(57)【要約】  電気グリッドの変電所におけるコンピュータシステムは、オングリッド通信チャネルを調べ、真のチャネルについて、システムは、そのチャネル上の下流への送電器により提供されるＧＬＡ信号を基準ＧＬＡ信号と比較して、相関させる。最良の相関を有する信号を提供したチャネルは、送電器とのチャネルである可能性が最も高い。したがって、信号の給電線及び位相は、信号の相関から決定することができる。【選択図】図３
2018504079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電グリッド上の下流への送電器から受信したメッセージの起点の給電線及び位相を決定するシステムであって、
少なくとも１つの配電用変圧器を含む少なくとも１つの配電用変電所を備える少なくとも１つの中電圧配電グリッドと、少なくとも負荷に電力を供給する柱上変圧器を備える少なくとも１つの低電圧ネットワークと、を備えるネットワークと、
少なくとも１つの変電所変圧器を含む前記少なくとも１つの配電用変電所のそれぞれの少なくとも１つのコンピュータプラットフォームと、
前記少なくとも１つのコンピュータプラットフォームでホストされるか、又は通信する少なくとも１つの変電所受電器と、
前記少なくとも１つの配電用変電所変圧器に電気的に接続された少なくとも１つの下流への送電器であって、前記下流への送電器は、前記変電所受電器により受信するＧＬＡ信号を含むメッセージを送信するように構成され、前記変電所受電器は、前記メッセージを分析し、前記下流への送電器を含む前記変電所配電グリッドの位相を決定するように構成される、少なくとも１つの下流への送電器と
を備える、システム。
【請求項２】
位相は相関法により決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
位相は位相時間法により決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
位相は、相関法と位相時間法との組合せにより決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記相関法は、前記メッセージからのＧＬＡ信号を分析することを更に含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記相関法は、前記分析されたＧＬＡ信号を基準ＧＬＡ信号に実質的に相関させることを更に含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記相関法は、前記分析されたＧＬＡ信号を基準ＧＬＡ信号に実質的に相互相関させることを更に含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記分析されたＧＬＡ信号を基準ＧＬＡ信号に相関させることの結果に分析を適用することを更に含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
分析は、尖度及び波高率のうちの少なくとも一方を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記分析は、
鋭い相関が生じるか否かを判断すること
を更に含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記分析は、
前記鋭い相関が生じるか否かを判断すること
を更に含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記相関法の前記分析は、前記変電所受電器において送信受信時刻を決定することを更に含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記メッセージを前記変電所受電器により受信した時刻を決定することを更に含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項１４】
前記変電所変圧器の電圧のゼロクロスを決定することを更に含み、前記ゼロクロスは、時間的に前記メッセージを受信した時刻に最も近い、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
電力配電グリッド上の図式ロケーションに接続された給電線及び位相を特定する方法であって、前記図式ロケーションは、下流への送電器に信号的に接続され、前記方法は、
前記配電用変電所の第１の給電線位相について、サブプロセスを実行することを含み、前記サブプロセスは、
デジタルでエンコードされた入力信号を生み出すために前記下流への送電器から配電用変電所において基準信号部分を含む入力アナログ信号を受信して、前記入力アナログ信号をデジタル処理することと、
デジタルでエンコードされた通過帯域制限信号を生み出すために前記デジタルでエンコードされた入力信号をバンドパスフィルタリングを行うことと、
デジタルでエンコードされた信号を生み出すために前記デジタルでエンコードされた通過帯域制限信号と前記基準信号に関連するローカルに記憶されたデータとの関係を評価することと、
デジタルでエンコードされたエンベロープ信号を生み出すために前記デジタルでエンコードされた信号を処理することと、
前記デジタルでエンコードされたエンベロープ信号及び前記入力アナログ信号に関連する少なくとも１つのメトリック値を生み出すために前記デジタルでエンコードされたエンベロープ信号を評価することと、
前記配電用変電所の少なくとも１つの追加の給電線位相について、少なくとも１つの追加のデジタルでエンコードされたエンベロープ信号及び少なくとも１つの追加のアナログ信号に関連する少なくとも１つの追加のメトリック値を生み出すために前記サブプロセスを繰り返すことと、
前記下流への送電器の前記電力配電グリッド上の前記図式ロケーションを特定するために、前記第１の給電線位相の前記メトリック値と前記少なくとも１つの追加の給電線位相の前記メトリック値とを比較することと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記デジタルでエンコードされた入力部分は、第１のデジタル基準信号部分及び第２のデジタルペイロード部分を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのメトリックは尖度メトリックを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのメトリックは波高率メトリックを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのメトリックは、ＲＭＳ値メトリックを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記入力アナログ信号を処理することは、
前記アナログ信号のアナログデジタル変換及び
デジタルコンピュータを用いての前記アナログデジタル変換の出力のデジタル信号処理
を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
特徴づける信号を位相上で下流への送電器から受信した、前記下流への送電器を有する配電グリッドの位相を特定する方法であって、
配電用変圧器を有する配電用変電所を提供することと、
前記配電用変圧器に接続された、三相を有する少なくとも１つの給電線を提供することと、
前記三相のうちの１つに電気的に接続された下流への送電器を提供することと、
前記三相にそれぞれ信号的に接続されている変電所受電器を提供することと、
前記下流への送電器に特徴づける信号を前記三相のうちの１つで送信させることと、
前記変電所受電器により、前記三相のそれぞれでそれぞれ受信した信号を格納することと、
前記受信した信号の少なくとも１つが、前記特徴づける信号を実質的に含むか否かを判断することと、
前記受信した信号の少なくとも１つが実質的に、特徴づける信号を含む場合、前記三相のいずれが、前記特徴づける信号を送信した前記下流への送電器に結合されているかを判断することと
を含む、方法。
【請求項２２】
前記受信した信号のそれぞれを基準の特徴づける信号にそれぞれ相互相関させることを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
相関メトリックを前記相互相関させることの結果にそれぞれ適用することを更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
ランク付けメトリックを前記相関メトリックの結果にそれぞれ適用することを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ランク付けメトリックの最良ランク結果を選択することを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１４年１０月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／０７２，８９１号明細書の利益を主張するものであり、この仮特許出願は全体を引用して本明細書に取り込まれる。
【０００２】
本発明は、ロケーション検出に関し、より詳細には電気グリッドに結合された装置のロケーション検出に関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、配電グリッドのエッジからの通信の利用に関し、より詳細には、グリッド及び／又は配電用変電所とグリッドのエッジとの間の中間点に配置される送信デバイス（以下、「下流への送電器」）から受信した特徴づける信号を検出することに関する。
【０００４】
本発明は、受信した１つ又は複数の特徴づける信号を変電所受電器における基準の特徴づける信号に相関させることにより、下流への送電器から受信した信号を区別する。下流への送電器は、配電グリッドのエッジ又は配電用変電所とグリッドのエッジのとの間の中間点に配置される。本発明は、時間スロット中の送信を探し、どのデバイスから送信が送られるか又は、いつ正確に送られるかを予期するかを知らない。クロストーク及び反射に起因して、送信信号の複数のコピーを変電所において受信することがあり、これらのコピーを異なる給電線及び位相で受信する。給電線及び位相のトポロジにわたる相関の結果を比較することにより、最良の相関を有する受信した信号が実際の信号として選択される。この相関手法は、信号が送信された給電線及び位相（以下「給電線位相」）を識別することができる機能を駆動する能力を生み出す。相関は時間ドメインにおいて鋭くできるため、本発明は、元々送信された信号を配電用変電所で受信したときを正確に決定することができる。元の信号を起点での給電線及び位相の電圧のゼロクロスにおいて送信し、送信信号を配電用変電所で受信したときを変電所での電圧又は電流基準と比較することにより、配電グリッドのトポロジを決定することができる。
