JP2004340852A

JP2004340852A - 電気機器の動作状態推定方法および電気機器モニタリングシステム

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Publication number: JP2004340852A
Application number: JP2003140065A
Authority: JP
Inventors: Yukio Nakano; 幸夫中野
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-19
Also published as: JP3976321B2

Abstract

【課題】２００Ｖ機器の動作状態を非侵入的に推定する。
【解決手段】電気機器モニタリングシステム１０は、電力需要家に対して非侵入的な位置でＵ相およびＶ相における電流または消費電力を測定する測定手段１１と、Ｕ相およびＶ相における各測定値の変化量と予め定めた閾値とを比較する比較手段１２とを少なくとも有し、比較手段１２での比較結果に基づいて２００Ｖ機器の動作状態を推定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器の動作状態を推定する方法および電気機器モニタリングシステムに関する。さらに詳述すると、本発明は、ＩＨ（ＩｎｄｕｃｔｉｏｎＨｅａｔｉｎｇ、誘導加熱）クッキングヒータ等の高電圧での電力供給を利用する電気機器の動作状態を、電力需要家の家屋内に入らずに（即ち非侵入的に）、推定するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気機器の動作状態を非侵入的に推定するモニタリングシステムとしては、ＭＩＴ（ＭａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；米国）で開発されたアルゴリスムを用いてＥＰＲＩ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ；米国）が装置化しているものがある。このモニタリングシステムは、電気機器のオン・オフ動作を電力需要家の総電力負荷カーブのステップ状の時間変化として捉え、電気機器の定格消費電力及び力率に基づいてオンあるいはオフとなった電気機器の特定と動作状態の推定を行うものである。
【０００３】
一方、本件出願人によって、電力需要家において設置されている電気機器が発生する高調波電流のパターンに着目し、給電線引込口付近で測定される総負荷電流と電圧から、総負荷電流の基本波並びに高調波の電流及び電圧に対するそれらの位相差を求め、そのパターンから屋内で使用されている電気機器と電気機器個別の動作状態を推定する電気機器モニタリングシステムが提案されている（特許文献１等参考）。
【０００４】
ところで、電力需要家への電力供給は図２に示す単相三線式給電回路１が一般に用いられている。この単相三線式給電回路１は、第１電線（Ｕ相）２と第２電線（Ｖ相）３と中性線（Ｎ相）４を有し、Ｕ相２またはＶ相３とＮ相４とに接続する低電圧（１００Ｖ）での電力供給と、Ｕ相２とＶ相３とに接続する高電圧（２００Ｖ）での電力供給が可能となっている。以下、本明細書では、１００Ｖでの電力供給を利用する電気機器５，６を１００Ｖ機器とも呼び、２００Ｖでの電力供給を利用する電気機器７を２００Ｖ機器とも呼ぶ。２００Ｖ機器７としては、例えば最近普及の著しい家庭用ＩＨクッキングヒータなどがある。また、本明細書では、高圧給電回路（図２の例においてはＵ相２とＶ相３の間）に接続された電気機器７を高圧給電利用機器とも呼び、低圧給電回路（図２の例においてはＵ相２とＮ相４の間あるいはＶ相３とＮ相４の間）に接続された電気機器５，６を低圧給電利用機器とも呼ぶ。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２０００−２９２４６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＭＩＴのアルゴリズムでは、高圧給電利用機器７と低圧給電利用機器５，６の定格消費電流および力率が同程度である場合は、両者を区別してそれぞれの動作状態を推定することは困難である。
【０００７】
また、特許文献１の技術では、電力需要家の給電線に接続されている主たる電気機器について、各電気機器固有の高調波特性と消費電力の関係に関する情報が予め必要であり、更にこの既知情報に基づいて推定アルゴリズムを事前に学習させておく必要がある。このため推定を行なうまでの準備に手間がかかる不利がある。
