BRPI0920616B1 - processo e dispositivo de determinação não intrusiva da potência elétrica consumida por uma instalação por meio de análise de transitórios de carga - Google Patents

Abstract

processo e dispositivo de determinação não intrusiva da potência elétrica consumida por uma instalação por meio de análise de transitórios de carga a invenção se refere a um processo e a um dispositivo de determinação não intrusiva da potência elétrica consumida por uma instalação de assinante. a partir dos valores amostras da intensidade da corrente e da tensão de alimentação fornecidos a uma instalação constitutiva de um sinal de consumo, agrupa-se (a) os valores de amostras nas janelas temporais de observação sucessivas, discrimina-se (b) em cada janela corrente os pólos (si) e resíduos (ri) do sinal de consumo pelo método de pencil, o conjunto dos pólos e resíduos associados a pelo menos um valor singular (sgi) representando uma combinação de assinaturas de cargas elétricas (ci) distintas, calcula-se (c) durante pelo menos a duração da janela de amostragem atual pelo menos a potência ativa consumida por um sub-conjunto de cargas elétricas em funcionamento, a soma das potências ativas consumidas por cada carga elétrica (ci) verificando uma função de potência consumida ligando estes pólos e resíduos. a aplicação à medição da energia elétrica consumida por uma instalação.

Description

“PROCESSO E DISPOSITIVO DE DETERMINAÇÃO NÃO INTRUSIVA DA POTÊNCIA ELÉTRICA CONSUMIDA POR UMA INSTALAÇÃO POR MEIO DE ANÁLISE DE TRANSITÓRIOS DE CARGA”

A presente invenção se refere a um processo e a um dispositivo de determinação não intrusiva da potência elétrica consumida por uma instalação por análise dos transitórios de carga.

Atualmente, a potência elétrica consumida por uma instalação de um cliente assinante, alimentada pela rede em tensão alternada e o consumo de energia elétrica correspondente, são determinadas a partir de medidas diretas dos parâmetros físicos da instalação, tais como a tensão elétrica de alimentação, a intensidade da corrente elétrica fornecida, a defasagem entre a corrente elétrica fornecida e a tensão de alimentação.

De modo habitual, os módulos eletrônicos permitem, a partir dos valores de tensão, de corrente e de defasagem precitados, que se calcule a potência elétrica ativa ou reativa consumida, assim como, por integração de valores de potência sucessivas em uma área temporal dada, a energia elétrica consumida. Os módulos eletrônicos precitados são mais frequentemente implantados em um aparelho de contagem, tal como um contador eletrônico e podem em determinados casos, proceder a uma transmissão dos valores precitados medidos e/ou dos valores de potência ou de energia finalmente consumida.

Os aparelhos de contagem precitados são satisfatórios. No entanto, eles apresentam o inconveniente de necessitar da implantação dos módulos eletrônicos precitados nos aparelhos de contagem propriamente ditos, e, portanto, no perímetro privado do cliente assinante, isto é, o mais frequentemente, a residência do assinante.

Diferentes desenvolvimentos foram propostos tendo-se em vista se desviar a medida e a contagem da potência ou da energia para fora do perímetro privado do assinante cliente. Uma abordagem neste sentido consiste em se efetuar uma medida da tensão de alimentação e da corrente fornecida ao exterior do perímetro privado do cliente assinante pela análise da curva de carga global da instalação seja a nível do aparelho de contagem, seja a montagem deste ultimo, na ramificação da instalação do assinante cliente, visando-se colocar em prática processos não intrusivos, conhecidos pelo nome de NIALM para Non Intrusive Appliance Load Monitoring em inglês.

O interesse dos processos não intrusivos citados acima é evidente para os fornecedores, os distribuidores e os consumidores de energia elétrica face aos interesses da previsão dos custos da energia, de desenvolvimentos de redes e de redução dos consumos.

Os processos de NIALM fazem aparecer diversos graus de não intrusão, aqueles que comportam uma etapa de aprendizagem automatizada dos aparelhos, descritos pela patente US 4 858 141 e aqueles que comportam uma etapa de aprendizagem manual dos aparelhos, conforme descrito pela patente US 5 483 153, por exemplo.

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Os processos NIALM manuais se mostram mais preciso do que os processos NIALM automáticos graças ao conjunto das assinaturas de consumo dos aparelhos em diferentes estados de consumo.

Esta semi-intrusão é, no entanto, inconveniente para o assinante cliente e pouco atraente para o distribuídor e o fornecedor de energia elétrica.

No caso dos processos NIALM manuais, uma biblioteca de aparelhos receptores elétricos é construída, a partir de um sensor de intensidade de corrente elétrica sobre cada aparelho.

No caso dos processos NIALM automáticos, uma biblioteca de aparelhos receptores elétricos que se melhoram om o tempo é construída a partir das potências medidas sobre o parelho de contagem.

As bibliotecas citadas acima permitem na verdade que se identifique cada aparelho elétrico e o seu consumo e favoreceram uma evolução no sentido da identificação dos usos destes aparelhos, até mesmo dos hábitos de uso ou de consumo destes últimos pelos assinantes clientes que dispõem deles.

Assim, diferentes modos operacionais de identificação dos usos foram propostos:

- a partir do reconhecimento da variação de intensidade de corrente, conforme descrito no pedido de patente FR 2 645 968. Esta variação é comparada a um limiar representativo de um evento, engate ou desengate de uma carga doméstica. Os valores de limiar são repertoriados em uma biblioteca;

- a partir da medida das variações de potência ativa e reativa e/ou da admissão da instalação em regime permanente conforme descrito pela patente US 4 959 141. É efetuada uma comparação com uma tabela de referência de diferentes aparelhos disponíveis no mercado, memorizada na biblioteca.

- a partir da medida da corrente na frequência fundamental e de seus harmônicos, conforme é descrito na patente US 6 816 078. Cada aparelho é identificado pelos harmônicos (por transformada frequencial FFT) que ele gera e classificado em uma biblioteca. O funcionamento dos aparelhos elétricos é avaliado no valor verdadeiro por verificação da existência das frequências harmônicas mais altas constitutivas da corrente elétrica total;

- a partir da medida das potências ativas e reativas da instalação em regime transitório, conforme descrito na patente US 5 483 153. Uma comparação das formas dos transitório s com uma base de dados é executada para o reconhecimento das cargas; O artigo “Data Extraction for Effective Non-Intrusive Identification of Residential Power Loads”, A.Cole e A. Albicki, IEEE Instrumentals and Measurement technology conference, de maio de 1998, descreve um assunto semelhante.

- a partir da exploração da impulsão HF de ligação emitida pelos aparelhos elétricos ligados à rede elétrica conforme descrito nas patentes EP 1 136 829 e US 7 078 982 B2.

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Este modo operacional necessita, caso necessário, em cada aparelho a ser detectado, a implantação de um dispositivo de emissão de sinais HF na rede pública, receptores ou repetidores para amplificar os sinais HF. Embora qualificado seja de não intrusivo, este modo operacional necessita de diversas séries de colocações sob tensão e fora de tensão dos aparelhos elétricos um depois do outro, na primeira instalação do dispositivo de identificação;

- a partir das medidas efetuadas, na corrente e na tensão para determinar a variação de impedância das cargas da instalação no decorrer do tempo, conforme descrito no pedido de patente WO 93/04377. Um tal processo continua, no entanto, intrusivo. Uma componente de memória de massa deve ser periodicamente substituído no aparelho de contagem por um encarregado. É possível citar o artigo “Non-intrusive load monitoring of electrical appliances”, Ross JG, publicado em 1° de abril de 1994 na “Elektron Verlag”, tratando do mesmo assunto e com base em uma análise detalhada da corrente e da tensão da impedância total de cargas da instalação.

O conjunto dos processos citados acima apresenta um nível de intrusão pouco compatível co uma difusão de massa que representam os parques de aparelhos domésticos.

Os processos citados acima utilizam parâmetros e grandezas mais conforme as redes de alimentação de tensão puramente senoidais, tais como a potência aparentes, reativas, ativas, valores eficazes de corrente e de tensão e são assim mis à mal, pois são pouco adaptadas à difusão nas instalações de assinantes, cada vez mais numerosos de aparelhos eletrônicos geradores de perturbações elétricas e de ruído que se sobrepões ao componente fundamental.

Os processos citados acima mais conhecidos para os versados na técnica utilizam, para a execução de uma disposição dos sinais, um tratamento frequencial, do tipo de transformada de Fourier rápida, denominada FFT em inglês.

Este tipo de tratamento necessita de uma janela de amostragem relativamente importante do sinal tratado para assegurar uma discriminação eficaz das diferentes componentes do sinal tratado, frequência fundamental de 50 Hz o de 60 Hz e frequências harmônicas, visando um tratamento satisfatório dos componentes de ruído citados acima superpostos à componente fundamental.

Paralelamente aos métodos de análise puramente frequencial citados acima, por transformada frequencial, do tipo da transformada de Fourier, foram propostos outros métodos teóricos de análise da resposta em transmissão em tempo real, de sistemas submetidos a um campo eletromagnético variável.

