KR100213838B1

KR100213838B1 - 전기 에너지 사용량을 측정하는 방법

Info

Publication number: KR100213838B1
Application number: KR1019920007086A
Authority: KR
Inventors: 프랑크 불록 도날드; 그라함 하디 사무엘
Original assignee: 제이 엘. 캐스킨; 제네럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 1991-04-25
Filing date: 1992-04-23
Publication date: 1999-08-02
Also published as: ES2106827T3; KR920020216A; CA2062914A1; DE69221015D1; EP0510956A1; CA2062914C; JP3450866B2; DE69221015T2; TW224187B; JPH05196665A; MX9201933A; BR9201496A; US5229713A; EP0510956B1

Abstract

미터를 동작시키는 방법은 실제 에너지 소비량을 발생하는 단계와, 무효 에너지 소비량을 발생하는 단계와, 이 실제 에너지 및 무효 에너지 측정량으로부터 겉보기 에너지 소비량을 발생하는 단계를 수행하기 위한 것이다.

일구체예에 있어서, 상기 실제 에너지 및 무효 에너지 측정량은 정수량 입력으로서 제공된다. 특히, S=kVAh, P=kWh, Q=kVARh 및 R=나머지로 가정해 보자. 각 레지스터는 P, [2P+1], Q, [2Q+1] 합[P²+Q²]의 값을 저장한다. 초기에, P, Q 및 [P²+Q²]레지스터는 0으로 세트되고, 반면에 [2P+1]과 [2Q+1]레지스터는 1로 초기화 된다. P펄스의 도달점에서, [2P+1]레지스터내의 값이 [P²+Q²]레지스터에 가산되고, P레지스터는 1만큼 증가되며, [2P+1] 레지스터는 2만큼 증가된다. 정확하게 같은 단계가 Q펄스의 수신에 이어서 수행된다.

또한, 한 세트의 레지스터가 S 및 [2S+1] 데이타에 사용되고 S펄스의 발생은 다음과 같이 결정된다. P 또는 Q펄스의 도달 후 [2S+1]의 시행 감산이 [P²+Q²]레지스터로부터 이루어진다. 상기 감산이 언더플로를 야기시키지 않을 경우, S펄스가 발생되고 S레지스터는 1만큼 증가되며 [2S+1]레지스터는 2만큼 증가한다. 상기 감산이 언더플로를 야기시킬 경우, [P²+Q²]레지스터는 그 이전의 값으로 리셋되며 다른 레지스터는 증가되지 않는 S펄스는 발생되지 않는다.

Description

전기 에너지 사용량을 측정하는 방법

제1도는 AC 회로에서의 전압 및 전류 파형의 실시예를 예시하는 도면.

제2도는 파형을 나타낸 벡터를 도시하는 도면.

제3도는 임피던스, 저항 및 리액턴스 간의 관계를 예시하는 도면.

제4도는 상기 전류 성분의 관계를 예시하는 도면.

제5도는 와트, 바아 및 볼트-암페어 간의 관계를 예시하는 도면.

제6도는 본 발명에 사용 가능한 하드웨어의 하이 레벨 블록도의 구체예를 나타내는 도면.

제7도는 본 발명의 일실시예에 따른 순차 처리단계를 예시하는 하이레벨 흐름도.

제8도는 본 발명에 이용 가능한 미터링 시스템의 구체예를 도시하는 도면.

제9도는 본 발명에 이용 가능한 미터링 수단의 구체예를 도시하는 도면.

제10도는 본 발명에 이용 가능한 처리수단의 구체예를 도시하는 도면.

제11도는 본 발명에 이용 가능한 미터링 시스템의 구체예를 도시하는 도면.

제12도는 제11도에 예시된 처리수단을 더욱 세부적으로 나타내는 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100, 200 : 하이 레벨 블록도 102 : 유효 전력 계산 수단

104 : 무효 전력 계산 수단 106 : 겉보기 전력 계산 수단

202 : 미터링 시스템 204 : 입력/출력 수단

206 : 미터링 수단 208 : 처리 수단

210, 212 : 스케일링 및 분리 수단 224, 230 : 곱셈기

226, 232 : 누산기

본 발명은 전기적 서비스의 사용료의 측정에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전력 소비 관계량의 정확한 측정에 관한 것이다.

미터링 기술의 궁극적인 목적은 전기적 서비스의 사용료를 정확하게 판정하는 데 있다. 이와 같은 비용을 결정하는 것과 관련하여 측정 정확도를 더 향상시키기 위한 노력으로써 종래의 미터는 시간의 흐름에 따라 많이 개량되고 개선되었다.

비록, 전기 이용 시스템은 서비스를 제공받는 부하가 요구하는 총 킬로볼트-암페어(kVA)를 기초로 설계되지만, 소비자에게 요금을 청구하기 위해 측정되는 것은 보통 시간당 소비되는 유효 전력, 즉 에너지이다. 킬로볼트-암페어는 겉보기 전력(apparent power)이라 한다. 겉보기 전력은 2가지 성분, 즉 킬로와트(kW)와 킬로바아(kVAR, kilovars)로 구성되어 있다고 볼 수 있다. 킬로와트는 유효 전력(rdal power)이라 하고, 킬로바아는 무효 전력(reactive power)이라 한다.

유효 전력과 무효 전력의 차이를 더 잘 이해하기 위해서, 유도 모터(전기 이용 시스템에 통상 사용하는 부하)를 고려해 보자. 모터를 동작시키기 위해서는, 자화(무효) 전류 및 전력 생산(유효) 전류의 두 전류 성분이 있어야 한다. 자화 전류는 모터의 동작에 필요한 자기장을 발생시키는 데 필요한 전류이다. 자화전류가 없다면, 변압기의 철심을 통하여 또는 에어갭을 통과하여 흐르는 에너지가 존재하지 않게 될 것이다. 자화 전류와 전압의 곱이 무효 전력이다. 전력 생산 전류는 모터에 의해 수행된 일(work)로 변환되는 전류이다. 전력 생산 전류와 전압의 곱이 유효 전력이다.

유효 전력과 뮤효 전력 모두가 전기 이용 시스템에 필요하지만, 1982년과 같은 초창기에는 유효 전력 그것만이 전기적 서비스 제공 비용을 나타내는 것이라고 인식되었다. 유효 전력의 측정은 전기적 서비스의 사용료를 결정하는데에 오랫동안 수용된 신뢰성 있는 양이므로, 이와 같은 비용의 결정을 더욱 개선하는 것은 중요할 뿐만 아니라, 비용 절감을 가져올 수 있다. 과거에는 미터의 가격을 낮추는 것과 무효 전력 측정을 제공하는 것은 서로 대립되는 목표이기 때문에, 무효전력 측정, 특히 주거용 서비스를 위한 무효 전력 측정은 널리 보급되지 못하였다.

무효 전력의 측정 비용과 관련하여 앞에서 예를 든 유도 미터를 참조하면, 유도 장치는 보통, 유도(자화) 리액턴스 및 저항(유효)을 전기 이용 시스템에 도입한다. 저항성 부하만 존재한다면, 시스템에 흐르는 전류는 전압과 동위상에 있으며 따라서, 자화 전류가 필요하지 않다. 그러나, 유도성 부하가 시스템에 도입될 경우, 시스템에 흐르는 전체 전류는 저항과 리액턴스의 상대적 양에 따른 각도만큼 시프트되어 전압과 위상차가 생긴다. 시스템에 흐르는 총 전류가 시프트되어 전압과 위상이 달라지더라도, 총 전류는 합성된 2가지 성분, 즉 동위상 성분과 위상차 성분 또는 직각 위상 성분으로 구성되어 있다고 볼 수 있다.

무효 전력은 위상 시프팅(phase-shifting)이라고 알려진 기법으로 측정가능하다. 위상 시프팅 기법은 미터에 인가된 전압 즉, 라인 전압의 진폭을 나타내는 크기의 전압이 라인 전압의 위상각으로부터 90°[유도 리액턴스에 대해 뒤짐(lagging)] 옮겨지도록 구성되는 미터를 필요로 한다. 따라서 인가된 전압은 직각 위상 전류 성분과 거의 동위상(최소한 벡터의미에서)에 있다. 따라서, 위상 시프트된 인가 전압과 전류의 곱은 무효 전력량이 된다.

무효 전력 결정을 위한 공지된 위상 시프팅 기법이 기술적으로 가능하다 하더라도, 이 기법에는 경제적으로 여러 가지 단점이 있다. 특히 무효 전력 측정만으로는 전기적 서비스 사용료의 측정이라고 인정할 수 없다. 유효 전력 측정이 추가로 제공되어야 한다.

최근까지, 1개의 미터가 유효 전력과 무효 전력을 모두 측정하도록 구성되지 못하였다. 따라서, 통상 2개의 분리된 미터를 사용하는데, 그 중 하나의 미터는 무효 전력을 측정하고 다른 미터는 유효 전력을 측정한다. 이와 같이 측정을 위해 2개의 미터를 이용함으로써 부가되는 비용은 매우 바람직하지 못하다.

무효 전력이 어떤 비용 효과적인 방식으로 측정가능 하더라도, 비용 효과적인 무효 전력 측정을 사용하지 못하게 하는 것은 볼트-암페어(겉보기 전력), 와트(유효 전력) 및 무효 볼트-암페어(무효 전력)사이의 관계이다. 더 구체적으로 설명하면, 일단 무효 전력 측정치와 유효전력 측정치가 얻어지면, 이 측정치는 전기 에너지 소비량으로서 어떤 방식이든 결합되어야 한다. 선형 정현파 회로에서, 겉보기 전력, 유효 전력 및 무효 전력 사이의 공지된 관계는

kVA=[kW²+kVAR²]^1/2[1]

이며, 여기서,

kVA=킬로볼트-암페어(겉보기 전력),

kW=킬로와트(유효 전력),

kVAR=무효 킬로볼트-암페어(무효 전력)이다.

