JP6567477B2 - 電力モニタリングシステム - Google Patents
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Description
本発明は、電力モニタリングシステムに関する。特に、電力モニタリングシステムにおいて、各負荷別電力をモニタリングし、モニタリング結果をまとめて全体システムの電力をモニタリングするための構成に関する。
一般に、家庭では電力計を利用して消費中の電力をモニタリングすることができる。しかし、電力計の場合、家庭の全体電力消費量だけを知ることができるだけで、家庭内のそれぞれの電子機器毎の電力消費量を知ることができない。従って、使用者は、電子機器それぞれの電力消費量を知ることができず、電力消費節減のために、いずれの電子機器の使用を管理すべきであるかが分からない場合がほとんどである。また、各電子機器の電力消費量を知るために、電子機器別に電力計を取り付けることは経済的に非効率なことである。
従って、家庭で各電子機器別の電力消費量を一つの装置でモニタリングするために、非侵入型負荷モニタリング（ＮＩＬＭ、ｎｏｎ−ｉｎｔｒｕｓｉｖｅ ｌｏａｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）が開発されている。非侵入型負荷モニタリングは、全体的な電圧と電流供給を測定し、建物内の個別負荷（電子機器）に対する電力消耗量及び電気発電運転スケジュールを予測する技術である。
具体的には、非侵入型負荷モニタリングは、サンプリング装置を通して行われ得る。サンプリング装置は、電力消費形態をモニタリングしながら、各負荷別の電力消耗時に示される特定パターンを分析することができる。具体的には、サンプリング装置は、各負荷毎の電力消耗間の特定パターンをマッチングする情報を持っており、該当パターンがモニタリングされる場合、マッチングされる電子機器が電力を消費していることをモニタリングすることができる。
しかし、サンプリング装置だけで各負荷が消費する電力を知ることができるが、外部から電力が供給される場合（例えば、太陽光発電装置が家庭に設けられている場合、またはエネルギー管理システムが備えられた家庭または建物である場合）、供給される電力まで考慮された電力消費量を知ることができないという問題がある。具体的には、以下において、図１を参照し、一般的な非侵入型負荷モニタリング方法の問題点を説明する。
図１は、非侵入型負荷モニタリングのためのサンプリング装置を含む一般的な電力モニタリングシステムの構成を示す。
図１に示されたように、一般的な電力モニタリングシステムは、電力系統１から送電される電力を各負荷３（電子機器）に分配する分電盤２を含む。分電盤２は、複数個のスイッチを含んでおり、漏電遮断器を含むことができる。
このとき、サンプリング装置を含む一般的な電力モニタリングシステムは、分電盤２にサンプリング装置１０が含まれている。具体的には、サンプリング装置１０は、各負荷３に電力が分配される前のステップ（段階或いは位置）に位置し得る。従って、サンプリング装置１０は、各負荷３に供給される全体電力をモニタリングして各負荷別の電力パターンを測定することができる。このとき、電力の供給を受ける負荷は、家庭で用いる家電製品が挙げられる。
しかし、上述したように、一般にサンプリング装置が分電盤内に位置する場合がほとんどであり、この場合、外部から供給される電力量までサンプリング装置がモニタリングすることはできない。
また、外部から供給される電力量をモニタリングするために、別にサンプリング装置を用いることは、経済的に非効率なことである。従って、以下の本発明の一実施形態において、さらなるサンプリング装置を設けることなく、既存の一般的なモニタリング装置と一つのサンプリング装置の組み合わせで全体システムの電力供給／消費量を正確にモニタリングする電力モニタリングシステムを説明する。
本発明の第１及び第２実施形態により、さらなるサンプリング装置なしに、全体システムの電力供給／消費量を正確にモニタリングする電力モニタリングシステムを提供することを目的とする。
また、本発明の第１及び第２実施形態により、各モニタリング装置間に通信技術を用いて全体システムの構築コストを節減する電力モニタリングシステムを提供することを目的とする。
