(57)【要約】  複数の配電線上の送信機の給電線及び位相を推測するためのシステム及び方法。システムは、１つ又は複数の位相及び１つ又は複数の線路を有する低電圧配電グリッドと、測定データを送信するためのメカニズムと、測定データを受信するためのメカニズムと、送信が注入される位相及びフィードを推測するため送信済みデータを分析するメカニズムとを含んでもよい。
2016521962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信デバイスが接続される２つ以上の候補給電線及び位相を有する配電グリッドに関して回路トポロジを判定するためのシステムであって、
電力線に接続された少なくとも１つのオングリッド送信デバイスであって、該少なくとも１つのオングリッド送信デバイスが電力を得ている前記電力線上に少なくとも１つの信号を注入することが可能な、少なくとも１つのオングリッド送信デバイスと、
少なくとも前記電力線に接続された変電所において接続された少なくともオングリッドセンサデバイスと
を備える、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、更に、
前記送信デバイス用の電力の候補供給源である各給電線及び位相に対して、少なくとも前記電力線に接続されている前記変電所において接続されている前記センサデバイスを備える、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、
前記オングリッド送信デバイスは、少なくとも、プロセッサと、コンピュータが読み取り可能なメモリとを備えるユニットである、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであって、
前記センサデバイスは、少なくとも、プロセッサと、コンピュータが読み取り可能なメモリとを備えるユニットである、システム。
【請求項５】
送信機のグリッド位置を推測するためのシステムであって、
低電圧変圧器に関連する配電グリッドに接続された送信機と、
配電グリッドの接続箇所に位置付けられた受信機であって、前記配電グリッドの少なくとも１つの給電線の複数の位相を受信するように接続される、受信機と
を備える、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムであって、
送信機は、少なくとも、コンピュータプロセッサと、コンピュータが読み取り可能なメモリとを備えている、システム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムであって、
前記送信機は、プローブ送信信号の複数の構造を提供するように構成されている、システム。
【請求項８】
２つ以上の候補給電線及び位相を有する配電グリッドに関して回路トポロジを判定するための方法であって、
電力線に接続された少なくとも１つのオングリッド送信デバイスを使用して送信することであって、該少なくとも１つのオングリッド送信デバイスが、該少なくとも１つのオングリッド送信デバイスが電力を得ている前記電力線上に少なくとも１つの信号を注入することが可能な、電力線に接続された少なくとも１つのオングリッド送信デバイスを使用して送信することと、
少なくとも前記電力線に接続された変電所において接続された少なくとも１つのオングリッドセンサデバイスを使用して、前記電力線上で信号を受信することと、
どの給電線が前記送信デバイスに関連するかを判定するために前記受信信号を分析することと
を備える、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
前記１つの信号は、データ搬送信号である、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記１つの信号は、プローブ送信部を含むデータ搬送信号を含む、方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であって、
前記１つの信号は、プリアンブル、プローブ送信部、及びデータセグメントを含むデータ搬送信号を含む、方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の方法であって、更に、
前記受信信号を実質的に継続的に記録するステップを備える、方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の方法であって、更に、
記録ポリシーに基づいて前記受信信号を実質的に記録するステップを備える、方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の方法であって、
前記分析することは、更に、前記データを分析するため投票ポリシーを適用するステップを備える、方法。
【請求項１５】
請求項８に記載の方法であって、
前記分析することは、更に、前記データを分析するためチェックポリシーを適用するステップを備える、方法。
【請求項１６】
請求項８に記載の方法であって、
前記送信することは、更に、１つ又は複数の信号を、個々に送信するステップ、組み合わせて送信するステップ、又はシーケンスで送信するステップのうちの１つを備える、方法。
【請求項１７】
請求項８に記載の方法であって、
前記受信することは、更に、１つ又は複数の信号を、個々に送信するステップ、組み合わせて送信するステップ、又はシーケンスで送信するステップのうちの１つを備える、方法。