식(1)을 이용하기 위해서, 대부분의 미터에 사용되는 프로세서에 비해 상당히 복잡한 프로세서가 필요하다. 보통 미터는 통상 제한된 기능과 제한된 랜덤 액세스 메모리를 갖는 8-비트 디지털 프로세서를 사용하는데, 하드웨어 비용을 최소화하기 위하여, 상기 프로세서는 다소 복잡하고 계산이 많이 드는 제곱/제곱근 기능보다는 덧셈/뺄셈 및 곱셈/나눗셈 기능을 수행하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 식(1)로 표현되는 연산을 수행하기 위해서, 프로세서는 제곱/제곱근 연산을 수행할 수 있어야만 한다. 따라서, 식(1)을 수행하기 위한 처리비용이 많이 든다.

공지된 미터 장치에서는, 무효 전력 미터에 사용되는 비용의 증가를 막기 위하여, 데이터를 그 자리 에서 처리하는 대신에 미터의 국부 메모리 장치(본 명세서에서는 이것을 '레코더'라고도 함)내에 데이터를 저장한다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 소정의 무효 전력량이 측정될 때마다 미터에 결합된 펄스 개시 장치는 이산 펄스를 발생시킨다. 따라서, 레코더에 저장된 각각의 펄스는 소정의 무효 에너지량을 나타낸다. 펄스는 시간 간격 펄스에 따라 예컨대, 자기 테이프, 고체메모리 장치등에 저장된다. 유효 전력(와트 아워, watthour)미터에 이와 유사한 펄스 개시 장치 및 메모리 장치를 사용한다.

1개월에 1회 정도로 미터 판독기(reader, 보통, 사람)는 예컨대, 전화, 라디오 또는 다른 수단을 사용하여 레코더 메모리로부터 전자식 미터 판독기 메모리 및/또는 원격 메모리 리드(read)에 대한 메모리 덤프(dump)와 같은 저장된 펄스 데이타를 수집한다. 수집된 펄스 데이터는 중앙 처리 시스템에 공급된다. 중앙 처리부에서 각각의 시간 간격에 대한 겉보기 전력(kVA)은 각 시간 간격에서 나온 유효 전력 펄스와 무효 전력 펄스로부터 결정된다. 예를 들면, 겉보기 전력 요구(kVA 요구)는 다음과 같은 관계식을 사용하여 구할 수 있다.

kVA요구=[1시간 간격에서 소비되는 kVAh]/[그 간격의 지속 시간] [2]

그 다음, 단일 시간 주기의 최고 kVA요구를 알아낸다. 또한 중앙 처리기는 KWH펄스를 합산하여 공급된 총 kWH 에너지를 구한다.

총 킬로와트-시간, 즉 비용 청구 기간 동안 소비된 유효 전력이 소비자에게 요금 청구된다. 초고 kVA요구는 예컨대, 소비자에게 전기를 공급하는 데 필요한 장치 비용과 같은 투자비용을 소비자에게 청구하기 위해 사용된다. 특히, 유효 에너지 사용비에 대한 보상뿐만 아니라 공급/배전 시스템에 관련된 자본비에 대한 보상도 요금에 포함되어야 한다. 이러한 비용에 대한 바람직한 보상 방법은 사용자가 요구하는 최대 전류 또는 사용자가 요구하는 최대 겉보기 전력에 따라 사용자에게 요금을 청구하는 것이다. 높은 최대 전류를 요구하는 사용자는 낮은 최대 전류를 요구하는 사용자 보다 설비(예컨대, 더 큰 변압기 및 선로)에 따른 더 많은 자본 투자를 필요로 한다.

또한, 상기 시스템에 접속되는 모터, 벨러스트(ballasts), 변압기 등과 같이 유도 장치가 훨씬 더 많기 때문에, 대부분의 사용자는 뒤짐 VAR 부하(load)를 갖는다. 유도성 부하를 보상하기 위해서, 상기 설비는 앞섬 위상각(leading phaseangle)에서 발전기를 동작시켜야 한다. 0이 아닌 다른 위상각에서 발전기를 돌리면, 부하에 전송되는 유효 전력을 생성하는 발전기의 용량이 떨어진다. 최대 kVA요구는 각 소비자의 부하를 보상하는데 필요한 선행 위상각 크기의 측정량을 기본적으로 포함하고 있다.

상기 공지된 시스템에서는, 2개의 미터를 사용함에 따른 비용에 더하여 펄스개시 장치 및 메모리/저장 장치를 상기 미터 각각에 설치해야만 한다. 아울러, kVAR미터는 위상 시프트 변압기도 구비하여야 한다. 또 복잡한 중앙 테이터 처리 시스템은 숙련된 기술자가 조작해야 한다. 이러한 시스템의 장치 비용으로 인해 이것의 광범위한 적용이 제한된다. 일반적으로, 이 시스템은 고소득 사용자의 에너지 요구량을 측정하는 데만 사용된다.

또한, 전술한 시스템에서, 소비자는 요금 청구 기간 동안 에너지 소비 상태를 알 수 없고, 또한 이 시스템은 실시간의 겉보기 전력량을 제공하지 않는다. 전술한 시스템은 요금 청구 기간이 끝났을 때 시간 평균된 양만을 제공한다. 예를 들면, 실시간 정보를 사용한다면, 각 시간 간격동안 역률(power factor)의 변화를 판단할 수 있다. 역률이 특정 시간 주기 동안 너무 작을 경우(예컨대, 무효 전력이 유효 전력에 비교될 만큼 클 경우)소비자는 무효 전력 요구량을 감소시키기 위한 조치를 취하려고 한다. 이렇게 함으로써, 소비자는 최대 kVA요구를 최소화할 수 있다.

무효 전력 측정의 중요성에도 불구하고, 종종 무효 전력은 특히 단상(singlephase)주거용 서비스에서 측정되지 않는다. 공지된 시스템을 사용한 무효 전력 측정과 관련된 비용은 매우 높다. 그러나, 이미 설명한 바와 같이, kW 대 kVA의 낮은 비 즉, 낮은 역률은 시스템의 경제적 설계 및 시스템의 동작 비용에 큰 영향을 미친다. 역률이 낮고 정격 전력이 킬로와트 아워 기초할 때, 상기 설비는 발전, 송전, 및 배전에 필요한 전력(kVA)에 대해 보상되지 않는다.

지금까지, 공지된 미터 시스템은 미터링의 궁극적인 목표, 즉, 전기 서비스 제공 비용의 정확한 측정을 달성하기 위하여, 무효 전력을 경제적으로 측정하지도 못했고 측정된 무효 전력을 경제적으로 이용하지도 못했다. 더욱이, 공지된 미터 시스템은 실시간에서 유효 전력과 무효 전력 요구량과 역률 모두를 결정하는 비교적 낮은 비용의 간단한 방식을 제공하지는 않는다.

[발명의 요약]

kVAh를 결정하는 본 발명은 측정된 kWh 및 kVARh를 나타내는 입력을 이용한다. 통상, 이 입력들은 소정의 유효/무효 에너지량을 나타내는 펄스 형태이다. 물론, kVARh 펄스 대신 Q시간 펄스를 이용할 수도 있다. 이러한 입력으로부터 어떠한 제곱/제곱근 연산도 수행하지 않고서, kVAh가 결정된다.

이하 더 상세히 기재된 바와 같이, 제곱처리는 단순한 가산에 의해 수행된다. 설명을 위하여, S=kVAh, P=kWh, Q=kVARh, R=나머지라고 가정해 보자. 각 레지스터는 P, [2P+1], Q, [2Q+1] 합[P²+Q²]의 값을 저장한다. 초기에, P, Q 및 [P²+Q²]레지스터는 0으로 세트되고, 반면에 [2P+1]과 [2Q+1]레지스터는 1로 초기화 된다. P펄스가 도달하면, [2P+1]레지스터에 있는 값은 [P²+Q²]레지스터에 가산되고, P레지스터는 1만큼 증가되며, [2P+1] 레지스터는 2만큼 증가된다. Q펄스가 수신된 다음에도 위와 정확하게 동일한 단계가 수행된다.

또, 일련의 레지스터를 사용하여 S 및 [2S+1] 데이타를 저장하고, S펄스의 발생은 다음과 같이 결정된다. P 또는 Q펄스의 도달 후 [2S+1]의 감산은 [P²+Q²]레지스터로부터 이루어진다. 이 감산이 언더플로(underflow)를 야기시키지 않을 경우, S펄스가 발생되고 S레지스터는 1만큼 증가하여 [2S+1]레지스터는 2만큼 증가한다. 상기 감산에 의해 언더플로가 생기면, [P²+Q²]레지스터는 이전값으로 리셋되며 다른 레지스터는 증가되지 않고 S펄스는 발생하지 않는다.

이러한 본 발명의 알고리즘을 사용하면, 유효 전력과 겉보기 전력 모두를 측정하도록 미터를 구성할 수 있다. 따라서, 겉보기 전력을 측정하는 것이 가능해지고 측정비용을 줄일 수 있게 된다. 제곱/제곱근을 결정할 필요가 없기 때문에, 하드웨어 비용은 최소화되고 에너지 소비량 측정은 현장에서 실시간으로 이루어질 수 있다. 따라서 소비자는 에너지 소비 상태(역률 포함)를 알 수 있고 필요한 조치를 취할 수 있다.

본 발명의 부가적인 특징 및 장점과 여러 가지목적은 도면을 참조로 한 이하의 상세한 설명으로부터 명백히 알 수 있을 것이다.

본 발명의 이해를 돕기 위해 4개의 단락으로 나누어 본 발명을 상세하게 설명한다. 먼저, 단락 A는 배경 기술의 상세한 설명이고, 단락 B는 전체적인 개관, 단락 C는 하드웨어 구성에 대해 더 상세한 설명, 단락 D는 본 발명 알고리즘의 더욱 상세한 구체 예를 제공한다.

[배경 기술의 상세한 설명]

제1도는 a-c회로, 예컨대 전력 발생 시스템과 부하를 포함하는 회로의 정현파 전압(V) 및 전류(I) 파형의 예를 도시한다. 여기서, 전류 파형(I)은 전압 파형(V)보다 뒤진다. 용어 뒤짐(leg)는 시간상 나중에 도달함을 의미한다. 전류가 전압에 뒤진다면, 전류는 전압과 위상차(out-of-phase)를 갖는다고도 할 수 있다.

