説明

デバイスに冗長電力を供給するシステム及び装置

【課題】デバイスへの冗長電力供給構成を提供する。
【解決手段】デバイスに電力を供給するシステム100は、AC電力を供給し、入力線に選択的に接続可能である第1の電力モジュール108と、第1の通信モジュール110とを有する第1の電源ユニット104を含む。システムは更に、入力線に選択的に接続可能であり、AC電力を供給する第2の電力モジュール112と、第1の通信モジュールに結合された第2の通信モジュール114とを有する第2の電源ユニット106を含む。第1又は第2の電源ユニットのうちの一方だけが所定の時点で入力線に結合される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力の供給に関し、特にデバイスへの冗長電力の供給に関する。
【背景技術】
【0002】
幾つかの種類のデバイスは適切な動作を確実にするために冗長電力を必要とする。例えば、物体の直線移動を測定するためにリニア可変差動変圧器(LVDT)が使用される場合を考えてみる。LVDTは典型的には、コアの周囲に端部を接して配置された3つのコイルを含む。中心のコイルは一次巻線であり、他の2つのコイルは二次巻線として機能する。コアは円筒形の強磁性コアであり、その位置が測定される物体に取付けられる。
【0003】
動作時には、一次巻線を通して交流電流が駆動され、一次巻線との相互インダクタンスに比例する電圧が各二次巻線内に誘導される。コアが移動すると、これらの相互インダクタンスが変化し、二次巻線内に誘導された電圧が変化する。巻線内に誘導された電圧の差に基づいて、ロッドの位置、ひいては物体の位置を判定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第7540467号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
LVDTに電力が供給されない場合は、LVDTは、物体が可能な端位置の1つにあることを示す表示値を表示する。このような表示によって、例えば物体が位置するシステム内の別の素子が保護手段として遮断されることがある。小規模な動作の場合は、このような遮断がなされてもそれほど問題ではないこともある。これに対して、LVDTがタービン内の物体の位置を測定する場合を考えてみる。LVDTへの電力が失われると、タービンの遮断が生ずることがある。このような遮断は、発電所が所定時の出力需要を満たし得ない場合があることを意味する。
【0006】
これまでLVDTについて記載したが、どの種類のセンサも上記の問題に直面することがあることを理解されたい。また、センサ以外のデバイスも、それらへの電力が遮断されると無効な、又は誤解を与える情報を提供し易い。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様によれば、デバイスに冗長電力を供給するシステムが開示される。この態様のシステムは、AC電力を供給する第1の電力モジュールと、第1の通信モジュールとを有する第1の電源ユニットを含む。第1の電力モジュールは、入力線に選択的に接続可能である。この態様のシステムは更に、入力線に選択的に接続可能な第2の電力モジュールを含み、AC電力を供給し、更に第1の通信モジュールに結合された第2の通信モジュールを有する第2の電源ユニットを含む。この態様では、所定時に第1の電源ユニットと第2の電源ユニットのうちの一方だけが入力線に結合される。
【0008】
別の態様によれば、複数の電源ユニットのうちの1つだけから電力を受けるように構成されたシステム内の第1の電源ユニットの電源オンの動作状態を選択する方法が開示される。この実施形態の方法は、第1の電源をオンにするステップと、別の電源ユニットからの通信を受けるために予め設定された時間待機するステップと、通信が別の電源ユニットはどれも一次電源ではないことを示していることを第1の電源で判定するステップと、優先度の問題解決プロセスに入るステップとを含む。
【0009】
上記及びその他の利点並びに特徴は、図面を参照した以下の説明から明らかになろう。
【0010】
本発明として見なされる主題は、明細書の末尾の特許請求の範囲に特に指摘され、明確に特許請求されている。本発明の上記の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面を参照した以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】モニタ装置に結合された2つの電源ユニットを含むシステムのブロック図である。
