DE102019210319A1 - Method for detecting a short-circuited line in an electrical DC voltage conductor network and device therefor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Detektion einer kurzgeschlossenen Leitung in einem elektrischen Gleichspannungs-Leiternetzwerk, aufweisend die Schritte,• Pro Leiterzweig an einem Leiterknoten:◯ Bestimmen eines ersten Stromwertes zu einem ersten Zeitpunkt,◯ Bestimmen eines zweiten Stromwertes zu einem zweiten Zeitpunkt, wobei der zweite Zeitpunkt nachfolgend zu dem ersten Zeitpunkt ist,◯ Bestimmen eines dritten Stromwertes zu einem dritten Zeitpunkt, wobei der dritte Zeitpunkt nachfolgend zu dem zweiten Zeitpunkt ist,◯ Bestimmen einer zweiten Ableitung der Stromwerte unter Verwendung des ersten Stromwertes, des zweiten Stromwertes und des dritten Stromwertes,• Falls die zweite Ableitung des Stromwertes an einem Leiterzweig einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet;o Ausführen eine 3-stufigen stationären Wavelet-Transformation auf die zweite Ableitung des Stromwertes, der den vorbestimmten Grenzwert überschreitet,o Bestimmen des Singularitätsindexes,• Falls der Singularitätsindex größer als -1 ist, mitteilen, dass der Leiterzweig, bei welchem die zweite Ableitung des Stromwertes den vorbestimmten Grenzwert überschritten hat, fehlerbehaftet ist.Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung.The invention relates to a method for detecting a short-circuited line in an electrical DC voltage conductor network, having the following steps: • For each conductor branch at a conductor node: ◯ determining a first current value at a first point in time, ◯ determining a second current value at a second point in time, the second Point in time is subsequent to the first point in time, ◯ determining a third current value at a third point in time, the third point in time being subsequent to the second point in time, ◯ determining a second derivative of the current values using the first current value, the second current value and the third current value, • If the second derivative of the current value on a conductor branch exceeds a predetermined limit value; o Execution of a 3-stage stationary wavelet transformation on the second derivative of the current value that exceeds the predetermined limit value, o Determination of the singularity index, • If the singularity index is greater than -1, communicate that the branch in which the second derivative of the current value has exceeded the predetermined limit value is faulty. The invention also relates to a corresponding device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion einer kurzgeschlossenen Leitung in einem elektrischen Gleichspannungs-Leiternetzwerk und Vorrichtung hierfür.The invention relates to a method for detecting a short-circuited line in an electrical DC voltage conductor network and to a device therefor.

Hintergrundbackground

In vielen Bereichen werden elektrische Leiternetzwerke verwendet. Ein wichtiges Merkmal dieser elektrischen Leiternetzwerke ist die Versorgungssicherheit.Electrical conductor networks are used in many areas. An important feature of these electrical conductor networks is the security of supply.

Um die Versorgungssicherheit hoch zu halten, ist es notwendig Fehler im Leiternetzwerk zu erkennen.In order to keep the security of supply high, it is necessary to detect errors in the conductor network.

Ein Fehler, der die Versorgungssicherheit stark gefährden kann, ist eine kurzgeschlossene Leitung.A fault that can seriously jeopardize the security of supply is a short-circuited line.

Insbesondere ist festzustellen, dass auf Grund der ansteigenden Zahl von Erzeugern sogenannter regenerativer Quellen (z.B. Solarstrom, Windkraftstrom) die Zahl der Gleichspannungs-Leiternetzwerke zunimmt. Mit der Zunahme solcher Quellen und der Verbreitung von Gleichspannungs-Leiternetzwerken steigt auch die Zahl der Abnehmer (z.B. Elektrofahrzeug, Batteriespeichersystem).In particular, it should be noted that due to the increasing number of producers of so-called regenerative sources (e.g. solar power, wind power), the number of direct voltage conductor networks is increasing. With the increase of such sources and the spread of DC voltage conductor networks, the number of consumers (e.g. electric vehicles, battery storage systems) also increases.

Gleichspannungs-Leiternetzwerke erlauben insbesondere im Bereich der mittleren und niedrigen Spannungen zwar eine flexible Energieverteilung und auch deren Steuerung, jedoch stellen diese Gleichspannungs-Leiternetzwerke auch eine Herausforderung an Schutztechniken dar.DC conductor networks allow flexible power distribution and control, especially in the medium and low voltage range, but these DC conductor networks also pose a challenge to protection technology.

Zum einen steigen die Fehlerströme auf Grund der niedrigen Impedanz (im Vergleich zu Wechselspannungs-Netzwerken) steil an, zum anderen sind in Gleichspannungs-Leiternetzwerken häufig viele Quellen und Speicher anzutreffen, die über gesteuerte Konverter verfügen, die den Fehlerstrom aktiv beschränken. Da dann aber die Stromwerte an unterschiedlichen Orten ähnlich sind, ist es äußerst schwierig das fehlerhafte Leitersegment ausfindig zu machen.On the one hand, the fault currents rise steeply due to the low impedance (compared to AC voltage networks), on the other hand, there are often many sources and storage devices in DC voltage conductor networks that have controlled converters that actively limit the fault current. However, since the current values are then similar at different locations, it is extremely difficult to locate the faulty conductor segment.

Vor diesem Hintergrund wurden in der Vergangenheit unterschiedliche Lösungen gesucht.Against this background, different solutions were sought in the past.

So sind aus M. Monadi, C. Gavriluta, A. Luna, J. I. Candela and P. Rodriguez, „Centralized Protection Strategy for Medium Voltage DC Microgrids,“ in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 32, no. 1, pp. 430-440, Feb. 2017 und S. D. A. Fletcher, P. J. Norman, K. Fong, S. J. Galloway and G. M. Burt, „High-Speed Differential Protection for Smart DC Distribution Systems,“ in IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 5, no. 5, pp. 2610-2617, Sept. 2014 Verfahren basierend auf einer Stromdifferenz bekannt. Eine übermäßige Stromdifferenz wird dabei als Beleg für einen Kurzschluss innerhalb einer Schutzzone gesehen. Damit eine Stromdifferenz festgestellt werden kann, ist es notwendig Daten auszutauschen. Jedoch erfordern diese Verfahren ein Kommunikationsnetzwerk und auf Grund der Kommunikationslatenz und Rauschanfälligkeit ist das Verfahren nachteilig.So are out M. Monadi, C. Gavriluta, A. Luna, JI Candela and P. Rodriguez, "Centralized Protection Strategy for Medium Voltage DC Microgrids," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 32, no.1, pp. 430-440, Feb. 2017 and SDA Fletcher, PJ Norman, K. Fong, SJ Galloway and GM Burt, "High-Speed Differential Protection for Smart DC Distribution Systems," in IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 5, no. 5, pp. 2610-2617, Sept. 2014 Method based on a current difference is known. An excessive current difference is seen as evidence of a short circuit within a protection zone. In order to be able to determine a current difference, it is necessary to exchange data. However, these methods require a communication network and because of the communication latency and susceptibility to noise, the method is disadvantageous.

Aus X. Feng, L. Qi and J. Pan, „A Novel Fault Location Method and Algorithm for DC Distribution Protection,“ in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 53, no. 3, pp. 1834-1840, May-June 2017 ist ein Impedanz-basiertes Verfahren bekannt, bei dem der Ort des Fehlers auf Basis der Systemimpedanz geschätzt wird. Jedoch ist dieses Verfahren stark abhängig von der Impedanz des Fehlers als auch der Leitungseigenschaften. Insbesondere in Netzwerken mit komplexe Architektur und unterschiedlichen Leitungsimpedanzen sinkt die Präzision.Out X. Feng, L. Qi and J. Pan, "A Novel Fault Location Method and Algorithm for DC Distribution Protection," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 53, no.3, pp. 1834-1840, May-June 2017 an impedance-based method is known in which the location of the fault is estimated on the basis of the system impedance. However, this method is highly dependent on the impedance of the fault as well as the line properties. The precision drops, especially in networks with complex architecture and different line impedances.

Weiterhin sind Verfahren bekannt, die auf einer Änderungsrate des Stromes und der Spannung basieren, siehe z.B. A. Meghwani, S. C. Srivastava and S. Chakrabarti, „A Non-unit Protection Scheme for DC Microgrid Based on Local Measurements,“ in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 32, no. 1, pp. 172-181, Feb. 2017 und D. Wang, A. Emhemed and G. Burt, „A novel protection scheme for an LVDC distribution network with reduced fault levels,“ 2017 IEEE Second International Conference on DC Microgrids (ICDCM), Nuremburg, 2017, pp. 69-75 . Nachteilig hieran ist jedoch, dass diese Verfahren nur auf der jeweiligen Größe basieren, die anfällig ist in Bezug auf Änderungen der Systemarchitektur und Änderung der Betriebsart.Furthermore, methods are known which are based on a rate of change of the current and the voltage, see e.g. A. Meghwani, SC Srivastava and S. Chakrabarti, "A Non-unit Protection Scheme for DC Microgrid Based on Local Measurements," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 32, no.1, pp. 172-181, Feb. 2017 and D. Wang, A. Emhemed and G. Burt, "A novel protection scheme for an LVDC distribution network with reduced fault levels," 2017 IEEE Second International Conference on DC Microgrids (ICDCM), Nuremburg, 2017, pp. 69-75 . The disadvantage of this, however, is that these methods are only based on the respective size, which is susceptible to changes in the system architecture and changes in the operating mode.

