KR20110084898A - 장치에 의하여 소비되는 전력을, 부하 과도현상을 분석함으로써, 비침습적으로 결정하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가입자 장치에 의하여 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이에 따르면, 소비 신호를 구성하는 상기 가입자 장치로 공급되는 전류 및 전압의 샘플링 값들이 연속적인 관측 윈도우에서 그룹핑된다. 상기 소비 신호의 극점들과 레지듀들은 각각의 전류 관측 윈도우에서 "Pencil Method"에 따라 식별된다. 적어도 하나의 특이값과 관련된 극점들, 레지듀들은 분리된 전기적 부하들의 특징들의 조합을 나타낸다. 동작 중에 전기적 부하들의 서브셋에 의하여 소비되는 유효 전력은, 상기 전력 관측 윈도우의 지속 시간에 대하여, 상기 극점들 및 레지듀들과 관련된 소비 전력 함수를 만족시키는 각각의 전기적 부하에 의하여 소비되는 유효 전력의 합으로 계산될 수 있다.

Description

장치에 의하여 소비되는 전력을, 부하 과도현상을 분석함으로써, 비침습적으로 결정하는 방법 및 장치{Method and device for the non-intrusive determination of the electrical power comsumed by an installation, by analysing load transients}
본 발명은 장치에 의하여 소비되는 전력을 부하 과도 현상(load transients) 분석에 의하여 비침습적(non-intrusive)으로 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재 고객 가입자 장치(client subscriber installation)에 의하여 소비되는 전력, 교류 전압망에 의하여 공급되는 전력, 대응 전력 소비(corresponding power consumption)은 상기 장치의 물리적 파라미터를 직접 측정하여 결정된다. 상기 장치의 물리적 파라미터에는 공급 전압, 전달되는 전류의 세기, 공급 전압과 전달되는 전류 사이의 위상 변위(displacement) 등이 포함될 수 있다.
일반적으로 전기 모듈들(electronic modules)은 앞서 언급한 전압, 전류, 및 위상 변위에 기초하여 소비되는 유효(active) 전력 및 무효(reactive) 전력을 계산할 수 있다. 또한, 상기 전기 모듈은 특정 시간에 걸쳐 연속적인 전력 값을 적분함으로써(by integrating) 소비되는 전기적 에너지를 계산할 수 있다.
이러한 전기 모듈들은 전력 계량기(electronic meter)와 같은 계량기 내에 주로 설치되며, 앞서 측정된 전압, 전류, 및 위상 변위 값 및/또는 소비된 전력 또는 에너지를 전송할 수도 있다. 이러한 계량기들에 의해서도 이러한 기능이 충분히 수행될 수 있다.
그러나, 이러한 계량기들은 그 내부에 전기 모듈들을 포함하고 있어야 하며, 가입자의 사유 구내(private premises)에 설치되거나, 경우에 따라서는 가입자의 택내(dwelling)에 설치되어야 하는 문제점을 가진다.
전력 또는 에너지를 측정 또는 계량하는 곳을 가입자의 사유 구내로부터 멀어지게 하기 위한 다양한 시도가 있어왔다.
이러한 접근은 공급되는 전압 및 공급되는 전력의 측정을 가입자의 사유 구내의 외부, 즉, 가입자 장치의 분기 지점인 계량기 또는 계량기 윗단에서 가입자 장비의 전체적인 부하 곡선을 분석함으로써 수행될 수 있다. 이러한 방법은 비침습적 가전 기기 부하 모니터링(Non-Intrusive Appliance Load Monitoring, 이하 'NIALM'이라 함)이라는 비침습적 프로세스에 의하여 수행될 수 있다.
상기 비침습적 프로세스는 에너지 가격을 예상하고자 하는 공급자, 네트워크를 구축해야 하는 분배자, 전력 소비를 감소하고자 하는 소비자 모두에게 이익이 될 수 있다.
상기 NIALM 프로세스는 미국 특허 제4,858,141호에 개시된 가전 기기에 대한 자동 트레이닝(automated training) 단계, 미국 특허 제5,483,153호에 개시된 가전 기기에 대한 수동 트레이닝(manual traning) 단계 등에 의하여 수행될 수 있다.
수동 NIALM 프로세스에서는 가전 기기들에서의 소비 특성들이 소비의 다른 상태들에서 수집될 수 있기 때문에, 수동 NIALM 프로세스가 자동 NIALM 프로세스보다 정확하다.
그러나, 이러한 반-침습적(semi-intrusion) 방법은 가입자들에게 성가실 수 있고, 전력 공급자 또는 분배자들에게 덜 매력적일 수 있다.
수동 NIALM 프로세스들에 있어서는, 전력 수신 가전 기기들에 대한 라이브러리가 각 가전 기기들에 장착된 전류 센서에 의하여 구축되어야 한다.
자동 NIALM 프로세스들에 있어서는, 전력 수신 가전 기기들에 대한 라이브러리가 계량기에서 측정된 전력에 의하여 구축될 수 있다.
구축된 라이브러리는 가전 기기들을 식별하고 가전 기기들의 전력 소모를 식별할 수 있게 하며, 가전 기기들의 사용의 식별 기술을 촉진시킬 수 있으며, 라이브러리를 제공받은 가입자에 의하여 가전 기기에서의 사용 및 소비 습관을 개선시키는데 활용될 수 있다.
가전 기기들의 사용을 식별하기 위한 다양한 절차들이 제안되어 왔다.
가전 기기들의 사용의 식별하는 방법은 프랑스 특허출원 제2,645,968호에 개시된 바와 같이, 전류 세기의 변동을 인식하고, 식별된 전류 세기의 변동에 기초하여 이루어질 수 있다. 상기 전류 세기의 변동은 댁내 부하의 연결 또는 분리 등의 이벤트의 대표 임계값과 비교된다. 이러한 임계값들은 라이브러리에 리스트되어 있을 수 있다.
가전 기기들의 사용을 식별하는 다른 방법은, 미국특허 제4,858,141호에 개시된 바와 같이, 측정된 정상 상태(steady state)에서의 장치의 어드미턴스 및/또는 유효 전력 및 무효 전력의 변동에 기초하여 수행될 수 있다. 본 방법에 따르면, 라이브러리에 저장된, 시장에서 출시된 다양한 가전 기기에 대한 기준 테이블과의 비교가 이루어진다.
가전 기기들의 사용을 식별하는 또 다른 방법은, 미국특허 제6,816,078호에 개시된 바와 같이, 기본 주파수와 고조파 성분(harmonics)에 대하여 측정된 전류에 기초하여 수행될 수 있다. 각 가전 기기들은 자신이 발생하는 고조파 성분에 의하여 식별될 수 있고, 이는 라이브러리에 분류되어 있을 수 있다. 여기서, 고조파 성분은 퓨리에 트랜스폼에 의하여 산출될 수 있다. 이때, 가전 기기의 동작은 전체 전류를 형성하는 최고조파 성분의 존재의 확인에 의한 실제값(true value)에서 평가될 수 있다.
