公用設施網(wǎng)格的性能，即其可靠性、安全性和效率，可通過以下操作顯著改善：感測關鍵參數(shù)并使用那些結果來指導網(wǎng)格的操作和維護，識別故障，指導適當?shù)捻憫?，以及實現(xiàn)有效管理，諸如將可再生源并入電網(wǎng)中同時維持電力質量。

傳感器網(wǎng)絡通常用于監(jiān)控公用設施網(wǎng)格。這些傳感器網(wǎng)絡可包括網(wǎng)格末端處的智能測量儀、網(wǎng)格節(jié)點處的傳感器，以及在公用設施線路上或在其周圍的傳感器，這些傳感器用于測量網(wǎng)格參數(shù)，諸如水網(wǎng)中的流速、電網(wǎng)中的電力質量或公用設施網(wǎng)格中的壓力。這些傳感器是換能器，通常輸出代表所測量特性的模擬信號。這些輸出需要被表征以映射到那些特性的特定值，和/或被分類使得所述輸出可表示某領域的特定狀態(tài)，諸如需要調查的可能泄漏，或在將可再生資源并入電網(wǎng)時識別無功功率的增大。傳感器的表征通常通過臺架測試來完成，同時傳感器可在其周圍環(huán)境具有各種干擾；對公用設施網(wǎng)格監(jiān)控網(wǎng)絡上的傳感器進行原位表征是優(yōu)選的，但這對大量用于監(jiān)控公用設施網(wǎng)格的傳感器而言十分困難并且很難評價其中的許多傳感器。

分析網(wǎng)格傳感器數(shù)據(jù)并指導響應的趨勢是“大數(shù)據(jù)”，其使用大量網(wǎng)格歷史數(shù)據(jù)來構建用于分類和指導響應的模型。然而，這些大數(shù)據(jù)模型局限于相關性，因為它們挖掘歷史數(shù)據(jù)來構建模型，從而限制了其對于主動指導處理或進行精調的效果。另外，這些大數(shù)據(jù)模型通常需要大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)妨礙對特定網(wǎng)格節(jié)點或位置處的網(wǎng)格狀態(tài)進行高度粒度化理解，或僅可在長時間操作后實現(xiàn)此類粒度；一些方法已應用機器學習技術和改善的模型來增大速度和粒度，但即使是這些方法也持續(xù)依賴于來自被動采集的歷史數(shù)據(jù)的相關性。

已使用信號注入來突出網(wǎng)格故障，諸如發(fā)現(xiàn)其中從交流電網(wǎng)非法獲取電力的節(jié)點；這些技術依賴于已表征的高質量傳感器諸如“智能測量儀”并且是偶發(fā)性的全網(wǎng)范圍內的個別行為，并未協(xié)調以并發(fā)或順序地進行，并且因此不適用于對大量不同的傳感器進行原位校準。信號注入已還用于測試對網(wǎng)格的高電平，諸如在HVDC分配電平處的較大變化的全網(wǎng)響應。那些信號注入是大規(guī)模、單獨的且由人工介入，不易受到自動的較小規(guī)模局部測試或并發(fā)的或順序的具體實施的測試的影響，同樣不適用于原位校準和表征各個局部傳感器的響應。為了采用對位于受到高度感測的網(wǎng)格上的傳感器進行定期的原位表征的信號注入，需要能夠并發(fā)和順序地注入信號以增大樣本容量并實現(xiàn)自動化，且不會將傳感器響應與其它信號注入混淆。

公用設施網(wǎng)格管理將極大受益于對傳感器響應的實時因果理解，以利用大數(shù)據(jù)智能網(wǎng)格方法來克服問題并支持實時、粒度化的，和精調的網(wǎng)格監(jiān)控和管理，以更充分地利用智能網(wǎng)格的潛力來優(yōu)化網(wǎng)格參數(shù)并通過使能跨這些高度不同的系統(tǒng)以更局部的水平實現(xiàn)此類優(yōu)化來響應潛在網(wǎng)格反常。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及實施到公用設施網(wǎng)格中的信號注入的自動化協(xié)調，以通過接收可能的信號注入集、計算信號注入的空間范圍和時間范圍、生成具有不重疊范圍的信號注入集，并在給定時間和位置處將生成的信號注入集實施到公用設施網(wǎng)格中，來使能對網(wǎng)格事件的傳感器響應進行多次并發(fā)和順序的測試。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法的步驟的流程圖。

圖2為公用設施網(wǎng)格、其相關聯(lián)的傳感器網(wǎng)絡以及選擇用來通過本發(fā)明的示例來實施的信號注入的空間范圍的圖示。

圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。

圖4為本發(fā)明的系統(tǒng)的各種部件之間的信息流的數(shù)據(jù)流程圖。

圖5為用于將信號注入分配到特定時間和位置的迭代過程的流程圖。

圖6為示出系統(tǒng)實施方案的架構及其與公用設施網(wǎng)格交互情況的圖示。

具體實施方式

信號注入提供了一種表征傳感器響應或改善傳感器輸出分類的方式，以改善對通過傳感器網(wǎng)絡諸如“智能網(wǎng)格”工作監(jiān)控的公用設施網(wǎng)格上的當前網(wǎng)格事件的理解。當可以并發(fā)地和順序地運行對信號注入的傳感器響應的測試以最大化樣本容量并在理解傳感器輸出過程中產(chǎn)生空間和時間粒度時，可以最高效地改善和優(yōu)化這一理解，但所述各種測試并不與其它測試的結果混淆。因此，有利的是自動在時間和空間上將多個信號注入?yún)f(xié)調到公用設施網(wǎng)格中，從而確保相比較于其它樣本容量，將可能獲得更大的樣本容量，同時也確保樣本本身不會因重疊信號注入而混淆。所得的大量不混淆的實驗樣本允許生成可行的因果知識，其具有足夠的時間和空間粒度以推動局部優(yōu)化，實現(xiàn)“智能網(wǎng)格”優(yōu)化技術在管理網(wǎng)格維護、故障響應、提高效率和為網(wǎng)格運營商提供更豐富智力支持方面的潛力。

