JP2016017917A - Apparatus power consumption estimation device and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、機器消費電力推定装置及びコンピュータプログラムに関する。 Embodiments described herein relate generally to an apparatus power consumption estimation apparatus and a computer program.
インバータ機器を含む電気機器の動作状態を個別に測定する技術として、電気機器ごとに測定器を設置するのではなく、電柱から家庭への引込線における測定に基づいて、非侵入的に各電気機器の動作状態を推定する技術が提案されている。この技術の一つとして、電気機器の電流波形から動作状態の推定を行う際に電流波形の高調波を用いる手法が知られている。このような手法では、電気機器の高調波の特徴と、電気機器ごとの動作状態における高調波の特徴が予め記憶されているデータベースとを比較して動作状態の推定が行われる。しかしながら、電気機器ごとの高調波の特徴をデータベースに記憶させるには手間がかかってしまう場合があった。 As a technology to measure the operating status of electrical equipment including inverter equipment individually, instead of installing a measuring instrument for each electrical equipment, each electrical equipment is non-intrusive based on measurements on the lead-in line from the utility pole to the home. Techniques for estimating the operating state have been proposed. As one of the techniques, there is known a method of using harmonics of a current waveform when estimating an operation state from a current waveform of an electric device. In such a method, the operation state is estimated by comparing the characteristics of the harmonics of the electric device with a database in which the characteristics of the harmonics in the operation state of each electric device are stored in advance. However, it may be time-consuming to store the harmonic characteristics of each electrical device in the database.
本発明が解決しようとする課題は、電気機器の動作状態の推定に用いられるデータベースを容易に作成することができる機器消費電力推定装置及びコンピュータプログラムを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a device power consumption estimation device and a computer program that can easily create a database used for estimating an operating state of an electrical device.
実施形態の機器消費電力推定装置は、機器特徴学習部と、機器特徴データベースと、動作状態推定部と、消費電力推定部とを備える。機器特徴学習部は、給電経路において測定された電圧と電流の時系列データから得られる電流または電力の高調波から機器の動作状態の特徴量を取得する。機器特徴データベースは、取得された機器の動作状態の特徴量を記憶する。動作状態推定部は、電流または電力の高調波から取得された高調波の特徴量と、前記機器特徴データベースに記憶された前記機器の動作状態の特徴量とに基づいて前記機器の動作状態を推定する。消費電力推定部は、推定された動作状態に基づいて前記機器の消費電力を推定する。 The device power consumption estimation apparatus of the embodiment includes a device feature learning unit, a device feature database, an operation state estimation unit, and a power consumption estimation unit. The device feature learning unit acquires a feature amount of the operation state of the device from the harmonics of the current or power obtained from the time-series data of the voltage and current measured in the power feeding path. The device feature database stores the acquired feature amount of the operating state of the device. The operation state estimation unit estimates the operation state of the device based on the feature quantity of the harmonic obtained from the harmonic of the current or power and the feature amount of the operation state of the device stored in the device feature database. To do. The power consumption estimation unit estimates the power consumption of the device based on the estimated operation state.
以下、実施形態の機器消費電力推定装置100を、図面を参照して説明する。
図1は、実施形態の機器消費電力推定装置100の機能構成を表す概略ブロック図である。
機器消費電力推定装置100は、家庭用電気機器製品(以下、単に「家電」という。)の電圧、電流の測定データに基づいて各家電の動作状態を推定し、各家電の消費電力の推定結果を出力する装置である。
Hereinafter, the apparatus power
FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a functional configuration of a device power
The device power
機器消費電力推定装置100は、バスで接続されたCPU(Central Processing Unit)やメモリや補助記憶装置などを備え、消費電力出力プログラムを実行する。消費電力出力プログラムの実行によって、機器消費電力推定装置100は、電圧・電流測定部10、高調波算出部20、機器特徴学習部30、機器特徴DB40、動作状態推定部50、消費電力推定部60を備える装置として機能する。なお、機器消費電力推定装置100の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、消費電力出力プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、消費電力出力プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。
The apparatus power
電圧・電流測定部10は、一定周期で給電経路において測定された電圧と電流の時系列データを記録する。給電経路とは、家電に電力が給電される際に通過する経路であり、例えば給電線や分電盤である。
