JP2012516133A - エネルギ監視装置、識別方法及び生成方法 - Google Patents

Abstract

電子機器ネットワーク内の電子機器及びその状態を識別する装置及び方法を提供する。エネルギ監視装置は、電源に接続された電子機器及び電子機器の状態を、電源の連続測定値の変化から、識別するようにプログラムされている。電子機器の負荷シグニチャ及びその状態を判定するアルゴリズムを提供する。状態の負荷シグニチャを記憶したテーブルを用いて機器及び状態を識別する。エネルギ監視情報が収集され、ユーザに対して表示器、遠隔の表示器上に表示され、あるいはネットワークを介して遠隔の機器、例えばパーソナルコンピュータ、携帯情報端末、ｉＰｈｏｎｅ（商標）、携帯電話機、音声メール、電子メール、又はテキストメッセージに送信される。

Description

関連出願

本出願は、35 U.S.C. $ 119(e)に基づいて、２００９年１月２６日に出願された米国仮特許出願番号61/206,072、発明の名称「ENERGY USAGE MONITORING WITH REMOTE DISPLAY AND AUTOMATIC DETECTION OF APPLIANCE INCLUDING GRAPHICAL USER INTERFACE」と、２０１０年１月２５日に出願された米国仮特許出願番号61/298,127、発明の名称「AUTOMATIC DETECTION OF APPLIANCES」と、２００９年１月２６日に出願された米国仮特許出願番号61/206,051、発明の名称「POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS」と、２０１０年１月２５日に出願された米国仮特許出願番号61/298,112、発明の名称「POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS」と、発明者Patrick A. Radaと発明者John H. Magnascoにより２０１０年１月２６日に出願された米国非仮特許出願代理人番号RADA-00101、名称「POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS」との優先権の利益を主張し、これら全部は、引用することにより本願に援用される。

本願発明は、使用エネルギを監視する分野に関するものである。より詳しくは、本願発明は、電気機器ネットワーク、例えばネットワークの一点から住宅又は小規模オフィスにおける詳細な使用エネルギを監視することに関するものである。

エネルギ省の調査によると、消費者が、彼らがどのくらいエネルギを使用するかと、彼らの使用に関連するコストがどのくらいかを知るだけで、使用エネルギが１５％程度削減されることを示している。ハイブリッド自動車市場においても、同様の結果が示されている。ハイブリッド自動車の運転者は、彼らの自動車の使用に関して運転者に提供されるフィードバックを利用することによって、彼らの自動車の燃費を上昇させることができ、彼らの自動車のエネルギ使用を低下することができる。また、エネルギ消費者は、多くの場合、「二酸化炭素排出量」として表される彼らの使用エネルギの環境影響を認識している。したがって、使用エネルギの減少は、結果として、エネルギユーザにとって、経済上と環境上との両方の利益となる。しかし、どのように使用を減らすのが一番よいかを選択をするには、エネルギユーザは、機器及びユーザがエネルギを使用する使用パターンに関する適切なエネルギ使用情報を必要とする。

住宅及びオフィスの使用エネルギを減少させるための現在の解決策には、複数の電気機器の全体の総使用電力を１つの電力供給点で監視することと、使用電力を１つ以上の壁付きコンセント電力供給点で監視することと、機器のタイマプログラム制御によって個々の機器の状態を制御することと、１つ以上の機器のスイッチがオンであるが使用中ではないことと、機器のスイッチがオフされていることとを観察することによって手動で機器を制御することとが含まれる。

総電力の監視
先行技術で見られる最も簡単で、最も広範囲に亘って総使用電力を監視するシステムは、メイン配電網の分岐点の近くに配置された、需要家の電力供給点に取り付けられた電力計により、需要家の全使用電力を監視する電力事業者である。電力計は、全使用電力を累積し、この電力計は、固定期間、例えば１月間毎に１回読み取られ、需要家には、課金期間に需要家が使用した電気料金が請求される。事業者は、段階的な請求料率を有し、特定の使用閾値を越えた後、キロワット時（ＫＷＨ）毎に、より高い請求料率を請求する。いくつかの料金表では、ピーク需要時間帯に基づいて、ＫＷＨ毎に、より高い請求料率を請求する。公共料金は、多くの場合、需要家に料金率毎にどのくらい電力が請求されるかを示す料金表に基づいて、全使用電力を詳細に示す。この情報によって、需要家がどのように節電の判断をするかに関して利用可能な事実がほとんどない。

より新しい総使用電力を監視するシステムとしては、事業者メータの下流に、需用家電力計を備えることができる。需要家電力計は、通常、事業者メータの下流にある需要家の主要なサーキットブレーカに、又はその近くに設置される。需要家電力計は、特定の刻み幅で、需要家によって使用されている電力の総量を読み取り、この値を表示器上に表示する。メータ情報を、電力計の測定値を処理するパーソナルコンピュータに送信してもよい。このような機器の一例として、英国ロンドンのＤＩＹ ＫＹＯＴＯ製の「ＷＡＴＴＳＯＮ」がある。また、ＤＩＹ ＫＹＯＴＯ製の対応製品「ＨＯＬＭＥＳ」は、ＷＡＴＴＳＯＮから受信した情報を処理して、一日の時間に対する全電力消費量のより粗い表示を需要家に与える。しかしながら、このような表示は、全使用電力の表示と、どのようにして全使用電力を請求期間に亘って適切なときに配信するかを、需要家に与えるのみである。

各電力出力での使用電力の監視
使用電力を監視する他の方法は、配電系統における各電源出力で使用を監視することである。いくつかの実例製品において、電気機器を、順番に、壁面コンセントプラグ差込口と接続される電源出力監視装置に接続する。電源出力監視装置は、全使用ＫＷＨと、このような使用コストと、現在の電圧、電流量、ワット、Ｈｚ、及びプラグ差込口での有効電圧及び電流とを表示する液晶ディスプレイを備えてもよい。実例製品には、Ｐ３インターナショナル製の「Ｋｉｌｌ Ａ Ｗａｔｔ(商標)」がある。この機器によって、ユーザは、液晶ディスプレイにより特定の壁付きコンセントにおける使用電力を監視することができるが、しかし、このようなデータは、検索及び解析のために記憶されない。更に、Ｅｘｔｅｃｈ製の「電動ノコギリと使用電力解析装置」は、データロギング用のストレージを有し、使用電力を格納し、その後、この電動ノコギリのオンボードメモリによりパーソナルコンピュータに送信することができる。エネルギユーザが１つ以上のＥｘｔｅｃｈ製のノコギリを持っていたとしても、各ノコギリにより得られる電力使用情報が集計されない。使用電力データを解析する前の、使用電力データの収集には、各壁付きコンセント電力監視装置（wall outlet power monitor）のメモリカードを手動で検索することと、メモリカードの読み取り機能を有するコンピュータを用いて各カードから情報を検索することが必要となる。更に、使用電力データは、プラグ差込口当たりの機器数と同程度に、ただ粗いだけである。例えば、各コンセントに機器が接続される複数のコンセントを有するテーブルタップを、壁付きコンセント電力監視装置に接続した場合には、各機器の使用電力は測定されない。加えて、各電力プラグ差込口監視装置が５０．００ドル又はそれ以上にかかり、このような機器は監視する電力プラグ差込口毎に必要であるため、電力を測定するコストが実用的ではないほど高くなってしまう。機器を監視する大きな初期ハードウェアコスト、各プラグ差込口監視装置のメモリカードを手動で検索して読み取る不便、及び使用電力低下による曖昧な節約によって、各電力プラグ差込口で使用電力を監視しても、使用電力を減少する解決策としては現実的ではない。

各サーキットブレーカにおける使用の監視
集積された使用電力を監視する更に他の方法は、各サーキットブレーカでの使用を監視し、それによって各サーキットブレーカでの使用電力を監視することである。このようなシステムは、デンマーク人であるピーターソン、ジェイスティール、及びジョーウィルカーソンが参加したＣＨＩ２００９学生デザインコンペティションの論文に記載されたＷａｔｔＢｏｔという名称の、このシステムに関連したｉＰｈｏｎｅ(商標)アプリケーションである。これらの論文ＷａｔｔＢｏｔにおいて、住宅電気監視及びフィードバックシステムは、以上で説明したＤＩＹ ＫＹＯＴＯ製のＷａｔｔＢｏｔと類似したシステムであると著者は説明したが、ＷａｔｔＢｏｔは、住宅全体の使用電力を監視するのではなく、住宅の各サーキットブレーカの使用電力を測定する。エネルギ情報は、ｉＰｈｏｎｅ(商標)上で表示される。ＷａｔｔＢｏｔは、各サーキットブレーカでの使用エネルギを検出及び監視するハードウェアが必要であり、また、ＷａｔｔＢｏｔは、電気機器が、住宅のサーキットブレーカの１つのサーキットブレーカを専用としていない限り、１つの電気機器に対する詳細な使用情報を提供しない。たとえ単一のサーキットブレーカが単一の機器の専用であったとしても、ＷａｔｔＢｏｔは、電気機器の各状態毎に詳細な使用エネルギを提供しない。

手動の監視及び制御
電力消費者は、いつも住宅又はオフィスを定期的に歩いて、スイッチが見かけ上オンであるが使用中ではない機器に関するメモを書き留め、使用電力を減らすためにこれらの機器のスイッチをオフにすることができる。この方法は、関連機器のコストを発生させることなくお金を節約できるとはいえ、機器が実際に電力を消費しているときに、スイッチがオンのままが適切であると判断される機器、又は誤ってスイッチが見かけ上オフである機器を解析するためのデータを得ることができない。重要なことに、多くの最新の電子機器は、スイッチがオンで機器が動かされていることを外観上認識できないが電力を消費するスタンバイ状態を有する。したがって、手動で消費者の機器を監視している消費者は、スタンバイモードにおいて、オフであるように見えているが実際エネルギを消費している機器に関連する使用電力のコスト又は影響を知ることができなかった。

個々の機器のプログラムに基づいた制御
エネルギ消費を低下させる更に他の方法は、１つ以上の機器をプログラム上で制御して、不使用が予想されるときに機器のスイッチを確実にオフすることである。例えば、電気機器をプログラム上で制御する装置は、特定の機器、例えば仕事部屋の頭上照明を午後１１時と午前６時との間、仕事部屋でこれらの時間用いられないことが予期されるので、オフにすることを予定することができる。このようなシステムは、各コンセント又は電源装置、例えば調光器、スイッチ毎に、制御回路を必要とし、中央制御装置は、電気機器ネットワークを管理するようにプログラムされている。例えば、Ｓｍａｒｔｈｏｍｅ(商標)から販売されているＩＮＳＴＥＯＮ(商標)Ｓｍａｒｔｌａｂｓ設計の製品は、機器ネットワークプロトコル、例えばＩＮＳＴＥＯＮ(商標)又はＸｌＯプロトコル、又は両方を組み合わせたプロトコルを使用して中央制御装置に接続されたＩＮＳＴＥＯＮ(商標)ネットワーク制御可能機器、例えば調光器、スイッチ、サーモスタットコントロールから構成することができる。このような装置は、電気機器の動作をプログラム的に制御できるという利点を有するが、ユーザに報告してユーザの使用電力をどのようにして減らすかを決定させるための、識別されたコスト節約情報を全く有することなく、ハードウェアと、その設置と、それに関連するコストとに対して実質的に関与しなければならない。

住宅及びオフィスの使用エネルギを減少させるための現在の解決策には、電気機器ネットワーク全体の総使用電力を１つの電力供給点で監視することと、１つ以上の壁付きコンセント電力供給点における使用電力を監視することと、プログラム制御によって個々の機器の状態を制御することと、１つ以上の機器のスイッチがオンであるが使用中ではないことと、機器のスイッチがオフにされていることを手動で観察することとが含まれる。特定の機器に関連した使用電力を判定するために、電力供給点における使用電力を監視しても、電気機器により消費される電力に関して十分な情報を提供しない。コンセントにおける使用電力を監視する解決策では、解析用の使用電力情報を集計できないか、手動の手段のみによって、及び高い機器コストのみによって、このような情報を集約するだけである。たとえ使用情報の自動集計処理が利用可能だったとしても、現在の手段によると、機器の監視において実質的投資が必要である。従来技術では、住宅又は会社における個々の電気機器に関して詳細なエネルギ使用情報を低コストで効果的に提供する手段がなかった。更に従来技術では、エネルギユーザがエネルギ使用行動を有意義に変化させて使用エネルギ及びエネルギコストを減らすことができるように、エネルギユーザに提示するための個々の機器に関する詳細なエネルギ使用情報を集計する有効な手段がなかった。

住宅又は会社内において更なるハードウェア又は接続されたあらゆる電気機器を要求することなしに、単一の中心的な場所から、住宅又は会社における各電気機器の使用エネルギを低コストでリアルタイムに監視するエネルギ監視装置を公開する。非常にコンパクトな実施の形態において、エネルギ監視装置は、以下で説明する特徴によりプログラムされた単一の集積回路又はチップとすることができる。エネルギ監視装置は、事業者エネルギメータの下流であり、サーキットブレーカパネルの上流であり、住宅又は会社に設置された電気機器が接続された配線網の上流で、これらの電気機器との更なる接続を全くしないで設置される。他の実施の形態において、エネルギ監視装置は、典型的なサーキットブレーカユニットと同じ形状で、サーキットブレーカパネルの空いているスロットに設置される。エネルギ監視装置は、負荷のスイッチがオン又はオフしたときを自動的に検出し、負荷のスイッチがオン又はオフのどちらかであったかを識別することができる。負荷は、電気機器が接続された電気機器ネットワークに設置された各電気機器の各状態毎の負荷シグニチャを検出することにより識別される。電気機器が接続された配線網における各電気機器は、その負荷シグニチャ及び状態によって識別することができる。状態と、ある電気機器における各状態毎の負荷シグニチャとは、学習フェーズの間に獲得することができる。学習フェーズは、自動化する、又は手動の手順により実行することができる。手動による学習フェーズを容易にするため、エネルギ監視装置のユーザは、住宅及び中小企業内の電気機器の場所及び属性についての情報を有するデータストアにデータを入力することができる。このようなプライベート情報は、電気機器と、住宅又は中小企業の部屋と、電気機器の使用可能な状態とのリストを有するプライベートデータベースに格納することができる。データストアにプライベート情報を入力する処理は、ポータブル電気機器、例えばスマートフォン、携帯電話機、情報携帯端末、あるいはユーザ表示装置とユーザ入力インタフェースとを有する他の携帯機器上で動作するアプリケーションによって、容易にすることができる。プライベートデータベースは、エネルギ監視装置の通信コネクタにより、あるいは有線又は無線のネットワーク接続によりエネルギ監視装置にダウンロードすることができる。あるユーザが予め識別した機器及び状態が多いと、手動学習フェーズはより容易である。プライベートデータベース及びプライベート情報は、特定のエネルギ監視装置と、人、機器、建物、又はこれらのあらゆる属性とに関係がある情報によって生成され、特定のエネルギ監視装置にインストールされている情報を参照する。プライベート情報の具体例には、エネルギ監視装置が設置された住宅又は会社の建物におけるユーザの名称、その建物に設置された特定の機器、その建物の部屋、ユーザが使用情報を共有するつもりがないときにユーザにより生成されたその使用情報、ユーザの電力請求書他が含まれる。「公衆データベース」及び「公衆情報」は、公衆により使用されるため生成された、公衆に対してアクセス可能である、あるいは公衆により生成された情報を参照する。公衆情報の具体例には、公衆利用に又は公衆に対してアクセス可能に生成された機器及び状態の負荷シグニチャ、ユーザが私有でなく共有することを選択した公衆利用情報、事業者又は公衆企業委員会により発行された料金表、停電の通知、及び事業者からの他の同報情報が含まれる。「公衆データベース」と「プライベートデータベース」という用語は両方とも、一般的には、データベース内に格納されたデータを指し、ここに説明するデータベース構造及びこれらと等価なものは、あらゆる特定のデータフォーマットに限定されない。当業者にとって明らかなように、ここで説明する方法に限定されることなく、データ及び情報を処理、記憶、及びアクセスする多様な方法を使用してもよい。データベース及びテーブルは、システムの実現において効果的に利用される多くの方法のうちの１つである。

