CN102735955A - 辨识电器状态的功率监控装置及其功率监控方法 - Google Patents

Abstract

一种基于使用者参与及回馈的辨识电器状态的功率监控装置及其功率监控方法，功率监控装置包括测量模块以及变化侦测、搜寻模块与基于使用者参与及回馈所建立的电器特征数据库。当测量模块侦测到电耗特性的变化时，变化侦测与搜寻模块依据此变化来搜寻电器特征数据库，以取得近似此变化的电器及其电器状态。使用者可通过确认搜寻结果或选取正确的电器及其电器状态，参与电器特征数据库的建立。当使用者确认搜寻结果时，功率监控装置依据变化侦测、搜寻模块以及使用者确认信息，产生电器与电器特征数据的对应关系，并更新电器特征数据库。

Description

辨识电器状态的功率监控装置及其功率监控方法

技术领域

本发明涉及一种功率测量与监控技术，且特别涉及一种基于使用者参与及回馈数据以进行电器状态辨别的功率监控技术，让使用者易于判读耗电原因。

背景技术

功率监控装置(俗称电表)是用来量度与监测耗电状况的仪器，其可用来测量住宅、工商业等地区或者电器的功率消耗状况。功率公司可依据电表上显示的耗电信息作为销售功率的依据，使用者亦可在家庭或企业中装设电表于总电源或待测电源处，藉以监测其耗电量。

由于社会上对于节能减排等环保议题逐渐受到重视，而且功率公司目前所用的电表大部分为机械式电表，其仅能显示待测电源的耗电信息，难以自动记录不同时段的耗电情况。并且，据研究指出，如果能够通过科技的帮助，让使用者了解家中或者企业各电器的用电情形，应可节省25％～30％的电能消耗，因此全世界各个国家都鼓励民众加装或更换数位式智能电表(或称智能型电表)，藉以组成智能型供电网路(简称智能电网)。对于功率公司而言，其可远端操控智能型电表，以于用电量高峰期间时随时调整家庭及工厂的用电状况，藉以减少高峰期的用电量。而在功率需求较少时，功率公司可改善发电设备过剩的情形，并以高效率方式供给及管理功率。对消费者而言，智能型电表可告知消费者不同时段的耗电情况，随时了解家庭或企业的耗电情况，并关闭多余未用的电器以减少电费的支出。

在此以家庭用电作为举例，以往的智能型电表通常加装于家中的总电源处，因此使用者仅能监测总电源以取得家中总电源的耗电情况，而无法判读家中每个电器详细的耗电状况，即使智能型电表加入非侵入式电器负载侦测技术(Nonintrusive Load Monitoring，NILM)，通过电器耗电特征数据来进行电器的辨认，也会因为电器种类繁多且新的电器不断推陈出新，电器耗电特征数据不易搜集，而无法精准侦测各种不同电器。而且也无法比较相同电器或不同电器但具备相同功能，在不同地点使用的耗电情形，进而了解电器效率和判断耗电原因。使得智能型电表难以协助使用者了解家中各电器功率使用与分布情形，无法管理家中的耗电电器、判读耗电原因，进而在进行节电规划时十分困难。

若使用者想要监测家中每个电器的耗电与使用情况，进而判读耗电原因，以往的功率监控技术便在家中每个供电插座上加装类似智能型电表的耗电监测装置或感测器，无法利用单一个智能型电表监测家中总电源与每一个电器的耗电状况。由于上述功率监控技术的架设成本过高，消费者会因而降低使用的意愿。

发明内容

本发明提供一种基于使用者参与及回馈数据进行辨识电器状态的功率监控装置，其依据电耗特性的变化来搜寻电器特征数据库以寻找可能的电器及电器状态。同时使用者亦可通过确认搜寻结果或从可能的电器中选取正确的电器，藉以协助建立电器特征数据库。由使用者确认的电器耗电特征与电器对应信息将用以更新电器特征数据库。通过记录电器的耗电情形及比对电器特征数据库，可让使用者得的相较于其他相同电器或具备相同功能的其他电器、使用者目前使用的电器的效率和耗电原因，以达到节能减碳的效果。

以另一观点而言，本发明提供一种辨识电器状态的功率监控方法，此方法藉由使用者的参与及贡献建立起电器、电器状态与电器耗电特征的对应关系，称之为电器特征数据库，通过此数据库进行电器与电器状态的辨别，并藉由记录与比对电器的耗电情形，让使用者易于比较相同电器或具备相同功能的其他电器的效率，或判读耗电原因，藉以准确进行节电规划，进而达到节能减排的效果。

本发明提出一种基于使用者参与及回馈数据进行辨识电器状态的功率监控装置，此功率监控装置包括测量模块、变化侦测与搜寻模块以及由使用者参与建立的电器特征数据库。测量模块用以测量电源的电耗特性，此电源可供应功率给予多个电器。变化侦测与搜寻模块耦接至测量模块，用以侦测并计算电耗特性的变化。当侦测到变化时，变化侦测与搜寻模块便依据此变化来搜寻电器特征数据库，以取得近似此变化的一个或多个可能的电器及其状态，或是多个可能电器状态的组合。同时使用者可通过确认搜寻结果或从可能的电器中选取正确的电器，协助建立电器特征数据库。由使用者确认的电器耗电特征与电器对应信息将用以更新电器特征数据库。在本发明的一实施例中，上述的测量模块包括滤波单元及电耗特性测量单元。滤波单元用以测量电源的电耗特性，并可滤除电耗特性的噪声。电耗特性测量单元耦接至滤波单元，其可对电耗特性进行取样，藉以求得电耗特性的特征参数列。

在本发明的一实施例中，上述的变化侦测与搜寻模块包括记忆单元及搜寻单元。记忆单元储存有电器特征数据库。搜寻单元耦接至记忆单元，其可依据电耗特性的特征参数列与前次取样的电耗特性的特征参数列来侦测并计算此变化的变化特征参数列。当侦测到此变化大于门槛值时，搜寻单元便依据此变化特征参数列来搜寻电器特征数据库，藉以取得近似此变化的一个或多个可能的电器及其状态，或是多个可能电器状态的组合。同时使用者可通过确认搜寻结果或从可能的电器中选取正确的电器，协助建立电器特征数据库。由使用者确认的电器耗电特征与电器对应信息将用以更新电器特征数据库。

在本发明的一实施例中，上述的变化侦测与搜寻模块包括变化侦测单元、传输界面单元及搜寻模块。变化侦测单元可依据电耗特性的特征参数列与前次取样的电耗特性的特征参数列来侦测并计算此变化的变化特征参数列。当侦测到此变化大于门槛值时，变化侦测单元产生变化特征封包，并且此变化特征封包中具有变化特征参数列。传输界面单元耦接至变化侦测单元，其可经由网路传输路径来传送变化特征封包。搜寻模块可经由网路传输路径来接收此变化特征封包，并依据变化特征封包中的变化特征参数列来搜寻电器特征数据库，藉以取得近似此变化的一个或多个可能的电器及其状态，或是多个可能电器状态的组合。

于此同时，使用者可通过确认搜寻结果或从可能的电器中选取正确的电器，协助建立电器特征数据库。由使用者确认的电器耗电特征与电器对应信息将用以更新电器特征数据库。

于另一角度而言，在此提出一种基于使用者参与及回馈数据进行辨识电器状态的功率监控方法，此功率监控方法包括下列步骤。测量并且取样一电源的电耗特性，其中上述的电源供应功率给予多个电器。并且，侦测并计算电耗特性的变化，当侦测到此变化时，便依据此变化来搜寻电器特征数据库，以取得近似此变化的一个或多个可能的电器及其状态，或是多个可能电器状态的组合。