가전 기기들의 사용을 식별하는 또 다른 방법은, 미국특허 제5,483,153호에 개시된 바와 같이, 특정된 장치의 유효 전력 및 무효 전력에 기초하여 수행될 수 있다. 본 방법에 따르면, 과도 상태(의 형태가 부하들의 식별을 위한 데이터베이스에 대하여 비교된다.
가전 기기들의 사용을 식별하는 또 다른 방법은, 유럽특허 제1,136,829호 및 미국특허 제7,078,892호에 개시된 바와 같이, 전력망에 연결된 가전 기기들에 의하여 방출되는 스타트-업(start-up) HP 펄스를 이용하여 수행될 수 있다. 본 방법에 따르면, 공용망에서 HP 신호들을 발생하는 장치 및 HF 신호들을 증폭하기 위한 리시버 도는 리피터들에 대한 피팅(fitting)이 필요하다. 비록, 비침습적 방법으로 소개되었으나, 이러한 방법에서는 장치들이 처음 설치될 때, 가전 기기들을 순차적으로 온 오프시키는 많은 절차들이 요구된다.
가전 기기들의 사용을 식별하는 또 다른 방법은, PCT 특허출원 제93/04377호에 개시된 바와 같이, 특정 시간에 걸쳐 부하들의 임피던스의 변동을 결정하기 위한 전류 및 전압 측정에 기초하여 수행될 수 있다. 그러나 이러한 방법 역시 침습적 방법에 해당된다. 또한, 본 발명에 따르면, 계량기에 포함된 대용량 저장 소자는 정기적으로 교환되어야 한다.
상술한 방법들은 어느 정도의 침습적 단계들을 포함하고 있다. 그러므로 가전 기기들의 방대한 종류를 고려할 때 이러한 방법들이 대중화되기에는 어려움이 있다. 또한, 상술한 방법들은 순수 교류 전압을 공급하는 전력망들에 대한 겉보기 전력, 무효 전력, 유효 전력, 전압 및 전류의 실효값 등의 파라미터들과 양들을 이용하므로, 가입자 장치에 대해서는 적합하지 않고, 가입자 장치에 대하여 널리 보급되기 어렵다. 왜냐하면, 점점 더 많은 가전 기기들이 전기적 섭동(perturbation) 및 노이즈를 발생하고, 이들이 기본 성분에 대해 영향을 미치기 때문이다.
상술한 방법들은 신호들을 분석하고 빠른 퓨리에 변환 형태의 주파수 처리를 하기 위하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자(이하 '당업자'라 함)에게 잘 알려져 있다.
이러한 형태의 프로세스들은, 기본 성분에 영향을 미치는 노이즈 성분의 만족스런 처리를 위한, 신호의 50Hz 또는 60Hz의 기본 주파수와 고주파 성분의 효과적인 구별을 제공하기 위하여 상대적으로 넓은 관측 윈도우(observation window)를 필요로 한다.
퓨리에 변환 등과 같이 주파수 변환을 이용하여 순수하게 주파수 분석을 하는 상술한 방법들과 함께, 가변 전자기장에 영향을 받는 시스템의 실시간 응답을 분석하는 다른 방법들이 제안되어 왔다.
전자기파가 평면 파 형태로 전파된다는 가정하에, 상기 전자기파에 의하여 여기된(excited) 안테나 또는 리플렉터(reflector)의 응답을 연구하기 위하여 "Pencil Method"라는 특별한 방법이 제안되었다.
"Pencil Method"는 일반화된 고유치(eigenvalue) 문제를 해결함으로써, 타겟의 과도 상태 응답 및 정상 상태 응답에서 방사되는 전자기적 여기까지의, 상기 응답에서의 극점들과 레지듀들을 결정할 수 있게 해준다.
전기적으로 도전된 와이어에 의하여 형성된 타겟에, 상기 "Pencil Method"의 이론적 접근을 논함에 있어서, 우리는 "Syracuse University(Syracuse, NY 13344-1240)"의 전기 전자 공학부의 멤버인 "Yingbo Hua"와 "Tapan K. Sarker"에 의하여 1989년 2월의 "IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION(Vol. 37, NO. 3)"의 229페이지에서 234 페이지에 기고된 "Generalized Pencil-of-Function Method for Extracting Poles of an EM System from its Transient Response"라는 제목의 기사를 유용하게 이용할 수 있다.
더 최근에는, 퓨리에 변환과 같은 주파수 처리 기술들 간의 주파수 해상도에 있어서의 비교 성능과 "Pencil Method" 사이의 비교 연구에 관한 기사가 "Syracuse University(Syracuse, NY 13344-1240)"의 전기 전자 공학부의 멤버인 "Jose Enrique Fernansdez"와 "Tapan K. Parker"에 의하여 1996년의 "Digital Signal Processing6(NO. 0011)"의 108 페이지 내지 125 페이지에 기고되었다. 상기 기사는, 특정 임계값에 대한 신호대 잡음비를 위한 평가의 분산(dispersion of estimation) 및 제곱 평균(root-mean-square)에 대해서, "Pencil Method"가 퓨리에 변환에 의한 주파수 처리 방법들보다 뛰어남을 보여준다.
본 발명은 "Pencil Method"를 이용하여 부하 과도 현상을 분석함으로써, 장치에 의하여 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하기 위한 방법 및 장치를 구현하는 것에 관한 것이다. 여기서, 상기 장치는 하나 또는 그 이상의 부하들에 연결되며, 상기 부하들은 시간에 따라 가변되는 응답 특성을 가질 수 있다. 또한, 상기 부하들은 부분적으로 또는 전체적으로, 분배망(ditribution grid)에 의하여 전자기적 여기(electromagnetic excitation)된 신호의 형태로 전달되는 전기적 에너지를 흡수할 수 있다.
본 발명에 따라서 가입자 장치에 의하여 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하기 위한 방법은, 소비 신호를 획득하기 위하여 상기 장치로 전달되는 공급 전압 값 및 전류의 세기에 대한 주기적인 샘플링에 기초하여 수행될 수 있다.