手動の学習フェーズにおいて、エネルギ監視装置は、プライベートデータベース内の電気機器の１つの状態を変化させるようにユーザにプロンプトを出す。ユーザが状態を変化させると、ユーザは、エネルギ監視装置に状態が変化したことを通知するか、又は、エネルギ監視装置がこの変化を検出できるようにする。負荷シグニチャは、計算され、編集又は承諾のためユーザに提示される。この代わりに、ユーザは、機器が単一の状態を有する負荷シグニチャを検出することをスキップするか、又は機器の全ての状態の負荷シグニチャを検出することをスキップすることができる。ユーザが負荷シグニチャのデータを受信した場合、負荷シグニチャ及び関連状態を負荷シグニチャテーブルに格納する。負荷シグニチャテーブルは、エネルギ監視装置内に、その目的の専用メモリ又は汎用メモリによって保持することができる。自動学習処理において、エネルギ監視装置は、１つ以上の電源パラメータによって変化する電源を監視して、住宅又はオフィス内部の電気機器が状態を変化したことを信号で知らせる。エネルギ監視装置は、変化したデータから負荷シグニチャを計算するか、あるいは必要な更なるサンプルを取得して、負荷シグニチャを計算する。次のステップは、負荷シグニチャのプライベートデータベース及び公衆データベースからの機器のリストと家電機器を比較することにより、この家電機器に合った負荷シグニチャを識別することである。負荷シグニチャの公衆データベースは、多数の利用可能な家電機器の負荷シグニチャと、これらの家電機器の状態の負荷シグニチャとを含む。負荷シグニチャの公衆データベースは、特定の住宅又は中小企業の負荷シグニチャに限定されない。負荷シグニチャが識別され、対応する家電機器及び状態が識別された後、識別結果が編集及び承認のためにユーザに提示され、そうでなければシステムがタイムアウトしこれらのデータを承認する。

負荷シグニチャ及び電気機器毎の状態を識別することによって、エネルギ監視装置は、住宅又は中小企業でエネルギが消費される各電気機器毎の詳細なエネルギ使用情報を提示する。各電気機器毎の詳細なエネルギ使用情報は、エネルギ監視装置、遠隔表示機器、例えばスマートフォン（ｉＰｈｏｎｅ（商標）、アンドロイド（商標）、ブラックベリー（商標））、タブレットＰＣ、ＰＤＡ、又は遠隔ラップトップコンピュータ、あるいはローカルなパーソナルコンピュータ上に表示することができる。詳細なエネルギ使用情報は、通常、有線又は無線で接続された機器により表示することができる。詳細なエネルギ使用情報は、消費電力、エネルギ、電流、力率、全高調波歪み、スペクトル内容、及びユーザ用の他の適切なパラメータから構成することができる。エネルギ使用情報は、比較のため、時刻、経過時間、週、月、季節毎に追跡することができる。エネルギコストを、計算し、任意の期間の累積コストだけではなく、１時間当たりの現在のドルでの消費率を表しながら表示することができる。エネルギ監視装置は、当該エネルギ監視装置により追跡した使用エネルギの履歴に基づいて、週、月、四半期、季節、及び年毎に、エネルギ消費を予測することができる。更に、詳細なエネルギ使用情報は、スタンバイ動作モードを有する電気機器に関する特定情報と、オフタイム、例えば夜間、又はユーザが休暇中に不在であるときにおける消費エネルギに関する情報とを有してもよい。また、詳細なエネルギ使用情報は、エンドユーザへのアドバイス、例えば彼らの毎月の電気使用料金を減らす方法を有してもよい。このようなアドバイスは、力率を向上させるために機器を加えること、老朽化した又は効率の悪い家電機器を取り替えること、又はこれらの代わりとして、料金表から最も適した使用をするためにエネルギを使用する時間帯別スケジュールをどのように修正するか、代替の料金表を提案することを含んでもよい。更に、詳細なエネルギ使用情報を用いて、種々の家電機器の設定、例えば冷蔵庫の温度設定を最適化することができる。更に、アドバイス情報は、電力事業者からの通知、例えば電力事業者からの緊急警告、提案、又は奨励、料金表の変更の通知、あるいはユーザアカウントの料金又は過去の料金の通知を有してもよい。また、エネルギ監視装置は、電気機器ネットワークの特性を監視し、弱力率、弱全高調波歪み、低性能又はノイズ送電網、及びこれらの非効率を改善又は修正する方法に関して通知することができる。

開示されるエネルギ監視装置は、電源、例えば送電網電源に接続され、当該エネルギ監視装置の下流の電源に、複数の状態を有する電気機器が接続されている。第１の面において、エネルギ監視装置は、監視する電気機器の上流の点で測定された電源の連続したサンプルの変化により、該電源に接続された電気機器の存在と該電気機器の状態とを識別する。エネルギ監視装置は、選択されて相互接続されたディスクリート部品、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、混合モード集積回路、チップオンシステム、書込可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、及び１つ以上の設計され相互接続された集積回路のうち、少なくとも１つから構成される。エネルギ監視装置は、単一の集積されたチップセットと同程度に小さくでき、ｉＰｈｏｎｅ（商標）、又はユーザインタフェースアプリケーションが動作する類似の家電機器と通信するようにプログラムされる。電源パラメータは、１つ以上の測定された電源パラメータと、これらの測定された電源パラメータに基づいて計算された電源パラメータとからなる値として定義される。好ましい実施の形態において、電源パラメータは、相電圧、相電流、中性電圧、中性電流、皮相電力、有効電力、無効電力、エネルギ、消費エネルギの経過時間、力率のパーセント、ｃｏｓ（ｐｈｉ）、電流と電圧と有効電力と無効電力とにおける全高調波歪み、有限高調波（例えば１５番目の高調波までの有限高調波）を考慮した全高調波歪みの近似値、電流と電圧と有効電力と無効電力とのスペクトル内容、基本波の有効電力、周波数、周期、過電圧／低電圧の状態、全出力に安定する時間すなわち整定時間、突入電流、弛み、イベントの周期数、電気機器ネットワークの特性、及び非電気データ、例えば時間、日付、温度、及び湿度を含んでいる。電圧及び電流の値は、一次元のテーブルに記憶された瞬時サンプル値からなる集合とすることができ、一次元のテーブルのサンプル値を平均又は積分することで計算される実効値として算出することができる。また、実効値は、ｎ点からなる固定された移動ウィンドウから得て、それによって初期設定時間、例えば１秒後からミリ秒毎に利用することができる。記録及び／又は計算された単相２線構成のデータのテーブル例を以下に示す。

サンプルは、（i）時間間隔に拘わらず測定又は計算された１つ以上の電源パラメータの１つ以上のインスタンスとして、（ii）固定された時間間隔の中で測定又は計算された１つ以上の電源パラメータの１つ以上のインスタンスとして、（iii）測定又は計算された１つ以上の電源パラメータの１つ以上のインスタンスから計算された実効値として、定義される。連続したサンプルにおける変化を検出することは、（i）サンプル間隔が固定されていない場合において、第２のサンプル中の１つ以上の電源パラメータに対する第１のサンプル中の１つ以上の電源パラメータの変化を検出することとして、（ii）サンプル間隔が固定された場合において、第２のサンプル中の１つ以上の電源パラメータに対する第１のサンプル中の１つ以上の電源パラメータの変化を検出することとして、（iii）第１のサンプルに対して変化が検出するまでの全ての後続サンプルに対する第１のサンプル中の１つ以上の電源パラメータの変化を検出することとして、（iv）第２のサンプルに対する第１のサンプル中の１つ以上の電源パラメータの変化の検出し、その後、次のサンプルを得る前に、第１のサンプルを第２のサンプルに設定することとして、（v）１つ以上の電源パラメータのうちの基本サンプルのＲＭＳ値を、各後続のサンプルと比較することとして、定義される。電気機器の状態は、オン、オフ、スタンバイ、パワーアップ、パワーダウン、全出力に対する割合、あるいは名付けられた状態のシーケンスとしてもよい。電気機器の存在を識別することは、電源パラメータを監視し、１つ以上の電源パラメータの変化を検出することによって達成される。電気機器とその電気機器の状態とに対応する負荷シグニチャは、上記テーブルＩに示すような、１つ以上の電源パラメータを有する。負荷シグニチャ、電気機器の識別子、及び電気機器の状態は、メモリ内のプライベートデータベースに格納することができる。いくつかの実施の形態において、電気機器及び状態を識別することは、メモリから負荷シグニチャを検索することを含む。メモリは、予め記憶された複数の負荷シグニチャを有する。いくつかの実施の形態において、エネルギ監視装置は、ネットワークを介して遠隔機器と接続された通信モジュールを更に備える。エネルギ監視装置は、当該エネルギ監視装置の表示モジュールと遠隔機器のうちの少なくとも１つに送信することができる。通信モジュールは、エネルギ監視情報の監視及び送信を両方行うことができる。エネルギ監視情報は、電気機器情報、使用電力情報、電気機器ネットワーク情報、ユーザアドバイス、及び電力事業者情報から構成することができる。電気機器情報の具体例として、複数の電気機器のうちの１つの電気機器の識別子、電気機器の状態、電気機器の負荷シグニチャデータ、及び電気機器に関する電力の稼働時間から構成することができる。使用電力情報の具体例として、総消費電力情報、エネルギ、電流、力率、及び全高調波歪みを含むが、これに限定されるものではない。電気機器ネットワーク情報は、弱力率、弱全高調波歪み、ノイズが大きい送電網、及び回路性能から構成される。ユーザアドバイスは、現在の日、週、又は月毎の請求をユーザに知らせることと、どのようにして請求を減らすかと、電気機器により分類された請求情報と、どのようにして力率を改善させるかと、どのくらいスタンバイの電力が消費されているかと、老朽化又は非効率な家電製品をいつ取り替えるかと、請求を減らすために１日のうち何時使用機器の予定を入れるかと、電力事業者への割込の検出及びアドバイスと、過去の使用パターンに基づいた将来の使用エネルギの予測とから構成される。

他の面として、電源に接続された電気機器と電気機器の状態とを識別する識別方法は、複数の第１の電源パラメータを受信するステップと、複数の第２の電源パラメータを受信するステップと、少なくとも１つの電源パラメータの変化を、複数の第１及び第２の電源パラメータ間の差分として検出するステップと、複数の第１及び第２の電源パラメータに基づいて電気機器の負荷シグニチャを計算するステップと、メモリから電気機器の負荷シグニチャを検索するステップとを有し、メモリに記憶されている負荷シグニチャは、電気機器の識別子と負荷シグニチャに関連付けられた電気機器の状態とに関連付けられており、これによって、電源に接続された電気機器と電気機器の状態とを識別する。いくつかの実施の形態において、少なくとも１つの電源パラメータの変化を検出するステップは、有効電力、無効電力、又は皮相電力の変化を検出するステップを有する。電源に接続された電気機器と電気機器の状態とを識別するステップは、少なくとも１つの電源パラメータの変化を検出した後であって、電気機器の負荷シグニチャを計算する前に、更なる電源パラメータを受信するステップを更に有する。

いくつかの実施の形態において、相電圧、相電流、中性電圧、中性電流、皮相電力、ｃｏｓ（ｐｈｉ）、周期、周波数、有効電力、有効エネルギ、無効電力、周波数、周期、過電圧／低電圧状態、温度、及び湿度を、複数の電源パラメータとして測定する。電気機器の状態は、オン、オフ、スタンバイ、パワーアップ、パワーダウン、全出力に対する割合、及び名付けられた状態のシーケンスから構成することができる。いくつかの実施の形態において、電気機器及び状態の負荷シグニチャは、相電圧、相電流、中性電圧、中性電流、皮相電力、ｃｏｓ（ｐｈｉ）、有効電力、無効電力、周波数、期間、過電圧／低電圧の状態、力率のパーセント、ＲＭＳ電流、瞬時電流、ＲＭＳ電圧、瞬時電圧、現在の高調波の全高調波歪みのパーセント、電圧の高調波の全高調波歪みのパーセント、ネットワークの品質のパーセント、時間、日付、温度、及び湿気から構成される。いくつかの実施の形態において、負荷シグニチャは、測定された有効電力と、測定された無効電力と、計算された皮相電力と、電源の中性電圧に基づいて計算された電流と、計算された力率とから構成することができる。いくつかの実施の形態において、エネルギ監視情報は、表示機器と、携帯電話機、例えばｉＰｈｏｎｅを含む遠隔機器とに送信することができる。エネルギ監視情報は、電気機器情報、使用電力情報、電気機器ネットワーク情報、ユーザアドバイス、及び電力事業者情報から構成することができる。電気機器情報は、複数の電気機器のある電気機器の識別子、電気機器の状態、電気機器の負荷シグニチャデータ、及び電気機器に関する電力の稼働時間から構成することができる。使用電力情報は、総消費電力情報、エネルギ、電流、力率、及び全高調波歪みから構成することができる。電気機器ネットワーク情報は、弱力率、弱全高調波歪み、ノイズが大きい送電網、及び回路性能から構成することができる。いくつかの実施の形態において、ユーザアドバイスは、現在の日、週、又は月毎の請求をユーザに知らせることと、どのようにして請求を減らすかと、電気機器により分類された請求情報と、どのようにして力率を改善させるかと、どのくらいスタンバイの電力が消費されているかと、老朽化又は非効率な家電製品をいつ取り替えるかと、請求を減らすために１日のうち何時使用機器の予定を入れるかと、上記電力事業者への割込の検出及びアドバイスと、過去の使用パターンに基づいた将来の使用エネルギの予測とから構成することができる。いくつかの実施の形態において、電力事業者情報は、料金変化、予定された停電、差し迫った電力遮断、請求料金、どのようにして電力請求コストを減らすかに関する提案、奨励する提案、電力請求書、及び見積もられた予想電力請求から構成することができる。

更に他の面において、複数の状態を有する複数の電気機器の負荷シグニチャのデータベースを生成する生成方法において、第１の状態における電気機器を選択するステップと、複数の第１の電源パラメータを測定するステップと、選択された電気機器の第１の状態を第２の状態に変化させるステップと、複数の第２の電源パラメータを測定するステップと、負荷シグニチャを計算するステップと、負荷シグニチャと第２の状態と選択された電気機器の識別子とを有するデータベースのレコードを記憶するステップとを有し、それによって、複数の状態を有する複数の電気機器の負荷シグニチャのデータベースを生成する。第１の状態はオフであり、第２の状態はオンである。負荷シグニチャのデータベースを生成する生成方法は、負荷シグニチャを計算した後に、データベースから負荷シグニチャを検索して、最も一致する電気機器及び状態を判定するステップと、最も一致する電気機器及び状態をユーザに提示して、電気機器及び状態を確認させるステップと、ユーザが電気機器又は状態を変化させる場合、負荷シグニチャを更に有するデータベース内の電気機器及び状態のうちの少なくとも１つを変化させるユーザ入力を受けるステップとを更に有する。

図１Ａは、いくつかの実施の形態に基づいた、電源に接続されたエネルギ監視装置の内部構成を示すブロック図である。 図１Ｂは、いくつかの実施の形態に基づいた、電源に接続されたエネルギ監視装置を示す外観図である。 図１Ｃは、いくつかの実施の形態に基づいた、エネルギ感知装置内の電源に接続された組込型エネルギ監視装置の内部構成を示すブロック図である。 図１Ｄは、いくつかの実施の形態に基づいた、電源に接続されたエネルギ監視装置と外部インタフェース機器との内部構成を示すブロック図である。 図１Ｅは、いくつかの実施の形態に基づいた、電源に接続され、サーキットブレーカボックスの内部に設置されたエネルギ監視装置の内部構成を示すブロック図である。 図１Ｆは、いくつかの実施の形態に基づいた、電源に接続され、サーキットブレーカボックスの内部に設置されたエネルギ監視装置の内部構成を示すブロック図である。 図２は、いくつかの実施の形態に基づいた、サーモスタットを有する遠隔エネルギ監視装置の内部構成を示すブロック図である。 図３は、いくつかの実施の形態に基づいた、エネルギ監視装置と関係機器とからなる通信ネットワークを示す構成図である。 図４は、いくつかの実施の形態に基づいた公衆電力使用データベースを示す構成図である。 図５は、いくつかの実施の形態に基づいた公衆負荷シグニチャデータベースを示す構成図である。 図６は、いくつかの実施の形態に基づいた積算電力計の動作を示すフローチャートである。 図７は、いくつかの実施の形態に基づいた負荷シグニチャデータベースを自動的に生成するフローチャートである。 図８は、いくつかの実施の形態に基づいた負荷シグニチャデータベースを手動で生成するフローチャートを示す。 図９Ａは、いくつかの実施の形態に基づき、負荷シグニチャから電気機器と状態とを識別する方法の一部分についてのフローチャートを示す。 図９Ｂは、いくつかの実施の形態に基づき、負荷シグニチャから電気機器と状態とを識別する方法の一部分についてのフローチャートを示す。 図９Ｃは、いくつかの実施の形態に基づき、負荷シグニチャから電気機器と状態とを識別する方法の一部分についてのフローチャートを示す。 図９Ｄは、いくつかの実施の形態に基づき、負荷シグニチャから電気機器と状態とを識別する方法の一部分についてのフローチャートを示す。 図９Ｅは、いくつかの実施の形態に基づき、負荷シグニチャから電気機器と状態とを識別する方法の一部分についてのフローチャートを示す。 図９Ｆは、いくつかの実施の形態に基づき、負荷シグニチャから電気機器と状態とを識別する方法の一部分についてのフローチャートを示す。