【図2】2つの電源ユニットの電力モジュールをより詳細に示すブロック図である。
【図3】2つの電源ユニットの通信モジュールをより詳細に示すブロック図である。
【図4】モニタ装置に結合された複数の電源ユニットを示す図である。
【図5】一実施形態による方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
詳細な記載は、図面を参照して本発明の実施形態を利点及び特徴と共に説明する。
【0013】
図1は、一実施形態によるシステム100の実施形態を示すブロック図である。この実施形態のシステム100は、モニタ装置103に電力を供給する電源102を含む。一実施形態では、モニタ装置103はセンサである。センサ以外の素子も電源102からの電力を受けられることを理解されたい。一実施形態では、センサ103はLVDTである。別の実施形態では、センサは位置に応じて異なる磁気抵抗値を与えるように構成されており、本明細書ではこれをLVDRと呼ぶこととする。
【0014】
図1に示す電源102は、第1の電源ユニット104と第2の電源ユニット106とを含む。第1の電源ユニット104と第2の電源ユニット106の両方とも、モニタ装置103を動作させる電力を供給することができる。具体的には、第1の電源ユニット104は電力を生成する第1の電力モジュール108を含み、第2の電源ユニット106は第2の電力モジュール112を含む。一実施形態では、第1の電力モジュール108と第2の電力モジュール112は両方とも、正の入力線130と負の入力線132との間にAC電圧を供給する。
【0015】
電源ユニット104、106がモニタ装置103にAC電力を供給するので、所定の時にそれらのうちの1つだけがモニタ装置103に電力を供給することを理解されたい。そうでないと、電源ユニット104と106との位相変動によって、時間の経過と共にモニタ装置103に供給される電圧が変動する可能性がある。従って、一実施形態では、任意の特定の時点で第1の電源ユニット104と第2の電源ユニット106のうちの一方だけが、モニタ装置103に電力を供給する。この目的のため、一実施形態では、第1の電源ユニット104及び第2の電源ユニット106は、第1の電源ユニット104と第2の電源ユニット106のどちらが任意の所定の時点でモニタ装置103に電力を供給するのかを判定するための制御ユニット又はその他の手段を含む。第1の電源ユニット104と第2の電源ユニット106のどちらが電力を供給するのかを判定する決定プロセスについて以下に詳細に説明する。
【0016】
第1の電源ユニット104と第2の電源ユニット106のどちらが所定の時に電力を供給するのかを決定するために、第1の電源ユニット104及び第2の電源ユニット106はそれぞれ第1の通信モジュール110と第2の通信モジュール114とを含む。第1の通信モジュール110と第2の通信モジュール114とによって、第1の電源ユニット104と第2の電源ユニット106とは互いに通信することが可能である。一実施形態では、通信は双方向性である。勿論、通信を第1の電源ユニット104から第2の電源ユニット106への通信に、又はその逆に限定することもできよう。第1の電源ユニット104と第2の電源ユニット106との間の通信には、例えばどのユニットが一次ユニットであるか、及びユニットの動作状態に関する情報が含まれている。
【0017】
図1には、2つの電源ユニット104と106だけが示されている。一実施形態では、電源102は2つ以上の電源ユニットを含んでいてもよいことを理解されたい。例えば、一実施形態では、電源102はモニタ装置103に結合された3つ以上の電源ユニットを含む。
【0018】
図2は、図1の第1の電源ユニット104と第2の電源ユニット106をより詳細に示す。具体的には、第1の電源ユニット104は第1の電力モジュール108を含む。第1の電力モジュール108は第1のAC電源202を含む。第1のAC電源202は、一実施形態ではAC電流を、別の実施形態ではAC電圧を供給することができる。一実施形態では、第1のAC電源202はインバータである。
【0019】
