JP5347027B2 - 負荷の過渡的現象を分析することによって、施設の消費電力を非侵入的に決定する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、負荷の過渡的現象を分析することによって、施設の消費電力を非侵入的に決定する方法および装置に関する。

現在、交流グリッドが供給し顧客である加入者の施設が消費する電力およびこれに相当する消費電力は、その施設の物理的なパラメータ（例えば、供給電圧、供給電流の強度、供給電流と供給電圧との間の位相のずれなど）を直接測定することによって決定される。

通常、電子モジュールを用いると、上記電圧、電流、および位相のずれの値に基づいて有効消費電力または無効消費電力を算出し、さらに、連続する電力値をある任意の期間にわたって積分することによって消費された電気エネルギーを算出することができるようになる。

前記の電子モジュールは、例えば電子メータなどのメータに設置されていることがもっとも多く、さらに、前記の測定値および／または最終的に消費された電力またはエネルギー値を送信する場合もある。

これらのメータは一定のニーズを満たすには十分である。

しかしながら、上記メータには、電子モジュールをメータそのものに設置しなければならず、したがって、加入者個人が所有する敷地、つまり、通常は加入者の居宅の中に設置しなければならないという短所がある。

電力またはエネルギーの測定および計測を加入者個人が所有する敷地の外で実施するために、さまざまな研究開発が提案されている。

例えば、ある技術によれば、電気器具の非侵入型モニタリング（“ＮＩＡＬＭ”、Ｎｏｎ−Ｉｎｔｒｕｓｉｖｅ Ａｐｐｌｉａｎｃｅ Ｌｏａｄ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）として知られている非侵入型プロセスを採用することを視野に入れ、加入者の施設の支線上のメータまたはこのメータの上流のいずれかにおいて施設の負荷曲線全体を分析することによって、加入者個人が所有する敷地の外で供給電圧および供給電流の測定を実施する。

この非侵入型プロセスは、エネルギーコストの予想、ネットワークの開発、および消費の削減という課題に直面している電気エネルギーの供給者、配電業者、および消費者にとって明らかに利点がある。

上記ＮＩＡＬＭプロセスはある程度の非侵入性を示しており、このような例としては、特許文献１に記載された電気器具の自動式学習ステップを備えたＮＩＡＬＭプロセスや、特許文献２などに記載された電気器具の手動式学習ステップを備えたＮＩＡＬＭプロセスなどがあげられる。

手動式のＮＩＡＬＭプロセスは、電気器具の消費の特徴量（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）が異なる消費状態において収集されるので、自動式のＮＩＡＬＭプロセスに比べて精度が高いことがわかっている。

ただし、この半侵入性は、加入者にとっては迷惑であり、電気エネルギーの配電業者または供給者にとっては魅力がない。

手動式のＮＩＡＬＭプロセスの場合には、各電気器具の電流センサから、電気を受け取る電気器具のライブラリが作製される。

自動式のＮＩＡＬＭプロセスの場合には、電気を受け取る電気器具のライブラリがメータにおいて測定される電力に基づいて作製され、時間の経過と共に更新される。

上記ライブラリを用いれば、各電気器具およびその消費量を実際に特定することが可能になり、また、これらの電気器具の使用状況、または各電気器具を所有する加入者の使用習慣もしくは消費習慣の特定につながる研究開発が促進される。

このように、使用状況を特定するために、各種手法が提案されている。

・一例としては、特許文献３に記載された、電流の強度の変化の検出に基づく方法があげられる。この変化は、内部負荷の現象、接続、または接続切断を表わす閾値と比較される。ライブラリには各種閾値が列挙されている。

・別の例としては、特許文献１に記載された、定常状態にある施設の、有効電力および無効電力および／またはアドミタンスの変化の測定を利用する方法があげられる。ライブラリに記憶された、市販されている各種電気器具の参照表との比較が実施される。

・さらに別の例としては、特許文献４に記載された、基本周波数およびその高調波周波数における電流の測定を利用する方法があげられる。各電気器具は、自身が生成する高調波周波数によって（周波数変換ＦＦＴを用いて）特定され、ライブラリにおいてグループ化されている。電気器具の動作は、全体の電流を構成するもっとも高い高調波周波数の存在を検証することによって実際の値で評価される。

・さらに別の例としては、特許文献２に記載された、過渡的状態にある施設の有効電力および無効電力の測定を利用する方法があげられる。過渡的現象の波形がデータベースと比較され、負荷が検出される。

・さらに別の例としては、特許文献５および特許文献６に記載された、電気グリッドに接続された電気器具から放射する起動時のＨＦパルスを利用する方法があげられる。この手法では、必要に応じて、ＨＦ信号を公的ネットワークに放射させるための装置、またはＨＦ信号を増幅するための受信器もしくはリピータ（ｒｅｐｅａｔｅｒ）を、検出しようとする各電気器具に設置しなければならない。非侵入型であるは記載されてはいるが、この手法では、特定装置を最初に設置する際に、電気器具のオン／オフを何度か次々に切り換えることが必要である。

・さらに別の例としては、特許文献７に記載された、施設内の各負荷のインピーダンスの経時的な変化を決定するために電流および電圧について実施される測定に基づく方法があげられる。しかし、このプロセスは依然侵入型である。メータのバルクストレージ部品は、従業員が周期的に取り換えなければならない。

米国特許第４８５８１４１号明細書 米国特許第５４８３１５３号明細書 仏国特許出願第２６４５９６８号明細書 米国特許第６８１６０７８号明細書 欧州特許第１１３６８２９号明細書 米国特許第７０７８９８２号明細書 国際特許出願第９３／０４３７７号明細書

ウィンボフア、タパンＫ.サーカー（シラキュース大学（シラキュースNY 13344-1240）電気情報工学科）（"Yingbo Hua and Tapan K. Sarkar, members of the Department of Electrical and Computer Engineering, Syracuse University, Syracuse, NY 13344-1240"）,「ＥＭシステムの極をその遷移応答から抽出する一般的なペンシル法（"Generalized Pencil-of-Function Method for Extracting Poles of an EM System from its Transient Response"）」,IEEEアンテナ伝播("IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION"), Vol.37, No. 3, 1989年２月, p 229-234 ジョースエンリークフェルナンデスデルリオ、タパンＫ.サーカー（シラキュース大学電気情報工学科（121リンクホール,シラキュースNY 13344-1240））("Jose Enrique Fernandez del Rio and Tapan K. Sarkar, Department of Electrical and Computer Engineering, 121 Link Hall, Syracuse University, Syracuse, New York 13244-1240"),高分解能スペクトル評価における行列ペンシル法とフーリエ変換技術との比較（"Comparison between the Matrix Pencil Method and the Fourier Transform Technique for High Resolution Spectral Estimation"）,デジタル信号処理６（"Digital Signal Processing 6"）,108-125 (1996) Article No. 0011

前記のどのプロセスにもある程度の侵入性がともなっており、この侵入性は、多数の家庭内電気器具によって示されるような広い範囲の普及とは相容れない。

前記のプロセスは、純粋な正弦電圧を供給するグリッドとの互換性を保つことに関連するパラメータおよび量（例えば皮相電力、無効電力、有効電力、電流の実効値、電圧の実効値など）を利用する。したがって、前記のプロセスは、基本成分に重畳する電気的攪乱およびノイズを発生させる電子機器をどんどんたくさん広い範囲で普及させるには不向きであり、加入者の施設においてうまく機能しなくなる。

当業者にとってもっともよく知られた前記のプロセスは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）型の周波数処理を利用して信号を分析している。

このタイプの処理を実施するには、処理中の信号の各種成分（つまり５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの基本周波数および高調波周波数）を効果的に識別し、基本成分に重畳しているノイズ成分を十分に処理するために、処理中の信号を観測する比較的大きな観測窓が必要である。

フーリエ変換型の周波数変換を利用する純粋な周波数分析である上記方法とともに、可変電磁界にさらされるシステムのリアルタイムで伝送される応答を分析する、その他の理論的方法も提案されている。

リフレクタの応答性または平面波によって伝播すると考えられる電磁波によって励起したアンテナの応答性の研究を本来の目的として開発された、ペンシル法と呼ばれる特殊な方法が提案された。この方法を利用すると、一般化した固有値問題を解くことによって、放射する電磁励起に対する対象物の過渡的な応答および恒久的な応答から、前記の応答の極および留数を決定することが可能になる。

上記のペンシル法を導電しているワイヤによって形成された対象に適用した場合の理論的アプローチの説明については、非特許文献１を参照すればよい。

さらにその後に発表された、フーリエ変換などの周波数処理法とペンシル法とをスペクトルの解像度の性能について比較した研究（非特許文献２）によると、信号対雑音比がある閾値を超えた場合には、推定値の分散および２乗平均平方根誤差についてはペンシル法の方がフーリエ変換を用いた周波数処理法より優れていることが示された。