エネルギ監視装置
図１Ａは、電源１９０に、電源接続器１４０を介して接続されたエネルギ監視装置１００の構成を示し、電源１９０は、事業者（utility）から住宅又は中小企業内のメータを介してメインボックスに供給されるグリッド電源とみなすことができる。電源１９０は、多種多様な既知の電源、例えば１１０Ｖ単相、１１０Ｖ三相、４４０Ｖ三相、２２０Ｖ三相、３８０Ｖ三相などの電源からなる。電源１９０は、更に、ＤＣ電圧源、例えば太陽電池パネルを有する自家発電設備、直流発電機、又は非グリッド電源であってもよい。エネルギ監視装置１００は、積算電力計１１０と、メモリ１２５を有するコントローラ１２０と、通信モジュール１３０と、負荷シグニチャテーブルのメモリ１５０（以下、負荷シグニチャメモリ１５０ともいう。）と、バッテリーバックアップされた時計／カレンダ１６０（以下、時計／カレンダモジュール１６０ともいう。）と、表示モジュール１７０と、入力モジュール１８０と、無線アンテナ１３４と、ＵＳＢポート１３８（以下、通信ポート１３８ともいう。）とを備える。組込型システム設計の当業者にとって明らかなように、コントローラ１２０、メモリ１２５、負荷シグニチャテーブルメモリ１５０、通信モジュール１３０、積算電力計１１０は、チップ上に、これらの機能用の専用モジュールとリソースとを有する単一装置として構成されてもよいし、また、メモリとこのような機能を実行するプログラムとを有する単一装置として構成されてもよい。積算電力計１１０は、電源１９０を連続して測定する。このような測定値には、１つ以上の相電圧、相電流、中性電圧、中性電流、皮相電力、ｃｏｓ（ｐｈｉ）、有効電力、無効電力、周波数、周期、過電圧／低電圧状態、送電網品質のパーセント表示、時間、日付、温度、湿度のうち、１つ以上が含まれる。コントローラ１２０は、更に、電源連続測定値から負荷シグニチャを計算する命令がプログラムされたメモリ１２５を有する。コントローラ１２０は、プログラムされた素子であり、このプログラムされた素子は、１つ以上の選択されて相互接続されたディスクリート部品、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、書込可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、及び、１つ以上の設計され相互接続された集積回路により構成することができる。コントローラ１２０は、時計／カレンダモジュール１６０と接続され、コントローラ１２０は、積算電力計測定値を日付又は時刻でスタンプすることができる。コントローラ１２０は、表示器と表示インタフェースとを有する表示モジュール１７０と接続され、電源使用情報を表示モジュール１７０上に表示することができる。入力モジュール１８０は、複数のキーパッドとキーパッドインタフェースとを有し、コントローラ１２０は、ユーザ入力に応じて種々の機能を実行することができる。表示モジュール１７０及び入力モジュール１８０は、タッチスクリーンモジュール１７５（図示せず）としてもよい。表示モジュール１７０のデフォルト表示モードでは、使用電力、あるいは特定の時間に亘る電力使用の傾向ラインのグラフを表示することができる。組込型システム設計の当業者にとって明らかなように、エネルギ監視装置１００によって、測定され、計算され、解析されたあらゆるデータを、表示モジュール１７０により表示することができる。更に、コントローラ１２０は、通信モジュール１３０と接続される。通信モジュール１３０は、ＲＳ−２３２シリアル通信、ＲＳ−４８５シリアル通信、ＩＥＥＥ８０２．１１無線、ＩＥＥＥ８０２．１５無線、Ｚｉｇｂｅｅ無線、ブルートゥース無線、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ８０２．３ｘ、ＩＥＥＥ−１３９４、ＩＥＥＥ８０２．１５．４、Ｉ^２Ｃシリアル通信、ＩｒＤＡ、又は、他の通信プロトコルのうちの、１つ以上のプロトコルを使用して通信することができる。更に、通信プロトコルは、秘密を守るために、セキュアな（暗号化された）伝送プロトコルとしてもよい。図１Ａに示すように、通信モジュール１３０は、いくつかの実施の形態において、ＵＳＢポート１３８と無線アンテナ１３４とに接続される。メモリ１２５と負荷シグニチャテーブルメモリ１５０との両方は、通信モジュール１３０内のインタフェースを介して、読出及び書込可能である。例えば、ＵＳＢポート１３８を用いて、メモリ１２５に記憶されたソフトウェアの更新をすることができる。積算電力計情報と負荷シグニチャ情報とは、無線アンテナ１３４を介して遠隔機器に送信することができる。更に、コントローラ１２０は、負荷シグニチャを計算して負荷シグニチャテーブルメモリ１５０に記憶できるようにプログラムされている。更に、コントローラ１２０は、負荷シグニチャテーブルメモリ１５０から負荷シグニチャを検索することができる。更に、負荷シグニチャテーブルメモリ１５０は、以下で更に説明するプライベートデータベースと、設定情報と、他の情報とを記憶するメモリとしてもよい。

図１Ｂは、電源に接続された、いくつかの実施の形態に基づいたエネルギ監視装置を示す。図１Ｂでは、１時間毎の電力使用傾向ラインが表示モジュール１７０上に表示されるとともに、使用電力が総キロワット時（[Sigma] KWH）で表示され、現在の使用電力がキロワット時（KWH）で表示される。いくつかの実施の形態において、エネルギ監視装置は、時間、日、週、月、及び季節単位で、消費電力、エネルギ、電流、力率、全高調波歪み、スペクトル内容を表示することができる。エネルギ監視情報は、通信モジュール１３０と例えば無線アンテナ１３４とを介して、遠隔機器に送信することができる。入力モジュール１８０を用いて、エネルギ使用情報の表示画面を切り換えて（図示せず）を表示することができ、例えば、特定の装置における使用エネルギ、部屋又はフロア毎の使用エネルギ、サーキットブレーカ毎の使用エネルギ、家電機器の種類毎の使用エネルギ、例えばスイッチがオンである家電機器のロゴ及び／又は情報が与えられる色が使用エネルギに組み合わせられた組合せ表示、接続された装置とこれらの電流状態とのリスト、特定の状態における装置とこれらの装置のエネルギ使用情報とのリストを、交互に換えて表示することができる。更に、キーパッドを用いて、設定画面を選択し、エネルギ監視装置１００の設定情報を入力することができる。

図１Ａ及び、図１Ｂでは、無線インタフェース（無線アンテナ１３４）及び、ＵＳＢポート１３８を備えた実施の形態を示しているが、当業者にとって明らかなように、エネルギ監視装置１００と遠隔機器との間の通信は、適当なあらゆる有線又は無線通信プロトコルを用いることができ、例えば、ＲＳ−２３２シリアル通信、ＲＳ−４８５シリアル通信、ＩｒＤＡ、イーサネット、ＩＥＥＥ−１３９４（Ｆｉｒｅｗｉｒｅ（商標）ともいう）、ＸｌＯ、他の電力線搬送、ＩＥＥＥ ８０２．１１無線、ＩＥＥＥ ８０２．１５無線、Ｚｉｇｂｅｅ無線、ブルートゥース無線、又は、他の通信プロトコルを用いることができる。更に、通信プロトコルは、秘密を守るために、セキュアな（暗号化された）伝送プロトコルとしてもよい。当業者にとって明らかなように、時計／カレンダモジュール１６０、負荷シグニチャテーブルメモリ１５０、表示モジュール１７０、及びキーパッドモジュール（入力モジュール１８０）は、適当なあらゆる遠隔機器に配置することができる。適当な遠隔機器には、図２に示すｉＰｈｏｎｅ(商標)２００（以下、遠隔エネルギ監視表示装置２００ともいう。）、図３に示すパーソナルコンピュータ３１０、携帯情報端末３４２、ポケットＰＣ（図示せず）、モバイルラップトップコンピュータ３４４、又は保時機能とメモリと表示器及び入力装置とからなるユーザインタフェースと有する他の装置が含まれるが、これらに限定されない。

図１Ｃは、省エネルギ家電機器（Energy Aware Appliance）の内部電源に接続された、いくつかの実施の形態に基づいた組込型エネルギ監視装置１０５の内部構成を示す。組込型エネルギ監視装置１０５の内部構成は、エネルギ監視装置１００の内部構成と非常に類似している。コントローラ１２０は、組込型エネルギ監視装置１０５の機能を実行する命令に従ってプログラムされたメモリ１２５と接続されている。更に、コントローラ１２０は、通信モジュール１３０と接続されている。例えば、通信モジュール１３０は、イーサネットポート１３２（図示せず）と接続される。イーサネットポート１３２は、ルータを介してホームネットワークと接続することができることによって、エネルギ監視装置１００との通信することができる。ＵＳＢポート１３８又はイーサネットポート１３２は、メモリ１２５にプログラムされたソフトウェアを更新し、省エネルギ家電機器と情報交換をするため、パーソナルコンピュータと接続することができる。

図１Ｄは、電源と外部インタフェース装置とに接続された、いくつかの実施例に基づいたエネルギ監視装置のブロック図を示す。低コストで、非常にコンパクトなエネルギ監視装置１００は、積算電力計１１０と、メモリ１２５を有するコントローラ１２０と、通信モジュール１３０と、負荷シグニチャテーブルのメモリ１５０と、無線アンテナ１３４と、ＵＳＢポート１３８と、イーサネットポート１３２（図示せず）とを備える。非常にコンパクトなエネルギ監視装置１００は、遠隔機器、例えば、ｉＰｈｏｎｅ（商標）２００（図示する）、ラップトップコンピュータ（図示せず）、ＰＤＡ、又は図２に示す遠隔エネルギ監視表示装置２００などの他の遠隔表示装置と直接通信することができる。ｉＰｈｏｎｅ２００（図示する）は、上述の図１Ａに示すように、タッチスクリーンモジュール１７５を備える。更に、コントローラ１２０は、電源連続測定から負荷シグニチャを計算する命令に従ってプログラムされたメモリ１２５を有する。コントローラ１２０は、プログラムされた素子であり、このプログラムされた素子は、１つ以上の選択されて相互接続されたディスクリート部品、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、書込可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、１つ以上の設計され相互接続された集積回路により構成することができる。更に、コントローラ１２０は、通信モジュール１３０と接続される。通信モジュール１３０は、ＲＳ−２３２シリアル通信、ＲＳ−４８５シリアル通信、ＩＥＥＥ８０２．１１無線、ＩＥＥＥ８０２．１５無線、Ｚｉｇｂｅｅ無線、ブルートゥース無線、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ８０２．３ｘ、ＩＥＥＥ−１３９４、ＩＥＥＥ８０２．１５．４、Ｉ^２Ｃシリアル通信、ＩｒＤＡ、又は他の通信プロトコルのうちの、１つ以上のプロトコルを使用して通信することができる。更に、通信プロトコルは、秘密を守るために、セキュアな（暗号化された）伝送プロトコルとしてもよい。図１Ａに示すように、通信モジュール１３０は、いくつかの実施の形態において、ＵＳＢポート１３８と無線アンテナ１３４とに接続される。メモリ１２５と負荷シグニチャテーブルメモリ１５０との両方は、通信モジュール１３０内のインタフェースを介して、読出及び書込可能である。例えば、ＵＳＢポート１３８を用いて、メモリ１２５に記憶されたソフトウェアを更新することができる。積算電力計情報と負荷シグニチャ情報とは、無線アンテナ１３４を介して遠隔機器に送信することができる。更に、コントローラ１２０は、負荷シグニチャを計算して負荷シグニチャテーブルメモリ１５０に記憶できるようにプログラムされている。更に、コントローラ１２０は、負荷シグニチャテーブルメモリ１５０から負荷シグニチャを検索することができる。更に、負荷シグニチャテーブルメモリ１５０は、以下で説明するプライベートデータベースと、設定情報と、他の情報とを記憶するメモリとしてもよい。

図１Ｅと図１Ｆとは、エネルギ監視装置１００の内部構成を示すブロック図であって、いくつかの実施の形態に基づいたエネルギ監視装置１００は、電源１９０と接続され、図３に示すサーキットブレーカボックス３６４内の、監視する全ての電気機器の上流に配置されている。このような非常にコンパクトな実施の形態において、エネルギ監視装置１００全体は、図１Ｆに示すように、無線アンテナ１３４を除いて、サーキットブレーカボックス又はパネルに設置又は内蔵させるために、サーキットブレーカ筐体の形状内に設置され、無線アンテナ１３４は、容易に無線通信をするために、サーキットブレーカボックスの外部に設置されている。例えば、１１０Ｖ位相線と中性線と１１０Ｖ反位相線とによって供給される２２０Ｖネットワークを監視する場合、２２０Ｖサーキットブレーカの形状は、既存のサーキットブレーカパネルと互換性を有し、容易に設置できるコンパクトな形状を達成しつつ、この形状は、ネットワークを監視する全ての必要な電力本線に対するアクセスを提供する。エネルギ監視装置１００の内部構成は、図１Ａとほぼ類似している。遮断器設計の技術分野で知られているように、エネルギ監視装置１００は、電源接続器１４０を介して電源１９０と接続される。ねじ込み端子１９７を用いて、サーキットブレーカ筐体１９５を電源１９０に接続することによって、サーキットブレーカ筐体１９５を電源接続器１４０に接続する。ねじ込み端子１９７は、サーキットブレーカ筐体１９５内部のアクセスホール１９６を介してアクセスされる。積算電力計１１０は、電源接続器１４０に接続され、メモリ１２５を有するコントローラ１２０と通信可能に接続される。コントローラ１２０は、負荷シグニチャテーブルメモリ１５０と通信モジュール１３０とに通信可能に接続される。積算電力計１１０と、メモリ１２５を有するコントローラ１２０と、負荷シグニチャテーブルメモリ１５０と、通信モジュール１３０との全ては、単一のプリント回路基板（組込型エネルギ監視装置１０５）上に実装することができる。通信モジュール１３０は、図に示すように、無線アンテナ１３４と接続されている。当業者にとって明らかなように、通信モジュール１３０の通信インタフェースは、無線アンテナ１３４に限定されない。ＵＳＢ、イーサネット、ＲＳ−２３２シリアル通信、ＲＳ−４８５シリアル通信又は、Ｉ^２Ｃシリアル通信を含むあらゆる適当な通信媒体を用いてもよい。図１Ｄに示すコンパクトなエネルギ監視装置１００のように、図１Ｅ及び図１Ｆに基づく実施の形態では、遠隔機器、例えばｉＰｈｏｎｅ（図示せず）又は他のスマートフォンと、タブレットＰＣと、ラップトップコンピュータ（図示せず）又は図２に示すような遠隔表示装置と通信することができる。ＬＥＤ１０７を設けることによって、エネルギ監視装置１００が適切に機能していることを示すことができる。

図２は、いくつかの実施の形態に基づいた、サーモスタットを有する遠隔エネルギ監視表示装置２００のブロック図を示す。遠隔エネルギ監視表示装置２００の内部構成は、エネルギ監視装置１００の内部構成と非常に類似している。コントローラ１２０は、遠隔エネルギ監視表示装置２００の機能を実行する命令によってプログラムされたメモリ１２５と接続されている。コントローラ１２０は、暖房機、冷房機又は冷暖房機と通信するために、端子接続用インタフェース１２４によってサーモスタットモジュール１２３と接続することができる。更に、コントローラ１２０は、通信モジュール１３０と接続される。通信モジュール１３０は、例えば、ＵＳＢポート１３８と、無線アンテナ１３４とに接続される。ＵＳＢポート１３８は、メモリ１２５にプログラムされたソフトウェアを更新するため、パーソナルコンピュータに接続することができる。無線アンテナ１３４は、エネルギ監視装置１００からエネルギ監視情報を受信し、受信したエネルギ使用情報を処理して表示することができる。更に、コントローラ１２０は、表示モジュール１７０と入力モジュール１８０に接続される。表示モジュール１７０、入力モジュール１８０及びサーモスタットモジュール１２３は、コントローラ１２０に組み込まれたプログラムと協調して、接続された暖房機、冷房機、又は冷暖房機を動作させる。エネルギ監視情報は、通信モジュール１３０を介して受信して、表示モジュール１７０上に表示することができる。表示モジュール１７０と入力モジュール１８０とは、タッチスクリーンモジュール１７５（図示せず）としてもよい。遠隔エネルギ監視表示装置２００の設定は、入力モジュール１８０を用いたユーザによって行われる。あるいは、遠隔エネルギ監視表示装置２００の設定は、通信ポート、例えばＵＳＢポート１３８を介して行われる。遠隔エネルギ監視表示装置２００の設定には、下記のような、遠隔エネルギ監視表示装置２００用のデフォルト表示モードの選択が含まれる。遠隔エネルギ監視表示装置２００用の電力は、端子接続用インタフェース１２４を介してサーモスタットモジュール１２３の配線により遠隔エネルギ監視表示装置２００に供給されるか、又は、直流入力端子２１０とＡＣ／ＤＣアダプタとの一方を介して遠隔エネルギ監視表示装置２００に供給される。

