JP5911498B2 - 動作状態判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するための、動作状態判定装置と、動作状態判定方法と、動作状態判定用コンピュータプログラムとに関する。本発明はさらに、電気的ネットワークにおいて動作状態が変化した電力消費装置を識別するための、個別識別化(disaggregation)装置と、個別識別化方法と、個別識別化コンピュータプログラムとに関する。

非特許文献１には、電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変化を判定するための個別識別化装置が開示されている。この個別識別化装置は、電力消費装置の動作状態の変化を検出するとともに、電気的ネットワークの正規化された複素電力を監視することによってどの電力消費装置の動作状態が変化したかを判定することができる。

H. Pihal "Non-intrusive appliance load monitoring system based on a modern kWh-meter" VTT publications, Espoo, 1998

しかし、動作状態の変化の検出は、電気的ネットワークにおけるランダムな電圧変動によって阻害される。たとえば、大幅な電圧降下が、複素電力の測定値に強く影響を与え、こうして、電気的ネットワークの電力消費装置における動作状態の変化の検出に悪影響を及ぼすことになる。

本発明の目的は、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、例えば、電気的ネットワークにおけるランダムな電圧変動によってではなく、電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうか判定するための、動作状態判定装置、動作状態判定方法及び動作状態判定用コンピュータプログラムを提供することである。そして、この判定の信頼性を向上させることができる。本発明のさらなる目的は、電気的ネットワークにおいて動作状態が変化した電力消費装置を識別するための対応する個別識別化装置、個別識別化方法及び個別識別化コンピュータプログラムを提供することである。

本発明の第１の態様において、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するための動作状態判定装置が提示される。電気的ネットワークは、複数の電力消費装置と電源とを備える。この動作状態判定装置は：
電気的ネットワークの電圧を測定するための電圧計と、
電気的ネットワークの電流を測定するための電流計と、
測定された電圧の変動と測定された電流の変動とに応じて決定変数を判定するための決定変数判定部であって、この決定変数は、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかの指標である、決定変数判定部と、
判定された決定変数に応じて、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、このネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するための変動クラス分け部と、を備える。

測定された電圧の変動と測定された電流の変動とに依存する決定変数は、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、このネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するために使用される。この判定は、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動を直接的に使用せずに行うことができる。測定された電気的パラメータの変動に通常影響を及ぼす電気的ネットワークにおけるランダムな電圧変動の影響は、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかの判定に基づいており、それゆえ、そのランダムな電圧変動の影響を減少させ、それにより、この判定の信頼性を向上させることができる。

動作状態判定装置は、電気的ネットワークの単一の場所において、この電気的ネットワークにおける電圧と電流とを選択的に測定するように構成されている。

例えば、電力消費装置のスイッチがオン又はオフに切替えられる場合には、電力消費装置の動作状態が変化する。

決定変数判定部は、電圧の変動と電流の変動との比に応じて決定変数を判定するように構成されることが好ましい。変動クラス分け部は、事前に規定されたしきい値とこの比を比較することにより、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていることを判定するように構成されることがさらに好ましい。一実施形態では、このしきい値がゼロとなることがある。しきい値より小さい値の比は、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変化が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていることを示すように、しきい値が事前に規定されることが好ましい。変動クラス分け部は、この比がしきい値よりも小さい場合は、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていることを判定するように構成される。この比としきい値とに基づいて、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかの判定は、２つの測定されたパラメータからなる比を単に計算することにより及びこの比をしきい値と比較することによって、非常に簡便な方法でこの判定を行うことができる。

さらに変動クラス分け部は、決定変数に依存するとともに、測定された電気的パラメータの変動の大きさに応じて、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、このネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていることを判定するように構成されることが好ましい。具体的には、変動クラス分け部は、判定された決定変数に依存するとともに、測定された電気的パラメータの変動の大きさが事前に規定されたしきい値よりも大きいかどうかに応じて、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、このネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていることを判定するように構成される。事前に規定されたしきい値は、較正測定によって測定することができ、このネットワークの電力消費装置の動作状態が変動されたかどうかが知られている一方、測定された電気的パラメータの変動が監視される。決定変数だけでなく測定された電気的パラメータの変動の大きさは、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、このネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するために使用され、この判定の信頼性をさらに向上させることができる。

動作状態判定装置は、測定された電圧と測定された電流のうちの少なくとも一方に応じて電気的パラメータを測定するための電気的パラメータ測定部を備えることが好ましい。電気的パラメータは、測定された電流又は測定された電圧とすることもできる。選択的に、電気的パラメータ測定部は、電気的ネットワークによって消費される電力を電気的パラメータとして測定するように構成される。具体的には、電気的パラメータ測定部は、電気的ネットワークによって消費される正規化された複素電力を電気的パラメータとして測定するように構成される。

さらに、動作状態判定装置は、測定された電気的パラメータの変動が存在するかどうかを判定するための変動判定部を備えることが好ましい。例えば、この変動判定部は、変動の大きさが事前に規定されたしきい値よりも大きい場合には、測定された電気的パラメータの変動が存在すると判定するように構成されており、決定変数判定部と変動クラス分け部とは、測定された電気的パラメータの変動が存在すると変動判定部が判定した後に、それら決定変数判定部と変動クラス分け部とが、それらの判定手順を実行するように構成することができる。

