JP5546506B2 - ELECTRIC DEVICE IDENTIFICATION DEVICE, ELECTRIC DEVICE IDENTIFICATION METHOD, AND ELECTRIC DEVICE IDENTIFICATION PROGRAM - Google Patents

ELECTRIC DEVICE IDENTIFICATION DEVICE, ELECTRIC DEVICE IDENTIFICATION METHOD, AND ELECTRIC DEVICE IDENTIFICATION PROGRAM Download PDF

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Description

本発明は、電気機器識別装置、電気機器識別方法および電気機器識別プログラムに関し、特に、複数の電気機器の電気消費量の合計値の観測結果に基づいて、動作中の電気機器を識別することが可能な電気機器識別装置、電気機器識別方法および電気機器識別プログラムに関する。   The present invention relates to an electric device identification device, an electric device identification method, and an electric device identification program, and in particular, identifies an electric device in operation based on an observation result of a total value of electric consumption of a plurality of electric devices. The present invention relates to a possible electric device identification device, an electric device identification method, and an electric device identification program.

近年、一般家庭やオフィス等の電力需要家の宅内に電力センサを設置し、電力の効率的利用や電気機器の遠隔制御を図るという、エネルギー管理システムHEMS(HomeEnergy Management System)技術に関する検討、開発が進んでいる。   In recent years, energy management system HEMS (Home Energy Management System) technology has been studied and developed to install electric power sensors in the homes of electric power consumers such as general households and offices, and to achieve efficient use of electric power and remote control of electrical equipment. Progressing.

一般に、エネルギー管理システムHEMSにおいては、家電製品等の電気機器それぞれに取り付けられた電力センサからの情報を、有線もしくは無線の通信手段を用いてセンタ装置に集約・転送することにより、必要な情報を収集するという方法が考えられている。   In general, in the energy management system HEMS, necessary information is collected by collecting and transferring information from power sensors attached to each electrical device such as home appliances to a center device using wired or wireless communication means. The method of collecting is considered.

一方で、非特許文献1のM.Katsukuraらによる「Life Pattern Sensor with Non-intrusive Appliance Monitoring」(ICCE '09 pp.1-2, Jan.2009)等にも記載されているように、電力需要家に電力を供給する電源線の引込み線や分電盤の位置に設置した1台のセンサ(電力センサや電流センサ)のみを用いて、電気機器それぞれの合計の消費電力や電流波形をモニタし、その特徴に基づいて、使用されている各電気機器の種別や動作状態、消費電力等を識別、把握する方法も提案されている。   On the other hand, M. et al. As described in Katsukura et al. “Life Pattern Sensor with Non-intrusive Appliance Monitoring” (ICCE '09 pp.1-2, Jan.2009), etc. Using only one sensor (power sensor or current sensor) installed at the position of the line or distribution board, the total power consumption and current waveform of each electrical device are monitored and used based on their characteristics. There has also been proposed a method for identifying and grasping the type, operating state, power consumption, and the like of each electric device.

非特許文献1に記載されたような方式の場合は、必要なセンサが1台で済むことから、経済性が高く、また、既存の電気製品に対して新たにセンサを追加したり、新しい電気製品に規格の統一されたセンサを埋め込んだりしておく必要が無いことから、導入への障壁が少ない点で、実用性が高く、有効な実現手段になると考えられる。   In the case of the method described in Non-Patent Document 1, since only one sensor is required, the cost is high, and a new sensor is added to an existing electric product, or a new electric Since it is not necessary to embed a sensor with a uniform standard in the product, it is considered to be a practical and effective means of implementation because there are few barriers to introduction.

しかしながら、1台のセンサから得られる情報は、積算された電流や電圧の値に関するデータに限られ、個々の電気機器の消費電力の状態を直接把握することはできないため、何らかの方法で、積算されたデータから個々の電気機器の電力データを推測する必要がある。   However, the information obtained from one sensor is limited to data related to the accumulated current and voltage values, and it is not possible to directly grasp the power consumption status of each electrical device. It is necessary to infer power data of individual electrical equipment from the collected data.

そのため、電気機器の識別を行い、それぞれの動作状態を推定するための方法として、前記非特許文献1においては、あらかじめ個々の電気機器の消費電力や電流波形等のデータを様々な動作状態に於いてあらかじめ測定して、データベースとして蓄積しておき、データベースとしてあらかじめ蓄積された電気機器それぞれのデータと実測値とを比較照合することによって、電気機器それぞれの種別の識別や、動作状態の推測を行うという方法が考えられている。   Therefore, as a method for identifying electrical devices and estimating the respective operating states, in Non-Patent Document 1, data such as power consumption and current waveforms of individual electrical devices are previously stored in various operating states. In advance, the data is stored as a database, and the data of each electrical device stored in advance as a database is compared with the actual measurement value to identify the type of each electrical device and estimate the operating state. The method is considered.

しかしながら、データベースとしてあらかじめ蓄積された電気機器それぞれのデータと実測値との比較照合を行うという方法は、1台のセンサへの接続を想定する電気機器の台数が多くなると、組合せ爆発を起こし、計算量が膨大となり、現実的な時間では計算が終了しないという問題がある。   However, the method of comparing and comparing the data of each electrical device stored in advance as a database with the actual measurement value causes a combined explosion when the number of electrical devices that are assumed to be connected to one sensor increases. There is a problem that the amount is enormous and the calculation does not end in a realistic time.

Katsukura et al. “Life Pattern Sensor with Non-intrusive Appliance Monitoring,” ICCE '09 pp.1-2, Jan.2009.Katsukura et al. “Life Pattern Sensor with Non-intrusive Appliance Monitoring,” ICCE '09 pp.1-2, Jan.2009.

前述したように、前記非特許文献1に記載されたような従来の電気機器の識別方法においては、データベースとしてあらかじめ蓄積された電気機器それぞれのデータと実測値との比較照合を行う際に、1台のセンサに接続を想定する電気機器の台数が多くなればなるほど、組合せ爆発を起こし、計算量が膨大となり、現実的な時間内に計算が終了しなくなるため、実際に使用することができないという問題がある。   As described above, in the conventional method for identifying an electric device as described in Non-Patent Document 1, when performing comparison and collation between data of each electric device stored in advance as a database and an actual measurement value, 1 As the number of electrical devices that are assumed to be connected to one sensor increases, a combination explosion occurs, the amount of calculation becomes enormous, and the calculation does not end within a realistic time, so it cannot be actually used. There's a problem.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、1台のセンサに接続された複数の電気機器の台数如何に関わらず、迅速かつ正確に、動作中の電気機器を識別することが可能な電気機器識別装置、電気機器識別方法および電気機器識別プログラムを提供することを、その目的としている。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to quickly and accurately identify an operating electrical device regardless of the number of electrical devices connected to one sensor. An object of the present invention is to provide an electrical device identification device, an electrical device identification method, and an electrical device identification program.

本発明は、前述の課題を解決するために、以下のごとき各技術手段から構成されている。   The present invention comprises the following technical means in order to solve the above-mentioned problems.

第1の技術手段は、電力需要家の宅内や事務所に設置されている複数の電気機器の消費電力量の合計値を1台のセンサによって観測した結果に基づいて、複数の前記電気機器のうち動作中の状態にある電気機器を識別する電気機器識別装置であって、1台の前記センサによって観測した複数の前記電気機器の消費電力量の合計値を総消費電力ベクトル量として測定する電力測定部と、前記電気機器それぞれが単独動作した際の消費電力量をそれぞれの単独消費電力ベクトル量としてあらかじめ蓄積するデータ記憶部と、複数の前記電気機器のうち動作している電気機器が未知の状態で前記電力測定部により測定した前記総消費電力ベクトル量を、前記データ記憶部にあらかじめ蓄積した前記電気機器それぞれの前記単独消費電力ベクトル量と纏めて、1つの非負値行列として合成する測定電力合成部と、該測定電力合成部が合成した前記非負値行列に対して、非負値行列分解(NMF: Non-negative Matrix Factorization)を行うことによって、非負値の基底ベクトル行列と非負値の重み行列とのベクトル積に分解するNMF演算部と、該NMF演算部において前記非負値行列分解を行った結果に基づいて、複数の前記電気機器のうち動作している電気機器が未知の状態で前記電力測定部により前記総消費電力ベクトル量を測定した際に動作中の状態にあった電気機器を抽出する電気機器抽出部と、を少なくとも備えて構成されていることを特徴とする。   The first technical means is based on a result of observing a total value of power consumption of a plurality of electric appliances installed in a home or office of a power consumer with a single sensor. Of these, an electric device identification device for identifying an electric device in an operating state, and measuring a total power consumption vector amount as a total power consumption vector amount measured by a single sensor. A measuring unit, a data storage unit that preliminarily stores the amount of power consumed when each of the electrical devices operates independently as a single power consumption vector amount, and the operating electrical device among the plurality of electrical devices is unknown The total power consumption vector amount measured by the power measurement unit in the state, and the single power consumption vector amount of each of the electric devices stored in the data storage unit in advance Then, by performing a non-negative matrix factorization (NMF) on a non-negative matrix factorization (NMF) with respect to the non-negative matrix synthesized by the measurement power synthesis unit synthesized as one non-negative matrix , An NMF operation unit that decomposes into a vector product of a non-negative basis vector matrix and a non-negative value weight matrix, and based on a result of performing the non-negative value matrix decomposition in the NMF operation unit, An electrical device extraction unit that extracts an electrical device that is in an operating state when the total power consumption vector amount is measured by the power measurement unit in an unknown state of the operating electrical device. It is characterized by being.

第2の技術手段は、前記第1の技術手段に記載の電気機器識別装置において、前記総消費電力ベクトル量および前記単独消費電力ベクトル量として、該当する前記電気機器に供給される電流のパワースペクトルまたは該当する前記電気機器に供給される電流の電流値そのものの正の部分の半周期分のみを用いることを特徴とする。   According to a second technical means, in the electrical equipment identification device according to the first technical means, a power spectrum of a current supplied to the corresponding electrical equipment as the total power consumption vector quantity and the single power consumption vector quantity. Alternatively, only the half period of the positive part of the current value itself of the current supplied to the electric device is used.

第3の技術手段は、前記第1または第2の技術手段に記載の電気機器識別装置において、前記NMF演算部にて前記非負値行列を分解する際に、前記基底ベクトル行列として、分解対象の前記非負値行列の列ベクトルのうち前記単独消費電力ベクトル量からなる任意の列ベクトルそれぞれを当該基底ベクトル行列のいずれか特定の基底ベクトルのみによってほぼ表現することができるように、前記電気機器それぞれの前記単独消費電力ベクトル量からなる基底ベクトルを求め、前記重み行列の各重み要素として、分解対象の前記非負値行列の任意の列ベクトルそれぞれにおいて動作中の状態にある前記電気機器に該当する重み要素に関してのみ、‘1’近傍の有意な値が設定され、分解対象の前記非負値行列の任意の列ベクトルそれぞれにおいて動作中の状態になっていない前記電気機器に該当する重み要素に関しては、ほぼ‘0’に近い値が設定されることを特徴とする。   The third technical means is the electrical device identification device according to the first or second technical means, wherein when the NMF computing unit decomposes the non-negative matrix, the base vector matrix is used as the base vector matrix. Each of the electric devices is configured so that each arbitrary column vector composed of the single power consumption vector amount among the column vectors of the non-negative matrix can be substantially expressed only by any specific basis vector of the basis vector matrix. A basis vector composed of the single power consumption vector amount is obtained, and a weight element corresponding to the electric device in an operating state in each arbitrary column vector of the non-negative matrix to be decomposed as each weight element of the weight matrix Only, a significant value in the vicinity of '1' is set, and each arbitrary column vector of the non-negative matrix to be decomposed is set. For the weight factor corresponding to the electrical equipment that is not in the state during operation Te, wherein the value nearly "0" is set.

第4の技術手段は、電力需要家の宅内や事務所に設置されている複数の電気機器の消費電力量の合計値を1台のセンサによって観測した結果に基づいて、複数の前記電気機器のうち動作中の状態にある電気機器を識別する電気機器識別方法であって、前記電気機器それぞれが単独動作した際の消費電力量をそれぞれの単独消費電力ベクトル量としてデータ記憶部にあらかじめ蓄積し、複数の前記電気機器のうち動作している電気機器が未知の状態で1台の前記センサによって観測した複数の前記電気機器の消費電力量の合計値である総消費電力ベクトル量を、前記データ記憶部にあらかじめ蓄積した前記電気機器それぞれの前記単独消費電力ベクトル量と纏めて、1つの非負値行列として合成した後、合成した前記非負値行列に対して、非負値行列分解(NMF: Non-negative Matrix Factorization)を行うことによって、非負値の基底ベクトル行列と非負値の重み行列とのベクトル積に分解し、該ベクトル積に分解した前記非負値行列分解の結果に基づいて、複数の前記電気機器のうち動作している電気機器が未知の状態で前記総消費電力ベクトル量を観測した際に動作中の状態にあった電気機器を抽出することを特徴とする。   According to a fourth technical means, based on a result of observing a total value of power consumption of a plurality of electric devices installed in a home or office of a power consumer with one sensor, the plurality of electric devices An electrical device identification method for identifying an electrical device in an operating state, wherein the power consumption amount when each of the electrical devices operates independently is stored in advance in the data storage unit as an individual power consumption vector amount, A total power consumption vector amount, which is a total value of power consumption amounts of the plurality of electrical devices observed by one sensor in an unknown state of an operating electrical device among the plurality of electrical devices, is stored in the data storage. Combined with the single power consumption vector amount of each of the electrical devices stored in advance in the unit, synthesized as a single non-negative matrix, then non-negative with respect to the synthesized non-negative matrix By performing non-negative matrix factorization (NMF), the vector product of a non-negative basis vector matrix and a non-negative weight matrix is decomposed, and the result of the non-negative matrix decomposition decomposed into the vector product is obtained. On the basis of this, it is characterized in that an electrical device that is in an operating state when the total power consumption vector amount is observed when an operating electrical device is unknown among a plurality of the electrical devices is extracted.