同时使用者可通过确认搜寻结果或从可能的电器中选取正确的电器，协助建立电器特征数据库。由使用者确认的电器耗电特征与电器对应信息将用以更新电器特征数据库。

在本发明的一实施例中，依据此变化来搜寻电器特征数据库包括下列步骤。将变化特征参数列的变化电流波形进行傅里叶变换(fouriertransform)，以求得比对谐波信息。此外，依据电流变化值、电流的谐波信息、有效电功率、无效电功率、电器状态切换时所造成的瞬态电流波形(Transient current wave)等参数来搜寻电器特征数据库，以取得近似此变化的一个或多个可能的电器及其状态，或是多个可能电器状态的组合。

于另一角度而言，在此提出一种辨识电器状态的电力功率监控系统，包括：一第一电力功率监测装置，用以测量一第一电源的电耗特性，藉以侦测及计算该第一电源的电耗特性的一第一变化，其中该第一电源供应电力功率给予一第一电器群组及一第二电器群组；以及至少一第二电力功率监测装置，用以测量对应的一第二电源的电耗特性，藉以侦测及计算对应的该第二电源的电耗特性的一第二变化，其中该第二电源为该第一电源的分支且供应电力功率给予该第二电器群组，其中，该第一电力功率监测装置及该第二电力功率监测装置进行一层次建构步骤以得知其相对位置，同步校准该第一变化及该第二变化以计算一第一电器变化，当侦测到该第一电器变化时，该第一电力功率监测装置依据该第一电器变化搜寻一电器特征数据库来取得并监控对应该第一电器变化的至少一第一电器的状态，或该些所述第一电器的状态的组合，其中该第一电器群组包含该些所述第一电器。

在此还提出一种辨识电器状态的电力功率监控方法，包括：设置一第一电力功率监测装置，用以测量一第一电源的电耗特性，藉以侦测及计算该第一电源的电耗特性的一第一变化，其中该第一电源供应电力功率给予一第一电器群组及一第二电器群组；设置至少一第二电力功率监测装置，用以测量对应的一第二电源的电耗特性，藉以侦测及计算该第二电源的电耗特性的一第二变化，其中该第二电源为该第一电源的分支且供应电力功率给予该第二电器群组；该第一电力功率监测装置及该第二电力功率监测装置进行一层次建构步骤以得知其相对位置；同步校准该第一变化及该第二变化以计算一第一电器变化；当侦测到该第一电器变化时，依据该第一电器变化搜寻一电器特征数据库来取得并监控对应该第一电器变化的至少一第一电器的状态，或该些所述第一电器的状态的组合，其中该第一电器群组包含该些所述第一电器。

基于上述，本发明的实施例利用每个电器于状态变更时会形成对应的电耗特性变化，通过使用者参与确认或选取电器、电器状态、以及电耗特性变化，建立三者的对应关系，建构电器特征数据库。接着，本发明实施例依据待测电源的电压、电流及电功率等电耗特性的变化来搜寻上述电器特征数据库，藉以辨别电器及其状态，功率监测装置便可依据每个电器状态的变更来记录每个电器的耗电情况，让使用者易于判读耗电原因，以达到节能减碳的效果。

此外，本发明实施例亦可藉由网际网路及云端运算技术来提供庞大的电器特征数据库以及迅速的搜寻能力，让使用者将其电器的品牌型号、耗电原因、节电建议等信息加入电器特征数据库中更进一步提供省电规划与管理、自动判读耗电原因、耗电分布分析及自动化省电控制等功能。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明第一实施例说明一种辨识电器状态的功率监控装置的示意图。

图2是依照本发明第一实施例说明一种辨识电器状态的功率监控装置的方框图。

图3是图2的辨识电器状态的功率监控装置的详细方框图。

图4是依照本发明第一实施例说明一种辨识电器状态的功率监控方法的流程图。

图5A是前次取样的总电源的电流波形图。

图5B是本次取样的总电源的电流波形图。

图6是依照本发明第二实施例说明一种辨识电器状态的功率监控装置的示意图。

图7是依照本发明第二实施例说明一种辨识电器状态的功率监控装置的方框图。

图8是依照本发明第三实施例说明一种辨识电器状态的功率监控系统的示意图。

图9为图8的电表拓扑网路示意图。

图10A为图8的部分功率监控系统示意图。

图10B为图10A的电表拓扑网路示意图。

图11是依据本发明第四实施例说明一种辨识电器状态的功率监控方法的流程图。

图12为图11的步骤S1140的详细流程图。

图13为步骤S1210的时间同步示意图。

图14为步骤S1220的第一变化、第二变化及第一电器变化的示意图。

图15是依据本发明第三实施例说明一种辨识电器状态的功率监控方法的流程图。

附图标记：

10、60、80-1～80-5：辨识电器状态的功率监控装置

100：建筑物

110-1～110-5：电器

210：测量模块

220：变化侦测、与搜寻模块与电器特征数据库

310：滤波单元

320：反混叠滤波器

330：低通滤波器

340：电耗特性测量单元

350：搜寻单元

360：记忆单元

610：装置在插座中的负载侦测单元

620：网际网路

630：搜寻模块与电器特征数据库

710：变化侦测单元

720：传输界面单元

800、1000：功率监控系统

S410～S1550：步骤

TP：总电源

P2～P5：第二电源至第五电源

G1～G5：第一电器群组至第五电器群组

ITP：总电源的电流

VTP：总电源的电压

VW1：功率监控装置80-1在总电源TP所侦测的电压波形

VM2：功率监控装置80-2在第二电源P2所侦测的电压波形

ΔT：时间间隔

IW1：功率监控装置80-1在总电源TP所侦测的电流波形

IW2：功率监控装置80-2在第二电源P2所侦测的电流波形

IWC：第一电器变化的电流波形

具体实施方式

现将详细参考本发明的示范性实施例，在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的元件/构件/符号代表相同或类似部分。

如图1所示，图1是依照本发明第一实施例说明一种基于使用者参与及回馈的辨识电器状态的功率监控装置10的示意图。本实施例以监测家庭用电中交流总电源TP作为举例，而于其他实施例中可将此功率监控装置10应用于企业用电或者功率公司的电源管理，亦可用以监测任一处电源，应用本实施例者不应以此为限。请参照图1，建筑物100中具有多个电器110-1～110-N，N为大于1的正整数，为简化说明，本实施例以N为5来举例说明，而本实施例的功率监控装置10最多可监测约30至50个电器，约100安培的交流电流，但并不限制本发明。这些电器110-1～110-5的功率皆由总电源TP供应。

功率监控装置10于本实施例中可利用电器110-1～110-5在切换模式时所产生的耗电情况(如：电流的变化波形、电功率的改变)来取得电器的模式信息，藉以监控电器110-1～110-5的耗电情况。换言之，当其中一个电器改变状态时，功率监控装置10可依据总电源TP电耗特性的变化来辨识此电器的状态。此外，电器可能具备多种运作模式(或称电器的状态)，如：风扇具有不同的风速状态、空气调节系统的除湿、送风、睡眠等模式，并且不同品牌型号的电器所具备的耗电情况亦具有些微差异，因此本实施例亦可藉由总电源TP电耗特性的变化来详细判断出电器的种类、状态、甚至辨别出电器的品牌型号，而并非仅监控电器是否开启/关闭而已。功率监控装置10的装置及其致动方式请参照图2，图2是依照本发明第一实施例说明一种辨识电器状态的功率监控装置10的方框图。