本発明の第１実施形態に係る電力モニタリングシステムは、電力システムに含まれた負荷が消費する電力パターンを測定するサンプリング装置、系統から前記電力システムに供給される第２電力量を測定する計器、貯蔵された電力または発電から取得した電力を前記電力システムに供給し、供給した第３電力量を測定する電力供給装置、及び前記電力システムに含まれた負荷が消費する電力パターン、前記第２電力量及び前記第３電力量の少なくとも一つを受信し、前記電力パターンを分析して負荷別に消費する第１電力量を取得する外部サーバを含み、前記外部サーバは、前記第１電力量と、前記第２電力量及び前記第３電力量の少なくとも一つを演算する。
本発明の第２実施形態に係る電力モニタリングシステムは、電力システムに含まれた負荷が消費する電力パターンを測定するサンプリング装置、系統から前記電力システムに供給される第２電力量を測定する計器、貯蔵された電力または発電から取得した電力を前記電力システムに供給し、供給した第３電力量を測定する電力供給装置、前記サンプリング装置から負荷が消費する電力パターンを受信し、受信された前記電力パターンを分析して負荷で消費される第１電力量を取得し、取得した前記第１電力量を累積して統計化されたデータを格納する第１外部サーバ、及び前記第２電力量及び前記第３電力量の少なくとも一つを受信し、前記第１外部サーバとデータを送受信する第２外部サーバを含み、前記第２外部サーバは、前記第１外部サーバから前記第１電力量を受信し、前記第１電力量と、前記第２電力量及び前記第３電力量の少なくとも一つを演算する。
本発明の第１及び第２実施形態によると、さらなるサンプリング装置なしに、全体システムの電力供給／消費量を正確にモニタリングする電力モニタリングシステムを提供することができる。
また、本発明の第１及び第２実施形態によると、各モニタリング装置間に通信技術を用いて全体システムの構築コストを節減することができる。
以下においては、添付の図面を参照し、本発明の実施形態について、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は、種々の異なる形態で具現され得、ここで説明する実施形態に限定されない。そして、図面において、本発明を明確に説明するために、説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって類似した部分に対しては、類似した図面符号を付している。
また、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、これは、特に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
図２は、本発明の第１実施形態に係る電力モニタリングシステムの構成を示すブロック図である。
図２に示されたように、本発明の第１実施形態に係る電力モニタリングシステムは、サンプリング装置１０、計器２０、電力供給装置３０及び外部サーバ４０を含むことができる。
サンプリング装置１０は、上述したように、電力システム内の負荷が消費する電力を分析する。具体的には、サンプリング装置１０は、全体負荷が消費する電力パターンを測定することができる。
計器２０は、一般的な電力計であってよい。計器２０は、電力システムの全体電力入出力量を計量することができる。具体的には、電力システムが消費する電力及び供給する電力を全てまとめた電力量を計量することができる。
電力供給装置３０は、電力システムに電力を供給することができる。例えば、電力供給装置３０は、発電装置であってよい。また他の例を挙げると、電力供給装置３０は、エネルギー管理システム（ＥＭＳ、Ｅｎｅｒｇｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）であってよい。エネルギー管理システムとは、非需要期に電力を貯蔵し、貯蔵された電力を電力使用量が多い時期に使用するシステムである。全体電力モニタリングシステムが電力供給装置３０を含む場合は、サンプリング装置１０だけでは電子機器それぞれの電力消費量のみ把握できるだけで、電力系統から供給を受ける電力量及び電力供給装置３０が電力系統または分電盤に供給する電力量は把握することができない。
外部サーバ４０は、計器２０での計量値、サンプリング装置１０の測定値及び電力供給装置３０により供給される電力量をまとめて全体電力システムの電力消費量をモニタリングすることができる。具体的には、外部サーバ４０は、サンプリング装置１０から取得した負荷の電力パターンを分析し、各負荷別の消費電力量を取得することができる。
