負荷ポイントと配電用変圧器との概略的な関係を推測するためのシステムおよび方法

著者らは特許

H04B3/54 - 配電線を用いる伝送方式(警報システムにおけるものG08B25/06)

の所有者の特許 JP2016528860:

アストロリンク インターナショナル エルエルシー
ドミニオン エナジー テクノロジーズ, インコーポレイテッド

 

複数の候補の配電用変圧器のうち、いずれの配電用変圧器が、配電グリッドにおける特定のサービスポイントに給電しているかを識別するためのシステム、および方法が開示されている。可聴周波数の電気信号、すなわち検知信号がメータソケットあるいは電気差し込み口を介してサービスポイントにおける電線に送り込まれる。検知信号の送信器は可搬式装置であっても、あるいは電気メータに内蔵されていてもよい。検知信号によって配電用変圧器内で発生する可聴あるいは機械的共振は検知され、受信器内の加速度計あるいは指向性マイクロフォンを用いて記録される。配電用変圧器の場所およびハウジングにおける変形例に適合させるため、受信器を配電用変圧器に、あるいは配電用変圧器に近接して固定する様々な方法が開示されている。検出イベントを収集するための様々な機構および方法が開示されている。

 

 

発明の詳細な説明
[発明の分野]
本発明は、配電用変圧器のエリアネットワークの境界を推測するために、特に被計測負荷ポイントに給電する配電用変圧器を識別するために、配電グリッド上において信号を使用することに関する。
[発明の背景]
配電変電所は、高圧送電線レベル(典型的には130kV〜700kV)から、電力供給区域内の消費者に電力を供給する中間電圧レベル(典型的には4kV〜約35kV)に電圧を下げる、1つあるいは複数の変電所変圧器を備えている。給電グリッドの末端では、いくつかの配電用変圧器が給電グリッドの中間電圧を商業、工業、および居住消費者に必要とされる低電圧(米国においては、典型的には120,208,240,277,あるいは480)に変換する。これらの一部の電圧に加えて、他の電圧が世界の他の地域において使用可能である。各配電用変圧器は、1つあるいは複数の被計測負荷機器に給電する。被計測負荷機器は住宅、商業あるいは工業用の建物、街灯などの自治体のインフラストラクチャの要素、灌漑システム等の農業用の装置、あるいは給電グリッドから電力を引くことが可能なその他の被計測構造体、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。
消費負荷機器および関連するメータを配電用変圧器に接続する電線の他に、配電用変圧器は消費者に電力が供給される前の給電グリッドの最も外側の要素である。メータは、典型的には配電用変圧器からの電力が消費者に供給されるポイントに取り付けられている。配電用変圧器は、メータと同様に、3相、あるいは単相であってもよい。配電用変圧器から少なくとも1つの電気メータの集まりまでの電力潮流の経路に含まれる電気機器は、変圧器エリアネットワーク(TAN)と呼ばれている。TANは米国において一般的である放射状のトポロジーを有していても、あるいは欧州および世界の他の地域においてより一般的である、直線状あるいは「バス型」のトポロジーを有していてもよい。
通常は、検針は電力会社が負担する事業費の中で最も大きなものの1つであった。元来、電気メータは公共料金の課金処理を行うため、毎月手動での調査を必要とする、光読出を有するアナログ装置であった。1970年代の初頭、メータデータをデジタル化し、そのデータの収集を自動化するための機構が配置され始めた。これらの機構は、メータが短距離無線信号を用いて現時点での示数を送信し、検針員が携帯する装置で受信する、歩いて回ったりあるいは車で回ったりするシステムから進化した。これらの初期のシステムは、自動検針システムあるいはAMRとして知られていた。後に、様々な専用のデータ収集ネットワーク、一般的にはメッシュ構成における短距離無線周波数のリピータと、集約された示数を転送するためのブロードバンドバックホール手段を備えた複数の収集ポイントとの組み合わせがされ始めた。
これらのネットワークは、電力会社のサービスセンターにおける「計量ヘッドエンド」と、このデータ収集ネットワークの末端におけるメータとの双方向通信が可能であり、通常は高度計量基盤あるいはAMIと呼ばれている。AMIは、示数を頻繁に、典型的には15分ごとに収集および記憶可能であり、該示数をほぼこの頻度でレポート可能である。いずれのメータもオンデマンドで可読であり、ただしこの特徴は控えめに用いられることを条件とするが、また、任意のメータをオンデマンドで接続あるいは切断することも可能である。AMIメータは、省エネルギー、デマンド管理、および変動レート課金を目的として、消費者側の装置に信号を送信することが可能である。AMIネットワークは、メータにおいて交差していることを除いて電力供給グリッドから独立しているため、AMIメータは該供給グリッドのトポロジーにおける変化、あるいは該供給グリッドの一定の状態を認識することも、感知することもない。それでもなお、AMIの導入は多くの場合、真のスマートグリッド実現への第一歩である。
AMIネットワークは、一般的には、メータ検針およびデマンド管理以外に、スマートグリッドアプリケーションをサポートするのに必要な能力の全てを備えているわけではない。重要なことは、AMIネットワークは通常電気グリッドを伝送媒体として使用せず、被計測負荷ポイントのみを監視するため、給電グリッド上の他の場所における電気的な変化および状態は検知しないということである。更に、末端から中央の集信装置までのデータ伝送能力は、典型的にはメータデータに十分な程度である。省エネルギー、アセット保護、非技術的な損失の検知、負荷分散、障害分離、および回復管理のための精巧なスマートグリッドアプリケーションは、グリッドアセットと、グリッドのいくつかのセグメント上の負荷および状態と、バイモーダルおよびマルチモーダルアセットの現状との概略的な関係に関する正確な情報を必要とする。この情報は、同様のアセットの地理空間的な位置と共に、グリッドマップと呼ばれ、典型的にはデータベースに記憶される。概して、AMIネットワークは監視能力もこれらのタイプの情報を供給する帯域幅も備えておらず、その結果、今日のグリッドマップデータベースがリアルタイムにアップデートされているということは稀である。