请参照图2，辨识电器状态的功率监控装置10包括测量模块210及变化侦测、搜寻模块与电器特征数据库220，其中电器特征数据库可为完整或部分的数据库内容。测量模块210用以测量总电源TP的电耗特性(例如电压及电流及电功率等)，其中总电源TP供应功率给予建筑物100内的电器110-1～110-5(显示于图1中)。变化侦测、搜寻模块与电器特征数据库220耦接至测量模块210，用以侦测并计算上述电耗特性的变化。于本实施例中，变化侦测、搜寻模块与电器特征数据库220侦测总电源TP的电耗特性(诸如：电流变化值、有效电功率、无效电功率及谐波信息...等)是否发生变化，当侦测到电耗特性变化值大于电耗特性门槛值时，变化侦测、搜寻模块与电器特征数据库220便依据此电耗特性的变化来搜寻电器特征数据库，以取得近似此变化的电器以及其状态。其中，电器特征数据库可藉由广大使用者协助建立，存放在功率监控装置10中的数据可为部分或完整电器特征数据库，同时可经由手动或自动通过网路、外部记忆体装置进行更新与数据交换。

在此详细说明图2的功率监控装置10的详细电路架构，如图3所示，图3是图2的辨识电器状态的功率监控装置10的详细方框图。请参照图3，测量模块210包括滤波单元310及电耗特性测量单元340。滤波单元210用以测量电源的电耗特性，并可滤除电耗特性上的噪声。于本实施例中，滤波单元210中包括反混叠滤波器(anti-alias filter)320及低通滤波器(low-passfilter)330，其中反混叠滤波器320用以测量总电源TP的电流I_TP，低通滤波器330则用以测量总电源TP中的电压V_TP，并且将电流I_TP与电压V_TP传送至电耗特性测量单元340。此外，反混叠滤波器320及低通滤波器330于本实施例中可利用电阻-电容(RC)滤波电路来实现之，但不限制本实施例。

请继续参照图3，电耗特性测量单元340耦接至滤波单元310，并且电耗特性测量单元340对电流I_TP与电压V_TP进行取样，藉以求得总电源TP的特征参数列。于本实施例中，总电源TP为交流电源，因此电流I_TP与电压V_TP可藉由方程式(1)与(2)来表示：

其中，I_max与V_max分别为电流I_TP与电压VTP的最大电流值/最大电压值，ω为总电源TP的频率，δ与β则分别为电流I_TP与电压V_TP的相位角。藉此，电耗特性测量单元340可利用方程式(1)与方程式(2)来计算总电源TP的特征参数列，特征参数列由总电源TP的多种特征参数(如：电压均方根值VX、电流均方根值IX、有效电功率(Active Power)PAX、无效电功率(ReactivePower)PRX、电流波形的谐波信息(Harmonics)HX、电器状态切换造成的瞬态电流波形(Transient current wave)TCWX等)所组成，藉以表示每次对总电源TP进行取样的功率信息。方程式(3)～(7)为本实施例中特征参数列所包含的特征参数及其计算方式，其中谐波信息HX为电流波形经傅里叶变换(fourier transform)后所产生的特征参数。

$\mathrm{VX}=V_{\max }/\sqrt{2}.....................................\left(3\right)$

$\mathrm{IX}=I_{\max }/\sqrt{2}....................................\left(4\right)$

PAX＝VX×IX×cos(δ-β)............(5)

PRX＝VX×IX×sin(δ-β).............(6)

$\mathrm{HX}=\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\max }\cos (\mathrm{k\ωt}+\mathrm{\β})................\left(7\right)$

上述这些特征参数皆为本实施例的举例，设计者可依其需求来增加或减少特征参数的种类，藉以作为监测总电源TP及电器特征数据库搜寻时的依据，本发明不应以此为限。此外，本实施例的电耗特性测量单元340以美国类比器件公司(Analog Devices，Inc.，简称ADI)的电源测量芯片ADE7756作为实现方式，其可以7.6k次/每秒的速度进行取样，并且通过序列周边界面(Serial Peripheral Interface Bus，简称SPI)将上述的特征参数列传送至变化侦测、搜寻模块与电器特征数据库220，在此不再赘述，但本实施例的电耗特性测量单元340的实现方式不应以此为限。

请继续参照图3，变化侦测、搜寻模块与电器特征数据库220可包括记忆单元360及搜寻单元350。记忆单元360储存有电器特征数据库。此外，搜寻单元350耦接至记忆单元360。搜寻单元350可依据本次取样的特征参数列与前次取样的特征参数列来侦测并计算此变化的变化特征参数列，且变化特征参数列中的特征参数包括有：变化电流波形的谐波信息(为本此取样的电流波形与前次取样的电流波形的的谐波差异)、电流均方根变化值(为本此取样的电流均方根值与前次取样的电流均方根值的差值)、有效电功率及无效电功率、电器状态切换造成的瞬态电流波形。而于其他实施例中，变化特征参数列中的特征参数亦可包括总电源TP的电流与电压的相位角差异等其他功率参数，本发明不应以此为限。接着，当搜寻单元350侦测到电耗特性大于门槛值时，搜寻单元350便依据此变化特征参数列来搜寻记忆单元中360的电器特征数据库，藉以取得近似此变化的一个或多个可能的电器及其状态，或是多个可能电器状态的组合。此外，于本实施例中，搜寻单元350采用微芯(Microchip)公司的PIC18F26J11单芯片作为实现方式，但亦可以利用现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)、复杂可编程逻辑装置(complex programmable logic device，CPLD)、特定用途集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)作为其实现方式，本发明不应以此为限。

若此电器状态的侦测为功率监控装置10首次侦测发现的结果，功率监控装置10可通知使用者，请求使用者确认上述搜寻结果。使用者可通过确认搜寻结果或从可能的电器中选取正确的电器，藉以协助建立电器特征数据库。由使用者所确认的电器耗电特征与电器对应信息将用以更新记忆单元中360的电器特征数据库。存放在功率监控装置10中的数据可为部分或完整电器特征数据库，同时可经由手动或自动方式通过网路、外部记忆体装置进行更新与数据交换。

在此详细说明由广大使用者协助建立的电器特征数据库其内容与用途，本实施例可先行记录许多的电器110-1～110-5于状态变化时所产生的电耗特性变化，将电器名称(例如可由电器辨识值来得到对应的电器名称)、电器状态、以及电耗特性变化三者间的对应关系，建构于电器特征数据库之中。详言之，每个电器于状态变更时，其对应的电耗特性变化皆不相同，例如电扇与空气调节系统于关闭状态至开启状态的电流变化量、电功率、变化电流波形经傅里叶变换(fourier transform)后产生的谐波信息、电器状态切换造成的瞬态电流波形皆不相同，在电器特征数据库建构的过程中，使用者可以进行电器状态切换，在将侦测到上述电耗特性变化时，通过电器与电器状态的点选或输入，将电器、电器状态、与侦测出的电耗特性变化存入电器特征数据库中。因此，本发明实施例便可经由使用者的参与协助将总电源TP的电耗特性变化以及其对应的电器名称、电器特征值与电器状态等信息来建构电器特征数据库。为了简化说明，在此提出部分简化的电器特征数据库(如表(1)所示)藉以说明本发明实施例的精神。

表(1)

于表(1)中，电器特征数据库的栏位包括数据库编号、电器辨识值、电器种类、电器品牌与型号、电器状态以及变化特征参数列中的各种特征参数，表(1)所列的变化特征参数列以电流变化值、有效电功率、谐波信息(为变化电流波形经傅里叶变换产生的结果)以及瞬态电流波形作为依据与搜寻参考，但不限制本发明。

