CN103080697B - 用于检测电网络中的拓扑改变的装置、方法和计算机软件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测电网络中的拓扑改变的方法、电网络通信调制解调器和用于监视用于网络控制的电网络拓扑模型的计算机程序，电网络包括多个通信路径、在通信路径上的多个开关、多个功率测量设备和多个频率分析设备，该方法包括以下步骤：在电网络中安装多个耦合器，其中安装耦合器使得至少一个开关存在于两个相继耦合器之间的通信路径上，并且其中两个相继耦合器是传输耦合器和接收耦合器，在两个相继耦合器之间的通信路径上传输经由传输耦合器生成的信号，经由功率测量设备之一测量在接收耦合器处的接收的功率，经由多个频率分析设备之一处理在接收耦合器处接收的信号，导出关于在两个相继耦合器之间的通信路径上存在的开关的状态的信息，并且基于开关的所需状态更新用于网络控制的网络拓扑模型。

Description

用于检测电网络中的拓扑改变的装置、方法和计算机软件

技术领域

本发明一般地涉及检测电网络中的拓扑改变的方法并且特地、但是并非排他地涉及一种用于检测电网络中的拓扑的方法、电网络通信调制解调器和用于监视用于网络控制的电网络拓扑模型的计算机程序。

背景技术

尽管来自可再生能源的分布式发电（DPG）被视为将来能量供应的关键要素，但是目前存在的电网未被设计用于集成分布式发电机的稳定增长的份额。如今在多数网络中运用的分级网络拓扑被设计用于单向功率流和/或无源操作。因此，为了适应发电在目前电网中的添加并且为了避免过于昂贵的电网加强，用于有源电网操作的新解决方案是必需的。

为了满足不断增加的能量生成需要和目标，需要进一步增加部署基于可再生能源（RES）的分布式发电（DPG）。然而DPG的高渗透水平（penetrationlevel）目前受无源操作的配电系统（distributionsystem）的特性限制。从历史观点来看，配电网络被设计用于供应最终用户（负载）并且不用于连接发电机。基于从具有中央发电单元的传输网络的高电压电平到配电网络和到在低电压电平的消耗者的单向功率流操作常见无源网络。

在DPG的更高渗透水平，前者纯无源配电系统变成有源并且单向流改变成双向负载流。然而这一发展在它来到网络操作时通常未被反映，因为在多数情况下DPG被简单地视为负的负载（negativeload）。真实有源操作意味着配电系统内的发电、网络和消耗（负载）活跃地交互并且根据实际负载流情形相互适配。

网络从无源到有源操作的转换引入许多挑战，这些挑战考虑DPG网络集成、功率质量、用于网络规划的概念和策略、控制和监督以及信息和通信技术。

在将来的配电网络中，将连接越来越多的分散式和波动发电部件。能量流以前纯粹地从集中式发电厂经由高电压传输线路朝着中/低电压配电网络中的消耗者。在将来，能量流方向有望改变，并且这具有对网络操作的影响，而且将超过电压和电流的限制。

为了满足和解决上述挑战，已经建议智能电力网络控制机制。然而这些控制机制经常依赖于如下模型，这些模型依赖于已知电力网络结构和它的参数构建。因而，必须已知网络拓扑和网络参数以应用智能控制机制。

然而尤其在较旧的配电网络中，网络的参数，诸如线缆类型、长度和拓扑经常未确切地已知或者仅在网络的部分中已知。另外，网络拓扑可能通过开关的手动断开和闭合而突然改变，这些开关的手动断开和闭合连接/断开网络的部分。

甚至在已知网络拓扑的情况下，经由测量网络模型的线路阻抗来标识网络模型也是困难的。绝对电压测量设备对节点电压的测量是不够的，因为需要节点之间的电压差以计算线路阻抗。这些电压差小并且因此测量单元的必需测量分辨率和准确性对于实际系统实现而言太高。

另一可能性是直接测量在节点之间的电压差。这一解决方案涉及到单独测量网络的安装，并且因此昂贵。

因此仍然存在对实现高效控制和监督、诊断和保护电力网络的其他解决方案的需要。

发明内容

本发明通过提供权利要求1的用于检测电网络中的拓扑改变的方法、权利要求2的电网络通信调制解调器和权利要求3的可在电网络通信调制解调器中加载的计算机程序产品来提供对上述问题的解决方案。

