DE102016101021A1

DE102016101021A1 - Method and device for detecting consumers present in a supply network

Info

Publication number: DE102016101021A1
Application number: DE102016101021.9A
Authority: DE
Inventors: Axel Dröge; Erwin Hemming; Sebastian Brato; Pia B. Coersmeier; Bernhard Albers
Original assignee: GELSENWASSER AG; Task9 GmbH
Current assignee: Task9 De GmbH
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2017-07-27
Also published as: WO2017125605A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von in einem Versorgungsnetz vorhandenen diversen technischen Verbrauchern und deren Verbrauchsverhalten, bei dem ausgehend vom jeweiligen Gesamtverbrauchswert oder Untermengen hiervon im Netz in zeitlich gleichen oder variierenden Abständen durch Kombination der von Sensoren gemessenen Daten, die auf verbraucherspezifische Eigenschaften im Gesamtverbrauchswert zurückgehen sowie von externen Sensoren ermittelten Plausibilitätsdaten wie Datum, Uhrzeit, Temperatur, und Ähnliches, mittels einer Vielzahl von die Daten auf jeweils unterschiedliche Art analysierenden Algorithmen verschiedene Einzelverbraucher detektiert werden und/oder der Systemzustand Sz(t) berechnet wird, und durch Einsatz künstlicher Intelligenz und statistischer Verfahren eine Gesamtschau der verschiedenen Algorithmenergebnisse erfolgt und danach durch Abstimmung automatisch eine Entscheidung getroffen wird, ob ein bestimmter Verbraucher, oder eine Verbrauchergruppe detektiert wurde oder nicht, wobei die dem detektierten Verbraucher oder der Verbrauchergruppe zugeordneten Daten im System gespeichert, ausgewertet und weiter verarbeitet werden.The invention relates to a method for the detection of existing in a supply network various technical consumers and their consumption behavior, starting from the respective total consumption value or subsets thereof in the network in time equal or varying intervals by combining the data measured by sensors based on consumer-specific properties in the total consumption value go back and determined by external sensors plausibility data such as date, time, temperature, and the like, by means of a variety of data on different types of analyzing algorithms different individual consumers are detected and / or the system state Sz (t) is calculated, and by using artificial intelligence and statistically, an overall view of the various algorithm results is made, and then, by vote, a decision is automatically made as to whether a particular consumer, or consumer group e has been detected or not, the data associated with the detected consumer or the consumer group data are stored in the system, evaluated and further processed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von in einem Versorgungsnetz vorhandenen diversen technischen Verbrauchern und deren Verbrauchsverhalten sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. The invention relates to a method for detecting existing in a supply network various technical consumers and their consumption behavior and an apparatus for performing this method.

Dabei soll sich der Einsatz des Verfahrens und der Vorrichtung insbesondere auf Privathaushalte sowie kommunale Einrichtungen und gewerbliche Betriebe beziehen. Es sind im Stand der Technik diverse Verfahren und Vorrichtungen zum oben genannten Zweck bekannt. Der Nachteil bei diesen vorbekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen liegt darin, dass die einzelnen Verbraucher entweder über bereits eingebaute Module verfügen, die die Erkennung des jeweiligen Verbrauchers im Netz ermöglichen, oder aber nachträglich mit derartigen Modulen versehen werden müssen. Andere Veröffentlichungen im Stand der Technik (beispielsweise DE 10 2012 108 536 A1 ) beschreiben die Möglichkeit, auch ohne den Einsatz derartiger Module das Verhalten und den Stromverbrauch diverser Geräte zu erkennen. Hierzu ist es jedoch erforderlich, zur Erkennung eines Gerätes bzw. eines neu installierten Gerätes alle anderen Geräte abzuschalten. Diese Art des Anlernens ist kompliziert und zeitaufwendig. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise auch aus der DE 20 2008 009 128 U1 bekannt. The use of the method and the device should relate in particular to private households and municipal institutions and commercial enterprises. Various methods and devices for the above purpose are known in the art. The disadvantage of these prior art methods and devices is that the individual consumers either have built-in modules that allow the detection of the respective consumer in the network, or must be provided with such modules later. Other prior art publications (e.g. DE 10 2012 108 536 A1 ) describe the possibility to recognize the behavior and the power consumption of various devices even without the use of such modules. For this purpose, it is necessary to disable all other devices to detect a device or a newly installed device. This type of learning is complicated and time consuming. Such a method is for example also from the DE 20 2008 009 128 U1 known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu führen, dass die zu ermittelnden Verbraucher nicht technisch manipuliert werden müssen und auch im Netz nur minimale technische Veränderungen durchgeführt werden müssen. The invention has for its object to provide a method of the type mentioned above so that the consumers to be determined need not be technically manipulated and also in the network only minimal technical changes must be performed.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem ausgehend vom jeweiligen Gesamtverbrauchswert oder Untermengen hiervon im Netz in zeitlich gleichen oder variierenden Abständen durch Kombination der von Sensoren gemessenen Daten, die auf verbraucherspezifische Eigenschaften im Gesamtverbrauchswert zurückgehen sowie von externen Sensoren ermittelten Plausibilitätsdaten wie Datum, Uhrzeit, Temperatur und Ähnliches, mittels einer Vielzahl von die Daten auf jeweils unterschiedliche Art analysierenden Algorithmen verschiedener Einzelverbraucher detektiert werden und/oder der Systemzustand S_z(t) berechnet wird, und durch Einsatz künstlicher Intelligenz und statistischer Verfahren eine Gesamtschau der verschiedenen Algorithmenergebnisse erfolgt, und danach durch Abstimmung automatisch eine Entscheidung getroffen wird, ob ein bestimmter Verbraucher oder eine Verbrauchergruppe detektiert wurde oder nicht, wobei die dem detektierten Verbraucher oder der Verbrauchergruppe zugeordneten Daten im System gespeichert, ausgewertet und weiterverarbeitet werden. The invention achieves this object by a method in which, based on the respective total consumption value or subsets thereof in the network at equal or varying intervals by combining the data measured by sensors, which are based on consumer-specific properties in the total consumption value as well as plausibility data such as date determined by external sensors, Time, temperature and the like, are detected by means of a variety of the data on different types of different algorithms analyzing different individual consumers and / or the system state S _z (t) is calculated, and by using artificial intelligence and statistical methods is an overall view of the various algorithm results, and then by vote automatically a decision is made whether a particular consumer or a consumer group has been detected or not, with the detected consumer or the consumer group zugzug stored data in the system are stored, evaluated and further processed.

