗力に抗してメータディスクが回転する通常の
電気機械的なメータとすることができる。kWHパルス
起動器からの出力パルスはメータディスクの所定量の回
転運動に応答して通常の電気機械的なセンサまたは電気
光学的なセンサにより作成することができる。
費量を表わすように適当にスケーリングされた、メータ
ディスクの累算された回転を示すための通常の機械レジ
スタ(図示しない)を含めることができる。代案とし
て、kWh計量手段302は負荷が必要とする任意の所
定量の有効エネルギーに応じて一つの出力パルスを発生
することができる任意の電子装置としてもよい。
による無効エネルギーの所定の消費に応じて出力パルス
を発生する。90度の移相および電圧と電流の乗算によ
り、kVARの測定値が得られる。このような移相は当
業者には周知のものである。kWh計量手段302の場
合と同様、kVARh計量手段304は負荷が必要とす
る量に応じて一つの出力パルスを発生することができる
任意の都合のよい電気機械的な装置または電子的な装置
としてもよい。
しく示されている。更に詳しく述べると、計量手段30
2および304からのkWhパルスおよびkVARhパ
ルス出力がkVAh決定手段310の入力として処理手
段306に与えられる。kWhパルスはkWhレジスタ
312にも与えられる。kWhレジスタ312はkWh
パルスを累算し、累算した計数値を入力/出力手段30
8への出力として供給する。kVARhパルスは力率ル
ックアップレジスタ314にも与えられる。力率ルック
アップレジスタ314は入力としてkWhパルスおよび
kVAh情報も受ける。供給される入力から、以後説明
するように力率を決定することができる。kVAh決定
手段310からの出力が需要kVAレジスタ316に与
えられ、また測定されたkVAhを累算するkVAhレ
ジスタ318に与えられる。需要kVAレジスタ316
は需要kVAを記憶し、また期間終了リセット信号の供
給も行う。
らの出力には、力率、kVAh、需要kVA、およびk
Whが含まれる。これらの値を決定するやり方は下記の
アルゴリズムの詳細な説明に更に詳しく説明されてい
る。ハードウェアの実施例の上記の説明からわかるよう
に、多数の異なるハードウェア構成を本アルゴリズムで
使用することができ、このアルゴリズムは任意の一つの
特定のハードウェア構成での使用に限定されない。更
に、本アルゴリズムは(例えば、Z80マイクロプロセ
ッサに基づく)通常のパーソナルコンピュータで使用す
ることができる。したがって、ハードウェア構成の上記
の説明では本発明で使用し得る種々のハードウェア構成
について説明したが、このような構成は本発明を限定す
るものではない。 D.アルゴリズム 上記したように、計量手段の出力、すなわちkWhおよ
びkVARhは整数量である。同様に、出力kVAhは
入力と同じスケーリング率を有する整数量でなければな
らない。本アルゴリズムの説明を簡単にするため、下記
の記号を使用する。
h);ここでは時に皮相電力と呼ぶ P=有効エネルギー(kWh);ここでは時に有効電力
と呼ぶ。 Q=クワッダジー[quadergy](kVAR
h);時に無効電力と呼ぶ。 R=剰余 式[1]から導き出した次式で上記の測定値の関係を表
す。
ように整数の剰余Rが導入される。上記したように、計
量手段はPおよびQのパルス出力を供給する。これらの
パルス出力はそれぞれのレジスタに記憶してもよい。し
たがって、kVAhを決めることは、PとQを与えてS
とRを決めることに帰する。
分毎に、S、Rの一方または両方の値を決めなければな
らない。上記で説明したように、メータ内のマイクロプ
ロセッサは通常、低コストのプロセッサであることが好
ましく、式8の自乗および平方根をきめるために長大な
コードの発生と計算時間が必要とされる。したがって、
簡略されたアルゴリズムが必要になる。
[Pn ]、[Pn+1 ]等に対して次式が成り立つことか
ら、簡略化されたアプローチを得ることができる。 [Pn+1 ]2 −[Pn ]2 =2[Pn+1 ]−1=2[Pn ]+1 [9] [Qn+1 ]2 −[Qn ]2 =2[Qn+1 ]−1=2[Qn ]+1 [10] すなわち、次の整数の自乗の値は、次の整数の値の2倍