本発明は、負荷の過渡的現象をペンシル法によって分析することによって、施設の消費電力を非侵入的に決定する方法および装置の実施態様に関する。なお、この施設は、送電グリッドによって電磁気的な励起の信号の形態で供給される電気エネルギーの一部および／またはすべてを吸収する、経時的に可変な応答特性を有する１つ以上の負荷と等価であると仮定する。

本発明に係る、加入者の施設によって消費される電力を非侵入的に決定する方法は、消費信号を取得するために、供給電圧の値および上記施設に供給される電流の強度値の周期的なサンプリングに基づいて実行される。

なお、本発明に係る方法は、消費信号のサンプリング値に基づいて、少なくとも、連続する複数の観測時間窓において、これらのサンプリング値をグループ化し、消費信号の極と留数との集合を、個々の連続する電流の観測時間窓においてペンシル法によって識別することを包含することを特徴とする。この極と留数との集合は、電流観測窓に関して、施設において実行されるペンシル法によって得られる少なくとも１つの特異値に関連している規定された極と留数とを少なくとも含む、個々の電気的負荷の特徴量の組み合わせを表わす。本発明に係る方法は、少なくとも上記電流観測窓において、少なくとも、上記施設において作動中の電気的負荷の少なくとも一部によって消費される有効電力を、該極と留数とを関連付けている消費電力の関数に従う独立した一部の電気的負荷の各々によって消費される有効電力の合計値として算出することをさらに包含することを特徴とする。

また、本発明に係る方法は、上記有効電力について、上記電力関数が次式で表わされる関係を満たすことをさらに特徴とする。

上式において、
Ｐは特徴量（Ｓ_ｉ、Ｒ_ｉ、ＳＧ_ｉ）の互いに独立した電気的負荷Ｃ_ｉの集合によって消費される有効電力を示し、
Ｓ_ＣｉおよびＲ_Ｃｉは、サンプリングされた上記施設への供給電流の極および対応する留数を示し、
Ｓ_ｖｉ’およびＲ_Ｖｉ’は、サンプリングされた上記施設への供給電圧の極および対応する留数を示し、
ＳＧ_ｉは上記特異値を示し、
ｔ_ｋｄはランクｋの観測窓の開始時刻を示し、
Δｔはこの観測窓の時間的な長さを示し、
ｓｉｎｈ ｃ（Ｘ）は値Ｘの基数部（ｃａｒｄｉｎａｌ）の双曲線正弦関数、つまり

であり、
Ｍはサンプリングされた上記施設への供給電流の観測された極および留数の個数を示し、
Ｍ’はサンプリングされた上記施設への供給電圧の観測された極および留数の個数を示す。

本発明に係る方法は、上記消費信号を取得するためのサンプリング周波数と各観測窓の時間的な長さΔｔとが、次式で表わされる関係によって関連付けられていることをさらに特徴とする。

上式において、
Ｎｅｍは各観測窓の間のサンプル値の最小の個数を示し、
Ｎｃは加入者の施設の互いに独立した電気的負荷の観測された個数を示し、
ｎｃｉは着目している電気的負荷の極の個数を示し、
Ｈは供給電圧の基本周波数の高調波成分の個数を示す。

本発明に係る方法は、負荷の接続／接続切断の自由領域（ｆｒｅｅ ｒｅｇｉｍｅ）と強制領域（ｆｏｒｃｅｄ ｒｅｇｉｍｅ）の開始部とを含めた消費信号の観測窓について、純抵抗性負荷の接続／切断は、固有の強制領域と、上記観測窓について、実数部が０に等しい２つの共役複素極および２つの共役複素留数が強制領域において存在することと、強制領域における留数のゼロ位相とによって示され、抵抗性および容量性を有する負荷の接続／切断は、独立した自由領域および独立した強制領域と、上記観測窓について、実数部が０に等しい２つの共役複素極および実数部が０に等しい２つの共役複素留数が強制領域において存在することと、自由領域における実数極および留数とによって示され、強制領域における留数の負の位相は全容量性負荷を示し、抵抗性および誘導性を有する負荷の接続／切断は、独立した自由領域および独立した強制領域と、上記観測窓について、実数部が０に等しい２つの共役複素極および２つの共役複素留数が強制領域において存在することと、自由領域における実数極および複素留数とによって示され、留数の正の位相は全誘導性負荷を示すことをさらに特徴とする。

最後に、本発明に係る方法は、負荷の接続／接続切断の自由領域と強制領域の開始部とを含めた消費信号の観測窓について、抵抗性、誘起性、および容量性を有する負荷の接続／接続切断は、独立した強制領域および独立した自由領域と、実数部が０に等しい２つの共役複素極および２つの共役複素留数が強制領域において存在することと、２つの共役複素極および２つの共役複素留数が自由領域において存在することとによって示され、強制領域における留数の負の位相は全容量性負荷を示し、強制領域における留数の正の位相は全誘導性負荷を示すことを特徴とする。

本発明に係る、加入者の施設によって消費される電力を非侵入的に決定する装置は、消費信号を取得するために、供給電圧の値および上記施設に供給される電流の強度値の周期的なサンプリングを実施するための手段を少なくとも備える。

本発明に係る装置は、供給される瞬間的な電力、供給される供給電圧の値のサンプリング値と供給される電流の強度値のサンプリング値との積を算出するための少なくとも１つのモジュール（ただし、上記消費信号は、供給される供給電圧、供給される電流の強度、または供給される瞬間的な電力のうちの少なくとも１つのサンプリング値を表わしている）と、少なくとも１つの観測窓において該消費信号の連続する値を記憶し読み取るための手段と、個々の電気的負荷について上記施設において実行されるペンシル法によって得られる少なくとも１つの特異値に関連する少なくとも極と留数とを含む複数の特徴量の組み合わせを表わす、極と留数との集合を少なくとも１つの電流観測窓において識別するために、この窓において消費信号に対してペンシル法を用いてフィルタリングによる処理を適用するための手段と、この複数の特徴量の組み合わせを時間的に追跡し、少なくとも上記電流観測窓において、少なくとも、上記施設において作動中の電気的負荷の少なくとも一部によって消費される有効電力を、該極と留数とを関連付けている消費電力関数に従う独立した一部の電気的負荷の各々によって消費される有効電力の合計値として算出するための追跡算出モジュールとを、さらに備えていることを特徴とする。

本発明に係る装置は、複数の特徴量の組み合わせを時間的に追跡し、少なくとも、電気的負荷の少なくとも一部によって消費される有効電力を算出する上記追跡算出モジュールが、少なくとも、電気的負荷の接続状態／切断状態の変化を検出するためのモジュールと、接続しているおよび／または切断している電気的負荷を、電気的負荷の特徴量から特定するためのモジュールと、特徴量と関連して特定される電気的負荷のライブラリモジュールと、加入者の使用による消費使用量を特定し、少なくとも有効電力の消費量を算出するためのモジュールとを備えていることをさらに特徴とする。

本発明に係る方法および装置は、電気器具を備えた家庭用または工業用施設の非侵入性な管理、消費電気エネルギーのメータの製造、一般的には、ユーザの電気施設の監視およびモニタリングに対して適用可能である。

本発明に係る方法および装置は、以下の記載を読み、図面を参照することによってよりよく理解できる。なお、図２ａ〜図２ｃに記載されている花文字のＳは、本明細書中のσに相当することを述べておく。