本発明の第１実施形態において、外部サーバ４０は、計器２０で計量された電力量であって電力システムに供給された全体電力量を受信する。また、外部サーバ４０は、サンプリング装置１０で測定された電力パターンであって全体負荷で消費した電力パターンを受信する。このとき、外部サーバ４０は、サンプリング装置１０を通して受信した電力パターンを分析し、各負荷別の電力消費量を取得することができる。
そして、外部サーバ４０は、計器２０から受信した全体電力量からサンプリング装置１０を通して取得した負荷の消費電力量を演算し（言い換えれば、全体電力量と負荷の消費電力量とを用いた演算を行い）、電力供給装置３０が電力システムに供給した電力量を取得する。具体的には、外部サーバ４０は、計器２０から受信した全体電力量からサンプリング装置１０を通して取得した負荷の消費電力量を減算し、電力供給装置３０が供給した電力量を知ることができる。従って、この場合、電力供給装置３０から電力供給量を受信しなくても、外部サーバ４０は、電力供給量を知ることができる。上記のように、外部サーバ４０は、第２電力量（計器２０から受信した全体電力量）から第１電力量（サンプリング装置１０を通して取得した負荷の消費電力量）を減算して、第３電力量（電力供給装置３０が供給した電力量）を取得する。各電力量の正負の定義によっては、外部サーバ４０が、第１電力量から第２電力量を減算して第３電力量を取得する構成とすることもできる。
また第１実施形態の他の態様において、外部サーバ４０は、電力供給装置３０により供給された電力量を受信する。また、外部サーバ４０は、サンプリング装置１０で測定された全体負荷の消費電力量を受信する。このとき、外部サーバ４０がサンプリング装置１０から測定結果を受信し、分析を通して各電子機器（または負荷）別に消費した電力量を計算することができる。そして、外部サーバ４０は、電力供給装置３０から受信した供給電力量からサンプリング装置１０を通して取得した負荷の消費電力量を演算し（言い換えれば、供給電力量と負荷の消費電力量とを用いた演算を行い）、電力システムに供給された全体電力量を取得する。
具体的には、外部サーバ４０は、電力供給装置３０から受信した供給電力量からサンプリング装置１０を通して取得した消費電力量を減算し、全体電力システムに供給された電力量を知ることができる。具体的には、取得した全体電力量が正数である場合、電力供給装置３０が供給した電力量が負荷消費量を超えることを意味する。また、取得した全体電力量が負数である場合、電力供給装置３０が供給した電力量が負荷消費量より少ないことを意味する。従って、この場合、計器２０から全体電力供給量を受信しなくても、外部サーバ４０は、全体電力供給量を知ることができる。上記のように、外部サーバ４０は、第３電力量から第１電力量を減算して第２電力量を取得する。各電力量の正負の定義によっては、外部サーバ４０が、第１電力量から第３電力量を減算して第２電力量を取得する構成とすることもできる。
また第１実施形態の他の態様において、外部サーバ４０は、サンプリング装置１０、計器２０及び電力供給装置３０から測定した電力量を全て受信することができる。
上述した本発明の第１実施形態の場合、電力モニタリングシステムの一構成に故障が発生した場合にも、外部サーバ４０は、演算を通して故障した構成から測定される電力量を取得することができる。
図３は、本発明の第１実施形態に係る他の態様の電力モニタリングシステムの構成を示すブロック図である。
図３の構成は、図２の構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本発明の第１実施形態において、サンプリング装置１０は、計器２０で計量された電力量であって電力システムに供給された全体電力量を受信する。そして、外部サーバ４０は、サンプリング装置１０で測定された全体負荷の消費電力量と共に、計器２０がサンプリング装置１０に伝送した全体電力量を受信する。このとき、外部サーバ４０がサンプリング装置１０から測定結果を受信し、負荷で消費された電力量を計算することができる。そして、外部サーバ４０は、計器２０が測定した全体電力量からサンプリング装置１０を通して取得した消費電力量を演算し（言い換えれば、全体電力量と消費電力量とを用いた演算を行い）、電力供給装置３０が電力システムに供給した電力量を取得する。