マイナス1または本整数の値の2倍プラス1を本整数の
自乗に加算することにより得られる。式[9]および
[10]を使うことにより、簡単な加算で自乗プロセス
を実行することができる。
ることができる。 表1はnの増大する値に対して割り当てられる値を例示
する。
1]、および和[P2 +Q2 ]の値を記憶する。最初、
Pレジスタ、Qレジスタ、および[P2 +Q2 ]レジス
タが零にセットされ、[2P+1]レジスタおよび[2
Q+1]レジスタは1に初期設定される。Pパルスが到
来すると、[2P+1]レジスタの値が[P2 +Q2 ]
レジスタに加算された後、Pレジスタが1だけ増分さ
れ、[2P+1]レジスタが2だけ増分される。Qパル
スに対して、全く同じステップが実行される。
するためにも一組のレジスタが使用され、Sパルスの発
生が次のように決められる。PパルスまたはQパルスの
到来後、[P2 +Q2 ]レジスタから[2S+1]の試
行減算が行われる。減算が下位けたあふれを生じない場
合には、Sパルスが作成され、Sレジスタが1だけ増分
され、[2S+1]レジスタが2だけ増分される。減算
が下位けたあふれを生じる場合には、[P2 +Q2 ]レ
ジスタはそれの前の値にリセットされ、他のレジスタは
増分されず、Sパルスは作成されない。
保持する。数は無制限に増加し続けるので、決定を終了
し、再開する必要がある。力率が変化すると、アルゴリ
ズムによりkVAhと力率に対する時間平均値が得られ
る。
り、メータのキロバール時ディスクの回転により記録紙
が連続的に動くとともに、キロワット時ディスクの回転
により記録紙を横切って連続的にペンが動くものとす
る。描かれる曲線グラフまたは線グラフはkWhに対し
てkVARhをプロットしたものである。線グラフの長
さは計測されたkVAhを表し、任意の点に於ける線の
傾斜は瞬時力率を表す。
ば、ペンが記録紙からはずれる。これは扱える数より大
きい数を発生するディジタルシステムに類似している。
リセット時に総キロワット時および総キロバール時が指
示されると、指示された点から原点に戻る線を描くこと
ができる。この線の傾斜は「平均」力率となり、線の長
さは「平均」kVAhとなる。
なければ)この線はペンが描く曲線より短くなる。これ
は計量パルスのディジタル決定に類似している。線近似
はペンが描く曲線に対する割線(secant)であ
る。割線は短い程、それは曲線の長さおよび傾斜をより
良く近似する。記録パルスデータシステムでは、需要期
間内のパルス数の長さになる。この期間内には、離散的
な決定を行えるようなデータはない。メータ内のデータ
処理により、後述する他の制約のもとで割線を希望に応
じて短くすることができる。
Sは割線の長さではない。詳しく述べると、 kVAh=[P2 +Q2 ]1/2 =[S2 +R]1/2 =Sc [13] Sは予め選択された最大の(都合のよい)整数定数値
(例えば、4、8、16、32等)を有する整数であ
る。この値で、決定が終了され、剰余がスケーリングさ
れ、累積され、決定が再開される。物理的には、Sの最
大値はPおよびQの累積値と釣り合う最大整数割線を表
す。しかし、Sc は入力PおよびQから得られる実際の
「正しい」(非整数)値である。剰余Rは無視したり、
廃棄したりしてはならない部分パルスを表す。この問題
を扱うため、次式を考える。
純化することができる。 Sc =S+[R/2S]−[R2 /8S3 ] +[R3 /16S5 ]−[5R4 /128S7 ]+…… [15] この式は項の符号が交互に逆となる収束級数である。し
たがって、これは最終値を中心として振動し、最終値に
向かって収束する。勿論、この式は小さなマイクロプロ
セッサで素早く評価するには複雑すぎるが、近似値は限
られた数の項を使うことによって得ることができる。近
似誤差は第一の無視される項の絶対値より小さくなる。
この(誤差)値は最大S値の大きな値に対して小さくな
ることが観察できる。しかし、最大S値の大きな値は曲
線関数の正確さの低い表現である一層長い割線を表す。
