特開 2022-93246 電力管理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022093246

(43)【公開日】2022-06-23

(54)【発明の名称】電力管理システム

(51)【国際特許分類】

   H02H 9/04 20060101AFI20220616BHJP

   H02H 9/06 20060101ALI20220616BHJP

   H02J 13/00 20060101ALI20220616BHJP

【ＦＩ】

H02H9/04 A

H02H9/06

H02J13/00 301A

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021105284

(22)【出願日】2021-06-25

(31)【優先権主張番号】109143876

(32)【優先日】2020-12-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】506080739

【氏名又は名称】四零四科技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｍｏｘａ Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】４Ｆ．， Ｎｏ． １３５， Ｌｎ． ２３５， Ｂａｏｑｉａｏ Ｒｄ．， Ｘｉｎｄｉａｎ Ｄｉｓｔ．， Ｎｅｗ Ｔａｉｐｅｉ Ｃｉｔｙ， Ｔａｉｗａｎ（Ｒ．Ｏ．Ｃ．）

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】韓 瑞誠

【テーマコード（参考）】

5G013

5G064

【Ｆターム（参考）】

5G013AA01

5G013BA02

5G013CB26

5G013DA01

5G064AC08

5G064BA01

5G064CB17

5G064CB18

(57)【要約】

【課題】電力サージを監視することができる電力管理システムを提供することである。
【解決手段】
電力管理システムは、第１の電力線、第２の電力線、第１の並列プロテクタ、第２の並列プロテクタ、第３の並列プロテクタ、第１の電流センサ、第２の電流センサ、第３の電流センサ、およびプロセッサを含む。第１の並列プロテクタは、第１の電力線に結合される。第２の並列プロテクタは、第１の並列プロテクタおよび第２の電力線に結合される。第３の並列プロテクタは、第１の並列プロテクタおよびグランド端子に結合される。第１の電流センサ、第２の電流センサ、および第３の電流センサはそれぞれ、第１の並列プロテクタを流れる第１の電流、第２の並列プロテクタを流れる第２の電流、および第３の並列プロテクタを流れる第３の電流を検出する。プロセッサは、第１の電流、第２の電流、及び／又は第３の電流に応じてサージ放電経路を検出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力管理システムであって、
交流（ＡＣ）電力を伝送する第１の電力線および第２の電力線と、
前記第１の電力線に結合された第１の端部と、第２の端部とを含む第１の並列プロテクタと、
前記第１の並列プロテクタの前記第２の端部に結合された第１の端部と、前記第２の電力線に結合された第２の端部とを含む第２の並列プロテクタと、
前記第１の並列プロテクタの前記第２の端部に結合された第１の端部と、グランドに結合された第２の端部とを含む第３の並列プロテクタと、
前記第１の並列プロテクタを流れる第１の電流を検出するように構成された第１の電流センサと、
前記第２の並列プロテクタを流れる第２の電流を検出するように構成された第２の電流センサと、
前記第３の並列プロテクタを流れる第３の電流を検出するように構成された第３の電流センサと、
前記第１の電流センサ、前記第２の電流センサ、および前記第３の電流センサに結合され、少なくとも前記第１の電流、前記第２の電流、および／または前記第３の電流に従ってサージ放電経路を検出するように構成されたプロセッサと
を有する電力管理システム。

【請求項2】

前記第１の並列プロテクタはさらに、第１の過渡電圧抑制器（ＴＶＳ）、第１のガス放電管（ＧＤＴ）、または第１のバリスタを含み、
前記第２の並列プロテクタはさらに、第２のＴＶＳ、第２のＧＤＴまたは第２のバリスタを含み、
前記第３の並列プロテクタはさらに、第３のＴＶＳ、第３のＧＤＴ、または第３のバリスタを含む、請求項１に記載の電力管理システム。

【請求項3】

前記第１の電流センサ、前記第２の電流センサ、および前記第３の電流センサは、ホールセンサである、請求項１に記載の電力管理システム。

【請求項4】

前記プロセッサはさらに、前記サージ放電経路に基づいてサージの原因を判定するように構成される、請求項１に記載の電力管理システム。

【請求項5】

さらに、
前記第１の電力線に結合された第１の端部と、前記第２の電力線に結合された第２の端部とを含む制限抵抗と、
前記制限抵抗を流れる第４の電流を検出するように構成された電圧センサとを含む、
請求項１に記載の電力管理システム。