圖1為本發(fā)明的方法的流程圖。在步驟100中接收可能的信號注入集，在步驟102中計算可能的信號注入的空間范圍和時間范圍，在步驟104中選擇并協(xié)調多個可能的信號注入使得它們的空間范圍和時間范圍不重疊，以及在步驟106中將信號注入實施到公用設施網(wǎng)格中。任選地，在步驟108中，可以在信號注入的至少空間范圍和時間范圍內采集傳感器數(shù)據(jù)。傳感器數(shù)據(jù)為沿公用設施網(wǎng)格的傳感器的輸出，諸如測量網(wǎng)格參數(shù)的由換能器輸出的電場波形，或來自那些沿公用設施網(wǎng)格的傳感器的經(jīng)處理的輸出。數(shù)據(jù)采集也可連續(xù)進行，或在超出空間范圍和時間范圍的時間段或區(qū)域內進行。任選地，在步驟110中，傳感器數(shù)據(jù)可與特定信號注入相關聯(lián)。

在步驟100中接收可能的信號注入集?？赡艿男盘栕⑷霝榇硇盘栕⑷氲臅r間、位置和性質的數(shù)據(jù)，該信號注入可跨網(wǎng)絡實施以測試傳感器響應的模型。信號注入的性質特定于實施信號注入的公用設施網(wǎng)格的類型，以及信號注入的特定特征諸如其量值，或由注入改變的公用設施網(wǎng)格變量。信號注入為網(wǎng)格參數(shù)中的受控變化，例如電網(wǎng)中的電信號注入，諸如由致動網(wǎng)格控件導致的電流、電壓或功率因子的增大或減小。

待實施到公用設施網(wǎng)格中的信號注入可通過機器到機器控制(M2M)自動實施，或可在其具體實施中由人工介入，通過網(wǎng)格人員的自動化指令執(zhí)行特定的活動，諸如去激活電網(wǎng)中的具體工業(yè)負荷而發(fā)生。這些信號注入為網(wǎng)格狀態(tài)下的受控變型，其基于網(wǎng)格操作的變化方面，諸如調整閥門、激活電源或其它此類變化。這些信號注入可在包括氣網(wǎng)、水網(wǎng)和電網(wǎng)的網(wǎng)格中執(zhí)行。在氣網(wǎng)中，可通過例如改變通過管道的氣體路線以增大或減小特定點處的壓力來注入信號。對這些信號的響應可為氣網(wǎng)管道周圍傳感器網(wǎng)絡所檢測出的泄漏數(shù)目和/或嚴重程度的增大或減小，或連接到被推動至高壓或低壓的區(qū)域的下游壓力的變化。這些信號注入可在人工介入的情況下通過在指導分配給執(zhí)行對各種閥和開關的手動調整的維護人員的計劃時對各種閥和開關的手動調整來實現(xiàn)；這些計劃可采用各種形式，諸如維護隊列、另外的任務，并且可通過多種電子方式來分配，該電子方式諸如計算機、平板電腦、智能手機或其它便攜式計算設備上的電子郵件、文本消息和日歷提醒。在這些人工介入的情況下，這些調整的時間可通過使維護人員使用聯(lián)網(wǎng)設備來簽到以記錄實際實施變化的時間來審查，以用于處理由于對這些信號注入進行網(wǎng)格響應而產(chǎn)生的后續(xù)數(shù)據(jù)。在進行有關氣網(wǎng)的信號注入的完全機器到機器實施的實施方案中，開關和閥門通過經(jīng)由有線通信網(wǎng)絡和無線通信網(wǎng)絡耦合到系統(tǒng)的致動器來操作，并且響應于系統(tǒng)發(fā)送的信號或根據(jù)通過系統(tǒng)分配給那些致動器的控制器的指令或計劃來作用。機器到機器的具體實施由于在具體實施的時間方面將存在較小變異而允許更密切協(xié)調的測試，并且經(jīng)改善的定時允許進行更復雜的試驗。在這些具體實施中，傳感器條件和致動器狀態(tài)的監(jiān)控可以是恒定的，以實時理解空間和時間分配的影響之間的關系，從而能夠檢測并表征關系的變化以及局部傳感器的狀態(tài)，例如通過所檢測到變化的因子隔離。

在電網(wǎng)中，人工介入方法可包括手動切換功率流、切換電容器組或有載抽頭變換器、激活或禁用連接到網(wǎng)格的功率源、激活或禁用對能耗具有顯著影響的重型工業(yè)裝備(例如電弧爐)或網(wǎng)格中其它主要的手動控制功率負載。在這些示例中，變化可通過在指導自動生成并分配給適當維護人員(例如，接觸并負責特定控制的人員)的計劃時由維護人員來實現(xiàn)；這些計劃可采用各種形式，諸如維護隊列、另外的任務，并且可以通過多種電子方式來分配，該電子方式諸如計算機、平板電腦機、智能手機或其它便攜式計算設備上的電子郵件、文本消息和日歷提醒。在這些人工介入的情況中，這些調整的時間可通過使維護人員使用聯(lián)網(wǎng)設備來簽到以記錄實際實施更改的時間來審查，以用于處理由于這些信號注入而產(chǎn)生的后續(xù)數(shù)據(jù)。這些人工介入的方法可改變可測量因子，諸如電力質量、線路溫度、線路垂度、無功功率水平以及其它因子，這些因子可通過觀察那些可測量網(wǎng)格因子的傳感器網(wǎng)絡來獲得。