高調波算出部20は、時系列データに基づいて電流、電力の高調波の特徴量を算出する。具体的には、まず高調波算出部20は、時系列データを入力とし、時系列データから動作状態の変化時刻を検出する。動作状態の変化時刻とは、家電がON(オン)からOFF(オフ)、もしくはOFFからONになった等の変化や、例えば洗濯機の「洗い」から「すすぎ」に運転モードが変更になった等の動作状態が変化したときの時刻を表す。動作状態の変化時刻は、1つではなく複数あってもよい。次に、高調波算出部20は、検出した変化時刻および電圧、電流の測定データから、変化時刻前後の特徴波形を抽出する。高調波算出部20は、抽出した特徴波形に対してFFT(Fast Fourier Transform;高速フーリエ変換)を行うことによって高調波のFFT係数(高調波の特徴量)を算出する。高調波算出部20は、1波形ごとに高調波の特徴量を算出してもよいし、所定の間隔で高調波の特徴量を算出してもよい。
The voltage /
The
機器特徴学習部30は、高調波算出部20によって算出された高調波の特徴量から家電の動作状態ごとの高調波の特徴量を算出する。
機器特徴DB40は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。機器特徴DB40は、機器特徴学習部30によって算出された家電の動作状態ごとの高調波の特徴量を記憶している。
The device
The device feature DB 40 is configured using a storage device such as a magnetic hard disk device or a semiconductor storage device. The device feature DB 40 stores harmonic feature values for each operating state of the home appliance calculated by the device
動作状態推定部50は、高調波算出部20によって算出された高調波の特徴量と、機器特徴DB40に記憶されている家電の動作状態ごとの高調波の特徴量とに基づいて家電の動作状態を推定する。
消費電力推定部60は、予め各家電の動作状態ごとの高調波の特徴量と消費電力との関係から作成した回帰モデルを記憶している。消費電力推定部60は、動作状態推定部50が推定した動作状態と、回帰モデルとに基づいて各家電の消費電力を推定する。
The operation
The power
機器消費電力推定装置100は、機器特徴学習部30によって算出された家電の動作状態ごとの高調波の特徴量を機器特徴DB40に記憶させることによって、家電の動作状態の推定に用いられるデータベースを作成する。そこで、以下の説明では、機器特徴学習部30による家電の動作状態ごとの高調波の特徴量の算出方法について各実施形態(第1の実施形態〜第3の実施形態)を例に具体的に説明する。なお、第1の実施形態及び第2の実施形態では機器特徴DB40に家電の高調波の特徴量が記憶されておらず、初めて家電の高調波の特徴量を算出する場合を例に説明し、第3の実施形態では機器特徴DB40に家電の高調波の特徴量が記憶されており、追加で家電の高調波の特徴量を記憶させる場合を例に説明する。
The apparatus power
(第1の実施形態)
図2は、第1の実施形態にかかる機器特徴学習部30の構成を表す概略ブロック図である。
図2に示すように、機器特徴学習部30は、高調波使用履歴部31、クラスタリング部32、比較判定部33及び特徴量算出部34を備える。
(First embodiment)
FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating the configuration of the device
As illustrated in FIG. 2, the device
高調波使用履歴部31は、学習開始信号が入力されてから学習終了信号が入力されるまでの間(以下、「所定期間の間」という。)、学習対象となっている家電(以下、「対象家電」という。)の動作状態ごとの高調波の特徴量を算出するために使用される情報を記録する。例えば、高調波使用履歴部31は、高調波の特徴量が入力される度に機器特徴学習部30に入力された高調波の特徴量と、対象家電の機器名と、高調波の特徴量が入力された時刻における対象家電の消費電力の値とを対応付けて記録する。電流の高調波は、電圧波形を基準として位相を合わせる。
The harmonic
学習開始信号とは、対象家電の動作状態ごとの高調波の特徴量の学習を機器消費電力推定装置100に開始させる際に入力される信号である。学習終了信号とは、対象家電の動作状態ごとの高調波の特徴量の学習を終了させる際に入力される信号である。学習開始信号及び学習終了信号は、ユーザが不図示の入力装置を操作することによって入力されてもよいし、ユーザの指示の受けたサポートセンタの管理者によって遠隔操作で入力されてもよい。なお、対象家電の機器名は、ユーザ又はサポートセンタの管理者によって学習開始信号の入力とともに入力される。
The learning start signal is a signal that is input when the appliance power
クラスタリング部32は、学習終了信号が入力されると、所定期間の間に高調波使用履歴部31に記録された高調波の特徴量をクラスタリングする。クラスタリング部32が行うクラスタリングの手法は、クラスタ数が指定できる方法であればどのような方法であってもよい。例えば、クラスタ数が指定できるクラスタリング手法としては、K−means法、K−means++法、EM(Expextation Maximization)法などがある。クラスタリング部32は、学習終了信号が入力されてから最初のクラスタリンにおいてはクラスタ数を最小の1としてクラスタを作成する。
When the learning end signal is input, the
比較判定部33は、クラスタリングされた高調波の特徴量を再度クラスタリングする必要があるか否か判定する。例えば、比較判定部33は、クラスタリングにより分類された高調波の特徴量が含まれるクラスタ(以下、単に「クラスタ」という。)内の高調波の特徴量の消費電力に基づく所定の条件が満たされたか否かに応じて高調波の特徴量を再度クラスタリングする必要があるか否か判定する。
特徴量算出部34は、比較判定部33による判定処理で再度クラスタリングする必要がないと判定された場合にクラスタの特徴量を対象家電の動作状態の特徴量として算出する。算出されるクラスタの特徴量には、機器名が対応付けられている。
The
The feature
図3は、クラスタリング部32が行う処理を説明するための図である。
図3において、縦軸は虚軸を表し、横軸は実軸を表す。図3(A)には、所定期間の間に高調波使用履歴部31に記録された個々の高調波の特徴量が複数の点として複素平面上にプロットされた例が示されている。図3(A)に示されるように、高調波の特徴量は、次数ごとに複素平面上に点としてプロットすることができる。高調波の特徴量は、家電が同じ動作状態の場合、同じ座標付近に分布する。そこで、クラスタリング部32は、高調波の特徴量をクラスタリングすることにより高調波の特徴量を動作状態ごとに分類する。図3(B)に、クラスタリング部32が高調波の特徴量を1つのクラスタ200としてクラスタリングした例を示す。
FIG. 3 is a diagram for explaining processing performed by the
In FIG. 3, the vertical axis represents the imaginary axis, and the horizontal axis represents the real axis. FIG. 3A shows an example in which the feature quantities of individual harmonics recorded in the harmonic
各高調波の特徴量には、消費電力の情報が対応付けられている。比較判定部33は、各高調波の特徴量に対応付けられている消費電力の情報に基づいて、再度クラスタリングを行う必要があるか否か判定する。再度クラスタリングを行う必要がないと判定された場合には、特徴量算出部34がクラスタの特徴量を対象家電の動作状態の特徴量として算出し、算出したクラスタの特徴量を機器特徴DB40に出力する。一方、再度クラスタリングを行う必要があると判定された場合には、クラスタリング部32はクラスタリングにより分類するクラスタの数を増加して高調波の特徴量を再度クラスタリングする。例えば、クラスタリング部32は、全ての高調波の特徴量に対して再度クラスタリングする。クラスタリング部32は、再度クラスタリングを行う必要があると判定される度に、クラスタ数を1つずつ増加して全ての高調波の特徴量を再度クラスタリングする。