Essencialmente desenvolvido dentro do quadro do estudo da resposta de refletores ou de antenas excitados por uma onda eletromagnética que se supões se propague por on

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4/27 das planas, foi proposto um método específico, designado método de Pencil, que permite, a partir da resposta transitória e permanente de um alvo a uma excitação eletromagnética irradiada se determinar os pólos e resíduos da resposta citada acima por resolução de um problema generalizado de valores próprios.

Para uma descrição de uma abordagem teórica do método de Pencil citado acima, aplicado a um alvo formado por um fio condutor elétrico, poderá utilmente se referir ao artigo intitulado “Generalized Pencil-of-Function Method for Extracting Poles of an EM Ssystem from its Transient Response” publicado por Yingbo Hua e Tapan K. Sarkar membros do Department of Electrical and Computer Engineering Syracuse University, Syracuse, NY 133441240, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, Vol. 37, n° 3, February 1989, p. 229-234. Cita-se ainda o artigo “Spectral estimation of two dimensional, NMR signals by matrix pencil method”, ZHU Y et al., Beijing, 19-21 de outubro de 1993, Proceepings of the region ten conference (TENCON).

Mais recentemente um estudo comparativo entre os desempenhos comparados de resolução espectral entre as técnicas de tratamento frequencial, tal como a transformada de Fourier e o método de Pencil, intitulado “Comparison between the Matrix Pencil Method and the Fourier Transform Technique for High resolution Spectral Estimation” publicado por José Enrique Fernandez del Rio e Tapan K. Sarkar Depatment of Electrical and Computer Engineering, 121 Link Hall, Syracuse University, Syracuse, New York 13244-1240, Digital Signal Processing 6, 108-125 (1996) Article N°0011, mostrou a superioridade do método de Pencil em comparação com métodos de tratamento frequencial por transformada de Fourier, a respeito da dispersão de estimativa e de erro quadrático médio para uma relação de sinal para ruído superior a um determinado valor de limiar.

A presente invenção tem por objetivo a colocação em prática de um processo e de um dispositivo de determinação não intrusiva da potência elétrica consumida por uma instalação, por análise de transitória de cargas pelo método de Pencil, sendo a instalação assimilada a uma ou mais cargas, podendo apresentar características de resposta variáveis no tempo, absorvendo parcial e/ou totalmente a energia elétrica fornecida em forma de um sinal de excitação eletromagnética pela rede de distribuição.

O processo de determinação não intrusiva da potência elétrica consumida por uma instalação de assinante, conforme o objeto da presente invenção, é executado a partir de uma tomada periódica de amostras dos valores de tensão de alimentação e da intensidade da corrente elétrica fornecidos a esta instalação para se obter um sinal de consumo.

Ele é notável pelo fato de que, a partir dos valores medidos em amostra do sinal de consumo, consiste pelo menos em se agrupar estes valores medidos em janelas temporais de amostragens sucessivas, em se discriminar em cada janela temporal de amostragem atual sucessiva, o conjunto dos pólos e dos resíduos do sinal de consumo pelo método de

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Pencil. Um tal conjunto de pólos e resíduos é representativo, na janela de amostragem atual, de uma combinação de assinaturas de cargas elétricas distintas que incluem pelo menos pólos e resíduos determinados associados pelo menos a um valor singular obtido pelo método de Pencil em funcionamento nesta instalação, calcular pelo menos para a duração da janela de amostragem atual, pelo menos a potência ativa consumida por pelo menos um sub conjunto das cargas elétricas em funcionamento na instalação expressa como a soma das potências ativas consumidas por cada carga elétrica distinta deste sub-conjunto que verifica uma função de potência consumida que liga estes pólos e resíduos.

O processo objeto da presente invenção é também notável pelo fato de que para a potência ativa, a função de potência satisfaz a relação:

Ρ=ΣΣ^Κ^ ^{k J} .sinhc fc+S,,)!=1 x ^7 em que P: designa a potência ativa consumida pelo conjunto das cargas elétricas distintas C, de assinatura (Si, Ri, SG,);

Sci e Rc,: designam os pólos respectivos aos resíduos da corrente tomada como amostra fornecida à instalação;

Svi’ e R_vr: designam os pólos respectivos aos resíduos da tensão tomada como amostra fornecida à instalação SG, designando os valores singulares;

tkd: designa o instante do início da janela de amostragem da ordem k;

At: designa a duração da janela de amostragem;

sinh c(X): designa a função seno hiperbólico do cardinal do valor X, isto é sinh^fe +S_K.^=_sinh^(S_o. +

M: designa o número de pólos e resíduos observados da corrente tomada como amostra fornecida à instalação;

M’: designa o número de pólos e resíduos observados da tensão tomada como amostra fornecida à instalação.

O processo objeto da presente invenção é também notável pelo fato da frequência de medição de amostras, para se obter o sinal de consumo e a durante At de cada janela de amostragem são ligados pela relação:

= Netti > 2 ~ tie

Σ nci + 2(1 4 H)

- í-L em que

Nem: designa o número mínimo de amostras para a duração de cada janela de obPetição 870190130581, de 09/12/2019, pág. 63/100

6/27 servações, Nc designa o número observado de cargas elétricas distintas da instalação do assinante, nci designa o número de pólos da carga elétrica considerada, H designa o número de componentes harmônicas da frequência fundamental da tensão de alimentação.

O processo objeto da presente invenção é, além disso, notável pelo fato de que, para uma janela de amostragem do sinal de consumo que inclui o regime transitório e o início do regime permanente de engate/desengate de uma carga, o desengate, o desengate de uma carga puramente resistiva é assinalado por um regime permanente único, pela existência, para a janela de amostragem, de dois pólos complexos conjugados com uma parte real nula e de dois resíduos complexos conjugados no regime permanente, e pela fase nula dos resíduos em regime permanente, a engate/desengate de uma carga resistiva e capacitiva é assinalada por um regime transitório e um regime permanente distintos, pela existência, para a janela de amostragem, de dois pólos complexos conjugados com uma parte real nula e de dois resíduos complexos conjugados com uma parte real nula no regime permanente e por um polo real e um resíduo no regime transitório, caracterizando a fase negativa do resíduo em regime permanente a natureza globalmente capacitiva da carga, a engate/desengate de uma carga resistiva e indutiva é assinalada por um regime transitório e um regime permanente distintos, pela existência, para a janela de amostragem, de dois pólos complexos conjugados com uma parte real nula e de dois resíduos complexos conjugados no regime permanente e por um polo real e um resíduo complexo no regime transitório, caracterizando a fase positiva do resíduo a natureza globalmente indutiva da carga.

O processo objeto da presente invenção é finalmente notável pelo fato de que, para uma janela de amostragem do sinal de consumo que inclui o regime transitório e o início do regime permanente de engate/desengate de uma carga, a engate/desengate de uma carga resistiva, indutiva e capacitiva é assinalado por um regime permanente e um regime transitório distintos, pela existência, no regime permanente, de dois pólos complexos conjugados com uma parte real nula e de dois resíduos complexos conjugados, e, em regime transitório, de dois pólos complexos conjugados e dois resíduos complexos conjugados, caracterizando a fase negativa do resíduo em regime permanente a natureza globalmente capacitiva da carga e caracterizando a fase positiva do resíduo em regime permanente a natureza globalmente indutiva da carga.

O dispositivo de determinação não intrusiva da potência elétrica consumida por uma instalação de assinante, objeto da presente invenção, comporta pelo menos recursos de medição periódica de amostras dos valores de tensão de alimentação e da intensidade da corrente elétrica fornecida a esta instalação para a obtenção de um sinal de consumo.

É notável o fato de que ele comporta, além disso, pelo menos um módulo de cálculo da potência instantânea fornecida produto dos valores medidos como amostras dos valores de tensão de alimentação e da intensidade de corrente fornecidos, comportando o sinal

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7/27 de consumo pelo menos um dos valores medidos como amostra da tensão de alimentação, da intensidade da corrente elétrica fornecidos ou da potência instantânea fornecida, recursos de memória e de leitura dos valores sucessivos do sinal de consumo em pelo menos uma janela de amostragem, recursos de aplicação, no sinal de consumação em pelo menos uma janela de amostragem atual, de um tratamento de filtragem pelo método de Pencil, para discriminar, nesta janela, o conjunto dos pólos e resíduos representativos de uma combinação de assinaturas de cargas elétricas distintas que incluem pelo menos os pólos e os resíduos associados pelo menos a um valor singular obtido pelo método de Pencil em funcionamento na instalação, um módulo de acompanhamento temporal da combinação de assinaturas e de cálculo pelo menos para a duração da janela de amostragem atual, pelo menos da potência ativa consumida pelo menos por um sub conjunto das cargas elétricas em funcionamento na instalação expressa como a soma das potências ativas consumidas por cada carga elétrica distinta deste sub-conjunto que verifica uma função de potência consumida que liga estes pólos e resíduos.

O dispositivo objeto da presente invenção é, ainda notável pelo fato do módulo de acompanhamento temporal da combinação de assinaturas e do cálculo pelo menos da potência ativa consumida pelo menos por um sub-conjunto de cargas elétricas que compreendem pelo menos um módulo de detecção de alteração de estado de engate/desengate da carga elétrica, um módulo de identificação das cargas elétricas ligadas e/ou desligadas a partir das assinaturas de cargas elétricas, um módulo de biblioteca de cargas elétricas identificadas em relação com a sua assinatura, um módulo de identificação dos usos de consumo da utilização cliente e do cálculo do consumo, pelo menos em potência ativa.

