具有多个监测点的公用设施监测系统的图形表示的制作方法

一般来说，本发明涉及具有多个监测点的公用设施系统（utilitysystem），具体来说，涉及这类系统的图形表示。

背景技术：

在2007年9月18日发出的标题为“公用设施监测系统中的自动化分级划分”的共同受让的美国专利no.7272518中描述了自学习分级算法，它自动确定通常是具有公用设施的主源的径向式供给公用设施系统的公用设施系统中的监测装置的分级布置，以及在2008年5月6日提交的标题为“具有多个源的公用设施系统的自动化分级划分”的共同受让的美国专利申请序号______中描述了自学习分级算法，它描述用于确定包括一个以上源的公用设施系统的分级结构的自动化方法，其中自动化方法可区分各种类型的多源公用设施模型。

透彻地了解公用设施系统的布局对理解和表征公用设施系统至关重要；但是，公用设施计量表通常仅提供没有数据的上下文的分立公用设施操作参数。具有监测系统数据的分级上下文（context）是一种强大的工具，它提供许多有用的有益效果，包括对系统问题进行故障排除、提高系统效率、预测故障和降级、查找扰动和中断源以及对系统响应建模。

公用设施监测系统通常依靠用户对于公用设施系统和公用设施监测系统的知识以便将数据放入上下文。可视化通常使用单线图来为更有意义的配置、分析和报告提供分级上下文。许多监测系统是广泛的，并且提供上下文的能力只限于小区域，例如监测装置显示器和/或计算机显示器。对于包括计量表的大且复杂分级结构的监测系统，可能难以获得企业中消耗能量的位置的快速简洁画面。随着更多装置包含在分级结构中，此问题更为复杂。

公用设施监测系统中的信息和参数的图形表示为终端用户提供了解多层面数据的直观方式。良好的图形表示可允许终端用户创建、编辑、查看和管理不同类型的多个分级结构，使得监测系统数据可放入适当的上下文供配置分析和报告。

技术实现要素：

简言之，根据本发明的实施例，图形表示公用设施系统中的多个监测点的至少一个所选参数的值的方法包括：接收在多个监测点所测量的数据；根据所接收数据来确定在多个监测点的所选参数的值；以及用这些值生成在多个监测点的所选参数的值的图形表示，图形表示包括具有(1)表示值的量的大小和(2)表示这些监测点的分级结构（hierarchy）的位置的形状。在一个应用中，所选参数是在电力分配系统的对应于多个监测点的部分中所消耗的电力和能量中的至少一个。

在一种实现中，用于图形表示的形状包括同心圆区域的段，其中各段的角范围表示这些值的至少一个的量，而段的径向和圆周位置表示监测点的分级结构。沿来自同心圆区域的中心的共同径向线的连续形状逐渐地从属于那个共同半径上的其它形状，以及具有共同半径的圆形区域的段的角范围表示监测点的所选参数相对于对于该参数的整体总量的分数大小。

在另一种实现中，形状包括矩形区域的段，其中各段的宽度表示这些值的至少一个的量，而段相对于彼此之间的位置表示监测点的分级结构。矩形区域的段设置成多个水平行，其中最上行表示最高分级等级，并且最上行下面的接连行中的段逐渐地从属于其紧接前一行中的相邻段。共同行中的段的横向尺寸表示在共同分级等级中的监测点的所选参数的相对值。

参照附图对各种实施例的详细描述，本领域的技术人员将会清楚地知道本发明的上述及其它方面，接下来提供概述。

附图说明

通过阅读以下详细描述以及参照附图，本发明的以上及其它优点将变得非常明显。

图1a是包括根据本文的方面的多源分级结构划分系统的自动化数据综合监测系统的原理框图；

图1b是示范智能电子装置的原理框图；

图2a是使用极坐标系的公用设施系统的多个部分中的能量消耗的图形表示；

图2b是用于生成图2a的图形表示的例程的流程图；

图3是使用直角坐标系的公用设施系统的多个部分中的能量消耗的图形表示；

图4是具有多个干线（main）的电力分配系统的图形表示；以及

图5是各表示电力分配系统中的不同干线的多个图标的图示。

具体实施方式

虽然结合某些优选实施例来描述本发明，但是大家会理解，本发明并不局限于那些具体实施例。相反，本发明意在涵盖可能包含在所附权利要求书定义的本发明的精神和范围之内的所有备选、修改和等效布置。