【０００８】
そこで本発明は、２００Ｖ機器等の高圧給電利用機器の動作状態を容易かつ非侵入的に推定できる方法および電気機器モニタリングシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の電気機器の動作状態推定方法は、第１電線と第２電線と中性線を有し、第１電線または第２電線と中性線とに接続する低電圧での電力供給と、第１電線と第２電線とに接続する高電圧での電力供給とが可能な給電回路を有する電力需要家について、電力需要家に対して非侵入的な位置で第１電線および第２電線における電流または消費電力を測定し、第１電線および第２電線における各測定値の変化量と予め定めた閾値とに基づいて、電力需要家内で使用される高電圧での電力供給を利用する電気機器の動作状態を推定するようにしている。
【００１０】
また、請求項２記載の電気機器モニタリングシステムは、第１電線と第２電線と中性線を有し、第１電線または第２電線と中性線とに接続する低電圧での電力供給と、第１電線と第２電線とに接続する高電圧での電力供給とが可能な給電回路を有する電力需要家について、電力需要家に対して非侵入的な位置で第１電線および第２電線における電流または消費電力を測定する測定手段と、第１電線および第２電線における各測定値の変化量と予め定めた閾値とを比較する比較手段と、を少なくとも有し、比較手段での比較結果に基づいて高電圧での電力供給を利用する電気機器の動作状態を推定するようにしている。
【００１１】
高圧給電利用機器がオフ状態からオン状態へ変化する場合、第１電線と中性線の間および第２電線と中性線の間において計測される夫々の総消費電力は高圧給電利用機器の消費電力の半分の値だけ同時に増加し、第１電線および第２電線における夫々の総電流は高圧給電利用機器の負荷電流の値だけ同時に増加する。逆に、高圧給電利用機器がオン状態からオフ状態へ変化する場合、第１電線と中性線の間および第２電線と中性線の間において計測される夫々の総消費電力は高圧給電利用機器の消費電力の半分の値だけ同時に減少し、第１電線および第２電線における夫々の総電流は高圧給電利用機器の負荷電流の値だけ同時に減少する。したがって、高圧給電利用機器の消費電力の２分の１または負荷電流に相当するような閾値を予め設定しておくことにより、第１電線および第２電線において総消費電力または総電流が同時かつ同方向（即ち双方とも正または双方とも負）に変化した場合に、当該変化量と当該閾値を比較することで、当該変化が高圧給電利用機器の動作に起因するものか否かを判断することができる。更に、当該変化が高圧給電利用機器の動作に起因する場合には、上記の変化量に基づいて、例えば高圧給電利用機器がオフ状態であるのかオン状態であるのか、オン状態であればどの程度の電力を消費しているのか、等を推定することができる。
【００１２】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の電気機器モニタリングシステムにおいて、第１電線における測定値の変化量の絶対値と第２電線における測定値の変化量の絶対値の双方が閾値以上となる場合に、上記変化が双方とも増加であれば電気機器がオン方向へ状態が変化したと判断し、上記変化が双方とも減少であれば電気機器がオフ方向へ状態が変化したと判断するようにしている。従って、高圧給電利用機器の状態変化がオン方向であるのかオフ方向であるのか或いは状態変化がないのか、を非侵入的に判断できる。
【００１３】
また、請求項４記載の発明は、請求項２または３に記載の電気機器モニタリングシステムにおいて、第１電線における測定値の変化量と第２電線における測定値の変化量から電気機器の消費電力を推定し、当該推定結果を記録するようにしている。従って、高圧給電利用機器の推定消費電力の履歴に基づいて、当該機器の消費電力量を推定することができ、また、当該機器が現在オン状態であるのかオフ状態であるのかを推定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１から図７に本発明の電気機器の動作状態推定方法および電気機器モニタリングシステムの実施の一形態を示す。この電気機器の動作状態推定方法は、第１電線２と第２電線３と中性線４を有し、第１電線２または第２電線３と中性線４とに接続する低電圧での電力供給と、第１電線２と第２電線３とに接続する高電圧での電力供給とが可能な給電回路１を有する電力需要家について、この電力需要家に対して非侵入的な位置で第１電線２および第２電線３における電流または消費電力を測定し、第１電線２および第２電線３における各測定値の変化量と予め定めた閾値とに基づいて、電力需要家内で使用される高電圧での電力供給を利用する電気機器７の動作状態を推定するようにしている。