【請求項6】

前記プロセッサはさらに、
前記第４の電流の波形と前記第４の電流の値とを対応する時間に記録し、
前記第４の電流の値が所定範囲を超えたとき、アラーム信号を送信する
ように構成される、請求項５に記載の電力管理システム。

【請求項7】

さらに、
前記第１の電力線および前記第２の電力線に結合され、前記ＡＣ電力を直流（ＤＣ）電力に変換するように構成されたアイソレーション電源と、
前記アイソレーション電源に結合され、前記ＤＣ電力に応じて安定化電力を提供し、前記電力管理システムが停電になった後の期間に、前記安定化電力を提供し続けるように構成されたスタビライザバックアップ回路と、
前記スタビライザバックアップ回路に結合され、前記安定化電力に応じて前記プロセッサにより要求される電圧を提供するように構成されたスタビライザ回路とを有する、請求項１に記載の電力管理システム。

【請求項8】

前記電力管理システムが停電になった後の期間に、前記プロセッサはさらに、前記電力管理システムの電力データを記録し、前記電力データを遠隔監視システムに送信するように構成される、請求項７に記載の電力管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力管理システムに関し、より具体的には、電力サージを監視することができる電力管理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

工業的環境または屋外環境における電気機器は、電力サージにより損傷しやすいことが多い。明白な予防措置に加えて、ほとんどの企業は、電力サージの危険に対する防御のために、何らかのサージ対策も採用するだろう。しかしながら、従来技術のサージ保護回路は、サージをバイパスするためのサージ放電経路を提供するだけであり、サージ発生の時間及び実際のサージ放電経路を記録することはできない。従って、ユーザは、それに応じて更なる保護を提供するために、電力サージの原因を解明することができない。

【0003】

従来技術の電力管理システムでは、電源の状態は、通常、電力線と並列に又は直列に結合された検知回路によって監視される。しかし、電力サージその他の異常が発生した場合、検知回路の機能も影響を受ける可能性があり、従って電力サージその他の異常を記録することができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１９／０３５６１２７Ａ１号

【特許文献2】米国特許第９，６１８，５８６Ｂ２号

【特許文献3】米国特許出願公開第２０１７／０１１７６９９Ａ１号

【特許文献4】欧州特許第３，４０７，４６０Ｂ１号

【発明の概要】

【0005】

本発明は、第１の電力線、第２の電力線、第１の並列プロテクタ、第２の並列プロテクタ、第３の並列プロテクタ、第１の電流センサ、第２の電流センサ、第３の電流センサ、およびプロセッサを含む電力管理システムを提供する。第１の電力線および第２の電力線は、ＡＣ電力を送るために使用される。第１の並列プロテクタは、第１の電力線に結合された第１の端部と、第２の端部とを含む。第２の並列プロテクタは、第１の並列プロテクタの第２の端部に結合された第１の端部と、第２の電力線に結合された第２の端部とを含む。第３の並列プロテクタは、第１の並列プロテクタの第２の端部に結合された第１の端部と、グランドに結合された第２の端部とを含む。第１の電流センサは、第１の並列プロテクタを流れる第１の電流を検出するように構成される。第２の電流センサは、第２の並列プロテクタを流れる第２の電流を検出するように構成される。第３の電流センサは、第３の並列プロテクタを流れる第３の電流を検出するように構成される。プロセッサは、第１の電流センサ、第２の電流センサ、および第３の電流センサに結合され、少なくとも第１の電流、第２の電流、および／または第３の電流に従ってサージ放電経路を検出するように構成される。

【0006】

本発明のこれらの目的およびその他の目的は、種々の図面（ｆｉｇｕｒｅｓ ａｎｄ ｄｒａｗｉｎｇｓ）に示されている好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読めば、当業者には明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本発明の一実施形態による電力管理システムを示す図である。

【図2】図２は、本発明の別の実施形態による電力管理システムを示す図である。

【図3】図３は、本発明の一実施形態による電力管理システムの動作中の電流波形を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１は、本発明の一実施形態による電力管理システム１００を示す図である。電力管理システム１００は、第１の電力線ＰＬ１、第２の電力線ＰＬ２、第１の並列プロテクタ１１０Ａ、第２の並列プロテクタ１１０Ｂ、第３の並列プロテクタ１１０Ｃ、第１の電流センサ１２０Ａ、第２の電流センサ１２０Ｂ、第３の電流センサ１２０Ｃ、およびプロセッサ１３０を含む。

