CN117795801A - 断路器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于控制对连接到电力线的电器的电力供应的断路器。该断路器包括：信号采集模块，该信号采集模块被配置为采集指示该电力供应的电力信号；断路器机构，该断路器机构被配置为基于该电力信号选择性地中断对该一个或多个电器的该电力供应；事件检测模块，该事件检测模块被配置为基于由与该电器中的一个或多个电器的操作相关联的事件生成的电磁干扰(EMI)来检测该事件；和反馈模块，该反馈模块被配置为依据该检测到的事件来控制一个或多个反馈动作。该事件检测模块被配置为：识别该电力信号中的一个或多个EMI特征；将该一个或多个所识别的EMI特征与包括多个事件记录的事件数据库进行比较，每个事件记录包括与该电器中的一个或多个电器的该操作相关联的分类事件和与该相应分类事件相关联的一个或多个EMI特征；以及基于该比较来检测该事件。

Description

断路器

技术领域

本公开总体涉及一种用于控制对连接到电力线的一个或多个电器的电力供应的断路器。本公开的各方面涉及一种断路器、一种配电装置以及一种控制对一个或多个电器的电力供应的方法。

背景技术

通常，建筑物包括配电装置，诸如配电板，该配电装置被配置为将电力供应分配给建筑物的各种电器。配电装置通常从经由服务入口连接到配电装置的配电网的本地变压器接收电力。以此方式，服务入口形成配电网与配电装置之间的供电线。

配电装置通常包括并联布置的多个子电路(称为分支电路)，以提供到建筑物的电器的电连接。例如，每个分支电路可以连接到电器中的一个或多个电器，并且配电装置可以提供断路器或保护性熔断器，用于控制对每个分支电路的电力供应。

配电装置一般在分支电路的上游包括主断路器，用于提供对从电力线到电器的电力供应的绝对控制。

电器的操作产生对电力的需求(称为电负载)，并且已知包括用于确定电器的电力使用和电负载的多个电流传感器和电压传感器的配电装置。例如，已知使用单独的分支电路测量结果来监视建筑物中的电器的操作，并且通过将分支电路电力测量结果一起合计来估计电器的总电力使用。用于这种目的的现有系统的缺点在于，它们需要将感测装备连接到与所关注的电力线相联接的插座，这导致侵入性且不灵便的解决方案。当电气系统被分成许多分支(而每个分支需要单独的感测装备)时，这个问题尤其明显。

正是在这样的背景下设想了本公开。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种用于控制对连接到电力线的一个或多个电器的电力供应的断路器。该断路器包括：信号采集模块，该信号采集模块被配置为采集指示该电力供应的电力信号；断路器机构，该断路器机构被配置为基于该电力信号选择性地中断对该一个或多个电器的电力供应；事件检测模块，该事件检测模块被配置为基于由与电器中的一个或多个电器的操作相关联的事件生成的电磁干扰(EMI)来检测该事件；和反馈模块，该反馈模块被配置为依据检测到的事件来控制一个或多个反馈动作。该事件检测模块被配置为：识别所采集的电力信号中的一个或多个EMI特征；将该一个或多个所识别的EMI特征与包括多个事件记录的事件数据库进行比较，每个事件记录包括与电器中的一个或多个电器的操作相关联的分类事件和与相应分类事件相关联的一个或多个EMI特征；以及基于该比较来检测该事件。

有利的是，断路器被配置为分析由所连接的电器的操作产生的电磁干扰(EMI)以推断所连接的电器的事件或操作状态，并且控制一个或多个对应反馈动作。断路器有利地利用以下事实：操作电器会在电力供应上生成具有在很大程度上特定于电器的电路设计的频率特性和由该电器执行的特定操作的EMI。在此基础上，可识别电力信号中的EMI的特征，并将该特征与和已知的或以其他方式分类的事件相关联的EMI特征的事件数据库进行比较，以便推断电器的操作状态。以这种方式，断路器能够检测电器何时接通或断开，以及电器的更细粒度的操作，诸如不同的有效操作状态。例如，可以操作断路器以检测电器的操作中的故障或变化，并且相应地中断电力供应以保护电器免受电流浪涌。

该解决方案的有利之处在于，其将允许基于检测到的EMI进行事件检测的部件并入到断路器架构中，以提供具有附加/改进功能性的架构。特别地，通过将此功能性并入到断路器中，提供了一种简单、紧凑且非侵入性的解决方案，其不需要经由电插座与部件进行连接。此外，由于先前的解决方案与电气系统的负载并联连接(经由插座)，于是这些先前的解决方案仅能够分析与负载相关联的电压信号，或者单个负载/分支的电压和电流。相比之下，由于本解决方案将此功能性并入到与负载串联连接的断路器中，所以有利的是，电气系统中的每个负载的电流和电压可以被同时采样，从而丰富由单个电压信号提供的信息。

应了解，断路器被配置为在将事件与事件数据库中的分类事件匹配或者以其他方式将事件识别为未分类事件的意义上来检测事件。

因此，事件检测模块可以例如被配置为：如果一个或多个所识别的EMI特征对应于与相应分类事件相关联的一个或多个EMI特征，则识别出检测到的事件是相应分类事件；和/或如果一个或多个所识别的EMI特征不对应于与多个事件记录中的任何一个分类事件相关联的一个或多个EMI特征，则识别出检测到的事件是未分类事件。

在一个示例中，反馈模块可以被配置为基于对检测到的事件的识别来确定要控制的一个或多个反馈动作。特别地，反馈模块可以被配置为将要控制的一个或多个反馈动作确定为与所识别的相应分类事件相关联或以其他方式基于所识别的相应分类事件的对应反馈动作。此类反馈动作可以被包括在相应事件记录中，或者以其他方式被确定为用于电器的相应操作的合适动作。在检测到的事件被识别为未分类事件的情况下，反馈模块可以被配置为确定非特定于电器的操作而是大体上适合于未分类事件的一个或多个反馈动作。