在此以表(1)举例说明之，假设电器110-1为电扇110-1，目前在电器特征数据库中有四笔经由使用者提供的数据，数据库编号1-1至1-3及数据库编号2-1的电器数据为相同电器品牌及型号的电扇110-1，但是由不同使用者所提供，例如，数据库编号1-1至1-3的电器数据为一使用者提供，而数据库编号2-1的电器数据则为另一个使用者提供。此电扇110-1具有三种状态，分别为″第一风速″、″第二风速″、″关闭″，因此表(1)的第一列信息表示当电器为电扇(其电器辨识值为110-1)并且当电扇110-1由关闭状态变更为第一风速状态时的电器信息。然而，依据表(1)所示，电扇110-1由关闭状态变更为第一风速状态时的变化特征参数列可以表示为(I11，PA11，PR11，H11，T11)与(I14，PA14，PR14，H14，T14)的平均值，也就是说，变化特征参数列可以是相同型号的电器在不同使用者所提供的特征参数的平均值，藉以作为该电器型号的耗电特征参数，进行数据的比对与搜寻。并依此类推，当电扇110-1由关闭状态变更为第二风速状态时，由表(1)可知，其变化特征参数列可表示为(I12，PA12，PR12，H12，T12)。由上述可知，当参与的使用者越多，所提供的电器特征数据就越多，其平均的电器特征数据就越能呈现出该电器的耗电特征行为，另一方面，通过使用者的贡献与回馈，此数据库将可以协助建立新电器的耗电特征数据。

若被侦测的电器状态为功率监控装置10首次侦测发现的结果，例如其变化特征参数列表示为(I18，PA18，PR18，H18，T18)，功率监控装置10可通知使用者，请求使用者确认搜寻结果，使用者可通过确认搜寻结果或从可能的电器中选取正确的电器，协助建立电器特征数据库。例如功率监控装置10判断此变化特征参数列最相近于电扇110-1由关闭状态变更为第一风速状态的变化特征参数列，经由使用者确认侦测正确后，则经由使用者确认后的电器耗电特征与电器对应信息将可用以更新记忆单元中360的电器特征数据库，并将其存放在数据库编号6-1的位置。有鉴于此，电扇110-1由关闭状态变更为第一风速状态的电器耗电特征也会因为新加入的使用者贡献数据而会持续改变。

在此以图3的架构以及电扇110-1来举例，藉以说明辨识电器状态的功率监控方法，如图4所示，图4是依照本发明第一实施例说明一种辨识电器状态的功率监控方法的流程图。请参照图4，于步骤S410时，滤波单元310中的反混叠滤波器320及低通滤波器330侦测总电源TP的电耗特性(如电流与电压)，并且滤除这些电耗特性的噪声，藉以产生总电源TP的电流ITP与电压VTP。接着，于步骤S420中，电耗特性测量单元340对电流ITP与电压VTP进行取样，以求得总电源TP的特征参数列。

请继续参照图4，于步骤S430中，搜寻单元350依据本次取样与前次取样的特征参数列以求得电耗特性变化的变化特征参数列，并于步骤S440时，搜寻单元350侦测到电耗特性变化大于门槛值时(例如电流变化值大于电流门槛值)，便进入步骤S450，否则便回到步骤S420以持续对总电源TP持续进行取样来取得变化特征参数列。

在此以风扇110-1作为举例说明步骤S430～S440，并假设其他的电器110-2～110-5皆无改变状态，如图5A与图5B所示，图5A是前次取样的总电源TP的电流波形图，此时风扇100-1位于关闭模式。图5B则是本次取样的总电源TP的电流波形图，此时风扇100-1位于第一风速模式。藉此，于步骤S440中，若前次取样的电流波形(图5A)与本次取样的电流波形(图5B)，以及其造成的电耗特性参数如电流变化值、有效电功率、无效电功率相减所取得的变化大于门槛值时，便可表示风扇110-1的状态由“关闭”切换至“第一风速”。如遇两个或两个以上电器同时开启、同时关闭、或同时进行运作状态的切换，产生的电耗特性将可是作如表(1)数个电器变化特征参数列的组合，因此对于两个或两个以上电器同时切换状态，本发明的功率监控方法亦可辨识。

相对地，若总电源TP的电耗特性未有变动或过小，则表示总电源TP所供应功率的电器110-1～110-5的状态皆无变动。

接着，于图4的步骤S450中，搜寻单元350可依据电耗特性与变化特征参数列来搜寻电器特征数据库，藉以取得近似上述电器特征数据库中一个或多个电器特征值，为可能的电器与其状态，或多个电器特征值与其状态的组合。详言之，步骤S450中，搜寻单元350将变化特征参数列的变化电流波形进行傅里叶变换，以求得待比对的谐波信息HX。

此外，搜寻单元350依据变化特征参数列的电流变化值IX、有效电功率PAX及无效电功率PRX、谐波信息HX、电器状态切换造成的瞬态电流波形(Transient current wave)TCWX(例如表(1))来搜寻电器特征数据库，以取得近似的电器辨识值与电器状态。本实施例利用最邻近搜索法(K-nearestneighbor algorithm，简称KNN)作为搜寻电器特征数据库的演算法(但不依此为限)，并依据电流变化值IX、有效电功率PAX、无效电功率PRX、谐波信息HX及电器状态切换造成的瞬态电流波形(Transient current wave)TCWX对电器特征数据库进行搜寻时，由于最邻近搜索法在比对特征参数时会具有误差范围，有可能会取得多个电器辨识值以及其电器状态，若搜寻单元350计算求得的变化特征参数列(IX，PAX，PRX，HX，TCWX)最接近表(1)的相同电器型号、相同电器状态的变化特征参数列平均值时，如侦测的变化特征最相近于(I11，PA11，PR11，H11，T11)与(I14，PA14，PR14，H14，T14)的平均值，表示电扇110-1于此时从关闭状态转换至第一风速状态。

回到图4的步骤S450，变化侦测、搜寻模块与电器特征数据库会依据所侦测的电耗特性及变化状态参数列(以下将所侦测的电耗特性及变化状态参数列称为一侦测变化)来搜寻例如上述表(1)中电器特征数据库的诸多耗电特征，并进行比对而产生其匹配结果(或称为相似度)以及电器搜寻结果，电器搜寻结果中可能包含有一个或多个可能的电器信息，并且这些电器信息包括有电器名称及这些电器的状态信息。于步骤S455中，若使用者主动要求提供正确的电器信息时，例如，使用者主动输入正确的电器信息(可能是单一个电器信息、多个电器的电器组合信息以及这些电器的状态)，或是使用者主动要求确认电器搜寻结果，从而在电器搜寻结果的可能电器信息中选取正确的电器信息的时候，则可能表示一个新型的电器被侦测出来，或是一个新安装的电器被侦测出来。

藉此，于步骤S480中，变化侦测、搜寻模块藉由使用者的输入信息来取得正确的电器信息，并将上述的侦测变化作为此正确电器信息的电耗特性(例如，作为正确电器信息的变化电耗特征参数列)，藉以触发步骤S490以依据这些正确的电器信息以及所侦测的变化来更新电器特征数据库，以协助建立这些对应电器名称、电器状态及其耗电特征值。步骤S480在触发步骤S490的同时，亦会进入步骤S470，并利用正确的电器信息来取得对应电器名称及其状态。此电器特征数据库的建立可以由广大使用者提供，或由任一电器特征数据库的提供者提供。

若使用者并没有主动提供电器信息时，则由步骤S455进入步骤S460，利用比对电器特征数据库所得的相似度与一匹配门槛值进行判断。当在电器特征数据库内的某一笔或多笔数据与侦测到电耗特征变化的相似度位于匹配门槛值内时，由步骤S460进入步骤S470，并取得与上述的侦测变化最为近似(亦即其相似度最小)、且位在电器特征数据库内该笔数据的对应电器名称及其状态。

在此详细说明步骤S470，若在电器特征数据库内该笔数据中一个电器或一电器组合的电器特征值及其状态与侦测得到的电器电耗特性相似，并且其相似度(亦即上述的匹配结果)在匹配门槛值以内的时候，则利用该笔数据取得最为近似的对应电器及其状态。或是，如果在电器特征数据库内同时有多笔数据的电器特征值跟所侦测得到的电器电耗特性相似，并且相似度皆在匹配门槛值以内，则取得最相近的对应电器及其状态。相对地，在电器特征数据库内若没有一个电器特征值跟上述侦测变化相似，亦即其相似度皆没有达到匹配门槛值的时候，则从步骤S460进入步骤S465，将此侦测变化设定为一未知电器或一未知电器组合的未知状态。