상기 소비 신호의 샘플링된 값에 기초하여 전력을 계산하는 단계는, 연속적인 관측 윈도우들에서 상기 샘플링된 값들을 그루핑하는(grouping) 단계; 각각의 전류 관측 윈도우에 대하여, 상기 가입자 장치의 동작에서 "Pencil Method"에 의하여 획득되는 적어도 하나의 특이값(singular value, SGi)과 관련된 정의된 극점들(Si) 및 레지듀들(Ri)을 포함하는 분리된 전기적 부하들(Ci)의 특징들(signitures)의 조합을 나타내는, 상기 소비 신호의 극점들(poles, Si)과 레지듀(residues, Ri)들의 집합을 식별하는 단계; 및 적어도 상기 전류 관측 윈도우의 지속 시간(duration)에 대하여, 상기 극점들과 상기 레지듀들과 관련된(linking) 소비 전력 함수를 따르는(complying with) 상기 전기적 부하들의 적어도 하나의 서브셋의 각각의 분리된 부하에 의하여 소비되는 유효 전력의 합으로 표현되는, 상기 적어도 하나의 서브셋에 의하여 소비되는 유효 전력을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 소비 전력 함수는,
Figure pct00001
에 상응할 수 있다. 여기서, P는 특징(Si, Ri, SGi)를 포함하는 분리된 전기적 부하들(Ci)의 서브셋에 의하여 소비되는 유효 전력을 나타내며, Sci 및 Rci 각각은 샘플링된 상기 가입자 장치로 전달된 전류의 극점들 및 레지듀들을 나타내며, Svi' 및 Rvi' 각각은 샘플링된 상기 가입자 장치로 전달된 전압의 극점들 및 레지듀들을 나타내며, SGi는 상기 특징값을 나타내며, tkd는 k 번째 관측 윈도우의 시작 시점을 나타내며, △t는 관측 윈도우의 지속 시간을 나타내며, sinhc(X)는 X의 기수(cardinal)의 하이퍼볼릭 싸인(hyperbolic sine) 함수를 나타내며, 예를 들면,
Figure pct00002
,
M은 샘플링된 상기 가입자 장치로 전달되는 전류의 극점들 및 레지듀들의 개수를 나타내며, M'은 상기 가입자 장치로 전달되는 전압의 극점들 및 레지듀들의 개수를 나타낼 수 있다.
상기 소비 신호를 얻기 위한 샘플링 주파수와 각각의 관측 윈도우의 지속 시간(△t) 사이의 관계는,
Figure pct00003
에 상응할 수 있다. 여기서, fe는 샘플링 주파수를 나타내며, Nem은 각각의 관측 윈도우의 지속 시간에 대한 최소 샘플링 개수를 나타내며, Nc는 상기 가입자 장치의 분리된 전기적 부하들(Ci)의 관측된 개수를 나타내며, nci는 상기 전기적 부하들(Ci)의 극점들의 개수를 나타내며, H는 상기 가입자 장치로 공급되는 전압의 기본 주파수 성분의 고조파 성분의 개수를 나타낼 수 있다.
상기 소비 신호의 관측 윈도우는 부하의 연결 및 분리(connection/disconnection)의 프리 레짐(free regime)과 포스드 레짐(forced regime)의 시작을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 관측 윈도우에 있어서, 순수한 저항성 부하의 연결/분리는 두 개의 순허수 켤레 복소 극점들, 제로 위상을 가지는 두 개의 켤레 복소 레지듀들을 갖는 포스드 레짐으로 나타날 수 있다.
상기 관측 윈도우에 있어서, 저항 성분 및 용량 성분을 갖는 부하의 연결/분리는, 두 개의 순허수 켤레 복소 극점들 및 두 개의 켤레 복소 레지듀들이 존재하는 포스드 레짐, 및 실수 극점 및 레지듀가 존재하는 상기 포스드 레짐과 분리된 프리 레짐으로 나타나며, 상기 포스드 레짐에서의 레지듀의 음의 위상은 상기 부하의 용량성의 성질을 특징 지을 수 있다.
상기 관측 윈도우에 있어서, 저항 성분 및 유도 성분을 갖는 부하의 연결/분리는, 두 개의 순허수 켤레 복소 극점들 및 두 개의 켤레 복소 레지듀들이 존재하는 포스드 레짐, 및 실수 극점 및 복소 레지듀가 존재하는 상기 포스드 레짐과 분리된 프리 레짐으로 나타나며, 상기 포스드 레짐에서의 레지듀의 양의 위상은 상기 부하의 유도성의 성질을 특징 지을 수 있다.
상기 소비 신호의 관측 윈도우는 부하의 연결 및 분리(connection/disconnection)의 프리 레짐(free regime)과 포스드 레짐(forced regime)의 시작을 포함하며, 저항성, 용량성, 및 유도성의 부하의 연결/분리는 분리된 포스드 레짐 및 분리된 프리 레짐으로 나타날 수 있다. 여기서, 상기 포스드 레짐에서는, 두 개의 순허수 켤레 복소 극점들 및 두 개의 켤레 복소 레지듀들이 존재하며, 상기 프리 레짐에서는, 두 개의 켤레 복소 극점들 및 두 개의 켤레 복소 레지듀들이 존재하며, 상기 포스드 레짐에서의 레지듀의 음의 위상은 상기 부하의 용량성의 성질을 나타내며, 상기 포스드 레짐에서의 레지듀의 양의 위상은 상기 부하의 유도성의 성질을 나타낼 수 있다.
가입자 장치에서 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하는 장치는 소비 신호(consumption signals)를 획득하기 위하여, 가입자 장치로 전달되는 전압의 값 및 전류의 세기의 값을 주기적으로 샘플링하는 수단; 산출된 적어도 하나는 상기 소비 신호에 포함되는 상기 가입자 장치로 전달되는 순간 전력, 상기 가입자 장치로 전달되는 전압 및 전류의 샘플링된 값들을 산출하는 수단; 적어도 하나의 관측 윈도우에서 상기 소비 신호의 연속적인 값을 저장하고 읽는 수단; 적어도 하나의 전류 관측 윈도우에서 "Pencil Method"를 이용하여 상기 소비 신호에 대한 필터링 처리를 적용하고, 상기 전류 관측 윈도우에서 상기 가입자 장치의 동작에서 "Pencil Method"에 의하여 획득되는 적어도 하나의 특이값(singular value)과 관련된 극점들 및 레지듀들을 포함하는 분리된 전기적 부하들의 특징들(signatures)의 조합을 나타내는, 상기 극점들과 레지듀들의 집합을 식별하는 수단; 및 상기 특징들의 조합을 일시적으로 트래킹하고, 적어도 상기 전류 관측 윈도우의 지속 시간에 대하여 상기 극점들과 상기 레지듀들을 관련된(linking) 소비 전력 함수를 따르는(complying with) 상기 전기적 부하들의 적어도 하나의 서브셋의 각각의 분리된 부하에 의하여 소비되는 유효 전력의 합으로 표현되는, 상기 적어도 하나의 서브셋에 의하여 소비되는 유효 전력을 일시적으로 트래킹(tracking)하는 수단을 포함할 수 있다.