1초를 쪼개서 사용하지 않고, 제1도에 도시된 바와 같이 1사이클은 360개의 전기적 각도에서 발생하는 것으로 한다. 적어도 미국에서는 표준 전력 전송은 60 사이클/초로 발생한다. 따라서, 360 전기적 각도는 1/60초를 나타낸다. 더 구체적으로 :

360도=1사이클=1/60초 ;

1도=1/60 x 1/360초=1/21,600초 :

1도=1/21,600초이다.

뒤짐의 양을 이야기할 때, 1/21,600초와 같은 단위보다 각도 크기를 사용한다. 이 각은 소위 위상각이라 하며, 실제로 전류가 전압에 뒤지는 시간량이다. 제1도는 전류가 90도(또는 1/240초)만큼 전압에 뒤짐을 나타내는데 이것은 전압과 전류의 위상각이 90도 임을 나타낸다.

전압과 전류 사이의 위상 관계를 도시하기 위해 사인파를 사용하기 보다는 페이저(phasor)가 종종 사용된다. 페이저는 진폭과 위상각을 갖는 양을 나타내는데 사용된다. 제2도는 전류 페이저(I)가 전압 페이저(V)에 대해 45도 뒤짐을 나타내고 있다. 상기 두 벡터는 축에 대하여 대개 반시계 방향으로 시간에 따라 회전한다. A지점 위치에서 관찰자는 투사하는 페이저를 볼 수 있고, 처음에 0을 지나는 전압 벡터(V)를 발견 할 수 있으며 조금 후에는 전류 벡터(I)가 0을 지나는 것을 볼수 있다.

유도 리액턴스는 전류가 전압보다 뒤지도록 만든다. 이러한 뒤짐(또는 위상각)은 회로의 리액턴스와 저항에 의존한다. 용어 임피던스는 저항과 리액턴스 모두의 측정값이다. 임피던스(Z)는 저항(R) 페이저와 리액턴스(X) 페이저의 합이다. 이 관계는 제3도에 나타나 있다.

저항(R) 페이저와 임피던스(Z) 페이저 사이의 각은 위상각과 같다. 다음 관계식은 저항, 리액턴스 및 임피던스 간의 관계를 나타낸다.

cosθ=R/Z [3]

Z²=R²+X² [4]

a-c회로가 20Ω의 저항과 15Ω의 리액턴스를 가지고 있다면, 전류 흐름에 제공되는 임피던스(또는 반대)는 25Ω이고, 전류는 cos(각도)=20/25인 각도만큼 전압에 뒤질 것이다. 상기 각도는 약 37도이다.

임피던스는 또한 전력에 영향을 미친다. 총 전류(I_TOTAL)가 두개의 성분, 즉 동위상 성분과 위상차 성분(또는 직각 위상 성분)으로 분해된다고 가정해 보자.

이러한 두 성분은 :

I 동위상=I_TOTALCOSθ [5]

I 직각=I_TOTALSINθ [6]

으로 풀이된다.

이 관계는 제4도에 도시되어 있다.

a-c회로의 유효 전력은

유효 전력=와트=VI동위상=VIcosθ [7]

이다.

여기에서, cosθ는 역률이다.

a-c전력 회로에서 생기는 다른 양은 무효 전력 또는 무효 볼트-암페어(또한 VARS라고도 함)이다. 와트, VARS 및 겉보기 전력은 제5도에 도시된 것과 같은 관계를 갖는다. VARS는 총전류의 직각 전류 성분(Isinθ)에 볼트(V)를 곱한 것과 같다.

공지된 미터링의 상세한 내용의 추가적인 정보는 예컨대, Handbook For Electricity Metering, 제8판, 1981년 Edison Electric Institute(미국, 뉴욕주, 워싱턴, 9번가)을 포함한 여러 전기 관련 서적에서 찾아볼 수 있다.

[전체적인 개관]

제6도는 본 발명의 일실시예를 나타내는 하이레벨 블록도(100)이다. 여기서, 유효 전력과 무효 전력의 양에 관한 입력이 이용 가능하다고 가정해 보자. 입력의 형태는 예컨대, 전력량을 나타내는 펄스, 디지털 워드, 아날로그 신호등과 같이 여러 가지가 있을 수 있는데, 본 발명은 입력을 제공하는 형태나 방식에 의해 제한되지 않는다. 이러한 입력이 어떻게 제공되는가와 관련된 실시예는 단락 C에서 설명한다. 제6도에 도시된 수단은 예컨대, 집적 회로 상에서 어떤 필요한 입력을 얻는 수단의 일부를 형성할 수 있다.

제6도는 유효 전력 계산 수단(102), 무효 전력 계산 수단(104) 및 겉보기 전력 계산 수단(106)을 나타낸다. 여기서, 계산 수단은 측정량을 레지스터링, 기록, 표시, 해석, 유도 및/또는 처리하는 수단을 의미한다. 유효 전력 계산 수단(102)은 측정 지점에서 측정된 유효 전력량의 계산을 유지하는 데 이용된다. 무효 전력 계산 수단(104)은 측정지점에서 측정된 무효 전력량을 계산한다. 겉보기 전력 계산 수단(106)은 측정 지점에 측정되는, 즉, 측정지점의 측정량으로부터 유도되는 겉보기 전력량을 계산한다. 겉보기 전력 계산 수단(106)은 부가적으로 역률을 계산한다. 비록, 분리 항목으로 예시되어 있으나, 유효 전력 계산 수단(102), 무효 전력 계 수단(104) 및 겉보기 전력 계산 수단(106)은 집적 회로에서와 같이, 공유 메모리 위치를 갖는 통합된 항목이 될 수 있음을 이해하여야 한다. 제6도는 본 발명이 레지스터, 카운터, 누산기 등과 같은 수단을 이용하고 있다는 것을 나타내기 위한 것이며, 이러한 수단들은 유효 전력, 무효 전력, 역률 및 겉보기 전력에 관한 정보를 제공 및/또는 유도한다.

제7도는 본 발명의 일실시예에 따른 순차 처리 단계를 나타내는 하이레벨 흐름도(150)이다. 시작 단계(152) 다음의 제1단계(154)는 측정된 유효 또는 무효 에너지량을 나타내는 입력(들)을 얻는 단계이다. 이 입력은 아날로그 형태, 펄스형태, 디지털 형태 등으로 나타난다. 일단, 입력이 얻어지면 각각의 유효 또는 무효 에너지 계산 수단은 단계(156)에서 얻어진 입력과 같은 양만큼 증가한다. 증가(increment)는 유효 에너지 및 무효 에너지 계산 방식을 제한하려는 의도로 사용된 용어가 아니다. 예를 들면, 레지스터/카운터가 어느 요소만큼 감소하거나 배가되어 에너지 소비량을 계산하는 것도 가능하다. 유일한 요건은, 에너지 소비량 측정이 유효 및/또는 무효 에너지 계산 수단에서 어떻게든 반영되고 고려되어야 한다는 것이다.

각 계산 수단의 값이 바뀌고 나면, 다음 단계(158)에서 겉보기 에너지 계산 수단에 대해 변화/갱신을 결정하는데, 이것은 유효 또는 무효 에너지 계산 수단에 대한 변화/갱신의 결과로 나타나는 변화/갱신이다. 역률에 대한 변화 역시 측정된다. 상기 결정 다음에, 단계(160)에서 인터럽트 요구가 수신되지 않을 경우 입력을 얻는 단계(154)로 되돌아간다. 인터럽트 요구가 있으면, 단계(162)로 가서 동작이 종료한다.

순차적으로 수행되는 것과 같이 예시되어 있으나, 제7도의 몇몇 단계는 병렬식 또는 분산식으로 수행 가능함을 이해하여야 한다. 예컨대, 겉보기 에너지 계산 수단이 이전의 증가를 처리하는 동안, 유효 및/또는 무효 에너지 계산 수단에서 증가 동작이 일어나게 할 수 있다.

이러한 방식으로, 본 발명은 유효 전력, 무효 전력, 역률 및 겉보기 전력을 계산한다. 이 양은 어떤 방식으로 결합 및/또는 개별적으로 유지되어 디스플레이되거나 및/또는 전자 메모리에 저장될 출력을 제공한다.

[다른 하드웨어 구성]

여러 다른 하드웨어 구성을 본 발명에 활용할 수 있으며, 본 발명은 어떤 한가지 특정 하드웨어 구성에 제한되지 않는다. 따라서, 구체적인 구성이 여기에 기재되어 있지만, 이러한 구성은 본 발명에 제한하려는 의도로 해석해서는 안 된다. 더욱이, kVAh 결정 방법을 중심으로 본 발명을 구체적으로 설명하겠지만, 예컨대, 향상된 미터링 수단, 향상된 처리수단 및/또는 향상된 입력/출력 수단에 관련이 없는 것으로 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.

제8도는 본 발명에 이용 가능한 하드웨어의 일실시예의 하이 레벨 블록도(200)이다. 제8도에 예시된 바와 같이, 미터링 시스템(202)은 입력/출력 수단(204), 미터링 수단(206) 및 처리수단(208)을 구비한다. 분리 항목으로서 제8도에 도시되어 있지만, 블록도(200)는 단지 미터링 시스템의 개념 이해에 도움을 주기 위한 것이다. 예를 들면, 기술적 측면에서 미터링 기능이라고 간주되는 몇 가지 기능은 실제로 처리 수단 및/또는 입/출력(I/O) 수단(204)에서 수행된다. 마찬가지로, 몇몇 처리 기능은 실제로 미터링 수단(206) 및 /또는 I/O 수단(204)에서 수행된다.

일반적으로, I/O 수단(204)은 미터링 시스템(202)의 다른 성분 및 전력선(도시 생략)간의 인터페이스를 제공한다. I/O 수단(204)은 또한 디스플레이 및/또는 메모리를 포함하며, 따라서 미터링 시스템(202)의 다른 성분에 의해 발생 및/또는 저장되는 데이터는 전자적으로 제공되거나 요청이 있는 경우 사람이 이해할 수 있는 형태로 제공된다. 미터링 시스템의 여러 가지 다른 I/O 수단(204)은 잘 알려져 있으며 상업적으로 입수할 수 있다.