第5の技術手段は、前記第4の技術手段に記載の電気機器識別方法において、前記単独消費電力ベクトル量および前記総消費電力ベクトル量として、該当する前記電気機器に供給される電流のパワースペクトルまたは該当する前記電気機器に供給される電流の電流値そのものの正の部分の半周期分のみを用いることを特徴とする。   According to a fifth technical means, in the electric device identification method according to the fourth technical means, a power spectrum of a current supplied to the corresponding electric device as the single power consumption vector amount and the total power consumption vector amount. Alternatively, only the half period of the positive part of the current value itself of the current supplied to the electric device is used.

第6の技術手段は、前記第4または第5の技術手段に記載の電気機器識別方法において、前記非負値行列を分解する際に、前記基底ベクトル行列として、分解対象の前記非負値行列の列ベクトルのうち前記単独消費電力ベクトル量からなる任意の列ベクトルそれぞれを当該基底ベクトル行列のいずれか特定の基底ベクトルのみによってほぼ表現することができるように、前記電気機器それぞれの前記単独消費電力ベクトル量からなる基底ベクトルを求め、前記重み行列の各重み要素として、分解対象の前記非負値行列の任意の列ベクトルそれぞれにおいて動作中の状態にある前記電気機器に該当する重み要素に関してのみ、‘1’近傍の有意な値が設定され、分解対象の前記非負値行列の任意の列ベクトルそれぞれにおいて動作中の状態になっていない前記電気機器に該当する重み要素に関しては、ほぼ‘0’に近い値が設定されることを特徴とする。   Sixth technical means, in the electrical device identification method according to the fourth or fifth technical means, when decomposing the non-negative matrix, as a basis vector matrix, a column of the non-negative matrix to be decomposed The single power consumption vector quantity of each of the electric devices so that each arbitrary column vector consisting of the single power consumption vector quantity of the vectors can be substantially expressed only by any specific base vector of the base vector matrix. Only for the weight element corresponding to the electric device in the operating state in each column vector of the non-negative matrix to be decomposed as each weight element of the weight matrix, '1' Significant values in the vicinity are set, and each column vector of the non-negative matrix to be decomposed is in an active state. For the weight factor corresponding to the non the electric device, characterized in that a value substantially close to '0' is set.

第7の技術手段は、前記第6の技術手段に記載の電気機器識別方法において、分解対象の前記非負値行列において前記総消費電力ベクトル量からなる列ベクトルに対応する前記重み行列の列ベクトルを構成する各重み要素のうち、‘1’近傍の有意な値を有している重み要素に該当する電気機器を、複数の前記電気機器のうち動作している電気機器が未知の状態で前記総消費電力ベクトル量を観測した際に動作中の状態にある電気機器として識別することを特徴とする。   A seventh technical means is the electric equipment identification method according to the sixth technical means, wherein a column vector of the weight matrix corresponding to a column vector composed of the total power consumption vector amount in the non-negative matrix to be decomposed is calculated. Among the weighting elements to be configured, the electrical equipment corresponding to the weighting element having a significant value in the vicinity of “1” is the total of the electrical equipment that is operating among the plurality of electrical equipments in an unknown state. When the power consumption vector amount is observed, it is identified as an electric device in an operating state.

第8の技術手段は、前記第4ないし第7の技術手段のいずれかに記載の電気機器識別方法を、コンピュータによって実行可能なプログラムとして実施している電気機器識別プログラムとすることを特徴とする。   An eighth technical means is an electrical equipment identification program that implements the electrical equipment identification method according to any of the fourth to seventh technical means as a program executable by a computer. .

本発明の電気機器識別装置、電気機器識別方法および電気機器識別プログラムによれば、電力需要家の一般家庭の宅内や事務所などに複数の電気機器が存在する場合において、電力を供給する電源線の引き込み線や、分電盤内の電力線などの位置に設置した1台のセンサによって複数の電気機器全体の消費電力量や電流、電圧の総量を観測し、観測した結果を基にして、動作中の電気機器の識別を行う手法として、ニューラルネットワークなどの処理によって各電気機器の特徴量とのマッチングを逐一行う従来の手法に対して、本発明においては、非負値行列分解NMFという多変量解析の手法を採用しているので、以下のごとき効果を奏することができる。   According to the electrical device identification device, the electrical device identification method, and the electrical device identification program of the present invention, when there are a plurality of electrical devices in the home or office of a general household of power consumers, the power supply line that supplies power The total power consumption, current, and voltage of multiple electrical devices are observed by a single sensor installed at a position such as a lead-in wire or a power line in a distribution board, and the operation is based on the observed results. In contrast to the conventional method of matching each feature amount of each electrical device by a process such as a neural network as a method for identifying the electrical device in the present invention, in the present invention, in the present invention, a multivariate analysis called non-negative matrix decomposition NMF is performed. Since this method is adopted, the following effects can be obtained.

第1に、各電気機器の識別に要する計算コストを大幅に低減することが可能になり、設置されている電気機器の台数の如何によらず、現在動作中の電気機器を迅速かつ確実に把握することができるという効果が得られ、電力需要家が使用している各電気機器の種別や動作状況、消費電力等を把握する電気機器識別装置(モニタ装置)として好適に使用することができる。   First, the computational cost required to identify each electrical device can be significantly reduced, and the currently operating electrical device can be grasped quickly and reliably regardless of the number of installed electrical devices. Therefore, it can be suitably used as an electric device identification device (monitor device) for grasping the type, operation status, power consumption, and the like of each electric device used by an electric power consumer.

第2に、電力需要家の宅内や事務所内に設置した電気機器識別装置(モニタ装置)により当該電力需要家が使用している各電気機器の種別や動作状況、消費電力等を把握して、把握した情報を、通信ネットワークを介して、センタ装置等に転送することも可能であり、センタ装置等が配置された遠隔地であっても、各電力需要家における電気機器の動作状況の把握や該動作状況に基づく電力制御等を確実に行うことができる。   Secondly, by grasping the type and operation status of each electric appliance used by the electric power consumer and the power consumption by the electric appliance identification device (monitor device) installed in the home or office of the electric power consumer, It is also possible to transfer the grasped information to the center device etc. via the communication network. Even in a remote place where the center device etc. is located, Power control and the like based on the operation status can be reliably performed.

第3に、かくのごとき電気機器識別装置(モニタ装置)を導入することにより、電力需要家の宅内や事務所内の消費電力を効果的に節減するための情報提供サービスや、電気機器の故障の把握・通知サービス、独居老人や要介護者の見守りサービスを、電力需要家に対して提供することも可能になる。   Third, by introducing an electrical equipment identification device (monitoring device) like this, it is possible to provide information services for effectively reducing power consumption in the homes and offices of power consumers, It is also possible to provide grasping / notification services and monitoring services for elderly people who need to live alone or those who need care for electric power consumers.

本発明による電気機器識別装置のブロック構成の一例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows an example of the block configuration of the electric equipment identification device by this invention. 非負値行列分解NMFの概念を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the concept of nonnegative matrix decomposition | disassembly NMF. 非負値行列分解NMFの概念をさらに詳細に説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating in more detail the concept of nonnegative matrix decomposition | disassembly NMF. 図1に示す電気機器識別装置のNMF演算部における非負値行列分解NMFの様子の具体例を説明している説明図である。It is explanatory drawing explaining the specific example of the mode of the nonnegative matrix decomposition | disassembly NMF in the NMF calculating part of the electric equipment identification device shown in FIG. 図1に示す電気機器識別装置のNMF演算部における非負値行列分解NMFの様子を一般化して説明している説明図である。It is explanatory drawing which generalizes and demonstrates the mode of the nonnegative matrix decomposition | disassembly NMF in the NMF calculating part of the electric equipment identification device shown in FIG. 図1の電気機器識別装置による電気機器の識別処理の具体的な実施結果の一例を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating an example of the specific implementation result of the identification process of the electric equipment by the electric equipment identification device of FIG.

以下に、本発明に係る電気機器識別装置、電気機器識別方法および電気機器識別プログラムの好適な実施形態について、その一例を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明においては、本発明による電気機器識別装置および電気機器識別方法について説明するが、かかる電気機器識別方法をコンピュータにより実行可能な電気機器識別プログラムとして実施するようにしても良いし、さらに、かかる電気機器識別プログラムをコンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録するようにしても良いことは言うまでもない。   Hereinafter, an example of a preferred embodiment of an electrical equipment identification device, electrical equipment identification method, and electrical equipment identification program according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the electric device identification device and the electric device identification method according to the present invention will be described. However, the electric device identification method may be implemented as an electric device identification program that can be executed by a computer. Furthermore, it goes without saying that such an electric device identification program may be recorded on a computer-readable recording medium.

(本発明の特徴)
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要をまず説明する。一般に、複数の電気機器それぞれの消費電力量を観測する場合、最も単純な方法は、各電気機器それぞれに電力センサ等を設置して、各電気機器ごとに消費電力量を観測するようにすれば良い。しかし、かくのごとき方法では、各電気機器ごとにそれぞれ電力センサ等を実装しなければならないため、電気機器の台数分のセンサを用意することが必要になり、それぞれのセンサ分のコストを要することになる。
(Features of the present invention)
Prior to the description of the embodiments of the present invention, an outline of the features of the present invention will be described first. In general, when observing the power consumption of each of a plurality of electrical devices, the simplest method is to install a power sensor or the like for each electrical device and observe the power consumption for each electrical device. good. However, in such a method, since it is necessary to mount power sensors etc. for each electric device, it is necessary to prepare sensors for the number of electric devices, and the cost for each sensor is required. become.

そこで、コスト低下を図るために、電力需要家の建物の分電盤等に1ヶ所だけセンサを設けて、該分電盤等から電力が供給される全ての電気機器の消費電力量の合計値を測定する方法が有効である。ただし、この場合は、センサのコストは1台分のみで良いものの、電気機器ごとの種別や消費電力状態を直接把握することができなくなる。   Therefore, in order to reduce costs, only one sensor is installed on the distribution board of the building of the power consumer, and the total power consumption of all the electrical equipment that is supplied with power from the distribution board etc. It is effective to measure this. However, in this case, although the cost of the sensor is only required for one unit, it becomes impossible to directly grasp the type and power consumption state for each electric device.

したがって、前記非特許文献1に記載したように、個々の電気機器ごとの消費電力や電流波形等のデータを様々な条件であらかじめ測定し、ニューラルネットワーク等の技術を利用して、各電気機器ごとの特徴量を示すデータを求めて、データベースとして蓄積しておき、動作中の電気機器が未知の状態で1台のセンサによって測定した実測値を該データベースに蓄積しておいた特徴量を示すデータと逐一照合比較することによって、動作中の電気機器の種別を識別し、消費電力状態を推定するという技術が提案されている。   Therefore, as described in Non-Patent Document 1, data such as power consumption and current waveform for each electrical device is measured in advance under various conditions, and a technique such as a neural network is used for each electrical device. The data indicating the feature value stored in the database is obtained by storing the data indicating the feature value of the sensor and storing it as a database, and the measured values measured by one sensor in an unknown state of the operating electrical equipment. A technique has been proposed in which the type of the electric device in operation is identified and the power consumption state is estimated by performing comparison and comparison one by one.

しかし、かくのごとき前記非特許文献1による電気機器識別方法の場合、前述したように、1台のセンサに接続する電気機器の台数が増加するにつれて、データベースが急速に巨大化するとともに、計算量が爆発的に急増してしまうという問題がある。例えば、電気機器の台数がN台(N:正整数)の場合、データベースとして、各電気機器が電源ON/OFFの2通りの状態を取った際のデータを、順列組合せ的に全てあらかじめ準備すると、2のデータ量のデータベースが必要となり、台数Nの増加に伴い、実測値との比較照合に要する計算量が爆発的に増加してしまうことになる。 However, in the case of the electrical device identification method according to Non-Patent Document 1 as described above, as described above, as the number of electrical devices connected to one sensor increases, the database rapidly grows and the calculation amount increases. There is a problem that will explode rapidly. For example, when the number of electrical devices is N (N: a positive integer), all the data when each electrical device takes two states of power ON / OFF is prepared as a database in a permutation combination beforehand. A database with a data amount of 2N is required, and as the number N increases, the calculation amount required for comparison with the actual measurement value increases explosively.