第1の電力モジュール108は更に、第1組の入力電源線213上の電流と電圧とをそれぞれ測定する第1の電流モニタ204と第1の電圧モニタ206とを含む。第1組の入力電源線213は、AC電源202に結合されている。測定された電流及び電圧の値は、第1の制御ユニット208に送られる。
【0020】
第1の制御ユニット208は、基本的に第1の電力モジュール108を制御する。第1の制御ユニット208は更に、第1の通信モジュール110から情報を受け、且つこれに情報を提供する。第1の制御ユニット208によって第1の通信モジュール110に提供される情報には、第1の電力モジュール108に関する動作状態の情報を含む。動作状態の情報には、第1の電力モジュール108がモニタ装置103に電力を供給しているか否か、並びにその他の動作情報が含まれる。第1の通信モジュール110から受ける情報には、別の電源ユニット(例えば、第2の電源ユニット106)に関する動作状態の情報が含まれる。この情報には、例えば、別の電源ユニットがモニタ装置103に電力を供給しているか否かが含まれる。
【0021】
第1の通信モジュール110から受信した情報、及び場合によっては第1の電流モニタ204によって測定された電流、及び第1の電圧モニタ206によって測定された電圧に基づいて、第1の制御ユニット208は、第1の電力モジュール108がモニタ装置103に電力を供給すべきか否かを判定する。供給すべき場合は、第1のスイッチユニット211が1つ又は複数の個別スイッチ(211a、211b)を閉じてAC電源202を入力線130及び132に電気的に、又はその他の方法で結合させる第1のスイッチコントローラ210を設ける。このような場合、第1の通信モジュール110は別の電源ユニットに、第1の電源ユニット104がモニタ装置103に電力を供給していることを通信する。電力を供給している場合の電源ユニットは、「一次電源ユニット」又は単に「一次」と称する。電力を供給していない場合は、電源ユニットはバックアップユニットである。
【0022】
第1の電力供給ユニット104と同様に、第2の電力供給ユニット106は第2の電力モジュール112を含む。第2の電力モジュール112は第2のAC電源212を含む。第2のAC電源212は、第1のAC電源202と概ね同じタイプと量の電力を供給する。勿論、第1のAC電源202と第2のAC電源212は互いに異なる位相を有することができる。一実施形態では、第2のAC電源212はインバータである。
【0023】
第2の電力モジュール112は更に、第2組の入力電源線215上で電流と電圧をそれぞれ測定する第2の電流モニタ214及び第2の電圧モニタ216を含む。測定された電流値及び電圧値は第2の制御ユニット218に送られる。
【0024】
第2の制御ユニット218は基本的に、第2の電力モジュール112の動作を制御する。第2の制御ユニット218は更に、第2の通信モジュール114から情報を受信し、且つこれに情報を送る。第2の制御ユニット218によって第2の通信モジュール114に送られる情報には、第2の電力モジュール112に関する動作状態情報が含まれる。動作状態情報には、別の動作情報と共に第2の電力モジュール112がモニタ装置103に電力を供給しているか否かが含まれる。第2の通信モジュール114から受ける情報には、別の電源ユニット(例えば、第1の電源ユニット104)に関する動作状態情報が含まれる。この情報には、例えば、別の電源ユニットがモニタ装置103に電力を供給しているか否か(すなわち、別の電源ユニットが「一次」であるか否か)を含む。一実施形態では、第1の制御ユニット208及び第2の制御ユニット218は、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)によって形成される。
【0025】
第2の通信モジュール114から受ける情報、及び場合によっては第2の電流モニタ214によって測定された電流、及び第2の電圧モニタ206によって測定された電圧に基づいて、第2の制御ユニット218は、第2の電力モジュール108がモニタ装置103に電力を供給するべきか否かを判定する。供給すべき場合は、第2のスイッチユニット221が1つ又は複数の個別スイッチ(221a、221b)を閉じて、第2のAC電源212を入力線130及び132に電気的に、又はその他の方法で結合させる第2のスイッチコントローラ220を設ける。
【0026】