[미터링 수단]

일반적으로 미터링 수단(206)은 측정되는 유효 에너지 및 무효 에너지를 발생시키는 기능을 수행한다. 본 발명에 바람직하게 사용되는 미터링 수단(206)의 한 가지 형태는 본 출원인이 1989년 9월 25일자로 출원한 미국특허 출원 번호 제07/412,358호(Electronec Watthour Meter)에 기재되어 있다. 상기 특허의 내용은 본 명세서의 일부분으로 포함된다. 미터링 수단(206)에 대한 정보는 또한 1990년 6월 30일자의 North Carolina, Wilmington, North Carolina Meter School, Bullock, Solid State Meter Technology에 설명되어 있다.

제9도는 미터링 수단(206)의 일실시예에 대한 블록도(250)를 나타낸다. 라인 전류 입려고가 라인 전압 입력은 미터링 수단(206)에 공급되고, 와트아워 출력 펄스 및 VAR/Q 아워 출력 펄스는 미터링 수단(206)에 의해 출력된다. 각각의 와트 아워 출력 펄스 및 VAR/Q아워 펄스는 각각 유효 및 무효 에너지 소비량에 비례한다.

라인 전압 입력과 라인 전류 입력은 전자 회로에 적합한 2차 신호를 제공하도록 각각의 스케일링 및 분리 수단(210,212)에 의해 전기적으로 분리되며 정확하게 스케일링(scaling)된다. 정격 입력 전압(예컨대, 120V)에서 1.6Vrms를 제공하기 위한 전압 스케일링이 적절하다. 각각의 100,000대 1과 10,000대 1의 전류 스케일 비는 내장 미터(풀 스케일, Full scale 200 암페어) 및 변압기 정격(풀 스케일 20암페어)미터 각각에 대하여 선택될 수 있다. 그러면, 전류 센서의 풀 스케일 2차 전류는 2.0밀리암페어 rms가 된다. 전류 입력 경로의 정밀 전류/전압 컨버터(214)는 전류 신호를 A/D(아날로그를 디지탈로)컨버터에 적합한 전압으로 변환한다. 전류/전압 컨버터의 스케일링은 1 볼트 출력/밀리암페어 입력(1,000오옴)이다.

이득의 조절은 전류 경로의 이득단(216)을 조정함으로써 제공된다. 제1 A/D컨버터는 전류 신호(218)를 공급받고, 제2 A/D컨버터(220)는 전압 신호를 공급받는다. 정밀 전압 기준기(221)의 VREF에 의해 측정되는 바와 같이, 두 A/D컨버터는 약+/-3.45볼트 dc의 풀 스케일 범위를 갖는다. 정밀 시간 베이스(클록)(222)는 일정한 샘플 속도를 설정하는데, 이 속도에서 A/D컨버터는 전류 및 전압 입력을 동시에 샘플하며 그 크기를 이진 워드로 컨버터한다. 수 kHz를 초과하는 샘플 속도는 입력 신호의 고조파에 대한 우수한 성능을 얻는 데에 필요한다. 전류 입력 신호의 위상과 전압 입력 신호의 위상을 정확하게 정합시키기 위해 , 전압 컨버터의 샘플 시간의 전류 컨버터에 대해 약간의 이산 스텝으로 시프트함으로써 위상 조정이 이루어진다.

와트아워에 비례하는 출력 펄스를 얻기 위하여, 각 이진 코드화된 전류 샘플은 대응 전압 샘플만큼 곱셈기(224)에서 증배되며 그 결과는 누산기(226)에 가산된다. 누산된 합계가 미터 와트아워 상수에 비례하는 임계치에 도달할 때마다 출력펄스가 발생하게 된다. 출력 펄스 속도는 기존의 미터링 장치에 호환되도록 하기 위하여 전자기계식 미터에 대한 1 디스크 회전 속도의 12배로 선택된다.

바아아워(varhour) 또는 Q아워에 비례하는 출력 펄스는 위와 동일한 방식으로 구하는데, 다만 사용된 전압 샘플이 지연 유닛(228)에 의해 일정 시간 지연된다는 점에서 차이가 있다. 상기 일정 시간은 바아아워에 대해서는 90°, Q아워에 대해서는 60°에 해당하며 이 중 어느 것을 선택해도 된다. 각 이진 코드화된 전류 샘플은 대응 전압 샘플만큼 곱셈기(230)에서 증배되고, 분리 누산기(232)는 바아아워 누산 또는 Q아워 누산에 사용된다. 와트아워 누산기 임계치와 같은 임계치를 바아아워 임계치 또는 Q아워 임계치로 사용한다. 임계치는 보통 이선 단상식(two-wire-single-phase)에 적용되는 일체 완비된 1소자 미터에 대하여 144(10^-6) 볼트-암페어-초이다.

다상 부하(multiple phase losds)에 대해서는, 다중화기기(도시 생략)를 사용하여 미터 기능을 확장시킬 수 있다. 각각의 전류 입력과 전압 입력에 대해 별도의 분리 및 스케일링을 제공해야 하지만, 나머지 소자들은 시간 공유할 수 있다. 다상 부하 회로의 블록도는 상기 문헌 Solid State Meter Technology에 설명되어 있다.

정확도는 주로 노이즈(noise), A/D컨버터 분해능, 입력 스케일링의 선형성, 전류/전압 컨버터의 선형성 및 A/D 컨버터의 선형성에 의해 제한된다. 시간 및 온도에 따른 안정성은 입력 스케일링의 안정성, 전류/전압 컨버터 저항의 안정성 및 시간 베이스와 전압 기준의 안정성에 의해 제한된다. 측정한 몇몇 출력 펄스에 결합된 높은 출력 펄스 속도에서는 부정확이 뚜렷하게 나타난다. 이것은 출력 펄스속도에 지터(jitter)를 야기시키는 라인 주파수의 2배로 나타나는 전력 흐름의 주기성 때문이다. 이것은 단위 측정 당 출력 펄스 수를 증가시킴으로써 극복 가능하다.

[처리 수단]

제10도는 본 발명에 이용되는 처리 수단(208)의 블록도를 도시하고 있다. 이 블록도의 기능은 예컨대, 당업자에게 잘 알려진 1.2미크론 CMOS주문형 집적회로(ASIC)에 구형될 수 있다.

ASIC는 어드레스, 데이터, 제어 및 유매크로 버스(236, umacro bus, 이하버스라 함)에 결합되는 마이크로 콘트롤러(234)를 포함한다. 액정 디스플레이 콘트롤러(238)는 버스(236)에 직접 결합되며 로직 인터페이스(240)를 통하여 버스(236)에 간접 결합되어 있다. 발진기(244)에 결합되어 있는 전력 중지 타이머(242)는 버스(236)에 결합된다. 예컨대, ROM, EEPROM 및 SRAM 형 메모리블록을 포함하는 메모리(246)도 버스(236)에 결합된다. 또한 ASIC(208)는 ASIC메모리 맵을 정하는 어드레스 디코딩 로직, 프로세서 어드레스 공간을 확장하는 뱅크 스위칭 로직 및 프로그래밍과 검색 목적용 레지스터 데이타를 루팅하는 통신 게이팅 로직을 포함한다(도시 생략).

동작에 있어서, 마이크로 콘트롤러(234)는 계산 및 ASIC 제어 기능을 수행한다. 액정 디스플레이 콘트롤러(238)는 액정 디스플레이와 같은 젱 입/출력 수단에 이용된다. 발진기(244)에 결하보디는 전력 중지 타이머(242)는 전력이 중지될 경우 시간 기록용으로 사용된다. 미터링데이타, 프로그램 및 다른 정보는 메모리(246)에 저장된다.

[다른 하드웨어 실시예]

제11도는 본 발명을 실행하는데 사용 가능한 미터링 시스템(300)의 다른 실시예를 나타낸다. kWh 미터링 수단(302), kVARh 미터링 수단(304), 처리수단(306) 및 입력/출력 수단(308)이 도시되어 있다. kWh 미터링 수단(302)은 라인 전압 및 부하 전류의 반응에 유효한 종래의 kWH 펄스 개시기 (도시생략)를 포함하며, 부하에 의해 소비되는 소정의 유효 전력량에 응답하여 하나의 출력 펄스를 발생시킨다. 예를 들면, kWH펄스 개시기는 종래의 전자기계식 미터가 될 수 있으며, 여기에서 미터 디스크는 전압 고정자와 전류 고정자에 의해 발생되는 자속의 상호 작용에 의한 자기 인력에 대해 회전하게 된다. kWH펄스 개시기의 출력 펄스는 소정량으로 회전 동작하는 미터 디스크에 응답하여 종래의 전자기계식 센서 또는 전기 광학 센서에 의해 발생 가능하다.

kWh 미터링 수단(302)은 소비 에너지를 적절하게 눈금으로 나타내는 미터 디스크의 누적된 회전을 나타내는 종래의 기계적 레지스터(도시 생략)를 포함할 수 있다. 이와 달리, kWh 미터링 수단(302)은 부하가 요구하는 소정의 유효 에너지 소비량에 응답하여 하나의 출력 펄스를 만들어 낼 수 있는 종래의 전자 장치가 될 수 있다.

이와 유사하게, kVARh 미터링 수단(304)은 부하에 의한 소정의 무효 에너지 소비량에 응답하여 출력 펄스를 발생시킨다. 전압을 90도 위상 시프팅하고 여기에 전류를 곱하면, kVAR측정치가 얻어진다. 이 위상 시프팅은 당해 기술 분야에 잘 알려져 있다. kWH 미터링 수단(302)의 경우와 같이, kVARh미터링 수단(304)도 역시 부하에 의한 요구량에 응답하여 하나의 출력 펄스를 발생시킬 수 있는 종래의 전자기계식 장치 또는 전자 장치가 될 수 있다.

