DE60111841T2

DE60111841T2 - Verfahren und vorrichtung zur analyse eines netzes

Info

Publication number: DE60111841T2
Application number: DE60111841T
Authority: DE
Inventors: Dominique Garreau; Thierry Fernandez
Original assignee: Kurtosis Ingenierie SA
Current assignee: Kurtosis Ingenierie SA
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2021-04-19
Also published as: ATE299270T1; WO2001079870A1; US20030163264A1; US7069524B2; EP1275009A1; AU2001254880A1; EP1275009B1; FR2807855A1; FR2807855B1; DE60111841D1; ES2247101T3

Description

Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse eines Netzes von Leitern zur Aufgabe. Sie ist insbesondere in dem Gebiet der Leistungs-Haushalts- oder Industriestromversorgung verwendbar.
In dem Gebiet der Stromversorgung besteht die Bedeutung der Erfindung darin, dass sie es einem Stromlieferanten zum Beispiel erlaubt, seinen Verbraucherkunden über die Historie des Gebrauchs von Geräten, die bei diesem Kunden in Betrieb sind, zu warnen. Eine solche Historie hat unmittelbare Bedeutung. Sie erlaubt es nämlich, sofort Stromverbrauchspitzen und die Art der Geräte zu erkennen, die an diesem Verbrauch beteiligt sind. Der Benutzer und der Stromlieferant können sich daher absprechen, um ein zeitliches Verschieben der Inbetriebnahme bestimmter Geräte zu organisieren, um die dem Benutzer gelieferte Spitzenleistung zu verringern. Die Verringerung dieser Spitzenleistung erlaubt es dem Stromlieferanten daher, mit einem gleichen Netz von Stromversorgungsleitern mehrere Benutzer versorgen zu können, ohne die Toleranzen hinsichtlich der Wärmeableitung in den beanspruchten Leitern zu überschreiten. Eine solche Überwachung führt den Stromlieferanten ferner dazu, den Benutzern, die an einer solchen Überwachung teilnehmen, vorteilhafte Preise zu gewähren.
In dem Gebiet der Überwachung anderer Netze als der der Stromverteilung, kann ein Betreiber, der das Netz nutzt, Änderungen der Anschlüsse des Netzes erfassen und schnell den betrügerischen Gebrauch oder die Inbetriebnahme eines Abhörsystems auf einer Verbindung bemerken. Andere Bedarfsfälle können ferner in Betracht gezogen werden.
Es gibt derzeit keine Vorrichtung und kein Verfahren zur Analyse eines Netzes von Leitern. Diese Netze können nämlich so komplex sein, dass man sich schlecht vorstellen kann, wie eine solche Analyse erfolgreich durchgeführt werden könnte. Man kennt im Gebiet des Erfassens der Pannen höchstens die Reflektrometrieverfahren, die für eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung darin bestehen, ein Signal zu senden und eine Dauer zu messen, die das Senden dieses Signals von einem Rückkehrecho trennt, das am Sendepunkt empfangen wird. Teilt man diese Dauer durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektrischer Wellen in den Leitern, kann man daraus den Ort ableiten, an dem sich die Panne befindet. Bei der Erfindung ist das zu lösende Problem anders, es geht darum zu wissen, ob ein Gerät in Betrieb ist oder nicht. Wenn das Gerät ein einziges Gerät ist, das an das Ende von einzigen Stromversorgungsleitern angeschlossen ist, kann man natürlich aus dem Strom, der durch diese Leiter läuft, den Betriebs- oder Stillstandszustand des angeschlossenen Geräts ableiten. In diesem Fall handelt es sich jedoch nicht um ein Netz, denn es besteht nur ein einziger Satz von Versorgungsleitern für ein einziges Gerät. Die Erfindung zielt darauf ab, das Problem der gemeinsamen Existenz einer Vielzahl von Geräten auf einem Netz von Leitern zu lösen. In der Praxis besteht daher ein Netz von Leitern aus Arboreszenzen von Verbindungen, deren Zweigenden an unterschiedlichen Geräten enden, die in Betrieb sind oder nicht.
Dieses Problem wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelöst, indem an einem Knoten des Netzes ein verfügbares elektrisches Signal gemessen wird, und insbesondere, indem daraus spektrale und zeitliche Merkmalen extrahiert werden. In diesen spektralen und zeitlichen Merkmalen wird die Frequenz des alternativen Versorgungssignals natürlich eliminiert, weil sie für das Auftreten des Stoppens oder der Inbetriebnahme jedes der an dieses Netz angeschlossenen Geräte überhaupt nicht charakteristisch ist. Bei der Erfindung hat man festgestellt, dass das verfügbare Signal spektrale Merkmale enthält, die für das Reflektieren der elektrischen Wellen an den Enden der betreffenden Arboreszenz repräsentativ sind.
