DE102018213757B4 - Method and system for generating a reference characteristic of a network component and a system for determining an operating state of the network component using such a reference characteristic - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Erzeugen einer Referenzcharakteristik einer Netzkomponente in einem Energieversorgungsnetzwerk, wobei die Netzkomponente einen bekannten Betriebszustand aufweist und die Referenzcharakteristik (6, 7) ein Verhalten der Netzkomponente in diesem Betriebszustand charakterisiert und ein Bestimmen des Betriebszustands mittels eines PLC-Knotens ermöglicht, umfassend die Schritte:Messen einer Rückwirkung der Netzkomponente auf das Energieversorgungsnetzwerk mittels eines Messgeräts, wobei das Messgerät zum frequenz- und zeitaufgelösten Messen mindestens einer Größe in dem Energieversorgungsnetzwerk ausgebildet ist,Erzeugen einer Primärcharakteristik aus der gemessenen Rückwirkung (1) der Netzkomponente undErzeugen einer Referenzcharakteristik (6, 7) durch Kombinieren der Primärcharakteristik (4, 5) mit einer Empfangscharakteristik (H1(f), H2(f)) des PLC-Knotens, wobei die Empfangscharakteristik (H1(f), H2(f)) die Beeinflussung eines PLC-Signals (S) durch den PLC-Knoten bei Empfang des PLC-Signals (S) wiederspiegelt.A method for generating a reference characteristic of a network component in an energy supply network, the network component having a known operating state and the reference characteristic (6, 7) characterizing a behavior of the network component in this operating state and enabling the operating state to be determined by means of a PLC node, comprising the steps: Measuring a reaction of the network component on the power supply network by means of a measuring device, the measuring device being designed for frequency- and time-resolved measurement of at least one variable in the energy supply network, generating a primary characteristic from the measured reaction (1) of the network component and generating a reference characteristic (6, 7) by combining the primary characteristic (4, 5) with a reception characteristic (H1 (f), H2 (f)) of the PLC node, the reception characteristic (H1 (f), H2 (f)) influencing a PLC signal (S ) by the PLC node upon receipt g of the PLC signal (S).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Referenzcharakteristik einer Netzkomponente in einem Energieversorgungsnetzwerk, wobei die Netzkomponente einen bekannten Betriebszustand aufweist und die Referenzcharakteristik ein Verhalten der Netzkomponente in diesem Betriebszustand charakterisiert und ein Bestimmen des Betriebszustands mittels eines PLC-Knotens ermöglicht. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes System.The invention relates to a method for generating a reference characteristic of a network component in a power supply network, the network component having a known operating state and the reference characteristic characterizing a behavior of the network component in this operating state and enabling the operating state to be determined by means of a PLC node. The invention also relates to a corresponding system.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein System zum Bestimmen eines Betriebszustands einer Netzkomponente in einem Energieversorgungsnetzwerk unter Verwendung eines Powerline-Communication-Systems - PLC-System - mit einer Vielzahl von PLC-Knoten, die über ein geographisches Gebiet verteilt sind.In addition, the invention relates to a system for determining an operating state of a network component in a power supply network using a powerline communication system - PLC system - with a plurality of PLC nodes that are distributed over a geographical area.
Bei Powerline Communication (PLC) werden für die Übertragung von Daten Energieversorgungsnetze als Kommunikationsmedium genutzt. Die zu übertragenden Daten werden auf Frequenzen im niedrigen Megahertz-Bereich (häufig 1 MHz bis 30 MHz) moduliert und die derart gebildeten PLC-Signale auf den Energieversorgungskabeln übertragen. Dabei beeinflusst der Zustand der Energieversorgungskabel sowie der Zustand von an das Energieversorgungsnetz angeschlossener Anlagen die Übertragungseigenschaften der Powerline Kommunikation. Dies bedeutet, dass ein PLC-Signal bei der Übertragung von einem Sender zu einem Empfänger durch das Energieversorgungsnetz und die daran angeschlossenen Anlagen beeinflusst wird. Diese Beeinflussung besteht meist aus der Einstreuung zusätzlicher Signalanteile, kann sich aber auch durch Verzerrungen, Reflektionen oder frequenzabhängige Dämpfungen ausdrücken.With Powerline Communication (PLC), energy supply networks are used as a communication medium for the transmission of data. The data to be transmitted are modulated on frequencies in the low megahertz range (often 1 MHz to 30 MHz) and the PLC signals formed in this way are transmitted on the power supply cables. The condition of the power supply cables and the condition of the systems connected to the power supply network influence the transmission properties of the powerline communication. This means that when a PLC signal is transmitted from a transmitter to a receiver, it is influenced by the power supply network and the systems connected to it. This influence usually consists of the interspersion of additional signal components, but can also be expressed in the form of distortions, reflections or frequency-dependent attenuation.
Es sind verschiedene Systeme und Verfahren bekannt, mit denen unter Verwendung von PLC-Technologie der Zustand eines Energieversorgungsnetzes und/oder von an das Energieversorgungsnetz angeschlossener Anlagen bewerten werden kann. Beispielhaft sei auf
Zum Erzeugen derartiger Referenzcharakteristika wird folgendermaßen vorgegangen:
- 1. Der Zustand der Netzkomponente wird bestimmt bzw. eine Zustandsänderung wird detektiert.
- 2. Die charakteristische Beeinflussung des Zustandes/der Zustandsänderung auf die PLC-Übertragungseigenschaften wird mittels
eines PLC-Knotens aufgenommen und die Referenzcharakteristik erstellt. Diese Referenzcharakteristik wird dann mit Kommunikationseigenschaften anderer PLC-Verbindungen zur Detektion des zugehörigen Zustandes verglichen. Wenn die Referenzcharakteristik möglichst gut auf ein empfangenes PLC-Signal passt, kann auf den zugehörigen Zustand geschlossen werden.The following procedure is used to generate such reference characteristics:
- 1. The state of the network component is determined or a change in state is detected.
- 2. The characteristic influencing of the state / change of state on the PLC transmission properties is achieved by means of
of a PLC node and created the reference characteristic. This reference characteristic is then compared with the communication properties of other PLC connections to detect the associated status. If the reference characteristic matches a received PLC signal as well as possible, conclusions can be drawn about the associated status.
Vorteilhaft bei dieser Art der Erzeugung von Referenzcharakteristika ist, dass die ermittelten Referenzcharakteristika unmittelbar bei der Zustandsbestimmung durch einen PLC-Knoten verwendet werden können, ohne dass aufwändige und rechenintensive Transformationen der extrahierten Signalanteile des PLC-Signals notwendig werden. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die Qualität der Referenzcharakteristika erheblich durch die Qualität der Messung bei dem PLC-Knotens beschränkt ist.The advantage of this type of generation of reference characteristics is that the determined reference characteristics can be used directly when determining the status by a PLC node without the need for complex and computationally intensive transformations of the extracted signal components of the PLC signal. The disadvantage here, however, is that the quality of the reference characteristics is considerably limited by the quality of the measurement at the PLC node.
Die nachveröffentlichten
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Systeme der eingangs genannter Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine möglichst universelle Erzeugung hochwertiger Referenzcharakteristika und eine möglichst zuverlässige Bestimmung eines Betriebszustands einer Netzkomponente möglich ist.The present invention is based on the object of designing and developing a method and system of the type mentioned in such a way that the most universal possible generation of high-quality reference characteristics and the most reliable possible determination of an operating state of a network component is possible.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach umfasst das in Rede stehende Verfahren die Schritte:
- Messen einer Rückwirkung der Netzkomponente auf das Energieversorgungsnetzwerk mittels eines Messgeräts, wobei das Messgerät zum frequenz- und zeitaufgelösten Messen mindestens einer Größe in dem Energieversorgungsnetzwerk ausgebildet ist,
- Erzeugen einer Primärcharakteristik aus der gemessenen Rückwirkung der Netzkomponente und
- Erzeugen einer Referenzcharakteristik durch Kombinieren der Primärcharakteristik mit einer Empfangscharakteristik des PLC-Knotens, wobei die Empfangscharakteristik die Beeinflussung eines PLC-Signals durch den PLC-Knoten bei Empfang des PLC-Signals wiederspiegelt.