제11도의 처리 수단(306)은 제12도에 더 상세하게 나타나 있다. 좀 더 구체적으로, 미터링 수단(302,304)의 kWh펄스 출력과 kVARh펄스 출력은 kVAh측정 수단(310)의 입력으로서 처리수단(306)에 제공된다. 또 kWh 펄스는 kWh펄스를 축적하는 kWh 레지스터(312)에 입력되며 I/O수단(308)의 출력으로서 누산 카운트를 제공한다. kVARh 펼스는 역률 조사 레지스터(314, Power factor Lookup register)에 제공된다. 역률 조사 레지스터(314)는 입력으로서 kWh 펄스 및 kVAh 정보를 수신한다. 이입력으로부터 후술되는 바와 같이 역률을 정할 수 있다. kVAh레지스터(318)의 출력은 kVA요구 레지스터(316) 및 kVAh 측정량을 축적하는 kVAh레지스터(318)에 제공된다. kVA요구 레지스터(316)는 kVA요구를 저장하고 kVAh측정 수단(310)에 주기 끝남 리셋 신호를 제공한다.

블록도에 예시된 바와 같이, 처리수단(306)의 출력은 역률, kVAh, kVA요구 및 kWh를 포함한다. 이런 값을 결정하는 방법은 이하의 알고리즘 설명 항목에 더 자세히 기재되어 있다.

전술한 하드웨어의 실시예로부터 여러가지 다른 하드웨어 구성이 본 알고리즘에 사용될 수 있으며 이 알고리즘은 어떤 하나의 특정 하드웨어 구성에 제한되어 사용되지 않음을 이해하여야 한다. 또한, 본 알고리즘은 종래의 퍼스널 컴퓨터(예컨대, Z80 마이크로 프로세서에 기초한 컴퓨터)에 사용 가능하다. 따라서, 전술한 하드웨어 구성이 본 발명에 이용될 수 있는 여러가지 하드웨어 구성을 나타내고 있으나, 이러한 구성이 본 발명을 제한하는 의미로 해석되지 않는다.

D. 알고리즘

후술되는 바와 같이, 미터링 수단의 출력 즉, kWh 및 kVARh는 정수량이다. 마찬가지로, 출력, kVAh는 입력과 동일한 스케일 계수를 갖는 정수량이어야 한다. 본 알고리즘에 대한 설명을 간단히 하기 위해서, 다음의 기호가 사용된다.

S=페이저 볼트 암페어 아워(kVAh), 겉보기 전력이라고도 함.

P=에너지(kWh), 유효 전력이라고도 함.

Q=쿼더지(Quadergy, kVARh), 무효 전력이라고도 함.

R=나머지

식(1)으로부터 유도되는 다음 식은 상기 측정치의 관계를 설명하고 있다.

S²+R=P²+ Q² [8]

정수나머지(R)는 P,Q,S의 정수 값에 대한 상기 식에서 등식이 성립하도록 하기 위해 도입된 것이다.

전술한 바와 같이, 미터링 수단은 P펄스 출력과 Q펄스 출력을 제공한다. 이 펄스 출력은 해당 레지스터에 저장될 수 있다. 따라서, kVAh결정은 주어진 P,Q에 대하여 S와 R을 정하는 것으로 줄어든다.

실제로, P와 Q는 독립하여 증가하게 된다. 각 증가에서 S 및/또는 R의 새로운 값이 결정되어야 한다.

후술되는 바와 같이, 미터 내에 있는 마이크로 프로세서는 통상 저가의 프로세서인 것이 바람직하며, 확장 코드 발생 및 시간 계산은 식(8)의 제곱 및 제곱근을 계산하는데 필요한 것이다. 따라서, 간단한 알고리즘이 요구된다.

예컨대, [P_n] [P_n+1]등과 같이 연속적인 P와 Q값에 대해서 다음 식이 만족된다는 것을 인식함으로써 간단한 알고리즘을 얻을 수 있다.

[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]

다시 말해서, 다음 정수(next integer)의 제곱값은 현재 정수의 제곱값에 다음 정수의 2배 값-1 또는 현재 정수의 1배 값+1을 가산함으로써 얻을 수 있다. 식(9),(10)을 이용하면 제곱 연산이 간단한 가산으로써 실행 가능하다.

제곱 알고리즘은 수학적으로 다음 식으로 표현될 수 있다.

표1은 n값의 증가에 따라 주어지는 값을 나타낸다.

실제로, 레지스터는 P, [2P+1], Q, [2Q+1] 및 합 [P²+Q²]의 값을 저장한다. 초기에, P,Q 및 [P²+Q²] 레지스터는 0으로 세트되는 반면, [2P+1]과 [2Q+1]레지스터는 1로 초기화된다. P펄스가 도달하면, [2P+1]레지스터의 값은 [P²+Q²]레지스터에 가산되며, P레지스터는 1만큼 증가하고 [2P+1]레지스터는 2만큼 증가한다. 정확하게 동일한 단계가 Q펄스에 대해서도 수행된다.

또, 일련의 레지스터가 S와 [2S+1] 데이타를 저장하도록 사용되고 S펄스의 발생은 다음과 같이 결정된다. P펄스 또는 Q펄스의 도달후 [2S+1]의 시행 감산은 [P²+Q²]레지스터로부터 이루어진다. 이 감산이 언더플로를 야기하지 않을 경우, S펼스가 생성되며 S레지스터는 1만큼 증가하고 [2S+1]레지스터는 2만큼 증가한다. 상기 감산이 언더플로를 야기할 경우, [P²+Q²]레지스터는 이전값으로 리셋되며 다른 레지스터는 증가되지 않고 S펄스는 발생되지 않는다.

또한, 제곱 레지스터의 합은 실제로 다음과 같은 나머지(R) 값을 갖는다.

R=[P²+Q²-S²] [12]

상기 숫자들이 무한대로 계속 증가하므로, 상기 결정을 종결하여 다시 시작하는 것이 요구된다. 역률이 변할 경우, 알고리즘은 kVAh 및 역률에 대한 시간 평균값을 제공한다.

예를 들면, 전자기계식 미터가 사용되고, 이 미터의 킬로 바아아워 디스크 회전은 연속적인 방식으로 종이 차트를 이동시키고, 킬로 와트아워 디스크 회전은 연속적인 방식으로 상기 차트를 가로질러 펜(pen)을 이동시킨다고 가정해 보자. 곡선이나 라인 그래프는 kWh에 대한 kVARh의 도면이다. 라인 그래프의 길이는 kVAh 측정치를 나타내는 반면, 어떤 지점에서 라인의 기울기는 순간 역률을 나타낸다.

시스템이 주기적으로 리셋되지 않을 경우, 펜은 상기 차트를 벗어날 것이다. 이것은 디지털 시스템에서 처리 가능한 것보다 더 큰 숫자를 생성하는 것과 유사하다. 리셋시, 총 킬로 와트아워 및 총 킬로 바아아워가 기록된 경우, 이 기록점으로부터 원점에까지 라인이 그려질 수 있다. 이 라인의 기울기는 평균역률이 되고, 라인 길이는 평균 kVAh가 될 것이다.

일반적으로, 이 라인은 펜에 의해 그려진 곡선보다 더 짧다(곡선이 일정한 역률을 나타내는 직선이 아닐 경우). 이것은 미터링 펄스의 디지탈 결정과 유사하다. 라인 근사는 펜에 의해 그려진 곡선을 분할한다. 할선(secant line)이 짧을 수록, 곡선이 길이 및 기울기에 더 근접하게 된다.

기록 펄스 데이타 시스템에 있어서, 할선(secant)은 요구 간격의 펄스 수만큼 길다. 이 간격 내에서 이산 결정을 허용하는 데이타는 존재하지 않는다. 미터 범위 내에서 데이타를 처리하는 것은 후술되는 다른 조건에 따라 원하는 만큼 할선을 짧게 할 수 있게 만든다.

S 및 R의 결정을 설명하였으나, S는 할선의 길이가 아니다.

구체적으로,

kVAh=[P²+Q²]=[S²+R²]=Sc [13]

이다.

S는 선정된 최대 정수의 상수 값(예컨대, 4, 8, 16, 32등)을 갖는 정수인데 이 값에서 결정은 종료되며, 나머지는 스케일 및 누산되고, 결정은 재개시된다. 물리적으로, S의 최대값은 P 및 Q의 누적된 값에 비례하는 최고 정수의 할선을 나타낸다. 그러나 Sc는 입력(P 및 Q)으로부터 얻어지는 실제 보정(비정수) 값이다. 나머지(R)는 무시되거나 버려져서는 안되는 부분 펄스를 나타낸다. 이것에 대해서는 다음 식을 고려해 볼 수 있다.

Sc=S+[1+R/S²] [14]

상기 제곱근은 이항식 급수를 사용하여 확장될 수 있으며 다음과 같이 간략화 될 수 있다.

Sc=S+[R/2S]-[R²/8S³]+[R³/16S]-[5R⁴/128S]+..... [15]

이 표현은 역 부호의 교대항을 갖는 수렴 급수이다. 따라서, 이 식은 최종값을 중심으로 진동하며 최종값으로 수렴한다. 물론 이 표현은 너무 복잡해서 작은 마이크로 프로세서로는 빨리 계산할 수 없지만 제한 항수를 사용함으로써 근사 값을 얻을 수 있다. 근사화 에러는 처음 무시되는 항의 절대 값보다 작고, 이(에러)값이 최대 S값의 큰 값에 비해 작은 것을 알 수 있다. 그러나, 최대 S값의 큰 값은 곡선 함수의 보다 덜 정확한 표현인 긴 할선을 나타낸다. 처음 두 항은 실제 결과를 과대 평가하는데, 다음 식을 얻기 위해 최대 S값(16과 같은)의 작은 값을 사용하고 제2항을 변형함으로써 유사 근사 값을 얻을 수 있다.

Sc=S+[2R/(4S+1)] [16]

종료점에서, 값(2R)은 그 때 남아 있는 부분 펄스를 나타내도록 레지스터에 가산되며, 다른 레지스터는 리셋되고, 계산은 다시 시작된다. 그 다음 리셋점에서, 값(2R)은 레지스터에 다시 가산되고 총계는 4S+1과 비교된다. 오버플로가 발생할 경우, 부가적인 보충(make up)펄스가 발생하며 4S+1이 레지스터로부터 감산된다.