図１ａは一例を図示したものに外ならず、本発明に係る方法の実施態様の重要なステップのフローチャートを示している。 図１ｂは一例を図示したものであって、本発明に係る方法の非限定的な好適な実施形態を示している。この実施形態では、電圧信号および／または電流信号のサンプリング周波数との関連において、観測窓の時間的な長さを具体的に選択することが可能である。 図２ａは一例を図示したものに外ならず、加入者の施設において、観測した負荷の特徴量を取得するステップを適用する非限定的な例を示している。 図２ｂは一例を図示したものに外ならず、電気的負荷をその特徴量から特定するためのステップの実施態様の非限定的な例を示している。 図２ｃは一例を図示したものに外ならず、特徴量の識別に基づいて各負荷の作動／作動停止をそれぞれモニタリングするステップの実行を適用する非限定的な例を示している。 図３ａは一例を図示したものに外ならず、本発明に係る方法を上記のような施設に対して実施する様子を示すために、任意の加入者の施設の電気回路図を示している。 図３ｂは一例を図示したものであり、図３ｂのタイムチャートにしたがって、図３ａに示した施設の負荷を、スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、およびＴ４の動作によって切り換える操作について、測定した電流の強度値を示している。 図３ｃは、図３ｂに示した施設の負荷の切り換え時にペンシル法によって見つけられる特異値の分布および対応する時間的な追跡を示している。 図３ｄは、図３ｂに示した施設の負荷の切り換えについて、極の実数値および対応する虚数値を時間的に追跡したタイミング図を示す。 図３ｅは、図３ｂに示した施設の負荷の切り換えについて、極の実数値および対応する虚数値を時間的に追跡したタイミング図を示す。 図３ｆは、図３ｂに示した施設の負荷の切り換えについて、強制領域および対応する自由領域に関連付けられている留数を時間的に追跡したタイミング図を示す。 図３ｇは、図３ｂに示した施設の負荷の切り換えについて、強制領域および対応する自由領域に関連付けられている留数を時間的に追跡したタイミング図を示す。 図４ａは一例を図示したものであって、本発明に係る、施設における消費電力を非侵入的に決定するための装置の機能図をブロック図の形態で示す。 図４ｂは一例を図示したものであって、本発明に係る、施設における消費電力を非侵入的に決定するための装置の機能図をブロック図の形態で示す。

施設によって消費される電力を、負荷の過渡的現象を分析することによって非侵入的に決定するための方法の実施態様のステップの詳細な説明を、本発明にしたがって、図１ａおよびその他の図面を参照しながら以下に記す。本発明に係る方法および装置の非侵入性の実施態様は、加入者の任意のメータの下流、および／または該メータの内、または該メータの上流のいずれにおいても、どの加入者の施設の動作に対しても透過的である実施態様の実施として理解してよい。

前記の図１ａを参照して加入者の施設、つまり家庭用または工業用施設を考える。このような施設では、供給電圧の値および上記施設に供給される電流の強度値が周期的なサンプリングによって得られ、消費信号が取得できる。図１ａでは、電圧Ｖ_ｘおよび供給電流の強度Ｉ_ｘのサンプリング値が、関係式（１）にしたがって指定されている。

．．．（１）

この関係式において、ｘは前記の値の連続するサンプリングのランクを示し、ＫＮは、Ｎ個のサンプル値をそれぞれが有する、Ｋ個の連続するサンプリング窓におけるサンプリングランクの任意の最終値を示し、ｆｅは前記の値のサンプリング周波数を示す。

本発明に係る方法の特筆すべき態様によれば、該方法は、ステップＡでは、消費信号のサンプリング値から始めて、連続する複数の観測時間窓において前記のサンプリング値をグループ化することを包含する。

図１ａのステップＡでは、対応する動作は関係式（２）によって指定される。

．．．（２）

「対応する動作」とは、サンプリング値のどの集合も実際にはさらに分割されると、これらのサンプリング値の観測窓を構成する、サンプリング値の複数のサブセットを形成することを意味している。なお、ここで、ｋは観測窓のランクを示し、ｊは着目しているランクｋの観測窓における、供給電圧および対応する供給電流のサンプリング値のランクを示す。また、Ｋは最後に採用される観測窓ランクの最終値を示し、Ｎは着目しているランクｋの各観測窓における、電圧および対応する電流の最後のサンプル値のランクの最終値を示す。

一般に、従来の様態では、供給電圧および対応する供給電流の値の連続するサンプル値のグループ化は、供給電圧のサンプル値および供給電流の値をメモリにおいて選択的に読み取り・書き込みアドレシングすることによって実施可能であると言われている。

このようにして得られた連続する観測窓は、好適には、カバーリング（ｃｏｖｅｒｉｎｇ）を有しない窓を形成し、重み付けテンプレートの適用および／またはサンプル値の観測は不必要である。

供給電圧値および対応する供給電流値の連続するＮ個のサンプル値によって形成される各観測窓は、サンプル値の個数Ｎに比例する、観測の時間的な長さΔｔに対応する。

前記のグループ化ステップＡにつづいて、連続するランクｋの中から、少なくとも、消費信号のＳ_ｉで表わされる極とＲ_ｉで表わされる留数との集合を、個々の電流の観測時間窓においてペンシル法によって識別することを包含するステップＢが実行される。

図１ａに示したステップＢにおいて、極および留数の識別動作は、関係式（３）、つまりペンシル法によって指定される。

．．．（３）

上記関係式（３）において、Ｐは、データ処理をサンプル値に適用することによってペンシル法を適用することを示す。また、

は、Ｎ個のサンプル値のランクｋの各観測窓を示す。

は、着目しているランクｋの観測窓においてペンシル法によって見つけられる、観測された極Ｓ_ｉ、留数Ｒ_ｉ、および特異値ＳＧ_ｉの集合を示す。

本発明に係る方法の特筆すべき態様によれば、前記の極、留数、および特異値の集合は、着目しているランクｋの電流観測窓について、互いに独立した電気的負荷Ｃ_ｉの複数の特徴量σ_ｉの組み合わせを表わしている。

なお、本発明に係る方法の特定の非限定的な態様によれば、後ほど説明するように、任意の電気的負荷Ｃ_ｉの極Ｓ_ｉ、留数Ｒ_ｉ、および特異値ＳＧ_ｉは、施設に供給されて消費信号を形成する電流、電圧、または瞬間的な電力の成分のうちの少なくとも１つについて算出される。

各特徴量σ_ｉには、少なくとも、負荷および施設内におけるそのオン・オフ切り換えを表わす少なくとも１つの特異値ＳＧ_ｉに関連する、規定された極Ｓ_ｉおよび留数Ｒ_ｉが含められる。

こうすることによって、各特徴量σ_ｉが、極、留数、および特異値を表わす数値のトリプレットによって形成され、記号σ_ｉ（Ｓ_ｉ、Ｒ_ｉ、ＳＧ_ｉ）によって表記される。

ステップＢにつづいて、少なくとも前記の電流観測窓の間の消費電力を算出することを包含するステップＣが実行される。

本発明に係る方法の非限定的で好適な実施形態によれば、前記の電力算出は、少なくとも、上記施設において作動中の電気的負荷の少なくとも１つの下位集合によって消費される有効電力について、無効電力について、または最後に任意のタイプの消費電力について実施可能であることが理解されるはずである。

本発明に係る方法の特筆すべき態様によれば、電気的負荷の少なくとも１つの下位集合によって消費される電力の算出は、上記極と留数とを関連付けている消費電力関数に従う独立した一部の電気的負荷の各々によって消費される電力の合計値として求められる。

図１ａに示したステップＣにおいて、また、消費される有効電力の非限定的な例として、電力関数は関係式（４）を満たす。

．．．（４）

上式において、Ｐは特徴量（Ｓ_ｉ、Ｒ_ｉ、ＳＧ_ｉ）の互いに独立した電気的負荷Ｃ_ｉの集合によって消費される有効電力を示し、Ｓ_ＣｉおよびＲ_Ｃｉは、サンプリングされた上記施設への供給電流の極および対応する留数を示し、Ｓ_ｖｉ’およびＲ_Ｖｉ’は、サンプリングされた上記施設への供給電圧の極および対応する留数を示し、ｔ_ｋｄはランクｋの観測窓の開始時刻を示し、Δｔはこの観測窓の時間的な長さを示し、ｓｉｎｈ ｃ（Ｘ）は値Ｘの基数部の双曲線正弦関数、つまり、

であり、Ｍはサンプリングされた上記施設への供給電流の観測された極および留数の個数を示し、Ｍ’はサンプリングされた上記施設への供給電圧の観測された極および留数の個数を示す。したがって、関係式（４）は、上記観測窓における電力関数を表わしている。

次に、本発明に係る方法の適用を可能にする、さまざまな理論的定性的プロセスの正当性について記載する。

一般に、消費信号は、施設に供給される電圧および／または電流の、サンプリング値の集合によって形成され、必要に応じて、施設に供給される電圧および対応する電流のサンプリング値の積またはこれらの値の組み合わせにおおよそ対応する瞬間的な電力の値で補充される。詳細については後ほど説明する。

データ処理を前記の値に適用することによってペンシル法を実施すると、ＳＶＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）と称される方法による変換に基づいてハンケルマトリクスが算出される。

このようにして見つけられた極Ｓ_ｉは、消費信号に対する負荷の時間的な応答性への寄与を表わしている。

留数Ｒ_ｉは、消費信号に対する負荷の、エネルギーの交換または吸収における応答性への寄与を表わしている。

特異値ＳＧ_ｉは、施設の負荷の接続／切断（全体的でも部分的でもよい）によって発生する、ある消費状態から別の状態への遷移を表わしている。前記の特異値は、ペンシル法適用の時にはハンケルマトリクスの固有値の特定に直接リンクしている。

