JP7146958B2

JP7146958B2 - 電気メータの停電時間検出システム及び方法

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Description

本開示は、概略電気メータに関し、特に、電気メータが監視する電力線における電力遮断の時間の長さを測定することができる電気メータに関する。

電力計は、負荷に供給されるエネルギのアスペクトを測定及び／又は計測するデバイスである。負荷は、住宅、事業所、あるいはより大きな配電システムの一部であってもよい。一般的に利用可能なメータには、電気機械式メータと電子式メータがある。電気機械式メータは、負荷に流れる電気によって誘導される電場及び磁場に応じて回転する回転ディスクを採用している。当技術分野で知られているように、ディスクの回転速度は、負荷に供給される電気の量の関数である。機械的カウンタは、負荷によって消費されるエネルギを示す、ディスク回転数を蓄積する。いくつかのケースでは、電気機械式メータは、回転ディスクによって提供される消費情報を用いて更なる操作を実施するための処理回路を採用することができる。

電子メータは、通常、回転ディスク及び機械的カウンタの代わりに処理回路を採用している。このようなメータでは、メータ内のセンサが負荷に供給される電圧と電流を検出する。メータ内の回路は、感知した電圧と電流をデジタル値に変換する。その後、処理回路は、デジタル信号処理を使用して、デジタル値から消費エネルギなどを計算する。電子メータは、計算、追跡、保存することができるエネルギ消費情報の種類に、より大きい柔軟性を提供する。

稼働中、電気メータが監視する電線は、電力網で発生する停電のために電力供給の中断を経験することがある。多くの場合、電力会社は、電力網の異なる部分が電力供給の中断を経験する時間の平均量についての集計情報を提供することを要求される。この測定は、月単位又は年単位のような、所定の時間スパンの間に電力網が電力損失を経験する時間の平均量を指すことができるが、もちろん、多くの例では、電力網の一部だけが一度に中断を経験することになる。このような測定の一例として、システム平均中断期間指数（ＳＡＩＤＩ）があり、これは数学的に次のように表される。

ここで、Ｎ_ｉは特定の場所ｉにおける顧客の総数、Ｕ_ｉはその場所ｉにおける電力遮断の継続時間の合計、Ｎ_Ｔは顧客の場所の総数である。ＳＡＩＤＩ測定は、一般に、複数の場所及び顧客に電力を供給する電力網の電力遮断の平均継続時間を提供するように、１年間の期間に亘って計算される。

いくつかの既存の電気システムでは、電力供給の中断は集中システムから監視されているが、そのような監視は大規模な停電を効果的に識別できるが、その監視プロセスは、より短い継続時間を有するより小規模な停電を正確に識別できない場合がある。そのため、電力消費量を監視するシステムを改善し、停電期間の計測精度を向上させることが有益である。

一つの実施形態では、電力遮断を特定する方法が提示される。方法は、外部監視システムを使用して、電気メータが所定の監視期間中に交流電力信号に記録する、累積周波数測定及びゼロクロス事象の累積数のうちの、少なくとも一つを含む、電気メータからの負荷プロファイルを受信する工程と、及び、前記外部監視システム内のプロセッサを用いて、前記負荷プロファイル内の前記累積周波数測定値の、所定の累積周波数値からの偏差、又は、前記負荷プロファイル内のゼロクロス事象の前記累積数の、前記所定の監視期間中のゼロクロス事象の所定の数からの偏差の、少なくとも一つに基づいて、前記所定の監視期間中の少なくとも一つの電力遮断の継続時間の合計を特定する工程とを含む。

別の実施形態では、電力遮断を特定するために電気メータを操作する方法が提示される。方法は、前記電気メータに接続さする電力線における第１の電力遮断に応答して、前記電気メータ内の少なくとも一つのコンポーネントを、前記電気メータ内のバッテリで、動作させる工程と、前記電気メータ内の制御デバイスを用いて、第１の電力遮断の後に、前記電気メータ内のバッテリで動作している間の、タイムオンバッテリの継続時間に基づいて、前記第１の電力遮断の継続時間を特定する工程と、及び、前記電気メータ内の出力デバイスを用いて、前記第１の電力遮断の継続時間を含む電力遮断の継続時間の合計を含むメッセージを、外部監視システムに伝送する工程とを含む。

別の実施形態では、電力遮断を監視するシステムが提示される。前記システムは電気メータを含む。前記電気メータは、電圧センサと、出力デバイスと、及び、前記電圧センサ及び前記出力デバイスに操作可能に接続する制御デバイスとを含む。前記制御デバイスは、前記電圧センサを使用して、前記電気メータに接続する電力線の交流電力信号を監視し、所定の監視期間中の前記交流電力信号の累積周波数測定値、又は、前記所定の監視期間中の前記交流電力信号のゼロクロス事象の累積数のうちの、少なくとも一つを特定し、外部監視システムが、前記所定の監視期間中に発生する前記交流電力信号の少なくとも一つの電力遮断の継続時間の合計を特定することを可能にするために、前記出力デバイスを用いて、前記累積周波数測定値及びゼロクロス事象の前記累積数のうちの、少なくとも一つを含む負荷プロファイルを、前記外部監視システムに伝送するように構成されている。

電力遮断の継続時間を測定するためのシステム及び方法の、前述の形態及び他の特徴は、添付の図面と関連して、以下の記載にて説明される。

図１は、電力遮断を測定するように構成された電気メータの概略図である。図２は、電力遮断の継続時間を測定するように電気メータ１００が実行するプロセスのブロック図である。図３は、電力遮断の継続時間を測定するように電気メータ１００が実行する別のプロセスのブロック図である。図４は、図１の電気メータが停電中に監視する交流（ＡＣ）電力信号の電圧波形を描いた図である。