现在来看图1，概括地示出自动化数据综合监测系统100。具有主源和一个或多个备选源以及由字母m表示的多个智能电子装置(以下称作“ied)或监测装置的公用设施系统102从与自动化数据对齐系统104、多源分级划分系统105和自动化分级结构划分系统106进行通信的各ied(m)提供数据。本文所使用的ied或监测装置表示具有取样、采集或测量公用设施系统102的一个或多个操作特性或参数的能力的任何系统元件或设备。在公用设施系统102中被监测的公用设施可以是由首字母缩写词wages所表示的五种公用设施、即水、无线（air）、气（gas）、电或蒸汽（steam）中的任一种。参数可以是功率、电压、电流、电流失真、电压失真、能量或者与任何wages公用设施关联的任何参数，例如体积流速、质量流速、体积通量和质量通量。例如，当参数为电压失真时，分级结构的相同等级的监测装置将具有大致相同的电压失真。

数据在自动化数据对齐系统104中在时间或伪时间上下文中自动对齐，并且产生时间对齐的数据，使得它表示实际由电力监测系统102中的监测装置m同时看到的数据。分级结构划分系统106自动学习公用设施系统102中存在的监测装置的分级结构以及它们相互之间的位置关系。在2007年9月18日发出的标题为“公用设施监测系统中的自动化分级结构划分”的共同受让的美国专利no.7272518以及2007年11月5日提交的标题为“电力监测系统的分级结构确定的改进”的共同受让的pct专利申请no.pct/us2006/034394中描述了分级结构划分系统106以及与其关联的自学习分级结构算法400、500、550的示例。

本文中所使用的分级结构包括系统中的事件的一系列有序编组。这些关系可以是物理的(例如基于电力系统单线图)或功能的(基于成本中心或其它组织部门)。在电力系统上下文中，分级结构描述电力系统的组织(是共同耦合点(pcc)的公用设施侧还是需求侧)。本文所使用的“自学习分级结构算法”指的是美国专利no.7272518中公开的自学习分级结构算法的任一种。以下描述的图形表示还可与手动配置分级结构以及与通过不同方式同步的公用设施监测系统配合使用。

数据对齐系统104对齐来自公用设施系统102的多个ied的数据，例如电压、电流、时间、事件等。当来自所有ied的数据对齐到数据出现的时间上的相同点(或者基于伪时间对齐的近似相同点)时，可将数据放入时间或伪时间上下文，从其中可自动进行或推荐与硬件和软件配置有关的附加判定。来自各个ied的测量数据可在时间或伪时间上下文中相互同步或近似同步。时间对齐比伪时间对齐更精确。伪时间对齐根据系统中的负荷变化来取可接受范围之内的数据。伪时间对齐系统通常将全球定位系统(gps)或网络时间协议(ntp)用于时钟同步。在2005年7月1日提交的标题为“公用设施监测系统中的数据的自动化精确对齐”的共同受让的美国专利申请no.11/174099中描述了自动时间对齐实现。在自动时间对齐实现中，数据对齐系统104将电力系统分级结构中的所有ied(由m表示)对齐到所有三相电压的零相交（zero-crossing），而无需使用附加硬件，但有各个ied之间例如由某些变压器配置所引起的电势相移。当监测装置的数据相互对齐时，系统数据基本上相对于它出现的时间来对齐，从而使更复杂的数据分析是可行的。