【請求項１８】
２つ以上の給電線及び位相からの、請求項５に記載の前記信号を分析する方法であって、どの給電線及び位相のエンドポイント送信機が接続されて送信しているかについて判定が行われる、方法。
【請求項１９】
請求項８に記載の方法であって、
前記分析することは、更に、２つ以上の変電所上の２つ以上の給電線及び位相の前記信号を分析するステップを備え、どの変電所及び給電線及び位相が接続されて送信しているかについて判定が行われる、方法。
【請求項２０】
請求項８に記載の方法であって、
前記送信することは、更に、それが接続される線路電圧のゼロ交差ポイントに対して固定されたタイミング関係で送信することを備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１３年６月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／８３４，５７３号の利益を主張し、その開示は、参照によりその全体が本明細書に援用される。
［発明の分野］
本発明は、オングリッド送信機に電力供給する給電線及び位相を推測するために配電グリッド上の信号を使用することに関し、具体的には、変電所から被測定負荷位置又は他の被監視位置までの電気の流れの経路を識別するためである。
［概要］
配電変電所は、高い送電線レベル（通常１３０ｋＶ〜７００ｋＶ）から中間電圧レベル（通常４ｋＶ〜約３５ｋＶであるが、より高い電圧が可能である）まで電圧を降圧する１つ又は複数の変電所変圧器を含み、中間電圧レベルにて、配電サービスエリア内の需要家に配電される。配電グリッドのエッジにおいて、多数のサービス変圧器があり、サービス変圧器は、配電グリッドの中間電圧を、商業用、産業用、及び家庭用需要家にとって必要とされる低電圧（米国では、通常１２０、２０８、２４０、２７７、又は４８０）に変圧する。これらのうちのいくつかに加えて他の電圧が、世界の他の場所で使用され得る。各サービス変圧器は、１つ又は複数の被測定負荷に電力を供給する。被測定負荷は、住宅、商業用又は産業用建物、例えば一連の街路灯等の地方自治体のインフラストラクチャの要素、例えば灌漑システム等の農業用装置、又は、配電グリッドから電力を引き出すことができる任意の他の被測定構築物、又は、これらの組み合わせとなり得る。
【０００２】
電力グリッドは、一般的に、２つの論理的領域、すなわち、１つ又は複数の送電グリッド及び１つ又は複数の配電グリッドからなると考えられる。送電グリッドは、例えば水力発電ダム、原子炉、風力発電所、及び、石炭火力又はガス火力発電所等の大型発電箇所で始まる。発電箇所からの電力は、高電圧交流（ＡＣ）として、長い高電圧線の緩く接続されたネットワークを通じて、例えば工場、農場、及び居留区等の、電力需要が存在する箇所まで送電される。送電グリッドのエッジにおいて、配電変電所の集合体が存在する。配電変電所は、１つ又は複数の変電所変圧器を含み、変電所変圧器は、高い送電線レベル（通常１３０ｋＶ〜７００ｋＶ）から、配電サービスエリア内の需要家に配電される（通常４ｋＶ〜約３５ｋＶであるが、より高い電圧が可能である）中間電圧レベルまで電圧を降圧する。配電グリッドのエッジにおいて、多数のサービス変圧器があり、サービス変圧器は、配電グリッドの中間電圧を低電圧（米国では、通常１２０Ｖ、２０８Ｖ、２４０Ｖ、２７７Ｖ、又は４８０Ｖ）に変圧する。これらのうちのいくつかに加えて他の電圧が、世界の他の場所で使用され得る。ある場合には、変電所変圧器とサービス変圧器との間に回路図上存在する、降圧変圧器と呼ばれる１つ又は複数の変圧器の段が、変電所変圧器とサービス変圧器との間で中間電圧低減を生成する。各サービス変圧器は、１つ又は複数の被測定負荷に電力供給する。負荷は、住宅、商業用又は産業用建物、例えば一連の街路灯等の地方自治体のインフラストラクチャの要素、又は例えば灌漑システム等の農業用装置であり得る。通常の配電グリッドは、電力の流れを平衡化し、調整するために使用される他の要素を含む。こうした要素の例は、キャパシタバンク、電圧レギュレータ、スイッチ、及びリクローザである。図１０は、電力グリッドの一般的なセグメントを図示している。
【０００３】
配電グリッドは、種々のトポロジ構成で設計され、展開されてきている。米国において、配電グリッドタイプは、通常、放射状、ループ、又はネットワーク化として特徴付けられている。台頭しつつある他の事例は、キャンパスグリッド及びマイクログリッドである。記載されていない更なるトポロジが世界の他の場所で使用されている。
【０００４】
図１１ａは、一般的な放射状グリッドのトポロジ回路図である。放射状グリッドにおいて、変電所は、１つ又は複数の変電所変圧器を有している。各変電所変圧器は、１つ又は複数の変電所バスを有している。１つ又は複数の３相給電線は、各変電所バスから外側に「放射状に広がり」、単相、２相、又は３相の側線が給電線から分岐し、タップオフ箇所（又は、単に「タップ」）が、次に、側線から分岐する。放射状グリッドは、単純であるため、設計し構築するのが安価であるが、停電に対して最も脆弱である。その理由は、放射状グリッドが、通常、冗長な電力経路を欠くため、どんな遮断でも、少なくとも１つの負荷に電力を喪失させるからである。
【０００５】