【０００５】
本発明は、変電所の全ての給電線及び位相、例えば、変電所に戻る全ての電気経路から来る信号を略同時に分析し、本発明は、メトリックに基づいて、どの受信した信号が基準信号と最良の相関を提供するかを決定する。部分的に、プロセスはピアレビュー比較であり、それにより、基準信号は全ての受信した信号と比較され、最高レベルの相関を有する受信した信号は、起点給電線位相に対応する信号として特定される。
【０００６】
本発明は、電気グリッドのトポロジ特性及び電気特性の評価に使用されるシステムである。この情報は、電気グリッドにわたり送信され、配電用変電所に配置される給電線インテリジェンスモジュール（ＦＩＭ）において収集される元の信号から生じる電気信号のストリームから抽出される。チャネルトポロジは、送信信号が通ったデバイスの集まりを含み、信号経路の特性に影響を及ぼし得るグリッドに関連する追加のデバイスを特定する。以下の考察の土台となるものは、配電用変電所のチャネルトポロジの観念である。チャネルトポロジは基本的に、配電用変電所に計装されるデバイス及び各デバイスにそれぞれ関連付けられたデバイス、回路、及び他の特徴の階層リストである。
【０００７】
図面の簡単な説明
添付図面は、本明細書に組み入れられ、本明細書の一部をなし、本発明の実施形態を示し、説明と一緒に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【０００８】
説明を目的として、本発明の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細が記載される。しかし、本発明がこれらの具体的な詳細なしで実施可能なことが当業者には明らかである。他の場合、周知の構造及びデバイスは、開示される趣旨を不必要に曖昧にしないように、ブロック図の形態で示される。
【０００９】
様々な図が本発明の各態様を示すが、いずれの図も本発明の全体を示すことが意図されないことに留意されたい。より正確に言えば、複数の図は一緒になって、様々な態様及び原理での本発明を示す。したがって、いかなる特定の図も本発明の離散した態様又は種類に排他的に関連するものとして仮定すべきではない。逆に、一緒に解釈される複数の図が、本発明を例示する様々な実施形態を反映することを当業者は理解する。
【００１０】
それに対応して、本明細書全体を通しての「一実施形態」又は「実施形態」への言及は、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通しての様々な場所での「一実施形態において」又は「実施形態において」という語句の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を参照するわけではない。さらに、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適する様式で組み合わせ得る。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】配電グリッドの高電圧領域、中電力領域、及び低電圧領域を示すとともに、配電グリッドの主要特徴のうちの幾つかを示す、配電用変電所の生成点から顧客までの電力路の簡略図である。
【図２】本発明の一実施形態のインテリジェントプラットフォームの簡略論理ブロック図である。
【図３】グリッドロケーションアウェア（商標）（ＧＬＡ）ネットワーク装置が配電用変電所内の既存の現在の測定線にいかに接続されるか及び変電所受電器からのデータがデータセンタにいかにバックホールされるかを示す、ＧＬＡネットワーク内の配電用変電所装置の簡略ブロック図である。
【図４】更に詳細な図３の図の一部である。
【図５】データストリームの簡略図である。
【図６】別の態様でのデータストリームの簡略図である。
【図７】ゼロクロス検出器の利用を示す簡略ブロック図である。
【図８】本発明の実施形態によるＧＬＡ検出及び給電線位相識別のための方法論の簡略データフロー図である。
【図９】本発明の実施形態によるＧＬＡ検出及び給電線位相識別のための方法論の簡略論理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
発明の詳細な説明
以下の詳細な説明では添付図面を参照し、添付図面は、本明細書の一部をなし、本発明の例示的な特定の実施形態が例示として示される。これらの実施形態は、当業者が本発明を製作して使用できるようにするのに十分に詳細に説明されており、本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、構造的変更、論理的変更、又は他の変更を開示される特定の実施形態に対して行い得ることを理解されたい。
【００２１】
以下の説明は、当業者が開示される発明を製作し使用できるようにするために提供され、現在、本発明者らが考える本発明の実施に最良の形態を記載する。以下の説明では、説明を目的として、本発明の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細が記載される。しかし、本発明が、これらの具体的な詳細なしでも実施可能なことが当業者には明らかである。他の場合、周知の構造及びデバイスは、開示される趣旨を不必要に曖昧にしないように、ブロック図の形態で示される。
【００２２】
本発明は、配電グリッド上の下流への送電器から送信される信号を検出するシステム、方法、及び装置を開示する。
【００２３】
実施形態では、本発明は、分配グリッド上の１つ又は複数の下流への送電器から送信される信号に基づいて、グリッドトポロジを検出するシステム、方法、及び装置を開示する。別の態様又は実施形態では、本発明は、送信点に対する信号の送信時刻を決定するシステム、方法、及び装置を開示する。さらに別の態様又は実施形態では、本発明は、様々な目的で使用される信号からエンコードデータを抽出する。
【００２４】
送信信号がチャネルを移動する際に送信信号に生じる障害は、グリッド上での最適な通信の確立における主要な問題である。特に、チャネルの減衰プロファイル（減衰と送信周波数との関係）を連続して（又は周期的又は散発的に）分析することにより、データ通信の最適周波数の動的選択を行い、チャネルの信号受信の最適化に利用することができる。
【００２５】
インピーダンスの特徴づけは、インピーダンス測定を行う周波数帯域の一端部において周波数が開始し、帯域の他端部を定義する終端周波数に達するまで、増大、逓減、又は他の方法で変更される一定振幅正弦波の使用を通して達成することができる。この周波数変更は、線形的、対数的、又は任意の他の適切な様式で実行し得る。そのような信号構造は、掃引正弦波又はチャープとして技術文献において一般的に知られている。
【００２６】
実施形態では、本発明は刺激応答方法を利用する。そのような一実施形態は、チャネルをプローブするように特に設計された特徴づける信号を含む。離散トーンの連結セット又は連続掃引正弦波ではなく、本発明の特定の実施形態は、基本周波数及びその高調波を回避するようにそれぞれ制限された、スペクトル的及び時間的に境界付けられ、窓化されたチャープの連結セットを利用する。上手く選ばれた特徴づける信号は、基本周波数及びその高調波により占められる周波数へのエネルギー漏出を軽減する傾向を有する。多くの従来のネットワークでは、基本周波数は５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、又は４００Ｈｚである。
【００２７】
ＧＬＡ信号としても知られる特に設計された特徴づける信号の構成は、受信ＧＬＡ信号及び送信ＧＬＡ信号の基準コピー（基準ＧＬＡ信号）を使用して実行される相互相関計算が、ＧＬＡ信号の到着時刻の明確、強力、正確な時間分解能を提供するという点で、追加の利点を提供する。さらに、特に設計されたＧＬＡ信号は、ＧＬＡ信号が送信された給電線及び位相の明確な特定を決定する方法を提供する。
【００２８】
本発明の実施形態では、コンピュータシステム（一般に分配グリッドの変電所に配置される）は、変電所の分配グリッドの各位相及び各給電線の比較的広帯域の電流フローを常時スキャンする。これらの電流フローは、１つ又は複数の下流への送電器から受信しているオングリッド送信信号を含み得る。
【００２９】
好ましい一手法では、コンピュータシステムは、各給電線の各位相から受信したデータを略同時に並列処理する。下流への送電器からの信号は、ヘッダー及びデータパケットを有するデータバーストである。ヘッダーはＧＬＡ信号を含む。コンピュータシステムは、各給電線位相からのデータを処理して、候補信号、すなわち、可能なＧＬＡ信号を探す。候補信号が見つかる場合、コンピュータは、受信した候補信号を１つ又は複数の基準ＧＬＡ信号と比較し、相関させる。
【００３０】
基準ＧＬＡ信号への最も強い相関を有する候補信号は、元のＧＬＡ信号が送信された給電線及び位相を特定する可能性が高い。この相関の一環として、コンピュータシステムは、元の信号を配電用変電所で受信したときに関連して、元の信号の開始が発生したときを決定することもできる。元の信号の開始を変電所で受信した時を変電所でとられた関連する給電線の電圧の基準位相の受信時刻前後の最も近いゼロクロスと比較することにより、信号が送信された位相を決定することができる。したがって、相関プロセスを使用することにより、本発明は、元の信号が送信された給電線及び位相を決定することができる。相関された信号の時間スタンププロセスを使用することにより、元の信号が送信された位相を決定することができる。両プロセスを一緒に使用することにより、元の信号が送信された正確な位相及び給電線を特定する確率が増大する。
【００３１】
図１は、電力グリッドの典型的なセグメントを示す。電力グリッドは一般に、２つの論理的領域：送電グリッド及び分配グリッドで構成されると見なされる。送電グリッドは大規模発電ポイント、例えば、水力発電ダム、原子炉、風力発電地帯、太陽光発電地帯、及び石炭又はガス火力発電所等の発電所１２０を起点とする。発電ポイントからの電力は、高電圧交流電流（ＡＣ）として長距離高電圧線の接続ネットワークを介して、工場、農場、及び人口中心地等の電力需要が存在するポイントに送電される。送電グリッドのエッジには、配電用変電所、例えば、配電用変電所１２４の集まりがある。配電用変電所は、１つ又は複数の変電所変圧器を含み、変電所変圧器は、電圧を高送電線レベル（通常、１３０ｋＶ〜７００ｋＶ）から、電力が配電サービスエリア内の消費者に分配される中電圧レベル（現在、米国では４ｋＶ〜約３５ｋＶ、米国以外では現在、より高い電圧が使用されているが、特定の配電電圧は本発明に関係ない）に降圧する。
【００３２】