一旦对齐了来自各iedm的数据并且在分级结构中确定了各ied的位置，数据可以说是在上下文108中。上下文数据108可由软件应用程序110用于提供和诊断与公用设施系统102有关的、超出数据没有在上下文中时一般可用的范围的有用信息。各ied测量公用设施系统102的特性，并且将这些特性量化成可由计算机分析的数据。例如，监测装置可测量功率、能量或其它电方面的特性。在电的上下文中，ied可基于可向schneiderelectric购买的powerlogic®series3000/4000电路监测器或者powerlogic®ion7550/7650功率和能量计量表或者任何其它适当的ied装置，例如基于微处理器的断路器、继电器、计量装置或功率表。

用户经由常规用户接口112与软件应用程序110交互。软件应用程序110可链接到其它系统114、如计帐系统，并且使用上下文数据108在其它系统114与用户接口112之间传递消息。

一般来说，分级结构划分系统106利用基于规则和统计方法的监测系统软件中的自学习分级结构算法。监测系统软件定期轮询公用设施系统102中的每个监测装置，以便确定在那个节点(由m表示)的公用设施系统102的某些特性或参数。指定参数的多个样本在相同的给定时间点取自系统中的每个ied。一旦从公用设施系统102的各节点m采集了参数数据，自学习分级结构算法分析该数据，并且相对于取数据样本的时间和数据样本的关联值来跟踪监测装置之间的关系或联系。这种分析可定期执行，以便增加分级结构是准确的概率或者确定分级结构的任何变化。一旦这个迭代过程达到公用设施系统102的已确定布局是正确的某种预定的统计置信等级，则自学习分级结构算法结束。然后将公用设施系统102的最终布局提供给用户以合作（concurrence）。当使用自学习分级结构算法相对于所有其它ied随时间(学习周期)评估各ied的数据时，根据可用的监测点来确定公用设施系统102的分级结构的基本布局。在这个方面，自学习分级结构算法使用来自各ied的数据的历史趋势，以及那些趋势被比较，以便确定ied之间是否存在任何相互关系(联系)。更详细的分级结构可采用可用于分析的更多监测点来确定。

特定的电特性或参数(例如功率、电压、电流等)的样本同时取自公用设施系统102的各ied。这个数据被存储并且相对于取样本的时间、数据点的关联值和提供该数据的ied来分析。

取自公用设施系统102的各ied的数据相互比较，以便确定ied之间是否存在任何相关性。分析数据的统计趋势和相关性以及在预定时间段的相似性和差异。

示范ied128如图1b中的原理框图所示。ied128包括控制器134、固件136、存储器138、通信接口140以及分别与va、vb和vc三相电压导体连接并且与控制器134耦合的三相电压导体连接器142a、142b、142c。分别与ia、ib和ic相电流导体连接的三相电流导体连接器143a、143b、143c可选地与控制器134耦合。固件136包括用于指导控制器执行监测装置所需操作的机器指令。存储器138由控制器134用于存储由ied128所测量的电参数数据。

来自计算机132的指令由ied128经由通信接口140接收。那些指令包括指导控制器134标记周期计数、开始存储电参数数据或者向计算机132传送存储器138中存储的电参数数据的指令。电参数数据可包括ied所获取的任何数据，包括频率变化、幅度变化和相位变化的任何组合。

数据综合监测系统100还包括多源分级划分系统105，它可经由手动或自动化方法来接收与公用设施系统102关联的装置数据或者由自动化数据对齐系统104自动生成的时间对齐数据。在2008年5月6日提交的标题为“具有多源的公用设施系统的自动化分级划分”的共同受让的美国申请序号______中描述了多源分级划分系统的示例。

图2a是使用作为二维坐标系的极坐标系的电力监测系统的图形表示的示例。虽然这个示例针对电力监测系统，但是大家会理解，图形表示可与以上所述的其它wages公用设施系统的任一种配合使用。极坐标系中的两个点之间的关系按照角和距离来表示，即，各点通过两个极坐标来确定：径向坐标和角坐标。径向坐标(表示为r)表示点与中心点(称作极点)的距离。角坐标(又称作极角或方位角，并且由θ表示)表示从0°射线或极轴到达该点所需的正或逆时针角。