Global kann man davon ausgehen, dass, wenn ein Gerät nicht in Betrieb ist, das Ende des Versorgungsleiters, der an ihm endet, als offen betrachtet werden kann. Das Ende verhält sich dabei wie eine offene Schaltung und verursacht Reflexionen der in den Leitern ausgebreiteten Signale. Entgegengesetzt kann man, wenn sich das Gerät in Betrieb befindet, davon ausgehen, dass das Ende der Verbindung an eine Last angeschlossen ist; das Echo ist daher unterschiedlich.
Aufgrund einer gegebenen Architektur des Netzes von Leitern geht man bei der Erfindung davon aus, dass diese Architektur nicht zu häufig zu modifizieren ist. Die Inbetriebnahme neuer Wertstätten, neuer Büros durch Zwischenschaltungen elektrischer Netze sind nämlich nicht so häufig wie täglichen Inbetriebnahmen oder Abschaltungen der an diese Netze angeschlossenen Geräte. Man kann daher annehmen, dass der stabile Charakter der überwachten Leiterarchitektur in der Größenordnung von einem Monat dauern kann. Bei Bedarf misst man bei der Erfindung eine Änderung der Merkmale des Netzes, die einer Weiterentwicklung seiner Architektur entsprechen.
Bei der Erfindung konnte gezeigt werden, indem ziemlich genaue Analysen der spektralen und/oder zeitlichen Merkmale durchgeführt wurden, dass es möglich ist, den Betriebs- oder Stillstandszustand verschiedener Geräte zu identifizieren, die an ein Netz angeschlossen sind. Bei Bedarf kann man sich auf die Studie bestimmter angeschlossener Geräte allein beschränken. Man kann daher entscheiden, bestimmte im Voraus identifizierbare Geräte unter Ausschluss anderer Geräte, um die man sich nicht kümmert, zu überwachen.
Das Dokument WO-9727685 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Analyse eines Netzes, bei dem man an einem Knoten des Netzes ein verfügbares Signal misst und ein Bild dieses Signals erzeugt. Man vergleicht danach das erzeugte Bild mit einem erwarteten Bild und man identifiziert den Sender des Signals, der unter mehreren anderen Sendern des Netzes angeschlossen ist, und dem dieses erwartete Bild entspricht.
Die vorliegenden Erfindung hat daher ein Verfahren zur Analyse eines Netzes von Stromversorgungsleitern zur Aufgabe, dadurch gekennzeichnet, dass es Schritte umfasst, in welchen

– man an einem Knoten des Netzes ein verfügbares Signal misst,
– man ein zeitliches und/oder spektrales Bild des verfügbaren Signals erzeugt,
– man das erzeugte Bild mit einem erwarteten Bild vergleicht,
– man daraus einen eingeschalteten oder ausgeschalteten Betriebszustand eines Geräts, das an das Netz angeschlossen ist, das diesem erwarteten Bild entspricht, ableitet.

Die Erfindung hat ferner eine Vorrichtung zur Analyse eines Netzes von Stromversorgungsleitern zur Aufgabe, die eine Schaltung zum Messen an einem Knoten des Netzes eines verfügbaren Signals, eine Schaltung zum Erzeugen eines zeitlichen und/oder spektralen Bilds des verfügbaren Signals umfasst, durch gekennzeichnet, dass sie eine Schaltung zum Vergleichen des erzeugten Bilds mit einem erwarteten Bild umfasst, und eine Schaltung, um einen Betriebszustands eines Geräts, dem dieses erwartete Bild entspricht, abzuleiten.
Die Erfindung wird bei der Lektüre der folgenden Beschreibung und Prüfung der sie begleiteten Figuren besser verstanden. Letztere sind nur beispielhaft präsentiert und schränken die Erfindung in keiner Weise ein. Die Figuren zeigen:
1: erfindungsgemäß die schematische Darstellung eines Netzes von Leitern und in einem besonderen Fall das Einspeisen eines charakteristischen Signals und das Messen des charakteristischen Signals, das von dem Netz als verfügbares Signal reflektiert wird,
2: die schematische Darstellung der Vorrichtung zum Erzeugen eines Bilds des gemessenen verfügbaren Signals,
3a und 3b: zeitliche Darstellungen von gemessenen Signalen für ein Gerät, die einen Antwortunterschied je nachdem zeigen, ob das Gerät stillsteht oder in Betrieb ist.
1 zeigt eine Vorrichtung, die verwendet werden kann, um das erfindungsgemäße Analyseverfahren eines Netzes von Leitern umzusetzen. Ein Netz von Leitern kann bei einem Beispiel ein Netz 5 von Stromversorgungsleitern sein. Es umfasst in einem allgemeinen Fall drei Phasenleiter 1, 2 und 3 und einen Nullleiter 4. Obwohl ein solches Netz 5 hier ein Drehstromnetz ist, bezieht sich die folgende Erklärung auf ein einphasiges Stromversorgungsnetz oder nur eine Phase, wobei die der zwei Leiter 1 und 4 impliziert ist.