具体的には、外部サーバ４０は、計器２０が測定した全体電力量からサンプリング装置１０を通して取得した消費電力量を減算し、電力供給装置３０が電力システムに供給した電力量を知ることができる。従って、この場合、電力供給装置３０から電力供給量を受信しなくても、外部サーバ４０は、電力供給装置３０から供給された電力量を知ることができる。
また第１実施形態の他の態様において、サンプリング装置１０は、電力供給装置３０により供給された電力量を受信する。また、サンプリング装置１０は、負荷で消費した電力パターンを測定する。このとき、外部サーバ４０がサンプリング装置１０から測定結果を受信し、測定結果を分析して負荷別の消費電力量を計算することができる。
そして、外部サーバ４０は、電力供給装置３０で測定された供給電力量からサンプリング装置１０を通して取得した消費電力量を演算し（言い換えれば、供給電力量と消費電力量とを用いた演算を行い）、電力システムに供給された全体電力量を取得する。具体的には、外部サーバ４０は、電力供給装置３０が測定した供給電力量からサンプリング装置１０を通して取得した消費電力量を減算し、全体電力システムに供給された電力量を知ることができる。具体的には、取得した全体電力量が正数である場合、電力供給装置３０が供給した電力量が負荷消費量を超えることを意味する。また、取得した全体電力量が負数である場合、電力供給装置３０が供給した電力量が負荷消費量より少ないことを意味する。従って、この場合、計器２０から全体電力供給量を受信しなくても、外部サーバ４０は、全体電力供給量を知ることができる。
また第１実施形態の他の態様において、外部サーバ４０は、サンプリング装置１０、計器２０及び電力供給装置３０から測定した電力量を全て受信することができる。
このとき、サンプリング装置１０、計器２０、電力供給装置３０及び外部サーバ４０間では、有無線通信（有線通信及び無線通信の一方又は双方、以下同様。）を利用して測定値を伝送することができる。
図４に示されたように、本発明の第２実施形態に係る電力モニタリングシステムは、サンプリング装置１０、計器２０、電力供給装置３０、第１外部サーバ４０及び第２外部サーバ５０を含むことができる。このとき、電力モニタリングシステムに含まれた二つの外部サーバは、運営主体が異なり得る。運営主体が異なる二つの外部サーバを通して、電力モニタリングシステムは、運営上の長所を有することができる。
図４は、本発明の第２実施形態に係る電力モニタリングシステムの構成を示すブロック図である。
本発明の第２実施形態に係る電力モニタリングシステムの計器２０及び電力供給装置３０の構成と役割は、本発明の第１実施形態に係る電力モニタリングシステムの計器２０及び電力供給装置３０の構成と同様であるので、繰り返される説明は省略する。
サンプリング装置１０は、上述したように、電力システム内の負荷が消費する電力を分析する。具体的には、サンプリング装置１０は、負荷それぞれが消費する電力を分析して電力消費量を計算することができる。
第１外部サーバ４０は、サンプリング装置１０から分析結果を受信する。第１外部サーバ４０は、サンプリング装置１０から電子機器の全体電力消費量を受信し、これをＮＩＬＭアルゴリズムを通して分析し、各負荷別の電力消費量を取得することができる。このとき、第１外部サーバ４０は、取得した各負荷別の電力消費量を第２外部サーバ５０に伝送することができる。具体的には、第１外部サーバ４０は、ＮＩＬＭ事業者であってよい。第１外部サーバ４０は、取得した電力消費量を累積して統計化されたデータを格納することができる。また、第１外部サーバ４０は、複数の電力システムから電力消費データを収集することができる。そして、第１外部サーバ４０は、収集したデータを統計化してビッグデータを生成することができる。消費者は、第１外部サーバ４０にアクセスして統計化されたデータを取得し、取得したデータを通して電力消費計画を立てることができる。また、消費者は、第１外部サーバ４０にアクセスして統計化されたデータから事業計画を樹立することもできる。言い換えれば、消費者または使用者は、第１外部サーバ４０に使用者の目的に基づくデータ要請をすることができる。例えば、発電所設置計画のような建設計画を第１外部サーバ４０が提供するデータに基づいて樹立することもできる。