根据本发明的一个实施例，设想一种检测电网络中的拓扑改变的方法，电网络包括多个通信路径、在通信路径上的多个开关、多个功率测量设备和多个频率分析设备。该方法包括以下步骤：在所述电网络中安装多个耦合器，其中安装所述耦合器使得至少一个开关存在于两个相继耦合器之间的通信路径上，并且其中所述两个相继耦合器是传输耦合器和接收耦合器，在两个相继耦合器之间的所述通信路径上传输经由所述传输耦合器生成的信号，经由所述功率测量设备之一测量在所述接收耦合器处的接收的功率，经由所述多个频率分析设备之一处理在所述接收耦合器处接收的所述信号；导出关于在两个相继耦合器之间的所述通信路径上存在的所述开关的状态的信息，并且基于开关的所需状态更新用于网络控制的网络拓扑模型。

根据本发明的另一实施例，设想一种电网络通信调制解调器，该电网络通信调制解调器包括用于检测电网络中的拓扑改变的装置，其中在所述电网络中安装多个耦合器，其中安装所述耦合器使得至少一个开关存在于两个相继耦合器之间的通信路径上，并且其中所述两个相继耦合器是传输耦合器和接收耦合器，检测拓扑改变的所述装置执行以下步骤：在两个相继耦合器之间的所述通信路径上传输经由所述传输耦合器生成的信号，经由所述功率测量设备之一测量在所述接收耦合器处的接收的功率，经由所述多个频率分析设备之一处理在所述接收耦合器处接收的所述信号，导出关于在两个相继耦合器之间的所述通信路径上存在的所述开关的状态的信息，并且基于开关的所需状态更新用于网络控制的网络拓扑模型。

根据本发明的又一实施例，设想一种用于监视用于网络控制的电网络拓扑模型的计算机程序产品，所述计算机程序在计算机上驻留，所述计算机程序基于开关的所需状态更新用于网络控制的网络拓扑模型，其中在所述电网络中安装多个耦合器，其中安装所述耦合器使得至少一个开关存在于两个相继耦合器之间的通信路径上，并且其中所述两个相继耦合器是传输耦合器和接收耦合器，所述计算机程序执行以下步骤：在两个相继耦合器之间的所述通信路径上传输经由所述传输耦合器生成的信号，经由所述功率测量设备之一测量在所述接收耦合器处的接收的功率，经由所述多个频率分析设备之一处理在所述接收耦合器处接收的所述信号，导出关于在两个相继耦合器之间的所述通信路径上存在的所述开关的状态的信息，并且基于开关的所需状态更新用于网络控制的网络拓扑模型。

与在本领域中提供的其他解决方案比较，本发明提供的解决方案利用电力线路通信设备的信道估计测量以便检测电网络的拓扑改变、通过以新方式使用现有基础设施来促进检测网络的拓扑改变，并且允许对可能网络拓扑/参数改变的容易分类。本发明的装置和方法也借助网络仿真促进网络控制器的系统模型或者配置参数的适配、网络的监视、诊断和保护。

本发明的其他特性和优点将结合从属权利要求而清楚。

附图说明

可以从附图中图示的本发明优选实施例的下文信息描述中最好地理解本发明以及上述和其他目的和优点。

图1图示了具有可再生能源的示例性电力网络拓扑。

图2图示了用于多径条件的测量和回波模型的示例性冲激结果。

图3描绘打开的环形配电网络的改变。

图4图示了根据本发明一个实施例的发电站。

图5A和5B图示了图4的发电站中的功率密度谱。

图6图示了根据本发明一个实施例的、其中在开关之前/之后交替安装耦合器的配置。

图7是结合本发明一个实施例测量的功率谱密度的表示。

图8图示了代表本发明的方法的流程图。

在图8中不应将描述的顺序解释为意味着这些操作必然依赖于顺序。

参照上文引用的附图描述本发明的非限制和非穷举实施例，在附图中，除非另有指定，相同标号贯穿各种图指代相同部分。不应解释描述顺序为意味着这些操作必然依赖于顺序。

具体实施方式

这里描述用于检测电网络中的拓扑改变的方法、电网络通信调制解调器和可在电网络通信调制解调器中加载或者可在单独设备的微控制器中加载的计算机程序产品的实施例。

在下文描述中，提供许多具体细节用于理解本发明的实施例。然而相关领域技术人员将认识到，无具体细节中的一个或者多个具体细节或者用其他步骤、方法、系统、部件、材料等也可以实现本发明。在其他实例中，未示出或者如果示出则未详细描述公知结构、材料、系统部件或者方法步骤以免模糊本发明的方面。

