DE69905614T2

DE69905614T2 - Elektrizitätsmessgerät mit einer wellenformerfassung für die netzstromqualitätsüberwachung

Info

Publication number: DE69905614T2
Application number: DE69905614T
Authority: DE
Inventors: M. Griffin; I. Jenrette
Original assignee: Siemens Power Transmission and Distribution Inc
Current assignee: Landis and Gyr LLC
Priority date: 1999-01-08
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: EP1141732A1; US6675071B1; WO2000040976A1; AU2594200A; CA2353929A1; EP1141732B1; DE69905614D1; CA2353929C

Description

Verweis auf verwandte Anmeldung

Es wird auf die eigene US-Patentanmeldung, 99P7407US, eingereicht am 8.1.1999, verwiesen.

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Stromzähler, die zum Beispiel von kommerziellen, industriellen oder privaten Kunden von Energieversorgungsunternehmen verwendet werden, und insbesondere einen Ausnutzungs- Genauigkeitszähler mit verschiedenen Betriebsfähigkeiten, wie zum Beispiel Energiequalitätsmessung und/oder Energiemanagement. Das US-Patent Nr. 5,627,759 beschreibt elektrische Energiezähler mit Echtzeit- Energiequalitätsmessungs- und -meldefähigkeit. Die EP- Patentanmeldung 03 85102 beschreibt ein Wechselstrom- Signalformüberwachungssystem. Die PCT-Patentanmeldung WO 92/15956 beschreibt eine Energieleitungs- Störungsüberwachungsvorrichtung.

Allgemeiner Stand der Technik

Die Energieversorgungsverteilung beginnt im allgemeinen mit der Erzeugung der Energie durch eine Energieerzeugungsanlage, d. h. einen Energiegenerator oder ein Kraftwerk. Der Energiegenerator führt durch Aufwärts- Zwischenübertragungstransformatoren Übertragungsleitungen Energie zu. Um die Energietransportverluste zu vermindern, erhöhen die Aufwärtstransformatoren die Spannung und vermindern den Strom. Die tatsächliche Übertragungsleitungsspannung hängt gewöhnlich von dem Abstand zwischen den Zwischenübertragungstransformatoren und den Benutzern oder Kunden ab. Transformatoren von Verteilungs-Zwischenstationen reduzieren die Spannung von dem Übertragungsleitungspegel im allgemeinen auf einen Bereich von etwa 2-35 Kilovolt ("kV"). Das primäre Energieverteilungssystem liefert Energie an Verteilertransformatoren, die die Spannung weiter reduzieren, d. h. auf etwa 120 V bis 600 V.
Als Hintergrund und zur zukünftigen Bezugnahme ist in Fig. 1A und 1B der Zeichnungen ein Beispiel für ein Energieversorgungs-Verteilungssystem dargestellt, so wie es oben beschrieben wurde und Fachleuten bekannt ist. Energieversorgungsunternehmen und deren Lieferanten haben Systeme entwickelt, um erzeugte Energie und Energie, die in dem primären Energieverteilungssystem den Übertragungsleitungen zugeführt werden soll, zu analysieren und zu verwalten, z. B. hauptsächlich durch Überwachungssteuerung und Datenerfassung ("SCADA"). Diese primären Energieverteilungsanalysesysteme sind jedoch komplex, teuer und bieten keine adäquate Analyse von Energie, die durch das sekundäre Energieverteilungssystem an die Standorte der industriellen, kommerziellen oder privaten Kunden geliefert wird.
Außerdem verwenden kommerzielle, industrielle und private Kunden von Energieversorgungsunternehmen verschiedene Systeme und Verfahren zum Messen der Energie, die Fachleuten bekannt sind. Diese Energiemeßsysteme messen im allgemeinen jedoch nur die vom Kunden benutzte Energiemenge und verzeichnen die Benutzung zur späteren Ablesung durch das Energieversorgungsunternehmen, das dem Kunden die Energie zuführt. Ein Ausnutzungs-Genauigkeitszähler ist ein Beispiel für ein solches Meßsystem, das gewöhnlich am Standort eines Kundens angeordnet wird, um die Energiemenge zu empfangen und zu messen, die während vorbestimmter Zeiträume während eines Tages vom Kunden verbraucht wird.
Elektrische Energie wird industriellen, kommerziellen und privaten Kunden gewöhnlich von örtlichen oder regionalen Versorgungsunternehmen durch das sekundäre Energieverteilungssystem an Stromzähler des Ausnutzungs-Genauigkeitstyps als eine Wechselstrom- ("AC"-)Spannung geliefert, die über eine Zeitspanne hinweg eine Sinuskurve approximiert und normalerweise durch den Kundenstandort als ein Wechselstrom fließt, der ebenfalls über eine Zeitspanne hinweg eine Sinuskurve approximiert. Der Begriff "alternierende Signalform" beschreibt allgemein jede symmetrische Signalform, einschließlich. Rechteck-, Sägezahn-, Dreieck- und Sinuskurven, deren Polarität sich regelmäßig mit der Zeit ändert. Der Begriff "AC" (d. h. Wechselstrom) bedeutet jedoch fast immer, daß der Strom durch Anlegen einer Sinusspannung, d. h. Wechselspannung, erzeugt wird.
In einem Wechselstrom-Energieverteilungssystem wird die erwartete Frequenz der Spannung oder des Stroms, z. B. 50 Hertz ("Hz"), 60 Hz oder 400 Hz, gewöhnlich ungeachtet der tatsächlichen spektralen Amplitudenspitze als die "Grundfrequenz" bezeichnet. Ganzzahlige Vielfache dieser Grundfrequenz werden gewöhnlich als harmonische Frequenzen bezeichnet, und spektrale Amplitudenspitzen bei Frequenzen unterhalb der Grundfrequenz werden häufig, ungeachtet ihrer Verhältnisbeziehung zu der Grundfrequenz, als "subharmonisch" bezeichnet.
Verschiedene Faktoren des Verteilungssystems und der Umgebung können die Spannungssignalform der Grundfrequenz jedoch verzerren (d. h. harmonische Verzerrung) und können weiterhin Nadelimpulse, Spitzen oder Abfälle und andere Störungen, wie zum Beispiel Transienten, zeitliche Spannungsschwankungen, Spannungsungleichgewichte, Spannungsfluktuationen und Schwankungen der Energiefrequenz verursachen. Solche Ereignisse werden in der Technik häufig erwähnt und werden hier als Störungen der Energiequalität oder einfach als Störungen bezeichnet. Energiequalitätsstörungen können sich stark auf die Qualität der von dem Energiekunden in seiner Anlage oder Wohnung empfangene Energie auswirken.
Diese Ausnutzungs-Genauigkeitszählsysteme wurden entwickelt, um verbesserte Verfahren zur genauen Messung der vom Kunden benutzen Energiemenge bereitzustellen, so daß dem Kunden ein entsprechender Betrag berechnet wird und das Versorgungsunternehmen eine entsprechende Bezahlung für die Energie, die geliefert und vom Kunden benutzt wird, erhält. Beispiele für solche Zählsysteme finden sich in dem US-Patent Nr. 5,300,924 von McEachern et al. mit dem Titel "Harmonie Measuring Instrument For AC Power Systems With A Time- Based Threshold Means" und in dem US-Patent Nr. 5,307,009 von McEachern et al. mit dem Titel "Harmonic- Adjusted Watt-Hour Meter".
Diese herkömmlichen Zählsysteme des Ausnutzungs- Genauigkeitstyps konnten jedoch keine Informationen über die Qualität der von einem Energiekunden an einem bestimmten Kundenstandort empfangenen Energie bereitstellen. Energiequalitätsinformationen können zum Beispiel die Häufigkeit und die Dauer von Energiequalitätsstörungen in der an den Kundenstandort gelieferten Energie sein. Mit zunehmender Deregulierung von Energieversorgungsunternehmen werden diese Unternehmen wahrscheinlich aggressiver um Energiekunden werben, und zwar insbesondere um Großkunden, und Informationen bezüglich der Qualität der vom Energiekunden empfangenen Energie werden deshalb wahrscheinlich wichtig sein.
Ein Wettbewerbsvorteil, den bestimmte Energieversorgungsunternehmen gegenüber ihren Konkurrenten haben könnten, könnte zum Beispiel darin bestehen, daß ihre Kunden nur relativ wenige Energiequalitätsstörungen feststellen. Ähnlich könnte ein Unternehmen damit werben, daß bei ihm während eines Monats den Kunden weniger Energiespitzen erreichen, die potentielle Ausfälle von Computersystemen am Kundenstandort verursachen können. Ein anderes Unternehmen könnte damit werben, daß es während eines Monats weniger oft dazu kommt, daß dem Kunden ein Spannungspegel geliefert wird, der nicht in vorbestimmten Bereichen liegt, was sich nachteilig auf elektromagnetische Geräte wie zum Beispiel Motoren oder Relais auswirken kann. Bekannte Systeme zum Messen der Qualität der Energie im allgemeinen sind jedoch teuer, unhandlich, erfordern ein spezielles Einrichten und sind nicht in oder mit einem Ausnutzungs-Genauigkeitszähler integriert. Ohne ein Ausnutzungs-Genauigkeitszählsystem, das die Qualität der an den Kunden gelieferten und von diesem empfangenen Energie mißt, können jedoch nicht ohne weiteres Vergleiche der von verschiedenen Lieferanten bereitgestellten Energiequalität vorgenommen werden.
Eine Lösung für die oben beschriebenen Probleme wird in dem eigenen US-Patent Nr. 5,627,759 für Bearden et al. (im folgenden das "Patent von Bearden") vorgeschlagen, auf das hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Das Patent von Bearden beschreibt einen Ausnutzungs- Genauigkeits-Zähler, der u. a. außerdem betreibbar ist, um Energiequalitätsereignisse, wie zum Beispiel eine Spitze oder ein Absinken der Energie, zu erkennen und dann die Erkennung des Energiequalitätsereignisses einem Energieversorgungsunternehmen oder Lieferanten zu melden.
Eines der nützlichen Merkmale des in dem Patent von Bearden offengelegten Zählers ist die Erfassung der Signalform. Der Zähler des Patents von Bearden ist betreibbar, um Signalforminformationen bezüglich der Spannungs- und/oder Stromsignalform ungefähr zum Zeitpunkt der Erkennung eines Energiequalitätsereignisses zu erhalten. Ein solches Merkmal ist vorteilhaft, da die erfaßte. Signalform analysiert werden kann, um die Bestimmung von potentiellen Ursachen des Ereignisses, der Bedenklichkeit des Ereignisses oder anderer betreffender Daten zu erleichtern. Obwohl das Merkmal der Signalformerfassung, das in dem Patent von Bearden offengelegt wird, zu der Nützlichkeit des Zählers beiträgt, sind durch die größere Differenziertheit von Energiekunden weitere Informationsabruffähigkeiten in Energiequalitätsmeßeinrichtungen notwendig geworden.
Insbesondere hat sich erwiesen, daß viel aus einem Energiequalitätsereignis gelernt werden kann, indem man die Spannungssignalform analysiert, wenn das Energiequalitätsereignis endet, und auch wenn es beginnt. Außerdem wurde festgestellt, daß Energiequalitätsereignisse häufig ein oder mehrere "Sub-Ereignisse" enthalten. Man betrachte zum Beispiel ein Energiequalitätsereignis in Form eines Absinkens der Spannung, wobei die Leitungsspannung fünf Minuten lang von 120 Volt auf 100 Volt abfällt und dann zwei Stunden lang auf 85 Volt abfällt und dann eine Stunde lang zu 100 Volt zurückkehrt und dann zu 120 Volt zurückkehrt. Es ist nützlich, Informationen über solche Sub-Ereignisse zur Analyse des Energieverteilungssystems zu sammeln.
Eine Lösung wäre, eine Energiequalitätseinrichtung zu implementieren, die alle Spannungssignalformdaten zu allen Zeiten erfaßt. Das Erfassen aller dieser Daten ist jedoch unpraktikabel. Insbesondere müssen die Spannungssignalformdaten, um nützlich zu sein, erfaßt oder anders ausgedruckt in nichtflüchtigem Speicher zur späteren Abrufung und Analyse gespeichert werden. Die Gesamtheit der Signalformdaten für jeden signifikanten Zeitraum von mehr als einer Sekunde ist beträchtlich. Zum Beispiel besteht bei einer Abtastrate von 32 Abtastwerten pro Zyklus der Gegenwert von einer Sekunde von Daten für eine einzige Spannungssignalform aus 1920 Abtastwerten von Daten pro Sekunde. Bei Mehrphasenzählern, bei denen sowohl die Spannung als auch der Strom abgetastet wird, beträgt die Anzahl von Abtastwerten vier- bis sechsmal diese Zahl.
Es ist somit ersichtlich, daß die Speicherung aktueller Signalformdaten nicht für eine signifikante Zeitspanne in einem nichtflüchtigen Speicher in dem Zähler erzielt werden kann. Außerdem ist es nicht machbar, daß der Zähler diese Daten zu einer fernen Einrichtung mit größerer Speicherfähigkeit übermittelt. Insbesondere erfordert die Übermittlung solcher Datenmengen eine beträchtliche Menge konstant verfügbarer Übertragungsbandbreite, was weder kosteneffektiv noch praktisch ist.
Es wird deshalb eine Energiemeßeinrichtung benötigt, die mit einem Ausnutzungs-Genauigkeits-Zähler gekoppelt ist und fähig ist. Signalforminformationen für mehrere Phänomene in einem Energiequalitätsereignis zu erhalten. Insbesondere wird eine solche Einrichtung benötigt, die Signalforminformationen sowohl für den Anfang als auch das Ende eines Energiequalitätsereignisses erhält, sowie eine Einrichtung, die Signalforminformationen für mehrere Sub-ereignisse in einem bestimmten Energiequalitätsereignis erhält.