図１１ｂは、一般的なループ配電グリッドのトポロジ回路図である。ループグリッドにおいて、選択給電線の各端部は、例えば変電所変圧器のバス等の電力源に取り付けられる。ループが損傷を受けていない場合、電力は、いずれかの変電所変圧器が運転中であれば、全ての負荷において利用可能である。ループ内に遮断が存在する場合、双方の変圧器が運転中であると仮定すると、電力は全ての負荷において利用可能である。通常の状況において、一度に１つの変電所変圧器だけが、グリッドの各セグメントに電力を送っていることを保証するために、スイッチのシステムが使用される。
【０００６】
図１１ｃは、一般的なネットワーク化グリッドのトポロジ回路図である。このトポロジは最大の冗長性を有している。複数の電力源を使用することに加えて、全てのサービス変圧器は、メッシュ配置構成における２次側で互いに連結される。任意の箇所で停電を引き起こすために、接続における複数の遮断が必要とされる。ネットワーク化グリッドは、構築及び維持するのに最も費用がかかり、通常、高い値で重要度が高い負荷が共に接続される、例えばマンハッタン又はワシントンＤＣ等の主要な都市エリアで使用される。
【０００７】
図１１ｄは、マイクログリッド又はキャンパスネットワークを示している。マイクログリッドは、配電技術において伝統的ではなく、省エネルギー及び再生可能電力源からのエネルギーの分散発電に対する注目の増加に対する応答として台頭している。多くの変形が可能である。このタイプのグリッドは、一般的に、より広範囲の配電グリッドに取り付けられるが、そこから分離可能であり、また、例えば風車、太陽電池パネル、又は充電可能な蓄電池等のそれ自体の電力源並びに負荷を含み得る。ネットワーク全体は、低電圧線路を使用し得る。
【０００８】
配電変電所は、送電グリッドから１つ又は複数の大電力変圧器への高電圧電力を受ける。配電変圧器は、負荷タップ切替装置と呼ばれる、ある種のレギュレータを組み込んでもよく、負荷タップ切替装置は、変圧器の２次巻線回路の一部の巻回部を含むか又は排除して、入力電圧と出力電圧との比を変えることによって、変圧器が配電バス（変電所バス）に送る電圧を変更する。１つ又は複数の給電線は、変電所バスに依存する。あまりにも多くの給電線が必要とされる場合、更なる変圧器及びバスが使用される。
【０００９】
グリッドのコンポーネントを監視及び制御するために、変流器（ＣＴ）又は例えばホール効果センサ等の他の電流センサが、変電所内で電力搬送導体に取り付けられる。ＣＴは、監視されている高電圧導体で送られる電流に正確に比例する低電流をループ状導体上に出力する。これらの低電流出力は、変電所内の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に接続するのに適している。１次監視用ＣＴが、設計され、変電所内に構築される。その理由は、電流が流れている間に高電圧コンポーネントに対してＣＴを変更するか又は追加することが不可能であるか又は危険であるからである。一方、追加のＣＴは、電力送出に影響を及ぼすことなく、必要に応じて、低電流ＳＣＡＤＡループに安全に追加され得る。
【００１０】
電力線自体に加えて、配電グリッドは、電力の流れを調整し、絶縁し、安定化し、迂回させることを意図される多数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、（通常は、力率補正のための）キャパシタバンク、及び２次電圧レギュレータを含む。これら全てのデバイスは、グリッド上の種々の負荷及び２次電力源がそうであるように、データ搬送ネットワークとして考えられるとき、配電グリッドの動作に影響を及ぼす。急激な状態変化を有するデバイスは、負荷のターンオン／オフがそうできるように、グリッド上にインパルスノイズを導入することになる。例えば変圧器及びキャパシタバンク等の一部のデバイスは、一定周波数の信号をフィルタリングし、減衰させる。需要家負荷及び関連するメータをサービス変圧器に接続するワイヤ以外に、サービス変圧器は、通常、電力が実際に需要家に送られる前の配電グリッドの一番外側の要素である。メータは、一般的に、サービス変圧器からの電力が需要家に送られる箇所に取り付けられる。サービス変圧器は、メータがそうできるように、３相又は単相であり得る。
【００１１】
昔からメータを読み取ることは、電気事業者が負担する最大の運転コストのうちの１つであった。元々、電気メータは、視覚的読出部を有するアナログデバイスであり、アナログデバイスは、公共料金請求プロセスを進めるために、毎月手作業で検査されなければならなかった。１９７０年代の初め、メータデータをデジタル化し、その収集を自動化するためのメカニズムが展開され始めた。これらのメカニズムは、ウォークバイシステム又はドライブバイシステムから進化しており、ウォークバイシステム又はドライブバイシステムでは、メータが、その現在の測定値を短距離無線信号を使用してブロードキャストすることになっていて、その短距離無線信号は、メータを読み取る人が携行するデバイスによって受信されていた。これらの初期のシステムは、自動化メータ読取りシステムすなわちＡＭＲとして知られていた。後に、メッシュ構成の短距離ＲＦ中継器と、集められた測定値を転送するための広帯域バックホール手段を備える収集箇所との組み合わせを一般的に使用する種々の専用のデータ収集ネットワークが展開され始めた。
【００１２】