図3は、図1の第1の電源ユニット104と第2の電源ユニット106のより詳細な図を示す。上述のように、第1の電源ユニット104及び第2の電源ユニット106はそれぞれ、第1の電力モジュール108と第2の電力モジュール112とを含む。この図では、第1の通信モジュール110及び第2の通信モジュール114は、図1よりも詳細に示されている。
【0027】
第1の通信モジュール110は、第1の通信コントローラ302を含む。第1の通信コントローラ302は、第1の電力モジュール108から情報を受け、且つこれに情報を提供する。また、第1の通信コントローラ302は、1つ又は複数の第1の送信機304を介して外部位置に情報を送信し、第1の受信機を介して外部位置からの情報を受信する。
【0028】
図示の通り、第1の送信機304は、第1及び第2の送信機304a、304bをそれぞれ含む。それによって冗長送信能力が得られる。また、図示の通り、第1の受信機306は第1及び第2の受信機をそれぞれ含む。それによって冗長受信能力が得られる。
【0029】
第2の通信モジュール114は、第2の通信コントローラ312を含む。第2の通信コントローラ312は第2の電力モジュール112から情報を受け、且つこれに情報を提供する。また、第2の通信コントローラ312は、1つ又は複数の第2の送信機316を介して外部位置に情報を送信し、第2の受信機314を介して外部位置からの情報を受信する。
【0030】
図示の通り、第2の送信機316は第1の受信機306に結合され、第2の受信機314は第1の送信機304に結合される。このようにして、第1の通信モジュール110から第2の通信モジュール114への2つの送信リンクが設けられ、第2の通信モジュール114から第1の通信モジュール110への2つの受信リンクが設けられる。このようにして、第1の通信モジュール110と第2の通信モジュール114との間に冗長通信装置が設けられる。
【0031】
図4は、モニタ装置103に結合された複数の電源ユニット402、404、406を含むシステム100のブロック図を示す。勿論、電源ユニットの数は任意であってよいことを理解されたい。図示の通り、各電源ユニット402、404、406は他の全ての電源ユニット402、404,406と通信している。特に、第1の通信リンク408は電源ユニット402を電源ユニット404に結合し、第2の通信リンク410は電源ユニット404を電源ユニット406に結合し、第3の通信リンク412は電源ユニット402を電源ユニット406に結合する。図示の通り、電源ユニットの数は3つに限定されない。また、通信リンク408、410、412は各々が双方向の冗長通信をサポートしてもよいことを理解されたい。
【0032】
一実施形態では、各電源ユニット402、404、406には3つの異なる定格が与えられる。便宜上、本明細書ではこれらの定格をR、S及びTと呼ぶことにする。優先順で、RはSよりも大きく、SはTよりも大きい。一実施形態では、動作中、各電源ユニット402、404、406は、固定速度で他の全ての電源ユニットにデータメッセージパケットを送信する。一実施形態では、固定速度はミリ秒毎であるが、別の期間を用いてもよい。一実施形態では、各データパケットは電源ユニットの定格、励起切替フラグ、及び送信電源ユニットが一次ユニットであるか否かの表示を含む。
【0033】
上述の通り、所定の任意の時点で、1つの電源ユニットだけがモニタ装置103に電力を供給する。従って、本発明の実施形態は、どの電源ユニットが所定の時にモニタ装置103に電力を供給すべきかを判定することに向けられている。基本的に、現在電力を供給している電源ユニットは、もはや供給できなくなるまで、又は別の電源と通信できなくなるまで供給し続ける。一次ユニットが電力の供給を続行できない場合は、それが送信する励起切替フラグがその旨を表示するように設定される。どのような故障の場合も、別の電源ユニットにランク付けがなされており、次のランクの電源ユニットが一次ユニットとなり、電力を供給する。このようにして、冗長電源が設けられる。
【0034】
図5は、電源ユニットが電源オンになると実施される方法を示すフローチャートである。
基本的に、図5に示す方法は、オンラインにされた電源が一次電源であるか否かを判定し、一次電源である場合は、電力を供給することができる。一次電源でない場合は、少なくとも最初はモニタ装置に電力を供給しない。
【0035】