Die Besonderheit des Netzes 5 besteht darin, dass es erlaubt, eine bestimmte Anzahl von Geräten, hier zum Beispiel die Geräte A1, A2, ... An anzuschließen und in Betrieb zu nehmen. Ausgehend von einem Knoten 6 dieses Netzes weist das Netz 5 daher eine Arboreszenz mit Verbindungsenden 7, 8 und 9 zum Versorgen der Geräte A1, ... An auf. Jedes Gerät ist in irgendeiner Weise mit einem Schalter, wie zum Beispiel 10 versehen, der es erlaubt, eines der Enden 7 bis 9 mit einem Betriebseingang 11 des Geräts zu verbinden oder, im Gegenteil, das Ende 7 offen zu lassen. Je nach Fall geht man davon aus, dass die von dem angeschlossenen Gerät präsentierte Impedanz vom Netz her gesehen eine jeweils angepasste oder nicht angepasste Impedanz ist. Natürlich sind alle Geräte A1 bis An dazu bestimmt, willkürlich in Betrieb genommen zu werden, und das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Information über die Inbetriebnahme jedes dieser Geräte zu erzeugen.
Dazu misst man bei der Erfindung an einem Knoten des Netzes, insbesondere am Knoten 6 ein verfügbares Signal. Aufgrund des elektrischen Charakters erfolgt die Messung am Knoten 6 in Bezug auf einen anderen Knoten, zum Beispiel dem Knoten 12, der sich auf dem Anschluss des Nullleiters 4 befindet. Der Begriff Knoten deckt eine allgemeine Bedeutung. Er bezeichnet eine Stelle, an der ein verfügbares Signal abgenommen wird.
Das verfügbare Signal kann ein Rauschsignal sein, das in dem Netz 5 existiert. Wenn die elektrischen Geräte nämlich angeschlossen sind, haben sie mehrere Auswirkungen auf das Rauschen. Einerseits modifizieren sie die Impedanz des Netzes, was das am Knoten 6 verfügbare Rauschen beeinflusst. Andererseits erzeugen zahlreiche Geräte selbst ein eigenes Rauschen, das für ihre Inbetriebnahme charakteristisch ist. Zur Perfektionierung sieht man es bei der Erfindung vor, statt das Rauschen als verfügbares Signal zu messen, ein charakteristisches Signal in die Knoten 6 und 12 einspeisen, um an der Stelle dieses Einspeisens dieses charakteristische Signal von dem Netz 5 reflektiert zurückzugewinnen.
Eine dazu verwendete Einspeisevorrichtung umfasst einen Koppler 13, der mit einem Einspeiser 14 verbunden ist. In dem Fall, in dem es sich um ein Drehstromnetz handelt, wird der Koppler 13 in identische Koppler 15 und 16 dupliziert. Der Einspeiser 14 umfasst in einem Beispiel einen Eingang 17 des einzuspeisenden Signals, der mit der Masse durch den einen Primär eines Stromtransformators 18 verbunden ist. Das am Sekundär des Transformators 18 abgenommene Signal wird insbesondere über Breitbandverstärker 19 und 20 und Kondensatoren 21 und 22 jeweils in Serie an zwei Eingänge 23 und 24 einer Wheatstone-Brücke 25 angelegt. Zwei Zwischenausgänge 26 und 27 der Brücke 25 sind insbesondere über eine Polarisierungsschaltung 28, einen Breitbandverstärker 29, ein Tiefpassfilter 30 und einen Transformator 31 (des gleichen Typs wie der Transformator 18) mit zwei Messeingängen 32 und 33 verbunden, um die Signale R1 und R2 zu erzeugen.
Das Einspeisen in das Netz 5 erfolgt, indem einer der Eingänge, zum Beispiel der Eingang 23 der Brücke 25 und ein Mittenpunkt eines der Zweige dieser Brücke, zum Beispiel der Mittenpunkt 26 an das Netz 25 angeschlossen werden, hier jeweils an die Leiter 4 und 1. Vorzugsweise erfolgt der Anschluss an das Netz 5 über zwei Unterdrückungsfilter, die es erlauben, aus dem empfangenen Signal eine alternative Fluktuierungskomponente des Versorgungsnetzes zu eliminieren. Hier muss die Unterdrückungsfrequenz von 50 Hz modifiziert werden, wenn das Stromversorgungsnetz eine andere Frequenz hat, insbesondere 60 Hz. In dem Fall, in dem die Überwachung eines Gleichstromversorgungsnetzes in Betracht gezogen wird, insbesondere in dem Fall der Überwachung öffentlicher Telefone, werden die Unterdrückungsfilter durch Hochpassfilter ersetzt. Der Koppler 13 spielt die Rolle eines Duplexers.
Dieser Duplexer funktioniert wie folgt. Ein von dem Einspeiser 14 erzeugtes elektrisches Signal, das an den Eingängen 23 und 24 der Brücke angelegt wird, hallt, wenn die Widerstände der Brücke 25 sehr genau berechnet sind, in einem Signal gleich Null wider, das zwischen den Ausgangsklemmen 26 und 27 verfügbar ist. Hingegen hallt dieses eingespeiste Signal in einem signifikanten Signal wider, das zwischen den Klemmen 23 und 26 verfügbar ist. Dieses gesendete Signal wird daher durch die Unterdrückungsfilter auf die Leiter 1 und 4 gesendet, von wo es sich bis in die Geräte A1 bis An ausbreitet.
