JPH05196665A

JPH05196665A - 電気エネルギー消費量決定方法

Info

Publication number: JPH05196665A
Application number: JP4096946A
Authority: JP
Inventors: Donald F Bullock; ドナルド・フランク・バロック; Samuel G Hardy; サミュエル・グラハム・ハーディ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1991-04-25
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1993-08-06
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: KR100213838B1; ES2106827T3; KR920020216A; CA2062914A1; DE69221015D1; EP0510956A1; CA2062914C; JP3450866B2; DE69221015T2; TW224187B; MX9201933A; BR9201496A; US5229713A; EP0510956B1

Abstract

(57)【要約】有効エネルギーの測定値と無効エネルギーの測定値から
消費される皮相エネルギーの測定値を発生するステップ
を含むメータの動作方法。一実施例では、Ｓ＝ｋＶＡ
ｈ、Ｐ＝ｋＷｈ、Ｑ＝ｋＶＡＲｈおよびＲ＝剰余とし
て、最初にＰレジスタ、Ｑレジスタ、および［Ｐ²＋Ｑ
²］レジスタが零にセットされ、［２Ｐ＋１］レジスタ
および［２Ｑ＋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［Ｐ
²＋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。ＰパルスまたはＱパルスの到来後、［Ｐ²＋Ｑ
²］レジスタから［２Ｓ＋１］の試行減算が行われる。
減算によりアンダフローが生じなければ、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に電気サービス供給
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。

【０００２】

【従来の技術】メータ技術の最終的な目標は電気サービ
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。

【０００３】有効電力と無効電力との違いをより良く理
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。

【０００４】電気事業システムでは有効電力と無効電力
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。

【０００５】再び誘導電動機の例により、無効電力測定
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。

【０００６】無効電力は一般に移相として知られている
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。

【０００７】無効電力を決定するための公知の移相技術
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。

【０００８】無効電力はコスト有効な方法で測定するこ
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。

【０００９】ｋＶＡ＝［ｋＷ²＋ｋＶＡＲ²］^1/2 ［１］但し、ｋＶＡ＝キロボルトアンペア（皮相電力）ｋＷ＝キロワット（有効電力）ｋＶＡＲ＝無効キロボルトアンペア（無効電力）式［１］を使用するため、殆どのメータで使用されるプ
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。

【００１０】公知のメータ装置では、無効電力メータで
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。

【００１１】月に１回くらい、メータ読み取り者（通常
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。

【００１２】需要ｋＶＡ＝［所定期間内に消費された皮相電力量］／［所定期間の継続時間］［２］次に単一期間からの最大需要ｋＶＡが識別される。中央
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。

【００１３】電力会社は請求書作成期間の間に消費され
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）。

【００１４】更に、電力系統に接続される負荷として電
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。

【００１５】上記の周知のシステムでは、二つのメータ
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。

【００１６】更に、上記のシステムでは、需要家は請求
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。

【００１７】無効電力測定の重要さにも拘わらず、無効
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。

【００１８】無効電力を経済的に測定し、その無効電力
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。

【００１９】

【発明の概要】ｋＶＡｈ（キロボルトアンペア時）を決
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。

【００２０】詳しく述べると、以下更に詳しく説明する
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。

【００２１】Ｓデータおよび［２Ｓ＋１］データを記憶
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。

【００２２】本アルゴリズムを使って、有効電力と皮相
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。

【００２３】本発明の上記および他の目的、ならびに上
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。

【００２４】

【実施例の記載】本発明の理解が容易となるよう、以下
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。

【００２５】秒の単位を使用するのではなくて、１サイ
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。

【００２６】電圧と電流との間の位相関係を示すため正
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。

【００２７】誘導性リアクタンスは電流を電圧に対して
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。

【００２８】 cosθ＝Ｒ／Ｚ［３］Ｚ²＝Ｒ²＋Ｘ² ［４］交流回路の抵抗が２０オームであり、リアクタンスが１
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。

【００２９】インピーダンスも電力に影響を及ぼす。総
電流Ｉ_Tは二つの成分、すなわち同相成分Ｉ_Sと位相外
れ成分すなわち直角成分Ｉ_Q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。Ｉ_S＝Ｉ_T cosθ ［５］Ｉ_Q＝Ｉ_T sinθ ［６］これらの関係が図４に示されている。