Information of power consumption is associated with the feature quantity of each harmonic. The
図3(C)には、再度クラスタリングを行う必要があると判定された場合の例を示している。図3(C)に示されるように、クラスタリング部32が再度クラスタリングを行うことによって高調波の特徴量が2つのクラスタ201、202に分類される。クラスタリングには、ユークリッド距離が用いられてもよいし、マハラノビス距離が用いられてもよい。
FIG. 3C shows an example when it is determined that clustering needs to be performed again. As shown in FIG. 3C, the
以下、図3を用いて比較判定部33の処理について具体的に説明する。
上述したように、複素平面上にプロットされた高調波の特徴量には、消費電力の情報が対応付けられている。そこで、比較判定部33は、クラスタ内の各高調波の特徴量に対応する消費電力の情報に基づいて、以下の式1が満たされるか否か判定する。
Hereinafter, the process of the
As described above, power consumption information is associated with the harmonic feature values plotted on the complex plane. Therefore, the comparison /
式1のPaは平均消費電力を表し、Pxは最大消費電力を表し、Pnは最小消費電力を表し、α1及びα2は変数を表す。α1及びα2は、ユーザによって適宜変更されてもよい。α1及びα2は、全てのクラスタで共通であってもよいし、クラスタごとに異なってもよい。全てのクラスタが上記式1を満たす場合、比較判定部33は再度クラスタリングを行う必要がないと判定する。一方、上記式1を満たさないクラスタが1つでもある場合、比較判定部33は再度クラスタリングを行う必要があると判定する。
以下の説明では、全てのクラスタが上記式1を満たす場合には「クラスタ条件を満たす」と称する。
Pa in Equation 1 represents average power consumption, Px represents maximum power consumption, Pn represents minimum power consumption, and α1 and α2 represent variables. α1 and α2 may be appropriately changed by the user. α1 and α2 may be common to all clusters or may be different for each cluster. When all the clusters satisfy the above equation 1, the
In the following description, when all the clusters satisfy the above formula 1, it is referred to as “cluster condition is satisfied”.
図4は、第1の実施形態にかかる機器特徴学習部30の処理の流れを示すフローチャートである。なお、図4の説明では、機器特徴学習部30に学習開始信号が入力されてからの処理について説明する。
高調波使用履歴部31は、所定期間の間、高調波算出部20によって算出された家電の高調波の特徴量を記録する(ステップS101)。また、高調波使用履歴部31は、高調波の特徴量とともに、対象家電の機器名及び消費電力の値を記録する。機器特徴学習部30に学習終了信号が入力されると、高調波使用履歴部31は高調波の特徴量の記録を終了する。その後、クラスタリング部32は、所定期間の間に高調波使用履歴部31に記録された高調波の特徴量をクラスタリングする(ステップS102)。例えば、クラスタリング部32は、高調波の特徴量を1つのクラスタにクラスタリングする。比較判定部33は、クラスタ条件を満たすか否か判定する(ステップS103)。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a process flow of the device
The harmonic
クラスタ条件を満たす場合(ステップS103−YES)、特徴量算出部34はクラスタごとに特徴量を算出する(ステップS104)。例えば、特徴量算出部34は、クラスタごとに特徴量として統計値を算出する。統計値としては、クラスタの中心(重心)や、クラスタの半径や、高調波の特徴量の分布の偏差や、分散や、共分散行列などがある。特徴量算出部34は、算出したクラスタの特徴量を対象家電の動作状態の特徴量として機器特徴DB40に出力する(ステップS105)。機器特徴DB40には、出力されたクラスタの特徴量が対象家電の動作状態の特徴量として記憶される。
一方、ステップS103の処理において、クラスタ条件を満たさない場合(ステップS103−NO)、クラスタリング部32はクラスタ数を増加して高調波の特徴量を再度クラスタリングする(ステップS106)。
When the cluster condition is satisfied (step S103—YES), the feature
On the other hand, if the cluster condition is not satisfied in the process of step S103 (step S103-NO), the
以上のように構成された機器特徴学習部30によれば、所定期間の間に入力された高調波に基づいて、自動的にクラスタリングが行われる。そして、対象家電の動作状態ごとの高調波の特徴量が算出される。したがって、ユーザは、学習開始信号、学習終了信号及び機器名の入力をするだけで良い。そのため、対象家電の動作状態の推定に用いられるデータベースを容易に作成することができる。
According to the device
また、クラスタは、対象家電の動作状態及び消費電力に対応する。そのため、クラスタ内の消費電力の差が大きい場合にはモデル化誤差が大きくなってしまう。その結果、最終的な消費電力の推定精度が低下してしまうことが考えられる。そこで、本実施形態では、クラスタリングの際にモデル化誤差が小さくなるように、上記式1を満たさない場合には、クラスタ数を増加させて再度クラスタリングを実行させる。これにより、より動作状態ごとの分類の精度が向上する。その結果、算出される対象家電の動作状態ごとの高調波の特徴量の精度を高めることができる。 The cluster corresponds to the operating state and power consumption of the target home appliance. Therefore, if the difference in power consumption in the cluster is large, the modeling error becomes large. As a result, it is conceivable that the estimation accuracy of the final power consumption is reduced. Therefore, in the present embodiment, in order to reduce the modeling error during clustering, when the above equation 1 is not satisfied, the number of clusters is increased and clustering is executed again. Thereby, the accuracy of classification for each operation state is further improved. As a result, it is possible to increase the accuracy of the feature quantity of the harmonic for each operation state of the target home appliance that is calculated.