In Abhängigkeit vom Betriebs- oder Stillstandszustand dieser Geräte wird dieses Signal reflektiert und kehrt an den Punkten 23 und 26 der Brücke 25 in die Unterdrückungsfilter zurück. Von da gelangt ein Teil der Leistung über die Punkte 26 und 27 in die Polarisierungsschaltung 28, ein weiterer Teil wird über die Punkte 23 und 24 zu dem Einspeiser 14 geleitet. Der Transformator 18 sowie die Bauteile, mit welchen er verbunden ist, sind so eingestellt, dass das empfangene und in den Einspeiser 14 zurückgesendete Echo so perfekt wie möglich in diesem Einspeiser ohne Störreflexion gestreut wird. Weiter unten wird übrigens gezeigt, wie man sich der Lecks des Duplexers entledigt.
Was die Koppler 15 und 16 betrifft, sind diese mit den Kopplern 13 insofern identisch, als sie Signale des (vorzugsweise) einzigen Einspeisers 14 empfangen. Sie sind insofern unterschiedlich, als sie nicht mit dem Nulleiter 4 verbunden sind, sondern mit einem anderen Leiter 2 oder 3 des Drehstromnetzes 5. Diese anderen Koppler erzeugen ebenfalls am Ausgang ihres Transformators 31 Signale R1 und R2, die an den zwei Polen des Sekundär dieser Transformatoren verfügbar sind.
2 zeigt die umgesetzte Analysevorrichtung und das Verfahren genauer. Die eingespeisten Signale X und die gemessenen R1 und R2 sind an einer Einspeiseschnittstelle 34 verfügbar. Vorzugsweise ist die Messvorrichtung der Erfindung eine programmierbare Vorrichtung. Dazu umfasst sie einen Mikroprozessor 35, der über einen Daten-, Adress- und Steuerbus 36 mit einem Programmspeicher 37 verbunden ist, einen Datenspeicher 38, einen Ergebnisspeicher 39 sowie ein Anzeigedisplay 40.
Zur Umsetzung eines Messprogramms 41 lädt der Mikroprozessor 35 in einen Speicher 52 des Typs FIFO Proben eines charakteristischen einzuspeisenden digitalen Signals. Diese digitalen Proben werden von einem Digital-Analog-Wandler 43 in ein analoges Signal X umgewandelt, das an der Schnittstelle 34 verfügbar ist, die übrigens mit der Einspeisevorrichtung der 1 verbunden ist. Beim Empfang werden die gemessenen Signale R1 und R2 von einem Analog-Digital-Wandler 44 umgewandelt und im Laufe ihrer Ankunft in einen Speicher des Typs FIFO 45 geladen. Die Schaltungen 42, 43, 44 und 45 sowie die Schnittstelle 34 werden natürlich von dem Mikroprozessor 35 verwaltet.
Sobald die Messung des Echosignals erfolgt ist, startet ein Analyseprogramm 46, das in dem Speicher 37 enthalten ist, ein Unterprogramm 47 zur Bilderzeugung und ein zweites Unterprogramm 48 zum Vergleichen des erzeugten Bilds mit einem erwarteten Bild. Das erzeugte Bild kann ein spektrales Bild 49 oder ein zeitliches Bild 50 sein. Ausgehend von der zeitlichen Historie 50 des verfügbaren Signals kann man eine gewissen Anzahl digitaler Proben extrahieren, bei einer bevorzugten Ausführungsform zum Beispiel 1024 digitale Proben. Das zeitliche Bild kann ferner ein statistisches Bild 51 sein.
Zum Erzielen dieses Letzteren bewirkt man eine Synchronmessung von mehreren Experimenten. Bei einem Beispiel ist daher das von dem Wandler 43 gesendete Signal ein Zeitfenstersignal während eines Fensters 50.1, ausgehend von einem Ausgangsdatum 50.2. Das empfangene Signal, das von dem Wandler 44 umgewandelt wird, kann ausgehend von dem Datum 50.2 indexiert werden. In praktischer Hinsicht und weil die untersuchten Netze Netze über kurze Entfernung sind und mit einer Umwandlungsfrequenz in den Wandlern 43 und 44 von 1 MHz, kann man auf der Periode 50.1 vorsehen, die empfangenen Proben nach ihrem Messdatum zu identifizieren, nämlich durch eine Probennummer, im Vergleich zu dem Datum 50.2. Wenn man das Experiment gleich wiederholt, kann man daher mehrere Sätze von Proben erfassen, die in dem Speicher 45 gespeichert werden können. Man führt daher eine statistische Verarbeitung durch, hier durch einfaches Mitteln der Proben, die einen gleichen Index haben, um die Folgen eines für das Signal fremdes Rauschen, das während des Fensters 50.1 gesendet wird, zu eliminieren. Diese Technik trägt die Bezeichnung Synchronmitteln. Man verfügt daher für jeden zeitlichen Index über einen Mittelwert und eine Varianz des Echosignals berechnet an den verschiedenen durchgeführten Experimenten (typisch 100).