【００３０】交流回路の有効電力は次式で表される。有効電力（ワット）＝ＶＩ_S＝ＶＩ_T cosθ ［７］この式で、ｃｏｓθは力率である。交流電力回路のもう
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（Ｉ_Tｓｉｎθ）
の積に等しい。

【００３１】周知の計量の細部に関する更に詳細な情報
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」（”ＨａｎｄｂｏｏｋＦｏ
ｒＥｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙＭｅｔｅｒｉｎｇ”，Ｅ
ｉｇｈｔＥｄｉｔｉｏｎ，ＥｄｉｓｏｎＥｌｅｃ
ｔｒｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，１９８１［１１１
１９ｔｈＳｔｒｅｅｔ，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。

【００３２】図６は有効電力勘定手段１０２、無効電力
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。

【００３３】図７は本発明の一実施例による一連のプロ
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。

【００３４】一つの勘定手段の値が変更されれば、次の
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。

【００３５】順次行うように図示されているが、図７に
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。

【００３６】図８は本発明で使用することができるハー
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。

【００３７】通常、入力／出力手段２０４は電力線（図
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。

【００３８】１．計量手段通常、計量手段２０６は有効エネルギーおよび無効エネ
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
ｃｔｒｏｎｉｃＷａｔｔｈｏｕｒＭｅｔｅｒ）」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
ｌｉｄＳｔａｔｅＭｅｔｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ，ＮｏｒｔｈＣａｒｏｌｉｎａＭｅｔｅｒＳ
ｃｈｏｏｌ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｎｏｒｔｈ
Ｃａｒｏｌｉｎａ，Ｊｕｎｅ２０，１９９０）に
述べられている。

【００３９】図９は計量手段２０６の一実施例のブロッ
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。

【００４０】線路電圧入力および線路電流入力は電気的
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。

【００４１】利得の調整は電流径路の利得段２１６を調
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。

【００４２】ワット時に比例した出力パルスを得るた
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。

【００４３】バール時（ＶＡＲｈ）またはＱ時（Ｑｈ）
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。

【００４４】多相負荷の場合、メータ機能を拡張するた
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」（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＭｅｔｅｒＴｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ）に示されている。

【００４５】正確さは主として雑音、Ａ／Ｄ変換器の分
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。

【００４６】２．処理手段図１０は本発明で使用し得る処理手段２０８のブロック
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
ｃａｔｉｏｎｓｐｅｃｉｆｉｃｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
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）。

【００４７】動作については、マイクロコントローラ２
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。

【００４８】３．代替ハードウェア実施例図１１は本発明を具体化するために使用することができ
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。

【００４９】ｋＷｈ計量手段３０２には、エネルギー消
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。

【００５０】同様に、ｋＶＡＲｈ計量手段３０４は負荷
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。

【００５１】図１１の処理手段３０６が図１２に更に詳
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。

【００５２】ブロック図に示すような処理手段３０６か
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。

【００５３】Ｓ＝フェーザ・ボルトアンペア時（ｋＶＡ
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。

【００５４】Ｓ²＋Ｒ＝Ｒ²＋Ｑ² ［８］Ｐ、Ｑ、およびＳの整数値に対する式で等号が成立する
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。

【００５５】実際上、ＰおよびＱは独立に増分する。増
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。

【００５６】ＰおよびＱの引き続く値、例えば、
［Ｐ_n］、［Ｐ_n+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。［Ｐ_n+1］²−［Ｐ_n］²＝２［Ｐ_n+1］−１＝２［Ｐ_n］＋１［９］［Ｑ_n+1］²−［Ｑ_n］²＝２［Ｑ_n+1］−１＝２［Ｑ_n］＋１［１０］すなわち、次の整数の値は、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。

【００５７】自乗アルゴリズムは次式で数学的に説明す
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。

【００５８】

【表１】実際には、レジスタはＰ、［２Ｐ＋１］、Ｑ、［２Ｑ＋
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。