상기 특징들의 조합을 일시적으로 트래킹하고 상기 적어도 하나의 서브셋에 의하여 소비되는 유효 전력을 계산하는 수단은, 상기 가입자 장치로 전달되는 전압, 전류, 또는 전력 성분의 극점들, 레지듀들, 및 특이값들에 대해 동작하는(operating on) 분리된 모듈들; 전기적 부하의 연결/분리의 상태의 변화를 감지하기 위한 수단; 전기적 부하들의 특징들에 연결 또는 분리된 전기적 부하들을 식별하기 위한 수단; 전지적 부하들의 특징과의 관계에서 식별된 전기적 부하들의 라이브러리 모듈; 및 가입자의 이용에 따른 소비를 식별하고 적어도 유효 전력을 포함하는 소비를 계산하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는, 가정용 또는 산업용 전기 기기들의 비침습적 관리를 가능케 하고, 전기 에너지를 소비하는 계량기에 적용될 수 있으며, 나아가 사용자들의 전기 장치들을 관리 감독하는데 이용될 수도 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 방법의 구현을 위한 필수적 단계들을 나타내는 흐름도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 방법에 있어서, 전류 및 전압의 샐플링 주파수과 관련하여 생성되는 관측 윈도우의 지속시간을 선택하는 일예를 나타낸다.
도 2a는 가입자의 장치에 포함된 관측된 부하의 특징들의 획득 단계의 일예를 나타낸다.
도 2b는 전기적 부하들을 그들의 특징(signature)으로부터 식별하기 위한 단계의 일예를 나타낸다.
도 2c는 특징의 식별에 기초하여 각각의 부하가 동작되거나 동작되지 않음을 모니터링하는 단계의 일예를 나타낸다.
도 3a는 본 발명에 따른 방법의 구현을 설명하기 위한 임의의 가입자 장치의 회로도의 일예이다.
도 3b는 도 3a 도시된 회로도에서 스위치들(T1, T2, T3, 및 T4)의 동작에 의하여 부하들의 스위칭되면서 측정되는 전류를 나타낸다.
도 3c는 도 3b에 도시된 장치의 부하들에 대한 스위칭 시간 동안, "Pencil Method"에 의하여 발견되는 특이값들(singular values)을 일시적으로 트래킹한 것을 나타낸다.
도 3d 내지 도 3e 각각은 도 3b에 도시된 부하들에 대한 스위칭에 따른 극점들의 실수값들 및 허수값들을 일시적으로 트래킹한 것을 나타낸다.
도 3f 및 도 3g 각각은 도 3b에 도시된 부하들에 대한 스위칭에 따른 포스드 레짐과 관련된 레지듀들 및 프리 레짐과 관련된 레지듀들을 일시적으로 트래킹한 것을 나타낸다.
도 4a 및 도 4b 장치에서 소비되는 전력을 비침습적으로 결정할 수 있는 본 발명에 따른 장치의 기능 블락도이다.
부하 과도 현상(load transient)를 분석함으로써 장치에서 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법의 구현 단계들이 이하, 도 1a 내지 도 4b와 연관되어 구체적으로 설명된다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 어떠한 가입자 장치와 관련된 동작에 적요도리 수 있음이 명백하고, 상기 가입자 장치의 계량기의 윗단(upstream) 또는 아랫단(downstream)에서 적용될 수 있다.
도 1a를 참조하면, 본 발명에 따른 가입자 장치는 전압 및 전류를 전달받으며, 전압 및 전류에 대한 주기적 샘플링에 기초하여 소비 신호가 얻어질 수 있음을 알 수 있다. 이때, 상기 가입자 장치에는 가정용 장치뿐만 아니라, 산업용 장치도 포함될 수 있다.
도 1에서 샘플링된 전압값(Vx)과 샘플링된 전류값(Ix)의 관계는 수학식 1과 같다.
Figure pct00004
여기서, x는 상기 전압 및 전류에 대한 연속적인 샘플링 순서를 나타내고, KN은 각각이 N개의 샘플링 값들을 갖는 K개의 연속적인 샘플링 윈도우들에서의 샘플링 순서의 마지막 값을 나타내며, fe는 상기 전압 및 전류에 대한 샘플링 주파수를 나타낸다.
본 발명에 따른 방법에 따르면, 상기 전압 및 전류가 샘플링되면, 연속적인 관측 시간 윈도우들에서 상기 샘플링된 값들(이하 '소비 신호'라 함)이 그루핑된다(A 단계).
도 1a의 A 단계에 대응되는 동작은 아래의 수학식 2로 표현될 수 있다.
Figure pct00005
대응되는 동작이라 함은 샘플링된 값들의 집합이 샘플링된 값들의 다수의 서브셋들로 나누어질 수 있음을 의미한다. 상기 복수의 서브셋들 각각은 이러한 샘플링된 값들의 관측 윈도우를 구성할 수 있다.
여기서, k는 관측 윈도우의 순서를 나타내며, j는 k 번째 관측 윈도우에서, 전류 및 전압의 샘플링된 값들 각각의 순서를 나타낸다. 또한, K는 마지막 관측 윈도우의 순서의 마지막 값을 나타내며, N은 k 번째 관측 윈도우 각각의 전압의 마지막 샘플링값 및 전류의 마지막 샘플링값의 순서의 마지막 값을 나타낸다.
일반적으로, 공급되는 전압 및 전류 각각의 연속적인 샘플링값의 그루핑은 메모리에서 샘플링된 전압값 및 샘플링된 전류값들의 선택적인 리드-라이트(read-write) 어드레싱(addressing)에 의하여 수행될 수 있다.
상기 연속적인 관측 윈도우는 커버링(covering), 가중치 견본(weighting template)의 적용(application), 및/또는 불필요한 샘플링 값들의 관측 등이 없는 윈도우를 용이하게 형성할 수 있다.
N개의 전압 및 전류의 샘플링값들의 연속에 의하여 형성된 관측 윈도우 각각은 샘플링수 N에 비례하는 관측 지속 시간(△t)에 대응된다.
상기 A 단계에서의 그루핑 단계 다음에는, 연속적인 k 번째 전류 관측 윈도우 각각에서, "Pencil Method"를 이용하여 상기 소비 신호의 극점들(Si) 및 레지듀들(Ri)의 집합을 식별하는 B 단계가 수행된다.
도 1a에서의 상기 B 단계에서 "Pencil Method"에 의한 극점들 및 레지듀들을 식벽 동작은 아래의 수학식 3으로 표현될 수 있다.