Kurze Darstellung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wendet sich an die obigen und weitere Bedürfnisse durch Bereitstellung eines Systems und Verfahrens zur Verwendung in einem Ausnutzungs- Genauigkeits-Zähler, der eine Abweichung des Leitungsspannungspegels von einem normalen Spannungspegel erkennt, die Leitungsspannungssignalform erfaßt, die dem Zeitpunkt der Erkennung der Abweichung entspricht, eine Abnahme der Abweichung des Leitungsspannungspegels von dem normalen Spannungspegel erkennt und die Signalform erfaßt, die dem Zeitpunkt der Erkennung der Abnahme der Abweichung entspricht. Indem Signalformen sowohl zum Zeitpunkt der Abweichung der Spannung von der Norm als auch zum Zeitpunkt der Rückkehr der Spannung zu der Norm erfaßt werden, gewinnt die vorliegende Erfindung weitere ausführliche Informationen über ein Energiequalitätsereignis, als im Stand der Technik verfügbar sind. Durch Erfassen von Signalformen, die dem Zeitpunkt der Erkennung der Spannungsabweichung und dem Zeitpunkt der Erkennung der Abnahme der Abweichung entsprechen, wird außerdem eine Speicherung und/oder Übermittlung der erfaßten Signalformdaten praktikabel. Solche Daten können dann zu einem späteren Zeitpunkt und/oder an einem fernen Standort analysiert werden, um Informationen bezüglich der Störung zu erhalten, die die Leitungsspannungsabweichung verursacht hat.
Ein beispielhaftes Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Stromzähler ausgeführt, der Mittel zum Messen einer elektrischen Energiemenge enthält, die während eines Energiemeß-Zeitintervalls von einem Lieferanten erzeugt und über eine Energieversorgungsleitung einer Last eines Kunden zugeführt wird. Das beispielhafte Verfahren ist ein Verfahren zum Überwachen von Abweichungen der gemessenen elektrischen Energiemenge.
Das Verfahren umfaßt einen ersten Schritt des Messens einer über die Energieversorgungsleitung an die Last gelieferten Leitungsspannung während des Energiemeß- Zeitintervalls. Das Verfahren umfaßt außerdem den Schritt des Erkennens einer Abweichung eines Betrags der gemessenen Leitungsspannung in bezug auf einen annehmbaren Spannungspegel, wobei die Abweichung eine erste Abweichungsschwelle überschreitet. Danach umfaßt das Verfahren den Schritt des Erfassens einer ersten Signalform der gemessenen Leitungsspannung entsprechend dem Zeitpunkt der Erkennung der Abweichung. Als letztes umfaßt das Verfahren die Schritte des Erkennens einer nachfolgenden Abnahme der Abweichung des Betrags der gemessenen Leitungsspannung, so daß die Abweichung kleiner oder gleich der ersten Abweichungsschwelle ist, und das Erfassen einer zweiten Signalform der gemessenen Leitungsspannung entsprechend dem Zeitpunkt der Erkennung der nachfolgenden Abnahme der Abweichung.
Eine beispielhafte Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein elektrischer Stromzähler zum Erhalten von Daten bezüglich Leitungsspannungsabweichungen in Echtzeit. Der elektrische Stromzähler enthält eine Spannungsdigitalisierungsschaltung, eine Stromdigitalisierungsschaltung, eine Zählschaltung und eine Energiequalitätsschaltung. Die Spannungsdigitalisierungsschaltung ist betreibbar, um analoge Leitungsspannungsinformationen und erzeugte digitale Leitungsspannungsinformationen daraus zu erhalten. Die Stromdigitalisierungsschaltung ist betreibbar, um analoge Leitungsstrominformationen zu erhalten und digitale Leitungsstrominformationen daraus zu erzeugen. Die Zählschaltung ist betreibbar, um die digitalen Leitungsspannungsinformationen und die digitalen Leitungsstrominformationen zu empfangen und Zählinformationen daraus zu erzeugen.
Die Energiequalitätsschaltung ist betreibbar, um folgendes durchzuführen: Empfangen der digitalen Leitungsspannungsinformationen und Erhalten von Betragsinformationen aus diesen, wobei die Betragsinformationen den Betrag der Leitungsspannung darstellen; Erkennen einer Abweichung des Betrags der Leitungsspannung relativ zu einem annehmbaren Spannungspegel, wobei die Abweichung eine erste Abweichungsschwelle überschreitet; Erfassen einer ersten Signalform in Form einer ersten Menge digitaler Leitungsspannungsinformationen entsprechend dem Zeitpunkt der Erkennung der Abweichung; Erkennen einer nachfolgenden Abnahme der Abweichung des Betrags der Leitungsspannung, so daß die Abweichung kleiner oder gleich der ersten Abweichungsschwelle ist; und Erfassen einer zweiten Signalform in Form einer zweiten Menge digitaler Leitungsspannungsinformationen entsprechend dem Zeitpunkt der Erkennung der nachfolgenden Abnahme der Abweichung.
Das beispielhafte Verfahren und die beispielhafte Vorrichtung, die oben beschrieben wurden, liefern die obenerwähnten Vorteile des Erfassens von Signalforminformationen für eine Spannungssignalform sowohl am Anfang eines Energiequalitätsereignisses als auch am Ende eines Energiequalitätsereignisses. Bei alternativen Ausführungsformen können das Verfahren und die Vorrichtung so konfiguriert werden, daß eine zweite Abweichung erkannt wird, die größer als die erste Abweichung ist, und eine Signalform erfaßt wird, die dem Zeitpunkt der Erkennung der zweiten Abweichung entspricht. Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung könnten dann Signalformdaten bezüglich Subereignissen in einem Energiequalitätsereignis erfassen.
Die obigen und weitere Merkmale und Vorteile werden für Durchschnittsfachleute bei Durchsicht der folgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen deutlicher erkennbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A und 1B zeigen schematisch eine Umgebungsansicht eines Ausnutzungs-Genauigkeitszählers mit Energiequalitätsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2A und 2B zeigen schematisch einen Ausnutzungs- Genauigkeitszähler mit Energiequalitätsmessung, der mit einem Energiegenerator und einem Energiekunden kommuniziert, gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 zeigt schematisch einen Ausnutzungs-Genauigkeitszähler mit Energiequalitätsmessung, der mit mehreren Datenkommunikationsstrecken kommuniziert, gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 zeigt einen Ausnutzungs-Genauigkeitszähler mit Energiequalitätsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5A und 5B zeigen schematisch ein Flußdiagramm einer Schaltung eines digitalen Signalprozessors eines Ausnutzungs-Genauigkeitszählers mit Energiequalitätsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 zeigt schematisch eine Energiequalitätsmeßschaltung eines Ausnutzungs-Genauigkeitszählers gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7A, 7B und 7C zeigen die Funktionsweise einer Energiequalitätsschaltung in dem Ausnutzungs- Genauigkeitszähler von Fig. 3 gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 zeigt schematisch einen Ausnutzungs- Genauigkeitszähler mit Energiequalitätsmessung und Energieverwaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Steuerparametern für den Ausnutzungs- Genauigkeitszähler von Fig. 3 und 4 gemäß der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung

Die vorliegende Erfindung wird nun im folgenden ausführlicher mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen realisiert werden und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt aufgefaßt werden; statt dessen werden diese Ausführungsformen angegeben, damit die vorliegende Offenlegung umfassend und vollständig ist und Fachleuten den Schutzumfang der Erfindung vollständig mitteilt. Gleiche Bezugszahlen beziehen sich durchweg auf gleiche Elemente.
Wie in der schematischen Umgebungsansicht von Fig. 1A und 1B dargestellt, beginnt die Energieversorgungsverteilung 20 im allgemeinen mit der Erzeugung der Energie durch eine Energieerzeugungsanlage 21, d. h. einen Energiegenerator oder ein Kraftwerk. Der Energiegenerator 21 liefert Energie durch Aufwärts- Zwischenübertragungstransformatoren 21b an Übertragungsstationen 23. Um Energietransportverluste zu reduzieren, erhöhen die Aufwärtstransformatoren 21b die Spannung und reduzieren den Strom. Die tatsächliche Übertragungsleitungsspannung hängt gewöhnlich von dem Abstand zwischen den Zwischenübertragungstransformatoren 21b und den Benutzern oder Kunden, d. h. den kommerziellen, industriellen oder privaten Kunden 37, 38 ab. Die Verteilungs-Zwischenstationstransformatoren 25, 26, 27 reduzieren die Spannung von dem Übertragungsleitungspegel im allgemeinen auf einen Bereich von etwa 2-35 Kilovolt ("kV"). Das primäre Energieverteilungssystem 31 liefert Energie an die Verteilungstransformatoren 28, 28a, die die Spannung weiter reduzieren, d. h. auf etwa 120 V bis 600 V.
Energieversorgungsunternehmen und Lieferanten haben gewöhnlich Systeme entwickelt, um Energie, die erzeugt und an die Übertragungsleitungen in dem primären Energieverteilungssystem 31 geliefert werden soll, zu analysieren und zu verwalten, z. B. hauptsächlich durch Überwachungssteuerung und Datenerfassung ("SCADA") in der Fernbetriebsverwaltungszentrale 22, wie dargestellt. Diese Betriebsverwaltungszentralen 22 kommunizieren im allgemeinen mit den Erzeugungsanlagen 21 und den Zwischenstationen 24, 25 durch herkömmliche Datenkommunikationsendgeräte 21a, 24a, 25a. Da Probleme zur Zeit in dem sekundären Energieverteilungssystem 36, d. h. von der Verteilungszwischenstation zu den Kunden, entstehen, wird mit Bezug auf die Analyse von Energie, die durch das sekundäre Energieverteilungssystem 36 zu den industriellen, kommerziellen oder privaten Kundenstandorten geliefert wird, ein Ausnutzungs- Genauigkeitszähler 40 oder eine Vielzahl von Ausnutzungs-Genauigkeitszählern 40 mit Energiequalitätsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt und vorzugsweise wie dargestellt (Fig. 1A-1B) in dem sekundären Energieverteilungssystem 36 angeordnet, um ein Fern- Endgerät oder einen Fern-Knoten in dem Gesamtsystem 20 zur Fehlerbehebung oder Diagnose von Problemen bereitzustellen, wodurch Notsituationen identifiziert und Informationen von spezifischen Kundenstandorten systematisch analysiert werden.
Aufgrund der Deregulierung der Energieversorgungsindustrie und des einhergehenden Handels mit Energie auf der Übertragungsebene ist es außerdem vorteilhaft, Ausnutzungs-Genauigkeits-Zähler 40 mit Energiequalitätsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Übertragungssystem 31 und/oder dem Erzeugungssystem 21 zu implementieren.
Fig. 2A, 2B, 3 und 4 zeigen schematisch einen Ausnutzungs-Genauigkeitszähler 40 mit Energiequalitätsmessung, der mit einem Energiegenerator 80, wie zum Beispiel einem Energieversorgungsunternehmen und einem Energiekunden 60 kommuniziert, gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Ausnutzungs-Genauigkeitszähler 40 gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Stromzähler oder ein statischer Wechselstrom-Wattstundenzähler, der für Gebührenberechnungsfunktionen verwendet wird, d. h. ein Gebührenzähler. Diese Ausnutzungs-Energie- oder Stromzähler sind vorzugsweise Zähler in Halbleitertechnik, die mindestens dem Standard 12.16 des American National Standards Institute ("ANSI"), dem Standard 687/1036 der International Electrotechnical Commission ("IEC"), ähnlichen verbesserten oder revidierten Normen oder dergleichen genügen, sowie es Fachleuten bekannt ist. Wie dargestellt, umfaßt der Ausnutzungs- Genauigkeitszähler 40 zur Messung der Menge und Qualität der von einem Energiekunden 60 erhaltenen elektrischen Energie vorzugsweise ein Gehäuse 40a und eine Kommunikationsschnittstelle, die vorzugsweise mehrere Datenkommunikationsports 41, 42, 43, 44 enthält, die in dem Gehäuse 40a (siehe Fig. 3 und 4A) angeordnet sind. Das Gehäuse 40a ist wie in der Technik bekannt konfiguriert, um den Zähler 40 zum Beispiel durch eine Zählerbuchse mit den Energieleitungen zu verbinden.
Obwohl vier Datenkommunkationsports 41, 42, 43, 44 dargestellt sind, weist ein Ausnutzungs- Genauigkeitszähler 40 gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise mindestens zwei Datenkommunikationsports auf. Mindestens einer der mehreren Datenkommunikationsports 41, 42, 43, 44 ist für eine Datenkommunikation mit einem Energiekunden 60 angeordnet, z. B. ein Energiekundenport 41, und mindestens einer der mehreren Datenkommunikationsports 41. 42, 43, 44 ist für eine Datenkommunikation mit einem Energiegenerator angeordnet, z. B. die Energiegeneratorports 42, 43, 44.
Die konkrete dargestellte Ausführungsform der Ports 41, 42. 43, 44 stellt jedoch vorteilhafterweise eine Echtzeit-Datenkommunikation mit mehreren der verschiedenen Gruppen oder Abteilungen eines Energieversorgungsunternehmens 80 bereit, wie zum Beispiel mit dem Marketing 82, der Betriebsverwaltung 83, der Technik 84 und/oder der Gebührenberechnung/Finanzen 85 (Fig. 2B). Zum Beispiel können Energiequalitätsdaten, wie zum Beispiel die in Verbindung mit Fig. 6, 7A, 7B und 7C nachfolgend besprochenen von dem Kundendienst oder Marketing-Gruppe 82 verwendet werden, die Daten von einem Ausnutzungs-Genauigkeitszähler 40 gemäß der vorliegenden Erfindung empfangen, indem Energieausfälle, Absinkungen/Spitzen und übermäßige Oberschwingungen überwacht werden. Diese Informationen können dann d. h. durch sequentielle Verbindungen zu einem Hauptbüro, Key-Account-Vertretern und/oder Kunden 60 weitergeleitet werden. Die Betriebsverwaltung 83 kann solche Energiequalitätsdaten verwenden, um Spannung/Strom, KW/KVAR, Störungen und/oder Oberschwingungen, die durch Kunden 60 durch den Zähler 40 empfangen werden, zu überwachen, und Transformatoren, d. h. Temperatur, Kondensatoren und andere Steuerfunktionen in dem Energieverteilungssystem 20 zu überwachen.
Die technische Gruppe oder Abteilung kann den Zähler 40 und die aus diesem empfangenen Daten zum Beispiel zur Überwachung der gesamten harmonischen Verzerrung, zur Analyse erfaßter Signalformen, zur Spektralanalyse und zur Untersuchung und Analyse von Ausfällen und Absinkungen/Spitzen vom Diagnosestandpunkt aus verwenden. Die Gebührenberechnungs- oder Finanzgruppe 85 kann dagegen auf der Grundlage von Informationen, die von dem Zähler 40 bezüglich Energiequalität und Energiebenutzung bereitgestellt werden. Last- oder Ratenforschungen betreiben. Für Fachleute ist erkennbar, daß die Gebührenberechnungsgruppe 85 des Energiegenerators 80 zum Beispiel Funktionen des TOU- Zählens der Echtzeit-Preisbildung, der Transformatorenverluste, der Kompensation, des Lastprofils, der Zählerinstallationsintegrität, der Zählerverdrahtungsverifikation, der Lastenkürzung und/oder verschiedene andere Funktionen durchführen kann. Außerdem können diese verschiedenen Gruppen des Energiegenerators 80 reagierend mit der Zwischenstationssteuerung 86 in Wechselwirkung treten, wie zum Beispiel bei Multi-Drop-Zähleranwendungen, oder zur Kommunikation mit fernen Endgeräteeinheiten ("RTUs"), Druckern und dergleichen. Weiterhin kann der Energiegenerator 80 verschiedene Hilfseingaben für den Zähler 40 bereitstellen, wie zum Beispiel Transformatoröltemperaturdaten, Zuführungs-Teillasten, redundante Zähldaten, Statuswarnungen, Druckdaten und/oder andere Informationen je nach Bedarf.
Der Kunde kann dagegen On-Line-Daten empfangen, wie zum Beispiel technische Einheiten, Energiekosten, Teillastdaten, alternative Energieversorgungsdaten und andere Gesamtangaben oder spezifische Informationen je nach Bedarf. Vorzugsweise weist der Zähler 40 außerdem eine vom Kunden programmierte Relaissteuerung mit Sicherheits-, Energieversorgungswarn-, Bedarfsvorhersage- und Energieverwaltungsfähigkeiten auf. Wie ebenfalls in Fig. 2A und 8A dargestellt ist, enthält ein Ausnutzungs-Genauigkeitszähler 40 gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin zusätzlich eine Energieverwaltungssteuerung 90, die elektrisch mit dem zweiten Empfänger und dem zweiten Sender verbunden ist, um als Reaktion auf vorbestimmte Befehlssignale, die von dem Energiekunden durch den Energiekundenport der Kommunikationsschnittstelle empfangen werden, die Energiebenutzung zu steuern. Ähnlich kann der Kunde Hilfseingaben 62 für den Zähler 40 bereitstellen, wie zum Beispiel Warnungen, Status, Produktionsparameter, Daten bezüglich der nicht-elektrischen Versorgung, Lastkürzungsdaten, Teillastdaten sowie andere Daten je nach Bedarf. Der Zähler 40 kann außerdem vom Kunden in einer Kundenzentralstation 61 wie dargestellt überwacht oder benutzt werden. Die Datenkommunikationsports stellen außerdem die Kommunikation zwischen oder innerhalb von Kunden bereit, d. h. vom Kunden zum Versorgungsunternehmen oder zu einem anderen Kunden und die Kommunikation innerhalb von Kundenanlagen oder -standorten.
Entweder getrennt von der Energieverwaltungssteuerung 90 oder in Verbindung mit dieser weist ein Zähler 40 gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise weiterhin eine (nicht gezeigte) Zugangseinschränkungsvorrichtung auf, die elektrisch mit dem Energiegeneratorport kommuniziert, um einen eingeschränkten Zugang zwischen dem Energiekundenport und dem Energiegeneratorport bereitzustellen. Dieser Sicherheitszugang ist vorzugsweise in einer der Steuerungen des Zählers 40 verankert. Dieses Mittel bzw. diese Vorrichtung zur Zugangsbeschränkung wird vorzugsweise durch Software programmiert, wie für Fachleute erkennbar ist, so daß der Zugang entweder dem Energiekunden oder dem Energiegenerator durch ein Befehlssignal bereitgestellt wird, das ein Benutzerpasswort oder einen Datenzugangsschlüssel darstellt. Dadurch wird wiederum eine Sicherheitswand zwischen von einem Kunden 60 benutzten Zählerfunktionen und von einem Energiegenerator oder einem Dritten 80 verwendeten Zählerfunktionen bereitgestellt.
Obwohl, wie sich für Fachleute versteht, die Kommunikationsschnittstelle eines Ausnutzungs-Genauigkeitszählers 40 ein beliebiges Mittel zur Übermittlung von Daten zu und von dem Zähler 40 enthalten kann, das zum Beispiel eine Sondeneinrichtung, eine optische Einrichtung oder eine Ferneinrichtung als Schnittstelle zu dem Zähler 40 verwendet, enthält die Kommunikationsschnittstelle eines Ausnutzungs-Genauigkeitszählers 40 vorzugsweise einen oder mehrere Sender/Empfänger, wie zum Beispiel universelle asynchrone Empfänger/Sender ("UART"), die in dem Gehäuse 40a des Zählers 40 positioniert sind und so angeordnet sind, daß sie durch die Datenkommunikationsports 41, 42, 43, 44 Datensignale empfangen und senden.
Nunmehr insbesondere in bezug auf Fig. 3 enthält die beispielhafte Ausführungsform des Zählers 40 eine analoge Sensorschaltung 51, eine digitale Signalverarbeitungsschaltung 45, einen Umlaufpuffer 52, einen Mikroprozessor 48, einen nichtflüchtigen Speicher 53, eine Zeitstandardquelle 54, eine Kommunikationsschnitt stellenschaltung 55, eine Anzeige 56, eine Zeitgeberschaltung 57 und die Ports 41, 42, 43 und 44.
Die analoge Sensorschaltung 51 ist eine Schaltung, die an die Energieleitungen des Versorgungsunternehmens angeschlossen wird und betreibbar ist, um Signale, einschließlich analoger Leitungsspannungsinformationen und analoger Leitungsstrominformationen, für jede der Phasen in einem Mehrphasen-Energiesystem zu erzeugen. Bei der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsform ist die analoge Sensorschaltung 51 betreibbar, um analoge Leitungsspannungsinformationen VA, VB und VC und analoge Leitungsstrominformationen IA, IB und IC für drei Phasen eines elektrischen Dreiphasensystems zu erhalten. Zu diesem Zweck kann die analoge Sensorschaltung geeigneterweise Spannungsteilerschaltungen, Stromabzweigungen, Stromtransformatoren, eingebettete Spulen und/oder andere wohlbekannte Spannungs- und Strom- Mehrfachausgangsmeßtechnologien umfassen.
Die Schaltung 45 für digitale Signalverarbeitung ("DSP") und der Mikroprozessor 48 bilden zusammen eine Zählschaltung, die betreibbar ist, um Leitungsspannungs- und Leitungsstrominformationen aus der analogen Sensorschaltung 51 zu empfangen und aus diesen Zählinformationen zu erzeugen. Insbesondere enthält die DSP-Schaltung 45 zusätzlich zu einem DSP einen oder mehrere Analog/Digital-Signalumsetzer, die analoge Leitungsspannungsinformationen und analoge Leitungsstrominformationen empfangen und digitale Leitungsspannungsinformationen und digitale Leitungsstrominformationen aus diesen erzeugen. Die DSP-Schaltung 45 und der Mikroprozessor 48 sind weiterhin geeignet programmiert, um die digitalen Leitungsstrominformationen und die digitalen Leitungsspannungsinformationen aus den Analog/Digital-Umsetzern zu empfangen und aus diesen Zählinformationen zu erzeugen. Die Zählinformationen umfassen Watt-, VAR- und VA-Größen, die die vom Kunden verbrauchte Energie darstellen. Weitere Einzelheiten bezüglich der Funktionsweise der Zählschaltung werden nachfolgend in Verbindung mit Fig. 5A und 5B beschrieben.
Die DSP-Schaltung 45 und der Mikroprozessor 48 bilden zusammen außerdem eine Energiequalitätsschaltung, die betreibbar ist, um Signalformen gemäß der vorliegenden Erfindung zu erfassen. Weitere Einzelheiten bezüglich · der Funktionsweise der Energiequalitätsschaltung werden nachfolgend in Verbindung mit Fig. 6, 7A, 7B und 7C beschrieben.
Es ist zu beachten, daß die Architektur der Zählschaltung und der Energiequalitätsschaltung, die oben beschrieben wurde, lediglich ein Beispiel sein soll. Fachleute können ohne weiteres alternative Architekturen konzipieren, die die Prinzipien der hier beschriebenen Zählschaltung und Energiequalitätsschaltung enthalten. Zum Beispiel soll die Verwendung einer Kombination einer DSP-Schaltung und eines Mikroprozessors als die Zählschaltung und die Energiequalitätsschaltung lediglich ein Beispiel sein. Es kann geeigneterweise ein einziger Prozessor für eine oder beide dieser Schaltungen verwendet werden. Ein solcher einziger Prozessor kann möglicherweise relativ hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten erfordern, um die Ausnutzungsqualitätszählung zu erzielen, und ist deshalb möglicherweise nicht so kosteneffektiv wie die hier besprochene Architektur. Als Alternative können Fachleute Zählschaltungen und/oder Energiequalitätsschaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden, die drei oder mehr Prozessoren enthalten, oder die verschiedene Arten von Steuerungen und Prozessoren enthalten. Solche Architekturen würden mindestens einen Teil der Vorteile der vorliegenden Erfindung bereitstellen.