分配グリッドのエッジには、幾つかの柱上変圧器、例えば、柱上変圧器１３６があり、柱上変圧器は、分配グリッドの中電圧をより低い電圧（米国では、通常１２０Ｖ、２０８Ｖ、２４０Ｖ、２７７Ｖ、又は４８０Ｖ）に変圧する。これらの幾つかに加えて他の電圧が、世界の他の場所で使用されていることがある。幾つかの場合、変電所変圧器と柱上変圧器との間に図式的にある、降圧変圧器と呼ばれる１つ又は複数の変圧器の段、例えば、変圧器１２８が、変電所と柱上変圧器との間で中間降圧を生成する。
【００３３】
各柱上変圧器は、１つ又は複数の、例えば、メータ１４２を使用して計測される負荷又は非計測負荷に給電する。負荷、例えば、負荷１５０は、住居、商用又は産業建造物、一続きの街灯等の自治体インフラの要素、又は灌漑システム等の農業装置であることができる。典型的な分配グリッドは、電力フローの制御、平衡、及び調整に使用される他の要素を含む。そのような要素の例は、コンデンサバンク、例えば、コンデンサバンク１３２、電圧調整器、スイッチ、及びリクローザである。
【００３４】
分配グリッドは、様々なトポロジ構成で設計され展開されてきた。米国では、分配グリッドタイプは通常、放射状、ループ、又はネットワークとして特徴付けられる。他の新たに出現しつつある事例は、キャンパスグリッド及びマイクログリッドである。記載されていない追加のトポロジが、世界の他の場所で使用されている。放射状グリッドでは、変電所は１つ又は複数の変電所変圧器を有する。各変電所変圧器は１つ又は複数の変電所母線を有する。１つ又は複数の三相給電線は、各変電所母線から外側に「放射」され、単相又は三相側線が給電線から分岐し、そして、タップオフポイント（又は単に「タップ」）が側線から分岐する。放射状グリッドは、単純であるため、設計及び構築が安価であるが、冗長電力路がないため、停電に対して最も弱く、したがって、任意の断線は、少なくとも１つの負荷に電力を失わせる。ネットワークグリッド及びループグリッドも当業者に周知であり、本発明の実施形態に対応するサポートに等しく適する。
【００３５】
配電用変電所は、高電圧電力を送電グリッドから１つ又は複数の大電力変圧器で受け取る。配電用変電所変圧器は、負荷タップ切換器と呼ばれる一種の調整器を組み込み得、これは、変圧器の二次巻線回路の幾つかの巻きを包含又は除外し、それにより、入力電圧と出力電圧との比率を変更することにより、変圧器が配電母線（例えば、変電所配電母線）に送る電圧を変更する。本発明の特定の実施形態は、これらの巻き比率の変更にも関わらず、適宜動作する。１つ又は複数の給電線が変電所母線から出る。負荷又はトポロジに供給するために、多すぎる給電線が必要な場合、追加の変圧器及び母線が使用される。
【００３６】
グリッドの構成要素を監視し制御するために、給電線位相電流変圧器（ＦＰＣＴ）は、変電所内の電力担持導体に取り付けられる。ＦＰＣＴは、監視中の高電圧導体を流れる電流に正確に比例する比較的低い交流電流（通常、最大５アンペア）を、ループ状導体に出力する。これらの低電流出力は、監視制御及びデータ取得（ＳＣＡＤＡ）システムに関連するデータ取得サブシステム又は変電所内の中継保護システムへの接続に適する。ＦＰＣＴの変更又はＦＰＣＴの高電圧構成要素への追加は、電流が流れている間は不可能であるか、又は危険であるため、ＦＰＣＴは変電所内に設計され内蔵される。他方、追加の監視ＣＴ（ＭＣＴ）は、送電の妨害や影響を与えずに、必要に応じて低電流ループの周辺に安全に追加し得る。
【００３７】
電力線自体に加えて、分配グリッドは、電力の流れを調整し、分離し、安定化させ、逸らすことが意図される多くの他のデバイスを含む。これらのデバイスは、スイッチ、リクローザ、コンデンサバンク（通常、力率又は電圧補正用）、及び二次電圧調整器を含む。全てのこれらのデバイスは、データ担持ネットワークと見なされる場合、グリッド上の様々な負荷及び二次電源のように、分配グリッドの挙動に影響する。急激な状態変化を有するデバイスは、負荷のオンオフのように、グリッド上でインパルスノイズを生じさせる。変圧器及びコンデンサバンク等の幾つかのデバイスは、特定の周波数の信号をフィルタリングを行って減衰させ、送電システムの基本周波数を超える信号のクロストークを生じさせ得る。
【００３８】
消費者負荷及び関連するメータを柱上変圧器に接続するワイヤ以外、柱上変圧器は通常、電力が実際に消費者に送られる前の分配グリッドの最外要素である。メータは、柱上変圧器からの電力が消費者に送られるポイントに取り付けられる。柱上変圧器は、メータのように、三相又は単相であることができる。
【００３９】
従来、メータの読み取りは、電気事業で生じる最大運営コストの１つであった。当初の電気メータは、毎月、手動で検査されて、電気課金プロセスを実行させる光学読み出しを有するアナログデバイスであった。１９７０年代に始まり、メータデータをデジタル化し、その収集を自動化するメカニズムが展開され始めた。これらのメカニズムは、メータが、メータリーダが担持するデバイスが受信した近距離無線信号を使用して現在の読み取り値をブロードキャストする歩行又は車で立ち寄るシステムから進化した。これらの初期システムは、自動メータ読み取りシステム又はＡＭＲとして知られていた。後に、メッシュ構成での近距離ＲＦリピータと、読み取り値集計を輸送するブロードバンドバックホール手段を備えた収集点との組合せを利用した様々な専用データ収集ネットワークが展開され始めた。やがて、双方向ページング技術及びセルラ通信を使用した双方向専用収集ネットワークも、独立システムとして、又は複雑な専用データ収集システムの一部として展開された。
【００４０】
これらのネットワークは、ユーティリティサービスセンタでの「計測ヘッドエンド」と、一般に高度計測基盤又はＡＭＩと呼ばれるこのデータ収集ネットワークのエッジにおけるメータとの間で双方向通信することが可能であった。ＡＭＩは、読み取り値を頻繁に、通常は１５分毎等の頻度で収集して記憶することができ、略その頻度で展開全体にわたり報告することができる。ＡＭＩは、この特徴が小出しで使用される限り、オンデマンドで任意のメータを読み取ることができ、それと同様にオンデマンドで任意のメータを接続又は切断することができる。ＡＭＩメータは、省エネルギー、需要管理、及び可変レート課金を目的として、消費者デバイスに信号を渡すことができる。ＡＭＩネットワークは電力分配グリッドとは別個であるため、ＡＭＩメータは、グリッドトポロジの変更又はグリッドの特定の状況の変更を認識もしなければ、その影響も受けない。それにも関わらず、ＡＭＩの導入は一般に、スマートグリッドの開始であると見なされる。
【００４１】
配電基盤の多くの特性は、通信媒体としてグリッドそれ自体を使用する努力の成功を制限してきた。第１に、グリッドはノイズの多い環境である。グリッド上の負荷の状態変化並びにグリッドそれ自体での制御及び調整アーチファクトは、電力線にインパルスノイズを生じさせる。電気モータのような負荷の通常動作、全体負荷の単純な変動、及び周辺ＲＦノイズ（主に稲妻及び他の気象関連原因から）はまとまって大きなガウスノイズになる。
【００４２】
米国での典型的な変電所での測定ノイズフロアは、線基本周波数の最大振幅の約８０〜９０ｄＢ下にある。グリッドの複素インピーダンスは、周波数及び時間ドメインの両方にわたり変化する。これは、インピーダンスが増大する場合、グリッドでのより高電圧のポイントにあるオングリッド受電器での信号を損失させ得るか、又は代替的には、オングリッド変圧器に、平均で必要なエネルギーよりも大きくのエネルギーを使用させることを強いる。
【００４３】
力率を最適化するためにグリッドに沿ったポイントに配置されるコンデンサバンクは、信号減衰を生じさせるおそれがある。これらのコンデンサバンクは、手動又は自動で変更される静的値又は動的値であることができる。最も重要なことに、変圧器はローパスフィルターとして機能し、特定の周波数を超える信号を劇的に減衰させる。有効通過帯域はあらゆる分配グリッドで同じではなく、その理由は、異なる構成及びタイプの変圧器が利用され、変圧器がそれ自体、基本周波数を超える指定周波数でフィルタリングを行うように意図的に調整されないためである。これらの変動は全て、送信媒体としてのグリッドの周波数応答に影響する。
【００４４】
さらに、グリッドに変調電流信号を注入することにより、注入信号それら自体間に干渉が生じ得る。問題のある一現象はクロストークであり、この場合、ある電力線に注入された信号が別の線で検出可能である。クロストークが同じ給電線の２つ以上の位相で生じる場合、クロストークは、位相線は給電線の長さの大半で互いに沿って延びるため、誘導結合及び容量性結合によって生じ得る。クロストークは、同じ変圧器コアの複数の位相巻線に起因して生じ得る。
【００４５】
給電線給電線クロストークも測定されており、変電所での電力母線から離れる注入信号の反射によって生じ得る。以下に更に考察するように、変電所で受信された信号の振幅は、起点の給電線位相よりもクロストークチャネル（給電線位相）でより高いことがある（幾つかの周波数で）。米国及び世界での分配グリッドの複雑性、多様性、及び古さを所与として、予期し得るよりも基本周波数を上回る周波数でのこれらの現象についてはあまり知られていない。
【００４６】
電力グリッドを通信媒体として使用することに固有の多くの工学的問題にもかかわらず、電気事業者は基盤を既に所有しており、電気事業者がデータを収集する必要がある全てのポイントに存在するため、電気事業にとって魅力的な状態を保っている。電力線通信又はＰＬＣという総称下で、幾つかの中波電力線プロトコルが、スマートグリッド用途での使用に成功している。制限にもかかわらず、低周波システムは、無線システムの費用が極めて高い農村において市場浸透を達成している。
【００４７】
高周波通信は、信号を変換器及びコンデンサバンクを渡れるようにするために追加の機器を必要とする。そのような信号は、地下ケーブルを通る通過によりかなり減衰するおそれがあり、架空線でＲＦ信号を放射することができる。したがって、この技術は広く利用されていない。
【００４８】
上述した高、中、及び低周波ＰＬＣ方法の問題又は制限は、２１世紀での米国におけるＡＭＩデータ収集のためのカスタムビルトの無線ネットワークの急速な開発に繋がった。高周波オングリッド方法は、高価すぎ、十分に信頼性が高くなく、誤差及び不確実性を伴いすぎて、商業的に実現不可能なことが証明されている。低周波方法は、低コストエッジ−変圧所送信機を用いて実施することができるが、これらは、近代のＡＭＩが必要とするデータ担持容量を欠いている。さらに、ＡＦＲＣのようなオングリッド低周波変圧所−エッジ送信機は、大きく、高価であり、都市設定での使用を制限する望ましくない副作用を有する。可能な一選択肢は、低周波エッジ−変圧所送信機と併せて高周波変圧所−エッジ送信機を使用することである。しかし、米国では、市場の力は、特に都市部及び郊外で無線ＡＭＩシステムを急速に浸透させた。
【００４９】