本明細書に開示されたデバイスのための環境の一般的な理解、及びデバイスの詳細については、図面を参照されたい。図面では、同様の参照数字は、同様の要素を示す。

本明細書で使用されるように、「計量回路」という用語は、電力源と電力を受け取る負荷との間の電力線にインラインで接続された電気メータの端子間を流れるエネルギに基づいて、一つ以上の電力及び／又は電気エネルギ消費値を検出し、測定し、決定する、任意の好適な回路を指す。一つの一般的な構成では、電力網又は他の発電源が一組の端子に接続され、電力を受ける負荷が他の一組の端子に接続されている。電力線の電力は、電気メータを通って流れ、計量回路は、電圧及び電流を含むが必ずしもこれらに限定されない、電気信号の様々な形態を測定する。

本明細書で使用されるように、「停電」及び「電力遮断」という用語は互換的に使用され、電気メータに接続されている一つ以上の電力線を通じた電力の正常な供給が一時的に停止する事象を指す。停電及び遮断事象は、全ての電力が電力線を通って流れるのを停止する、又は、電力のレベルが負荷及び電気メータの正常な動作を妨げるレベルまで低下する、「ブラックアウト」とも呼ばれている。

図１は、電気メータ１００に接続されている一つ以上の電力線を介した電力供給の電力遮断の継続時間を測定し、ネットワーク１７５を介して外部監視システム１０００に負荷プロファイルデータを送信するように、構成されている電気メータ１００を示す。電気メータ１００は、メータベース１２０及び計量回路１５０を含み、これらは、電気メータのハウジングによって支持され、かつ少なくとも部分的に電気メータのハウジング内に収容されている。

メータベース１２０は、夫々、導体１２６Ａ、１２６Ａによって電気的に一緒に接続された２対の端子１２４Ａ／１２８Ａ、１２４Ｂ／１２８Ｂを含む。メータベース１２０において、端子１２４Ａ、１２４Ｂ、１２８Ａ、１２８Ｂの各々は、電力線に接続されているソケットと係合するように電気メータのハウジングから延びる、しばしば「ブレード」又は「スタブ」と呼ばれる、導電性部材から形成されている（ソケット及び電力線は図示せず）。端子の対１２４Ａ／１２８Ａ及び１２４Ｂ／１２８Ｂの各々は、エネルギ源から負荷に電力線を通過する電力の全てが、端子の対１２４Ａ／１２８Ａ及び１２４Ｂ／１２８Ｂを通過して負荷に至る電力線の導体とインラインで接続するように構成されている。端子の対１２４Ａ／１２８Ａ及び１２４Ｂ／１２８Ｂ、並びに電気導体１２６Ａ及び１２６Ｂは、電気メータ１００がソケットに接続されたときに、実質的に発電源と負荷との間で接続された電力線の一部となる。図１は、２つの導体を含む（、及び、図面に示されていない中性の導体を含むことが多い、）電力線とインラインで接続されるように構成された、２つの導体を有する２つの対の端子を図示しているが、別途の実施形態では、オプションとして、単一の導体のための一つの対の端子のみ、又は追加の導体を有する追加の対の端子を含み、三相電力線のような、２つ以上の導体を含む電力線の監視を可能にしている。

メータベース１２０は、夫々、電気導体１２６Ａ、１２６Ｂに誘導的に結合された誘導コイル１３２Ａ、１３２Ｂを含む。以下で更に詳細に説明するように、誘導コイル１３２Ａ、１３２Ｂは、計量回路１５０内の電流センサ１５４Ａ、１５４Ｂに電気的に接続されている。電気導体１２６Ａ、１２６Ｂ内の交流（ＡＣ）電力信号は、計量回路１５０が電力線内の電流レベルを監視するのに使用する誘導コイル１３２Ａ、１３２Ｂに夫々電流を誘導する。幾つかの実施形態では、誘導コイル１３２Ａ及び１３２Ｂは、第２のセットのコイルが電流測定信号を生成する電流変圧器の、一つのセットのコイルを形成するので、誘導コイル１３２Ａ及び１３２Ｂは、「コイル変圧器」とも呼ばれる。図１は、例示の目的で、コイル１３２Ａ／１３２Ｂ及び電流センサ１５４Ａ／１５４Ｂを描いているが、他の実施形態では、当該技術分野で別途知られている異なる電流検出装置を採用してもよい。

計量回路１５０を参照すると、電流センサ１５４Ａ／１５４Ｂ、及び電圧センサ１５８が含まれる。計量回路１５０は、アナログ／デジタル変換器１６８、デジタル制御デバイス１８０、ネットワーク通信デバイス１８４、及びインメータ制御インタフェース１８８を更に含む。計量回路１５０は、電源１９６に接続された端子の対１２４Ａ／１２８Ａ及び１２４Ｂ／１２８Ｂを介して、電力線から動作のための電力を受け取る（明確化のために、接続は省略されている）。電源１９６は、例えば、端子で受信した交流電力から直流（ＤＣ）の電気出力電力を生成して電気メータ１００のコンポーネントに電気的に供給するスイッチドキャパシタ電源又は他の適当な変換回路である。電源１９６は、電気メータ１００の動作中に電力を必要とする計量回路１５０及びメータベース１２０のコンポーネントに電力を供給する。電源１９６は、電気メータ１００に接続されている電力線を通る通常のＡＣ電圧及び電流に対する電力遮断の間、制御デバイス１８０を動作させるための電力を供給するバッテリ１９８を更に含む。他の実施形態では、電気メータ１００内のキャパシタ又は他のエネルギ貯蔵デバイスは、電力遮断の間、制御デバイス１８０、及び、電気メータ１００内の任意の他のコンポーネントに電力を供給する。

計量回路１５０において、電流センサ１５４Ａ／１５４Ｂは、それぞれ、誘導コイル１３２Ａ及び１３２Ｂのうちの一つに接続されており、電流センサが、夫々、導体１２６Ａ及び１２６Ｂ内の電流のレベルを監視することを可能にする。一つの実施形態では、電流センサ１５４Ａ、１５４Ｂは夫々、コイルトランスフォーマ配置において対応する誘導コイル１３２Ａ又は１３２Ｂに結合される第２のセットのコイルを含む。電流センサ１５４Ａ及び１５４Ｂのコイルは、電気導体１２６Ａ及び１２６Ｂの電流レベルに対応する電流を生成するが、但し、効率的な方法で電流を測定することを可能にするために大幅に減少した振幅であり、且つ、電流センサが、電気導体１２６Ａ及び１２６Ｂの遥かに高い電流レベルからのガルバニック絶縁を有する状態ではある。電流センサ１５４Ａ及び１５４Ｂは、制御デバイス１８０にデジタル電流レベル信号として提供されるように、ＡＤＣ１６８に供給されるアナログ電流測定信号を生成するが、但し、アナログ電気メータでは、アナログ制御回路がアナログ電流測定信号を直接受信し得る。