サンプリング値の各観測窓について、さらに一般的には消費信号の各観測窓について、対応する特異値の集合が存在する。

全体的または部分的な負荷の切り換えが存在しなければ、定常状態において特異値は同じ値を有するので、特異値の変化は消費信号の変化または遷移を表わしている。

特異値の跳ね（ｂｏｕｎｃｉｎｇ）は、極Ｓ_ｉの値にリンクしている。

１つの観測窓または連続する複数の観測窓における特異値の出現は、施設の１つ以上の負荷を同時またはばらばらに切り換える際に、施設によって消費される電流の強度の領域における変化におおよそ同期している。

最後に、極および留数を識別することによって、作動中の負荷のタイプ（抵抗性を有する負荷か、容量性を有する負荷か、または誘起性を有する負荷か）を識別することが可能になる。詳細については後ほど説明する。

さらに具体的には、本発明に係る方法の実施態様および周波数ω、周期Ｔのおおよそ周期的な供給電圧の場合には、ランクｋの個々の電流観測窓の時間的な長さΔｔが周期Ｔに等しいとしてかまわない、と表現することもできる。

観測窓を時間的な長さをこのように選択することは、必ずしも必要ではない。ただし、観測の粒状性という観点（ｇｒａｎｕｌａｒ ｓｔａｎｄｐｏｉｎｔ）からは、この選択をすることによって、言うなれば、グリッドまたは施設および負荷が初期の状態に戻るのである。

さらに一般的には、各観測窓の時間的な長さを、関係式（５）にしたがって、サンプリング周波数ｆｅを考慮して選択することができる。

．．．（５）

上記関係式において、ｆｅはサンプリング周波数を示し、Ｎｅｍは各観測窓の間のサンプル値の最小の個数を示し、Ｎｃは加入者の施設の互いに独立した電気的負荷Ｃ_ｉの観測された個数を示し、ｎｃｉは着目している電気的負荷Ｃ_ｉの極の個数を示し、Ｈは供給電圧の基本周波数の高調波成分の個数を示す。図１ｂを参照すると、時間的な長さΔｔの選択は、例えば、サブステップＡ_１の間は前記の関係式に基づいて実施し、次のサブステップＡ_２においては対応するグループの実行に基づいて実施可能である。そして、ステップＢとステップＣとが連続して実施されればよい。

次に、本発明の方法によって、特徴量を識別および取得するステップ、互いに独立した電気的負荷の下位集合を構成する電気的負荷を特定するステップ、および独立した各負荷のオン／オフをモニタリングするステップについて、それぞれ図２ａ、図２ｂ、および図２ｃを参照しながらさらに詳細に説明する。

一般に、これらのステップは、これらの数値を並び替えるためのプログラムによって、留数、極、および特異値を表わす数値に対して実行されると言ってもかまわない。この過程の一般的なフローチャートは前記の図面に示されているが、いずれも一例を図示したものに外ならない。

図２ａを参照すると、消費信号の極および留数の集合を識別することを包含するステップに続いて、本発明に係る方法は、特異値ＳＧ_ｉが関連付けられている極Ｓ_ｉおよび留数Ｒ_ｉのペアによって形成される特徴量σ_ｉ（Ｓ_ｉ、Ｒ_ｉ、ＳＧ_ｉ）を識別および取得するステップを包含する。

次に、観測窓において作動中の電気的負荷Ｃ_ｉを特定し、これに対応して独立した各負荷のオン／オフをモニタリングするために、特徴量σ_ｉを識別および取得するステップの適用を可能にするプロセスについて、それぞれ図２ａ、図２ｂ、および図２ｃを参照しながらさらに詳細に記載する。

図２ａを参照すると、消費信号の極Ｓ_ｉおよび留数Ｒ_ｉの集合を識別することを包含するステップに続いて、特徴量σ_ｉを識別および取得するステップは、前記の図面に図示されたプロセスにしたがって、トリプレット

に基づいて説明可能である。

このトリプレットの集合は例えば一覧表の形態で記憶されており、ステップ１００では、記号を用いて示す関係式（６）にしたがって記憶された特異値ＳＧ_ｉの集合の中の、利用可能な各特異値ＳＧ_ｉを読み取る。

．．．（６）

テスト１００の結果がＹｅｓ（＋）であれば、つまり特異値ＳＧ_ｉを読み取るためには、ステップ１０１において、トリプレット（Ｓ_ｉ、Ｒ_ｉ、ＳＧ_ｉ）に、Ｓ_ｉと称されるコードを特定する、対応する特徴量が付与される。

本プロセスは、読み取りが済んでいない特異値ＳＧ_ｉが残っている限り、ステップ１０２を介してステップ１００に戻って、指数ｌ＋１を有する次の特異値について繰り返される。

逆に、ステップ１００における読み取りテストの結果がＮｏ（−）であれば、特異値の集合を読み取るプロセスは中断され、ステップ１０３では、着目している施設において全体的または部分的なオン／オフによって出現する可能性がある電気的負荷Ｃ_ｉの特徴量σ_ｉの集合が得られる。

こうすることによって、後ほど説明するように、これらの特徴量の集合を、記憶メモリまたは特徴量ライブラリに記憶することができる。

図２ｂを参照すると、上記特徴量を取得するステップにつづいて、好適には、少なくとも１つの観測窓において作動中の互いに独立した電気的負荷の下位集合全体を構成する電気的負荷を特定するステップが実施される。特に、着目している施設の電気的負荷の集合の全体または一部が、施設の各電気的負荷がユーザの所望にのみに応じて個々にオンまたはオフされることによって、同時またはばらばらにオンされる可能性があることがわかる。

したがって、図２ｂを参照すると、記憶された特徴量、さらに当然のことながらトリプレット（極、留数、およびこれらに関連する特異値）の集合からスタートしてステップ２００に進み、作動状態にあることが観測される極、留数、および特異値が施設に存在することを特定する。この特定プロセスは、対応する特徴量に関連するトリプレットの値に対応する極、留数、および特異値の値を、これらの値を特定するための信頼区間で比較することによって、実施可能である。

この動作はステップ２００において関係式（７）によって表わされている。

．．．（７）

ステップ２００の結果がＹｅｓ（＋）であれば、特徴量σ_ｉの識別は、特定の電気的特性に対応する電気的負荷Ｃ_ｉに関連付けられる。後ほど説明するように、特に、特徴量ライブラリに関連する負荷ライブラリを適用することによって、特徴量の任意の値または特徴量σ_ｉのコードと各電気的負荷の電気的特性との間において、双方向の一義的対応（ｂｉ−ｕｎｉｖｏｃａｌ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ ）が成立する可能性があることがわかる。

施設内で作動状態にすることが可能な電気的負荷のすべての特徴量について、関係式ｉ＝ｉ＋１と表記されるステップ２０２を介してステップ２００に戻ることによって次の特徴量に移ることによって、ステップ２００およびステップ２０１が繰り返される。

特徴量の集合、したがって着目している施設において作動状態にすることが可能な電気的負荷の集合が、ステップ２００においてテストにかけられると、ステップ２０３では、関係式（８）で表わされる、施設において作動中のＮｃ個の電気的負荷の集合が得られる。

．．．（８）

この集合は、着目している施設において作動状態にすることが可能なすべての電気的負荷の下位集合を構成する。なお、この下位集合は、この集合の全体または一部に等しいものであってもよい。

当然、特徴量σ_ｉの値またはコードと対応する電気的負荷Ｃ_ｉとの間の双方向の一義的対応も、電気的負荷Ｃ_ｉが関連するトリプレット（Ｓ_ｉ、Ｒ_ｉ、ＳＧ_ｉ）を用いて得られることがわかる。

施設において観測される前記の各トリプレットが存在するまたは存在しないことを検出し、その結果、特徴量σ_ｉおよび対応する電気的負荷Ｃ_ｉが存在するまたは存在しないことを検出することによって、本発明に係る方法の特筆すべき態様にしたがって、少なくとも１つの観測窓において、独立した個々の各負荷の特徴量をすべてのまたはその一部を識別することによって、該各負荷のオン／オフをモニタリングするステップを実行することが可能になる。

特に、上記識別を、本明細書で上記において記載したファジィ論理のプロセスにしたがって、この負荷に関連するトリプレットの１つ以上の値に対して実施することができることがわかる。

図２ｃに一例として示したように、上記下位集合の任意の電気的負荷Ｃ_ｉについて、テストステップ３００において、関係式（９）にしたがって、極、留数、特異値の値、またはこれらの組み合わせを識別することによって、特徴量σ_ｉを特定する。