本発明は、かかる事態を解決するために、1台のセンサによって測定された消費電力量の合計値から個々の電気機器ごとの動作状態を推測するために、非負値行列分解NMF(Non-negative Matrix Factorization)という多変量解析の手法を用いることによって、データベースの小規模化と計算量の低減とを同時に実現することを主要な特徴としている。   In order to solve such a situation, the present invention provides a non-negative matrix decomposition NMF (Non-negative) in order to infer the operating state of each electric device from the total value of power consumption measured by one sensor. By using a multivariate analysis technique called Matrix Factorization, the main feature is to simultaneously reduce the size of the database and reduce the amount of calculation.

具体的には、本発明は、
(1)各電気機器の単独動作時の消費電力の状態(つまり、前述したデータベースに相当するものであり、単独動作時の各電気機器ごとの消費電力ベクトル量を既知のデータとしてあらかじめ用意したもの)と、1台のセンサによって観測した総消費電力の状態(同時に1ないし複数の電気機器が動作中の状態における総消費電力ベクトル量に相当するものであり、動作中の電気機器が未知の状態における消費電力の状態)とを、纏めて、一つの非負値行列X(すなわち、各要素が0以上の値を有する行列)として合成する。
Specifically, the present invention provides:
(1) State of power consumption at the time of individual operation of each electric device (that is, corresponding to the above-mentioned database, and prepared in advance as known data on the amount of power consumption vector for each electric device at the time of single operation ) And the state of total power consumption observed by one sensor (corresponding to the total power consumption vector amount in the state where one or more electric devices are operating at the same time, and the operating electric device is unknown) Are combined together as one non-negative matrix X (that is, a matrix in which each element has a value of 0 or more).

(2)合成した該非負値行列Xを、非負値行列分解NMFによって、非負値の基底ベクトル行列Hと非負値の重み行列Uとのベクトル積に分解する。   (2) The synthesized non-negative matrix X is decomposed into a vector product of a non-negative basis vector matrix H and a non-negative value weight matrix U by non-negative matrix decomposition NMF.

(3)分解した非負値の重み行列Uを用いて、同時に動作中の電気機器が未知の状態で観測した際の各電気機器の動作状態を示す特徴を抽出することによって、動作中の電気機器を識別する。
という構成要件からなっていることを特徴としている。
(3) By using the decomposed non-negative weight matrix U, a feature indicating the operating state of each electrical device when the simultaneously operating electrical device is observed in an unknown state is extracted, thereby operating the electrical device in operation. Identify.
It is characterized by consisting of

つまり、本発明は、ニューラルネットワークなどの逐次マッチング処理によって従来実現していた同時動作中の電気機器の特徴を識別する処理について、四則演算の繰り返しのみによって実現することができる非負値行列分解NMFという多変量解析の手法を用いることによって、電気機器の識別に要する計算コストを大幅に低減することが可能になり、1つのセンサに多くの電気機器が接続されている場合であっても、各電気機器の動作状態を迅速かつ確実に把握することができるという効果が得られる。   In other words, the present invention refers to a non-negative matrix decomposition NMF that can be realized only by repeating four arithmetic operations for the process of identifying the characteristics of an electric device that is operating simultaneously, which has been conventionally realized by a sequential matching process such as a neural network. By using the multivariate analysis method, it is possible to greatly reduce the calculation cost required for identifying the electric device, and even if many electric devices are connected to one sensor, The effect is obtained that the operating state of the device can be grasped quickly and reliably.

(実施形態の構成例)
次に、本発明による電気機器識別装置のブロック構成の一例を、図1を用いて詳細に説明する。図1は、本発明による電気機器識別装置のブロック構成の一例を示すブロック構成図であり、家庭や事務所等の電力需要家の宅内に設置された複数の電気機器へ電源を供給するための分電盤等の位置に配置した電気機器識別装置の構成例を示している。
(Configuration example of embodiment)
Next, an example of a block configuration of the electrical equipment identification device according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a block configuration diagram showing an example of a block configuration of an electrical equipment identification device according to the present invention for supplying power to a plurality of electrical equipment installed in the home of a power consumer such as a home or office. The example of a structure of the electric equipment identification device arrange | positioned in positions, such as a distribution board, is shown.

図1に示す電気機器識別装置100は、電気機器識別部10、入力部20、出力部30を少なくとも含んで構成されており、前述のように、電源200からの電力を、宅内に設置された複数の電気機器300それぞれに供給するための分電盤等の位置に配置されている。ここで、複数の電気機器300は、例えば、エアコン、照明器具、TV受像機、冷蔵庫、洗濯機、パソコン、プリンタ等の一般的な家電機器や事務機器等から構成されているが、電源200からの電気的な制御が行われる機器であれば、電力以外のエネルギー源を用いる機器例えばファンヒータ装置等も対象として含まれる。   1 includes at least an electric device identification unit 10, an input unit 20, and an output unit 30, and as described above, the electric power from the power source 200 is installed in the house. It arrange | positions in positions, such as a distribution board for supplying to each of the some electric equipment 300. FIG. Here, the plurality of electric devices 300 are configured from general home appliances such as an air conditioner, a lighting fixture, a TV receiver, a refrigerator, a washing machine, a personal computer, and a printer, and office equipment. As long as the electrical control is performed, a device using an energy source other than electric power, such as a fan heater device, is also included.

電気機器識別装置100の電気機器識別部10は、当該電気機器識別装置100の中核部を構成する部位であり、電力測定部11、測定電力合成部12、NMF演算部13、電気機器抽出部14、および、データ記憶部15を少なくとも備えて、分電盤等の位置に設置した1台のセンサのみによって測定した複数の電気機器300全体の総消費電力量の測定結果を基にして、現在動作中の電気機器300の識別を行う部位である。   The electric device identification unit 10 of the electric device identification apparatus 100 is a part constituting the core of the electric device identification apparatus 100, and includes a power measurement unit 11, a measured power synthesis unit 12, an NMF calculation unit 13, and an electric device extraction unit 14. And the current operation based on the measurement result of the total power consumption of the whole of the plurality of electrical devices 300 measured by only one sensor provided with at least the data storage unit 15 and installed at a position such as a distribution board This is a part for identifying the electric device 300 therein.

電力測定部11は、電源200から複数の電気機器300それぞれに供給される消費電力量の合計値を1台のセンサによって観測した結果を総消費電力ベクトル量として測定する部位であり、測定電力合成部12は、複数の電気機器300のうち動作している電気機器300が未知の状態で電力測定部11にて測定された消費電力量の合計値である総消費電力ベクトル量とデータ記憶部15にあらかじめ蓄積されている各電気機器300それぞれの単独動作時の消費電力量である単独消費電力ベクトル量とを纏めて、1つの非負値行列Xとして合成する部位である。   The power measurement unit 11 is a part that measures the result of observing the total power consumption amount supplied from the power source 200 to each of the plurality of electrical devices 300 by one sensor as the total power consumption vector amount, The unit 12 includes a total power consumption vector amount that is a total value of power consumption amounts measured by the power measurement unit 11 in a state where the operating electric device 300 among the plurality of electric devices 300 is unknown, and the data storage unit 15. Is a portion that combines the single power consumption vector amount that is the power consumption amount during the single operation of each electrical device 300 accumulated in advance into one non-negative matrix X.

また、NMF演算部13は、測定電力合成部12にて合成した非負値行列Xに対して、非負値行列分解NMFを行い、非負値の基底ベクトル行列Hと非負値の重み行列Uとのベクトル積に分解する部位であり、電気機器抽出部14は、NMF演算部13にて非負値行列分解NMFを行った結果に基づいて、複数の電気機器300のうち動作している電気機器が未知の状態で電力測定部11により消費電力量の合計値である総消費電力ベクトル量を観測した際に動作中の状態にあった電気機器300を抽出する部位である。   Also, the NMF calculation unit 13 performs non-negative matrix decomposition NMF on the non-negative matrix X synthesized by the measured power synthesis unit 12 to obtain a vector of a non-negative basis vector matrix H and a non-negative value weight matrix U. The electrical device extraction unit 14 is an unknown device that is operating among the plurality of electrical devices 300 based on the result of the non-negative matrix decomposition NMF performed by the NMF calculation unit 13. This is a part for extracting the electric device 300 that is in the operating state when the total power consumption vector amount, which is the total value of the power consumption amount, is observed by the power measurement unit 11 in the state.

なお、データ記憶部15は、複数の電気機器300それぞれが単独で動作した際の消費電力量の状況を電力ベクトル量の形式で単独消費電力ベクトル量としてあらかじめ測定して、単独動作時の電気機器300それぞれに関する消費電力量である電力ベクトル量を示す既知のデータとして蓄積している。一方、非負値行列Xとして、単独動作時の電気機器300それぞれに関する単独消費電力ベクトル量を示す既知のデータと測定電力合成部12において合成される、消費電力量の合計値の総消費電力ベクトル量(同時に動作している電気機器300が未知の状態で電力測定部11にて測定された総消費電力量)は、全電気機器300のうち、いずれか1ないし複数の電気機器300が同時に動作している状態において消費されている電力量である。   The data storage unit 15 measures in advance the power consumption amount when each of the plurality of electric devices 300 operates independently as a single power consumption vector amount in the form of a power vector amount, and the electric device at the time of single operation It is stored as known data indicating the amount of power vector, which is the amount of power consumed for each of 300. On the other hand, as the non-negative matrix X, the total power consumption vector amount of the total power consumption amount synthesized by the measured power combining unit 12 with the known data indicating the single power consumption vector amount relating to each of the electric devices 300 during the single operation. (Total power consumption measured by the power measurement unit 11 when the electric devices 300 operating at the same time are unknown) means that any one or a plurality of electric devices 300 among all the electric devices 300 operate simultaneously. Is the amount of power consumed in

入力部20は、データ記憶部15にあらかじめ設定登録するデータを入力したり、あるいは、遠隔地にあるセンタ装置から通信ネットワークを介して送信されてくる各種のサービス情報(電力需要家に対する省電力用の情報や独居者の見守り情報等や電気機器300に対する遠隔制御や故障診断に関する情報)を受信したりする部位である。また、出力部30は、電気機器識別部10から出力されてくる個々の電気機器の識別結果や消費電力量等に関する情報を、電力需要家に対して通知するために出力機器に出力したり、遠隔地にあるセンタ装置に対して通信ネットワークを介して送信したりする部位である。   The input unit 20 inputs data to be set and registered in the data storage unit 15 in advance, or various service information transmitted from a remote center device via a communication network (for power saving for power consumers) Or information regarding remote control or failure diagnosis of the electric device 300). In addition, the output unit 30 outputs information on the identification result of each individual electric device output from the electric device identification unit 10 and the power consumption amount to the output device in order to notify the power consumer, This is a part that transmits to a center device at a remote location via a communication network.

(実施形態の動作例)
次に、図1に示した電気機器識別装置100の動作の一例を説明する。
(Operation example of embodiment)
Next, an example of operation | movement of the electric equipment identification device 100 shown in FIG. 1 is demonstrated.

まず、図1に示した電気機器識別装置100のNMF演算部13において用いられる非負値行列分解NMF(Non-negative Matrix Factorization)という多変量解析の手法について説明する。本発明においては、電気機器の識別手法として、前述したように、多変量解析手法の一つである非負値行列分解NMFを採用することにより、1台のセンサによって観測された消費電力量の合計値から個々の電気機器ごとの動作状態を推測することによって、データ記憶部15にあらかじめ蓄積するデータベースの小規模化と動作中の電気機器を識別するNMF演算部13および電気機器抽出部14における計算量の低減とを実現することができる。   First, a method of multivariate analysis called non-negative matrix factorization NMF (Non-negative Matrix Factorization) used in the NMF calculation unit 13 of the electrical device identification apparatus 100 shown in FIG. 1 will be described. In the present invention, as described above, the non-negative matrix decomposition NMF, which is one of the multivariate analysis methods, is adopted as the electric device identification method, so that the total power consumption observed by one sensor is obtained. By estimating the operation state of each individual electric device from the value, the scale of the database stored in the data storage unit 15 in advance and the calculation in the NMF calculation unit 13 and the electric device extraction unit 14 for identifying the electric device in operation are calculated. The amount can be reduced.

