特許ウォッチ

公開番号2025041729
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-26
出願番号2024221560,2022554941
出願日2024-12-18,2021-03-12
発明の名称停電および電力品質の検出および通知を行う方法およびシステム
出願人ウィスカーラブズインコーポレイテッド,WHISKER LABS,INC.
代理人個人,個人,個人
主分類H02J 13/00 20060101AFI20250318BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】停電および電力品質の検出および通知を行う方法およびシステムを提供する。
【解決手段】回路に結合されたセンサは、キープアライブパケットをサーバに伝送する。センサは、電気的活動によって生成される入力信号を検出し、入力信号に基づいて出力信号を生成する。センサは、出力信号を監視し、各クロックサイクル中に立ち上がりエッジが発生したかどうかを判定し、所定のクロック値の前に立ち上がりエッジが発生したとき、または立ち上がりエッジが発生しなかったときには、障害パケットをサーバに伝送する。サーバは、センサから障害パケットを受信し、キープアライブパケットがないかどうかリッスンする。サーバは、障害パケットを受信した後で、少なくとも既定の期間にわたってキープアライブパケットを受信しないときに、停電通知を伝送する。サーバは、その後に1つまたは複数のキープアライブパケットを受信したときに、電力回復通知を伝送する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
停電の検出および通知を行うシステムであって、
回路に結合されたセンサ・デバイスであって、
キープ・アライブ・パケットを周期的にサーバ・コンピューティング・デバイスに伝送し、
前記回路上の電気的活動によって生成される入力信号を検出し、
検出した入力信号に基づいて出力信号を生成し、
既定の持続時間を有する複数のクロック・サイクルのそれぞれの間に生成した出力信号を監視し、
各クロック・サイクル中に、
前記生成した出力信号において立ち上がりエッジが発生したかどうかを判定し、
前記クロック・サイクル中の所定のクロック値の前に立ち上がりエッジが発生したとき、または前記クロック・サイクル中に立ち上がりエッジが発生しなかったときに、障害パケットを前記サーバ・コンピューティング・デバイスに伝送し、
新たなクロック・サイクルを開始する
ように構成された前記センサ・デバイスと、
前記センサ・デバイスに通信可能に結合された前記サーバ・コンピューティング・デバイスであって、
前記センサ・デバイスから前記障害パケットを受信し、
前記センサ・デバイスからの１つまたは複数のキープ・アライブ・パケットがないかどうかリッスンし、
前記障害パケットを受信した後で、少なくとも既定の期間にわたって前記センサ・デバイスからキープ・アライブ・パケットを受信しないときに、停電通知を１つまたは複数の遠隔コンピューティング・デバイスに伝送し、
前記停電通知を伝送した後で、前記センサ・デバイスから１つまたは複数のキープ・アライブ・パケットを受信したときに、電力回復通知を前記１つまたは複数の遠隔コンピューティング・デバイスに伝送する
ように構成された前記サーバ・コンピューティング・デバイスと
を備える、システム。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記入力信号が、複数のゼロ交差を有する交流（ＡＣ）電圧正弦波を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記出力信号が、前記入力信号の前記ゼロ交差に対応する複数の立ち上がりエッジを有する電圧曲線である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記キープ・アライブ・パケットが、実効値（ＲＭＳ）電圧、電圧正弦波の周波数、前記電圧正弦波の相対位相角、前記電圧正弦波の高調波の振幅、または高周波雑音振幅の任意数の測定値のうちの１つまたは複数を含む電力品質データを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
各クロック・サイクルが、９ミリ秒の既定の持続時間を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記クロック・サイクル中の前記所定のクロック値が、８．３３ミリ秒である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
停電の検出および通知を行うコンピュータ化された方法であって、
回路に結合されたセンサ・デバイスが、キープ・アライブ・パケットを周期的にサーバ・コンピューティング・デバイスに伝送する工程と、