コスト制約及び未規制スペクトルの利用可能性が、ＡＭＩネットワーク内の低コストメッシュアーキテクチャの使用を決定付け、近隣の集信装置は、メータ群からデータを収集し、データセンタへのバックホールの従来の基盤（ＰＯＴＳ、ファイバ、又はセルラ）を使用する。メッシュアーキテクチャとは、使用されるＲＦ送受信器が個々に高いデータレートを有するにもかかわらず、エッジネットワークが容易に飽和することを意味する。これらのネットワークで利用可能なデータ担持容量の大半は、メータ間隔データの報告のみに使用され、ファームウェア更新及び需要管理等の用途での制御パケットに確保される容量は限られる。
【００５０】
既存のＡＭＩ基盤の有用性を制限する２つの主な要因がある。第１に、当然ながら、メッシュの容量制限である。第２のより重要な要因は、ＡＭＩネットワークが電気グリッドと調和しないことである。ＡＭＩネットワークは、グリッドの動作状態についてごく僅かな情報しか提供することができず、グリッドの図式構成についての知識は豊富ではない。これは、検針では不必要であるが、より高度なスマートグリッド用途では（省エネルギー、アセット保護、負荷平衡、障害分離、回復管理、並びに技術的及び非技術的損失特定のため）、様々なアセットの図式関係についての正確な情報（グリッドアセット、グリッドの幾つかのセグメントでの負荷及び状況、並びにバイモーダル及びマルチモーダルアセットの現在状態）が必要とされる。この情報は、同じアセットの地理空間ロケーションと共に、グリッドマップと呼ばれる。
【００５１】
事業者は通常、グリッドの２つのマップ又はモデルを維持する。物理ネットワークモデル（ＰＮＭ）は、グリッド上でのアセットの地理空間ロケーションを集計する。ＰＮＭは、現代のＧＰＳ技術のおかげで、変電所、コンデンサバンク、変圧器、及び個々のメータ等のポイントアセットに関してかなり正確である。不正確さは、修理又は変更が行われるときにマップを更新するのに失敗することから生じる。例えば、柱上変圧器は、街路拡幅の結果として街路の一方の側から他方の側に移動する場合がある。
【００５２】
縦方向のアセット、特に埋設ケーブルは、ＰＮＭにおいてうまく表されにくい。ＰＮＭは、設計通りのデータを含むことができるが、多くの場所で、ケーブルは、全地球測位技術が成熟する前に敷設されたため、その設計は地上レベルの調査に基づく。その後、元々のマップは、変更を反映するように更新されたものもあれば、更新されなかったものもある。これに続く地表の変更が、中電圧配電線がとる地理的経路を検証するという問題を複雑にしている。
【００５３】
第２のモデルは、グリッド構成要素の地理空間ロケーションを参照することなく、グリッド構成要素がいかに接続されるかを記述する論理ネットワークモデル、すなわちＬＮＭである。ＬＮＭは頻繁に変わる。修理の過程で、変圧器がタップ及び側線に取り付けられる方法並びにメータが変圧器に取り付けられる方法が変更される場合がある。そのような変更は、ＬＮＭ及びＰＮＭの両方に影響を及ぼす。
【００５４】
多くの事業者では、そのような変更は、フィールドエージェントによって手作業で記録される。手作業による報告は、ＬＮＭ及びＰＮＭにおいて更新されることもあるが、更新されないこともあり、更新される場合、メンテナンスがなされたときとそれが記録されたときとの間のタイムラグは様々である。さらに、多くのグリッド構成要素、特に調整器、スイッチ、及びリクローザは、非同期及び／又は自動的に状態を変える。これらの構成要素が、単にローカル制御システムの影響下にあるのではなく、データセンタに戻る通信を備えている場合を除き、そのような動的変更はＬＮＭにおいて反映されない。しかし、動的変更は実際に、電力経路、分配グリッドの他の構成要素に対する負荷及び環境ストレス、並びに消費者へのサービスレベルに影響を及ぼす。
【００５５】
（実際の）グリッドマップの重要であるが確実には分かっていない態様の例は、各メータが現在給電される給電線及び位相である。他の重要な要因としては、各給電線の各位相への、特にグリッドの下位分枝（側線）への位相対的負荷、各メータに供給される実際の電圧、グリッドのエッジに沿った力率、及び変圧器で消費電力の全てが計測されるか否かが挙げられる。さらに、特に停電を生じさせた気象事象後のスイッチセット、局所接続、又はヒューズ等の保護デバイスの状態を知ることが重要である。
【００５６】
もしこの情報が確実に分かれば、事業者は、エネルギーを節減し（そこからの節減エネルギーの多くは消費者に渡る）、メンテナンスコストを節減し、現場での機器の寿命を延ばし、事業者機器及び消費者機器の効率及び寿命を改善し、停電を回避し、不可避的な停電後の回復時間を短縮し、フィールドエンジニアの操業安全性を改善することができるであろう。
【００５７】
自動化された動的グリッドマッピングの問題は、無線スマートメータにより解決されない。事業者間のコンセンサスは、ＬＮＭの変動性が、グリッドマップの変化する属性を測定し、監視するためにフィールドエンジニアを使用することが一般に、費用対効果がないか又は実行可能な解決策でないようなものであるということである。
【００５８】
事業者は、日常的に消費者に線間電圧を過剰給電して、負荷変動、家庭内配線内の電力損失等により、一部消費者の供給が、建物内部の個々のコンセントにおいて、家電等に一般に最適である１１０ｖＡＣ実効電圧未満に降下する結果にならないことを保証する。十分に計装されたきめ細かな保全電圧調整システムの目標は、米国において典型的な２４０ＶＡＣ供給の一方のレッグから中性点まで測定される１１４ＶＡＣまで、単相メータでの典型的な実効電圧を低減することであり得る。
【００５９】
コスト上の制約もまた、あらゆる中電圧フィールドアセットにＳＣＡＤＡ計装を配置することが非実用的であることを決定づける。分配グリッド上の「タッチポイント」は、良かれ悪しかれ大方、エッジにおけるメータ及び変電所内の計装である。これは電力線通信の技法が再考されることを決定づけ、その理由は、電力線上を移動する信号を使用して、無線ＡＭＩにより検出不可能なグリッドマッピング情報の推測及び報告の両方を行うことができるためである。メータデータの報告に関しての無線ＡＭＩのユビキタスな存在は、グリッドマッピングシステムを代わりにサポートする低周波数のオングリッド送信方法のデータ担持容量の制限から解放されるという点で、有効なグリッドマッピング技術を探索することにおいて利点として考えることができる。しかし、エッジにおいて低コストであり、ＡＭＲ又はＡＭＩと共存し、オングリッド送信の、先に述べた落とし穴のいずれも引き起こさない送信方法を特定することが望ましい。このような落とし穴としては、エッジと変電所との間でのリピータ等の中間デバイスの要件、許容できないフリッカー、ＲＦ干渉、インパルスノイズ等も挙げられる。最後に、送信機の駆動に消費されるエネルギーは、得られる任意の金融的利益を低減させるため、送信に必要とされる電力はごくわずかでなければならない。
【００６０】
最後に、グリッドの図式トポロジは、通知又は記録なしで変更を受ける。したがって、信号のソースは容易に識別できないことがある。したがって、かなり高速であり、かなり低コストの解決策に、グリッドの図式トポロジの変更を常時、定期的に、又は散発的に突き止め、及び／又は信号ソースの図式ロケーションを解明させることが望ましい。さらに、これらの図式ロケーションを確立した後、分析して、例えば、グリッドの異なる要素に接続するセグメント等の分配グリッドの他の態様についての情報を突き止めることができる情報が利用可能であるという財産がある。
【００６１】
図２は、処理要素がネットワークに関して存在する場所を示す、本発明の一実施形態のインテリジェンスプラットフォームの論理ブロック図である。示される例示的なネットワークは、インターネット等の広域ネットワーク、ＡＭＩ、中電圧配電グリッド、又は他のそのような媒体を含む。中電圧配電グリッドのエッジ又は内部接合点において、少なくとも１つの下流への送電器が接続される。
【００６２】
図２は、システムが３つの領域又は階層に分割し得ることを示す。エッジ階層３０１は、少なくとも１つの下流への送電器を含む。下流への送電器、例えば、下流への送電器３０５は、柱上変圧器３０３に配置することができ、又は下流への送電器、例えば、下流への送電器３０４は、柱上変圧器の下の電力消費サイトに配置することができる。
【００６３】
本発明は、エッジ階層と変電所階層との間で通信デバイスの設置又は他の変更を必要としない。しかし、コンデンサバンク等の中電圧グリッドの特徴からデータを収集したい場合、下流への送電器の変形を設置し得る。そのような下流への送電器は技術的になお、エッジ階層にあり、その理由は、特徴に配置される低電圧コンセントから給電され、グリッド特徴が設置される中電圧線から直接、給電されないためである。
【００６４】
また図２を参照すると、変電所階層３０６は、配電グリッドの中電圧基盤に設置されたいかなる信号増幅器、バイパス機構、又はブリッジにも頼らずに、エッジ階層内の下流への送電器又は中間接合点から送信を受信するように動作可能である少なくとも１つの変電所受電器３０７を備える。変電所受電器は、ローカルエリアネットワークを介してコンピュータプラットフォーム３０８に接続し、コンピュータプラットフォーム３０８は、インベントリ及びグリッドマップデータベースを維持し、データネットワークのプロビジョニング及び管理のタスクを実行するソフトウェア３０９を記憶し実行する不揮発性コンピュータ可読メモリ及びＣＰＵを含む。
【００６５】
さらに、コンピュータプラットフォームはソフトウェア３１０を記憶して実行し、ソフトウェア３１０は、変電所受電器３０７から受信したメッセージと組み合わせてインベントリ及びグリッドマップデータを処理して、変電所受電器が単独で入力送信のみに基づいて検出することができるものを超えて、グリッドの状態についての情報を推測する。変電所受電器３０７とそれに関連するコンピュータプラットフォーム３０８との組合せは、給電線インテリジェンスモジュール（ＦＩＭ）とも呼ばれる。
【００６６】
本発明の実施形態では、変電所受電器３０７は幾つかのアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を含むが、通常、変電所受電器３０７外に配置されるＡ／Ｄ変換器として示される。各Ａ／Ｄ変換器は、各給電線位相ループ導体上の予測センサに接続され、すなわち、各給電線の各位相がＡ／Ｄ変換器をサポートする。一実施形態では、給電線の位相から受信した信号は電流波形である。一手法では、Ａ／Ｄ変換器は、各給電線位相入力線（図３）上の各ＭＣＴの近傍に配置される。
【００６７】
ＦＩＭは、ＦＰＣＴの出力に接続されたＭＣＴを含む。そして、ＭＣＴの出力は、Ａ／Ｄ変換器の入力にそれぞれ接続される。望ましくは、Ａ／Ｄは、各給電線位相電流ループ上の各ＭＣＴの近傍に配置される。（図３）。一手法では、信号を処理する場合、変電所受電器３０７は、グリッドの基本線周波数での信号及びその整数高調波を無視する。
【００６８】