贯穿本说明书对“一个实施例”或者“一实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构、步骤或者特性被包括于本发明的至少一个实施例中。因此，在贯穿本说明书的各处出现短语“在一个实施例中”或者“在一实施例中”未必都指代相同实施例。另外，可以在一个或者多个实施例中以任何适当方式组合特定特征、结构、步骤或者特性。

现在参照图1，该图图示具有可再生能源的示例性电力网络图拓扑100。如可以在图1中观察到的那样，多个可再生能源102、104、106、108、诸如水力、光伏、新分布式能量生成厂向示例性网络配置100中馈送。另一方面，也存在多个消耗者，从而向示例性网络的各种功率流路径上赋予可变负载110。实质上，示例性电力网络100的所示部件中的每个部件是连接到示例性网络100中的分散式和波动发电或者耗电部件。使比如图1中所示网络的网络的研究和控制进一步变复杂的因素在于它的拓扑可能由于手动断开或者闭合设置于网络的各种支路112上的开关而突然改变。网络100也可能在诸如线路接地之类的不希望的事件发生时突然改变拓扑。

根据本发明的一个实施例，可以借助经由使用电力线路实现的通信的信道估计来研究电力网络100，诸如图1的示例性电力网络。

以往已经研究经由电力线路的区域通信以出于优化数据链路的目的而执行信道估计。理解通过信道估计为确定通信信道的复数传递函数或者信道冲激响应。使用的物理介质是电力网络。

通信设备能够执行信号测量以估计通信信道的性质并且因此执行信道估计。这是信号编码和解码所需要的。可以经由建模和仿真获得通信信道的性质。

在电网中，在支路的反射或者线路阻抗的改变严重影响通信信号。另外，信号可以在例如在环形拓扑中包括的两个节点之间的不同路径上行进。这些影响造成如图2中所示的具有若干峰值的冲激响应。

图2图示用于多径条件的测量和回波模型的示例性冲激结果。

对于多径条件，图2中所示测量的冲激响应示出来自最短路径上的信号的第一传入脉冲和一个或者多个延迟的脉冲。回波脉冲也可以用来标识回波路径的性质，诸如它们的长度和其他信号路径的阻尼（damping）。可以与其他信息，诸如关于网络拓扑和/或来自其他设备的测量的先验信息一起标识电网络的几何形状和其他参数。

在特殊情况下，当网络拓扑突然改变时，用于描述网络的模型需要跟随网络的改变并且自动改变。这经常是不可能的，因为不能预见多数改变，诸如网络的故障或者手动切换事件引起的改变之类的改变。不能对突然改变做出响应是在本领域中用于描述电力网络的所提出的解决方案的重大缺点之一。

可以优选地用未调制载体信号以及脉冲信号执行测量。也可以运用更多复杂的信号，诸如线性调频脉冲（chirp）、OFDM、宽带信号。

虽然不是测量的主要焦点，但是多数测量也针对路径损耗和噪声执行测试。出于这一目的，信号生成器提供跨越频率范围依次扫略的正弦波，该频率范围通常是以下之一：9kHz至150kHz（CENELEC、窄带）、0至500kHz（延伸的窄带）和1MHz至30MHz（宽带）。

生成的信号被耦合到不同中电压线路中。在接收侧，可以从中电压（MV）线路耦合输出并且由频谱分析器或者示波器处理信号。可以运用不同类型（电感和电容）和品牌的耦合设备。

本发明解决的关键问题是示出电力线路通信（PLC）测量可以如何用来导出关于网络本身的信息。具体而言，断开/闭合开关所引起的MV网络的拓扑改变的识别和网络中的短路的检测是两个主要目的。