【0009】

いくつかの実施形態では、第１の電力線ＰＬ１および第２の電力線ＰＬ２の両方が、電気機器の動作を提供する交流（ＡＣ）電力を送るために使用される。電気機器が産業環境や屋外環境にあるとき、ＡＣ電源の提供が環境の変化によって変動し、サージを発生させることがある。電気設備の動作を干渉から保護するために、電力管理システム１００は、第１の並列プロテクタ１１０Ａ、第２の並列プロテクタ１１０Ｂ、および第３の並列プロテクタ１１０Ｃを使用してサージ放電経路を提供し、それによって、第１の電力線ＰＬ１および第２の電力線ＰＬ２に発生する電力サージが電気設備を損傷することを防止する。一方、プロセッサ１３０は、第１の電流センサ１２０Ａ、第２の電流センサ１２０Ｂ、および第３の電流センサ１２０Ｃによって検出される電流に従ってＡＣ電力の波形を監視するために、第１の電流センサ１２０Ａ、第２の電流センサ１２０Ｂ、および第３の電流センサ１２０Ｃに結合されてもよい。

【0010】

図１に示す実施形態では、第１の並列プロテクタ１１０Ａは、第１の電力線ＰＬ１に結合された第１の端部と、第２の端部とを含む。第２の並列プロテクタ１１０Ｂは、第１の並列プロテクタ１１０Ａの第２の端部に結合された第１の端部と、第２の電力線ＰＬ２に結合された第２の端部とを含む。第３の並列プロテクタ１１０Ｃは、第１の並列プロテクタ１１０Ａの第２の端部に結合された第１の端部と、グランドＧＮＤに結合された第２の端部とを含む。

【0011】

第１の電流センサ１２０Ａは、第１の並列プロテクタ１１０Ａの近くに配置され、第１の並列プロテクタ１１０Ａを流れる第１の電流Ｉ１を検出するように構成されてもよい。第２の電流センサ１２０Ｂは、第２の並列プロテクタ１１０Ｂの近くに配置され、第２の並列プロテクタ１１０Ｂを流れる第２の電流Ｉ２を検出するように構成されてもよい。第３の電流センサ１２０Ｃは、第３の並列プロテクタ１１０Ｃの近くに配置され、第３の並列プロテクタ１１０Ｃを流れる第３の電流Ｉ３を検出するように構成されてもよい。

【0012】

いくつかの実施形態において、第１の電流センサ１２０Ａ、第２の電流センサ１２０Ｂ、および第３の電流センサ１２０Ｃは、ホールセンサであってもよい。ホールセンサは、変化する磁場を測定し、その結果を電気的データに変換し、それによって近接検出を提供するように設計された電子デバイスである。換言すれば、ホールセンサによって実装され、第１の並列プロテクタ１１０Ａ、第２の並列プロテクタ１１０Ｂ、および第３の並列プロテクタ１１０Ｃに接触せずに配置された第１の電流センサ１２０Ａ、第２の電流センサ１２０Ｂ、および第３の電流センサ１２０Ｃは、第１の並列プロテクタ１１０Ａ、第２の並列プロテクタ１１０Ｂ、および第３の並列プロテクタ１１０Ｃを流れる電流を電磁誘導によって検出することができる。このような状況下では、第１の電流センサ１２０Ａ、第２の電流センサ１２０Ｂ、および第３の電流センサ１２０Ｃは、電力サージが発生したときに通常動作を維持することができる。また、ホールセンサの高速応答速度では、プロセッサ１３０は、電力サージが発生したときの電流波形を記録することができ、それによって、ユーザは、電力伝送を改善し、計画することができる。

【0013】

いくつかの実施形態では、第１の並列プロテクタ１１０Ａ、第２の並列プロテクタ１１０Ｂ、および第３の並列プロテクタ１１０Ｃのインピーダンスは、通常のＡＣ電力の下ではより高くてもよく、したがって第１の電流センサ１２０Ａ、第２の電流センサ１２０Ｂ、および第３の電流センサ１２０Ｃによって検出される電流は無視できる。しかしながら、第１の並列プロテクタ１１０Ａ、第２の並列プロテクタ１１０Ｂ、および第３の並列プロテクタ１１０Ｃにかかる電圧が、例えば電力サージによって、それぞれの設計上限を超えると、第１の並列プロテクタ１１０Ａ、第２の並列プロテクタ１１０Ｂ、および第３の並列プロテクタ１１０Ｃのインピーダンスが低下し、それにより第１の電力線ＰＬ１と第２の電力線ＰＬ２との間にサージ放電経路が設けられる。