Das Verfahren kann in jedem Versorgungsnetz wie beispielsweise Gas, Wasser oder Stromnetz angewendet werden. Im Folgenden wird die Erfindung jedoch am Beispiel eines Stromnetzes beschrieben. The method can be used in any supply network such as gas, water or electricity grid. In the following, however, the invention will be described using the example of a power grid.

In diesem Beispiel wird der Gesamtstromverbrauch durch die angesprochenen Sensoren in zeitlichen Abständen fortlaufend überwacht und analysiert. Aus der ermittelten Wirkleistung und auch der Blindleistung, eventuell aus den harmonischen bzw. subharmonischen Frequenzen des Stromes und der Spannung werden Daten generiert, die den angesprochenen unterschiedlichen Algorithmen aufgegeben werden. Jeder dieser Algorithmen verwendet die angebotenen Daten auf seine spezielle Art, wobei auch die von den externen Sensoren (Zeitmessung, Ort und Datum, Jahreszahl, Temperatur usw.) bei der Analyse mit verarbeitet werden. Dabei ist keiner der eingesetzten Algorithmen perfekt. Die typische Trefferquote würde bei 70 bis 90% liegen. Erst die Zusammenführung der Ergebnisse (erforderlichenfalls nach dem oben angeführten Voting-Verfahren) bringt die endgültige Entscheidung. In this example, the total power consumption is continuously monitored and analyzed by the addressed sensors at intervals. From the determined active power and also the reactive power, possibly from the harmonic or subharmonic frequencies of the current and the voltage, data are generated which are given up to the mentioned different algorithms. Each of these algorithms uses the data offered in its own way, with the data from the external sensors (time measurement, location and date, year, temperature, etc.) being included in the analysis. None of the algorithms used is perfect. The typical hit rate would be 70 to 90%. Only the combination of the results (if necessary after the voting process mentioned above) brings the final decision.

Bei der Analyse der Daten durch die Algorithmen werden bereits jeweils ein Gerät oder auch mehrere oder Gruppen nach Berechnung weiterer Features detektiert. When analyzing the data by the algorithms, one device or even several or groups are already detected after calculation of further features.

Die Daten werden in eine Einheit des Mikroprozessors geleitet, in dem der Systemzustand S_z(t) errechnet wird. Dies kann der Systemzustand eines einzelnen Verbrauchers sein wie z.B. Backofen, Waschmaschine, Spülmaschine, Pumpe oder eines kompletten Gebäudes, wobei Systemzustände wie „Nachtruhe“, „Anlage anfahren“ etc. sein können. In dieser Einheit wird auch eine Schätzung des Systemzustandes S_z(t + tau) für den aktuellen Istzeitpunkt plus einer Zeitdifferenz in die Zukunft durchgeführt, d.h., welcher Systemzustand wahrscheinlich als nächstes erreicht werden wird. Ein Beispiel kann eine Spülmaschine sein, bei der auf das Spülen immer das Abpumpen folgt. Der endgültige Entscheider merkt sich auch diese Prognose in die Zukunft und bringt diese mit der nächsten Zustandsmessung in einen Zusammenhang. Durch die Berücksichtigung der von den externen Sensoren gelieferten Daten kann die Wahrscheinlichkeit, ein bestimmtes Gerät zu detektieren, erheblich gesteigert werden. So wird bei einem wichtigen Fußballspiel beispielsweise in der Halbzeitpause mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Kühlschranktür geöffnet, wonach im Anschluss nachgekühlt wird. Ein weiteres Beispiel ist darin zu sehen, dass beispielsweise im Winter die Beleuchtung früher eingeschaltet wird als im Sommer. Die Reihe dieser Beispiele ließe sich beliebig fortsetzen. The data is passed to a unit of the microprocessor in which the system state S _z (t) is calculated. This can be the system state of a single consumer such as oven, washing machine, dishwasher, pump or a complete building, with system states such as "night's sleep", "plant approach", etc. may be. In this unit, an estimate of the system state S _z (t + tau) for the current actual time plus a time difference into the future is also performed, ie, which system state is likely to be reached next. An example may be a dishwasher, in which the purging always follows the purging. The final decision maker also remembers this forecast in the future and correlates it with the next condition measurement. By considering the data provided by the external sensors, the likelihood of detecting a particular device can be significantly increased. For example, in an important football game, for example, in the half-time break, a refrigerator door is opened with high probability, after which it is subsequently cooled. Another example is that, for example, in winter the lights are switched on earlier than in the summer. The series of these examples could be continued indefinitely.