本発明の別の態様では、電気的ネットワークにおいて動作状態が変化した電力消費装置を識別するための個別識別化装置が提示される。この電気的ネットワークは、複数の電力消費装置と電源とを備える。当該個別識別化装置は：
電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、請求項１に規定されるように、電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するための動作状態判定装置と、
測定された電圧と測定された電流のうちの少なくとも一方に応じて電気的パラメータを測定するための電気的パラメータ測定部と、
測定された電気的パラメータの変動が、このネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていると変動クラス分け部が判定した場合に、測定された電気的パラメータの変動に応じて、動作状態が変動した電力消費装置を判定するための電力消費装置判定部とを備える。
測定された電気的パラメータの変動が、このネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていると変動クラス分け部が判定した場合に、電力消費装置判定部は、測定された電気的パラメータの変動に応じて、動作状態が変動した電力消費装置を判定するので、動作状態が変動した電力消費装置の判定は、それぞれの電力消費装置によって引起こされるような測定された電気的パラメータの変動に実際に依存し、その判定は、例えば、電気的ネットワークにおけるランダムな電圧変動よって依存するものではない。電気的ネットワーク内の電力消費装置の識別が、従って改善することができる。

選択的に、電力消費装置判定部がメモリを備え、そのメモリに、電気的ネットワークのそれぞれの電力消費装置の指標である、測定された電気的パラメータの変動の特性が保存されている。電気的パラメータの測定された変動を格納された特性と比較することにより、動作状態が変化した電力消費装置を判定することができる。

さらに、個別識別化装置が、判定された電力消費装置のエネルギー消費量を測定するためのエネルギー消費量測定部を備えることが好ましい。

本発明のさらなる態様では、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するための動作状態判定方法が提示される。この電気的ネットワークは、複数の電力消費装置と電源とを備える。この動作状態判定方法は、
電気的ネットワークの電圧を測定する電圧測定ステップと、
電気的ネットワークの電流を測定する電流測定ステップと、
測定された電圧の変動と測定された電流の変動とに応じて決定変数を判定する決定変数判定ステップであって、この決定変数は、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかの指標である、決定変数判定ステップと、
判定された決定変数に応じて、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動によって、このネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定する、動作状態判定ステップと、を含む。

本発明の別の態様では、電気的ネットワークにおいて動作状態が変化した電力消費装置を識別するための個別識別化方法が提示される。この電気的ネットワークは、複数の電力消費装置と電源とを備える。この個別識別化方法は：
電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、請求項９に規定されるように、電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定する、動作状態判定ステップと、
測定された電圧と測定された電流のうちの少なくとも一方に応じて電気的パラメータを測定する、パラメータ測定ステップと、
測定された電気的パラメータの変動が、このネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされている場合に、測定された電気的パラメータの変動に応じて、動作状態の変動した電力消費装置を判定する、電力消費装置判定ステップと、を含む。

本発明のさらなる態様では、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するための動作状態判定用コンピュータプログラムが提示される。この動作状態判定用コンピュータプログラムが、動作状態判定装置を制御するコンピュータ上で実行されるときに、動作状態判定用コンピュータプログラムは、請求項１に規定されるような動作状態判定装置に請求項９に規定されるような方法ステップを実行させるためのプログラムコード手法を備えている。

本発明の別の態様では、電気的ネットワークにおいて動作状態が変化した電力消費装置を識別するための個別識別化コンピュータプログラムが提示される。この電気的ネットワークは、複数の電力消費装置と電源とを備える。この個別識別化コンピュータプログラムは、個別識別化コンピュータプログラムが、個別識別化装置を制御するコンピュータ上で実行されるときに、請求項７に規定されるような個別識別化装置に請求項１０に規定されるような個別識別化方法のステップを実行させるようなプログラムコード手法を含む。

請求項１に記載される動作状態判定装置、請求項７に記載される個別識別化装置、請求項９に記載される動作状態判定方法、請求項１０に記載される個別識別化方法、請求項１１に記載される動作状態判定用コンピュータプログラム及び請求項１２に記載される個別識別化コンピュータプログラムは、従属請求項において規定されているように類似の及び／又は同一の好適な実施形態を有していることを理解されたい。

本発明の好ましい実施形態はまた、独立請求項とそれぞれの従属請求項との任意の組合せとすることができることを理解されたい。

本発明のこれらの態様及び他の態様が、後述する実施形態を参照して説明されるとともに明らかとなるであろう。

図１は、動作状態判定装置を含むとともに、いくつかの電力消費装置を有する電気的ネットワークに接続される個別識別化装置の一実施形態を模式的に且つ例示的に示す。 図２は、電気的ネットワークの全体の消費電力の時間経過を例示的に示す。 図３は、動作状態判定方法の実施形態を例示的に示すフローチャートである。 図４は、個別識別化方法の実施形態を例示的に示すフローチャートである。 図５は、電力消費装置のスイッチがオン又はオフになっている間の、例示的な電圧、電流、及び時間経過による正規化された消費電力の全体を示す。 図６は、電力消費装置のスイッチがオン又はオフになっている間の、例示的な電圧、電流、及び時間経過による正規化された消費電力の全体を示す。 図７は、電気的ネットワークの電圧が変動する間の、例示的な電圧、電流、及び正規化された消費電力の全体を示す。 図８は、電気的ネットワークの電圧が変動する間の、例示的な電圧、電流、及び正規化された消費電力の全体を示す。