【００１６】
本実施形態の給電回路１は、例えば１００Ｖと２００Ｖでの電力供給が可能な単相三線式の給電回路とする（図２参照）。従って、本実施形態における動作状態の推定対象となる電気機器７は、２００Ｖ機器となる。以下、本実施形態では、第１電線をＵ相２とも呼び、第２電線をＶ相３とも呼び、中性線をＮ相４とも呼ぶ。また、動作状態の推定対象となる電気機器７を対象機器とも呼ぶ。
【００１７】
「電力需要家に対する非侵入的な位置」とは、電力需要家の家屋内に入らない位置であり、例えば電力需要家の給電線引込口付近である。即ち、「非侵入的」とは、給電線下流の分岐回路毎に測定センサーを取り付けたり、回路に接続されている電気機器毎に測定センサーを取り付けたりしない状態のことを指す。本実施形態では、電力需要家の給電線入口位置で、Ｕ相２およびＶ相３におけるそれぞれの総消費電力を測定するようにしている。
【００１８】
ここで、本実施形態における対象機器７は、インバータ等を用いて出力を連続的に調整する方式ではなく、階段状（即ちステップ状）の出力変化と、出力をオンまたはオフとする時間幅の調整とによって、出力の大きさを調整する方式の機器（以下、本明細書ではオンオフ式の電気機器とも呼ぶ。）であるものとする。
【００１９】
例えば本実施形態における電力需要家には、単相三線式の屋内配線に、２００Ｖ機器であり尚且つオンオフ式の電気機器である対象機器として、単相２００Ｖ仕様の１台の家庭用ＩＨクッキングヒータ７が接続されているものとする。このＩＨクッキングヒータ７は、ＩＨヒータ、ラジエントヒータ、ロースタ等で構成され、各ヒータは数百Ｗから二千Ｗ程度の出力を有する。このＩＨクッキングヒータ７における火力の調整は、出力をステップ状に切り換えることと、ヒータのオンおよびオフの時間間隔を調整すること、で行われる。このＩＨクッキングヒータ７の仕様例を表１に示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
このＩＨクッキングヒータ７の消費電力の変化を実際に測定した結果を図３に例示する。図３からも確認できる様に、このＩＨクッキングヒータ７での出力切り換え時における消費電力の変化の幅は、数百Ｗから千数百Ｗ程度である。
【００２２】
このＩＨクッキングヒータ７を構成するＩＨヒータ、ラジエントヒータ、ロースタ等のヒータが、オフ状態からオン状態へ変化する場合、Ｕ相２とＮ相４の間およびＶ相３とＮ相４の間において計測される夫々の総消費電力は、当該ヒータの消費電力の半分の値だけ、同時に増加するはずである。また、Ｕ相２およびＶ相３における夫々の総電流は、当該ヒータの負荷電流の値だけ、同時に増加するはずである。一方、逆に、当該ヒータがオン状態からオフ状態へ変化する場合には、Ｕ相２とＮ相４の間およびＶ相３とＮ相４の間において計測される夫々の総消費電力は、当該ヒータの消費電力の半分の値だけ、同時に減少するはずである。また、Ｕ相２およびＶ相３における夫々の総電流は、当該ヒータの負荷電流の値だけ、同時に減少するはずである。ＩＨクッキングヒータ７における消費電力の変化の幅は、図３に例示するように数百Ｗから千数百Ｗ程度と大きいので、半分の値であっても他の１００Ｖ機器５，６の消費電力と比較すれば大きい場合が多い。同様にＩＨクッキングヒータ７における負荷電流の変化の幅は、他の１００Ｖ機器５，６の負荷電流と比較すれば大きい場合が多い。
【００２３】
したがって、ＩＨクッキングヒータ７がオン状態とオフ状態の間を遷移する際の消費電力の変化量の２分の１または負荷電流に相当するような適切な閾値を設定しておけば、Ｕ相２およびＶ相３において総消費電力または総電流が同時に変化した場合に、当該変化量と当該閾値を比較することで、当該変化がＩＨクッキングヒータ７の動作に起因するものか否かを判断できる。即ち、適切な閾値を設けて判断することで、Ｕ相２またはＶ相３に接続されている１００Ｖ機器５，６が仮にＩＨクッキングヒータ７と同時にオンまたはオフされたとしても、ＩＨクッキングヒータ７の動作状態を推定することができる。
【００２４】