【0014】

いくつかの実施形態では、第１の並列プロテクタ１１０Ａ、第２の並列プロテクタ１１０Ｂ、および第３の並列プロテクタ１１０Ｃのそれぞれは、過渡電圧抑制器（ＴＶＳ）、ガス放電管（ＧＤＴ）、またはバリスタであってもよい。しかしながら、第１の並列プロテクタ１１０Ａ、第２の並列プロテクタ１１０Ｂ、および第３の並列プロテクタ１１０Ｃのタイプは、本発明の範囲を限定しない。

【0015】

一方、プロセッサ１３０はさらに、第１の電流センサ１２０Ａ、第２の電流センサ１２０Ｂ、および第３の電流センサ１２０Ｃを介して、第１の電流Ｉ１、第２の電流Ｉ２、および第３の電流Ｉ３を監視するように構成され、それによって、電力サージの実際の放電経路を決定する。例えば、第１の電流Ｉ１および第２の電流Ｉ２の値が大きく、第３の電流Ｉ３の値が無視できる場合、これは、サージ放電経路が主に第１の並列プロテクタ１１０Ａおよび第２の並列プロテクタ１１０Ｂを通り、第３の並列プロテクタ１１０Ｃを通ることはほとんどないことを示す。一方、第３の電流Ｉ３の値が大きい場合は、サージ放電経路が主に第３の並列プロテクタ１１０Ｃを通り、アースＧＮＤに到達することを示す。

【0016】

いくつかの実施形態では、電力サージの異なる原因により、異なるサージ放電経路が生じる。例えば、第１の電力線ＰＬ１および第２の電力線ＰＬ２の両方で照明誘発コモンモード電力サージが発生した場合、サージ電圧は、第１の電力線ＰＬ１、第２の電力線ＰＬ２、第１の並列プロテクタ１１０Ａ、第２の並列プロテクタ１１０Ｂ、第３の並列プロテクタ１１０Ｃ、およびグランドＧＮＤを順次含むグランド帰還放電経路を探索する。一方、モータその他の装置の負荷電流等により、差動モードの電力サージが第１の電力線ＰＬ１又は第２の電力線ＰＬ２において発生する場合には、サージ放電経路は、第１の並列プロテクタ１１０Ａ及び第２の並列プロテクタ１１０Ｂを主に通過し、第３の並列プロテクタ１１０Ｃを通過することはほとんどない。したがって、いくつかの実施形態では、プロセッサ１３０はさらに、サージ放電経路に基づいて電力サージの原因を判定するように構成される。

【0017】

いくつかの実施形態において、プロセッサ１３０は、第１の電流センサ１２０Ａ、第２の電流センサ１２０Ｂ、および第３の電流センサ１２０Ｃから送信されたデータを記録、処理、および分析するように構成されたデータ処理ユニット１３２を含んでもよい。また、いくつかの実施形態では、プロセッサ１３０は、各々が、データ処理ユニット１３２によって記録されたデータを遠隔監視システムＣＳ１に送信するように構成された有線送信モジュール１３４および／または無線送信モジュール１３６をさらに含んでもよく、それによって、ユーザは、より複雑なデータ分析を遠隔的に実行することができる。

【0018】

図１に示す実施形態では、電力管理システム１００はさらに、絶縁電源１４０、スタビライザバックアップ回路１５０、およびスタビライザ回路１６０を含んでもよい。絶縁電源１４０は、第１の電力線ＰＬ１および第２の電力線ＰＬ２に結合され、ＡＣ電力を直流（ＤＣ）電力に変換するように構成されてもよい。スタビライザバックアップ回路１５０は、絶縁電源１４０に結合され、ＤＣ電力に従って安定化電力を提供するように構成されてもよい。スタビライザ回路１６０は、スタビライザバックアップ回路１５０に結合され、安定化電力に従ってプロセッサ１３０が必要とする電圧を提供するように構成されてもよい。一部の実施形態では、スタビライザバックアップ回路１５０は１２Ｖの電圧を提供してもよく、スタビライザ回路１６０は３．３Ｖの電圧を提供してもよい。しかし、スタビライザバックアップ回路１５０又はスタビライザ回路１６０によって提供される電力の値は、本発明の範囲を限定しない。

【0019】

この実施形態では、スタビライザバックアップ回路１５０はさらに、電力管理システム１００が停電に遭遇した後の期間（例えば、３秒）の間、安定化電力を提供し続けるように構成される。電力管理システム１００の停電期間中、プロセッサ１３０は、電力管理システム１００の電力データを記録し、有線送信モジュール１３４および／または無線送信モジュール１３６を使用して遠隔監視システムＣＳ１との接続を確立し、記録された電力データを遠隔監視システムＣＳ１に送信することができる。従って、ユーザは、電力管理システム１００の動作状態を遠隔的に監視することができ、それによって、電力サージが発生したときに即応するか、または停電の通知を受けることができる。