Figure pct00006
여기서, p는 샘플링값들에 적용된 데이터 프로세싱에 "Pencil Method"가 적용됨을 나타내고,
Figure pct00007
는 N개의 샘플값들을 포함하는 각각의 k 번째 관측 윈도우를 나타내며,
Figure pct00008
는 k 번째 관측 윈도우에서 "Pencil Method"에 의하여 발견된 극점들(Si), 레지듀들(Ri), 및 특이점들(SGi)의 집합을 나타낸다.
따라서, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 극점들, 레지듀들, 및 특이값들의 집합은, k 번째 전류 관측 윈도우에 대한, 분리된 부하들(Ci)의 특징들의 조합(
Figure pct00009
)을 나타낸다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 극점들(Si), 레지듀들(Ri), 및 특이점들(SGi)의 집합은, 향후 설명된 바와 같이, 가입자 장치로 전달되는 전류, 전압, 및 순간 전력 중 적어도 하나에 대하여 계산될 수 있다.
각각의 특징(
Figure pct00010
)은 상기 가입자 장치의 부하 및 부하에 대한 스위칭 온/오프를 나타내는 적어도 하나의 특이점(SGi)과 관련된 정의된 극점들(Si) 및 레지듀들(Ri)을 포함할 수 있다.
그러므로, 각각의 특징(
Figure pct00011
)DMS 극점들, 레지듀들, 및 특이값을 나타내는 세개의 수의 값으로 형성되며,
Figure pct00012
(Si, Ri, SGi)로 나타낼 수 있다.
B 단계 다음에는, 상술한 전류 관측 윈도우의 지속 시간 동안 소비되는 전력을 계산하는 C 단계가 수행된다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 전력 계산은 가입자 장치의 동작 시 전기적 부하들의 적어도 하나의 서브셋에 의하여 소비되는 유효 전력, 무효 전력에 대하여 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 전력 계산은 소비되는 전력의 어떠한 형태에 대해서도 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 전기적 부하들의 적어도 하나의 서브셋에 의하여 소비되는 전력의 계산은 상기 서스셋의 각각의 분리된 부하에 의하여 소비되는 전력의 합으로 평가될 수 있다. 여기서, 상기 서브셋들은 상술한 극점들과 레지듀들과 관련된 소비 전력 함수를 따른다.
도 1a의 C 단계에서 계산되는 소비되는 유효 전력에 대한 전력 함수는 아래의 수학식 4를 따른다.
Figure pct00013
여기서, P는 특징(Si, Ri, SGi)를 포함하는 분리된 전기적 부하들(Ci)의 서브셋에 의하여 소비되는 유효 전력을 나타내며, Sci 및 Rci 각각은 샘플링된 상기 가입자 장치로 전달된 전류의 극점들 및 레지듀들을 나타내며, Svi' 및 Rvi' 각각은 샘플링된 상기 가입자 장치로 전달된 전압의 극점들 및 레지듀들을 나타내며, tkd는 k 번째 관측 윈도우의 시작 시점을 나타내며, △t는 관측 윈도우의 지속 시간을 나타내며, sinhc(X)는 X의 기수(cardinal)의 하이퍼볼릭 싸인(hyperbolic sine) 함수를 나타내며, 예를 들면,
Figure pct00014
,
M은 샘플링된 상기 가입자 장치로 전달되는 전류의 극점들 및 레지듀들의 개수를 나타내며, M'은 상기 가입자 장치로 전달되는 전압의 극점들 및 레지듀들의 개수를 나타낸다. 그러므로 수학식 4는 관측 윈도우의 전력 함수를 나타낸다.
본 발명에 따른 방법이 적용될 수 있도록 뒷받침하는 다양한 이론적 프로세스를 이하에서 살펴본다.
일반적으로, 소비 신호는 가입자 장치로 전달되는 전압 및/또는 전류의 샘플링된 값들로 이루어지며, 경우에 따라서는 상기 가입자 장치로 전달되는 전압 및 전류 각각의 샘플링값의 곱에 대응되거나 이러한 값들의 조합에 대응되는 순간 전력의 값으로 선택적으로 보충된다(optionally supplemented). 이러한 예들은 향후 좀더 자세히 살펴 본다.
상술한 값들에 적용되는 데이터 프로세싱인 "Pencil Method"의 실행은, SVD(Single Value Decomposition)라 불리는 방법에 의한 변환에 기초한 한켈(Hankel) 매트릭스의 계산을 수행한다.
상기 극점들(Si)은 상기 소비 신호에 대한 순간적인 관점(temporal sense)에서의 부하의 응답에 대해 기여하는 원인을 나타낸다. 상기 레지듀들(Ri)은 상기 소비 신호에 대한 에너지 교환 또는 흡수 관점에서의 부하의 응답에 대해 기여하는 원인을 나타낸다.
특이값들(SGi)은 가입자 장치의 부하의 전부 또는 일부의 연결/분리에 의한, 소비 상태에서 다른 상태로의 전이를 나타낸다. 이러한 특이값들은 "Pencil Method"가 적용됨에 있어서, 한켈(Hankel) 매트릭스의 고유값의 식별에 직접적으로 관련될 수 있다.
샘플링값들의 관측 윈도우 각각, 또는 보다 일반적으로는 상기 소비 신호에 대응되는 특이값들이 존재한다. 특이값들의 변화는 상기 소비 신호의 변화 또는 천이를 나타낸다. 왜냐하면, 상기 특이값들은 부하의 전부 또는 일부에 대한 스위칭이 없는 고정 상태(stationary state)에서는 동일한 값을 가지기 때문이다. 이러한 특이값들의 변동(bouncing)은 상기 극점들(Si)의 값과 연관성을 가진다.
관측 윈도우 또는 관측 윈도의 연속에 있어서 특이값의 출현은 거의 가입자 장치의 하나 도는 그 이상의 부하들의 동시 또는 비동시 스위칭에 대하여 상기 가입자 장치에서 소비되는 전류의 레짐(regime)의 변화와 동시에 발생한다.
결과적으로 극점들과 레지듀들의 식별은 동작되는 부하가 저항성인지, 용량성인지, 유도성인지를 구별할 수 있도록 해준다. 이에 대해서는 차후 보다 상세히 살펴 본다.
보다 특별히, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 각주파수(ω)와 주기(T)를 갖는 대략 주기적인 전압에 있어서, k 번째 전류 관측 윈도우의 지속 시간(△t)은 상기 주기와 동일할 수 있다.
관측 윈도우의 지속 시간을 이렇게 선택하는 것이 필수적인 것은 아니다. 그러나, 관측의 개개 관점(granular standpoint)으로부터, 이러한 선택은, 망(grid), 장치, 및 부하의 초기 상태로의 복귀(return)를 가능케 한다.