電力会社は、典型的には給電グリッドの2つのマップあるいはモデルを保持している。物理ネットワークモデル(PNM)は、グリッド上のアセットの地理空間的な位置を集める。現代のGPS技術によって変電所、コンデンサバンク、変圧器、および個々のメータまでものアセットを示すことに関して、PNMは適度に正確である。不正確さは、修理や変更が行われた際に、アップデートが行われないことによって生じる。例えば、配電用変圧器は道の拡幅によって道の片側から反対側に移動することがある。このような移動によって、地域内の配電用変圧器の間で、被計測負荷機器のパーティショニングに更に変更が生じ得る。
縦方向のアセット、特に埋入されたケーブルは、PNMにはそれほど良好には示されていない。PNMには縦方向のアセットの位置に関して、設計どおりのデータが含まれていてもよい。しかし多くの場所では電線は全地球測位技術が発達する前に敷設されたため、設計は地上調査に基づいており、初期の地図は変更を反映するためにアップデートされているかもしれないし、されていないかもしれない。従って、設計どおりのデータによる位置は不正確であるかもしれず、後に起こる表面上の変化によって、中電圧および低電圧の給電線がとる地理的な経路を検証することの問題が複雑化する。
第2のモデルは論理ネットワークモデル、あるいはLNMである。LNMは、地理空間的な位置を参照することなく、グリッドコンポーネントがどのように接続されているかを説明している。LNMは頻繁に変化する。修理中に、変圧器がタップおよび支線に取り付けられている状態、およびメータが変圧器に取り付けられている状態が変更されるかもしれない。このような変更はLNMおよびPNMの両方に影響を及ぼしかねない。多くの電力会社では、このような変更は現場の調査員によって手作業で記録される。手作業によるレポートはLNMおよびPNMにアップデートされるかもしれないし、あるいはされないかもしれない。アップデートが行われる際には、メンテナンスが行われた時点と記録された時点とのタイムラグが重要になり得る。
グリッドマップ作成の「ラストマイル」問題は、いずれの配電用変圧器が、および変圧器が多重相である場合は、該配電用変圧器の1つあるいは複数の相のうち、いずれの相が特定のメータに給電しているかを決定することを含んでいる。変圧器が電柱に取り付けられ、タップラインが地上にある地域においては、これは明らかであると思うかもしれない。しかし、これらの地域において、嵐、交通事故、あるいは予定された工事による停電の後に、メータが取り付けられていた変圧器を変更するというような方法がなされることが、修理において、非常に容易である。密集した住宅地域では、結束され縦横に交差する電線が、特に1本の電柱に複数の変圧器が取り付けられている場合、建物をどのように変圧器につなげているのかが常にはっきりとしているというわけではない。
変圧器がパッドマウントあるいは地中設置型である場合、タップは地中を通っており、工事はグリッドマップ作成に先行して行われているかもしれない。その場合、利用可能でありうる唯一のデータは、調査によって作成された概略的な設計図である。概して、グリッドの「ラストマイル」が厳密に設計書どおりに敷設されているか、あるいはその後の改修の効果が何であるかについて、信頼できる記録は存在しない。タップが目視できない場合、TANの正確なマップを得るには、どう見ても大きな労働力を要とする。
TANレベルの正確なグリッドマップを有することの実益は、アセット保護および盗難検知にある。どのようなわけかこの2つは相伴う。計測されていない電力の盗難は、唯一の原因ではないが、変圧器の過負荷の原因であるためである。変圧器から引かれる全ての電力が確実に計測されるようにするのに役立ち、かつ電気車両用のバッテリの急速充電などの、予測不可能な大きな負荷が調整されるようするのに必要なのは、正確なTANマップである。正確なTANマップは、給電グリッドの末端における修理、アップグレード、および変更の計画および発注にも役立つ。
[発明の概要]
本発明は、候補のTANの集まりのうちの1つにおいて、各被計測負荷機器に給電する変圧器を確実に決定するための装置および方法である。特定の被計測負荷機器が属する1つのTANは、給電グリッドの経年数、給電グリッドの計画と構築された実際の給電グリッドとの違い、経年的な変更および修理等によって、不明であるかもしれない。候補のTANの集まりは、典型的には単に1つあるいは複数の負荷機器に近接していることによって選択されるが、既存の計画あるいは利用可能であるグリッドマップであるならば、どのようなものにでも従って選択されてもよい。給電変圧器を目視で決定することは、本明細書中、以下で説明されるとおり、たいていの場合は困難である。既存の配電用変圧器は様々な形状因子で配置されており、変圧器の作動中に変圧器の筐体を開けることは望ましくないので、本発明の複数の実施の形態は、変圧器の外装にのみ触れることによって実施される。本発明の実施の形態の一部は、変圧器に全く触れずに実施される。
本発明は、電力を消費者に供給する電線上で信号を伝達可能なグリッド上の送信器と、該信号によって生じる配電用変圧器における可聴周波数の機械的共振を検知可能な受信装置とを備える。該受信装置(あるいは単に、受信器)は、マイクロフォンあるいは振動センサ等の可聴周波検知器と、デジタイザと、およびCPU、あるいは信号からの振動を認識し、信号と可聴周波の共振を配電用変圧器において発生させ得る他の回線雑音とを区別するためのデジタル信号処理装置とを備え、表示方法、伝達方法、および/あるいは成功した信号認識を記録する方法を備える。