図１には、電気的ネットワーク２において動作状態が変化した電力消費装置を識別するための個別識別化(disaggregation)装置１３が模式的に且つ例示的に示されている。電気的ネットワーク２は、複数の電力消費装置３，４，５と電源６とを備える。個別識別化装置１３は、電気的ネットワークの単一の場所において、電気的ネットワークの電圧を測定するための電圧計７と電気的ネットワークの電流を測定するための電流計８とを備えている。すなわち、個別識別化装置１３は、それぞれの電力消費装置３，４，５が電気的ネットワーク２に接続されるくつかの場所において、各々の電力消費装置３，４，５の電圧と電流とを測定していない。

図１に模式的に及び例示的に示される電気的ネットワーク１は、建物、例えば、家庭やオフィスにおける電力ネットワークとすることができる。図１において、電気的ネットワークがモデル化され、この電気的ネットワークのモデルは、理想的な電圧発生器６と実効内部インピーダンスＺ_０とを有しており、これら電圧発生器と実効内部インピーダンスとは、テブナンの定理に従ってモデル化されている。理想的な電圧発生器６と実効内部インピーダンスＺ_０とが、１つ又は複数の電圧源、１つ又は複数の電流源、及び１つ又は複数の電気抵抗を表すことができる。図１は、好ましくは、住宅の単相の電気的等価スキームである。

個別識別化装置１３は、電気的ネットワーク２の測定された電気的パラメータの変動が、電気的ネットワーク２の電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するための動作状態判定装置１を含む。この動作状態判定装置１は、電圧計７と、電流計８と、測定された電圧及び測定された電流のうちの少なくとも一方に応じて電気的パラメータを測定するための電気的パラメータ測定部１１とを備えている。この実施形態では、電気的パラメータ測定部１１は、電気的ネットワーク２によって消費される電力を電気的パラメータとして測定するように構成されている。具体的には、電気的パラメータ測定部１１は、電気的ネットワーク２によって消費される正規化された複素電力を電気的パラメータとして測定するように構成されている。

動作状態判定装置１はさらに、測定された電気的パラメータの変動が存在するかどうかを判定するための変動判定部１２を備える。この実施形態では、変動判定部１２は、電気的パラメータ測定部１１によって測定された電力に変動が存在するかどうかを判断するように構成されている。測定された電気的パラメータに変動が存在している場合には、変動判定部は、電気的パラメータのこの変動が、電気的ネットワーク２の電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているものか、又は例えば電気的ネットワーク２のランダムな電圧変動によって引起こされているものかを判定しなければならない。動作状態判定装置１は、従って、測定された電圧の変動と測定された電流の変動とに応じて決定変数を判定するための決定変数判定部９をさらに備える。この決定変数は、電気的ネットワーク２の測定された電気的パラメータの変動、すなわちこの実施形態における電力の変動が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを示す指標である。この実施形態では、決定変数判定部９は、電圧の変動と電流の変動との比に応じて決定変数を判定するように構成されている。

動作状態判定装置１はさらに、判定された決定変数に応じて、電気的ネットワーク２の測定された電気的パラメータの変動が、このネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するための変動クラス分け部１０を備える。この実施形態では、変動クラス分け部１０は、この比を事前に規定されたしきい値と比較することにより、電気的ネットワーク２の測定された電気的パラメータの変動が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていると判定するように構成されている。しきい値よりも小さい値の比は、電気的ネットワーク２の測定された電気的パラメータの変化が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていることを示すように、しきい値が事前に規定されている。変動クラス分け部１０は、この比がしきい値よりも小さい場合には、電気的ネットワーク２の測定された電気的パラメータの変動が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていると判定するように構成されている。このしきい値は、ゼロとなり得る。具体的には、この比がしきい値よりも小さい場合であって、且つ測定された電気的パラメータの変動の大きさ、すなわちこの実施形態における電力の変動の大きさがさらなるしきい値よりも大きい場合に、変動クラス分け部１０は、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、このネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていると判定するように構成できる。これらのしきい値は、較正測定によって測定することができる。電気的パラメータ、すなわちこの実施形態における電力が測定される一方、電力消費装置の動作状態が変更されるかどうかは知られている。

個別識別化装置１３はさらに、測定された電気的パラメータの変動、すなわちこの実施形態における電力の変動が、このネットワーク２の電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていると変動クラス分け部１０が判定した場合に、測定された電気的パラメータの変動に応じて、動作状態が変動した電力消費装置を判定するための電力消費装置判定部１４を備えている。各々の電力消費装置３，４，５は、特徴的な複素電力を有しており、この複素電力を電力消費装置判定部１４のメモリに格納することができる。電力消費装置判定部１４は、選択的に、電気的パラメータ測定部１１によって測定された電力を異なる電力消費装置３，４，５の電力の格納された特徴と比較することによって、どの電力消費装置の動作状態が変化したかを判定するように構成されている。電気的パラメータ測定部１１によって測定される全ての複素電力の時間経過を例示的に示している図２を参照しながら以下に説明する。