図３は、住宅又は中小企業での代表的な設置構成を示す。電力需給計器３５０は建物の壁３５５の外側に設置されており、この建物の主配電盤３６０において送電網と接続されている。エネルギ監視装置１００は、主配電盤３６０の近く、主配電盤３６０のすぐ下流で、サーキットブレーカボックス３６４の上流に配置することができる。いくつかの実施の形態では、例えば図１Ｆと図１Ｅに示すエネルギ監視装置１００は、サーキットブレーカボックス３６４内部の、全てのサーキットブレーカの上流に配置することができる。更に、典型的な設置として、エネルギ監視装置１００は、エネルギ監視装置１００の内部の通信モジュール１３０、８０２．３ｘイーサネットポート１３２、インターネットインタフェース３６５、ネットワークルータ３２０、あるいは、ＤＳＬ又はケーブルモデム３３０と接続することができる。電力事業者３７０は、エネルギ監視装置１００からエネルギ監視情報を受信することができる。いくつかの実施の形態において、電力事業者３７０は、遠隔エネルギ監視表示装置２００、あるいは遠隔機器として機能するコンピュータ３１０からエネルギ監視情報を受信することができる。更に、電力事業者３７０は、メッセージをエネルギ監視装置１００に送信することができる。このようなメッセージは、エネルギ監視装置１００によって処理することができ、また、通信モジュール１３０によりエネルギ監視装置１００と通信可能に接続されている遠隔エネルギ監視表示装置２００に送信することができる。メッセージは、無線インタフェース３１５を有するパーソナルコンピュータ３１０、あるいは移動遠隔機器、例えば携帯電話機３４０、携帯情報端末３４２、又はモバイルラップトップコンピュータ３４４に限定されることなく含まれる他の、すなわち補足的な遠隔機器に送信することができる。エネルギ監視装置１００は、携帯電話機３４０、携帯情報端末３４２、モバイルラップトップコンピュータ３４４と、インターネットインタフェース３６５を介して、あるいは、ネットワークルータ３２０、ＤＳＬ又はケーブルモデム３３０、インターネット、携帯電話基地局３３５を介して通信することができる。当業者にとって明らかなように、遠隔エネルギ監視表示装置２００、例えば携帯電話機３４０、携帯情報端末３４２、モバイルラップトップコンピュータ３４４、パーソナルコンピュータ３１０は、電力事業者３７０と公衆利用データベース４００と公衆負荷シグニチャデータベース５００とエネルギ監視装置１００とに、問合わせメッセージを送信することができる。同様にして、エネルギ監視装置１００は、電力事業者３７０にエネルギ使用情報を提供することができる。更に、エネルギ監視情報は、公衆利用データベース４００に提供される。電力事業者３７０は、情報をエネルギ監視装置１００に提供して、エネルギ監視装置１００は、電力事業者３７０からの提供情報を上述のあらゆる遠隔機器に次々と転送することができる。更に、エネルギ監視装置１００は、公衆利用データベース４００と公衆負荷シグニチャデータベース５００とにアクセスすることができる。省エネルギ家電機器、例えば冷蔵庫３６１、洗濯機／乾燥機３６２には、組込型エネルギ監視装置１０５が組み込まれ、組み込まれた組込型エネルギ監視装置１０５は、ネットワークルータ３２０と接続されているか、又は、エネルギ監視装置１００と通信可能に接続されている。省エネルギ家電機器については、その詳細について後述する。直流電力発電機、例えば太陽電池パネル３６３、発電機（図示せず）、風力発電機（図示せず）は、電源１９０と電気的に接続することができ、エネルギ監視装置１００は、発電電力を測定して事業者送電網にフィードバックすることができる。

図４は、公衆利用データベース４００のサンプルを示す。各エネルギ監視装置は、固有のＩＰアドレス、電気事業者メータのシリアル番号、又はユーザの匿名を維持しながら積算電力計のデータの情報源を識別する固有識別子４１０を有することができる。ユーザ課金情報、物理的な住居情報、料金率日付、又は郵便番号４２０を用いて、積算電力計情報が発信される地区及び、住宅を識別することができ、エネルギ監視装置１００にリンクすることができる。ユーザは、商用ユーザ、住居ユーザ、産業ユーザ、又は他のユーザ種類の識別子４３０としてデータを公衆利用データベース４００に発行するように、彼らの積算電力計を設定することができる。ユーザは、ユーザの積算電力計が設置された建物の平方フィートで表された面積４４０を発行することを選択することができる。更に、公衆利用データベース４００は、使用タイプ４５０、機器種類、あるいは容易に問い合わせするための他の区分を有してもよい。エネルギ監視装置１００は、増分のエネルギ使用情報４６０又は総エネルギ使用情報４６０を発行することができる。エネルギ監視装置１００のユーザによって公衆利用データベース４００に発行されたエネルギ監視情報を収集することによりデータ本体が準備され、このデータ本体を問い合わせ照合して、個々のユーザ、自治体、電力事業者に使用情報を提供することができる。

図５は、公衆負荷シグニチャデータベース５００のサンプルを示す。公衆負荷シグニチャデータベースの記録は、電気機器の製造業者５１０、モデル５２０、説明５３０、１つの以上の関連状態５４０から構成される。電気機器の各々の状態のデフォルト負荷シグニチャ５６０を準備することができ、電子機器と積算電力計で検出される状態とのデフォルト負荷シグニチャとして、積算電力計にアクセスすることができる。デフォルト負荷シグニチャは、電気機器の製造業者、独自の試験研究所によって提供可能であり、もしくはエネルギ監視機器１００のユーザによって公衆負荷シグニチャデータベース５００に発行可能である。それに加えて、又は、それの代わりに、住宅又は中小企業に適した汎用な負荷シグニチャは、エネルギ監視機器１００内に読み出し、又は予め読み出しておくことができる。このような読み出しと予め読み出しておくことは、図１Ａに示すような通信ポート１３８を介して行われる。

図６は、いくつかの実施の形態に基づいた積算電力計１１０の動作を示すフローチャートである。ステップ６０５において、積算電力計１１０は、電源１９０の第１のサンプルを測定する。積算電力計１１０の第１のサンプルから、更なる電源パラメータを計算することができる。積算電力計１１０の第１のサンプルと、計算した電源パラメータとは、共に第１の電源パラメータを構成する。ステップ６１０において、同様なセットの第２の電源パラメータを、測定して計算する。ステップ６１５において、１つ以上の電源パラメータが変化したか否かを判定する。ステップ６１５において電源パラメータが変化しなかった場合、ステップ６２５において、現在のエネルギ使用情報を、エネルギ監視装置１００の表示モジュール１７０に、建物の中の遠隔装置に、又はこれらの両方に送信する。ステップ６２５において、現在のエネルギ使用情報を、電力事業者３７０と公衆利用データベース４００との少なくとも一方に送信してもよい。そして、ステップ６３０において第１の電源サンプルを第２の電源サンプルに設定して、ステップ６１０において、新たな第２のセットの積算電力計１１０の測定値を読み出し、更なる電源パラメータを計算し、新たな第２の電源パラメータのリストを構成する。ステップ６１５において１つ以上の電源パラメータが変化した場合、ステップ６２０において図７に示すような負荷シグニチャの論理演算を実行する。

図７は、いくつかの実施の形態に基づいた負荷シグニチャデータベースを生成する自動学習方法を示すフローチャートである。以下のステップ７４０で説明するように、ユーザは、この学習モードによってエネルギ監視装置と対話することができ、この学習を支援することができる。しかしながら、ユーザが自動学習処理に参加しない場合、自動学習処理が単にタイムアウトし、ユーザ入力が許可され、自動的にデフォルト動作が実行される。ステップ７１０において、まず、新たな負荷シグニチャを計算する。ステップ７１５において、計算した負荷シグニチャをメモリ１５０から検索する。負荷シグニチャを検出した場合、ステップ７２６において、負荷シグニチャ及びその対応した状態を返す。負荷シグニチャを検出しなかった場合、ステップ７２５において、最も近く適合している負荷シグニチャ及びその対応した状態を返す。ステップ７３０において、負荷シグニチャを検出すると、もしくは、ステップ７２５から最も近く適合している負荷シグニチャを戻すと、これらの関連状態をユーザの表示器に表示する。ステップ７４０において、ユーザは変更を許可することができる。図８は、「学習モード」によるユーザの対話処理について説明する。ステップ７３５において、ユーザが許可した場合、又はタイムアウトした場合、ステップ７４５において、負荷シグニチャとその状態とをレコードとしてプライベートデータベースに記憶する。この処理が終了すると、図６のステップ６２５に戻る。上述したように、図６のステップ６２５において、エネルギ使用情報を、エネルギ監視装置１００の表示モジュール１７０、建物の中の遠隔装置に、又はこれらの両方に送信する。ステップ６２５において、現在のエネルギ使用情報を、電力事業者３７０と公衆利用データベース４００との少なくとも一方に送信してもよい。

図８は、負荷シグニチャと、１つ以上の電気機器に関する状態とについて、手動で学習するための方法を説明するフローチャートを示す。下記のプライベートデータベースで説明するように、ユーザは、ユーザの住宅又は中小企業事務所で配置された１つ以上の電気機器を識別するプライベートデータベースにレコードを格納することができる。更に、電気機器毎に、ユーザは、電気機器の各々に対してもう１つの状態に関する記録を、プライベートデータベースに記憶することができる。プライベートデータベースを、周知の通信方式を用いたエネルギ監視装置１００にダウンロードすることができる。エネルギ監視装置１００にダウンロードされたプライベートデータベースを用いて、ユーザは、図８に示す手動学習処理を実行することができる。好ましい実施の形態では、学習処理を行うユーザインタフェースは、ｉＰｈｏｎｅ(商標)上のアプリケーション、あるいは無線通信機能とタッチスクリーンのような表示画面と入力モジュールとを有する他の携帯機器により実行される。ステップ８１０において、エネルギ監視装置１００が全ての電子機器の学習処理をまだ完了していない場合、学習処理を行う次の電子機器をユーザの表示機器に表示し、エネルギ監視装置１００が全ての電子機器による学習処理が完了した場合、当該処理工程を終了する。ステップ８２０において、ユーザの表示機器に表示した電子機器に関して学習する状態が更に存在するとき、ステップ８２５において、学習する次の状態をユーザの表示機器に表示し、電源１９０をサンプルし、表示した状態に電気機器の状態を変化させるように、ユーザに喚起する。例えば、学習する電気機器が６０Ｗ白熱電球を有するランプである場合、ランプのスイッチがオンになるように、ユーザに喚起する。ステップ８３０において、ユーザが電気機器の状態を変化させるまで、処理を、待機する。当該待機処理は、ユーザ自身が電気機器の状態を変化させたことを確認することによって、エネルギ監視装置１００が電源を監視し皮相電力が約６０Ｗ増加したことを確認することによって、あるいはユーザにより当該工程を手動で終了又はタイムアウトする他の手段によって、終了することができる。ステップ８３５において、電源１９０をサンプリングし、新たな負荷シグニチャを計算してユーザの表示機器に表示する。ステップ８４０において、ユーザは複数の選択肢を有し、これら複数の選択肢は、負荷シグニチャの選択及び編集モード８４５、負荷シグニチャを格納する格納選択肢８５０、学習した状態を省略しステップ８２０に戻ってこの電気機器のより多くの状態を確認する選択肢、この電気機器の学習を省略しステップ８１０に戻ってより多くの電気機器を確認する選択肢、あるいは学習処理を終了する選択肢から構成されている。この開示に関する技術分野の当業者にとって明らかなように、この開示の範囲内で、ステップを加え又は削除する順番を変更することができる。

図９Ａは、いくつかの実施の形態に基づき、負荷シグニチャから電気機器と状態とを識別する方法の一部分についてのフローチャートを示す。ステップ９０５において、負荷シグニチャを計算するのに必要あるかどうかに拘わらず、Ｐ_ＴＲＩＧを計算して決定する。ステップ９１０においてＰ_ＴＲＩＧが変更された場合、どの配線（位相線、反位相線）が変更されたかを決定する。ステップ９１０においてＰ_ＴＲＩＧが変更されない場合、当該方法を終了する。ステップ９２０において、偽トリガであるか否かを確認する。偽トリガである場合、当該方法を終了する。偽トリガではない場合、ステップ９２５において、データサブセットＳＢ１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂを、下記の負荷アルゴリズムによって計算する。ステップ９３０において、後述する負荷シグニチャ探索アルゴリズムを呼び出す。

図９Ｂは、いくつかの実施の形態に基づき、負荷シグニチャから電気機器と状態とを識別する方法の一部分についてのフローチャートを示す。ステップ９３１において、エネルギ監視装置１００の負荷シグニチャのプライベートデータベースで、粗い一致、例えば±２５％の一致でＰ_ＴＲＩＧを探索する。ステップ９３１において、一致がなかった場合、当該方法は、詳細な解析のため図９Ｄに抜ける。ステップ９３１において、一致があった場合、ステップ９３３において、負荷シグニチャのデータサブセットＳＢ１ａ内の検索するそれぞれのデータ要素を、一致したそれぞれのデータ要素と比較する。ステップ９３４において、あらゆるデータ要素の誤差が±２５％より大きい場合、ステップ９３８において一致処理をスキップし、これ以外のとき、ステップ９３５においてデータを正規化して、データを要素毎に比較する。ステップ９３６において、要素の相関が０．８０未満である場合、一致処理をスキップする。ステップ９３７において要素の相関が０．９５より大きい場合、一致した要素を負荷シグニチャから見つけて、当該方法を終了する。これ以外のとき、図９Ｃにおいて、レベル解析を実行する。

図９Ｃは、いくつかの実施の形態に基づき、負荷シグニチャから電気機器と状態とを識別する方法の一部分についてのフローチャートを示す。ステップ９４１において、データサブセットＳＢ２ａの各要素を、その要素に対応して一致した要素に対して比較する。あらゆるデータ要素の誤差が±２５％より大きい場合、一致処理をスキップし、当該方法は図９Ｂに戻る。これ以外のとき、ステップ９４１と同様にして、データを正規化して、データを要素毎に比較する。ステップ９４４において、要素の相関が０．８０未満である場合、当該方法は図９Ｂに戻る。ステップ９４５において、要素の相関が０．９５より大きい場合、負荷シグニチャを検索して当該方法を終了し、これ以外の場合、当該方法は図９Ｂに戻る。

図９Ｄは、いくつかの実施の形態に基づき、負荷シグニチャから電気機器と状態とを識別する方法の一部分についてのフローチャートを示す。プライベートデータベースの検索により一致した負荷シグニチャが生じない場合、ステップ９５１において、公衆データベースで±２５％の範囲で一致するＰ_ＴＲＩＧを探索する。ステップ９５２において、一致がなかった場合、当該方法は、詳細な解析のため図９Ｆに抜ける。ステップ９５１において一致があった場合、ステップ９５３において、探索した負荷シグニチャのデータサブセットＳＢ１ａ内のそれぞれのデータ要素を、一致したそれぞれのデータ要素と比較する。ステップ９５４において、あらゆるデータ要素の誤差が±２５％より大きい場合、ステップ９５８において一致処理をスキップし、これ以外の場合、ステップ９３５においてデータを正規化して、データを要素毎に比較する。ステップ９５６において、要素の相関が０．８０未満である場合、一致処理をスキップする。ステップ９５７において要素の相関が０．９５より大きい場合、一致した要素を負荷シグニチャから検出して、当該方法を終了する。これ以外の場合、図９Ｅにおいて、レベル解析を実行する。

図９Ｅは、いくつかの実施の形態に基づき、負荷シグニチャから電気機器と状態とを識別する方法の一部分についてのフローチャートを示す。ステップ９６１において、データサブセットＳＢ２ａの各要素を、その要素に対応して一致した要素に対して比較する。あらゆるデータ要素の誤差が±２５％より大きい場合、一致処理をスキップし、当該方法は図９Ｄに戻る。これ以外の場合、ステップ９６１と同様にして、データを正規化して、データを要素毎に比較する。ステップ９６４において、要素の相関が０．８０未満である場合、当該方法は図９Ｄに戻る。ステップ９６５において、要素の相関が０．９５より大きい場合、負荷シグニチャを検出して当該方法を終了し、これ以外の場合、当該方法は図９Ｄに戻る。

図９Ｆは、いくつかの実施の形態に基づき、負荷シグニチャから電気機器と状態とを識別する方法の一部分についてのフローチャートを示す。ステップ９７１において、電流波形と、電圧波形とをサンプリングする。図９Ｂ〜９Ｅにおけるステップを繰り返す。ステップ９７２において、負荷シグニチャを識別した場合、当該方法は終了する。それ以外の場合、ステップ９７３において、ユーザに対して、負荷及び状態を識別することを支援するためのフィードバックを促す。ステップ９７４において、ユーザが負荷及び状態を識別した場合、当該方法は終了し、それ以外の場合、ステップ９７５において、高調波解析、サンプル期間の延長、スペクトル解析、図９Ｂ〜９Ｅの解析の再実行を含むがこれに限定されるものではなく更なる解析を行う。ステップ９７６において、負荷シグニチャがまだ識別されていない場合、ステップ９７７において、使用エネルギを累積し、「未識別使用エネルギ」として報告する。