これらのネットワークは、電力事業サービスセンタにおける「測定ヘッドエンド」と、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が可能であって、また、高度測定インフラストラクチャ、すなわちＡＭＩと一般的に呼ばれる。ＡＭＩは、頻繁に、一般的に、１５分ごと程度の頻度で測定値を収集及び記憶することができ、また、それら測定値をほぼその頻度で報告することができる。ＡＭＩは、この特徴が控えめに使用される場合、要求に応じていずれのメータも読み取ることができ、また同様に、要求に応じていずれのメータも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、要求管理、及び可変レート請求のために信号を需要家デバイスに渡すことができる。ＡＭＩネットワークが、メータにおける交差部を除いて、配電グリッドから分離しているため、ＡＭＩメータは、グリッドトポロジの変化又はグリッド上のある条件の変化を認識することも感知することもない。それでも、ＡＭＩの導入は、しばしば、真のスマートグリッド実装の方向への第１ステップである。
【００１３】
ＡＭＩネットワークは、一般的に、メータの読み取り及び要求管理以上のスマートグリッドアプリケーションをサポートするために必要とされる全ての機能を有するわけではない。有意には、ＡＭＩネットワークは、通常、電気グリッドを送信媒体として使用しない。ＡＭＩネットワークは、被測定負荷箇所だけを監視し、したがって、配電グリッド上の他の場所の電気的変化及び条件を検出しない。更に、エッジから中央集線装置までのデータ搬送容量は、一般的に、メータデータ及びわずかに多いデータにとって適切である。
【００１４】
省エネルギー、アセット保護、非技術的損失検出、負荷平衡化、障害分離、及び回復管理のための精緻なスマートグリッドアプリケーションは、グリッドアセット、グリッドのいくつかのセグメント上の負荷及び条件、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の状態に関する正確な情報を必要とする。この情報は、同じアセットの地理空間的場所と共に、グリッドマップと呼ばれ、通常、データベースに格納される。一般的に、ＡＭＩネットワークは、センサメカニズム、監視機能、又はこれらのタイプの情報を提供する帯域幅を有しておらず、その結果、現代のグリッドマップデータベースがリアルタイムに更新されるのは稀である。
【００１５】
公益事業者は、一般的に、配電グリッドの２つのマップ又はモデルを維持する。物理的ネットワークモデル（ＰＮＭ）は、グリッド上でアセットの地理空間的場所を集める。ＰＮＭは、最新のＧＰＳ技術のおかげで、例えば変電所、キャパシタバンク、変圧器、及び更に個々のメータ等の箇所アセットに関して適度に正確であるが、この情報の正確さは、一般的に、アセットが位置付けられる配電グリッド上で遠ければ遠いほど減少するか、又は、アセットの価値の関数として逆数的に減少するか、又は、所定のアセットがアクセスされる周波数の関数として直接的に減少する。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ことに失敗することに起因し、意図的な変更と意図しない変更との双方を含む。例えば、サービス変圧器は、通りの拡大の結果として、通りの一方の側から他の側に移動し得る。こうした移動は、あるエリア内のサービス変圧器の間での被測定負荷の分割の変更を更にもたらす場合がある。
【００１６】
長手方向アセット、特に、埋設ケーブルは、ＰＮＭにおいてあまりうまく示されない。ＰＮＭは、長手方向アセットの場所に関する設計通りのデータを含み得るが、多くの場所においては、全地球測位技術が成熟する前にケーブルが載置されたため、設計は、地上レベルの調査に基づいており、オリジナルのマップは、変更を反映するために更新されている場合があるか更新されていない場合がある。したがって、設計通りのデータからの場所は不正確である場合があり、その後の表面変化は、中間電圧及び低電圧配電線がとる地理的経路を照合する問題を複雑にする。
【００１７】
第２のモデルは、論理ネットワークモデル、すなわちＬＮＭである。ＬＮＭは、グリッドコンポーネントがどのように接続されているかを、それらの地理空間的場所を参照することなく記述する。ＬＮＭは頻繁に変化する。修理の過程中に、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。こうした変化は、ＬＮＭとＰＮＭとの双方に影響を及ぼす場合がある。多くの公益事業者において、こうした意図的な変更は、フィールドエージェントによって手作業で記録される。手作業の報告は、ＬＮＭ及びＰＮＭにおいて更新される場合があるか又は更新されない場合があり、更新が行われるとき、メンテナンスが行われるときと、それが記録されるときとの間の時間差が重要となり得る。問題は、例えばリクローザ等の自動化されてはいるが監視されないスイッチング要素及びデバイスによって意図しない変更が自動的に実行されることによって悪化する。
【００１８】
したがって、グリッド回路図マッピングの基本的な問題は、どの変電所、バス、給電線、及び位相が特定のメータ又は他の監視箇所に電力を供給するかを決定することを含む。