测量揭示如果开关在通信路径中则单个开关的状态清楚地可检测：路径中的断开开关增加范围1MHz至5MHz中的衰减例如至少30dB，并且功率谱密度的这一改变清楚地标识开关状态。

测量也可以例如通过断开网络的10km或者30km分段来考虑通信路径以外的开关的影响。功率谱密度的所得改变依赖于考虑的线路并且也依赖于耦合器类型。总体上，识别通信路径以外的开关的状态明显更复杂。

也可以通过研究首先从中压断开并且然后接地的近似4000m的线路上的测量频谱来观测将线路接地的影响。接地通过显著减少噪声底来具有对频谱的清楚可观测的影响。也可以通过观测频谱的改变来检测仍然连接到中压的线路上的短路。这一观测提供一种用于通过运用经由电力线路的通信信号来检测短路的解决方案。

概括而言，可以进行本发明的测量以出于评价通信和串扰的可能范围的目的而评估用于数据通信目的的中压配电网络的基本适当性，并且在典型操作条件之下根据网络本身导出状态数据，诸如开关状态或者短路的检测。

为了测量网络特性或者测试用于数据通信的性质，已经经过耦合设备向不同MV分段中插入各种测试信号。可以使用不同品牌和基于不同技术（电容和电感）的耦合设备。运用的所有耦合器是无源设备并且可以用于耦合到MV线路中以及从线路脱离耦合。对于执行的测量，已经使用未调制载波信号（正弦波、载波CW）以及脉冲信号。也可以使用更复杂的信号（例如，线性调频脉冲、OFDM、带宽信号）。为了确定中压网络本身的特性，可以测量CW信号的衰减以及一些脉冲信号的传播。多数测量考虑路径损耗和噪声的测试。出于这一目的，用于电力线路通信的信号生成器或者调制解调器可以提供跨越频率范围依次扫略的正弦波，该频率范围通常是以下范围之一：9kHz至150kHz（CENELCE、窄带、10kHz步进、可选5kHz、0至500kHz（延伸的窄带，10kHz步进、可选5kHz、1MHz至30MHz（宽带1MHz步进、可选500kHz）。可以在可能实施例中进行以下类型的测量以导出所需信息：

对于所有三个频率范围（窄带、延伸的窄带、宽带），也可以经由本发明提出的方法和装置针对不同耦合器类型调查从50欧姆BNC输入向MV电力线路中的耦合输入的和从MV电力线路到50欧姆BNC输出的耦合输出的衰减。

对于所有三个频率范围（窄带、延伸的窄带、宽带），也可以经由本发明提出的方法和装置针对不同耦合器类型调查噪声底（包括扰动信号的所有噪声源的总和）。仅频率频谱的如下部分可以用于测量或者数据通信信号，在这些部分中，噪声电平在允许插入的信号电平以下。跨越使用频率频带的信噪比曲线确定用于测量或者通信的信号质量和性能（误码率、数据速率）。

对于所有三个频率范围（窄带、延伸的窄带、宽带），也可以经由本发明提出的方法和装置针对不同耦合器类型调查电力线路上的CW信号的衰减。可以使用不同线路类型（地下、高架）和线路长度

对于所有三个频率范围（窄带、延伸的窄带、宽带），也可以经由本发明提出的方法和装置针对不同耦合器类型调查经过以下星座的CW信号的衰减。此外，经由本发明提出的方法和装置，也可以导出关于相位线路到相位线路、闭合比对断开的电力开关以及电力网络中的不同负载条件的信息。

如上文提到的那样，可以将本发明提出的解决方案应用于在线检测网络拓扑改变并且修改系统模型，该系统模型构成用于控制器的基本模型。结合这一解决方案，必须监视现有通信信道的全部或者部分的信道估计，并且可以检测拓扑改变。基于信道测量，可以对引起拓扑改变的事件分类。事件可以例如是在耦合站初打开环并且在另一耦合站处闭合环。

基于关于新拓扑的知识，例如使用网络仿真技术的手段来计算系统模型。控制器可以使用新模型并且适应新情形。

根据本发明，通信设备的信道估计用来确定电力网络的对于电力网络的控制而言相关的特性。

可以经由事件的接收范围中的、通信设备的信道冲激响应的改变容易观测电网中的拓扑的显著改变，诸如保护事件断开住宅或者打开配电环。在下文中，图3图示开环配电网络的改变，这是配电网络中的常见事件。