O processo e o dispositivo objetos da presente invenção encontram aplicação na gestão não intrusiva das instalações domésticas ou industriais de aparelhos elétricos, na construção de aparelhos de contagem de energia elétrica consumida, e, de um modo mais geral, na supervisão e no controle das instalações elétricas de usuários.

Eles serão mais bem compreendidos com a leitura da descrição e com a observação dos desenhos abaixo em que:

- a Figura 1a representa, a título puramente ilustrativo, um organograma das etapas essenciais que permitem a utilização do processo objeto da presente invenção;

- a Figura 1b representa, a título ilustrativo, uma variante de execução preferencial, não limitativa do processo objeto da presente invenção, em que uma escolha específica da duração da janela de amostragem pode ser efetuada em função da frequência da tomada de amostras do sinal de tensão e/ou de corrente;

- a Figura 2a representa, a título puramente ilustrativo, um exemplo de utilização não limitativa de uma etapa de aquisição das assinaturas de cargas observadas na instalação de um assinante cliente;

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- a Figura 2b representa, a título puramente ilustrativo, um exemplo de utilização não limitativa de uma etapa de identificação das cargas elétricas a partir de sua assinatura;

- a Figura 2c representa, a título puramente ilustrativo, um exemplo de utilização não limitativo de execução de uma etapa de acompanhamento de colocação em funcionamento/fora de funcionamento, respectivamente, de cada carga a partir de uma discriminação de sua assinatura;

- a Figura 3a representa, a título de exemplo puramente ilustrativo, o esquema elétrico de uma instalação de assinante arbitrário permitindo a representação da utilização do processo objeto da invenção em uma tal instalação;

- a Figura 3b representa a título de exemplo os valores de intensidade da corrente medida por uma comutação das cargas da instalação da Figura 3a, por acionamento dos interruptores T1, T2, T3 e T4 de acordo com o diagrama temporal representado na Figura 3b;

- a Figura 3c representa a distribuição e o acompanhamento temporal correspondente dos valores singulares revelados pelo método de Pencil, durante a comutação das cargas da instalação representada na Figura 3b;

- as Figuras 3d e 3e representam um cronograma do acompanhamento temporal dos valores reais dos pólos e dos valores imaginários dos pólos respectivamente para a comutação das cargas da instalação representada na Figura 3b;

- as Figuras 3f e 3g representam um cronograma do acompanhamento temporal dos resíduos associados ao regime permanente e ao regime transitório respectivamente para a comutação das cargas da instalação representada na figura 3b;

- as Figuras 4a e 4b representam a título ilustrativo, um esquema funcional em forma de um gráfico de blocos de um dispositivo de determinação não intrusiva da potência elétrica consumida em uma instalação, conforme o objeto da presente invenção.

Uma descrição detalhadas das etapas de utilização do processo de determinação sem intrusão da potência elétrica consumida por um instalação, por análise de transitórias de carga, conforme o objeto da presente invenção, será agora dada em conexão com a Figura 1a nas figuras a seguir.

A utilização sem intrusão do processo e do dispositivo objetos da invenção deve ser compreende como uma execução da utilização em total transparência de funcionamento em relação à instalação de qualquer cliente, tanto a jusante e/ou em todo dispositivo de contagem deste cliente seja montante deste último.

Fazendo-se referência à Figura 1a já citada, considera-se uma instalação de cliente, instalação doméstica ou industrial, para a qual se dispõe de valores de tensão de alimentação e da intensidade da corrente elétrica fornecidas a esta instalação, obtidas por tomada periódica de amostras para ser obtido um sinal de consumação.

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Na Figura 1a, os valores medidos de amostras de tensão V_x e de intensidade l_x da corrente fornecida são designadas de acordo com a relação (1):

Nesta relação, x indica a ordem da amostragem sucessiva dos valores citados acima, KN indica um valor final qualquer da ordem de amostragem para K janelas de amostragem sucessivas comportando cada uma N amostras, fe designa a frequência de amostragem dos valores citados acima.

De acordo com um aspecto notável do processo objeto da presente invenção, este consiste, a partir dos valores amostrados do sinal de consumo, em uma etapa A, em se agrupar os valores medidos como amostras citados acima em janelas temporais de amostragens sucessivas.

Na etapa A da Figura 1a, a operação correspondente é seguida de acordo com a relação (2):

V .r » ¹ X J l r kj’ ¹ kf ¹ H Á=1 >1

É subentendido como operação correspondente que todo conjunto de valores medidos como amostras é, na verdade, subdividido em uma multiplicidade de sub-conjuntos de valores medidos como amostras, cada um deles constituído por uma janela de amostragem destes valores medidos como amostra, em que k indica a ordem da janela de amostragem e j indica a ordem do valor amostra de tensão e de corrente respectivamente fornecidos na janela de amostragem da ordem k considerada. Além disso, K indica o valor final da ordem da última janela de amostragem retida e N indica o valor final da ordem da última amostra de tensão e de corrente respectivamente em cada janela de amostragem de ordem k considerada.

De um modo geral, indica-se que o agrupamento das amostras sucessivas de valor de tensão e de corrente, respectivamente, fornecidos pode ser efetuado dedicando-se seletivamente à leitura-escrita dos valores de amostras de tensão e de corrente fornecidos em memória, de modo clássico.

As janelas sucessivas de amostragem assim obtidas podem formar com vantagem janelas sem sobreposição, não sendo necessária a aplicação de gabarito de ponderação e/ou observação das amostras.

Cada janela de amostragem formada por uma sequência de N amostras de valores de tensão e de corrente, respectivamente, fornecidos corresponde a uma duração de amostragem At proporcional ao número N de amostras.

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A etapa A de agrupamento citada acima é então seguida por uma etapa B que consiste em discriminar, em cada janela temporal de amostragem atual, da ordem k sucessiva, pelo menos o conjunto dos pólos observados S, e dos resíduos R, do sinal de consumo pelo método de Pencil.

Na etapa B da Figura 1a, a operação da discriminação dos pólos e dos resíduos é indicada pela relação (3):

Método de Pencil

Na relação (3) precedente,

Φ indica a aplicação do método de Pencil, por tratamento de dados aplicado às amostras;

* * ^J indica cada janela de amostragem de ordem k de N amostras;

k=K designa o conjunto dos pólos Si, resíduos R, e dos valores singulares SG,, observados revelados pelo método de Pencil na janela de amostragem de ordem k considerada.

De acordo com um aspecto notável do processo objeto da invenção o conjunto dos pólos dos resíduos e dos valores singulares citados acima é representativo, na janela de amostragem atual de ordem k considerada, de uma combinação de assinaturas ¹ de cargas elétricas C, distintas.

Assinala-se que de acordo com um aspecto específico não limitative do processo objeto da invenção, os pólos Si, os resíduos R, e os valores singulares SG, de qualquer carga elétrica C, são calculados em pelo menos um dos componentes de corrente, de tensão ou de potência instantânea que formam um sinal de consumo fornecidos à instalação conforme será explicado posteriormente na descrição.

Cada assinatura ¹ inclui pelo menos pólos S, e resíduos R, determinados associado pelo menos um valor singular SG, representativo de uma carga e da comutação desta em funcionamento ou fora de funcionamento na instalação.

Assim, cada assinatura ¹ é formado por um trio de valores digitais representativos de pólos, de resíduos e de um valor singular, e representado pela indicação

A etapa B é então seguida por uma etapa C que consiste em calcular a potência

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11/27 elétrica consumida pelo menos durante a duração da janela de amostragem atual citada acima.

Compreende-se que, de acordo com um modo de execução vantajoso não limitative do processo objeto da invenção, o cálculo de potência citado acima pode ser efetuado pelo menos para a potência ativa consumida por pelo menos um sub-conjunto de cargas elétricas em funcionamento na instalação, para a potência reativa ou finalmente para qualquer tipo de potência elétrica consumida.

De acordo com um aspecto notável do processo objeto da invenção, o cálculo da potência consumida pelo menos por um sub-conjunto de cargas elétricas é estabelecido como sendo a soma da potências consumidas por cada carga elétrica distinta deste sub— conjunto, verificando uma função de potência consumida que liga os pólos e os resíduos citados acima.

Na etapa C da Figura 1a, e a título de um exemplo não limitativo para a potência ativa consumida, a função de potência satisfaz a relação (4):

em que P: indica a potência ativa consumida pelo conjunto de cargas elétricas distintas Ci de assinatura (Si, Ri, SG,);

Sci e Re,: designam os pólos e os resíduos respectivamente da corrente amostrada fornecida à instalação;

Svi’ e Rvi< designam os pólos e os resíduos respectivamente da tensão tomada como amostra fornecida à instalação;

tkd: indica o instante do início da janela de amostragem de ordem k;

At: designa a duração da janela de amostragem;

sinh c(X): a função senóide hiperbólica do cardinal do valor X, ou seja ^^(5,+5^^=^(5, + 5,)^/^+5^)^

M: designa o número de pólos e de resíduos observados da corrente amostrada fornecida à instalação;

M’: designa o número de pólos e resíduos observados da tensão amostrada fornecida à instalação.