Bei einem Beispiel ist das Fenster 50.1 ein so genanntes sinusförmiges Fenster, denn während seiner Dauer besitzt die Amplitude des eingespeisten Signals einen sinusförmigen Mantel.
Ob man nun an einem reflektierten Signal oder an dem Rauschen des Netzes arbeitet, ist es ferner erfindungsgemäß vorgesehen, eine spektrale Analyse des verfügbaren Signals durchzuführen. Diese spektrale Analyse ergänzt die zeitliche Analyse. Bei dieser spektralen Analyse führt man eine spektrale Aufschlüsselung der verfügbaren Signale für jedes Experiment durch. Die Amplituden der spektralen Bestandteile werden daher mit Frequenzwerten indexiert. Für mehrere aufeinander folgende Experimente ist es wie bei dem zeitlichen Fall möglich, für jeden Wert von Frequenzen eine mittlere Komponente des Spektrums sowie eine Varianz einer spektralen Komponente zu extrahieren. Vorzugsweise wird die spektrale Analyse ebenfalls an 1024 spektralen Komponenten mit einer Quantifizierung nach der statistischen Verarbeitung auf zwei Bytes für jede der Komponenten durchgeführt.
Schließlich ist das erzeugte Bild, das dem verfügbaren Signal entspricht, ein Bild, das bei einer bevorzugten Ausführungsform 1024 mittlere Spektralwerte, 1024 Spektralvarianzwerte, 1024 mittlere Echoamplituden und 1024 Echovarianzen umfasst. Da jeder Wert auf zwei Bytes codiert ist, belegt das Bild im Speicher einen Platz, der acht k-Byte entspricht.
Um danach den Betriebs- oder Stillstandszustand eines Geräts zu erkennen, muss man das Bild des verfügbaren Signals mit einem erwarteten Bild vergleichen. In dem Datenspeicher 38 sind daher zusätzlich zu dem erzeugten Bild des verfügbaren Signals Bilder in Zusammenhang mit jedem der Geräte vorhanden, die deren Betriebs- und Stillstandszustand entsprechen. Für jedes Gerät umfassen mindestens ein erwartetes Betriebsbild und ein erwartetes allgemeines Stillstandsbild eine gleiche Struktur wie das Bild, das von dem verfügbaren Signal erzeugt wurde. In der Praxis enthält der Speicher 38 eine Speicherung 52 des erwarteten Bilds für alle Geräte im Stillstand, und ein Bild 53 für das Gerät A1 in Betrieb. Ebenso verfügt man für das Gerät A2 über Bilder 54 und 55 usw. für die anderen Geräte. Zu bemerken ist, dass das Bild 52 gleich ist wie das Bild 54. Es braucht nicht mehrmals gespeichert zu werden.
Hier wurden schematisch auf den Bildern 52 bis 55 nur spektrale Komponenten dargestellt. Daher sind für das Gerät A1, je nachdem, ob es stillsteht oder in Betrieb ist, die spektralen Frequenzkomponenten f1 und f2 nicht vorhanden oder im Gegenteil vorhanden. Für das Gerät A2 fehlen spektrale Komponente zwischen den Frequenzen f1 und f2 oder sind jeweils gegenwärtig. Schematisch erfasst man in dem gemessenen Signal 49 die signifikante Gegenwart der spektralen Komponenten f1 und f2 ebenso wie eine signifikante Gegenwart von Komponenten, die zwischen f1 und f2 liegen. Man leitet daraus für das gemessene Signal 49 ab, dass es einem Betriebszustand nur der Geräte A1 und A2 entspricht. In Wirklichkeit erfolgt der Vergleich zwischen einem erzeugten Bild mit seinen zeitlichen und spektralen, mittleren und Varianzproben und den entsprechenden globalen Bildern 52, 53 und 54.
In diesem Stadium angelangt, muss noch erklärt werden, wie die Bilder 52 bis 55 erzielt werden und ferner wie die Ableitungen erzielt werden, die oben angegeben sind, und die es erlauben, in dem Ergebnisspeicher 39 anzuzeigen, dass die Geräte A1 und A2 im Augenblick der Messung in Betrieb sind oder nicht.
Das Erzielen der Bilder 52 bis 55 kann auf mehrere Arten erfolgen. Bevorzugt nimmt man an einer unbekannten Anlage eine Kalibrierung vor. In diesem Fall arbeiten der Stromlieferant und der Benutzer zusammen, um alle Geräte auszuschalten und ein verfügbares Signal 52 (oder 54, das das gleiche Signal ist) zu messen, das für die Architektur des Netzes repräsentativ ist, wenn kein Gerät in Betrieb ist. Danach wird jedes Gerät allein in Betrieb genommen, und während dieser Inbetriebnahme wird ein Bild 53 oder 55 oder ein anderes wie für die Bilder 49 und 51 gemessen. Es wird in dem Speicher 38 mit dem betreffenden Gerät verbunden. Bei dem oben bezifferten Beispiel, bei dem ein erwartetes Bild acht kByte belegt, muss der Speicher eine Kapazität haben, so dass er ebenso viele Male 8 kByte enthalten kann, wie es Geräte gibt, plus eines.