公衆データベース
公衆利用データベース
エネルギ監視装置１００は、需用家の電源に接続された電気機器と、需用家の使用エネルギとに関する詳細な使用情報を生成することができる。このような詳細な使用情報を、広範囲にアクセス可能な公衆データベースサービス、例えばＧｏｏｇｌｅ(商標)、ＭＳＮ(商標)又はＹａｈｏｏ（商標）により主催される公衆データベースサーバによって、容易に受信して収集することができる。公衆利用データベースは、データベースレコードのストレージを有し、このデータベースレコードは、使用情報を生成するエネルギ監視装置１００の固有識別子と、地理的情報又は地域的情報、例えば地区、郵便番号、又は市及び州におけるストリートと、建物、例えば住宅、中小企業、工場の種類と、エネルギ使用機器が設置された建物のおおよその平方フィートと、機器、例えば電子機器、家電機器、照明器具などの分類の識別子、すなわち特定電気機器の識別子とからなる。問合せツールを用いて、図４に記載のデータベースレコードにアクセスすることができる。最低限、問合せツールによって、エネルギ監視装置１００は、電気機器の負荷シグニチャ及び関連状態を検索することができる。主催情報に関心のある他の関係者は、製造業者の製品の負荷シグニチャデータベースを主催する製造業者と、負荷シグニチャのデータベースを主催する試験研究所と、省エネルギに熱心な人としてもよい。公衆利用データベースに記憶された情報は、エネルギ監視装置１００が生成可能な程度に詳細に設定してもよく、ユーザが共有してもかまわない程度に制限してもよく、また、エネルギ監視装置の需用家による設定により制御してもよい。詳細情報は、製造業者と、モデルと、特定の電気機器の購入日付と、特定の機器の状態が変化した日時と、機器が設置された部屋と、機器を通常使用するユーザと、総使用エネルギ及び特定状態の持続時間と、使用コストと、料金表とを含むことができる。詳細情報は、一般的な家電機器情報、例えば１／４馬力電気ドリル（製造業者でない）、１２、０００ＢＴＵのエアコンディショナ、又は４ＯＷ白熱ランプ球を更に含むことができる。一般的な機器情報は、ユーザによりアップロードすることができ、計算することができ、１つ以上の類似した機器の解析から評価することができる。需用家人口統計情報は、例えば、需用家が生活又は仕事をする郵便番号及び所在地と、その家庭又は会社の人数と、その家庭又は会社の平方フィート数で表された面積とを記憶することができる。公衆利用データベースは、詳細情報を集約し、他のエネルギユーザの使用パターンを需用家に知らせる問合せツールを提供することができる。公衆利用データベースは、どのようにしてユーザがエネルギ消費を低減したかを提案するフォーラムを、更に有してもよく、このフォーラムによって、同様な状況のエネルギユーザに、エネルギ使用を低下させる既知の選択肢を知らされることができる。当業者にとって明らかなように、多種多様なエネルギユーザプロファイル情報を詳細な使用情報に追加することによって、エネルギ使用パターンを幅広く一般に認識させることができ、これによって、省エネルギツールを広範囲に配布することができる。エネルギ監視装置１００と、その関連したプライベートデータベースとにより提供される詳細なエネルギ使用情報を入手することにより、公衆利用データベースを作成することができる。

公衆電気機器データベース
電気機器の公衆データベースのレコードは、電気機器と、製造業者と、モデルと、機器公称電圧と、最大定格電流と、電気機器の動作状態のリストとに関する識別子から構成することができる。個々のユーザが彼らのエネルギ監視装置を利用して、ユーザは、彼らの電気機器のプライベートデータベースを出力して公衆電気機器データベースに読み込むことができる。これに加えて、電気機器の公衆データベースは、データベース管理方法、例えば手動で機器データを入力し、又は製造業者からのアップロードされた機器データを受信することによって、これらのデータを読み込むことができる。

公衆電気機器状態データベース
電気機器状態の公衆データベースのレコードは、機器識別子と、状態識別子と、状態説明と、状態に関する負荷シグニチャとから構成することができる。個々のユーザは彼らのエネルギ監視装置を利用して、ユーザは、彼らの機器状態のプライベートデータベースを出力して公衆電気機器状態データベースに読み込むことができる。これに加えて、電気機器状態の公衆データベースは、データベース管理方法、例えば、機器状態負荷シグニチャを公衆データベースに提供する独立した試験研究所、あるいは電気機器における状態及び負荷シグニチャの少なくとも一方をアップロードする製造業者によって、これらのデータを読み込むことができる。

公衆負荷シグニチャデータベース
負荷シグニチャの公衆データベースのレコードは、上述の公衆電気機器データベースで説明したような、電気機器の識別子情報を含むことができる。負荷シグニチャの公衆データベースは、更に、汎用な機器と種類とを含むことができる。各機器種類の各状態毎の負荷シグニチャを、以下の負荷シグニチャアルゴリズムに従って格納することができる。図５に示すように、負荷シグニチャに関係した更なる情報を、電気機器及び状態の負荷シグニチャとともに格納することができる。

プライベートデータベース
エネルギ監視装置は、１つ以上の電気機器の電源の上流に接続されており、これらの電気機器を監視する。電気機器とこの関連状態とは、エネルギ監視装置１００にアクセス可能なプライベートデータベースに格納される。最低限、プライベートデータベースは、更に、電源１９０に接続された電気機器とこれらの機器の状態とに関連した負荷シグニチャを有する。エネルギ監視装置１００は、電気機器の使用情報を記録するために、プライベート負荷シグニチャデータベースを用いて、電気機器とその状態とを識別する。例えば、状態をオンに変更したランプ１と関連する負荷シグニチャは、エネルギ監視装置１００にアクセス可能なプライベート負荷シグニチャデータベースに格納される。負荷シグニチャを電源測定値から連続的に計算するとき、負荷シグニチャをプライベート負荷シグニチャデータベースと比較して、電気機器と付加情報に関連した状態とを識別する。プライベートデータベースは、エネルギ監視装置１００、あるいはこれに代えて計算する機器、例えばパーソナルコンピュータの中のソフトウェアツールを用いて生成される。プライベートデータベースがエネルギ監視装置１００以外の機器で生成された場合、プライベート付加情報データベースを、通信接続、例えば、エネルギ監視装置１００のイーサネット又はＵＳＢポートにより、エネルギ監視装置１００にダウンロードすることができる。

エネルギ監視情報をユーザに有意義又は実用的に提供するため、更なるテーブル又はリストの情報を読み込むことができる。このようなテーブル又はリストは、接続した電気機器とこれらの状態との負荷シグニチャデータベースを容易に構築することができる。例えば、プライベートデータベースは、建物内の部屋のリストと、この建物内の電気機器と、この建物内のエネルギユーザと、部屋のユーザの組合と、部屋の電気機器の組合せとを有することができる。エネルギ監視装置１００と、これらのデータ項目と、データ関係との容易なセットアップは、あらゆる便利なコンピュータによって開発することができ、ＵＳＢポート１３８又はエネルギ監視装置１００の他の通信手段を介してエネルギ監視装置１００にダウンロードすることができる。プライベートデータベースの具体例は、以下で説明される。当業者にとって明らかなように、データベースのフィールドを追加又は削除してもよい。

部屋テーブル
建物の部屋のテーブル又はリストによって、部屋毎と、その部屋に関連した属性毎とに、使用エネルギを監視することができる。部屋についてのテーブル又はリストは、部屋と、その部屋のテキストの説明と、その部屋の平方フィートで表した面積と、部屋の種類（オフィス、寝室、書斎、会議室、大型クローゼット、ガレージ、台所など）との識別子から構成することができる。

エネルギユーザテーブル
エネルギユーザのテーブル又はリストは、ユーザの識別子と、ユーザのテキスト説明と、人口統計学的情報、例えば年齢層、性別、職業、職務の役職名と、ユーザが特定の部屋を使用している時間の割合と、従業者が働く部門と、彼らの使用によって彼らの部門に請求される課金と、他のユーザ関連情報とを有することができる。ユーザ情報は、多くの場合、個人的であると考えられ全く公開されない又は広められない、一般的にただ公開されるか広められる、パスワードによって保護されるか非公開にされるものであると考えられる。

アクセス可能ネットワーク機器テーブル
エネルギ監視装置は、接続したネットワーク機器、例えばルータ又はハブ、サーバ、ネットワーククライアント、遠隔位置、例えば公衆データベースが主催する公益事業ウェブサイト、ユーザの建物に設置された機器のブランドの製造者のウェブサイト、ユーザ所有の遠隔通信機器、例えば携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ）、モバイルコンピュータ、又は他の遠隔通信機器によって、組込型エネルギ監視装置を有する省エネルギ家電機器と通信することができる。プライベートなアクセス可能ネットワーク機器データベースのレコードは、固有識別子、例えばＩＰアドレス、ウェブページＵＲＬと、他のアクセス識別子、例えばネットワーク機器のテキスト説明、リモートサイトにアクセスするアクセス許可のセットと、リモートサイトによる固有識別子とを有する。当業者にとって明らかなように、エネルギ監視装置１００による遠隔機器へのアクセス制御は、多種多様な既知の技術によって達成することができる。同様に、遠隔機器によるエネルギ監視装置１００へのアクセス制御は、多種多様な既知の技術によって達成することができる。

電気機器テーブル
電気機器のテーブル又はリストは、機器識別子、テキスト説明、購入日付、一般的な機器の分類（家電機器、電子機器、照明など）、及び、特定の機器のタイプ（ストーブ、電子レンジ、ステレオ、コンピュータ、冷蔵庫、洗濯機など）を有することができる。プライベートデータベースは、電気機器の製造業者と型番とを更に含むことができ、これによって、プライベートデータベースは、電気機器の公衆データベースにアクセスして、電気機器情報と電気機器状態と電気機器の各状態のデフォルト負荷シグニチャ情報とを検索することができる。

その他のテーブル、リスト、及び、組合せ
プライベートデータベースは、電気機器と状態とユーザと部屋とのテーブル又はリストから構成することができ、これらは、互いに、周知のリレーショナルデータベース技術を用いて関連付けることができ、部屋毎に、ユーザ毎に、機器毎に、日付／時刻毎に、機器及び状態毎に、詳細なエネルギ使用情報を報告することができ、このような他の関連した詳細は、プライベートデータベース及び公衆データベースによって有効とされる。例えば、ユーザは、エネルギ使用情報を部屋から入手して、相当なエネルギ量がユーザの１３歳の息子のテレビゲームにより消費されることを観察することができる。ユーザは、状態（オン／オフ）と日付と時刻とに基づいたゲーム機のエネルギ使用情報を見て、更にゲーム機の使用時間を観察することができる。ユーザは、特定の状態、例えばスタンバイで機器により消費されるエネルギ量を観察することができる。多くの最新機器は、視覚的にオフ状態と同様にみえるが電力を消費するスタンバイ状態を有する。ユーザは、プライベートデータベースに問い合わせして、スタンバイモードである機器を検出すること、及び、これらの機器を電源オフすることによって識別可能なエネルギ量を節約することができる。

当業者にとって明らかなように、プライベートデータベースとその関連テーブルとリストと組合せとを読み込むことは、従来のコンピュータ機器を用いて公衆データベースにアクセスし、そして初期化されたプライベートデータベースをエネルギ監視装置１００にダウンロードすることにより、最も都合良く達成される。

公益事業インタフェース
エネルギ監視装置１００は、電力事業者とエネルギユーザとの間で便利な電子通信用インタフェースを提供する。電力事業者の需用家課金レコードの一部として、電力事業者は、需要家のエネルギ監視装置１００のＩＰアドレス又は他の識別子、例えばユーザの住宅ネットワークの電子メールアドレス又はウェブＵＲＬを記憶して、ユーザの住宅又は会社の通信ネットワークと、需要家のモバイル機器、例えば携帯電話機、携帯情報端末、ポケットＰＣ、又は他のモバイルコンピュータ機器とにより通信することができる。ユーザが彼のエネルギ監視装置１００をそれに基づいて設定する場合、電力事業者は、需要家のエネルギ使用情報を受信することができ、そして、電力事業者は、需要家の課金に関連したメッセージと、彼の使用エネルギに関連した情報とを送信することができる。このような情報は、新しい料金表と、エネルギ使用に関連した奨励及び提案の通知と、需用家課金状態、例えば請求書がいつ支払い予定であるか又は過ぎているかの通知と、エネルギ使用を減らす方法、例えばＨＶＡＣ（暖房、通気、空調）、洗濯機、及び乾燥機のような一定の高使用機器のタイムスケジュールについて需要家へのアドバイスとを含む。電力事業者は、ユーザの使用エネルギをユーザの地区での他人の使用エネルギと比較する方法について、更にユーザに通知することができる。当業者にとって明らかなように、上述の情報は、エネルギユーザに送信することができ、また、エネルギユーザに問い合わせすることができる。通信及び情報基盤によって、エネルギ監視装置１００と電力事業者３７０との間で双方向通信することができる。

負荷シグニチャアルゴリズム
特許請求の範囲内で用いられる負荷シグニチャは、エネルギ監視装置１００の電源の下流に接続された電気機器の状態の変化に応じて、測定され計算された電源の複数のパラメータである。エネルギ監視装置１００は、電源１９０から電源パラメータを測定して、測定したパラメータから更なる電源パラメータを計算する。電源パラメータ、例えば有効電力の変化は、電源１９０に接続された電気機器の状態変化を示すことができる。

好ましい実施の形態において、多段式の方法が、電気機器のネットワークで機器の状態の負荷シグニチャを検出するのに用いられる。この実施の形態では、ＳＢ１ａ、ＳＢ１ｂ、ＳＢ２ａ、及び、ＳＢ２ｂの４つのデータサブセットを用いる。ＳＢ１ａは、第１の負荷検出を実行するときに最も用いられるパラメータを含んでいる。ＳＢ１ｂは、第１のレベルに用いられ、通常は負荷シグニチャの検出に用いられないパラメータを含んでいる。ＳＢ２ａは、第２の負荷検出を実行するときに最も用いられるパラメータを含んでいる。ＳＢ２ｂは、第２のレベルに用いられ、通常は負荷シグニチャの検出に用いられないパラメータを有する。三線単相構成（位相線、反位相線、中性線）の好ましい実現例において、署名は、４つのデータサブセットであり、これらのパラメータを以下に示す。

テーブルＩＩＩ、ＳＢ１ｂのパラメータは、主に、テーブルＩＩ、ＳＢ１ａのパラメータから計算される。テーブルＶ、ＳＢ２ｂのパラメータは、主に、テーブルＩＶ、ＳＢ２ａのパラメータから計算される。負荷シグニチャの公衆データベースは、既知の家電機器と、電力負荷と、これらの関連状態とを含む。いくつかの実施の形態において、公衆データベースの負荷シグニチャは、全４つのテーブル、すなわちテーブルＩＩからテーブルＶを有する。特定の負荷及び状態に応じて、いくつかの値は、未定義の０又はヌル、例えばＣＦＧにすることができ、負荷の電気機器の接続は、通常、設置前には分からず、また、特性が随時変化する。プライベート負荷シグニチャデータベースは、エネルギ監視装置１００により検出される実際の負荷固有の実効値を除いた同じテーブルの要素を用いて、負荷シグニチャを構成することができる。電気機器及び状態を決定する好ましい方法では、全４つのデータサブセット、すなわちテーブルＩＩ乃至Ｖを測定又は計算する。Ｐ_ＴｉＧ＝Ｐ_ＰＨ＋Ｐ_ＣＰＨを用いて、ネットワークの電力消費における変化を追跡する。この方法では、最初に、プライベートデータベースを用いて負荷シグニチャの識別を試みる。変化を検出した場合、どの線又はどれらの線（位相線、反位相線、及び中性線）に変化が起こったかを判定する。例えば、位相線に接続された負荷のスイッチがオンになると、通常、その位相線と反位相線とに変化が現れる。反位相線に接続された負荷のスイッチがオンになると、通常、反位相線と中性線とに変化が現れ、位相線から反位相線に接続された負荷のスイッチがオンになると、位相線と反位相線とに変化が現れるが、中性線に変化が現れない。あらゆる計算を行う前に、この方法では、Ｐ_ＴｉＧが偽トリガでないことを検証する。例えば、この方法では、電力が変化する時間を検証する。この時間が０．５０秒より短い場合、ノイズによる偽トリガとみなす。そして、テーブルＩＩ〜Ｖの４つのデータサブセットを計算する。次に、Ｐ_ＴｉＧを用いて、負荷シグニチャの可能性がある候補を、広い許容範囲、例えば２５％で、プライベートデータベースから検索する。負荷シグニチャの可能性がある候補毎に、広い許容範囲の検索をテーブルＩＩのデータに対して行う。テーブルＩＩの１つ以上のデータ要素が、負荷シグニチャの候補の２５％の許容範囲の外側にある場合、この候補をスキップして、その次の候補をその他方法で検討する。そして、各候補毎に、テーブルＩＩのパラメータ毎に、候補の対応する要素を、負荷パラメータに対応する要素に正規化する。候補パラメータが負荷パラメータと非常に近いか同一である場合、正規化により値が１に近い比率が得られ、これ以外の場合、相関が弱いことを表す１の値から離れた比率が得られる。各候補毎に、テーブルＩＩの各データ要素を、正規化された候補のデータ要素と比較する。一時的なテーブルの相関値の最大値が０．９５より大きい場合、この方法では、高確率で負荷を検出して、負荷に対応している電気機器及び状態を特定したものとみなす。比較による相関値の最大値が０．８０より小さい場合、第２のレベルアルゴリズムを使用する。テーブルＩＩのデータ要素の代わりにテーブルＩＶのデータ要素を使うことを除いて、第２のレベルアルゴリズムの第１のループは、上述のように同じステップを使用する。なお、テーブルＩＶの値は、データ要素毎に複数のパラメータとすることができ、テーブルＩＩに示すような単一のデータ値でない。多値（値からなるベクトル）を用いたデータ要素の負荷シグニチャを、２つの段階により解析する。まず、２つのベクトル間のピーク相関を計算し、次にこのピークを計算するのに用いた１つ１つの値を比較することによって、テーブルＩＶのデータ要素毎に、データ要素の値からなるベクトルを、対応した負荷シグニチャ候補のデータ要素の値からなるベクトルと比較する。相関値の最大値が０．８０より小さい場合、次の候補を評価する。プライベートデータベースの可能性がある候補から同一となるものを検出できない場合、識別する負荷シグニチャを、負荷シグニチャの公衆データベースに対して上述のアルゴリズムの２つのレベルのそれぞれを用いて分析する。負荷シグニチャを識別した場合、負荷シグニチャが計算された負荷と、識別された電気機器及び負荷とをプライベートデータベース内に格納する。まだ負荷シグニチャを識別しない場合、第３のレベルのアルゴリズムを用いて負荷シグニチャを識別する。第３のレベルのアルゴリズムでは、負荷シグニチャのパラメータを、電圧と電流との波形サンプルを用いて、再計算する。再計算された負荷シグニチャが異なる場合、プライベートデータベースに対して再計算された負荷シグニチャを用いて、上述の第２のレベルのアルゴリズムを実行する。一致を検出しない場合、公衆データベースに対して再計算された負荷シグニチャを用いて、上述の第２のレベルのアルゴリズムを実行する。再計算された負荷シグニチャをまだ識別しない場合、この方法により、負荷及び状態に関する意見を求める信号をユーザに送ることができる。更なる分析により、高調波解析、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、デジタルフィルタ、相関、比較、平均値算出、スペクトル解析及びこれらのあらゆる組合せを含む信号処理技術を用いて、更に実行することができる。負荷シグニチャを合成する、又は、負荷シグニチャの期間、例えば、ポンプ、ファン、コンプレッサなどの大型モータの始動周期を長くすることによって、サンプル時間を更に長くすることができる。いくつかの負荷の状態がサンプル時間に対して同時に変化することを考慮して、次のレベルを追加することができる。このシナリオでは、状態が変化する２以上の負荷の組合せ、及び、プライベートデータベース又は公衆データベースに対するこのような新たなテーブルを用いて、識別処理の検索を行うことができる。