図２には、正規化された複素電力の実数部

すなわち有効電力と、正規化された複素電力の虚数部

すなわち無効電力とが示されている。図２において、有効電力は、破線２０で示されており、無効電力は、実線２１で示されている。この例では、時刻ｔ＝５付近において、２０Ｗの公称電力を有するコンパクトな蛍光灯（ＣＦＬ）のスイッチがオンになっており、時刻ｔ＝２０においてスイッチがオフに切替えられる。これは、領域２２において有効電力と無効電力との変化をもたらす。時刻ｔ＝３５において、４０Ｗの公称電力を有する白熱灯のスイッチがオンになっており、時刻ｔ＝４５においてこの白熱灯のスイッチがオフに切替えられる。これは、領域２３において有効電力と無効電力との変化をもたらす。時刻ｔ＝８０付近と時刻ｔ＝１００付近それぞれにおいて、さらなる電力消費装置のスイッチがオフになる。これらのさらなるスイッチング手順の結果、領域２４，２５，２６において有効電力と無効電力とのさらなる変化がもたらされる。領域２６において、全ての電力消費装置のスイッチがオフになる。時刻ｔ＝１１０において、２０Ｗの公称電力を有するＣＦＬのスイッチが再びオンにされ、領域２２において有効電力と無効電力との変化がもたらされたのと同様に、領域２７において有効電力と無効電力との変化がもたらされる。時刻ｔ＝１４０において、５Ｗの公称電力を有するさらなるＣＦＬのスイッチがオンになり、領域２８において有効電力と無効電力とのさらなる変化をもたらす。時刻ｔ＝１６０付近において、２０Ｗの公称電力を有する最初のＣＦＬのスイッチがオフになり、時刻ｔ＝１８０付近において、５Ｗの公称電力を有するさらなるＣＦＬのスイッチがオフになる。これは、領域２９と３０において、有効電力と無効電力とのさらなる変化をもたらす。

この実施形態では、それぞれの電力消費装置について特徴的な変化やジャンプが、電力消費装置判定部１４に格納されている。格納された変化やジャンプを実際に判定された複素電力のジャンプや変化と比較することによって、どの電力消費装置のスイッチがオン又はオフに切替えられたかを判定することができるとともに、どの時点でそれぞれの電力消費装置のスイッチがオン又はオフに切替えられたかを判定することができる。例えば、電力消費装置判定部１４は、実際のジャンプや変化によって規定された実数部、虚数部又は複素電力の全体を、格納された対応する値と比較することにより、電力消費装置をジャンプや変化に割当てるように構成することができる。電力消費装置判定部は、複素電力の実数部、複素電力の虚数部分及び／又は複素電力の全体が、実際に測定された複素電力の実数部、複素電力の虚数部及び／又は実際に測定された変化やジャンプの複素電力の全体に最も近い電力消費装置を判定するように構成することができる。電力消費装置判定部はまた、複素電力において実際に測定されたジャンプや変化を格納された対応する値と比較するために、より進化した技術を使用するように構成することができる。例えば、電力消費装置判定部は、実際に測定された複素電力の実数部、複素電力の虚数部及び／又は複素電力の全体の経過時間の特性を、電力消費装置判定部に格納される複素電力の実数部、複素電力の虚数部及び／又は複素電力の全体の時間経過の特性それぞれと比較するように構成することができる。

個別識別化装置１３は、判定された電力消費装置のエネルギー消費量を測定するためのエネルギー消費量測定部１５を備えている。選択的に、エネルギー消費量測定部１５は、それぞれの電力消費装置のスイッチが既にオフになっている場合は、それぞれの判定された電力消費装置のスイッチがオン又はオフに切替えられた時刻を電力消費装置判定部１４から受信する。スイッチをオン又はオフにする時刻、又はスイッチをオンにする時点及び実際の時間とに基づいて、それぞれの電力消費装置のスイッチが未だオフにされていない場合は、消費電力の時間は、エネルギー消費量測定部１５によって測定され、そしてエネルギー消費量測定部１５によって、実際の電力における変化やジャンプの振幅を消費電力の測定された時間と乗じることによって消費されるエネルギー量が測定される。

個別識別化装置１３は、図１において網掛けで示される要素と電流計８とを備えており、電圧計７と電流計８と決定変数判定部９と変動クラス分け部１０と電気的パラメータ測定部１１と変動判定部１２とが、動作状態判定装置１により構成されており、この装置１に個別識別化装置１３が含まれている。

以下では、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、電気的ネットワーク２の電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するための動作状態判定方法の実施形態が、図３に示されるフローチャートを参照して例示的に説明される。

ステップ１０１において、電圧と電流とが、電気的ネットワーク２において電圧計７と電流計８とによって測定される。ステップ１０２において、電気的パラメータ測定部１１は、測定された電圧と測定された電流のうちの少なくとも一方に応じて電気的パラメータを測定する。この実施形態では、電気的パラメータ測定部１１は、電気的ネットワーク２で消費される正規化された複素電力を電気的パラメータとして測定する。ステップ１０３において、変動判定部１２は、測定された電気的パラメータの変動、すなわち、この実施形態において正規化された複素電力が存在するかどうかかを判定する。変動判定部１２が、測定された電気的パラメータの変動が存在していないと判断した場合には、動作状態判定方法は、ステップ１０４において、実際に測定された電圧と電流に関して終了する。変動判定部１２が、測定された電気的パラメータの変動、すなわち本実施形態において正規化された複素電力が存在すると判断した場合には、動作状態判定方法はステップ１０５で継続される。

ステップ１０５において、決定変数判定部９は、測定された電圧の変動と測定された電流の変動とに応じて決定変数を判定する。この決定変数は、電気的ネットワーク２の測定された電気的パラメータの変動が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかの指標である。この実施形態では、決定変数判定部９は、電圧の変動と電流の変動との比に応じて決定変数を判定する。ステップ１０６において、変動クラス分け部１０は、判定された決定変数に応じて、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、電気的ネットワーク２の電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定する。この実施形態では、変動クラス分け部１０は、事前に規定されたしきい値（ゼロとなり得る）とこの比を比較することにより、電気的ネットワーク２の測定された電気的パラメータの変動が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていると判定する。しきい値よりも小さい値の比は、電気的ネットワーク２の測定された電気的パラメータの変化が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていることを示すように、しきい値が事前に規定される。従って、この比がしきい値よりも小さい値の場合には、電気的ネットワーク２の測定された電気的パラメータの変動が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていると、変動クラス分け部１０が判定する。測定された電気的パラメータの変動、すなわちこの実施形態における正規化された複素電力が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていると判定された場合には、動作状態判定方法は、ステップ１０８において、現在測定された電圧と電流に関して終了する。この比が事前に規定されたしきい値よりも大きい場合には、変動クラス分け部１０は、測定された電気的パラメータの変動、すなわちこの実施形態における正規化された複素電力が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていないと判断し、動作状態判定方法は、ステップ１０７において、現在測定された電圧と電流に関して終了する。