如图3中所示，在左侧，直接连接存在于节点A与B之间，而在右侧，环在节点A与B之间打开并且在另一侧闭合。从节点A到节点B的直接连接不再存在。

如果比对图2中所示行为评价在上文引用的断开与闭合事件之间的相关性，则注意到冲激响应的第一峰值将消失、另一峰值将以更大延迟和阻尼出现。但是通过发送保活消息来简单地监视通信线路不足以检测这一改变，因为在改变之后，当然根据运用的信号的频率范围，通信也有可能，如后面将在本文中更详细描述的那样。对于本申请，监视信号阻尼是需要的/可行的，在信号反射处的更详细查看允许更准确地确定中断的位置。

检测开关SW的状态（断开/闭合）利用如下物理效果：通信路径中的断开开关强衰减低频信号，例如具有低于5MHz的频率的信号。

可以结合如图4中所示包括多个耦合器C1和C2的发电站实施例举例说明本发明。多个开关S1和S2可以设置于耦合器C1和C2之间，在图4中所示实施例中，开关S1、S2在断开位置。经由用于宽带电力线路通信的调制解调器或者替代地经由波信号生成器，向耦合器中馈送高频通信信号。耦合器例如经由同轴线缆连接到用于宽带电力线路通信的调制解调器。在图4中也图示能够从若干其他线路收集电压的母线。

使用的耦合器类型是电感和/或电容。此外，可以使用电感屏蔽耦合器。

测量功率密度谱，该功率密度谱示出用于跨越母线和闭合或者断开的开关S1的、从耦合器C2到耦合器C1的通信的接收的每频率功率（powerperfrequency）。在图5A和5B中图示所述功率密度谱，该功率密度谱因此指示开关是被闭合还是断开。

下文表示其中可以使用以下设备的示例性实施：

信号生成器：Agilent33250A，80MHz任意波形生成器；

频谱分析器：Rhode&SchwarzFSEB，频谱分析器20Hz…7GHz；

示波器：TektronixDPO7254，数字磷光体示波器，2.5GHz、40GS/s。本领域技术人员将了解用于图4的电路的替代实施。

具有50欧姆输出的波信号生成器创建信号（具有各种频率的CW、具有各种通/断定时的脉冲）。生成器可以经由10m同轴线缆（50欧姆，RG-58/U）连接到耦合输入设备的50欧姆输入。对于多数测量，耦合输入设备和耦合输出设备在线路分段的相反端处被安装于三重线路（linetriple）的相同相位线路（例如L1）上。耦合输出设备（50欧姆输出）向测量设备（存储器示波器和频谱分析器）经由10m同轴线缆（50欧姆，RG-58/U）再次递送传出信号。可以针对调查的频率忽略同轴线缆以内的信号的衰减（0-30MHz；RG-58/U衰减：在500kHz为0.13dB/10m，在30MHz为0.85dB/10m）。

输入具有高频率的通信信号的用于宽带电力线路通信BPLC的调制解调器也可以创建信号。

多数测量考虑记录功率谱密度，该功率谱密度描述如何随频率分配信号的功率。出于该目的，信号生成器提供具有某一频率和峰峰电压（Vpp）的正弦波。通常可以将电压固定在1Vpp。在其中可以预计高衰减（例如通过断开的开关或者长线路分段传输）的某些情况下，将电压增加至10Vpp以便在频谱分析器处接收更多确定的功率谱密度（注意10Vpp对于真实通信目的而言太高）。可以手动设置信号生成器的正弦频率并且在例如在5kHz或者500kHz的步进中将它增加至下一频率之前每次保持约3秒。

在传输站点处的耦合器C之一向线路中耦合正弦波、通过线路（或者母线）传输正弦波并且使用连接到频谱分析器的另一耦合器在接收站点处耦合输出正弦波。频谱分析器用激活的最大保持功能记录功率谱密度，该功能存储每个频率的最大功率电平持续完整测量的持续时间。