Aus R. Li, L. Xu and L. Yao, „DC Fault Detection and Location in Meshed Multiterminal HVDC Systems Based on DC Reactor Voltage Change Rate,“ in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 32, no. 3, pp. 1516-1526, June 2017 und J. Sneath and A. D. Rajapakse, „Fault Detection and Interruption in an Earthed HVDC Grid Using ROCOV and Hybrid DC Breakers,“ in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 31, no. 3, pp. 973-981, June 2016 sind Netzdrossel basierte Verfahren bekannt, bei denen DC Netzdrosseln als zusätzliche Komponenten in die Leitungen eingefügt werden. Dabei kann die Rate der Spannungsänderung an einer Netzdrossel als Referenz für eine Fehlererkennung dienen. Nachteilig an diesem System ist, dass neben weiteren Elementen im Netzwerk, die Netzdrosseln auch verlustbehaftet sind. Zudem sind zusätzlich Induktivitäten unter Umständen ein Problem für die Netzwerksstabilität.Out R. Li, L. Xu and L. Yao, "DC Fault Detection and Location in Meshed Multiterminal HVDC Systems Based on DC Reactor Voltage Change Rate," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 32, no.3, pp. 1516-1526, June 2017 and J. Sneath and AD Rajapakse, "Fault Detection and Interruption in an Earthed HVDC Grid Using ROCOV and Hybrid DC Breakers," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 31, no. 3, pp. 973-981, June 2016 line choke-based processes are known in which DC line chokes are inserted into the lines as additional components. The rate of voltage change at a line reactor can serve as a reference for error detection. The disadvantage of this system is that, in addition to other elements in the network, the line reactors are also lossy. In addition, inductances may also be a problem for network stability.

Aus O. M. K. K. Nanayakkara, A. D. Rajapakse and R. Wachal, „Location of DC Line Faults in Conventional HVDC Systems With Segments of Cables and Overhead Lines Using Terminal Measurements,“ in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 27, no. 1, pp. 279-288, Jan. 2012 ist ein Verfahren auf Basis von Wanderwellen bekannt. Bei diesem Verfahren, das nur für lange Leitungen geeignet ist, kann ein Kurzschluss anhand der Zeitdifferenz gemessen an den Leitungsenden bestimmt werden. Allerdings sind bei kurzen Leitungslängen von bis zu wenigen Kilometern die Zeitabstände so kurz, dass keine präzise Ortsbestimmung möglich ist. Out OMKK Nanayakkara, AD Rajapakse and R. Wachal, "Location of DC Line Faults in Conventional HVDC Systems With Segments of Cables and Overhead Lines Using Terminal Measurements," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 27, no. 1, pp. 279-288, Jan. 2012 a method based on traveling waves is known. With this method, which is only suitable for long lines, a short circuit can be determined based on the time difference measured at the line ends. However, with short line lengths of up to a few kilometers, the time intervals are so short that precise location determination is not possible.

Aus W. Li, M. Luo, A. Monti and F. Ponci, „Wavelet based method for fault detection in Medium Voltage DC shipboard power systems,“ 2012 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference Proceedings, Graz, 2012, pp. 2155-2160 und Y. Pan, M. Steurer and T. L. Baldwin, „Ground Fault Location Testing of a Noise-Pattern-Based Approach on an Ungrounded DC System,“ in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 47, no. 2, pp. 996-1002, March-April 2011 sind Zeit-Frequenz basierte Analyseverfahren bekannt, die für präzise vorbestimmte Verfahren eine Klassifikation von Fehlerorten und Fehlerarten zur Verfügung stellen. Jedoch sind die dort vorgestellten Verfahren nicht in der Lage in allgemeineren Netzen eine Aussage über Kurzschlüsse zu treffen.Out W. Li, M. Luo, A. Monti and F. Ponci, "Wavelet based method for fault detection in Medium Voltage DC shipboard power systems," 2012 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference Proceedings, Graz, 2012, pp. 2155- 2160 and Y. Pan, M. Steurer and TL Baldwin, “Ground Fault Location Testing of a Noise-Pattern-Based Approach on an Ungrounded DC System,” in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 47, no. 2, pp. 996-1002, March-April 2011 Time-frequency-based analysis methods are known which provide a classification of fault locations and types of faults for precisely predetermined methods. However, the methods presented there are not able to make a statement about short circuits in more general networks.

Aus W. Li, A. Monti and F. Ponci, „Fault Detection and Classification in Medium Voltage DC Shipboard Power Systems With Wavelets and Artificial Neural Networks,“ in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 63, no. 11, pp. 2651-2665, Nov. 2014 und Z. Yi and A. H. Etemadi, „Fault Detection for Photovoltaic Systems Based on Multi-Resolution Signal Decomposition and Fuzzy Inference Systems,“ in IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 8, no. 3, pp. 1274-1283, May 2017 sind Verfahren mit künstlicher Intelligenz bekannt. Jedoch erfordern diese Verfahren viele Trainingsdaten, die wiederum abhängig sind von dem jeweiligen System.Out W. Li, A. Monti and F. Ponci, "Fault Detection and Classification in Medium Voltage DC Shipboard Power Systems With Wavelets and Artificial Neural Networks," in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 63, no.11, pp. 2651-2665, Nov. 2014 and Z. Yi and AH Etemadi, “Fault Detection for Photovoltaic Systems Based on Multi-Resolution Signal Decomposition and Fuzzy Inference Systems,” in IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 8, no. 3, pp. 1274-1283, May 2017 methods with artificial intelligence are known. However, these methods require a lot of training data, which in turn depend on the particular system.

Aufgabetask

Vor diesem Hintergrund wäre es wünschenswert eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren bereitzustellen, das es ermöglicht einen Kurzschluss in einem (unbekannten) Gleichspannungs-Leiternetzwerk schnell und sicher zu erkennen.Against this background, it would be desirable to provide a device or a method that enables a short circuit in an (unknown) DC voltage conductor network to be detected quickly and reliably.

Lösungsolution

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mittels eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder einer Vorrichtung nach Anspruch 4. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und in den Figuren angegeben.The object is achieved by means of a method according to claim 1 or a device according to claim 4. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the respective dependent claims, the description and in the figures.

FigurenlisteFigure list

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawings using preferred embodiments.

Es zeigen

• 1 eine schematische Darstellung eines Gleichspannungs-Leiternetzwerks gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
• 2 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Ablaufes eines Zerlegungsverfahrens einer 3-stufigen stationären Wavelet-Transformation gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
• 3 ein schematisches Flussdiagramm eines beispielhaften Ablaufes eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
• 4 eine Darstellung von Zerlegungen einer 3-stufigen stationären Wavelet-Transformation gemäß Ausführungsformen der Erfindung über vier Zerlegungsstufen.

Show it

• 1 a schematic representation of a DC voltage conductor network according to embodiments of the invention,
• 2 a schematic representation of an exemplary sequence of a decomposition method of a 3-stage stationary wavelet transformation according to embodiments of the invention,
• 3 a schematic flow diagram of an exemplary sequence of a method according to the invention, and
• 4th a representation of decompositions of a 3-stage stationary wavelet transformation according to embodiments of the invention over four decomposition stages.

Nachfolgend wird die Erfindung eingehender (unter Bezugnahme auf die Figuren) dargestellt. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.The invention is illustrated in more detail below (with reference to the figures). It should be noted that different aspects are described that can be used individually or in combination. In other words, any aspect can be used with different embodiments of the invention, unless explicitly shown as a pure alternative.

Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.Furthermore, for the sake of simplicity, reference will generally only be made to one entity in the following. Unless explicitly stated, the invention can also have several of the entities concerned. In this respect, the use of the words “a”, “an” and “an” is only to be understood as an indication that at least one entity is used in a simple embodiment.

Soweit nachfolgend Verfahren beschrieben werden, sind die einzelnen Schritte eines Verfahrens in beliebiger Reihenfolge anordbar und/oder kombinierbar, soweit sich durch den Zusammenhang nicht explizit etwas Abweichendes ergibt. Weiterhin sind die Verfahren - soweit nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet - untereinander kombinierbar.As far as methods are described below, the individual steps of a method can be arranged and / or combined in any order, unless the context explicitly results in something different. Furthermore, the processes can be combined with one another - unless expressly indicated otherwise.

Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1 % bis zu +/- 10 %.Figures with numerical values are generally not to be understood as exact values, but also include a tolerance of +/- 1% up to +/- 10%.