可选地，由反馈模块针对相应分类事件确定的一个或多个反馈动作包括控制断路器机构以中断对一个或多个电器的电力供应。

在一个示例中，由反馈模块针对未分类事件确定的一个或多个反馈动作可以包括生成针对事件数据库的新事件记录。

在一个示例中，采集电力信号可以包括接收指示电力供应的电流和/或电压的测量信号。

可选地，采集电力信号可以包括将高通滤波器应用于所接收的测量信号以获得测量信号的EMI部分。采集电力信号可以例如进一步包括放大测量信号的所确定的EMI部分。可选地，该信号采集模块可进一步被配置为将低通滤波器应用于所接收的测量信号以获得测量信号的低频部分。事件检测模块可以被配置为分析测量信号的低频部分以识别可以指示电力供应的低频变化的电力信号的一个或多个低频特征。事件检测模块可进一步被配置为至少部分地基于一个或多个所识别的低频特征来检测事件。

在一个示例中，事件检测模块包括信号处理模块，该信号处理模块被配置为基于电力信号的一个或多个频率特性来确定一个或多个EMI特征。

例如，信号处理模块可以被配置为将电力信号分解成一个或多个EMI频率分量。例如，可以使用快速傅立叶变换来执行该分解。

可选地，信号处理模块被配置为将每个EMI特征确定为表示相应EMI频率分量的一组参数。例如，信号处理模块可以被配置为通过将EMI频率分量建模为高斯特征来确定每组参数。

在一个示例中，信号处理模块可以被配置为应用机器学习算法以基于电力信号的频率特性来确定一个或多个EMI特征。

在一个示例中，断路器可进一步包括数据扩增模块，该数据扩增模块被配置为基于一个或多个EMI特征生成与检测到的事件相关联的一个或多个扩增的EMI特征。扩增的EMI特征形成与检测到的事件相关联的所识别的EMI特征的不同变化。例如，每个扩增的EMI特征可以提供高斯特征的扩增值。数据扩增模块可以包括用于以从已知的EMI特征导出的表示类似的频率特性的变化的形式生成一个或多个扩增的EMI特征的一种或多种算法，该变化例如为在噪声环境中可以被认为相对微小的变化。

在一个示例中，数据扩增模块可以包括用于生成一个或多个扩增的EMI特征的生成式对抗网络。

可选地，由反馈模块针对相应分类事件确定的一个或多个反馈动作可以包括：控制数据扩增模块以生成一个或多个扩增的EMI特征；以及在相应事件记录中更新与相应分类事件相关联的一个或多个EMI特征，以进一步包括该一个或多个扩增的EMI特征。以此方式，可增强对检测到的事件的未来覆盖，从而迭代地改进事件系统。

在一个示例中，断路器可进一步包括通信模块，该通信模块可连接到一个或多个电器和/或一个或多个外部服务器。

可选地，由反馈模块针对相应分类事件确定的一个或多个反馈动作可以包括经由通信模块向一个或多个电器传输警告信号。可以例如将该警告信号传输到与检测到的事件相关联的电器。

可选地，反馈模块针对未分类事件确定的一个或多个反馈动作可以包括：经由通信模块向一个或多个外部服务器传输一个或多个所识别的EMI特征以进行离线处理。该离线处理可以例如导致生成包括分类事件和一个或多个所识别的EMI特征的新事件记录，可以在通信模块处接收该新事件记录和/或将该新事件记录添加到事件数据库。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于连接到向建筑物中的一个或多个电器供应电力的电力线的配电装置，该配电装置包括如先前方面中描述的断路器。

根据本公开的又一方面，提供了一种使用如在先前方面中描述的断路器或如在另一方面中描述的配电装置来控制对连接到电力线的一个或多个电器的电力供应的方法。该方法包括：采集指示电力供应的电力信号；基于该电力信号选择性地操作断路器机构以中断对一个或多个电器的电力供应；基于由与电器中的一个或多个电器的操作相关联的事件生成的电磁干扰(EMI)来检测该事件；以及依据检测到的事件来控制一个或多个反馈动作。检测事件包括：识别电力信号中的一个或多个EMI特征；将一个或多个所识别的EMI特征与包括多个事件记录的事件数据库进行比较，每个事件记录包括与电器中的一个或多个电器的操作相关联的分类事件和与相应分类事件相关联的一个或多个EMI特征；以及基于该比较来检测该事件。

根据本公开的另一方面，提供了一种其上存储有指令的非暂态计算机可读存储介质，该指令在由处理器执行时致使处理器执行在本公开的另一方面中描述的方法。

应当理解，本公开的每个方面的优选和/或任选特征也可单独地或以适当的组合并入本公开的其他方面中。

附图说明

现在将参考附图描述本公开的示例，其中：

图1示出了由用于将电力供应分配给建筑物中的多个电器的配电装置形成的电路的简化示意图；

图2示出了图1所示的配电装置的示例性断路器的示意图；

图3示出了用于控制图1中的多个电器的电力供应的示例性方法的步骤；

图4示出了图3所示的方法的示例性子步骤；

图5示出了图3所示的方法的其他示例性子步骤；

图6示出了用于控制对图1中的多个电器的电力供应的另一示例性方法的步骤；

图7示出了图1所示的配电装置的另一示例性断路器的示意图；并且

图8示出了用于控制对图1中的多个电器的电力供应的另一示例性方法的步骤。

具体实施方式

本公开的实施方案涉及一种用于控制对一个或多个电器的电力供应的断路器和一种用于控制对一个或多个电器的电力供应的方法。有利的是，该断路器被配置为检测与所连接的电器的操作相关联的各种事件，并且基于事件检测来确定要执行的一个或多个反馈动作。例如，在检测到电器中的一个电器的故障或操作变化时，该断路器可以中断电力供应以保护电器免受电流浪涌。