일반적으로 각 관측 윈도우의 지속 시간은 샘플링 주파수(fe)를 고려하여, 수학식 5에 따라서 선택될 수 있다.
Figure pct00015
여기서, fe는 샘플링 주파수를 나타내며, Nem은 각각의 관측 윈도우의 지속 시간에 대한 최소 샘플링 개수를 나타내며, Nc는 상기 가입자 장치의 분리된 전기적 부하들(Ci)의 관측된 개수를 나타내며, nci는 상기 전기적 부하들(Ci)의 극점들의 개수를 나타내며, H는 상기 가입자 장치로 공급되는 전압의 기본 주파수 성분의 고조파 성분의 개수를 나타낸다.
도 1b를 참조하면, 관측 윈도우의 지속 시간(△t)의 선택(choice)은 상술한 수학식 5에 기초하여 A1 단계에서 수행될 수 있고, 그러면 다음의 A2 단게에서 대응되는 그루핑이 수행될 수 있다.
이하, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여, 측정 윈도우의 특징들의 식별 및 획득, 분리된 전기적 부하들의 서브셋을 구성하는 전기적 부하들의 식별, 및 각각의 분리된 부하들의 스위칭 온/오프 모니터링에 대하여 구체적으로 살펴 본다.
일반적으로, 상술한 단계들은 극점들, 레지듀들, 및 특이값을 나타내는 수치적 값에 대해 이러한 수치적 값들을 소팅(sorting)하기 위한 프로그램들에 의하여 수행되며, 이른 나타내는 흐름도가 앞으로 살펴볼 도면들에 의하여 도시된다.
도 2a를 참조하면, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 소비 신호의 극점들, 레지듀들을 식별하는 단계의 다음 단계는, 특이값(SGi)과 관련된 극점들(Si)과 레지듈(Ri)의 쌍으로 구성되는 특징들
Figure pct00016
(Si, Ri, SGi)을 식별하고 획득하는 단계를 포함한다.
이하, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여, 관측 윈도우에서 동작 중인 전기적 부하들(Ci)을 식별하고 각각의 부하에 대한 스위칭 온/오프를 모니터링하기 위하여 상기 특징들을 식별하고 획득하는 단계에 대한 보다 상세하게 설명한다.
도 2a를 참조하면, 극점들(Si), 레지듀들(Ri), 및 소비 신호의 집합을 식별하는 단계의 다음 단계는, 도면에 도시된 바와 같이, 3개의 값의 집합인
Figure pct00017
에 기초하여 특징들을 식별하고 획득하는 단계이다.
예컨대, 상기 3개의 값의 집합은 리스트 형태로 저장될 수 있으며, 100 단계에서, 수학식 6에 따라 저장된 특이값들(SGi)의 집합에 대한 처리(disposal)에서, 각각의 특이값(SGi)의 리딩으로 하나가 이동된다(proceed).
Figure pct00018
100 단계에서의 특이값(SGi)의 리딩 테스트에 대한 응답이 긍정이면, 특이값(SGi)에 대한 집합 (Si, Ri, SGi)이 특징 식별 코드(
Figure pct00019
)에 대응되는 특징으로 할당된다.
상기 프로세스가, 읽혀지지 않은 특이값(SGi)가 있는 이상, 102 단계를 거쳐 인덱스 l=l+1의 다음 특이값에 대해서도 계속된다.
반대로, 100 단계에서의 리딩 테스트에 대한 응답이 부정이면, 특이값들의 집합을 리딩하는 프로세스는 인터럽트되며, 하나는 상기 가입자 장치에서 스위칭 온/오프의 전부 또는 일부를 고려함으로써 나타나는 전기적 부하(Ci)의 특징들(
Figure pct00020
)의 집합을 가진다.
그러면, 상술한 특징들의 집합은 메모리 또는 특징들의 라이브러리에 저장될 수 있다. 이에 대해서는 향후 설명한다.
도 2b를 참조하면, 다음으로, 적어도 하나의 관측 윈도우에서 동작하는 분리된 전기적 부하의 모든 서브셋을 구성하는 전기적 부하들을 식별하는 단계에 의하여 상기 특징들을 획득하는 단계가 수행된다.
특별히, 사용자의 요구에 따른 상기 가입자 장치의 각 전기적 부하의 스위칭 온 또는 스위칭 오프에 기초하여, 가입자 장치의 전기적 부하들의 집합의 전부 또는 일부가 동시 또는 다른 시간에 스위칭 온될 수 있음이 고려되어야 한다.
그러므로, 도 2b를 참조하면, 200 단계에서는, 극점들, 레지듀들, 및 특이값을 포함하는 특징들의 집합 중 하나가 상기 가입자 장치의 동작 중 존재하는 극점들, 레지듀들, 및 특이값의 존재를 식별하는 단계로 이동된다. 이러한 식별 단계는 대응되는 특징과 관련된 집합들의 값들에 대응되는 극점들, 레지듀들, 및 특이값을 이러한 값들의 식별을 위한 신뢰 구간(confidence interval)과 비교함으로써 수행될 수 있다.
단계 200에서의 동작은 수학식 7로 나타낼 수 있다.
Figure pct00021
단계 200에서의 응답이 긍정이면, 특징(
Figure pct00022
)의 식별은 소정의 전기적 특징들에 대응되는 전기적 부하(Ci)와 관련된다. 특징의 어떤 값 또는 특징들(
Figure pct00023
)의 코드와 각 전기적 부하의 전기적 특징들 사이의 2가지 의미의(bi-univocal) 관련성(confidence)은, 특징들의 라이브러리와 관련된 부하들의 라이브러리의 적용(application)에 의하여 영향을 받을 수 있다.
단계 200 및 201은 단계 200에서 단계 202를 경유하여 다음 특징에 대해서 수행된다. 다음 특징을 나타내는 것은 i=i+1으로 표현된다. 이러한 단계 200 및 201은 상기 가입자 장치에서 동작될 수 있는 전기적 부하들의 모든 특징들에 대하여 수행된다.
상기 가입자 장치에서 구동될 수 있는 전기적 부하들의 특징들의 집합이 단계 200에서 제출되면(submitted), 단계 203에서는, 수학식 8과 같이, 상기 가입자 장치의 동작에서 Nc로 넘버링된 전기적 부하들의 집합을 가진다.
Figure pct00024
이러한 집합은 상기 가입자 장치에 대한 동작 중에 놓여진 전기적 부하들의 전부의 서브셋을 구성한다. 상기 서브셋은 이러한 부하들의 전부 또는 일부와 같을 수 있다.