S에 대한 리셋값이 8, 16 또는 32와 같이 작은 수로 선택될 경우, 더 높은 정확도를 갖는 다른 방법이 사용될 수 있다. 여기서, R값은 조사표에 인덱스로서 사용되며, 조사표에는 식[(S²+R)-S]의 참값이 저장된다. 이 십진 분수는 2이 곱해지며, 높은 정확도를 위해 2바이트 정수로서 저장된다.

종료점에서, 2바이트 정수가 레지스터에 가산되고 레지스터 오버플로시에는 보충 펄스가 발생된다. 다른 기법을 사용함으로써 부분 펄스가 올바르게 계산되는데, 그 펄스는 시간상 조금 늦게 발생한다.

계산을 종료시키는 S값과 레지스터를 리셋하는 S값 사이에는 흥정이 필요하다. 종료시 S값이 더 큰 값일 경우 시간 지연된 펄스 비율은 더 작아지지만, 역률이 변할 경우 할선은 실제 kVAh곡선에서 더 멀어진다. S의 최대값이 작게 선택될 경우, R의 가능값은 한정된다. 그러나, 최대의 S값이 더 작아질 수록 종료 발생이 더 잦아지므로, 더 많은 처리(예컨대, R의 결정 및 리셋)가 요구된다. S의 최대값으로는 10 내지 50의 범위 내에서 발견되는 것이 바람직하다.

종래 방식으로, 고정 또는 이동식 요구 간격상에서, 발생된 S펄스는 요구 레지스터 또는 사용시간 레지스터에 축적된다. 알고리즘은 컴퓨터 기능 장애 결과로 알고리즘을 초기화시키기 위한 감시 기능을 제외하고는 다른 때 혹은 간격 끝에서 중지되지 않는다.

선택된 S값에서 각 계산의 종료는 P와 Q의 몇몇 특정한 정수 값에 관계된다. 0.707보다 큰 역률에 있어서, P는 Q보다 크다. 0.707보다 작은 역률에 있어서, Q는 P보다 크지만, P와 Q의 값은 45도 축에 대하여 거울상으로 대칭적이다.

종료점에서 Q또는 P의 값은 다른 조사표에 인덱스로서 사용될 수 있으며, 이 표에는 Q 또는 P의 각 단위값으로 된 역률 값이 기억되어 있다. 이 수단에 의해, 역률의 실시간에 가까운 디스플레이가 얻어질 수 있다. 이와 달리, 가장 최근의 요구 간격에 대한 평균역률은 간격의 끝에서 P 및 S의 값으로부터 결정 가능하다. 알고리즘은 임의의 시간 주기 동안 임의로 변하는 역률을 나타내는 펄스 입력열(pulse input train)과 함께 확장 테스트되었다.

또, 본 알고리즘은 Q 아워 미터에도 유용하게 이용된다. Q아워미터는 VAR 아워 미터의 변형이다. Qh미터에 있어서, 미터에 인가된 전압은 VARh미터에서와 같이 90도 대신 표준 위상 전압 다음에 60도 지연되거나 뒤지게 된다. 이 방법으로 두 장점을 얻을 수 있다. 첫째, 60도 뒤짐 전압은 위상 시프팅 변압기를 사용하지 않고 3위상 시스템의 다른 페이저로부터 얻어질 수 있다. 둘째, 미터는 최대 30도까지 앞서는 부하 위상각에 대하여 순방향으로 동작할 수 있다. 이에 비해서, VARh미터는 모든 앞섬 위상각에 대하여 역방향 동작한다.

부호 Q는 무효 전력(kVAR)을 타나내기 위한 전기 공업 규격이다. 또한, 상술한 바와 같이 60도 뒤진 전압으로 동작하는 미터를 명명하기 위한 미터링 제조설비에 광범위하게 이용되고 있다. Qh 미터링에 적용될 때, 알고리즘 동작 설명에 대하여 혼동을 피하기 위하여, 다음 부호가 사용될 수 있다.

V=VARh :

W=Wh :

VA=VAh :

Q=60도 뒤짐각에서의 표준 Qh

Qh미터 동작에 대하여 다음 식이 만족된다.

V=[2Q-W]/3: [17]

V²=[2Q-W]²/3=[4Q-4QW+W²]/3 : [18]

3V²=4Q²-4QW+W². [19]

또,

S=[V²+W²]:[20]

S²=V²+W². [21]

따라서,

3S²=3V²+3W²: [22]

=4Q²-4QW+W²+3W²: [23]

=4Q²-4QW+4W²: [24]

=4[Q²-QW+W²]. [25]

S, Q 및 W 모두가 정수 값을 가질 경우, 식(25)의 등식이 성립하도록 정수 나머지(R)를 도입하는 것이 다시 한번 필요하다.

구체적으로,

R=[4Q²-4QW+4W²-3S²] [26]

그러면, 문제는 주어진 Q 및 W에 대해 S 및 R을 결정하는 것이다.

동작에 있어서, W, Q, S 및 R 레지스터는 0으로 초기화될 것이다. 또, (2Q+1),(2W+1), 및 (2S+1)레지스터는 1로 초기화될 것이다. 미터링 수단으로부터 W 입력 펄스를 받으면, 다음 단계가 수행될 것이다.

(1) R레지스터에 4×(2W-1)을 가산하고,

(2) R레지스터로부터 (4×Q)을 감산하며,

(3) W레지스터를 1만큼 증가시키고,

(4) (2W+1)레지스터를 2만큼 증가시키며,

(5) S 출력 펄스를 체크한다.

미터링 수단으로부터 Q펄스를 받으면, 다음 단계가 수행될 것이다.

(1) R레지스터에 4×(2Q+1)을 가산하고,

(2) R레지스터로부터 (4×W)을 감산하며,

(3) Q레지스터를 1만큼 증가시키고,

(4) (2Q+1)레지스터를 2만큼 증가시키며,

(5) S 출력 펄스를 체크한다.

S출력펄스의 출력 여부를 체크하기 위해서, 다음 단계가 수행된다.

(1) 3×(2S-1)을 R레지스터 값과 비교하며,

(2) R레지스터보다 클 경우, 아무것도 하지 않고 단지 미터링 수단의 다른 입력을 기다리며,

(3) R레지스터보다 작거나 같을 경우, R 레지스터로부터 3×(2S+1)을 감산하고 S레지스터를 1만큼 증가시키며 (2S+1)레지스터를 2만큼 증가시키고 S출력 펄스를 출력한다.

VARh경우에 대해 전술한 바와 같이, S의 어떤 값에서 결정을 종료하고 리셋할 것인지 선택하는 것이 필요하다. 동일한 인가를 고려하여야 하며 S에 대한 값(10 내지 50)의 같은 범위가 바람직할 것으로 생각된다.

종료점에서 나머지(R) 값에 의해 나타나는 부분 분수를 허용하기 위해, 가장 간단한 절차는 조사표의 인덱스로서 R을 사용하는 것이다. 이 예에서, 표의 값은 다음 식으로부터 얻어진다.

{[4(Q²-QW+W²)/3]-S} [27]

십진 분수에 2을 곱하고 2바이트 정수로서 저장된다. 각 종료점에서, 상기 2바이트 정수는 레지스터에 가산되고, 레지스터가 오버플로 할 때 보충 펄스가 발생된다.

선택된 S값에서의 각 계산 종료는 W및 Q의 특정 정수 값에 관련된다. 0.866의 뒤짐 역률에서, W는 Q와 같다. 0.866보다 작은 뒤짐 역률에 있어서, W는 Q보다 작다. 따라서, W 및 Q의 값은 조사표에 인덱스로서 사용 가능한데, 이 표에는 W 및 Q의 각 단위값에 관계된 역률 값이 기록되어 있다.

본 발명을 특정 실시예에 관하여 설명하였으나, 여러 가지 변경, 대체 및 등가 변형이 당업자에게 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위와 사상은 첨부한 특허 청구 범위에 의해서만 한정된다.