第２外部サーバ５０は、計器２０が測定した電力量データ及び電力供給装置３０が測定した電力量データの少なくとも一つを取得する。また、第２外部サーバ５０は、第１外部サーバ４０との間で測定した電力量に関するデータを送受信することができる。このとき、計器２０及び電力供給装置３０は、測定した電力量データを有無線通信で伝送することができる。第２外部サーバ５０は、取得した電力量データを使用者に提供することができる。
本発明の第２実施形態において、第１外部サーバ４０は、サンプリング装置１０で測定された全体負荷の消費電力量を受信する。このとき、第１外部サーバ４０がサンプリング装置１０から測定結果を受信し、分析を通して各電子機器（または負荷）別に消費した電力量を計算することもできる。そして、第１外部サーバ４０は、負荷が消費した電力量データを第２外部サーバ５０に伝送する。第２外部サーバ５０は、計器２０から測定電力量を取得する。そして、第２外部サーバ５０は、計器２０から受信した電力系統から供給された全体電力量から、第１外部サーバ４０から受信した消費電力量を演算し（言い換えれば、全体電力量と消費電力量とを用いた演算を行い）、電力供給装置３０が電力システムに供給した電力量を取得する。具体的には、第２外部サーバ５０は、計器２０から受信した全体電力量から第１外部サーバ４０から受信した消費電力量を減算し、電力供給装置３０が電力システムに供給した電力量を知ることができる。従って、この場合、電力供給装置３０から電力供給量を受信しなくても、第２外部サーバ５０は、電力供給量を知ることができる。そして、第２外部サーバ５０は、受信したデータ及び演算したデータ値を使用者に提供することができる。
また第２実施形態の他の態様において、第２外部サーバ５０は、電力供給装置３０で測定された電力量であって電力システムに供給された電力量を受信する。また、第２外部サーバ５０は、第１外部サーバ４０を通して、サンプリング装置１０で分析された負荷で消費した電力量を受信する。このとき、第１外部サーバ４０がサンプリング装置１０から測定結果を受信し、これを分析して負荷別に消費した電力量を計算することもできる。そして、第２外部サーバ５０は、電力供給装置３０から受信した供給電力量から第１外部サーバ４０から受信した消費電力量を演算し（言い換えれば、供給電力量と消費電力量とを用いた演算を行い）、系統から電力システム、即ち、負荷に供給された全体電力量を取得する。具体的には、第２外部サーバ５０は、電力供給装置３０から受信した供給電力量から第１外部サーバ４０から受信した消費電力量を減算し、電力系統から全体電力システムに供給された電力量を知ることができる。具体的には、取得した全体電力量が正数である場合、電力供給装置３０が供給した電力量が負荷消費量を超えることを意味する。また、取得した全体電力量が負数である場合、電力供給装置３０が供給した電力量が負荷消費量より少ないことを意味する。従って、この場合、電力系統から供給された全体電力供給量を計器２０から受信しなくても、第２外部サーバ５０は、全体電力供給量を知ることができる。
また第２実施形態の他の態様において、第２外部サーバ５０は、計器２０、電力供給装置３０及び第１外部サーバ４０から測定した電力量を全て受信することができる。
上述した本発明の一実施形態の場合、電力モニタリングシステムの一構成に故障が発生した場合にも、第２外部サーバ５０は、演算を通して故障した構成から測定される電力量を取得することができる。
図５は、本発明の第２実施形態に係る他の態様の電力モニタリングシステムの構成を示すブロック図である。
図５の構成は、図４の構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図４の第２実施形態の一態様とは異なり、図５の第２実施形態の一態様は、第１外部サーバ４０が受信された測定電力量をまとめて演算することができる。具体的には、第１外部サーバ４０は、第２外部サーバ５０を通して計器２０が測定した電力量データ及び電力供給装置３０が測定した電力量データを受信することができる。そして、第１外部サーバ４０は、サンプリング装置１０から受信した負荷電力消費パターンを分析し、負荷別の電力消費量を取得することができる。
このとき、第２外部サーバ５０は、計器２０及び電力供給装置３０から受信した電力量データを変換して第１外部サーバ４０に伝送することができる。具体的には、第２外部サーバ５０は、計器２０及び電力供給装置３０から受信したアナログ値をデジタル値に変換して第１外部サーバ４０に伝送することができる。
この場合、第１外部サーバ４０は、別途の変換過程なしに、直ちに測定した電力量をまとめることができる。