給電区域の末端に至るまで延出するグリッドマップが作成される場合、住宅地域あるいは商業/工業開発地において、複数の配電用変圧器のうち、いずれの配電用変圧器が所定のサービスポイント(すなわちメータが存在する、あるいは設置される場所)に給電しているかを正確に決定する方法が必要である。変圧器とメータの集まりとの関連を素早くマッピングする方法の1つは、最初に、住宅地域あるいは開発地における各配電用変圧器に受信器を、各配電用変圧器の筐体の外側に取り付けるか、あるいは指向性マイクロフォン等の高感度方向検知器を備える受信器を各変圧器に向けることによって、装備することである。1ヵ所のサービスポイントにおける送信器は、ロケータ信号を一定の間隔で、1つの配電用変圧器に配置された受信器が該ロケータ信号を検知したことを示すまで送信するように構成されている。ロケータ信号を検知した受信器の識別が記録され、当該処理は第2のサービスポイントにおいて繰り返され、マッピングされる地域内の全てのサービスポイントが受信器によって検知されるロケータ信号を送信し終えるまで行われる。所定のサービスポイントからの信号が検知されないということは、受信器の調整が必要であることを示しているか、あるいは当該所定のサービスポイントに給電する配電用変圧器に受信器が備えられていないということを示しているかもしれない。
本発明の一実施例において、送信器装置は、サービスポイントからサービスポイントへと現場の技術者によって運ばれる。選択されたサービスポイントから送信するため、現場の技術者はメータをサービスポイントから外して、送信器をメータソケットに差し込み、受信器からの検知通知を待つ。該送信器は電力が供給されるとすぐに信号の送信を開始してもよく、該信号は現場の技術者によって手動で送信が行われてもよく、あるいは該信号はラップトップ、タブレット、スマートフォン、あるいは演算、保存、および通信能力を有し、現場の技術者によって運搬される、専用の装置等の、モバイルコンピューティング装置を有するインターフェースを介して送信が行われてもよい。一実施例において、受信器も現場の技術者によって運ばれてもよい。該受信器は、送信器が信号を送信している際に候補の変圧器に向けられ得る、ガンマイク等の遠距離検知機構を有していてもよい。この方法は、1つのみ、あるいは少数のメータのマッピングが必要な場合に好ましい。そうでない場合には、複数の候補の変圧器は、典型的には信号送信処理を行う前に受信器が装備される。
検知通知は、送信ユニット自体が受信してもよく、あるいはモバイルコンピューティング装置によって受信されてもよい。検知通知は、携帯電話、Bluetooth、LOS−IR、Wi−Fi、あるいは規定外の直接無線周波を含む、任意の適切な有線あるいは無線技術を用いて受信器から送信されてもよい。送信器、受信器、および/あるいは手持ち式の携帯モバイルコンピューティング装置は、特定の地域に最適に機能する技術を用いるために、複数の有線あるいは無線技術から選択可能であってもよい。全てのサービスポイントが調査されると、結果データは1つあるいは複数の記録ユニット(それが送信器であるか携帯装置であっても)から抽出され、グリッドマップデータベースにロードされる。
代替的に、受信器自体が信号検出イベントごとに記録を行ってもよい。設置者は、送信器を作動させた後、検知の表示を待つよりも、サービスポイントごとに一定の間隔の時間待機していてもよい。対象のサービスポイントが全て調査された後、設置者は受信器を回収し、記録されたデータを各受信器から抽出し、抽出されたデータを併合して、グリッドマップあるいは他のデータベースにロードする。この実施の形態では、別途の有線あるいは無線通信は必要でないかもしれない。
別の代替案として、グリッド上の送信器は、電気メータ自体の構成要素であってもよい。メータと一体型された適切なグリッド上の送信器が、「配電グリッドの概略的および位相的プロパティを推測するためのシステムおよび方法」というタイトルで、米国特許出願番号第13/871,944号に記載されており、該出願は参照により本願に援用されている。このようなメータは、赤外線、Bluetooth、USB、あるいはRS−232等の有線あるいは無線インターフェースを介して、モバイルコンピューティング装置からコマンドを受信すること、並びに該装置にデータをアップロードすることが可能である。この実施の形態では、現場の技術者は候補の配電用変圧器に受信器を備え付け、その後、対象の各メータに、順に1つあるいは複数の検知信号を送信するようコマンドを送る。全ての対象のメータが送信を行うと、現場の技術者は受信器、あるいは受信器によって記録された情報を回収し、前述どおり結果データを統合する。
更に別の実施の形態において、検知信号を送信可能な電気メータは、高度計量インフラストラクチャ、あるいはAMI等の、双方向データ通信ネットワークの一部であってもよい。このような場合では、現場の技術者が各対称のメータまで行く必要がないかもしれない。その代りに、候補の配電用変圧器が受信器を備えていてもよい。その場合、各対象のメータに、前述のとおり、該双方向ネットワークを介して順に検知信号を送信するようにコマンドが送られる。全ての対象のメータが送信し終えると、前述のとおり受信器は回収され、結果データが統合される。