在電網(wǎng)中，機器到機器(M2M)方法提供更大的控制措施程度，并且可通過各種方式自動注入所選擇的經(jīng)協(xié)調的信號。其中包括可在人工介入的示例(諸如自動化切換電容器組或選擇有載抽頭變換器的位置)中使用的切換和維護行為類型的自動化，并且另外，信號注入的M2M方法可利用更大的控制精度和寬度來包括動作，諸如協(xié)調設備(諸如在末端位置處的裝置)的使用以產(chǎn)生經(jīng)協(xié)調的需求和在消費者位置處的負載，或實施多種類型的網(wǎng)格影響動作組合的復雜協(xié)調以生成更加復雜的條件，或將變化引入到自動功率因子校正單元。這些組合可能性非常難以通過大數(shù)據(jù)方法解決，因為即使是大量數(shù)據(jù)，也可能僅具有反映特定組合的有限樣本容量，并且組合可能性的絕對數(shù)目使得這些問題的大數(shù)據(jù)解決方案相當棘手。這些信號注入可通過自動控制相關網(wǎng)格部件和聯(lián)網(wǎng)設備來發(fā)起，相關部件和聯(lián)網(wǎng)設備包括發(fā)電機、開關、電壓調節(jié)裝置諸如用于無功功率管理的有載抽頭變換器和電容器組、從網(wǎng)格接收電力的智能測量儀和智能器具，以及其它易通過系統(tǒng)遠程控制的網(wǎng)格部件。這些可利用毫秒級控制能力來調控電力質量變量，諸如波形形狀、無功功率水平、RMS電壓和電流電平，所述調控通過改變有載抽頭變換器上的位置、開關特定電容器組的打開或關閉，或者整合分布式電源、增加或移除新的負荷或自動功率因子校正單元的具體操作的影響來實現(xiàn)。

注入的信號可以是簡單信號，指導單個網(wǎng)格動作，諸如打開水網(wǎng)或氣網(wǎng)中的閥門，或通過致動的開關將一個特定的可再生源連接到網(wǎng)格來在線引入該可再生源，或改變電網(wǎng)示例中來自一個變電站的輸出電壓以改變網(wǎng)格條件；或者注入的信號可以為復合信號，由多個經(jīng)協(xié)調的網(wǎng)格動作組成，使得它們的單獨空間范圍和時間范圍重疊以在那些重疊范圍內的區(qū)域處產(chǎn)生多因子處理。這些多因子處理可包括多種不同網(wǎng)格參數(shù)的變型，例如將光伏逆變器連接到僅下游網(wǎng)格的同時調節(jié)變電站的輸出，以探索那些參數(shù)的組合效應，諸如那些示例性動作對該網(wǎng)格分支中的電壓波形和無功功率水平的影響。復合網(wǎng)格動作的另一個示例可為改變有載抽頭變換器位置和電容器組開關兩者，以同時提供對電網(wǎng)中無功功率的更精準控制。多因子處理可用于產(chǎn)生特定網(wǎng)格參數(shù)的類似變型的多個實例，例如使用加性效應來增大網(wǎng)格中一個或多個特定位置處網(wǎng)格參數(shù)的特定變型的量值，同時通過將網(wǎng)格的更敏感相鄰部分暴露于將施加到網(wǎng)格中的整個信號注入的僅一個分量中而將該部分保持在較窄或不同的操作范圍內，從而保護該部分；例如，可為在更穩(wěn)定的節(jié)點周圍的敏感節(jié)點處的功率水平各自提供具有預計空間范圍的增大，該空間范圍包括更穩(wěn)定的節(jié)點，但是不包括其它敏感節(jié)點，并且這些多個敏感節(jié)點可在其較窄的操作范圍內各自提供功率增大，使得穩(wěn)定節(jié)點處功率的組合增量超出每個敏感節(jié)點處的單獨增量。

對于復合信號，基于將復合信號對系統(tǒng)的影響視為整個復合集來預測時間和空間范圍。對于那些復合信號，雖然單個網(wǎng)格動作將具有重疊的空間范圍和時間范圍，但是所定義的組成復合信號的網(wǎng)格動作集卻被視為一個信號注入，其中所定義的網(wǎng)格動作集的組合的整個空間范圍和時間范圍用于確定無其它信號可注入到網(wǎng)格中的空間區(qū)域和時間段，以維持來自其它網(wǎng)格信號注入的復合信號注入的正交性。

復合信號可以在由其它系統(tǒng)導出或經(jīng)網(wǎng)格人員選擇后，輸入到已定義為待一起完成的網(wǎng)格動作集以及那些網(wǎng)格動作的時間和位置的系統(tǒng)中，或者可以通過系統(tǒng)從網(wǎng)格動作集中選擇多個網(wǎng)格動作來導出，如通過例如部分可觀察馬爾可夫決策過程(POMDP)模型來指導，該模型探索在對跨網(wǎng)格的不同位置間變化的操作條件的約束內的組合或操作。

探索網(wǎng)格響應的信號注入可通過搜索具有具備任何可控網(wǎng)格活動的時空規(guī)律的波形來組成，所述波形以即時或規(guī)則延遲方式共同發(fā)生，通過例如主分量或傅里葉分析方式。波形或分量波形(例如，頻率、電壓和/或電流)中的這些統(tǒng)計規(guī)律將網(wǎng)格動作與網(wǎng)格條件的變化連接起來，以提供用于根據(jù)對網(wǎng)格動作的有效控制來操控網(wǎng)格條件的可用選項集。所觀察的相對于網(wǎng)格動作的這些波形分量的時間和位置的數(shù)據(jù)可用于確定特定信號注入的空間范圍和時間范圍。