Die Energiequalitätsschaltung des Zählers 40 enthält weiterhin einen Umlaufpuffer 52. Der Umlaufpuffer 52 ist eine kreisartige Speicherstruktur in mindestens einem Teil eines Speicherbauelements, vorzugsweise eines RAM. Die kreisartige Speicherstruktur speichert digitale Leitungsspannungs- und/oder digitale Leitungsstromwerte in der Reihenfolge, in der sie empfangen werden. Sobald der Umlaufpuffer 52 voll ist, ersetzt jeder neue eingegebene Wert den ältesten Wert in dem Puffer. Bei der vorliegenden Erfindung kann der Umlaufpuffer 52 geeigneterweise ein zugeteilter Teil des internen RAM der DSP-Schaltung 45 sein. Der Umlaufpuffer 52 kann jedoch alternativ dazu einen externen RAM oder sogar einen intern oder extern an den Mikroprozessor 48 angekoppelten RAM umfassen.
Wieder mit Bezug auf die in Fig. 3 dargestellte beispielhafte Ausführungsform des Zählers 40 kann der nichtflüchtige Speicher 53 geeigneterweise ein Flash- Speicher, nichtflüchtiger RAM, EEPROM oder ein anderer nichtflüchtiger Speicher sein. Nichtflüchtiger RAM und Flash-Speicher werden bevorzugt, da die Grundfläche solcher Speicher pro Speichereinheit wesentlich kleiner als die Grundfläche von EEPROM ist. EEPROM kann jedoch vorteilhaft sein, wenn Batterie-Back-up- oder andere Back-up-Stromquellen unpraktisch oder unzuverlässig sind. Vorzugsweise weist der nichtflüchtige Speicher 53 4 bis 8 Megabyte Speicher auf.
Die Zeitstandardquelle 54 ist eine Quelle von extern erzeugten Präzisions-Zeitstandardinformationen. Zum Beispiel kann die Zeitstandardquelle 54 geeigneterweise ein GPS-Empfänger sein, der betreibbar ist, um über Satellit Präzisions-Zeitstandardinformationen zu erhalten. Als Alternative kann die Zeitstandardquelle ein IRIG- oder WWV-Zeitstandardempfänger sein. Ein Beispiel für eine Zeitstandardquelle, die in den Zähler 40 integriert werden kann, ist die Karte Modell GPS- PCI, die von TrueTime, Inc. erhältlich ist.
Die Zeitgeberschaltung 57 ist eine in der Technik wohlbekannte Schaltung, die betreibbar ist, um auf fortlaufende Weise Uhrzeit-/Kalenderinformationen zu erzeugen. Im allgemeinen kann die Zeitgeberschaltung 57 geeigneterweise eine Kristalloszillatorschaltung und entsprechende Logikgatter und Zähler zur Erzeugung der Uhrzeit-/Kalenderinformationen auf der Grundlage der Kristalloszillatorschaltung enthalten. Solche Schaltungen sind wohlbekannt. Die Zeitgeberschaltung 57 ist an den Mikroprozessor angekoppelt, um diesem die Uhrzeit-/Kalenderinformationen bereitzustellen. Die Zeitgeberschaltung 57 ist weiterhin wirksam durch den Mikroprozessor 48 verbunden, um die extern erzeugten Präzisions-Zeitinformationen aus der Zeitstandardquelle 54 zu empfangen. Die Zeitgeberschaltung 57 ist betreibbar, um ihre Uhrzeit-/Kalenderinformationen auf der Grundlage der empfangenen extern erzeugten Präzisions- Zeitinformationen zu korrigieren. Gemäß der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsform liefert die Zeitstandardquelle 54 Präzisions-Zeitinformationen in Form von Impulsen, d. h. einen Impuls pro Sekunde. Somit wird die Zeitgeberschaltung 57 jedesmal, wenn sie einen Impuls empfängt, "neu kalibriert".
Die Anzeige 56 ist eine LCD- oder anderweitige Anzeigeschaltung, die betreibbar ist, um durch den Mikroprozessor 48 bereitgestellte Daten anzuzeigen. Die Anzeige 56 und/oder der Mikroprozessor 48 umfassen alle notwendigen Treiber zum Umsetzen der Mikroprozessordaten in Signale, die bewirken, daß das LCD- oder anderweitige Anzeigemedium die in den Daten enthaltenen Informationen anzeigt. Solche Schaltungen sind wohlbekannt.
Die Kommunikationsschnittstellenschaltung 55 wirkt mit den Datenkommunikationsports 41, 42, 43 und 44 zusammen, um die Kommunikation zwischen dem Zähler 40 durch den Mikroprozessor 48 und externen Einrichtungen, darunter in der Ferne angeordneten externen Einrichtungen, zu bewirken. Zu diesem Zweck kann die Kommunikationsschnittstellenschaltung 55 einen oder mehrere zusätzliche Prozessoren enthalten, die die Bereitstellung dieser Kommunikation erleichtern.
Die Ports 41, 42, 43 und 44 umfassen vorzugsweise einen RS-232-Schnittstellenport und/oder eine 20-Milliampere- ("mA"-)Stromschleife, einen optischen Port und jeweils zwei von entweder einem internen Modem, einer Direktschnittstelle, einem Protokollumsetzer oder einem RS-485-Port. Das interne Modem ist für die Kommunikation mit den Hilfseingängen- und -ausgängen des Energieversorgungskunden oder Energiekunden angeordnet. Die Direktschnittstelle ("I/F") ist so angeordnet, daß sie an ein externes Modem angeschlossen ist, das den Prozessoren 45, 48 entweder zusätzliche oder duplikative Daten zuführt. Der Protokollumsetzer und der RS-485-Port sind ähnlich angeordnet, um die Datenkommunikation zu der Betriebsverwaltungszentrale 22 (siehe Fig. 1) sowie dem lokalen Netz ("LAN") des Versorgungsunternehmens oder industriellen Kunden bereitzustellen. Der optische Port ist vorzugsweise für eine Datenkommunikation durch einen Energiegeneratorport zu Laptop-Computern oder dergleichen angeordnet. Die Stromschleife liefert eine sichere Datenkommunikation und ist vorzugsweise für eine Datenkommunikation mit den Hilfseingängen 81, 85 aus dem Versorgungsunternehmen 80 angeordnet, wie zum Beispiel einem Codierer, Drucker, einer RTU, verschiedenen Software- oder Hardware-Tools, einem PC, einer Ferndatenanzeige oder dergleichen. Das externe Modem Und das LAN sind so geschaltet, daß sie elektrisch mit der gewünschten Gruppe 82, 83, 84, 86 des Versorgungsunternehmens oder Energiegenerators 80 (siehe die Darstellung) kommunizieren.
Die Elemente des Zählers 40, die oben von Fig. 3 beschrieben wurden, sind vorteilhafterweise so konfiguriert, daß sie in einem einzigen Gehäuse verankert sind, das betreibbar ist, um an ausgewählten von standardmäßigen Zählerbuchsen angebracht zu werden (siehe Fig. 4).
Fig. 5A und 5B zeigen die Funktionsweise der Zählschaltung und der Energiequalitätsschaltung des Zählers 40 von Fig. 3 ausführlicher. Insbesondere sind in Fig. 5A und 5B der DSP-Schaltungsteil 45 der Zählschaltung und der Energiequalitätsschaltung ausführlich gezeigt. Im allgemeinen empfängt die DSP-Schaltung 45 die analogen Leitungsspannungsinformationen und die analogen Leitungsstrominformationen und führt die vorbereitenden Zählberechnungen sowie vorbereitende Energiequalitätsbestimmungen durch, die später beschrieben werden. Mit Bezug auf die Zählberechnungen führt die DSP-Schaltung 45 eine Abtastung und Verarbeitung der analogen Leitungsspannungs- und Stromsignale unter Verwendung hoher Rechengeschwindigkeiten durch und erzeugt Zwischenwerte, wie zum Beispiel akkumulierte Watt-, VA- und VAR-Werte. Als Beispiel tastet die DSP-Schaltung 45 jedes Leitungsspannungs- und Leitungsstromsignal 32 mal pro Sekunde ab. Diese Abtastrate ermöglicht in Kombination mit der Verwendung von Abtastwerten mit 20 Bit Auflösung dem Zähler 40, Ausnutzungs-Genauigkeits-Zählmessungen durchzuführen.
Der Mikroprozessor 48 ruft periodisch die akkumulierten Zwischenwerte ab und verwendet diese zur Erzeugung standardmäßiger Zählerenergieimpulse. Der Mikroprozessor 48 akkumuliert außerdem verschiedene Energieverbrauchswerte gemäß Zählnormen. Der Mikroprozessor 48 wirkt weiterhin, um ein Anzeigen bestimmter Zählwerte und/oder die Übermittlung von Zählwerten zum Kunden oder zu dem Versorgungsunternehmen zu bewirken.
Die DSP-Schaltung 45 verwendet weiterhin die abgetasteten oder digitalisierten Leitungsspannungssignale und in bestimmten Fällen die digitalisierten Leitungsstromabtastwerte, um das Vorliegen unerwünschter Abweichungen in dem elektrischen Signal zu bestimmen, das die Energie darstellt, die von einem Energiekunden 60 über elektrische Energieleitungen oder dergleichen empfangen wird, wie zum Beispiel Nadeln, Spitzen, Absenkungen, harmonische Verzerrungen und/oder andere Störungen. Das Abweichungsbestimmungsmittel ist vorzugsweise eine Abweichungsbestimmungsvorrichtung oder eine andere Energiequalitätsschaltung 200, die wie dargestellt so geschaltet ist, daß sie elektrisch mit dem Empfänger kommuniziert, um die Häufigkeit, d. h. Zeiträume oder Zeitpunkte, und die Dauer unerwünschter Abweichungen in dem empfangenen Spannungssignal während mehrerer vorbestimmter Zeitspannen zu bestimmen. Diese unerwünschten Signalabweichungen sind vorzugsweise minimale oder maximale Schwellenabweichungen und/oder Zeitsteuerungsfrequenzabweichungen des zugeführten Signals. Die Funktionsweise der Energiequalitätsschaltung wird in Verbindung mit Fig. 6 ausführlicher besprochen.
Sobald eine unerwünschte Signalabweichung erkannt wird, werden Informationen zu dem Mikroprozessor 48 geleitet, der die Übermittlung und/oder Speicherung von Informationen bezüglich der Abweichung, einschließlich der Signalformerfassung gemäß der vorliegenden Erfindung, steuert, wie nachfolgend in Verbindung mit Fig. 7A, 7B und 7C beschrieben.
Wie am besten in Fig. 5A und 5B zu sehen ist, empfängt die DSP-Schaltung 45 analoge Leitungsspannungsinformationen VX und analoge Leitungsstrominformationen IX, die die Energie darstellen, die von einem Energiekunden auf einer Phase eines Mehrphasensystems empfangen wird. Bei einem Dreiphasensystem empfängt die DSP-Schaltung 45 die Leitungsstrominformationen und die Leitungsspannungsinformationen jeder Phase auf sequentielle Weise. Zu diesem Zweck werden die analogen Leitungsstrom- und die analogen Leitungsspannungs informationen gemultiplext, so daß nur eine Leitungsspannung VX und nur ein Leitungsstrom IX zu einem gegebenen Zeitpunkt empfangen wird. Es ist zu beachten, daß als Alternative die in Fig. 5A gezeigte Schaltung geeigneterweise für jede der Phasen des Systems dupliziert werden kann.
Auf jeden Fall setzt die Abtast- und Digitalisierungsschaltung 111, die vorzugsweise ein A/D-Umsetzer ist, IA in ein digitales Leitungsstromsignal um. Ähnlich setzt die Abtast- und Digitalisierungsschaltung 101, die ebenfalls vorzugsweise ein A/D-Umsetzer ist, VA in ein digitales Leitungsspannungssignal um. Zeitkompensatoren 102, 112 kompensieren dann eine zeitliche Versetzung bei der Abtastung aufgrund des Multiplexens eines einzigen Analog/Digital-Umsetzers. Die Zeitkompensatoren 102, 112 können geeigneterweise kurze FIR- oder Glättungsfilter mit unsymmetrischen Koeffizienten sein, um richtige zeitliche Versetzung mit relativ flachem Frequenzgang zu erhalten.
Als Alternative können die Zeitkompensatoren 102, 112 weggelassen werden, wenn gleichzeitig abtastende A/D-Umsetzer verwendet werden. In diesem Fall wird die Meßsynchronisation durch Synchronisieren der A/D-Umsetzer erzielt.
Auf jeden Fall werden die kompensierten digitalen Signale dann jeweils von Tiefpaßfiltern 103, 113 empfangen. Das digitale Leitungsstromsignal durchläuft ein festes Hochpaßfilter 114, und das digitale Leitungsspannungssignal durchläuft ein einstellbares Hochpaßfilter 104. Ein Kalibrationsfaktor 115, 135 wird dann jeweils auf die gefilterten Signale angewandt. Nach der Kalibration werden das digitale Leitungsstromsignal und das digitale Leitungsspannungssignal an die Energiequalitätsschaltung 200 des Zählers 40 gemäß der vorliegenden Erfindung angelegt. Für Fachleute ist erkennbar, daß die Energiequalitätsschaltung 200 vorzugsweise in Form von Software und/oder Hardware vorliegt, die in der DSP-Schaltung 45 und dem Mikroprozessor 48 der vorliegenden Erfindung verankert ist oder damit elektrisch kommuniziert. Fig. 6, 7A, 7B und 7C zeigen die Funktionsweise der Energiequalitätsschaltung 200 ausführlicher.
Sobald die Energiequalitätsschaltung 200 die digitalen Leitungsstrom- und die digitalen Leitungsspannungsinformationen empfängt, werden dann die Zählerberechnungen vorzugsweise durch Einleiten der Start- Kunden-Last-Detektoren 125, 145 fortgesetzt. Wie für Fachleute auf dem Gebiet- der Zähltechnik erkennbar ist, stellen diese Detektoren 125, 145 vorzugsweise sicher, daß im Verhältnis sehr kleine Signale, d. h. Signale aufgrund von Leckströmen, als eine Benutzung von Null registriert werden. Das Signal durchläuft dann die Verzögerungseinstellungen 126, 146 zur Erniedrigung der Abtastrate, z. B. durch Dezimierung. Die Verzögerungseinstellungen ermöglichen vorzugsweise ein Ablaufen des normalen Energiemeßprozesses mit einer langsameren Rate und verbrauchen deshalb weniger der Betriebsmittel des Mikroprozessors 48 oder der DSP- Schaltung 45. Das Signal wird zu einem Systemkonfigurationsblock 147 geleitet, um spezielle Zählertypen, wie zum Beispiel einen 2-1/2-Wye-Zähler, zu berücksichtigen.
Wie in Fig. 5B dargestellt, durchläuft das Signal weiterhin eine Filterungskonfiguration 162, vorzugsweise wie dargestellt. Das Stromsignal wird vorzugsweise an ein Tiefpaßfilter 103A angelegt. Dieses Filter 103A erzeugt eine Phasenverschiebung, die sich einer Nacheilung von 90 Grad nähert, wenn die Frequenz des Amplitudensignals zunimmt. Dieses Filter 103A erzeugt außerdem einen Amplitudengang, der mit der Frequenz abnimmt, und dies wird wie dargestellt durch die beiden FIR-Filter 103B und 104A kompensiert. Das Ausgangssignal des Spannungs-FIR-Filters 104A wird dann an ein Tiefpaßfilter 104B angelegt. Da die VAR-Messung vorzugsweise eine Nacheilung der Spannung relativ zu dem Strom von 90 Grad erfordern kann, wie für Fachleute erkennbar ist, und der Strom bereits um 90 Grad nacheilt, ist eine zusätzliche Nacheilung von 180 Grad in der Spannung notwendig. Vorzugsweise liefert eine Signalinvertierung durch einen Invertierer 104D diese Nacheilung. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 129 liefert somit VARs mit Fehlern, da 103A sich nur 90 Grad nähert. Der Multiplizierer 128 liefert ein Fehlerkorrektursignal mit dem korrekten Pegel und der korrekten Phase zur Korrektur des Fehlers bei der Summierung in dem Summiererblock 148.
Die Skalierer 103C, 104C und 104E stellen vorzugsweise die Signalpegel so ein, daß Angaben von Watts und VARs in dem System 162 dieselben Skalierungsfaktoren aufweisen. Die Ausgangssignale der Multiplizierer 151, 154, 161 und 192 sind deshalb Ampere zum Quadrat, Watt, Volt zum Quadrat und Neutral-Ampere zum Quadrat, die durch herkömmliches Zählen gemessen werden. Die 60-Hz- Grundfrequenz der Multiplizierer 172, 175 und 182 wird vorzugsweise durch Filter 171 und 181 entfernt, so daß ihre Ausgangssignale harmonische Ampere zum Quadrat, harmonische Watt und harmonische Volt zum Quadrat sind. Wie durch Fig. 5B dargestellt wird, ist ein weiteres Eingangssignal des Multiplizierers 192 außerdem das Ausgangssignal eines 3-Phasen-Stromsummierers 191. Diese Werte oder Größen werden dann in den Akkumulatoren 152, 155, 163, 165, 173, 176, 183, 193, 197 integriert und in die Puffer 153, 156, 164, 166, 174, 177, 184, 194, 198 kopiert. Zusätzlich werden die harmonischen Ampere für die drei Phasen summiert und multipliziert (Blocke 195, 196), um den harmonischen neutralen Strom zum Quadrat zu erzeugen. Das ursprüngliche Signal vor dem Filter wird außerdem im Block 158 geprüft. Das Nulldurchgangssignal aus dem Block 158 bewirkt, daß die Akkumulatorkopien 153, 156, 164, 166, 174, 177, 184, 194, 198 für stabile Kurzzeitmeßwerte eine ganzzahlige Anzahl von Zyklen aufweisen.