Bezugnahme auf Standards oder Spezifikationen oder Normen sind als Bezugnahme auf Standards bzw. Spezifikationen bzw. Normen, die zum Zeitpunkt der Anmeldung und/oder - soweit eine Priorität beansprucht wird - zum Zeitpunkt der Prioritätsanmeldung gelten / galten, zu verstehen. Hiermit ist jedoch kein genereller Ausschluss der Anwendbarkeit auf nachfolgende oder ersetzende Standards oder Spezifikationen oder Normen zu verstehen.References to standards or specifications or norms are to be understood as referring to standards or specifications or norms that apply at the time of application and / or - if a priority is claimed - at the time of priority application. However, this is not to be understood as a general exclusion of applicability to the following or replacement standards or specifications or norms.

„Benachbart“ schließt im Nachfolgenden explizit eine unmittelbare Nachbarschaftsbeziehung ein ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. „Zwischen“ schließt im Nachfolgenden explizit eine Lage ein, in der das zwischenliegende Teil eine unmittelbare Nachbarschaft zu den umgebenden Teilen aufweist.In the following, “neighboring” explicitly includes an immediate neighborhood relationship without, however, being restricted to this. In the following, “between” explicitly includes a position in which the intermediate part is in close proximity to the surrounding parts.

Nachfolgend werden wir ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Detektion einer kurzgeschlossenen Leitung in einem elektrischen Gleichspannungs-Leiternetzwerk bzw. die dazu geeignete Vorrichtung näher beschreiben.In the following, we will describe in more detail a method according to the invention for detecting a short-circuited line in an electrical DC voltage conductor network and the device suitable for this purpose.

In dem Verfahren wird davon ausgegangen, dass an einem Leiterknoten (im Sinne der Kirchhoffschen Regeln) eine Vorrichtung zur Ausführung eines der Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist.The method is based on the assumption that a device for executing one of the methods according to one of the preceding claims is arranged at a conductor node (in the sense of Kirchhoff's rules).

Die Vorrichtung weist zumindest eine Strommesseinrichtung zur Bestimmung von Stromwerten an elektrischen Leiterzweigen eines Leiterknotens, und eine Berechnungseinheit oder mehrere Berechnungseinheiten zur Bestimmung von Ableitungen und Wavelet-Transformation und zum Vergleichen auf. Dabei ist anzumerken, dass mit Leiterknoten in Bezug auf eine Leitung eine Vorrichtung nahe am Leiterende der jeweiligen Leitung, angeordnet ist.The device has at least one current measuring device for determining current values on electrical conductor branches of a conductor node, and one calculation unit or several calculation units for determining derivatives and wavelet transformation and for comparison. It should be noted that with conductor nodes in relation to a line, a device is arranged close to the conductor end of the respective line.

Es ist nicht notwendig, dass an jedem Leiterknoten eine entsprechende Vorrichtung angeordnet ist.It is not necessary for a corresponding device to be arranged at each conductor node.

Offensichtlich kann für eine Strommesseinrichtung zur Bestimmung von Stromwerten an elektrischen Leiterzweigen auch in unterschiedlichen Zeitabschnitten für unterschiedliche Leiterzweige eines Leiterknotens verwendet werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine (oder mehrere oder alle) Strommesseinrichtung(en) zur Bestimmung von Stromwerten von (einem) bestimmten Leiterzweig vorgesehen sind.Obviously, for a current measuring device for determining current values on electrical conductor branches, different time segments can also be used for different conductor branches of a conductor node. However, it can also be provided that one (or more or all) current measuring device (s) are provided for determining current values from (a) certain conductor branch.

Offensichtlich kann im Folgenden auch die Bestimmung von Ableitungen und Wavelet-Transformationen und Vergleichsoperationen von einer einzelnen (lokalen oder entfernten) Berechnungseinheit vorgenommen werden, oder aber für bestimmte Operationen können dedizierte Berechnungseinheiten (lokal oder entfernt) vorgesehen sein.Obviously, in the following, the determination of derivatives and wavelet transformations and comparison operations can also be carried out by a single (local or remote) calculation unit, or dedicated calculation units (local or remote) can be provided for certain operations.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren werden durch die Vorrichtung pro Leiterzweig an einem Leiterknoten (Node 1, Node 2, Node 3) die nachfolgenden Schritte (in Bezug auf die jeweiligen Leiterzweige parallel oder überlappend oder zeitlich hintereinander) ausgeführt:

• Bestimmen eines ersten Stromwertes I[1] zu einem ersten Zeitpunkt t₁, Bestimmen eines zweiten Stromwertes I[2] zu einem zweiten Zeitpunkt t₂, wobei der zweite Zeitpunkt t₂ nachfolgend zu dem ersten Zeitpunkt t₁ ist, Bestimmen eines dritten Stromwertes I[3] zu einem dritten Zeitpunkt t₃, wobei der dritte Zeitpunkt t₃ nachfolgend zu dem zweiten Zeitpunkt t₂ ist.

In a method according to the invention, the device carries out the following steps (in relation to the respective conductor branches, parallel or overlapping or one after the other) for each conductor branch at a conductor node (node 1, node 2, node 3):

• Determining a first current value I [1] at a first point in time t ₁ , determining a second current value I [2] at a second point in time t ₂ , the second point in time t _{2 being} subsequent to the first point in time t ₁ , determining a third current value I. [3] at a third time t ₃ , the third time t _{3 being} subsequent to the second time t ₂ .

Obwohl das Verfahren auch mit mehr als drei Zweitwerten implementiert sein kann wird nachfolgend auf die einfachste Ausgestaltung zurückgegriffen werden.Although the method can also be implemented with more than three second values, the simplest embodiment will be used below.

Anhand zumindest dieser drei Stromwerte I[1], I[2], I[3] pro Leiterzweig kann nun die zweite Ableitung I" der Stromwerte unter Verwendung des ersten Stromwertes I[1], des zweiten Stromwertes I[2] und des dritten Stromwertes I[3] bestimmt werden.Using at least these three current values I [1], I [2], I [3] per conductor branch, the second derivative I ″ of the current values can now be calculated using the first current value I [1], the second current value I [2] and the third Current value I [3] can be determined.

Die Bestimmung der zweiten Ableitung kann auf unterschiedliche Weise implementiert sein. Beispielsweise kann aus dem ersten Stromwert I[1] und dem zweiten Stromwert I[2] ein erster Ableitungswert $I\text{'}\left[2\right]=\frac{I\left[2\right]-I\left[1\right]}{t_2-t_1}$

und aus dem zweiten Stromwert I[2] und dem dritten Stromwert t₂-t₁ I[3] ein zweiter Ableitungswert $I\text{'}\left[3\right]=\frac{I\left[3\right]-I\left[2\right]}{t_3-t_2}$

gebildet werden. Aus diesen zwei Ableitungswerten kann wiederum die zweite Ableitung des Stromwertes (engl. second derivative of current, abgek. SDOC) in analoger Weise bestimmt werden. Offensichtlich kann dieses Verfahren bei gleichen Abständen zwischen den Zeitpunkten weiter vereinfacht werden.The determination of the second derivative can be implemented in different ways. For example, a first derivative value can be derived from the first current value I [1] and the second current value I [2] $\mathrm{I.}\text{'}\left[2\right]=\frac{\mathrm{I.}\left[2\right]-\mathrm{I.}\left[1\right]}{t_2-{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="t"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0031.png"\; state="\{\{state\}\}">t</figure-callout>}}_1}$

and a second derivative value from the second current value I [2] and the third current value t ₂ -t ₁ I [3] $\mathrm{I.}\text{'}\left[3\right]=\frac{\mathrm{I.}\left[3\right]-\mathrm{I.}\left[2\right]}{t_3-{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="t"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">t</figure-callout>}}_2}$

are formed. The second derivative of the current value (SDOC) can in turn be determined in an analogous manner from these two derivative values. Obviously, this method can be further simplified with the same intervals between the points in time.

Es sei angemerkt, dass die Anzahl der Stromwerte / Zeitpunkte nicht fix sein muss, sondern an aktuelle Erfordernisse angepasst sein kann.It should be noted that the number of current values / times does not have to be fixed, but can be adapted to current requirements.

In vorteilhafter Weise kann nun zunächst untersucht werden, ob die zweite Ableitung des Stromwertes an einem Leiterzweig einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.In an advantageous manner, it can now be examined whether the second derivative of the current value on a conductor branch exceeds a predetermined limit value.

Ist dies der Fall, so kann davon ausgegangen werden, dass ein möglicher Fehler vorliegt. In allen anderen Fällen kann davon ausgegangen werden, dass die Änderungen auf Grund von Störungen wie Rauschen oder durch harmonische Komponenten gekommen sind. Diese wirken sich typischerweise nicht stark aus und können somit ignoriert werden, wodurch weniger Energie verwendet wird.If this is the case, it can be assumed that there is a possible error. In all other cases, it can be assumed that the changes are due to interference such as noise or harmonic components. These typically don't have a major impact and can therefore be ignored, which means that less energy is used.