In anderer Weise kann man vorsehen, jedes Gerät mit einer Identifikationsschaltung 56 zu versehen. Eine solche Identifikationsschaltung 56 ist in 1 gezeigt. Diese Schaltung 56 umfasst zwei Eingänge, die an die Versorgungsleiter 1 und 4 aber nach dem Einschalter 10 angeschlossen sind. Mit anderen Worten wird die Schaltung von dem Koppler 13 des Messgeräts nicht gesehen, wenn das gezeigte Gerät A1 nicht in Betrieb ist. Wenn das Gerät A1 jedoch in Betrieb ist, wird die Schaltung 56 gesehen und speist das Signal, das sie charakterisiert, wieder in das Netz ein. Die erfindungsgemäße Schaltung 56 umfasst vorzugsweise einen Versorgungsfrequenzunterdrücker 57, der ferner parallel mit einer Stopfenmontage verbunden ist, die eine Induktanz 58 parallel geschaltet mit einem Kondensator 59 umfasst. Die Montage 58–59 ist vorgesehen, um mit einer charakteristischen Frequenz, die von dem Wert der Induktanz 58 und dem des Kondensators 59 abhängt, widerzuhallen. Indem die Bestandteile 58 und 59 identisch ausgewählt werden, jedoch mit schlechter Herstellungsqualität, ist man gewiss, dass jede Schaltung bei der in der Erfindung angegebenen Messpräzision ein ausreichend unterschiedliches Verhalten zeigt, um das Gerät zu charakterisieren. In diesem Fall stellt das statistische spezifische Bild eines Geräts die spezifischen spektralen Komponenten der Schaltung 58, 59 dar. In diesem Fall ist der Kalibrierungsvorgang jedes Geräts im Betriebszustand nicht erforderlich, es reicht, das Netz zu kalibrieren, wenn kein Gerät in Betrieb ist, was relativ leicht durchzuführen ist.
Die spektrale Aufschlüsselung kann durch FFT (fast Fourier Transform – Schaltungen mit schneller Fourier-Transformierter) durchgeführt wurden. Vorzugsweise wird sie jedoch durch eine Aufschlüsselung des empfangenen Signals in kleine Wellen durchgeführt. Um ein Signal zu erzeugen, das dieser Aufschlüsselung in kleine Wellen entspricht, verwendet man vorzugsweise charakteristische bekannte Signale zum Senden, um eine solche Aufschlüsselung zu akzeptieren. 2 zeigt vereinfacht ein Nutzfilter 60 zum Aufschlüsseln eines empfangenen Signals in kleine Wellen. Zum Herstellen des Filters 60 wählt man eine hierarchische Aufschlüsselung der empfangenen und digitalisierten Signale aus, bei der man iterativ ein Signal aus M Proben in L Signale zu M/L Proben aufschlüsselt. Bevorzugt ist die Aufschlüsselung dyadisch (während sie tryadisch oder anders sein könnte), und in diesem Fall ist L gleich 2. 1 zeigt eine dyadische Aufschlüsselung. Eine solche Aufschlüsselung ist insbesondere in dem Artikel „A theory for multiresolution Signal decomposition: the wavelet representation", Revue IEEE Transaction on pattern analysis and machine intelligence, Band 11, Seiten 674–693, Juli 1989, von Stephane MALLAT beschrieben.
Bei einem Schritt einer solchen Aufschlüsselung schlüsselt man in einer Verarbeitungsschaltung 61 das empfangene digitale Signal in eine Niederfrequenz- und in eine Hochfrequenzkomponente auf. In der Praxis erfolgt die Verarbeitung durch Software, aber die Erklärung in Form von Schaltungen oder Funktionen eignet sich für das Verstehen besser. Die Schaltung 61 ist eine Schaltung des Typs Mallat. Ihre Funktion entspricht dem Durchgehenlassen des Signals einerseits durch ein Filter 62 mit finiter Niederfrequenzimpulsantwort mit der Transferfunktion g und andererseits durch ein Filter 63 mit finiter Hochfrequenzimpulsantwort mit der Transferfunktion h. Um die Ideen zu vereinfachen, ist die gemeinsame Abschaltfrequenz der Filter 62 und 63 der Schaltung 61 eine Frequenz, die in der Mitte des Bandbereichs des Signals R1-R2 liegt. Bei einem bevorzugten Beispiel sind die Filter 62 und 63 digitale Filter mit Q Koeffizienten, das heißt Filter, die Q Proben speichern können (bei einer ersten Iteration). Die Anzahl von Q Koeffizienten wird vorzugsweise gleich 10 genommen, was ausreicht.