ブロック502で、電源ユニットはオンラインにされる。ブロック504で、電源ユニットはプリセットされた期間だけ待機し、別のいずれかの有効な電源ユニットからの通信を受ける。一実施形態では、プリセットされる時間は、電源ユニットが動作していると思われる時点から1.5秒後である。この期間によって、電源ユニットが別の全ての有効な電源ユニットからのメッセージを受ける機会が確実に与えられる。
【0036】
ブロック506で、電源ユニットは、受信したいずれかのメッセージが、別の電源ユニットが一次ユニットであることを示しているか否かを判定する。別の電源ユニットが一次ユニットである場合は、電源ユニットはブロック508が示すようにバックアップ状態に入る。すなわち、電源ユニットは一次ユニットではないため、モニタ装置に電力を供給しない。
【0037】
そうでない場合、プロセスはブロック510に移動する。ブロック510で、電源ユニットがRの電源ユニットであるか否かを判定する。Rの電源ユニットである場合は、別の電源ユニットのどれも一次ユニットではないことが既に判定されているので、ブロック512で、電源ユニットは一次ユニットに指定される。Rの電源ユニットでない場合は、ブロック514で、電源ユニットがSの電源ユニットであるか否かが判定される。Sの電源ユニットである場合は、ブロック516で、(ブロック504で受信された通信に基づいて)Sの電源ユニットにRの電源ユニットが接続される。Rの電源ユニットが電源ユニットに接続されていない場合は、ブロック512でSの電源ユニットが一次ユニットに指定される。Rの電源ユニットが電源ユニットに接続されている場合は、電源ユニットはブロック508が示すようにバックアップ状態に入る。電源ユニットがSの電源ユニットでない場合は、Tの電源ユニットであるはずである。従って、ブロック518でS又はRのいずれかの電源ユニットが存在することが判定された場合は、電源ユニットはブロック508が示すようにバックアップ状態に入る。そうでない場合、電源ユニットはブロック512で一次ユニットに指定される。ブロック510、514、516及び518は、全体として優先度の問題解決プロセスと称する。
【0038】
前述の通り、電源ユニットは勿論、何かが変化してブロック508又はブロック512から移行されるまで、ブロック508又は512に留まる。例えば、電源ユニットが一次ユニットである場合、それが動作不能になると、その励起切替フラグを設定してその旨を表示し得る。一実施形態では、それによって別の電源ユニットが問題解決プロセスに入るようにされる。
【0039】
本発明を限定した実施形態のみに関連して詳細に記載したが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは容易に理解されよう。むしろ、本発明はこれまで記載はしていないが、本発明の趣旨と範囲に相応する任意の数の変更、代替、置換え又は同等の構成を組み込むように修正可能である。また、本発明の様々な実施形態を記載したが、本発明の態様は記載の実施形態の幾つかだけを含むことを理解されたい。従って本発明は、これまでの記載に限定されるものとみなすべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【0040】
100 システム
102 電源
103 モニタ装置
104 第1の電源ユニット
106 第2の電源ユニット
108 第1の電力モジュール
110 第1の通信モジュール
112 第2の電力モジュール
114 第2の通信モジュール
130 正の入力線
132 負の入力線
202 第1のAC電源
204 第1の電流モニタ
206 第1の電圧モニタ
208 第1の制御ユニット
210 第1のスイッチコントローラ
211 第1のスイッチユニット
211a 個別スイッチ
211b 個別スイッチ
212 第2のAC電源
213 第1組の入力電源線
214 第2の電流モニタ
215 第2組の入力電源線
216 第2の電圧モニタ
218 第2の制御ユニット
220 第2のスイッチコントローラ
221 第2のスイッチユニット
221a 個別スイッチ
221b 個別スイッチ
302 第1の通信コントローラ
304 第1の送信機
304a 第1の送信機
304b 第2の送信機
306 第1の受信機
312 第2の通信コントローラ
314 第2の受信機
316 第2の送信機
402 電源ユニット
404 電源ユニット
406 電源ユニット
408 第1の通信リンク
410 第2の通信リンク