특징의 어떤 값 또는 특징들(
Figure pct00025
)의 코드와 대응되는 전기적 부하(Ci) 사이의 2가지 의미의(bi-univocal) 관련성(confidence)은 상기 전기적 부하와 관련된 3개 값의 집합(Si, Ri, SGi)에 의하여 수립될 수 있다.
상기 가입자 장치에서 관측되는 각각의 트리플렛(즉, 대응되는 부하 Ci 및 특징(
Figure pct00026
))의 존재 또는 부재의 검출은, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 적어도 하나의 관측 윈도우에서 전기적 부하의 특징의 전부 또는 일부의 식별에 의하여 각각의 분리된 부하의 스위칭 온/오프를 모니터링하는 단계의 수행을 가능케 한다.
특히, 상술한 식별 과정은, 퍼지 로직의 프로세스에 따라서, 이러한 부하와 관련된 트리플렛의 값들중 하나 또는 그 이상이 값에 근거하여 수행될 수 있다.
도 2c에 도시된 예와 같은 방법에 따라, 상술한 서브셋의 어떤 전기적 부하(Ci)에 대하여, 테스팅 단계 300에서, 하나의 부하가, 수학식 9에 따라서 극점들, 레지듀들, 및 특이값 또는 후자의 조합의 식별에 의하여, 특징(
Figure pct00027
))의 식별에 제공된다.
Figure pct00028
테스트 단계 300에서의 응답이 긍정이면, 상기 전기적 부하는 301 단계에서 동작 중인 것으로("온") 선언된다. 반대로, 단계 300에서의 응답이 부정이면, 상기 전기적 부하는 동작 중이지 않은 것으로("오프") 선언된다.
이러한 모니터링 프로세스는, i=i+1로 표시된 것과 같이, 소정의 지속 시간 동안 단계 300 내지 단계 302를 반복적으로 수행함으로써 수행될 수 있다.
순수 저항성의 부하(R1), 저항성 및 용량성의 부하(R2C2), 저항성 및 유도성의 부하(R3L3), 및 저항성, 용량성, 유도성의 부하(R4L4C4)를 포함하는 도 3a에 도시된 가입자 장치에 대하여 상술한 프로세스의 구현의 예를 이하에서 살펴 본다.
주거지의 전기적 장치의 엔트리 포인트에서의 샘플링에 의하여 순간 전류 및 순간 전압이 측정된다. 특정된 두 아날로그 신호들은 샘플링 주파수(fe=1/Te)에서의 ADC 수단에 의하여 디지털 신호로 변환된다. 상기 부하들에 의하여 소비되는 순간 전력이 상기 측정된 두 값으로부터 계산될 수 있다.
스위치들(T1, T2, T3, 및 T4)은 도 3b에 도시된 온/오프 로직에 따라서 각각의 부하들(R1, R2C2, R3L3, 및 R4C4L4)을 스위칭한다.
"Pencil Method"가 전력, 전압, 및 전류의 측정 윈도우 각각에 적용된다. 신호의 N개의 샘플들이 인덱스 k의 각 관측 윈도우에 대하여 취해진다.
"Pencil Method"는 관측된 신호를 측정 및 컨버세이션 체인(conversation chain)에 의하여 발생하는 노이즈로부터 필터링하거나, 상기 신호의 불필요한 성분을 제거하도록 해 준다. k 번째(rank k) 모든 전류 관측 윈도우에 대하여 상기 전류, 전압, 전력에 대한 특이값(SGik), 극점들(Sik), 레지듀들(Rik)의 사이즈 M의 벡터들이 제공된다.
"Pencil Method"에 의하여 제공되는 연속적인 결과들의 선택적 저장은 일시적 트래킹을 가능케 해 준다.
"Pencil Method"는 각각의 일시적 전류 관측 윈도우에 적용된다. 상기 윈도우의 지속 시간(△t)은 파라미터화될 수 있다. 예컨대, 도 3c 내지 도 3g의 예들에 있서 상기 윈도우의 지속 시간은 공급 주파수 50 Hz에 대한 반 주기인 10ms로 설정될 수 있다.
특이값들의 일시적 트래킹의 예가 도 3c에 도시되었다. 도 3c에서 가로축은 시간 축이며, 세로축은 차수가 없는 특이점의 크기의 상대적 값이다.
도 3b에 도시된 입력 전류의 엔빌롭(envelop)은 특이값들의 변동의 레벨에 대응되며, 이러한 변동들은 대략적인 동기 방법(synchronous)에서 상태의 변화를 나타낸다.
관련성 있는 극점들 및 레지듀들의 수는 이러한 특이값들의 적절한 프로세싱으로부터 알 수 있다. 각 극점의 실수부 및 허수부의 일시적 트래킹이 도 3d 및 도 3e에 도시되었다.
도 3d에서 세로축은 네퍼 퍼 세컨드(Np/s)이고, 도 3e에서 세로축은 헤르츠이다.
레지듀들의 일시적 트래킹은 도 3f 및 도 3g에 도시된 바와 같이, 포스드 레짐과 프리 레짐에서, 정상화된(normalized) 값들로 표현될 수 있다. 이러한 선택은 상기 레지듀들의 분류를, 최적으로, 용이하게 한다.
도 3f 및 도 3g에서 세로축은 암페어(A)를 나타낸다.
이러한 일시적 트래킹은 부하들의 특징들에 관한 정보를 제공한다.
기본 고조파를 포함하는 고조파 성분들은 순수한 허수 극점들로 특징지어질 수 있고, 이들은 부하들의 포스드 레짐에 대응된다.
프리 레짐은 그 실수 부분이 시간 상수들에 대한 정보를 주며(도 3d 참조), 그 허수 부분이 자연 주파수들에 대한 정보를 주는(도 3e 참조) 극점들에 의하여 특징지어질 수 있다.
레지듀들은, 만약 상기 주파수들이 존재하면, 부하들 및 고조파 성분에 직접적으로 관련된다.
따라서, 포스드 레짐에 대하여, 정상화된 값은 각 레지듀(Rik)에 대하여 정의된다. 이러한 정의는 전압, 전류, 및 전력 등의 어떤 형태의 레지듀들에 대하여 주어질 수 있다. 특히, 전류의 레지듀들에 대한 정의가 다음의 표현에 의하여 주어질 수 있다.
Figure pct00029
로 표기된 Rci는 k 번째 관측 윈도우에서의 전류 레지듀를 의미하며,
Figure pct00030
로 표기된 Sci는 k 번째 관측 윈도우에서의 전류 극점을 나타내며,
Figure pct00031
는 대응되는 정상화된 값을 나타낸다.