【００５９】Ｓデータおよび［２Ｓ＋１］データを記憶
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。

【００６０】更に、Ｒ＝［Ｐ²＋Ｑ²−Ｓ²］［１２］であるので、自乗レジスタの和は実際には剰余Ｒの値を
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。

【００６１】例えば、電気機械的メータが使用されてお
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。

【００６２】システムが周期的にリセットされなけれ
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。

【００６３】一般に、（曲線が一定の力率を表す直線で
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。

【００６４】ＳおよびＲの決定について述べてきたが、
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＝Ｓ_c ［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、Ｓ_c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。

【００６５】Ｓ_c＝Ｓ＋［１＋Ｒ／Ｓ²］^1/2 ［１４］平方根は二項級数を使って展開した後、次式のように単
純化することができる。Ｓ_c＝Ｓ＋［Ｒ／Ｓ］−［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。

【００６６】Ｓ_c＝Ｓ＋［２Ｒ／（４Ｓ＋１）］［１６］終了点で、そのときに残っている部分パルスを表すよう
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。

【００６７】Ｓに対するリセット値が８、１６、または
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。

【００６８】終了点では、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。

【００６９】作成されたＳパルスは通常のやり方で固定
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。

【００７０】Ｓの選択された値での計算の各終了はＰお
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。

【００７１】本アルゴリズムはＱ時（Ｑｈ）メータにも
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。

【００７２】記号Ｑは無効電力ｋＶＡＲを表すための電
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＝ＶＡＲｈＷ＝ＷｈＶＡ＝ＶＡｈＱ＝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。

【００７３】Ｖ＝［２Ｑ−Ｗ］／３^1/2 ［１７］Ｖ²＝［２Ｑ−Ｗ］²／３＝［４Ｑ²−４ＱＷ＋Ｗ²］／３［１８］３Ｖ²＝［４Ｑ²−４ＱＷ＋Ｗ²］［１９］更にＳ＝［Ｖ²＋Ｗ²］^1/2 ［２０］Ｓ²＝Ｖ²＋Ｗ² ［２１］したがって、３Ｓ²＝３Ｖ²＋３Ｗ² ［２２］＝４Ｑ²−４ＱＷ＋Ｗ²＋３Ｗ² ［２３］＝４Ｑ²−４ＱＷ＋４Ｗ² ［２４］＝４［Ｑ²−ＱＷ＋Ｗ²］［２５］Ｓ、Ｑ、およびＷのすべてが整数値を持っていれば、式
［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。

【００７４】動作については、Ｗレジスタ、Ｑレジス
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。

【００７５】（１）４＊（２Ｑ＋１）をＲレジスタに
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。

【００７６】（１）３＊（２Ｓ−１）をＲレジスタの
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。

【００７７】終了点で剰余Ｒの値で表される部分パルス
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。

【００７８】Ｓの選択された値での計算の各終了はＷお
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。

【００７９】特定の実施例について本発明の説明を行っ
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】交流回路の電圧と電流の波形の一例を示す波形
図である。