有利地，断路器被配置为通过分析在电力供应中可检测的电磁干扰(EMI)来执行这种事件检测。特别地，已知电器的操作产生EMI，其向电力供应的电流和/或电压测量结果添加了独特的高频噪声分量。对于背景，EMI通常是kHz或MHz量级的高频，而电网频率通常是低频，例如大约50Hz或60Hz。

EMI在很大程度上特定于电器的电路设计和由该电器执行的特定操作，从而产生在不同的家庭和电路中是稳定且可重复的EMI的可辨识特征。

断路器有利地被配置为利用此效应来推断所连接的电器的操作状态。更具体地，断路器被配置为分析电力供应的电流和/或电压的频率特性，以便识别电力供应的EMI特征。断路器然后将所识别的EMI特征与已知的或分类的电器操作的数据库以及相关联的EMI特征进行比较，以便检测电器的相应操作。以这种方式，断路器能够检测灯何时接通或断开，以及更细粒度的操作，诸如灯的调光器设置。断路器使用检测到的事件来确定一个或多个合适的反馈动作，诸如中断对相应电器的电力供应或向相应电器发出电力警告。

可以预期的是，断路器将导致仪器成本的降低以及增强对电器的电力供应的控制，从而提供更详细的事件检测并且由此促进附加的安全措施。

现在将参考简单的示例性电路中的示例性应用更详细地讨论断路器。

图1示意性地说明了用于向建筑物的多个电器2a至2c供应电力的示例性电路1。电路1以电力线3和配电装置4为特征，电力线3通过该配电装置连接到多个电器2a至2c。

电力线3向建筑物的电器2a至2c提供电力供应，并且可以例如采取来自配电网络或电网的供电线的形式。因此，在此示例中，电力供应包括在与所连接的电网或配电网络相关联的电网频率下的交流电流和交流电压。例如，电网频率通常可以是50Hz或60Hz的频率。

来自配电网络的电力供应通常经受电网波动，该电网波动可导致电力供应频率在容许范围内增大和/或减小，例如增大和/或减小达5％。然而，为了简单起见，在下面的描述中假设电网频率基本上恒定。

配电装置4被配置为将电力供应分配给电器2a至2c，并且例如可以采取配电板的形式。

配电装置4包括连接到建筑物的电器2a至2c的并联布置的多个分支电路10a至10c。为了简单起见，在此示例中，该多个分支电路10a至10c包括第一分支电路10a、第二分支电路10b和第三分支电路10c。此外，在此示例中，每个分支电路10a至10c连接到建筑物的相应电器2a至2c，该电器在图1中由电负载表示。

应当理解，示例性配电装置4并非旨在限制本公开的范围，而是在其他示例中，配电装置4可包括任何数量的分支电路，并且每个分支电路可连接到形成相应电负载的一个或多个电器。

配电装置4被示出为包括断路器20，该断路器可以例如采取能量管理断路器的形式。在此示例中，断路器20在分支电路10a至10c的上游连接到电力线3，并且用作用于提供对电器2a至2c的电力供应的绝对控制的主断路器。

尽管未示出，但是应当理解，配电装置4可以包括可以基本上与断路器20相同的一个或多个其他断路器。例如，一个或多个其他断路器可以布置在配电装置的相应分支电路中，用于控制通过该断路器到每个分支电路的电器的电力供应。

如在下面的描述中将清楚的，断路器20被配置为监视电力供应中的电磁干扰(EMI)，并且基于此来检测与所连接的电器2a至2c的操作相关联的各种事件。断路器20还被配置为依据检测到的事件来控制一个或多个反馈动作，诸如中断对电器2a至2c的电力供应。

现在将参考图2更详细地考虑断路器20，图2说明了断路器20的非限制性示例。

如图2所示，断路器20可以包括信号采集模块22、断路器机构24、事件检测模块26、反馈模块28和通信模块30。

也就是说，在所述示例中，示出了五个功能元件、单元或模块。这些单元或模块中的每一者可至少部分地由使用常规或客户处理器和存储器在任何合适的计算基板上运行的合适的软件来提供。单元或模块中的一些或全部可使用公共计算基板(例如，它们可在同一服务器上运行)或单独的基板，或者模块的不同组合可分布在多个计算设备之间。

信号采集模块22被配置为确定指示对电器2a至2c的电力供应的电力信号。为此，信号采集模块22可以包括或连接到一个或多个传感器(未示出)，该传感器被配置为测量电力供应的电流和/或电压。例如，信号采集模块22可以包括用于测量电力供应的电流的电流传感器和用于测量电力供应的电压的电压传感器。电流传感器和电压传感器可以连接到分支电路2a至2c上游的电力线3，以允许同时对所有电器2a至2c的电流和电压进行采样。

在一个示例中，信号采集模块22可以被配置为通过测量电力供应的电流和/或电压并且通过对测量信号执行一个或多个进一步的信号准备操作来确定电力信号。

例如，信号采集模块22可进一步被配置为隔离所测量的电流和/或所测量的电压的电磁干扰部分。为此，信号采集模块22可以包括高通滤波器，用于确定每个测量信号的电磁干扰部分。高通滤波器可以被配置为衰减每个测量信号的具有低于EMI截止频率的频率的部分。EMI截止频率可以例如对应于所连接的电网或配电网络的电网频率。例如，EMI截止频率可以是至少50Hz的频率，且优选地至少60Hz的频率。在示例中，EMI截止频率可以是至少1kHz的频率。