計量回路１５０において、電圧センサ１５８は、電気導体１２６Ａ及び１２６Ｂの両方に接続されている。電圧センサ１５８は、電力線を介して負荷に供給される電圧の代表的な波形を有するアナログ電圧測定信号を生成するように構成されている。電圧センサ１５８の出力は、制御デバイス１８０が電圧センサ１５８から、測定された電圧レベルのデジタル化表現を受信することを可能にするように、ＡＤＣ１６８に接続される。一つの実施形態では、電圧センサ１５８は、測定された電圧波形を、ＡＤＣ１６８に適した大きさに持ってくるための分圧回路を含む。電圧センサ１５８は、代替的に他の既知の形態をとってもよい。

電気メータ１００において、制御デバイス１８０は、例えば、一つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などを含む、デジタルロジックデバイスである。図１の実施形態では、制御デバイス１８０はまた、リアルタイムクロック（ＲＴＣ）１９０及びメモリ１９２を含むか、又は、動作上接続されている。ＲＴＣ１９０は、電気メータ１００が電流センサ１５４Ａ／１５４Ｂ及び電圧センサ１５８からの入力センサデータのサンプルを記録する時間を追跡する。以下に説明するように、制御デバイス１８０はまた、ＲＴＣ１９０を使用して、幾つかの実施形態では電力遮断の継続時間に対応する、「バッテリ上の時間」事象の継続時間を測定する。メモリ１９２は、制御デバイス１８０が電気メータ１００の他のコンポーネントと連携して電気メータ１００を動作させるように実行する、プログラムされたソフトウェア又はファームウェア命令を記憶する、一つ以上のメモリデバイスを含む。メモリ１９２はまた、電気メータが所定の監視期間中に生成する「負荷プロファイル」レコードを記憶するが、これは、他の実施形態ではより長い又はより短い監視期間を使用することもあるが、典型的には、１分から１時間のオーダの継続時間である。負荷プロファイルは、典型的には、例えば、電力線に接続されている負荷の累積エネルギ消費量の測定、交流電力信号の電圧における周波数測定値の累積、ＡＣ電力信号の電圧におけるゼロクロス事象の累積、及び、電気メータ１００が記録し、集中監視システムに報告する他の情報を含む、「チャネル」と呼ばれる、負荷プロファイル内の複数のデータフィールドを含む。幾つかの実施形態では、電気メータ１００が監視期間中に電力遮断を経験した場合、電気メータ１００は、監視が、予め定められた監視期間の全体のためではなく、部分的な監視期間のためにのみ発生したことを示す値を、負荷プロファイルに設定する。メモリ１９２は、ＮＡＮＤ又はＮＯＲメモリデバイス又は他の適切なソリッドステートメモリのような、少なくとも一つの不揮発性メモリデバイスを使用して実装され、幾つかの実施形態では、メモリ１９２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のような揮発性メモリデバイスを含む。本明細書に記載された特定の機能に加えて、制御回路１８０はまた、電気メータの動作に一般的に関連する計量ルーチン、表示ルーチン、通信ルーチンを実行する。図１に描かれているように、制御デバイス１８０は、ＡＤＣ１６８を介して直接又は間接的に、電流センサ１５４Ａ及び１５４Ｂ、並びに電圧センサ１５８からの入力データを受信する。

計量回路１５０において、制御デバイス１８０は、電流センサ１５４Ａ／１５４Ｂ及び電圧センサ１５８からの入力データを受信するために接続されていることに加えて、ネットワーク通信デバイス１８４及びインメータインタフェース１８８に操作上接続されている。なお、ネットワーク通信デバイス１８４及びインメータインタフェースは、いずれも出力デバイスの一例である。ネットワーク通信デバイス１８４は、例えば、電話網に結合するアナログモデム又はデジタル加入者回線（ＤＳＬ）デバイス、有線網を介してデータを伝送するイーサネットトランシーバ、ＲＳ-２３２又はユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などのローカルシリアルバス出力、又は、外部監視システム１０００に計測データを伝送する無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（ＷＷＡＮ）トランシーバのいずれか又は両方である。計量回路１５０において、インメータインタフェース１８８は、消費電力及び電力遮断データを取得するための、電気メータの手動読取及び手動検査を可能にする、視覚的、及び、場合によっては可聴の、出力デバイスを提供する。インメータインタフェースの例としては、機械的ゲージ、表示灯、ＬＣＤ又はＬＥＤ表示画面、警報ベル又はスピーカなどが、挙げられる。インメータインタフェースは、オプションとして、電気メータに物理的に存在している間に、オペレータが制御デバイス１８０にコマンドを送信することを可能にする制御入力を含む。計量回路１５０は、ネットワーク通信デバイス１８４とインメータインタフェース１８８の両方を含むが、電力遮断の継続時間を測定する電気メータの幾つかの実施形態では、ネットワーク通信デバイス１８４、又は、インメータインタフェース１８８のみを含み、両方の要素を含まない。例えば、幾つかの電気メータは、データネットワークを介してリモートシステムと通信する必要がなく、インメータインタフェース１８８のみを含み、他の電気メータは、メータデータを伝送するためにネットワーク通信デバイス１８４のみに依存し、インメータインタフェース１８８を含まない。