最初の2項は実際の結果を過大評価しているが、最大の
S値の小さい値(例えば16)を使い、また次式となる
ように第二項を修正することにより精密な近似を得るこ
とができる。
に値2Rがレジスタに加算され、他のレジスタがリセッ
トされ、計算が再開される。次のリセット点で、値2R
が再びレジスタに加算され、合計が4S+1と比較され
る。オーバフローが生じると、付加的な「メークアッ
プ」パルスが作成され、4S+1がレジスタから減算さ
れる。
32のようなある小さい数となるように選択されれば、
正確さがより高い代替方法を使用することができる。こ
の手法では、式[(S2 +R)1/2 −S]の真の値が記
憶されているルックアップテーブルに対するインデック
スとしてRの値が使用される。正確さを向上するため、
これらの小数に216が乗算されて、2バイトの整数とし
て記憶される。
加算され、レジスタがあふれたときメークアップパルス
が作成される。いずれかの代替技術を使って、部分パル
スが正しく補償されるが、パルスは時間的に少し遅く生
じる。計算を終了し、レジスタをリセットするSの値を
選択することには、いくつかのかね合いが含まれる。終
了時のSの値を大きくすれば、時間的に遅延されたパル
スの割合が小さくなる。しかし、力率が変化している場
合には、割線は真のkVAh曲線から、より大きくずれ
る。ルックアップテーブルも大きくなるので、より多く
のメモリを必要とする。Sの最大値が小さくなるように
選択されれば、Rの可能な値が制限される。しかし、S
の最大値が小さくなると終了がより頻繁に生じるので、
より多くの処理(例えば、Rの決定とリセット)が必要
とされる。Sの最大値として適当な値は10から50の
範囲にあることがわかった。
または移動の需要期間に、需要レジスタまたは使用時間
レジスタ内に累積することができる。アルゴリズムはコ
ンピュータの機能不全の場合にアルゴリズムを初期設定
するためのウォッチドッグ機能を除いて、アルゴリズム
は期間の終わりまたは他のいかなるときも中断されな
い。
よびQの特定の整数値に対応している。力率が0.70
7より大きい場合、PはQより大きい。力率が0.70
7より小さい場合、QがPより大きいが、PおよびQの
値は45度の軸を中心として対称な鏡像関係を持つ。終
了点でのQまたはPの値は、QまたはPの独特の各値に
対応する力率の値が記憶されているもう一つのルックア
ップテーブルに対するインデックスとして使うことがで
きる。この手段により、力率のほぼ実時間のディスプレ
イを得ることができる。代案として、最も最近の需要期
間に対する「平均」力率は期間の終わりのPおよびSの
値から決めることができる。このアルゴリズムはランダ
ムな期間に対するランダムに変化する力率を表すパルス
入力列で大規模に試験された。
使用できる。Q時メータはバール時(VARh)メータ
の変形である。Q時メータでは、バール時メータの場合
の90度のかわりに、メータに印加される電圧が正規の
相電圧に比べて60度遅延される。この手法により、二
つの利点が得られる。第一に60度の遅れ電圧が移相変
圧器を使うことなく三相システムの他のフェーザから得
ることができる。第二に、メータは進み30度までの負
荷位相角に対して順方向で動作する。これに対して、V
ARhメータはすべての進み位相角に対して方向を逆に
する。
気工業標準である。これは上記のように60度の遅れ電
圧で動作するメータを示すためにも電気事業計量工業で
広く使用されている。Qh計量に適用されるアルゴリズ
ムの動作を説明する際の混乱を避けるため、下記の記号
が使用される。 V=VARh W=Wh VA=VAh Q=60度遅れ角での標準の「Qh」 Qhメータの動作に対して次の等式が成り立つことは周
知のことである。
[25]が同等となるように整数の剰余Rを導入するこ
とがもう一度必要となる。詳しく述べると、 R=[4Q2 −4QW+4W2 −3S2 ] [26] このとき問題は、QおよびWを与えてSおよびRを決め
ることになる。
タ、SレジスタおよびRレジスタは零に初期設定され
る。(2Q+1)レジスタ、(2W+1)レジスタ、お
よび(2S+1)レジスタは1に初期設定される。計量