412 第3の通信リンク

【特許請求の範囲】
【請求項1】
デバイスに冗長電力を供給するシステム(100)であって、
入力線に選択的に接続可能であり、AC電力を供給する第1の電力モジュール(108)と、第1の通信モジュール(110)とを含む第1の電源ユニット(104)と、
前記入力線に選択的に接続可能であり、AC電力を供給する第2の電力モジュール(112)と、前記第1の通信モジュール(110)に結合された第2の通信モジュール(114)とを含む第2の電源ユニット(106)とを備え、
前記第1又は第2の電源ユニット(104、106)のうちの一方だけが、所定の時点で前記入力線に結合されるシステム(100)。
【請求項2】
前記第1の電力モジュール(108)と前記第2の電力モジュール(112)の両方が、これらを前記入力線に選択的に結合するスイッチユニット(211、221)を含む、請求項1に記載のシステム(100)。
【請求項3】
前記第1の電源ユニット(104)と前記第2の電源ユニット(106)の一方が一次電源ユニットに指定され、前記一次電源ユニットの前記スイッチユニットが前記一次電源ユニットを前記入力線に電気的に結合する、請求項2に記載のシステム(100)。
【請求項4】
前記第1の電源ユニット(104)と前記第2の電源ユニット(106)の他方が一次電源ユニットに指定され、そのスイッチユニットが前記入力線に電気的に結合されることを防止する、請求項3に記載のシステム(100)。
【請求項5】
前記第1の電力モジュール(108)が、
AC電源と、
前記入力線に結合された第1のスイッチユニット(211)と、
前記AC電源と前記第1のスイッチユニット(211)との間に結合された第1組の入力電源線(213)とを更に含む、請求項1に記載のシステム(100)。
【請求項6】
前記第1の電力モジュール(108)が、
前記第1のスイッチユニット(211)が、前記第1の電源ユニット(104)の動作状態に応じて、前記入力線に前記AC電源を電気的に結合又は分離させるように構成された第1の制御ユニット(208)を更に含む、請求項5に記載のシステム(100)。
【請求項7】
複数の電源ユニットのうちの1つだけから電力を受けるように構成されたシステム(100)内の第1の電源ユニット(104)の電源オンの動作状態を選択する方法であって、
第1の電源ユニット(104)の電源をオンにするステップと、
別の電源ユニットからの通信を受けるまでプリセットされた時間だけ待機するステップと、
別の電源ユニットが一次電源ユニットではないことを前記通信が示していることを前記第1の電源ユニット(104)で判定するステップと、
優先度の問題解決プロセスに入るステップとを含む、方法。
【請求項8】
前記優先度の問題解決プロセスが、
前記第1の電源ユニット(104)が最高の優先度にあることを判定し、前記第1の電源ユニット(104)を一次電源として指定するステップを含む、請求項7に記載の方法。
【請求項9】
前記優先度の問題解決プロセスが、
前記第1の電源ユニット(104)が最高の優先度にないことを判定し、
前記第1の電源ユニット(104)が2番目の優先度にあることを判定し、前記通信が、別の電源ユニットが最高の優先度にあることを示さない場合には、前記第1の電源ユニット(104)を一次電源として指定する、請求項8に記載の方法。
【請求項10】
前記優先度の問題解決プロセスが、
前記第1の電源ユニット(104)が最高の優先度、又は2番目の優先度にないことを判定し、
前記第1の電源ユニット(104)が三番目の優先度にあることを判定し、前記通信が、別の電源ユニットが最高の優先度、又は2番目の優先度にあることを示さない場合には、前記第1の電源ユニット(104)を一次電源として指定する、請求項8に記載の方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−108882(P2012−108882A)
【公開日】平成24年6月7日(2012.6.7)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2011−210068(P2011−210068)
【出願日】平成23年9月27日(2011.9.27)
【出願人】(390041542)ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Fターム(参考)】