藉此，功率监测装置10可依据总电源TP的电耗特性变化来辨识每个电器的状态转换时刻，藉以记录每个电器的耗电情况。举例而言，功率监测装置10可记录风扇110-1以及其他电器110-2～110-5的转换状态的时刻、每种状态的耗电情形等，藉以详细取得建筑物100中每个电器110-1～110-5的耗电状况，并可利用电脑、智能型手机或其他信息显示装置等经由网路传输路径(例如有线网路及无线网路)来显示智能型电表10所记录的每个电器的耗电形况、耗电效率检测、节电建议、进行省电管理等用途，在此不多加赘述。这些信息显示装置亦可对于智能型电表10进行控制，藉以完善电器特征数据库与自动提醒使用者进行节电计划等功能。

在此说明符合本发明的第二实施例，如图6所示，图6是依照本发明第二实施例说明一种辨识电器状态的功率监控装置60的示意图。本实施例与第一实施例相似，因此相同动作方式与说明不再赘述，其不同之处在于图3功率监控装置10中的记忆单元360仅具备有限的记忆容量，并且无法随时更新其内含的电器特征数据库信息，因此本实施例的功率监控装置60可藉由网际网路620及云端运算技术来提供庞大的电器特征数据库以及迅速准确的搜寻能力，厂商与使用者亦可随时扩充与更新电器特征数据库，或是利用云端储存技术将耗电记录备份于网际网路620的搜寻模块与电器特征数据库630中。于其他实施例中，亦可在功率监控装置10无法在其内部的电器特征数据库搜寻到电器状态时，可利用网际网路620与搜寻模块与电器特征数据库630再次进行搜寻，以增加电器状态辨识成功的机率。

请参考图6，辨识电器状态的功率监控装置60亦与网际网路620相连，藉以相连至搜寻模块与电器特征数据库630。于本实施例中，在此假设电器110-4为信息显示装置110-4(例如笔记型电脑)，其可经由网际网路620作为信息传输路径，以藉此存取智能型电表60中记录的电器110-1～110-5的耗电形况，并将这些信息提供给使用者知晓，并利用搜寻模块与电器特征数据库630中使用者所提供的电器耗电特征、耗电原因、节电建议等数据来进行耗电效率检测、节电建议(如电器需要清洗以降低耗电、电器是否老旧或损坏等)、省电管理等功能，使用者亦可藉由信息显示装置110-4对智能型电表60进行系统控制、完善电器特征数据库及自动提醒节电计划等功能，在此不多加赘述。

如图7所示，图7是依照本发明第二实施例说明一种辨识电器状态的功率监控装置60的方框图。辨识电器状态的功率监控装置60包括测量模块210、变化侦测单元710、传输单元720以及利用网际网路620相连的搜寻模块630，于本实施例中，变化侦测单元710、传输单元720及搜寻模块630可合称为变化侦测、搜寻模块与电器特征数据库220。变化侦测单元710可依据本次与前次取样的特征参数列来侦测并计算每次取样间变化的变化特征参数列。本实施例的功率监控装置60为了将搜寻电器特征数据库的动作藉由云端计算技术来实现，藉以降低其运算量，因此当侦测到电耗特性大于门槛值时，变化侦测单元710便产生一变化特征封包，此变化特征封包具有变化特征参数列以及相关信息，传输界面单元720将此变化特征封包经由网际网路620传送至搜寻模块与电器特征数据库630。

请继续参照图7，本实施例的搜寻模块与电器特征数据库630可由一个或多个服务器组成，藉以加强其搜寻运算能力，并可藉由独立磁碟冗余阵列(简称RAID)的方式来增加电器特征数据库的容量，但不以此为限。搜寻模块与电器特征数据库630经由网际网路620来接收上述变化特征封包，并依据变化特征封包中的变化特征参数列来搜寻电器特征数据库，藉以取得近似此变化特征的电器及其状态，其搜寻方式已描述于第一实施例中，在此不再赘述。于本实施例中，搜寻模块630所产生的搜寻结果(如电器及其状态)将会经由传输路径620传送回传输单元720，以使变化侦测单元710可藉此来辨识与监测电器110-1～110-5的状态及耗电状况，同时使用者可通过确认搜寻结果或选取正确的电器及其电器状态，参与电器特征数据库的建立，也可以通过网际网路620更新电器特征数据库。

于本发明的其他实施例中，建筑物100亦可以具有多个负载感测单元610。负载感测单元610可装设于电器110-1～110-5所连接的插座中，主要功能在于辨识插座上的电器是否有负载，并回报是否有负载的信息给功率监控装置60，并且藉由功率线网路(如X10、power line communication，简称PLC)或无线网路(如Zigbee、无线射频通讯(Radio frequency，简称RF))等网路界面来与功率监控装置60相连，因此结合上述电器侦测信息，以及负载感测单元回报是否有负载的信息，功率监控装置60即可将电器与插座作一连结，若提供插座与负载感测单元的位置信息，功率监控装置60即可判断每一个电器110-1～110-5的位置与其耗电状态(例如位在一楼的电器110-1～110-3、位在二楼的电器110-4与电器110-5)，并可藉此计算建筑物100中每个区域的耗电分布分析，帮助企业或家庭找出耗电来源。再者，若电器110-1～110-5可利用功率线网路或无线网路等通讯路径来进行远端控制(例如远端开启/关闭电器等)，使用者便可藉由预先制定的节电规划来让功率监控装置60对电器110-1～110-5实行之，或者藉由功率监控装置60把未使用到的电器110-1～110-5远端关闭，藉以节省电源。

此外，藉由网际网路620上的相关信息，搜寻模块与电器特征数据库630还可以进一步地从电器特征数据库中查询出相同种类、规格接近但较为省电的电器型号，得到节费程度的信息，再结合从网际网路620上查询到的电器价钱，便可向使用者提出合理的更换电器建议，让使用者了解其更换电器所需的成本。

于上述实施例中，由于普通家庭理论上使用的总电流在100安培以下，拥有的电器数量约30至50个，因此同一个家庭在总电源TP处安装一个功率监控装置10便可符合使用者需求。然而，若应用在工厂、大楼等具备诸多电器的用电场所时，则需利用多个功率监控装置来对大量电器进行分散式或阶层式功率监控。

请参照图8，图8是依照本发明第三实施例说明一种辨识电器状态的功率监控系统800的示意图。功率监控系统800包括有多个功率监控装置80-1～80-5及多个电器群组G1～G5。于本实施例中，每个电器群组G1～G5中电器110的用总电量及电器数量皆在一定额度以下，此电器数量的上限值依据功率监控装置80-1～80-5的监测数量上限来订定，本发明并不限制于此。在此特别说明的是，图8为一示范性举例，应用本实施例者应可依据其设计需求来调整功率监控装置80-1～80-5及多个电器群组G1～G5的数量及其相对位置。

藉此，本实施例的重点在于，由于分支电源(例如第二电源P2、第三电源P3及第四电源P4)的电耗特性变化会一并让主要电源(例如总电源TP)受到影响，因此功率监控系统800中的功率监控装置80-1～80-5会与相邻的功率监控装置80-1～80-5进行电耗特性变化的信息传递，以使上一层的功率监控装置能够除去分支电源的影响，并可监控对应电器群组中的电器状态变化。

换言之，符合本发明的功率监控装置80-1～80-5能够分别监测电器群组G1～G5的各个电器110-1～110-5状态、耗电模式及情况等，而不会相互干扰。此外，功率监控系统800可分担监测电器的压力于各个功率监控装置80-1～80-5上，并可减少架设智能电网时所需的智能型电表数量。