上記問題はそれ自体が複雑ではあるものの、配電グリッドの周辺における配線（すなわち、サービス変圧器から１つ又は複数の電気メータへの配線）が、グリッド回路図マッピングを実施する困難さを著しく増大する。この配線は、米国で一般的であるように、放射状トポロジを有し得るか、又は、ヨーロッパでより一般的であるように、リニア又は「バス」トポロジを有し得る。世界の他の場所において、放射状トポロジとバストポロジとの双方が見出され得る。変圧器が柱上に設置され、タップ線が地上の上にある場所において、この配線が明白であろうと考えられるであろう。しかしながら、これらの場所において、メータが取り付けられる変圧器を変更するように修理が行われることは、暴風雨、交通事故、又は予定された建設工事によって引き起こされる停電の後では非常に容易である。密集地域において、特に、複数の変圧器が１つの電柱に取り付けられるとき、束ねられかつ十字交差する電力線が建物を変圧器にどのように接続するかは常に明らかであるわけではない。
【００１９】
変圧器がパッドマウント型又は地下型であり、タップが地下を亘っている場合、建設工事は、グリッドマッピングより前である可能性がある。その場合、利用可能となり得る唯一のデータは、調査によって行われる回路図設計である。一般的に、この配線が仕様に従って厳密に構築されたのか、又は、その後の修正の影響がどうであったかについての信頼性のある記録は全く存在しない。
【００２０】
正確な配電回路マップを有することの実用的な利益は、グリッドにおける損失の低減、負荷及び位相の平衡化、停電時間の減少、信頼性の向上、安全性の向上、アセット保護、トレンド判定、及び窃盗検出を含むが、それらに限定されない。公益事業者が配電回路図情報を正確に判定することを可能にするリアルタイム又はほぼリアルタイムの情報を提供できるシステムを有することが望ましいであろう。
【００２１】
「Ａ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｅｒｒｉｎｇ  Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ  ａｎｄ  Ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｇｒｉｄ」という名称で、参照によりその全体が本明細書に援用される米国特許出願第１３／８７１，９４４号は、異なる周波数の純粋なトーンのシーケンス、あるいは、同時に送信される２つ以上の純粋なトーンの組み合わせの１つ又は複数のシーケンシャルなグループからなるプローブ送信部を送信し得るオングリッド送信機を教示している。電気メータにおける低電圧電力線又は他の低電圧アクセスポイント上に電流を注入することによって送信が行われる。上記出願は、配電変電所又は他の中間電圧アクセスポイントに位置するオングリッド受信機を更に教示し、その受信機は、１つ又は複数の中間電圧給電線の３つ全ての相を監視するように構成される。受信機は、全ての被監視電力線上で信号を連続してデジタル化して記録し、記録される信号をサンプリングし、プローブ送信部を認識しようと試みる。電気グリッドの物理的特徴のため、１つの給電線の厳密に１つの位相上に注入されるプローブ送信部は、被監視電力線の１つ又は複数上で検出されて認識され得る。受信機は、それぞれの被監視線の位相及び受信機が属する給電線の回路図アイデンティティを推測的に把握する。受信機はまた、プローブ送信部内のトーンの周波数、グループ化、及び継続期間を把握する。送信機は、その給電線−位相アイデンティティを認識しない。受信機の１つのタスクは、送信が認識された被監視線の数によらず、送信機がプローブ送信部を注入した位相及び給電線を推測することである。
【００２２】
プローブ送信部が１つの被監視線上のみで検出される場合、その線は、送信機の給電線及び位相を反映していると仮定することができる。しかしながら、プローブ送信部が２つ以上の被監視線上で検出される場合、その線が送信機の給電線及び位相を反映していると仮定することができない。したがって、２つ以上の被監視線においてプローブ送信部の給電線及び位相を判定できることが望ましいことになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本明細書に援用され、また、本明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明の実施形態を図示し、説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【図１】単一オングリッド送信部の例示的な構造の図である。
【図２】単一オングリッド送信部の別の例示的な構造の図である。
【図３】変電所における配電グリッド上のＡＣ波形のスナップショットの（正確な縮尺ではない）グラフである。電力基本波及びその奇数調波が強調されている。
【図４】投票プロセスに関するチェックの例示的な図であり、電力基本波の位相固有のゼロ交差点で始まるプローブ送信部を示す図である。
【図５】変電所における送信機によって注入された信号を検出することによって低電圧変圧器のグリッド場所を推測することの困難性を描いているグラフである。図５に示すグラフは、全部で５つの給電線を有する配電変電所の１つの給電線の１つの位相上に低電圧信号を注入することによって生成された。
【図６】投票方法を適用する別の例示的な方法である。
【図７】別のトーングループが送信されている間、アイドル周波数を提供するトーングループの例である。
【図８】別のトーングループが送信されている間、アイドル周波数を提供するトーングループの別の例である。
【図９】単一オングリッド送信部の更に別の例示的な構造の図である。
【図１０】発電箇所から、需要家への配電変電所までの電力経路の簡略化した図示であり、配電グリッドの高電圧領域、中間電圧領域、及び低電圧領域を示し、また、配電グリッドの主要な特徴のいくつかを示す。