再び図２を参照すると、各配電用変電所は少なくとも１つの変電所変圧器を有する。変電所に接続される負荷のタイプ及び数に応じて、２つ以上の変電所変圧器が変電所に存在し得る。変電所変圧器及びそのトポロジ−変電所変圧器とその負荷との間にある回路及び特徴（変電所変圧器及びその負荷を含む）−は一般に、変電所ドメインと呼ばれる。例示的な事例では、システムは、各変電所変圧器に一意に関連付けられた変電所受電器３０７を含む。この例示的な事例では、変電所階層３０６は、２つの変電所受電器３０７に対応する２つの変電所ドメインを有する。他の手法では、変電所受電器３０７は、２つ以上の変電所ドメインにより共有されるか、又は変電所ドメインは２つ以上の変電所受電器を有する。
【００６９】
本発明の幾つかの実施形態では、変電所受電器のコンピュータベースの構成要素及びコンピュータプラットフォーム構成要素は、同じ処理サブシステムでホストされる。そのような実施形態では、変電所受電器とコンピュータプラットフォームソフトウェア構成要素との間でのデータ転送に使用される通信プロトコル（ＨＴＴＰ等）は、物理的なローカルエリアネットワークが必要ないにも関わらず、変更する必要がない。
【００７０】
一実施形態では、コンピュータプラットフォーム３０８は、データセンタ階層３１３内の集線装置３１２との通信を目的として、インターネット等の従来の広域ネットワーク３１１に接続する。本発明の幾つかの実施形態では、コンピュータプラットフォーム及び変電所受電器が同じ場所に配置されるか、それとも別個の処理サブシステムに配置されるかに関係なく、処理サブシステムは、システムの連続動作を保証するために、冗長クラスタで構成し得る。
【００７１】
再び図２を参照すると、特定の実施形態では、集線装置３１２は、変電所内のソフトウェアに類似するアーキテクチャを有するソフトウェアをホストする。そのようなアーキテクチャは、ソフトウェアサービスをＧＬＡの１つ又は複数のアプリケーション３１５に提供するネットワーク及びデータ管理構成要素３１４を含み得る。アプリケーションは、限定ではなく、ＪＭＳ、ＳＯＡＰ、及びＲＥＳＴ等の従来のネットワークベースのメッセージングプロトコルを使用して、地理情報システム（ＧＩＳ）３１６等の加入者アプリケーションに情報を発行する。
【００７２】
データ及びネットワーク管理構成要素３１４は、ＡＭＩネットワークに、エッジ階層３０１における下流への送電器又は中間接合点にデータブロックをブロードキャストさせる目的で、ＡＭＩヘッドエンド３１７と統合し得る。データ及びネットワーク管理構成要素３１４は、標準プロトコル及び／又はプロプライエタリインタフェースを使用してＡＭＩヘッドエンド３１７と統合し得る。
【００７３】
本発明の他の実施形態は、代替の補助ネットワーク構成要素を利用し得る。例えば、変電所−エッジブロードキャスト機能及び／又は変電所から下流への送電器への時間同期は、このためにＡＭＩを使用するのではなく、変電所での給電線に取り付けられる中電圧ＰＬＣ送信機により提供し得る。
【００７４】
同様に、配電用変電所を起点とするメッセージをブロードキャストする別個の無線送信機を利用することもできる。無線送信機は、変電所におけるコンピュータプラットフォームから送信機への通信路がある限り、物理的に変電所に配置する必要はない。単一の無線送信機が、複数の変電所での変電所−エッジチャネルとして機能し得る。変電所−エッジチャネルがＡＭＩではない場合、下流への送電器のクロックの同期は、Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｉｎｇ  Ｅｄｇｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｏｎ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ  ｗｉｔｈｏｕｔ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅという名称の米国特許出願第１３／５６６，４８１号明細書に記載されるように提供し得、この特許出願は参照により本明細書に援用される。チャネルが時間スロット化されない（例えば、ＴＤＭＡ）本発明の実施形態では、クロック同期が必要ないことを当業者は理解する。
【００７５】
図３は、ＧＬＡネットワーク及びグリッドトポロジのエッジにおける典型的な配電用変電所装置の図式ブロック図である。図３は、変電所変圧器４４２を含む配電用変電所４４０を含み、変電所変圧器は配電母線４３０に電気的に接続され、そして、配電母線は給電線位相線４２１に電気的に接続される。グリッドのエッジは、複数、例えば、ｎ個の給電線４１０を含み、各給電線４１０は３本の給電線位相線４２１を有する。各給電線位相線は通常、柱上変圧器４１４を通して負荷４１８に接続される。下流への送電器４１７は、柱上変圧器４１４の近傍に配置され、及び／又は下流への送電器４１６はメータの隣に配置される／又はメータの一部である。配電用変電所４４０は、ループ４２６を通して給電線位相線４２１にそれぞれ電気的に接続されるＳＣＡＤＡ／保護継電器４２０も含む。ＦＩＭも、Ａ／Ｄ変換器４２２及びＭＣＴ４２４を通してループ４２６にそれぞれ電気的に接続される。
【００７６】
図３は、一実施形態において、ＦＩＭモニタが、ＭＣＴ、例えば、ＭＣＴ４２４をＳＣＡＤＡに既にあるＳＣＡＤＡ／保護中継ループ、例えば、ループ４２６又は保護継電器４２０に取り付けることにより、変電所変圧器４４２の低電圧側の給電線位相線４２１をいかに監視するかを詳細に示す。この結合方法では、変電所の動作を妨げずに、変電所受電器を配電用変電所に設置することができる。ホットスティッククランプオン電流変圧器等の他の結合方法が当分野で既知であり、本明細書に記載されるＳＣＡＤＡループへの二次結合の代わりに等しく利用し得る。幾つかの配電用変電所４４０は、ＳＣＡＤＡループ４２６を有さないことがあり、又は物理的な配置若しくは公共事業規制に起因して、既存のループにアクセスできないことがある。
【００７７】
図３は、Ａ／Ｄ変換器４２２へのＭＣＴ４２４接続も示す。Ａ／Ｄ変換器４２２は、ＭＣＴの出力から読み取られたアナログ電流信号をデジタル化し、ＭＣＴの出力は、ＦＰＣＴ４２５により測定される対応する給電線位相を通って流れる電流に比例する。特定の実施形態では、その結果生成されるデジタル信号は、１つ又は複数のＦＩＭスイッチ（簡潔にするために図４に示されていない）により１つ又は複数のＦＩＭスイッチ計算要素に伝達される。例示的なシステムでは、計算要素が、限定ではなく、従来のマイクロプロセッサベースのコンピュータ、デジタル信号プロセッサ、又はフィールドプログラマブルゲートアレイ及び／又はグラフィックス処理ユニット等の他の信号処理デバイスのうちの１つ又は複数を含むことを当業者は理解する。特定の実施形態では、ＦＩＭは、必ずしも同じラックにある必要はない、変電所受電器の全ての電子回路を包含する。ＦＩＭスイッチは、Ａ／Ｄからの信号の収集を含め、幾つかの機能を実行する。ＦＩＭスイッチはまた、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ接続を介して電力をＡ／Ｄ４２２に提供する。
【００７８】
ＦＩＭスイッチは、共通のクロックを全てのＡ／Ｄにも送出し、Ａ／Ｄは、Ａ／Ｄ処理の一環としてクロック信号をデジタル化する。クロック信号のこのデジタル化は、個々のＡ／Ｄデータストリームの時間スタンプにより、上記ストリームの続く位置合わせを可能にできるようにする。一実施形態では、ＦＩＭスイッチは、ＦＩＭコンピュータ要素への非常に高速な、例えば、ギガビットＥｔｈｅｒｎｅｔ接続を有する。
【００７９】
一実施形態では、ＦＩＭコンピュータは、各チャネルの並列処理を実質的に可能にする非常に高速なマルチコアコンピュータである。そのような一実施態様では、ＦＩＭコンピュータは、２つの２０コアＩｎｔｅｌ  Ｘｅｏｎベースの処理要素を含む。したがって、最高で４０のプロセス「スレッド」を略同時に実行することができる。
【００８０】
示されていないが、ＦＩＭ処理要素は、１つ又は複数の電圧基準信号を配電用変電所から受信する。一実施形態では、これらの基準信号は、ＦＩＭスイッチを通して受信される。これらの信号は、配電用変電所で測定される各ＡＣ電圧波形をデジタル化したものである。大半の状況では、１つのみの電圧基準信号が、変電所で必要とされる。しかし、複数の電圧基準信号が必要とされる構成及び電圧基準信号が必要とされない他の構成が存在する。
【００８１】
本発明の原理によるシステムを実施するに当たり、グリッド特徴づけパラメータとして電圧角を測定することが望ましい。本発明の特定の実施形態は、以下の手段を通して電圧角度測定を達成する：下流への送電器からのＧＬＡ信号のディスパッチは、下流への送電器での基本線周波数の電圧ゼロクロスに同期される。好ましくは、電圧信号ゼロクロス事象は、全ての信号高調波及び外部ノイズをなくし、信号の処理での非補償磁化遅延の回避に特別な注意を払い、純粋な形態で検出される。配電用変電所において、基本線周波数電圧ゼロクロスの同様の測定が行われる。この変電所電圧ゼロクロスの時刻は、変電所受電器におけるＧＬＡ信号の到着時刻と比較されて、任意の時間オフセットを測定する。このプロセスは、あらゆる受信ＧＬＡ信号に対して繰り返される。
【００８２】
実際問題として、下流への送電器と変電所受電器との間でのＧＬＡ信号の遷移時間は、管理可能であると見なされる。測定されたあらゆる時間差は、３つの成分からなる：１つは、基本周波数が変電所から下流への送電器に伝搬するのにかかる時間である。第２は、測定中の所望のパラメータである実際の電圧角度シフトである。時間差の第３の成分は、下流への送電器から元の変電所へのＧＬＡ信号の伝搬時間である。
【００８３】
特定の状況では、これらの要因のうちの第１及び第３の要因並びにシステムに固有であり得る他の測定及び処理遅延を補償することが望ましい。そのような補償後、変電所での基本線周波数ゼロクロスと、変電所でのＧＬＡ信号の受信との間のいかなる時間差も、電圧角度差の原因になり得る。
【００８４】
任意のそのような電圧角度差が、下流への送電器と変電所受電器との間のグリッドの物理的特徴を反映していることが当業者に理解される。したがって、ＦＩＭは、電圧角度を格納し、続けてこれらの値を新たに測定された電圧角度と比較することができ、それにより、測定された電圧角度のいかなる変化も、グリッドの電気的特徴及び／又はその動作状態に関する有価値な情報を提供することができる。上述したゼロクロス検出が、ソフトウェア、ハードウェア、又はハードウェアとソフトウェアとの任意の組合せで実施し得ることも当業者は理解する。
【００８５】
特定の状況では、特定の配電用変電所に接続された全ての給電線及び位相に１つのゼロクロス検出器を利用することが適切である。他の実施形態では、複数のゼロクロス検出器を有することが望ましい。例えば、配電用変電所が２つ以上の変圧器を有する場合、複数のゼロクロス検出器を利用する必要があり得る。
【００８６】