電流と電圧が、選択的に繰り返して測定され、正規化された複素電力が、選択的に繰り返して判定される。ステップ１０３〜１０８の手順が、電気的ネットワークを継続的に監視するために、判定され且つ正規化された複素電力値の各々に対して選択的に実行される。

以下において、電気的ネットワークにおいて動作状態が変化した電力消費装置を識別するための個別識別化方法の実施形態が、図４に示されたフローチャートを参照しながら例示的に説明される。

この個別識別化方法は、図３を参照して上述した動作状態判定方法のステップを含む。ステップ１０８の後で、個別識別化方法は、ステップ１０９において、測定された電気的パラメータの変動、すなわちこの実施形態における正規化された複素電力の変動に応じて、動作状態が変動した電力消費装置を判定する、すなわち電力消費装置を識別する。ステップ１１０において、エネルギー消費量測定部１５は、判定された電力消費装置のエネルギー消費量を測定する。

個別識別化装置１は、選択的に非侵入型の負荷監視（ＮＩＬＭ）を実行するように構成されている。ＮＩＬＭは、単一ポイントの測定を介して複数のデバイス、すなわち複数の電力消費装置のエネルギー消費量を推測する技術である。基本的には、例えば、エネルギー消費の内訳をユーザに提供する目的のために、全体の消費電力や全体のエネルギー消費量等の電気的ネットワークの測定された電気的パラメータを考慮しており、それぞれの単一の電力消費装置の寄与度を認識することができる。個別識別化装置は、選択的に、それぞれの電力消費装置のスイッチをオン又はオフに切替えることによって生じる電力消費装置の動作状態の変化に対して敏感であるように構成されている。

電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動、例えば、全体的なエネルギー消費量の変動又は全体的な電力消費装置の変動は、イベントと見なすことができる。個別識別化装置及びこの個別識別化装置によって構成される動作状態判定装置は、イベントが、デバイスの状態の変化、すなわち１つ又は複数の電力消費装置の動作状態の変動によって生成されているか、又は例えば、電圧変動による変化によって生成されているかを判定するように構成されている。具体的には、動作状態判定装置は、それぞれのイベントを検出するために正規化された複素電力の変動ΔＳを使用するように構成することができる。基本的に、イベントは、与えられたしきい値よりも変動が大きいか否かを判定することにより検出することができる。動作状態判定装置、従って個別識別化装置は、電圧変動ΔＶや電流変動ΔＩを含んだ決定変数を考慮し、特に、その決定変数は、比ΔＶ／ΔＩと同様である。

比ΔＶ／ΔＩが、ゼロ又は別のしきい値、例えば５０オームより大きい場合に、次に、それは電源電圧に変動があったと判定される。比ΔＶ／ΔＩが、ゼロより小さい場合には、電源電圧に変動がなく、且つ正規化された複素電力において確認された変動が、１つ以上の電気機器、すなわち電力消費装置の状態の変化によるものである。動作状態判定装置は、従って、既存のイベント検出アルゴリズムの誤検出を低減するものであるとみなすことができる。

スマートメータとエネルギー監視デマンドとが、家庭分野で急速に成長している市場を形成している。今日の市場におけるいくつかの製品は、それら製品のエネルギー使用量の内訳を消費者に提供するための電気機器エネルギーレベル監視を提供することができる。しかし、その監視をするために、それら監視機器は、使用する時点で消費量を測定する必要があり、ローカル電力ネットワークの全体を包含するように拡張した場合、特に照明器具が含まれている場合には、非常に高価になる。これとは対照的に、ＮＩＬＭは、電気が供給される中央位置、例えば戸棚メータにおける単一の電流測定、及び各デバイスが消費するエネルギーはどの位かを導出するための単一の電圧測定が必要となる。

公知のイベントによって動作される個別識別化アプローチの主な制限には、イベントの検出におけるシステム全体の性能の依存関係がある。一つのイベントが見落とされた場合に、エラーが、システムに伝播する傾向がある。本発明によって、エネルギー個別識別化アプリケーション用のイベント検出の信頼性を向上させることができる。

上述した実施形態において、測定された電気的パラメータは、選択的に、消費電力、特に正規化された複素電力であるが、電気的ネットワークの他の電気的パラメータにおける他の変動は、エネルギー消費量や電圧等とみなすことができ、例えば、消費エネルギーの変動及び／又は電圧の変動が、決定変数を事前に規定されたしきい値と比較することに応じて電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていることが判定された場合に、エネルギー消費量の変動及び／又は電圧の変動は、どの電力消費装置の動作状態が変化したか、特にどの電力消費装置のスイッチがオン又はオフに切替えられたかを判定するために使用することができる。