A relação (4) exprime assim a função de potência na janela de amostragem.

Diferentes justificativas teóricas qualitativas de processo que permitem a utilização do processo objeto da invenção serão dados abaixo.

De um modo geral, indica-se que o sinal de consumo é formado pelo conjunto dos valores medidos como amostras de tensão e/ou de corrente fornecidos à instalação comple

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12/27 tado eventualmente pelo valor de potência instantânea que corresponde essencialmente ao produto do valor medido como amostra da tensão e de correntes respectivamente fornecidos à instalação ou a uma combinação destes valores, conforme será explicado a seguir de modo mais detalhado na descrição. A utilização do método de Pencil, por tratamento dos dados aplicados aos valores citados acima, opera o cálculo de uma matriz de Hankel a partir de uma transformação pelo método designado SVD - Single Value Decomposition em inglês.

Os pólos Si assim revelados representam a contribuição à resposta da carga no sentido temporal ao sinal de consumo.

Os resíduos Ri representam a contribuição à resposta da carga no sentido de troca ou absorção da energia ao sinal de consumo.

Os valores singulares SGi representam a transição de um estado de consumação para um outro devido ao engate/desengate, total ou parcial de uma carga da instalação. Os valores singulares citados acima são diretamente ligados à colocação em evidência dos valores próprios da matriz de Hankel, durante a aplicação do método de Pencil.

Em cada janela de amostragem dos valores medidos como amostra, ou mais geralmente do sinal de consumo, corresponde um conjunto de valores singulares.

A alteração do valor singular representa a alteração ou transição do sinal de consumo, pois os valores singulares têm o mesmo valor no estado estacionário na ausência de comutação total ou parcial de carga.

Os retornos dos valores singulares são ligados ao valor dos pólos Si.

O aparecimento de um valor singular na janela de amostragem ou em uma sucessão de janelas de amostragem é essencialmente síncrono com a alteração do regime de intensidade da corrente consumida pela instalação na comutação simultânea ou não de uma ou diversas cargas da instalação.

Finalmente a discriminação dos pólos e dos resíduos permite que se discrimine o tipo de carga em funcionamento, carga resistiva, capacitiva ou indutiva, conforme será descrito de modo mais detalhado na descrição abaixo.

De um modo mais específico, indica-se que, para a utilização do processo objeto da presente invenção e para uma tensão de alimentação essencialmente periódica da frequência angular ω e do período T, a duração At de cada janela de amostragem atual de ordem k pode ser tomada como igual ao período T.

Uma tal escolha da duração da janela de amostragem não é indispensável. No entanto, de um ponto de vista granular da observação, a escolha citada acima permite de certa forma uma restauração inicial da rede ou da instalação e da carga.

De um modo mais geral, a duração de cada janela de amostragem pode ser escolhida levando-se em conta a frequência de amostragem fe, de acordo com a relação (5):

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Nem > 2 _Vt £ nd + 2(1 + II) í*l

Na relação precedente, fe designa a frequência de amostragem;

Nem designa o número mínimo de amostras para a duração de cada janela de amostragem;

Nc designa o número observado de cargas elétricas distintas C, da instalação do assinante;

nci designa o número de pólos da carga elétrica C, considerada;

H designa o número de componentes harmônicas da frequência fundamental da tensão de alimentação.

Com referência à Figura 1b, indica-se que a escolha da duração At pode ser efetuada, por exemplo, a partir da relação citada acima no decorrer de uma sub-etapa A, seguida da execução do agrupamento correspondente em uma sub-etapa sucessiva A₂. As etapas b e C podem então ser efetuadas sucessivamente.

Uma descrição mais detalhada de etapas de discriminação e de aquisição das assinaturas, de identificação das cargas elétricas constituintes do sub-conjunto de cargas elétricas distintas depois do acompanhamento da colocação em funcionamento/fora de funcionamento de cada carga distinta, conforme o processo objeto da invenção, será agora dada em conexão com as Figuras 2a, 2b e 2c, respectivamente.

De um modo geral, indica-se que as etapas citadas acima são executadas sobre os valores digitais representativos dos resíduos, dos pólos e dos valores singulares por programas de triagem destes valores digitais pelos quais são representados os organogramas gerais a titulo ilustrativo somente nas figuras citadas acima.

Fazendo-se referência à Figura 2a, depois da etapa que consiste em discriminar o conjunto dos pólos e dos resíduos do sinal de consumo, o processo objeto da presente invenção comporta uma etapa de discriminação e de aquisição das assinaturas formadas por um par de pólos Si, resíduos R, aos quais é associado um valor singular SG,.

Uma descrição mais detalhada de processo que permite a colocação em prática de uma etapa de discriminação e de aquisição das assinaturas ¹ de identificação das cargas elétricas C, em funcionamento em uma janela de amostragem, e de acompanhamento de colocação em funcionamento/fora de funcionamento de cada carga distinta respectivamente será agora dada em conexão com as Figuras 2a, 2b e 2c respectivamente.

Com referência à Figura 2a, depois da etapa que consiste em discriminar o conjunto dos pólos Si e dos resíduos R, do sinal de consumo, a etapa de discriminação e de aquisiPetição 870190130581, de 09/12/2019, pág. 71/100

14/27 ção das assinaturas pode ser ilustrada de acordo com o processo representado na figura citada acima, a partir dos trios.

O conjunto dos trios citados acima sendo memorizado em forma de uma lista, por exemplo, procede-se a uma etapa 100 à uma leitura de cada valor singular SG, disponível no conjunto dos valores singulares SG, memorizado de acordo com a relação simbólica (6):

Se a resposta ao teste 100 for positiva, isto é, para a leitura do valor singular SG,, atribui-se aos trios (Si, Ri, SG,) um código de identificação de assinatura indicada correspondente, na etapa 101.

O processo é seguida pra o valor singular seguinte de índice I + 1 por retorto pela etapa 102 na etapa 100 citada acima, desde que exista um valor singular não lido SG,.

Por outro lado ao ser encontrada uma resposta negativa ao teste e leitura da etapa 100, o processo de leitura do conjunto dos valores singulares é interrompido e dispõe-se na etapa 103 do conjunto das assinaturas de cargas elétricas C, capazes de aparecer por uma colocação em funcionamento/fora de funcionamento total ou parcial na instalação considerada.

O conjunto das assinaturas citadas acima pode então ser lançado em uma memória ou biblioteca de assinaturas, conforme será descrito mais adiante na descrição.

Com referência à Figura 2b, a etapa de aquisição das assinaturas citadas acima é então seguida, com vantagem, por uma etapa de identificação das cargas elétrica que constituem qualquer sub-conjunto de cargas elétricas distintas em funcionamento em pelo menos uma janela de amostragem. Compreende especialmente que a totalidade ou parte do conjunto das cargas elétricas da instalação considerada pode ser colocado em funcionamento simultaneamente ou não, dependendo da colocação em funcionamento ou fora de funcionamento individualmente de cada carga elétrica da instalação dependendo da única vontade do usuário.

Assim, com referência à Figura 2b, procede-se a partir do conjunto das assinaturas memorizadas e naturalmente dos trios de pólos, resíduos, valor singular associados a cada um destes últimos à identificação, em uma etapa 200, da existência na instalação dos pólos, resíduos e valor singular existentes e observados em funcionamento. Este processo de identificação pode ser realizado por uma comparação dos valores de pólos resíduos e valor singular correspondendo aos valores de trios associados à assinatura correspondente, com um intervalo de confiança de identificação destes valores. Esta operação é representada na

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15/27 etapa 200 pela relação (7):

Se a resposta na etapa 200 citada acima for positiva, à discriminação da assinatura está associada uma carga elétrica C, correspondente às características elétricas específicas. Compreende-se mais especialmente que uma correspondência biunívoca pode ser efetuada entre todo valor de assinatura ou código de assinaturas e as características elétricas de cada carga elétrica, graças a colocação em operação de uma biblioteca de cargas associada à biblioteca de assinaturas conforme será descrito mais abaixo na descrição.

As etapas 200, 201 são seguidas pela passagem à assinatura seguinte por uma volta à etapa 200 por intermédio da etapa 202 simbolizada pela relação i = i + 1, para todas as assinaturas de cargas elétricas capazes de serem colocadas em funcionamento na instalação.

Quando o conjunto das assinaturas e, consequentemente, das cargas elétricas capazes de serem colocadas em funcionamento para a instalação considerada tiver sido submetido ao teste da etapa 200, dispõe-se na etapa 203 do conjunto de cargas elétricas em número Nc em funcionamento na instalação, designado de acordo com a relação (8):

Este conjunto constitui um sub-conjunto da totalidade das cargas elétricas capazes de serem colocadas em funcionamento para a instalação considerada, sub-conjunto igual à totalidade ou parte deste totalidade.

Compreende-se naturalmente, que a correspondência biunívoca entre o valor ou código de assinatura , ea carga elétrica C, correspondente é também estabelecida com o trio (Si, Ri, SGj) ao qual este último é associado.