在图2a的图中，具有极点p作为其中心的最里面的圆10表示在具有如下简单树形分级结构的被监测的电力分配系统中消耗的总能量：

可以看到，上述系统向四个建筑物（building）供电。在图2a的图形表示中，中心圆10表示分级结构中最上面的节点，它表示所测量的量的总和。这个中心图形又称作根节点（rootnode）或层0。取决于电网，可以或者可以不存在直接可用于根节点的计量数据。如果在那个点不存在计量数据，则根节点的值就是其所有子的值之和。在这个图中，自根出来的下一层示出四个建筑物，并且它们的相对能量消耗由围绕圆10的圆环t1的四段11、12、13和14表示。例如，建筑物#1消耗四个建筑物所消耗的总能量的62%，因此表示建筑物#1的段11对着223.2度的角，它是圆环t1的360度圆周的62%。

在建筑物#1中，对于两个部门（department）的每个单独监测电力，它们在由围绕第一层圆环t1的圆环t2所表示的分级结构的第二层共同对着223.2度的角。表示建筑物#1中的两个部门的两段15和16占据由圆环t1的段11所占据的相同的223.2度，这指明圆环t2的段15和16所表示的两个部门从属于圆环t1的段11所表示的建筑物#1。

在段15所表示的部门#1中，对于两个楼层（floor）的每个单独监测电力，它们共同构成图中所表示的整体总能量的30%。表示部门#1的两个楼层的两段17和18共同占据由圆环t2的段15所占据的相同的108度，这指明t3的段17和18所表示的两个楼层从属于圆环t2的段15所表示的部门#1。

在部门#1的楼层#1中，电力只由计量表（meter）#来监测，它构成分级结构的整体总量的14%。计量表#1由第四层圆环t4中对着50.4度的阴影弧形段19来表示，它与第三层圆环t3同心并且在其外部。类似地，在楼层#2中，电力只由计量表#4来监测，它构成分级结构的整体总量的16%。计量表#4由第四层圆环t4中对着57.6度的阴影弧形段20来表示。由于楼层#1的唯一计量表是计量表#1，所以段19与段17为相同角宽度。类似地，由于楼层#2的唯一计量表是计量表#4，所以段20与段18为相同角宽度。

在建筑物#1的部门#2中，电力由三个计量表来监测，它们由圆环t3中的阴影弧形段21、22和23来表示。在建筑物#2中，电力由三个计量表来监测，其中之一通过圆环t1中的弧形段24的阴影部分来表示，而另外两个通过圆环t3中的阴影弧形段25和26来表示。在建筑物#3中，电力由两个计量表来监测，它们由圆环t2中的阴影弧形段27和28来表示。在建筑物#4中，电力由两个计量表来监测，它们由圆环t2中的阴影弧形段29和30来表示。

因此可以看到，图2a是采用具有(1)表示不同能量消耗的量的大小和(2)表示监测点的分级结构的位置的多个圆形区域的不同段、在多个监测点的能量消耗的相对值的图形表示。各段的角范围表示由那个段所表示的系统的部分中所使用的电力的量。并且位于通过不同圆形区域的共同半径的段表示监测点的监测参数相对于那个参数的整体总量的分数大小。段的径向和圆周位置表示多个监测点的分级结构。

以下是对用于汇编（assemble）绘制图2a的圆形能量图所需的信息、然后使用那个信息来绘制简图的操作顺序的描述：

第1部分–汇编所计算值的表。

以节点的分级结构开始，其中有与该节点中的部分或全部关联的能量测量。节点的能量测量将称作那个节点的“原始量”，以便将它与关联该节点的其它推导能量值区分开。如果节点没有它自己的任何测量，则它的原始量（nativequantity）为零。