個別識別化装置及び動作状態判定装置は、選択的に、下記の式（１５）で定義された正規化された複素電力の変動を考慮する。

電気機器のアドミタンスは実際には一定ではなく、様々な電圧レベルによって変化することもある。アドミタンスが一定でない場合は、電圧の変化が、複素アドミタンスの変化を引起こすこともあるので、正規化された複素電力の変動に基づいたイベント検出は、非常に多くの誤検出に悩まされ、下記の式（１４）で提案されている正規化が有効性を失うことになる。問題はさらに、複数のデバイスの複素アドミタンスが同様に変化するという事実によって拡大される。これは、電圧降下が生じた場合には、白熱灯、ヘアドライヤー、水ボイラー、ストーブ等のすべての抵抗負荷は、高いアドミタンスを有する、すなわち抵抗を低くすることを意味し、こうして、任意の新しいデバイスを有していなくても式（１５）の正規化された電力に非常に大きな変化を引起こすことになる。個別識別化装置及び動作状態判定装置は、選択的に、正規化された電力に基づいてイベント検出のロバスト性を向上させるように構成されている。

以下では、図１を参照して上述した電気的スキームが、数学的に説明される。

供給される電圧ｖ_０（ｔ）が、時間変動ピーク振幅

ここで、ｋ＝−∞，・・・，∞、を有する正弦波によって近似され、これは、選択的に、図１を参照して上述したモデルにおいて周期あたり一回だけ変化する。周波数ｆ_０＝ω／２πは、（ＥＵでは）５０ヘルツ（米国における６０Ｈｚ）であり、一定であると仮定する。電圧は、次のように表すことができる。

電圧は、フェーザ表記(phasor notation)で、同等に表すことができる。

ここで、

また、Ｔ＝１／ｆ_０は、波形の周期である。電流はまた、以下のように近似することができる。

また、Ｉ_ＲＭＳ（ｋ）は、以下のように定義できる。

この場合にも、電流のフェーザ表記を導入することができ、すなわち、

電圧Ｖ_１（ｋ）は、それぞれのデバイスでとらえられ、以下のように表すことができる。

受動的な双極性について考えると、複素アドミタンスは次のように定義される。

図１では、すべての電気器具、すなわち電力消費装置３，４，５が、電気的観点から複素アドミタンスＹ_ｎ＝１／Ｚ_ｎとしてモデル化される。このように、全体の電流は、フェーザ表記によって次のように簡便に表すことができる。

時間周期ｋにおける全体的な電流は、時間周期ｋにおける全ての複素アドミタンスの合計に比例する。

異なる時間インスタンスにおいて様々なデバイスのスイッチのオン及びオフの切替えをモデル化する。複素電力の式は以下のように表すことができる。

複素電力の振幅は、皮相電力と呼ばれる。

実際の電力は、

無効電力は、

そして、複素電力は次のようになる。

図１において、ＮＩＬＭのための電流センサ８の位置がさらに示されており、それは全体の電流へのアクセス権を有していると仮定されている。電流の式から、電圧の依存性も確認され、その依存性は、選択的に削減すべきか、特に選択的に排除されるべきである。従って、全体の電流が全体の電圧で除算され、いっそう安定であることが期待される複素アドミタンスが使用される。確認された電気的ネットワークの複素アドミタンスは、次式で定義することができる：

しかし、アドミタンスは、一般的に使用される評価基準ではない。電力が、例えば、より直感的かつ一般的な用法である。このような理由から、複素アドミタンスは、公称電圧の二乗を乗じて計算され、正規化された複素電力は次のように定義される。

と推定され、これはＥＵにおける電圧の公称値である。正規化された電力は、最も直感的なデバイスの特性（signature）である。

式（５）から、時間インスタンスｋにおける電圧が、次のように表せる。

時間インスタンスｋ＋１における電圧が、次のように表せる。

電圧の変化が、デバイスの状態が変化したことによるものであったならば、次に、ｋ＋１における電圧は次のように表せる。

ここで、Ｉ_ｎは、デバイスnを通じて流れる電流である。式（１８）と（１６）との差を取ると、

を得ることができる。

電圧の変化が、電圧変動によるものであった場合には、次に、ｋ＋１における電圧は、次のように表せる。

ここで、Ｉ_ｎは、デバイスnを通じて流れる電流である。式（２０）と（１６）との差を取ると、

を得ることができる。

なお、ΔＩは、小さいことに留意されたい。また、ΔＶは、規則（レギュレーション）によって規定された電力品質基準に従って通常大きくなく、典型的に公称電圧の５〜１０％未満である。

式（２１）から、実効内部インピーダンスの値は、次のように推定することができる。

１つ又は複数デバイスの変化状態によって引起こされるイベントと電圧変動によって引起こされるイベントとを区別するために、式（２２）を使用することが提案される。実効内部インピーダンスＺ_０が小さく、このネットワークのエネルギー分配は、選択的に可能な限り小さいＺ_０を有することをねらいとしている。大きなＺ_０は、このネットワークにおける大きな損失と、収益の損失とに対応する。

イベント検出が、電圧変動によって生成された場合には、次に、式（２１）から得られた式（２２）のＺ_０は、例えば、数千オームの大きな絶対値を有しており、負の値である。イベントが、デバイス、すなわち電力消費装置によって生成された場合には、次に、その実効内部インピーダンスは、正の値となり、ほぼオームの単位になる。従って、選択的に、比ΔＶ／ΔＩが負の値で、Ｚ_０が正の値である場合には、複素電力の変化は、電力消費装置によって生成されたイベントによって引起こされていると判定される。これは、条件Ｒｅ（ΔＶ／ΔＩ）＜０が充足される場合に、イベントが、電力消費装置によって生成されたことを判定することに対応する。