Claims

최종 사용자와 전력 배전 시스템 사이에 결합된 미터(202,300)을 동작시키는 방법으로서, 상기 미터는 미터링 수단(206,302)과 처리수단(306,208)을 포함하고, 상기 처리수단은 P, (2P -1), Q, (2Q-1), R, S 및 (2S-1)의 값을 저장하는 레지스터수단을 포함하고, 상기 P=유효 전력, 상기 Q=무효 전력, 상기 S=겉보기 전력, 상기 R=나머지이며, 상기 미터동작 방법은, 상기 최종 사용자가 소정량의 유효 에너지를 소비할 때마다, 유효 에너지의 상기 소정의 양을 나타내는 펄스로서 상기 처리수단에 제공되는 펄스를 상기 미터링 수단으로부터 출력하고, 상기 처리수단이 각각의 유효 에너지 펄스를 수신했을 경우에는 (a) 상기 (2P-1)레지스터를 2만큼 증가시키고, (b) 상기 (2P-1)레지스터 수단의 값을 상기 R 레지스터 수단에 더하고, (c) 상기 P레지스터 수단을 1만큼 증가시키는 단계를 수행하도록 상기 처리 수단을 제어하는 단계와, 상기 최종 사용자가 소정의 양의 무효 Q에너지를 소비할 때마다, 상기 미터링 수단으로부터, 무효 에너지의 상기 소정의 양을 나타내는 펄스로서 상기 처리수단에 제공되는 펄스를 출력하고, 상기 처리수단이 각각의 무효 에너지 펄스를 수신했을 경우에는 (a) 상기 (2Q-1)레지스터를 2만큼 증가시키고, (b) 상기 (2Q-1)레지스터 수단의 값을 상기 R 레지스터 수단에 더하고, (c) 상기 Q레지스터 수단을 1만큼 증가시키는 단계를 수행하도록 상기 처리 수단을 제어하는 단계와, 상기 레지스터 수단에 저장되어 있는 값으로부터, 상기 처리수단에서, 겉보기 에너지 측정치를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제1항에 있어서, 상기 P레지스터, Q레지스터, R레지스터, S레지스터는 최초에 '0'으로 설정되어 있고, (2P-1)레지스터, (2Q-1)레지스터, (2S-1)레지스터는 최초에 '-1'로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제1항에 있어서, 상기 S레지스터 수단의 값이 소정이 값에 도달한 경우에는, 상기 레지스터 각각에 있는 값이 저장되고, 상기 P레지스터, Q레지스터, R레지스터, S레지스터, (2P-1)레지스터, (2Q-1)레지스터, (2S-1)레지스터 수단은 리셋되는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제3항에 있어서, 2R 및 (4S+1) 과 동일한 값을 저장하는 레지스터 수단을 더 구비하며, 상기 P레지스터, Q레지스터, R레지스터, S레지스터, (2P-1)레지스터, (2Q-1)레지스터, (2S-1)레지스터 수단이 리셋되었을 때, 2R의 현재값을 상기 2R 레지스터 수단에 더하는 단계와, 상기 2R 레지스터 수단에 저장된 총계에서(4S+1)을 감산하는 단계와, 상기 감산의 결과값이 양수인 경우에는 상기 S레지스터를 1만큼 증기시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제3항에 있어서, 저장된 수식 [(S²+R)^1/2-S]에 대하여 S값과 R값을 갖는 조사표 수단을 더 구비하며, 상기 레지스터 수단이 리셋되었을 때 R의 현재값을 사용하여 상기 조사표 수단에 저장된 S에 대한 관련된 소정의 분수를 찾고, 상기 분수를 미리 지정된 레지스터에 저장하여 상기 S레지스터를 증기시켜야 하는지를 결정하는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제1항에 있어서, 상기 레지스터 수단 중 최소한 2개의 레지스터 수단에 저장된 값으로부터 역률을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제1항에 있어서, 상기 겉보기 에너지의 측정치 생성은, 상기 R 레지스터 수단의 값으로부터 상기(2S-1)레지스터 수단의 값을 감산하고, 이 감산의 결과값이 양인 경우에는 (a) 상기 (2S-1)레지스터 수단을 2만큼 증가시키고, (b) 상기 R레지스터 수단을 (2S-1)만큼 감소시키며, (c) 상기 S레지스터 수단을 1만큼 증가시키는 단계를 수행하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
에너지를 공급하는 전력 배전 시스템에 결합된 최종 사용자가 소비한 겉보기 에너지를 결정하는 장치에 있어서, 상기 최종 사용자와 전력 배전 시스템 사이에 결합되며, 상기 전력 배전 시스템으로부터 공급된 소정량의 유효 에너지와 무효 에너지를 최종 사용자가 소비할 때마다, 상기 최종 소비자에 의해 소비된 상기 소정량의 유효 에너지를 나타내는 유효 에너지 펄스와 상기 최종 소비자에 의해 소비된 상기 소정량의 무효 에너지를 나타내는 무효 에너지 펄스를 각각 발생하도록 구성된 미터링 수단(202,300)과, 상기 미터링 수단에 결합되며, 이 미터링 수단에서 출력되는 상기 유효 에너지 펄스와 상기 무효 에너지 펄스를 수신하고, P, (2P-1), Q, (2Q-1), R, S 및 (2S-1)의 값을 [여기서, 상기 P=유효 전력, 상기 Q=무효 전력, 상기 S=겉보기 전력, 상기 R=나머지]저장하는 레지스터 수단을 구비하고, 다음의 처리를 수행하도록 제어되는 처리수단(208,306)을 구비하며, 상기 다음의 처리는, 상기 미터링 수단으로부터 유효 에너지펄스를 수신하면, (a) 상기 (2P-1)레지스터 수단을 2만큼 증가시키고, (b) 상기 (2P-1)레지스터 수단의 값을 상기 R 레지스터 수단에 더하고, (c) 상기 P레지스터 수단을 1만큼 증가시키는 단계를 수행하고, 상기 미터링 수단으로부터 무효 에너지 펄스를 수신하면, (a) 상기 (2Q-1)레지스터 수단을 2만큼 증가시키고, (b) 상기 (2Q-1)레지스터 수단의 값을 상기 R 레지스터 수단에 더하고, (c) 상기 Q레지스터 수단을 1만큼 증가시키는 단계를 수행하는 처리인 것을 특징으로 하는 겉보기 에너지 결정 장치.
제8항에 있어서, 상기 P레지스터, Q레지스터, R레지스터, S레지스터는 최초에 '0'으로 설정되어 있고, (2P-1)레지스터, (2Q-1)레지스터, (2S-1)레지스터는 최초에 '-1'로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 겉보기 에너지 결정 장치.
제8항에 있어서, S의 값이 소정의 값에 도달하였을 경우에 상기 레지스터 수단을 리셋하는 수단과, 상기 레지스터 수단이 리셋되었을 때 상기 S레지스터 수단을 1만큼 증가시켜야 하는지 결정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 겉보기 에너지 결정 장치.
제8항에 있어서, 역률을 결정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 겉보기 에너지 결정 장치.
최종 사용자와 전력 배전 시스템 사이에 결합된 미터(202,300)를 동작시키는 방법에 있어서, 상기 미터는 미터링 수단(206,302)과 처리수단(306,208)을 구비하고, 상기 처리수단은 W, Q, S, R, (2Q+1), (2W+1), 및 (2S+1)의 값을 저장하는 레지스터수단을 구비하고, 상기 W=와트아워, 상기 Q=Q아워, 상기 S=겉보기 에너지, 상기 R=나머지이며, 상기 미터동작 방법은, 상기 소비자가 소정량의 유효 에너지를 소비할 때마다, 상기 유효 에너지의 상기 소정량을 나타내는 펄스로서 상기 처리수단에 제공되는 펄스를 상기 미터링 수단으로부터 출력하고, 상기 처리수단이 각각의 유효 에너지 펄스를 수신했을 경우에 (a) 4×(2W-1)을 상기 R레지스터 수단에 더하고, (b) (4×Q)를 상기 R레지스터 수단으로부터 감산하고, (c) 상기 W레지스터 수단을 1만큼 증가시키고, (d) 상기 (2W+1) 레지스터 수단을 2만큼 증가시키는 단계를 수행하도록 상기 처리 수단을 제어하는 단계와, 상기 소비자가 소정량의 무효 Q에너지를 소비할 때마다, 상기 무효 Q에너지의 상기 소정량을 나타내는 펄스로서 상기 처리수단에 제공되는 펄스를 상기 미터링 수단으로부터 출력하고, 상기 처리수단이 각각의 무효Q 에너지 펄스를 수신할 경우에 (a) 4×(2Q+1)을 상기 R레지스터 수단에 더하고, (b) (4×W)를 상기 R레지스터 수단으로부터 감산하고, (c) 상기 Q레지스터 수단을 1만큼 증가시키고, (d) 상기 (2Q+1) 레지스터 수단을 2만큼 증가시키는 단계를 수행하도록 상기 처리 수단을 제어하는 단계와, 상기 레지스터 수단에 저장된 값으로부터 상기 처리 수단에서 겉보기 에너지의 측정치를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제12항에 있어서, 상기 유효 에너지 측정치와 Q아워 에너지 측정치는 정수량인 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제 12항에 있어서, 상기 유효 에너지, Q아워 에너지, 겉보기 에너지는, R=[(4Q²-4QW-3S²]의 관계를 가지며, 상기 S는 겉보기 에너지, 상기 R은 나머지, 상기 W는 유효 에너지이고, 상기 Q는 60°뒤짐 각도에서의 표준 Qh인 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제12항에 있어서, 상기 W레지스터 수단, Q레지스터 수단, S레지스터 수단 및 R레지스터 수단은 0으로 초기화되고, 상기 (2Q+1)레지스터 수단, (2W+1)레지스터 수단, (2S+1)레지스터 수단은 1로 초기화되는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제15항에 있어서, W펄스를 수신한 경우에는, 상기 R레지스터 수단에 4×(2W+1)를 더하는 단계와, 상기 R레지스터 수단으로부터 (4×Q)를 감산하는 단계와, 상기 W레지스터 수단을 1만큼 증가시키는 단계와, 상기 (2Q+1) 레지스터 수단을 2만큼 증가시키는 단계와, S출력 펄스에 대해 체크하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제15항에 있어서, 상기 겉보기 에너지의 측정치를 생성하는 것은, 3×(2S-1)을 상기 R레지스터 수단의 값과 비교하는 단계와, 상기 3×(2S-1)이 상기 R레지스터 수단에 저장된 값보다 더 큰 경우에는, 아무 것도 하지 않고 미터링 수단으로부터 다른 입력 펄스를 기다리는 단계와, 3×(2S-1)이 상기 R레지스터 수단에 저장된 값보다 더 작거나 동일한 경우에는, 상기 3×(2S-1)을 상기 R레지스터 수단으로부터 감산하고, 상기 S레지스터를 1만큼 증기시키며 상기 (2S+1) 레지스터 수단을 2만큼 증가시키고 S출력 펄스를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제15항에 있어서, 상기 R레지스터 수단에 있는 값은 조사표에서 상기 나머지가 보충 펄스의 발생을 필요로 하는지 결정하는 인덱스로 사용되는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제15항에 있어서, 상기 W의 값과 Q의 값은 역률의 값이 저장되어 있는 조사표에 대한 인덱스로 사용되는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