Der Mikroprozessor 48 ruft dann periodisch die Werte aus den Puffern 153, 156, 164, 166, 174, 177, 184, 194 und 198 ab und erzeugt aus diesen die Zählgrößen.
Insbesondere akkumuliert der Mikroprozessor 48 Angaben von Watts, VAs, VARs und führt andere, in der Technik bekannte energiebezogene Berechnungen durch. Sobald die Werte aus den Puffern abgerufen wurden, werden die Puffer 153, 156, 164, 166, 174, 177, 184, 194 und 198 gelöscht.
Fig. 6 zeigt eine Energiequalitätsschaltung 200 der Erfindung, die in Form einer Abweichungsbestimmungsvorrichtung dargestellt ist. Die Energiequalitätsschaltung 200 empfängt an ihrem Eingang pro Phase digitale Leitungsspannungsinformationen (und/oder digitale Leitungsstrominformationen) in Form digitaler Abtastwerte. Es ist zu beachten, daß die Energiequalitätsschaltung 200 jede Phase unterscheidet, so daß jede der nachfolgenden Operationen einzeln für jede Phase durchgeführt wird.
Die digitalen Absatzwerte werden sowohl dem Umlaufpuffer 52 als auch dem Skalierer 210 der Abweichungsbestimmungsvorrichtung zugeführt. Insbesondere wird jeder digitale Leitungsspannungsabtastwert vor der weiteren Verarbeitung in der Abweichungsbestimmungsvorrichtung dem Umlaufpuffer 52 zugeführt. Der Umlaufpuffer 52 speichert die jüngsten NN Abtastwerte, wobei NN eine vorbestimmte Zahl ist, die in der Regel von einer Bedienungsperson definiert und in den Zähler programmiert wird. Weitere Einzelheiten bezüglich der Programmierung von Werten in den Zähler 40 werden später in Verbindung mit Fig. 9 besprochen. Der Umlaufpuffer 52 enthält deshalb zu jedem Zeitpunkt digitale Leitungsspannungsinformationen, die die Leitungsspannungssignalform für die jüngsten mm Zyklen darstellen, wobei mm = NN/(Abtastwerte pro Zyklus) gilt.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann am Eingang des Umlaufpuffers 52 eine Datenkomprimierungsfunktion eingeführt werden. Die Datenkomprimierungsfunktion könnte ein beliebiger geeigneter Datenkomprimierungsalgorithmus sein und würde die Menge von Abtastwerten, die zur Darstellung der Form der Signalform erforderlich ist, reduzieren. Die Verwendung einer solchen Datenkomprimierungsfunktion würde dadurch Speicherplatz sparen, wenn auch auf Kosten der Verarbeitungsleistung.
Auf jeden Fall liefert der Skalierer 210, der auch die digitale Leitungsspannungsinformationen empfängt, das skalierte digitale Leitungsspannungssignal an die Summierungseinrichtung 211. Der Skalierer 210 skaliert vorzugsweise die Größe des Signals, um zu verhindern, daß mathematische Überläufe auftreten. Der Skalierer 210 quadriert vorzugsweise außerdem das Signal, damit der Zähler auf die Effektivspannung ("RMS"-Spannung) reagiert. Das skalierte Signal wird dann in der Summierungseinrichtung 211 summiert. Eine Spannungszykluszeitbestimmungsvorrichtung 212 ist so geschaltet, daß sie elektrisch mit dem Skalierer und/oder Quadrierer 210 kommuniziert (d. h. durch die Summierungseinrichtung 211), um die Spannungszykluszeit zu bestimmen. Perioden der Halbzyklus-Zeitsteuerung 213 und des Wartens 214 dienen vorzugsweise zum Synchronisieren oder Nullen der Summe 215 der Zeitsteuerung des Systems 200. Die Akkumulation erfolgt vorzugsweise für einen Halbzyklus, leitet das Ergebnis zu einem FIR-Filter 216 weiter und loscht dann den Akkumulator, d. h. S = 0.
Das FIR-Filter 216 mit mehreren Abgriffen, d. h. mit vorzugsweise 1-6 Abgriffen, ist so geschaltet, daß es elektrisch mit der Zykluszeitbestimmungsvorrichtung 212 kommuniziert, um das quadrierte Spannungssignal zu glätten und/oder zu filtern. Die Anzahl 216a und die Koeffizienten 216 h für die Abgriffe werden in die FIR-Signalglättungseinrichtung 216 eingegeben. Außerdem versteht sich, daß die in Fig. 6-7C dargestellten elektrischen Signale der Energiequalitätsschaltung 200 die Spannungssignale veranschaulichen, aber unter entsprechenden Stromsignalcharakterisierungsparametern auch die Stromsignale enthalten können.
Das Ausgangssignal der FIR-Signalglättungseinrichtung 216 wird dann einer Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 zugeführt. Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 ist der Block, der den resultierenden Wert mit erwarteten Werten vergleicht, um zu bestimmen, ob eine Leitungsspannungsabweichung vorliegt. Wichtiger ist jedoch, daß die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 bestimmt, ob eine erkannte Leitungsspannungsabweichung eine oder mehrere Abweichungsschwellen überschreitet und gemäß der vorliegenden Erfindung eine Signalformerfassung bewirkt. Sobald eine solche Abweichung erkannt wird, bestimmt zusätzlich die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 anschließend, wann die Abweichung auf einen Punkt verkleinert wird, der eine oder mehrere Schwellen nicht mehr überschreitet, und bewirkt eine weitere Signalformerfassung gemäß der vorliegenden Erfindung. Zu diesem Zweck wird die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 bei der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsform wie nachfolgend in Verbindung mit Fig. 7A, 7B und 7C betrieben.
Das in Fig. 7A, 7B und 7C dargestellte Flußdiagramm illustriert die Schritte der Vorgänge der Abweichungserkennung und der Signalformerfassung der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist zu beachten, daß der größte Teil des Betriebs der Spannungsbehandlungsvorrichtung 230, wie in Fig. 7A, 7B und 7C dargestellt, vorzugsweise in der DSP-Schaltung 45 ausgeführt wird, die so ausgelegt ist, daß sie ohne weiteres Berechnungen mit der Abtastrate behandelt, die zu dem Betrieb der Ausnutzungs-Genauigkeits-Zählschaltung erforderlich ist. Da die Funktionsweise der Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 bei der vorliegenden Ausführungsform jedoch die Spannungsmessung für einen vollständigen Halbzyklus erfordert, sind die Operationen geeigneterweise langsam genug, um gegebenenfalls durch den Mikroprozessor 48 ausgeführt zu werden. In bestimmten Fällen kann es vorzuziehen sein, daß eine Kombination der DSP-Schaltung 45 und des Mikroprozessors 48 die Operationen der Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 ausführt.
Mit Bezug auf Fig. 7A empfängt auf jeden Fall die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 zunächst die Spannungsbetragsinformationen, die hier als der Wert VOLT dargestellt sind, aus der FIR-Glättungsschaltung 216 (Schritt 305). Danach bestimmt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230, ob die Abweichung von VOLT von einem erwarteten Wert eine erste Abweichungsschwelle überschreitet (Schritt 310). Wenn dies der Fall ist, schreitet die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 zum Schritt 320 voran. Andernfalls schreitet die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 zum Schritt 315 voran.
Insbesondere vergleicht die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 im Schritt 310 VOLT mit einem Sollwertpegel, der ein hoher Sollwertpegel oder ein niedriger Sollwertpegel sein kann. Der hohe Sollwertpegel stellt einen Spannungsbetragspegel (in denselben Einheiten wie VOLT) dar, über dem ein potentielles Signalformerfassungsereignis identifiziert wird. In der Regel entspricht der hohe Sollwertpegel einem Spannungspegel, der, wenn er für mehrere Halbzyklen aufrechterhalten wird, ein Energiequalitätsereignis anzeigt. Ähnlich stellt ein niedriger Sollwertpegel einen Spannungsbetragspegel dar, unter dem ein potentielles Signalformerfassungsereignis (d. h. ein Energiequalitätser eignis) identifiziert wird. Wenn somit zum Beispiel der nominale oder erwartete Leitungsspannungspegel 120 Volt beträgt, dann kann ein niedriger Sollwertpegel so eingestellt werden, daß er einer erkannten Leitungsspannung von 90 Volt entspricht. Sollwertpegel können entweder im voraus eingestellt oder durch die Programmierungseinrichtung 600, die nachfolgend in Verbindung mit Fig. 9 besprochen wird, in den Zähler 40 programmiert werden.
Bei der hier besprochenen bevorzugten Ausführungsform kann man die Programmierungseinrichtung 600 zum Einstellen mehrerer Punkte sowohl für die hohen Sollwerte als auch die niedrigen Sollwerte verwenden. Der zweite Sollwert kann geeigneterweise ein Subereignis in einem Energiequalitätsereignis identifizieren, wie zum Beispiel ein weiteres Absinken der Spannung, das in einem durch den ersten Sollwert identifizierten Energiequalitätsereignis auftritt. Folglich ist ersichtlich, daß mehrere Schichten von Sollwerten, die beide unter dem erwarteten Leitungsspannungspegel und über dem erwarteten Leitungsspannungspegel liegen, verwendet werden können.
Wenn die Abweichung von VOLT eine erste Abweichungsschwelle überschreitet (oder anders ausgedrückt VOLT größer als ein erster hoher Sollwert oder kleiner als ein erster niedriger Sollwert ist), dann wird auf jeden Fall ein Index aufeinanderfolgender Abweichungen N erhöht (Schritt 320). Wenn die Abweichung von VOLT jedoch die erste Abweichungsschwelle nicht überschreitet, dann wird der Index N auf Null zurückgesetzt (Schritt 315) und die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 kehrt zum Schritt 305 zurück und fährt entsprechend mit dem nächsten aus dem FIR-Glättungsfilter 216 empfangenen Wert fort.
Wieder mit Bezug auf Schritt 320 bestimmt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230, nachdem der Index N erhöht wurde, ob N einen vorbestimmten Abweichungsdauerwert überschreitet (Schritt 325). Der Abweichungsdauerwert stellt eine minimale Anzahl von Halbzyklen dar, in denen die Abweichung von VOLT die erste Abweichungsschwelle überschreiten muß, um die Signalformerfassung auszulösen. Der vorbestimmte Wert wird so eingestellt, daß eine vom Energiequalitätsstandpunkt aus gesehene insignifikante Störtransiente keine Signalformerfassung und andere Energiequalitätsereignisaufzeichnungs- und Meldefunktionen auslöst. Zu diesem Zweck kann der vorbestimmte Wert 2, 4 oder 6 Halbzyklen betragen. Der vorbestimmte Wert kann geeigneterweise von einer Bedienungsperson eingestellt werden.
Es ist zu beachten, daß andere Techniken zur Unterscheidung zwischen den Störabweichungen und echten Energiequalitätsereignissen verwendet werden können. Zum Beispiel zeigen Fig. 7A, 7B und 7C des US-Patents Nr. 5,627,759 ausführlicher eine solche Technik, die in den hier beschriebenen Zähler 40 integriert werden kann.
Wenn die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 bestimmt, daß N den vorbestimmten Abweichungsdauerwert nicht überschreitet, dann kehrt die Spannungsbehandlungsvorrichtung auf jeden Fall zum Schritt 305 zurück, um den nächsten Spannungsbetragswert zu empfangen und entsprechend vorzugehen.
Wenn N jedoch den vorbestimmten Abweichungsdauerwert überschreitet, dann setzt die Spannungsbehandlungsvorrichtung N zurück (Schritt 330) und verzeichnet die Zeit und das Datum des Energiequalitätsereignisses (Schritt 335). Insbesondere werden die Zeit- und Datuminformationen, die von der Zeitgeberschaltung 57 bereitgestellt werden, sofort in einen Puffer geschrieben, wodurch die Erkennung eines Signalformerfassungsereignisses dargestellt wird.
Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 ruft außerdem den Inhalt des Umlaufpuffers ab. Der Inhalt des Umlaufpuffers enthält die Vorgeschichte-Signalform-Abtastdaten der vorherigen mm Zyklen. Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 bildet dann einen Energiequalitätsereignisdatensatz. Der Energiequalitätsereignisdatensatz kann geeigneterweise eine Zeitwertreihendatenstruktur sein, die den Inhalt des Umlaufpuffers und die Zeit- und Datuminformationen enthält.
Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 schreibt dann den Datensatz in einen Speicher und/oder übermittelt den Datensatz zu dem Versorgungsunternehmen-Kunden oder dem Versorgungsunternehmen-Generator oder -Lieferanten (Schritt 345). Insbesondere kann die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 bewirken, daß der Datensatz entweder in einem Speicher, der entweder der DSP- Schaltung 45 oder den Mikroprozessor 48 innewohnt, oder in einem (nicht gezeigten) externen Speicher gespeichert wird. Ein solcher Speicher kann geeigneterweise ein Direktzugriffspeicher oder ein Speicher mit sequentiellem Zugriff sein. Vorzugsweise werden jedoch mindestens einige Energiequalitätsereignisdatensätze in den nichtflüchtigen Speicher geschrieben, um die Daten bei einer Unterbrechung der Stromversorgung des Zählers zu bewahren.
Jedesmal, wenn der Leitungsspannungsbetrag die erste Abweichungsschwelle für N Halbzyklen überschreitet, wird somit der Pufferinhalt aufgezeichnet, oder anders ausgedrückt wird die Signalform der Leitungsspannung (oder des Leitungsstroms) durch Erzeugen des Energiequalitätsereignisdatensatzes erfaßt.
Man beachte, daß es außerdem bevorzugt ist, Daten zu erhalten, die mehrere Signalformzyklen darstellen, die auftreten, nachdem das Energiequalitätsereignis zuerst im Schritt 335 erkannt wurde. Zu diesem Zweck kann die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 einen Subprozeß ausführen, in dem die erforderliche Anzahl zusätzlicher Leitungsspannungsabtastwerte dem Energiequalitätsereignisdatensatz zugeführt wird. Die Anzahl von Leitungsspannungsabtastwerten, die nach der Erkennung einer Abweichung, die die erste Abweichungsschwelle überschreitet, aufzuzeichnen sind, wird ebenfalls von einer Bedienungsperson in den Zähler 40 programmiert.
Es ist somit zu beachten, daß die Signalform die erfaßt wird, nachdem erkannt wurde, daß die Abweichung die erste Abweichungsschwelle überschreitet, aus folgendem bestehen kann: digitalen Leitungsspannungsinformationen, die einer vorbestimmten Zeitspanne vor und bis zu der Erkennung entsprechen; digitalen Leitungsspannungsinformationen, die der Zeit der Erkennung bis zu einer vorbestimmten Zeitspanne nach der Erkennung entsprechen; oder digitalen Leitungsspannungsinformationen, die einer vorbestimmten Zeit vor einer vorbestimmten Zeit nach der Erkennung entsprechen. Auf diese Weise werden die Signalforminformationen, die den Zeitpunkt des Auftretens eines Energiequalitätsereignisses direkt umgeben, zur nachfolgenden Analyse erfaßt.
Die Verwendung eines Präzisions-Zeitstandardzeitgebers hat den weiteren Vorteil, daß mehrere Zähler mit der Fähigkeit des Zählers 40 Energiequalitätsereignisdaten mit Zeitstempeln, die vollständig synchronisiert sind, aufzeichnen können. Wenn zum Beispiel ein Energiequalitätsereignis auftritt und von vier Zählern in einem Radius von mehreren Meilen erkannt wird, dann können die in diesen vier Zählern erfaßten Signalformen analysiert werden, um zu bestimmen, wie sich das Energiequalitätsereignis auf das Energienetz ausgewirkt hat. Da jeder der vier Zähler einen Präzisions-Zeitstandardzeitgeber verwendet, können die erfaßten Signalformdaten aus jedem Zähler genau mit Signalformen aus den anderen Zählern in Beziehung gesetzt werden.
Solche Informationen ermöglichen eine Analyse, wie sich ein bestimmtes Problem durch das Netz ausgebreitet hat, sowie andere wertvolle Energienetzanalyseinformationen.