- Measuring a reaction of the network component on the energy supply network by means of a measuring device, the measuring device being designed for frequency- and time-resolved measurement of at least one variable in the energy supply network,
- Generation of a primary characteristic from the measured reaction of the network component and
- Generating a reference characteristic by combining the primary characteristic with a reception characteristic of the PLC node, the reception characteristic reflecting the influence on a PLC signal by the PLC node when the PLC signal is received.
Hinsichtlich eines System zum Erzeugen von Referenzcharakteristika ist die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Danach umfasst das in Rede stehende System ein Datenbanksystem, eine Abfrageeinheit und eine Konvertierungseinheit,
wobei das Datenbanksystem mindestens eine Datenbank umfasst, die eine Vielzahl von Primärcharakteristika und mehrere Empfangscharakteristika speichert, wobei jede der Primärcharakteristik eine charakteristische Rückwirkung einer Netzkomponente in einem bekannten Betriebszustand auf ein Energieversorgungsnetzwerk repräsentiert und wobei jede Empfangscharakteristik die Beeinflussung eines PLC-Signals durch einem PLC-Knoten bei dem Empfang des PLC-Signals wiederspiegelt,
wobei die Abfrageeinheit dazu ausgebildet ist, basierend auf einer empfangenen Anfrage mindestens eine Primärcharakteristik und/oder eine Empfangscharakteristik aus dem Datenbanksystem zu laden und an die Konvertierungseinheit zu übergeben, und
wobei die Konvertierungseinheit dazu ausgebildet ist, jeweils durch Kombination einer der mindestens einen Primärcharakteristik mit der Empfangscharakteristik eine Referenzcharakteristik zu bilden.With regard to a system for generating reference characteristics, the above object is achieved by the features of
wherein the database system comprises at least one database that stores a plurality of primary characteristics and several reception characteristics, each of the primary characteristics representing a characteristic reaction of a network component in a known operating state on a power supply network and each reception characteristic the influence of a PLC signal by a PLC node when the PLC signal is received,
wherein the query unit is designed to load at least one primary characteristic and / or one receiving characteristic from the database system based on a received query and to transfer it to the conversion unit, and
wherein the conversion unit is designed to form a reference characteristic in each case by combining one of the at least one primary characteristic with the receiving characteristic.
Hinsichtlich eines Systems zum Bestimmen eines Betriebszustands einer Netzkomponente ist die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst. Danach umfasst das in Rede stehende System:
- ein erfindungsgemäßes System zum Bereitstellen von Referenzcharakteristika,
- eine Auswerteeinheit, die zum Empfangen und Auswerten eines PLC-Signals aus dem PLC-System ausgebildet ist,
- wobei die Auswerteeinheit zum Extrahieren eines Signalanteils aus dem PLC-Signal, der durch eine Rückwirkung der Netzkomponente auf das Energieversorgungsnetzwerk entstanden und in das PLC-Signal eingekoppelt ist, zum Erzeugen einer Anfrage an die Abfrageeinheit, zum Empfangen mindestens einer Referenzcharakteristik in Reaktion auf die Anfrage an die Abfrageeinheit, zum Vergleichen des Signalanteils mit einer oder mehreren der mindestens einen Referenzcharakteristik und zum Bestimmen des Betriebszustands der Netzkomponente basierend auf der Referenzcharakteristik, die dem extrahierten Signalanteil oder einer aus dem Signalteil gebildeten Charakteristik möglichst ähnlich ist, ausgebildet ist.
- a system according to the invention for providing reference characteristics,
- an evaluation unit designed to receive and evaluate a PLC signal from the PLC system,
- The evaluation unit for extracting a signal component from the PLC signal, which is caused by a reaction of the network component on the energy supply network and is coupled into the PLC signal, for generating a request to the interrogation unit, for receiving at least one reference characteristic in response to the request to the interrogation unit, for comparing the signal component with one or more of the at least one reference characteristic and for determining the operating state of the network component based on the reference characteristic which is as similar as possible to the extracted signal component or a characteristic formed from the signal component.
In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass auf die Vorzüge von Referenzcharakteristika, die auf bestimmte PLC-Knoten abgestimmt sind, nicht verzichtet werden muss, wenn die Qualität der Erzeugung der Referenzcharakteristik und die Nutzbarkeit der Referenzcharakteristika verbessert werden soll. Vielmehr ist es möglich, Messwerte über Rückwirkungen einer Netzkomponente „neutral“ mit einem geeigneten Messgerät zu erfassen, diese gemessenen Rückwirkungen dann auf bestimmte PLC-Knoten zu transformieren und in bereits transformierte Form beim Bestimmen von Zuständen von Netzkomponenten mittels eines PLC-Knotens zu verwenden. Es ist nämlich erkannt worden, dass PLC-Signale beim Empfang durch einen PLC-Knoten stets in ähnlicher Weise beeinflusst werden, sodass eine Empfangscharakteristik für diesen PLC-Knoten ermittelt und damit die Beeinflussung des empfangenen PLC-Signals durch den PLC-Knoten nachgebildet werden kann. Zu diesen Beeinflussungen gehören beispielsweise:
- 1. Beschränkte Auflösung über die Frequenz: PLC-Knoten ermitteln beispielsweise das SNR (Signal-zu-Rausch-Verhältnis) oder die verwendeten Modulationen trägerscharf, sodass diese Größen lediglich über die Breite eines Trägers und nicht in Bezug auf einzelne Frequenzen oder schmale Frequenzbänder bekannt sind. In einzelnen Fällen entspricht dies einer Messbandbreite von 24 kHz. Die Frequenzbreite eines Trägers definiert dann die Frequenzauflösung der Referenzcharakteristik. Eine verlässliche Nutzung der Referenzcharakteristik für andere PLC-Knoten mit geringerer Trägerbreite scheidet aus.
- 2. Beschränkte Auflösung der eigentlichen Messgröße: PLC-Knoten erfassen relevante Kenngrößen (beispielsweise SNR oder Modulation) in diskreten Stufen (Quantisierung). Die Stufenhöhe/-anzahl definiert die Genauigkeit der Referenzcharakteristik-Erzeugung.
- 3. Ungenauigkeit des Messverfahrens im PLC-Knoten: Das eingesetzte Messverfahren im PLC-Knoten ist von der Genauigkeit her mit hochpräziser Messtechnik nicht zu vergleichen, da hier zum Beispiel durch die verringerte Dynamik der Eingangswandler (Analog-zu-Digital-Wandler) stärkere Abstufungen aber auch größeres Rauschen in den Messungen vorkommen werden.
- 4. Verfälschung durch modemspezifischen Eingangskanal: Da PLC-Knoten primär zur Datenübertragung konstruiert und aufgebaut sind, wird der primäre Fokus auf die Übertragungseigenschaften gelegt. Im Umkehrschluss führt dies dazu, dass bei der direkten Aufnahme von Referenzcharakteristika, modemtypspezifischen Verfälschung mit in das Ergebnis einfließen, die im Nachhinein nicht mehr von der eigentlichen Referenzcharakteristik zu unterschieden sind. Dies führt dazu, dass ein und dieselbe Referenzcharakteristik, die von unterschiedlichen Modems aufgenommen wird, unterschiedlich aussieht, was sich auf die Qualität der Referenzcharakteristik negativ auswirkt.
- 1.Limited resolution based on the frequency: PLC nodes determine, for example, the SNR (signal-to-noise ratio) or the modulations used in precise carrier-specific fashion, so that these variables are only known across the width of a carrier and not in relation to individual frequencies or narrow frequency bands are. In individual cases this corresponds to a Measurement bandwidth of 24 kHz. The frequency width of a carrier then defines the frequency resolution of the reference characteristic. Reliable use of the reference characteristic for other PLC nodes with a smaller carrier width is ruled out.