下流への送電器は、電気グリッドを管理しているコンピュータシステムにデータを送る場合、通常、ＧＬＡ信号が先行するデータパケットの形態で送る。ＧＬＡ信号は通常、周波数範囲にわたり複数のチップを有する信号である。本発明のシステムは、このＧＬＡ信号を探して、特徴づけるサイジングを格納されている特徴づける信号と突き合わせて比較して、最大の相関を見つけることにより、データパケットがどこにあるかを決定する。
【００８７】
特徴づける信号、例えば、ＧＬＡ信号は、一般に、電気グリッドのエッジに配置される送電器から生成されて送られ、信号は続けて、電気グリッドの内部スポット、例えば、変電所において受信される。内部スポットにおいて、ＧＬＡ信号はフィルタリングを行われ、ＧＬＡ信号のコピーに相関される。手法では、ＧＬＡ信号は、信号の不要部分及び／又は望ましくない部分を除去するようにフィルタリングを行われる。その結果生成される信号は、特徴づける信号のコピーと比較され、両信号をクロス相関フィルターに通し、フィルターは、信号の類似及び相違を示す信号を生成する。バンドパスフィルターはソートされた信号をのみを得る。この信号は、システムの測定メトリックであり、チャネル毎に比較され、チャネルの多く又は全てでの判断ベースである。
【００８８】
好ましい手法では、送電器から受信したＧＬＡ信号のこの測定値は、実質的に瞬間測定値であり、システムは、同じチャネル上の以前に受信した古いＧＬＡ信号に頼らず、又は一般化、利用しない。メッセージが送られる都度、このＧＬＡはメッセージに先行する。信号の経路は、メッセージが送られる都度、決定される−ＧＬＡ経路。グリッドの特徴、例えば、インピーダンスは、短時間であっても経時変化し得るため、ＧＬＡ信号を新しく処理することが重要である。
【００８９】
ＧＬＡ信号は、パケット同期に使用され、給電線−位相分離アルゴリズムを駆動する。特定の実施形態では、基準ＧＬＡ信号が、任意の適用に先立って準備され、格納された表現が続けてリアルタイムで適用される。他の実施形態では、基準ＧＬＡ信号は、リモート送電器、変電所受電器、又は両方において全体的又は部分的にリアルタイムで生成される。
【００９０】
例示的な６０Ｈｚ基本電気グリッド（当業者は、他の基本周波数に向けて容易に調整する）で使用される実施形態では、ＧＬＡ信号は、総持続時間３秒の一連の２５の非重複窓周波数チャープからなる。各チャープは、２つの連続した高調波間の５０Ｈｚの周波数範囲に及ぶように設計される。スペクトル窓（この場合、テューキー窓）を使用して、連続チャープ間に平滑な遷移を提供する。
【００９１】
一実施形態では、何らかの周波数範囲［ｆ＿ｃ，ｆ＿ｃ＋５０］Ｈｚに及ぶ周波数チャープは、続けてｆ＿ｃＨｚ帯域まで変換される周波数範囲［０，５０］Ｈｚに及ぶ「プロトタイプ」チャープとして解釈される。この解釈は、チャープの従来の定義に基づく。これを調べるために、［ｆ＿ｃ，ｆ＿ｃ＋５０］Ｈｚの範囲を掃引する以下のチャープを考える。
【数１】
2018504079.tif 000003
【００９２】
式中、ｋ＝５０／Ｔは、周波数が時間期間Ｔ秒にわたりｆ＿ｃからｆ＿ｃ＋５０に変化するレートである。複雑な算術を使用して、この式は、
【数２】
2018504079.tif 000004
として分解され、書かれる。
【００９３】
信号をこのようにして表現することの利点は、乗算の右側の項が特定のチャープから独立することである。乗算の右側の表現は、テューキー（又はテーパードコサイン）窓と要素毎に乗算されて、隣接するチャープ間にグレースフルな遷移を可能にする。実施形態では、各ＧＬＡチャープの計算に使用されるテューキー窓は、以下のようにピース毎に定義される。
【数３】
2018504079.tif 000005
【００９４】
式中、ｒは０〜１（０及び１を含む）であり、ｘは０〜１（０及び１を含む）のサンプルのＮ点線形間隔集合である。パラメータｒは窓の形状をコントロールし、前後に調整することができるパラメータである。この調整は、チャープの両側での立ち下がりエッジの鋭さと、チャープの経路スパン内のリップル数との間のトレードオフに影響を及ぼす。
【００９５】
一手法では、上述したように、変電所受電器でのＧＬＡ信号は、予め計算されて格納され、入力信号の信号処理中ではなく、オフラインで生成されている。まず、所望のＧＬＡ信号波形が選択され、ＧＬＡ信号全体が予め計算され、ＧＬＡ信号は１５ｋで３秒長であり、これは４５０００個のサンプルである。テューキー窓は一時的に作成され、ＧＬＡ信号全体を構成する信号の全てのサブチャープに適用される。例えば、特定のサブチャープが生成され、特定の周波数範囲５０Ｈｚをスキャンし、テューキー窓を生成し、テューキー窓の結果をサブチャープと成分毎に乗算する。これは、全てのサブチャープに対して行われ、結果は一緒に連結される。これが格納されるＧＬＡ波形である。ＧＬＡテキストファイルをポイントする構成ファイルがある。ＧＬＡファイルはデジタルサンプル、すなわち、任意の所与の時点での波形の値である。ＧＬＡファイルは、最大値が１であるように１に正規化される。ＧＬＡファイルは、点毎の波形のテキスト表現である。手法では、ＧＬＡ波形のＦＦＴ均等物が格納される。テューキー窓は即座に生成されない。テューキー窓は、ファイルに格納されるチャープの生成に使用される。一手法では、Ｍａｔｌａｂを使用して、チャープを生成する。なお、ＧＬＡ信号は、特定の分配グリッドの特徴に必要とされるように、３秒持続時間よりも短くてもよく、又は長くてもよい。
【００９６】
逆に、ＧＬＡ信号は、例えば、特定の下流への送電器のローカルメモリが制約される場合、必要に応じて生成することができる。別の手法では、送電器のＧＬＡ信号は、例えば、下流への送電器のメモリに格納される。
【００９７】
特定の実施形態では、ＧＬＡ信号のチャープシーケンスは並べ替えられる。グリッドを観測し調べる場合、スペクトルを掃引する他の信号が存在するか、又は存在し得、これらの信号が、下流への送電器からのＧＬＡ信号に干渉するおそれがあることが指摘されてきた。ＧＬＡチャープシーケンスを並べ替えることにより、ＧＬＡ信号をより識別可能にし、そのようなスプリアス信号による影響を受けにくくすることができる。
【００９８】
任意のＧＬＡ信号又はＧＬＡ信号の集まりについて、ＧＬＡ信号の同じＧＬＡチャープシーケンスの表現が、下流への送電器及び変電所受電器の両方で利用可能でなければならないことが当業者には理解される。同様に、下流への送電器が、任意の所与の送信に複数のＧＬＡ信号（例えば、チャープシーケンス）の中から選択し得ることも理解される。変電所受電器での特定のＧＬＡシーケンスの検出は、追加の情報を伝達することができる。変電所での受電器が、下流への送電器から送信される特定のＧＬＡ信号の事前知識なしで、提示される任意のＧＬＡ信号を検出するように設計し得ることが当業者には明らかであるはずである。
【００９９】
特定の状況では、特定のＧＬＡ信号の選択が、性能の改善に繋がり得ることも理解される。グリッド又はグリッドの部分の特徴の取得及び学習に関する適応学習の使用を利用して、システムで使用するＧＬＡ信号を選択し得る。
【０１００】
変電所受電器は、下流への送電器からのＧＬＡ信号を含む様々な信号を配電グリッドから連続して受信する。信号はまず、変電所受電器にアナログ形態で到着し、各給電線位相に関連付けられたＡ／Ｄ変換器を通してデジタル形態に変換される。その結果生成されるデジタルデータには、ＦＩＭにより格納される際に各給電線位相が関連付けられる。ＦＩＭは、信号を続けてＦＩＭにより分析することができるように、適切な方法を使用して信号のデジタル形態（デジタル信号）を格納する。上記に鑑みて、システムの各給電線位相に関連付けられた１つのデジタル信号があることが理解される。さらに、給電線位相に関連付けられたデジタル信号は、その特定の給電線位相を通して変電所受電器で受信されたアナログ信号のデジタル版をエンコードする。
【０１０１】
データストリームを概念化するために、各給電線位相から到着するデジタル信号は、時間的に同期される。データストリーム中のサンプルは、受電器間の同じサンプル番号が同じ時点を表すように位置合わせされる。サンプル時間において、ＦＩＭは、略その時刻において全てのチャネルからデータを取得する。チャネルデータは並列に到来し、ＧＰＳ信号は、データの互いとの同期に役立つ。手法では、デジタル信号は、互いの１サンプル以内にロックされる（サンプリングレートが何であるかに応じて）。デジタル信号の捕捉点は、ハードウェア回路、例えば、Ａ／Ｄ回路に基づいて暗黙的に追跡され、それにより、システムは、各デジタル信号が来た給電線位相を知る。
【０１０２】
例えば、図３に示されるシステムの一部を示す図４を参照する。図４に示されるように、下流を異なる各給電線及び各給電線上の三相の１つのＦＰＣＴ４２５（図３）に接続する複数のループ４２６がある。図に示されるように、一端部において各ループ４２６にそれぞれ接続される３つの電気線があり、他端部は各Ａ／Ｄ変換器４２２の入力に接続される。Ａ／Ｄ変換器４２２の出力は、データストリーム５１６内の各格納ロケーションに接続されて、入力アナログ信号のデジタル表現を格納する。データストリーム５１６に格納されたデータは続けて、変電所受電器への到着時刻により時間的に位置合わせされ、次に、時間位置合わせバッファ５０５に格納される。好ましい手法では、全てのチャネルは略同時に受信され、略同時にデジタル化され、略同時に各ロケーションに格納される。手法では、残りのチャネルが処理中であるとき、ゼロクロスデータはグリッド上の電流の位相又は時間オフセットを反映する。手法では、信号が変電所で受信された時刻を反映した時間スタンプ、例えば、Ｔベースもデジタル化され、各給電線と共に格納される。
【０１０３】
態様では、本発明のデータストリーム５０５は、多くの行のデータを格納するが、１行のデータが図４に示され、行数はシステム固有である。実施形態では、時刻ｔ前の６０行のデータ及び時刻ｔ後の６０行のデータが格納され、一般に、処理ユニットが遅れることができるのに十分であり、チャネルからの全てのデータをリアルタイムで処理する必要はなく、代わりに、「準リアルタイム」で動作することができる。例えば、データストリーム５０５の一部の表現を示す図５を参照のこと。データストリームは、水平行のデータを示し、各行は給電線１、給電線２、・・・、給電線ｎからの代表データを含み、各給電線はそれぞれ三相のデータを有する。示されるデータストリーム５０５は、全体データストリーム５０５を表し、これは実質的に時間的に連続する。図５のデータストリームは、時刻ｔのデジタルデータと、時刻ｔ前後に収集された数行のデータとを示す。換言すれば、データストリームは循環バッファであり、それにより、ストリーム中のデータには、ストリームの大きさ（保存される時間量）及び新しいデータが追加される頻度に応じて、ある時間期間にわたりアクセスすることができる。
【０１０４】