対象の各サービスポイントを独自に識別する方法としては、メータのバーコード、QRコード、RFIDタグ、あるいは他の公知の認識手段を用いることが含まれていてもよい。現場の技術者の携帯装置あるいは携帯用送信ユニットのどちらともが、バーコード、QRコード、あるいはRFIDのリーダを有していてもよく、サービスポイントにおけるメータのバーコード、QRコード、あるいはRFIDタグを読み取るのに使用されてもよい。代替的に、送信ユニットがメータの構成要素である場合は、メータが一意識別子を内部に記憶するため、バーコード/QRコード/RFIDリーダは必要でないかもしれない。送信器はGPS信号も利用可能であってもよい。GPS信号は、現場の技術者の携帯式ユニットに配置されたGPS受信器、携帯式送信ユニット、あるいはサービスポイントにおける電気メータから入手してもよい。GPS信号は対象のサービスポイントの地理空間座標およびタイムスタンプの両方を提供する。よって各サービスポイントは、サービスポイントの地理空間座標、メータのバーコード、QRコード、あるいはRFIDタグ、およびメータロジックに認識される別の一意識別子の中の少なくとも1つによって識別されてもよい。
送信器によって送信された検知信号は、受信器がグリッド上の他の送信ではなく、本物の検知信号を受信したことを決定することを可能にする、少なくとも所定のロケータパターンを備えている。検知信号は、サービスポイントの一意識別子、サービスポイントの地理空間座標、および/あるいはタイムスタンプを付加的に含んでいてもよい。識別子、座標、およびタイムスタンプを含むがこれらに限定されない、検知信号のデータ要素は、任意の適切な変調方式を用いてコード化され、ロケータパターンと共に送信されてもよい。該データ要素は、ロケータパターンの前あるいは後のどちらに送信されてもよい。該送信の周波数あるいは周波数帯域は、典型的には配電用変圧器のパスバンドの範囲内に存在するであろう。これは、典型的には可聴帯域内である。これらの送信の電力レベルは、信号の誤った伝達を最小限にするための検知が行われるまで、低電力から高電力に単調に上昇する。誤検出は検知信号が送信器に給電している配電用変圧器の高電圧側へ送信する場合に発生するかもしれないため、給電を行っている配電用変圧器に関連する受信器以外の受信器が信号を検知できるようにし、送信器は、誤検知が報告された場合、検知信号をより高い周波数範囲(すなわち、変圧器のパスバンド周波数範囲よりも上)に合わせるように構成可能であってもよい。
本発明の別の局面は、ロケータパターンの構成である。予め決められたロケータパターンは受信器に認識されており、公知の周波数で送信された1つあるいは複数の純音の音列、あるいは同時に送信された2つのあるいはそれより多くの純音の1つあるいは複数のグループ、あるいは別の容易に認識されるパターンで構成されていてもよい。典型的には、ただし必ずしもそうでなくてもよいが、該ロケータパターンは、復調の複雑さを最小限にするため、伝送のいずれの可変部分より前にくる。
いくつかの実施の形態において、受信器は可変メッセージを復調する能力を体現していなくてもよいが、ロケータパターンを検知するための単純な認識装置が体現されている。このような実施の形態では、受信器および送信ユニットかあるいはモバイルコンピューティング装置かのいずれかはイベントを記録することが可能であり、GPS信号等の、正確な同一のタイミング信号を利用可能である。送信ユニットあるいは携帯装置の記録装置は、送信タイムスタンプ、およびサービスポイントの識別および/あるいはその地理空間座標を記録する。受信ユニットの記録装置は、タイムスタンプおよび受信器の独自の識別のみを記録する。受信ユニットは関連する配電用変圧器の地理空間座標を用いてプログラムされていてもよく、その場合は、これらの座標は受信器の記録とも関連する。配電用変圧器に対するサービスポイントのマッピングは、送信および受信イベントの両方を示す全てのデータ記録を収集した後に決定される。このマッピングは、供給区域の範囲で確立された許容誤差の範囲内で、送信および受信タイムスタンプをマッチングすることによって行われてもよい。
受信ユニットは、ロケータパターンによって配電用変圧器のコイル内で発生した可聴共振を検知するため、配電用変圧器に十分に近接して配置されてもよい。配電用変圧器は、電柱に取り付けられても、地上レベルでコンクリートパッドに取り付けられても、あるいは地中に埋設されてもよい。地中の変圧器は、典型的には、サービストンネル、マンホール、あるいは同様のビルトインの進入路によってアクセス可能である。
柱上変圧器には、「ホットスティック」と呼ばれる装置が、受信ユニットを変圧器まで上昇させるために用いられてもよい。受信ユニットは、典型的には非磁性の変圧器のハウジングに近接して、電柱あるいは変圧器のハウジングに締め付けによって、あるいは一時的に接着剤によって保持されてもよい。代替的に、長距離非接触振動センサを有する受信ユニットが地上レベルで設置されても、あるいは現場の技術者によって保持されてもよい。パッドマウントおよび地中設置型変圧器には、受信ユニットは、手で、吸引カップ、磁石あるいは仮止め用の接着剤を用いて、該ユニットをハウジングに接着することによって変圧器のハウジングに取り付けられていてもよい。クランプ、ブラケット、ボルト等も使用されてもよいが、好適な実施の形態は、素早く取り付けおよび取り外しが可能で、変圧器のハウジングを改修したりあるいは開けたりする必要がない。
明細書中に含まれる、あるいは明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を図示し、その説明と共に本発明の原理を説明している。
図1は、単純な放射状の地上設置型変圧器のエリアネットワークを図示している。 図2は、単純なバス型トポロジーの地下設置型変圧器のエリアネットワークを図示している。 図3は、単純な放射状の地中設置型変圧器のエリアネットワークを図示している。 図4は、メータソケットに差し込む、可搬式送信器の前面および表面を図示している。 図5aは、柱上変圧器と使用するように構成された一実施形態の受信器を図示している。 図5bは、地上あるいは地中でパッドマウント変圧器と使用するように構成された、第2の実施の形態の受信器を図示している。 図5cは、手持ち式、あるいは地面に配置された三脚に取り付けられ得る、第3の実施の形態の受信器を図示している。 図6は、異なる年代の建物を有し、該建物の一部は架空配電線によって給電され、該建物の一部は埋設配電ケーブルによって給電されている住宅地域の、空中からの概観を示している。 図7は、標準的なForm 2sの住宅用メータの斜視図を図示しており、送信器モジュールがいかにして任意の通信モジュールを介して該メータに追加され得るかを示している。