【図２】波形のベクトル表現図である。

【図３】インピーダンス、抵抗、およびリアクタンスの
間の関係を示すベクトル図である。

【図４】電流成分の関係を示すベクトル図である。

【図５】ワット、バール、およびボルトアンペアの間の
関係を示すベクトル図である。

【図６】本発明で使用し得るハードウェアの一実施例の
高レベルブロック図である。

【図７】本発明の一実施例による一連のプロセスステッ
プを示す高レベル流れ図である。

【図８】本発明で使用することができる計量システムの
一実施例をブロック図である。

【図９】本発明で使用することができる計量手段の一実
施例をブロック図である。

【図１０】本発明で使用することができる処理手段の一
実施例をブロック図である。

【図１１】本発明で使用することができる計量システム
のもう一つの実施例をブロック図である。

【図１２】図１１に示された処理手段の更に詳細なブロ
ック図である。

【符号の説明】

１０２有効電力勘定手段１０４無効電力勘定手段１０６皮相電力勘定手段２０２計量システム２０４入力／出力手段２０６計量手段２０８処理手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】メータの動作方法に於いて、有効エネルギーの測定値を発生するステップ、無効エネルギーの測定値を発生するステップ、および有
効エネルギーの測定値と無効エネルギーの測定値から皮
相エネルギーの測定値を発生するステップを含むことを
特徴とするメータの動作方法。
【請求項２】有効エネルギーおよび無効エネルギーの
測定値が整数量である請求項１記載のメータ動作方法。
【請求項３】有効エネルギー、無効エネルギーおよび
皮相エネルギーの関係が次式で表わされＳ²＋Ｒ²＝Ｐ²＋Ｑ² ここで、Ｓ＝皮相エネルギーＲ＝剰余Ｐ＝有効エネルギーＱ＝無効エネルギーである請求項１記載のメータ動作方法。
【請求項４】メータレジスタ手段がＰ、［２Ｐ＋
１］、Ｑ、［２Ｑ＋１］、および［Ｐ²＋Ｑ²］の値を
記憶する請求項３記載のメータ動作方法。
【請求項５】Ｐレジスタ手段、Ｑレジスタ手段、およ
び［Ｐ²＋Ｑ²］レジスタ手段が零に初期設定され、
［２Ｐ＋１］レジスタ手段および［２Ｑ＋１］レジスタ
手段が１に初期設定される請求項４記載のメータ動作方
法。
【請求項６】有効エネルギーおよび無効エネルギーの
測定値が作成された一連のパルスとして表され、有効エ
ネルギーパルスが作成されたときに、［２Ｐ＋１］レジスタ手段の値を［Ｐ²＋Ｑ²］レジス
タ手段に加算するステップ、Ｐレジスタ手段を１だけ増分するステップ、および［２
Ｐ＋１］レジスタ手段を２だけ増分するステップを含む
請求項５記載のメータ動作方法。
【請求項７】有効エネルギーおよび無効エネルギーの
測定値が作成された一連のパルスとして表され、無効エ
ネルギーパルスが作成されたときに、［２Ｑ＋１］レジスタ手段の値を［Ｐ²＋Ｑ²］レジス
タ手段に加算するステップ、Ｑレジスタ手段を１だけ増分するステップ、［２Ｑ＋１］レジスタ手段を２だけ増分するステップを
含む請求項５記載のメータ動作方法。
【請求項８】メータレジスタ手段がＳおよび［２Ｓ＋
１］の値を記憶し、（ａ）ＰパルスまたはＱパルスの作成に続いて、［Ｐ²
＋Ｑ²］レジスタ手段の値から［２Ｓ＋１］レジスタ手
段の値を減算するステップ、（ｂ）ステップ（ａ）の減算によりアンダフローが生じ
ない場合、Ｓパルスを作成し、Ｓレジスタ手段を１だけ
増分し、［２Ｓ＋１］レジスタ手段を２だけ増分するス
テップ、（ｃ）ステップ（ａ）の減算でアンダーフローが生じた
場合、［Ｐ²＋Ｑ²］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４記載のメータ動作方法。
【請求項９】Ｓレジスタ手段の値が所定の値に達する
とき、それぞれのレジスタ手段がそれぞれのレジスタ手
段の値を記憶し、リセットする請求項８記載のメータ動
作方法。
【請求項１０】作成された測定値の中の少なくとも二
つの測定値から力率を決定するステップも含まれる請求
項１記載のメータ動作方法。
【請求項１１】メータレジスタ手段がＰ、［２Ｐ−
１］、Ｑ、［２Ｑ−１］、および［Ｐ²＋Ｑ²］の値を
記憶する請求項３記載のメータ動作方法。
【請求項１２】Ｐレジスタ手段、Ｑレジスタ手段、お
よび［Ｐ²＋Ｑ²］レジスタ手段が零に初期設定され、
［２Ｐ−１］レジスタ手段および［２Ｑ−１］レジスタ
手段が負の１に初期設定される請求項１１記載のメータ
動作方法。
【請求項１３】有効エネルギーおよび無効エネルギー
の測定値が作成された一連のパルスとして表され、有効
エネルギーパルスが作成されたときに、Ｐレジスタ手段を１だけ増分するステップ、［２Ｐ＋１］レジスタ手段を２だけ増分するステップ、
および［２Ｐ＋１］レジスタ手段の値を［Ｐ²＋Ｑ²］
レジスタ手段に加算するステップを含む請求項１２記載
のメータ動作方法。
【請求項１４】有効エネルギーおよび無効エネルギー
の測定値が作成された一連のパルスとして表され、無効