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態にかかる機器特徴学習部30aの構成を表す概略ブロック図である。
図5に示すように、機器特徴学習部30aは、高調波使用履歴部31、クラスタリング部32a、比較判定部33、特徴量算出部34及び尤度評価部35を備える。
第2の実施形態にかかる機器特徴学習部30aは、クラスタリング部32に代えてクラスタリング部32aを備える点、及び、尤度評価部35を新たに備える点で機器特徴学習部30と構成が異なる。機器特徴学習部30aは、他の構成については機器特徴学習部30と同様である。そのため、機器特徴学習部30a全体の説明は省略し、クラスタリング部32a及び尤度評価部35について説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a schematic block diagram showing the configuration of the device
As illustrated in FIG. 5, the device
The device
クラスタリング部32aは、学習終了信号が入力されると、所定期間の間に高調波使用履歴部31に記録された高調波の特徴量をクラスタリングする。また、クラスタリング部32aは、尤度評価部35の判定結果に基づいて、所定期間の間に高調波使用履歴部31に記録された高調波の特徴量を再度クラスタリングする。
When the learning end signal is input, the
尤度評価部35は、算出されたクラスタの特徴量と、高調波使用履歴部31に記録されている高調波の特徴量とに基づいて、高調波の特徴量の、全てのクラスタに対する尤度を算出する。また、尤度評価部35は、情報量基準値を算出する。情報量基準値の算出には、例えばAIC(Akaike’s Information Criterion)やBIC(Bayesian Information Criterion)などの情報量基準が用いられる。
The
尤度評価部35は、尤度の総和もしくは情報量基準値が前回のクラスタ数での値(尤度の総和もしくは情報量基準値)と比較して、変化量が所定の閾値未満である場合には尤度条件を満たしたと判定する。一方、変化量が所定の閾値以上である場合には尤度条件を満たしていないと判定する。この場合、尤度評価部35は、クラスタリング部32aに再度クラスタリングを行うように指示する。
The
図6は、情報量基準によるクラスタ数制御を説明するための図である。
図6において、縦軸は情報量基準値を表し、横軸はクラスタ数を表す。図6に示されるように情報量基準値は、クラスタ数の増加に対して下に凸の形状をとる傾向がある。情報量基準では、情報量基準値が小さいほどモデル(ここでは、クラスタ数)の当てはまりが良い。そのため、クラスタ数の増加前と増加後との情報量基準値の変化量が所定の閾値未満になったクラスタ数(例えば、図6の点203で示されるクラスタ数)に分類した方が結果として動作状態の推定精度を向上させることができる。また、変化量が所定の閾値以上になったクラスタ数では、まだクラスタリングの精度向上の余地があると判断し、クラスタ数を増加させ、変化量が所定の閾値未満になるまでクラスタリングを実行させる。これにより、結果として動作状態の推定精度を向上させることができる。
FIG. 6 is a diagram for explaining the cluster number control based on the information amount criterion.
In FIG. 6, the vertical axis represents the information amount reference value, and the horizontal axis represents the number of clusters. As shown in FIG. 6, the information amount reference value tends to have a downward convex shape as the number of clusters increases. In the information amount standard, the smaller the information amount reference value, the better the model (here, the number of clusters) is applied. Therefore, as a result, the information is classified into the number of clusters (for example, the number of clusters indicated by
図7は、第2の実施形態にかかる機器特徴学習部30aの処理の流れを示すフローチャートである。なお、図4と同様の処理については、図7において図4と同様の符号を付して説明を省略する。また、図7の説明では、機器特徴学習部30aに学習開始信号が入力されてからの処理について説明する。
ステップS104までの処理が終了すると、尤度評価部35は算出されたクラスタの特徴量と、高調波の特徴量とに基づいて、高調波の特徴量の、全てのクラスタに対する尤度を算出する(ステップS201)。全てのクラスタに対して算出された尤度のうち、最も高い尤度をその高調波の特徴量の尤度とする。尤度評価部35は、この処理を全ての高調波の特徴量に対して行うことによって全ての高調波の特徴量の尤度を算出し、尤度の総和を算出する。その後、尤度評価部35は、現時点でのクラスタ数と、尤度の総和と、高調波の特徴量数とに基づいて情報量基準値を算出する(ステップS202)。
FIG. 7 is a flowchart illustrating a process flow of the device
When the processing up to step S104 is completed, the
その後、尤度評価部35は、尤度条件を満たすか否か判定する(ステップS203)。尤度条件を満たす場合(ステップS203−YES)、尤度評価部35はステップS104の処理で算出されたクラスタの特徴量を対象家電の動作状態の特徴量として出力する(ステップS204)。
一方、尤度条件を満たさない場合(ステップS203−NO)、ステップS106以降の処理が実行される。
Thereafter, the
On the other hand, when the likelihood condition is not satisfied (step S203—NO), the processing after step S106 is executed.
以上のように構成された機器特徴学習部30aによれば、全ての高調波の特徴量の、クラスタに対する尤度に基づいて再度クラスタリングを行うか否かが判定される。したがって、第1の実施形態より精度の高いクラスタリングが可能になる。その結果、第1の実施形態と比較して動作状態の推定精度及び消費電力の推定精度を向上させることができる。
また、第2の実施形態は、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
According to the device
Further, the second embodiment can obtain the same effects as those of the first embodiment.
以下、変形例について説明する。
本実施形態では、尤度条件を満たすまで、つまり、前回のクラスタ数での値(尤度の総和もしくは情報量基準値)と比較して、向上した量が所定の閾値未満となるまでクラスタ数を増加する構成を示したが、クラスタ数の上限値を設けるように構成されてもよい。この場合、以下のような処理が行なわれる。特徴量算出部34によって特徴量が算出された後、尤度評価部35は尤度条件が満たされるか否か判定する。尤度条件が満たされなかった場合、尤度評価部35はクラスタ数が、設定された上限値であるか否か判定する。設定された上限値ではなかった場合、尤度評価部35はクラスタリング部32aに再度クラスタリングを行うように指示する。一方、設定された上限値である場合、尤度評価部35は向上した量が所定の閾値以上であっても尤度条件が満たされたと判定する。そして、尤度評価部35は、ステップS104の処理で算出されたクラスタの特徴量を動作状態の特徴量として出力する。
Hereinafter, modified examples will be described.