【図１１ａ】放射状アーキテクチャの配電グリッドの簡略化した部分図であり、グリッドトポロジにおけるサイクルの欠如を示す。
【図１１ｂ】ループ状アーキテクチャの配電グリッドの簡略化した部分図であり、それぞれが、図示する住宅のグループに低電圧電力を送るサービス変圧器に電力を送ることが可能な２つの変電所を描いている。
【図１１ｃ】ネットワーク化アーキテクチャの配電グリッドの簡略化した部分図である。図示する４つの給電線は、単一の変電所（通常）又は複数の変電所で始まり得る。長方形グリッドは、サービス変圧器をピアツーピアで低電圧側に接続するため、全ての給電線は、変電所の下の負荷に電力を同時に送出する。
【図１１ｄ】キャンパスネットワークの簡略化した部分図である。３相変圧器は、４８０ボルトバスに電力を供給し、キャンパスを通してわたる多数の３相側線は、４８０ボルトバスに依存し、個々の電気コンセントに電力を供給する。低電圧発電箇所をバスに追加すること及び配電線からバスを絶縁する手段を設けることは、キャンパスネットワークを自給自足マイクログリッドに変換する。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［発明の詳細な説明］
以下の詳細な説明において、本発明の一部を形成し、また、本発明の特定の例示的な実施形態がその中で例証として示される添付の図面に対して参照が行われる。これらの実施形態は、当業者が本発明を作り使用することを可能にするのに十分に詳細に記載され、また、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、開示される特定の実施形態に対して、構造的、論理的、又は他の変更を行ってもよいことが理解される。
【００２５】
本発明は、プローブ送信部が２つ以上の被監視線上で検出されるとき、送信機の給電線及び位相を推測する方法を開示する。
図５は、変電所における送信機によって注入された信号を検出することによって低電圧変圧器のグリッド場所を推測する困難性を図示している。図５に示すグラフは、全部で５つの給電線を有する配電変電所の１つの給電線の１つの位相上に低電圧信号を注入することによって生成された。信号は、１ＫＨから４ＫＨまでの周波数に連続して増加する「掃引」であった。変電所における受信機は、１５本の全ての電力線（５つの給電線それぞれの３つの相）を監視して、掃引周波数の受信信号強度（ＲＳＳＩ）を記録した。データセット５０２は、送信機の給電線−位相上の掃引のＲＳＳＩを表す。データセット５０３は、変電所における１４本全ての他の給電線−位相線上で受信されたときの掃引のＲＳＳＩを表す。掃引は１５本全ての線上で検出可能であった。掃引に関して述べたが、本発明はそのように限定されない。この現象は、クロストーク又はクロスオーバと呼ばれる。予想されるように、注入線上の信号は、周波数の関心帯域５０１のほとんどにわたって他の信号より強かった。しかしながら、クロスオーバ受信信号の信号強度が、周波数が増加するにつれてスムーズに減少しないこと、及び、ある周波数において、クロスオーバ信号が、実際には注入線上の信号より強いことに留意されたい。増幅された周波数が、所定期間にわたって同じ配電グリッド上で一貫したままでなく、また、全ての配電グリッドの動作が同じでもないことを、反復した測定が示している。そのため、注入線が知られていないときに注入線を識別することは重要な問題になる。
【００２６】
図１及び図２は、グリッド位置認識（「ＧＬＡ」）ネットワーク内のオングリッド送信部の多数の考えられるパターンのうちの（米国出願第１３／８７１，９４４号に開示されているような）２つの例を図示している。図１は、プリアンブル１０２、プローブ送信部１０３、及びデータセグメント１０４を含む例示的なデータ搬送送信部を示す。メッセージは、タイミングガードバンド１０１及び１０５によって、それぞれ先行され、追従され、タイミングガードバンドにおいて、このオングリッド送信機は送信することを控えるだけでなく、好ましいアプローチでは、同じ１つ又は複数の変電所によって電力供給されるオングリッド送信機はどれも送信することを許可されない。プローブ送信部１０３は、１つのアプローチでは、送信部のＧＬＡ部分である。図２は、送信機のグリッド位置を推測するためだけに行われるプローブ送信部２０３を含む例示的なオングリッド送信部を示す。図２の構造において、プローブ送信部２０３は、１つのアプローチでは、送信部のＧＬＡ部分である。同様に、例えば２０１、２０２、２０４、及び２０５等の１つ又は複数のアイドルサンプリング期間は、送信部のＧＬＡ部分に先行し、追従してもよい。２つのオングリッド送信部だけが示されているものの、本発明はそのように限定されず、本発明を実施するために適用される多くの異なるオングリッド送信部が存在し得る。
【００２７】