Der errechnete Systemzustand wird vor der endgültigen Entscheidung auf signifikante Inkonsistenzen überprüft, wobei abhängig vom Ergebnis dieser Überprüfung eine Rückkopplung des Entscheiders zur Systemzustandsberechnung geliefert werden kann, wodurch im Laufe der Zeit die Exaktheit der Gerätedetektion zunimmt. The calculated system state becomes significant before the final decision Check inconsistencies, depending on the result of this review, a feedback of the decider can be supplied to the system state calculation, which increases the accuracy of the device detection over time.

Hierfür wird bei der Berechnung der Systemzustände für jedes zu detektierende Gerät ein Regelwerk allgemein gültig beschrieben. Durch Funktionen der künstlichen Intelligenz entwickelt sich dieses Regelwerk selbständig weiter. Dabei kommen Logikprogrammiersprachen (Lisp, Prolog) kombiniert mit numerischen Programmiersprachen (Python, R, Matlab) zum Einsatz. Es wird von einer Regelbasis oder von Fakten ausgegangen, die den Verbraucher beschreiben. Beispielsweise eine Spülmaschine pumpt zu Beginn immer das Wasser ab. Danach wird immer Wasser geholt. Im Folgenden beginnt jeweils der Spülvorgang. Dann folgt entweder das Aufheizen des Wassers oder das erneute Abpumpen des Wassers. Zum Schluss wird immer das Wasser abgepumpt. For this purpose, a set of rules is generally valid for the calculation of system states for each device to be detected. Through functions of artificial intelligence, this set of rules develops independently. Logic programming languages (Lisp, Prolog) combined with numerical programming languages (Python, R, Matlab) are used. It is based on a rule base or facts that describe the consumer. For example, a dishwasher always pumps off the water at the beginning. Thereafter, always water is brought. The rinsing process always starts in the following. Then either the heating of the water or the renewed pumping out of the water. Finally, the water is always pumped out.

Diese Regel- oder Faktenbasis beschreibt den logischen Ablauf, nicht aber die Größenangaben. Die Größenangaben liegen in einer Parameterliste vor:
Abpumpen dauert zwischen 20 Sekunden und 60 Sekunden;
Aufheizen dauert zwischen 3 Minuten und 15 Minuten und benötigt mindestens 2 KW usw.. This rule or fact base describes the logical process, but not the size information. The size information is available in a parameter list:
Pumping lasts between 20 seconds and 60 seconds;
Heating takes between 3 minutes and 15 minutes and requires at least 2 KW etc.

Diese Parameter liegen bei der Installation des Detektionsalgorithmus nicht vor, sondern nur die Minimal- und Maximalwerte. Ein evolutionärer Algorithmus testet auf intelligente Weise dabei nicht alle möglichen Parameterkombinationen durch, um eine Spülmaschine bzw. deren konkreten Parametersatz zu finden, sondern nur die sinnvollsten Parameter im Sinne des Gradienten zum Treffer. Somit erzeugt im Laufe der Zeit dieser Algorithmus eine immer vollständigere Parameterliste und damit ein vollständiges Regelwerk zur Detektion des jeweiligen Gerätes. Es werden also keine Lernmuster aus einer externen Datenbank (Cloud-Datenbank) benötigt. These parameters are not present when installing the detection algorithm, but only the minimum and maximum values. An evolutionary algorithm does not intelligently test all possible combinations of parameters in order to find a dishwasher or its concrete parameter set, but only the most sensible parameters in terms of the gradient to hit. Thus, in the course of time, this algorithm generates an ever more complete parameter list and thus a complete set of rules for the detection of the respective device. So no learning patterns from an external database (cloud database) are needed.

Im Folgenden werden Beispiele von verschiedenartigsten Algorithmen aufgelistet. The following are examples of various algorithms.

Einer der Algorithmen betrifft die Verbraucherschaltdetektion. Es werden steigende und fallende Flanken der Leistung in einen zeitlichen Zusammenhang gebracht. Jeder elektrische Verbraucher zeigt einen dezidierten oder mehrere Leistungswerte in zeitlicher Abfolge. Wird ein Regelwerk definiert, welches die zeitliche Abfolge beschreibt, kann das System den Verbraucher immer wieder erkennen. One of the algorithms relates to consumer switching detection. Rising and falling edges of performance are brought into a temporal context. Each electrical load shows one dedicated or multiple power values in time sequence. If a set of rules is defined that describes the chronology, the system can recognize the consumer again and again.

Ein weiterer möglicher Algorithmus gründet sich auf einen so genannten Strange Atractor. Dieser Strange Atractor dient dazu, aus einem n-dimensionalen Parameter-Raum bei nur einem ein- oder gering dimensionalen Messwert eine Musterbeschreibung zu erzeugen. Dabei wird beispielsweise eine Funktion y = f(t) – f(t – tau) berechnet, wobei tau z.B. 60 Sekunden ist. Damit können Figuren im zwei-dimensionalen Raum gezeichnet werden, die das Muster von bestimmten Verbrauchern wiedergeben. Another possible algorithm is based on a so-called Strange Atractor. This Strange Atractor serves to generate a pattern description from an n-dimensional parameter space with only one single or low-dimensional measured value. In this case, for example, a function y = f (t) -f (t-tau) is calculated, where tau is e.g. 60 seconds. This allows figures to be drawn in two-dimensional space representing the pattern of particular consumers.