图5A和5B示出在30kV中压功率配电网络中具体测量的功率谱密度（PSD）绘图。绘图示出用于通过闭合或者断开的开关传输正弦波的、从1MHz到30MHz的频率范围上的以dBm为单位的接收功率。PSD绘图中的每个峰值对应于在正弦波的某个频率处的接收功率（可以在1MHz与30MHz之间以某些步进中变化频率）。在断开的开关的情况下，在5MHz以下的范围示出30-40dB的强衰减。因此可以通过测量在某一频率（这里：5MHz）以下的频率处的接收功率来清楚地检测通信路径中的单个开关SW的状态。

如果在通信路径中有多个开关SW，则低频信号（例如低于5MHz）的强衰减指示它们中的至少一个开关断开；然而通常不可能唯一标识它们中的哪个/哪些开关断开。

至少网络中的多数相关开关SW的状态应当对于每个个别开关SW而言可靠地可检测。这通过以如下方式在相关开关SW之前和之后安装耦合器C来实现：对于每个相关开关SW有如下通信路径，在该通信路径中，相应开关SW是仅有的开关。在图6中图示这样的配置，在该配置中，在开关之前/之后交替安装耦合器C。

高频率（例如大于10MHz）通常可以通过单个断开的开关SW。在图5A中，如果在两个站ST1、ST2之间的电力线路未太强地衰减，则在站ST1与ST2之间的高频率通信因此对开关SW2断开而言可能仍然是可能的。例如，中压网络中的测量示出如果线路由典型500m长的地下30kV线缆构成，则通信在该情况下是可能的。

如果线路和断开的开关的组合衰减如此之强以至于在站ST1与ST2之间的通信对开关SW2断开是不可能，则需要如图6中所示安装附加耦合器（假设对于SW2断开仍然希望通信；一些网络运营商不想通过断开的开关通信）。

概括而言，根据本发明的一种用于借助电力线路通信PLC检测开关状态并且这样检测电网络100中的拓扑改变的方法至少包括以下步骤：

在开关SW的一侧上经由传输耦合器向电力线路或者母线Bb中耦合输入信号。选择信号的频率使得断开的开关强衰减信号（例如对于典型30kV开关而言在5MHz以下）。使用专用测试信号，比如正弦波或者通常的通信信号。

在开关SW的另一侧上，经由接收耦合器从网络100耦合输出信号，并且在一个或者多个频率处测量接收的信号的功率电平。理想地，以如下方式对传输和接收耦合器定位：对于每个（相关）开关SW有如下通信路径，在该通信路径中，开关SW是仅有的开关。

示例地性在微控制器上驻留的算法分析接收的功率电平并且输出开关状态。在最简单形式中，它仅在来自第一步骤中选择的范围的单个固定频率处读取接收的功率电平，并且如果功率电平在某一固定阈值以下，则算法输出开关被断开或者否则被闭合的信息。在更复杂形式中，算法分析在多个频率处的接收的功率电平（如同功率谱密度分析）、可选地导出来自曲线的特征，比如曲线的斜率或者形状，并且使用分类算法以输出开关的状态。可以使用许多已知分类算法（例如基于规则的方式、判决树、支持矢量机、神经网络和部分最小平方回归）。

关于开关状态的信息用来更新用于网络控制（例如有源电压控制）的网络拓扑。出于这一目的，通常经过网络100传播开关状态信息以例如向网络控制中心发送它。

可以在电力线路通信调制解调器（在图中表示为BPLC框）中集成或者可以在单独设备上实施描述的信号处理和分析。

在本发明的第二实施例中，应用测量接收的功率的谱密度的方法以估计通信路径以外的开关SW的状态。在路径以外不能确切地确定它们的状态。然而可以在概率值方面量化关于开关状态的不确定。开关SW在闭合或者断开状态中的概率值可以用于网络控制。例如有源电压控制算法如果它知道以80%概率闭合某个开关SW则可以切换成更少激进的控制域（比在其中确切地确定状态的情况下更少激进）。目前，通常根本没有关于开关状态的信息可用，因此甚至不确定信息仍然可以是用于网络控制的改进。概率也可以在控制中心中与更多信息（例如其他开关的状态估计、在某些节点处的电压测量等）组合以提高估计的准确性。