図１において、外部監視システム１０００は、メモリ１００８とネットワーク通信デバイス１０１２とに操作上接続されたプロセッサ１００４を含む。外部監視システム１００００において、プロセッサ１００４は、ネットワーク１７５を介して電気メータ１００内の対応するネットワーク通信デバイス１８４と通信するために、ネットワーク通信デバイス１０１２を使用して外部監視システム１０００が受信する、負荷プロファイル情報を処理するように構成された、中央処理装置（ＣＰＵ）又は他の適切なデジタル論理装置である。メモリ１００８は、プロセッサ１００４のためのプログラムされた命令、電気メータ１００から受信した負荷プロファイルデータを記憶し、一連の所定の監視期間に亘って電気メータ１００内で発生する可能性のある電力遮断の累積継続時間の記録を記憶する。図１には更に詳細には描かれていないが、幾つかの構成では、外部監視システム１０００は、電気メータ１００と同じ又は類似の構成を有する複数の電気メータから、負荷プロファイルデータを受信して処理する。

様々な構成において、外部監視システム１０００は、例えば、電気メータ１００を、幾つかの実施形態では、図１に明示的に示されていない他の電気メータを、監視するヘッドエンドユニットを含む。電力会社、サイトオーナ、又は他のエンティティは、電気メータ１００内の電力遮断を監視するべく外部監視システム１０００を操作し、ＳＡＩＤＩを計算して電力遮断を監視する。特に、外部監視システム１０００は、累積周波数測定及び累積ゼロクロス測定のいずれか又は両方のためのチャネルを含む、負荷プロファイルを電気メータ１００から周期的に受信する。外部監視システム１０００は、累積周波数測定及び累積ゼロクロスチャネルに基づいて、所定の監視期間中に発生する可能性のある一つ以上の電力遮断の継続時間を判定する。更に、幾つかの構成では、外部監視システム１０００は、ネットワーク通信デバイス１８４を介して、電気メータ１００内の制御デバイス１８０にコマンドメッセージを伝送する。

動作中、電気メータ１００は、累積周波数カウント及び累積ゼロクロスカウントのいずれか又は両方を特定するチャネルを含む負荷プロファイルデータを、ネットワーク１７５を介して外部監視システム１０００に伝送する。以下でより詳細に説明するように、外部監視システム１０００は、ＳＡＩＤＩを測定して、電力分配システムにおける他の監視動作を実行するために、電力遮断の継続時間の詳細な追跡を可能にするべく、電気メータ１００が一つ以上の所定の監視期間中に経験する電力遮断の継続時間を特定し、ＳＡＩＤＩを測定して、電力分配システムにおける他の監視動作を実行する。電気メータ内の制御デバイス１８０は、任意に、電力遮断の継続時間を測定し、所定の監視期間（例えば、１５分間の期間）の間に発生する任意の電力遮断の継続時間の合計の記録を記憶する。制御デバイス１８０はまた、１時間、１日、１週間、１ヶ月、又は１年の間に発生した電力遮断の総継続時間などの、一つ以上の監視期間に亘って発生した電力遮断の総継続時間のレポートを生成し、ネットワーク通信デバイス１８４を用いて監視サービスに送信する。電力遮断の期間を追跡するための電気メータ１００の動作は、以下でさらに詳細に説明される。

図２は、電力遮断の継続時間を測定し、記録し、報告するための電気メータの動作のプロセス２００を示している。以下の説明において、機能又は動作を実行するプロセス２００への言及は、メータ内の制御デバイス、外部監視システム内のプロセッサ、又はそれらの組み合わせなどの、デジタル処理デバイスの動作を指し、電気メータ内の他のコンポーネントと関連して機能又は動作を実施する格納されたプログラム命令を実行することを指す。プロセス２００は、図１の電気メータ１００及び図４のグラフと関連して、以下に更に詳細に説明される。

プロセス２００の間、制御デバイス１８０は、電圧センサ１５８を用いて電力線から供給される交流電力信号の電圧を監視し、予め定められた監視期間の間、周波数測定の累積値、ゼロクロス事象の総数の累積値、又はその両方の測定値を、記録する（ブロック２０４）。電気メータ１００において、交流電力信号の電圧は、電力線から供給され、所定の監視期間中に電気メータ１００の端子の対１２４Ａ／１２８と１２４Ｂ／１２８Ｂとの間を、通過する。一つの実施形態では、ＡＤＣ１６８は、ＡＣ正弦波信号の予想される周波数（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を超えるサンプリング周波数で、電圧センサ１５８から電圧値のデジタルサンプルを生成して、制御デバイス１８０が、ＡＣ正弦波信号の各周期の電圧波形における正負のピーク及びゼロクロス事象などの特徴を特定することを可能にする。ある特定の例では、ＡＤＣ１６８は、例えば１ＫＨｚ～２０ＫＨｚの範囲のレートでデジタル電圧サンプルを生成して、正弦波ＡＣ電源信号の各サイクルにおける複数のサンプルを収集する。上述したように、所定の監視期間は、任意の適切な長さの時間、例えば、図２の例示的な実施形態で使用される１５分間の期間であり、これにより、電気メータ１００は、測定されたＡＣ信号周波数の平均値又はＡＣ電力信号内のゼロクロスの合計数を、生成することが可能になる。

一つの実施形態では、制御デバイス１８０は、交流電力信号の電圧波形における連続した正のピーク又は負のピークの間の時間差Ｔを特定して、交流電力信号の周波数を測定する。各ピークは、交流電力信号の電圧に対するＡＤＣからのデータの一連のサンプルが最大絶対値（正又は負）に達し、ゼロに戻り始めるときに発生し、制御デバイス１８０は、データサンプル間を任意に補間して、より正確に各ピークの時間を特定する。制御デバイス１８０は、各サイクルの周波数をＧ－１として特定し、信号の測定される周波数を、所定の監視期間に亘って測定される複数のサイクルの平均値とする。電気メータ１００は、所定の監視期間中に負荷プロファイルの一部として交流電力信号の累積周波数測定の記録を生成し、周波数測定情報を、電気メータ１００によって収集される追加データも含む負荷プロファイルの一つのチャネルとして、一定の間隔で外部監視システムに報告する。