1)对于各节点，分配等于沿分级结构从根节点向下的距离相等的环号（ringnumber），其中根具有环号0，根的所有直系子（immediatechild）具有环号1，环号1的各节点的所有直系子都具有环号2，它们的子具有环号3，依此类推，直到图中的所有节点都具有已分配的环号。

2)对于各节点，枚举它的所有分支(直系子，它们的子，等等)，合计它们全部的原始量，并且将所得数值作为原始节点的“继承量（inheritedquantity）”来保存。对于系统中的每一个节点重复这个过程。如果节点没有子，则其继承量为零。

3)对于系统中的各节点，相加继承量和原始量，并且调用该结果为那个节点的“总量（totalquantity）”。根节点的总量特别重要，但是它除了“根节点的总量”之外没有任何独立的名称。

4)对于各节点，计算量“段宽度（segmentwidth）”，它是那个节点的总量除以根节点的总量再乘以360。这是表示这个节点在该段中的能量消耗的角大小，单位为度。

5)对于各节点，计算量“填充宽度（fillwidth）”，它是那个节点的原始量除以根节点的总量再乘以360。这是表示在该段中图中打上阴影的角大小，单位为度，表示在这个节点所计量的能量消耗。

6)按照树顺序通过节点，以便填充各节点的起始坐标（startcoordinate），如下所述：

起始坐标=其父的起始坐标

+父的填充宽度

+已经计算其起始坐标的当前节点的所有兄弟的段宽度之和。

对于根节点，其父的起始坐标和填充宽度均看作零。兄弟是具有相同的父和相同的环号的两个或更多段。

下面是图2a的简图的样本表：

起始坐标、段宽度和填充宽度对于圆形图均以度为单位来测量。

原始量、继承量和总量以能量单位来测量或诸如此类显示参数的。

提供值：

环号从分级结构图中的沿分级结构自根节点向下的等级的编号。

原始量在那个节点从计量表测量的。

推导值：

继承量节点的所有子以及它们的子等等的原始量之和。

等于没有沿分级结构向下进一步进行的直系子的总量之和。

总量原始和继承量之和。

起始坐标父的起始坐标+父的填充宽度+已经绘制的任何兄弟的段宽度。

段宽度总量/根节点的总量*360

填充宽度原始量/根节点的总量*360

定义：

兄弟具有相同的父和相同的环号的两个或更多段。

根节点分级结构中最上面的点，在圆形图中由中心圆表示。

第2部分–制图

假定对于arcthickness(弧形厚度)提供了适合所使用的坐标系的常数。

使用图2b的流程图所示的例程，通过第1部分中预备的表对于各节点按照如下方式迭代进行：

1)在图2b的步骤200，以内半径(环号*arcthickness)和外半径((环号+1)*arcthickness)来绘制厚弧形的轮廓，从角startcoordinate开始并且扫过角度segmentwidth。

2)在步骤201，在所绘制的段轮廓中，在以内半径(环号*arcthickness)和外半径((环号+1)*arcthickness)所绘制的弧形的一部分中填入阴影，从角startcoordinate开始并且经过角度fillwidth。

步骤202确定是否还存在其它节点，以及如果答案为肯定，则系统在203返回以便在204开始重做该过程。当步骤102产生否定答案时，例程在步骤205结束。

虽然能量是用于上述示例的参数，但是，任何其它可合计参数均能以相等的适用性来取代，只要该参数可以测量和相加。

图3是使用二维矩形(cartesian)坐标系的电力监测系统的图形表示的示例，它用于通过通常称作点的x坐标或横坐标以及y坐标或纵坐标的两个数值在平面中唯一地确定各点。为了定义坐标，指定两个垂直有向直线(x轴和y轴)以及在两个轴上标明的单位长度。