应当理解，信号采集模块22还可以包括用于放大测量信号的一个或多个放大器(未示出)，和/或用于将测量信号转换成数字信号的一个或多个模数转换器(未示出)。此外，信号采集模块22可以被配置为以电压形式执行如上描述的进一步的信号准备操作。为此，信号采集模块22还可以包括用于将电流测量信号转换成电压形式的电流电压转换器(未示出)，和用于电压测量信号的隔离缓冲器(未示出)，以在执行进一步的信号准备操作之前保护电路。

断路器机构24可操作以选择性地中断对电器2a至2c的电力供应。如将更详细地描述的，断路器机构24可以被配置为基于所确定的电力信号并且特别地响应于检测到与电器2a至2c的操作相关联的某些事件而选择性地中断对电器2a至2c的电力供应。因此，断路器机构24可包括用于中断电力供应的机械或电气开关(未示出)和用于操作该开关的控制器(未示出)。

事件检测模块26被配置为基于由电器2a至2c的操作生成的电磁干扰(EMI)来检测与电器2a至2c中的一个或多个电器的操作相关联的事件。为了检测此类事件，事件检测模块26可以包括信号处理模块32、存储器存储模块34和比较模块36，如图2所示。

信号处理模块32被配置为分析电力信号的频率特性，并且进而识别电力信号的一个或多个电磁干扰特征(EMI特征)。如上文讨论，由电器的操作生成的EMI在很大程度上特定于电器的电路设计和由该电器执行的特定操作。因此，每个电气设备操作将重复地生成在很大程度上一致的且因此可辨识的EMI特征。此类EMI特征可由各种参数表征，包括例如一组高斯特征，其可包括EMI的平均频率、振幅和标准偏差的值。

信号处理模块32因此可以被配置为使用一种或多种方法来分析电力信号的频率特性并且识别EMI特征。举一个示例，信号处理模块32可以被配置为通过将电力信号分解成一个或多个EMI频率分量来确定EMI特征。例如，信号处理模块32可以使用诸如快速傅里叶变换的变换函数，并且将EMI频率分量建模为高斯特征，从而分解电力信号。信号处理模块32还可在使用变换函数之前将其他函数(诸如窗口函数)应用于电力信号，以减轻由电力信号中的不连续性引起的频谱泄漏。例如，信号处理模块32可以应用具有被配置为最小化误报的窗口大小的滚动窗口平均，同时能够充分地检测单独的事件。

举另一示例，信号处理模块32可以被配置为使用一种或多种机器学习算法和/或特征提取技术来识别EMI特征。在此背景下，卷积层网络可以用于确定EMI特征，如本领域技术人员应当理解的。

存储器存储模块34包括已知的或分类的电器操作和相关联的EMI特征的数据库，用于与所识别的EMI特征进行比较。特别地，被称为事件数据库的数据库包括多个事件记录。每个事件记录包括分类事件和与该事件相关联的一个或多个EMI特征。在此背景下，分类事件是与一个或多个电器的相应操作相关联的事件，其中由该操作生成的EMI特征已经被确定，允许该事件随后被辨识并因此被标记。为了允许断路器20执行合适的反馈动作，每个事件记录还可以包括控制断路器20在检测到事件的情况下要采取的一个或多个相关联的反馈动作。

事件记录可以涉及存储在存储器存储模块34中的先前由事件检测模块26检测到的事件，和/或以其他方式例如从外部服务器或网络在存储器存储模块34处接收到的事件记录。因此，事件数据库可以限于与连接到断路器20的电器2a至2c的操作相关联的分类事件，或者事件数据库可以扩展为进一步包括与未连接到断路器20的其他电器的操作相关联的分类事件。

如将更详细地描述的，存储器存储模块34可以与断路器20的通信模块30交互，该通信模块可以连接到一个或多个外部服务器以向事件数据库提供更新、校正或添加。例如，通信模块30可以连接到可操作以执行离线分析的外部服务器，即独立于断路器20的操作、电器2a-c的操作、它们的操作和/或相关联的EMI特征执行该离线分析。预见此类离线分析将允许对检测到的事件进行分类，以及相关联的EMI特征的生成或细化，和/或响应于检测到的事件而确定断路器20要采取的对应反馈动作。以此方式，可以操作外部服务器来生成新的事件记录和/或更新现有的事件记录。

出于接收和/或存储此类数据的目的，存储器存储模块34可采取计算机可读存储介质的形式(例如，非暂态计算机可读存储介质)。计算机可读存储介质可包括用于以机器或电子处理器/计算设备可读的形式存储信息的任何机制，包括但不限于：磁存储介质(例如，软盘)；光学存储介质(例如，CD-ROM)；磁电机光学存储介质；只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；可擦除可编程存储器(例如，EPROM和EEPROM)；闪存存储器；或用于存储此类信息/指令的电或其他类型的介质。

比较模块36被配置为将一个或多个所识别的EMI特征与事件数据库进行比较，并且基于该比较来有效地检测事件。

特别地，在所识别的EMI特征匹配于或以其他方式对应于与事件数据库中的分类事件中的一个分类事件相关联的一个或多个EMI特征的情况下，比较模块36由此可以检测那个事件并相应地标记所识别的EMI特征。然而，在所识别的EMI特征不匹配于或以其他方式不对应于与分类事件中的任一个分类事件相关联的一个或多个EMI特征的情况下，比较模块36可被配置为替代地检测未分类事件。