以上の原理を一般化して記述すると例えば以下のようになる。時刻ｔにおけるＵ相２の総消費電力をＰｕ（ｔ）とし、時刻ｔにおけるＵ相２に接続された１００Ｖ機器５の総消費電力をＰｕ_１００（ｔ）とし、時刻ｔにおける２００Ｖ機器７の総消費電力をＰ_２００（ｔ）とすると、数式１が成立する。また、時刻ｔにおけるＵ相２の総電流をＩｕ（ｔ）とし、時刻ｔにおけるＵ相２に接続された１００Ｖ機器５の負荷電流をＩｕ_１００（ｔ）とし、時刻ｔにおける２００Ｖ機器７の負荷電流をＩ_２００（ｔ）とすると、数式２が成立する。
【００２５】
【数１】
Ｐｕ（ｔ）＝Ｐｕ_１００（ｔ）＋Ｐ_２００（ｔ）／２
【数２】
Ｉｕ（ｔ）＝Ｉｕ_１００（ｔ）＋Ｉ_２００（ｔ）
【００２６】
また、時刻ｔにおけるＶ相３の総消費電力をＰｖ（ｔ）とし、時刻ｔにおけるＶ相３に接続された１００Ｖ機器６の総消費電力をＰｖ_１００（ｔ）とすると、数式３が成立する。また、時刻ｔにおけるＶ相３の総電流をＩｖ（ｔ）とし、時刻ｔにおけるＶ相３に接続された１００Ｖ機器６の負荷電流をＩｖ_１００（ｔ）とすると、数式４が成立する。
【００２７】
【数３】
Ｐｖ（ｔ）＝Ｐｖ_１００（ｔ）＋Ｐ_２００（ｔ）／２
【数４】
Ｉｖ（ｔ）＝Ｉｖ_１００（ｔ）＋Ｉ_２００（ｔ）
【００２８】
また、Ｕ相２についての時刻ｔと時刻ｔ−Δｔにおける総消費電力の差をΔＰｕ（ｔ）とし、Ｕ相２に接続された１００Ｖ機器５についての時刻ｔと時刻ｔ−Δｔにおける総消費電力の差をΔＰｕ_１００（ｔ）とし、２００Ｖ機器７についての時刻ｔと時刻ｔ−Δｔにおける総消費電力の差をΔＰ_２００（ｔ）とすると、数式５が成立する。また、Ｕ相２についての時刻ｔと時刻ｔ−Δｔにおける総電流の差をΔＩｕ（ｔ）とし、Ｕ相２に接続された１００Ｖ機器５についての時刻ｔと時刻ｔ−Δｔにおける負荷電流の差をΔＩｕ_１００（ｔ）とし、２００Ｖ機器７についての時刻ｔと時刻ｔ−Δｔにおける負荷電流の差をΔＩ_２００（ｔ）とすると、数式６が成立する。
【００２９】
【数５】

【数６】

【００３０】
また、Ｖ相３についての時刻ｔと時刻ｔ−Δｔにおける総消費電力の差をΔＰｖ（ｔ）とし、Ｖ相３に接続された１００Ｖ機器６についての時刻ｔと時刻ｔ−Δｔにおける総消費電力の差をΔＰｖ_１００（ｔ）とすると、数式７が成立する。また、Ｖ相３についての時刻ｔと時刻ｔ−Δｔにおける総電流の差をΔＩｖ（ｔ）とし、Ｖ相３に接続された１００Ｖ機器６についての時刻ｔと時刻ｔ−Δｔにおける負荷電流の差をΔＩｖ_１００（ｔ）とすると、数式８が成立する。
【００３１】
【数７】

【数８】

【００３２】
ここで、２００Ｖ機器７の消費電力が他の１００Ｖ機器５，６の消費電力よりも十分に大きいという仮定に立つと、２００Ｖ機器７がオンあるいはオフされた時刻の前後の時刻をｔおよびｔ−Δｔに選べば、数式９〜数式１１および数式１２〜数式１４が成立する。
【００３３】
【数９】
｜ΔＰ_２００（ｔ）／２｜ ≫ ｜ΔＰｕ_１００（ｔ）｜
【数１０】
｜ΔＰ_２００（ｔ）／２｜ ≫ ｜ΔＰｖ_１００（ｔ）｜
【数１１】
ΔＰｕ（ｔ） ≒ ΔＰｖ（ｔ） ≒ ΔＰ_２００（ｔ）／２
【００３４】
【数１２】
｜ΔＩ_２００（ｔ）｜ ≫ ｜ΔＩｕ_１００（ｔ）｜
【数１３】
｜ΔＩ_２００（ｔ）｜ ≫ ｜ΔＩｖ_１００（ｔ）｜
【数１４】
ΔＩｕ（ｔ） ≒ ΔＩｖ（ｔ） ≒ ΔＩ_２００（ｔ）
【００３５】
したがって、数式１１においてΔＰ_２００（ｔ）／２を２００Ｖ機器７の定格に基づいて適切な閾値として設定し、電力需要家の給電線入口位置で測定されるＵ相２およびＶ相３の総消費電力の変化を監視していて、数式１１の条件を満たすような状態が出現すれば、２００Ｖ機器７がオン方向へあるいはオフ方向へ状態が変化したと判断できる。或いは、数式１４においてΔＩ_２００（ｔ）を２００Ｖ機器７の定格に基づいて適切な閾値として設定し、電力需要家の給電線入口位置で測定されるＵ相２およびＶ相３の総電流の変化を監視していて、数式１４の条件を満たすような状態が出現すれば、２００Ｖ機器７がオン方向へあるいはオフ方向へ状態が変化したと判断できる。さらに、数式１１に基づいて推定される２００Ｖ機器７の消費電力Ｐ_２００（ｔ）を記録しておけば、２００Ｖ機器７の推定消費電力の時間変化を導き出すことができ、２００Ｖ機器７の消費電力量の推定も可能となる。また、２００Ｖ機器７のオフ方向への状態変化は、必ずしも２００Ｖ機器７がオフ状態に変化したことには限られず、２００Ｖ機器７の出力レベルが低下した場合（例えばＩＨクッキングヒータの火力が小さくされた場合）も含まれるが、２００Ｖ機器７の推定消費電力の時間変化を参照することで、２００Ｖ機器７がオフ方向へ状態変化した場合に、オフ状態になったのか或いは出力レベルが低下しただけでまだオン状態にあるのか、を判断することができる。