在图3的简图中，最上面的层t1是表示被监测电力分配系统的单个干线所消耗的总能量的单矩形30。第二层t2包括表示两个被监测馈电线（feeder）31、32和一个被监测馈电线33之间的从单个干线的电力分配的三个矩形。虚拟监测负载是没有实际监测器但是其消耗从其它测量负载来推断的负载。第三层t3表示来自两个实际馈电线31和32的电力分配。具体来说，来自馈电线#1(矩形31)的近似相等的电量由标识为负载#1和负载#2的一对电动机消耗，由矩形34和35表示，以及第三矩形36表示监测通过馈电线#1所消耗的剩余电力的虚拟计量表vm#2。馈电线#2向矩形37所表示的支路#1(两个负载)、矩形38所表示的支路#2（三个负载）、矩形39所表示的负载#3(例如照明)和矩形40所表示的负载#4(例如进程)供电，以及第五矩形41表示监测通过馈电线#2所消耗的剩余电力的虚拟计量表vm#3。支路#1向矩形42所表示的实际负载#5(例如插座)供电，以及矩形43表示监测通过支路#1所消耗的剩余电力的虚拟计量表vm#4。支路#2向矩形42所表示的实际负载#5(例如插座)供电，以及矩形43表示监测通过支路#1所消耗的剩余电力的虚拟计量表vm#4。

图3还示出通过重叠分级结构的不同段的操作参数的“覆盖图（overlay）”的图形表示的增强。在所示示例中，操作参数包括功率、功率因数、电压和描述项，但是存在其它许多可显示的值和描述符，取决于被监测系统的性质和用户偏好及目标。例如，可显示特定负载的铭牌数据或其它特性，例如电动机的类型、额定马力满载电流、绝缘等级等。所显示的数据可以是动态和/或静态的。这些覆盖图可提供在任何给定时间的公用设施系统的状态的简明表示。

图2a和图3的图形表示可通过若干方式来增强。例如，用于该系统的特定电力系统部件例如可通过使用红色虚线作为两段之间的界面来表示，以便指明在那个位置存在降压变压器。蓝色虚线可用于指明升压变压器。其它电力系统部件可通过各种不同的对象、线条、符号和/或颜色来表示。整个段可通过不同颜色来显示，以便指明例如其值由那个段的大小所表示的参数在给定时间间隔是增加还是减小。

其它二维几何形状可用于图形表示。例如，三角形表示可使用，其中第1层在三角形顶点处，之后第1层下面的接连行表示逐渐地从属层。还可使用例如棱形、圆柱形和锥形等的三维几何形状，其中各层围绕3d形状，以便通过旋转该形状来查看，由此允许在给定显示区域、如计算机屏幕中显示更复杂的分级结构。

在包括多个干线的电力分配系统中，各干线通常具有它自己的分级结构，但是，多个干线的分级结构可集中在一个图形表示中，如图4所示。备选地，对于各干线可显示单独的图标，如图5所示，然后各图标可“开启”(例如通过点击它)以显示那个特定干线的监测点的分级结构的图形表示。

当能量消耗在整个系统改变时，图形表示中各段的大小将随时间而改变。重新绘制图形表示以更新段大小的时间间隔可调整为适应不同用户的需要。大多数监测系统以很快的速率积累和丢弃数据，但是，图形表示通常无需以与监测器获取新数据相同的速率来更新。

图形表示还可用于通过加亮显示、闪烁或者画出其中已经发生告警状况的一段或多段的轮廓来发信号通知告警状况。这类告警状况的示例例如是超过阈值、不正确配置、出故障部件以及需要固件升级。

用于公用设施监测系统的市场出售软件的示例是可向schneiderelectric(lavergne，tennessee)购买的“企业能量管理”(eem)和“proactivelogic”(pal)系统。

虽然已经说明和描述了本发明的具体实施例和应用，但要理解，本发明并不局限于本文所公开的准确构造和组成，以及通过以上描述，各种修改、变更和变化会是十分明显的，并未违反所附权利要求书中定义的本发明的精神和范围。