A detecção da presença ou da ausência de cada trio citado acima observado na instalação, e em consequência da assinatura e da carga elétrica C, correspondente, permite, de acordo com um aspecto notável do processo objeto da invenção, que se execute uma etapa de acompanhamento de colocação em funcionamento/fora de funcionamento de cada carga individual distinta por discriminação da totalidade ou parte da assinatura desta última em pelo menos uma janela de amostragem.

Compreende-se, especialmente, que a discriminação citada acima pode ser exercida sobre um ou diversos valores do trio associado a esta carga, de acordo com um processo de lógica indefinida conforme já foi descrito anteriormente na descrição.

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16/27

Conforme representado a título de exemplo na Figura 2c, para cada carga elétrica Cj do sub-conjunto citado acima, procede-se em uma etapa de teste 300 à identificação da assinatura por discriminação dos valores de pólos, resíduos, valor singular ou de uma combinação destes últimos de acordo com a relação (9):

Se a resposta ao teste 300 for positiva, a carga elétrica C, é declarada em funcionamento ΌΝ” na etapa 301. Por outro lado se a resposta ao teste 301 foi negativa, a carga elétrica C, é declarada fora de funcionamento OFF”.

O processo de acompanhamento pode ser executado por uma duração qualquer por retorno ao teste da etapa 300 por meio da etapa 302, indicada i = i + 1.

Um exemplo de colocação em prática dos processos citados acima, em uma instalação representada na Figura 3a comportando uma carga resistiva pura Ri, uma carga resistiva-capacitiva R2C2 uma carga resistiva indutiva R3L3 e uma carga resistiva capacitiva e indutiva R4L4C4 é descrito abaixo.

Mede-se a corrente e a tensão instantânea por tomada de amostra na entrada da instalação elétrica de uma habitação, estes dois sinais analógicos são convertidos em valo_r 1 je — “ .

res digitais com o auxílio do CAN à frequência de amostragem . A partir destas duas medidas, é calculada a potência instantânea consumida pelas cargas presentes, de acordo com a relação já mencionada.

Os interruptores Τι, T2, T3, e T4 comutam a sua carga respectiva R1, R2C2, R3L3 e R4C4L4, de acordo com a lógica ON”, OFF” indicada na Figura 3b.

Aplica-se o método de Pencil a cada janela de amostragem da potência, da tensão e da corrente de alimentação.

Para cada janela de amostragem de índice k, são medidos N amostras do sinal.

O método de Pencil permite se filtrar o sinal observado do ruído gerado pela cadeia de medida e de conversão, até mesmo se eliminar um componente não pertinente do sinal. Ele fornece para cada janela de amostragem atual dado de ordem k, os vetores de dimensão M dos valores singulares SGik, pólos S,k e resíduos R,k para a corrente, a tensão e a potência.

A memorização seletiva dos resultados sucessivos fornecidos pelo método de Pencil permite que se execute o acompanhamento temporal.

O método de Pencil é aplicado a cada janela de amostragem temporal da corrente. A duração At da janela é sujeita a parâmetros, ela se encontra no exemplo dado selecionada como igual a At = 10 ms no caso das Figuras 3c a 3g, isto é, um meio período para uma frequência de alimentação de 50 Hz.

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17/27

Um exemplo de acompanhamento temporal dos valores singulares é dado na Figura 3c.

Na Figura 3c, o eixo das abscissas é graduado em segundos e o eixo das ordenadas em valor relativo de amplitude de valor singular, sem dimensão.

O envelope da corrente de entrada representado na Figura 3b se encontra no nível da evolução dos valores singulares; as suas variações colocam em evidência as alterações de estado, de modo essencialmente síncrono.

O número de pólos e de resíduos pertinentes é originário de um tratamento apropriado destes valores singulares.

O acompanhamento temporal das partes reais e imaginárias de cada polo é ilustrado nas Figuras 3d e 3e respectivamente.

Na Figura 3d, o eixo das ordenadas é graduado em neperianos por segundo, Np/s, e, na Figura 3d o eixo das ordenadas é graduado em hertz.

De acordo com uma modalidade preferencial não limitativa, o acompanhamento temporal dos resíduos é expresso por aquele de seus valores normalizados, em regime permanente e em regime transitório nas Figuras 3f e 3g. Esta escolha, mais bem apropriada facilita a classificação em relação aos resíduos. Nas Figuras 3f e 3g, o eixo das ordenadas é graduado em ampères (A).

Estes acompanhamentos temporais fornecem informações sobre as características das cargas.

Os harmônicos, dentre eles o fundamental, são caracterizados por pólos puramente imaginários, eles correspondem ao regime permanente das cargas.

Os regimes livres são caracterizados por pólos cuja parte real dá informações sobre as constantes de tempo (conforma e Figura 3d) e a parte imaginária sobre as frequências próprias (conforme a Figura 3e).

Os resíduos são diretamente ligados às cargas presentes e aos harmônicos se estas frequências existem.

De acordo com uma modalidade preferida, para o regime permanente, define-se um valor normalizado por cada resíduo Rik. Esta definição pode ser dada para qualquer tipo de resíduo, de tensão, de corrente, de potência e, principalmente para os resíduos de corrente,

9L/ dada pela expressão seguinte com, por exemplo, conforme abaixo, R_Cj indicado * desigsr.^F nando o resíduo de corrente e S_cí indicado designando o polo de corrente na janela de amostragem número k, designando o valor normalizado correspondente:

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18/27 sendo:

tkd: o instante do início da janela de amostragem número k;

, o resíduo de corrente associado ao regime permanente e relativo à janela k, para a frequência fundamental e para as frequências harmônicas se elas existem;

^Sik , o polo da corrente associado ao regime permanente e correspondente ao íR/f resíduo da corrente

A Figura 3f dá a evolução temporal dos resíduos normalizados da correníR/f te associados às frequências positivos.

ER/Vf

De acordo com uma modalidade, a exploração dos permite se voltar ao valor da carga.

Por analogia, pode ser estabelecida uma normalização dos resíduos da corrente 9Ϊ/Α·?

associados ao regime transitório do modo seguinte, designando o valor normalizado correspondente:

WNj- = ER/* j -41- e~^sl* ^{(/w }} sendo tkd: o instante do início da janela de amostragem número k;

to: o instante do engate da carga;

ER/?

designa o resíduo da corrente associado ao regime transitório, relativo à janela k;

S/l· ^h designa o polo da corrente associado ao regime transitório relativo à janela k ER/_t ^L e correspondente ao resíduo

A Figura 3g da a evolução temporal de , resíduo normalizado da corrente associado ao regime transitório. Nesta figura aparecem instantes de engate de carga, isto é to correspondendo aos instantes 0,2 s, 0,61 s e 1,1 s.

Os pólos, Figuras 3d, 3e, associado à frequência positiva da excitação são representados por círculos “o”. Os associados à frequência negativa conjugada, são representados por cruzes “x”. Os pólos associados ao regime transitório da carga são representados por asterisco e por losangos “*,0”.

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19/27

Os resíduos normalizados, associados às frequências positivas, são representados por círculos “o” (Figura 3f) no caso do regime permanente e por asteriscos “*” (Figura 3g) para o regime transitório.

Compreende-se que o processo de acompanhado utilizado consiste essencialmente em uma leitura dos valores de pólos, resíduos, valores singulares e em uma comparação destes dados para a detecção de uma alteração de estado.

Os instantes de alteração de estado são detectados no nível da variação dos valores singulares representados na Figura 3c. Estes instantes aparecem também no nível de acompanhamento dos resíduos normalizados. A Figura 3f ilustra este fenômeno.

A interpretação dos acompanhamentos dos pólos e dos resíduos normalizados dados para as quatro Figuras 3d, 3e,3f e 3g é a seguinte:

Entre os instantes 0 s e 0,2 s:

Entre estes dois instantes, as Figuras 3d e 3e dão dois pólos imaginários puros (0 + 50j) e (0-50j) que correspondem à frequência de 50 Hz. Compreende-se que a forma geral dos pólos normalizados é dada por 0 ± Fj em que F designa a frequência fundamental da tensão de alimentação e

Se for considerado que nenhuma carga está presente antes do instante t = 0, a vaZÍ%Vl . = riaçao do resíduo associado ao regime permanente, Figura 3f, e de (2,069 4,2406· 10’⁶j) - (0).

De acordo com a modalidade preferida, a partir desta informação pode ser deduzido o módulo da carga assim como a sua fase. Neste instante estamos na presença de uma carga de módulo 100 Ω e de fase nula.

Ora, o valor utilizado na experimentação era uma resistência de valor Ri = 100 Ω e =

o valor teórico do resíduo normalizado é: 2,3 + Oj.

Entre os instantes 0,2 e 0,6 x:

Entre estes dois instantes, as Figuras 3d e 3e mostram a existência de três pólos, (0 + 50j), (0 - 50j) e (-10 + Oj). Este último polo indica o desengate no instante 0,2 s de uma r = — - lOü w.í carga de primeira ordem de constante de tempo

De acordo com a modalidade preferida, é calculada a variação dos resíduos normalizados associados ao regime permanente no instante 0,2 s, fornecidos pela Figura 3f:

= (4,6022 + 7,3130· 10'² j) - (2,3069 - 4,2406 · 10 ⁶j) =

2,2953 + 7,3134 · 10 ²j

De acordo com a modalidade preferida e a partir desta informação, pode ser então

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20/27 calculado o módulo da carga assim como a sua fase. Neste instante observa-se uma carga de módulo 100,15 Ω e de fase -0,0318 rd (-1,822°). Deduz-se o caráter capacitivo desta carga.