Der vorbestimmte Grenzwert für die zweite Ableitung des Stromwertes an einem Leiterzweig kann empirisch vorher bestimmt sein oder aber in einer (vorherigen) Trainingssequenz ermittelt worden sein. Beispielsweise kann der Grenzwert (t in 3) so gesetzt werden, dass oberhalb des maximalen Betrags der SDOC im fehlerfreien Betrieb ist. Hierbei kann eine Sicherheitsmarge eingeplant werden, z.B. der zweifache Wert des maximalen Betrags der SDOC im fehlerfreien Betrieb.The predetermined limit value for the second derivative of the current value on a conductor branch can be determined empirically in advance or else it can be determined in a (previous) training sequence. For example, the limit value (t in 3 ) must be set so that the SDOC is in error-free operation above the maximum amount. A safety margin can be planned for this, e.g. twice the value of the maximum amount of the SDOC in error-free operation.

Anschließend wird für eine Mehrzahl von (aufeinanderfolgenden) zweiten Ableitungswerten eine sogenannte 3-stufige stationäre Wavelet-Transformation (engl. stationary wavelet transform, abgek. SWT) ausgeführt. Auf Basis der SWT wird dann der Singularitätsindex (engl. singularity index, abgek. SI) bestimmt.A so-called 3-stage stationary wavelet transformation (English stationary wavelet transform, abbreviated to SWT) is then carried out for a plurality of (consecutive) second derivative values. The singularity index (SI) is then determined on the basis of the SWT.

Für den Fall, dass der Singularitätsindex SI größer als -1 ist kann festgestellt werden, dass der betreffende Leiterzweig fehlerbehaftet (kurzgeschlossen) ist.In the event that the singularity index SI is greater than -1, it can be determined that the branch in question is faulty (short-circuited).

Zum besseren Verständnis sei nachfolgend ein elektrisches Drei-Knoten-Gleichspannungs-Leiternetzwerk (Leiterknoten: Node 1, Node 2, Node 3) gemäß 1 angenommen. Dort ist an der Stelle F der Leitung 1-2 (von Leiterknoten Node 1 nach Leiterknoten Node 2) ein Kurzschluss aufgetreten.For a better understanding, an electrical three-node DC voltage conductor network (conductor node: Node 1, Node 2, Node 3) according to FIG 1 accepted. A short circuit has occurred there at point F of line 1-2 (from conductor node 1 to conductor node 2).

Wir betrachten den Unterschied von Leiterknoten 1 aus. Dabei ist die Leitung 1-3 (von Leiterknoten Node 1 nach Leiterknoten Node 3) als intakt angenommen.We consider the difference between conductor nodes 1 out. Line 1-3 (from conductor node 1 to conductor node 3) is assumed to be intact.

Während des Fehlerfalles werden die Leitungen wie folgt analysiert:In the event of a fault, the lines are analyzed as follows:

Für Leitung 1-2 gilt nach Kirchhoff: $$U_1=R_{1\text{F}}{I}_{12}+L_{1\text{F}}\frac{d{I}_{12}}{dt}+U_{\text{F}}$$

According to Kirchhoff, the following applies to lines 1-2: $${\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="U"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0031.png"\; state="\{\{state\}\}">U</figure-callout>}}_1={\mathrm{R.}}_{1\text{F.}}{\mathrm{I.}}_{12}+{\mathrm{L.}}_{1\text{F.}}\frac{d{\mathrm{I.}}_{12}}{dt}+U_{\text{F.}}$$

Hieraus kann die zweite Ableitung von I₁₂ gebildet werden: $$\frac{d^2{I}_{12}}{d{t}^2}=\frac{1}{L_{1F}}\left(\frac{d{U}_1}{L_{1\text{F}}}-R_{1\text{F}}\frac{d{I}_{12}}{dt}-\frac{d{U}_{\text{F}}}{dt}\right)$$

From this the second derivative of I ₁₂ can be formed: $$\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}}^2{\mathrm{I.}}_{12}}{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d\; t"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}{t}^{}{}^2}=\frac{1}{{\mathrm{L.}}_{1\mathrm{F.}}}\left(\frac{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="d\; U"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0031.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}{U}_{}{}_1}{{\mathrm{L.}}_{1\text{F.}}}-{\mathrm{R.}}_{1\text{F.}}\frac{d{\mathrm{I.}}_{12}}{dt}-\frac{d{U}_{\text{F.}}}{dt}\right)$$

Wenn ein Fehler auftritt so sinkt die Spannung U₁ Richtung 0 V über einen Zeitraum ab während die Fehlerspannung U_F im Vergleich dazu instantan abfällt. Entsprechend zeigt $\frac{d{U}_{\text{F}}}{dt}$

zu diesem Zeitpunkt t₀ eine betragsmäßig hohe Größe im Vergleich zu $\frac{d{U}_1}{dt}\text{ und }{R}_{1\text{F}}\frac{d{I}_{12}}{dt}$

nicht nur zu diesem Zeitpunkt t₀ sondern auch zu weiteren Zeitpunkten.When an error occurs, the voltage U ₁ drops in the direction of 0 V over a period of time, while the error voltage U _F drops instantaneously in comparison. Shows accordingly $\frac{d{U}_{\text{F.}}}{dt}$

at this point in time t ₀ a magnitude which is high in comparison to $\frac{d{U}_1}{dt}\text{and}{\mathrm{R.}}_{1\text{F.}}\frac{d{\mathrm{I.}}_{12}}{dt}$

not only at this point in time t ₀ but also at other points in time.

Dieser starke Abfall von U_F ist darin begründet, dass U_F keine konzentrierte Kapazität am Fehlerort F aufweist, wodurch die Änderungsrate zum Zeitpunkt des Fehlereintritts hoch ist. Vor und nach dem Fehlereintritt ist die Fehlerspannung U_F im Vergleich dazu stabil(er), was sich in einer begrenzten Änderungsrate widerspeigelt. $$\left|\frac{d{U}_{\text{F}}}{dt}|{}_{t=t_0}\right|>>\mathrm{0,}\left|\frac{d{U}_{\text{F}}}{dt}|{}_{t\ne t_0}\right|<<\infty$$

This sharp drop in U _F is due to the fact that U _F does not have a concentrated capacitance at the fault location F, as a result of which the rate of change at the time the fault occurs is high. Before and after the occurrence of the fault, the fault voltage U _{F is} (er) stable in comparison, which is reflected in a limited rate of change. $$\left|\frac{d{U}_{\text{F.}}}{dt}|{}_{t={\mathrm{<figure-callout\; id="0"\; label="t"\; filenames="DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">t</figure-callout>}}_0}\right|>>\mathrm{0,}\left|\frac{d{U}_{\text{F.}}}{dt}|{}_{t\ne {\mathrm{<figure-callout\; id="0"\; label="t"\; filenames="DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">t</figure-callout>}}_0}\right|<<\infty$$

Dabei ist zu berücksichtigen, dass die DC Leitungskapazität C₁ die Spannung U₁ am Leitungsknoten Node 1 stützt, und die Leitungsinduktivität L_1F eine schlagartige Änderung von I₁₂ verhindert.It must be taken into account that the DC line capacitance C ₁ supports the voltage U ₁ at the line node Node 1, and the line inductance L _1F prevents a sudden change in I ₁₂ .

Daher haben sowohl U₁ als auch R_1FI₁₂ Ableitungen mit begrenzter Größe: $$\left|\frac{d{U}_1}{dt}\right|<<\infty$$

$$\left|R_{1\text{F}}\frac{d{I}_{12}}{dt}\right|<<\infty$$

Hence, both U ₁ and R _1F I have ₁₂ derivatives of limited size: $$\left|\frac{d{U}_1}{dt}\right|<<\infty$$

$$\left|{\mathrm{R.}}_{1\text{F.}}\frac{d{\mathrm{I.}}_{12}}{dt}\right|<<\infty$$

Nunmehr kann unter Verwendung von (3)(4)(5) in (2) die Eigenschaft von $\frac{d^2{I}_{12}}{d{t}^2}$

wie folgt angegeben werden: $$\left|\frac{d^2{I}_{12}}{d{t}^2}|{}_{t=t_0}\right|>>\mathrm{0,}\left|\frac{d^2{I}_{12}}{d{t}^2}|{}_{t\ne t_0}\right|<<\infty$$

Now, using (3) (4) (5) in (2), the property of $\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}}^2{\mathrm{I.}}_{12}}{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d\; t"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}{t}^{}{}^2}$

can be specified as follows: $$\left|\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}}^2{\mathrm{I.}}_{12}}{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d\; t"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}{t}^{}{}^2}|{}_{t={\mathrm{<figure-callout\; id="0"\; label="t"\; filenames="DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">t</figure-callout>}}_0}\right|>>\mathrm{0,}\left|\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}}^2{\mathrm{I.}}_{12}}{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d\; t"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}{t}^{}{}^2}|{}_{t\ne {\mathrm{<figure-callout\; id="0"\; label="t"\; filenames="DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">t</figure-callout>}}_0}\right|<<\infty$$

Hieraus ergibt sich aber auch, dass $\frac{d^2{I}_{12}}{d{t}^2}$

ein isolierter singulärer Punkt zum Zeitpunkt t₀ sein sollte.But it also follows from this that $\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}}^2{\mathrm{I.}}_{12}}{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d\; t"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}{t}^{}{}^2}$

should be an isolated singular point at time t ₀ .