別の視点では、図６に示されるように、データストリームは実質的に連続し、図５により示唆し得るようにパケットにセグメント化されない。データストリームのデータを分析する場合、ＦＩＭは、データストリームのチャンクを調べる−ＦＩＭは、特定の時刻、例えば、ｘから始まり、指定された時間長にわたり全てのチャネルからデータをとる。続く時刻において、ＦＩＭは、ｔから異なる時間にある、例えば、ｔ＋デルタで開始されるデータストリームの別のデータチャンクを調べる。ある手法では、本発明に従ってデータストリーム５０５中のデータを分析すると、システムは、少なくとも部分的に重複するデータチャンクを分析し得る。
【０１０５】
データストリームを格納するこの手法は、データ分析での柔軟性を増大させ、バッファ内のデータにランダムにアクセスする能力を含む。通常、現在の分析システムでは、データは実際のストリームのようなシステムを通って流れ、システムは、時間的に戻ってデータを調べることができない。さらに、現在の分析システムは、１回を超えてデータを調べることができず、又はデータを再位置合わせすることができない。したがって、本実施態様は、データを分析する能力において大きな柔軟性を提供する。無制限の環境では、データの連続ストリームが格納され、常にアクセス可能である。手法では、全てのチャネルにわたり６０秒のデータが格納される。したがって、データストリームの中央では、その時刻前後に約３０秒がある。
【０１０６】
格納されたセグメントを有する連続データストリームのこの実施態様は、本発明の融通性の増大を生み出す。データストリームの一部は、バッファを使用して実施され、それにより、計算ステップが後れを取った場合、データの損失がない。理想的には、バッファは、システムが行う必要がある動作を実行するまで、データを保持する。実施態様では、ＦＩＭはデータストリームを使用して、一度に特定の時間長にわたりストリームにアクセスし、それにより、大きなデータチャンクを提供することができる。データストリームを処理中のＦＩＭプロセスは一般に、データがデータストリームにいかに格納されているか、又は提供されているかを認識せず、認識する必要はない。好ましい手法では、ＦＩＭはマルチスレッド手法を利用して、データストリーム中のデータを処理し、好ましくは、各チャネル、すなわち、各給電線位相の組合せに一意のプロセスを有する。本実施態様では、ＦＩＭは、データストリームから特定の部分であるデータチャンクを抽出する。現在、チャンクの長さは４秒に設定されるが、任意の長さを設定することができる。
【０１０７】
本発明の実施形態では、ＦＩＭはＧＬＡ信号を検出しようとする。上述したように、信号はグリッドの特徴による影響を受けることに起因して、実際のＧＬＡ信号を検出することは難しいことがある。この難しさは、ＦＩＭと下流への送電器との不完全なタイミング同期により悪化することがあり、それにより、ＦＩＭは、データストリーム中のどこに、例えば、どの時刻にＧＬＡ信号が存在するかが分からない。これらの影響も、個々に又は組み合わせられて、信号の起点である給電線位相を正確に決定することを難しくする。
【０１０８】
図７は、処理要素６３４内で行われる信号処理を示す。示されるように、アナログデジタル変換器６２４は、各電流入力及び電圧基準を給電線位相から受信する。ＡＤＣは各デジタル信号６２５を生み出し、デジタル信号はバッファ６２６に格納される。処理要素６３４は、バッファ内の各デジタル信号のデータストリームを同期させ、その後、データストリームの分析により、電圧６２２と電流６２０とのゼロクロスを決定するように動作する。
【０１０９】
図８は、ＧＬＡ信号を検出し、その信号に関連付けられた給電線及び位相を特定する方法を示す図式データフロー図である。配電グリッドから受信した複数の入力信号はデジタル化されて、デジタル信号７５０を形成し、デジタル信号は、時間位置合わせされたデータストリームとしてバッファ７１０に格納される。特定の実施形態では、時間位置合わせされたデータストリームは、変電所で測定される電圧基準データ７６６及び電流基準データ７６８を含む。
【０１１０】
図８は、バッファ７１０内の時間位置合わせされたデータストリームの一部７５２を示す。本発明の特定の実施形態では、時間位置合わせされたデータストリームの位置合わせされた部分は、並列に同時に処理される。しかし、そのような並列処理が、本発明の全ての実施形態の動作にとって必須ではないことが当業者には理解される。
【０１１１】
データストリームの時間位置合わせされた部分の処理は、事前処理７１２を通して進む。事前処理は、例えば、データストリームのデジタルフィルタリングを行い、対応するデジタル信号のバンドパスフィルタリングを行うことを含む。その結果生成されるバンドパスフィルタリングを行われたデジタル信号７５４は次に、相関７１４を通して更に処理され、相関は、各デジタル信号をＧＬＡ信号７５６のエンコードされた基準コピーと比較する。相関はデジタル相関出力信号７５８を生み出し、これは事後処理ステップ７１８で受信される。
【０１１２】
特定の実施形態では、事後処理ステップ７１８は、デジタル相関出力信号７５８のエンベロープ信号７６０を抽出する。エンベロープ信号７６０は更に分析されて、特定の相関メトリック７６２を評価し、相関メトリック７６２はランク付けプロセス７６４においてソートされる。追加のメトリック７７０をランク付けプロセスで利用してもよいことを当業者は理解する。ソートされたメトリック結果７２４は更に評価されて、検出されたＧＬＡ信号の起点である下流への送電器に電気的に接続された給電線位相に対応する結果７３０を特定する。
【０１１３】
特定の実施形態では、図８に示されるように、ｔで始まる時刻において給電線位相に対応するデータストリーム部分が処理される。まず、データは事前処理される（７１２）。通常、この事前処理は、関心のある帯域外のスペクトルの部分を除去するバンドパスフィルターにデータを通す。ノッチフィルターを利用して、関心のある帯域内の何らかの望ましくない信号、例えば、高調波、基本周波数周囲の信号、及び／又は電気システムの基本周波数の高調波周囲の信号を濾波して除去することもできる。
【０１１４】
次に、その結果生成される事前処理済み信号は、相関プロセス７１４に提供され、相関プロセスは、ＦＦＴベースのプロセスを利用して、事前処理済みの時間ドメイン信号を基準ＧＬＡ信号に相互相関させる。時間ドメイン相互相関技法及び周波数ドメイン相互相関技法の両方を適用し得ることを当業者は理解する。
【０１１５】
次に、相関プロセスから生成された信号は、所偽処理されて（７１８）（幾つかの場合、ローパスフィルターを利用する）、相関信号のエンベロープを達成する。事後処理から生成されたエンベロープ信号は、更に処理されて、ＧＬＡ信号と基準ＧＬＡ信号との対応の程度に関連する相関メトリックの集まりを導出する。これらのメトリックはデータストア７２２に格納される。生成された相関メトリック（及び潜在的には他のメトリック７７０）を使用して信号をランク付け、最良の信号が結果７３０として選択される。
【０１１６】
図９は、ＧＬＡ信号を検出し、信号の起点となった位相及び給電線を特定するＦＩＭ処理の簡略化された論理フロー図を示す。図９に示される処理が繰り返し及び連続して実行されることを当業者は理解する。
【０１１７】
ＧＬＡ検出プロセスセグメントＳ１０２０は、基準ＧＬＡ信号との相関によりＧＬＡ信号（存在する場合）を検出する一手法を示す。論理フローで直面する最初の状態は、ＧＬＡ検出状態と呼ばれる。この状態では、全ての給電線位相の時間ドメインデジタルサンプルのユーザ指定のマトリックスに対する要求がデータストリームに対してなされる。基準ＧＬＡ信号は、時間ドメインサンプルのアレイに相互相関される。
【０１１８】
一実施形態では、この状態から収集される、生成されたメトリックは、波高率、尖度、ピーク相互相関値、及び要求されたデータに対するこのピーク値のサンプル番号のうちの１つ又は複数である。これらのメトリック及び他のメトリックがメトリック７６２及び７７０に対応することを当業者は理解する。
【０１１９】
一実施形態では、関心のある全ての給電線位相のデータは、データストリームから要求され、返されたデータはスライスされ、複数のスレッドに与えられる。特定の実施形態では、スレッドと処理する給電線位相信号との間には１対１の対応性がある。さらに、幾つかの実施形態では、これらのプロセスに関連付けられたスレッドは、メモリを共有する必要がない。
【０１２０】
各スレッドは、関連付けられたデータスライスに対して相互相関アルゴリズムを実行する。一実施形態では、データスライスはまず、不要なノイズの影響を濾波するチャネル依存調整アルゴリズムを経る。これに関しては、これは、帯域内電気システム基本高調波周波数を含み得る。事前処理アルゴリズムは静的であってもよく、又は動的であってもよい。事前処理アルゴリズムは通常、バンドパスフィルター、例えば、ＦＩＲ、ＩＩＲ、及びノッチフィルターを含むが、それらのフィルターに限定されない。
【０１２１】
次に、フィルタリングを行われたデータは、基準ＧＬＡ信号に相互相関される。一実施形態では、各スレッドはそれ自体の基準ＧＬＡ信号を有する。相互相関は、時間ドメイン又は周波数ドメインで実行し得る。相互相関が周波数ドメインで行われる場合、基準ＧＬＡ信号も同様に周波数ドメインに格納することが意味をなし得る。
【０１２２】
一実施形態では、相互相関アルゴリズムから生成される全てのサンプル（相互相関プロファイルと呼ばれる）は保持され、そのエンベロープが抽出される。エンベロープ抽出に使用されるアルゴリズムは、相互相関が時間ドメインで行われるか、それとも周波数ドメインで行われるかに依存し得る。
【０１２３】
相互相関が周波数ドメインで行われる場合、周波数ドメインヒルベルト変換をエンベロープ抽出に使用し得る。エンベロープ相互相関プロファイルを生み出す関数について以下説明する：ｆ（・）を時間ドメインエンベロープの入力及び出力として時間ドメイン信号を有する関数の一般的表現を示すものとすると、このアルゴリズムは、以下の式により要約し得る。
【数４】
2018504079.tif 000006
【０１２４】
式中、Ｈｉｌｂｅｒｔ（・）は周波数ドメインヒルベルト変換子を示し、ＩＦＦＴ（・）は、慣例と同様に、逆高速フーリエ変換されることを示す。
【０１２５】
好ましい手法では、各スレッドに関連付けられたＧＬＡ相関メトリック関数が適用される。より具体的には、波高率及び尖度アルゴリズムは、各給電線位相信号の相互相関プロファイルに適用される。これらのＧＬＡ相関メトリック関数は通常、サンプル毎に動作システムには適さない（一般に、大量のデータが有意味であることを必要とするため）が、これらの関数は、振幅独立であり、土台となる信号の形状を捕捉することが可能であるため、適用される。ＧＬＡ検出の状況では、これらの関数は、ＧＬＡ信号がデータスライスに存在する場合、相互相関プロファイルの鋭さを捕捉するのに有効である。