为了简化说明，在此将部份功率监控系统800显示于图10A的功率监控系统1000作为第四实施例(图10A为图8的部分功率监控系统1000示意图)，并以图10A中功率监测装置80-1～80-2、电器群组G1～G2及图11显示的功率监控方法流程来说明本实施例。图11是依据本发明第四实施例说明一种辨识电器状态的功率监控方法的流程图。

在此先行假设功率监测装置80-1～80-2皆未设置于功率监控系统1000中。首先，步骤S1110先将功率监控装置80-1设置于总电源TP处。由先前第一及第二实施例可知，本发明实施例的功率监控装置80-1会对总电源TP的电耗特性进行取样测量，藉以计算在每次取样之间总电源TP的电耗特性变化，因而产生对应此变化的变化特征参数列。图10A的总电源TP则会供应功率给予电器群组G1～G2。于本实施例中，在此将总电源TP的电耗特性变化及其变化特征参数列称为第一变化。

接着，步骤S1120将功率监控装置80-2设置于第二电源P2处，第二电源P2为总电源TP的分支电源，且第二电源P2可供应功率至电器群组G2。类似于步骤S1110，步骤S1120的功率监控装置80-2亦会计算在每次取样之间第二电源P2的电耗特性变化，在此将其称为第二变化。

由于第二电源P2为总电源TP的分支电源，因此功率监控装置80-2所侦测到的第二变化亦会出现在功率监控装置80-1侦测到的第一变化中，导致功率监控装置80-1无法清楚得到电器群组G1的电耗特性变化。藉此，于步骤S1130中，已设置好的功率监控装置(于本实施例而言为功率监控装置80-1～80-2)将进行层次建构步骤，藉以相互通知以得知其相对位置。换言之，上一层的功率监控装置(例如功率监控装置80-1)可利用层次建构步骤得知其具有下一层功率监控装置(例如功率监控装置80-2)，藉此来建构功率监控装置的电表拓扑网路(topology network)，甚至可以进行各个功率监控装置的定位(例如各个功率监控装置位于建筑物的何处)。图10A的电表拓扑网路如图10B所示，图10B为图10A的电表拓扑网路示意图。

接着，于步骤S1140中，上一层的功率监控装置(例如功率监控装置80-1)便与下一层的功率监控装置(例如功率监控装置80-2)进行第一变化及第二变化在时间上的同步校准，并在功率监控装置80-1接收到第二变化后，将校准后的第一变化减去第二变化以计算出电器群组G1中的电器110-1的净变化，或是多个电器110-1的电耗特性变化组合(在此将上述的净变化称为第一电器变化)。

当上述第一电器变化大于电耗特性门槛值时，便由步骤S1150进入步骤S1160，功率监控装置80-1便依据此第一电器变化来搜寻电器特征数据库，以取得并监控位在电器群组G1中电器110-1的状态，或多个电器110-1的状态组合。此外，若上述第一电器变化小于电耗特性门槛值时，则由步骤S1150回到步骤S1140，藉以持续计算第一电器变化，并对电器群组G1的电器110-1持续进行监控。

上述致动方式与图4的步骤流程相类似(尤其是图11的步骤S1150、S1160对应图4的步骤S440、S450)，其差异在于本实施例的功率监控装置80-1会利用层次建构步骤及时间同步校准来取得下一层功率监控装置80-2所侦测的第二变化，并将第一变化减去第二变化以消除分支电源(例如第二电源P2)对主要电源(例如总电源TP)的影响，其详细说明可同时参照上述实施例，在此不再赘述。

在此详细说明步骤S1130所述的层次建构步骤。于本实施例中，上述的层次建构步骤可用两种方式来实现，第一种实现方式便是利用有线网路(wired-line network)、无线网路(wireless network)、功率线网路(powerline communication，PLC)等来让功率监控装置80-1～80-2相互通讯、得知其相对位置以将功率监控装置80-1～80-2进行建筑物的定位、建构电表拓扑网路、甚至利用功率线网路进行功率监控装置80-1～80-2的同步时间校准。然而，若以此实现方式进行本实施例，每个功率监控装置中便需加装通讯芯片，进而增加了成本支出。

另一种层次建构步骤的实现方式则是：由于功率监控装置80-1会持续侦测总电源TP的第一变化，因此在功率监控装置80-2设置于第二电源P2时，上一层的功率监控装置80-1将会在总电源TP上侦测到功率监控装置80-2的电表电耗负载(其原因为第二电源P2为总电源TP的分支电源)，经由电器特征数据库便可判断得知下一层功率监控装置80-2的存在，便可藉此建立功率监控装置的电表拓扑网路。如此一来，第二种实现方式便不需在每个功率监控装置中加装通讯芯片，因而节省建置成本。

在此详细说明步骤S1140中进行第一变化及第二变化的时间校准以计算得到第一电器变化的致动方式及流程，请参照图12并配合图10A及图10B。图12为图11的步骤S1140的详细流程图。首先，功率监控装置80-1在得知有下一层功率监控装置(例如功率监控装置80-2)的存在后，便于步骤S1210中使上一层及下一层的功率监控装置进行时间同步，藉以让功率监控装置80-1～80-2在侦测到第一变化及第二变化的时间能够一致。

详细而言，由于主要电源及分支电源的电压弦波皆相同，因此于步骤S1210中，功率监控装置80-1～80-2可以将总电源TP及第二电源P2的电压弦波视为同步测试信号藉以进行时间同步。图13为步骤S1210的时间同步示意图，如图13所示，功率监控装置80-1在总电源TP所侦测的电压波形VW1与功率监控装置80-2在第二电源P2所侦测的电压波形VW2具有一时间间隔ΔT，因此功率监控装置80-2便可依据时间间隔ΔT与功率监控装置80-1进行时间同步。在此特别说明的是，同步测试信号并仅不限制在电压弦波的形式，其亦可为例如特殊波形的电压信号、电流信号、经由功率线网路传输的数位信号等形式，只要是让功率监控装置80-1～80-2进行时间同步的信号即可称为是同步测试信号。

接着，请参照图14并配合图10A、图11，图14为步骤S1220的第一变化、第二变化及第一电器变化的示意图。于步骤S1220中，功率监控装置80-1接收功率监控装置80-2所侦测的第二变化(于图14中，第二变化以电流波形IW2作为举例，但亦可为其他电耗特性的相关数值，本发明并不限制于此)，并利用平移将第一变化(于图14中，第一变化以电流波形IW1作为举例，但并不限制于此)与第二变化的波形进行时间校准。由于电流偏移、时间同步精确度等问题，电流波形IW1～IW2还是会有细小的时间差异，因此便于步骤S1220中将电流波形IW1～IW2进行些微的平移，以消除其时间差异。

于其他实施例中，功率监控装置80-2亦可能在传输第二变化时一并将步骤S1210的时间间隔ΔT传送给功率监控装置80-1，因此功率监控装置80-1便可于步骤S1220时利用时间间隔ΔT来平移电流波形IWI～IW2藉以进行时间校准。另一方面，于步骤S1230中，上一层的功率监控装置80-1便将已校准的电流波形IW1减去电流波形IW2，藉以计算产生第一电器变化的净电流波形IWC，从而续行图11的步骤S1150～S1160。步骤S1150～S1160皆已说明于上述实施例中，故在此不再赘述。

综合上述第一、第二及第四实施例，在此回到图8并配合图15来说明第三实施例，图15是依据本发明第三实施例说明一种辨识电器状态的功率监控方法的流程图。首先，步骤S1510将功率监控装置80-1～80-5设置于功率监控系统800上。本发明实施例的功率监控装置80-1～80-5将会对总电源TP及第二至第五电源P2～P5的电耗特性分别进行取样测量，因而产生对应的第一变化至第五变化。