In the present embodiment, the number of clusters until the likelihood condition is satisfied, that is, until the improved amount becomes less than a predetermined threshold value as compared with the previous value of the number of clusters (total likelihood or information amount reference value). However, it may be configured to provide an upper limit value for the number of clusters. In this case, the following processing is performed. After the feature amount is calculated by the feature
このように構成されることによって、処理時間が長くなってしまうおそれを軽減することができる。具体的には、以下の通りである。クラスタ数を増加する度に、クラスタリングの精度が向上し、その結果として動作状態の推定精度及び消費電力の推定精度が向上させることができる。したがって、向上した量が所定の閾値未満になるまでクラスタ数を増加させることが有効である。しかし、その反面、処理に要する時間が増加してしまうという問題があった。そこで、上述したように、クラスタ数の上限値を設けることによって、クラスタリングの精度が向上させつつ、処理に要する時間が長くなってしまうおそれを軽減することが可能になる。 By being configured in this way, it is possible to reduce the possibility of a long processing time. Specifically, it is as follows. As the number of clusters is increased, the accuracy of clustering is improved, and as a result, the accuracy of estimating the operating state and the accuracy of estimating the power consumption can be improved. Therefore, it is effective to increase the number of clusters until the improved amount is less than a predetermined threshold. However, on the other hand, there is a problem that the time required for processing increases. Therefore, as described above, by setting the upper limit value of the number of clusters, it is possible to improve the accuracy of clustering and reduce the possibility that the time required for processing will become long.
(第3の実施形態)
図8は、第3の実施形態にかかる機器特徴学習部30bの構成を表す概略ブロック図である。
図8に示すように、機器特徴学習部30bは、高調波使用履歴部31b、クラスタリング部32a、比較判定部33、特徴量算出部34、尤度評価部35及びクラスタ予測部36を備える。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a schematic block diagram showing the configuration of the device
As illustrated in FIG. 8, the device
第3の実施形態にかかる機器特徴学習部30bは、高調波使用履歴部31に代えて高調波使用履歴部31bを備える点、及び、クラスタ予測部36を新たに備える点で機器特徴学習部30aと構成が異なる。機器特徴学習部30bは、他の構成については機器特徴学習部30aと同様である。そのため、機器特徴学習部30b全体の説明は省略し、高調波使用履歴部31b及びクラスタ予測部36について説明する。
The device
クラスタ予測部36は、新たに入力された高調波の特徴量と、家電の動作状態ごとの高調波の特徴量、つまりクラスタの特徴量が記憶されている機器特徴DB40とに基づいて、新たに入力された高調波の特徴量が、機器特徴DB40に記憶されているクラスタの特徴量のいずれかに分類されるか否か判定する。
高調波使用履歴部31bは、機器特徴DB40に記憶されているクラスタの特徴量のいずれにも分類されないと判定された高調波の特徴量を所定期間の間記録する。
Based on the newly input harmonic feature quantity and the harmonic feature quantity for each operating state of the home appliance, that is, the
The harmonic usage history unit 31b records, for a predetermined period, the harmonic feature value determined not to be classified as any of the cluster feature values stored in the
図9は、第3の実施形態にかかる機器特徴学習部30bの処理の流れを示すフローチャートである。なお、図7と同様の処理については、図9において図7と同様の符号を付して説明を省略する。また、図7の説明では、機器特徴学習部30に学習開始信号が入力されてからの処理について説明する。
機器特徴学習部30に対して新たに高調波の特徴量が入力されると、クラスタ予測部36は新たに入力された高調波の特徴量が、機器特徴DB40に記憶されているクラスタの特徴量のいずれかに分類されるか否か判定する(ステップS301)。具体的には、まず、クラスタ予測部36は、入力された高調波の特徴量の、機器特徴DB40に記憶されているクラスタの特徴量に対する尤度を算出する。次に、クラスタ予測部36は、算出した尤度の中から最も値の小さい尤度を選択する。そして、クラスタ予測部36は、最も値の小さい尤度が、所定の値未満である場合に機器特徴DB40に記憶されているクラスタの特徴量のいずれにも分類されないと判定する。一方、最も値の小さい尤度が所定の値以上である場合に機器特徴DB40に記憶されているクラスタの特徴量のいずれかに分類されると判定する。
FIG. 9 is a flowchart showing a flow of processing of the device
When a new harmonic feature value is input to the device
判定の結果、新たに入力された高調波の特徴量が、機器特徴DB40に記憶されているクラスタの特徴量のいずれかに分類されると判定された場合(ステップS302−YES)、クラスタ予測部36は新たに入力された高調波の特徴量を破棄する。
一方、新たに入力された高調波の特徴量が、機器特徴DB40に記憶されているクラスタの特徴量のいずれにも分類されないと判定された場合(ステップS302−NO)、ステップS101以降の処理が実行される。
As a result of the determination, when it is determined that the newly input harmonic feature value is classified into one of the cluster feature values stored in the device feature DB 40 (step S302—YES), the
On the other hand, when it is determined that the newly input harmonic feature value is not classified into any of the cluster feature values stored in the device feature DB 40 (step S302—NO), the processing after step S101 is performed. Executed.
以上のように構成された機器特徴学習部30bによれば、新たに入力された高調波の特徴量が、機器特徴DB40に既に記憶されているクラスタの特徴量、つまり家電の高調波の特徴量に関連するか否か判定され、関連しないと判定された場合にのみ新たな家電の高調波の特徴量が動作状態毎に算出されて機器特徴DB40に追加される。すなわち、機器特徴DB40に記憶されていない家電の動作状態ごとの高調波の特徴量のみを機器特徴DB40に記憶させることができる。したがって、機器特徴学習部30に入力された高調波の特徴量から家電の特徴量を算出する必要がない。そのため、データベースを作成する際の処理負荷を軽減することが可能になる。さらに、機器特徴DB40に既に記憶されている高調波の特徴量を新たに記憶させる必要がないため、機器特徴DB40のメモリ量を削減することもできる。
また、第3の実施形態は、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
According to the device
Further, the third embodiment can obtain the same effects as those of the second embodiment.
以下、変形例について説明する。
第3の実施形態は、第2の実施形態と同様に変形されてもよい。
Hereinafter, modified examples will be described.