前記センサ・デバイスが、前記回路上の電気的活動によって生成される入力信号を検出する工程と、
前記センサ・デバイスが、検出した入力信号に基づいて出力信号を生成する工程と、
前記センサ・デバイスが、既定の持続時間を有する複数のクロック・サイクルのそれぞれの間に生成した出力信号を監視する工程と、
各クロック・サイクル中に、
前記センサ・デバイスが、前記生成した出力信号において立ち上がりエッジが発生したかどうかを判定し、
前記クロック・サイクル中の所定のクロック値の前に立ち上がりエッジが発生したとき、または前記クロック・サイクル中に立ち上がりエッジが発生しなかったときに、前記センサ・デバイスが、障害パケットを前記サーバ・コンピューティング・デバイスに伝送する工程と、
前記センサ・デバイスが、新たなクロック・サイクルを開始する工程と、
前記サーバ・コンピューティング・デバイスが、前記センサ・デバイスから前記障害パケットを受信する工程と、
前記サーバ・コンピューティング・デバイスが、前記センサ・デバイスからの１つまたは複数のキープ・アライブ・パケットがないかどうかリッスンする工程と、
前記障害パケットを受信した後で、少なくとも既定の期間にわたって前記センサ・デバイスからキープ・アライブ・パケットを受信しないときに、前記サーバ・コンピューティング・デバイスが、停電通知を１つまたは複数の遠隔コンピューティング・デバイスに伝送する工程と、
前記停電通知を伝送した後で、前記センサ・デバイスから１つまたは複数のキープ・アライブ・パケットを受信したときに、前記サーバ・コンピューティング・デバイスが、電力回復通知を前記１つまたは複数の遠隔コンピューティング・デバイスに伝送する工程と
を含む方法。
【請求項８】
前記入力信号が、複数のゼロ交差を有する交流（ＡＣ）電圧正弦波を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記出力信号が、前記入力信号の前記ゼロ交差に対応する複数の立ち上がりエッジを有する電圧曲線である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記キープ・アライブ・パケットが、実効値（ＲＭＳ）電圧、電圧正弦波の周波数、前記電圧正弦波の相対位相角、前記電圧正弦波の高調波の振幅、または高周波雑音振幅の任意数の測定値のうちの１つまたは複数を含む電力品質データを含む、請求項８に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願の主題は、一般に、電気系統における停電および電力品質の検出および通知を行う方法およびシステムに関する。
続きを表示（約 5,100 文字）【背景技術】
【０００２】
通信デバイス、コンピューティング・デバイス、医療デバイス、暖房および冷房器具、および冷蔵庫などへの給電など幅広い活動のために、中断なく電気が利用できることに消費者が頼るところはますます大きくなり続けている。しかし、米国エネルギー情報局（ＥＩＡ）によれば、米国の電気消費者は、２０１６年には平均で２５０分間電力を利用できない状態になり、１．３回の停電を経験していた。２０１７年には、消費者が電力を利用できない時間の長さは、平均で４７０分（７．８時間）と２倍近くになり、停電は平均で１．４回となった。２０１６年には、最長の停電は２０時間程度であったが、２０１７年には、これが４０時間を少し超える長さにまで延びた。これらの停電は、計画的なものではないことが多く、また場合によっては、例えば住宅を離れている住宅所有者などには気づかれないこともある。これらの停電は、健康面および安全面を含め、日常生活のほぼ全ての面に大きな影響を及ぼす可能性があるので、停電を即時に検出して通知することは、非常に重要である。
【０００３】
現在利用できる停電を検出する技術は、通常は、停電検出デバイスおよび支援通信機器に一時的に電気を供給することができる予備バッテリおよび／または発電機の使用に依拠している。しかし、バッテリは寿命が限られており、また停電検出デバイスのコスト増になる。バッテリの交換も、ユーザの継続的な保守負担を生じる。さらに、場合によっては、予備バッテリの起動は、停電が始まってから予備電気供給が起動されて検出装置に電力を供給できるようになるまでの間に、望ましくない遅延をもたらす可能性もある。
【０００４】
さらに、発電、送電、および配電系統は、ますます複雑になっている。二酸化炭素（ＣＯ
２