對于信號注入，在步驟102中基于信號注入和網(wǎng)格的性質來計算時間和空間范圍。時間范圍為傳感器網(wǎng)絡將是與所注入信號相關的觀察事件的時間段。時間范圍包括信號本身的持續(xù)時間，以及預期傳感器響應信號的持續(xù)時間，包括信號的持續(xù)傳播時間，或與信號相關聯(lián)的其它傳感器響應。該時間范圍可通過使用傳感器將響應于信號注入的持續(xù)時間的預期時間以較大置信區(qū)間來進行計算，在一個示例中使用網(wǎng)格部件的模型并將信號注入輸入到該模型中，或使用沿網(wǎng)格檢測之前的信號注入的持續(xù)時間的歷史模型，并且使用其作為相關數(shù)據(jù)的持續(xù)時間和從中排除具有共同空間范圍的其它試驗的時間段?？臻g范圍是網(wǎng)格傳感器可能對該信號示出響應的范圍；這可以通過預測對信號注入的網(wǎng)格響應的模型來進行預測，所述模型諸如為網(wǎng)格部件模型，其然后使用網(wǎng)格元素的特征和信號注入的性質來計算將出現(xiàn)信號注入的區(qū)域，或為基于在類似于范圍已計算的信號注入的之前信號注入中觀察到的空間范圍的歷史數(shù)據(jù)模型。然后可控制空間范圍，通過以較大置信區(qū)間(例如，95％置信區(qū)間)預測對注入的信號示出響應的最遠傳感器并避免進行任何其它嘗試，前提是能夠在當前嘗試的空間不確定性時間段期間在空間范圍的區(qū)域中產(chǎn)生響應。例如，對于通過在分配網(wǎng)絡中切換電容器組來實施的信號注入，空間范圍可為分配網(wǎng)絡的下游部分，并且時間范圍的示例可為通過將電容器組切換到位引起瞬變所需的時間。這些范圍特定于所注入的信號，并且信號可為具有多種類型和輸入位置的復合信號，該類型和輸入位置全部用于設置時間和空間范圍，例如在特定時間在線引入可再生能源時在以不同方式改變變電站處的電力質量管理單元的響應；在該示例中，空間范圍可基于由甚至超出來自可再生能源的電力貢獻范圍的那些變電站服務的網(wǎng)格的程度，并且時間不確定性可包括由于甚至在移除可再生源后電力質量管理單元對電力波形的影響而終止可再生源的使用之后的時間段。還可使用所觀察到的對特定網(wǎng)絡動作的響應的歷史數(shù)據(jù)來計算范圍，諸如通過傅立葉或主分量分析發(fā)現(xiàn)的波形分量，其在空間和時間上接近特定網(wǎng)格動作的之前實例。

處理器用于協(xié)調網(wǎng)格中的多個信號注入，在步驟104中使用范圍信息作為將信號注入指定至特定時間和位置的約束條件；信號注入的空間范圍和時間范圍的區(qū)域和時間段不允許重疊到一起，由于存在可能在那些重疊的位置和時間上檢測到的多個信號，因此此類重疊可能在測量對注入的信號的傳感器響應的嘗試中引起混淆，從而彼此干擾或使檢測的信號產(chǎn)生不確定性。應注意，對于彼此混淆的信號，時間和空間范圍兩者必須重疊；如果信號在空間上不重疊，則可在時間上重疊；如果信號在時間上不重疊，則可在空間上重疊。信號注入的協(xié)調優(yōu)選地通過圖形建模技術諸如主分量分析、貝葉斯網(wǎng)絡或馬爾可夫隨機場或其亞種來完成，其被配置成用于對將在某個時間段內跨網(wǎng)格實施的所選擇的無干擾的信號注入集的簡約性和完整性進行最大化。相對于所選擇的信號注入而隨機發(fā)生的其它網(wǎng)格控制活動或網(wǎng)格參數(shù)中的自然變型可在經(jīng)協(xié)調的信號注入的范圍內的網(wǎng)格上繼續(xù)發(fā)生。

可完成對信號注入的協(xié)調以在這些不混淆的空間和時間段內實施特定實驗性嘗試，以改善對網(wǎng)格狀態(tài)和傳感器響應的理解?？墒褂秘惾~斯因果網(wǎng)絡來尋找數(shù)據(jù)的依存關系，以識別可發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格控制和傳感器響應知識的潛在有價值的嘗試。完成系統(tǒng)化多變量實驗，以通過回到規(guī)范操作約束并使用經(jīng)約束的隨機化來分析那些波形分量的基本因果路徑中所涉及的方向性和變量，以及分析實驗設計(諸如拉丁方陣)以系統(tǒng)化地探索哪些網(wǎng)格控制元素及其組合是波形的基本原因。這些實驗設計可經(jīng)迭代以細化分析，例如通過消除相對于所關注的波形分量為隨機的那些控件來消除對基礎第一遍的控件的3/4，然后在第二嘗試中使用剩余控件的因子組合來正確識別與所感興趣的那些波形分量因果相關的控件或控件的組合。