【００３６】
例えば本実施形態では、ＩＨクッキングヒータ７のオンオフ動作に伴う消費電力変化のうち最も小さい変化量（例えば３５０Ｗ程度であり、図３のΔＰで示す。）の２分の１を閾値として設定し、Ｕ相２およびＶ相３における総消費電力の変化量が夫々同時かつ同方向（即ち双方とも正または負）にこの閾値以上となる場合に、ＩＨクッキングヒータ７はオン方向へあるいはオフ方向へ状態が変化したと推定するようにしている。そして、当該総消費電力の変化の双方が増加であれば、ＩＨクッキングヒータ７がオン方向へ状態が変化したと判断し、当該総消費電力の変化の双方が減少であれば、ＩＨクッキングヒータ７がオフ方向へ状態が変化したと判断するようにしている。
【００３７】
さらに本実施形態では、ＩＨクッキングヒータ７の動作に起因すると推定されるＵ相２およびＶ相３における総消費電力の変化量ΔＰｕ（ｔ），ΔＰｖ（ｔ）に基づいて、ＩＨクッキングヒータ７の消費電力Ｐ_２００（ｔ）の推定値を算出するようにする。当該推定値の算出方法は必ずしも限定されないが、例えばＩＨクッキングヒータ７の動作に起因すると推定されるΔＰｕ（ｔ）とΔＰｖ（ｔ）の一方（例えば絶対値の小さい方）を２倍した値を、Ｐ_２００（ｔ−Δｔ）に加算して、消費電力Ｐ_２００（ｔ）の推定値とする。或いは、ＩＨクッキングヒータ７の動作に起因すると推定されるΔＰｕ（ｔ）とΔＰｖ（ｔ）とをＰ_２００（ｔ−Δｔ）に加算して、消費電力Ｐ_２００（ｔ）の推定値としても良い。Ｐ_２００（ｔ）の初期値は、例えば０とする。尚、実際にはＩＨクッキングヒータ７の消費電力は状態変化がなくても微小の変動を伴う。そこで、閾値以上にならなくてもΔＰｕ（ｔ）とΔＰｖ（ｔ）が同方向に変化するような場合、もしくは同方向かつ同等に変化するような場合には、例えば上記算出方法に基づいて消費電力Ｐ_２００（ｔ）の推定値を算出するようにしても良い。この場合、ＩＨクッキングヒータ７の上記微小変動による変化を補正でき、ＩＨクッキングヒータ７の消費電力の推定精度を高めることができる。
【００３８】
以上に説明した電気機器の動作状態推定方法は、電気機器モニタリングシステム１０として装置化できる。この電気機器モニタリングシステム１０は、例えば図１に示すように、電力需要家に対して非侵入的な位置で第１電線２（Ｕ相２）および第２電線３（Ｖ相３）における電流または消費電力を測定する測定手段１１と、第１電線２および第２電線３における各測定値の変化量と予め定めた閾値とを比較する比較手段１２と、を少なくとも有し、比較手段１２での比較結果に基づいて高圧給電利用機器（例えば本実施形態では２００Ｖ機器としてのＩＨクッキングヒータ７）の動作状態を推定するようにしている。
【００３９】
測定手段１１は、Ｕ相２における電流または消費電力を測定する第１測定手段１１ａと、Ｖ相３における電流または消費電力を測定する第２測定手段１１ｂを有している。第１測定手段１１ａおよび第２測定手段１１ｂには、既存の電流計または電力計を利用して良く、例えば本実施形態では既存の電力計を利用する。第１測定手段１１ａおよび第２測定手段１１ｂで得られた測定値は、一定時間間隔（計算時間刻み又は測定インターバルとも呼ぶ。）Δｔ毎に、例えばＡ／Ｄ変換器等を介してデジタル信号として比較手段１２に入力される。
【００４０】
本実施形態の比較手段１２は、例えば比較演算命令等を備えるＣＰＵ（中央処理演算装置）により実現される。このＣＰＵが行なう処理の一例を図６および図７のフローチャートに示す。先ず、第１測定手段１１ａおよび第２測定手段１１ｂよりΔｔ毎に入力される測定値Ｐｕ（ｔ）、Ｐｖ（ｔ）に基づいて、Ｕ相側電力変化量ΔＰｕ（ｔ）とＶ相側電力変化量ΔＰｖ（ｔ）を求める（図６のＳ１〜Ｓ８）。そして、ΔＰｕ（ｔ）とΔＰｖ（ｔ）が同方向の変化であるか、即ちΔＰｕ（ｔ）とΔＰｖ（ｔ）とで正負の符号が一致するか判断し（図６のＳ９）、一致すれば（Ｓ９；Ｙｅｓ）、閾値記憶部１３（例えば不揮発性メモリ）に予め格納しておいた閾値を読み出し、ΔＰｕ（ｔ）とΔＰｖ（ｔ）の絶対値の双方が閾値以上であるか否か、比較演算処理を実行する（図６のＳ１０）。
【００４１】