非負値行列分解NMFは、予測可能性が低い多数の属性が存在する際に、多数の属性を適宜組み合わせることによって、意味があるパターン、テーマを生成することを可能にする多変量解析手法の一つであり、従来より、特に、画像信号や音響信号のスペクトラム等の非負値データから特徴的なパターンを抽出する方法として多用されていて、画像特徴抽出や音源の分離等、多岐に亘って応用されている。   Non-negative matrix decomposition NMF is a multivariate analysis technique that makes it possible to generate meaningful patterns and themes by appropriately combining multiple attributes when there are multiple attributes with low predictability. In particular, it has been widely used as a method for extracting characteristic patterns from non-negative data such as image signal and sound signal spectra, and has been widely applied to image feature extraction and sound source separation. Has been.

ここで、非負値行列とは、行列を構成するための全要素が非負(0以上)の値で構成される行列であり、非負値行列分解NMFとは、観測データである非負値データのすべてを非負値基底ベクトルの非負結合によって近似できるように、適当な基底系を構成する非負値の基底ベクトル行列と非負値の重み行列とに分解するものである。   Here, the non-negative matrix is a matrix in which all elements for configuring the matrix are composed of non-negative (0 or more) values, and the non-negative matrix decomposition NMF is all non-negative data that is observation data. Is decomposed into a non-negative basis vector matrix and a non-negative weight matrix constituting an appropriate basis set so that can be approximated by a non-negative combination of non-negative basis vectors.

つまり、非負値行列分解NMFは、すべての観測データ(例えば、N個のL次元非負値ベクトル)   That is, the non-negative matrix decomposition NMF includes all observation data (for example, N L-dimensional non-negative vectors).

Figure 0005546506
を、それぞれの基底系を構成するM個のL次元非負値基底ベクトル
Figure 0005546506
, M L-dimensional non-negative basis vectors constituting each basis set

Figure 0005546506
の非負結合y(1≦n≦N)
Figure 0005546506
Non-negative bond y n (1 ≦ n ≦ N)

Figure 0005546506
によって良く近似できるような適当な基底系h(1≦i≦M)とその重みui,nとに分解するものである。
Figure 0005546506
Is decomposed into an appropriate basis set h i (1 ≦ i ≦ M) and its weights u i, n that can be approximated by

すなわち、分解対象とするN個のL次元非負値ベクトルを並べた非負値行列Xを   That is, a non-negative matrix X in which N L-dimensional non-negative vectors to be decomposed are arranged is

Figure 0005546506
とし、M個のL次元非負値基底ベクトルを並べた基底ベクトル行列Hを
Figure 0005546506
And a basis vector matrix H in which M L-dimensional non-negative basis vectors are arranged

Figure 0005546506
とし、非負結合の係数つまり非負結合の重みを要素とした重み行列Uを
Figure 0005546506
And a weight matrix U whose elements are non-negative coupling coefficients, that is, non-negative coupling weights.

Figure 0005546506
とし、分解時における誤差を示す誤差行列をDとした場合、非負値行列分解NMFとは、
Figure 0005546506
And an error matrix indicating an error at the time of decomposition is D, the non-negative matrix decomposition NMF is:

Figure 0005546506
の関係が成立するような、非負値の基底ベクトル群からなる基底ベクトル行列Hと、非負値行列Xの各列ベクトルを近似するために非負結合時における基底ベクトル行列Hの各基底ベクトルに関する重み付けを行う重み行列Uと、を求めるものである。
Figure 0005546506
In order to approximate each column vector of the non-negative matrix X and a base vector matrix H composed of a group of non-negative base vectors so that the relationship of A weight matrix U to be obtained is obtained.

ここで、誤差行列Dを可及的に小さくし、   Here, the error matrix D is made as small as possible,

Figure 0005546506
Figure 0005546506

Figure 0005546506
の関係が成立するためには、例えば、中鹿亘他による「確率スペクトルを用いた基底生成モデルとNFMによる混合楽音解析」(日本音響学会講演論文集、2011年3月)等にも記載されているように、一般に、教師なし非負値行列分解NMFを実施する場合においては、二乗誤差基準によって各行列要素の更新を行う。すなわち、式(9)の条件下において、次の式(10)の二乗誤差を最小化するような基底ベクトル行列H、重み行列Uを求める。
Figure 0005546506
For example, Watanabe Nakaga et al., “A Basis Generation Model Using Probability Spectrum and Mixed Music Analysis Using NFM” (The Acoustical Society of Japan Proceedings, March 2011), etc. In general, when unsupervised non-negative matrix decomposition NMF is performed, each matrix element is updated according to a square error criterion. That is, a basis vector matrix H and a weight matrix U that minimize the square error of the following equation (10) are obtained under the condition of equation (9).

Figure 0005546506
このための各行列要素の更新式は、Hを基底ベクトル行列Hの転置行列、Uを重み行列Uの転置行列とすると、次の式(11)、式(12)として与えられる。
Figure 0005546506
Update equation of each matrix element for this is the transposed matrix of basis vectors matrix H and H T, when the transposed matrix of weight matrix U and U T, the following equation (11) is given as an expression (12).

Figure 0005546506
Figure 0005546506

Figure 0005546506
式(11)、式(12)の四則演算を繰り返すことによって、式(8)の関係が近似的に成立する基底ベクトル行列H(および重み行列U)を求めることができる。
Figure 0005546506
By repeating the four arithmetic operations of Equation (11) and Equation (12), a basis vector matrix H (and weight matrix U) in which the relationship of Equation (8) is approximately established can be obtained.

以上のように、非負値行列分解NMFは、分解対象の非負値行列Xそれぞれの列ベクトルを特徴付ける基底ベクトル行列Hと非負結合時の基底ベクトル行列Hの各基底ベクトルに関する重み付けを行う重み要素からなる重み行列Uとの2つの非負値行列のベクトル積として近似するためのアルゴリズムである。   As described above, the non-negative matrix decomposition NMF includes weighting elements that perform weighting on each base vector of the base vector matrix H characterizing each column vector of the non-negative value matrix X to be decomposed and the base vector matrix H at the time of non-negative coupling. This is an algorithm for approximation as a vector product of two non-negative matrixes with a weight matrix U.

次に、本発明による電気機器識別装置に、非負値行列分解NMF演算を適用して、動作中の電気機器の識別を行う仕組みについて説明する。   Next, a mechanism for identifying an operating electrical device by applying a non-negative matrix decomposition NMF calculation to the electrical device identification apparatus according to the present invention will be described.

非負値行列分解NMFは、前述のように、従来より、音響信号等において採譜等を行うために応用されている技術であるが、本発明においては、かくのごとき非負値行列分解NMFの多変量解析の手法を、電気機器の消費電力量を示す非負値の電気信号として、電気機器に流れる電流信号(電流の電力スペクトル)等に適用することによって、電気機器の識別を行うために応用している。以下の説明においては、電気機器の消費電力量を示す消費電力ベクトル量として、非負値が得られる電流のパワースペクトルを用いている場合について説明する。   As described above, the non-negative matrix decomposition NMF is a technique that has been conventionally applied to perform transcription in an acoustic signal or the like. In the present invention, the non-negative matrix decomposition NMF is a multivariate of the non-negative matrix decomposition NMF as described above. Applying the analysis method to the electric current signal (current power spectrum) flowing through the electric device as a non-negative electric signal indicating the electric energy consumption of the electric device, and so on to identify the electric device Yes. In the following description, a case will be described in which a power spectrum of a current from which a non-negative value is obtained is used as a power consumption vector amount indicating a power consumption amount of an electrical device.

非負値行列分解NMFの手法を電気機器の識別に応用する場合、図2に示すように、分解対象の非負値行列Xを電力測定部11において1つのセンサによって観測データとして各種の動作条件下にて測定した消費電力データを示す電流パワースペクトルの各列ベクトルからなる列ベクトル群の行列、基底ベクトル行列Hを複数の電気機器それぞれの消費電力に関する特徴を列ベクトルとした基底ベクトル群からなる行列、重み行列Uを分解対象の非負値行列Xの各列ベクトルを近似するように非負結合時における基底ベクトル行列Hの各基底ベクトルに関する重み付けを行う各重み要素ui,jからなる行列として見ると、次のように解釈することができる。 When applying the non-negative matrix decomposition NMF technique to the identification of electrical equipment, as shown in FIG. 2, the non-negative matrix X to be decomposed is subjected to various operating conditions as observation data by a single sensor in the power measurement unit 11. A matrix of a column vector group consisting of each column vector of a current power spectrum indicating the power consumption data measured in the above, a matrix consisting of a base vector group having the basis vector matrix H as a column vector with features relating to the power consumption of each of a plurality of electrical devices, When the weight matrix U is viewed as a matrix composed of weight elements u i, j that perform weighting on each base vector of the base vector matrix H at the time of non-negative coupling so as to approximate each column vector of the non-negative matrix X to be decomposed, It can be interpreted as follows.

すなわち、例えば電気機器300に流れる電流のパワースペクトルを測定した観測データからなる非負値行列Xを、各電気機器300それぞれの動作状態を特徴付けるものとして各電気機器300それぞれの単独動作時の電流パワースペクトルを測定した各基底ベクトルからなる基底ベクトル行列Hの非負値の線形結合として近似しているものと解釈することができる。   That is, for example, a non-negative matrix X composed of observation data obtained by measuring a power spectrum of a current flowing through the electric device 300 is used as a characteristic characterizing the operating state of each electric device 300. Can be interpreted as being approximated as a linear combination of non-negative values of the basis vector matrix H composed of the measured basis vectors.

つまり、例えば、分解対象の非負値行列Xの任意の或る列ベクトルxに着目すると、図2に示すように、それは、各電気機器300それぞれの動作状態を特徴付ける単独動作時の電流パワースペクトルからなる基底ベクトル群の行列H全体と、当該列ベクトルxが示す観測データ(電流パワースペクトル)を近似するように基底ベクトル行列Hの各基底ベクトルに関する重み付けを行うための、分解対象の非負値行列Xの列ベクトルxに対応する重み行列Uの列ベクトルuとのベクトル積として表すことができる。図2は、非負値行列分解NMFの概念を説明するための説明図であり、非負値行列Xの任意の或る列ベクトルxと基底ベクトル群の行列Hおよび重み行列Uとの対応関係を説明している。 That is, for example, when focusing on any certain column vector x i of non-negative matrix X of decomposed, as shown in FIG. 2, it is a current power spectrum during independent operation which characterizes the operating state of each of the electrical equipment 300 A non-negative value to be decomposed for weighting each base vector of the base vector matrix H so as to approximate the entire matrix H of the base vector group consisting of and the observation data (current power spectrum) indicated by the column vector x i It can be expressed as a vector product with the column vector u i of the weight matrix U corresponding to the column vector x i of the matrix X. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the concept of non-negative matrix decomposition NMF. Correspondence between an arbitrary column vector x i of a non-negative matrix X, a matrix H of a basis vector group, and a weight matrix U is shown. Explains.

ここで、電気機器300に流れる電流パワースペクトルの観測データのそれぞれを示す分解対象の非負値行列Xの任意の或る列ベクトルxが、各電気機器300の特徴を示すデータとして各電気機器300それぞれの単独動作時の電流パワースペクトルを示す基底ベクトル群の行列Hの1つの基底ベクトルhのみによってほぼ表現することができるものとすると、図3に示すように、重み行列Uのうち、特定の重み要素ui,jのみが‘1’近傍の有意な値を有し、その他の残りの重み要素についてはほぼ‘0’に設定されることが期待できる。 Here, an arbitrary certain column vector x i of the non-negative matrix X to be decomposed indicating each observation data of the current power spectrum flowing through the electric device 300 is used as data indicating the characteristics of each electric device 300. assuming that can be substantially represented by only one basis vector h i of the basis vector group of the matrix H indicating a current power spectrum at each independent operation, as shown in FIG. 3, of the weight matrix U, specific It can be expected that only the weight elements u i, j have a significant value in the vicinity of “1”, and the remaining weight elements are set to almost “0”.

図3は、非負値行列分解NMFの概念をさらに詳細に説明するための説明図であり、非負値行列Xの任意の或る列ベクトルxを基底ベクトル群の行列Hの特定の基底ベクトルhのみによってほぼ表現することができる場合には、重み行列Uは、特定の重み要素ui,jのみが‘1’近傍の有意な値を有し、その他の残りの重み要素についてはほぼ‘0’となることを示している。 FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the concept of the non-negative matrix decomposition NMF in more detail. An arbitrary column vector x i of the non-negative matrix X is converted into a specific base vector h of the matrix H of the base vector group. If only i can be represented approximately, then the weight matrix U is such that only a particular weight element u i, j has a significant value in the vicinity of '1', and the remaining weight elements are almost ' It shows that it becomes 0 '.

図1に示す電気機器識別装置100のNMF演算部13においては、かくのごとき非負値行列分解NMFの概念を利用する。   In the NMF calculation unit 13 of the electric appliance identification apparatus 100 shown in FIG. 1, the concept of non-negative matrix decomposition NMF is used.