应了解，比较模块36可使用本领域中已知的用于比较电流或电压测量信号的频率特性的一或多种方法来执行此类比较。此类比较方法将取决于所识别的EMI特征的格式，且因此在这里不详细描述以避免使本公开模糊不清。

反馈模块28被配置为依据由比较模块36检测到的事件来控制一个或多个反馈动作。特别地，在检测到分类事件之后，反馈模块28可以被配置为接收与分类事件相关联的事件记录并且执行存储在事件记录中的对应反馈动作，该对应反馈动作可以作为供反馈模块28执行的一组计算机可读指令提供。

该反馈动作可以包括：发送控制信号以操作控制断路器机构22来中断对电气设备2a至2c的电力供应；向电器2a至2c中的一个或多个电器发送信号(例如，以暂停电气设备的操作)；以及其他通知，诸如经由通信模块30向用户智能电话或技术人员发送通知。举个示例，当检测到已知存在安全危险的分类事件之后，反馈模块28可以执行对应反馈动作以操作控制断路器机构22来中断电力供应。

在接收到未分类事件之后，反馈模块28可以被配置为基于未分类事件生成针对事件数据库的新事件记录，和/或将未分类事件(以及所识别的EMI特征)例如经由通信模块30传送到外部服务器或网络以进行离线分析。该离线分析由此可以允许对事件的进一步分析以及依据再次检测到此类事件而确定要采取的对应反馈动作。以此方式，可用新事件记录、用事件记录的更新后的EMI特征或用更新后的要采取的反馈动作来更新事件数据库。

通信模块30被配置为连接到一个或多个外部服务器和/或电器2a至2c，以便执行反馈动作和/或更新事件数据库。为此，通信模块30可以例如包括被配置为形成到外部服务器或无线网络的无线连接的无线通信模块。通信模块30因此可以促进对事件的离线分析，并且提供用于更新事件数据库的手段。

出于本公开的目的，将理解，本文描述的功能元件、单元和模块可以各自包括具有一个或多个电子处理器的控制单元或计算设备。可提供一组指令，这些指令在被执行时使得该控制单元实施本文所述的控制技术(包括所描述的方法)。该组指令可以嵌入在一个或多个电子处理器中，或者另选地，该组指令可以作为将由一个或多个电子处理器执行的软件来提供。该组指令可以嵌入在计算机可读存储介质(例如，非暂态计算机可读存储介质)中，该计算机可读存储介质可包括用于以机器或电子处理器/计算设备可读的形式存储信息的任何机制，包括但不限于：磁存储介质(例如，软盘)；光学存储介质(例如，CD-ROM)；磁电机光学存储介质；只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；可擦除可编程存储器(例如，EPROM和EEPROM)；闪存存储器；或用于存储此类信息/指令的电或其他类型的介质。

现在将另外参考图3至图5来描述示例性电路1中的断路器20的操作。

图3示出了根据本公开的实施方案的操作断路器20以控制对电器2a至2c的电力供应的示例性方法100。

在步骤102中，断路器20被配置为监视对电器2a至2c的电力供应并且确定指示电力供应的电力信号。

断路器20的信号采集模块22可以例如被配置为确定数字形式的电力信号，该数字形式的电力信号可以适合于步骤114中的后续事件检测。此外，为了有效处理，可以以指示电力供应的电流和/或电压的EMI部分的形式来确定信号采集模块22。

图4示出了根据本公开的实施方案的用于确定电力信号的步骤102的示例性子步骤104至112。

在子步骤104中，信号采集模块22可以从连接到电力线3和信号采集模块22的一个或多个传感器接收电力供应的电流和/或电压的测量信号。

在此示例中，信号采集模块22接收电流和电压测量信号两者，且因此在子步骤106中，信号采集模块22使用电流电压转换器将所测量的电流信号转换为电压形式。为了保护电路3，信号采集模块22还使用隔离缓冲器缓冲所测量的电压信号，同时将所测量的电流信号转换为电压形式。

一旦所测量的电流信号和所测量的电压信号是呈电压形式，可以针对电压测量信号和电流测量信号并行地执行后续的信号准备操作，并且进一步的处理是相同的。

在子步骤108中，信号采集模块22将EMI部分与每个测量信号隔离，以便于在步骤114中更有效地识别EMI特征。特别地，在子步骤108中，信号采集模块22将高通滤波器应用于测量信号以确定电流测量信号和电压测量信号的EMI部分，即，确定电流测量信号和电压测量信号的具有高于EMI截止频率的频率的部分，该EMI截止频率例如可以是60Hz的频率。

在子步骤110中，信号采集模块22被配置为放大测量信号的所隔离的EMI部分，并且在子步骤112中，信号采集模块22应用模数转换器以在高频(以MHz的量级)对经放大的EMI部分进行采样，并且由此将经放大的EMI部分转换为指示电力供应并且适合于后续事件检测的数字电力信号。

返回到图3，在步骤114中，断路器20被配置为分析电力信号的频率特性以识别一个或多个EMI特征。

如先前提及，为了识别EMI特征，断路器20可以使用一种或多种方法。然而，为了清楚起见，根据本公开的实施方案，图5提供了用于通过将在步骤102中确定的电力信号分解成EMI频率分量来识别EMI特征的非限制性示例性子步骤116至122。

在子步骤116中，事件检测模块26被配置为接收在步骤102中确定的电力信号，并且将窗口函数应用于每个电力信号以减少频谱泄漏。特别地，信号处理模块30可以应用在子步骤112中采集的预定数量N个最近样本的滚动窗口平均。举个示例，预定数量N可以是大约25，以提供被配置为最小化误报同时能够充分地检测单独事件的窗口大小。