上記比較演算処理の結果、ΔＰｕ（ｔ）とΔＰｖ（ｔ）が同方向の変化で双方が閾値以上である場合は（Ｓ１０；Ｙｅｓ）、当該消費電力変化はＩＨクッキングヒータ７の動作に起因すると判断し、ＩＨクッキングヒータ７の動作状態の推定処理を行なう（Ｓ１１）。例えばΔＰｕ（ｔ），ΔＰｖ（ｔ）の双方が増加（プラス）であれば（図７のＳ１０１；Ｎｏ）、ＩＨクッキングヒータ７はオン方向へ状態が変化したと判断し（Ｓ１０２）、ΔＰｕ（ｔ），ΔＰｖ（ｔ）の双方が減少（マイナス）であれば（図７のＳ１０１；Ｙｅｓ）、ＩＨクッキングヒータ７はオフ方向へ状態が変化したと判断する（Ｓ１０３）。上記状態変化の判断結果は、例えばディスプレイ等の出力装置１４に出力する。尚、出力装置１４の形態は特に限定されず、例えばプリンタであっても良く、或いはスピーカ等の音声出力装置であっても良く、或いはハードディスク等の記録装置であっても良く、更には遠隔のコンピュータ等に推定結果を送信する通信装置であっても良い。また、ＩＨクッキングヒータ７の消費電力Ｐ_２００（ｔ）の推定値を算出する（Ｓ１０４）。例えばΔＰｕ（ｔ）とΔＰｖ（ｔ）のうち絶対値の小さい方を２倍した値をＰ_２００（ｔ−Δｔ）に加算して、消費電力Ｐ_２００（ｔ）の推定値とする。尚、Ｐ_２００（ｔ）の初期値は例えば０とする。Ｐ_２００（ｔ）の推定値は、例えば電気機器モニタリングシステム１０が有する記憶装置１５に測定時刻ｔと対応させて記録しておく（Ｓ１０５）。記憶装置１５に記録されたＰ_２００（ｔ）の履歴を利用して、例えば図５に示すようなＩＨクッキングヒータ７の推定消費電力の時間変化を導き出すことができる。これよりＩＨクッキングヒータ７の消費電力量の推定も可能となる。また、当該推定消費電力の時間変化を参照することで、ＩＨクッキングヒータ７がオフ方向へ状態変化した場合に、オフ状態になったのか或いは出力レベルが低下しただけ（火力が小さくされただけ）でまだオン状態にあるのか、等も判断することができる。
【００４２】
【実施例】
ＩＨクッキングヒータ７を保有する電力需要家においてＵ相２およびＶ相３の各総消費電力を測定するとともに、ＩＨクッキングヒータ７には消費電力を測定する装置を別途取り付けた。測定インターバルΔｔは１分とし、４，９２０個（８２時間分）のデータを得た。Ｕ相２およびＶ相３の総消費電力のデータに基づいて上記方法により、ＩＨクッキングヒータ７がオン状態であるかオフ状態であるかの推定と、オン状態である場合の消費電力の推定とを行なった。尚、ＩＨクッキングヒータ７のオンまたはオフを判定する閾値は例えば図３に基づいて３５０［Ｗ］の２分の１を採用した。ＩＨクッキングヒータ７に取り付けた測定装置によるＩＨクッキングヒータ７の消費電力の実測値を図４に示す。尚、図４中の実線が当該実測値を示し、破線はＵ相２およびＶ相３の総消費電力の合計値を示す。また、Ｕ相２およびＶ相３の各総消費電力の測定値に基づくＩＨクッキングヒータ７の消費電力の推定値を図５に示す。図４および図５から実測値と推定値はよく一致していることが確認できる。上記実験結果をまとめたものを表２に示す。
【００４３】
【表２】

【００４４】
ＩＨクッキングヒータ７がオン状態の時にオンと判定した割合（正解率）は９２％であった。この時、実測値を基準にして±１０％の範囲に消費電力の推定値が入る割合は６８％、±２０％の範囲に推定値が入る割合は７５％であった。一方、ＩＨクッキングヒータ７がオフ状態の時にオフと判定した正解率は９８％であった。Ｕ相２およびＶ相３の総消費電力を測定するために給電線入口位置に取り付けた測定手段１１と、ＩＨクッキングヒータ７のみの消費電力を測定するためにＩＨクッキングヒータ７に取り付けた測定装置とは、共に１分に１回測定を行ったが、両者の同期が取れているわけではない。したがって、両者の測定タイミングには最大１分程度のずれが存在する可能性がある。測定期間中にＩＨクッキングヒータ７がオフ状態からオン状態に変化した回数（イベント数）は３６回であった。したがって、このことを考慮すると実際の推定の精度は表２の値よりも優れているものと考えられる。以上のように高い正解率が得られたことから、本発明は十分実用に供し得る性能を有するものと考えられる。
【００４５】
以上のように本発明によれば、単相三線式給電回路１を備える電力需要家の屋内に入ることなく、当該電力需要家の給電線入口位置で計測される電流あるいは電力のみから、当該電力需要家の給電線の高圧給電回路に接続された比較的消費電力の大きいオンオフ式の電気機器の動作状態（オンかオフか、オンならば消費電力はどの程度か）を推定することができる。また、本発明は対象となる電力需要家内の電気機器の高調波特性等について既知である必要はなく、適切な閾値を設定するために、対象機器７の消費電力の階段状変化のきざみ値が既知であれば良い。測定した電気機器の動作状態は電力需要家自身が利用できる以外に、通信回線を経由して電力会社等が利用できるシステムを構築できる。