在另一個示例中，可使用部分可觀察馬爾可夫決策過程(POMDP)來順序地制定信號插入決策，以不斷減小關于網(wǎng)格部件中的條件依存結構的不確定性。POMDP可進一步被配置成用于最大化預期報酬，由此報酬函數(shù)為減少不確定性減與其它操作目標的組合。其它運行目標包括：例如，關于電網(wǎng)，為負載平衡、電力質量優(yōu)化、可再生源整合和故障預測指標；關于水網(wǎng)，流量優(yōu)化、損失預防、基礎設施穩(wěn)定性管理；關于氣網(wǎng)，為儲量管理、泄漏預防及最小化和/或基礎設施穩(wěn)定性管理。信號注入的這一管理確保信號注入將經(jīng)過協(xié)調，使得它們在時間和空間不確定性上不會重疊。在空間維度或時間維度中的一者上的重疊是網(wǎng)絡協(xié)調的可接受的部分，以通過同時進行多個試驗并進行連續(xù)試驗來最大化單位時間段的學習，但信號注入必須在時間水平或空間水平的至少一者上分離，以確保數(shù)據(jù)能夠與給定的信號注入適當?shù)叵嚓P聯(lián)并提供有關對信號注入的網(wǎng)格響應的干凈數(shù)據(jù)，該信號注入與其他信號注入不混淆。在一些實施方案中，如果在兩個維度上重疊的信號注入影響不相互作用的不同網(wǎng)格參數(shù)，則信號的協(xié)調可允許空間范圍和時間范圍重疊，所述參數(shù)可從例如每個信號注入的用于識別該信號注入的受影響的網(wǎng)格參數(shù)的元數(shù)據(jù)以及可基于關于網(wǎng)格參數(shù)行為的理論或觀測數(shù)據(jù)的相互作用網(wǎng)格參數(shù)的表格來確定。

在一些實施方案中，除其它信號注入的空間范圍和時間范圍之外，信號注入還可能受到網(wǎng)格操作范圍的約束。在這些實施方案中，接收規(guī)范操作約束數(shù)據(jù)，并將信號注入時預測的或實際的網(wǎng)格條件與信號注入的預測效果組合，并且該組合的結果可與網(wǎng)格的允許狀態(tài)進行比較以確定信號注入是否可指定至特定的時間和位置。另選地，可用于輸入的信號注入可能局限于僅包括在網(wǎng)格的正常操作范圍內的控制狀態(tài)或控制狀態(tài)的組合，而排除了選擇將控件置于超出信號注入的正常范圍以外的狀態(tài)的信號注入的可能性。

圖5為用于協(xié)調信號注入的非限制性示例性實施方案。在協(xié)調信號的迭代方法的此示例中，在步驟500中選擇信號注入，在步驟502中接收當前的網(wǎng)格條件，在步驟504中基于網(wǎng)格條件確定所選擇的信號注入是否將在網(wǎng)格約束范圍內。如果所選擇的信號注入在網(wǎng)格條件的網(wǎng)格約束范圍內，則在步驟506中接收同時發(fā)生的信號注入數(shù)據(jù)并在步驟508中用該數(shù)據(jù)確定所選擇的信號注入是否與任何當前的信號重疊，如果不重疊，則在步驟510中計劃將信號用于插入并在步驟512中更新同時發(fā)生的信號注入數(shù)據(jù)。在步驟514中，只要仍剩余可置入的信號注入，就持續(xù)迭代該過程。如果在步驟504中確定信號注入與網(wǎng)格約束不一致，或在步驟508中確定信號注入與空間范圍和時間范圍內的現(xiàn)有信號注入重疊，則拒絕信號注入的可能性，并且如果仍有待置入信號注入，則選擇新的信號注入。

在步驟500中選擇信號注入。信號注入可從可能的信號注入表中選擇，通過可能值或用于特定實驗設計的信號注入所需的樣本測試數(shù)量來對信號注入進行排序?？赏ㄟ^按順序進行這些排序的注入來進行選擇，從最高優(yōu)先級的信號注入開始。

在步驟502中接收網(wǎng)格條件。網(wǎng)格條件為其中選擇用于立即注入的信號的當前測定值，或為基于選擇的并經(jīng)協(xié)調的信號注入時的當前模型和/或歷史數(shù)據(jù)的預測值。網(wǎng)格條件包括正常操作必須保持在一定范圍內的操作參數(shù)，諸如電網(wǎng)中的無功功率水平，其需要保持為在一定閾值之上以進行分配。

在步驟504中，基于網(wǎng)格條件來確定所選擇的信號注入與網(wǎng)格約束的一致性。每個信號注入均存在與其相關聯(lián)的效應，例如涉及在變電站處的有載抽頭變換器切換的信號注入將增大或減小該變電站附近的可用無功功率。將這些效應添加到在步驟502中接收的網(wǎng)格條件中并與操作約束進行比較。操作約束限定了各種網(wǎng)格參數(shù)的允許狀態(tài)，例如避免電力傳輸中的崩潰而所需的無功功率閾值水平，或網(wǎng)格正常操作條件的其它方面，諸如水或燃氣分配網(wǎng)絡中一定點處的壓力或流速。在該示例中，將所選擇的信號注入效應和網(wǎng)格條件的總和與約束進行比較。如果所述總和在約束范圍內，則信號注入傳遞到下一階段，否則，拒絕信號注入，并且系統(tǒng)前進到下一個可能的信號注入；或者如果不存在仍有待置入的信號注入可能性，則根據(jù)步驟514結束該過程。在步驟506中接收同時發(fā)生的信號注入數(shù)據(jù)。同時發(fā)生的信號注入數(shù)據(jù)為持續(xù)的和/或計劃的信號注入及其空間范圍和時間范圍。同時發(fā)生的信號注入數(shù)據(jù)可能限制于持續(xù)的和/或計劃的信號注入，該信號注入具有包括所選擇的信號注入時間的時間范圍，或者該信號注入是計劃在所選擇的信號注入的時間范圍內發(fā)生的。

在步驟508中，將所選擇的信號注入的空間范圍和時間范圍與同時發(fā)生的信號注入數(shù)據(jù)進行比較。如果所選擇的信號注入在空間范圍和時間范圍兩者上與同時發(fā)生的信號注入數(shù)據(jù)均不重疊，則準許該信號插入并前進到步驟510。如果所選擇的信號注入與持續(xù)的和/或計劃的信號注入在空間和時間上均重疊，則拒絕所選擇的信號注入，并選擇新的信號注入以重新啟動該過程或根據(jù)步驟514結束該過程。