在子步骤118中，事件检测模块26将变换函数应用于从窗口函数输出的电力信号窗口，以将电流测量结果和电压测量结果转换到频域中。例如，信号处理模块30可以将快速傅里叶变换(FFT)函数应用于每个电力信号。

电力供应的电流和电压的不同频率分量可以在频域中被更有效地分析。

在子步骤120中，事件检测模块26将变换函数的频域输出分解成一个或多个频率分量。例如，在子步骤120中，事件检测模块26可以应用将每个频域输出建模为高斯函数之和的函数，每个高斯函数具有以下参数：振幅(A)、平均频率(μ)和标准偏差(σ)。

应当理解，出于识别EMI特征的目的，将频域输出建模为高斯函数之和是合适的，因为与电器的特定操作相关联的EMI在很大程度上特定于电器的电路系统和正执行的操作的相应频率处可靠地形成特征噪声。

因此，一旦被分解成一个或多个频率分量，事件检测模块26可因此在子步骤122中将电力信号的EMI特征确定为包含每个高斯函数的参数的相应三元组，例如确定为：[(A1,μ1,σ1)…(An,μn,σn)]。

在这种形式中，EMI特征适合于与事件数据库进行比较，以便推断电器2a至2c的操作，现在将进一步参考图3进行描述。

在步骤124中，断路器20被配置为将在步骤114中识别的EMI特征与事件数据库进行比较，并且基于该比较来检测与电器2a至2c的操作相关联的任何事件。

例如，可操作比较模块34以访问存储器存储模块34，并将在步骤114中识别的EMI特征与事件数据库中的每个事件记录的EMI特征进行比较。

继续前一示例，应了解，每个事件记录可包括与一个或多个电器的操作和一个或多个EMI特征相关联的分类事件，该EMI特征也可由可比较的高斯参数集合定义。

因此，在步骤124中，比较模块34可以因此应用一个或多个比较函数，用于将在步骤114中识别的EMI特征中的每个EMI特征的高斯参数与每个事件记录的EMI特征的高斯参数进行比较。

在所识别的EMI特征与事件记录中的相应一个事件记录的EMI特征匹配或以其他方式证明足够对应的情况下，事件检测模块26可识别相应分类事件和/或根据相应分类事件标记所识别的EMI特征。应当理解，所识别的EMI特征可以证明与事件记录中的一个事件记录的EMI特征的足够对应，其中它们例如在规定的误差容限内匹配。

在所识别的EMI特征与事件记录中的任何事件记录的EMI特征都不匹配的情况下，事件检测模块26可识别未分类事件和/或将所识别的EMI特征标记为未分类事件。

在步骤126中，断路器20被配置为基于在步骤124中检测到的事件来确定要执行的一个或多个反馈动作。

特别地，在步骤126中，断路器20的反馈模块28可以接收检测到的事件并且确定要采取的对应反馈动作。例如，在检测到的事件被标记为分类事件的情况下，反馈模块28可以接收或以其他方式访问与该事件一起存储在相应事件记录中的对应反馈动作，并且处理此类反馈动作以执行合适的动作来解决事件。此类反馈动作可以例如包括操作断路器机构24以中断对电器的电力供应，和/或经由通信模块30向电器2a至2c中的一个或多个电器发送控制信号。

举个示例，在检测到的事件是已知对人和/或电机2a至2c呈现重大危险的分类事件的情况下，对应反馈动作可以包括操作断路器机构24以中断对电器2a至2c的电力供应并且将警告传送到经由通信模块32连接的设备。

相比之下，在检测到的事件是已知仅呈现轻微危险的分类事件的情况下，对应反馈动作可以被限制为向经由通信模块32连接的设备传送警告。

预见该反馈动作因此可以用于在重大问题出现之前控制对电器2a至2c的电力供应，保护电器2a至2c的安全操作条件，并且预防危险。

在步骤124中检测到的事件被标记为未分类事件的情况下，反馈模块28可以被配置为基于未分类事件和所识别的EMI特征生成新的事件记录，用于添加到事件数据库。

为此，反馈模块28可以操作通信模块30以将未分类事件和所识别的EMI特征发送到外部服务器以进行进一步离线分析。此类离线分析可以用于进一步分析事件并且确定响应于此类事件要采取的对应反馈动作。外部服务器然后可以返回将被添加到事件数据库的新事件记录，在该数据库中事件与EMI特征和对应反馈动作一起被适当地分类。

作为方法100的结果，预见可以分析电器的EMI以检测性能的下降以及甚至即将发生的电器故障。断路器20可以利用这些洞察，并且通过中断对处于风险中的电器的电力供应来预防危险。

应注意，方法100的步骤仅作为本公开的非限制性示例提供，并且可在不脱离所附权利要求书的范围的情况下对上述示例作出许多修改。

在另一示例中，断路器20的信号采集模块22还可以包括低通滤波器(未示出)，用于采集关于电力供应的低频变化的数据。例如，断路器20可以被配置为处理所测量的电流和/或所测量的电压的低频部分以用于识别负载的目的，以及本领域中已知的其他用途。低通滤波器被配置为通过衰减测量信号的具有大于低频截止的频率的部分来生成每个测量信号的低频部分。低频截止可以例如对应于电网频率，和/或对应于EMI截止频率。例如，该低频截止可以小于1MHz的频率，优选地小于1kHz，更优选地小于或等于60Hz，并且该低频截止甚至可以小于或等于50Hz。

因此，在图6中示出了根据本公开的实施方案的操作断路器20以控制对电器2a至2c的电力供应的另一示例性方法200。

方法200基本上如先前在图3中所示的示例性方法100中所描述的那样经过步骤102至126。然而，在方法200中，断路器20进一步被配置为在子步骤109中确定每个测量信号的低频部分，以采集关于所测量的电流和/或所测量的电压的低频变化的数据。