[発明の詳細な説明]
架空配電線102を介して住宅103に接続されている典型的な単相柱上変圧器101を図示している、図1を参照する。米国では、これは特に古い地域において典型的な形態である。住宅への電線は、典型的には屋根の軒に取り付けられており、電線が住宅103の外に配置された電線管の中をメータ104に向かって下向きに通っている。対照的に図2は、変圧器エリアのバス型トポロジーを図示している。図2において、パッドマウント変圧器201は、メータ204において住宅203に接続されている直線状の埋設線202を介して接続している。このトポロジーは欧州および他の諸外国において一般的である。典型的な設置で、図示されているものよりも多くのメータに供給が行われ得る。米国では1台の単相変圧器当たりの平均的なメータ数はおよそ6台であるが、欧州においては、変圧器1台当たりに何十台ものメータがあるということは一般的なことである。図3は、米国における典型的な埋設ケーブル式の設置を示しており、パッドマウント変圧器301は埋設ケーブル302を介してメータ304において住宅303に放射状に接続されている。これらの3つの基本的な形態は、地域によって小さな違いや、工業および商業的な用途のための多様な変化を伴うが、世界中のほとんどの配電ネットワークを示している。
図4は、例えば、米国の標準的な2Sメータソケットに差し込まれるように構成された、可搬式送信ユニットの前面401および表面402を図示している。該表面は、メータソケットに差し込むタインあるいは「穿刺」407を示している。送信器の表面はLEDディスプレイ等の人が読取可能なディスプレイ403、光学I/Oポート404、USBポート405、および手動で信号を作動および停止させるためのボタン406を備えていてもよい。表示器およびインターフェースの他の組み合わせが用いられてもよい。ポート404および405が、プログラミング、座標、タイムスタンプ、周波数帯域、電力レベル、信号の間隔等の信号設定等を入力するために、用いられてもよい。送信ユニットがイベントを送信するための自動記録システムを内蔵している場合、あるいは送信ユニットが受信器からイベントを収集し記録するための通信機構を内蔵している場合、イベントデータを該装置から抽出するために該ポートが使用されてもよい。図4に示された装置と同様の装置が、米国あるいは海外で使用されている任意の種類のメータソケット用に作製されてもよい。該送信器は、通常の電気差し込み口に差し込むように構成されてもよい。穿刺および差し込み口の構成、並びに供給されるAC電圧は、場所、メータの規格、および差し込み口の規格によって異なるため、電力および利用可能な接続性の種類に適応させるため、送信ユニットの複数の変形例が必要とされるかもしれない。いかなる送信器の実施の形態の基本的な電子、ディスプレイ、およびI/Oコンポーネントも、変形例ごとに同一のもののままであってもよい。
図5aは受信装置の第1の実施の形態を図示している。図5aの点線の内側の構成要素を備える柱上の変形例502は、電柱あるいは柱上変圧器501のハウジングに締め付けられている。これはばね荷重式クランプ等の、任意の種類の締付装置を用いて行われてもよい。変形例502は、よりコストのかかる「チェリーピッカー」と呼ばれるリフト車を使用するのを避けるために、ホットスティック装置を用いて取り付けおよび取り外しが行われてもよい。変形例502の構成要素は、クランプ503、オプションのワイヤレス通信モジュールのためのアンテナ504、振動センサ505、および制御ユニット506を備えていてもよい。振動センサ505は、加速度計、指向性マイクロフォン、あるいはレーザ振動計などの、ただしこれに限定されない、接触あるいは非接触振動センサであってもよい。該制御ユニットは、ロケータパターンを認識するための回路構成を備えていてもよく、かつ信号に含まれる復調データのための信号処理ロジックを備えていてもよい。加えて該制御ユニットは、検出イベントを他の場所に配置されている記録装置に送信するための通信モジュール、あるいは検出イベントを記録するための内部機構、あるいはその両方を備えていてもよい。
図5bは受信装置の第2の実施の形態を図示している。受信器の変形例511は、強磁性のハウジングを有するパッドマウント変圧器510を用いて使用するために設計されている。該受信器は磁石512等の取り付け装置によってハウジングに密着していてもよく、加速度計等の振動センサ513によって、ロケータパターンを検知する。接着剤あるいは吸引カップ等の他の取り付け装置を磁石512の代わりにしてもよい。振動センサ513は、ハウジングとの強力な機械的接触を確保するために、ばね装置を備えていてもよい。アンテナ516は、演算ユニット514からの無線送信のためのイベント通知を受信する、ワイヤレス通信モジュール515に接続されている。該演算ユニットは、検出イベントを記録するための記憶ユニットを内蔵していてもよい。柱上装置502と同様に、このユニットは、様々なインターフェースポートおよび表示オプションを搭載していてもよい。
図5cは受信装置の第3の実施の形態を図示している。図5cにおいて、図5cの点線の内側の構成要素を備える受信器の変形例517は、三脚520に取り付けられている。受信器517は、現場の技術者あるいは設置者によって運搬され、手動で目標方向に向けられるように、三脚520から取り外されてもよい。該受信器は非接触振動センサ518および制御ユニット519で構成されている。非接触振動センサ518は、レーザ振動計あるいは指向性マイクロフォンであってもよいが、それに限定されない。