The third embodiment may be modified in the same manner as the second embodiment.
以下、各実施形態(第1の実施形態〜第3の実施形態)に共通する変形例について説明する。なお、以下の説明では、機器特徴学習部30、機器特徴学習部30a及び機器特徴学習部30bについて特に区別しない場合には機器特徴学習部30と称する。
図10は、変形例にかかる機器消費電力推定装置100aの構成を表す概略ブロック図である。
機器消費電力推定装置100aは、バスで接続されたCPUやメモリや補助記憶装置などを備え、消費電力出力プログラムを実行する。消費電力出力プログラムの実行によって、機器消費電力推定装置100aは、電圧・電流測定部10、高調波算出部20、機器特徴学習部30、機器特徴DB40a、動作状態推定部50、消費電力推定部60、位置情報取得部70を備える装置として機能する。なお、機器消費電力推定装置100aの各機能の全て又は一部は、ASICやPLDやFPGA等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、消費電力出力プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、消費電力出力プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。
Hereinafter, modified examples common to the respective embodiments (first embodiment to third embodiment) will be described. In the following description, the device
FIG. 10 is a schematic block diagram illustrating a configuration of a device power
The device power
変形例にかかる機器消費電力推定装置100aは、機器特徴DB40に代えて機器特徴DB40aを備える点、及び、位置情報取得部70を新たに備える点で機器消費電力推定装置100と構成が異なる。機器消費電力推定装置100aは、他の構成については機器消費電力推定装置100と同様である。そのため、機器消費電力推定装置100a全体の説明は省略し、機器特徴DB40a及び位置情報取得部70について説明する。
The device power
機器特徴DB40aは、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。機器特徴DB40は、機器特徴学習部30によって算出された家電の高調波の特徴量、つまりクラスタの特徴量と、位置情報取得部70によって測定された対象家電の位置情報とを対応付けて記憶している。
位置情報取得部70は、対象家電の位置情報を取得する。
The device feature DB 40a is configured using a storage device such as a magnetic hard disk device or a semiconductor storage device. The
The position
図11は、位置情報取得部70の構成を表す概略ブロック図である。
図11に示すように、位置情報取得部70は、平面位置取得部71、高度取得部72、データ統合部73を備える。
平面位置取得部71は、対象家電の平面位置に関する情報(以下、「平面位置情報」という。)を取得する。平面位置情報は、例えば緯度、経度である。平面位置取得部71は、例えばGPS(Global Positioning System)衛星と通信することによって、対象家電の平面位置情報を取得してもよい。また、平面位置取得部71は、周辺の無線基地局装置との電波強度などから対象家電の相対位置を取得してもよい。また、平面位置取得部71は、ユーザからの入力により対象家電の平面位置情報を取得してもよい。
FIG. 11 is a schematic block diagram illustrating the configuration of the position
As shown in FIG. 11, the position
The plane
高度取得部72は、対象家電が設置されている高さに関する情報(以下、「高度情報」という。)を取得する。例えば、高度取得部72は、気圧計などの測量計により対象家電の高度情報を取得する。また、高度取得部72は、ユーザからの入力により対象家電の高度情報を取得してもよい。
データ統合部73は、高調波の特徴量と、平面位置情報と、高度情報とを一つのデータに統合する。データ統合部73は、統合したデータを機器特徴DB40aに出力する。
The
The
以上のように構成された機器消費電力推定装置100aによれば、対象家電がどの場所に、どのような状態で、どのくらいの電力を消費しているのかを推定できる。したがって、推定結果を画像表示装置などに表示させることにより、ユーザはどの部屋でどの家電が動作しているのかを一目で把握することができる。そのため、きめ細やかなHEMS(Home Energy Management System)制御が可能になる。
また、機器消費電力推定装置100aは、第1の実施形態〜第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。
According to the apparatus power
Moreover, the apparatus power
各実施形態における特徴量算出部34は、クラスタの特徴量を対象家電の動作状態の特徴量として取得する特徴量取得部の一例である。
クラスタリングの際に利用される高調波の特徴量は、全ての次数の高調波の特徴量が用いられてもよいし、1次や3次の高調波のように一部の次数の高調波の特徴量が用いられてもよい。また、クラスタリング部32は、高調波のn個の次数と消費電力をセットにした(2n+1)次元のデータセットに対してクラスタリングを行ってもよい。この場合、クラスタ数を入力する必要があるため、クラスタリング部32は、学習開始時点ではクラスタ数を最小の1としてクラスタを作成する。
The feature
The harmonic feature values used in clustering may be the harmonic feature values of all orders, or the harmonics of some orders such as the first and third harmonics. A feature amount may be used. Further, the
また、クラスタ条件を満たすか否かの判定処理は、消費電力の分布から算出された分散値に基づいて行われてもよい。このように構成される場合、比較判定部33は以下の式2が満たされるか否か判定する。
Further, the determination process of whether or not the cluster condition is satisfied may be performed based on a variance value calculated from the power consumption distribution. When configured in this way, the comparison /
式2のPkはクラスタ内の各高調波の特徴量に対応する消費電力を表し、α3は変数を表す。α3は、ユーザによって適宜変更されてもよい。α3は、全てのクラスタで共通であってもよいし、クラスタごとに異なってもよい。全てのクラスタが上記式2を満たす場合、比較判定部33は再度クラスタリングを行う必要がないと判定する。一方、上記式2を満たさないクラスタが1つでもある場合、比較判定部33は再度クラスタリングを行う必要があると判定する。
P k in Equation 2 represents power consumption corresponding to the feature quantity of each harmonic in the cluster, and α3 represents a variable. α3 may be appropriately changed by the user. α3 may be common to all clusters or may be different for each cluster. When all the clusters satisfy the above formula 2, the
各実施形態では、クラスタ条件を満たすまで、クラスタ数を増加する構成を示したが、クラスタ数の上限値を設けるように構成されてもよい。この場合、以下のような処理が行なわれる。クラスタリング部32によってクラスタリングがなされた後、比較判定部33はクラスタ条件が満たされるか否か判定する。クラスタ条件が満たされなかった場合、比較判定部33はクラスタ数が、設定された上限値であるか否か判定する。設定された上限値ではなかった場合、比較判定部33はクラスタリング部32に再度クラスタリングを行うように指示する。一方、設定された上限値である場合、比較判定部33はその時点のクラスタ数でクラスタ条件が満たされたと判定する。その後、ステップS104以降の処理が実行される。
In each embodiment, the configuration in which the number of clusters is increased until the cluster condition is satisfied, but the upper limit value of the number of clusters may be provided. In this case, the following processing is performed. After clustering is performed by the