．．．（９）

テスト３００の結果がＹｅｓ（＋）であれぱ、ステップ３０１において、電気的負荷Ｃ_ｉが「ＯＮ」状態にあると宣言される。逆に、テスト３０１の結果がＮｏ（−）であれば、電気的負荷Ｃ_ｉが「ＯＦＦ」状態にあると宣言される。

モニタリングプロセスは、ｉ＝ｉ＋１と表記されるステップ３０２を介してステップ３００におけるテストに戻ることによって、任意の時間的な長さで実行可能である。

次に、純抵抗性負荷Ｒ_１、抵抗性および容量性を有する負荷Ｒ_２Ｃ_２、抵抗性および誘電性を有する負荷Ｒ_３Ｌ_３、並びに、抵抗性、容量性、および誘電性を有する負荷Ｒ_４Ｌ_４Ｃ_４を備えた図３ａに示した施設に対する、上記プロセスの実施態様の一例を説明する。

瞬間的な電流および瞬間的な電圧は、居宅の電気的施設へのエントリポイントにおいてサンプリングすることによって測定される。これら２つのアナログ信号は、ＡＤＣを用いてサンプリング周波数

でデジタル値に変換される。存在する負荷によって消費される瞬間的な電力は、上述の関係式を用いて、これら２つの測定値から算出される。

スイッチＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、およびＴ_４は、それぞれの負荷Ｒ_１、Ｒ_２Ｃ_２、Ｒ_３Ｌ_３、およびＲ_４Ｃ_４Ｌ_４を、図３ｂに示す「ＯＮ」・「ＯＦＦ」論理にしたがって切り替える。

ペンシル法は、電力、電圧、および供給電流の各観測窓において適用される。

指数ｋの各観測窓に対して、信号のサンプル値をＮ個とる。

ペンシル法によって、一連の測定および変換によって発生しれたノイズから、観測された信号をフィルタリングして取得することが可能になる。また、無関係な信号の成分を取り除くことも可能になる。ランクｋの任意の各電流観測窓の場合、ペンシル法によれば、電流、電圧、および電力について、サイズＭ、特異値ＳＧ_ｉｋ、極Ｓ_ｉｋ、および留数Ｒ_ｉｋのベクトルが供給される。

ペンシル法によって供給される、連続する結果を選択的に記憶させることによって、時間的な追跡をすることが可能になる。

ペンシル法は、電流の各時間的観測窓において適用される。窓の時間的な長さΔｔは、パラメータ化するとができる。上記の例において、図３ｃ〜図３ｇの場合、ΔｔはΔｔ＝１０ｍｓ、つまり５０Ｈｚの供給周波数の場合の半分の長さとなるように選択される。

特異値の時間的な追跡の一例を、図３ｃに示す。

図３ｃでは、横軸の目盛りは秒を単位とし、縦軸は特異値の大きさを表わす無次元の相対値を表わしている。

図３ｂに示した入力電流のエンベロープは特異値のバラツキのレベルにあり、これらのバラツキは、複数の状態がおおよそ同期して変化することを示している。

極および関連する留数の個数は、これらの特異値を適切に処理することによって見つけられる。

各極の実数部および虚数部を時間的に追跡する様子を、図３ｄおよび図３ｅにそれぞれ図示する。

図３ｄではの縦軸の目盛りはネーパー／秒（Ｎｐ／ｓ）を単位とし、図３ｅの縦軸の目盛りはＨｚである。

非限定的な好適な実施形態によれば、留数の時間的な追跡は、強制領域および自由領域において、図３ｆおよび図３ｇに示すように、正規化した値の時間的な追跡で表わされる。この選択はもっとも適した選択であって、留数に関するグループ化を容易にする。図３ｆおよび図３ｇの縦軸の目盛りはアンペア（Ａ）である。

これらの時間的な追跡によって、負荷の特性に関する情報が得られる。

基本波を含めた高調波は、純粋な虚数極を特徴とし、負荷の強制領域に対応する。

自由領域は、実数部が時間定数について情報を与え（図３ｄを参照）、虚数部が自然周波数について情報を与える（図３ｅを参照）極を特徴とする。

留数は、存在する負荷に直接関連し、高調波が存在するのであれば、その高調波にさらに直接関連する。

好適な実施形態によれば、強制領域の場合には、各留数Ｒ_ｉｋについて、正規化された値が規定される。この規定は、任意のタイプの留数、電圧、電流、電力に対して可能であり、特に、後述の例であれば、

と表記された、ｋ番目の観測窓における電流の留数を表わすＲ_ｃｉ、

と表記された、ｋ番目の観測窓における電流の極を表わすＳ_ｃｉ、および対応する正規化された値を表わす、

を含む式

によって与えられる電流の留数について可能である。上式において、ｔ_ｋｄはｋ番目の観測窓の開始時刻を示し、

は、基本周波数および（存在するのであれば）高調波周波数について強制領域に関連付けられ、かつ、窓ｋに関連している電流の留数を示し、

は、強制領域に関連付けられ、電流の留数

に対応する電流の極を示す。

図３ｆは、正の周波数に関連付けられた、正規化された電流の留数

の時間的なバラツキを示している。

一実施形態によれば、

を利用することによって、負荷の値に戻ることが可能になる。同様に、自由領域に関連付けられた電流の留数の正規化は、以下のようにして実施できる。ただし、ここで

は対応する正規化された値を示している。

上式において、ｔ_ｋｄはｋ番目の観測窓の開始時刻であり、
ｔ_０は負荷を接続した時刻であり、

は自由領域に関連付けられ、かつ窓ｋに関連する電流の留数を示し、

は自由領域に関連付けられ、窓ｋに関連し、留数

に対応する電流の極を示す。

図３ｇは、

、つまり、自由領域に関連付けられた電流の正規化済み留数の時間的な変化を与える。この図面は、負荷を接続する３つの時刻、つまり、０．２ｓ、０．６１ｓおよび１．１ｓの時刻に対応するｔ_０を示している。

図３ｄおよび図３ｅでは、正の励起周波数に関連付けられた極を円「○」で表わし、負の共役周波数に関連付けられた極をバツ印”×”で表わし、負荷の自由領域にリンクされた極を星印「＊」および菱形「◇」で表わす。

正規化済み留数は、正の周波数に関連付けられており、強制領域の場合には円「○」（図３ｆ）で表わされ、自由領域については星印「＊」（図３ｇ）で表わされている。

採用される追跡プロセスは、ほぼ、状態の変化を検出するために、極、留数、および特異値の値を読み取り、このデータを比較することからなることがわかる。

状態が変化する時刻は、図３ｃに示した特異値の変化のレベルから検出される。これらの時刻は、正規化済み留数を追跡する際にも出現する。この現象を図３ｆに示す。

４つの図３ｄ、図３ｅ、図３ｆ、および図３ｇによって与えられる、極および正規化済み留数の時間的な追跡は、次のように解釈する。
〔時刻０ｓと時刻０．２ｓとの間〕
これら２つの時刻の間において、図３ｄおよび図３ｅは、５０Ｈｚの周波数に対応する２つの純粋な虚数極（０＋５０ｊ）および（０−５０ｊ）を与える。正規化された極の一般的な形態は、０±Ｆｊによって与えられることがわかる。なお、ここでＦは供給電圧の基本周波数を示し、ｊは、

である。

時刻ｔ＝０の前には負荷が存在しないと仮定すると、強制領域に関連付けられた留数の変化（図３ｆ）は、

となる。

好適な実施形態によれば、この情報から、負荷の位相とともに、負荷のモジュラス（ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ）を推定することが可能である。この時刻には、モジュラスが１００Ωおよび位相がゼロの負荷が存在する。

ここで、実験において使用する値は、Ｒ_１＝１００Ωの抵抗であった。また、正規化済み留数の理論上の値は、

である。

〔時刻０．２ｓと時刻０．６ｓとの間〕
図３ｄおよび図３ｅは、これら２つの時刻の間に（０＋５０ｊ）、（０−５０ｊ）、および（−１０＋０ｊ）の３つの極が存在することを示している。３つ目の極は、時刻０．２ｓにおいて、一次負荷の接続が時間定数τ＝１／１０＝１００ｍｓで切断されたことを示している。

好適な実施形態によれば、図３ｆに示す、強制領域に関連付けられた正規化済み留数の時刻０．２ｓにおける変化は、次式で算出される。

好適な実施形態によれば、また、この情報に基づいて、このとき負荷の位相とともに、負荷のモジュラスを算出することができる。この時刻において、モジュラスが１００．１５Ω、位相が−０．０３１８ｒａｄｉａｎ（−１．８２２°）である負荷が観測される。これから、この負荷の容量性が推定される。