这里利用的物理效果是改变的开关状态至少局部地，诸如在母线Bb上改变电力网络中的阻抗的事实。改变的阻抗如图7中所示造成功率谱密度的可检测改变。然而改变依赖于许多因素，特别地依赖电力网络中的负载，因此可以用上文提到的不确定推断开关状态。需要通过执行校准测量凭经验确定用于相应开关SW的功率谱密度的具体改变。基于这些校准测量，当开关状态已知时，可以自动了解分类算法。用于频谱数据的若干分类方法、例如偏最小二乘回归可以用于这一目的。分类算法可以读取功率谱密度曲线和/或根据该曲线导出的特征并且输出用于开关状态的概率值。

根据本发明的一个实施例，测量接收的功率的谱密度可以用来在线缆长度方面验证网络100的给定的拓扑模型。已知线缆的衰减根据所谓的集肤效应（skineffect）和线缆长度随频率增加。在30kV网络中的测量示出针对某一线路类型和长度截止7MHz以上的所有频率。通常已知高架线路的通信特性。如果形式化这一知识，则在规则或者预计谱密度曲线方面可以将接收的功率的测量谱密度与该知识匹配以验证网络拓扑模型。

根据本发明的另一个实施例，也可以与针对网络保护的应用结合使用本发明的装置和方法。外部影响，比如由于雪、树木的短路、中断的线路或者错误连接的负载和发电机引起电网络中的问题。

复信道或者通信信道的冲激响应保持关于网络拓扑和参数的很多信息。因此，电力网络及其附着的功率部件中的显著和突然改变可能造成所得信道冲激响应的显著改变。

树木引起分段上的短路明显改变信道。将出现新“支路”引起的显著信号反射，该新“支路”由线路分段上的短路树木引起。通过比较新冲击响应与先前冲激响应可以检测冲激响应中的新峰值。可以应用适当信号处理和滤波以减少测量噪声并且允许事件的准确分类。

可以构建如下系统，该系统收集设备集合的信道估计/冲激响应以监视所有或者至少重要线路分段。可以使用单个线路分段的冲激响应或者使用多个分段的冲激响应来构建用于检测改变和对错误情形分类的机制。

也可以扩展分类器以组合信道估计与其他信息源，诸如比如恶劣天气报告，该报告增加倒下的树木的概率。在网络错误状态分类之后，系统控制和保护单元可以采取必要控制动作。

图8示出使线路接地对功率谱密度的影响。注意在这一测量中，在线路被接地（连接到大地）之前首先已经从中压断开它。测量因此不是（强）短路的全逼真仿真。然而也可以预计线路电压之下的线路上的短路对功率谱密度具有可检测影响。

因此，接收的功率的谱密度测量可以用于异常检测。在训练阶段中，条件监视系统学习不同正常条件（例如不同负载情形）中的测量的统计分布。在部署阶段中，从学习的正常分布的显著偏差可以触发报警以例如标识和局限电力网络中的短路。

本发明也涉及一种电网络通信调制解调器。电网络通信调制解调器至少包括用于检测电网络中的拓扑改变的装置，其中在电网络100中安装多个耦合器C。安装耦合器C使得至少一个开关存在于两个相继耦合器C之间的通信路径上，并且两个相继耦合器是传输耦合器和接收耦合器。检测拓扑改变的装置能够执行以下步骤：在两个相继耦合器之间的通信路径上传输经由传输耦合器生成的信号，经由功率测量设备之一测量在接收耦合器处的接收的功率，经由多个频率分析设备之一处理在接收耦合器处接收的信号，导出关于在两个相继耦合器之间的通信路径上存在的开关SW的状态的信息，并且基于开关SW的所需状态更新用于网络控制的网络拓扑模型。

本发明也涉及一种用于监视用于网络控制的电网络拓扑模型的计算机程序，计算机程序在计算机、微控制器等上驻留，计算机程序基于开关的所需状态更新用于网络控制的网络拓扑模型。在电网络100中安装多个耦合器C，安装耦合器使得至少一个开关SW存在于在两个相继耦合器C之间的通信路径上，并且两个相继耦合器C是传输耦合器和接收耦合器。计算机程序执行以下步骤：在两个相继耦合器C之间的通信路径上传输经由传输耦合器生成的信号，经由功率测量设备之一测量在该接收耦合器处的接收的功率，经由所述多个频率分析设备之一处理在接收耦合器处接收的信号，导出关于在两个相继耦合器C之间的通信路径上存在的开关SW的状态的信息，并且基于开关的所需状态更新用于网络控制的网络拓扑模型。