手段からW入力パルスを受けると、次のステップが遂行
される。 (1) 4*(2W−1)をRレジスタに加算 (2) (4*Q)をRレジスタから減算 (3) Wレジスタを1だけ増分 (4) (2W+1)レジスタを2だけ増分 (5) S出力パルスをチェック 計量手段からQパルスを受けると、次のステップが遂行
される。
加算 (2) (4*W)をRレジスタから減算 (3) Qレジスタを1だけ増分 (4) (2Q+1)レジスタを2だけ増分 (5) S出力パルスをチェック S出力パルスを出力すべきか否かチェックするため、次
のステップが遂行される。
値と比較 (2) Rレジスタの値より大きければ、何もしないで
計量手段からのもう一つの入力パルスを待つ (3) Rレジスタの値以下であれば、Rレジスタから
3*(2S+1)を減算し、Sレジスタを1だけ増分
し、(2S+1)レジスタを2だけ増分し、S出力パル
スを出力 前にVARhの場合について説明したように、決定とリ
セットを終了させるSの値を選択する必要がある。同じ
要素を考える必要があり、Sに対する同じ範囲の値(1
0から50)が適当であると考えられる。
を考慮に入れるためには、最も簡単な手順はルックアッ
プテーブルに対するインデックスとしてRを使うことで
ある。この場合、テーブルの値が次式から得られる。 {[4(Q2 −QW+W2 )/3]−S} [27] 小数は216が乗算されて、2バイトの整数として記憶さ
れる。各終了点で、2バイトの整数がレジスタに加算さ
れ、レジスタがあふれたときにメークアップパルスが作
成される。
よびQのいくつかの整数値に対応している。0.866
の遅れ力率で、WはQに等しい。0.866より小さい
遅れ力率の場合、WはQより小さい。0.866より大
きく1.0以下の遅れ力率から0.866の進み力率ま
での場合、WはQより大きい。したがって、WおよびQ
の独特の各値に対応する力率の値が記憶されているルッ
クアップテーブルのインデックスとしてWおよびQの値
を使うことができる。
てきたが、熟練した当業者は多数の変形、変更、置換、
および同等なものを考えつき得る。したがって、本発明
は特許請求の範囲の記載により限定される。
図である。
間の関係を示すベクトル図である。
関係を示すベクトル図である。
高レベルブロック図である。
プを示す高レベル流れ図である。
一実施例をブロック図である。
施例をブロック図である。
実施例をブロック図である。
のもう一つの実施例をブロック図である。
ック図である。
Claims (34)
- 【請求項1】 配電系統と最終使用者と間に結合された
メータであって、計量手段および処理手段を有し、該処
理手段が、P=有効エネルギー、Q=無効エネルギー、
S=皮相エネルギーおよびR=剰余として、P、[2P
+1]、Q、[2Q+1]、R、Sおよび[2S+1]
の値をそれぞれ記憶するレジスタ手段を含んでいる構成
のメータを動作させる方法において、 最終使用者が所定量の有効エネルギーを消費する度毎
に、該所定量の有効エネルギーを表すパルスを前記計量
手段から出力して、前記処理手段に供給するステップ
と、 前記処理手段で前記各有効エネルギーパルスを受け取る
度毎に、前記処理手段を制御して、[2P+1]レジス
タ手段を2だけ増数するステップ、[2P+1]レジス
タ手段の値をRレジスタ手段に加算するステップ、およ
びPレジスタ手段を1だけ増数するステップを実施させ
るステップと、 最終使用者が所定量の無効エネルギーを消費する度毎
に、該所定量の無効エネルギーを表すパルスを前記計量
手段から出力して、前記処理手段に供給するステップ
と、 前記処理手段で前記各無効エネルギーパルスを受け取る
度毎に、前記処理手段を制御して、[2Q+1]レジス
タ手段を2だけ増数するステップ、[2Q+1]レジス
タの値をRレジスタ手段に加算するステップ、およびQ
レジスタを1だけ増数するステップを実施させるステッ
プと、 前記処理手段内において、前記のレジスタ手段に記憶さ
れている値から皮相電力の測定値を作成するステップ
と、 を有しているメータ動作方法。 - 【請求項2】 P、Q、RおよびSレジスタ手段が零に