在步驟510中，計劃準許插入的信號以進行插入。在該步驟中，立即實施用于立即插入的信號，通過將消息傳遞給人類具體實施者或激活實行所選擇的信號注入所需的適當致動器及其它控件，例如激活電網(wǎng)中變電站處的電容器組開關上的致動器。例如，在提前計劃信號的情況下，步驟510涉及計劃在動作的指定時間處發(fā)生的動作，或通過將信號注入活動添加到提供給人類具體實施者的維護隊列或其它指導中，或在本示例的M2M實施方案中計劃自動化動作。

在步驟512中，更新同時發(fā)生的信號注入數(shù)據(jù)。在該示例中，通過在步驟510中將計劃用于插入的信號及其相應的空間范圍和時間范圍添加到信號注入列表中來完成，該列表在后續(xù)迭代的步驟506中被接收并在步驟508中與所選擇信號注入的空間范圍和時間范圍進行比較。

只要仍可置入剩余的信號注入，則持續(xù)迭代該過程，這在步驟514中進行確定。在該示例中，通過檢查用于尚未選擇和測試的信號注入的可能信號注入表格來進行確定。如果存在此類信號注入，則返回選擇步驟500；一旦不存在試圖在特定時間置入的信號注入，則該過程結束。

返回圖1，然后在步驟106中將經(jīng)協(xié)調的信號注入實施于公用設施網(wǎng)格中。根據(jù)經(jīng)協(xié)調的信號注入集，信號然后被注入到傳感器網(wǎng)絡中，并且通過在恰當?shù)臅r間和位置處采取經(jīng)指導的網(wǎng)格動作來支持其時間和空間的不確定性約束。信號注入可由人類參與者諸如網(wǎng)格維護人員來實施，通過指導他們執(zhí)行網(wǎng)格動作，諸如點擊電網(wǎng)中的開關或打開或關閉水分布網(wǎng)和氣分布網(wǎng)上的閥門，通過經(jīng)由以下方式將適當?shù)闹噶罘峙浣o那些網(wǎng)格人員來進行，該方式諸如電子郵件系統(tǒng)、自動消息發(fā)送、排隊系統(tǒng)，或就采取哪些動作來影響網(wǎng)格以及在何時何處實施該動作來指導人類參與者的其它方式。信號注入還可部分地或完全地通過機器到機器的動作來實施，諸如基于分配給那些處理器和致動器、開關、源以及其它網(wǎng)格部件的用于詳述將采取的網(wǎng)格動作以及將采取的那些網(wǎng)格動作的時間和位置的信號和/或數(shù)據(jù)，使處理器指導控制開關和閥門的致動器的動作，或使控制器自動指導可再生源的激活或另外實施所指導的網(wǎng)格動作。

在步驟108中，采集至少在所注入信號的時間和空間不確定性范圍內的傳感器網(wǎng)絡區(qū)域的傳感器輸出。當連續(xù)或在包括網(wǎng)絡中信號注入范圍以外的時間和空間的時間段內采集數(shù)據(jù)時，來自那些時間和位置的數(shù)據(jù)可從正在連續(xù)采集的傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中解析出來。對于經(jīng)協(xié)調以避免重疊空間范圍和時間范圍的信號注入，響應和所注入的信號可基于時間和空間范圍關聯(lián)起來，由于該范圍用于避免重疊信號注入彼此混淆，通過確保在一定時間和位置處僅觀察到一個特定信號注入的效應，并允許多個信號注入同時實施，且使信號注入將連續(xù)實施到網(wǎng)格中以增大樣本容量和知識而不混淆信號注入。此相關聯(lián)的數(shù)據(jù)可用于細化傳感器響應的模型，該傳感器響應的模型用于基于傳感器輸出和影響那些傳感器輸出的信號注入來表征或分類傳感器輸出。另選的數(shù)據(jù)用途包括更新或細化對特定網(wǎng)格動作的網(wǎng)格響應，或改善主動控制協(xié)議以維持一定操作參數(shù)或通過機器學習使用信號注入對網(wǎng)格條件的影響的知識來追求操作目標。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的示例的公用設施網(wǎng)格的圖示，其中多個并發(fā)的信號注入根據(jù)其空間范圍和時間范圍進行協(xié)調，示出在某一時間點將協(xié)調信號注入的位置和范圍同時實施到網(wǎng)格中，以擾亂網(wǎng)格從而進行觀察和測量，而該信號注入未與其它信號注入效應的測量混淆。圖200示出了具有許多線路及其它網(wǎng)格元素的區(qū)域，其中采取自動化動作的變電站位于202、206和210處，那些變電站處的自動化動作的示例為打開或關閉特定電容器并調節(jié)有載抽頭變換器的位置，以改變電流和電壓相對于彼此的相位并控制該變電站處的無功功率水平?？臻g范圍204針對所選擇的有載抽頭變換器和選擇用于在變電站202處實施的信號注入的電容器開關位置來計算，由歷史數(shù)據(jù)和/或該選擇效應的模型以及以95％置信區(qū)間內觀察到該效應的時間和地點來決定。同樣分別針對在變電站206和變電站210處所選擇的動作來計算空間范圍208和空間范圍212。雖然同時實現(xiàn)全部三個變電站處的動作并因此在時間上重疊，但在空間上范圍并不重疊，并且因此對空間范圍204、空間范圍208和空間范圍212中的一者內的信號注入的網(wǎng)格響應可分別與信號注入202、信號注入206和信號注入210相關聯(lián)，以確定在那些信號注入中的一者的范圍內，傳感器對那些特定信號注入的響應，并且多個并發(fā)的信號注入彼此不會混淆。如果例如在協(xié)調階段已選擇具有空間范圍204的變電站202的信號注入，并且206處的可能信號注入具有更大的重疊空間范圍214，則具有空間范圍214的信號注入將在協(xié)調過程中被拒絕并且將無法在202處與具有空間范圍206同時被選擇，因為這樣將會重疊，由此該信號注入將被拒絕，并且另一個所選擇的信號注入具有的范圍與現(xiàn)有信號注入選擇在空間和時間上均不重疊。