更に、下記のような、負荷シグニチャの計算方法及び識別方法が含まれる。負荷シグニチャの１つの実施例では、有効電力及び無効電力を、測定及び計算する。これらの値から、例えば力率のパーセント、ｃｏｓ（ｐｈｉ）、及び他の電源パラメータを更に算出することができる。電源電圧Ｖ_{Ｎ０ＭＩＮＡＬ}が既知であり、例えばアメリカ合衆国におけるＡＣ１１０Ｖ、多くのヨーロッパ諸国におけるＡＣ２２０Ｖのように等しいとして、皮相ＲＭＳ電流と有効ＲＭＳ電流と無効ＲＭＳ電流とを、有効電力と無効電力と公称電圧と力率とから更に計算することができる。

負荷シグニチャの第２の実施例では、皮相電力と有効電力と無効電力とある期間上のエネルギとを、測定及び計算する。更に、これらの値から、例えば力率のパーセント表示、ｃｏｓ（ｐｈｉ）、及び他の電源パラメータを更に算出することができる。電源電圧Ｖ_{Ｎ０ＭＩＮＡＬ}が既知であるとして、更に、皮相ＲＭＳ電流と有効ＲＭＳ電流と無効ＲＭＳ電流とを、非常に高精度で計算することができる。

第３の実施例では、有効電流と皮相電流と無効電流とのＲＭＳを、更に測定及び計算することができる。更に、有効電圧と皮相電圧と無効電圧とのＲＭＳを、更に測定及び計算することができる。

他の実施例では、有効電力の波形を、測定及び計算する。このようなデータのテーブルにより、ＦＦＴ、平均値算出、フィルタリング、及び相関を行うことによって、負荷シグニチャを計算して算出し、識別することができる。

他の実施例においては、全高調波歪みの測定及び計算、又は有効電力の全高調波歪みの次数を限った、例えば「ｎ次」の近似と、あらゆる高調波成分のない基本波の有効電力の歪みと、周波数と、周期と、過電圧又は低電圧状態と、サグと、イベントの周期数と、ネットワークの品質と、他の電気的ではないデータ、例えば時間と、日付と、温度と、湿度とを加えることができる。

更にもう１つの実施例では、瞬時サンプル、例えば瞬時電流、瞬時電圧、突入電流、又は整定時間を、更に、測定して集計を計算することができる。突入電流は、整定時間に対して必ずしも等しいというわけではない。例えば、電気モータが動き出すとき、モータが１５０ｒｐｍの速度になるまで、３秒間ピーク値が１５Ａになる。この例では、整定時間は、モータが７．３秒後に静止電流の９０％に達することを指す７．３秒である。整定時間と突入電流とを、例えば下記のように、負荷シグニチャに加えることができる。
（１）整定時間：ｔ_ｓ ＠ ９０％ Ｉ_{ＱＵＩＥＳＣＥＮＴ}＜Ｉ_ＰＥＡＫ＜１１０％Ｉ_{ＱＵＩＥＳＣＥＮＴ}
（２）突入電流：Ｉ_{ＩＮＲＵＳＨ＿ＭＡＸ} ＠ｔ_１ ａｎｄ Ｉ＜１３０％Ｉ_{ＱＵＩＥＳＣＥＮＴ}＠ｔ_２

更なる実施形態において、電圧、電流、有効電力、又は無効電力の波形の有効ビット数、行列計算及び／又はアナログデジタル処理、例えばＦＦＴ、自己相関、相互相関、デジタルフィルタリング、ウィンドウ処理、メトリック／誤差最小化を考慮して、測定及び計算することができる。スペクトル内容を、例えば電流波形と電圧波形と有効電力波形と無効電力波形との、ｎ番目までの高調波までの高調波の内容を考慮して、解析することができる。更に、スペクトル内容を、参照スペクトルに対する測定されたスペクトル内容の相関と、スペクトルの絶対値の差分と、ＦＦＴにおける各点の位相、実数、及び虚数の値と、周波数スペクトルと、スペクトルの特徴の時間上の変化とにより解析することができる。負荷シグニチャは、多くの高調波を含むスペクトルの広帯域特徴を更に有してもよい。負荷シグニチャは、選択した詳細な１つ以上の高調波、例えば特定高調波の低周波数位相ノイズを更に有してもよい。例えば、２つの負荷は、類似した電力消費と類似した全高調波歪みとを有してもよいが、異なるスペクトル内容を有することで２つの負荷を区別することができる。

他の実施形態において、負荷シグニチャは、有効電力と無効電力と皮相電力と実効電圧と実効電流と力率と有効電力全高調波歪みとから計算される。

上述の負荷シグニチャアルゴリズムは、異なる機器と各機器の異なる状態とを区別することができる。監視されるダイナミックレンジを、非常に大きくすることができる。例えば、装置は、低電力負荷、例えばスイッチがオンにされる５Ｗ常用灯と、非常に高電力負荷、例えば大量の洗濯物の脱水サイクルを始める洗濯機、又は寒い冬の週末の後の月曜日に暖房サイクルを始める大きな建物の大きさに合わせたＨＶＡＣユニットとに区別することができる。また、大きな機器は、高頻度で、多数の状態からなる複雑な動作特性を有する。また、最新の機器は、高頻度で、これらの機器の動作状態を設定する組込型コントローラによって制御される。このようにして、エネルギ監視装置を、このような家電機器に組み込んで、電気機器のコントローラに組込型エネルギ監視機器を接続することによって、状態が推移しているとき、電気機器のコントローラが組込型エネルギ監視機器に新たな状態を知らせることができるようにすることが好ましい。いくつかの実施の形態において、組込型エネルギ監視機器を、電気機器のコントローラに接続してもよい。エネルギ監視装置を家電機器に完全に埋め込む代わりに、本文に説明されたエネルギ監視装置と互換性を持つ通信プロトコルを有する家電機器のコントローラは、エネルギ監視装置に対するインタフェースであり、また、工場出荷時に格納された負荷シグニチャを、家電機器からエネルギ監視装置に、家電機器の状態によって送信することができる。いくつかの実施の形態において、家電機器のコントローラと接続されたエネルギ監視装置は、下記のように、実際の負荷シグニチャ情報を家電機器に送信して、家電機器に格納されている工場出荷時に格納された負荷情報を更新することができる。

省エネルギ家電機器（Energy Aware Appliance）
上述の図１Ｃに示すように、上記で説明したエネルギ監視装置１００を、電気機器に組み込むために一部変更して、それによって、省エネルギ家電機器を作成することができる。組込型エネルギ監視装置１０５は、大量のエネルギを消費する、及び／又は、多数の状態からなる複雑な動作パターンを有する電気機器であって、それぞれがそれ自体の電気機器の負荷シグニチャを有し、特に初期コストが高い電気機器に組み込むのに特に適している。組込型エネルギ監視装置１０５の追加による更なる追加コストは、家電機器のコストに確実に吸収され、組込型エネルギ監視装置１０５の効果的な使用によって達成される省エネルギによって負担される。組込型エネルギ監視装置１０５は、機器の状態の負荷シグニチャの経時変化を用いて、家電機器内の１つ以上の電気部品の局部摩耗を検出することができるという点で特に役立つ。このような場合には、省エネルギ家電機器は、家電機器の来るべきメンテナンス問題、又は家電機器をいつ取り替えるべきかをユーザに通知することができる。組込型エネルギ監視装置１０５は、省エネルギ家電機器の動作状態毎の工場出荷時負荷シグニチャ及び工場出荷時試験結果負荷シグニチャを有するプライベートデータベースと、省エネルギ家電機器が動作する状態と製造業者及びモデル情報と公称動作電圧と最大動作電流とからなるリストと、エネルギ監視装置１００と通信するエネルギ認識電化製品プロトコルとを備えていてもよい。エネルギ監視装置１００の電源がオンになったとき、接続されたあらゆる省エネルギ家電機器に、このようなあらゆる機器が存在し通信ネットワークに接続されているかを問い合わせるメッセージを一斉送信することができる。組込型エネルギ監視装置１０５は、組込型エネルギ監視装置１０５に組み込まれた電源１９０を監視し、省エネルギ家電機器の動作状態毎に、実際の負荷シグニチャを生成する。更に、組込型エネルギ監視装置１０５は、組込型エネルギ監視装置１０５が、状態が変化する電気機器の電流状態の負荷シグニチャを既に計算しているので、エネルギ監視装置１００がその負荷シグニチャを計算する必要がないことを、エネルギ監視装置１００に知らせることができる。組込型エネルギ監視装置１０５は、状態毎に、計算された負荷シグニチャを、工場出荷時のデフォルト負荷シグニチャ又は試験研究所により計算された負荷シグニチャに対して比較して、電気機器の動作効率を測定することができる。このような情報は、ユーザにアドバイスする任意のメッセージとともに、組込型エネルギ監視装置１０５からエネルギ監視装置１００へ送信することができる。例えば、コンプレッサが老朽化した冷蔵庫では、組込型エネルギ監視装置１０５は、コンプレッサのスイッチをオンオフしながら負荷シグニチャの変化を検出し、その負荷シグニチャの変化をエネルギ監視装置１００によって報告することができる。家電機器の機能がコントローラによって実現される省エネルギ家電機器は、この省エネルギ家電機器コントローラを組込型エネルギ監視装置１０５と接続して、組込型エネルギ監視装置１０５に、この省エネルギ家電機器が、省エネルギ家電機器の動作状態において、動作を変更していることを知らせることができる。例えば、洗濯機の省エネルギ家電機器コントローラは、組込型エネルギ監視装置１０５のコントローラに、洗濯機が、「大容量の洗濯物のすすぎサイクル」の状態に移行していることを知らせることができる。これに応じて、組込型エネルギ監視装置１０５は、負荷シグニチャを適切に計算することができる。組込型エネルギ監視装置１０５を省エネルギ家電機器コントローラに接続して、電気機器の識別及び状態が省エネルギ家電機器コントローラによって組込型エネルギ監視装置１０５に与えられるので、電気機器及び状態を決定し、状態毎の負荷シグニチャを測定する計算及び誤り確率が非常に低減する。また、ユーザが機器及び状態を確かめることを必要とせず、省エネルギ家電機器のアーキテクチャによってエネルギ監視システムの精度及び自動化が向上し、組込型エネルギ監視装置１０５は、既知の機器及び状態に適した負荷シグニチャアルゴリズムを選択し、負荷に近似させることができる。省エネルギ家電機器プロトコルを使用して、以下で説明するように、組込型エネルギ監視装置１０５は、組込型エネルギ監視装置１０５によって計算される電気機器、状態、及び関連負荷シグニチャをエネルギ監視装置１００に知らせることができる。当業者にとって明らかなように、電気機器の製造業者は、どのようにして、彼らの電気機器の構成部品が老朽化し、サービス又は交換を必要とするかを理解する一番良い立場にいる。したがって、組込型エネルギ監視装置１０５は、製造業者自身の家電機器に関する専門知識に基づいた部品の修理及び交換についての省エネルギのティップ及びアドバイスをユーザに与えるために、組込型エネルギ監視装置１０５の中心的機能に追加される実質的にカスタム設計された論理回路を有してもよい。更に、組込型エネルギ監視装置は、電源のサブシステムに組み込むことができ、例えば、家庭エンターテイメント装置、コンピュータ、又は他の最新の電子機器の中に備え付けるようにしてもよい。

省エネルギ家電機器プロトコル
省エネルギ家電機器は、（１）組込型エネルギ監視装置１０５の機能を用いて、省エネルギ家電機器自体の電気的状態を監視するができるので、エネルギ監視機能を強化することができ、（２）エネルギ監視装置１００は、これらの情報の両方が既知であるので、スマート機器の識別、あるいはスマート機器が動作している状態を判定する必要でなく、これらの情報は、組込型エネルギ監視装置１０５に送信するだけでよく、そして、エネルギ監視装置１００に中継される。上述したように、組込型エネルギ監視装置１０５は、エネルギ監視装置１００に、機器及び状態の識別子に加えて、負荷シグニチャを代わりに送ることができ、それによって、ユーザが機器及び状態の識別を確認するステップを省くことができる。また、組込型エネルギ監視装置１０５により省エネルギ家電機器を制御できるように、省エネルギ家電機器の製造業者は、組込型エネルギ監視装置１０５に、動作状態の制御を結び付けることができる。例えば、組込型エネルギ監視装置１０５に結び付けられた制御を行う省エネルギ家電機器のオーブンは、ユーザに、このオーブンが２時間以上オンのままであることを知らせることができる。メッセージを、省エネルギ家電機器又は組込型エネルギ監視装置１０５のどちらかにより生成し、エネルギ監視装置１００に送って、テキストメッセージによりユーザの携帯電話機に送ることができる。ユーザは、「オーブンオフ」というメッセージを作成してエネルギ監視装置１００に返信することができ、エネルギ監視装置１００は、このコマンドを組込型エネルギ監視装置１０５及び省エネルギ家電機器に転送して、オーブンのスイッチをオフにすることができる。

省エネルギ家電機器プロトコルのコマンドは、エネルギ監視装置１００、又は組込型エネルギ監視装置１０５から、省エネルギ家電機器から省エネルギ家電機器に対応する製造業者までの範囲に発行される。以下のように、これらのコマンドは、下記の汎用形式を有してもよい。当業者にとって明らかなように、開示された機能は、様々な方法で実行することができる。

開始、停止（Ｓｔａｒｔ、Ｓｔｏｐ）
開始及び停止の項目は、コマンドパケットにおいて他のデータと区別可能な、あらゆる文字又はビットパターンとしてもよい。

機器から、機器へ（Ｆｒｏｍ ｄｅｖｉｃｅ、Ｔｏ ｄｅｖｉｃｅ）
これらの項目は、固有識別子、例えばＩＰアドレス、又は情報源と宛先デバイスとからなる他の固有識別子としてもよい。省エネルギ家電機器と組込型エネルギ監視装置１０５とエネルギ監視装置１００とは、それぞれ固有アドレスを有することで、コマンドに対応することができる。共通識別子、例えば「ＡＬＬ」を用いることによって、全ての接続した機器に対するグローバルコマンドをアドレスすることができる。

コマンド（Command）
以下は、上述した機能を実行するのに用いることができる小さなコマンドセットである。当業者にとって明らかなように、ここに開示された機能から逸脱することなく、多くのコマンドを追加し、いくつかのコマンドを削除してもよい。