初期設定され、[2P+1]、[2Q+1]および[2
S+1]レジスタ手段が1に初期設定される請求項1記
載のメータ動作方法。 - 【請求項3】 Sレジスタ手段の値が所定の値に達した
とき、前記のそれぞれレジスタ手段の値を記憶し、次い
で、P、Q、R、S、[2P+1]、[2Q+1]およ
び[2S+1]レジスタ手段をリセットする請求項1記
載のメータ動作方法。 - 【請求項4】 さらに2Rおよび[4S+1]に等しい
値を記憶するレジスタ手段を設け、前記のP、Q、R、
S、[2P+1]、[2Q+1]および[2S+1]レ
ジスタ手段をリセットする時に、2Rの現在値を2Rレ
ジスタ手段に加え、2Rレジスタ手段に記憶されている
合計値から[4S+1]を減算し、この減算の結果が正
の数であれば、Sレジスタ手段を1だけ増数するステッ
プを含んでいる請求項3記載のメータ動作方法。 - 【請求項5】 さらに、そこに記憶した式[(S2+
R)1/2−S]のためのSおよびRの値を持つルックア
ップ・テーブル手段を設け、前記のレジスタ手段をリセ
ットする時に、Rの現在値を使用して、ルックアップ・
テーブル手段内に記憶されているSに対する関連する小
数部を突き止め、Sレジスタ手段を増数すべきか否か決
定するために該小数部を予め指定したレジスタ手段に記
憶させる請求項3記載のメータ動作方法。 - 【請求項6】 少なくとも2つのレジスタ手段に記憶さ
れた値から力率を決定するステップをさらに含んでいる
請求項1記載のメータ動作方法。 - 【請求項7】 前記の皮相電力の測定値を作成するステ
ップが、Rレジスタ手段の値から[2S+1]レジスタ
手段の値を減算し、この減算の結果が正の数であれば、
[2S+1]レジスタ手段を2だけ増数し、Rレジスタ
手段を[2S+1]だけ減数し、且つSレジスタ手段を
1だけ増数するステップを含んでいる請求項1記載のメ
ータ動作方法。 - 【請求項8】 エネルギーを供給する配電系統に結合さ
れた最終使用者によって消費された皮相エネルギーを決
定するための装置であって、 最終使用者と配電系統との間を結合する計量手段であっ
て、 最終使用者によって配電系統から所定量の有効お
よび無効エネルギーがそれぞれ消費される度毎に、最終
使用者によって消費された所定量の有効エネルギーを表
す有効エネルギーパルス、および最終使用者によって消
費された所定量の無効エネルギーを表す無効エネルギー
パルスを発生する計量手段と、 前記計量手段に結合されて、前記計量手段から有効エネ
ルギーパルスおよび無効エネルギーパルスを受け取る処
理手段であって、P=有効エネルギー、Q=無効エネル
ギー、S=皮相エネルギーおよびR=剰余として、P、
[2P+1]、Q、[2Q+1]、R、Sおよび[2S
+1]の値をそれぞれ記憶するレジスタ手段を含んでい
る処理手段とを有し、 前記処理手段は、前記計量手段から前記各有効エネルギ
ーパルスを受け取る度毎に、[2P+1]レジスタ手段
を2だけ増数し、[2P+1]レジスタ手段の値をRレ
ジスタ手段に加算し、Pレジスタ手段を1だけ増数する
ステップを実施し、また、前記各無効エネルギーパルス
を受け取る度毎に、[2Q+1]レジスタ手段を2だけ
増数し、[2Q+1]レジスタの値をRレジスタ手段に
加算し、Qレジスタを1だけ増数するステップを実施
し、さらに、前記のレジスタ手段に記憶されている値か
ら皮相電力の測定値を作成するように構成されている、
皮相エネルギー決定装置。 - 【請求項9】 P、Q、RおよびSレジスタ手段が零に
初期設定され、[2P+1]、[2Q+1]および[2
S+1]レジスタ手段が1に初期設定される請求項8記
載の装置。 - 【請求項10】 Sレジスタ手段の値が所定の値に達し
たとき、前記のそれぞれレジスタ手段をリセットする手
段と、前記のリセット時に、Sレジスタ手段を1だけ増
数すべきか否か決定する手段とをさらに含んでいる請求
項8記載の装置。 - 【請求項11】 力率を決定する手段をさらに含んでい
る請求項8記載の装置。 - 【請求項12】 配電系統と最終使用者と間に結合され
たメータであって、計量手段および処理手段を有し、該
処理手段が、W=ワット時、Q=Q時、S=皮相エネル