送信機のグリッド位置を推測するため、変電所又は配電グリッド上の他の接続箇所に位置付けられた受信機は、送信機のグリッド位置を把握することが必要とされる少なくとも１つの給電線の全ての位相を監視する。好ましいアプローチにおいて、送信機は、少なくともプロセッサ及びコンピュータが読み取り可能なメモリを有する専用又は汎用コンピュータである。送信機はまた、信号を送信するための適切な回路要素を含み、受信機は、信号を受信するための適切な回路要素を含む。送信機は、通常、エンドポイント送信機である。好ましいアプローチにおいて、受信機又はセンサは、少なくともプロセッサ及びコンピュータが読み取り可能なメモリを有する専用又は汎用コンピュータである。受信機は、一般的に変電所受信機である。特定の変電所変圧器の全ての給電線が監視されることは好ましいが必要とされない。受信機は、それぞれの被監視電力線上の波形（すなわち、給電線の位相）をデジタル化して記録し、送信部とアイドル期間との双方を記録する。図１の構造のような送信部が適用される例示的な状況において、受信機は、セクション１０１、１０２、１０３、１０４、及び１０５を記録するが、送信部を記録することに対する他のアプローチが適用され得る。図２の構造のような送信部が適用される例示的な状況において、受信機は、セクション２０１、２０２、２０３、２０４、及び２０５を記録し得る。１つのアプローチにおいて、受信機は連続して記録する。別のアプローチにおいて、受信機は、送信が予想される間隔のあたりだけを記録するため、受信機の自由にポリシー情報を使用して記録する。
【００２８】
本発明の一実施形態において、受信機は、記録するにつれて、各線をサンプリングし、プリアンブル１０２又はプローブ送信部（１０３，２０３）を認識しようと試みる。プリアンブル又はプローブ送信部が識別されることによって送信が認識されると、記録は、少なくとも、十分なアイドル時間が収集されるまで継続する。受信機は、その後、記録から重要な周波数／振幅サンプルを抽出し、次のように「投票」プロセスを行う。重要な周波数は、トーン周波数と呼ばれる。その理由は、こうした各周波数が、プローブ送信部内の純粋なトーンとして送信されるからである。各トーン周波数における振幅（又はＲＳＳＩ）は受信信号のエネルギーを反映する。
【００２９】
図２の構造が送信されているときの例示的な投票プロセスにおいて、
１．記録の各セクション（例えば、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５）が処理されて、各セクションで見られる各トーン周波数におけるエネルギーを判定する。記録することができるアイドルサンプルの数及び継続期間は可変であり、少なくとも１つが存在する。
【００３０】
２．各トーン周波数について、アイドルサンプルのエネルギーの平均が、プローブ送信部２０３におけるエネルギーから減算される。
３．各周波数におけるエネルギーの大きさは、全ての被監視給電線−位相線にわたって比較される。
【００３１】
４．最大エネルギーを有するほとんどのトーン周波数を有する被監視（給電線−位相）線はデバイスのグリッド位置と呼ばれる。
５．最大エネルギーレベルの数において同数の場合、それぞれの同数の線上で最も高かった周波数で見られるエネルギーの大きさの合計が算出される。加数の数が、それぞれの同数の線について同じになることを思い出されたい。その理由は、それが同数の定義であるからである。その後、最も高い合計されたエネルギーを有する線が、デバイスのグリッド位置であると判定される。
【００３２】
好ましいアプローチにおいて、例えばプリアンブル１０２及びデータ１０４等の送信部のデータ搬送セクションは測定値に含まれない。その理由は、これらのセクションにおいて、エネルギーが、一貫性のある又は予測可能な方法ではないが、送信機によって注入することができるからである。したがって、これらのセクションは、線の「バックグラウンド」エネルギーを判定するのに有用でない。トーン周波数が、電力基本波の調波を回避するように選択されることも留意されたい。
【００３３】
好ましいアプローチにおいて、送信機が、送信箇所で電力基本波のゼロ交差で常に送信を始めることが可能である場合、上述した方法に対するチェックが可能である。
図３は、一般的な配電グリッドの給電線−位相線上の周波数スペクトルのローエンドの特徴を共に図示している。スペクトルの重要な特徴は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ電力基本波３０１、その調波３０２、及びノイズフロア３０３である。時々、インパルスノイズのスパイクが通常のノイズフロアを超える場合があることが留意されるべきである。エッジ送信機によって送信される変調済み信号のための定義済みの１つ又は複数のチャネルは、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ電力基本波と、ホスト電力グリッド上のサービス送信機のローパス閾値との間に存在する広帯域候補スペクトルを占めている。特定の変電所用の候補スペクトルは、測定によって判定され、ポリシーによって設定され、規制の制約を受ける。測定は、候補スペクトルの１つ又は複数のどの帯域が、各変電所変圧器で確実に受信されるかを判定する。使用可能な帯域が確実な送信に必要とされる帯域幅より広い場合、チャネル帯域は可変であると定義され得る。こうした場合、リモートハブは、送信する前に、以下で本明細書において述べる測定を行って、現在の条件で、より広いチャネルのどの部分が、送信するのに現在のところ最も好ましいのかを判定する。逆に、変電所に位置付けられた受信機では、プリアンブル検出器は、使用可能な広い帯域全体をサンプリングし、プリアンブルがどこで検出されたかに基づいて送信機によって使用される実際の帯域を判定する。受信機の位置は、電力の流れを提供する回路要素に関する重要な情報を提供し得る。
【００３４】