該協(xié)調使多個信號注入自動在網(wǎng)格上實施，且不影響那些信號注入在細化傳感器理解模型和針對信號注入的網(wǎng)格響應方面的效果，從而能夠使感測和控制系統(tǒng)自動同時產(chǎn)生多個樣本并加速開發(fā)傳感器理解和公用設施網(wǎng)格上事件分類標準的過程。

圖3是作為經(jīng)協(xié)調的公用設施網(wǎng)格系統(tǒng)的本發(fā)明的實施方案的圖示。存儲器可為已知的計算機存儲裝置，諸如閃存、使用磁介質的硬盤驅動器，或用于可存儲數(shù)據(jù)并被頻繁且規(guī)律地接入的數(shù)據(jù)存儲的其它方法。處理器可被配置成通過軟件指令來進行計算。部件之間的連接可為硬連線的，針對多個步驟中使用公用處理器，或通過有線方式或無線方式聯(lián)網(wǎng)，諸如各種802.11協(xié)議、ZigBee或藍牙標準、以太網(wǎng)，或用于在單獨的傳感器、處理器、存儲器和模塊之間傳輸數(shù)據(jù)的其它已知方法。傳感器、存儲器、處理器和模塊可分布在多個位置上，包括在傳感器本身處，或共同位于中間或中央位置處。

信號注入存儲器300存儲可實施到公用設施網(wǎng)格中的信號注入的特征。該存儲器被配置成用于存儲可能的信號注入的特征，包括時間、位置、量值以及受信號注入影響的參數(shù)。該存儲器還可存儲用于信號注入的具體實施數(shù)據(jù)，諸如在人工介入的實施方案中將呈現(xiàn)給網(wǎng)格人員的指令集，或在本發(fā)明的機器到機器的實施方案中的致動器以及將分配給致動器的命令。

網(wǎng)格模型存儲器302存儲用于計算信號注入的空間范圍和時間范圍的網(wǎng)格信息。網(wǎng)格信息可例如存儲為網(wǎng)格特征的數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)格響應的模型、部件及其相互作用的模型、或可控網(wǎng)格動作集及其在網(wǎng)格條件下相關聯(lián)的觀察到的變化，諸如通過傅立葉變換或主分量分析發(fā)現(xiàn)的與電網(wǎng)中網(wǎng)格動作相關聯(lián)的總體電力波形的分量。用于預測公用設施網(wǎng)格中范圍的部件和互連的示例包括水網(wǎng)中的管道長度、管道寬度和接合點位置，氣網(wǎng)中的管道長度、管道寬度和接合點位置，或電網(wǎng)的源、變電站、連接線以及電流源和電流阱。網(wǎng)格響應的模型可基于公用設施和網(wǎng)格部件的物理特性，和/或基于公用設施網(wǎng)格中對過去網(wǎng)格動作的歷史空間和時間響應特征的模型。

范圍處理器304使用網(wǎng)格特性或來自網(wǎng)格模型存儲器302的響應模型來計算信號注入的空間范圍和時間范圍，并通過使用那些網(wǎng)格特征或模型和信號注入的特征來發(fā)信號通知信號注入特征以預測時間段和空間區(qū)域，其中對信號注入的網(wǎng)格響應可由傳感器進行檢測。例如，范圍處理器可使用信號注入特征以識別將用于實施信號注入的網(wǎng)格動作，并參考有關那些網(wǎng)格動作的歷史數(shù)據(jù)以確定之前關于那些特定類型網(wǎng)格動作的空間范圍和時間范圍，然后使用那些之前的觀察來預測信號注入的空間范圍和時間范圍。

協(xié)調處理器306為被配置成用于將圖形建模技術諸如貝葉斯網(wǎng)絡或馬爾可夫隨機場或其亞種應用于信號注入集及其計算區(qū)域的處理器，以確定待實施的信號注入集，同時通過將那些信號注入置于使得信號注入的空間范圍和時間范圍不重疊的特定空間和時間以保持那些信號注入的正交性。

信號具體實施裝置308可為在人工介入的實施方案中用于分配并確保符合管理跨公用設施網(wǎng)格的信號注入及其協(xié)調的指令的工具，或可為在本發(fā)明的機器到機器的實施方案中用于自動實施信號注入的處理器、控制器和致動器。對于機器到機器的示例，示例包括控制水網(wǎng)和氣網(wǎng)中閥門的致動器或位于電力變電站處的控制電路和致動器，諸如用于定位有載抽頭變換器的控件，或用于管理無功功率的電容器組的開關，或控制分布式電源諸如太陽能或風力發(fā)電機與網(wǎng)格中其余裝置之間連接的開關。對于人工介入的實施方案，示例包括自動生成和分發(fā)電子郵件或文本消息、由維護人員執(zhí)行的計算設備和同步用于接收排隊指令并報告任務完成和網(wǎng)格狀態(tài)和/或完成所指定的維護任務的服務器。

傳感器網(wǎng)絡310可任選地為體現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)的一部分。傳感器網(wǎng)絡可為多個可通信地聯(lián)接的單個網(wǎng)絡傳感器312、314和316，該傳感器分布在公用設施網(wǎng)格中以用于測量網(wǎng)格參數(shù)，諸如流速、電流、電壓、線路溫度、線路垂度，并且該傳感器的輸出可反映由信號注入導致的網(wǎng)格條件的變化。這些網(wǎng)絡傳感器可為例如甲烷檢測器、感測電纜端子、水流量計、電“智能測量儀”或其它此類網(wǎng)格傳感器。這些傳感器監(jiān)控由所實施的信號注入導致的網(wǎng)格條件變化，并且該數(shù)據(jù)可根據(jù)信號注入的空間范圍和時間范圍來進行解析，該信號注入的空間范圍和時間范圍基于傳感器捕獲數(shù)據(jù)時的時間和位置。