ギーおよびR=剰余として、W、Q、S、R、[2W+
1]、[2Q+1]および[2S+1]の値をそれぞれ
記憶するレジスタ手段を含んでいる構成のメータを動作
させる方法において、 最終使用者が所定量の有効エネルギーを消費する度毎
に、該所定量の有効エネルギーを表すパルスを前記計量
手段から出力して、前記処理手段に供給するステップ
と、 前記処理手段で前記各有効エネルギーパルスを受け取る
度毎に、前記処理手段を制御して、4*[2W+1]を
Rレジスタ手段に加算するステップ、[4*Q]をRレ
ジスタ手段から減算するステップ、Wレジスタ手段を1
だけ増数するステップ、および[2W+1]レジスタ手
段を2だけ増数するステップを実施させるステップと、 最終使用者が所定量のQエネルギーを消費する度毎に、
該所定量のQエネルギーを表すパルスを前記計量手段か
ら出力して、前記処理手段に供給するステップと、 前記処理手段で前記各Qエネルギーパルスを受け取る度
毎に、前記処理手段を制御して、4*[2Q+1]をR
レジスタ手段に加算するステップ、[4*W]をRレジ
スタ手段から減算するステップ、Qレジスタ手段を1だ
け増数するステップ、および[2Q+1]レジスタ手段
を2だけ増数するステップを実施させるステップと、 前記処理手段内において、前記のレジスタ手段に記憶さ
れている値から皮相電力の測定値を作成するステップ
と、 を有しているメータ動作方法。 - 【請求項13】 有効エネルギー測定値およびQ時エネ
ルギー測定値が整数量である請求項12記載のメータ動
作方法。 - 【請求項14】 有効エネルギー、Q時エネルギーおよ
び皮相エネルギーの間の関係が次式で表され、 R=[4Q2 −4QW−3S2 +4W2 ] ここで、 S=皮相エネルギー R=剰余 W=有効エネルギー Q=60遅れ角での標準「Qh」 である請求項12記載のメータ動作方法。 - 【請求項15】 W、Q、SおよびRレジスタ手段が零
に初期設定され、[2Q+1]レジスタ手段、[2W+
1]レジスタ手段および[2S+1]レジスタ手段が1
に初期設定される請求項12記載のメータ動作方法。 - 【請求項16】 Wパルスを受けたとき、4*[2W−
1]をRレジスタ手段に加算するステップ、[4*Q]
をRレジスタ手段から減算するステップ、Wレジスタ手
段を1だけ増分するステップ、[2W+1]レジスタ手
段を2だけ増分するステップ、およびS出力パルスをチ
ェックするステップを実施する請求項15記載のメータ
動作方法。 - 【請求項17】 前記の皮相電力の測定値を作成するス
テップが、 3*[2S+1]をRレジスタ手段の値と比較するステ
ップ、 3*[2S+1]がRレジスタ手段に記憶された値より
大きい場合に、何もしないで、計量手段からの別の入力
パルスを待つステップ、 3*[2S+1]がRレジスタ手段に記憶された値以下
である場合に、3*[2S+1]をRレジスタ手段から
減算し、Sレジスタを1だけ増分し、[2S+1]レジ
スタ手段を2だけ増分し、S出力パルスを出力するステ
ップ、を含んでいる請求項15記載のメータ動作方法。 - 【請求項18】 Rレジスタ手段の値をルックアップテ
ーブルのインデックスとして使うことにより、剰余がメ
ークアップパルスを作成することを必要とするか否かを
決定する請求項15記載のメータ動作方法。 - 【請求項19】 力率の値を記憶したルックアップテー
ブルのインデックスとしてWおよびQの値が使用される
請求項15記載のメータ動作方法。 - 【請求項20】 配電系統と最終使用者と間に結合され
たメータであって、計量手段および処理手段を有し、該
処理手段が、W=ワット時、Q=Q時、S=皮相エネル
ギーおよびR=剰余として、W、Q、S、R、[2W+
1]、[2Q+1]および[2S+1]の値をそれぞれ
記憶するレジスタ手段を含んでいる構成のメータを動作
させる方法において、 最終使用者が所定量の有効エネルギーを消費する度毎
に、該所定量の有効エネルギーを表すパルスを前記計量
手段から出力して、前記処理手段に供給するステップ
と、 前記処理手段で前記各有効エネルギーパルスを受け取る
度毎に、前記処理手段を制御して、Wレジスタ手段を1