このように構成されることによって、処理時間が長くなってしまうおそれを軽減することができる。具体的には、以下の通りである。クラスタ数を増加する度に、クラスタリングの精度が向上し、その結果として動作状態の推定精度及び消費電力の推定精度が向上させることができる。したがって、向上した量が所定の閾値未満になるまでクラスタ数を増加させることが有効である。しかし、その反面、処理に要する時間が増加してしまうという問題があった。そこで、上述したように、クラスタ数の上限値を設けることによって、クラスタリングの精度が向上させつつ、処理に要する時間が長くなってしまうおそれを軽減することが可能になる。 By being configured in this way, it is possible to reduce the possibility of a long processing time. Specifically, it is as follows. As the number of clusters is increased, the accuracy of clustering is improved, and as a result, the accuracy of estimating the operating state and the accuracy of estimating the power consumption can be improved. Therefore, it is effective to increase the number of clusters until the improved amount is less than a predetermined threshold. However, on the other hand, there is a problem that the time required for processing increases. Therefore, as described above, by setting the upper limit value of the number of clusters, it is possible to improve the accuracy of clustering and reduce the possibility that the time required for processing will become long.
各実施形態では、クラスタリング部32、32a(特に区別しない場合には、クラスタリング部32と称する。)が再度クラスタリングを行う際、クラスタ数を1つずつ増加する場合を例に説明したが、増加させるクラスタ数は2つずつでもよいし、状況に応じて適宜変更されてもよい。また、クラスタリング部32は、再度クラスタリングを行う際、クラスタ数を増加させるだけでなく、クラスタリングの初期値を設定して特定のクラスタを分割の対象としてもよい。具体的には、以下の通りである。
In each embodiment, the
2つのクラスタのうち、1つのクラスタがクラスタ条件又は尤度条件を満たさなかった場合、クラスタリング部32は再度クラスタリングを行う際、条件を満たさなかったクラスタに含まれる高調波の特徴量付近に初期値を2つ設定する。その後、クラスタリング部32は再度クラスタリングを行う。クラスタリング部32は、この処理を条件が満たされるまで繰り返し実行する。
このように構成されることによって、条件を満たさなかったクラスタに含まれる高調波の特徴量を精度よくクラスタリングすることができる。すなわち、クラスタリングの精度を向上させることができる。その結果、対象家電の動作状態の推定精度を向上させることができる。
When one of the two clusters does not satisfy the cluster condition or the likelihood condition, the
By being configured in this way, it is possible to cluster the feature quantities of harmonics included in a cluster that does not satisfy the condition with high accuracy. That is, the accuracy of clustering can be improved. As a result, the estimation accuracy of the operation state of the target home appliance can be improved.
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、所定期間の間に記録された対象家電の高調波の特徴量をクラスタリングするクラスタリング部32と、クラスタごとの特徴量を対象家電の動作状態の特徴量として出力する特徴量算出部34とを備える機器特徴学習部30を持つことにより、家電の動作状態の推定に用いられるデータベースを容易に作成することができる。
According to at least one embodiment described above, the
上述した各実施形態の機器消費電力推定装置100及び機器消費電力推定装置100aは、プログラムによって実現されてもよい。機器消費電力推定装置100及び機器消費電力推定装置100aの上記機能を実現するプログラムは、例えば、家庭内等における機器による消費電力を管理するシステムであるHEMSに用いられるサーバ、スマートメータ、スマートタップ、クラウドコンピュータ、その他、消費電力を管理するためのサーバ上で動作してもよい。また、上記のプログラムを非一時的コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより制御処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OS(Operating System)や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
The apparatus power
また、機器消費電力推定装置100及び機器消費電力推定装置100aは、コンピュータプロセッサにロードされて実行された場合に、コンピュータ読み取り可能なインストラクションを含むコンピュータプログラム製品であってよい。この場合、機器消費電力推定装置100及び機器消費電力推定装置100aは、インターネット等の外部のネットワークを介してダウンロードされたプログラムをインストールすることによりソフトウェア的に実現されてもよい。
Moreover, the apparatus power
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…電圧・電流測定部,20…高調波算出部,30、30a、30b…機器特徴学習部,31、31b…高調波使用履歴部,32、32a…クラスタリング部,33…比較判定部,34…特徴量算出部,35…尤度評価部,36…クラスタ予測部,40、40a…機器特徴DB(データベース),50…動作状態推定部,60…消費電力推定部,70…位置情報取得部,71…平面位置取得部,72…高度取得部,73…データ統合部,100、100a…機器消費電力推定装置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
取得された機器の動作状態の特徴量を記憶する機器特徴データベースと、
電流または電力の高調波から取得された高調波の特徴量と、前記機器特徴データベースに記憶された前記機器の動作状態の特徴量とに基づいて前記機器の動作状態を推定する動作状態推定部と、
推定された動作状態に基づいて前記機器の消費電力を推定する消費電力推定部と、
を備える機器消費電力推定装置。 A device feature learning unit that acquires a feature value of an operation state of the device from harmonics of current or power obtained from time-series data of voltage and current measured in the power supply path;
A device feature database for storing feature quantities of the acquired device operating states;
An operation state estimation unit that estimates an operation state of the device based on a harmonic feature amount acquired from a harmonic of current or power and a feature amount of the operation state of the device stored in the device feature database; ,
A power consumption estimation unit that estimates power consumption of the device based on the estimated operating state;
An apparatus power consumption estimation apparatus comprising:
所定期間の間に得られた高調波の特徴量をクラスタリングするクラスタリング部と、
クラスタリングされた前記高調波の特徴量を再度クラスタリングする必要があるか否か判定する比較判定部と、
再度クラスタリングする必要がないと判定された場合に、前記クラスタリングにより分類された高調波の特徴量が含まれるクラスタの特徴量を前記機器の動作状態の特徴量として取得する特徴量取得部と、
を備え、
前記機器特徴データベースは、取得された前記クラスタの特徴量を前記機器の動作状態の特徴量として記憶する、請求項1に記載の機器消費電力推定装置。 The device feature learning unit
A clustering unit for clustering harmonic feature values obtained during a predetermined period;
A comparison / determination unit that determines whether the clustered harmonic feature values need to be clustered again;
When it is determined that it is not necessary to perform clustering again, a feature amount acquisition unit that acquires a feature amount of a cluster including harmonic feature amounts classified by the clustering as a feature amount of the operation state of the device;
With
The device power consumption estimation apparatus according to claim 1, wherein the device feature database stores the acquired feature amount of the cluster as a feature amount of an operation state of the device.