）の排出量の少ないエネルギー源に移行するということは、風、太陽光、原子力、バッテリ、天然ガス、および石炭など、多数の異なる発電方法を組み合わせていくことになることを意味する。住宅および企業は、ますます構内型のエネルギー生成方法を有するようになり、それらの生成システムが全て、様々な経年劣化レベルおよび様々な環境への露出レベルで送電網に相乗りすることになる。様々な生成タイプ間での切替えは、電圧のサージおよびサグ、ならびにその他の電力品質の懸念を引き起こす可能性がある。経年劣化および環境への露出は、変圧器および電気的相互接続の劣化および故障を引き起こす。サージ、サグ、および機器の劣化は、住宅の電子機器および器具の故障を引き起こす可能性があり、また感電死および電気火災が発生する恐れのある非常に危険な状況を生じる可能性もある。住宅環境では、火災は、壁内などの見えない空洞内で始まり、住宅の住人または煙検知器によって検知される前にかなりの炎熱になって広がり、大きな損害につながることが多い。電気的な誤作動は、住宅火災の主要原因の１つである。発火源がその性質上隠れているので、電気火災は、不釣り合いなほどの死因にもなっている。年間の電気火災による死者は４２０人、負傷者は１３７０人、住宅の損害は１４億ドルと推定されている。
【０００５】
現在の技術は、住宅所有者が電力会社から受け取る電力の品質についての必要な情報を、それほど多くは住宅所有者に提供していない。例えば、住宅所有者は、照明の点滅または敏感な電子機器の頻繁な機能停止に気付くことはあっても、自身の住宅への電気接続または自身の住宅の電気網内に非常に深刻な問題があるとは注意喚起されないことがある。さらに、米国の送電網の損傷および劣化が、送電網の所有者および所有者の顧客の危険性および負債を増大させている。例えば、最近のパシフィック・ガス・アンド・エネルギー（ＰａｃｉｆｉｃＧａｓ＆Ｅｎｅｒｇｙ）（ＰＧ＆Ｅ）社の火災事例データ報告によれば、ＰＧ＆Ｅ社では、２０１４年から２０１９年までに２４００件を超える送電網を原因とする火災があったという。これらの火災により、１３０億ドルを超える負債が生じ、ＰＧ＆Ｅ社は一気に破産申し立てという事態になった。別の例では、テキサス州山火事緩和プロジェクト（ＴｅｘａｓＷｉｌｄｆｉｒｅＭｉｔｉｇａｔｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔ）の調査により、その調査までの４年未満の期間に、４０００件の火災が送電または配電系統の事象が起きることによって引き起こされ、そのほとんどは局地的なもので結果も深刻ではなかったが、大火災になったものもあることが分かった。山火事だけでなく、変圧器の火災および爆発、ならびにその他の災害的な送電網の事象の増加は、公共機器の劣化と関連がある。１つの恐ろしい例では、２０１９年７月中旬に、消防士たちがウィスコンシン州マジソンの下町に出動すると、高圧変圧器が爆発して火災が発生していた。別の最近の出来事としては、２０１９年７月下旬にあった、アメリカン・エレクトリック・パワー（ＡｍｅｒｉｃａｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ）社のテキサス変電所の変圧器の爆発と火災がある。最後に、２０２１年２月には、テキサス州で、猛烈な冬の嵐による送電網の破壊的な障害が発生し、死者も発生し、数百万人が氷点下の温度で電気のない状態に置かれることになった。
【０００６】
上述のように、電力会社の送電網を原因とする火災は、毎年非常に大きな経済的損失をもたらし、かなりの死亡者が出ることも多い。多くの電力系統の構成要素（例えばスイッチ、絶縁体、変圧器）は、何十年にもわたって無故障のサービスを提供するが、送電および配電の構成要素は、最終的には故障する。山火事、および財産および生命に対するその他の損害は、地上に垂れ下がった電線、植物の接触、導線の接触、損傷または劣化した機器のアーク、反復性障害、および装置の故障など、いくつかのメカニズムを介してトリガされる可能性がある。したがって、これらの問題を迅速に検出して緩和することは、破滅的な火災事故を防止するために極めて重要である。
【発明の概要】
【０００７】
したがって、電気系統内の停電および電力品質を実時間で、またはほぼ実時間で検出し、停電、および／あるいは電力品質の望ましくない変化または電気系統内の危険な状態を関連するユーザ（送電網事業者および／または政府の役人など）に通知する方法およびシステムが求められている。本明細書に記載する技術は、停電検出デバイスが受け取った交流（ＡＣ）電気の検出周波数に基づいて停電の検出、電力品質の評価、および電気系統の危険の特定を実現し、また、いくつかの実施形態では停電が起きた電気系統によって給電される通信機器をその停電によってその通信機器がオフラインになる直前に用いることも含めて、遠隔のデバイスに対する停電の即時通知を実現するので有利である。また、いくつかの実施形態では、本明細書に記載する方法およびシステムは、複雑、高価、または危険な、他の停電検出デバイスおよび／あるいは監視用構成要素（回路遮断器または分電盤に接続するものなど）を設置する代わりに、既存のコンセントに接続する１つまたはいくつかの監視デバイスを活用する。本明細書に記載する技術は、電力品質および危険の可能性に対する洞察力を住宅所有者および企業オーナに与えるという点で有利であるだけでなく、本明細書に記載する方法およびシステムを複数の住宅が利用していれば、電力会社に対して任意の問題についての洞察力を与え、危険の種が本格的に危険になる前に予防的に問題を解消する能力を与える。