パラメータ（Parameters）
パラメータは、下記に示す複数のパラメータを含んだ特定のコマンドとすることができる。いくつかのコマンドは、あらゆるパラメータを持たないで、これらの機能を実行することができる。

下記のコマンドのリストでは、ＥＭＤはエネルギ監視装置１００を参照し、ＥＥＭＤ.ｘは組込型エネルギ監視装置１０５を参照し、そして、ＳＡはＥＥＭＤ.ｘ１０５に接続された省エネルギ家電機器を参照する。最も多くのコマンドは、ＥＭＤによってＥＭＤ又はＳＡに、又はＥＥＭＤ.ｘによって関連するＳＡに送ることができる。組込型システム設計の当業者にとって明らかなように、格納された負荷シグニチャテーブルを有する省エネルギ家電機器コントローラは、多くの下記のコマンドを用いて、省エネルギ家電機器に要求することなく、エネルギ監視装置１００を組込型エネルギ監視装置１０５に直接結び付けることができる。

コマンド（Commands）：
機器説明を返す（Return Device Description）
このコマンドは、宛先デバイスから説明情報を返す。説明情報は、テキスト説明、ＩＰアドレス他の固有識別子、製造業者、モデル、公称電圧、最大の電流量、又は他の機器情報とすることができる。

状態リストを返す（Return State List）
このコマンドは、負荷シグニチャを機器及び状態に関連付けるため、ＳＡの状態のリストを返す。これら状態のリストを返すことにより、ＥＭＤ及び／又はＥＥＭＤ．ｘは、監視、ユーザによる提示、及びユーザによる検証によって、これらのリストを発見することなく知ることができる。

負荷シグニチャを返す（Return Load Signature）
このコマンドは、機器の状態についての機器の負荷シグニチャを返す。パラメータは、負荷シグニチャに求める状態と、負荷シグニチャを獲得するソースとを含む。ソースは、工場出荷時の汎用的な各状態毎のデフォルト負荷シグニチャ、試験研究所の計算結果に基づいた負荷シグニチャ、又は組込型エネルギ監視装置１０５により獲得される実際の負荷シグニチャとすることができる。

ＳＡコマンドリストを返す（Return SA Command List）
このコマンドは、ＳＡをＥＥＭＤ.ｘが組み込まれた電気機器のコントローラに接続したとき、ＳＡによってＥＥＭＤ.ｘに公開されたコマンド、説明、及びパラメータのリストを返す。

ソフトウェアレビジョンを返す（Return Software Revision）
このコマンドは、宛先デバイスの現在のソフトウェアレビジョンレベルを返す。ソフトウェアレビジョンレベルから、ソフトウェアのアップグレードが適切であるか否かを判定し、インストールされたソフトウェアによってサポートする機能を判定するため、コマンドを用いて、機器のソフトウェアレビジョンレベルを問い合わせることができる。

省エネルギ家電機器のコマンドを実行する（Execute Energy Aware Appliance Command）
このような非常に強力なコマンドによって、エネルギ監視装置１００は、以下で説明するように、停電の後に制御された回復を実行し、日時と電流と予想された負荷とに基づいてエネルギコスト及び消費を削減するため使用エネルギを管理し、うっかりスイッチがオンのままの機器の遠隔操作を生じさせることができる。

現在の状態を返す（Return Current State）
このコマンドを省エネルギ家電機器のコマンドとともに用いることによって、以上の説明した機能を実行することを支援することができる。

ソフトウェアレビジョンを設定する（Set Software Revision）
このコマンドは、宛先デバイスにソフトウェアのアップグレードをダウンロードする。

機器の問合せ（Query for Devices）
このコマンドによって、エネルギ監視装置１００又は組込型エネルギ監視装置１０５は、他のエネルギ監視装置、組込型又は他のエネルギ監視装置、ネットワークに接続されたエネルギ監視装置があるか否かを問い合わせて、このような機器のアドレスを入手することができる。上述の１つ以上のコマンドによって、エネルギ監視装置、組込型エネルギ監視装置、又は他のエネルギ監視装置は、接続されたエネルギ監視装置の能力を判定することができる。

当業者にとって明らかなように、この最小のコマンドセットを、ここに開示された教示の範囲内で、簡単に拡張することができる。

停電後の制御された回復
停電の後、電気機器の回復を制御して、それらの電気機器の前の状態、又は他の決定された状態にすることは望ましい。復旧を制御しないと、直前に「オフ」以外の状態であった全ての機器は、これらの機器内部の制御電子機器が別途プログラムされていない限り、電力が復旧するとすぐに電力を引き込み始めてしまう。以上で説明したように、特に、複雑な動作状態を有する電気機器とエネルギ使用が高い電気機器とについては、過大な電流を引き込まず、再び接続された電気機器を安全な動作状態に安全に戻す方法で、停電の後の回復を制御することが望ましい。例えば、停電している間にガレージで電動ノコギリのこぎりのスイッチがオンであった場合、電源が回復した後に電動ノコギリを再始動させないで、電動ノコギリを再始動させるためにユーザによる手動の行為を求めることができる。冷蔵庫は、食物を腐敗から保護するために、優先権を与えることができる。電力が真夏日に長時間止まる場合、電力が止まったときの状況における洗濯サイクルを再開することなく、洗濯サイクル中の衣服を洗い直すことで、起こりうるカビの問題を回避することができる。エネルギ監視装置１００は、機器をオフ状態に保持することができ、各省エネルギ家電機器が、省エネルギ家電機器の組込型エネルギ監視装置を介して、エネルギ監視装置１００による再始動を命令されるまで、全ての省エネルギ家電機器をオフの状態にしておくことによって再始動を制御することができる。この順番は、エネルギ監視装置１００により、ユーザが作成した順番により、製造業者の提案、又はこれらの組合せに従って、前もって決定しておくことができる。省エネルギ家電機器は、それらのコントローラと接続し、組込型エネルギ監視装置に対するコマンドを制御することで、このような回復ロジックを実行することができる。

人工知能−使用パターン、最適化
上述したように、エネルギ監視装置１００は、監視する使用エネルギを日付又は時刻でスタンプし、更に、それぞれが任意の状態を有する１つ以上の機器による使用を関係付けることができる。上述したように、エネルギ監視装置１００は、エネルギ監視装置１００によって監視された使用エネルギのコストを知らせる基準を形づくる料金表にアクセスする。したがって、エネルギ監視装置、又はデータロギング能力、例えばパーソナルコンピュータ３１０を有する遠隔装置は、使用エネルギのパターンを変えて、エネルギ使用パターンを変えることによってコスト削減があるか否かを判定することができる。例えば、データを解析して、エネルギユーザがピーク使用時間で彼らの衣服を通常洗濯して乾燥させることで、高い料金率を引き起こしているか否かを判定することができる。低い料金率と対応した種々の時間を、下記のアドバイスに対するコスト削減の推定値とともに、ユーザに提案することができる。また、使用パターンを用いて、過去の使用、又は１つ以上の料金率表に基づいた将来のエネルギコストを予測することができる。予想を、時間、日、週、月、四半期、年、季節毎にすることができる。

複雑で、更に反復的な電気機器、例えばサイクルにより動作する洗濯機、食器洗い機及び、ヒータは、反復的な負荷シグニチャの配列を生成することができる。負荷シグニチャの配列を指定し、エネルギ監視装置１００、遠隔表示装置、又はデータロギング機器のローカルメモリに格納することができる。例えば、「洗濯機、多数の洗濯物、充填サイクル」は、水の充填バルブのスイッチをオンにする負荷シグニチャ、充填水位検知器を動かす負荷シグニチャ、及び、水の充填バルブのスイッチをオフにする負荷シグニチャを有する一連の負荷シグニチャを参照する名称としてもよい。

最適化を設定している家電機器
使用パターン情報は、負荷シグニチャ情報とともに用いることによって、家電機器の設定、例えば冷蔵庫の設定を最適化することができる。ユーザは、家電機器を選択して最適化し、調整パラメータと、そのユニットと、最小値及び最大値と、パラメータの刻み幅と、試験時間と、試験周期と、試験周期の刻み幅とを入力する。例えば、「冷蔵庫、温度２５Ｆ°、３５Ｆ°、１Ｆ°、３時間、３０分間」を入力する。試験期間に亘って、積算電力計１１０は、追加された各設定値毎の、予測時間、例えば月又は年の予測コストとともにユーザに表示するため、各設定におけるエネルギ消費量を測定する。

ＤＣアプリケーション及び自家電力
上述のエネルギ監視装置１００は、直流発電環境、例えばハイブリッドカー、又はユーザが所有している自家動力電力系統、例えば発電機、ソーラパネル、風力発電機において用いることができる。エネルギ監視装置は、自家発電システムによって発生する電力を監視することができる。エネルギ監視装置は、自家発電電力の送電網への供給を最適化するために、自家発電電力に関連した使用エネルギの予定をいつ立て直すべきかをユーザにアドバイスすることによって、日時料金表に基づいた省エネルギを最大限に伸ばすことができる。直流用途の場合、直流機器の負荷シグニチャの計算に必然的に適用されない特定の測定、例えば、ｃｏｓ（ｐｈｉ）、相電圧、及び相電流の測定を省略してもよい。エネルギ監視装置１００は、負荷シグニチャを、直流用途のために修正された上述のアルゴリズムに従って測定し計算することができる。

グラフィカルユーザインタフェース
特許請求の範囲に示すエネルギ監視装置及び識別方法は、住宅又は中小企業の機器のネットワークにおける各機器の各状態毎の非常に詳細なエネルギ使用情報を生成している。エネルギ監視情報は、多種多様な目的の複数レベルで集約することができる。グラフィックディスプレイ機能を有する遠隔表示装置、例えばスマートフォン（ｉＰｈｏｎｅ、Ｄｒｏｉｄ、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ他）、携帯情報端末、又はポータブルコンピュータ上で動作するグラフィカルユーザインタフェースを有する１つ以上のアプリケーションは、詳細なエネルギ監視情報を用いた問合わせツール、表示ツール、及び最適化ツールを提供することができる。

以前の影響（The Prius Effect）
どのくらいのエネルギを使用しているか、いつエネルギを使用しているか、エネルギに対していくら支払っているか、及びエネルギを使用する目的をユーザが認識すると、使用エネルギが減少する（以前の影響）。特許請求の範囲に示すエネルギ監視装置は、グラフィカルユーザインタフェース機器（ＧＵＩともいう。）に表示するエネルギ使用情報を集約することができるように、エネルギ使用情報を時間でスタンプすることができる。住宅又は中小企業の累積使用エネルギを、ＧＵＩのアプリケーションにおいてズームしているデータのレベルによる年、季節、月、週、日、時間、分又は秒毎に、エネルギユーザに提示することができる。更に、使用エネルギを電気機器に表示するために集約し、上述のあらゆる期間に分割することができる。更に、エネルギ使用情報を、機器の様々な状態、特定の機器のエネルギ使用情報を更にズームすることによって破壊することができる。

多くの最新機器、特にコントローラによって電源が供給される電気機器が有する１つの状態は、スタンバイ状態である。スタンバイ状態の目的は、機器が電源オフから電源オンの状態になる場合よりも、より早い時間で機器を電源オンの状態にすることである。したがって、スタンバイ状態の機器は電力を消費する。多くの場合、スタンバイ状態の機器は、視覚的に、オフ状態であるようにみえる。したがって、機器の電源を切りエネルギを節約するためにこれらの機器を視覚的に点検するユーザは、スタンバイ状態の機器を見落としてしまう。特許請求の範囲に示すエネルギ監視装置は、上述の時間区分によって、状態レベルでの使用エネルギを追跡することができる。したがって、ユーザは、彼らの機器が待機状態で消費している使用エネルギを機器毎に判定することができる。

上述のプライベートデータベースの更なるテーブル又はリストを利用することによって、エネルギユーザは、更に、時間毎、機器毎、機器の状態毎はもとより部屋毎、ひいてはユーザ毎に、エネルギの使用を判定することができる。いくつかの実施の形態によれば、ＧＵＩは、各部屋毎に表示される時間であって選択された時間枠の使用エネルギとともに、ユーザの住宅又は中小企業の地図を表示する。これに対して、又はこれに加えて、いくつかの実施の形態によれば、ＧＵＩに基づくアプリケーションは、住宅又は中小企業において部屋が割り当てられたユーザに基づいて選択された時間枠の使用エネルギを表示する。ＧＵＩに基づいた解析アプリケーションは、異なる時間の間で、使用エネルギを比較することができる。例えば、冬における暖房の使用エネルギと、夏における冷房の使用エネルギとを比較することができる。使用エネルギを、ＫＷＨにより、ドルにより、ＢＴＵにより、又は変換モジュールと料金表とによってサポートされた他の単位により、表示することができる。

送電網特性の向上
負荷シグニチャの計算過程において、いくつかの実施の形態によるエネルギ監視装置の通常動作の一部として、力率のパーセントとノイズと１つ以上のスペクトル内容における歪みとを含んだ送電網の特性はパラメータを計算した。エネルギ使用情報は、35 U.S.C. $ 119(e)に基づいて、２００９年１月２６日に出願された米国仮特許出願第61/206501号、発明の名称「POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS」と、２０１０年１月２５日に出願された米国仮特許出願番号61/298,112、発明の名称「POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS」とを引用することにより組み込まれる。

家電機器修理アドバイザ
家庭電化製品の老朽化につれて、１つ以上の状態の負荷シグニチャを変えることができる。例えば、ポンプのベアリングが老朽化するように、食器洗浄機、冷蔵庫、洗濯機、乾燥機、又はＨＶＡＣのファンにおけるモータの突入電流が、家庭電化製品が新しかったときの負荷シグニチャと比較して変化する。特定の不具合の相互関係により負荷シグニチャが変化することを用いることによって、家電機器の中で老朽化した構成部品を識別することができる。

周期的パターンの発見
多くの場合、エネルギユーザは、パターン化された習慣で、彼らのエネルギ消費機器を使用する。エネルギ監視装置は、過去のエネルギ使用情報とともにタイムスタンプされた負荷シグニチャ情報を用いて、機器及びこれらの機器の状態を学習することを支援することができる。例えば、月曜日から金曜日に、エネルギユーザは、電気給湯器、シェーバ、１つ以上の白熱電球、及びコーヒメーカの全てを、狭い時間帯の範囲内で使用することが多い。このようなパターン化された使用による負荷シグニチャの相関をとることにより、負荷を効率よく識別する確率を向上することができる。それの代わりに、あるいはそれに加えて、このような相関は、負荷シグニチャの更に高い信頼性を得るために、第２のレベルの負荷シグニチャの計算に用いることができる。

動作において、エネルギ監視装置は、住宅又は会社への電源に接続された積算電力計と、コントローラと、メモリと、任意の表示モジュール及び入力モジュールとを備える。遠隔表示装置を、エネルギ監視情報を表示する表示モジュール及び入力モジュールの代わりに、又はこれらのモジュールに加えて用いてもよい。エネルギ監視装置は、電力事業者メータ及びメインボックスの下流、住宅又は会社のサーキットブレーカの上流、及び、監視される電気機器の上流に設置される。電源に接続された各電気機器は、電気機器に関する１つ以上の状態を有する。単純な例として、電気機器の状態には、オン、オフ、スタンバイ、ハーフパワーが含まれる。電気機器が状態を変えるとき、積算電力計により連続して計測された電源測定値を比較することで、電気機器の状態変化が示される。更なる電源パラメータを、更なる積算電力計の計測値から、計算及び／又は測定することができる。電気機器の負荷シグニチャと、その電気機器の関連情報とは、機器の状態の特徴を表すパラメータの集合である。負荷シグニチャを、エネルギ監視装置における特定の設定及び機器によって決まる負荷シグニチャのプライベートデータベース及び／又は公衆データベースから調べる。学習段階において、負荷シグニチャを検出した場合、その負荷シグニチャを表示装置上でユーザに示す。そうではない場合、最も近く一致する負荷シグニチャ及び状態を、ユーザに示す。そして、ユーザは、機器及び状態の識別と、プライベートデータベースに格納された電気機器及び状態の負荷シグニチャとを編集又は受け入れる。学習フェーズを、監視する電気機器からなるネットワークの中の機器、状態及び部屋に関する特定の情報プレインストールすることによって向上させることができる。例えば、ユーザは、エネルギ監視装置を建物の部屋を、建物の各部屋において設置された監視する電気機器及び既知の電気機器と、電気機器が使用可能な状態のリストと、建物のエネルギユーザとに関連付けるようにプログラムすることができる。更に、エネルギ監視装置１００は、部屋を、部屋に設置された電気機器と、状態に相関関係がある電気機器とを関連付けるようにプログラムすることができる。いくつかの実施の形態において、エネルギ監視装置は、固有識別子を受信して、公衆データベースにおける電気機器の負荷シグニチャを調べるために監視する電気機器の相関をとることができる。ユーザが、公衆データベースをアップロードできないように、さもなければ変更できないように、負荷シグニチャの公衆データベースは、負荷シグニチャの読み取り専用データベースとすることができる。この代わりに、又は公衆負荷シグニチャデータベースを補うものとして、オープンな公衆データベースが、周知のウェブサイトホスト、例えばＧｏｏｇｌｅ(商標)又はＹａｈｏｏ(商標)、又は当事者、例えば公衆事業会社又は州の公衆事業委員会を含む、あらゆる場所にあってもよい。