【0020】

本発明の電力管理システム１００では、第１の電流センサ１２０Ａ、第２の電流センサ１２０Ｂ、および第３の電流センサ１２０Ｃは、第１の並列プロテクタ１１０Ａ、第２の並列プロテクタ１１０Ｂ、および第３の並列プロテクタ１１０Ｃに接触せずに配置されたとき、第１の並列プロテクタ１１０Ａ、第２の並列プロテクタ１１０Ｂ、および第３の並列プロテクタ１１０Ｃを流れる電流を検出することができる。電力サージが発生すると、プロセッサ１３０は、サージ放電経路を決定するために、リアルタイムで完全な電流波形を記録することができる。したがって、ユーザは、電力管理システム１００によって提供されるデータに基づいて、電力サージの原因を分析することができる。

【0021】

図２は、本発明の別の実施形態による電力管理システム２００を示す図である。電力管理システム２００の構造および動作は、電力管理システム１００の構造および動作と同様であるが、電力管理システム２００はさらに、制限抵抗Ｒ１および電圧センサ２７０を含む。

【0022】

制限抵抗Ｒ１は、第１の電力線ＰＬ１に結合された第１の端部と、第２の電力線ＰＬ２に結合された第２の端部とを含む。電圧センサ２７０は、制限抵抗Ｒ１を流れる第４の電流Ｉ４を検出し、それによって制限抵抗Ｒ１にかかる電圧を取得するように構成される。いくつかの実施形態において、制限抵抗Ｒ１の抵抗は、電圧センサ２７０の仕様に基づいて決定されてもよい。例えば、電圧センサ２７０が主に２５ｍＡ付近の電流を検出するために使用される場合、制限抵抗Ｒ１の抵抗は、ＡＣ電力に基づいて適切な値に設定され得る。

【0023】

図３は、本発明の一実施形態による電力管理システム２００の動作中の第４の電流Ｉ４の波形を示す図である。第４の電流Ｉ４の波形は、ＡＣ電力に関連する第１の電力線ＰＬ１の電圧波形と共に変化するため、プロセッサ２３０内のデータ処理ユニット２３２は、対応する時間に、第４の電流Ｉ４の波形および第４の電流Ｉ４の値を記録し、それによって、ユーザにＡＣ電力に関連する情報を提供することができる。いくつかの実施形態において、プロセッサ２３０はさらに、第４の電流Ｉ４の値が所定の範囲外である場合、例えば、期間Ｔ１中に第４の電流Ｉ４の値が所定の範囲の上限Ａ１を超えた場合、または期間Ｔ２中に第４の電流Ｉ４の値が所定の範囲の下限Ａ２を下回った場合、異常を記録してもよい。上述の異常は、有線送信モジュール２３４および／または無線送信モジュール２３６を使用して、遠隔監視システムＣＳ１に送信されてもよい。

【0024】

換言すれば、電力管理システム２００は、電圧センサ２７０を使用して、第１の電力線ＰＬ１および第２の電力線ＰＬ２に提供されるＡＣ電力を連続的に監視することができる。図３に示すように、期間Ｔ３の間に電力サージが発生すると、プロセッサ２３０は、第４の電流Ｉ４の波形を連続的に記録し、第１の電流センサ１２０Ａ、第２の電流センサ１２０Ｂ、および第３の電流センサ１２０Ｃを通るサージ放電経路上の電流波形を記録するように構成され、それによって、電力サージの原因に関する事後分析のためにより多くの情報をユーザに提供する。

【0025】

結論として、本電力管理システムは、ホール電流センサを使用して並列プロテクタを流れる電流を検知することができる。電力サージが発生した場合、プロセッサは、電力サージの原因に関する事後分析のために、サージ放電経路を決定するために、リアルタイムに、完全な電流波形を記録することができる。また、本電力管理システムは、ＡＣ電力の波形を連続的に監視し、ＡＣ電力の電圧が所定の範囲外にある場合に、警報メッセージを送信することができ、それによって、ユーザが即応することを可能にする。

【0026】

当業者は、本発明の教示を保持しつつ、装置および方法に多くの修正および変更を行うことができることを容易に理解するであろう。従って、上記の開示は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されると解釈されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】