- 2. Limited resolution of the actual measured variable: PLC nodes record relevant parameters (e.g. SNR or modulation) in discrete steps (quantization). The height / number of steps defines the accuracy of the reference characteristic generation.
- 3. Inaccuracy of the measurement method in the PLC node: The accuracy of the measurement method used in the PLC node cannot be compared with high-precision measurement technology, because here, for example, due to the reduced dynamics of the input transducers (analog-to-digital converters), stronger gradations but there will also be greater noise in the measurements.
- 4. Falsification by modem-specific input channel: Since PLC nodes are primarily designed and built for data transmission, the primary focus is on the transmission properties. Conversely, this leads to the fact that when reference characteristics are recorded directly, modem-type-specific falsification is included in the result, which can no longer be differentiated from the actual reference characteristic afterwards. This means that one and the same reference characteristic, which is recorded by different modems, looks different, which has a negative effect on the quality of the reference characteristic.
Zur Vermeidung derartiger beispielhaft aufgelisteter Beeinflussungen durch einen PLC-Knoten wird daher erfindungsgemäß ein Messgerät eingesetzt, das zum frequenz- und zeitaufgelösten Messen ausgebildet ist. Ein derartiges Messgerät ist dabei auf das Messen physikalischer Größen innerhalb des Energieversorgungsnetzwerks abgestimmt und kann daher für Messaufgaben optimiert werden. Damit kann in dem Messgerät eine hohe Eingangsdynamik und/oder eine höhere Frequenzauflösung realisiert werden als dies bei einem PLC-Knoten möglich ist. Ferner kann die Quantisierung der gemessenen Werte kleiner gewählt sein, wodurch das Quantisierungsrauschen reduziert werden kann. Dies führt insgesamt zu einer genaueren Aufnahme der Referenzcharakteristika und trägt damit zu einer Verbesserung bei der Verwendung der Referenzcharakteristika bei.In order to avoid such influences, which are listed by way of example, from a PLC node, a measuring device is therefore used according to the invention which is designed for frequency and time-resolved measurements. Such a measuring device is matched to the measurement of physical quantities within the energy supply network and can therefore be optimized for measurement tasks. In this way, high input dynamics and / or a higher frequency resolution can be implemented in the measuring device than is possible with a PLC node. Furthermore, the quantization of the measured values can be selected to be smaller, as a result of which the quantization noise can be reduced. Overall, this leads to a more precise recording of the reference characteristics and thus contributes to an improvement in the use of the reference characteristics.
Bei der erfindungsgemäßen Erzeugung einer Referenzcharakteristik wird in einem ersten Schritt eine Rückwirkung einer Netzkomponente gemessen, wobei sich die Netzkomponente in einem bekannten Betriebszustand befindet. Eine derartige Rückwirkung einer Netzkomponente auf das Energieversorgungsnetzwerk entsteht dadurch, dass die Netzkomponente mit Energie aus dem Energieversorgungsnetzwerk beaufschlagt wird oder Energie in das Energieversorgungsnetzwerk einspeist. Die Rückwirkung der Netzkomponente ergibt sich im Wesentlichen aus der Verschaltung und Ansteuerung der einzelnen Bauelemente, aus der die Netzkomponente zusammengesetzt ist. Insbesondere aktive Bauelemente, wie Transistoren, IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistor), Thyristoren, Triacs oder andere steuerbare Halbleiterelemente, rufen hierbei besonders gut nutzbare Signalanteile hervor. Wechselrichtersysteme, die beispielsweise eine Gleichspannung aus einem Photovoltaik-Modul zum Einspeisen in das Energieversorgungsnetzwerk in eine Wechselspannung umwandeln, koppeln Signalanteile in das Energieversorgungsnetzwerk ein, die einen charakteristischen Zeit- und Frequenzverlauf haben. Diese sind abhängig von dem Aufbau der Wechselrichterbrücke des Wechselrichters, den in der Wechselrichterbrücke verwendeten Halbleiterelementen, dem verwendeten PWM-Signal (Pulsweiten-moduliertes Signal) zur Ansteuerung der Wechselrichterbrücke, der Beschaltung der Bauelemente, der an dem Wechselrichter anliegenden Eingangsspannung und vielen weiteren Einflüssen. Diese beispielhafte Aufzählung gilt für viele andere Netzkomponenten entsprechend, wie ein Fachmann erkennen wird. Dadurch entsteht abhängig vom Aufbau der Netzkomponente eine charakteristische Rückwirkung auf das Energieversorgungsnetzwerk, die wie eine Art „elektrischer Fingerabdruck“ der Netzkomponente im Energieversorgungsnetzwerk wirkt. Die Rückwirkung ist zwar zusätzlich abhängig von den Toleranzen der einzelnen Bauelemente der Netzkomponente, dennoch bleibt ein bauartabhängiges Charakteristikum erhalten. Zudem ist die Rückwirkung abhängig von dem Betriebszustand der Netzkomponente. Ein fehlerfrei arbeitender Wechselrichter wird eine andere Rückwirkung auf das Energieversorgungsnetzwerk haben als beispielsweise ein Wechselrichter, bei dem ein Halbleiterelement in der Wechselrichterbrücke ausgefallen ist. Beim Messen der Rückwirkung der Netzkomponente bietet es sich an, wenn die Messungen weitgehend losgelöst von weiteren Störeinflüssen durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass in dem Teil des Energieversorgungsnetzwerks, das für die Versorgung der Netzkomponente während der Messung der Rückwirkung genutzt wird, vorzugsweise andere Einflüsse, wie beispielsweise PLC-Signale, Störungen anderer Netzkomponenten oder eingestreute Funksignale vollständig oder zumindest erheblich herausgefiltert worden sind. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die gemessene Rückwirkung auch tatsächlich von der Netzkomponente stammt.When generating a reference characteristic according to the invention, a reaction of a network component is measured in a first step, the network component being in a known operating state. Such a reaction of a network component on the energy supply network arises from the fact that the network component is supplied with energy from the energy supply network or feeds energy into the energy supply network. The reaction of the network component results essentially from the interconnection and control of the individual components from which the network component is composed. In particular, active components, such as transistors, IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistor), thyristors, triacs or other controllable semiconductor elements, produce particularly useful signal components. Inverter systems that convert, for example, a direct voltage from a photovoltaic module into an alternating voltage for feeding into the energy supply network, couple signal components into the energy supply network that have a characteristic time and frequency curve. These depend on the structure of the inverter bridge of the inverter, the semiconductor elements used in the inverter bridge, the PWM signal (pulse width modulated signal) used to control the inverter bridge, the wiring of the components, the input voltage applied to the inverter and many other influences. This exemplary enumeration applies correspondingly to many other network components, as a person skilled in the art will recognize. Depending on the structure of the network components, this creates a characteristic reaction on the energy supply network, which acts like a kind of "electrical fingerprint" of the network component in the energy supply network. The reaction is also dependent on the tolerances of the individual components of the network component, but a type-dependent characteristic is retained. In addition, the reaction depends on the operating status of the network component. A faultlessly working inverter will have a different effect on the energy supply network than, for example, an inverter in which a semiconductor element in the inverter bridge has failed. When measuring the reaction of the network component, it is advisable if the measurements are carried out largely independently of other interfering influences. This means that in the part of the energy supply network that is used to supply the network components during the measurement of the reaction, preferably other influences, such as PLC signals, interference from other network components or radio signals that are interspersed, have been completely or at least significantly filtered out. In this way it can be ensured that the measured reaction actually originates from the network component.