Ora, a carga que está engatada no instante citado acima é um circuito RC de série de resistência R2 = 100 Ω e de capacidade C2 = 1mF. O valor teórico do resíduo normaliza%V2 do correspondente é = 2,2977 + 7,313 · 10²j, ele é idêntico ao obtido pelo método de Pencil.

Entre os instantes 0,6 s e 1,1 s:

Entre estes dois instantes, as Figuras 3d e 3e dão três pólos, (0 + 50j) e (0 - 50j) assim como um novo polo (-50 + Oj). Este último polo indica o engate no instante 0,6 s de

T - “ = 20 ms uma carga da primeira ordem de constante de tempo

De acordo com a modalidade preferida, calcula-se a variação dos resíduos normalizados associados ao regime permanente no instante 0,6 s, fornecidos pela Figura 3e:

. ^caíc (5,168 - 3,4970j) - (4,6022 + 7,3130 · 10 ²j) = 0,56590 - 3,5701j.

De acordo com a modalidade preferida e a partir desta informação, pode ser deduzido o módulo da carga assim como a sua fase. Neste instante encontra-se na presença de uma carga de módulo 63, 62 Ω e da fase 1,413 rd (80,9589°). Deduz-se dali o caráter indutivo desta carga.

Ora, a carga engatada é um circuito RL de série de resistência R3 = 10 Ω e de indu= tância L3 = 0,2H. O valor teórico do resíduo normalizado correspondente é ^Ih 0,56820 - 3,5701j, ele é idêntico ao obtido com o método de Pencil.

Entre os instantes 1,1 s e 1,5 s:

Entre estes dois instantes, as Figuras 3d e 3e dão quatro pólos, (0 + 50j) e (0 - 50j) relativos à frequência fundamental assim como (-30 + 22j) e (-30 -22j) relativos à frequência própria da carga. A partir destes pólos, pode ser reconhecida a presença de uma carga de segunda ordem no instante 1,1 s (aparecimento de dois pólos complexos conjugados).

Neste instante, de acordo com a modalidade preferida, calcula-se a variação dos resíduos normalizados

De acordo com a modalidade associados ao regime permanente:

= i (5,5818 - 5.2337J) - (5,168 - 3,4970)) = 0,41370 - 1.7367

De acordo com a modalidade preferida e a partir desta informação pode ser calculado o módulo da carga assim como a sua fase. Neste instante tem-se uma carga de módulo 128, 83 Ω e de fase 1,3369 rd (76,5987°) Deduz-se daí o caráter indutivo desta carga.

Ora, a carga engatada é um circuito RLC de série de resistência R4 = 30 Ω, de induPetição 870190130581, de 09/12/2019, pág. 78/100

21/27 tância l_4 = 0,5H e de capacidade C4 = 0,1 mF. O resíduo normalizado teórico correspondente é

9ÍV4 = ^r 0,41598 - 1,7367j, ele e idêntico ao originário do método de Pencil.

Entre os instantes 1,5 s e 1,8 s:

A variação negativa dos valores singulares no instante 1,5 s indica a colocação fora de tensão de uma das quatro cargas colocadas sob tensão entre os instantes 0 s e 1,5 s por um lado. Por outro lado, a variação dos resíduos normalizados do regime permanente é de Λ9ΐΛ^Γ5 . =

-2,2953 - 7,31 · 10^_2j. De acordo com a modalidade preferida, deduz-se daí a colocação fora de tensão da carga n° 2. que foi engatada no instante 0,2 s.

Entre os instantes 1,8 s e 2 s:

A variação negativa dos valores singulares no instante 1,8 s indica a colocação fora de tensão de uma das quatro cargas colocadas sob tensão entre os instantes 0 s e 1,8 s por um lado. Por outro lado, a variação dos resíduos normalizados do regime permanente é de =

-2,2977 + Oj. De acordo com a modalidade preferida disso se deduz a colocação fora de tensão da carga n° 1 que se engatou no instante 0 s.

Assim, de acordo com um aspecto notável do processo objeto da invenção, compreende-se que a discriminação do conjunto dos pólos Si, dos resíduos R, e dos valores singulares SGj é efetuada por leitura dos valores correspondentes revelados pela aplicação do método de Pencil.

Além disso na modalidade de utilização preferida do processo objeto da presente invenção, em que os pólos e os resíduos são estabelecidos de acordo com a sua definição normalizada, o acompanhamento de colocação em funcionamento/fora de funcionamento de cada carga elétrica individual C, pode, de modo especialmente vantajoso, ser colocada em prática por um simples cálculo da variação algébrica dos resíduos normalizados. Mais especificamente a aparecimento, o engate, de uma carga é revelado pelo aparecimento do valor algébrico do resíduo R, associado a esta carga e pelo desaparecimento, desengate, desta carga é revelado pelo aparecimento do valor algébrico oposto do resíduo R, associado a esta carga.

Será agora dada abaixo uma recapitulação das características dos resíduos, pólos e valores singulares, definitiva das assinaturas obtidas em função de características elétricas de cargas elétricas encadeadas e desencadeadas respectivamente em uma instalação.

Considera-se uma janela de amostragem, ou uma sucessão de janelas de amostragem, do sinal de consumo que inclui o regime transitório e o início do regime permanente de engate/desengate de uma carga elétrica.

De modo característico:

- o engate/desengate de uma carga puramente resistiva é assinalado por um regiPetição 870190130581, de 09/12/2019, pág. 79/100

22/27 me permanente único, pela existência, para a janela de amostragem considerada de dois pólos complexos conjugados com uma parte real nula e de dois resíduos complexos conjugados no regime permanente.

Além disso, os resíduos apresentam uma fase numa no regime permanente.

A tabele denominada Tabela de carga resistiva dos valores dos pólos e dos resí duos normalizados correspondentes.

Tabela de carga resistiva:

	Regime permanente
Pólos	(0 + 50.j)	(0-50.j)
Resíduos	(x + y.j)	(x-y.j)

A existência de dois valores para os pólos e os resíduos, assim como a fase nula dos resíduos normalizados associados ao regime permanente permitem que se deduza a natureza resistiva da carga sendo analisada;

- o engate/desengate de uma carga resistiva e capacitiva é assinalado por um regime transitório e um regime permanente distintos, a existência para a janela de amostragem de dois pólos complexos conjugados com uma parte real nula e de dois resíduos complexos conjugados no regime permanente e por um polo real e um resíduo complexo no regime transitório. A fase negativa do resíduo no regime permanente caracteriza a natureza globalmente capacitiva da carga.

Tabela de carga RC:

	Regime permanente	Regime transitório
los	Pó-	(0 + 50.j)	50.j)	(0-	(α + 0.j)
síduos	Re-	(x + y.j)	y.j)	(x-	(a + b.j)

A fase dos resíduos normalizados associados ao regime permanente é negativa. A comparação do valor absoluto da fase com o produto α.ω ou o inverso deste produto permite que se deduza a existência de uma carga RC em série ou de uma carga RC em paralelo.

- o engate/desengate de uma carga resistiva e indutiva é assinalada por um regime transitório e por um regime permanente distintos pela existência para a janela de amostragem de dois pólos complexos conjugados com uma parte real nula e de dois resíduos complexos conjugados no regime permanente e por um polo real e um resíduo complexo no regime transitório. A fase positiva do resíduo caracteriza a natureza globalmente indutiva da carga.

Tabela de carga RL

Regime permanente Regime transitório

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23/27

Pólos	(0 + 50.j)	(0-50.j)	(α + 0.j)
Resíduos	(x + y.j)	(x-y.j)	(a + b.j)

A fase dos resíduos normalizados associados ao regime transitório é positiva.

A comparação do valor absoluto da fase com o produto α. ω ou o inverso deste último permite que se deduza a existência de uma carga RL em série ou de uma carga RL em paralelo.

- o engate/desengate de uma carga resistiva, indutiva e capacitiva é assinalado por um regime permanente e por um regime transitório distintos e pela existência, em regime permanente, de dois pólos complexos conjugados com uma parte real nula e de dois resíduos complexos conjugados e, em regime transitório, de dois pólos complexos conjugados e dois resíduos complexos conjugados. A fase negativa do resíduo em regime permanente caracteriza a natureza globalmente capacitiva da carga e a fase positiva do resíduo em regime permanente caracteriza a natureza globalmente indutiva da carga.

Tabela de carga RLC

	Regime permanente	Regime transitório
Pólos	(0 + 50.j)	(0-50.j)	(α + P.j)	(α - P.j)
Resíduos	(x + y.j)	(x-y.j)	(a + b.j)	(a - b.j)

Observe-se que o conjunto dos valores de pólos e de resíduos dado nas tabelas precedentes é obtido pela aplicação do método de Pencil. Mais especificamente no exemplo dos valores dados, os valores digitais 50 afetados na parte imaginária dos pólos correspondem na verdade ao valor da frequência fundamental da tensão de alimentação da instalação. este valor é substituído pelo valor 60 para a utilização do processo objeto da invenção nos países em que as redes de alimentação de energia elétrica são redes alternativas de frequência 60 Hz.