新たな負荷シグニチャを計算しながら、新たな負荷シグニチャを既存の負荷シグニチャのプライベートデータベースと比較する。新しい負荷シグニチャがプライベート負荷シグニチャデータベースの負荷シグニチャと相関関係ではない場合、新たな負荷シグニチャを公衆負荷シグニチャデータベースと比較する。最低相関値、例えば８０％を設定して、新しく計算された負荷シグニチャが既存の負荷シグニチャ及び状態に相当するか否かと、既存の負荷シグニチャ及び状態のどちらが時間とともに変化するかと、新しく計算された負荷シグニチャが実際に新しい機器及び／又は状態に相当するか否かとを判定するフィルタを構築する。いくつかの実施の形態において、受け入れ可能な許容誤差を時間とともに狭くすることで、実効値の信頼性を高くして、類似する負荷間をより高精度に識別することに反映させることができる。

エネルギ監視情報は、積算電力計の連続した測定値と、計算された電源パラメータと、電気機器及び状態とから収集される。エネルギ監視情報は、ローカルメモリの許容範囲内まで局所的に格納され、あるいはデータロギング及び解析を行う遠隔表示機器又はパーソナルコンピュータに送信される。エネルギ監視情報は、エネルギ監視装置に取り付けられたカレンダ／時計モジュール、又はエネルギ使用情報を受信した遠隔表示機器又はパーソナルコンピュータに取り付けられたカレンダ／時計機能によって、日付又は時刻でスタンプされる。電気機器、その状態、及びその使用が識別されるので、エネルギ使用情報を、機器毎に、瞬間毎に得て表示することができる。また、エネルギ使用情報を集約して、時間上の使用傾向を表示することができる。

エネルギ監視装置、又は遠隔表示機器又はパーソナルコンピュータは、ユーザによって選択利用可能であるか、電力事業者によって規定されるような料金に対応した１つ以上の公衆事業料金表を記憶することができる。エネルギ監視情報を解析して、コストに基づくより好ましい料金率表に関するユーザに対する勧告を生成することができる。エネルギ監視装置がインターネットを介して電力事業者に接続される実施の形態において、エネルギ監視装置は、エネルギ監視装置が利用可能な新しい料金表をダウンロードし、奨励プログラムの通知と計画的な停電に関する情報とエネルギ使用コストを低下させる他のエネルギ使用計画とを受信することができる。

いくつかの実施の形態において、ユーザは、モバイル機器、例えば携帯電話機、携帯情報端末、又はラップトップコンピュータで、エネルギ監視装置からイベントの通知を受信することができる。メッセージをインターネット、ＳＮＳメッセージ、音声メール、電子メール、又は他の通信媒体を介して送信することができる。イベントの具体例としては、停電の通知、現在のエネルギ使用が次に高い料金率を引き起こしているという通知、又は過去の傾向情報と矛盾する普段と違う使用パターン通知を含んでいる。

本願発明を、細部を具体化して本願発明の構成及び作用の原理の理解を容易にした特定の実施の形態について説明した。このように、特定の実施の形態及びその詳細について本明細書で引用することは、明細書に添付された特許請求の範囲を限定するものではない。当業者にとって容易で明らかなように、他の多様な変形例を、特許請求の範囲に定義された発明の精神と範囲から逸脱することなく、説明図により選択された実施例で構成することができる。例えば、特許請求の範囲に記載された発明は、住宅又は中小企業の用途として説明された。当業者にとって明らかなように、また、特許請求の範囲に記載された発明は、複数の住宅、例えば、複数の住宅ユニットと単身ユニットと中央ユニットと電源供給源とを有するアパート又は二世帯用住宅に適用することができる。特許請求の範囲により明らかにされた方法及び装置を、位相線と反位相線と中性線とを有する単相三線、位相線と反位相線と非中性線とを有する単相三線、３つの位相線と中性線とを有する単相四線、第１の位相線と第２の位相線と中性線とを有する二相三線、送電網ではない交流電源、送電網ではない直流電源、及び、発電源、例えば太陽電池パネル、発電機、一次側電源として送電網電源と接続された電気機器のネットワークに反して表れる熱併給発電を含むが、これに限定されず広範囲に亘る電気機器構成に適用することができる。

Claims (38)

1. 監視する電気機器の上流の点で測定された電源の連続したサンプルの変化により、該電源に接続された電気機器の存在と該電気機器の状態とを識別するエネルギ監視装置。
2. 当該エネルギ監視装置は、選択されて相互接続されたディスクリート部品と、マイクロプロセッサと、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）と、混合モード集積回路と、チップオンシステムと、書込可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）と、１つ以上の設計され相互接続された集積回路とのうち、少なくとも１つから構成されることを特徴とする請求項１記載のエネルギ監視装置。
3. 上記電気機器の状態は、オンと、オフと、スタンバイと、パワーアップと、パワーダウンと、全出力に対する割合と、名付けられた状態のシーケンスとのうちの１つであることを特徴とする請求項１記載のエネルギ監視装置。
4. 表示装置と、ユーザ入力装置と、ユーザインタフェースソフトウェアとを更に備える請求項１記載のエネルギ監視装置。
5. 上記表示装置と上記ユーザ入力装置と上記ユーザインタフェースソフトウェアとは、家電機器に実装されることを特徴とする請求項４記載のエネルギ監視装置。
6. 上記家電機器は、ｉＰｈｏｎｅ（商標）と、携帯電話機と、スマートフォンと、携帯情報端末と、ポータブルコンピュータと、デスクトップコンピュータとからなるグループからの１つであることを特徴とする請求項５記載のエネルギ監視装置。
7. 上記電気機器及び状態を識別することは、上記電源の連続したサンプルの変化から該電気機器の負荷シグニチャを計算することを含むことを特徴とする請求項１記載のエネルギ監視装置。
8. 上記電気機器及び状態に対応する上記負荷シグニチャは、相電圧と、相電流と、中性電圧と、中性電流と、皮相電力と、ｃｏｓ（ｐｈｉ）と、有効電力と、無効電力と、周波数と、周期と、過電圧／低電圧の状態と、力率のパーセントと、ＲＭＳ電流と、瞬時電流と、ＲＭＳ電圧と、瞬時電圧と、現在の高調波の全高調波歪みのパーセントと、電圧の高調波の全高調波歪みのパーセントと、現在の波形のスペクトル内容と、該電圧波形のスペクトル内容と、該有効電力の波形のスペクトル内容と、該無効電力の波形のスペクトル内容と、電気機器の配線網の品質のパーセントと、時間と、日付と、温度と、湿気とのうちの１つ以上から構成されることを特徴とする請求項７記載のエネルギ監視装置。
9. 上記計算された負荷シグニチャは、上記電気機器とその状態とが関連付けられ、メモリに記憶されることを特徴とする請求項７記載のエネルギ監視装置。
10. 上記電気機器及び状態を識別することは、メモリ内の負荷シグニチャを検索することを含むことを特徴とする請求項７記載のエネルギ監視装置。
11. 上記メモリは、複数の負荷シグニチャが予め記憶されていることを特徴とする請求項１０記載のエネルギ監視装置。
12. ネットワークにより遠隔装置と通信可能に接続された通信モジュールを更に備える請求項１記載のエネルギ監視装置。
13. エネルギ監視情報は、当該エネルギ監視装置の表示モジュールと遠隔装置とのうち、少なくとも１つに送信されることを特徴とする請求項１２記載のエネルギ監視装置。
14. 上記エネルギ監視情報は、電気機器情報、使用電力情報、電気機器ネットワーク（electrical network）情報、ユーザアドバイス、及び電力事業者情報のうちの１つであることを特徴とする請求項１３記載のエネルギ監視装置。
15. 上記電気機器情報は、複数の電気機器のうちの１つの電気機器の識別子、該電気機器の状態、該電気機器の負荷シグニチャデータ、及び該電気機器に関する電力の稼働時間のうちの１つであることを特徴とする請求項１４記載のエネルギ監視装置。
16. 上記使用電力情報は、総消費電力情報、エネルギ、電流、力率、及び全高調波歪みのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１４記載のエネルギ監視装置。
17. 上記電気機器ネットワーク情報は、弱力率、弱全高調波歪み、ノイズ送電網、及び回路性能のうちの１つであることを特徴とする請求項１４記載のエネルギ監視装置。
18. 上記ユーザアドバイスは、現在の日、週、又は月毎の請求をユーザに知らせることと、どのようにして該請求を減らすかと、電気機器により分類された請求情報と、どのようにして力率を改善させるかと、どのくらいスタンバイの電力が消費されているかと、いつ老朽化又は非効率な家電製品を取り替えるかと、該請求を減らすために１日のうち何時に機器の使用を予定するかと、上記電力事業者への割込の検出及びアドバイスと、過去の使用パターンに基づいた将来の使用エネルギの予測とのうちの１つであることを特徴とする請求項１４記載のエネルギ監視装置。
19. サーモスタットモジュールを更に備える請求項１記載のエネルギ監視装置。
20. 上記サーモスタットモジュールは、ヒータ、エアコンディショナ、及びＨＶＡＣシステムからなるグループからの１つと接続されていることを特徴とする請求項１９記載のエネルギ監視装置。
21. 電源に接続された電気機器と該電気機器の状態とを識別する識別方法において、
    複数の第１の電源パラメータを受信するステップと、
    複数の第２の電源パラメータを受信するステップと、
    少なくとも１つの電源パラメータの変化を、複数の上記第１及び第２の電源パラメータ間の差分として検出するステップと、
    複数の上記第１及び第２の電源パラメータに基づいて上記電気機器の負荷シグニチャを計算するステップと、
    メモリから上記電気機器の上記負荷シグニチャを検索するステップとを有し、
    上記メモリに記憶されている上記負荷シグニチャは、電気機器の識別子と該負荷シグニチャに関連付けられた該電気機器の状態とに関連付けられており、これによって、電源に接続された電気機器と該電気機器の状態とを識別することを特徴とする識別方法。
22. 上記少なくとも１つの電源パラメータの変化を検出するステップは、有効電力、無効電力、皮相電力、及びＲＭＳ電流のうちの１つの変化を検出するステップを有することを特徴とする請求項２１記載の識別方法。
23. 上記少なくとも１つの電源パラメータの変化を検出した後で、上記電気機器及び状態の負荷シグニチャを計算する前に、更なる電源パラメータを受信するステップを更に有することを特徴とする請求項２１記載の識別方法。
24. 相電圧、相電流、中性電圧、中性電流、皮相電力、ｃｏｓ（ｐｈｉ）、周期、周波数、有効電力、有効エネルギ、無効電力、周波数、周期、過電圧／低電圧状態、温度、及び湿度のうちの１つを、複数の電源パラメータとして測定するステップを更に有する請求項２１記載の識別方法。
25. 上記電気機器の状態は、オン、オフ、スタンバイ、パワーアップ、パワーダウン、全出力に対する割合、及び名付けられた状態のシーケンスのうちの１つであることを特徴とする請求項２１記載の識別方法。
26. 上記負荷シグニチャは、相電圧、相電流、中性電圧、中性電流、皮相電力、ｃｏｓ（ｐｈｉ）、有効電力、無効電力、周波数、周期、過電圧／低電圧の状態、力率のパーセント、ＲＭＳ電流、瞬時電流、ＲＭＳ電圧、瞬時電圧、現在の高調波の全高調波歪みのパーセント、電圧の高調波の全高調波歪みのパーセント、現在の波形のスペクトル内容、該電圧波形のスペクトル内容、該有効電力の波形のスペクトル内容、該無効電力の波形のスペクトル内容、電気機器ネットワークの品質のパーセント、時間、日付、温度、及び湿気のうちの１つ以上から構成されることを特徴とする請求項２１記載の識別方法。
27. 上記電気機器及び状態の上記負荷シグニチャを計算するステップは、
    有効電力Ｐを、上記第１の電源パラメータの有効電源と上記第２の電源パラメータの有効電力との差分として計算するステップと、
    無効電力Ｑを、上記第１の電源パラメータの無効電源と上記第２の電源パラメータの無効電力との差分として計算するステップと、
    平方根を「ｓｑｒｔ」で表し、上記電源の公称電圧をＶで表し、皮相電力Ｓを、Ｓ＝ｓｑｒｔ（Ｐ^２＋Ｑ^２）の式に基づいて計算するステップと、
    上記電源の公称電圧をＶで表し、電流Ｉを、Ｉ＝Ｓ／Ｖの式の基づいて計算するステップと、
    上記電源の上記有効電力をＰで表し、全ての高調波周波数を除いた基本波有効電力をＰ＿ＦＵＮＤで表し、有効電力の高調波の全高調波歪みＴＨＤ＿Ｐを、ＴＨＤ＿Ｐ＝（Ｐ−Ｐ＿ＦＵＮＤ）／Ｐ＿ＦＵＮＤの式に基づいて計算するステップと、
    上記電源の上記無効電力をＱで表し、全ての高調波周波数を除いた基本波無効電力をＱ＿ＦＵＮＤで表し、無効電力の高調波の全高調波歪みＴＨＤ＿Ｑを、ＴＨＤ＿Ｑ＝（Ｑ−Ｑ＿ＦＵＮＤ）／Ｑ＿ＦＵＮＤの式に基づいて計算するステップと、
    力率ＰＦを、ＰＦ＝Ｓ／Ｐの式に基づいて計算するステップとを有することを特徴とする請求項２１記載の識別方法。
28. エネルギ監視情報を、表示装置と遠隔装置とのうちの１つに送信するステップを更に有する請求項２１記載の識別方法。
29. 上記エネルギ監視情報は、電気機器情報、使用電力情報、電気機器ネットワーク情報、ユーザアドバイス、及び電力事業者情報のうちの１つであることを特徴とする請求項２８記載の識別方法。
30. 上記電気機器情報は、複数の電気機器のうちの１つの電気機器の識別子、該電気機器の状態、該電気機器の負荷シグニチャデータ、及び該電気機器に関する電力の稼働時間のうちの１つであることを特徴とする請求項２９記載の識別方法。
31. 上記使用電力情報は、総消費電力情報、エネルギ、電流、力率、及び全高調波歪みのうちの少なくとも１つである請求項２９記載の識別方法。
32. 上記電気機器ネットワーク情報は、弱力率、弱全高調波歪み、ノイズが大きい送電網、及び回路性能のうちの１つであることを特徴とする請求項２９記載の識別方法。
33. 上記ユーザアドバイスは、現在の日、週、又は月毎の請求をユーザに知らせることと、どのようにして該請求を減らすかと、電気機器により分類された請求情報と、どのようにして力率を改善させるかと、どのくらいスタンバイの電力が消費されているかと、いつ老朽化又は非効率な家電製品を取り替えるかと、該請求を減らすために１日のうち何時機器の使用を予定をするかと、上記電力事業者への割込の検出及びアドバイスと、過去の使用パターンに基づいた将来の使用エネルギの予測とのうちの１つであることを特徴とする請求項２９記載の識別方法。
34. 上記電力事業者情報は、料金変化、予定された停電、差し迫った電力遮断、請求料金、どのようにして電力請求コストを減らすかに関する提案、奨励する提案、電力請求書、及び見積もられた予想電力請求のうちの１つであることを特徴とする請求項２９記載の識別方法。
35. 上記エネルギ監視情報は、ｉＰｈｏｎｅ（商標）、携帯電話機、スマートフォン、携帯情報端末、ポータブルコンピュータ、デスクトップコンピュータからなるグループからの１つの家電機器上で動作するアプリケーションによって、ユーザに提示されることを特徴とする請求項２８記載の識別方法。
36. 複数の状態を有する複数の電気機器の負荷シグニチャのデータベースを生成する生成方法において、
    第１の状態における電気機器を選択するステップと、
    複数の第１の電源パラメータを測定するステップと、
    上記選択された電気機器の第１の状態を第２の状態に変化させるステップと、
    複数の第２の電源パラメータを測定するステップと、
    負荷シグニチャを計算するステップと、
    上記負荷シグニチャと上記第２の状態と上記選択された電気機器の識別子とを有するデータベースのレコードを記憶するステップとを有し、
    それによって、複数の状態を有する複数の電気機器の負荷シグニチャのデータベースを生成する生成方法。
37. 上記第１の状態はオフであり、上記第２の状態はオンであることを特徴とする請求項３６記載の生成方法。
38. 上記負荷シグニチャを計算した後に、データベースから該負荷シグニチャを検索して、最も一致する電気機器及び状態を判定するステップと、
    最も一致する電気機器及び状態をユーザに提示して、該電気機器及び状態を確認させるステップと、
    ユーザが上記電気機器又は状態を変化させる場合、上記負荷シグニチャを更に有するデータベース内の該電気機器及び状態のうちの少なくとも１つを変化させるユーザ入力を受けるステップとを有する請求項３６記載の生成方法。

Images