図５は、時間ｔに応じて電圧計７によって測定された電圧Ｖと、電流測定器８によって測定された電流Ｉと、電気的パラメータ測定部１１によって測定された正規化された電力Ｐとを例示的に示している。この例では、電力消費装置は、時刻ｔ＝３００付近でスイッチがオンにされ、時刻ｔ＝７５０付近でスイッチがオフにされる白熱電球である。図６は、図５の時刻ｔ＝３１０付近の詳細を例示的に示している。具体的には、図５において、イベントが、時刻ｔ＝３１１に示されている。このイベントによって生成される比較的小さな電圧降下は図６にも確認することができる。

正規化された電力は、式（１５）に従って算出される。電流と電圧とのプロットは、選択的に、大きな電流変動と小さな電圧変動として予測されることを示している。図６から、約０．１８の電流の変動と約−０．４Ｖの電圧の変動とを導出することができる。実効内部インピーダンスは、式（２２）を用いて推定することができる：

実効内部インピーダンスは、正の値で小さく、従って正規化された電力の変動は、電気機器の状態の変化によって、すなわち電力消費装置の動作状態の変動によって生成される。

図７には、電力消費装置として白熱灯を含む電気的ネットワークの測定された全体の電流と、測定された電圧と、測定され且つ正規化された電力の全体とが例示的に示されている。図７において、白熱灯のスイッチがオンとオフとに切替えられないが、電圧は、２００Ｖと２５０Ｖとの間で変動している。図８には、４００から６００までの時間的な範囲の図７の詳細が例示的に示されている。

図７と図８とに確認できるように、正規化された電力は変動し、正規化された電力に適用された従来のイベント検出アルゴリズムは、電力消費装置の動作状態の変化によって引起こされたイベントを示すことになる。特に図８から、電流の変化が、０．０１Ａよりも少し大きい変化であることを推測できる。式（２２）を使用することにより、実効内部インピーダンスが、以下のように推定することができる。

これは、図５と図６を参照して上述した例から推定された実効内部インピーダンスとは大幅に異なる。図７と図８を参照して説明した例では、決定変数、すなわち実効内部インピーダンスを規定する測定された電圧と測定された電流との比が、事前に規定されたしきい値（この例ではゼロである）より大きくなる。変動クラス分け部１０は、従って、この例では、測定された電気的パラメータの変化、すなわち式（１５）に従って判定された正規化された電力の変化は、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされたものではないが、例えば、電気的ネットワークの電圧変動によって引起こされたものであると判定するであろう。

図１を参照して上述した実施形態では、電気的ネットワークは、３つの電力消費装置を備えるが、電気的ネットワークは、３つ以上又は以下の電力消費装置を含むことができる。また、個別識別化装置が、いくつかの電力消費装置がアクティブ、すなわちスイッチがオンになっている場合であっても、どの電力消費装置の動作状態が変化したか、特にどの電力消費装置のスイッチがオン又はオフにされたかを判定するように構成することができる。

開示された実施形態の他の変形形態は、図面、明細書の開示、及び添付の特許請求の範囲を検証することによって、請求項に係る発明を実施する際に、当業者によって理解され、実現することができる。

特許請求の範囲において、「備える、有する、含む(comprising)」という用語は、他の要素や他のステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は、複数を除外するものではない。

単一のユニット又は単一のデバイスは、請求項に記載されいくつかの構成要素の機能を充足することができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが効果的に使用できないことを示すものではない。

決定変数の判定、電気的パラメータの判定のような判定は、測定された電気的パラメータは、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかの判定であり、一つ又はいくつかのユニット又はデバイスによって実行されるその他の判定は、任意数のユニット又はデバイスで実行することができる。例えば、ステップ１０２から１１０は、単一のユニットで、又は他の任意数の異なるユニットによって実行することができる。判定及び／又は個別識別化方法に従った個別識別化装置の制御及び／又は動作状態判定方法に従った動作状態判定装置の制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手法として及び／又は専用ハードェアとして実装することができる。

コンピュータプログラムは、他のハードェアと共に又は一部として供給される適切な媒体、例えば光記憶媒体又は固体媒体に格納／分散させることができ、また、インターネット又は、他の有線又は無線通信システム等を介して他の形態として配布するようにしてもよい。

特許請求の範囲における任意の参照符号は、技術的範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

本発明は、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するための動作状態判定装置に関するものである。この電気的ネットワークは、複数の電力消費装置と電源を含む。変動クラス分け部は、決定変数に応じて、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、このネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定する。そして、この決定変数は、電気的ネットワークの測定された電圧の変動と測定された電流の変動とに依存する変数である。この判定は、電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動を使用せずに直接行うことができ、従って、電気的ネットワークにおけるランダムな電圧変動の影響を殆ど受けない。

Claims (12)