Ein weiterer Algorithmus bezieht sich auf eine Zeitreihenauswertung. Viele Verbraucher lassen sich in einer Zeitreihe analysieren, wie z.B. Kühlschränke, Heizungen, Klimageräte und dergleichen. Dabei werden die folgenden Parameter angegeben:
Wiederkehrende Wiederholfrequenz des Starts des Gerätes,
Anschaltlänge
Anschaltdauer
Pausen zwischen zwei Aktivitäten. Another algorithm relates to a time series evaluation. Many consumers can be analyzed in a time series, such as refrigerators, heaters, air conditioners and the like. The following parameters are specified:
Recurring repetition frequency of the start of the device,
Anschaltlänge
Anschaltdauer
Breaks between two activities.

Ein weiterer Algorithmus bezieht sich auf die bereits oben angeführten und von externen Sensoren kommenden Daten. Another algorithm refers to the data already given above and coming from external sensors.

Darüber hinaus werden Korrelatoren verwendet, die ähnliche Signalverläufe gespeichert haben wie die typischen Verbraucher aufzeigen. Bei Korrelation des Ist-Signals mit den gespeicherten Signalen können Übereinstimmungen gefunden werden. In addition, correlators are used that have similar waveforms stored as typical consumers. By correlating the actual signal with the stored signals, matches can be found.

Selbstverständlich werden auch einfache Dinge wie Mittelwerte, Varianzen etc. genutzt. Weitere Hilfsmittel sind z.B. Kohonenmaps, die bei der Untersuchung von Ähnlichkeiten von Signalen eine Rolle spielen können. Of course, even simple things like averages, variances, etc. are used. Further aids are e.g. Kohonenmaps, which can play a role in the study of similarities of signals.

Folgende Detektionsmethode ist ebenfalls denkbar:
Viele elektrische Verbraucher verändern bzw. beeinflussen die hohen Frequenzen von Strom- und Spannungsverläufen. Diese können als Indikation von Verbrauchern genutzt werden. The following detection method is also conceivable:
Many electrical consumers change or influence the high frequencies of current and voltage curves. These can be used as an indication by consumers.

In größeren Gebäuden oder komplexeren Anlagen wird die Extraktion der Verbraucher ausschließlich nur durch die (Wirk)-Leistungsdaten recht schwierig bis unmöglich. Hier hilft die Analyse der Oberwellen, auch als harmonische und zwischenharmonische bezeichnet. Diese Frequenzanteile > 50 Hz geben ein Vielfaches der Grundfrequenz von N·50 Hz = 100 Hz, 150 Hz, 200 Hz, ... wieder. Geräte, die Einfluss auf den sinusförmigen Strom oder die Spannung nehmen, können hier teilweise eindeutig erkannt werden. In kommerziellen Geräten werden diese Oberwellen heute bis zur ca. 50. Oberwelle (entspricht 2500 Hz) gemessen. In Zukunft sollte aber auch bis ca. 5 MHz gemessen werden können bzw. mit 10 MHz abgetastet werden, wobei also die Frequenzen bis zur Oberwelle ca. 100000 berücksichtigt werden. In larger buildings or more complex plants, the extraction of consumers only through the (active) performance data is quite difficult to impossible. Here, the analysis of harmonics, also referred to as harmonic and interharmonic helps. These frequency components> 50 Hz represent a multiple of the fundamental frequency of N · 50 Hz = 100 Hz, 150 Hz, 200 Hz, ... again. Devices that have an effect on the sinusoidal current or the voltage can be partially recognized here. In commercial devices, these harmonics are measured today up to the 50th harmonic (equivalent to 2500 Hz). In the future, however, it should also be possible to measure up to approx. 5 MHz or to sample at 10 MHz, whereby the frequencies up to the harmonic approx. 100,000 are taken into account.

Die typischen Stromwandler (Kabelumbauwandler, Aufsteckwandler etc.) mit Eisenkern bieten auf keinen Fall den hierfür notwendigen Frequenzgang. So genannte Rogowski-Spulen, eine Art koaxiale Kabellösung, kommen dabei zum Einsatz und werden um den Stromleiter gelegt und bieten dann die korrespondierende Hochfrequenzübertragung. Je weiter die Rogowski-Spulen von den Verbrauchern entfernt plaziert werden desto mehr werden die hochfrequenten Frequenzanteile durch die normalen Kupferanteile der Stromleiter gedämpft. The typical current transformer (Kabelumbauwandler, Aufsteckwandler etc.) with iron core offer under no circumstances the necessary frequency response. So-called Rogowski coils, a kind of coaxial cable solution, are used here and are placed around the conductor and then offer the corresponding high-frequency transmission. The further the Rogowski coils are placed away from the consumers, the more the high frequency components are damped by the normal copper content of the conductors.

Dabei werden die normalen Eisenkernumbauwandler zum reinen Strommessen bei 50 Hz genutzt und zusätzlich bis zur 25. Oberwelle messen. Die Rogowski-Spulen sollen nur die Oberwellen ab der 25. Oberwelle aufwärts erfassen. Damit wird eine optimale Analog-Digitalkonverter-Auflösung garantiert. Denn die niederfrequenten Wellen, besonders die 50 Hz Grundwelle ist deutlich mehr mit einer hohen Amplitude vertreten als Frequenzen im KHz- oder MHz-Bereich. Daher wird ein Hochpassfilter die niederfrequenten Anteile ausfiltern. Denkbar ist auch eine Mehrfachinstallation mittels Bandpassfiltern. Zur Einsparung der dann vielen Rogowski-Spulen kann ein hochfrequenter Schalter die Spulen mit dem jeweiligen Bandpass verbinden. The normal Eisenkernumbauwandler be used for pure current measurement at 50 Hz and measure up to the 25th harmonic. The Rogowski coils are to detect only the harmonics from the 25th harmonic upwards. This guarantees optimal analog-to-digital converter resolution. Because the low-frequency waves, especially the 50 Hz fundamental wave is represented significantly more with a high amplitude than frequencies in the KHz or MHz range. Therefore, a high-pass filter will filter out the low-frequency components. Also conceivable is a multiple installation using bandpass filters. To save the then many Rogowski coils, a high-frequency switch can connect the coils to the respective bandpass.