ここで、前記の時刻においてオンされた負荷は、抵抗がＲ_２＝１００Ω、容量がＣ_２＝１ｍＦの直列ＲＣ回路である。対応する正規化済み留数の理論値は、

であって、これはペンシル法で導かれた値と同じである。

〔時刻０．６ｓと時刻１．１ｓとの間〕
図３ｄおよび図３ｅは、これら２つの時刻の間に（０＋５０ｊ）および（０−５０ｊ）、さらに新しい極（−５０＋０ｊ）の３つの極を示している。３つ目の極は、時刻０．６ｓにおいて、一次負荷が時間定数τ＝１／５０＝２０ｍｓで接続されたことを示している。好適な実施形態によれば、図３ｅに示す、強制領域に関連付けられた正規化済み留数の時刻０．６ｓにおける変化は、次式で算出される。

好適な実施形態によれば、また、この情報に基づいて、負荷の位相とともに、負荷の絶対値を推定することができる。この時刻において、絶対値が６３．６２Ω、位相が１．４１３ｒａｄｉａｎ（８０．９５８９°）の負荷が存在する。これから、この負荷の誘起性が推定される。ここで、接続された負荷は、抵抗がＲ_３＝１０Ω、インダクタンスがＬ_３＝０．２Ｈの直列ＲＬ回路である。対応する正規化済み留数の理論値は、

であって、これはペンシル法で導かれた値と同じである。

〔時刻１．１ｓと時刻１．５ｓとの間〕
図３ｄおよび図３ｅは、これら２つの時刻の間に、負荷の基本周波数に関連する（０＋５０ｊ）および（０−５０ｊ）、さらに負荷の自然周波数に関連する（−３０＋２２ｊ）および（−３０−２２ｊ）の４つの極を示している。これらの極に基づいて、二次負荷が時刻１．１ｓに存在することがわかる（２つの共役複素極が現れている）。

この時刻において、好適な実施形態によれば、強制領域に関連付けられた正規化済み留数の変化が次式で算出される。

好適な実施形態によれば、また、この情報に基づいて、負荷の位相とともに、負荷の絶対値を算出することができる。この時刻において、絶対値が１２８．８３Ω、位相が１．３３６９ｒａｄｉａｎ（７６．５９８７°）の負荷が存在する。これから、この負荷の誘起性が推定される。

ここで、接続された負荷は、抵抗がＲ_４＝３０Ω、インダクタンスがＬ_４＝０．５Ｈ、容量がＣ_４＝０．１ｍＦの直列ＲＬＣ回路である。対応する理論上の正規化済み留数は、

であって、ペンシル法で導かれた値と同じである。

〔時刻１．５ｓと時刻１．８ｓとの間〕
時刻１．５ｓにおける特異値の負の変化は、一方では、時刻０ｓと時刻１．５ｓとの間においてオンされた４つの負荷のうちの１つの接続が切断されたことを示している。他方では、強制領域の正規化済み留数の変化は、

である。

好適な実施形態によれば、これから、時刻０．２ｓにおいてオンされた負荷Ｎｏ．２の接続が切断されたことが推定される。

〔時刻１．８ｓと時刻２ｓとの間〕
時刻１．８ｓにおける特異値の負の変化は、一方では、時刻０ｓと時刻１．８ｓとの間にオンされた４つの負荷のうちの１つの接続が切断されたことを示している。他方では、強制領域の正規化済み留数の変化は、

である。

好適な実施形態によれば、これから、時刻０ｓにおいてオンされた負荷Ｎｏ．１の接続が切断されたことが推定される。

したがって、本発明に係る方法の特筆すべき態様によれば、極Ｓ_ｉ、留数Ｒ_ｉ、および特異値ＳＧ_ｉの集合の識別は、ペンシル法を適用するによって見つけられる、対応する値を読み取ることによって、実施されることがわかる。

また、本発明に係る方法の好適な実施形態では、極および留数が正規化された規定によって得られ、個々の各電気的負荷Ｃ_ｉのオン・オフは、特に好適には、正規化済み留数の代数的な変化を単純に算出によってモニタリング可能である。特に、負荷の出現、つまり負荷のオン動作は、この負荷に関連する留数Ｒ_ｉの代数値が出現することによって検出され、この負荷の消滅、つまり接続の切断動作は、この負荷に関連する留数Ｒ_ｉの逆の代数値（ｏｐｐｏｓｉｔｅ ａｌｇｅｂｒａｉｃ ｖａｌｕｅ）が出現することによって検出される。

次に、施設において接続・接続切断される電気的負荷の電気的特性に関連して得られる特徴量を規定する、留数、極、および特異値の特性の概略について記載する。

電気的負荷の接続／接続切断の自由領域および強制領域の開始部を含めた、消費信号の１つの観測窓、または連続する複数の観測窓を考えてみる。

特徴としては、以下の（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｉｖ）があげられる。

（ｉ）純抵抗性負荷の接続／接続切断は、固有の強制領域、つまり、着目している観測窓について、２つの実数部が０に等しい共役複素極および２つの共役複素留数が強制領域において存在することによって示される。また、留数は強制領域において位相がゼロである。

「抵抗性を有する負荷」という名称の表に、極および対応する正規化済み留数の値を示す。

極および留数について２つの値が存在すること、さらに、強制領域に関連付けられた正規化済み留数のゼロ位相によって、分析対象の負荷の抵抗性を推定することを可能になる。

（ｉｉ）抵抗性および容量性を有する負荷の接続／接続切断は、独立した自由領域および強制領域と、観測窓について、実数部が０に等しい２つの共役複素極および２つの共役複素留数が強制領域において存在することと、自由領域における実数極および複素留数とによって示される。強制領域における留数の負の位相は、全体的には容量性を有する負荷に特徴的なことである。

恒久的な領域に関連付けられた正規化済み留数の位相は負である。位相の絶対値を積α．ωまたはこの積の逆数と比較することによって、直列配置されたＲＣの負荷または並列配置されたＲＣの負荷が存在することを推定することが可能になる。

（ｉｉｉ）抵抗性および誘導性を有する負荷の接続／接続切断は、独立した自由領域および強制領域と、観測窓について、実数部が０に等しい２つの共役複素極および２つの共役複素留数が強制領域において存在することと、自由領域における実数極および複素留数によって示される。留数の正の位相は、全体的には誘起性を有する負荷に特徴的なことである。

自由領域に関連付けられた正規化済み留数の位相は正である。

位相の絶対値を積α．ωまたはこの逆数と比較することによって、直列配置されたＲＬの負荷または並列配置されたＲＬの負荷が存在することを推定することが可能になる。

（ｉｖ）抵抗性、誘導性、および容量性を有する負荷の接続／接続切断は、独立した強制領域および自由領域、実数部が０に等しい２つの共役複素極と２つの共役複素留数とが強制領域において存在すること、並びに、２つの共役複素極および２つの共役複素留数が自由領域において存在することによって示される。強制領域における留数の負の位相は、全体的には容量性を有する負荷に特徴的なことであり、強制領域における留数の正の位相は、全体的には誘起性を有する負荷に特徴的なことである。

なお、前述のように、上記の各表に記載の極および留数の値の集合は、ペンシル法適用することによって得られる。特に、記載された値の例では、極を示す虚数部に付与された５０という数値が、実際には施設の供給電圧の基本周波数の値に対応する。供給グリッドが周波数６０Ｈｚの交流グリッドである国では、この値を６０という値に置き換えて、本発明に係る方法を適用する。

次に、本発明に係る、加入者の施設によって消費される電力を非侵入的に決定する装置のさらに詳細について、図４ａおよび図４ｂを参照しながら記載する。

上述の図４ａに示すように、本発明に係る装置は、消費信号を取得するために、供給電圧の値および着目している施設に供給される電流の強度値の周期的なサンプリングを実施するための手段を備えている。

上記図面では、対応する手段が、供給電圧の画像を入力する回路と、施設に供給される電流の強度の画像を入力する回路とによって構成されていると仮定する。これらの回路は、好適には、任意の電圧サンプリング回路または電流サンプリング回路と、シャノンのサンプリング条件の下で供給電圧または電流の強度の画像を出力する、該電圧／電流サンプリング回路に付随する適当なサンプラーとによって構成される。これらの回路につづいて、サンプリング周波数、つまりＴ_ｅと表記する周期の、Ａ／Ｄ変換器が配置されてもよい。このタイプの回路については、対応する技術分野の当業者にとって公知な回路に対応するので、詳細な記載を省略する。

各Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＣは、サンプリング周期Ｔ_ｅ、ｖ（ｎＴ_ｅ）と表記される電圧サンプル値、または電流サンプル値ｉ（ｎＴ_ｅ）（当然、ｎ≧０であり、ｎはサンプル値のランクを示す）に対応する間隔で出力する。