1. 電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、前記電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するための動作状態判定装置であって、複数の電力消費装置と電源とを備え、当該動作状態判定装置が：
   前記電気的ネットワークの電圧を測定するための電圧計と、
   前記電気的ネットワークの電流を測定するための電流計と、
   測定された電圧の変動と測定された電流の変動とに応じて決定変数を判定するための決定変数判定部であって、前記決定変数は、前記電気的ネットワークの前記測定された電気的パラメータの変動が電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかの指標である、前記決定変数判定部と、
   前記判定された決定変数に応じて、前記電気的ネットワークの前記測定された電気的パラメータの変動が前記ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するための変動クラス分け部と、を備え、
   前記決定変数判定部が、電圧の変動と電流の変動との比に応じて前記決定変数を判定し、
   前記変動クラス分け部は、事前に規定されたしきい値と前記比とを比較することによって、前記電気的ネットワークの前記測定された電気的パラメータの変動が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていると判定する、
   動作状態判定装置。
2. 前記しきい値よりも小さい値の比は、前記電気的ネットワークの前記測定された電気的パラメータの変化が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていることを示すように、前記しきい値が事前に規定され、
   前記変動クラス分け部は、前記比が前記しきい値よりも小さい場合には、前記電気的ネットワークの前記測定された電気的パラメータの変動が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていると判定するように構成される、
   請求項１に記載の動作状態判定装置。
3. 前記変動クラス分け部は、前記判定された決定変数に依存するとともに前記測定された電気的パラメータの変動の大きさに応じて、前記電気的ネットワークの前記測定された電気的パラメータの変動が、前記電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていると判定するように構成される、
   請求項１に記載の動作状態判定装置。
4. 前記動作状態判定装置はさらに、前記測定された電圧と前記測定された電流のうちの少なくとも一方に応じて前記電気的パラメータを測定するための電気的パラメータ測定部を備える、
   請求項１に記載の動作状態判定装置。
5. 前記電気的パラメータ測定部は、前記電気的ネットワークによって消費される電力を前記電気的パラメータとして測定するように構成される、
   請求項４に記載の動作状態判定装置。
6. 前記動作状態判定装置はさらに、前記測定された電気的パラメータの変動が存在するかどうかを判定するための変動判定部を備える、
   請求項１に記載の動作状態判定装置。
7. 電気的ネットワークにおいて動作状態が変化した電力消費装置を識別するための個別識別化装置であって、前記電気的ネットワークが、複数の電力消費装置と電源とを備え、当該個別識別化装置が：
   前記電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、請求項１に規定されるように、前記電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するための動作状態判定装置と、
   測定された電圧と測定された電流のうちの少なくとも一方に応じて前記電気的パラメータを測定するための電気的パラメータ測定部と、
   前記測定された電気的パラメータの変動が、前記ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていると変動クラス分け部が判定した場合に、前記測定された電気的パラメータの変動に応じて、動作状態が変動した電力消費装置を判定するための電力消費装置判定部と、を備え、
   前記動作状態判定装置部が、電圧の変動と電流の変動との比に応じて前記決定変数を判定し、事前に規定されたしきい値と前記比とを比較することによって、前記電気的ネットワークの前記測定された電気的パラメータの変動が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていると判定する、
   個別識別化装置。
8. 前記個別識別化装置はさらに、前記判定された電力消費装置のエネルギー消費量を測定するためのエネルギー消費量測定部を備える、
   請求項７に記載の個別識別化装置。
9. 電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、前記電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するための動作状態判定方法であって、前記電気的ネットワークが、複数の電力消費装置と電源とを備え、当該動作状態判定方法が、
   前記電気的ネットワークの電圧を測定する電圧測定ステップと、
   前記電気的ネットワークの電流を測定する電流測定ステップと、
   測定された電圧の変動と測定された電流の変動とに応じて決定変数を判定する決定変数判定ステップであって、前記決定変数は、前記電気的ネットワークの前記測定された電気的パラメータの変動が電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかの指標である、前記決定変数判定ステップと、
   前記判定された決定変数に応じて、前記電気的ネットワークの前記測定された電気的パラメータの変動が、前記ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定する、動作状態判定ステップと、を含み、
   前記決定変数判定ステップが、電圧の変動と電流の変動との比に応じて前記決定変数を判定するステップを有し、
   前記動作状態判定ステップが、事前に規定されたしきい値と前記比とを比較することによって、前記電気的ネットワークの前記測定された電気的パラメータの変動が、電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされていると判定するステップを有する、
   動作状態判定方法。
10. 電気的ネットワークにおいて動作状態が変化した電力消費装置を識別するための個別識別化方法であって、前記電気的ネットワークが、複数の電力消費装置と電源とを備え、当該個別識別化方法が：
    前記電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、請求項９に規定されるように、前記電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定する、動作状態判定ステップと、
    測定された電圧と測定された電流のうちの少なくとも一方に応じて前記電気的パラメータを測定する、パラメータ測定ステップと、
    前記測定された電気的パラメータの変動が、前記ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされている場合に、前記測定された電気的パラメータの変動に応じて、動作状態が変動した電力消費装置を判定する、電力消費装置判定ステップと、を含む、個別識別化方法。
11. 電気的ネットワークの測定された電気的パラメータの変動が、前記電気的ネットワークの電力消費装置の動作状態の変動によって引起こされているかどうかを判定するための動作状態判定用コンピュータプログラムであって、当該動作状態判定用コンピュータプログラムが、前記動作状態判定装置を制御するコンピュータ上で実行されるときに、当該動作状態判定用コンピュータプログラムは、請求項１に規定されるような動作状態判定装置に請求項９に規定されるような方法ステップを実行させるためのプログラムコード手法を含む、コンピュータプログラム。
12. 電気的ネットワークにおいて動作状態が変化した電力消費装置を識別するための個別識別化コンピュータプログラムであって、前記電気的ネットワークが、複数の電力消費装置と電源とを備え、当該個別識別化コンピュータプログラムが、前記個別識別化装置を制御するコンピュータ上で実行されるときに、当該個別識別化コンピュータプログラムは、請求項７に規定されるような個別識別化装置に請求項１０に規定されるような個別識別化方法のステップを実行させるためのプログラムコード手法を含む、コンピュータプログラム。

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