投票プロセスに関する例示的なチェックを示し、また、電力基本波４０３の位相固有のゼロ交差ポイント４０２で始まるプローブ送信部４０１を含む図４を参照する。給電線の３つの相の位相が１２０°ずれているため、受信機で測定される、給電線／位相線による送信機の送信のタイミング関係に基づいて送信機の位相位置を判定することが可能である。２つ以上の線が、エネルギーに基づく方法に関して同数である場合、送信と同相にある同数の線は、デバイスのグリッド位置として選択される。送信の位相は、後者の方法によって排他的に判定されてもよいが、ＲＳＳＩの測定が無い場合、送信の給電線の指示は全く存在しない。
【００３５】
先に開示した投票アルゴリズムに関する別のチェックは、全ての給電線−位相にわたるバースト復調の実行であってもよい。例えば、１０４等のメッセージのデータセグメントは、順方向誤り訂正（「ＦＥＣ」）又は循環冗長検査（「ＣＲＣ」）情報を含んでもよい。最もエネルギーが高い受信メッセージ、又は、同数の場合、最もエネルギーの高い受信メッセージのうちの１つが、メッセージのデータセグメント又はプリアンブル内でビットエラーを有するとき、エネルギー「投票」は、トーン周波数のうちの１つの周波数に関するインパルスノイズによって歪まされている可能性がある。
【００３６】
更に、１つのアプローチにおいて、データ搬送メッセージは、送信機のグリッド位置に関連する他の情報を含んでもよい。具体的には、データセクションは、送信機のアイデンティティを含んでもよい。格納されたグリッドマップデータベースを受信機が利用できる場合、送信機についての推測された現在のグリッド位置を、同じ送信機の以前に推測されたか又は知られているグリッド位置と比較してもよく、これを、推測の結果に関する決定を通知するのに使用してもよい。グリッドのエッジにおけるデバイスのグリッド位置は、修理、グリッドに対する追加、配電グリッドの特徴部のスイッチ状態の変化、及び同様なものに起因して、実際には時々変化する。しかしながら、こうした変化が起こってしまう可能性をグリッドマップから判定することが可能である場合があるか、又は、その矛盾が状況分析プロセスに対する入力になる場合がある。
【００３７】
先に開示した投票方法を実行する、よりコンパクトな方法を図示する図６を参照する。この方法において、プローブ送信部は、所定のシーケンスで次々に送信される少なくとも２つのトーングループを含む。シーケンスは反復されてもよい。シーケンスは、好ましいアプローチにおいていつも通り、受信機に把握されている。プローブ送信部が、所定のシーケンスで送信される２つの周波数トーングループ６０１及び６０２からなると仮定する。先に開示したように１つ又は複数のアイドルセクションを測定する代わりに、受信機はプローブ周波数だけを監視する。トーングループ６０１が存在する間、トーングループ６０２の周波数もまた、測定され、アイドルセクションの代わりに使用される。トーングループ６０２が存在する間、トーングループ６０１の周波数もまた、測定され、アイドルセクションの代わりに使用される。アルゴリズムは、その後、先に本明細書で述べたように進む。
【００３８】
図７及び図８は、他のトーングループの周波数が送信されている間に、１つのトーングループの周波数が、どのようにアイドル周波数を提供するのかを示している。図７及び図８は、例えば６０ヘルツ〜３８００ヘルツの周波数スペクトルのグラフであり、データポイントは、例えば−６０ｄＢ〜＋５０ｄＢの音量に対してプロットされている。図７において、リード線７０１に接続された太線バーは、トーンのセット（黒いトーン）、例えば１つのトーングループを表す。図上のプロットされた他のデータポイント（青いトーン）は、ノイズ、例えば、システム上の背景ノイズを表す。トーングループは背景ノイズと比較される。図８において、リード線８０２に接続された太線バーは、トーンのセット（青いトーン）、例えば１つのトーングループを表し、このトーングループは、図７のトーングループとは異なる。図上のプロットされた他のデータポイント（黒いトーン）は、ノイズ、例えば、システム上の背景ノイズを表す。第２のトーングループは背景ノイズと比較される。
【００３９】
同様に、タイミングガードバンド９０１及び９０４、組み合わされたプリアンブル及びプローブセクション９０２、及びデータセクション９０３を含む図９の例示的なメッセージフォーマットを考える。この実施形態において、メッセージプリアンブル及びプローブ送信部は、１つでかつ同じである。純粋なトーンはプリアンブルで起こるが、知られているパターンの変調済み識別子を重ね合わせてもよい。図６、図７、及び図８のコンパクトな投票方法は、パターンが十分なアイドルサンプルを提供するのかに応じて、適用可能である場合があるか、又は、適用可能ではない場合がある。アイドルサンプルを提供するためにタイミングガードバンド（９０１，９０４）を使用する方法が適用可能であることになる。
【００４０】
本発明は、特定の例示的な実施形態を参照して説明され、図示されたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、多くの修正、組み合わせ、及び置換を行うことが可能あることが理解されるべきである。したがって、本発明は、先の説明によって制限されるものとして考えられるべきではなく、特許請求の範囲によって限定されるだけである。
【図６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【国際調査報告】
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