包括在说明书摘要中描述的内容的、本发明的所示实施例的上文描述并非旨在于穷举本发明或者使本发明限于公开的精确形式。尽管这里出于示例目的而描述本发明的具体实施例和用于本发明的例子，但是如相关领域技术人员将认识的那样，各种等同修改在本发明的范围内是可能的。

可以鉴于上文详细描述的说明书对本发明进行这些修改。不应理解所附权利要求书中使用的术语使本发明限于在说明书和权利要求中公开的具体实施例。实际上，本发明的范围将完全由以下权利要求书完全确定，这将根据建立的权利要求解释的原则进行解释。

Claims (8)

1.一种用于检测电网络（100）中的拓扑改变的方法，

所述电网络（100）包括多个通信路径、在所述通信路径上的多个开关（SW）、多个功率测量设备和多个频率分析设备，

所述方法包括以下步骤：

在所述电网络（100）中安装多个耦合器（C），

其中安装所述耦合器（C）使得至少一个开关（SW）存在于两个相继耦合器之间的通信路径上，并且

其中所述两个相继耦合器（C）是传输耦合器和接收耦合器，

在两个相继耦合器之间的所述通信路径上传输经由所述传输耦合器生成的信号；

经由所述功率测量设备之一测量在所述接收耦合器处的接收的功率；

经由所述多个频率分析设备之一处理在所述接收耦合器处接收的所述信号，

导出关于在两个相继耦合器（C）之间的所述通信路径上存在的所述开关（SW）的状态的信息，并且

基于所述开关（SW）的所需状态更新用于网络控制的网络拓扑模型。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中所述传输耦合器生成的所述信号包括未调制载波信号或者脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的方法，

其中所述耦合器（C）连接到电网络通信调制解调器。

4.根据权利要求1所述的方法，

其中所述传输信号的频率使得断开的开关（SW）强衰减所述信号。

5.根据权利要求1所述的方法，

其中所述电网络（100）由电力网络形成。

6.一种电网络通信调制解调器，包括：

用于检测电网络中的拓扑改变的装置，

其中在所述电网络（100）中安装多个耦合器（C），

其中安装所述耦合器（C）使得至少一个开关（SW）存在于两个相继耦合器之间的通信路径上，并且

其中所述两个相继耦合器是传输耦合器和接收耦合器，

检测拓扑改变的所述装置执行以下步骤：

在两个相继耦合器之间的所述通信路径上传输经由所述传输耦合器生成的信号；

经由功率测量设备之一测量在所述接收耦合器处的接收的功率；

经由多个频率分析设备之一处理在所述接收耦合器处接收的所述信号；

导出关于在两个相继耦合器之间的所述通信路径上存在的所述开关（SW）的状态的信息，并且

基于所述开关（SW）的所需状态更新用于网络控制的网络拓扑模型。

7.根据权利要求6所述的电网络通信调制解调器，

其中所述耦合器包括电感耦合器或者电容耦合器。

8.一种用于检测电网络（100）中的拓扑改变的设备，

所述电网络（100）包括多个通信路径、在所述通信路径上的多个开关（SW）、多个功率测量设备和多个频率分析设备，

所述用于检测电网络（100）中的拓扑改变的设备包括：

用于在所述电网络（100）中安装多个耦合器（C）的装置，

其中安装所述耦合器（C）使得至少一个开关（SW）存在于两个相继耦合器之间的通信路径上，并且

其中所述两个相继耦合器（C）是传输耦合器和接收耦合器，

用于在两个相继耦合器之间的所述通信路径上传输经由所述传输耦合器生成的信号的装置；

用于经由所述功率测量设备之一测量在所述接收耦合器处的接收的功率的装置；

用于经由所述多个频率分析设备之一处理在所述接收耦合器处接收的所述信号的装置，

用于导出关于在两个相继耦合器（C）之间的所述通信路径上存在的所述开关（SW）的状态的信息的装置，以及

用于基于所述开关（SW）的所需状态更新用于网络控制的网络拓扑模型的装置。