【００４６】
２１世紀初頭には、需要家情報ネットワークが整備され、多用な情報サービスが電力需要家へ提供されると同時に、電力需要家の側の情報もネットワークを通して収集され、これらの情報は電気事業者等の経営にも反映されてゆくものと期待される。例えば、電気事業者にとって電力需要家の側の重要な情報の一つに電力需要家が保有する電気機器の構成や使用実態に関する情報があるが、これらはＤＳＭ（ＤｅｍａｎｄＳｉｄｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔ）の効果評価、潜在需要の予測、需要変化の予測、負荷率低下（悪化）の要因分析、きめ細かな季時別料金システムの構築、電力需要家への各種サービスの提供等を行う上で必要不可欠である。本発明のモニタリングシステムは、上述したニーズに応えることができる有力なシステムの一つである。
【００４７】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では、第１電線２および第２電線３における電力を測定するようにしたが、第１電線２および第２電線３における電流を測定しても良いのは勿論である。また、対象機器はＩＨクッキングヒータに限らず、電気温水器等の他の高圧給電利用機器であっても良い。
【００４８】
また、閾値を用いた判断の処理は、必ずしも上述の実施形態の例には限定されない。例えば、第１電線２および第２電線３における消費電力または電流の変化量が「同等」であるかを先ず判断し、「同等」である場合にのみ、当該変化量と閾値とを比較するようにしても良い。ここで「同等」とは、両者の値が完全に一致する場合の他に、当該二つの値の差が予め設定した一定の範囲内にある場合も含むものとする。例えば比較対象となるＵ相２およびＶ相３における総消費電力の変化の差が、１００Ｖ機器５，６の消費電力程度であれば、Ｕ相２およびＶ相３における総消費電力の変化は「同等」であると判断するようにする。この場合、Ｕ相２またはＶ相３に接続されている１００Ｖ機器５，６が仮に２００Ｖ機器７と同時にオンまたはオフされたとしても、２００Ｖ機器７の動作の検出が可能になる。
【００４９】
また、閾値を設定する基準は必ずしも上述の実施形態には限定されない。閾値は、第１電線２および第２電線３における消費電力または電流の変化が、高圧給電利用機器（例えば２００Ｖ機器７）の動作に起因するのか、低圧給電利用機器（例えば１００Ｖ機器）のみの動作に基づくものであるのか、を判別し得るものであれば良い。例えば上述の実施形態では、２００Ｖ機器７の出力切り換え時における消費電力変化のうちの最小の変化量の２分の１を閾値として設定したが、２００Ｖ機器７の出力切り換え時における消費電力の変化量は異なる値で複数存在し得るので、これらの値の夫々２分の１となるような複数の閾値を設定しても良い。
【００５０】
さらに、上述の実施形態では、２００Ｖ機器７の出力切り換え時における消費電力変化量の２分の１（例えば３５０／２［Ｗ］）を閾値として設定し、この閾値と第１電線２および第２電線３における消費電力の変化量とをそれぞれ比較するようにしたが、この例には限らない。例えば２００Ｖ機器７の出力切り換え時における消費電力変化量そのもの（例えば３５０［Ｗ］）を閾値として設定し、第１電線２および第２電線３における消費電力の変化量が「同等」であるかを判断し、「同等」である場合に、第１電線２または第２電線３における消費電力変化量の一方（例えば絶対値の小さい方）を２倍にした値、または第１電線２と第２電線３の各消費電力変化量を合計した値を２００Ｖ機器７の消費電力変化量と推定し、この推定電力変化量と上記設定した閾値とを比較するようにしても良い。
【００５１】
また、高圧給電利用機器（例えば２００Ｖ機器７）のオンオフ動作を検出する閾値の他に、高圧給電利用機器の種類、台数などを判断するための閾値を別に定めておいても良い。例えば、第１の閾値によりＩＨクッキングヒータ７のオンオフ動作を検出した後、ＩＨクッキングヒータ７の推定消費電力Ｐ_２００（ｔ）と第２の閾値とを比較して、当該ＩＨクッキングヒータ７において現在使用しているヒータの数（例えばＩＨヒータとラジエントヒータを同時に使っているか等）を推定するようにしても良い。