接着，于步骤S1520中，功率监控装置80-1～80-5进行层次建构步骤以相互进行通讯、得知其相对位置，藉以建立电表拓扑网路，如图9所示，图9为图8的电表拓扑网路示意图。在此将功率监控装置80-1称为第一层的功率监控装置，将功率监控装置80-2～80-4称为第二层的功率监控装置，并将功率监控装置80-5称为第三层的功率监控装置。

藉此，各层的功率监控装置为了取得并监测对应的电器群组的状态，因此于步骤S1530中，下一层的功率监控装置便会与上一层的功率监控装置进行时间同步校准，并且上一层的功率监控装置依据已校准的上一层的电耗特性变化减去下一层的电耗特性变化，来计算得出上一层功率监控装置所对应的净电耗特性变化。

举例而言，在步骤S1530中，第三层的功率监控装置80-5与第二层的功率监控装置80-4进行时间同步，藉以校准第四电源P4的电耗特性变化(即第四变化)以及第五电源P5的电耗特性变化(即第五变化)。并且，第二层的功率监控装置80-4接收第三层功率监控装置80-5的第五变化，并将已校准的第四变化减去第五变化，藉以产生电器群组G4中电器110-4的净电耗特性变化。

此外，第二层的功率监控装置80-2～80-4亦与第一层的功率监控装置80-1进行时间同步，藉以校准第一变化及第四变化。并且，第一层的功率监控装置80-1先行接收第二层功率监控装置80-2～80-4的第二变化、第三变化及第四变化并进行加总，再将已校准的第一变化减去上述的加总数值，取得电器群组G1中电器110-1的净电耗特性变化(即第四实施例所述的第一电器变化)。功率监控装置80-2、80-3及80-5则利用第一实施例或第二实施例的方式来分别取得电器群组G2、G3、G5中电器110-2、110-3、110-5的电耗特性变化。

藉此，功率监控装置80-1～80-5便可依据上述对应的净电耗特性变化来判断是否大于电耗特性门槛值(步骤S1540)，藉以于步骤S1550时依据净电耗特性变化来搜寻电器特征数据库，以取得并监控位在对应电器群组G1～G5中的电器110-1～110-5状态或多个电器110-1～110-5的状态组合。步骤S1540及步骤S1550的致动方式与图11的步骤S1150及步骤S1160类似，在此不再赘述。此外，本实施例的其他细部流程已包含在上述各实施例中，故在此不予赘述。

此外，在实现上述第三、第四实施例的过程中，由于传输频宽等问题，下一层的功率监控装置所需执行的动作除了将其侦测到的电耗特性变化传递至上一层功率监测装置外，亦需进行其他功率监测动作(例如利用远端的搜寻模块进行电器状态的辨识、与上一层的功率监控装置进行时间同步...等)，因此可采用分时的方式来传递电耗特性变化。换句话说，下一层的功率监控装置可以每隔一个周期(例如每一分钟)便录制一段电耗特性变化(例如一至二秒的电耗特性变化)并将其传递至上一层，藉以实现第三、第四实施例的分离式功率监控系统。而于此周期的其他时间时，下一层的功率监控装置便可利用此时的频宽进行其他功率监测动作。

综上所述，本发明的实施例利用每个电器于状态变更时会形成对应的电耗特性变化，通过使用者参与确认或选取电器、电器状态、以及电耗特性变化，建立三者的对应关系，建构电器特征数据库。接着，本发明实施例利用待测电源中电压、电流、电功率、电流的谐波信息及电器状态切换时所造成的瞬态电流波形等电耗特性的变化来搜寻上述电器特征数据库，以辨别藉由待测电源提供功率的电器的状态，藉此便可依据每个电器的状态变更来记录每个电器的耗电情况，让使用者易于判读耗电原因，以达到节能减排的效果。

此外，本发明实施例亦可藉由网际网路及云端运算技术来提供庞大的电器特征数据库以及迅速的搜寻能力，让使用者将其电器的品牌型号、耗电原因、节电建议等信息加入电器特征数据库中更进一步提供省电规划与管理、自动判读与检测电器的耗电原因、各地区的耗电分布分析及自动化电器省电控制等。另一方面，亦可以利用多个功率监测装置来组建成分散式或阶层式功率监控系统，让各层的功率监测装置得以监测对应的电器群组，进而分散各个功率监测装置的监测压力。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的普通技术人员，当可作些许的更动与润饰，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (26)

1.一种基于使用者参与及回馈数据以进行辨识电器状态的功率监控装置，包括：

一测量模块，用以测量一电源的一电耗特性，其中该电源供应功率给予多个电器；以及

一变化侦测、搜寻模块与电器特征数据库，耦接至该测量模块，用以侦测并计算该电耗特性的一变化，其中当侦测到该变化时，该变化侦测与搜寻模块依据该变化搜寻一电器特征数据库，以取得近似该变化的一个或多个可能的电器及其状态，或是多个可能电器状态的组合。

2.根据权利要求1所述的辨识电器状态的功率监控装置，其中该测量模块包括：

一滤波单元，用以测量该电源的该电耗特性并滤除该电耗特性的噪声；以及

一电耗特性测量单元，耦接至该滤波单元，用以对该电耗特性进行取样，以求得该电耗特性的一特征参数列。

3.根据权利要求2所述的辨识电器状态的功率监控装置，其中该变化侦测与搜寻模块包括：

一记忆单元，用以储存该电器特征数据库；以及

一搜寻单元，耦接至该记忆单元，用以依据该电耗特性的该特征参数列与前次取样的该电耗特性的该特征参数列来侦测并计算该变化的一变化特征参数列，当侦测到该变化大于一门槛值时，该搜寻单元依据该变化特征参数列搜寻该电器特征数据库，以取得近似该变化的一个或多个可能的电器及其状态，或是多个可能电器状态的组合。

4.根据权利要求3所述的辨识电器状态的功率监控装置，其中该变化侦测、搜寻模块与电器特征数据库依据该变化搜寻该电器特征数据库的多个耗电特征进行比对而产生一匹配结果及一电器搜寻结果，其中该电器搜寻结果包括至少一可能电器信息，当该使用者主动提供一正确电器信息的时候，该变化侦测、搜寻模块取得该至少一正确电器信息，藉以依据该变化及所述至少一正确电器信息来更新该电器特征数据库；当该使用者不主动提供且该匹配结果相异在一匹配门槛值内的时候，该变化侦测、搜寻模块取得该与该变化最为近似的至少一对应电器及其状态；当该使用者不主动提供且该匹配结果未达该匹配门槛值的时候，该变化侦测、搜寻模块将该变化设定为一未知电器的一未知状态，并储存至该电器特征数据库。

5.根据权利要求2所述的辨识电器状态的功率监控装置，其中该变化侦测、搜寻模块与电器特征数据库包括：

一变化侦测单元，用以依据该电耗特性的该特征参数列与前次取样的该电耗特性的该特征参数列来侦测并计算该变化的一变化特征参数列，当侦测到该变化大于一门槛值时，该变化侦测单元产生一变化特征封包，其中该变化特征封包包括该变化特征参数列；

一传输界面单元，耦接至该变化侦测单元，用以经由一网路传输路径传送该变化特征封包；以及

一搜寻模块，用以经由一网路传输路径接收该变化特征封包，并依据该变化特征参数列搜寻该电器特征数据库以取得近似该变化的一个或多个可能的电器及其状态，或是多个可能电器状态的组合。

6.根据权利要求5所述的辨识电器状态的功率监控装置，其中该变化特征参数列包括一变化稳态电流波形、一瞬间暂态电流波形、一电压均方根值、一电流均方根值、一有效电功率及一无效电功率。