図４は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚなどの、所定の周波数における正弦波交流電力信号の予想周波数に対応する時間期間４３２、４３６、及び４５２を有する、例示の交流電力信号の電気電圧レベルの経時的なグラフ４００を示す。別の構成では、電気メータ１００は、交流電力信号の各周期におけるトラフ（負のピーク）間の時間に基づいて、同じ期間を測定する。大規模な電力網における交流電力信号の周波数は、一般に安定しており、通常の動作中には、交流信号の電圧レベルよりもはるかに小さい変動を経験するに過ぎない。動作中、制御デバイス１８０は、交流電力信号の周波数を所定のレート（例えば、一つの実施形態では毎秒４回の測定）で測定し、各所定の監視期間中にメモリ１９２に記憶されている負荷プロファイルの周波数チャネルに、すべての周波数測定値の累積を記憶する。図４はまた、追加のピークが存在しない交流電力信号の電力遮断４４４を描いている。制御デバイス１８０は、電力遮断４４４の間、周波数測定値を記録せず、殆どの実施形態では、電力遮断４４４の間は作動しない。電気メータ１００は電力遮断後に再起動する。所定の監視期間中のすべての周波数測定値の累積値の合計は電力遮断のために予想よりも低いが、制御デバイス１８０は、追加の周波数測定値を記録し続ける。図４は単一の遮断４４４を描いているが、幾つかの状況では、電気メータ１００は単一の監視期間中に複数の電力遮断を経験するのであり、本明細書に記載の実施形態は、一つ以上の電力遮断の累積継続時間を特定することができる。

別の構成では、制御デバイス１８０は、ＡＣ電源信号内で発生するゼロクロス事象の累積数のカウントを記録する。図４に描かれているように、ゼロクロス事象は、交流電力信号の電圧が正電圧から負電圧に、又は負電圧から正電圧に、遷移するときに発生し、制御デバイス１８０は、より正確に各ゼロクロスの時間を特定するために、データサンプル間を任意に補間する。この構成では、電気メータ１００は、所定の監視期間中に負荷プロファイルの一部として交流電力信号の測定されたゼロクロス事象の記録を生成し、累積したゼロクロス事象の測定情報を、電気メータ１００によって収集される追加のデータも含む負荷プロファイルの一つのチャネルとして、一定の間隔で外部監視システムに報告する。

図４は、交流電力信号の様々なサイクルの間に発生するゼロクロス４０４Ａ／４０４Ｂ、４０８Ａ／４０８Ｂ、４１２Ａ／４１２Ｂ、及び４１６Ａ／４１６Ｂを描いており、ここで、交流電力信号の各サイクルは、２つのゼロクロスを含む。制御デバイス１８０は、制御デバイス１８０がＡＤＣ１６８から受信するデジタルセンサデータサンプル内の、測定された電圧値の正の値から負の値への遷移、又は負の値から正の値への遷移に基づいて、各ゼロクロス事象を特定する。制御デバイス１８０は、各所定の監視期間中に発生する測定されたゼロクロス事象の総数の累積値を記録する。図４に描かれているように、電力遮断期間４４４の間、ＡＣ信号はゼロクロスを生成せず、制御デバイス１８０は、典型的には電力遮断４４４の間に非アクティブ化され、電力遮断中にゼロクロス事象を記録しない。所定の監視期間の間、制御デバイス１８０は、電力遮断が発生したときに、交流電力信号の所定の周波数に基づく所定の期待値と比較して、減少したゼロクロスの数を記録する。

再び図２を参照すると、プロセス２００は続いて、電気メータ１００が、累積周波数及びゼロクロスカウントチャネルのいずれか又は両方を含む、記録された負荷プロファイルを、予め定められた監視期間のうちの一つ以上の間に、電力遮断の継続時間を、もしあれば、特定する外部監視システムに送信する（ブロック２０８）。電気メータ１００は、ブロック２０４の処理を参照して上述したように、後続の監視期間中に監視を継続する。プロセス２００の幾つかの実施形態では、外部監視システム１０００は、負荷プロファイル内の累積周波数チャネル及び累積ゼロクロスカウントチャネルのうちの１つ又は両方に基づいて、電気メータ１００が経験する任意の電力遮断の期間を特定する（ブロック２１０）。

一つの実施形態では、外部監視システム１０００は、電気メータ１００から受信した負荷プロファイルデータ中の累積周波数チャネルに基づいて、所定の監視期間のうちの少なくとも一つの間に発生する電力遮断の継続時間を特定する。例えば、交流電力信号の公称周波数が６０Ｈｚであり、電気メータ１００が１５分（９００秒）の所定の監視期間に亘って毎秒４回の周波数測定値を記録するように構成されている場合、負荷プロファイルデータ中の累積周波数チャネルは、２１６，０００（（４）（６０Ｈｚ）（９００秒）＝２１６，０００）の予想される所定の累積周波数値を有している。記録された累積周波数測定値が予め定められた累積周波数値から逸脱している場合、外部監視システム１０００のプロセッサ１００４は、逸脱の大きさに基づいて電力遮断の継続時間を計算する。例えば、電気メータ１００において生成される負荷プロファイルの周波数チャネルが２１３，１２０の値を生じる場合、外部システムは、電気メータ１００が１２秒ＩＤ＝（９００秒－（２１３１２０／２１６０００）（９００秒）＝１２秒）の合計継続時間ＩＤを有する一つ以上の電力遮断を記録したことを特定する。繰り返しになるが、電力遮断の合計継続時間ＩＤは、予め定められた監視期間の長さと同様に、累積周波数測定値を予め定められた累積周波数値で割った比率に基づいている。幾つかの構成では、外部監視システム１０００のプロセッサ１００４は、負荷プロファイルの部分的監視期間フラグをセットした場合に、電力遮断の継続時間を計算するに過ぎないが、このことは、電気メータ１００が所定の監視期間中に少なくとも一つの停電の事象を検出したことを示すものである。この構成では、外部監視システムは、電気メータ１００の通常の動作中に発生する可能性のある累積周波数カウントの小さい偏差を無視する。