本発明の第２実施形態において、第１外部サーバ４０は、系統から供給された全体電力量を第２外部サーバ５０を通して受信し、サンプリング装置１０から受信した負荷電力消費量を演算して（言い換えれば、全体電力量と負荷電力消費量とを用いた演算を行って）、電力供給装置３０が電力システムに供給した電力量を取得することができる。
また第２実施形態の他の態様において、第１外部サーバ４０は、電力供給装置３０が電力システムに供給した電力量（供給電力量）を第２外部サーバ５０を通して受信し、サンプリング装置１０から受信した負荷電力消費量を演算して（言い換えれば、供給電力量と負荷電力消費量とを用いた演算を行って）、系統から供給された全体電力量を取得することができる。
このとき、第１外部サーバ４０は、取得した電力量を他の電力システムと比較し、比較結果を第２外部サーバ５０に伝送することができる。使用者は、第１外部サーバ４０から受信した比較データを通して電力消費計画を立てることができる。
以上の実施形態において説明された特徴、構造、効果等は、本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれ、必ずしも一つの実施形態にのみ限定されるものではない。さらに、各実施形態において例示された特徴、構造、効果等は、実施形態の属する分野における通常の知識を有する者により、他の実施形態に対しても組み合わせまたは変形されて実施可能である。従って、このような組み合わせと変形に係る内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
以上において、実施形態を中心に説明したが、これは、単に例示であるだけで、本発明を限定するものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、本実施形態の本質的な特性を外れない範囲で以上に例示されていない種々の変形と応用が可能であることが分かるだろう。例えば、実施形態に具体的に示された各構成要素は、変形して実施できるものである。そして、このような変形と応用に係る相違点は、添付の請求の範囲において規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
本発明は、全体システムの電力をモニタリングする電力モニタリングシステムに利用することができる。
１０： サンプリング装置
２０： 計器
３０： 電力供給装置
４０： 外部サーバ、第１外部サーバ
５０： 第２外部サーバ
２０： 計器
３０： 電力供給装置
４０： 外部サーバ、第１外部サーバ
５０： 第２外部サーバ
Claims (4)
- 電力システムに含まれた負荷が消費する電力パターンを測定するサンプリング装置；
系統から前記電力システムに供給される第２電力量を測定する計器；
貯蔵された電力または発電から取得した電力を前記電力システムに供給し、供給した第
３電力量を測定する電力供給装置；及び
前記電力システムに含まれた負荷が消費する電力パターン、前記第２電力量及び前記第
３電力量の少なくとも一つを受信する外部サーバとを備え、
前記外部サーバが、
前記電力パターンを分析して負荷全体で消費される第１電力量を取得し、
前記第１電力量と、前記第２電力量及び前記第３電力量のうち前記外部サーバによって
受信されていない電力量の少なくとも一つを演算するように構成され、
前記サンプリング装置は、前記第２電力量及び前記第３電力量の少なくとも一つを受信
し、測定した負荷の消費電力パターンと共に、前記第２電力量及び前記第３電力量の少な
くとも一つを前記外部サーバに伝送するように構成されることを特徴とする電力モニタリ
ングシステム。 - 前記外部サーバは、前記第１電力量から前記第２電力量を減算して前記第３電力量を取
得するように構成される請求項１に記載の電力モニタリングシステム。 - 前記外部サーバは、前記第１電力量から前記第３電力量を減算して前記第２電力量を取
得するように構成される請求項１または２に記載の電力モニタリングシステム。 - 前記電力供給装置は、電力管理システム及び発電装置の少なくとも一つを含む、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力モニタリングシステム。
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