図6は、米国において典型的な都市住宅地域の具体例の、上空からの概観を示している。該地域は路地に面した独立した車庫を有する古いヴィクトリア朝時代の家(607、608)の集まりと、道路に面した駐車場および私道を有する現代的なインフィルハウジング(606)の集まりと、を備えている。該住宅地域はいくつかの段階を経て電化された。まず、電力は住宅地域の初期の住宅に柱上変圧器を介して供給されていた。電柱603は3相変圧器を有する。架空線604は電力を古い住宅(607、608)に供給する。架空線604は典型的には家の軒に取り付けられ、外部の電線管を介して外部のメータに送られている。車庫は20世紀の後半に近代化されたため、柱上変圧器から新しいメータへの追加のタップが加えられたかもしれない。あるいは場合によっては、車庫はタップを介して、メインの建物はメータを介して電力を受け取っている。車庫の中にはこの時代に近代化されなかったものもある。その後、おそらく1980年代に、新たな団地(606)によって、典型的な近代建築のより大きな需要に応えるため、埋設ケーブルの設置が促された。2つのパッドマウント変圧器601および602が、電力をこの地域の新しい住宅、および近代化されるべき最後に残った車庫の一部に供給している。埋設ケーブル605は図3のような放射状のトポロジー、あるいは図2のようなバス型のトポロジーのどちらを有していてもよく、適当なトポロジーは主にその住宅地域の場所に依る。
図6およびその履歴によって、なぜこの住宅地域に電力を供給している電力会社には、この住宅地域のどの家がどの変圧器によって給電されているのか、なぜ現場の技術者でさえ、本発明等の技術援助なしで容易にマッピングを決定することができ得ないのかといった、明確な認識がないのかが明らかになっている。
以下は、図6を参照に本明細書で説明されるシステム、および方法の実行例である。住宅608は、車庫を電化し、家の中の配線を改善するために、サービスをアップグレードし、電気ドライヤーのために220vの供給を追加し、家の中における回路の数を増やす。住宅地域における柱上変圧器の一部は、負荷が大きな状態であることがわかっている。電気工はメータを住宅608から取り外し、図4に示されたような可搬式送信ユニットを代用し、該ユニットを作動させる。電気工はその後、ガンマイク等の方向センサを内蔵する手持ち式の受信ユニットを持って柱上変圧器603の集まりに近づき、マイクを各変圧器に向ける。電気工は各変圧器においてロケータ信号の可聴周波数での機械的共振を検知し、更に送信器からのロケータ信号を用いて、どの変圧器が最大レベルの共振を示しているかを決定する。その家に給電している変圧器を識別することによって、希望する家のアップグレードを単純に行うか、その家を他の地上の相のうちの1つに移動させるか、あるいはその家のサービスを十分に利用されていないパッドマウント変圧器602に取り付けることによって、埋設ケーブルに変えるかについての決定を通知する。
図7は、送信ユニット703がどのようにスマートメータ701に内蔵され得るかを図示している。該スマートメータは演算およびディスプレイボード702と、測定ユニット704とを有していてもよい。AMIネットワークのための複数の通信アーキテクチャを収容するために、該メータは追加される第2の配電盤のための、一般的には補助的なAMI機構のためのスペースを有していてもよい。図7において、このスペースは、ワイヤレストランシーバ、イベントを記録するための記憶ユニットを有する演算ユニット、およびGPS受信器等を内蔵し得る、送信ユニットのために使用されている。送信ユニット703は、インターフェース705を介して主要なAMI機構、物理あるいは光学通信ポート、およびメータディスプレイ等の構成要素と対話してもよい。
以下は、再び図6を参照にして本明細書で説明されるシステム、および方法の別の実行例である。この第2の例において、当該の住宅地域は、新たなAMIが展開する部分であり、地域の全ての電気メータは交換され、電力会社はこの機会に、現場の技術者がその地域にいる間に、そのグリッドマップをネットワークの末端まで拡張することを決定する。配置されたAMIメータは、図7に記載されたものと同様のものであり、送信ユニットとして動作することが可能である。古いメータを新しいものに交換する前に、現場の技術者は受信器をパッドマウント変圧器601および602に取り付け、受信器を柱上変圧器603に取り付ける。この例の適用上、各受信器は自身の変圧器の検出イベントを記録可能であることが想定されている。新しいスマートメータ701がそれぞれ配置されると、該メータ701は、受信器がそのロケータパターンを確実に受信するように、例えば1分間の短い間隔の間に一定数の検知信号を繰り返し送信する。検知信号の電力は、受信器が送信器に検知を信号で知らせるまで上げてもよい。代替的に、送信器は一定数の段階を用いてもよく、信号を検知する各受信器は、受信する最小の電力の信号のみを記録する。最も早い時点で記録を行う受信器が、適当な受信器であると推測される。現場の技術者は、1つの検知信号が別の検知信号に干渉するのを避けるため、第1のメータが送信をやめるまで第2のメータの設置を控えるよう選択してもよい。全てのメータが設置されると、現場の技術者は受信器あるいは受信器によって記録された情報を収集し、記録された検出イベントを、長期保存および処理のために、グリッドマップあるいはその他のデータベースにアップロードする。
前述の本発明の説明は、例示および説明の目的で提示されており、網羅的であること、あるいは本発明を開示された精確な形態に限定することを意図していない。上記の教示を考慮して、数多くの改良例および変形例が可能であることは明らかである。実施の形態は本発明の原理およびその実用的な適用を最良の方法で説明するために選択、説明されており、それによって他の当業者が様々な実施の形態において、熟慮された特定の使用に適した様々な改良点を用いて、本発明を最良の方法で用いることを可能にしている。本発明の範囲は、本明細書に添付の請求項によって定義される。