Durch Messen der Rückwirkung der Netzkomponente erzeugt das Messgerät eine Vielzahl von Messwerten, die als gemessene Rückwirkung der Netzkomponente bei der Erzeugung einer Primärcharakteristik verwendet werden. Diese gemessenen Rückwirkungen können ein Frequenzspektrum von einer unteren Grenzfrequenz zu einer oberen Grenzfrequenz zu einem definierten Zeitpunkt umfassen. Dabei kann dieser definierte Zeitpunkt ein bestimmter Zeitpunkt während einer Periode der Versorgungsspannung des Energieversorgungsnetzwerks sein, wie beispielsweise ein Nulldurchgang oder ein Scheitelpunkt der Versorgungsspannung. Der definierte Zeitpunkt kann jedoch auch durch andere Ereignisse definiert sein, beispielsweise der Beginn eines besonders charakteristischen Störereignisses oder das Auftreten einer Spannung bei einer bestimmten Frequenz. Zusätzlich oder alternativ können die gemessenen Rückwirkungen einen zeitlichen Verlauf darstellen, der über eine vordefinierte Zeitspanne erfasst wird. Diese vordefinierte Zeitspanne kann beispielsweise wenige oder mehrere Millisekunden lang sein oder - sofern daraus besondere Charakteristika einer Netzkomponente erschließbar sind - sogar mehrere Perioden der Spannung des Energieversorgungsnetzwerks umfassen.By measuring the reaction of the network component, the measuring device generates a multitude of measured values that are used as the measured reaction of the network component when generating a primary characteristic. These measured feedback effects can include a frequency spectrum from a lower limit frequency to an upper limit frequency at a defined point in time. This defined point in time can be a specific point in time during a period of the supply voltage of the energy supply network, such as, for example, a zero crossing or a peak of the supply voltage. The defined point in time can, however, also be defined by other events, for example the start of a particularly characteristic disturbance event or the occurrence of a voltage at a specific frequency. Additionally or alternatively, the measured feedback effects can represent a time curve that is recorded over a predefined period of time. This predefined time span can, for example, be a few or several milliseconds long or - if special characteristics of a network component can be deduced from it - even include several periods of the voltage of the energy supply network.
Aus der gemessenen Rückwirkung wird in einem weiteren Schritt eine Primärcharakteristik der Netzkomponente erzeugt. Diese Primärcharakteristik spiegelt ein charakteristisches Verhalten der Netzkomponente in dem aktuellen Betriebszustand der Netzkomponente wider und ist gleichzeitig ein „neutrales“ Abbild der Rückwirkung der Netzkomponente ohne signifikante Beeinflussung durch das Messgerät. Insbesondere ist die Primärcharakteristik nicht durch Empfangseigenschaften eines PLC-Knotens beeinflusst.In a further step, a primary characteristic of the network component is generated from the measured feedback. This primary characteristic reflects a characteristic behavior of the network component in the current operating state of the network component and is at the same time a "neutral" image of the reaction of the network component without any significant influence from the measuring device. In particular, the primary characteristic is not influenced by the reception properties of a PLC node.
Damit die ermittelte Charakteristik dennoch für eine Zustandserkennung mittels PLC-Knoten unmittelbar verwendbar ist, wird in einem weiteren Schritt erfindungsgemäß die Primärcharakteristik in eine Referenzcharakteristik umgewandelt. Dies geschieht dadurch, dass die Primärcharakteristik mit einer Empfangscharakteristik eines PLC-Knotens, mit dem später die Bestimmung eines Betriebszustands durchgeführt werden soll, kombiniert wird. Eine Empfangscharakteristik spiegelt dabei die Beeinflussung eines PLC-Signals durch den PLC-Knoten bei dem Empfang des PLC-Signals wider. Diese Empfangscharakteristik repräsentiert beispielsweise eine Frequenzquantisierung in Träger, die für die Übertragung von PLC-Signalen durch den PLC-Knoten verwendet werden, oder eine Amplitudenquantisierung, mit der Größen wie Spannungen, SNR oder Modulationsstufen erfasst werden. Diese Empfangscharakteristik lässt sich durch eine Übertragungsfunktion H beschreiben, die meist die Frequenz als Variable hat. Eine Kombination der Primärcharakteristik mit dieser Empfangscharakteristik kann dann im Zeitbereich eine Faltung der Primärcharakteristik mit der Übertragungsfunktion H umfassen:
Wie eine derart bestimmte Referenzcharakteristik genutzt werden kann, kann beispielsweise der
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Primärcharakteristika der Netzkomponente für mehrere bekannte Betriebszustände erzeugt. Gegebenenfalls können ergänzend zu den Primärcharakteristika jeweils Referenzcharakteristika erzeugt werden. In beiden Fällen umfassen die mehreren Betriebszustände vorzugsweise mindestens einen Normalbetriebszustand und mindestens einen Fehlerzustand der Netzkomponente. Ein Normalbetriebszustand kann verschiedene Zustände umfassen, die als fehlerfrei bezeichnet werden können. So kann beispielsweise bei einem Wechselrichter ein Normalbetriebszustand durch einen Betrieb des Wechselrichters ohne angeschlossene Last und ein anderer Normalbetriebszustand durch einen Betrieb des Wechselrichters mit einer innerhalb eines Nennbereichs dimensionierten Last umfassen. Ein Fehlerbetrieb kann vorliegen, wenn in diesem Beispiel eine Diode einer Gleichrichterstufe des Wechselrichters defekt ist, ein Filterelement des Eingangsfilters nicht mehr korrekt arbeitet oder ein Halbleiterelement in der Wechselrichterbrücke defekt ist. Je nach Betriebszustand wird die Netzkomponente dann eine für den Betriebszustand charakteristische Rückwirkung erzeugen, die sich wiederum in der Primärcharakteristika bzw. der Referenzcharakteristik niederschlägt.In a further development of the method according to the invention, primary characteristics of the network component are generated for several known operating states. If necessary, reference characteristics can be generated in addition to the primary characteristics. In both cases, the multiple operating states preferably include at least one normal operating state and at least one fault state of the network component. A normal operating state can include various states that can be referred to as error-free. For example, in the case of an inverter, a normal operating state can be comprised of operation of the inverter without a connected load and another normal operating state of operation of the inverter with a load dimensioned within a nominal range. Faulty operation can exist if, in this example, a diode in a rectifier stage of the inverter is defective, a filter element of the input filter is no longer working correctly or a semiconductor element in the inverter bridge is defective. Depending on the operating state, the network component will then generate a reaction that is characteristic of the operating state, which in turn is reflected in the primary characteristics or the reference characteristic.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Schritts des Messens einer Rückwirkung wird mindestens eine Größe gemessen, die aus dem Beaufschlagen der Netzkomponenten mit Energie aus dem Energieversorgungsnetzwerk oder einem Speisen von Energie in das Energieversorgungsnetzwerk resultiert. Diese mindestens eine Größe kann durch verschiedenste physikalische Größen gebildet sein, die eine charakteristische Rückwirkung eine Netzkomponente auf das Energieversorgungsnetzwerk hervorrufen bzw. anzeigen können. Vorzugsweise sind diese Größen durch eine Spannung und/oder eine Stromstärke bei einer Frequenz oder mehreren Frequenzen gebildet. Das Erfassen der physikalischen Größe bei einer einzelnen Frequenz kann dann sinnvoll sein, wenn bekannt ist, dass die Netzkomponente bei einer dedizierten Frequenz eine charakteristische Rückwirkung auf das Energieversorgungsnetzwerk aufweist. In vielen Fällen wird jedoch ein Frequenzbereich zu betrachten sein, der von einer unteren zu einer oberen Grenzfrequenz reicht. Es ist auch denkbar, dass mehrere nicht zusammenhängende Frequenzbereiche betrachtet werden.In a preferred embodiment of the step of measuring a reaction, at least one variable is measured that results from the charging of the network components with energy from the energy supply network or from feeding energy into the energy supply network. This at least one variable can be formed by the most varied of physical variables which can cause or indicate a characteristic reaction of a network component on the energy supply network. These variables are preferably formed by a voltage and / or a current intensity at one frequency or a plurality of frequencies. Detecting the physical variable at a single frequency can be useful if it is known that the network component at a dedicated frequency has a characteristic effect on the energy supply network. In many cases, however, a frequency range will have to be considered which extends from a lower to an upper limit frequency. It is also conceivable that several non-contiguous frequency ranges are considered.