【００５２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載の電気機器の動作状態推定方法および請求項２記載の電気機器モニタリングシステムによれば、電力需要家の屋内に入ることなく、例えば当該電力需要家の給電線入口位置で計測される電流あるいは電力のみから、当該電力需要家の給電線の高圧給電回路に接続された電気機器の動作状態を推定することができる。対象となる電力需要家内の電気機器の高調波特性等について既知である必要はない。測定した電気機器の動作状態は電力需要家自身が利用できる以外に、通信回線を経由して電力会社等が利用できるシステムを構築できる。
【００５３】
さらに、請求項３記載の電気機器モニタリングシステムによれば、推定対象となる高圧給電利用機器の状態変化がオン方向であるのかオフ方向であるのか或いは状態変化がないのか、を非侵入的に判断できる。
【００５４】
さらに、請求項４記載の電気機器モニタリングシステムによれば、高圧給電利用機器の消費電力を推定し、当該推定結果を記録するようにしているので、当該記録に基づいて当該機器の消費電力量を推定することができ、また、当該機器が現在オン状態であるのかオフ状態であるのかを推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気機器モニタリングシステムの実施の一形態を示す概略構成図である。
【図２】電力需要家が有する給電回路の一例（単相三線式給電回路）を示す概略構成図である。
【図３】ＩＨクッキングヒータの消費電力の変化を実際に測定した結果を示すグラフである。
【図４】実線がＩＨクッキングヒータの消費電力の実測値の時間変化を示すグラフであり、破線がＵ相およびＶ相の総消費電力の合計値の時間変化を示すグラフである。
【図５】本発明方法によって推定したＩＨクッキングヒータの消費電力の推定値の時間変化を示すグラフである。
【図６】本発明の電気機器モニタリングシステムの処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の電気機器モニタリングシステムの処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１単相三線式給電回路（給電回路）
２Ｕ相（第１電線）
３Ｖ相（第２電線）
４Ｎ相（中性線）
７２００Ｖ機器（電気機器）
１０電気機器モニタリングシステム
１１測定手段
１２比較手段

Claims

第１電線と第２電線と中性線を有し、前記第１電線または前記第２電線と前記中性線とに接続する低電圧での電力供給と、前記第１電線と前記第２電線とに接続する高電圧での電力供給とが可能な給電回路を有する電力需要家について、前記電力需要家に対して非侵入的な位置で前記第１電線および前記第２電線における電流または消費電力を測定し、前記第１電線および前記第２電線における各測定値の変化量と予め定めた閾値とに基づいて、前記電力需要家内で使用される前記高電圧での電力供給を利用する電気機器の動作状態を推定することを特徴とする電気機器の動作状態推定方法。
第１電線と第２電線と中性線を有し、前記第１電線または前記第２電線と前記中性線とに接続する低電圧での電力供給と、前記第１電線と前記第２電線とに接続する高電圧での電力供給とが可能な給電回路を有する電力需要家について、前記電力需要家に対して非侵入的な位置で前記第１電線および前記第２電線における電流または消費電力を測定する測定手段と、前記第１電線および前記第２電線における各測定値の変化量と予め定めた閾値とを比較する比較手段と、を少なくとも有し、前記比較手段での比較結果に基づいて前記高電圧での電力供給を利用する電気機器の動作状態を推定することを特徴とする電気機器モニタリングシステム。
前記第１電線における測定値の変化量の絶対値と前記第２電線における測定値の変化量の絶対値の双方が前記閾値以上となる場合に、上記変化が双方とも増加であれば前記電気機器がオン方向へ状態が変化したと判断し、上記変化が双方とも減少であれば前記電気機器がオフ方向へ状態が変化したと判断することを特徴とする請求項２記載の電気機器モニタリングシステム。
前記第１電線における測定値の変化量と前記第２電線における測定値の変化量から前記電気機器の消費電力を推定し、当該推定結果を記録することを特徴とする請求項２または３に記載の電気機器モニタリングシステム。