特に好適な特徴によれば、本発明に係る装置は、供給される瞬間的な電力、つまり供給電圧値のサンプリング値と供給される電流の強度のサンプリング値との積を算出する算出手段１を備えている。こうすることによって、図４ａにおいて、算出手段１は電流ｉ（ｎＴ_ｅ）のサンプリング値および電圧ｖ（ｎＴ_ｅ）のサンプリング値を受けて、これらの受け取った値の積である値、すなわち、ｐ（ｎＴ_ｅ）と表記される瞬間的な供給電力値を構成する値を出力する。

本発明に係る方法および装置のもう１つの特徴によれば、消費信号は、施設に供給される強度ｉ（ｎＴ_ｅ）のサンプル値、電圧ｖ（ｎＴ_ｅ）のサンプル値、および瞬間的な電力ｐ（ｎＴ_ｅ）のサンプル値のうちの少なくとも１つによって構成される。以下に記載するように、消費信号の成分は検査されて、本発明に係る装置によって極、留数、および特異値が決定される。

図４ａに示す本発明に係る装置は、この目的を実現するために、少なくとも１つの観測窓において消費信号の連続する値を記憶し読み取るための手段を備えている。なお、この記憶し読み取る動作は、当然、複数の連続する観測窓において実施される。

図４ａに示すように、上記装置は、例えば、強度、電圧、および電力の成分について観測窓を生成するための手段を備えている。これらの手段は、この図面では２_１、２_２、２_３と表記されている。また、これらの手段は、従来は、（ｋ−１）ＮとｋＮ−１との間のランクｎの複数の連続する値について、メモリにおいて記憶された成分に書き込み／読み取りアドレシングする回路からなる。なお、Ｎは、着目しているランクｋの窓におけるサンプル値の個数を示す（図１ａを参照）。

図４ａに示した本発明に係る装置は、着目している施設において実行中の個々の電気的負荷について複数の特徴量の組み合わせを特異値とともに表わす極および留数の集合を、消費信号の窓において識別するために、消費信号および少なくとも１つの電流観測窓に対して、先に規定したように、ペンシル法によってフィルタリング処理を適用するための手段３をさらに備えている。

図４ａを精査すると、ペンシル法によってフィルタリング処理を適用するための手段３が、好適には、参照番号３_１、３_２、３_３で表記された互いに独立したモジュールを備え、各モジュールが、消費信号の強度、電力、または電圧の成分を受け取ることがわかる。

各互いに独立したモジュール３_１、３_２、３_３は、適切なソフトウェアを組み込んだ専用のコンピュータによって構成されていてもよい。

前記の各モジュールは、消費信号の強度、瞬間的な電力、および電圧の成分について、極、留数、および特異値を出力する。これらの値は、強度の成分についてはＳ_ｃｋ、Ｒ_ｃｋ、ＳＧ_ｃｋ、瞬間的な電力の成分についてはＳ_ｐｋ、Ｒ_ｐｋ、ＳＧ_ｐｋ、および施設の供給電圧の成分についてはＳ_ｖｋ、Ｒ_ｖｋ、ＳＧ_ｖｋとそれぞれ表記する。これらの値は、当然、本明細書において上述した極Ｓ_ｉの値、留数Ｒ_ｉの値、および特異値ＳＧ_ｉの値にほかならない。

また、図４ａおよび図４ｂに示すように、本発明に係る装置は、複数の特徴量の（したがって電気的負荷の）組み合わせを時間的に追跡し、少なくともランクｋの電流観測窓の間、少なくとも、上記施設において作動中の電気的負荷の少なくとも１つの下位集合によって消費された有効電力を算出するための手段４を備えている。この算出された電力は、極と留数とを関連づけている消費電力の関数に従う独立した一部の電気的負荷の各々によって消費される電力（例えば有効電力）の合計値として表わされる。

特に有効電力について極と留数とを関連づけている電力関数は、当然、上述の関係式（４）を満たすことがわかる。

図４ａからは、複数の特徴量の組み合わせを時間的に追跡するための手段４は、施設に供給される強度、電力、または電圧の成分の極、留数、および特異値に対して作用する、４_１、４_２、４_３と表記される互いに独立したモジュールをさらに備えていることもわかる。

特に、複数の特徴量の組み合わせの時間的な追跡は、図２ａ〜図２ｃを参照して記載されるプロセスにしたがって、特に、例えば、留数の値および対応する極の値の代数的な変化を検出することによって実施される。

次に、時間的な追跡を実施するための手段４を、図４ｂを参照しながら詳細に説明する。

図４ｂを参照すると、時間的な追跡を実施するための手段４は、電気的負荷の接続／接続切断の状態の変化を検出するための少なくとも１つのモジュール４_４をさらに備えている。このモジュール４_４は、互いに独立した各モジュール４_１、４_２、および４_３、によって供給される特徴量の組み合わせを表わす数値を受け取り、接続されたおよび／または接続を切断された電気的負荷を電気的負荷の特徴量から特定するためのモジュール４_５に直接接続されている。

接続されたおよび／または接続を切断された電気的負荷を特定するためのモジュール４_５自身は、特徴量に関連して特定される電気的負荷のライブラリモジュール４_６と、加入者による使用状況を特定し、少なくとも有効電力の消費量を算出するためのモジュール４_７とに接続されている。

上述の図４ａおよび図４ｂに示したように、モジュール４_１〜４_７は、当然、上述のように強度、瞬間的な電力、または電圧の成分に関連するそれぞれのモジュール３_１、３_２、３_３によって供給されるある任意の個数の留数、極、特異値の値を、Ｎ個のサンプル値に対して有するランクｋの各観測窓を読み取る際に、ｋ，Ｎと表記される信号によって同期されている。

上記各モジュールは、上述のように極、留数、および対応する特異値の値を読み取ることによって、追跡を実施するために動作する（図２ｃおよび図３ｂ〜図３ｇを参照）。

特に、フィルタリングモジュール３_１、３_２、および３_３は、コンピュータによって、または専用機の中央演算処理装置によって実行可能であって、施設に供給される電流の強度、瞬間的な電力、および電圧の成分のサンプル値にペンシル法を実際に適用し、消費信号の該成分に関連する特異値、極、および留数を取得することを可能にするコンピュータプログラムによって構成されてもかまわないことがわかる。

上述のように、図２ｃ、図３ｂ〜図３ｇに示すように、時間的追跡モジュール４_１、４_２、４_３も、コンピュータによって、または専用機の中央演算処理装置によって実行可能であって、電気的負荷の接続／接続切断を時間的に追跡するプロセスを実際に適用することを可能にするコンピュータプログラムによって構成されてかまわないこともわかる。

ライブラリモジュール４_６は、特徴量または特徴量コード値σ⁰ _ｉと、極、留数、および対応する特異値の値、さらに、通常市販されて利用可能であって、特定の電気的負荷による消費の追跡を推定することを可能にする電気的負荷の、すべての電気的特性および／または電気機械的特性の値との間に双方向の一義的な対応関係を確立することができると言ってもよい。このコンピュータプログラムは、上記の関係式（４）を満たす消費信号の極と留数とを関連づけている消費電力関数に従う独立した一部の電気的負荷の各々によって消費される有効電力を算出するための少なくとも１つのルーチンを備えている。

実施態様の非限定的な例では、電気的負荷Ｃ_ｉの特徴量σ_iに割り当てられたコード値は、例えば留数、極、および対応する特異値の値から開始される、例えばＲＳＡ（Ｒｉｖｅｓｔ Ｓｈａｍｉｒ Ａｄｌｅｍａｎ）プロセスまたはアルゴリズムなどの特徴量プロセスのパラメータ化によって得られる固有の値である。

本発明に係る方法および装置は、加入者による電気の消費使用量を検出し追跡するためのプロセスの実施に特に適している。消費使用量を特定するためのモジュール４_７は、当業者にとって公知である統計的手法に基づいて消費習慣を検出し追跡する手法を採用してもよい。

Claims (14)