別の構成では、外部監視システム１０００は、電気メータ１００から受信した負荷プロファイルデータ中の累積ゼロクロスカウントに基づいて、予め定められた監視期間のうちの少なくとも一つの間に発生する電力遮断の継続時間を特定する。上述のように、ゼロクロスチャネルは、電気メータ１００が所定の監視期間中に検出するゼロクロス事象の累積数のデータパラメータを含む。外部監視システム１０００のプロセッサ１００４は、予め定められた監視期間中に発生すると予想される予想上のゼロクロス事象の予め定められた公称数からの、負荷プロファイルに記録されたゼロクロス事象の全体数の、偏差に基づいて、監視期間中に発生する一つ以上の電力遮断の全体継続時間を特定する。例えば、６０Ｈｚの周波数の交流電力信号と９００秒の継続時間を有する監視期間が与えられると、予め定められた監視期間中に発生すると予想されるゼロクロス事象の予め定められた数の公称値Ｚｎｏｍは、Ｚｎｏｍ＝２（６０Ｈｚ）（９００秒）＝１０，８００ｚｃであり、ここで、Ｚｃは「ゼロクロス」を表す。プロセッサ１００４がゼロクロスチャネルのための所定の監視期間中にＺcounted＝１０，６５６を測定する場合、外部監視システム１０００のプロセッサ１００４は、ゼロクロスの測定された累積値が、ＩＤ＝９００秒－（１０，６５６ｚｃ／１０，８００ｚｃ）（９００秒）＝１２秒である、合計継続時間ＩＤを伴う、一つ以上の電力遮断に対応していることを特定する。繰り返しになるが、電力遮断の合計継続時間ＩＤは、カウントされたゼロクロス事象をゼロクロス事象の予め定められた数で割った割合と、予め定められた監視期間の長さとに、基づいている。負荷プロファイルのゼロクロスチャネルにおける測定されたゼロクロス事象の数が、予め定められた監視期間中に発生すると予想されるゼロクロス事象の予め定められた公称数からのより大きい偏差を経験するにつれて、電力遮断の継続時間は増加する。幾つかの構成では、外部監視システム１０００のプロセッサ１００４は、負荷プロファイルの部分的監視期間フラグをセットした場合に、電力遮断の継続時間を計算するに過ぎないが、このことは、電気メータ１００が所定の監視期間中に少なくとも一つの停電の事象を検出したことを示す。この構成では、外部監視システムは、電気メータ１００の通常の動作中に発生する可能性のある累積ゼロクロスカウントの小さい偏差を無視する。

別の構成では、電気メータ１００内の制御デバイス１８０は、負荷プロファイル内の累積周波数カウントチャネル及びゼロクロスチャネルのいずれか又は両方に基づいて、各所定の監視期間中の電力遮断の合計継続時間を特定する（ブロック２１２）。この実施形態では、制御デバイス１８０は、外部監視システム１０００について上述したのと同様の方法で電力遮断の合計継続時間を特定し、制御デバイス１８０は、電力遮断の合計継続時間をメモリ１９０２に記憶する。幾つかの実施形態では、制御デバイス１８０は、各所定の監視期間中に発生する電力遮断の合計継続時間を示す別個のチャネルを含む負荷プロファイルデータを生成し、負荷プロファイルの一部として外部監視システム１０００に電力遮断データを伝送する。更に、制御デバイス１８０は、所定の監視期間中に発生した電力遮断の総継続時間の合計値を、それより前の一つ以上の監視期間のためにメモリ１９２に記憶した合計値に加算したものなど、一連の監視期間に亘って発生した全ての電力遮断についての合計値を、記憶することができる。外部監視システム１０００は、時間、日、月、週、年などの、より長い期間をカバーするＳＡＩＤＩ又は他の電力遮断監視計算を計算するためのプロセスの一部として、電力遮断の総継続時間を電気メータ１００から要求することができ、制御デバイス１８０は、外部監視システム１０００にデータを報告した後に、電力遮断の総継続時間の合計をリセットすることができる。幾つかの構成では、外部監視システム１０００と電気メータ１００の両方が、上述したように、電力遮断の総継続時間を特定する。

図３は、電力遮断の継続時間を測定し、記録し、報告する、電気メータの動作のためのプロセス３００を描いている。以下の説明において、機能又は動作を実施するプロセス３００への言及は、電気メータの他のコンポーネントと関連して機能又は動作を実施するべく、記憶されたプログラム命令を実行する制御デバイスの動作を指す。プロセス３００は、図１の電気メータ１００と関連して以下に更に詳細に説明される。

プロセス３００の間、外部監視システム１０００のプロセッサ１００４、又は電気メータ１００の制御デバイス１８０は、「タイムオンバッテリ」事象の継続時間に基づいて電力遮断の継続時間を測定する（ブロック３００４）。用語「タイムオンバッテリ」とは、電源１９６がバッテリ１９８を使用して電気メータ１００内のコンポーネントに電力を供給する、電気メータ１００内の動作期間を指す。タイムオンバッテリは、電源１９６が電力遮断中に外部電力線から電力を受け取らないときに、又は、正常な動作には不十分に過ぎないレベルの電力のみ受けるときに、発生する。図１では、バッテリ１９８は、例示のために電源１９６と一体化されているように描かれているが、幾つかの実施形態では、バッテリ１９８は、バッテリ１９８が電力遮断中にはＲＴＣ１９０に電力を供給するに過ぎない実施形態を含めて、計量回路１５０に組み込まれている。

一つの実施形態では、電源１９６のバッテリ１９８は、電気メータ１００の少なくとも制御デバイス１８０の動作を維持するための電力を供給し、電源１９６は、電力遮断の開始時に電気メータ１００がバッテリ電力で動作していることを示す第１の信号を制御デバイス１８０に送信する。外部電力が回復した後、電源１９６は、電力遮断の終了時に電気メータ１００が再び電力線からの外部電力を受けており、バッテリ１９８から供給される電力で動作していないことを示す第２の信号を制御デバイス１８０に送信する。制御デバイス１８０は、電源１９６からの第１のオンバッテリ信号を受信することと、電源１９６からの第２のオフバッテリ信号を受信することとの、時間上の差に基づいて、「タイムオンバッテリ」と電力遮断の継続時間とを特定する。