だけ増数するステップ、[2W+1]レジスタ手段を2
だけ増数するステップ4*[2W+1]をRレジスタ手
段に加算するステップ、および[4*Q]をRレジスタ
手段から減算するステップを実施させるステップと、 最終使用者が所定量のQエネルギーを消費する度毎に、
該所定量のQエネルギーを表すパルスを前記計量手段か
ら出力して、前記処理手段に供給するステップと、 前記処理手段で前記各Qエネルギーパルスを受け取る度
毎に、前記処理手段を制御して、Qレジスタ手段を1だ
け増数するステップ、[2Q+1」レジスタ手段を2だ
け増数するステップ4*[2Q+1]をRレジスタ手段
に加算するステップ、および[4*W]をRレジスタ手
段から減算するステップを実施させるステップと、 を有しているメータ動作方法。 - 【請求項21】 W、Q、SおよびRレジスタ手段が零
に初期設定され、[2Q+1]レジスタ手段、[2W+
1]レジスタ手段および[2S+1]レジスタ手段が1
に初期設定される請求項20記載のメータ動作方法。 - 【請求項22】 皮相電力の測定値を作成するために、 (a)Sレジスタ手段を1だけ増分するステップ、 (b)[2S+1]レジスタ手段を2だけ増分するステ
ップ、 (c)W又はQパルスの発生後、Rレジスタ手段の値か
ら[2S+1]レジスタ手段の値の3倍を減算するステ
ップ、 (d)前記ステップ(c)の減算でアンダフローが生じ
ない場合、Sパルスを作成するステップ、 (e)前記ステップ(c)の減算でアンダーフローが生
じた場合、Rレジスタ手段をそれの前の値にリセット
し、Sレジスタ手段をそれの前の値にリセットし、[2
S+1]レジスタ手段をそれの前の値にリセットし、S
パルスを作成しないステップ、 が含まれる請求項21記載のメータ動作方法。 - 【請求項23】 Rレジスタ手段の値をルックアップテ
ーブルのインデックスとして使うことにより、剰余がメ
ークアップパルスを作成することを必要とするか否かを
決定する請求項20記載のメータ動作方法。 - 【請求項24】 力率の値を記憶したルックアップテー
ブルのインデックスとしてWおよびQの値が使用される
請求項20記載のメータ動作方法。 - 【請求項25】 配電系統と最終使用者と間に結合され
たメータであって、計量手段および処理手段を有し、該
処理手段が、P=有効エネルギー、Q=無効エネルギ
ー、S=皮相エネルギーおよびR=剰余として、P、
[2P+1]、Q、[2Q+1]、R、Sおよび[2S
+1]の値をそれぞれ記憶するレジスタ手段を含んでい
る構成のメータを動作させる方法において、 最終使用者が所定量の有効エネルギーを消費する度毎
に、該所定量の有効エネルギーを表すパルスを前記計量
手段から出力して、前記処理手段に供給するステップ
と、 前記処理手段で前記各有効エネルギーパルスを受け取る
度毎に、前記処理手段を制御して、[2P+1]レジス
タ手段の値をRレジスタ手段に加算するステップ、Pレ
ジスタ手段を1だけ増数するステップ、および[2P+
1]レジスタ手段を2だけ増数するステップを実施させ
るステップと、 最終使用者が所定量の無効エネルギーを消費する度毎
に、該所定量の無効エネルギーを表すパルスを前記計量
手段から出力して、前記処理手段に供給するステップ
と、 前記処理手段で前記各無効エネルギーパルスを受け取る
度毎に、前記処理手段を制御して、[2Q+1]レジス
タの値をRレジスタ手段に加算するステップ、Qレジス
タを1だけ増数するステップ、および[2Q+1]レジ
スタ手段を2だけ増数するステップ、を実施させるステ
ップと、 前記処理手段内において、前記のレジスタ手段に記憶さ
れている値から皮相電力の測定値を作成するステップで
あって、Rレジスタ手段の値から[2S+1]レジスタ
手段の値を減算し、この減算の結果が正の数であれば、
Rレジスタ手段を[2S+1]だけ減数するステップ、
Sレジスタ手段を1だけ増数するステップ、および[2
S+1]レジスタ手段を2だけ増数するステップを含ん
でいる、当該皮相電力の測定値を作成するステップと、 を有しているメータ動作方法。 - 【請求項26】 P、Q、RおよびSレジスタ手段が零