Gleichermaßen kann nun Leitung 1-3 untersucht werden: $$\frac{d^2{I}_{13}}{d{t}^2}=\frac{1}{L_{13}}\left(\frac{d{U}_1}{dt}-R_{13}\frac{d{I}_{13}}{dt}-\frac{d{U}_3}{dt}\right)$$

wobei die Änderungsrate dieser drei Termanteile alle beschränkt sind, da U₁ und U₃ durch die Kapazitäten C₁ und C₃ gestützt sind, bzw. die Leitungsinduktivität L₁₃ eine schnelle Änderung von I₁₃ verhindert. $$\left|\frac{d{U}_3}{dt}\right|<<\infty$$

$$\left|R_{13}\frac{d{U}_3}{dt}\right|<<\infty$$

Lines 1-3 can now be examined in the same way: $$\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}}^2{\mathrm{I.}}_{13}}{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d\; t"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}{t}^{}{}^2}=\frac{1}{{\mathrm{L.}}_{13}}\left(\frac{d{U}_1}{dt}-{\mathrm{R.}}_{13}\frac{d{\mathrm{I.}}_{13}}{dt}-\frac{d{U}_3}{dt}\right)$$

wherein the rate of change of these three Term proportions are all limited, since U ₁ and U are supported by the capacitances C ₁ and C _{3 3,} and the line inductance L ₁₃ prevents a rapid variation of I. ₁₃ $$\left|\frac{d{U}_3}{dt}\right|<<\infty$$

$$\left|{\mathrm{R.}}_{13}\frac{d{U}_3}{dt}\right|<<\infty$$

Nunmehr kann unter Verwendung von (4) (8) (9) in (7) wie zuvor angegeben werden: $$\left|\frac{d^2{I}_{13}}{d{t}^2}\right|<<\infty$$

Now, using (4) (8) (9) in (7) it can be stated as before: $$\left|\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}}^2{\mathrm{I.}}_{13}}{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d\; t"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}{t}^{}{}^2}\right|<<\infty$$

Ein Vergleich von (6) mit (10) zeigt deutliche Unterschiede in der SDOC. Während die kurzgeschlossene Leitung ein singuläres Merkmal aufweist ist die SDOC der nichtkurzgeschlossenen Leitung vergleichsweise klein. Somit kann dieses Merkmal als Zeichen eines Kurzschlusses dienen.A comparison of (6) with (10) shows clear differences in the SDOC. While the short-circuited line has a singular characteristic, the SDOC of the non-short-circuited line is comparatively small. This feature can therefore serve as a sign of a short circuit.

Um einen Fehler zu detektieren und zu isolieren ist es jedoch notwendig vermeintliche Fehler durch Laständerungen von richtigen Fehlern zu unterscheiden. Im Lastwechselfall (R_L) ändert die Knotenspannung U₃ sich nicht so schnell wie U_F. Im Fehlerfall kann die hohe Änderungsrate von U_F jedoch erkannt werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass im Lastwechselfall die Leitungskapazität C₃ eine schnelle Änderung der Spannung U₃ behindert.In order to detect and isolate an error, however, it is necessary to distinguish between supposed errors caused by load changes and real errors. In the event of a load change (R _L ), the node voltage U ₃ does not change as quickly as U _F. In the event of an error, however, the high rate of change of U _F can be recognized. It should be noted that the line capacitance C ₃ hinders rapid change in the voltage U ₃ in the case of load change.

Andere Systemfaktoren, wie die DC Leitungskapazität, der Fehlerort und die Fehlerimpedanz können die SDOC beeinflussen, jedoch ist dieser Einfluss gering.Other system factors such as the DC line capacity, the fault location and the fault impedance can influence the SDOC, but this influence is small.

Typischerweise werden in Leitungsüberwachungseinrichtungen Stromsignale in Serie (mit einem bestimmten Zeitabstand Δt [Abtastschrittweite]) abgetastet, die eine entsprechende diskrete Verarbeitung benötigen. Daher können Ableitungen in den Stromsignalen durch die (zeitlich nach hinten gerichteten / rückwärtige) endlichen (finite) Differenzen ersetzt werden $${\left(\frac{dI}{dt}\right)}_n=\frac{\Delta I\left[n\right]}{\Delta t}=\frac{I\left[n\right]-I\left[n-1\right]}{\Delta t}$$

wobei Δt die Abtastschrittweite und ΔI [n] die Differenz zwischen dem n-ten und (n - 1)-ten Stromabtastwert ist. Wenn zudem angenommen wird, dass Δt einen festen Wert aufweist, dann ist $\frac{dI}{dt}$

 nur durch ΔI bestimmt. Mit anderen Worten, ΔI kann $\frac{dI}{dt}$

 darstellen. In gleicher Weise kann $\frac{d^{2}I}{d{t}^2}$

durch Δ²I dargestellt werden: $${\Delta }^{2}I\left[n\right]=\Delta I\left[n\right]-\Delta I\left[n-1\right]$$

Typically, in line monitoring devices, current signals are sampled in series (with a specific time interval Δt [sampling step size]), which require corresponding discrete processing. Therefore, derivatives in the current signals can be replaced by the (finite) differences (backwards / backwards in time) $${\left(\frac{d\mathrm{I.}}{dt}\right)}_n=\frac{\Delta \mathrm{I.}\left[n\right]}{\Delta t}=\frac{\mathrm{I.}\left[n\right]-\mathrm{I.}\left[n-1\right]}{\Delta t}$$

where Δt is the sampling step size and ΔI [n] is the difference between the n-th and (n-1) -th current samples. If it is also assumed that Δt has a fixed value, then is $\frac{d\mathrm{I.}}{dt}$

determined only by ΔI. In other words, ΔI can $\frac{d\mathrm{I.}}{dt}$

represent. In the same way can $\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}}^2\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="I.\; d\; t"\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">I.</figure-callout>}}{d{t}^{}}$

can be represented by Δ ² I: $${\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="\Delta "\; filenames="DE102019210319A1\_0030.png,DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">\Delta </figure-callout>}}^2\mathrm{I.}\left[n\right]=\Delta \mathrm{I.}\left[n\right]-\Delta \mathrm{I.}\left[n-1\right]$$

Während nunmehr die Grundlagen dargestellt sind, bedarf es noch eines brauchbaren Ansatzes zur Erkennung der Singularität.While the basics are now presented, a useful approach to recognizing the singularity is still required.

Hier greift die Erfindung auf eine Wavelet-basierte Singularitätserkennung zu.Here the invention accesses a wavelet-based singularity recognition.

Ein Vorteil dieses Ansatzes ist, dass er mathematisch rigoros ist und wenig Anforderungen an die Rechenleistung stellt und zudem gut anpassbar ist.One advantage of this approach is that it is mathematically rigorous and has few demands on computing power and is also easily adaptable.

Die Regularität eines Signales kann mathematisch z.B. mittels Lipschitz Exponenten dargestellt werden.The regularity of a signal can be represented mathematically, e.g. using Lipschitz exponents.

Dabei gilt: eine Funktion f(t) ist Lipschitz α oder besitzt einen Lipschitz Exponenten α bei ν, falls gilt $$\left|f\left(t\right)-P_{\nu }\left(t\right)\right|\le K{\left|t-\nu \right|}^{\alpha }$$

in dem K positiv konstant ist und P_ν ein Polynom des Grades $n=\lfloor \alpha \rfloor .$

The following applies: a function f (t) is Lipschitz α or has a Lipschitz exponent α at ν, if the following applies $$\left|f\left(t\right)-P_{\nu }\left(t\right)\right|\le K{\left|t-\nu \right|}^{\alpha }$$

where K is positive constant and P _{ν is} a polynomial of degree $n=\lfloor \alpha \rfloor .$

Es kann gezeigt werden, dass falls die Funktion f(t) Lipschitz α > n in der Nachbarschaft von t₀ ist, die Funktion f(t) n-mal in der Nachbarschaft ableitbar ist (sieh z.B. Mallat, Stephane, „Chapter 6 - Wavelet Zoom,“ in A Wavelet Tour of Signal Processing: The Sparse Way, pp. 205-261, Academic Press, Third Edition, 2009 .).It can be shown that if the function f (t) Lipschitz α> n in the neighborhood of t ₀ , the function f (t) can be derived n times in the neighborhood (see e.g. Mallat, Stephane, “Chapter 6 - Wavelet Zoom,” in A Wavelet Tour of Signal Processing: The Sparse Way, pp. 205-261, Academic Press, Third Edition, 2009 .).

Entsprechend dem Grad der Differenzierbarkeit, stellt der Lipschitz-Exponent auch ein Maß der lokalen Regularität dar.According to the degree of differentiability, the Lipschitz exponent also represents a measure of local regularity.

Dabei entspricht ein Lipschitz-Exponent einem kontinuierlichen ableitbaren Signal α ≥ 1, während eine Stufenfunktion einem Lipschitz-Exponenten von α = 0 entspricht. Ein Lipschitz-Exponent α = -1 hingegen entspricht einer Dirac-Funktion.A Lipschitz exponent corresponds to a continuously derivable signal α ≥ 1, while a step function corresponds to a Lipschitz exponent of α = 0. A Lipschitz exponent α = -1, on the other hand, corresponds to a Dirac function.