例如，在子步骤104中接收到测量信号并且在子步骤106中将测量信号转换成电压形式之后，信号采集模块22可以被配置为在子步骤109中将低通滤波器应用于测量信号以确定测量信号的低频部分。例如，信号采集模块22因此可以确定所测量的电流和所测量的电压信号的具有小于或等于60Hz的频率的部分。

与在子步骤108中确定的测量信号的EMI部分相比，在子步骤111中，信号采集模块22可以将测量信号的低频部分直接发送到事件检测模块26以用于分析频率特性。

特别地，在子步骤111中，事件检测模块26可以接收低频部分并且应用一种或多种已知的分析低频功率特性的方法来识别指示电器2a至2c的操作的一个或多个特征。此类低频特征可以例如包括指示电器2a至2c中一个电器处的负载变化事件的特征。低频分析方法在本领域中是众所周知的，并且在此不详细描述以避免使本公开模糊不清。

在识别了电力供应的低频特征之后，断路器20可以被配置为单独使用低频特征，或者与所识别的EMI特征组合地使用低频特征，以提供增强的事件检测和/或确定一个或多个反馈动作。

例如，事件数据库中的一个或多个事件记录可以包括与分类事件相关联的一个或多个低频特征，即，电力信号的低频部分的特征。此类事件记录可以包括一个或多个低频特征来作为与分类事件相关联的EMI特征的补充或替代。以这种方式，低频特征可以独立使用或者与EMI特征组合使用来检测事件。

因此，在方法200的步骤124中，事件检测模块26可被配置为通过将在步骤111中识别的低频特征与事件记录的低频特征进行比较来检测事件，作为基本上如先前所描述将在子步骤122中识别的EMI特征与事件记录的EMI特征进行比较的补充或替代。对低频分量和高频分量的组合处理可用于提高分析的准确性，从而以比使用两个不同设备来采集数据更有效的方式利用相同基础设施。

因此，反馈模块28可以被配置为至少部分地基于所识别的低频特征来确定一个或多个反馈动作，基本上如步骤126中所描述。

此外，在检测到未分类事件之后，在步骤124中，反馈模块28可被配置为将所识别的低频特征与所识别的EMI特征一起存储在事件数据库中，和/或例如经由通信模块30将所识别的低频特征传输到一个或多个外部服务器以进行离线分析。

图7中示出了根据本公开的实施方案的另一示例性断路器320。断路器320基本上如先前在图1所示的示例性断路器20中所描述。

在图7所示的示例中，断路器320进一步包括数据扩增模块38，该数据扩增模块被配置为基于一个或多个所识别的EMI特征生成与检测到的事件相关联的一个或多个扩增的EMI特征。扩增的EMI特征形成与相同分类事件相关联的所识别的EMI特征的不同变化。例如，每个扩增的EMI特征可以提供与检测到的事件相关联的EMI的平均频率、振幅和标准偏差的扩增值。

为此，数据扩增模块38可以包括一种或多种算法，诸如生成式对抗网络(GANs)，用于生成从已知或先前记录的EMI特征导出的表示类似的频率特性的变化的形式的适当扩增的数据，该变化例如为当在噪声环境中匹配或考虑时可以被认为相对微小的变化。对于背景，GAN被广泛地用于从相同的输入样本生成数据的更多变化样本。GAN方法依赖于使用两个神经网络：生成器和鉴别器，这两者都以用于游戏理论的相同方式起作用。生成式网络可用于从所识别的EMI特征的学习特性生成扩增的EMI特征。相反，鉴别器评估扩增的EMI特征并尝试将扩增的EMI特征与所识别的EMI特征区分开。该系统的目的是使生成器欺骗鉴别器，同时生成与所识别的EMI特征具有增大的差异的扩增的EMI特征。以此方式，鉴别器将更好地学习如何成功地辨识所识别的EMI特征。

因此，在图8中示出了根据本公开的实施方案的操作断路器20以控制对电器2a至2c的电力供应的另一示例性方法400。

方法400可以基本上如先前示例性方法100、200中的任一方法中所描述。然而，方法400进一步包括生成一个或多个扩增的EMI特征的步骤128。特别地，数据扩增模块38可以被配置为在步骤114中接收所识别的EMI特征，并且基于所识别的EMI特征来确定一个或多个扩增的EMI特征。

数据扩增模块38可以例如使用生成式对抗网络(GAN)来生成扩增的EMI特征，作为所识别的EMI特征的类似变化。

在一个示例中，在步骤114中，比较模块36可以使用扩增的EMI特征作为所识别的EMI特征的补充，用于与事件数据库进行比较，以提供增强的匹配验证和事件检测。

此外，依据检测到分类事件，在步骤128中生成的扩增的EMI特征可用于更新匹配的事件记录作为步骤126中的反馈动作。

另外地，或替代地，依据检测到未分类事件，可以使用扩增的EMI特征作为所识别的EMI特征的补充，以生成新的事件记录作为步骤126中的反馈动作。

在一个示例中，数据扩增模块38可被配置为依据检测到分类事件而仅生成一个或多个扩增的EMI特征，如所描述。

还应当理解，在其他示例中，断路器20可以连接到电力线3作为配电板的一部分，如在以上示例中所描述的，或者作为任何其他配电装置的一部分，或者甚至作为独立部件。

Claims (23)