Diese Methode ist allerdings zur Zeit noch gerätetechnisch und finanziell aufwändig. Die „Algorithmen-Methode“ bietet den Vorteil, dass trotz Messtakten im Sekundenbereich zuverlässige Ergebnisse erreicht werden. However, this method is currently still device technology and financially complex. The "algorithm method" offers the advantage that reliable results can be achieved despite measuring cycles in the seconds range.

Wenn eine endgültige Entscheidung getroffen worden ist, z.B. durch ein Votingverfahren, dass ein bestimmtes Gerät oder mehrere Geräte detektiert ist/sind, werden die hierbei ermittelten gerätespezifischen Daten verschlüsselt und lokal im System gespeichert. Es werden ohne Zustimmung des Nutzers keine Daten nach außen gesendet. Der Schlüssel zum dekodieren der Daten liegt entweder in einem executable file eingebettet oder er wird von einem externen Sicherheitsserver zum dekodieren immer wieder abgeholt. Selbstverständlich kann der Nutzer die Daten auf eigenen Wunsch auch Dritten zur Verfügung stellen. When a final decision has been made, e.g. Through a voting process that a particular device or devices is / are detected, the device-specific data determined in this case are encrypted and stored locally in the system. No data will be sent out without the consent of the user. The key to decode the data is either embedded in an executable file or it is fetched time and again by an external security server for decoding. Of course, the user can provide the data at his own request to third parties.

Ein Nutzer kann sich in seinem Heimnetz direkt auf einen internen Webserver einloggen. Es werden also die Daten nur im Heimnetz selbst verarbeitet. A user can log in directly to an internal web server in their home network. So the data is processed only in the home network itself.

Die Daten können allerdings auch vom Nutzer beispielsweise per Mobilfunk von außen eingesehen werden, zum Beispiel durch einen dynamischen DNS-Service, der jeweils eine pseudofeste IP-Adresse vergibt. However, the data can also be viewed by the user, for example, by mobile phone from the outside, for example by a dynamic DNS service, each assigning a pseudo-fixed IP address.

Neue Software-Funktionen wie neue Services oder die Erkennung von neuen elektrischen Verbrauchern bzw. das Aufladen neuer verbesserter Algorithmen wird durch Software-Downloads in das System vollzogen. Nur wenn der Nutzer zustimmt, holt sich das System selbst das Software-Update, so dass nichts fremdbestimmt ist. New software features such as new services or the detection of new electrical consumers or the charging of new improved algorithms is performed by software downloads into the system. Only if the user agrees, the system itself gets the software update, so that nothing is foreign-determined.

Eine der weiteren vorteilhaften Möglichkeiten, die das erfindungsgemäße Verfahren bietet, ist die, dass durch das Verfahren ermittelt werden kann, dass beispielsweise eine Photovoltaik-Anlage einer Bäckerei in den nächsten ein bis zwei Stunden genügend Strom liefert, so dass mit dieser sauberen Energie für eine bestimmte Klientel beispielsweise Brötchen gebacken werden können. Mit Hilfe beispielsweise einer App werden diese Personen darauf hingewiesen und können dann ihre Bestellung aufgeben. Dabei ist die Bäckerei in der Lage, die entsprechenden benötigten Ressourcen (Backbleche, Teigmenge, Anzahl der Öfen, etc.) bereitzustellen. One of the further advantageous possibilities offered by the method according to the invention is that it can be determined by the method that, for example, a photovoltaic system supplies sufficient power to a bakery in the next one to two hours, so that clean energy is used for this purpose certain clientele, for example, bread rolls can be baked. With the help of an app, for example, these people are informed and can then place their order. The bakery is able to provide the required resources (baking trays, dough quantity, number of ovens, etc.).

So können mit Hilfe der ermittelten Daten unter Berücksichtigung verschiedenster Randbedingungen die unterschiedlichsten Serviceleistungen erbracht werden. Thus, with the help of the determined data under consideration of different boundary conditions the most different services can be provided.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in einem Gehäuse untergebracht, welches in seinen Dimensionen so ausgestaltet ist, dass es im Sicherungskasten verbaut werden kann oder im digitalen/intelligenten Zähler des Messstellenbetreibers oder als Steckergerät. The device for carrying out the method is housed in a housing which is designed in its dimensions so that it can be installed in the fuse box or in the digital / intelligent meter of the measuring point operator or as a plug device.

Das Gerät verfügt über einen Mikrocomputer, der zumindest einen Mikroprozessor und eine Speichereinheit beinhaltet sowie Verbindungsmöglichkeiten zu den Gesamtverbrauchswert des Systems detektierenden Sensoren sowie zu externen Sensoren, die den Gesamtverbrauch beeinflussende Messwerte liefern. Es verfügt über Eingangsschnittstellen zur Verbindung mit dem Internet und zu einem Mobilfunknetz sowie Ausgangsschnittstellen für die vom Mikroprozessor ermittelten und aufbereiteten Daten der jeweiligen Verbraucher. The device has a microcomputer, which includes at least a microprocessor and a memory unit, as well as connectivity to the total consumption of the system detecting sensors and to external sensors that provide the total consumption affecting measurements. It has input interfaces for connecting to the Internet and a mobile network, as well as output interfaces for the microprocessor-determined and prepared data of the respective consumers.