7.根据权利要求2所述的辨识电器状态的功率监控装置，还包括：

多个负载感测单元，装设于每一电器所连接的插座中，辨识电器状态的功率监控装置藉由所述负载感测单元以判断每一电器及其状态与插头位置的关系。

8.一种基于使用者参与及回馈数据以进行辨识电器状态的功率监控方法，包括：

测量且取样一电源的一电耗特性，其中该电源供应功率给予多个电器；

侦测并计算该电耗特性的一变化；以及

当侦测到该变化时，依据该变化搜寻一电器特征数据库，以取得近似该变化的一个或多个可能的电器及其状态，或是多个可能电器状态的组合。

9.根据权利要求8所述的辨识电器状态的功率监控方法，其中测量该电源的该电耗特性的步骤包括：

侦测该电源的该电耗特性并滤除噪声；以及

对该电耗特性进行取样，以求得该电耗特性的一特征参数列。

10.根据权利要求9所述的辨识电器状态的功率监控方法，侦测并计算该电耗特性的该变化的步骤包括：

依据该电耗特性的该特征参数列与前次取样的该电耗特性的该特征参数列来计算该变化的一变化特征参数列。

11.根据权利要求10所述的辨识电器状态的功率监控方法，其中该变化特征参数列包括一变化稳态电流波形、一瞬间暂态电流波形、一电压均方根值、一电流均方根值、一有效电功率及一无效电功率。

12.根据权利要求11所述的辨识电器状态的功率监控方法，依据该变化搜寻该电器特征数据库的步骤包括：

将该变化特征参数列的该变化电流波形进行傅里叶变换，以求得一比对谐波信息；

依据该电流变化值、该有效电功率、该无效电功率、谐波信息、瞬态电流波形等搜寻该电器特征数据库，以取得近似的一个或多个电器辨识值与所述电器辨识值的状态，或多个电器辨识值与所述电器辨识值的状态的组合。

13.一种辨识电器状态的功率监控系统，包括：

一第一功率监测装置，用以测量一第一电源的电耗特性，藉以侦测及计算该第一电源的电耗特性的一第一变化，其中该第一电源供应功率给予一第一电器群组及一第二电器群组；以及

至少一第二功率监测装置，用以测量对应的一第二电源的电耗特性，藉以侦测及计算对应的该第二电源的电耗特性的一第二变化，其中该第二电源为该第一电源的分支且供应功率给予该第二电器群组，

其中，该第一功率监测装置及该第二功率监测装置进行一层次建构步骤以得知其相对位置，同步校准该第一变化及该第二变化以计算一第一电器变化，当侦测到该第一电器变化时，该第一功率监测装置依据该第一电器变化搜寻一电器特征数据库来取得并监控对应该第一电器变化的至少一第一电器的状态，或所述第一电器的状态的组合，其中该第一电器群组包含所述第一电器。

14.根据权利要求13所述的辨识电器状态的功率监控系统，其中该第一功率监测装置及每一第二功率监测装置利用一功率线网路进行该层次建构步骤而得知其相对位置，藉以取得一电表拓扑网路。

15.根据权利要求13所述的辨识电器状态的功率监控系统，该第二功率监测装置在该第二电源产生一电表电耗负载，且该第一功率监测装置在第一电源上接收该电表电耗负载而得知该第二功率监测装置的位置，以进行该层次建构步骤并产生一电表拓扑网路。

16.根据权利要求13所述的辨识电器状态的功率监控系统，其中该第一功率监测装置与该第二功率监测装置比对该第一电源及该第二电源中的一同步测试信号以产生一时间间隔，藉以将该第一功率监控装置及该第二功率监控装置进行时间同步，或同步校准该第一变化及该第二变化。

17.根据权利要求16所述的辨识电器状态的功率监控系统，其中该同步测试信号为一电压弦波。

18.根据权利要求13所述的辨识电器状态的功率监控系统，其中该第一变化为该第一电源的一第一电流波形，该第二变化为该第二电源的一第二电流波形，且该第一电器变化是该第一电流波形经平移后，再减去该第二电流波形以产生一净电流波形。

19.根据权利要求13所述的辨识电器状态的功率监控系统，还包括：

至少一第三功率监测装置，用以测量对应的一第三电源的电耗特性，藉以侦测及计算该第三电源的电耗特性的一第三变化，其中该第三电源为该第二电源的分支且供应功率给予该第三电器群组，

其中，该第二功率监测装置接收该第三变化，并同步校准该第二变化及该第三变化以计算一第二电器变化，当侦测到该第二电器变化时，依据该第二电器变化搜寻该电器特征数据库来取得并监控对应该第二电器变化的至少一第二电器的状态，或所述第二电器的状态的组合，其中该第二电器群组包含所述第二电器。

20.一种辨识电器状态的功率监控方法，包括：

设置一第一功率监测装置，用以测量一第一电源的电耗特性，藉以侦测及计算该第一电源的电耗特性的一第一变化，其中该第一电源供应功率给予一第一电器群组及一第二电器群组；

设置至少一第二功率监测装置，用以测量对应的一第二电源的电耗特性，藉以侦测及计算该第二电源的电耗特性的一第二变化，其中该第二电源为该第一电源的分支且供应功率给予该第二电器群组；

该第一功率监测装置及该第二功率监测装置进行一层次建构步骤以得知其相对位置；

同步校准该第一变化及该第二变化以计算一第一电器变化；

当侦测到该第一电器变化时，依据该第一电器变化搜寻一电器特征数据库来取得并监控对应该第一电器变化的至少一第一电器的状态，或所述第一电器的状态的组合，其中该第一电器群组包含所述第一电器。

21.根据权利要求20所述的辨识电器状态的功率监控方法，该层次建构步骤包括下列步骤：

利用一有线网路、一无线网路或一功率线网路等相互进行通讯而得知相邻的多个功率监测装置的位置，藉以取得一电表拓扑网路。

22.根据权利要求20所述的辨识电器状态的功率监控方法，该层次建构步骤包括下列步骤：

该第二功率监测装置在该第二电源产生一电表电耗负载，且该第一功率监测装置在第一电源上接收该电表电耗负载而得知该第二功率监测装置的位置，藉以产生一电表拓扑网路。

23.根据权利要求20所述的辨识电器状态的功率监控方法，同步校准该第一变化及该第二变化以计算该第一电器变化包括下列步骤：

该第一功率监控装置及该第二监控装置比对该第一电源及该第二电源中的一同步测试信号而产生一时间间隔，以进行时间同步；

平移该第一变化或该第二变化的电流波形以校准该第一变化及该第二变化的时间；以及

计算已平移的该第一变化及该第二变化的差异，以产生该第一电器变化。

24.根据权利要求23所述的辨识电器状态的功率监控方法，其中该第一变化为该第一电源的一第一电流波形，该第二变化为该第二电源的一第二电流波形，且该第一电器变化是该第一电流波形经平移后减去该第二电流波形所产生的一净电流波形。

25.根据权利要求20所述的辨识电器状态的功率监控方法，其中侦测到该第一电器变化包括下列步骤：

当该第一电器变化大于一门槛值时，依据该第一电器变化搜寻一电器特征数据库来取得并监控对应该第一电器变化的该第一电器的状态。

26.根据权利要求20所述的辨识电器状态的功率监控方法，其中该第一电源及该第二电源更供应功率给予一第三电器群组，且该辨识电器状态的功率监控方法还包括：

设置一第三功率监测装置，用以测量对应的一第三电源的电耗特性，藉以侦测及计算该第三电源的电耗特性的一第三变化，其中该第三电源为该第二电源的分支且供应功率给予该第三电器群组；

在该第二功率监测装置及该第三功率监测装置得知其相对位置后，同步校准该第二变化及该第三变化以计算一第二电器变化；以及

当侦测到该第二电器变化时，依据该第二电器变化搜寻该电器特征数据库来取得并监控对应该第二电器变化的至少一第二电器的状态，或所述第二电器的状态的组合，其中该第二电器群组包含所述第二电器。

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