に初期設定され、[2P+1]、[2Q+1]および
[2S+1]レジスタ手段が+1に初期設定される請求
項25記載のメータ動作方法。 - 【請求項27】 Sレジスタ手段の値が所定の値に達し
たとき、前記のそれぞれレジスタ手段の値を記憶し、次
いで、P、Q、R、S、[2P+1]、[2Q+1]お
よび[2S+1]レジスタ手段をリセットする請求項2
5記載のメータ動作方法。 - 【請求項28】 さらに2Rおよび[4S+1]に等し
い値を記憶するレジスタ手段を設け、前記のP、Q、
R、S、[2P+1]、[2Q+1]および[2S+
1]レジスタ手段をリセットする時に、2Rの現在値を
2Rレジスタ手段に加え、2Rレジスタ手段に記憶され
ている合計値から[4S+1]を減算し、この減算の結
果が正の数であれば、Sレジスタ手段を1だけ増数する
ステップを含んでいる請求項27記載のメータ動作方
法。 - 【請求項29】 さらに、そこに記憶した式[(S2+
R)1/2−S]のためのSおよびRの値を持つルックア
ップ・テーブル手段を設け、前記のレジスタ手段をリセ
ットする時に、Rの現在値を使用して、ルックアップ・
テーブル手段内に記憶されているSに対する関連する小
数部を突き止め、Sレジスタ手段を増数すべきか否か決
定するために該小数部を予め指定したレジスタ手段に記
憶させる請求項27記載のメータ動作方法。 - 【請求項30】 少なくとも2つのレジスタ手段に記憶
された値から力率を決定するステップをさらに含んでい
る請求項25記載のメータ動作方法。 - 【請求項31】 エネルギーを供給する配電系統に結合
された最終使用者によって消費された皮相エネルギーを
決定するための装置であって、 最終使用者と配電系統との間を結合する計量手段であっ
て、 最終使用者によって配電系統から所定量の有効お
よび無効エネルギーがそれぞれ消費される度毎に、最終
使用者によって消費された所定量の有効エネルギーを表
す有効エネルギーパルス、および最終使用者によって消
費された所定量の無効エネルギーを表す無効エネルギー
パルスを発生する計量手段と、 前記計量手段に結合されて、前記計量手段から有効エネ
ルギーパルスおよび無効エネルギーパルスを受け取る処
理手段であって、P=有効エネルギー、Q=無効エネル
ギー、S=皮相エネルギーおよびR=剰余として、P、
[2P+1]、Q、[2Q+1]、R、Sおよび[2S
+1]の値をそれぞれ記憶するレジスタ手段を含んでい
る処理手段とを有し、 前記処理手段は、(1)前記計量手段から有効エネルギ
ーパルスを受け取ったとき、[2P+1]レジスタ手段
の値をRレジスタ手段に加算するステップ、Pレジスタ
手段を1だけ増数するステップ、および[2P+1]レ
ジスタ手段を2だけ増数するステップを実施し、また、
(2)前記計量手段から無効エネルギーパルスを受け取
ったとき、[2Q+1]レジスタの値をRレジスタ手段
に加算するステップ、Qレジスタを1だけ増数するステ
ップ、および[2Q+1]レジスタ手段を2だけ増数す
るステップを実施し、さらに、(3)前記のレジスタ手
段に記憶されている値から皮相電力の測定値を作成する
ステップであって、Rレジスタ手段の値から[2S+
1]レジスタ手段の値を減算し、この減算の結果が正の
数であれば、Rレジスタ手段を[2S+1]だけ減数す
るステップ、Sレジスタ手段を1だけ増数するステッ
プ、および[2S+1]レジスタ手段を2だけ増数する
ステップを含んでいる、当該皮相電力の測定値を作成す
るステップを実施するように制御される、皮相エネルギ
ー決定装置。 - 【請求項32】 P、Q、RおよびSレジスタ手段が零
に初期設定され、[2P+1]、[2Q+1]および
[2S+1]レジスタ手段が+1に初期設定される請求
項31記載の装置。 - 【請求項33】 前記のそれぞれレジスタ手段をリセッ
トするときに、Sレジスタ手段を1だけ増数すべきか否
か決定する手段をさらに含んでいる請求項31記載の装
置。 - 【請求項34】 力率を決定する手段をさらに含んでい
る請求項31記載の装置。
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