Nach dem Schritt 345 schreitet die Spannungsbehandlungsvorrichtung auf jeden Fall zum Schritt 350 von Fig. 7B voran. Der Teil des Flußdiagramms in Fig. 7B und 7C zeigt ein Beispiel dafür, wie eine Ereignisende- und eine Sub-ereignis-Signalformerfassung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können. Es ist zu beachten, daß, wenn die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 den Schritt 350 ausführt, der Zähler 40 bereits ein Energiequalitätsereignis, das durch die erste Abweichungsschwelle definiert wird, erkannt hat und sich tatsächlich gerade darin befindet.
Im Schritt 350 wartet die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 wiederum auf die Spannungsbetragsinformationen VOLT aus der FIR-Glättungsschaltung 216 und empfängt diese. Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 bestimmt dann, ob die Abweichung von VOLT von einem erwarteten Wert kleiner als die erste Abweichungsschwelle ist (Schritt 355). Wenn dies der Fall ist, schreitet die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 zum Schritt 365 voran. Andernfalls schreitet die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 jedoch zum Schritt 360 voran. Wenn die Abweichung kleiner als die erste Abweichungsschwelle ist, dann kann dies anzeigen, daß das derzeitige Energiequalitätsereignis endet und die Leitungsspannung wieder zu normalen Parameterbereichen zurückkehrt.
Wenn die Abweichung kleiner als die erste Abweichungsschwelle ist, dann wird genauer gesagt ein zweiter Abweichungsdauerindex L auf Null zurückgesetzt (Schritt 360). Der zweite Abweichungsdauerindex L wird später ausführlicher in Verbindung mit den Schritten 410 bis 420 besprochen. Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 erhöht dann den Abweichungsreduktionsdauerindex M (Schritt 370). Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 bestimmt dann, ob der Index M kleiner als ein vorbestimmter Abweichungsreduktionsdauerwert ist. Ähnlich wie bei der Erkennung der ersten Abweichung in den Schritten 310 bis 325 verzeichnet insbesondere die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 nur eine Reduktion der Abweichung der Leitungsspannung von der ersten Abweichungsschwelle, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen vorliegt, in denen die Abweichung unter der ersten Abweichungsschwelle liegt.
Wenn M den Abweichungsreduktionsdauerwert nicht überschreitet, dann kehrt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 zum Schritt 350 zurück, um auf weitere Leitungsspannungsinformationen zu warten. Wenn dagegen M den Abweichungsreduktionsdauerwert überschreitet, dann führt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 die Signalformerfassungsoperationen durch, die nachfolgend in Verbindung mit den Schritten 380 bis 395 beschrieben werden. Entsprechend führt der Zähler 40 der vorliegenden Erfindung eine Signalformerfassung nicht nur am Anfang eines Energiequalitätsereignisses durch, wie zum Beispiel dem in der Operation der Schritte 330 bis 345 erkannten, sondern auch am Ende eines Energiequalitätsereignisses. Zu diesem Zweck führt der Zähler 40 eine Signalformerfassung sowohl dann durch, wenn eine Abweichung der Leitungsspannung eine Abweichungsschwelle überschreitet, als auch dann, wenn die Abweichung der Leitungsspannung unter die Abweichungsschwelle reduziert wird.
Im Schritt 380 setzt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 M zurück. Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 verzeichnet dann die Zeit und das Datum des Energiequalitätsereignisses (Schritt 385). Insbesondere werden die von der Zeitgeberschaltung 57 bereitgestellten Zeit- und Datuminformationen sofort in einen Puffer geschrieben, wodurch die Erkennung eines Signalformerfassungsereignisses dargestellt wird.
Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 ruft außerdem den Inhalt des Umlaufpuffers ab (Schritt 390). Insbesondere enthält der Inhalt des Umlaufpuffers, wie oben besprochen, die Signalformabtastwertdaten der vorherigen mm Zyklen. Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 erzeugt einen Energiequalitätsereignisdatensatz, der den Inhalt des Umlaufpuffers und die Zeit- und die Datuminformationen umfaßt.
Danach schreibt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 den Datensatz in einen Speicher und/oder übermittelt den Datensatz zu dem Versorgungsunternehmen-Kunden oder dem Versorgungsunternehmen-Generator oder -Lieferanten (Schritt 395). Wie bereits besprochen, ist es häufig vorzuziehen, mehrere Zyklen von Signalformabtastwertdaten zu erhalten, nachdem das Energiequalitätsereignis im Schritt 335 identifiziert wurde. Zu diesem Zweck kann die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 einen Subprozeß ausführen, in dem die erforderliche Anzahl zusätzlicher Leitungsspannungsabtastwerte dem Energiequalitätsereignisdatensatz zugeführt wird.
Nach Schritt 395 hat die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 bestimmt, daß der Leitungsspannungsbetrag zu einem normalen Parameterbereich zurückgekehrt ist. Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 kehrt dann zum Schritt 305 von Fig. 7A zurück und geht entsprechend vor. Wieder mit Bezug auf Schritt 355 führt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230, wenn bestimmt wird, daß die Abweichung der vorliegenden Messung von VOLT nicht unter der ersten Abweichungsschwelle liegt, eine Sequenz von Operationen aus, die bestimmt, ob die Abweichung von VOLT eine zweite Abweichungsschwelle überschreitet, wodurch ein- Sub-ereignis in dem gerade erkannten Energiequalitätsereignis angezeigt werden könnte.
Wenn insbesondere im Schritt 355 bestimmt wird, daß die Abweichung von VOLT nicht unter der ersten Abweichungsschwelle liegt, dann wird der Abweichungsreduktionsdauerindex M auf Null zurückgesetzt (Schritt 360). Danach bestimmt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230, ob die Abweichung von VOLT von einem die erwartete Leitungsspannung darstellenden Wert die zweite Abweichungsschwelle überschreitet (Schritt 405).
Insbesondere entspricht die zweite Abweichungsschwelle einem zweiten vorbestimmten Sollwertpegel, der in derselben Richtung wie der erste Sollwertpegel liegt. Anders ausgedrückt ist, wenn die erste Abweichungsschwelle, die überschritten wurde, eine Abweichung der Leitungsspannung unter dem erwarteten Spannungspegel war, die zweite Abweichungsschwelle dann eine Abweichung der Leitungsspannung weiter unter dem erwarteten Spannungspegel. Wenn umgekehrt die erste Abweichungsschwelle, die überschritten wurde, eine Abweichung der Leitungsspannung über dem erwarteten Spannungspegel war, dann ist die zweite Abweichung eine Abweichung der Leitungsspannung weiter über dem erwarteten Leitungsspannungspegel.
Wenn die Abweichung nicht größer als die zweite Abweichungsschwelle ist, dann wird der zweite Abweichungsdauerzähler L auf Null zurückgesetzt (Schritt 415) und die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 kehrt zurück, um auf weitere Werte von VOLT zu warten (Schritt 350).
Wenn die Abweichung jedoch großer als die zweite Abweichungsschwelle ist, dann erhöht die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 den zweiten Abweichungsdauerindex L (Schritt 410). Nach der Erhöhung des Zahlers L bestimmt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230, ob L einen vorbestimmten zweiten Abweichungsdauerwert überschreitet (Schritt 420). Der zweite Abweichungsdauerwert stellt eine minimale Anzahl von Halbzyklen dar, in denen die Abweichung von VOLT die zweite Abweichungsschwelle überschreiten muß, um die Signalformerfassung auszulösen, wodurch ein ähnlicher Schutz vor Störspannungsanomalien wie oben in Verbindung mit Schritt 325 besprochen bereitgestellt wird.
Wenn die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 bestimmt, daß L den vorbestimmten zweiten Abweichungsdauerwert nicht überschreitet, dann kehrt die Spannungsbehandlungsvorrichtung zum Schritt 350 zurück, um den nächsten Spannungsbetragswert zu erhalten und entsprechend vorzugehen.
Wenn L jedoch den zweiten Abweichungsdauerwert überschreitet, dann setzt die Spannungsbehandlungsvorrichtung L zurück (Schritt 425) und erhält die Zeit- und Datuminformationen, die der Erkennung entsprechen (Schritt 430). Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 den Inhalt des Umlaufpuffers ab (Schritt 435). Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 erzeugt dann einen Energiequalitätsereignisdatensatz, der den Inhalt des Umlaufpuffers, die Zeit- und Datuminformationen und eine vorbestimmte Anzahl von Leitungsspannungsabtastwerten nach der Erkennung umfaßt. Danach schreibt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 den Datensatz in einen Speicher und/oder übermittelt den Datensatz zu dem Versorgungsunternehmen-Kunden oder dem Versorgungsunternehmen-Generator oder -Lieferanten (Schritt 440).
Sobald in den Schritten 305 bis 325 ein Energiequalitätsereignis erkannt wurde, überwacht der Zähler 40 der vorliegenden Erfindung somit auf einen zweiten Pegel der Abweichung der Leitungsspannung (oder des Leitungsstroms) von einem erwarteten Wert. Ein solcher zweiter Pegel der Abweichung kann als ein zweiter Sollwert von einer Bedienungsperson in den Zähler 40 vorprogrammiert werden, wie unten in Verbindung mit Fig. 9 besprochen wird. Wie oben besprochen, erfaßt der Zähler 40 dann die Signalform der Leitungsspannung zu der Zeit, die die Erkennung des zweiten Pegels der Abweichung umgibt. Solche Informationen liefern weitere detaillierte Informationen bezüglich eines Energiequalitätsereignisses. Energieanbieter, Generatoren und Verbraucher können solche Informationen benutzen, um zu erfahren, wie und warum das Ereignis aufgetreten ist, und welche Auswirkung es auf die Geräte des Energiekunden gehabt haben könnte.
Ein beispielhafter Verwendungszweck der erfaßten Signalformdaten für zwei oder mehr solche vernestete Pegels der Abweichung innerhalb eines Störereignisses besteht darin, die Daten aufzutragen, um das Ansprechen der Kundengeräte auf die Störung im Vergleich zu standardmäßigen Energiequalitätstoleranzkurven zu messen. Eine solche Energiequalitätsstörkurve ist die Kurve der Computer Business Equipment, Manufacturing Association (CBEMA), die in dem I.E.E.E.-Standard 446 angegeben wird.
Sobald der zweite Abweichungsenergiequalitätsereignisdatensatz erzeugt und gespeichert und/oder übermittelt wurde (Schritt 440), überwacht die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 dann die Leitungsspannung, um zu erkennen, wann die Abweichung auf weniger als die zweite Abweichungsschwelle (oder die erste Abweichungsschwelle) reduziert wird. Zu diesem Zweck führt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 das in Fig. 7C dargestellte Flußdiagramm beginnend mit Schritt 445 aus. Es ist zu beachten, daß gemäß dem in Fig. 7C dargestellten Flußdiagramm die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 eine Signalformerfassung bewirkt, wenn die Abweichung von VOLT für eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen unter die zweite Abweichungsschwelle, aber nicht unter die erste Abweichungsschwelle fällt. Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 überwacht jedoch auch, ob die Abweichung von VOLT von dem erwarteten Wert unter die erste Abweichungsschwelle fällt.
Im Schritt 445 empfängt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 einen Spannungsbetragsinformationswert VOLT von der FIR-Glättungsschaltung 216. Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 bestimmt dann, ob die Abweichung von VOLT von einem erwarteten Wert kleiner als die zweite Abweichungsschwelle ist (Schritt 450). Wenn dies der Fall ist, schreitet die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 zum Schritt 455 voran. Andernfalls schreitet die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 jedoch zum Schritt 460 voran. Im Schritt 460 wird ein Index J, der die Anzahl aufeinanderfolgender Werte von VOLT darstellt, die zu einem Betrag, der kleiner als die zweite Abweichungsschwelle ist, von dem erwarteten Wert abgewichen sind, auf Null zurückgesetzt. Nach Schritt 460 kehrt die Spannungsbehandlungsvorrichtung zum Schritt 445 zurück, um auf den nächsten Wert von VOLT zu warten.
Im Schritt 455, der ausgeführt wird, wenn die Abweichung von VOLT unter die zweite Abweichungsschwelle fällt, wird der Index J erhöht.
Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 bestimmt dann, ob die Abweichung von VOLT von einem erwarteten Wert kleiner als die erste Abweichungsschwelle ist (Schritt 465). Wenn dies der Fall ist, erhöht die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 den Zähler M (Schritt 470) und schreitet dann zum Schritt 480 voran. Andernfalls setzt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 den Wert von M zurück (Schritt 475) und schreitet dann zum Schritt 480 voran. Die Schritte 465 bis 475 beginnen mit der Akkumulation des Index M, falls die Leitungsspannung zu einem Wert zurückkehrt, der kleiner als die erste Abweichungsschwelle ist, bevor der Wert von J den zweiten Abweichungsreduktionsdauerwert erreicht. Bevor der Wert von J ausreicht, um anzuzeigen, daß das durch die zweite Abweichungsschwelle dargestellte Sub-ereignis vorüber ist, kann anders ausgedrückt die Leitungsspannung zu einem Bereich normaler Parameter zurückgekehrt sein. In einem solchen Fall beginnen die Schritte 465 bis 475 mit der Erhöhung des Zählers M zur Verwendung, wenn die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 zu dem Flußdiagramm in Fig. 7B zurückkehrt, wie später weiter besprochen wird.
Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 bestimmt dann, ob J den zweiten Abweichungsreduktionsdauerwert überschreitet (Schritt 480). Ähnlich wie bei der Erkennung der ersten Abweichung in den Schritten 310 bis 325 verzeichnet insbesondere die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 nur eine Reduktion der Abweichung der Leitungsspannung von der zweiten Abweichungsschwelle, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen vorliegt, in denen die Abweichung unter der zweiten Abweichungsschwelle liegt.
Wenn J den zweiten Abweichungsreduktionsdauerwert nicht überschreitet, dann kehrt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 zum Schritt 445 zurück, um auf weitere Leitungsspannungsinformationen zu warten. Wenn M jedoch den zweiten Abweichungsreduktionsdauerwert überschreitet, dann führt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 die Signalformerfassungsoperationen durch, die nachfolgend in Verbindung mit den Schritten 485 bis 500 beschrieben werden. Folglich führt der Zähler 40 der vorliegenden Erfindung die Signalformerfassung nicht nur am Anfang und am Ende eines Energiequalitätsereignisses durch, wie oben in Verbindung mit den Schritten 330 bis 395 beschrieben, sondern auch am Anfang und am Ende eines Energiequalitäts-Sub-ereignisses innerhalb eines Energiequalitätsereignisses. Zu diesem Zweck führt der Zähler 40 die Signalformerfassung sowohl dann durch, wenn eine Abweichung der Leitungsspannung jede von zwei Abweichungsschwellen überschreitet, als auch dann, wenn die Abweichung der Leitungsspannung unter eine oder beide dieser Abweichungsschwellen reduziert wird.