최종 사용자와 전력 배전 시스템 사이에 결합된 미터(202,300)를 동작시키는 방법에 있어서, 상기 미터는 미터링 수단(206,302)과 처리수단(306,208)을 구비하고, 상기 처리수단은 W, Q, S, R, (2Q-1), (2W-1), 및 (2S-1)의 값을 저장하는 레지스터수단을 구비하고, 상기 W=와트아워, 상기 Q=Q아워, 상기 S=겉보기 에너지, 상기 R=나머지이며, 상기 미터동작 방법은, 상기 소비자가 소정량의 유효 에너지를 소비할 때마다, 상기 유효 에너지의 상기 소정량을 나타내는 펄스로서 상기 처리수단에 제공되는 펄스를 상기 미터링 수단으로부터 출력하고, 상기 처리수단이 각각의 유효 에너지 펄스를 수신했을 경우에는 (a) 상기 W레지스터 수단을 1만큼 증가시키고, (b) 상기 (2W-1)레지스터수단을 2만큼 증가시키고, (c) 4×(2W-1)을 상기 R레지스터 수단에 더하고, (d) (4×W)를 상기 R레지스터 수단으로부터 감산하는 단계에 수행하도록 상기 처리수단을 제어하는 단계와, 상기 소비자가 소정량의 무효 Q에너지를 소비할 때마다, 상기 무효 Q에너지의 상기 소정량을 나타내는 에너지 펄스로서 상기 처리수단에 제공되는 펄스를 상기 미터링 수단으로부터 출력하고, 상기 처리수단이 각각의 무효 Q에너지 펄스를 수신했을 경우에는 (a) 상기 Q레지스터 수단을 1만큼 증가시키고, (b) 상기 (2Q-1)레지스터수단을 2만큼 증가시키고, (c) 4×(2Q-1)을 상기 R레지스터 수단에 더하고, (d) (4×W)를 상기 R레지스터 수단으로부터 감산하는 단계를 수행하도록 상기 처리 수단을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제20항에 있어서, 상기 W레지스터 수단, Q레지스터 수단, S레지스터 수단 및 R레지스터 수단은 0으로 초기화되고, 상기 (2Q-1)레지스터 수단, (2W-1)레지스터 수단, (2S-1)레지스터 수단은 '-1'로 초기화되는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제21항에 있어서, 상기 겉보기 에너지의 측정치를 생성하는 것은, (a) 상기 S레지스터수단을 1만큼 증가시키는 단계와, (b) 상기 (2S-1)레지스터수단을 2만큼 증가시키는 단계와, (c) W펄스 또는 Q펄스의 발생에 이어서, 상기 R레지스터 수단의 값으로부터 (2S-1)레지스터 수단의 값을 3회 감산하는 단계와, (d) 상기 단계(c)의 감산이 아무런 언더플로를 만들지 않을 경우에는, S펄스를 발생하고, (e) 상기 단계(c)의 감산이 언더플로를 만들어내는 경우에는, (ⅰ) 상기 R레지스터 수단을 과거값으로 리셋시키고, (ⅱ) 상기 S레지스터 수단을 과거값으로 리셋시키며, (ⅲ) 상기 (2S-1)레지스터 수단을 과거값으로 리셋시키고, (ⅳ) S펄스를 발생시키지 않는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제20항에 있어서, 상기 R레지스터 수단에 있는 값은 조사표에서 상기 나머지가 보충 펄스의 발생을 필요로 하는지 결정하는 인덱스로 사용되는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제20항에 있어서, 상기 W의값과 Q의 값은 역률의 값이 저장되어 있는 조사표에 대한 인덱스로 사용되는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
최종 사용자와 전력 배전 시스템 사이에 결합된 미터(202,300)를 동작시키는 방법으로서, 상기 미터는 미터링 수단(206,302)과 처리수단(306,208)을 포함하고, 상기 처리수단은 P, (2P+1), Q, (2Q+1), R, S 및 (2S+1)의 값을 저장하는 레지스터수단을 포함하고, 상기 P=유효 전력, 상기 Q=무효 전력, 상기 S=겉보기 전력, 상기 R=나머지이며, 상기 미터동작 방법은, 상기 최종 사용자가 소정량의 유효 에너지를 소비할 때마다, 유효 에너지의 상기 소정의 양을 나타내는 펄스로서 상기 처리수단에 제공되는 펄스를 상기 미터링 수단으로부터 출력하고, 상기 처리수단이 각각의 유효 에너지 펄스를 수신했을 경우에는 (a) 상기 (2P+1)레지스터 수단의 값을 상기 R레지스터 수단에 더하고, (b) 상기 P레지스터 수단을 1만큼 증가시키고, (c) 상기 (2P-1)레지스터 수단을 2만큼 증가시키는 단계를 수행하도록 상기 처리 수단을 제어하는 단계와, 상기 최종 사용자가 소정량의 무효 에너지를 소비할 때마다, 상기 미터링 수단으로부터, 무효 에너지의 상기 소정의 양을 나타내는 펄스로서 상기 처리수단에 제공되는 펄스를 상기 출력하고, 상기 처리수단이 각각의 무효 에너지 펄스를 수신했을 경우에는 (a) 상기 (2Q+1)레지스터 수단의 값을 상기 R레지스터 수단에 더하고, (b) Q레지스터 수단을 1만큼 증가시키고, (c) 상기 (2Q-1)레지스터 수단을 2만큼 증가시키는 단계를 수행하도록 상기 처리 수단을 제어하는 단계와, 상기 레지스터 수단에 저장되어 있는 값으로부터, 상기 처리수단에서, 겉보기 에너지 측정치를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 겉보기 에너지 측정치의 생성은 상기 R레지스터 수단의 값으로부터 상기 (2S-1)레지스터 수단의 값을 감산하고, 이 감산의 결과값이 양수인 경우에는, (a) 상기 R레지스터 수단을 (2S+1)만큼 감소시키고, (b) 상기 S레지스터 수단을 1만큼 증가시키며, (c) 상기 (2S+1)레지스터 수단을 2만큼 증가시키는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제25항에 있어서, 상기 P레지스터 수단, Q레지스터 수단, R레지스터 수단 및 S레지스터 수단은 0으로 초기화되고, 상기 (2P+1)레지스터 수단, (2Q+1)레지스터 수단, (2S+1)레지스터 수단은 1로 초기화되는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제25항에 있어서, 상기 S레지스터 수단의 값이 소정의 값에 도달하였을 때, 각각이 레지스터 수단에 있는 값이 저장되고, 상기 P레지스터 수단, Q레지스터 수단, R레지스터 수단, S레지스터 수단, (2P+1)레지스터 수단, (2Q+1)레지스터 수단, 및 (2S+1)레지스터 수단은 리셋되는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제27항에 있어서, 2R 및 (4S+1)과 동일한 값을 저장하는 레지스터 수단을 더 구비하며, 상기 P레지스터 수단, Q레지스터 수단, R레지스터 수단, S레지스터 수단, (2P+1)레지스터 수단, (2Q+1)레지스터 수단, (2S+1)레지스터 수단을 리셋한 경우, 상기 방법은, 2R의 현재값을 상기 2R 레지스터 수단에 더하는 단계와, 상기 2R레지스터 수단에 저장된 총계로부터 (4S+1)를 감산하는 단계와, 상기 감산의 결과값이 양수인 경우에는 상기 S레지스터를 1만큼 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제27항에 있어서, 저장된 저장된 수식 [(S²+R)^1/2-S]에 대하여 S값과 R값을 갖는 조사표 수단을 더 구비하며, 상기 레지스터 수단이 리셋되었을 때 R의 현재값을 사용하여 상기 조사표 수단에 저장된 S에 대한 관련된 소정의 분수를 찾고, 상기 분수를 미리 지정된 레지스터에 저장하여 상기 S레지스터를 증기시켜야 하는지를 결정하는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
제25항에 있어서, 상기 레지스터 수단 중 최소한 2개의 레지스터 수단에 저장된 값으로부터 역률을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미터 동작 방법.
에너지를 공급하는 전력배전 시스템 결합된 최종 사용자가 소비한 겉보기 에너지를 결정하는 장치에 있어서, 상기 최종 사용자와 전력 배전 시스템 사이에 결합되며, 상기 전력 배전 시스템으로부터 공급된 소정량의 유효 에너지와 무효 에너지를 최종 사용자가 소비할 때마다, 상기 최종 소비자에 의해 소비된 상기 소정량의 유효에너지를 나타내는 유효 에너지펄스와 상기 최종 소비자에 의해 소비된 상기 소정량의 무효 에너지를 나타내는 무효 에너지 펄스를 각각 발생하도록 구성된 미터링 수단(202,300)과, 상기 미터링 수단에 결합되며, 이 미터링 수단에서 출력되는 상기 유효 에너지 펄스와 상기 무효 에너지 펄스를 수신하고, P, (2P+1), Q, (2Q+1), R, S 및 (2S+1)의 값을 [여기서, 상기 P=유효 전력, 상기 Q=무효 전력, 상기 S=겉보기 전력, 상기 R=나머지] 저장하는 레지스터 수단을 구비하고, 다음의 처리를 수행하도록 제어하는 처리 수단(208,306)을 구비하며, 상기 다음의 처리는, 상기 미터링 수단으로부터 유효 에너지 펄스를 수신하면, (a) 상기 (2P+1)레지스터 수단의 값을 상기 R레지스터 수단에 더하고, (b) 상기 P레지스터를 1만큼 증기시키며, (c) 상기 (2P+1)레지스터 수단을 2만큼 증가시키는 단계를 수행하고, 상기 미터링 수단으로부터 무효 에너지 펄스를 수신하면, (a) 상기 (2Q+1)레지스터의 값을 상기 R레지스터 수단에 더하고, (b) 상기 Q레지스터를 1만큼 증가시키며, (c) 상기 (2Q+1)레지스터 수단을 2만큼 증가시키는 단계를 수행하고, 상기 레지스터 수단에 저장된 값으로부터, 겉보기 에너지의 측정치를 발생하는 단계를 수행하며, 상기 겉보기 에너지의 측정치 발생은, (a) 상기 R레지스터 수단의 값으로 부터 상기(2S-1)레지스터 수단의 값을 감산하고, 감산한 결과값이 양수인 경우에는 (b) 상기 R레지스터 수단을 (2S+1)만큼 감소시키고, (c) 상기 S레지스터 수단을 1만큼 증가시키며, (d) 상기 (2S+1)레지스터 수단을 2만큼 증가시키는 단계를 포함하는 처리인것을 특징으로 하는 겉보기 에너지 결정 장치.
제31항에 있어서, 상기 P레지스터 수단, Q레지스터 수단, R레지스터 수단 및 S레지스터 수단을 0으로 초기화되고, 상기 (2P+1)레지스터 수단, (2Q+1)레지스터 수단, (2S+1)레지스터 수단은 1로 초기화되는 것을 특징으로 하는 겉보기 에너지 결정 장치.
제31항에 있어서, 상기 레지스터 수단을 리셋한 경우에 상기 S레지스터 수단을 1만큼 증가시킬 것인지 결정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 겉보기 에너지 결정 장치.
제31항에 있어서, 역률을 결정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 겉보기 에너지 결정 장치.