圖4為數(shù)據(jù)流程圖，示出信息在作為經(jīng)協(xié)調的網(wǎng)格系統(tǒng)的本發(fā)明的示例的元件之間的傳輸，以及每個元件處信息的傳輸以自動協(xié)調并將信號注入實施到網(wǎng)格中。

信號注入特征400為描述可實施到網(wǎng)格中的信號注入的數(shù)據(jù)，包括諸如位置等信息，其中包括信號注入的量值、時間、位置和性質。信號注入的性質可包括用于調控網(wǎng)格參數(shù)的特定動作，或待進行調控以實施信號注入的特定網(wǎng)格參數(shù)。信號注入特征400存儲在信號注入存儲器402中，并傳輸至范圍處理器404以及任選地傳輸至協(xié)調處理器406。在范圍處理器中，來自網(wǎng)格模型存儲器410的信號注入特征和網(wǎng)格特征408用于計算特定位置處給定信號注入的空間范圍和時間范圍412。

空間范圍和時間范圍412限定將受到特定信號注入影響的時間段和空間區(qū)域。這些參數(shù)最初在預測時間段和空間區(qū)域的范圍處理器404處進行定義，并且然后被發(fā)送至協(xié)調處理器406，該協(xié)調處理器將空間范圍和時間范圍設置到信號注入414的不重疊的經(jīng)協(xié)調的集中。

經(jīng)協(xié)調的信號注入414是指將特定信號注入實施到網(wǎng)格中的時間和地點，以及實施那些信號注入的詳細信息。實施信號注入的詳細信息可為分發(fā)至維護資源的指令，該維護資源將為人工實施的實施方案采取所需動作，或可為用于控制致動器和其它元件的機械指令，該致動器和其它元件將在本發(fā)明的機器到機器的實施方案中實施信號注入。信號注入的時間和位置由協(xié)調處理器406決定，而指令是基于信號注入特征400并被發(fā)送至信號具體實施裝置416的，用于在機器到機器的具體實施中指導在所指示的時間和地點處實施所選擇的信號注入，或用于在信號由人類參與者注入的實施方案中對維護資源的計劃或排序以及對分配將實施信號注入的資源的分配。

涉及本發(fā)明的示例性實施方案的總體架構的簡單示例如圖6所示。控制決策層600制定關于網(wǎng)格控件中的一些或全部的狀態(tài)的決策。網(wǎng)格控制決策根據(jù)進行以下方法來制定：確保對控件的操控產(chǎn)生不影響彼此的樣本，并且可選地選擇控制決策以提供較高學習值或改善特定網(wǎng)格參數(shù)，諸如確保電網(wǎng)中的一定電壓電平，或者氣網(wǎng)或水網(wǎng)中的流速。來自控制決策層600的控制決策通過控件602、控件604和控件606來執(zhí)行。特定控件的示例包括電容器組開關、有載抽頭變換器、電網(wǎng)上的開關和存儲設備，或水網(wǎng)和氣網(wǎng)上的閥門和源?？丶赏ㄟ^例如致動開關、移動有載抽頭變換器位置以及使閥門變窄或變寬來執(zhí)行控制決策?？丶膭幼鞲淖兙W(wǎng)格參數(shù)，并且那些變化會通過網(wǎng)格608傳播。例如，打開氣網(wǎng)上的閥門可使得在距閥門一定距離內壓力隨時間向下游增大，或在電網(wǎng)中，電力質量和無功功率水平可基于電容器組的開關而改變。沿著網(wǎng)格布置的傳感器614、傳感器616和傳感器618測量網(wǎng)格參數(shù)，并檢測信號注入通過網(wǎng)格608的傳播情況。信號注入限制于通過網(wǎng)格608傳播的程度，被限定為該信號注入的空間范圍，諸如涵蓋受到由控件602注入的信號影響的區(qū)域并包括傳感器614到網(wǎng)格608的連接的空間范圍610，以及涵蓋受到由控件606注入的信號影響的區(qū)域并包括傳感器618到網(wǎng)格608的連接的空間范圍612。數(shù)據(jù)處理層620將來自傳感器614、傳感器616和傳感器618的數(shù)據(jù)與信號注入相關聯(lián)，該信號注入的空間安慰和時間范圍包括傳感器數(shù)據(jù)，例如將來自傳感器614的數(shù)據(jù)與來自由控件602基于空間范圍610實施的信號注入的數(shù)據(jù)相關聯(lián)，以及將來自傳感器618的數(shù)據(jù)與由控件606基于空間范圍612實施的信號注入相關聯(lián)。來自數(shù)據(jù)處理層620的相關聯(lián)的傳感器數(shù)據(jù)然后經(jīng)數(shù)據(jù)分析層622進行分析，以確定關于網(wǎng)格行為和傳感器響應的理解。對于由數(shù)據(jù)分析層622生成的網(wǎng)格行為的理解可例如采用傳感器響應模型的形式，該模型用于解釋在一般操作期間來自網(wǎng)格傳感器614、傳感器616和傳感器618的輸出，例如在電線中電壓下降時設定燈火管制閾值或警告，或針對甲烷水平超過正常操作閾值設定警告。數(shù)據(jù)分析層622可與控制決策層600進行交互以迭代地協(xié)調信號注入并將其實施到網(wǎng)格中，并且提供改善待實施信號注入的選擇的信息，例如通過預測信號注入對網(wǎng)格的影響或通過計算可通過特定信號注入來細化學習的程度。