Gemäß der im oben stehenden Artikel präsentierten Theorie wird die am Eingang der Filter 62 und 63 angelegte Signalinformationsmenge nicht beeinträchtigt, wenn man das erzeugte Signal durch jedes dieser Filter 62 und 63 mit einem Rhythmus abtastet, der halb so groß ist wie der des am Eingang des Mallat-Schaltung 61 angelegte. Dazu führt man ein Unterabtasten durch Unterabtastschaltungen 65 und 66 der von den Filtern 62 und 63 gelieferten Signale durch. Alternativ kann man die digitalen Filter 62 und 63 jedes zweite Mal arbeiten lassen, das heißt auf Elementarniveau einmal, wenn sie zwei aufeinander folgende Proben empfangen haben. In der Praxis wurde hier gezeigt, dass die Proben alle verarbeitet wurden, dass jedoch nur jede zweite berücksichtig wurde.
Ist die Aufschlüsselung tryadisch, hat man an Stelle eines Tieffrequenzfilters 62 und eine Hochfrequenzfilters 63 diese zwei Filter zu beiden Seiten eines Zwischenfilters. In diesem Fall wird die Abschaltfrequenz der Filter durch zwei Abschaltfrequenzen ersetzt, die dazu tendieren, das Gesamtband in drei gleiche Teile zu teilen. Daher kann man anschließen die Erklärung verallgemeinern.
Die Schaltung 61 liefert daher Niederfrequenzkomponenten auf einen Ausgang 67 und Hochfrequenzkomponenten auf einen Ausgang 68. Diese Niederfrequenz- und Hochfrequenzkomponenten werden jeweils in Schaltungen 69 und 70, die ebenfalls des Mallat-Typs sind, jedoch für eine spätere Iteration, Umwandlungen in identifizierten Mallat-Schaltungen, die eine gleiche Aufschlüsselung wie die Aufschlüsselung der Schaltung 61 durchführen, unterzogen.
Gleichwohl sind von einer beschriebenen Iteration 71 zu einer darauf folgenden Iteration 72 die Abschaltfrequenzen der Mallat-Schaltungen 69 und 70, jeweils Nieder- und Hochfrequenz, Frequenzen, die jedes Mal in der Mitte der globalen durch die Abschaltfrequenz getrennten Halbbänder liegen. Daher erlauben es die späteren Iterationen, zum Beispiel die Iteration 73, eine identische Verarbeitung durchzuführen. Es wurden hier vier Iterationen gezeigt, die am Ausgang zur Bereitstellung von acht Mallat-Schaltungen und daher sechzehn kleinen Wellen führen. Da es sich um eine Aufschlüsselung in 2⁸ handelt, ist die Anzahl der Iterationen gleich 8. Das Beispiel ist hier nur in vereinfachter Weise mit vier Iterationen gezeigt. Mit acht Iterationen verfügt man über 1024 Ausgangsproben. Jede dieser Proben kann daher getrennt verarbeitet werden.
Um das gesendete charakteristische Signal zu editieren, kann man umgekehrte Mallat-Schaltungen verwenden, die jeweils mit einem Tieffrequenzkanal und einem Hochfrequenzkanal versehen sind. Jeder Kanal umfasst daher eine Überabtastschaltung. In einem bevorzugten besonderen Fall fügt die Überabtastschaltung eine Null zwischen jede Probe, die von einer vorhergehenden umgekehrten Mallat-Schaltung kommt, hinzu. Auf jede Überabtastschaltung folgt ein Filter, jeweils ein Niederfrequenz- oder Hochfrequenzfilter konjugiert mit den Filtern 62 und 63. Die Ausgänge der zwei konjugierten Filter werden mit einem logischen Addierglied verbunden. Dieses logische Addierglied kann eventuell Tabellenform haben. Es addiert auf R + 1 Bits die auf R Bit quantifizierten Signale, die von den Ausgängen der konjugierten Filter stammen, um eine Folge von M Proben zu rekonstituieren. Dadurch kann man digital ausgehend von 1024 kleinen Wellen das Signal X zusammenstellen. Beim Empfang dient die Schaltung 60 zum Durchführen der umgekehrten Aufschlüsselung.
Da die Mallat-Aufschlüsselung in kleine Wellen umkehrbar ist, kann das Originalsignal wieder hergestellt werden. In der Praxis ist es möglich, den Zustand des Netzes direkt ausgehend von der Kenntnis des Signals in den Unterbändern zu bestimmen und diese Wiederherstellung ist daher nicht erforderlich.
Das Verfahren kann umgesetzt werden, indem man einen Dirac-Impuls sendet und das empfangene Echo mit Hilfe des Mallat-Algorithmus aufschlüsselt. Vorzugsweise sendet man bei der Erfindung direkt die kleinen Wellen, die den verschiedenen Unterbändern entsprechen. Die entsprechenden Echos liefern direkt die Aufschlüsselung in Unterband des Echos, das einem Dirac-Impuls entspricht.