【０００８】
本発明は、一態様では、停電の検出および通知を行うシステムを特徴とする。このシステムは、回路に結合されたセンサ・デバイスと、サーバ・コンピューティング・デバイスとを備える。センサ・デバイスは、キープ・アライブ・パケットを周期的にサーバ・コンピューティング・デバイスに伝送する。センサ・デバイスは、回路上の電気的活動によって生成される入力信号を検出する。センサ・デバイスは、検出した入力信号に基づいて出力信号を生成する。センサ・デバイスは、既定の持続時間を有する複数のクロック・サイクルのそれぞれの間に、生成した出力信号を監視する。各クロック・サイクル中に、センサ・デバイスは、生成した出力信号において立ち上がりエッジが発生したかどうかを判定し、クロック・サイクル中の所定のクロック値の前に立ち上がりエッジが発生したとき、またはクロック・サイクル中に立ち上がりエッジが発生しなかったときには、障害パケットをサーバ・コンピューティング・デバイスに伝送する。センサ・デバイスは、新たなクロック・サイクルを開始する。サーバ・コンピューティング・デバイスは、センサ・デバイスから障害パケットを受信する。サーバ・コンピューティング・デバイスは、センサ・デバイスからの１つまたは複数のキープ・アライブ・パケットがないかどうかリッスンする。サーバ・コンピューティング・デバイスは、障害パケットを受信した後で、少なくとも既定の期間にわたってセンサ・デバイスからキープ・アライブ・パケットを受信しないときに、停電通知を１つまたは複数の遠隔コンピューティング・デバイスに伝送する。サーバ・コンピューティング・デバイスは、停電通知を伝送した後で、センサ・デバイスから１つまたは複数のキープ・アライブ・パケットを受信したときに、電力回復通知を１つまたは複数の遠隔コンピューティング・デバイスに伝送する。
【０００９】
本発明は、別の態様では、停電の検出および通知を行うコンピュータ化された方法を特徴とする。回路に結合されたセンサ・デバイスは、キープ・アライブ・パケットを周期的にサーバ・コンピューティング・デバイスに伝送する。センサ・デバイスは、回路上の電気的活動によって生成される入力信号を検出する。センサ・デバイスは、検出した入力信号に基づいて出力信号を生成する。センサ・デバイスは、既定の持続時間を有する複数のクロック・サイクルのそれぞれの間に、生成した出力信号を監視する。各クロック・サイクル中に、センサ・デバイスは、生成した出力信号において立ち上がりエッジが発生したかどうかを判定し、クロック・サイクル中の所定のクロック値の前に立ち上がりエッジが発生したとき、またはクロック・サイクル中に立ち上がりエッジが発生しなかったときには、センサ・デバイスは、障害パケットをサーバ・コンピューティング・デバイスに伝送する。センサ・デバイスは、新たなクロック・サイクルを開始する。サーバ・コンピューティング・デバイスは、センサ・デバイスから障害パケットを受信する。サーバ・コンピューティング・デバイスは、センサ・デバイスからの１つまたは複数のキープ・アライブ・パケットがないかどうかリッスンする。障害パケットを受信した後で、少なくとも既定の期間にわたってセンサ・デバイスからキープ・アライブ・パケットを受信しないときには、サーバ・コンピューティング・デバイスは、停電通知を１つまたは複数の遠隔コンピューティング・デバイスに伝送する。停電通知を伝送した後で、センサ・デバイスから１つまたは複数のキープ・アライブ・パケットを受信したときには、サーバ・コンピューティング・デバイスは、電力回復通知を１つまたは複数の遠隔コンピューティング・デバイスに伝送する。
【００１０】
上記の態様のいずれかは、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含む可能性がある。いくつかの実施形態では、入力信号は、複数のゼロ交差を有する交流（ＡＣ）電圧正弦波を含む。いくつかの実施形態では、出力信号は、入力信号のゼロ交差に対応する複数の立ち上がりエッジを有する電圧曲線である。いくつかの実施形態では、キープ・アライブ・パケットは、実効値（ＲＭＳ）電圧、電圧正弦波の周波数、電圧正弦波の相対位相角、電圧正弦波の高調波の振幅、または高周波雑音振幅の任意数の測定値（ｍｅａｓｕｒｅｓ）のうちの１つまたは複数を含む電力品質データを含む。いくつかの実施形態では、各クロック・サイクルは、９ミリ秒の既定の持続時間を有する。いくつかの実施形態では、クロック・サイクル中の所定のクロック値は、８．３３ミリ秒である。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許