【０１２６】
例えば、ｘが、任意の給電線位相信号にわたり計算される相互相関プロファイルを示す場合、波高率は以下のように計算することができる：
【数５】
2018504079.tif 000007
【０１２７】
を実数のシーケンスとすると、
【数６】
2018504079.tif 000008
【０１２８】
は、シーケンスの二乗平均平方根である。この定義を用いて、シーケンスｘの波高率は、
【数７】
2018504079.tif 000009
として表すことができ、
【０１２９】
式中、
【数８】
2018504079.tif 000010
【０１３０】
は絶対値のシーケンスである。尖度は、
【数９】
2018504079.tif 000011
であるように定義され、
【０１３１】
式中、
【数１０】
2018504079.tif 000012
はシーケンスｘの平均値である。
【０１３２】
波高率及び尖度に基づいて、あらゆる給電線位相信号にスコアが与えられる。次に、最終スコアが、結果として生成される１つ又は複数のメトリックに基づいて計算され、ここで、サブファイナルスコアは、ユークリッドノルム又はそれらのメトリックのスケーリングされたノルムである。サブファイナルスコアを取得した後、ＦＩＭはサブファイナルスコアに基づいてチャネルをソートする。このソートに続き、ＦＩＭはソートされたリストを正規化し、正規化されたリストは最終スコアを提供する。
【０１３３】
上記考察は、波高率及び尖度をＧＬＡ相関メトリック関数として使用することに基づくが、他の手法を個々に又は組み合わせて利用することもできる。波高率の使用は、信号対雑音比（ＳＮＲ）のような品質を相互相関プロファイルに与え、尖度（ｋｕｒｔｏｓｉｓ）は、相互相関プロファイルの尖り度合い（ｐｅａｋｅｄｎｅｓｓ）の尺度を提供する。他の手法は、限定ではなく、スキューアルゴリズムの使用を含む。
【０１３４】
したがって、ＧＬＡ相関メトリック関数の適用後、ＧＬＡ信号の存在確率が示される。
【０１３５】
相互相関メトリックが、少なくとも１つのチャネルでユーザ指定のＧＬＡ検出閾値レベルを得るか、又は超える場合、プロセスはＧＬＡアラインメントプロセスセグメントＳ１０２４に続く。
【０１３６】
ＧＬＡ検出閾値レベルは、システムのパラメータにプログラムし得る。一般に、閾値レベルは、ユーザ又はシステムのコントローラにより提供される。別の手法では、適応学習が適用されて、閾値レベルを決定し設定する。手法では、閾値レベルは、その値を確立する経験的エビデンスに基づく。一般に、閾値レベルの値は波高率に基づき、数は経時変化し得、分配グリッドの特徴に応じて変更し得る。
【０１３７】
相互相関が、全てのチャネルでユーザ指定の閾値レベルに達することができない場合、ＧＬＡ検出状態は、プロセスセグメントＳ１０２０において繰り返される。ＧＬＡ信号が見つからない場合、プロセスはセグメントＳ１０２２に続き、ここで、データストリームのより後のサンプルが要求される。ＧＬＡ信号が見つかる場合、プロセスはセグメントのＳ１０２４に続く。
【０１３８】
セグメントＳ１０２２において、ＦＩＭは、分析中のデータストリームの開始時刻を調整する。例えば、現在のデータストリームの開始時刻がｘであり、ｘ＝１２秒である場合、ｘはｘデルタにより調整される。例えば、一実施形態では、増分ｘデルタは０．２５秒に等しくすることができ、したがって、ｘ＝１２秒＋ｘデルタ＝１２．２５秒である。
【０１３９】
ＧＬＡ信号が、ＧＬＡ検出中に見つからない場合、データストリームのより後の部分が評価され、再び次のＧＬＡ信号を探す。一実施形態では、時間進度は１／４秒に設定されるが、これは、特定の用途の要件に従って当業者により構成される。時間進度増分は、存在するＧＬＡ信号の欠落を回避するように選ばれる。
【０１４０】
ＧＬＡアラインメントプロセスでは、前のアラインメントステップからの情報を使用して、データストリームから新しいデータを要求する。新しいデータの開始は、ＧＬＡ信号がデータストリームにおいて開始される推定ロケーションに相対して位置合わせされる。特定の実施形態では、データは、ＧＬＡ信号の開始時刻の１／２秒前の時間から、ＧＬＡプリアンブル全体、データパケット部分、及びそれを超えた追加のサンプルを捕捉するのに十分な持続時間にわたり要求される。
【０１４１】
ＧＬＡアラインメント状態が開始される場合、ＧＬＡ信号が、少なくとも１つの給電線位相信号に存在し、更なる調査を保証するために、ノイズと比較して十分な電力を有する、例えば、信号がＧＬＡ検出閾値レベルを超えたことの少なくとも数値的なエビデンスがある。
【０１４２】
少なくとも１つのチャネルが十分な信号を含む場合、更なる処理が、続くプロセス：ＧＬＡメトリック計算及び給電線位相決定Ｓ１０２９、電圧角度計算及び終端Ｓ１０２６、並びにメッセージ復調Ｓ１０２８により実行される。これらの測定は完全に独立しており、したがって、一実施形態では、並列に実行し得る。
【０１４３】
ＧＬＡ信号が存在し得るが、いずれも見つからないように見える状況では、すなわち、ＧＬＡ信号を予期するのに十分なエネルギーがあるが、ＧＬＡ信号がＧＬＡアラインメントセグメントＳ１０２４の終わりまでに特定されない場合、プロセスフローはＳ１０２２に続き、選択時間が調整される。
【０１４４】
Ｓ１０２６は電圧角度測定プロセスである。電圧角度測定プロセスは、ゼロクロス、すなわち、下流への送電器が信号をディスパッチするときと、信号が変電所受電器により受信されたときとの間に時間差が存在する場合、その時間差を決定することが意図される。
【０１４５】
好ましい手法では、ＧＬＡアラインメントプロセスは、受信ＧＬＡ信号と基準ＧＬＡ信号との鋭い相関を得ることになる。強い相関信号が存在する場合、ＦＩＭは、システムが現在、時刻ｔにあるにもかかわらず、信号を時刻ｘにおいて受信したにちがいないことを裏付け、決定することができる。ＧＬＡ信号と基準ＧＬＡとの鋭い相関により、ＧＬＡ信号がＦＩＭに到着したときの正確な測定を導出することが可能である。この正確な時間測定を使用して、データストリームから要求されるデータの広がりを区切り、適切な電圧基準のゼロクロスを計算することができる。これを使用して、上述した電圧角度計算を実行する。
【０１４６】
様々な実施形態では、電圧角度測定Ｓ１０２６及び復調測定Ｓ１０２８からの情報は、明確化ステップＳ１０３０において使用することができる。そのような状況では、電圧角度測定及び復調測定は、明確化ステップ前に実行しなければならない。
【０１４７】
復調プロセスＳ１０２８は、複数の中心周波数にわたる複数の給電線位相でのメッセージの復調を意図する。中心周波数はコンテキスト固有であり、土台をなす変調方式に依存する。一実施形態では、変調器／復調器（モデム）は、単一の搬送波を使用し、中心周波数はこの搬送波周波数に対応する。
【０１４８】
別の実施形態では、モデムは複数の搬送波を使用する。一実施形態では、データストリームから要求されるデータは、ＧＬＡプリアンブルではなくパケットのメッセージ部分のみを含む。一実施形態では、復調は、全ての中心周波数にわたる全ての給電線位相に対して実行される。別の実施形態では、復調は、ＧＬＡ信号が検出された給電線位相信号に対してのみ実行される。
【０１４９】
関連する各給電線位相について複数の中心周波数にわたり復調する幾つかの方法がある。一実施形態では、復調は、復調器中心性能メトリックにわたり定義される閾値を超えるまで、全ての中心周波数にわたり実行され、閾値を超えた場合、チャネルに関連付けられた復調タスクは終了する。定義された閾値を超えない場合、最大の復調器中心メトリックをもたらす中心周波数の結果が、後の処理のために保存される。
【０１５０】
別の実施形態では、復調は、全ての中心周波数にわたり実行され、事後、正確又は最適な中心周波数が導出される。前の実施形態のように、最適な中心周波数は、復調器中心メトリックの仕様に由来する。
【０１５１】
所与の下流への送電器について、ＧＬＡ信号は、任意の数の給電線位相に見られることもあれば、又はいずれにも見られないこともある。この影響の潜在的な原因は、給電線と位相とのクロストークである。
【０１５２】
復調されたペイロードデータは、グリッド測定値を含め、様々なタイプの情報のいずれも含むことができる。例えば、下流への送電器は、電圧及び消費電力を局所的に測定するように構成することができる。
【０１５３】
明確化プロセスの目的は、報告への準備として、全ての給電線位相にわたって行われたＧＬＡアラインメント、グリッド測定、電圧角度測定、及び復調プロセスからの結果を集計し準備することである。一実施形態では、準備は、給電線位相の集計結果から導出される１つ又は複数のメトリックに基づいて、全ての給電線位相をソートすることを含む。別の実施形態では、準備は、給電線をソートし、次に位相を別個にソートすることを含む。
【０１５４】
明確化プロセスが完了すると、プロセスはリポート生成プロセスＳ１０３２に続く。リポート生成プロセスは、明確化プロセスから生成された、集計、ソートされた出力構造をとり、データを直列化可能なデータフォーマットにフォーマットし、結果の内容を保存する。一実施形態では、内容はディスクに書き込まれ、後に管理データベース内に保存される。別の実施形態では、内容は直接、管理データベースに書き込まれる。
【０１５５】
リポート生成プロセスの終了時、プロセスは、より大きな時間調整が現在の送信を越えて進むのに適切なＧＬＡ検出状態Ｓ１０２０に進む。
【０１５６】
本発明は特定の例示的な実施形態を参照して説明され示されたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、多くの変更、結合、及び置換を行うことが可能なことを理解されたい。例えば、上記考察は大方、ＴＤＭＡ通信に関して本発明の用途を開示しているが、本発明はそのように限定されず、他の通信システム、例えば、ＦＤＭＡを利用することもでき、この場合、選ばれた通信システムを反映するように通信動作及び処理を変更する必要がある。さらに、本発明は、ＧＬＡ信号を利用することに関して説明されるが、本発明はそのように限定されず、他の適切なデータバーストヘッダーデータが、選ばれたヘッダーデータを認識し処理するようなシステムの対応する変更を用いて利用することができる。したがって、本発明は、上記説明により限定されるものとして見なされるべきではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
2018504079.tif 000013
【図２】
2018504079.tif 000014
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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2018504079.tif 000023
2018504079.tif 000024