Vorzugsweise umfasst die Schaltung 60 im Empfang eine Eliminierungsschaltung 74. In der Eliminierungsschaltung 74 zieht man von jeder empfangenen Probe den Beitrag ab, der von den Lecks des Duplexers 25 geleistet wird. Diese Lecks stellen das Echo nicht dar. Zum Messen dieser Lecks lädt man die Leiter 1 und 4 mit einer perfekt angepassten Last, und man misst das angeblich empfangene Signal. Letzteres ist nur für die Lecks repräsentativ. Um es abzuziehen, extrahiert man aus ihm eine durch Proben indexierte Version. Diese Messung kann übrigens im Labor erfolgen.
In der Praxis werden die oben erwähnten digitalen Verarbeitungen von dem Mikroprozessor 35 durchgeführt. Zu bemerken ist, dass das Filter 61 zweimal M/2 Proben erzeugen muss, während die Filter 69 und 70 gemeinsam viermal M/4 Proben erzeugen müssen. Im Endeffekt ist die von dem Mikroprozessor für jeden Schritt oder jede Iteration durchgeführte Arbeit gleich. In einer Schaltung 60 mit Filtern, wie zum Beispiel 62 und 63 mit M Koeffizienten entspricht das jedes Mal dem Durchführen von 2 × M × 8 elementaren Operationen. Eine solche Verarbeitung ist für einen kostengünstigen digitalen Verarbeitungsmikroprozessor ganz und gar möglich.
Um nun den Vergleich des erzeugten Bilds mit einem erwarteten Bild durchzuführen, muss man eine Entfernung minimieren, die zwischen jedem der vier K Werte eines erzeugten Bilds 49–51 und einer algebraischen Zusammensetzung der erwarteten Bilder 52–55 besteht. Diese Zusammensetzung entspricht den Betriebszuständen der verschiedenen Geräte. Diese Minimierung kann auf verschiedene bekannte Arten durchgeführt werden. Sie kann entweder durch eine Methode des Typs Regression auf kleinste Fehlerquadrate durchgeführt werden oder durch Verwenden eines Neuronennetzes. Eine Methode, die ein solches Neuronennetz verwendet und als solche bekannt ist, wird vorgezogen, denn sie ist schneller und hinsichtlich der elektronischen Verarbeitungsressourcen weniger anspruchsvoll.
Die 3a und 3b zeigen beispielhaft eine tatsächliche Messung eines verfügbaren zeitlichen Echosignals je nachdem, ob das untersuchte Gerät stillsteht oder in Betrieb ist.

Claims

Verfahren zur Analyse eines Netzes (5) von Leitern (1–4) zur Stromversorgung, dadurch gekennzeichnet, dass es Schritte enthält, in welchen: – man an einem Knoten (6) des Netzes ein verfügbares Signal misst (41), – man ein vorübergehendes Bild (50) oder spektrales Bild (49) des verfügbaren Signals erzeugt (47), – man das erzeugte Bild mit einem erwarteten Bild vergleicht (48), – man davon einen eingeschalteten oder ausgeschalteten Betriebszustand (39) eines Geräts von mehreren ableitet, die an das Netz angeschlossen sind und diesem erwarteten Bild entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man: – das verfügbare Signal mehrmals misst, – man ein statistisches Bild (51) des gemessenen Signals zusammenstellt und – man das statistische Bild mit dem erwarteten Bild vergleicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass: – man ein charakteristisches Signal (X) (42, 43, 52, 53) ausgehend von einem Knoten des Netzes sendet und – man als verfügbares Signal ein Echo (R1, R2) dieses gesendeten Signals, das von dem Netz von Leitern reflektiert wird, misst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Messen: – das Signal in Wellen mit getrennten Frequenzbändern zerlegt und – man die Wellensignale getrennt verarbeitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass: – man die erwarteten Bilder der Geräte durch ein Kalibrieren des Netzes von Leitern erzeugt, während dessen – man an dem Knoten des Netzes das verfügbare Signal für einen Betriebszustand und für einen Stoppzustand eines Geräts misst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – man zum Vergleichen ein Analyseverfahren durch Neuronennetz anwendet.
Analysegerät eines Netzes von Stromversorgungsleitern, das einen Schaltkreis (35–48) zum Messen an einem Knoten des Netzes eines verfügbaren Signals, einen Schaltkreis zum Erzeugen eines vorübergehenden Bilds (50) oder spektralen Bilds (49) des verfügbaren Signals umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schaltkreis (35, 37, 38) umfasst, um das erzeugte Bild mit einem erwarteten Bild zu vergleichen, und einen Schaltkreis, um einen Betriebszustand eines Geräts von mehreren, die an das Netz angeschlossen sind, und diesem erwarteten Bild entsprechen, abzuleiten.
Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Duplexer (25) umfasst, um ein charakteristisches Signal von einem Knoten des Netzes ausgehend zu senden, und um als verfügbares Signal ein Echo, das von dem Netz von Leitern dieses gesendeten Signals reflektiert wird, zu empfangen.
Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schaltkreis zum Eliminieren (74) eines Lecks des gesendeten Signals aus dem verfügbaren Signal umfasst.
Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es einen reaktiven Identifikationsstopfen umfasst, der parallel auf dem Versorgungseingang eines Geräts installiert ist.