Dabei sind im Gerät weitere Schnittstellen zur Speichererweiterung und zur Erweiterung der Rechenleistung sowie zur Steuerung von oder Kommunikation mit Dritt-Geräten vorgesehen. The device provides further interfaces for memory expansion and for expanding the computing power as well as for controlling or communicating with third-party devices.

Zur Ermittlung des Gesamtstromverbrauchs bzw. der durch die Geräte beeinflussten Veränderungen in Strom und Spannung können Stromwandler eingesetzt werden oder aber die Daten von einem standartdisierten digitalen Zähler. Beim Messen mit Stromsensoren werden drei Stromsensoren entweder um die elektrischen Leiter des Hausanschlusses gelegt oder geklappt. Bei dieser Methode ist somit eine Extrainstallation von Stromsensoren nötig. To determine the total power consumption or the changes in the current and voltage influenced by the devices, current transformers can be used or the data from a standardized digital counter. When measuring with current sensors, three current sensors are either placed around the electrical conductors of the house connection or folded. This method therefore requires an extra installation of current sensors.

Oder aber der gesamte Strom wird über Induktionsleiter geleitet. Der eingeprägte Strom in den Stromsensoren wird in der Messeinheit über einen Shunt-Widerstand im Milli-Ohm-Bereich in eine Messspannung umgesetzt und per Analogdigitalwandlung abgetastet. Dazu wird die Netzspannung entweder mittels Trafo von ca. 230 V auf ca. 5 V transformiert oder aber durch ein Widerstandsnetzwerk soweit verringert, dass die 3-Phasenspannungen ebenfalls analog digital abgetastet werden können. Or the entire current is conducted via induction conductors. The impressed current in the current sensors is converted in the measuring unit via a shunt resistor in the milli-ohm range into a measuring voltage and sampled by analog-digital conversion. For this purpose, the mains voltage is either transformed by transformers of about 230 V to about 5 V or reduced by a resistor network so far that the 3-phase voltages can also be sampled analog digital.

Das Gerät verfügt über einen Mikrocomputer, der zumindest ein Mikroprozessor und eine Speichereinheit beinhaltet und Verbindungsmöglichkeiten zu dem Gesamtverbrauchswert oder einzelner Phasen (P1, P2, P3) des Systems detektierenden Sensoren sowie zu externen Sensoren aufweist, die das Verbraucherverhalten beeinflussende Messwerte liefern, mit Eingangsschnittstellen zur Verbindung mit dem Internet und zu Mobilfunknetzen sowie Ausgangs-Schnittstellen für die vom Mikroprozessor ermittelten und aufbereiteten Daten der jeweiligen Verbraucher. The device has a microcomputer which contains at least one microprocessor and a memory unit and has connection possibilities to the total consumption value or individual sensors (P1, P2, P3) of the system detecting sensors as well as to external sensors which provide measured values influencing the consumer behavior, with input interfaces for Connection to the Internet and to mobile networks as well as output interfaces for the microprocessor-determined and prepared data of the respective consumers.

Hierfür benötigt das erfindungsgemäße Gerät lediglich einen Lesekopf, der auf die Kundenschnittstelle des digitalen/intelligenten Zählers (Smartmeter) aufgesetzt oder aber alternativ eine Bus-Verbindung (RS 485) benutzt wird. For this purpose, the device according to the invention requires only a read head, which is placed on the customer interface of the digital / intelligent counter (smart meter) or alternatively a bus connection (RS 485) is used.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen dargestellt und erläutert. In the following the invention is illustrated and explained with reference to drawings.

Es zeigen: Show it:

1: Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Verfahrensführung; 1 : Block diagram of the process control according to the invention;

2–4: Einsatzbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 - 4 : Examples of use of the device according to the invention

In der 1 ist der Einspeisepunkt für die vom Stromnetz kommenden Daten wie die Wirkleistung, harmonische Stromfrequenzen etc. mit dem Bezugszeichen X versehen. In the 1 is the feed point for coming from the power grid data such as the active power, harmonic currents, etc. provided with the reference numeral X.

Von diesem Einspeisepunkt X werden die Blöcke A 1 bis A n mit den entsprechenden Daten beaufschlagt, wobei in den Blöcken A 1 bis A n unterschiedliche Algorithmen arbeiten. In diesen Blöcken werden die Daten mit Hilfe dieser Algorithmen analysiert und bereits an dieser Stelle wird ein Gerät detektiert sowie auch andere Eigenschaften. Die von den Algorithmen analysierten Daten werden nun entweder direkt in den Block B 1 geleitet, der den Systemzustand S_z(t) errechnet. Dies kann der Systemzustand eines einzelnen Verbrauchers sein oder eines ganzen Gebäudes. From this feed point X, the blocks A 1 to A n are supplied with the corresponding data, wherein in the blocks A 1 to A n different algorithms work. In these blocks, the data are analyzed using these algorithms and already at this point a device is detected as well as other properties. The data analyzed by the algorithms are now either passed directly into block B 1, which calculates the system state S _z (t). This can be the system state of a single consumer or of an entire building.

Oder, da in den Blöcken A 1 bis A n wie oben angedeutet bereits ein Gerät detektiert sein kann, können die errechneten Daten auch direkt in den finalen Entscheider D 1 überführt werden. Or, since a device can already be detected in blocks A 1 to A n as indicated above, the calculated data can also be transferred directly to the final decision maker D 1.