すなわち、まず、図1に示す電気機器識別装置100のデータ記憶部15には、複数の電気機器300それぞれが単独で運転した際の消費電力量の状況を例えば電流パワースペクトルの形式であらかじめ測定して、それぞれの電気機器300に関する特徴を示す既知のデータベースとしてあらかじめ蓄積しておく。つまり、各電気機器300について単独動作時の電流のパワースペクトルを示すデータをデータ記憶部15にあらかじめ蓄積しておく。   That is, first, in the data storage unit 15 of the electrical device identification apparatus 100 shown in FIG. 1, the power consumption amount when each of the multiple electrical devices 300 is independently operated is measured in advance, for example, in the form of a current power spectrum. Thus, it is stored in advance as a known database indicating the characteristics related to each electric device 300. That is, data indicating the power spectrum of the current at the time of single operation for each electrical device 300 is stored in the data storage unit 15 in advance.

次に、1つのセンサによって電力測定部11において1ないし複数の電気機器300の消費電力量の合計を電流パワースペクトルの合計値として測定した際に、1ないし複数の電気機器300のうち、どの電気機器300が動作中であるかを識別するために、測定電力合成部12において、データ記憶部15に蓄積している既知の電気機器300それぞれの単独動作時の消費電力量である電流のパワースペクトルと電力測定部11にて今測定した電流パワースペクトルの合計値(複数の電気機器300のいずれが動作中であるか未知の状態における消費電力量である電流のパワースペクトルの合計値)とのそれぞれを列ベクトルとして纏めることにより、分解対象の非負値行列Xを作成する。   Next, when the total power consumption of one or more electrical devices 300 is measured as a total value of the current power spectrum in the power measuring unit 11 by one sensor, which one of the one or more electrical devices 300 is selected. In order to identify whether or not the device 300 is in operation, the measured power combining unit 12 has a power spectrum of current that is the power consumption amount of each known electrical device 300 stored in the data storage unit 15 during single operation. And the total value of the current power spectrum measured by the power measuring unit 11 (the total value of the power spectrum of the current, which is the amount of power consumption in an unknown state as to which of the plurality of electrical devices 300 is operating). Are grouped as column vectors to create a non-negative matrix X to be decomposed.

しかる後、NMF演算部13において、分解対象の非負値行列Xに対して非負値行列分解NMFを施すことによって、各電気機器300の特徴を示す基底ベクトル群からなる基底ベクトル行列Hとして、非負値行列Xの列ベクトルのうち単独動作時の電流パワースペクトルからなる任意の列ベクトルそれぞれを基底ベクトル行列Hのいずれか特定の基底ベクトルのみによってほぼ表現することができるような、電気機器300それぞれの動作状態を特徴付ける単独動作時の消費電力量である電流のパワースペクトルからなる列ベクトルを求め、また、重み行列Uとして、分解対象の非負値行列Xに対して基底ベクトルそれぞれに関する重み付けを行うための重み要素ui,jを求めて、分解対象の非負値行列Xを、基底ベクトル行列Hと重み行列Uとのベクトル積(H×U)に分解する。 Thereafter, the NMF calculation unit 13 performs non-negative matrix decomposition NMF on the non-negative matrix X to be decomposed, thereby obtaining a non-negative value as a base vector matrix H composed of base vectors indicating the characteristics of each electrical device 300. Operation of each electric device 300 such that each of column vectors of the matrix X can be substantially represented by any specific base vector of any one of the base vector matrices H, each of which is a current power spectrum during single operation. A weight for obtaining a column vector composed of a power spectrum of current that is power consumption at the time of single operation characterizing the state, and weighting each non-negative matrix X to be decomposed as a weighting matrix U for each base vector The element u i, j is obtained, and the non-negative matrix X to be decomposed is converted to the basis vector matrix H and the weight. Decompose into a vector product (H × U) with the matrix U.

ここで、各電気機器300それぞれの単独動作時の電流パワースペクトルとして各電気機器300の特徴を示す基底ベクトル行列Hの列数は、電気機器300の個数に該当し、未知の消費電力量である電流のパワースペクトルの列ベクトルを含む分解対象の非負値行列Xの列数よりも少なく、例えば1個だけ少ない列数である。また、基底ベクトル行列Hの行数(つまり列ベクトルの要素の個数)は、電気機器300の電流パワースペクトルのベクトル次数に該当し、分解対象の非負値行列Xの行数と同じ行数である。   Here, the number of columns of the basis vector matrix H indicating the characteristics of each electrical device 300 as the current power spectrum of each electrical device 300 during independent operation corresponds to the number of electrical devices 300 and is an unknown power consumption. The number of columns is smaller than the number of columns of the non-negative matrix X to be decomposed including the column vector of the current power spectrum, for example, by one. The number of rows of the basis vector matrix H (that is, the number of elements of the column vector) corresponds to the vector order of the current power spectrum of the electric device 300 and is the same as the number of rows of the non-negative matrix X to be decomposed. .

また、重み行列Uの列数は、基底ベクトル行列H全体によって重み付けを行うことによって生成する対象である分解対象の非負値行列Xの列数と同じ列数であり、各列ベクトルが非負値行列Xの列ベクトルに対応する。また、重み行列Uの行数は、電気機器300の個数に該当し、基底ベクトル行列Hの列数と同じ個数である。   Further, the number of columns of the weight matrix U is the same as the number of columns of the non-negative matrix X to be decomposed, which is a target to be generated by weighting the entire basis vector matrix H, and each column vector is a non-negative matrix. Corresponds to the column vector of X. The number of rows of the weight matrix U corresponds to the number of electrical devices 300 and is the same as the number of columns of the basis vector matrix H.

なお、重み行列Uの各重み要素ui,jについては、図3において説明したように、非負値行列Xの列ベクトルxに該当する重み行列の列ベクトルuに関して、非負値行列Xの列ベクトルxをほぼ表現することができるように、各電気機器300それぞれの電流パワースペクトルの特徴に関する重み付けを行うものであり、非負値行列Xの列ベクトルxにおいて動作中の状態にある電気機器300に関してのみ、当該電気機器300の特徴を示す基底ベクトル行列Hの列ベクトルhに対応する重み要素が、‘1’近傍の有意な値を示し、その他の重み要素については、ほぼ‘0’に近い値になっている。 For each weight element u i, j of the weight matrix U, as described in FIG. 3, with respect to the column vector u i of the weight matrix corresponding to the column vector x i of the non-negative matrix X, the non-negative matrix X Weighting is performed on the characteristics of the current power spectrum of each electric device 300 so that the column vector x i can be substantially expressed, and the electric current in the operation state in the column vector x i of the non-negative matrix X For the device 300 only, the weight element corresponding to the column vector h j of the basis vector matrix H indicating the characteristics of the electric device 300 indicates a significant value near “1”, and the other weight elements are substantially “0”. The value is close to '.

NMF演算部13にて、消費電力量の測定データに関する非負値行列分解NMFが実施されると、電気機器抽出部14は、非負値行列分解NMFの結果に基づいて、重み行列Uの列ベクトルのうち、分解対象の非負値行列Xの未知の列ベクトルに対応する列ベクトルの重み要素の中から、‘0’に近い値ではなく、‘1’に近い有意な値を有している重み要素を抽出することによって、電力測定部11にて消費電力量の測定を行った際に、実際に動作していると想定される電気機器300を識別し、個々の電気機器300の動作状態を推定することができる。   When the NMF calculation unit 13 performs the non-negative matrix decomposition NMF regarding the measurement data of the power consumption, the electrical device extraction unit 14 determines the column vector of the weight matrix U based on the result of the non-negative matrix decomposition NMF. Among the weight elements of the column vector corresponding to the unknown column vector of the non-negative matrix X to be decomposed, the weight element having a significant value close to '1' instead of a value close to '0' When the power consumption is measured by the power measuring unit 11, the electrical device 300 that is assumed to be actually operating is identified, and the operating state of each electrical device 300 is estimated. can do.

以上のように、動作している電気機器300を識別するために、NMF演算部13において非負値行列分解NMFを行う様子を、図4に示している。図4は、図1に示す電気機器識別装置100のNMF演算部13における非負値行列分解NMFの様子の具体例を説明している説明図である。   As described above, FIG. 4 illustrates a state in which the NMF calculation unit 13 performs the non-negative matrix decomposition NMF in order to identify the electric device 300 that is operating. FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a specific example of the state of non-negative value matrix decomposition NMF in the NMF calculation unit 13 of the electrical device identification apparatus 100 illustrated in FIG. 1.

図4においては、識別対象の電気機器300として電気機器E,E,E,Eの4つの電気機器が存在していて、各電気機器E,E,E,Eの単独動作時の消費電力量である電流のパワースペクトルが、それぞれ、A,B,C,Dであったものとして、データ記憶部15にあらかじめ登録されている。さらに、図4においては、動作中の電気機器300が未知の状態において電力測定部11により実際に現在測定した電流のパワースペクトルが(B+D)であった場合であり、非負値行列分解NMFの演算結果として、4つの電気機器300のうち、動作中の電力機器は、電気機器E,Eの2つの電気機器であったことを電気機器抽出部14にて識別している例を示している。 In FIG. 4, the electrical equipment E A as electrical apparatus 300 to be identified, E B, E C, though there are four electrical equipment E D, the respective electric devices E A, E B, E C , E D The power spectrum of the current, which is the power consumption during the single operation, is registered in advance in the data storage unit 15 as A, B, C, and D, respectively. Further, FIG. 4 shows a case where the power spectrum of the current actually measured by the power measuring unit 11 in an unknown state of the operating electric device 300 is (B + D), and the non-negative matrix decomposition NMF is calculated. as a result, of the four electrical equipment 300, power equipment during operation, shows an example in which identifying electrical equipment E B, that there were two electrical apparatus E D by the electric equipment extractor 14 Yes.

つまり、図4において、分解対象の非負値行列Xには、前述のように、列番号X1〜X4のそれぞれには、データ記憶部15にあらかじめ設定登録されていた4つのE,E,E,Eそれぞれの単独動作時の電流のパワースペクトルA,B,C,Dを配置し、さらに、列番号X5には、動作中の電気機器が未知の状態で電力測定部11にて実際に測定した電流のパワースペクトル(B+D)を配置して、合計5つの列ベクトルからなる非負値行列Xとして測定電力合成部12により纏めている。 That is, in FIG. 4, in the non-negative matrix X to be decomposed, as described above, each of the column numbers X1 to X4 has four E A , E B , The power spectra A, B, C, and D of the currents during the single operation of E C and E D are arranged. Furthermore, in the column number X5, the electric power measuring unit 11 is in an unknown state in the power measuring unit 11. The power spectrum (B + D) of the actually measured current is arranged and collected by the measured power combining unit 12 as a non-negative matrix X consisting of a total of five column vectors.

分解対象の非負値行列XをNMF演算部13により非負値行列分解NMFを行うことによって、図4に示すように、基底ベクトル行列Hとして、非負値行列Xの列番号X1〜X4それぞれをほぼ表現することができる4つの電気機器E,E,E,Eそれぞれの電流のパワースペクトルに対応する4つの基底ベクトル
A*a−1,B*b−1,C*c−1,D*d−1
を列番号H1〜H4に生成するとともに、非負結合時における基底ベクトル行列Hの各列ベクトルの重み付けを行うための、4つの電気機器E,E,E,Eそれぞれの電流のパワースペクトルに関する重み要素として、a,b,c,dを抽出することによって、重み行列Uの列番号U1〜U5(分解対象の非負値行列Xの列番号X1〜X5に対応する列番号)の各重み要素として、基底ベクトル行列Hの列番号H1〜H4に対応する重み要素のみにそれぞれa,b,c,dが設定され、その他の重み要素は、ほぼ‘0’の値が設定されることになる。
By performing non-negative value matrix decomposition NMF on the non-negative value matrix X to be decomposed by the NMF calculation unit 13, each of the column numbers X1 to X4 of the non-negative value matrix X is substantially expressed as a basis vector matrix H as shown in FIG. four electrical equipment E a that may be, E B, E C, 4 single basis vector corresponding to the power spectrum of the E D respective current a * a -1, B * b -1, C * c -1, D * d -1
Are generated in column numbers H1 to H4, and the current power of each of the four electric devices E A , E B , E C , E D for weighting each column vector of the basis vector matrix H at the time of non-negative coupling By extracting a, b, c, and d as weighting elements related to the spectrum, each of the column numbers U1 to U5 of the weight matrix U (column numbers corresponding to the column numbers X1 to X5 of the non-negative matrix X to be decomposed) As the weight elements, a, b, c, and d are set only for the weight elements corresponding to the column numbers H1 to H4 of the basis vector matrix H, respectively, and values of almost “0” are set for the other weight elements. become.