Bei dem Schritt des Messens einer Rückwirkung können in einer Weiterbildung mehrere Messungen der Rückwirkung durchgeführt werden. Diese mehreren Messungen werden dabei zu unterschiedlichen Zeiten und vorzugsweise über einen vordefinierten Frequenzbereich vorgenommen. Damit die gemessenen Rückwirkungen vergleichbar bleiben, sollte sich der Betriebszustand der Netzkomponente über die mehreren Messungen hinweg nicht verändern. Die unterschiedlichen Zeitpunkte können dabei verschiedentlich gewählt werden. So können die mehreren Zeitpunkte einen festen zeitlichen Abstand zueinander aufweisen, beispielsweise die Länge einer oder mehrerer Perioden der Versorgungsspannung des Energieversorgungsnetzwerks. Da bei der späteren Verwendung der Referenzcharakteristika jedoch nicht stets definierte relative Phasenlagen zu der Versorgungsspannung gewährleistet sein werden, können die mehreren Messungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten auch weitgehend beliebig gewählt und ausgelöst werden.In a further development, several measurements of the reaction can be carried out in the step of measuring a reaction. These multiple measurements are made at different times and preferably over a predefined frequency range. To ensure that the measured feedback remains comparable, the operating state of the network component should not change over the several measurements. The different times can be selected differently. The multiple points in time can thus have a fixed time interval from one another, for example the length of one or more periods of the supply voltage of the energy supply network. However, since defined relative phase positions to the supply voltage are not always guaranteed when the reference characteristics are used later, the multiple measurements at different times can also be selected and triggered largely as desired.
Wie konkret das Messgerät, mit dem die Rückwirkung der Netzkomponente in dem Schritt des Messens der Rückwirkung gemessen wird, ausgebildet ist, ist nicht von entscheidender Bedeutung. Das Messgerät sollte jedoch deutlich bessere Auflösungen sowohl im Frequenz- als auch im Zeitbereich als auch bei der Amplitudenquantisierung liefern können. Vorzugsweise ist das Messgerät dazu ausgebildet, hochauflösende Messwerte der Rückwirkung zu erzeugen. Dabei sind die Messwerte vorzugsweise sowohl in ihrer Amplitude als auch in ihrem Spektrum hoch aufgelöst. Was eine hohe Auflösung im konkreten Fall bedeutet, wird von der jeweils gemessenen Größe abhängen. Vorzugsweise sind die Messwerte jedoch mit mindestens 16 Bit, besonders bevorzugte Weise mit mindestens 32 Bit großen Zahlen repräsentiert. Bei einer n Bit großen Zahl ergeben sich dadurch 2n Amplituden- bzw. Frequenzstufen. Ganz besonders bevorzugter Weise ist das Messgerät durch einen Spektrum-Analyzer gebildet.The specific design of the measuring device with which the reaction of the network component is measured in the step of measuring the reaction is not of decisive importance. However, the measuring device should be able to deliver significantly better resolutions both in the frequency and in the time domain as well as in the amplitude quantization. The measuring device is preferably designed to generate high-resolution measured values of the reaction. The measured values are preferably highly resolved both in terms of their amplitude and in terms of their spectrum. What a high resolution means in a specific case will depend on the size measured in each case. Preferably, however, the measured values are represented with at least 16 bits, particularly preferably with numbers that are at least 32 bits large. With an n-bit number, this results in 2 n amplitude or frequency levels. The measuring device is very particularly preferably formed by a spectrum analyzer.
Vorzugsweise wird der Schritt des Messens von Rückwirkungen in einem Energieversorgungsnetzwerk bzw. einen Teil eines Energieversorgungsnetzwerks durchgeführt, bei dem Rückwirkungen anderer Netzkomponenten ungleich der zu vermessenden Netzkomponente praktisch nicht vorhanden sind. Dies kann dadurch erreicht werden, dass mittels Filter oder anderen Schutzmaßnahmen über das Energieversorgungsnetzwerk empfangene Störsignale herausgefiltert werden.The step of measuring feedback is preferably carried out in an energy supply network or a part of an energy supply network, in which feedback from other network components other than the network component to be measured is practically non-existent. This can be achieved by filtering out interference signals received via the energy supply network by means of filters or other protective measures.
Bei dem Erzeugen der Primärcharakteristik werden vorzugsweise Messwerte aus mehreren Messungen miteinander kombiniert. Diese Kombination von Messwerten erfolgt vorzugsweise durch eine Mittelwertbildung oder Bestimmung eines durch die Messwerte abgedeckten Bereichs. Dabei werden vorzugsweise stets die Messwerte miteinander kombiniert, die einander entsprechen. Üblicherweise werden das die Messwerte sein, die einer gleichen Frequenz oder einem gleichen Frequenzbereich entstammen. Bei einer Mittelwertbildung würden alle sich entsprechenden Messwerte in eine Mittelwertbildung einbezogen, indem beispielsweise alle Messwerte aufsummiert und die Summe durch die Anzahl der Messwerte geteilt wird. Statt dieses arithmetischen Mittels wären prinzipiell auch andere Mittelwertbildungen denkbar. Da eine Primärcharakteristika üblicherweise eine frequenzabhängige Kennlinie darstellen wird, würde die Mittelwertbildung über das gesamte Spektrum der Primärcharakteristika wiederholt. Entsprechendes gilt für eine Bereichsbildung, bei der der niedrigste Messwert einer bestimmten Frequenz oder eines Frequenzbereichs eine jeweils untere Bereichsgrenze und der höchste Messwert dieser Frequenz bzw. dieses Frequenzbereichs eine jeweils obere Bereichsgrenze darstellt.When generating the primary characteristic, measured values from several measurements are preferably combined with one another. This combination of measured values is preferably carried out by averaging or determining a range covered by the measured values. The measured values that correspond to one another are preferably always combined with one another. Usually these will be the measured values that come from the same frequency or the same frequency range. In the case of an averaging, all corresponding measured values would be included in an averaging, for example by adding up all of the measured values and dividing the sum by the number of measured values. Instead of this arithmetic mean, other mean value formations would in principle also be conceivable. Since a primary characteristic will usually represent a frequency-dependent characteristic curve, the averaging would be repeated over the entire spectrum of the primary characteristics. The same applies to a range formation in which the lowest measured value of a specific frequency or a frequency range represents a respective lower range limit and the highest measured value of this frequency or this frequency range represents a respective upper range limit.
In einer Weiterbildung kann eine Datenbank bereitgestellt werden, in der die erzeugten Primärcharakteristika samt dem jeweils zugehörenden Betriebszustand abgespeichert werden. Ergänzend wären Informationen hilfreich, die die erfasst Primärcharakteristik der zugehörenden Netzkomponente zuordenbar macht. Diese Information kann beispielsweise eine Modellnummer oder eine Seriennummer sein. Es ist auch möglich, dass diese Information auf eine weitere Datenbank verweist, in der weitere Informationen der Netzkomponente gespeichert sind, beispielsweise der Hersteller, das Modell, das Produktionsjahr, eventuelle besonderen Merkmale, etc. Die Datenbank für die Primärcharakteristika kann ergänzend Empfangscharakteristika abspeichern, die gemeinsam mit den Primärcharakteristika zum Berechnen der Referenzcharakteristika genutzt werden. Alternativ können die Empfangscharakteristika auch in einer weiteren Datenbank abgelegt sein.In a further development, a database can be provided in which the generated primary characteristics are stored together with the respective associated operating status. In addition, information would be helpful that makes it possible to assign the recorded primary characteristic to the associated network component. This information can be, for example, a model number or a serial number. It is also possible that this information refers to a further database in which further information of the network component is stored, for example the manufacturer, the model, the year of production, any special features, etc. The database for the primary characteristics can additionally store reception characteristics that can be used together with the primary characteristics to calculate the reference characteristics. Alternatively, the reception characteristics can also be stored in a further database.