別の構成では、電源１９６のバッテリ１９８は、電力遮断中にシャットダウンする制御デバイス１８０の完全な動作のための電力を供給しない。その代わりに、バッテリ１９８は、電気メータ１００の他のコンポーネントが動作していない間、ＲＴＣ１９０の動作を維持するのに十分な電力を供給する。多くの実用的な実施形態では、バッテリ１９８は、数時間、数日、又は数週間続く可能性のある長時間の電力遮断に対してＲＴＣ１９０を動作させるための電力を供給することができる。電力遮断の終了後、制御デバイス１８０は、動作に戻り、タイムオンバッテリを、電力遮断の開始時にメモリ１９２の不揮発性部分内のイベントログに格納されているシャットダウンイベントに関連付けられたタイムスタンプと、電力遮断の終了時に制御デバイス１８０が読み出すＲＴＣ１９０の現在時刻との間の時間差として特定する。制御デバイス１８０は、電力遮断中に制御デバイス１８０が完全に動作しなくとも、タイムオンバッテリに基づいて電力遮断の継続時間を特定する。

プロセス３００は、電気メータ１００が通常の動作に戻った後に、制御デバイス１８０が、電力遮断の継続時間をメモリ１９２に記録するように、継続される（ブロック３０８）。一つの実施形態では、制御デバイス１８０は、電力遮断の開始又は終了を特定するタイムスタンプと関連付けて、各電力遮断の継続時間をメモリ１９２に記憶する。別の構成では、制御デバイス１８０は、一つ以上の電力遮断の継続時間の合計の、単一の記録をメモリ１９２に記憶し、最も最近の電力遮断の継続時間を、以前に記録された電力遮断の継続時間の合計に対応するメモリ１９２に記憶された値に加算する。

プロセス３００は、電気メータ１００が、測定されたタイムオンバッテリに基づいて、一つ以上の記録された電力遮断の継続時間の合計を示すチャネルを含む負荷プロファイルデータを、外部監視システム１０００に伝送するまで、ブロック３０４～３０８の処理を参照して、上述のように、継続する（ブロック３１２）。一つの構成では、制御デバイス１８０は、ネットワーク通信デバイス１８４を使用して、メモリ１９２に記憶された電力遮断継続時間データをデータネットワークを介して外部監視システム１０００に伝送する。別の構成では、制御デバイス１８０は、表示画面又はコンピュータ化されたメータリーダデバイスへの周辺接続を介して、電力遮断継続時間データを報告するように、インメータインタフェース１８８を操作する。幾つかの実施形態では、電気メータ１００は、負荷プロファイルの一部として、定期的な間隔（例えば、各監視期間の後、毎時、毎日、毎週、毎月、毎年、等）で電力遮断継続時間データを伝送し、他の実施形態では、電気メータ１００は、外部監視システム１０００又はメータリーダからの要求に応答して、電力遮断継続時間データを伝送する。電力遮断の継続時間の合計を報告した後、電気メータ１００は、メモリ１９０２内の内部電力遮断カウンタがあればリセットし、上述のようにプロセス２００の動作を継続して、電気メータ１００の動作の更なる電力遮断の継続時間を記録し得る。

本明細書に記載の実施形態は、電気メータ１００のような、個々の電気メータが、短い電力遮断の継続時間さえも高レベルの精度で監視し、電力遮断の継続時間の合計を集中監視システムに報告することができるので、大規模な電力システムにおける電力遮断の事象の継続時間を監視する精度を向上させる。集中監視システムは、複数の電気メータからの電力遮断データを使用して、電力網の信頼性を監視し、先行技術のシステムよりも高い精度で電力網のＳＡＩＤＩを特定する。

上記開示した及び他の特徴及び機能の変形、又はその代替は、好ましくは、他の多くの異なるシステム、アプリケーション又は方法に結合され得ることが、理解されるであろう。現在予測されていない、又は予期されていない様々な代替案、修正、変形、又は改良が、当技術分野に習熟した者によって為され得るものであり、これらはまた、以下の請求項によって包含されることが意図されている。