前記比較判定部は、全てのクラスタがクラスタ内の前記高調波の特徴量の消費電力に基づく所定の条件を満たした場合に再度クラスタリングする必要がないと判定し、所定の条件を満たさないクラスタが存在する場合に再度クラスタリングする必要があると判定する、請求項2又は3に記載の機器消費電力推定装置。 The harmonic feature quantity is associated with information on power consumption,
The comparison determination unit determines that it is not necessary to perform clustering again when all the clusters satisfy a predetermined condition based on power consumption of the harmonic feature amount in the cluster, and a cluster that does not satisfy the predetermined condition The apparatus power consumption estimation apparatus according to claim 2, wherein when it exists, it is determined that clustering is necessary again.
取得された前記クラスタの特徴量と、前記クラスタ内の高調波の特徴量とに基づいて、前記高調波の特徴量の、前記クラスタに対する尤度及び情報量基準を算出する尤度評価部をさらに備え、
前記尤度評価部は、算出した尤度もしくは情報量基準の値が、クラスタ数の増加前と増加後とで所定の閾値未満変化した場合に再度クラスタリングする必要がないと判定し、所定の閾値以上変化した場合に再度クラスタリングする必要があると判定する、請求項2から4のいずれか1項に記載の機器消費電力推定装置。 The device feature learning unit
A likelihood evaluation unit for calculating a likelihood and an information criterion for the cluster of the harmonic feature quantity based on the acquired cluster feature quantity and the harmonic feature quantity in the cluster; Prepared,
The likelihood evaluation unit determines that it is not necessary to perform clustering again when the calculated likelihood or information amount reference value changes by less than a predetermined threshold before and after the increase in the number of clusters, and the predetermined threshold The apparatus power consumption estimation apparatus of any one of Claim 2 to 4 which determines with the need to cluster again when it changes above.
新たに得られた高調波の特徴量が、前記機器特徴データベースに記憶されている前記クラスタの特徴量のいずれかに分類されるか否か判定するクラスタ予測部をさらに備え、
前記クラスタ予測部は、新たに得られた高調波の特徴量の、前記機器特徴データベースに記憶されている前記クラスタの特徴量に対する尤度を算出し、最も尤度の小さい値が所定の値未満である場合に前記機器特徴データベースに記憶されている前記クラスタの特徴量のいずれにも分類されないと判定し、最も尤度の小さい値が所定の値以上である場合に前記機器特徴データベースに記憶されている前記クラスタの特徴量のいずれかに分類されると判定する、請求項2から5のいずれか1項に記載の機器消費電力推定装置。 The device feature learning unit
A cluster prediction unit for determining whether or not the newly obtained harmonic feature quantity is classified into any of the cluster feature quantities stored in the device feature database;
The cluster predicting unit calculates the likelihood of the newly obtained harmonic feature quantity with respect to the cluster feature quantity stored in the device feature database, and the smallest likelihood value is less than a predetermined value Is determined not to be classified into any of the cluster feature values stored in the device feature database, and is stored in the device feature database when the smallest likelihood value is equal to or greater than a predetermined value. The apparatus power consumption estimation apparatus according to claim 2, wherein the apparatus power consumption estimation apparatus determines that it is classified into one of the feature quantities of the cluster.
前記機器特徴データベースは、前記機器の動作状態の特徴量であるクラスタの特徴量と前記機器の位置情報とを対応付けて記憶する、請求項2から6のいずれか1項に記載の機器消費電力推定装置。 A position information acquisition unit for acquiring position information of the device;
The device power consumption according to any one of claims 2 to 6, wherein the device feature database stores a cluster feature amount, which is a feature amount of the operation state of the device, and position information of the device in association with each other. Estimating device.
取得された機器の動作状態の特徴量を機器特徴データベースに記憶させる記録ステップと、
電流または電力の高調波から取得された高調波の特徴量と、前記機器特徴データベースに記憶された前記機器の動作状態の特徴量とに基づいて前記機器の動作状態を推定する動作状態推定ステップと、
推定された動作状態に基づいて前記機器の消費電力を推定する消費電力推定ステップと、
をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。 A device feature learning step for acquiring a feature value of the operating state of the device from harmonics of current or power obtained from time-series data of voltage and current measured in the power supply path;
A recording step of storing the acquired feature quantity of the operation state of the device in the device feature database;
An operation state estimation step for estimating an operation state of the device based on a feature amount of a harmonic acquired from a harmonic of current or power and a feature amount of the operation state of the device stored in the device feature database; ,
A power consumption estimation step of estimating the power consumption of the device based on the estimated operating state;
A computer program for causing a computer to execute.
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- 2014-07-10 JP JP2014142540A patent/JP2016017917A/en active Pending
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