Ein erfindungsgemäßes System zum Erzeugen von Referenzcharakteristika einer Netzkomponente, die für das Bestimmen eines Betriebszustands der Netzkomponenten nutzbar sind, ist mit dem nebengeordneten Anspruch beschrieben. Dieses System kann insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt werden. Das System umfasst ein Datenbanksystem, eine Abfrageeinheit und eine Konvertierungseinheit. Das Datenbanksystem umfasst mindestens eine Datenbank, die eine Vielzahl von Primärcharakteristika und mehrere Empfangscharakteristika speichert. Dabei kann für die Primärcharakteristika und die Empfangscharakteristika jeweils eine eigene Datenbank vorgesehen sein. Allerdings kann auch eine Datenbank sowohl die Primärcharakteristika als auch die Empfangscharakteristika als auch eventuell weitere Informationen speichern.A system according to the invention for generating reference characteristics of a network component which can be used for determining an operating state of the network components is described with the independent claim. This system can be used in particular to carry out a method according to the invention. The system comprises a database system, a query unit and a conversion unit. The database system comprises at least one database which stores a large number of primary characteristics and several reception characteristics. A separate database can be provided for the primary characteristics and the reception characteristics. However, a database can also store both the primary characteristics and the reception characteristics as well as possibly further information.
Jede der Primärcharakteristika repräsentiert eine charakteristische Rückwirkung einer Netzkomponente in einem bekannten Betriebszustand in Reaktion auf das Energieversorgungsnetzwerk. Dies bedeutet, dass für eine Netzkomponente üblicherweise mehrere Referenzcharakteristika benötigt werden, um verschiedene Betriebszustände der Netzkomponente abzubilden. Jede Empfangscharakteristik spiegelt die Beeinflussung eines PLC-Signals durch einen PLC-Knoten bei dem Empfang des PLC-Signals wider.Each of the primary characteristics represents a characteristic reaction of a network component in a known operating state in response to the energy supply network. This means that several reference characteristics are usually required for a network component in order to map different operating states of the network component. Each reception characteristic reflects the influence of a PLC node on a PLC signal when the PLC signal is received.
Die Abfrageeinheit ist dazu ausgebildet, basierend auf einer empfangenen Anfrage mindestens eine Primärcharakteristika und/oder eine Empfangscharakteristik aus dem Datenbanksystem zu laden und an die Konvertierungseinheit zu übergeben. Die Konvertierungseinheit ist dazu ausgebildet, durch Kombination der mindestens einen Primärcharakteristika mit der Empfangscharakteristik jeweils eine Referenzcharakteristik zu bilden. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Datenbanksystem und/ oder die Abfrageeinheit und/oder die Konvertierungseinheit auf einem Server oder einem Servicesystem getrieben werden.The query unit is designed to load at least one primary characteristic and / or one receiving characteristic from the database system based on a received query and to transfer it to the conversion unit. The conversion unit is designed to form a reference characteristic in each case by combining the at least one primary characteristic with the receiving characteristic. In a preferred embodiment, the database system and / or the query unit and / or the conversion unit can be operated on a server or a service system.
Zusätzlich kann das System ein Messgerät aufweisen, das zum Messen von Rückwirkungen einer Netzkomponente in bekanntem Betriebszustand ausgebildet ist. Dieses Messgerät erzeugt Messwerte, die eine gemessene Rückwirkung repräsentieren. Eine Verarbeitungseinheit, die eine zusätzliche Komponente des Systems sein kann, kann aus den gemessenen Rückwirkungen eine Primärcharakteristik erzeugen. Diese Primärcharakteristik kann danach in dem Datenbanksystem abgelegt werden. Hierbei könnten zusätzliche Informationen zu der Netzkomponente und dem bekannten Betriebszustand hinterlegt werden.In addition, the system can have a measuring device which is designed to measure the effects of a network component in a known operating state. This measuring device generates measured values that represent a measured reaction. A processing unit, which can be an additional component of the system, can generate a primary characteristic from the measured feedback. This primary characteristic can then be stored in the database system. Additional information on the network component and the known operating status could be stored here.
Das erfindungsgemäße System zum Erzeugen von Referenzcharakteristika kann Bestandteil eines erfindungsgemäßen Systems zum Bestimmen eines Betriebszustands einer Netzkomponente in einem Energieversorgungsnetzwerk unter Verwendung eines PLC-Systems sein. Ein derartiges System ist in einem weiteren nebengeordneten Anspruch beschrieben. Die Grundzüge des Bestimmens des Betriebszustands einer Netzkomponente basierend auf Referenzcharakteristika sind in der bereits angesprochenen
Bei einem bevorzugten Betrieb dieses erfindungsgemäßen Systems extrahiert die Auswerteeinheit einen Signalanteil aus einem empfangenen PLC-Signal, der durch eine Rückwirkung der Netzkomponente auf das Energieversorgungsnetzwerk entstanden und in das PLC-Signal eingekoppelt worden ist. Zusätzlich ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, eine Anfrage an die Abfrageeinheit zu erzeugen. Die Abfrageeinheit lädt in Reaktion auf die empfangene Anfrage mindestens eine Primärcharakteristik und gegebenenfalls eine Empfangscharakteristik aus dem Datenbanksystem und übergibt die geladenen Charakteristika an die Konvertierungseinheit. Die Konvertierungseinheit erzeugt aus den empfangenen Charakteristika mindestens eine Referenzcharakteristik und gibt diese mindestens eine Referenzcharakteristik - eventuell über die Abfrageeinheit - an die Auswerteeinheit zurück. Die Auswerteeinheit empfängt die mindestens eine Referenzcharakteristik, die in Reaktion auf die Anfrage erzeugt worden sind. Die Auswerteeinheit kann die empfangene mindestens eine Referenzcharakteristik in einem Speicher ablegen (und dauerhaft oder zumindest längerfristig bereithalten) oder lediglich einmalig für die Bewertung des empfangenen PLC-Signals verwenden. In einem nächsten Schritt dieses bevorzugten Betriebs vergleicht die Auswerteeinheit den extrahierten Signalanteil mit einer oder mehreren der mindestens einen Referenzcharakteristik, die in Reaktion auf die eigene Anfrage erzeugt worden sind. Basierend auf diesem Vergleich wird die Referenzcharakteristik bestimmt, die dem extrahierten Signalanteil oder einer aus dem Signalanteil gebildeten Charakteristik möglichst ähnlich ist. Da jede Referenzcharakteristik einem bekannten Betriebszustand einer Netzkomponente entspricht, kann aus der bestimmten Referenzcharakteristik der Betriebszustand der Netzkomponente bestimmt werden.In a preferred mode of operation of this system according to the invention, the evaluation unit extracts a signal component from a received PLC signal that was created by a reaction of the network component on the energy supply network and that was coupled into the PLC signal. In addition, the evaluation unit is designed to generate a query to the query unit. In response to the received request, the query unit loads at least one primary characteristic and, if necessary, a reception characteristic from the database system and transfers the loaded characteristics to the conversion unit. The conversion unit generates at least one reference characteristic from the received characteristics and returns this at least one reference characteristic - possibly via the interrogation unit - back to the evaluation unit. The evaluation unit receives the at least one reference characteristic that has been generated in response to the query. The evaluation unit can store the received at least one reference characteristic in a memory (and hold it permanently or at least for a longer period of time) or use it only once for evaluating the received PLC signal. In a next step of this preferred operation, the evaluation unit compares the extracted signal component with one or more of the at least one reference characteristic that has been generated in response to its own query. Based on this comparison, the reference characteristic is determined which is as similar as possible to the extracted signal component or a characteristic formed from the signal component. Since each reference characteristic corresponds to a known operating state of a network component, the specific Reference characteristic of the operating state of the network component can be determined.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, während eines Initialisierungsschrittes eine Initialisierungsanfrage an die Abfrageeinheit zu senden. Dieser Initialisierungsschritt kann bei Inbetriebnahme oder bei Einschalten eines PLC-Knotens, deren Bestandteil die Auswerteeinheit sein kann, durchgeführt werden. In diesem Initialisierungsschritt kann die Auswerteeinheit alle wesentlichen Informationen sammeln, die während des Betriebs der Auswerteeinheit benötigt werden und sich aller Voraussicht nach nicht oder nur in großen Zeitabständen ändern. Zu diesen Informationen, die während des Initialisierungsschrittes gesammelt werden, können die benötigten Referenzcharakteristika zählen. Da ein PLC-Knoten eine weitgehend unveränderliche Empfangscharakteristik aufweisen wird und die Primärcharakteristika lediglich selten geändert oder ergänzt werden dürften, wird es in der Praxis genügen, wenn diese Informationen einmalig oder mit relativ großen Zeitabständen, beispielsweise mehrere Tage, einige Wochen oder gar einige Monate, geladen und in einen vorzugsweise nicht-flüchtigen Speicher abgelegt werden.In a preferred development, the evaluation unit is designed to send an initialization request to the query unit during an initialization step. This initialization step can be carried out during commissioning or when switching on a PLC node, which can be part of the evaluation unit. In this initialization step, the evaluation unit can collect all of the essential information that is required during operation of the evaluation unit and that is unlikely to change or will only change at large time intervals. This information, which is collected during the initialization step, can include the required reference characteristics. Since a PLC node will have largely unchangeable reception characteristics and the primary characteristics should only rarely be changed or supplemented, it will be sufficient in practice if this information is provided once or at relatively long time intervals, for example several days, a few weeks or even a few months, loaded and stored in a preferably non-volatile memory.