Der Block B 1 gibt auch eine Schätzung des Systemzustandes S_z(t + tau) für den aktuellen Ist-Zeitpunkt plus tau in die Zukunft ab, welcher Systemzustand wahrscheinlich als nächstes erreicht werden wird. In einem finalen Entscheider D 1 wird dann die Entscheidung getroffen, ob ein System bzw. ein Gerät erkannt worden ist. The block B 1 also returns an estimate of the system state S _z (t + tau) for the current actual time plus tau in the future, which system state is likely to be reached next. In a final decision maker D 1, the decision is then made as to whether a system or a device has been recognized.

In einem Block B 2 werden notwendige externe Einflüsse als Zusatzinformationen (Tages- und Nachtzeit, Jahreszeiten, Wetter etc.) gesammelt, die ebenfalls dem finalen Entscheider zur Verfügung gestellt werden, damit auch die Plausibilität der ermittelten Daten überprüft werden kann. In einem weiteren Block C 1 werden signifikante Inkonsistenzen aufgedeckt und ebenfalls dem Entscheider D 1 zur Verfügung gestellt. In a block B 2 necessary external influences are collected as additional information (daytime and nighttime, seasons, weather etc.), which are also made available to the final decision maker, so that the plausibility of the determined data can be checked. In a further block C 1, significant inconsistencies are revealed and also made available to the decision maker D 1.

Nachdem der Entscheider D1 die Detektion eines Gerätes ermittelt hat, wird eine Rückkoppelung des Entscheiders D1 über einen Block F 1 für die Systemzustandsanalyse in Block B1 geliefert. After the decider D1 has detected the detection of a device, a feedback of the decider D1 is supplied via a block F 1 for the system state analysis in block B1.

Die Rückkoppelungsstärke kann mit 0...1 angegeben werden. Die Verzögerung beträgt einen Sample der Wirkleistung, z. B. mindestens eine Sekunde. The feedback strength can be specified as 0 ... 1. The delay is a sample of the active power, z. B. at least one second.

In der 2 ist eine erste Einsatzmöglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, wobei mit dem Bezugszeichen 1 die Vorrichtung an sich bezeichnet ist, die in einem Gehäuse 2 untergebracht ist. Das Gehäuse 2 verfügt über eine USB-Schnittstelle, die zum Abgreifen der Daten eines digitalen/intelligenten Zählers 3 verbunden ist, derart, dass auf die Kundenschnittstelle 4 ein schematisiert dargestellter Lesekopf 5 aufgesetzt wird. Die Daten können auch über eine Schnittstelle RS485 über ein Bussystem 6 übertragen werden. In the 2 a first possible use of the device according to the invention is shown, wherein the reference numeral 1 the device is designated in itself, in a housing 2 is housed. The housing 2 has a USB interface that can be used to access the data of a digital / smart meter 3 connected, such that on the customer interface 4 a schematic illustrated read head 5 is put on. The data can also be transmitted via an RS485 interface via a bus system 6 be transmitted.

Die ermittelten und mittels der Vorrichtung im Gehäuse 2 verarbeiteten Daten können mittels eines mit dem Bezugszeichen 7 bezeichneten Smartphone, Tablet etc. von der Vorrichtung abgerufen werden. Die Vorrichtung wird mittels eines Netzteils in eine Steckdose des Gebäudenetzes eingesteckt. Danach wird durch Drücken des Knopfes 8 und anschließendem Eingeben eines Passwortes im Gerät 7 die Verbindung zur Vorrichtung hergestellt, in dem hier ein temporärer Wlan-Accesspoint erzeugt wird. Nach Konfiguration und erneutem Drücken des Knopfes 8 ist die Konfiguration abgeschlossen. The determined and by means of the device in the housing 2 processed data can by means of a reference numeral 7 designated smartphone, tablet, etc. are retrieved from the device. The device is plugged by means of a power supply in a socket of the building network. Thereafter, pressing the button 8th and then entering a password in the device 7 made the connection to the device in which a temporary wireless access point is generated here. After configuration and pressing the button again 8th the configuration is complete.

Mit dem Bezugszeichen 9 ist der hauseigene Router bezeichnet, welcher den eigentlichen Wlan-Accesspoint bildet. Dieser kommuniziert nach der Erst-Konfiguration mit der Wlan-Station 10 in der Vorrichtung. With the reference number 9 is the in-house router called, which the actual wlan Access point forms. This communicates after the initial configuration with the Wlan station 10 in the device.

Die mit dem Bezugszeichen 17 versehenen LED-Anzeigen stehen für „Power“, „Messen“ und „Senden. Weitere Anzeigen sind natürlich möglich. The with the reference number 17 LED indicators indicate "Power", "Measure" and "Send. Other ads are of course possible.

Eine weitere Möglichkeit des Einsatzes der Vorrichtung 1 geht aus der 3 hervor. Hier ist ebenfalls ein digitalter/intelligenter Zähler (Smartmeter) mit dem Bezugszeichen 3 versehen. Das Smart-meter 3 verfügt über einen Einschub, in dem zur Installation das Gehäuse 2 der Vorrichtung eingeschoben wird, wodurch die in 2 dargestellten Verbindungen (USB, RS485, etc.) hergestellt sind. Die Kundenschnittstelle 4 wird hier nicht benötigt. Ansonsten sind die Schnittstellen vorgesehen, wie sie in 2 angedeutet sind. Another way of using the device 1 goes out of the 3 out. Here is also a digital / intelligent meter (smart meter) with the reference numeral 3 Mistake. The smart meter 3 has a slot in which to install the housing 2 the device is inserted, whereby the in 2 shown connections (USB, RS485, etc.) are made. The customer interface 4 is not needed here. Otherwise, the interfaces are provided as they are in 2 are indicated.