1.一种用于控制对连接到电力线的一个或多个电器的电力供应的断路器，所述断路器包括：

信号采集模块，所述信号采集模块被配置为采集指示所述电力供应的电力信号；

断路器机构，所述断路器机构被配置为基于所述电力信号选择性地中断对所述一个或多个电器的所述电力供应；

事件检测模块，所述事件检测模块被配置为基于由与所述电器中的一个或多个电器的操作相关联的事件生成的电磁干扰(EMI)来检测所述事件；和

反馈模块，所述反馈模块被配置为依据所检测的事件来控制一个或多个反馈动作；

其中所述事件检测模块被配置为：

识别所采集的电力信号中的一个或多个EMI特征；

将所述一个或多个所识别的EMI特征与包括多个事件记录的事件数据库进行比较，每个事件记录包括与所述电器中的一个或多个电器的所述操作相关联的分类事件和与所述相应分类事件相关联的一个或多个EMI特征；以及

基于所述比较来检测所述事件。

2.根据权利要求1所述的断路器，其中所述事件检测模块被配置为：

如果一个或多个所识别的EMI特征对应于与相应分类事件相关联的所述一个或多个EMI特征，则识别出所检测的事件是所述相应分类事件；和/或

如果所述一个或多个所识别的EMI特征不对应于与所述多个事件记录中的所述分类事件中的任一个分类事件相关联的所述一个或多个EMI特征，则识别出所检测的事件是未分类事件。

3.根据权利要求2所述的断路器，其中所述反馈模块被配置为基于对所检测的事件的所述识别来确定要控制的所述一个或多个反馈动作。

4.根据权利要求3所述的断路器，其中由所述反馈模块针对相应分类事件确定的所述一个或多个反馈动作包括控制所述断路器机构以中断对所述一个或多个电器的所述电力供应。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的断路器，其中由所述反馈模块针对未分类事件确定的所述一个或多个反馈动作包括生成针对所述事件数据库的新事件记录。

6.根据任一前述权利要求所述的断路器，其中采集所述电力信号包括接收指示所述电力供应的电流和/或电压的测量信号。

7.根据权利要求6所述的断路器，其中采集所述电力信号包括将高通滤波器应用于所述接收的测量信号以获得所述测量信号的EMI部分。

8.根据权利要求7所述的断路器，其中采集所述电力信号包括放大所述测量信号的所确定的EMI部分。

9.根据任一前述权利要求所述的断路器，其中所述事件检测模块包括信号处理模块，所述信号处理模块被配置为基于所述电力信号的一个或多个频率特性来确定所述一个或多个EMI特征。

10.根据权利要求9所述的断路器，其中所述信号处理模块被配置为将所述电力信号分解成一个或多个EMI频率分量。

11.根据权利要求10所述的断路器，其中使用快速傅立叶变换来执行所述分解。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的断路器，其中所述信号处理模块被配置为将每个EMI特征确定为表示相应的EMI频率分量的一组参数。

13.根据权利要求12所述的断路器，其中所述信号处理模块被配置为通过将所述EMI频率分量建模为高斯特征来确定每组参数。

14.根据权利要求9所述的断路器，其中所述信号处理模块被配置为应用机器学习算法以基于所述电力信号的所述频率特性来确定所述一个或多个EMI特征。

15.根据任一前述权利要求所述的断路器，所述断路器进一步包括数据扩增模块，所述数据扩增模块被配置为基于所述一个或多个EMI特征生成与所检测的事件相关联的一个或多个扩增的EMI特征。

16.根据权利要求15所述的断路器，其中所述数据扩增模块包括用于生成所述一个或多个扩增的EMI特征的生成式对抗网络。

17.根据权利要求15或权利要求16所述的断路器，当从属于权利要求3时，其中由所述反馈模块针对相应分类事件确定的所述一个或多个反馈动作包括：

控制所述数据扩增模块以生成所述一个或多个扩增的EMI特征；以及

在所述相应事件记录中更新与所述相应分类事件相关联的所述一个或多个EMI特征，以进一步包括所述一个或多个扩增的EMI特征。

18.根据任一前述权利要求所述的断路器，所述断路器进一步包括通信模块，所述通信模块能够连接到所述一个或多个电器和/或一个或多个外部服务器。

19.根据权利要求18所述的断路器，当从属于权利要求3时，其中由所述反馈模块针对相应分类事件确定的所述一个或多个反馈动作包括经由所述通信模块向所述一个或多个电器传输警告信号。

20.根据权利要求18或权利要求19所述的断路器，当从属于权利要求3时，其中由所述反馈模块针对未分类事件确定的所述一个或多个反馈动作包括：

经由所述通信模块向所述一个或多个外部服务器传输所述一个或多个所识别的EMI特征以进行离线处理。

21.一种用于连接到向建筑物中的一个或多个电器供应电力的电力线的配电装置，所述配电装置包括根据任一前述权利要求所述的断路器。

22.一种使用根据权利要求1至20中任一项所述的断路器或根据权利要求21所述的配电装置来控制对连接到电力线的一个或多个电器的电力供应的方法，所述方法包括：

采集指示所述电力供应的电力信号；

基于所述电力信号选择性地操作所述断路器机构以中断对所述一个或多个电器的所述电力供应；

基于由与所述电器中的一个或多个电器的操作相关联的事件生成的电磁干扰(EMI)来检测所述事件；以及

依据所检测的事件来控制一个或多个反馈动作；

其中检测所述事件包括：

识别所采集的电力信号中的一个或多个EMI特征；

将所述一个或多个所识别的EMI特征与包括多个事件记录的事件数据库进行比较，每个事件记录包括与所述电器中的一个或多个电器的所述操作相关联的分类事件和与所述相应分类事件相关联的一个或多个EMI特征；以及

基于所述比较来检测所述事件。

23.一种非暂态计算机可读存储介质，在所述非暂态计算机可读存储介质上存储有指令，所述指令在由计算机处理器执行时致使所述计算机处理器执行根据权利要求22所述的方法。