In Reaktion auf diese Initialisierungsanfrage kann die Abfrageeinheit dazu ausgebildet sein, mehrere Primärcharakteristika aus dem Datenbanksystem zu laden und als geladene Primärcharakteristika bereitzuhalten.In response to this initialization query, the query unit can be designed to load a plurality of primary characteristics from the database system and to keep them ready as loaded primary characteristics.
In einer Weiterbildung dieses Systems kann die Initialisierungsanfrage Informationen über den PLC-Knoten umfassen. Diese Information kann beispielsweise eine Typenkennung, eine Seriennummer, eine MAC-ID (Medium Access Control Identifier) und/ oder eine andere eindeutig einem Gerät zuordenbare Information sein. Die Abfrageeinheit kann dazu ausgebildet sein, basierend auf den Informationen über den PLC-Knoten eine Empfangscharakteristik zu laden oder abzufragen und als geladenen Empfangscharakteristik bereitzuhalten.In a further development of this system, the initialization request can include information about the PLC node. This information can be, for example, a type identifier, a serial number, a MAC-ID (Medium Access Control Identifier) and / or some other piece of information that can be uniquely assigned to a device. The query unit can be designed to load or query a reception characteristic based on the information about the PLC node and to hold it ready as a loaded reception characteristic.
Die Abfrageeinheit kann die geladenen Primärcharakteristika und die geladene Empfangscharakteristik an eine Konvertierungseinheit übergeben, die durch jeweilige Kombination der geladenen Primärcharakteristika mit der geladenen Empfangscharakteristik mehrere Referenzcharakteristika erzeugt. Auf diese Weise entstehen Referenzcharakteristika, die auf den PLC-Knoten, dessen Identifikationsinformationen in der Initialisierungsanfrage enthalten waren, zugeschnitten sind und ohne weiteres zur Auswertung von empfangenen und extrahierten Signalanteilen verwendet werden kann. Diese Referenzcharakteristika können dann - vorzugsweise über die Abfrageeinheit - an die Auswerteeinheit übertragen werden.The interrogation unit can transfer the loaded primary characteristics and the loaded receiving characteristic to a conversion unit which generates a plurality of reference characteristics by combining the loaded primary characteristics with the loaded receiving characteristic. In this way, reference characteristics are created which are tailored to the PLC node whose identification information was contained in the initialization request and which can easily be used to evaluate received and extracted signal components. These reference characteristics can then be transmitted to the evaluation unit, preferably via the interrogation unit.
In einer anderen Weiterbildung dieses Systems enthält die Initialisierungsanfrage keine Informationen über den PLC-Knoten. In dieser Weiterbildung kann die Auswerteeinheit die geladenen Primärcharakteristika an die Auswerteeinheit übertragen. Die Auswerteeinheit lädt dann eine Empfangscharakteristik oder frägt diese ab. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Auswerteeinheit Zugriff auf einen Speicher mit einer Empfangscharakteristik hat. Da sich die Empfangscharakteristik eines PLC-Knotens üblicherweise nicht ändern wird, kann die Empfangscharakteristik fest in den PLC-Knoten programmiert und der Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt werden. Allerdings kann die Auswerteeinheit auch eine dedizierte Anfrage an eine Datenbank, beispielsweise einer Datenbank des erfindungsgemäß verwendeten Datenbanksystems, senden und die Empfangscharakteristik selbst abfragen. Unabhängig von der Art, wie die Empfangscharakteristik angefragt wird, empfängt die Auswerteeinheit eine geladene Empfangscharakteristik. Die Auswerteeinheit übergibt die geladene Primärcharakteristika und die geladene Empfangscharakteristik an die Konvertierungseinheit, die durch jeweilige Kombination der geladenen Primärcharakteristika mit der geladenen Empfangscharakteristik mehrere Referenzcharakteristika erzeugt und die mehreren Referenzcharakteristika an die Auswerteeinheit zurückgibt.In another development of this system, the initialization request does not contain any information about the PLC node. In this development, the evaluation unit can transmit the loaded primary characteristics to the evaluation unit. The evaluation unit then loads or queries a reception characteristic. This can be done, for example, in that the evaluation unit has access to a memory with a reception characteristic. Since the reception characteristics of a PLC node will usually not change, the reception characteristics can be permanently programmed in the PLC node and made available to the evaluation unit. However, the evaluation unit can also send a dedicated query to a database, for example a database of the database system used according to the invention, and query the reception characteristics itself. Regardless of the way in which the reception characteristic is queried, the evaluation unit receives a charged reception characteristic. The evaluation unit transfers the charged primary characteristics and the charged reception characteristic to the conversion unit, which generates several reference characteristics by combining the charged primary characteristics with the charged reception characteristic and returns the several reference characteristics to the evaluation unit.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit und/oder die Konvertierungseinheit Bestandteil eines PLC-Knotens oder ist diesem zugeordnet. Dabei würde jeder PLC-Knoten des erfindungsgemäßen PLC-Systems, der zur Bestimmung eines Betriebszustands basierend auf Referenzcharakteristika ausgebildet ist, eine Auswerteeinheit und/oder eine Konvertierungseinheit enthalten oder es wäre diesem eine Auswerteeinheit und/oder eine Konvertierungseinheit zugeordnet.In a particularly preferred embodiment, the evaluation unit and / or the conversion unit is part of a PLC node or is assigned to it. Each PLC node of the PLC system according to the invention, which is designed to determine an operating state based on reference characteristics, would contain an evaluation unit and / or a conversion unit, or an evaluation unit and / or a conversion unit would be assigned to it.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den nebengeordneten Ansprüchen nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
-
1 ein Diagramm mit einem Messwertverlauf einer Rückwirkung sowie einer mittels PLC-Knoten ermittelter Referenzcharakteristik gemäß Stand der Technik, -
2 das Diagramm nach 1 mit einigen Ergänzungen zur Verdeutlichung von Ungenauigkeiten bei der Bestimmung von Referenzcharakteristika mittels PLC-Knoten, -
3 ein Diagramm mit mehreren Messwertverläufen einer Rückwirkung eines Netzknotens, -
4 ein Diagramm mit einer ausden Messwerten gemäß 3 gebildeten Primärcharakteristik durch Mittelwertbildung (4A) bzw. durch Bereichsbildung (4B) , -
5 Diagramme zur Veranschaulichung der Bildung einer Referenzcharakteristik aus einer Primärcharakteristik unter Verwendung einer ersten Empfangscharakteristik, -
6 Diagramme zur Veranschaulichung der Bildung einer Referenzcharakteristik aus einer Primärcharakteristika unter Verwendung einer zweiten Empfangscharakteristik, -
7 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Systems zum Bestimmen eines Betriebszustands einer Netzkomponente und -
8 ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Systems zum Bestimmen eines Betriebszustands einer Netzkomponente.