Im Schritt 485 setzt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 J zurück. Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 verzeichnet dann die Zeit und das Datum des Energiequalitätsereignisses (Schritt 490). Insbesondere werden die von der Zeitgeberschaltung 57 bereitgestellten Zeit- und Datuminformationen sofort in einen Puffer geschrieben, wodurch die Erkennung des Signalformerfassungsereignisses dargestellt wird.
Außerdem ruft die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 den Inhalt des Umlaufpuffers ab (Schritt 495). Die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 erzeugt einen Energiequalitätsereignisdatensatz, der den Inhalt des Umlaufpuffers, die Zeit- und Datuminformationen und eine vorbestimmte Anzahl von Leitungsspannungsabtastwerten nach der Erkennung umfaßt.
Danach schreibt die Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 den Datensatz in einen Speicher und/oder übermittelt den Datensatz zu dem Versorgungsunternehmen-Kunden oder dem Versorgungsunternehmen-Generator oder -Lieferanten (Schritt 500). Nach dem Schritt 500 kehrt die Spannungsbehandlungsvorrichtung zum Schritt 375 von Fig. 7B zurück und geht entsprechend vor, um zu bestimmen, ob der Wert von VOLT für genug Zyklen um weniger als die Größe der ersten Abweichungsschwelle von dem erwarteten Wert abgewichen ist, um anzuzeigen, daß das gesamte Energiequalitätsereignis vorüber ist.
Es versteht sich, daß die Verwendung zweier vernesteter Abweichungsschwellen, wie oben in Verbindung mit Fig. 7A, 7B und 7C besprochen, lediglich als Beispiel angegeben wurde. Fachleute können die hier beschriebene Ausführungsform ohne weiteres modifizieren, um drei oder mehr vernestete Abweichungsschwellen zu ermöglichen, die drei oder mehr vom Benutzer definierten Sollwerten entsprechen.
Wie oben besprochen, werden die von der Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 erzeugten Energiequalitätsereignisdatensätze dem Speicher in dem Zähler oder den Datenkommunikationsports 41-44 zugeführt, während die Messung durch den Zähler 40 fortgesetzt wird. Die von der Spannungsbehandlungsvorrichtung 230 des Zählers 40 bereitgestellten Signalabweichungsinformationen, die die Qualität der Energie wiedergeben, liefern nicht nur Konkurrenzinformationen für Versorgungsunternehmen und deren Kunden, sondern auch Fehlerbehebungsinformationen für Versorgungsunternehmen und Kunden in Bereichen der Energieverteilung, wie zum Beispiel durch ein sekundäres Verteilungssystem hindurch.
Der Zähler 40 der vorliegenden Erfindung kann weiterhin Schaltkreise zur Durchführung von Energieverwaltungsfunktionen enthalten. Fig. 8A zeigt ein Funktionsblockschaltbild einer Energieverwaltungsstelle 90, die in den Zähler 40 von Fig. 3 integriert werden kann.
Im allgemeinen empfängt der Ausnutzungs-Genauigkeitszähler 40 ein Signal von einer Temperatursteuerung oder einer HVAC-Steuerung von einem Kunden 60 in einem Wandler 91. Ein Signal wird daraufhin von dem Wandler 91 in ein elektrisches Signal umgesetzt und mit Temperatur- oder anderen Energiesystemdaten verglichen, zu gewünschten vorbestimmten Einstellungen 92. Diese Daten werden dann von dem Energieanalysierer 95 analysiert, um vorzugsweise analytisch optimale gewünschte Einstellungen auf der Grundlage von Energiekosten- oder Gebührendaten 94 zu berechnen und/oder verschiedene Lastkürzungsfunktionen durchzuführen. Der Analysierer 95 kommuniziert daraufhin mit einem Energiesystem des Energiekunden, um die Temperatur oder andere Energiesystemeinstellungen 93 wie dargestellt einzustellen. Die Blöcke 92, 94 und 95 können geeigneterweise durch den Mikroprozessor 48 ausgeführt werden.
Da der Ausnutzungs-Genauigkeitszähler 40 vorzugsweise eine Energiequalitätsschaltung 200 enthält, kann die Energieverwaltungssteuerung 90 des Zählers 40 vorteilhafterweise Echtzeitinformationen für den Energiekunden 60 über die Qualität der empfangenen Energie und darüber, wie sich dies auf die Energiebenutzung und Steuerfähigkeiten des Kunden auswirkt, erhalten. Zusätzlich können diese Informationen dann zur Einstellung von Gebührenberechnungen oder vorhergesagter Energiebenutzungskosten in bezug auf die benutzte Energiemenge und/oder die Qualität der aus dem Energiegenerator 80, zugeführten Energie verwendet werden. Außerdem ist für Fachleute erkennbar, daß ein solcher Zähler 40 gemäß der Erfindung auch Informationen bezüglich eines Energiegenerators eines Dritten oder desselben Kunden, wie zum Beispiel einer großen industriellen Firma, d. h. eines kombinierten Kraftwerks, enthalten kann.
Die Energieverwaltungssteuerung 90 liefert außerdem vorzugsweise eine zentralisierte Datenabrufung und ein zentralisiertes Management von dem Energieanalysierer 95 als Reaktion auf vorbestimmte Befehlssignale von einem Kunden 60. Diese Funktionsfähigkeiten umfassen vorzugsweise eine Tabellenkalkulations-Schnittstelle, einfache Meldevorkehrungen, Datensatzführung, eine Gesamtsystemsteuerung, verbesserte Benutzerschnittstellen und anderen Echtzeitzugriff auf Energiebenutzungsdaten für die statistische Manipulation und grafische Darstellung für den Kunden 60. Diese Manipulationsfähigkeiten sind vorzugsweise softwaregesteuert, wobei Computerprogramme in einem Mikroprozessor oder damit kommunizierenden Speicher verankert sind, und umfassen vorzugsweise Kilowatt- Lastkurven für den Tag, die Woche und den Monat, Kilowatt-Dauerkurven, kVA/kQ-Lastkurven, Leistungsfaktorkurven, Energiekalkulationen, Bedarfskalkulationen, Kalkulationen bezüglich übermäßiger reaktiver Lasten, Brennstoffwiederherstellung, minimaler vertraglicher Bedarf, Ratenkalkulationen, Gebühren-Datum-Tabellen, Bedarfs-Vorgeschichtetabellen, Jahreszeit-Bedarfs-Multiplikator-Tabellen und prädiktive Überwachung. Die Kommunikation erfolgt vorzugsweise durch ein Modem oder eine andere Datenkommunikationsschnittstelle, d. h. die Kommunikationsports 41-44, mit dem Kunden 60, wie für Fachleute verständlich ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung nach der obigen Beschreibung und der weiteren Darstellung in Fig. 1-8 werden außerdem Verfahren zur Messung der Qualität der von einem Energiekunden 60 empfangenen Energie bereitgestellt. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt vorzugsweise das Bestimmen der Häufigkeit und Dauer unerwünschter Abweichungen in einem elektrischen Signal, das die von einem Energiekunden 60 über elektrische Energieleitungen während mehrerer vorbestimmter Zeitspannen empfangene Energie darstellt, und das Übermitteln eines Signals, das die unerwünschten Energieabweichungen darstellt, zu einem Energiegenerator 80. Das Verfahren umfaßt ferner vorzugsweise das Messen der Energiebenutzung eines Energiekunden 60 als Reaktion auf ein elektrisches Signal, das eine Kundenlast darstellt, und das Übermitteln eines Signals, das die Menge der benutzten Energie darstellt, als Reaktion auf ein Befehlssignal, das aus einem Energiegenerator 80 oder einer anderen Instanz empfangen wird.
Weiterhin wird durch die vorliegende Erfindung ein weiteres Verfahren zur Messung der Qualität der über elektrische Energieleitungen von einem Energiegenerator 80 zugeführten Energie bereitgestellt. Das Verfahren umfaßt vorzugsweise das Empfangen eines Analogsignals, das die Spannung darstellt, die an elektrischen Energieleitungen empfangen wird, und das Umsetzen des empfangenen Analogsignals in ein Digitalsignal, das die Spannung darstellt. Die Häufigkeit und Dauer unerwünschter Abweichungen in dem digitalen Spannungssignal während mehrerer vorbestimmter Zeitspannen wird dann bestimmt. Die diese unerwünschten Abweichungen darstellenden Daten werden dann gespeichert, und Signale, die die Häufigkeits- und Dauerabweichungen darstellen, werden zu einem Energiegenerator 80 gesendet, wenn ein vorbestimmtes Befehlssignal aus dem Energiegenerator 80 empfangen wird. Der Schritt des Bestimmens der Häufigkeit und der Dauer unerwünschter Abweichungen umfaßt vorzugsweise das Vergleichen eines Spannungssignals mit einem vorbestimmten Spannungsschwellenwert und das Bestimmen einer Zeitspanne, für die das Spannungssignal über oder unter dem vorbestimmten Spannungsschwellenwert liegt. Weiterhin umfassen die Verfahren vorzugsweise außerdem das Messen der Energiebenutzung eines Energiekunden als Reaktion auf ein elektrisches Signal, das eine Kundenlast darstellt, und das Übermitteln eines Signals, das die Menge der benutzten Energie darstellt, als Reaktion auf ein Befehlssignal, das von einem Energiegenerator empfangen wird. Die Energiebenutzung kann dann außerdem als Reaktion auf vorbestimmte Befehlssignale, die von einem Energiekunden empfangen werden, gesteuert werden.
Durch Bereitstellung einer Energiequalitäts- und einer Energiebenutzungsmessung sowie weiterer nützlicher Funktionen, wie zum Beispiel der Energieverwaltungssteuerung 90 in einem Ausnutzungs-Genauigkeitszähler liefern der Zähler 40 und zugeordnete Verfahren der vorliegenden Erfindung eine kompakte und relativ kostengünstige Lösung für Probleme, die vorbekannten Einrichtungen und Systemen zugeordnet sind. Außerdem verbessern die Datenkommunikationsfähigkeiten eines Ausnutzungs-Genauigkeitszähler 40 der Erfindung die Fähigkeit eines Energiegenerators, Energiequalitätssituationen in spezifischen Kundenstandorten, d. h. einschließlich Probleme in dem sekundären Energieverteilungssystem 36, fern von den Energieerzeugungsstationen 21 oder den SCADA-Steuereinrichtungen 22 zu überwachen. Zu diesen Problemen können zum Beispiel harmonische Verzerrung, Spitzen, Absinkungen oder andere Störungen gehören, die sich stark auf die Qualität der Energie auswirken, die von dem Energiekunden 60 in seiner industriellen/kommerziellen Anlage 41 oder Wohnung 42 empfangen wird.
Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild eines Steuerprogrammierers 600 zur Verwendung in Verbindung mit dem Zähler 40. Insbesondere ist der Steuerprogrammierer 600 eine Einrichtung, mit der Steuerparameter in dem Zähler 40 programmiert werden können. Der Steuerprogrammierer 600 kann ein selbständiger tragbarer Programmierer oder ein Laptop-Computer sein, der durch den optischen Port in dem Zähler 40 kommuniziert, oder kann ein ferner Computer sein, der durch einen oder mehrere der anderen Kommunikationsports 41, 42, 43 oder 44 kommuniziert.
Der Steuerprogrammierer 600 enthält eine Benutzerschnittstelle 605, die betreibbar ist, um Steuerparameter für den Zähler 40 zu empfangen, einschließlich Informationen, die eine erste Abweichungsschwelle und die zweite Abweichungsschwelle identifizieren. Zu diesem Zweck kann die Benutzerschnittstelle 605 geeigneterweise eine Tastenfeld- oder Tastatur-Eingabeeinrichtung und eine Anzeige zur Rückmeldung enthalten.
Die Steuerparameter können weiterhin Zählkalibrationswerte, Benutzer-definierte Konfigurationen von durch den Zähler 40 erhaltenen Meldungen und Ein/Aus- Steuerungen für verschiedene Zählermerkmale enthalten. Die erste und die zweite Abweichungsschwelle können geeigneterweise als erster und zweiter Sollwert über der erwarteten Leitungsspannung und erster und zweiter Sollwert unter der erwarteten Leitungsspannung bereitgestellt werden. Zu anderen mit der Energiequalität zusammenhängenden Parametern kann die Anzahl von Signalformzyklen vor und nach einem Ereignis, die erfaßt werden sollen (Zeitsteuerungsparameter), der erste und der zweite Abweichungsdauerwert, der erste und der zweite Abweichungsreduktionswert, die Anzahl von im nichtflüchtigen Speicher (im Gegensatz zum flüchtigen Speicher) gespeicherten Ereignissen gehören.
Weitere Steuerparameter können definieren, ob, wann, wie und wo Energiequalitätsereignisdatensätze automatisch übermittelt werden sollen. Solche Parameter können dazu dienen, verschiedenen externen Standorten unter Verwendung verschiedener Kommunikationsmethodologien verschiedene Größen von Energiequalitätsereignisdatensätzen bereitzustellen. Dementsprechend ist der Zähler 40 vorzugsweise so konfiguriert, daß flexible Kommunikationsfähigkeiten für erfaßte Signalformen zusätzlich zu den oben beschriebenen Vorteilen bereitgestellt werden.
Mit der Benutzerschnittstelle 605 gekoppelt oder zusammengebaut ist eine Programmierungseinrichtung 610. Die Programmierungseinrichtung 610 ist eine Einrichtung, die so konfiguriert ist, daß sie dem elektrischen Zähler 40 Informationen zuführt. Insbesondere ist die Programmierungseinrichtung 610 betreibbar, um die Steuerparameter, die oben identifiziert wurden, zu dem elektrischen Stromzähler 40 zu übermitteln. Zu diesem Zweck kann die Programmierungseinrichtung 610 geeigneterweise die Steuerparameter in der durch die Benutzerschnittstelle 605 erhaltenen Form in eine Tabelle von Parameterwerten in eine von dem Zähler 40 verwendeten Form umsetzen.
Die Programmierungseinrichtung 610 übermittelt die Steuerparameter dann durch einen der Kommunikations ports 41, 42, 43 und 44. Die Tabelle von Parameterwerten kann geeigneterweise in dem nichtflüchtigen Speicher 53 in dem Zähler 40 gespeichert werden. Der Mikroprozessor 48 und/oder die DSP-Schaltung 45 können dann die Parameter je nach Bedarf herunterladen und/oder abrufen.
In den Zeichnungen und in der Spezifikation wurden typische bevorzugte Ausführungsformen des Ausnutzungs- Genauigkeitszählers 40 und zugeordnete Verfahren gemäß der Erfindung offengelegt, und obwohl spezifische Begriffe verwendet wurden, werden sie nur in einem beschreibenden Sinne verwendet und nicht zur Einschränkung. Die Erfindung wurde mit spezifischer Bezugnahme auf diese verschiedenen dargestellten Ausführungsformen sehr ausführlich beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, daß innerhalb des Gedankens und Schutzumfangs der Erfindung, der in der obigen Spezifikation beschrieben und in den angefügten Ansprüchen definiert wird, verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können.
Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen einen Energiequalitätszähler zeigen, bei dem mehrere Sollwerte für die Signalformerfassung in dem Zähler 40 vorprogrammiert werden, könnte die Signalformerfassung zum Beispiel auch (oder als Alternative) durch den Empfang eines extern erzeugten Triggersignals ausgelöst werden, das zum Beispiel durch einen der Kommunikationsports 41, 42, 43, 44 empfangen wird.
Außerdem ist zu beachten, daß die Quelle extern erzeugter Zeitstandardinformationen als Alternative ein Kommunikationsempfänger sein könnte, der an eine Zeitstandardquelle in einem anderen Zähler angekoppelt ist. Wenn sich zum Beispiel mehrere Zähler auf einem lokalen Netzwerk befinden, ist es möglich, daß nur ein Zähler einen GPS-, WWV- oder IRIG-Empfänger enthält und daß dieser Zähler die Kalender-Uhrzeitinformationen periodisch zu den anderen Zählern auf dem LAN übermittelt, um alle Zeitgeber zu kalibrieren.
Obwohl sich die oben beschriebene beispielhafte Ausführungsform hauptsächlich auf die Behandlung von erkannten Leitungsspannungsabweichungen konzentriert, kann es als letztes in bestimmten Umständen vorteilhaft sein, die Signalformerfassungsmerkmale der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit anderen Leitungsenergieabweichungen, wie zum Beispiel Leitungsstromabweichungen, bereitzustellen.