Im Fehlerfall entspricht die zweite Ableitung der gestörten Leitung einem Dirac-Signal während die erste Ableitung eher einer Stufenfunktion nahe kommt.In the event of a fault, the second derivative of the disturbed line corresponds to a Dirac signal, while the first derivative is closer to a step function.

Ein Vergleich mit den Lipschitz-Exponenten zeigt daher auf, dass die SDOC einen negativen Lipschitz-Exponenten aufweist während die erste Ableitung einem Lipschitz-Exponent von α = 0 zuneigt. Folglich sind die Fehlerbedingungen der zweiten Ableitung einfacher von den Nicht-Fehlerbedingungen zu unterscheiden, denn diese entsprächen einem kontinuierlichen Signal mit einem positiven Lipschitz-Exponenten.A comparison with the Lipschitz exponent therefore shows that the SDOC has a negative Lipschitz exponent while the first derivative tends towards a Lipschitz exponent of α = 0. Consequently, the error conditions of the second derivative are easier to distinguish from the non-error conditions, since these would correspond to a continuous signal with a positive Lipschitz exponent.

Um nun zu Lipschitz-Exponenten eines gegebenen Signales zu gelangen, kann ein Schätzverfahren basierend auf der Modulmaxima der Wavelet-Transformation (engl. wavelet transform modulus maxima, abgek. WTMM) verwendet werden.In order to arrive at the Lipschitz exponent of a given signal, an estimation method based on the modulus maxima of the wavelet transformation (wavelet transform modulus maxima, abbreviated WTMM) can be used.

Die kontinuierliche Wavelet Transformation von f(t) ist definiert durch $$Wf\left(s,\tau \right)=\frac{1}{\sqrt{\left|s\right|}}{\displaystyle {\int }_{-\infty }^{\infty }f\left(t\right)\psi *\left(\frac{t-\tau }{s}\right)dt}$$

wobei s der Skalierungsfaktor oder die Skala, τ der Translationsfaktor, und ψ(t) die Wavelet-Funktion ist.The continuous wavelet transform of f (t) is defined by $$\mathrm{W.}f\left(s,\tau \right)=\frac{1}{\sqrt{\left|s\right|}}{\displaystyle {\int }_{-\infty }^{\infty }f\left(t\right)\psi *\left(\frac{t-\tau }{s}\right)dt}$$

where s is the scaling factor or scale, τ is the translation factor, and ψ (t) is the wavelet function.

Die WTMM bezeichnen die lokalen Maxima der Wavelet-Transformations-Beträge (|Wf(s,τ)|) auf verschiedenen Skalen s.The WTMM denote the local maxima of the wavelet transformation amounts (| Wf (s, τ) |) on different scales s.

Die WTMM einer nicht-oszillierenden Funktion f(t) bei t₀ sind innerhalb des Einflusskegels (engl. cone of influence, abgek. COI) in der Ebene (s, τ) lokalisiert. Der COI ist durch $$\left|\tau -t_0\right|\le Bs$$

definiert, wobei B konstant ist.The WTMM of a non-oscillating function f (t) at t ₀ are located within the cone of influence (COI) in the plane (s, τ). The COI is through $$\left|\tau -{\mathrm{<figure-callout\; id="0"\; label="t"\; filenames="DE102019210319A1\_0032.png"\; state="\{\{state\}\}">t</figure-callout>}}_0\right|\le \mathrm{B.}s$$

defined, where B is constant.

Eine nicht-oszillierenden Funktion f (t) ist Lipschitz α bei t₀, nur - und zwar ausschließlich nur - wenn eine Konstante C existiert, sodass die WTMM, die innerhalb des COI befindlich sind, die Bedingung $$\left|Wf\left(s,\tau \right)\right|\le C{s}^{\alpha }.$$

erfüllen. Dies impliziert, dass der asymptotische Abfall der WTMM durch eine exponentielle Line Csa begrenzt ist. Daher kann der Lipschitz-Exponent α durch Verfolgung der asymptotischen Linien der WTMM geschätzt werden.A non-oscillating function f (t) is Lipschitz α at t ₀ , only - and exclusively only - if a constant C exists, so that the WTMM, which are located within the COI, the condition $$\left|\mathrm{W.}f\left(s,\tau \right)\right|\le \mathrm{C.}{s}^{\alpha }.$$

fulfill. This implies that the asymptotic fall of the WTMM is limited by an exponential line Csa. Therefore, the Lipschitz exponent α can be estimated by following the asymptotic lines of the WTMM.

Die zuvor eingeführte Lipschitz-Exponenten-Abschätzung bezieht sich auf die kontinuierliche Zeitdomäne. In aller Regel liegt jedoch ein zeitabgetastes diskretes Signal vor.The previously introduced Lipschitz exponent estimate relates to the continuous time domain. As a rule, however, there is a time-sampled discrete signal.

Folglich muss auch WTMM für diskrete Signale zur Verfügung gestellt werden.Consequently, WTMM must also be made available for discrete signals.

Eine konventionelle diskrete Wavelet-transformation (DWT) kann nicht ohne Weiteres Verwendung finden, da die Länge der Detailkoeffizienten durch Downsampling reduziert werden, sodass es schwierig sein kann den COI zu identifizieren.A conventional discrete wavelet transform (DWT) cannot easily be used because the length of the detail coefficients is reduced by downsampling, so that it can be difficult to identify the COI.

Um dies zu vermeiden kann auf die SWT zurückgegriffen werden, bei der dieselbe Länge der Detail-koeffizienten in jedem Zerlegungsgrad auf Grund der Redundanzeigenschaft gegeben ist. Hierzu sei beispielhaft auf eine Implementierung gemäß 2 verwiesen.To avoid this, the SWT can be used, in which the same length of the detail coefficients is given in every degree of decomposition due to the redundancy property. For this purpose, an implementation according to 2 referenced.

Wie in 2 aufgezeigt, kann die SWT für eine abgetastete Signalmenge f[n] durch Passieren einer Reihe von Filtern erhalten werden. Bei einem Zerlegungsgrad j, werden die Detail-koeffizienten d_j[n] und Approximate-Koeffizienten α_j[n] durch die Faltung von α_j-1[n] mit Hochpassfilter h_j und Tiefpassfilter g_j erhalten werden. (f[n] kann als a₀[n] betrachtet werden): $$d_j\left(n\right)={\displaystyle {\sum }_{k=-\infty }^{+\infty }{a}_{j-1}}\left[k\right]\ast h_j\left[n-k\right]$$

$$a_j\left(n\right)={\displaystyle {\sum }_{k=-\infty }^{+\infty }{a}_{j-1}}\left[k\right]\ast g_j\left[n-k\right]$$

As in 2 As shown, the SWT for a sampled signal set f [n] can be obtained by passing through a series of filters. With a degree of decomposition j, the detail coefficients d _{j [} n] and approximate coefficients α _{j [} n] are obtained by convolution of α _j-1 [n] with high-pass filter h _j and low-pass filter g _j . (f [n] can be viewed as a ₀ [n]): $$d_j\left(n\right)={\displaystyle {\sum }_{k=-\infty }^{+\infty }{a}_{j-1}}\left[k\right]\ast H_j\left[n-k\right]$$

$$a_j\left(n\right)={\displaystyle {\sum }_{k=-\infty }^{+\infty }{a}_{j-1}}\left[k\right]\ast G_j\left[n-k\right]$$

Bei jedem Zerlegungsgrad werden der Hochpassfilter und der Tiefpassfilter durch Einfügen von 0 hochgerechnet (angezeigt durch ↑2 in 2).For each degree of decomposition, the high-pass filter and the low-pass filter are extrapolated by inserting 0 (indicated by ↑ 2 in 2 ).

Daher können durch Iteration mit (17)(18) die Detail-koeffizienten d_j[n] bei mehreren Zerlegungsgraden erhalten werden, von denen die WTMM aus den d_j[n] innerhalb COI erhalten werden.Therefore, by iterating with (17) (18) the detail coefficients d _{j [} n] can be obtained with several degrees of decomposition, from which the WTMM are obtained from the d _{j [} n] within COI.

Nachfolgend soll noch auf ein ideales Abtasten und ein nicht-ideales Abtasten eingegangen werden.Ideal scanning and non-ideal scanning will also be discussed below.

Im idealen Abtastfall wird am Knickpunkt des Stromsignales ein Wert abgetastet, während im (häufigeren) nicht-idealen Abtastfall der Knickpunkt des Stromsignales zwischen zwei Abtastwerten lokalisiert ist. Im idealen Abtastfall ist dann in der entsprechenden zweiten Ableitung SDOC ein Singularpunkt enthalten während im nicht-idealen Abtastfall die entsprechende zweite Ableitung SDOC zwei aufeinanderfolgende Anomaliepunkte - entsprechend dem Abtastwert vor dem Knickpunkt und dem Abtastwert nach dem Knickpunkt - beinhaltet. Nur in diesen zwei Fällen kann das Verhalten von einem Kurzschluss herrühren, sodass alle anderen Fälle als nicht relevant angesehen werden können.In the ideal sampling case, a value is sampled at the break point of the current signal, while in the (more frequent) non-ideal sampling case the break point of the current signal is located between two samples. In the ideal sampling case, the corresponding second derivative SDOC then contains a singular point, while in the non-ideal sampling the corresponding second derivative SDOC contains two successive anomaly points - corresponding to the sample before the break point and the sample after the break point. Only in these two cases can the behavior result from a short circuit, so that all other cases cannot be considered relevant.