Uma descrição mais detalhada de um dispositivo de determinação não intrusiva da potência elétrica consumida por uma instalação de assinante, conforme o objeto da presente invenção, será agora dada em conexão com a Figura 4a e a Figura 4b.

Conforme foi representado na Figura 4a citada acima, o dispositivo objeto da presente invenção compreende meios de tomada periódica de amostras dos valores de tensão de alimentação e da intensidade da corrente elétrica fornecidos à instalação considerada, visando-se a obtenção de um sinal de consumo

Na Figura citada acima, os meios correspondentes são considerados como constituídos por um circuito que fornece uma imagem da tensão de alimentação e um circuito que fornece uma imagem de intensidade da corrente elétrica fornecidos à instalação. Estes circuitos podem ser com vantagem constituídos por qualquer circuito de coleta de tensão e de

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24/27 corrente respectivamente, acompanhados de coletores de amostras adequados fornecendo nas condições de tomada de amostragem de Shannon uma imagem da tensão e da intensidade da corrente fornecida respectivamente. Estes circuitos podem ser acompanhados de conversores analógicos e digitais para a frequência ou o período de amostragem designado Te. Este tipo de circuito não será descrito em detalhes, pois ele corresponde a circuitos conhecidos pelos versados na técnica no domínio técnico correspondente.

Cada circuito conversor analógico em digital CAN fornece com um ritmo correspondendo ao período de amostragem Te as amostras de tensão designadas v(nTe) e de corrente i(nTe), respectivamente, naturalmente para n > 0, n designando a ordem da amostra.

De acordo com uma característica especialmente vantajosa, o dispositivo objeto da invenção comporta um meio de cálculo 1 da potência instantânea fornecido, produto dos valores medidos como amostras dos valores de tensão de alimentação e da intensidade da corrente elétrica fornecida. Assim, na Figura 4a, o meio de cálculo 1 recebe os valores medidos como amostras de correntes i(nTe), e de tensão v(nTe) e fornece um valor produto destes valores recebidos, constituindo o valor de potência instantânea fornecida observada p(nTe).

De acordo com uma outra característica do processo e do dispositivo objetos da invenção, o sinal de consumo é constituído pelo menos por um a das amostras de intensidade fornecida i(nTe), de tensão fornecida v(nTe) e de potência instantânea fornecida p(nTe) à instalação. Os componentes do sinal de consumo citados acima são submetidos a observação para a determinação dos pólos, dos resíduos e dos valores singulares graças ao dispositivo objeto da invenção do modo que será descrito abaixo.

O dispositivo de acordo com a invenção, representado na figura 4a comporta para tal fim de meios de memória e de leitura dos valores sucessivos do sinal de consumo para pelo menos uma janela de amostragem, sendo as operações de memorização e de leitura, naturalmente, executadas em diversas janelas de amostragem sucessivas.

Ele comporta, por exemplo, conforme representado na Figura 4a, meios de criação de janelas de amostragem nos componentes de intensidade, de tensão e de potência citados acima. Estes meios são designados 21, 22, 23 nesta Figura. Eles podem consistir de modo clássico em circuitos de escrita/leitura na memória dos componentes citados acima memorizados para uma multiplicidade de valores sucessivos de ordem n compreendidos entre (k-1)N e kN-1, N designando o número de amostras na janela de ordem k considerada, em associação com a Figura 1.

O dispositivo objeto da invenção representado na Figura 4a comporta, além disso, meios de aplicação, para o sinal de consumo e para pelo menos uma janela de amostragem atual, conforme definido precedentemente, de um tratamento de filtragem pelo método de Pencil, isto visando discriminar na janela do sinal de consumo o conjunto dos pólos e resíPetição 870190130581, de 09/12/2019, pág. 82/100

25/27 duos representativos, com os valores singulares, de uma combinação de assinaturas de cargas elétricas distintas em funcionamento na instalação considerada.

Observando-se a Figura 4a, será constatado que os meios 3 de aplicação do tratamento de filtragem pelo método de Pencil comportam com vantagem módulos separados dotados com as referências 31, 32, 33, recebendo cada um deles os componentes de intensidade, de potência e de tensão, respectivamente, do sinal de consumo citado acima.

Cada módulo separado 3i, 32, 33 pode ser constituído por um calculador dedicado que incorpora um programa de tratamento apropriado.

Cada um dos módulos citados acima fornece os pólos, os resíduos e os valores singulares para o componente de intensidade, de potência instantânea, de tensão do sinal de consumo, sendo estes valores designados respectivamente Sck, Rck, SGck para a componente de intensidade, Spk, Rpk, SGpk para a componente de potência instantânea, Svk, Rvk, SGvk para a componente de tensão fornecida à instalação. Os valores citados acima não são outros, naturalmente, senão os valores de pólos Si, de resíduos Ri, e de valores singulares SGi, já mencionados na descrição.

Além disso, conforme representado na Figura 4a e 4b, o dispositivo de acordo com a presente invenção compreende meios 4 de acompanhamento temporal da combinação de assinaturas e, portanto, das cargas elétricas e de cálculo para pelo menos a duração da janela de amostragem atual de ordem k de pelo menos a potência ativa consumida pelo menos por um sub-conjunto de cargas elétricas em funcionamento na instalação. A potência calculada citada acima é expressa como sendo a soma das potências, tais como a potência ativa, consumida por cada carga elétrica distinta do sub-conjunto citado acima que satisfaz uma função de potência consumida associando os pólos e os resíduos.

É compreensível, naturalmente, que a função de potência associando os pólos e os resíduos, principalmente para a potência ativa, satisfaz a relação (4) já mencionada na descrição.

Será observado ainda na Figura 4a que os meios 4 de acompanhamento temporal da combinação de assinaturas comportam também módulos separados denominados 41, 42, 43 que operam nos pólos, resíduos, valores singulares do componente de intensidade, de potência e de tensão respectivamente fornecido à instalação.

Mais especificamente, o acompanhamento temporal da combinação das assinaturas é executado conforme o processo descrito em conexão com as Figuras 2a a 2c, especialmente por detecção da variação algébrica dos valores dos resíduos e dos pólos correspondente, por exemplo.

Além disso, os meios 4 de acompanhamento temporal serão agora descrito abaixo me detalhes, fazendo-se referência à Figura 4b

Com referência à Figura 4b citada acima, os meios 4 de acompanhamento temporal

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26/27 comportam, além disso, pelo menos um módulo 44 de detecção de alteração do estado de engate/desengate de carga elétrica, e que recebe os valores digitais representativos da combinação de assinaturas fornecidas por cada módulo separado 4i, 42, e 4a é diretamente ligado a um módulo 45 de identificação das cargas elétricas encadeadas e/ou desencadeadas a partir das assinaturas de cargas elétricas citadas acima.

O módulo 4s de identificação das cargas elétricas encadeadas e/ou desencadeadas é ele mesmo conectado a um módulo 4θ de biblioteca de cargas elétricas identificas em relação com suas assinaturas e a um módulo 4? de identificação dos usos de consumo de utilização de assinante e de cálculo do consumo pelo menos em potência ativa.

Conforme representado nas Figuras 4a e 4b citadas acima, os módulos 4i a 4? são, naturalmente, sincronizados por um sinal designado k, N na leitura de cada janela de amostragem de ordem k comportando, para um número N de amostras, um número dado de valores de resíduos, pólos, valores singulares fornecidos para cada módulo respectivo 3i, 32, 3a relativo aos componentes de intensidade, de potência instantânea e de tensão respectivamente, conforme descrito acima na descrição.

Cada um dos módulos citados acima opera para a execução do acompanhamento por leitura dos valore de pólos, de resíduos e de valor singular correspondente, conforme já descrito na descrição me conexão com as Figuras 2c e 3b a 3g.

Deve ser compreendido, especialmente, que os módulos de filtragem 3i, 32 e 3a podem ser constituídos por um programa de computador executável por um computador ou pela unidade central de tratamento de um dispositivo dedicado que permita na verdade a aplicação do método de Pencil às amostras dos componente de intensidade de corrente, da potência instantânea e da tensão de alimentação fornecidos à instalação para a obtenção dos valores singulares, pólos e resíduos relativos aos componentes do sinal de consumo já citado.

Deve ser compreendido ainda que os módulos de acompanhamento temporal 4i, 42, 4a podem também ser constituídos por um programa de computador executável por um computador ou pela unidade central de tratamento de um dispositivo dedicado permitindo na verdade a aplicação do processo de acompanhamento temporal do engate/desengate de cargas elétricas, conforme representado nas Figuras 2c, 3b a 3g, conforme já descrito na descrição.

No tocante ao módulo 4θ de biblioteca, indica-se que este último permite a colocação em correspondência biunívoca entre o valor de assinatura ou de código de assinatura , o valor dos pólos, resíduos e valor singular correspondente e, além disso, de todas as características elétricas e eletromecânicas características de cargas elétricas normalmente disponível no comércio e que permitem que se deduza um acompanhamento de consumo por carga elétrica específica. Este programa de computador comporta pelo menos uma roti

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27/27 na de cálculo da potência ativa consumida por cada carga elétrica distinta que satisfaz uma função de potência consumida associando os pólos e os resíduos do sinal de consumo satisfazendo a relação (4) já descrita.