Claims

電力遮断を特定する方法であって、
（１）１つ以上の所定の監視期間において、交流（ＡＣ）電力信号において、電気メータのコンピューティングデバイスによって行われる周波数測定に基づく累積周波数測定値、及び電気メータのコンピューティングデバイスによってカウントされるゼロクロス事象に基づくゼロクロス事象の累積数のうちの、少なくとも一つと、及び、
（２）前記１つ以上の所定の監視期間について、電気メータのコンピューティングデバイスがそれぞれの所定の監視期間中に少なくとも１つの停電の事象を検出したことを示す、電気メータのコンピューティングデバイスによってセットされる監視期間フラグと
を含む、電気メータのコンピューティングデバイスから送信される負荷プロファイルを、外部監視システムを使用して、受信する工程と、並びに、
前記外部監視システム内のプロセッサを用いて、前記負荷プロファイルで検出される各監視期間フラグについて、
（Ａ）前記負荷プロファイル内の前記累積周波数測定値の、所定の累積周波数値からの偏差、又は、
（Ｂ）前記負荷プロファイル内のゼロクロス事象の前記累積数の、前記所定の監視期間中のゼロクロス事象の所定の数からの偏差の、
少なくとも一つに基づいて、前記検出される監視期間フラグと関連する特定の所定の監視期間中の、少なくとも一つの電力遮断の、継続時間の合計を特定する工程と
を含む、方法。
前記外部監視システムのプロセッサを用いて、前記累積周波数測定値を、前記特定の所定の監視期間中に前記交流（ＡＣ）電力信号に対して予想される所定の累積周波数値で除算した比率に基づいて、前記少なくとも一つの電力遮断の、継続時間の合計を特定する工程を、更に含む、請求項１に記載の方法。
前記外部監視システムのプロセッサを用いて、ゼロクロス事象の前記累積数を、前記特定の所定の監視期間中に前記交流（ＡＣ）電力信号に対して予想されるゼロクロス事象の所定の数で除算した比率に基づいて、前記少なくとも一つの電力遮断の、継続時間の合計を特定する工程を、更に含む、請求項１に記載の方法。
前記電気メータ内の制御デバイスを用いて、前記特定の所定の監視期間中の、前記電気メータに接続する電力線における前記交流（ＡＣ）電力信号の前記累積周波数測定値、又は、前記特定の所定の監視期間中の前記交流（ＡＣ）電力信号のゼロクロス事象の前記累積数のうちの、少なくとも一つを特定する工程と、及び、
前記外部監視システムが、前記特定の所定の監視期間中に発生する、前記交流（ＡＣ）電力信号における、前記少なくとも一つの電力遮断の、継続時間の合計を特定することを可能にするために、前記累積周波数測定値及びゼロクロス事象の前記累積数の、少なくとも一つを含む前記負荷プロファイルを、前記電気メータ内の出力デバイスを用いて、前記外部監視システムに伝送する工程と
を、更に含む、請求項１に記載の方法。
前記電気メータ内の制御デバイスを用いて、前記負荷プロファイルの前記累積周波数測定値の、所定の累積周波数値からの偏差、又は、前記負荷プロファイルのゼロクロス事象の前記累積数の、前記特定の所定の監視期間中のゼロクロス事象の累積数からの偏差のうちの、少なくとも一つに基づいて、前記少なくとも一つの電力遮断の、継続時間の合計を特定する工程を、
更に含む、請求項４に記載の方法。
前記電気メータ内の制御デバイスを用いて、前記累積周波数測定値を、前記特定の所定の監視期間中に前記交流（ＡＣ）電力信号に対して予想される所定の累積周波数値で除算した比率に基づいて、前記少なくとも一つの電力遮断の、継続時間の合計を特定する工程を、
更に含む、請求項５に記載の方法。
前記電気メータ内の制御デバイスを用いて、ゼロクロス事象の前記累積数を、前記特定の所定の監視期間中に前記交流（ＡＣ）電力信号に対して予想されるゼロクロス事象の所定の数で除算した比率に基づいて、前記少なくとも一つの電力遮断の、継続時間の合計を特定する工程を、
更に含む、請求項５に記載の方法。
前記外部監視システムが、前記少なくとも一つの電力遮断の、継続時間の合計を特定することを可能にするために、前記電気メータ内の出力デバイスを用いて、前記電気メータ内の制御デバイスによって特定される少なくとも一つの電力遮断の継続時間の合計を含む前記負荷プロファイルを、前記外部監視システムに伝送する工程を、
更に含む、請求項５に記載の方法。
前記所定の監視期間の各々が、１５分間の期間である、請求項１に記載の方法。
電力遮断を監視するシステムであって、
電気メータを含み、
前記電気メータは、
電圧センサと、
出力デバイスと、及び、
前記電圧センサ及び前記出力デバイスに操作可能に接続する制御デバイスと
を含み、
前記制御デバイスは、
前記電圧センサを使用して、前記電気メータに接続する電力線の交流（ＡＣ）電力信号を監視し、
所定の監視期間中の前記交流（ＡＣ）電力信号の累積周波数測定値、又は、前記所定の監視期間中の前記交流（ＡＣ）電力信号のゼロクロス事象の累積数のうちの、少なくとも一つを特定し、
電気メータコンピューティングデバイスが前記所定の監視期間中に少なくとも１つの停電の事象を検出したことを示す監視期間フラグと、
前記累積周波数測定値及びゼロクロス事象の前記累積数のうちの、少なくとも一つと
を含む、負荷プロファイルを、外部監視システムへの前記出力デバイスを用いて、前記外部監視システムに伝送し、このことにより、
外部監視システムが、前記監視期間フラグが検出されることに応答して、前記所定の監視期間中に発生する、前記交流（ＡＣ）電力信号の、少なくとも一つの電力遮断の、継続時間の合計を特定することが可能になる、
ように構成されている、
システム。
前記外部監視システムは、更に、
前記負荷プロファイルにおける前記累積周波数測定値の、所定の累積周波数値からの偏差、又は、前記負荷プロファイルにおけるゼロクロス事象の前記累積数の、前記所定の監視期間中のゼロクロス事象の所定の数からの偏差のうちの、少なくとも一つに基づいて、前記少なくとも一つの電力遮断の、前記継続時間の合計を特定するように、構成されたプロセッサを、
含む、請求項１０に記載のシステム。
前記外部監視システムの前記プロセッサは、更に、
前記累積周波数測定値を、前記所定の監視期間中に前記交流（ＡＣ）電力信号に対して予想される所定の累積周波数値で除算した比率に基づいて、前記少なくとも一つの電力遮断の、前記継続時間の合計を特定するように構成されている、
請求項１１に記載のシステム。
前記外部監視システムの前記プロセッサは、更に、
ゼロクロス事象の前記累積数を、前記所定の監視期間中に前記交流（ＡＣ）電力信号に対して予想されるゼロクロス事象の所定の数で除算した比率に基づいて、前記少なくとも一つの電力遮断の、前記継続時間の合計を特定するように構成されている、
請求項１１に記載のシステム。
前記電気メータ内の前記制御デバイスは、更に、
前記負荷プロファイルにおける前記累積周波数測定値の、所定の累積周波数値からの偏差、又は、前記負荷プロファイルにおけるゼロクロス事象の前記累積数の、前記所定の監視期間中のゼロクロス事象の所定の数からの偏差のうちの、少なくとも一つに基づいて、前記少なくとも一つの電力遮断の、前記継続時間の合計を特定するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
前記電気メータの前記制御デバイスは、更に、
前記累積周波数測定値を、前記所定の監視期間中に前記交流（ＡＣ）電力信号に対して予想される所定の累積周波数値で除算した比率に基づいて、前記少なくとも一つの電力遮断の、前記継続時間の合計を特定するように構成されている、
請求項１４に記載のシステム。
前記電気メータ内の前記制御デバイスは、更に、
ゼロクロス事象の前記累積数を、前記所定の監視期間中に前記交流（ＡＣ）電力信号に対して予想されるゼロクロス事象の所定の数で除算した比率に基づいて、前記少なくとも一つの電力遮断の、前記継続時間の合計を特定するように構成されている、
請求項１４に記載のシステム。