1. 施設に供給される供給電圧の値および電流の強度値が消費信号の取得を目的として周期的にサンプリングされる加入者の上記施設について、当該施設が消費する電力を非侵入的に判定する方法であって、後者が、上記消費信号のサンプリングされた上記値に応じて、
   連続する複数の観測時間窓において、サンプリングされた上記値をグループ化するグルーピング工程と、
   個々の連続する電流の観測時間窓において上記消費信号の極（Ｓ_ｉ）と留数（Ｒ_ｉ）との集合をペンシル法によって識別する識別工程であって、当該消費信号の極（Ｓ_ｉ）と留数（Ｒ_ｉ）との集合が、当該電流の観測窓における個々の電気的負荷（Ｃ_ｉ）について上記施設において実行されるペンシル法によって得られる少なくとも１つの特異値（ＳＧ_ｉ）に関連付けられている規定された極（Ｓ_ｉ）と留数（Ｒ_ｉ）とを少なくとも含むような複数の特徴量の組み合わせを示している識別工程と、
   少なくとも上記電流の観測窓の期間において、上記施設において作動中の電気的負荷群の少なくとも一部が消費する有効電力を少なくとも算出する算出工程であって、上記有効電力が、上記極と上記留数とを関連付ける消費電力関数に従う上記一部の電気的負荷群の各電気的負荷によって消費される有効電力の合計値であるような算出工程と、を少なくとも含むことを特徴とする、消費電力判定方法。
2. 上記有効電力について、上記関数が次式で表わされる関係を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の消費電力判定方法。
   

   

   （上式において、
   Ｐは特徴量が（Ｓ_ｉ、Ｒ_ｉ、ＳＧ_ｉ）である個々の電気的負荷Ｃ_ｉの集合によって消費される有効電力を示し、
   Ｓ_ＣｉおよびＲ_Ｃｉは、サンプリングされた上記施設への供給電流の極および対応する留数を示し、
   Ｓ_ｖｉ’およびＲ_Ｖｉ’は、サンプリングされた上記施設への供給電圧の極および対応する留数を示し、
   ＳＧ_ｉは上記特異値を示し、
   ｔ_ｋｄはランクｋの観測窓の開始時刻を示し、
   Δｔは当該観測窓の時間的な長さを示し、
   ｓｉｎｈ ｃ（Ｘ）は値Ｘの基数部（ｃａｒｄｉｎａｌ）の双曲線正弦関数であり（つまり、ｓｉｎｈ ｃ（Ｘ）は
   

   

   で表され）、
   Ｍはサンプリングされた上記施設への供給電流の極および留数の個数を示し、
   Ｍ’はサンプリングされた上記施設への供給電圧の極および留数の個数を示す）
3. 角周波数ωおよび周期Ｔの略周期的な供給電圧について、個々の電流観測窓の時間的な長さΔｔが該周期に等しくなっていることを特徴とする、請求項１または２に記載の消費電力判定方法。
4. 上記消費信号を取得するためのサンプリング周波数と各観測窓の時間的な長さΔｔとが、次式で表わされる関係で関連付けられていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の消費電力判定方法。
   

   

   （上式において、
   ｆｅはサンプリング周波数を示し、
   Ｎｅｍは各観測窓の期間におけるサンプルの最小個数を示し、
   Ｎｃは加入者の施設の個々の電気的負荷（Ｃ_ｉ）の観測された個数を示し、
   ｎｃｉは電気的負荷（Ｃ_ｉ）の極の個数を示し、
   Ｈは供給電圧の基本周波数の高調波成分の個数を示す）
5. 上記消費信号の極（Ｓ_ｉ）と留数（Ｒ_ｉ）との集合を識別する識別工程に続いて、後者は、独立した各電気的負荷（Ｃ_ｉ）の極（Ｓ_ｉ）および留数（Ｒ_ｉ）のペアと特異値（ＳＧ_ｉ）とによって形成された複数の特徴量を識別および取得する工程をさらに備えていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の消費電力判定方法。
6. 上記複数の特徴量（Ｓ_ｉ、Ｒ_ｉ、ＳＧ_ｉ）を取得する工程に続いて、少なくとも１つの観測窓において作動中の上記個々の電気的負荷の一部を構成する電気的負荷を特定する工程を備えていることを特徴とする、請求項５に記載の消費電力判定方法。
7. 上記複数の特徴量（Ｓ_ｉ、Ｒ_ｉ、ＳＧ_ｉ）を取得する工程に続いて、少なくとも１つの観測窓における特徴量の全体または一部を識別することによって、独立した各負荷のオン／オフを追跡する工程を備えていることを特徴とする、請求項５または６に記載の消費電力判定方法。
8. 負荷の接続／切断の自由領域(free regime)と強制領域(forced regime)の開始部分とを含む消費信号の観測窓について、
   純抵抗性負荷の接続／切断は、単一の強制領域と、上記観測窓について、２つの実数部が０に等しい共役複素極および２つの共役複素留数が強制領域において存在することと、強制領域における留数のゼロ位相とによって示されており、
   抵抗性と容量性とを有する負荷の接続／切断は、独立した自由領域および独立した強制領域と、上記観測窓について、２つの実数部が０に等しい共役複素極および２つの共役複素留数が強制領域において存在することと、自由領域における実数極および留数とによって示され、強制領域における留数の負の位相が全容量性負荷を示し、
   抵抗性と誘導性とを有する負荷の接続／切断は、独立した自由領域および独立した強制領域と、上記観測窓について、２つの実数部が０に等しい共役複素極および２つの共役複素留数が強制領域において存在することと、自由領域における実数極および複素留数とによって示され、留数の正の位相が全誘導性負荷を示すことを特徴とする、請求項６または７に記載の消費電力判定方法。
9. 負荷の接続／切断の自由領域と強制領域の開始部分とを含む消費信号の観測窓について、
   抵抗性と誘導性と容量性とを有する負荷の接続／切断が、独立した強制領域および独立した自由領域と、２つの実数部が０に等しい共役複素極および２つの共役複素留数が強制領域において存在することと、２つの共役複素極および２つの共役複素留数が自由領域において存在することとによって示され、
   上記強制領域における留数の負の位相が全容量性負荷を示し、
   上記強制領域における留数の正の位相が全誘導性負荷を示すことを特徴とする、請求項６または７に記載の消費電力判定方法。
10. 加入者の施設に供給される供給電圧の値および電流の強度値が消費信号の取得を目的として周期的にサンプリングする手段を少なくとも備え、上記施設が消費する電力を非侵入的に判定する装置であって、
    供給される瞬間的な電力、供給電圧の値のサンプリング値と供給される電流の強度値のサンプリング値との積を算出する算出手段であって、上記消費信号が、供給される供給電圧、供給される電流の強度、または供給される瞬間的な電力の少なくとも１つのサンプリング値を含んでいる算出手段と、
    少なくとも１つの観測窓において該消費信号の連続する値を記憶し、読み出す手段と、
    極と留数との集合を少なくとも１つの電流観測窓において識別するために上記窓において上記消費信号に対してペンシル法によってフィルタリング処理を適用する適用手段であって、上記集合が、個々の電気的負荷について上記施設において実行されるペンシル法によって得られる少なくとも１つの特異値に関連付けられている極および留数を少なくとも含む複数の特徴量の組み合わせを示している適用手段と、
    上記複数の特徴量の組み合わせを時間的に追跡し、少なくとも上記電流観測窓の期間において、少なくとも、上記施設において作動中の電気的負荷群の少なくとも一部が消費する有効電力を、上記極と留数とを関連付ける消費電力関数に従う上記一部の電気的負荷群の各電気的負荷が消費する有効電力の合計値として算出する追跡算出手段とを、少なくともさらに備えていることを特徴とする、消費電力判定装置。
11. 上記追跡算出手段が、
    上記施設へ供給される強度、電力または電圧の成分の極、留数、特異値に対して作用する個々のモジュールと、
    電気的負荷の接続状態／切断状態の変化を検出するモジュールと、
    接続している電気的負荷および切断している電気的負荷の少なくとも一方の電気的負荷を、電気的負荷の上記特徴量から特定するモジュールと、
    上記特徴量と関連して特定される電気的負荷のライブラリモジュールと
    加入者の使用による消費使用量を特定し、少なくとも有効電力の消費量を算出するモジュールとを備えていることを特徴とする、請求項１０に記載の消費電力判定装置。
12. 記憶媒体に記憶され、コンピュータによって、または専用機の中央演算処理装置によって実行可能なコンピュータプログラムであって、
    電流の強度、瞬間的な電力、および施設に供給される供給電圧の各成分のサンプル値にペンシル法を適用するため一連の命令を備えた、コンピュータプログラム。
13. 記憶媒体に記憶され、コンピュータによって、または専用機の中央演算処理装置によって実行可能なコンピュータプログラムであって、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の電気的負荷の接続／切断を時間的に追跡するプロセスを適用することを可能にする一連の命令を備えた、コンピュータプログラム。
14. 消費信号の極と留数とを関連付けている消費電力関数に従う独立した各電気的負荷によって消費される有効電力を算出するための少なくとも１つのルーチンを備えていることを特徴とする、請求項１３に記載のコンピュータプログラム。

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