  1. 配電グリッドにおいて、1つあるいは複数の候補の配電用変圧器のうち、いずれの配電用変圧器がメータソケットあるいは電気差し込み口に代表されるような、少なくとも1つの負荷機器に電力を供給しているのかを決定するためのシステムであって、該システムは、
    a.前記少なくとも1つの負荷機器の前記メータソケットあるいは電気差し込み口によって給電された時、少なくとも1つの検知信号を送り込むように構成された少なくとも1つのグリッド上の送信器と、
    b.前記ロケータ信号のソースである特定の送信器に電力を供給している前記候補変圧器において前記ロケータ信号によって発生する、共振による機械的振動あるいは音を検知するように構成された少なくとも1つの受信器と、
    c.負荷機器と変圧器とのペアリングを記録するための記録機構と、を備えるシステム。

  2. 前記送信器は、電気メータの代わりに、負荷機器の前記メータソケットに接続するように構成された可搬式ユニットである、請求項1に記載のシステム。

  3. 前記送信器は電気メータの構成要素である、請求項1に記載のシステム。

  4. 前記送信器はGPS信号を利用可能である、請求項1に記載のシステム。

  5. 前記記録機構は手動である、請求項1に記載のシステム。

  6. 前記記録機構は、少なくとも処理装置とコンピュータ可読メモリとを備える記録ユニットである、請求項1に記載のシステム。

  7. 前記記録機構は前記受信器の構成要素である、請求項1に記載のシステム。

  8. 前記記録機構は前記送信器の構成要素である、請求項1に記載のシステム。

  9. 前記記録機構はモバイルコンピューティング装置の構成要素である、請求項1に記載のシステム。

  10. 前記記録ユニットは、記録されたイベントを別の装置にアップロードするための、少なくとも1つのインターフェースを備えている、請求項1に記載のシステム。

  11. 前記送信器は、イベントを前記記録機構に送信するための機構を備えている、請求項1に記載のシステム。

  12. 前記受信器は、イベントを前記記録機構に送信するための機構を備えている、請求項1に記載のシステム。

  13. 前記受信器は、検知信号を、変圧器において共振振動を引き起こし得る別の信号およびノイズと区別するように構成されている、請求項1に記載のシステム。

  14. 配電用変圧器の負荷機器への電力供給を確立するための方法であって、
    a.該負荷機器におけるメータソケットあるいは差し込み口によって給電された送信器に、少なくともロケータパターンを含む少なくとも1つの検知信号を送信させるステップと、
    b.前記ロケータパターンを、配電用変圧器における受信器を用いて検知するステップと、
    c.少なくとも前記送信器の位置、および前記配電用変圧器の識別を検出イベント記録に記録するステップと、
    d.前記検出イベント記録をデータベースに組み込むステップと、を備える方法。

  15. 前記ロケータパターンを、既知の1つあるいは複数の純音の連続として、あるいは同時に送信される1つあるいは複数の音の1つ、あるいは複数の組み合わせの連続として構築するステップを更に備えている、請求項14に記載の方法。