Aus der Analyse von typischen Mustern von SDOC mittels SWT kann ein geeignetes Kriterium definiert werden.A suitable criterion can be defined from the analysis of typical SDOC patterns using SWT.

Neben den bereits aufgezeigten 2 Fehlerfällen kann z.B. auch das Verhalten von einem Signal mit 3 aufeinanderfolgenden Anomaliepunkten, ein Signal mit einer geglätteten Stufenfunktion und auch ein Signal mit einer scharfen Stufenfunktion betrachtet werden, da diese am ehesten mit einem Kurzschlusssignal verwechselt werden könnten, wobei das Signal mit 3 aufeinander folgenden Anomaliepunkten die höchste Wahrscheinlichkeit einer Verwechselung aufweist.In addition to the 2 error cases already shown, the behavior of a signal with 3 consecutive anomaly points, a signal with a smoothed step function and also a signal with a sharp step function can be considered, since these could most likely be mistaken for a short-circuit signal, whereby the signal with 3 consecutive anomaly points has the highest likelihood of confusion.

Trägt man zu diesen Signalen die WTMM über die ersten vier Zerlegungsgrade auf, so ergibt sich 4.If the WTMM is applied to these signals over the first four degrees of decomposition, the result is 4th .

Signal 1 ist durch ein auf der Spitze stehendes Quadrat, Signal 2 durch ein auf der Seite liegendes Quadrat, Signal 3 durch ein Dreieck, Signal 4 durch ein Kreuz und Signal 5 durch ein gestrichenes Kreuz gekennzeichnet.signal 1 is signal through a square on its tip 2 by a square lying on its side, signal 3 by a triangle, signal 4th by a cross and signal 5 marked by a crossed out cross.

In der nachfolgenden Tabelle geben nochmals Eigenschaften der Signale an: Tabelle 1. Typische Muster von SDOC Signal type Signal Nr. SDOC Muster Ursprünglich Stromcharakteristik Kurzschlussfehler 1 Ein singulärer Punkt Kurzschlussstrom unter idealen / optimalen Abtastbedingungen 2 Zwei aufeinanderfolgende singuläre Punkte Kurzschlussstrom unter nicht-idealen / typischen Abtastbedingungen Kein Kurzschlussfehler 3 Drei aufeinanderfolgende singuläre Punkte Extremfall eines Nichtkurzschlusses, der am häufigsten mit den bisherigen Verfahren als fehlerhaft als Kurzschluss erkannt wurde 4 Weich aufsteigende Stufenfunktion Strom mit kontinuierlich sich ändernden Ableitungen 5 Scharf abfallende Stufenfunktion Strom mit abrupt sich ändernden Ableitung The following table shows the characteristics of the signals again: Table 1. Typical SDOC patterns Signal type Signal no. SDOC sample Originally current characteristics Short circuit fault 1 A singular point Short circuit current under ideal / optimal sampling conditions 2 Two consecutive singular points Short circuit current under non-ideal / typical sampling conditions No short circuit fault 3 Three consecutive singular points Extreme case of a non-short circuit, which was most often identified as faulty as a short circuit using the previous methods 4th Soft ascending step function Current with continuously changing derivatives 5 Sharply sloping step function Current with an abruptly changing derivative

Wie sich aus 4 ergibt, kann bereits aus den ersten 3 Stufen von SWT ein Kriterium entwickelt werden, denn bei Signal 1 und 2 (den Fehlerfällen, die es zu erkennen gilt) ergibt sich im Falle von Signal 1 ein Abfall mit zunehmendem Zerlegungsgrad während Signal 2 eine Sattelform aufweist. Signale 3, 4 und 5 hingegen steigen bis zum 3. Zerlegungsgrad kontinuierlich an.How out 4th results, a criterion can already be developed from the first 3 levels of SWT, because with Signal 1 and 2 (the error cases that need to be recognized) results in the case of Signal 1 a decrease with increasing degree of decomposition during signal 2 has a saddle shape. Signals 3 , 4th and 5 however, increase continuously up to the 3rd degree of decomposition.

D.h. es wäre möglich den Fehlerfall entsprechend Signal 1 durch einen Abfall (über dem 1.-3. Zerlegungsgrad) und den Fehlerfall entsprechend Signal 2 durch einen Anstieg und einen Abfall (über dem 1.-3. Zerlegungsgrad) in der SWT von SDOC zu charakterisieren.Ie it would be possible to signal an error 1 by a drop (above the 1st-3rd degree of decomposition) and the error case according to the signal 2 characterized by an increase and a decrease (above the 1st-3rd degree of decomposition) in the SWT of SDOC.

In beiden Fehlerfällen wäre es möglich den Fehlerfall entsprechend Signal 1 und Signal 2 z.B. durch einen Abfall (über dem 2. und 3. Zerlegungsgrad) in der SWT von SDOC zu charakterisieren.In both error cases it would be possible to signal the error case 1 and signal 2 e.g. to be characterized by a drop (above the 2nd and 3rd degree of decomposition) in the SWT of SDOC.

Hierzu kann ein Singularitätsindex SI verwendet werden, um das Verteilungsmuster aus WTMM zu extrahieren: $$SI=\frac{w_1-w_N}{{\displaystyle {\sum }_{j=1}^{N-1}\left|w_j-w_{j+1}\right|}},N=3$$

wobei w_j WTMM am j-ten Zerlegungsgrad der SWT und N den maximalen Zerlegungsgrad bezeichnet.For this purpose, a singularity index SI can be used to extract the distribution pattern from WTMM: $$\mathrm{S.}\mathrm{I.}=\frac{w_1-w_N}{{\displaystyle {\sum }_{j=1}^{N-1}\left|w_j-w_{j+1}\right|}},N=3$$

where w _j WTMM at the j-th degree of decomposition of the SWT and N denotes the maximum degree of decomposition.

Der Singularitätsindex SI ist dabei abhängig vom Gesamttrend der WTMM, wobei gezeigt werden kann, dass SI ∈ [-1,1]. Dabei ist für steigenden WTMM über die SWT Stufe, SI = -1, und für abnehmende WTMM (Signal 1), SI = 1. Für die WTMM mit dem Sattelverteilungsmuster (Signal 2) ist SI Element von (-1,1). Daher können die Muster der Signale 1 und 2 von anderen Signalen dadurch unterschieden werden, dass nur für diese SI > -1 ist.The singularity index SI depends on the overall trend of the WTMM, whereby it can be shown that SI ∈ [-1,1]. For increasing WTMM above the SWT level, SI = -1, and for decreasing WTMM (signal 1 ), SI = 1. For the WTMM with the saddle distribution pattern (signal 2 ) is the SI element of (-1,1). Hence the pattern of the signals 1 and 2 can be distinguished from other signals by the fact that SI> -1 is only for these signals.

Ein mögliches entsprechendes Verfahren ist in 3 skizziert.A possible corresponding procedure is in 3 outlined.

Dabei wird ein Eingangsstromsignal abgetastet. Mehrere aufeinanderfolgende Abtastwerte (z.B. 5 bis 20 Abtastwerte) werden - entsprechend einem Zeitfenster - als ein Zeitschlitz zusammengefasst, für den Δ²I entsprechend Gleichung (12) bestimmt wird. Um Rauschanteile auszublenden kann Δ²I mit einem Grenzwert t verglichen werden. Falls eines der Elemente Δ²I[n] den Grenzwert t überschreitet, wird sein korrespondierender SI gemäß Gleichung 19 ermittelt. Falls der Singularitätsindex SI > -1, wird die entsprechende Leitung als fehlerhaft (kurzgeschlossen) angenommen und eine entsprechende Mitteilung wird abgesetzt, die eine Fehlerbehandlung initiieren kann. In allen anderen Fällen (SI = -1) ist davon auszugehen, dass kein Fehlerfall vorliegt, sodass das nächste Zeitfenster untersucht werden kann. Das nächste Zeitfenster kann sich unmittelbar an das vorherige Zeitfenster anschließen, es kann aber auch überlappen oder abgesetzt vom vorherigen Zeitfenster sein. Bei einem abgesetzten Zeitfenster besteht jedoch die Gefahr, dass ein oder zwei Abtastwerte entsprechend eines Fehlerfalles übersehene werden, sodass diese Lösung nicht zielführend ist. Je nach Sicherheit der Wavelet-Transformation kann es zudem am Rande des Slots zu Fehlern kommen, sodass eine gewisse Überlappung der Slots von Vorteil sein kann.An input current signal is sampled. Several successive samples (for example 5 to 20 samples) are combined - corresponding to a time window - as a time slot for which Δ ² I is determined in accordance with equation (12). In order to mask out noise components, Δ ² I can be compared with a limit value t. If one of the elements Δ ² I [n] exceeds the limit value t, its corresponding SI is determined according to equation 19. If the singularity index SI> -1, the corresponding line is assumed to be faulty (short-circuited) and a corresponding message is sent that can initiate error handling. In all other cases (SI = -1) it can be assumed that there is no fault, so that the next time window can be examined. The next time window can immediately follow the previous time window, but it can also overlap or be offset from the previous time window. In the case of a separate time window, however, there is the risk that one or two sample values will be overlooked in accordance with an error case, so that this solution is not expedient. Depending on security The wavelet transformation can also lead to errors at the edge of the slot, so that a certain overlap of the slots can be advantageous.