したがって、分解対象の非負値行列Xにおいて、動作中の電気機器が未知の状態で測定した電流のパワースペクトルを配置した列番号X5と対応している、重み行列Uの列番号U5の各重み要素について、‘0’に近い値にはなっていなく、有意な値が設定されている重み要素(図4においては、bおよびd)を、電気機器抽出部14において検索することによって、有意な値が設定されている重み要素に対応する基底ベクトル行列Hの列番号(図4においては、電気機器Eおよび電気機器Eに該当する基底ベクトル行列Hの列番号H2およびH4)を判別して、4つの電気機器E,E,E,Eのうち、電気機器Eおよび電気機器Eの2つの電気機器が動作中であることを識別することができる。 Accordingly, in the non-negative matrix X to be decomposed, each weight element of the column number U5 of the weight matrix U corresponding to the column number X5 in which the power spectrum of the current measured in an unknown state of the operating electric device is arranged. , A significant value is obtained by searching the electrical device extraction unit 14 for weight elements (b and d in FIG. 4) that are not close to “0” but have significant values set. basis (in FIG. 4, the basis vector matrix column number H2 and H4 of H corresponding to the electrical equipment E B and electrical equipment E D) vector matrix H column number determination to the that but corresponding to the weight elements set , it is possible to identify that four electrical equipment E a, E B, E C , of the E D, 2 one electrical equipment of the electrical device E B and the electrical equipment E D is in operation.

また、各電気機器300それぞれの単独動作時の消費電力量をあらかじめ設定登録しておくことにより、現在、電気機器Eおよび電気機器Eの2つの電気機器それぞれが消費している消費電力量も推定することができる。 Further, by setting in advance registered power consumption amount at the time of the electrical device 300 each alone operation, the current consumption amount of power each of the two electrical appliances are consuming electrical equipment E B and the electrical equipment E D Can also be estimated.

識別対象の電気機器300として、4つの電気機器E,E,E,Eの場合について説明した図4のNMF演算を、さらに一般化して、M台の電気機器の場合について、図5に示している。図5は、図1に示す電気機器識別装置100のNMF演算部13における非負値行列分解NMFの様子を一般化して説明している説明図である。なお、図5に示す例においては、M台の電気機器の各電気機器のいずれか1ないし複数について単独動作時の消費電力量を複数回測定することにより、電気機器単独動作時の消費電力量すなわち電流のパワースペクトルを合計N回(N≧M)測定して、データ記憶部15にあらかじめ設定登録していた場合について示している。また、測定した電流のパワースペクトルのベクトル次数については、L次元であるものとして示している。 As electrical equipment 300 to be identified, four electrical equipment E A, E B, E C , the NMF operation of FIG. 4 described for the case of E D, further generalized, for the case of M base of the electrical device, FIG. 5 shows. FIG. 5 is an explanatory diagram that generalizes and describes the state of the non-negative matrix decomposition NMF in the NMF calculation unit 13 of the electrical device identification apparatus 100 illustrated in FIG. 1. In the example shown in FIG. 5, the power consumption amount during the single operation of the electric device is measured by measuring the power consumption amount during single operation for any one or more of the M electric devices. That is, the current power spectrum is measured a total of N times (N ≧ M) and set and registered in the data storage unit 15 in advance. The vector order of the measured power spectrum of the current is shown as being L-dimensional.

つまり、図5においては、分解対象の非負値行列Xは、M台の電気機器300のうちいずれか1ないし複数台(M台すべての場合も含む)の電気機器300についての複数回に亘る単独動作時においてそれぞれL次元の電流パワースペクトルを測定した合計N回(N≧M)の測定結果として、データ記憶部15にあらかじめ設定登録されたN個のL次元パワースペクトルを、動作中の電気機器が未知の状態で電力測定部11にて測定したL次元パワースペクトルと纏めることによって、合計(N+1)個の列ベクトルとして、測定電力合成部12により生成される。   In other words, in FIG. 5, the non-negative matrix X to be decomposed is a plurality of times for any one to a plurality of M electric devices 300 (including all M devices). As a measurement result of a total of N times (N ≧ M) in which the L-dimensional current power spectrum is measured during operation, N pieces of L-dimensional power spectrum set and registered in advance in the data storage unit 15 are used as electric devices in operation. Are combined with the L-dimensional power spectrum measured by the power measuring unit 11 in an unknown state, so that the measured power combining unit 12 generates a total of (N + 1) column vectors.

しかる後、分解対象の非負値行列XをNMF演算部13により非負値行列分解NMFを行うことによって、図5に示すように、各電気機器300の特徴を示す基底ベクトル群からなる基底ベクトル行列Hとして、非負値行列Xの単独動作時のN個のL次元パワースペクトルからなる列ベクトルそれぞれを基底ベクトル行列Hのいずれか特定の基底ベクトルのみによってほぼ表現することができるような、M台の電気機器300それぞれの動作状態を特徴付ける単独動作時のL次元パワースペクトルからなるM個の基底ベクトルを列ベクトルとして求めるとともに、重み行列Uとして、分解対象の非負値行列Xをより正確に近似することができるように、非負結合時における基底ベクトルそれぞれに関する重み付けを行うための重み要素ui,jを求める。 Thereafter, the non-negative matrix X to be decomposed is subjected to non-negative matrix decomposition NMF by the NMF calculation unit 13, so that a base vector matrix H composed of base vectors indicating the characteristics of each electrical device 300 as shown in FIG. As follows: M units of electric power such that each column vector consisting of N L-dimensional power spectra in the single operation of the non-negative matrix X can be expressed almost only by any specific basis vector of the basis vector matrix H. It is possible to obtain M basis vectors composed of L-dimensional power spectra at the time of single operation that characterize the operation states of the devices 300 as column vectors, and more accurately approximate the non-negative matrix X to be decomposed as a weight matrix U. A weight element u i for weighting each basis vector at the time of non-negative coupling , Find j .

この結果、重み行列Uの(N+1)個の各列(分解対象の非負値行列Xの列に対応する列)を構成するM個の各重み要素として、基底ベクトル行列Hの各列ベクトルに対応する位置の重み要素のみに‘1’に近い有意な値の重み要素が設定され、その他の重み要素は、ほぼ‘0’の値が設定された状態になる。   As a result, (N + 1) columns of the weight matrix U (columns corresponding to the columns of the non-negative matrix X to be decomposed) correspond to the column vectors of the basis vector matrix H as the M weight elements. Only the weighting element at the position to be set is set to a weighting element having a significant value close to “1”, and the values of “0” are set to the other weighting elements.

したがって、NMF演算部13において非負値行列分解NMFが実施された結果を引き継いだ電気機器抽出部14においては、分解対象の非負値行列Xにおいて動作中の電気機器300が未知の状態で測定された電流パワースペクトルからなる列ベクトルに対応する重み行列Uの列ベクトルを構成するM個の重み要素を検索して、‘1’に近い有意な値を有する重み要素を抽出することによって、該重み要素に該当する電気機器300を識別し、いずれの電気機器300が動作しているかということを正確に識別することができる。   Therefore, in the electrical device extraction unit 14 that has inherited the result of the non-negative value matrix decomposition NMF performed in the NMF calculation unit 13, the electrical device 300 in operation in the non-negative value matrix X to be decomposed is measured in an unknown state. By searching M weight elements constituting the column vector of the weight matrix U corresponding to the column vector consisting of the current power spectrum, and extracting the weight elements having a significant value close to '1', the weight elements It is possible to identify the electrical device 300 corresponding to the above, and accurately identify which electrical device 300 is operating.

なお、非負値行列分解NMFは、非負値の加法性を前提としたアルゴリズムであるので、該非負値行列分解NMFの演算対象となる消費電力量のデータについても、非負値であることが必要であるとの制約が伴う。したがって、本実施形態においては、各電気機器300の消費電力量を示す消費電力ベクトル量(総消費電力ベクトル量、単独消費電力ベクトル量)として、前述したように、該当する各電気機器300に供給される電流のパワースペクトルを用いている。ただし、本発明は、かかる場合のみに限るものではなく、例えば、該当する各電気機器300に供給される電流の電流値そのものについて正の部分の半周期分のみを取り出して用いるようにしても構わない。   Since the non-negative matrix decomposition NMF is an algorithm based on the assumption of non-negative additivity, the power consumption data to be calculated by the non-negative matrix decomposition NMF needs to be non-negative. There is a restriction that there is. Therefore, in the present embodiment, as described above, the power consumption vector amount indicating the power consumption amount of each electrical device 300 (total power consumption vector amount, single power consumption vector amount) is supplied to each corresponding electrical device 300. The power spectrum of the current is used. However, the present invention is not limited to such a case. For example, only the half period of the positive part of the current value of the current supplied to each corresponding electric device 300 may be extracted and used. Absent.

また、本実施形態の非負値行列分解NMFにおいては、各電気機器300に流れる電流のパワースペクトルについて、その消費電力量の如何によらず、すべて同一に扱って、分解対象の非負値行列Xを作成して、分解後の基底ベクトル行列Hと重み行列Uとのベクトル積によって近似している場合について説明したが、本発明は、かかる場合のみに限るものではない。   Further, in the non-negative matrix decomposition NMF of the present embodiment, the power spectrum of the current flowing through each electrical device 300 is all treated the same regardless of the amount of power consumption, and the non-negative matrix X to be decomposed is determined. Although the case where it was created and approximated by the vector product of the base vector matrix H after decomposition and the weight matrix U has been described, the present invention is not limited to such a case.

電流パワースペクトルのすべてを、消費電力量の如何によらず、同一に扱った場合、分解対象の非負値行列Xと、基底ベクトル行列Hおよび重み行列Uのベクトル積との間の誤差は、すべての電流パワースペクトルに関してほぼ同一の誤差値になるような絶対評価した形式になるので、消費電力量が少ないスペクトルについては、消費電力量が多いスペクトルに比し、消費電力量に占める誤差の割合が大きくなる。   When all of the current power spectrum is treated the same regardless of the amount of power consumption, the error between the non-negative matrix X to be decomposed and the vector product of the basis vector matrix H and the weight matrix U is all Since the absolute evaluation format is such that the current error spectrum has almost the same error value, the ratio of error in the power consumption is lower for the spectrum with less power consumption than for the spectrum with more power consumption. growing.

例えば、非負値行列分解NMFの演算において1Wの絶対的な誤差の範囲内に収めるように近似した場合には、100Wの消費電力量のパワースペクトルにおける誤差1Wとそれよりも少ない10Wの消費電力量のパワースペクトルにおける誤差1Wとが等価に扱われることになる。   For example, in the calculation of the non-negative matrix decomposition NMF, when approximation is made so as to be within an absolute error range of 1 W, the error in the power spectrum of 100 W power consumption is 1 W and the power consumption is 10 W less than that. An error of 1 W in the power spectrum is equivalently handled.

そこで、前述した実施形態には記載していないが、各電気機器300に流れる電流パワースペクトルに対して、消費電力量を勘案してあらかじめ定めた係数を掛け合わせることによって、消費電力量に応じて電流パワースペクトルの正規化を行い、正規化された電流パワースペクトルについて分解対象の非負値行列Xを作成するようにしても良い。かくのごとく、非負値行列分解NMFの演算に先立って、正規化処理を事前に行うことにより、分解対象の非負値行列Xと、非負値行列分解NMFを行った後の基底ベクトル行列Hおよび重み行列Uのベクトル積との間の誤差に関して、消費電力量に対する誤差の割合(誤差率)という形式にして相対評価した形で近似することが可能になり、消費電力量の如何によらず、誤差率としてほぼ均一化した値に設定することができ、消費電力量が少ない電気機器300であっても、消費電力量の多い電気機器300の場合と同様に、動作中の電気機器300を精度良く抽出することができる。   Therefore, although not described in the above-described embodiment, the current power spectrum flowing through each electrical device 300 is multiplied by a predetermined coefficient in consideration of the power consumption, according to the power consumption. Normalization of the current power spectrum may be performed, and the non-negative matrix X to be decomposed may be created for the normalized current power spectrum. As described above, the normalization process is performed in advance prior to the calculation of the non-negative matrix decomposition NMF, so that the non-negative matrix X to be decomposed, the basis vector matrix H and the weight after the non-negative matrix decomposition NMF are performed. The error between the vector product of the matrix U can be approximated in the form of a relative evaluation in the form of the ratio of error to the power consumption (error rate), regardless of the power consumption. The rate can be set to a substantially uniform value, and even in the case of the electric device 300 with a small amount of power consumption, the electric device 300 in operation can be accurately determined as in the case of the electric device 300 with a large amount of power consumption. Can be extracted.

次に、図1の電気機器識別装置100の具体的な実施例として、識別対象の電気機器300が3台の電気機器E,E,Eであった場合において、3台の電気機器E,E,Eそれぞれの同一条件下における単独動作時の電流パワースペクトルを3回ずつ測定して、データ記憶部15にあらかじめ設定登録していた場合について、実際に実施した識別結果について、図6を用いてさらに説明する。図6は、本発明の一実施形態である図1の電気機器識別装置100による電気機器300の識別処理の具体的な実施結果の一例を説明するための説明図である。 Next, as a specific example of the electric device identification apparatus 100 of FIG. 1, when the electric device 300 to be identified is three electric devices E A , E B , E C , three electric devices About the identification result actually implemented about the case where the current power spectrum at the time of single operation under the same conditions of each of E A , E B , and E C is measured three times and set and registered in advance in the data storage unit 15 This will be further described with reference to FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining an example of a specific implementation result of the identification processing of the electric device 300 by the electric device identification apparatus 100 of FIG. 1 according to the embodiment of the present invention.