Claims

1. Verfahren, das während eines Energiemeß- Zeitintervalls Abweichungen in der elektrischen Energie überwacht, die von einem Lieferanten geliefert und über eine Energieversorgungsleitung zu einer Last übermittelt wird; mit den folgenden Schritten:

(a) Messen eines über die Energieversorgungsleitung zu der Last übermittelten Leitungsenergieparameters während des Energiemeßzeitintervalls;

(b) Erkennen einer Abweichung eines Betrags des gemessenen Leitungsenergieparameters in bezug auf einen annehmbaren Leitungsenergieparameterpegel, wobei die Abweichung eine erste Abweichungsschwelle überschreitet;

(c) Erfassen einer ersten Signalform des gemessenen Leitungsenergieparameters entsprechend dem Zeitpunkt der Erkennung der Abweichung;

(d) Erkennen einer weiteren nachfolgenden Abweichung in der Abweichung des Betrags des gemessenen Leitungsenergieparameters;

(e) Erfassen einer zweiten Signalform des gemessenen Leitungsenergieparameters entsprechend dem Zeitpunkt der Erkennung der nachfolgenden weiteren Abweichung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Leitungsenergieparameter die Leitungsspannung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die weitere nachfolgende Abweichung in der Abweichung im Schritt

b) kleiner oder gleich der ersten Abweichungsschwelle ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei im Schritt d) die nachfolgende weitere Abweichung dergestalt ist, daß die Abweichung des Schritts b) eine zweite Abweichungsschwelle überschreitet.

5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, elektrischer Stromzähler zum Erkennen von Leitungsspannungsabweichungen in Echtzeit, wobei Schritt a) folgendes umfaßt:

Erhalten von analogen Leitungsspannungsinformationen und Erzeugen von digitalen Leitungsspannungsinformationen aus diesen;

Erhalten von analogen Leitungsstrominformationen und Erzeugen von digitalen Leitungsstrominformationen aus diesen;

Empfangen der digitalen Leitungsspannungsinformationen und der digitalen Leitungsstrominformationen und Erzeugen von Zählinformationen aus diesen;

Empfangen der digitalen Leitungsspannungsinformationen und Erhalten von Betragsinformationen aus diesen, wobei die Betragsinformationen den Betrag der Leitungsspannung darstellen,

und Schritt c) das Erfassen einer ersten Signalform in Form einer ersten Menge digitaler Leitungsspannungsinformationen, entsprechend dem Zeitpunkt der Erkennung der Abweichung, umfaßt,

und Schritt e), Erfassen einer zweiten Signalform in Form einer zweiten Menge digitaler Leitungs spannungsinformationen, entsprechend dem Zeitpunkt der Erkennung der nachfolgenden Abweichung.

6. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, wobei Schritt b) weiterhin das Erkennen einer Abweichung eines Betrags der gemessenen Leitungsspannung in bezug auf einen annehmbaren Spannungspegel umfaßt, wobei die Abweichung eine Abnahme der gemessenen Leitungsspannung unter den annehmbaren Spannungspegel umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, wobei Schritt b) weiterhin das Erkennen einer Abweichung eines Betrags der gemessenen Leitungsspannung in bezug auf einen annehmbaren Spannungspegel umfaßt, wobei die Abweichung eine Zunahme der gemessenen Leitungsspannung über den annehmbaren Spannungspegel umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 2 bis 7, wobei Schritt c) weiterhin das Erfassen einer ersten Signalform durch Speichern von die erste Signalform darstellenden Informationen in einem Speicher umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Speicher einen nichtflüchtigen Speicher umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, weiterhin mit dem Schritt des Übermittelns der erfaßten ersten Signalform und der erfaßten zweiten Signalform zum Lieferanten.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Übermittlungsschritt das Transferieren von Daten von einem zählerinternen Modem zu einer wirksam über einen Datenport damit verbundenen Telefonleitung umfaßt.

12. Verfahren nach Anspruch 3, weiterhin mit den folgenden Schritten:

Erkennen einer nachfolgenden Abweichung eines Betrags der gemessenen Leitungspannung in bezug auf einen annehmbaren Spannungspegel, wobei die Abweichung die erste Abweichungsschwelle und eine zweite Abweichungsschwelle überschreitet; und

Erfassen einer dritten Signalform der gemessenen Leitungsspannung, entsprechend dem Zeitpunkt der Erkennung des Überschreitens der ersten Abweichungsschwelle und der zweiten Abweichungsschwelle durch die Abweichung.

13. Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin mit den folgenden Schritten:

Erkennen einer nachfolgenden Verringerung der Abweichung des Betrags der gemessenen Leitungspannung, so daß die Abweichung kleiner oder gleich der zweiten Abweichungsschwelle und großer als die erste Abweichungsschwelle ist;

Erfassen einer vierten Signalform der gemessenen Leitungsspannung, entsprechend dem Zeitpunkt der Erkennung der nachfolgenden Verringerung der Abweichung.

14. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 3, weiterhin mit dem Schritt des Erhaltens einer Benutzereingabe, die die erste Abweichungsschwelle identifiziert.

15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, wobei Schritt c) weiterhin das Erfassen der ersten Signalform dergestalt umfaßt, daß die erfaßte erste Signalform Informationen enthält, die die gemessene Leitungsspannung vor und/oder gleichzeitig mit und/oder nach der Erkennung der Abweichung darstellen.

16. Verfahren nach Anspruch 4 bis 15, weiterhin mit dem Schritt des Erhaltens einer Benutzereingabe, die die erste Abweichungsschwelle und die zweite Abweichungsschwelle identifiziert.

17. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Leitungsenergieparameter ein Leitungsenergiesignal ist.

18. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Energiesignal ein Leitungsstrom ist.

19. Vorrichtung zur Überwachung von Abweichungen der elektrischen Energie durch einen Lieferanten, wobei die Vorrichtung Mittel umfaßt, die für die Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 ausgelegt sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19 zur Bereitstellung von Steuerparametern für einen elektrischen Stromzähler (40), wobei der elektrische Stromzähler eine Energiequalitätsschaltung (200) aufweist, wobei die Energiequalitätsschaltung betreibbar ist, um eine erste Signalform einer gemessenen Leitungsspannung entsprechend einem Zeitpunkt zu erfassen, wenn eine Abweichung der gemessenen Leitungsspannung in bezug auf einen annehmbaren Spannungspegel eine erste Abweichungsschwelle überschreitet, und weiterhin betreibbar ist, um eine zweite Signalform einer gemessenen Leitungsspannung zu erfassen, wenn die Abweichung der gemessenen Leitungsspannung relativ zu einem annehmbaren Spannungspegel eine zweite Abweichungsschwelle überschreitet, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt:

(a) eine Benutzerschnittstelle (605), die betreibbar ist, -um Informationen zu empfangen, die eine erste Abweichungsschwelle und die zweite Abweichungsschwelle identifizieren;

(b) eine Programmierungseinrichtung (610), die so konfiguriert ist, daß sie dem Stromzähler Informationen bereitstellt, wobei die Programmierungseinrichtung betreibbar ist, um Steuerparameter zu dem elektrischen Stromzähler zu übermitteln, wobei die Steuerparameter die Informationen enthalten, die die erste Abweichungsschwelle und die zweite Abweichungsschwelle identifizieren.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Benutzerschnittstelle weiterhin betreibbar ist, um Informationen zu empfangen, die Zeitsteuerungsparameter der ersten erfaßten Signalform und der zweiten erfaßten Signalform identifizieren.