エネルギーパルスが作成されたときに、Ｑレジスタ手段を１だけ増分するステップ、［２Ｑ＋１］レジスタ手段を２だけ増分するステップ、
および［２Ｑ＋１］レジスタ手段の値を［Ｐ²＋Ｑ²］
レジスタ手段に加算するステップを含む請求項１２記載
のメータ動作方法。
【請求項１５】それぞれのメータレジスタ手段でＳお
よび［２Ｓ−１］の値が記憶され、（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）ＰパルスまたはＱパルスの作成に続いて、［Ｐ²
＋Ｑ²］レジスタ手段の値から［２Ｓ＋１］レジスタ手
段の値を減算するステップ、（ｄ）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）ステップ（ｃ）の減算でアンダーフローが生じた
場合、［Ｐ²＋Ｑ²］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、［２Ｓ＋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１１記載のメータ動作方法。
【請求項１６】有効エネルギー測定値および無効エネ
ルギー測定値から皮相エネルギーを決定する方法に於い
て、有効エネルギー測定値および無効エネルギー測定値に関
連する値を記憶するためのそれぞれのレジスタ手段を選
定するステップ、それぞれのメモリロケーションに記憶された値に対して
演算を遂行するステップ、およびそれぞれのメモリロケ
ーションに記憶された値から皮相エネルギー測定値を作
成するステップを含むことを特徴とする皮相エネルギー
測定値決定方法。
【請求項１７】それぞれＰ、［２Ｐ＋１］、Ｑ、［２
Ｑ＋１］、および［Ｐ²＋Ｑ²］の値を記憶するための
レジスタ手段が含まれ、Ｐ＝有効エネルギー、Ｑ＝無効
エネルギーである請求項１６記載の皮相エネルギー測定
値決定方法。
【請求項１８】それぞれＰ、［２Ｐ−１］、Ｑ、［２
Ｑ−１］、および［Ｐ²＋Ｑ²］の値を記憶するための
レジスタ手段が含まれ、Ｐ＝有効エネルギー、Ｑ＝無効
エネルギーである請求項１６記載の皮相エネルギー測定
値決定方法。
【請求項１９】有効エネルギー測定値および無効エネ
ルギー測定値がそれぞれのレジスタ手段に記憶された一
連のパルスとして表される請求項１６記載の皮相エネル
ギー測定値決定方法。
【請求項２０】所定量の皮相エネルギーを示すパルス
から皮相エネルギー測定値が定められる請求項１６記載
の皮相エネルギー測定値決定方法。
【請求項２１】エネルギー測定値の中の少なくとも二
つのエネルギー測定値から力率を決定するステップも含
まれる請求項１６記載の皮相エネルギー測定値決定方
法。
【請求項２２】メータの動作方法に於いて、有効エネルギーの測定値を作成するステップ、Ｑ時エネルギーの測定値を作成するステップ、および有
効エネルギーおよびＱ時エネルギーから皮相エネルギー
の測定値を作成するステップを含むことを特徴とするメ
ータ動作方法。
【請求項２３】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２２記載のメータ動
作方法。
【請求項２４】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］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２２記載のメータ動作方法。
【請求項２５】メータレジスタ手段がＷ、Ｑ、Ｓ、
Ｒ、（２Ｑ＋１）、（２Ｗ＋１）、および（２Ｓ＋１）
の値を記憶する請求項２４記載のメータ動作方法。
【請求項２６】Ｗレジスタ手段、Ｑレジスタ手段、Ｓ
レジスタ手段、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２５記載のメータ動作方法。
【請求項２７】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、が遂行さ
れる請求項２６記載のメータ動作方法。
【請求項２８】Ｑｈパルスを受けたとき、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だけ増分するステップ、（２Ｑ＋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、が遂行さ
れる請求項２６記載のメータ動作方法。
【請求項２９】Ｓ出力パルスのチェックのために、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
ップが含まれる請求項２６記載のメータ動作方法。
【請求項３０】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２６記載のメータ動作方法。
【請求項３１】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２６記載のメータ動作方法。