Es sei angemerkt, dass die Wahl der Abtastfrequenz unterschiedliche Aspekte berücksichtigen kann. So kann die Abtastfrequenz sich an der Verarbeitungsgeschwindigkeit orientieren, wobei eine hohe Abtastfrequenz in aller Regel auch mehr Rauschanteile und höherfrequente Harmonische in den Abtastwerten nach sich zieht.It should be noted that the selection of the sampling frequency can take different aspects into account. The sampling frequency can be based on the processing speed, with a high sampling frequency generally also leading to more noise components and higher-frequency harmonics in the sampled values.

In Bezug auf die Wavelet-Funktionen sei angemerkt, dass hier der Vanishing-Moment über den höchsten Lipschitz-Exponenten bestimmt, der gemessen werden kann. Vorliegend muss nur ein SDOC Signal mit einem negativen Lipschitz-Exponenten unterschieden werden. Hierfür reicht eine Wavelet-Basis mit einem Vanishing-Moment von 1 aus. Die Wavelet-Familie sollte eine kompakt unterstützte orthogonale Wavelet-Basis haben, welche z.B. Daubechies, Coiflets und Symlets Familien beinhaltet. Auf Basis der Bedingung bezüglich des Vanishing-Moments stellt Daubechies 1 (Haar) Wavelet eine gute Wahl dar, da es kurze Filterlängen aufweist.With regard to the wavelet functions, it should be noted that the vanishing moment is determined here via the highest Lipschitz exponent that can be measured. In the present case, only an SDOC signal with a negative Lipschitz exponent needs to be differentiated. A wavelet basis with a vanishing moment of 1 is sufficient for this. The wavelet family should have a compactly supported orthogonal wavelet base, which includes, for example, Daubechies, Coiflets and Symlets families. Based on the condition regarding the vanishing moment, Daubechies 1 (Haar) wavelet is a good choice because it has short filter lengths.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass auch andere Möglichkeiten aus 4 zur Unterscheidung abgeleitet werden können, die alternativ oder zusätzlich zur Fehlerfallerkennung herangezogen werden können.It should be noted at this point that there are other options 4th can be derived for differentiation, which can be used as an alternative or in addition to error detection.

Beispielsweise kann auch verwendet werden, dass für die Signale 1 und 2, die WTMM im 3. Zerlegungsgrad der SWT kleiner als die im 2. Zerlegungsgrad der SWT ist.For example, that can also be used for the signals 1 and 2 , the WTMM in the 3rd degree of decomposition of the SWT is smaller than that in the 2nd degree of decomposition of the SWT.

Eine entsprechende Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens kann durch dedizierte Hardware und/oder durch programmierte Hardware zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise können die Verfahren mittels eines Field Programmable Gate Array (abgek. FPGA), eines Application-Specific Integrated Circuit (abgek. ASIC) oder eines programmtechnisch eingerichteten Microcontrollers / Microprozessors zur Verfügung gestellt werden.A corresponding device for executing the method can be made available by dedicated hardware and / or by programmed hardware. For example, the method can be made available by means of a field programmable gate array (abbreviated FPGA), an application-specific integrated circuit (abbreviated ASIC) or a microcontroller / microprocessor set up in terms of programming.

Die Erfindung erlaubt es somit eine fehlerbehaftete (kurzgeschlossene) Leitung alleine aus der Beobachtung des Stromes an einem Knoten an der Leitung zu erkennen, ohne dass es weiterer Datenaustausche oder weiterer verlustbehafteter Elemente im Netzwerk bedarf.The invention thus allows a faulty (short-circuited) line to be identified solely from observing the current at a node on the line, without the need for further data exchanges or further lossy elements in the network.

Für die Erkennung bedarf es nur einer geringen Anzahl von Messwerten, wobei die Anzahl der Messwerte adaptiv an die Systemgegebenheiten (auch dynamisch) angepasst werden können. Dennoch kann auf Grund der Einfachheit der Berechnung auf niedrigpreisige Hardware zurückgegriffen werden bzw. vorhandene Hardware mitgenutzt werden, wobei dennoch eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit bei hoher Sensitivität zur Verfügung gestellt werden kann. Damit kann ein Fehler schnell und sicher erkannt und entsprechend gegengesteuert werden.Only a small number of measured values is required for the detection, whereby the number of measured values can be adapted adaptively to the system conditions (also dynamically). Nevertheless, due to the simplicity of the calculation, low-priced hardware can be used or existing hardware can also be used, whereby a high processing speed with high sensitivity can still be made available. In this way, an error can be detected quickly and reliably and counteracted accordingly.

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Claims (5)

Verfahren zur Detektion einer kurzgeschlossenen Leitung in einem elektrischen Gleichspannungs-Leiternetzwerk, aufweisend die Schritte, • Pro Leiterzweig an einem Leiterknoten: ◯ Bestimmen eines ersten Stromwertes zu einem ersten Zeitpunkt, ◯ Bestimmen eines zweiten Stromwertes zu einem zweiten Zeitpunkt, wobei der zweite Zeitpunkt nachfolgend zu dem ersten Zeitpunkt ist, ◯ Bestimmen eines dritten Stromwertes zu einem dritten Zeitpunkt, wobei der dritte Zeitpunkt nachfolgend zu dem zweiten Zeitpunkt ist, ◯ Bestimmen einer zweiten Ableitung der Stromwerte unter Verwendung des ersten Stromwertes, des zweiten Stromwertes und des dritten Stromwertes, • Falls die zweite Ableitung des Stromwertes an einem Leiterzweig einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet; ◯ Ausführen einer 3-stufigen stationären Wavelet-Transformation auf die zweite Ableitung des Stromwertes, der den vorbestimmten Grenzwert überschreitet, ◯ Bestimmen des Singularitätsindexes, • Falls der Singularitätsindex größer als -1 ist, mitteilen, dass der Leiterzweig, bei welchem die zweite Ableitung des Stromwertes den vorbestimmten Grenzwert überschritten hat, fehlerbehaftet ist.A method for detecting a short-circuited line in an electrical DC voltage conductor network, comprising the steps • Per branch at one conductor node: ◯ determining a first current value at a first point in time, ◯ Determination of a second current value at a second point in time, the second point in time being subsequent to the first point in time, ◯ Determination of a third current value at a third point in time, the third point in time being subsequent to the second point in time, ◯ determining a second derivative of the current values using the first current value, the second current value and the third current value, • If the second derivative of the current value on a conductor branch exceeds a predetermined limit value; ◯ Execution of a 3-stage stationary wavelet transformation on the second derivative of the current value that exceeds the predetermined limit value, ◯ determining the singularity index, • If the singularity index is greater than -1, report that the branch in which the second derivative of the current value has exceeded the predetermined limit value is faulty. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Grenzwert oberhalb des maximalen Betrags der zweiten Ableitung der Stromwerte im fehlerfreien Betrieb ist, ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the predetermined limit value is above the maximum amount of the second derivative of the current values in error-free operation. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin, falls die zweite Ableitung des Stromwertes an einem Leiterzweig einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, im Falle, dass der 3. Zerlegungsgrad-Wert kleiner als der 2. Zerlegungsgrad-Wert von der Modulmaxima der Wavelet-Transformation ist, mitgeteilt wird, dass der Leiterzweig, bei welchem die zweite Ableitung des Stromwertes den vorbestimmten Grenzwert überschritten hat, fehlerbehaftet ist, ist.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that, if the second derivative of the current value on a conductor branch exceeds a predetermined limit value, in the event that the 3rd degree of decomposition value is less than the 2nd degree of decomposition value of the module maxima of the wavelet transformation, it is reported that the branch in which the second derivative of the current value has exceeded the predetermined limit value is faulty. Vorrichtung zur Ausführung eines der Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend • Zumindest eine Strommesseinrichtung zur Bestimmung von Stromwerten an elektrischen Leiterzweigen eines Leiterknotens, • eine Berechnungseinheit oder mehrere Berechnungseinheiten zur Bestimmung von Ableitungen und Wavelet-Transformation und zum Vergleichen.Apparatus for carrying out one of the methods according to one of the preceding claims, comprising • At least one current measuring device for determining current values on electrical conductor branches of a conductor node, • One or more calculation units for determining derivatives and wavelet transformation and for comparison. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen FPGA, ASIC oder einen programmtechnisch eingerichteten Microcontroller / Microprozessor aufweist.Device according to Claim 4 , characterized in that the device has an FPGA, ASIC or a microcontroller / microprocessor set up in terms of programming.

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