図6において、3台の電気機器E,E,Eそれぞれを単独で動作させたときの消費電力量の測定結果である電流のパワースペクトルは、3台の電気機器E,E,Eのうち、電気機器Eについては、第1回目から第3回目の測定結果は、分解対象の非負値行列Xの列番号X1,X2,X3に示すように、それぞれ、A1,A2,A3であり、電気機器Eについては、第1回目から第3回目の測定結果は、分解対象の非負値行列Xの列番号X4,X5,X6に示すように、それぞれ、B1,B2,B3であり、電気機器Eについては、第1回目から第3回目の測定結果は、分解対象の非負値行列Xの列番号X7,X8,X9に示すように、それぞれ、C1,C2,C3であり、データ記憶部15に既知のデータとしてあらかじめ設定登録されている。さらに、分解対象の非負値行列Xの列番号X10に示すように、動作中の電気機器が未知である状態で電力測定部11において測定した電流のパワースペクトルは(B+C)であったものとする。 In FIG. 6, the power spectrum of the current, which is the measurement result of the power consumption when each of the three electric devices E A , E B , E C is operated independently, is the three electric devices E A , E B of the E C, for electrical equipment E a, as the third measurement result from the first round is shown in column number X1, X2, X3 of the non-negative matrix X of decomposed, respectively, A1, A2 is A3, for electrical equipment E B, as the third measurement result from the first round is shown in column number X4, X5, X6 nonnegative value matrix X of decomposed, respectively, B1, B2, B3, and for the electrical equipment E C , the first to third measurement results are C1, C2, C3, respectively, as indicated by column numbers X7, X8, X9 of the non-negative matrix X to be decomposed. As known data in the data storage unit 15 Settings are registered in advance. Furthermore, as indicated by the column number X10 of the non-negative matrix X to be decomposed, the power spectrum of the current measured by the power measuring unit 11 in a state where the operating electric device is unknown is (B + C). .

かかる場合に、測定電力合成部12において、図6の非負値行列Xの列番号X1〜X10に示すように、単独動作時の3台の電気機器E,E,Eそれぞれの3種類の測定条件下における電流パワースペクトルA1〜A3,B1〜B3,C1〜C3と動作状態が未知の状態で測定した電流パワースペクトル(B+C)とを合成した非負値行列Xを生成する。 In such a case, in the measured power combining unit 12, as shown in column numbers X1 to X10 of the non-negative matrix X in FIG. 6, three types of three electric devices E A , E B , and E C at the time of single operation are used. A non-negative matrix X is generated by synthesizing the current power spectra A1 to A3, B1 to B3, and C1 to C3 under the above measurement conditions and the current power spectrum (B + C) measured in an unknown operating state.

次いで、NMF演算部13において、非負値行列分解NMFを行うと、図6に示すように、識別対象の電気機器300は、電気機器E,E,Eの3台であるので、基底ベクトル群の行列Hにおける基底ベクトル(列ベクトル)も3個抽出されることになる。さらに、重み行列Uの各重み要素は、図6の列番号U1〜U10に示すように、基底ベクトル行列Hの各列に対応する位置の重み要素のみに有意な値として、‘1’近傍の値が設定され、その他の重み要素については、‘0’に近い値が設定される。 Next, when the non-negative matrix decomposition NMF is performed in the NMF calculation unit 13, as shown in FIG. 6, the electrical devices 300 to be identified are the three electrical devices E A , E B , and E C. Three base vectors (column vectors) in the matrix H of the vector group are also extracted. Furthermore, each weight element of the weight matrix U has a significant value only in the weight element at the position corresponding to each column of the basis vector matrix H, as indicated by column numbers U1 to U10 in FIG. A value is set, and values close to “0” are set for the other weight elements.

つまり、重み行列Uの各列番号U1〜U10のうち、電気機器Eの単独動作時の列ベクトルが設定された非負値行列Xの列番号X1〜X3に対応する列番号U1〜U3については、該電気機器Eの基底ベクトルに相当する第1行目に、それぞれ、‘1.395’、‘1.376’、‘1.386’が設定され、残りの第2、第3行目には、いずれも、‘0’近辺の値が設定されている。 In other words, among the column number U1~U10 the weight matrix U, the column number U1~U3 the column vector during independent operation of the electric device E A corresponds to the column number X1~X3 of configured non-negative value matrix X , the first row corresponding to the basis vectors of the electrical equipment E a, respectively, '1.395''1.376''1.386' is set, the second, the third row remaining In each case, a value in the vicinity of “0” is set.

同様に、電気機器Eおよび電気機器Eそれぞれの単独動作時の列ベクトルが設定された非負値行列Xの列番号X4〜X6および列番号X7〜X9それぞれに対応する列番号U4〜U6および列番号U7〜U9についても、該電気機器Eおよび電気機器Eそれぞれの基底ベクトルに相当する第2行目および第3行目には、それぞれ、‘1.282’、‘1.298’、‘1.277’および‘1,009’、‘1.015’、‘1.012’が設定され、残りの第1、第3行目および第1、第2行目それぞれには、いずれも、‘0’近辺の値が設定されている。 Similarly, the column number U4~U6 corresponding to each electric equipment E B and the electrical equipment E C each single operation when the column vector set nonnegative matrix X column number X4~X6 and column number of X7~X9 and for column number U7~U9 also in the second row and the third row corresponds to the electrical equipment E B and the electrical equipment E C each basis vectors, respectively, '1.282''1.298' , '1.277' and '1,009', '1.015', '1.012' are set, and the remaining first, third and first and second rows are respectively Also, a value near “0” is set.

また、動作状態が未知の状態で測定した電流パワースペクトル(B+C)の列ベクトルが設定された非負値行列Xの列番号X10に対応する列番号U10においては、電気機器Eの基底ベクトルに相当する第1行目には、‘0.017’とほぼ‘0’に近い値が設定されているが、電気機器Eおよび電気機器Eそれぞれの基底ベクトルに相当する第2行目および第3行目には、それぞれ、‘1.305’および‘0.829’と‘1’に近い大きな有意な値が設定されている。 In the column number U10 operation state corresponds to the column number X10 nonnegative value matrix X column vector is set in the current power spectrum measured in an unknown state (B + C), corresponding to the basis vectors of the electric device E A to the first row, but a value nearly "0" and "0.017" is set, the second row corresponds to the electrical device E B and the electrical equipment E C each basis vectors and the In the third row, large significant values close to “1.305”, “0.829”, and “1” are set, respectively.

したがって、電気機器抽出部14においては、図6の重み行列Uの第10列目の各重み要素を検索することによって、電力測定部11において動作状態が未知の状態で測定した電流のパワースペクトル(B+C)は、3台の電気機器E,E,Eのうち、電気機器Eおよび電気機器Eの2台が動作中の状態にあった際に測定したものであることを、迅速かつ確実に判別することができる。 Therefore, the electric device extraction unit 14 searches for each weight element in the tenth column of the weight matrix U in FIG. 6, thereby obtaining a power spectrum of the current measured by the power measurement unit 11 in an unknown operating state ( B + C) is measured when two of the three electric devices E A , E B , and E C , that is, the electric device E B and the electric device E C are in operation. A quick and reliable determination can be made.

なお、本実施例においては、3台の電気機器E,E,Eそれぞれについて、単独動作時の電流パワースペクトルを3回ずつと同一の回数ずつ測定した結果をデータ記憶部15に設定登録した場合について説明したが、3台の電気機器E,E,Eそれぞれで異なる回数であっても、同様の判別結果を得ることができる。また、3台の電気機器E,E,Eそれぞれについて電流パワースペクトル数が異なっている場合を考慮して、(実施形態の動作例)において前述したように、3台の電気機器E,E,Eそれぞれに流れる電流パワースペクトルに対して、消費電力量を勘案してあらかじめ定めた係数を掛け合わせることによって、消費電力量に応じて電流パワースペクトルの正規化を行い、正規化された電流パワースペクトルについて分解対象の非負値行列Xを作成するようにすれば、3台の電気機器E,E,Eそれぞれについて電流パワースペクトル数が異なっている場合であっても、正確な判別結果を得ることができる。 In the present embodiment, for each of the three electric devices E A , E B , E C , the result of measuring the current power spectrum at the time of single operation as many as three times is set in the data storage unit 15. has been described as being registered, three electrical equipment E a, E B, have a different number for each E C, it is possible to obtain the same determination result. Further, considering the case where the number of current power spectra is different for each of the three electric devices E A , E B , and E C , as described above in (Example of operation of the embodiment), the three electric devices E The current power spectrum flowing through each of A 1 , E B , and E C is multiplied by a predetermined coefficient in consideration of the power consumption, thereby normalizing the current power spectrum in accordance with the power consumption. If the non-negative matrix X to be decomposed is created for the converted current power spectrum, even if the number of current power spectra is different for each of the three electrical devices E A , E B , E C An accurate discrimination result can be obtained.

さらに、非負値行列分解NMFの演算において、基底ベクトル行列Hおよび重み行列Uの各要素に初期値として設定される値は、一般的には、ランダムな値を設定することになるが、本発明においては、前述したように、識別対象の電気機器それぞれの動作状態を特徴付ける単独動作時の電流パワースペクトルからなる列ベクトルを基底ベクトル行列Hの基底ベクトルとして用いることにしているので、初期値として、かかる単独動作時の電流パワースペクトルをそれぞれに該当する電気機器の基底ベクトルとして、基底ベクトル行列Hの列ベクトルに設定することによって、非負値行列分解NMFの演算を高速に収束させることが可能になり、全体としての演算コストをさらに削減することに繋がることになる。   Further, in the calculation of the non-negative matrix decomposition NMF, generally, random values are set as the values set as initial values in the elements of the basis vector matrix H and the weight matrix U. As described above, the column vector consisting of the current power spectrum at the time of single operation that characterizes the operation state of each electrical device to be identified is used as the basis vector of the basis vector matrix H. By setting the current power spectrum at the time of such single operation as the base vector of the corresponding electric device to the column vector of the base vector matrix H, it becomes possible to converge the calculation of the non-negative matrix decomposition NMF at high speed. As a result, the calculation cost as a whole is further reduced.

(本実施形態における効果の説明)
以上に実施形態および実施例として詳細に説明したように、本実施形態においては、次のような効果が得られる。
(Description of effects in the present embodiment)
As described above in detail as embodiments and examples, the following effects can be obtained in this embodiment.

すなわち、非負値行列分解NMFの演算は、四則演算の繰り返しのみによって行うことができ、識別対象の電気機器300の台数如何によらず、動作中の電気機器300を識別する際の計算コストの大幅な削減が可能になるので、本実施形態においては、より多くの電気機器300が使用されている環境下においても、特定の電気機器300の動作状態を迅速にかつ確実に把握することができる。   That is, the calculation of the non-negative matrix decomposition NMF can be performed only by repeating four arithmetic operations, and the calculation cost for identifying the electric device 300 in operation is greatly increased regardless of the number of electric devices 300 to be identified. Therefore, in this embodiment, even in an environment where more electrical devices 300 are used, the operating state of a specific electrical device 300 can be quickly and reliably grasped.

より具体的には、電力需要家の一般家庭の宅内や事務所などに複数の電気機器300が存在する場合において、電力を供給する電源線の引き込み線や、分電盤内の電力線などの位置に設置した1台のセンサによって複数の電気機器300全体の消費電力量や電流、電圧の総量を観測し、観測した結果を基にして、動作中の電気機器300の識別を行う手法として、ニューラルネットワークなどの処理によって各電気機器300の特徴量とのマッチングを逐一行う従来の手法に対して、本実施形態や実施例においては、NMF演算部13を備えて、非負値行列分解NMFという多変量解析の手法を採用しているので、以下のごとき効果を奏することができる。   More specifically, in the case where there are a plurality of electrical devices 300 in the home or office of a general household of power consumers, the positions of power supply lines for supplying power, power lines in a distribution board, etc. As a technique for observing the total amount of power consumption, current, and voltage of the plurality of electric devices 300 with a single sensor installed in the network, and identifying the operating electric device 300 based on the observed results, a neural network is used. In contrast to the conventional method of performing matching with the feature value of each electric device 300 one by one by processing such as a network, the present embodiment and example include an NMF calculation unit 13 and a multivariate called non-negative matrix decomposition NMF. Since the analysis method is employed, the following effects can be obtained.

第1に、動作中の各電気機器300の識別に要する計算コストを大幅に低減することが可能になり、設置されている電気機器300の台数の如何によらず、現在動作中の電気機器を迅速かつ確実に把握することができるという効果が得られ、電力需要家が使用している各電気機器300の種別や動作状況、消費電力等を把握する電気機器識別装置(モニタ装置)として好適に使用することができる。   First, it is possible to greatly reduce the calculation cost required to identify each electric device 300 in operation, and the currently operating electric device can be determined regardless of the number of electric devices 300 installed. The effect of being able to grasp quickly and surely is obtained, and it is suitable as an electric device identification device (monitor device) for grasping the type, operation state, power consumption, etc. of each electric device 300 used by electric power consumers. Can be used.