  16. 前記検知信号にタイムスタンプを含めるステップを更に備えている、請求項14に記載の方法。

  17. 前記検知信号に、前記送信器に電力を供給する前記メータソケットあるいは差し込み口の地理空間座標を含めるステップを更に備えている、請求項14に記載の方法。

  18. 前記検知信号に、前記メータの一意識別子を含めるステップを更に備えている、請求項14に記載の方法。

  19. 前記検知信号に、前記送信器のシリアルナンバーを含めるステップを更に備えている、請求項14に記載の方法。

  20. 検出イベントの前記記録に、前記受信器の一意識別子を記録するステップを更に備えている、請求項14に記載の方法。

  21. 検出イベントの前記記録と共に、追加のデータを記録するステップを更に備えている、請求項14に記載の方法。

  22. 検出イベントの前記記録に、前記受信器での時間を記録するステップを更に備えている、請求項14に記載の方法。

  23. 前記受信器は、前記配電用変圧器あるいは前記配電用変圧器のハウジングを改良することなく、かつ前記配電用変圧器の通常の動作を中断すること、あるいは前記ハウジングを開けることなしに、前記配電用変圧器に取り付けられる、請求項1に記載のシステム。

 

 

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電気的に非接触に第1のケーブル21、22から信号をピックアップするピックアップデバイス1〜9は、誘導的に第1のケーブル21、22から電力信号をピックアップする第1の構成31と、容量的に第1のケーブル21、22からデータ信号をピックアップする第2の構成35、36とを含む。第1の構成31は、第1のケーブル21、22の第1の導体21の一部を囲む第1の開口と、第1のケーブル21、22の第2の導体22の一部を囲む第2の開口とを有する磁気コア61、62といった誘導結合部を含む。第2の構成35、36は、第1及び第2の電極71〜74といった容量結合部を含む。ピックアップデバイス1〜9は、電気的に非接触に第2のケーブル23、24に信号を転送するピックアップ及び転送デバイス3であってもよい。提供デバイス10は、導電的に信号を提供し、終端デバイス11〜13は、ケーブル21〜24を終端させる。
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第1の電力線通信ネットワークに関連する第1の電力線通信デバイスが、第1の電力線通信ネットワークと電力線通信媒体を共有する第2の電力線通信ネットワークからの干渉レベルの変動に少なくとも部分的に基づいて、第1の電力線通信ネットワークのビーコン期間中の複数の時間間隔を決定する。第1の電力線通信デバイスは、第2の電力線通信ネットワークからの干渉レベルの変動の影響を補償するために、ビーコン期間中の複数の時間間隔の各々について少なくとも1つのチャネル適応パラメータを決定する。第1の電力線通信デバイスは、電力線通信媒体を介してデータを送信するときに、ビーコン期間中の複数の時間間隔のうちの1つまたは複数に対応する少なくとも1つのチャネル適応パラメータを適用する。
1実施形態によれば、方法が車両の近傍に関する情報を提供する。当該方法は、当該車両において、当該車両の近傍の環境条件を表すセンサ信号を提供するステップと、当該車両内の電力線上で当該センサ信号を送信するステップと、当該車両において、当該電力線で送信された当該センサ信号を受信し、対応する無線センサ信号を送信し、当該無線センサ信号を受信し、当該センサ信号を回復し、当該回復されたセンサ信号を人間が認識可能な形態で提供するステップとを含む。
雑音適応電力供給を持つデバイスは、雑音適応信号を受信するように構成される雑音適応ユニットを含み得る。雑音適応ユニットは、電力供給雑音の影響を低減するためにデジタルフィルタ処理のような、処理を提供することができる。フィードバック信号は、電力供給の出力電圧を調整するために使用され得る。雑音適応信号は、フィードバック信号に類似していることができる。雑音適応ユニットは、雑音適応信号に応答して処理を提供することができる。
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本発明は、電力グリッド用のゲートウェイモジュールに関連し、上記ゲートウェイモジュールは、発電する電気モジュールから情報を伝える変調成分を含む電力信号を受信することが可能であり、又、電力信号を処理して上記電力グリッドに適合可能な信号を提供することが可能であり、上記ゲートウェイモジュールには、インターフェース手段を制御して電力信号の変調成分からの情報を管理する制御回路及び変調成分をフィルタリングするためのフィルタリング回路を有する主ユニットが備えられる。
【選択図】図2
ネットワークデバイスは、その現在の一次受信機結合をチャネル状態に動的に適応させるように構成可能である。複数の送信ネットワークデバイスの各々に対して、ネットワークデバイスは、ネットワークデバイスと送信デバイスとの間の複数の通信チャネルの各々と関連付けられた性能測定値に、少なくとも部分的に、基づいて、送信ネットワークデバイスから通信を受信するための第1のネットワークデバイスの潜在的一次受信機結合を決定することができる。ネットワークデバイスは、複数の送信ネットワークデバイスのために決定された潜在的一次受信機結合に、少なくとも部分的に、基づいて、その現在の一次受信機結合を選択することができる。さらに、ネットワークデバイスは、2つのネットワークデバイスと受信ネットワークデバイスの現在の一次受信機結合との間の好ましい通信チャネルに、少なくとも部分的に、基づいて、受信ネットワークデバイスとどのようにして通信するか決定することもできる。
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【選択図】なし
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