Em um exemplo de concretização não limitative, o valor do código alocado à assi5 natura de uma carga elétrica C, é um valor único obtido por aplicação de parâmetros de um processo de assinatura, tal como o processo ou algoritmo RSA (Rivest Shamir Adleman), por exemplo, a partir dos valores de resíduos, pólos e valor singular correspondente.

O processo e o dispositivo objetos da invenção são especialmente adaptados à colocação em prática do processo de detecção e de acompanhamento dos usos de consumo 10 elétrico de clientes. O módulo 4? de identificação das técnicas de detecção e de acompanhamento dos usos de consumo baseados sobre técnicas estatísticas conhecidas dos versados na técnica.

Claims (11)

1. Processo de determinação não intrusiva da potência elétrica consumida por uma instalação de assinante, em que se procede a uma tomada de amostras periódica dos valores de tensão de alimentação e da intensidade da corrente elétrica fornecidas a esta instalação para ser obtido um sinal de consumo, este consiste pelo menos, a partir dos valores de amostras do sinal de consumo, em:

agrupar os valores de amostras em janelas temporais de amostragens sucessivas;

CARACTERIZADO por discriminar em cada janela temporal de amostragem atual sucessiva o conjunto dos pólos (Si) e dos resíduos (Ri) do sinal de consumo pelo método de Pencil, sendo o conjunto dos pólos e resíduos representativo, na janela de amostragem atual de uma combinação de assinaturas de cargas elétricas (C,) distintas que incluem pelo menos pólos (Si) e resíduos (R,) determinados associados a pelo menos um valor singular (SGi) obtido pelo método de Pencil em funcionamento na instalação;

calcular, para pelo menos durante a duração da janela de amostragem atual, pelo menos a potência ativa consumida por pelo menos um subconjunto das cargas elétricas em funcionamento na instalação, expressa como a soma das potências ativas consumidas por cada carga elétrica distinta deste sub-conjunto que satisfaz uma função de potência consumida ligando os pólos e resíduos.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que para a potência ativa, a função satisfaz a relação:

^k -Esinhcfc + Sji=l r'—I X J em que P: designa a potência ativa consumida pelo conjunto das cargas elétricas distintas C, da assinatura (Si, Ri, SGi);

Sei e Re,: designam os pólos e os resíduos respectivamente da corrente tomada como amostra fornecida à instalação;

Svi’ e R_vr: designam os pólos e os resíduos respectivamente da tensão tomada como amostra fornecida à instalação, SG, designando os valores singulares;

tkd: designa o instante do início da janela de amostragem de ordem k;

At: designa a duração da janela de amostragem;

sinh c (X): a função de seno hiperbólico do cardinal do valor X, isto é sinh c| )=j = sinhffe + ψ )=

M: designa o número de pólos e de resíduos da corrente tomada como amostra forPetição 870190130581, de 09/12/2019, pág. 86/100

2/4 necida à instalação;

M’: designa o número de pólos e resíduos da tensão tomada como amostra fornecida à instalação.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que para uma tensão de alimentação essencialmente periódica de frequência angular ω e do período T, a duração At de cada janela de amostragem atual é tomada igual ao período.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que a frequência de tomada de amostra para a obtenção do sinal de consumo e a duração At de cada janela de amostragem são ligadas pela relação:

Aí .fe=Nani > 2

ΛΙΣ nel + 2 (1+W) em que:

fe: designa a frequência de amostragem;

Nem: designa o número mínimo de amostras para a duração de cada janela de amostragem;

Nc: designa o número observado de cargas elétricas distintas (C,) da instalação de assinante;

nci: designa o número de pólos da carga elétrica (C,);

H: designa o número de componentes harmônicas da frequência fundamental da tensão de alimentação.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que depois da etapa que consiste em discriminar o conjunto dos pólos (Si) e dos resíduos (R,) do sinal de consumo, este comporta, além disso, uma etapa de discriminação e de aquisição das assinaturas formadas por um par de pólos (S,), resíduos (Rj) de cada carga elétrica distinta (C,) e dos valores singulares (SG,).

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que depois da aquisição das assinaturas (Si, Ri, SG,) o processo compreende uma etapa de identificação das cargas elétricas constitutivas do sub-conjunto de cargas elétricas distintas em funcionamento para pelo menos uma janela de amostragem.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, CARACTERIZADO pelo fato de que depois da aquisição das assinaturas (Si, Ri, SG,), o processo compreende uma etapa de acompanhamento da colocação em funcionamento/fora de funcionamento de cada carga distinta, por discriminação da totalidade ou de parte da assinatura para pelo menos uma janela de amostragem.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que para uma janela de amostragem do sinal de consumo que inclui o regime transitório e o começo do regime permanente de engate/desengate de

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3/4 uma carga, o engate/desengate de uma carga puramente resistiva é assinalado para um regime permanente único, pela existência, para a janela de amostragem, de dois pólos (Si) complexos conjugados com uma parte real nula e de dois resíduos (Ri) complexos conjugados no regime permanente, e pela fase nula dos resíduos (Ri) no regime permanente;

o engate/desengate de uma carga resistiva e capacitiva é assinalado por um regime transitório e por um regime permanente distintos, a existência, para a janela de amostragem, de dois pólos (Si) complexos conjugados com uma parte real nula e de dois resíduos (Ri) complexos conjugados no regime permanente e por um polo (Si) real e um resíduo (Ri) no regime transitório, caracterizando a fase negativa do resíduo (Ri) no regime permanente a natureza globalmente capacitiva da carga;

o engate/desengate de uma carga resistiva e indutiva é assinalado por um regime transitório e um regime permanente distintos, pela existência, para a janela de amostragem, de dois pólos (Si) complexos conjugados com uma parte real nula e de dois resíduos (Ri) complexos conjugados no regime permanente e por um polo (Si) real e um resíduo (Ri) complexo, no regime transitório, caracterizando a fase positiva do resíduo (Ri) a natureza globalmente indutiva da carga.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que para uma janela de amostragem do sinal de consumo que inclui o regime transitório e o início do regime permanente de engate/desengate de uma carga, o engate/desengate de uma carga resistiva, indutiva e capacitiva é assinalado por um regime permanente e um regime transitório distintos, pela existência:

em regime permanente de dois pólos (Si) complexos conjugados com uma parte real nula e de dois resíduos (Ri) complexos conjugados; e, em regime transitório, de dois pólos (Si) complexos conjugados e de dois resíduos (Ri) complexos conjugados, caracterizando a fase negativa do resíduo (Ri) em regime permanente a natureza globalmente capacitiva da carga e caracterizando a fase positiva do resíduo (Ri) em regime permanente a natureza globalmente indutiva da carga.

10. Dispositivo de determinação não intrusiva da potência elétrica consumida por uma instalação de assinante, compreendendo pelo menos meios de tomada periódica de amostras dos valores de tensão de alimentação e da intensidade da corrente elétrica fornecidos a esta instalação para se obter um sinal de consumo, em que o dispositivo compreende, além disso, pelo menos:

meios de cálculo da potência instantânea fornecida, o produto dos valores medidos como amostra dos valores de tensão de alimentação e da intensidade da corrente elétrica fornecidos, o sinal de consumo pelo menos um dos valores medidos como amostra da tensão de alimentação, da intensidade de corrente fornecidos ou da potência instantânea for

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4/4 necida;

meios de armazenamento e de leitura dos valores sucessivos do sinal de consumo para pelo menos uma janela de amostragem;

CARACTERIZADO por compreender ainda meios de aplicação, no sinal de consumo, para pelo menos uma janela de amostragem atual, de um tratamento de filtragem pelo método de Pencil, para discriminar, na janela, o conjunto dos pólos (Si) e resíduos (Ri) representativos de uma combinação de assinaturas de cargas elétricas (Ci) distintas incluindo pelo menos os pólos (Si) e os resíduos (Ri) associados pelo menos a um valor singular (SGi) obtido pelo método de Pencil em funcionamento na instalação;

meios de acompanhamento temporal da combinação de assinaturas e de cálculo, para pelo menos a duração da janela de amostragem atual, de pelo menos a potência ativa consumida por pelo menos um sub-conjunto das cargas elétricas em funcionamento na instalação, expressa como sendo a soma das potências ativas consumidas por cada carga elétrica distinta deste sub-conjunto que satisfaz uma função de potência consumida ligando os pólos (Si) e resíduos (Ri).

11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que os meios de acompanhamento temporal da combinação de assinaturas e de cálculo de pelo menos a potência ativa consumida por pelo menos um sub-conjunto das cargas elétricas compreendem:

módulos separados operando nos pólos (Si), nos resíduos (Ri), nos valores singulares do componente de intensidade, de potência e de tensão respectivamente fornecida à instalação;

um módulo de detecção de alteração de estado de engate/desengate de carga elétrica;

um módulo de identificação das cargas elétricas engatadas ou desengatadas a partir das assinaturas de cargas elétricas (Ci);

um módulo de biblioteca de cargas elétricas identificadas em relação com a sua assinatura; e um módulo de identificação dos usos de consumo da utilização de assinante e de cálculo do consumo, pelo menos em potência ativa.