第2に、電力需要家の宅内や事務所内に設置した電気機器識別装置100(モニタ装置)により当該電力需要家が使用している各電気機器の種別や動作状況、消費電力等を把握して、把握した情報を、出力部30から、通信ネットワークを介して、センタ装置等に転送することも可能であり、センタ装置等が配置された遠隔地であっても、各電力需要家における電気機器の動作状況の把握や該動作状況に基づく電力制御等を確実に行うことができる。   Secondly, the type, operation status, power consumption, etc. of each electric appliance used by the electric power consumer are grasped by the electric appliance identification device 100 (monitor device) installed in the home or office of the electric power consumer. It is also possible to transfer the grasped information from the output unit 30 to the center device or the like via the communication network, and even in a remote place where the center device or the like is located, the electrical equipment in each power consumer Thus, it is possible to surely grasp the operation status, power control based on the operation status, and the like.

第3に、かくのごとき電気機器識別装置100(モニタ装置)を導入することにより、当該電気機器識別装置100(モニタ装置)が出力した情報に基づいた各種の処理を実施するセンタ装置等から、処理結果として各種の情報を入力部20を介して受け取ることも可能であり、電力需要家の宅内や事務所内の消費電力を効果的に節減するための情報提供サービスや、電気機器の故障の把握・通知サービス、独居老人や要介護者の見守りサービスを、電力需要家に対して提供することも可能になる。   Thirdly, by introducing the electrical device identification device 100 (monitor device) like this, from a center device or the like that performs various processes based on information output by the electrical device identification device 100 (monitor device), etc. It is also possible to receive various types of information as processing results via the input unit 20, information providing services for effectively reducing power consumption in the homes and offices of power consumers, and grasping of failures in electrical equipment -It will also be possible to provide power consumers with notification services and monitoring services for elderly people living alone and those requiring care.

10…電気機器識別部、11…電力測定部、12…測定電力合成部、13…NMF演算部、14…電気機器抽出部、15…データ記憶部、20…入力部、30…出力部、100…電気機器識別装置、200…電源、300…電気機器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electric equipment identification part, 11 ... Electric power measurement part, 12 ... Measuring power synthetic | combination part, 13 ... NMF calculating part, 14 ... Electric equipment extraction part, 15 ... Data storage part, 20 ... Input part, 30 ... Output part, 100 ... Electrical device identification device, 200 ... Power source, 300 ... Electric device.

Claims (8)

電力需要家の宅内や事務所に設置されている複数の電気機器の消費電力量の合計値を1台のセンサによって観測した結果に基づいて、複数の前記電気機器のうち動作中の状態にある電気機器を識別する電気機器識別装置であって、1台の前記センサによって観測した複数の前記電気機器の消費電力量の合計値を総消費電力ベクトル量として測定する電力測定部と、前記電気機器それぞれが単独動作した際の消費電力量をそれぞれの単独消費電力ベクトル量としてあらかじめ蓄積するデータ記憶部と、複数の前記電気機器のうち動作している電気機器が未知の状態で前記電力測定部により測定した前記総消費電力ベクトル量を、前記データ記憶部にあらかじめ蓄積した前記電気機器それぞれの前記単独消費電力ベクトル量と纏めて、1つの非負値行列として合成する測定電力合成部と、該測定電力合成部が合成した前記非負値行列に対して、非負値行列分解(NMF: Non-negative Matrix Factorization)を行うことによって、非負値の基底ベクトル行列と非負値の重み行列とのベクトル積に分解するNMF演算部と、該NMF演算部において前記非負値行列分解を行った結果に基づいて、複数の前記電気機器のうち動作している電気機器が未知の状態で前記電力測定部により前記総消費電力ベクトル量を測定した際に動作中の状態にあった電気機器を抽出する電気機器抽出部と、を少なくとも備えて構成されていることを特徴とする電気機器識別装置。   Based on the result of observing the total power consumption of a plurality of electric devices installed in the home or office of a power consumer with one sensor, the electric device is in an operating state. An electric device identification device for identifying an electric device, wherein a power measurement unit that measures a total value of power consumption amounts of a plurality of the electric devices observed by one sensor as a total power consumption vector amount, and the electric device A data storage unit that stores in advance the amount of power consumed when each unit operates independently as each unit power consumption vector amount, and the power measuring unit in an unknown state of the operating electrical device among the plurality of electrical devices. The measured total power consumption vector amount is combined with the single power consumption vector amount of each of the electric devices stored in advance in the data storage unit, thereby obtaining one non-negative value. A non-negative basis vector matrix by performing a non-negative matrix factorization (NMF) on the measured power combiner to be combined as a matrix and the non-negative matrix combined by the measured power combiner An NMF operation unit that decomposes into a vector product of a non-negative value weight matrix and an electric device that is operating among the plurality of electric devices based on a result of performing the non-negative value matrix decomposition in the NMF operation unit. An electrical device extraction unit that extracts an electrical device that is in an operating state when the total power consumption vector amount is measured by the power measurement unit in an unknown state, and is configured to include at least Electric device identification device. 請求項1に記載の電気機器識別装置において、前記総消費電力ベクトル量および前記単独消費電力ベクトル量として、該当する前記電気機器に供給される電流のパワースペクトルまたは該当する前記電気機器に供給される電流の電流値そのものの正の部分の半周期分のみを用いることを特徴とする電気機器識別装置。   2. The electric device identification device according to claim 1, wherein the total power consumption vector amount and the single power consumption vector amount are supplied to a power spectrum of a current supplied to the corresponding electric device or to the corresponding electric device. Only the half period of the positive part of the current value of the current is used. 請求項1または2に記載の電気機器識別装置において、前記NMF演算部にて前記非負値行列を分解する際に、前記基底ベクトル行列として、分解対象の前記非負値行列の列ベクトルのうち前記単独消費電力ベクトル量からなる任意の列ベクトルそれぞれを当該基底ベクトル行列のいずれか特定の基底ベクトルのみによってほぼ表現することができるように、前記電気機器それぞれの前記単独消費電力ベクトル量からなる基底ベクトルを求め、前記重み行列の各重み要素として、分解対象の前記非負値行列の任意の列ベクトルそれぞれにおいて動作中の状態にある前記電気機器に該当する重み要素に関してのみ、‘1’近傍の有意な値が設定され、分解対象の前記非負値行列の任意の列ベクトルそれぞれにおいて動作中の状態になっていない前記電気機器に該当する重み要素に関しては、ほぼ‘0’に近い値が設定されることを特徴とする電気機器識別装置。   3. The electric device identification device according to claim 1, wherein when the NMF computing unit decomposes the non-negative matrix, the single vector among the column vectors of the non-negative matrix to be decomposed is used as the basis vector matrix. A base vector composed of the individual power consumption vector amount of each of the electrical devices is represented so that each arbitrary column vector composed of the power consumption vector amount can be substantially expressed only by any one specific base vector of the base vector matrix. The significant value in the vicinity of '1' is obtained only with respect to the weight element corresponding to the electrical device that is in operation in each column vector of the non-negative matrix to be decomposed as each weight element of the weight matrix. Is set, and any column vector of the non-negative matrix to be decomposed is not in operation. Serial regard to the appropriate weight factor to the electrical device, almost electric device identification and wherein the value is set close to '0'. 電力需要家の宅内や事務所に設置されている複数の電気機器の消費電力量の合計値を1台のセンサによって観測した結果に基づいて、複数の前記電気機器のうち動作中の状態にある電気機器を識別する電気機器識別方法であって、前記電気機器それぞれが単独動作した際の消費電力量をそれぞれの単独消費電力ベクトル量としてデータ記憶部にあらかじめ蓄積し、複数の前記電気機器のうち動作している電気機器が未知の状態で1台の前記センサによって観測した複数の前記電気機器の消費電力量の合計値である総消費電力ベクトル量を、前記データ記憶部にあらかじめ蓄積した前記電気機器それぞれの前記単独消費電力ベクトル量と纏めて、1つの非負値行列として合成した後、合成した前記非負値行列に対して、非負値行列分解(NMF: Non-negative Matrix Factorization)を行うことによって、非負値の基底ベクトル行列と非負値の重み行列とのベクトル積に分解し、該ベクトル積に分解した前記非負値行列分解の結果に基づいて、複数の前記電気機器のうち動作している電気機器が未知の状態で前記総消費電力ベクトル量を観測した際に動作中の状態にあった電気機器を抽出することを特徴とする電気機器識別方法。   Based on the result of observing the total power consumption of a plurality of electric devices installed in the home or office of a power consumer with one sensor, the electric device is in an operating state. An electrical device identification method for identifying an electrical device, wherein power consumption when each of the electrical devices operates independently is stored in advance in a data storage unit as an individual power consumption vector amount, and a plurality of the electrical devices are The electric power stored in advance in the data storage unit is a total power consumption vector amount that is a total value of the power consumption amounts of the plurality of electric devices observed by one sensor in an unknown state of the operating electric device. The non-negative matrix decomposition (NMF) is performed on the combined non-negative matrix after combining the single power consumption vector quantities of the devices together as one non-negative matrix. Non-negative Matrix Factorization) is performed to decompose a vector product of a non-negative basis vector matrix and a non-negative weight matrix, and based on the result of the non-negative matrix decomposition decomposed into the vector product, A method for identifying an electric device, comprising: extracting an electric device that is in an operating state when the total electric power consumption vector amount is observed while the operating electric device is in an unknown state. 請求項4に記載の電気機器識別方法において、前記単独消費電力ベクトル量および前記総消費電力ベクトル量として、該当する前記電気機器に供給される電流のパワースペクトルまたは該当する前記電気機器に供給される電流の電流値そのものの正の部分の半周期分のみを用いることを特徴とする電気機器識別方法。   5. The electric device identification method according to claim 4, wherein the single power consumption vector amount and the total power consumption vector amount are supplied to a power spectrum of a current supplied to the corresponding electric device or to the corresponding electric device. An electrical equipment identification method characterized by using only the half period of the positive portion of the current value of the current itself. 請求項4または5に記載の電気機器識別方法において、前記非負値行列を分解する際に、前記基底ベクトル行列として、分解対象の前記非負値行列の列ベクトルのうち前記単独消費電力ベクトル量からなる任意の列ベクトルそれぞれを当該基底ベクトル行列のいずれか特定の基底ベクトルのみによってほぼ表現することができるように、前記電気機器それぞれの前記単独消費電力ベクトル量からなる基底ベクトルを求め、前記重み行列の各重み要素として、分解対象の前記非負値行列の任意の列ベクトルそれぞれにおいて動作中の状態にある前記電気機器に該当する重み要素に関してのみ、‘1’近傍の有意な値が設定され、分解対象の前記非負値行列の任意の列ベクトルそれぞれにおいて動作中の状態になっていない前記電気機器に該当する重み要素に関しては、ほぼ‘0’に近い値が設定されることを特徴とする電気機器識別方法。   6. The electric device identification method according to claim 4, wherein, when decomposing the non-negative matrix, the basis vector matrix includes the single power consumption vector amount among column vectors of the non-negative matrix to be decomposed. A base vector composed of the single power consumption vector amount of each of the electric devices is obtained so that each arbitrary column vector can be substantially expressed by only one specific base vector of the base vector matrix. As each weighting element, a significant value in the vicinity of '1' is set only for the weighting element corresponding to the electric device in the operating state in each of the arbitrary column vectors of the non-negative matrix to be decomposed. Corresponding to the electrical device that is not in operation in each of the arbitrary column vectors of the non-negative matrix of With respect to the weight element, the electrical appliance identification method, wherein a value close to approximately "0" is set. 請求項6に記載の電気機器識別方法において、分解対象の前記非負値行列において前記総消費電力ベクトル量からなる列ベクトルに対応する前記重み行列の列ベクトルを構成する各重み要素のうち、‘1’近傍の有意な値を有している重み要素に該当する電気機器を、複数の前記電気機器のうち動作している電気機器が未知の状態で前記総消費電力ベクトル量を観測した際に動作中の状態にある電気機器として識別することを特徴とする電気機器識別方法。   The electric device identification method according to claim 6, wherein, among the weight elements constituting the column vector of the weight matrix corresponding to the column vector composed of the total power consumption vector amount in the non-negative value matrix to be decomposed, '1 'Electrical equipment corresponding to a weight element having a significant value in the vicinity is operated when the total power consumption vector amount is observed in a state where the operating electrical equipment is unknown among the plurality of electrical equipments A method for identifying an electrical device, wherein the electrical device is identified as an electrical device in a medium state. 請求項4ないし7のいずれかに記載の電気機器識別方法を、コンピュータによって実行可能なプログラムとして実施していることを特徴とする電気機器識別プログラム。   8. An electrical equipment identification program, wherein the electrical equipment identification method according to claim 4 is implemented as a program executable by a computer.
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