-
1 a diagram with a measured value curve of a reaction as well as a reference characteristic determined by means of a PLC node according to the state of the art, -
2 the diagram according to1 with some additions to clarify Inaccuracies in the determination of reference characteristics using PLC nodes, -
3 a diagram with several measured value curves of a reaction of a network node, -
4th a diagram with one of the measured values according to3 primary characteristic formed by averaging (4A) or through area formation (4B) , -
5 Diagrams to illustrate the formation of a reference characteristic from a primary characteristic using a first reception characteristic, -
6th Diagrams to illustrate the formation of a reference characteristic from a primary characteristic using a second reception characteristic, -
7th a block diagram of a first embodiment of a system according to the invention for determining an operating state of a network component and -
8th a block diagram of a second embodiment of a system according to the invention for determining an operating state of a network component.
Anhand der
In
Anhand der
Bei Erzeugung einer Primärcharakteristik müssen diese Abweichungen entsprechend berücksichtigt werden. Anhand der
Bei den
Die Auswerteeinheit
Insbesondere bei sehr vielen Referenzcharakteristika kann es sinnvoll sein, wenn nicht sämtliche in Frage kommenden Referenzcharakteristika vorab geladen werden. Vielmehr kann die Auswerteeinheit dazu ausgebildet sein, lediglich einen Teil relevanter Referenzcharakteristika abzufragen. Dazu ist es denkbar, dass die Auswerteeinheit
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zum Bestimmen eines Betriebszustands, das in
Insgesamt kann damit die Erzeugung der Referenzcharakteristika in drei Schritte untergliedert werden:
- 1. Schritt: Hochauflösende Erfassung Mittels bewährter Messtechnik (z.B. Spektrum Analyzer) wird die relevante Messgröße (z.B. leitungsgeführte Störung) hochauflösend und quasi neutral erfasst. Da Zustände in Abhängigkeit ihrer Ausprägung leicht unterschiedliche Messergebnisse liefern, sieht das neue Verfahren vor, dass mehrere unterschiedliche Ausprägungen eines Zustandes (z.B. unterschiedliche ausgeprägte Schirmfehler an einem Mittelspannungskabel oder unterschiedliche Anlagen mit gleichem Fehlertyp) aufgenommen werden.
- 2. Schritt: Erzeugung eines Primärabdrucks In einem zweiten Schritt wird aus den Einzelaufnahmen eine Primärcharakteristik erzeugt. Dabei bieten sich unterschiedliche Ansätze zur Aggregation der Einzelaufnahmen an. Unter anderem können dies sein: Mittelwertbildung, Bereichsbildung zwischen Minimum und Maximum, ...
- 3. Schritt: Transformation in eine gerätespezifische Referenzcharakteristik In einem dritten Schritt erfolgt nun die Transformation der Primärcharakteristik in eine gerätespezifische Referenzcharakteristik. Im Transformationsprozess wird die Primärcharakteristik mit den erfassbaren Eigenschaften des jeweiligen Modemtyps verrechnet. Diese Eigenschaften H(f) - hier als Empfangscharakteristik bezeichnet - sind für jeden Gerätetyp definierbar. Hierbei werden die horizontale Auflösung der Primärcharakteristik an die Auflösung des Modems angepasst (Frequenzschrittweite). Zusätzlich kann die Primärcharakteristik mit anderen modemspezifische Charakteristika, wie Eingangsbeschaltung (Signalfilterung und Schutzbeschaltung), die bei der Übertragung einen bekannten Bestandteil des kompletten Übertragungskanals bilden, und Auflösung des Analog-Digital-Wandlers, der die Dynamik und das systemimmanente Quantisierungsrauschen bedingt, angepasst werden, um den Fingerprint, den das Modem misst, zu erhalten. Diese Rechenoperation lässt sich, ausgehend von der Primärcharakteristik, für beliebige Modemtypen (bzw. andere Messgeräte) durchführen, was zu einer einfachen Umsetzung und verbesserten Datenhaltung von Referenzcharakteristika führt. Beim Einsatz einer neuen Modemtechnologie kann so auf bestehende Daten zurückgegriffen werden, um die Messung der Fingerprints ab dem ersten Tag zu ermöglichen. Die rechnerische Anpassung der Primärcharakteristika kann so universell und über Herstellergrenzen hinweg zum Einsatz kommen.
- 1st step: High-resolution acquisition Using tried and tested measurement technology (e.g. spectrum analyzer), the relevant measured variable (e.g. conducted interference) is recorded in a high-resolution and quasi-neutral manner. Since states provide slightly different measurement results depending on their characteristics, the new method provides that several different characteristics of a state (e.g. different pronounced shielding faults on a medium-voltage cable or different systems with the same fault type) are recorded.
- 2nd step: Generating a primary impression In a second step, a primary characteristic is generated from the individual images. There are different approaches to aggregating the individual images. Among other things, this can be: averaging, area formation between minimum and maximum, ...
- 3rd step: Transformation into a device-specific reference characteristic In a third step, the primary characteristic is transformed into a device-specific reference characteristic. In the transformation process, the primary characteristic is offset against the detectable properties of the respective modem type. These properties H (f) - referred to here as reception characteristics - can be defined for each device type. The horizontal resolution of the primary characteristic is adapted to the resolution of the modem (frequency step size). In addition, the primary characteristic can be adapted with other modem-specific characteristics, such as input circuitry (signal filtering and protective circuitry), which form a known component of the complete transmission channel during transmission, and the resolution of the analog-digital converter, which determines the dynamics and the system-inherent quantization noise. to get the fingerprint that the modem is measuring. Starting from the primary characteristic, this arithmetic operation can be carried out for any type of modem (or other measuring devices), which leads to a simple implementation and improved data management of reference characteristics. When using a new modem technology, existing data can be used to enable the measurement of fingerprints from day one. The mathematical adjustment of the primary characteristics can thus be used universally and across manufacturer boundaries.
Der Transformationsprozess ist so in der Lage aus einmal erzeugten Primärcharakteristika modemtypspezifische Referenzcharakteristika zu generieren, sodass die Zustandsdetektion unabhängig von Modem-Typ oder verbautem PLC-Chip anwendbar ist.The transformation process is able to generate modem-type-specific reference characteristics from primary characteristics that have been generated, so that the status detection can be used regardless of the modem type or the built-in PLC chip.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Systeme wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.With regard to further advantageous embodiments of the method according to the invention and the systems according to the invention, reference is made to the general part of the description and to the appended claims in order to avoid repetition.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.Finally, it should be expressly pointed out that the exemplary embodiments described above only serve to explain the teaching claimed, but do not restrict them to the exemplary embodiments.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- MesswertverlaufMeasured value curve
- 22
- ReferenzcharakteristikReference characteristic
- 33
- AbweichungenDeviations
- 44th
- Primärcharakteristik (Mittelwert)Primary characteristic (mean)
- 55
- Primärcharakteristik (Bereich)Primary characteristic (area)
- 66th
- ReferenzcharakteristikReference characteristic
- 77th
- ReferenzcharakteristikReference characteristic
- 88th
- Systemsystem
- 99
- AuswerteeinheitEvaluation unit
- 1010
- SpeicherStorage
- 1111th
- AbfrageeinheitInterrogation unit
- 1212th
- KonvertierungseinheitConversion unit
- 1313th
- DatenbanksystemDatabase system
- 1414th
- Datenbank (für PLC-Knotendaten)Database (for PLC node data)
- 1515th
- Datenbank (für Primärcharakteristika)Database (for primary characteristics)
- 1616
- Datenbank (für Empfangscharakteristika)Database (for reception characteristics)
- 1717th
- SpeicherStorage
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