In der 4 ist eine weitere Einsatzmöglichkeit der Vorrichtung 1 dargestellt, die hier auf die Hutleiste 11 in einem Sicherungskasten 12 aufgesteckt ist. Mit dem Bezugszeichen 13 sind schematisch Sicherungen angedeutet. Mit I und U sind hier die Abgriffe für Strom und Spannung des Stromnetzes bezeichnet. In diesem Beispiel ist kein intelligenter Zähler (Smartmeter) vorhanden. Die entsprechenden Strom- und Spannungsdaten erhält die Vorrichtung 1 über nicht dargestellte Strom-/Spannungssensoren. Auch bei diesem Beispiel ist die Vorrichtung 1 wie die in 2 und 3 beschriebenen ausgestattet. In the 4 is another use of the device 1 shown here on the top hat 11 in a fuse box 12 is plugged. With the reference number 13 are schematically indicated fuses. With I and U here are the taps for power and voltage of the power supply called. In this example, there is no smart meter. The corresponding current and voltage data receives the device 1 via not shown current / voltage sensors. Also in this example is the device 1 like the in 2 and 3 equipped.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012108536 A1 [0002]
DE 202008009128 U1 [0002]

Claims

A method for detecting various technical consumers present in a supply network and their consumption behavior, in which starting from the respective total consumption value or subsets thereof in the network at the same time or varying intervals by combining the data measured by sensors, which are based on consumer-specific characteristics in the total consumption value and external Sensors determined plausibility data such as date, time, temperature, and the like, by means of a variety of the data on different types of different algorithms analyzing different individual consumers are detected and / or the system state S _z (t) is calculated, and by using artificial intelligence and statistical methods an overall view of the various algorithm results is made and then by decision automatically made a decision whether a particular consumer, or a consumer group was detected or n Not, with the detected consumer or the consumer group associated data stored in the system, evaluated and further processed.

A method according to claim 1, characterized in that in addition to the calculation of the current system state S _z (t) the next following system state S _z (t + tau) is estimated and both results are considered in the decision.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the calculated system state S _z (t) is checked for inconsistencies, the test result is taken into account in the decision-making.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that after the final decision, a feedback of the decision maker for the system state analysis is performed.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that for teaching the data required for the detection of the consumer, the consumer is first described with a rule and fact base indicating the logical flow of consumer behavior, the concrete parameter values on indicate a particular consumer can be determined by an evolutionary algorithm.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that for teaching the data required for the detection of the consumer, the consumer is described with a provisional rule and fact base, indicating the logical flow of consumer behavior, the concrete parameter values on indicate a particular consumer, be determined by an evolutionary algorithm and thus gradually the set of rules is refined.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that all detected by the measurements and the algorithms data are stored encrypted in the system.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that a gas network is provided as the network.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that a water network is provided.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the consumers are electrical consumers and that an electric power network is provided as a network.

A method according to claim 10, characterized in that in the network, the voltage and the current is measured by sensors and the measurement results form the basis of the detection.

A method according to claim 10, characterized in that the network is measured by means of a digital counter, the power is determined and the measurement results of the detection are based.

A method according to claim 12, characterized in that the digital counter is an intelligent meter (smartmeter).

Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the network is installed in a private household.

Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the network is installed in a municipal object.

Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the network is installed in commercial objects.

Contraption ( 1 ) for the detection of existing in a network various technical consumers and their consumption behavior, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 16, characterized in that in a housing ( 2 ) a microcomputer is arranged, which includes at least a microprocessor and a memory unit and connection possibilities to the total consumption value or individual Phases (P1, P2, P3) of the system detecting sensors and external sensors that provide the consumer behavior affecting measurements, with input interfaces for connection to the Internet and mobile networks and output interfaces for the microprocessor determined and prepared data of the respective consumers ,

Apparatus according to claim 17, characterized in that the rooter for the Internet connection in the housing ( 2 ) is integrated.

Device according to claim 18, characterized in that interfaces ( 14 ) are provided for memory expansion and expansion of computing power.

Device according to one of the claims, characterized in that a connection possibility for the detection of a digital counter ( 3 ) supplied data a read head ( 5 ), which is connected to the computer via an interface (USB, RS 485).

Apparatus according to claim 20, characterized in that it is a USB interface.

Device according to one of Claims 17 to 21, characterized in that the digital counter ( 3 ) is a smart meter.

Device according to one of claims 17 to 22, characterized in that further interfaces ( 15 . 16 ) are provided for interaction with other devices.

Device according to one of claims 17 to 23, characterized in that the determined data are transmitted via Zigbee and Powerline to the Wlan, from the wlan via DSL, the data can be transmitted to the Internet.

Device according to one of claims 17 to 24, characterized in that on the basis of the determined data actuators are switchable.

Device according to one of claims 17 to 25, characterized in that the housing is dimensioned such that it in the fuse box ( 12 ) of a power supply is integrated.

Device according to one of claims 17 to 26, characterized in that the housing ( 2 ) on the counter ( 3 ) is placed.

Device according to one of claims 17 to 26, characterized in that the housing ( 2 ) in the slot of the counter ( 3 ) can be inserted.

Device according to one of claims 17 to 26, characterized in that the housing ( 1 ) is provided with a power adapter that can be plugged into any power outlet in the power grid.