Figure pct00032
여기서, tkd는 k 번째 관측 윈도우의 시작 시간을 나타내며,
Figure pct00033
는 기본 주파수와 만약 존재한다면 고조파 성분에 대한, 포스드 레짐과 관련되고 k 번째 관측 윈도우와 관련된 전류 레지듀를 나타내며,
Figure pct00034
는 포스드 레짐(forced regime) 및 대응되는 전류 레지듀(
Figure pct00035
)와 관련되는 전류 극점을 나타낸다.
도 3f는 양의 주파수들과 관련된 정상화된 전류 레지듀들(
Figure pct00036
)의 시간에 따른 변화를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 레지듀들(
Figure pct00037
)의 이용은 부하의 값으로 되돌아 가는 것을(get back) 가능하게 한다.
유추에 의하여, 프리 레짐과 관련된 전류 레지듀들의 정상화는 다음과 같은 방법으로 설정될 수 있다.
Figure pct00038
여기서,
Figure pct00039
은 상기 대응되는 정상화된 값을 나타내며,
t0는 부하의 연결 시점을 나타내며,
Figure pct00040
는 프리 레짐과 관련되고 k 번째 윈도우와 관련된 전류 레지듀를 나타내며,
Figure pct00041
는 프리 레짐과 관련되고, k 번째 윈도우와 관련되며, 레지듀(
Figure pct00042
)에 대응된다.
도 3g는 프리 레짐과 관련된 전류의 정상화된 레지듀(
Figure pct00043
)의 시간에 따른 변화를 나타낸다. 이 도면은 0.2s, 0.61s, 및 1.1s에 대응되는 t0에서 부하가 연결되는 것을 나타낸다.
도 3d, 3e에 도시된 양의 여기 주파수와 관련된 극점들은 원으로 표시되었다. 켤레 음의 주파수와 관련된 극점들은 엑스로 표시되었다. 부하의 프리 레짐과 관련된 극점들은 별 및 다이아몬드 형상으로 표시되었다.
도 3f에서는 포스드 레짐의 경우에 있어서 양의 주파수들과 관련된 정상화된 레지듀들이 원으로 표시되었으며, 도 3g에서는 프리 레짐에 대해서는 별 형상으로 표시되었다.
본 발명에 적용된 트래킹 프로세스는 필수적으로 극점들, 레지듀들, 및 특이값들을 리딩하는 과정 및 상태의 변화를 감지하기 위하여 이러한 값들을 비교하는 과정을 포함한다.
상태 변화의 시점은 도 3c에 도시된 바와 같이, 특이값들의 변동의 레벨로부터 검출될 수 있다. 이러한 시점들은 또한 정상화된 레지듀들의 트래킹에서도 나타난다. 이러한 현상은 도 3f에 도시되었다.
도 3d, 도 3e, 도 3f, 및 도 3에 도시된 극점들의 일시적 트래킹 및 정상화된 레지듀들에 대한 해석이 이하에 제공된다.
시점 0s에서 0.2s 사이
이 두 시점의 사이에서, 도 3d 및 도 3e에서는 50Hz의 주파수에 대응되는 두 순허수 극점들 (0+50j) 및 (0-50j)가 존재함을 알 수 있다. 이는 정상화된 극점들의 일반화된 형태가 0±Fj임을 의미한다. 여기서 F는 공급 전압의 기본 주파수를 나타내며,
Figure pct00044
을 나타낸다.
만약, t=0 시점 이전에 부하가 존재하지 않는 것으로 가정하면, 도 3f에서의 포스드 레짐과 관련된 레지듀의 변화는
Figure pct00045
이다.
본 발명에 따른 실시예에 따라서 이러한 정보는 부하의 절대값(modulus) 뿐만 아니라 부하의 위상을 추론할 수 있게 한다. 이 시점에서 부하의 절대값은 100옴이고 위상은 제로이다.
실험에 사용된 값은 저항값
Figure pct00046
이고, 정상화된 레지듀의 이론적 값은
Figure pct00047
이다.
시점 0.2s에서 0.6s 사이
이 두 시점 사이에서, 도 3d 및 도 3e에서는, 세 개의 극점들 (0+50j), (0-50j), 및 (-10+0j)가 존재함을 알 수 있다. 마지막의 극점은 0.2s 시점에서 시간 상수
Figure pct00048
를 갖는 1차 부하(first-order load)의 분리를 나타낸다.
도 3f에서 제공된 0.2s 시점에서 포스드 레짐과 관련된 정상화된 레지듀들의 변화는 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure pct00049
이러한 정보에 기초한 본 발명의 실시예에 따르면, 부하의 절대값 뿐만 아니라 부하의 위상을 계산하는 것이 가능하다. 이 시점에서 부하의 절대값 100.15 옴 및 부하의 위상
Figure pct00050
이 관측된다. 부하의 용량성 특징이 이로부터 추론될 수 있다.
현재, 상술한 시점에 스위칭 온되는 부하는 저항
Figure pct00051
및 커패시턴스
Figure pct00052
의 직렬 RC 회로이다. 정상화된 레지듀에 대응되는 이론적 값은 "Pencil Method"에 의하여 유도된 값과 동일한
Figure pct00053
이다.
시점 0.6s에서 1.1s 사이
이 두 시점 사이에서, 도 3d 및 도 3e에서는, 세 개의 극점들 (0+50j), (0-50j), 및 (-50+0j)가 존재함을 알 수 있다. 마지막의 극점은 0.6s 시점에서 시간 상수
Figure pct00054
를 갖는 1차 부하(first-order load)의 연결을 나타낸다.
도 3e에서 제공된 0.2s 시점에서 포스드 레짐과 관련된 정상화된 레지듀들의 변화는 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure pct00055
이러한 정보에 기초한 본 발명의 실시예에 따르면, 부하의 절대값 뿐만 아니라 부하의 위상을 계산하는 것이 가능하다. 이 시점에서 부하의 절대값 63.62 옴 및 부하의 위상
Figure pct00056
이 관측된다. 부하의 유도성 특징이 이로부터 추론될 수 있다.
현재, 상술한 시점에 스위칭 온되는 부하는 저항 R3=10Ω 및 인덕턴스 L3=0.2H의 직렬 RL 회로이다. 정상화된 레지듀에 대응되는 이론적 값은 "Pencil Method"에 의하여 유도된 값과 동일한
Figure pct00057
이다.
시점 1.1s에서 1.5s 사이
이 두 시점 사이에서, 도 3d 및 도 3e에서는, 기본 주파수와 관련된 극점들 (0+50j), (0-50j), 및 (-50+0j)과 부하의 자연 주파수와 관련된 극점들 (-30+22j) 및 (-30-22j) 등 4 개의 극점들이 존재함을 알 수 있다. 이러한 극점들(두 켤레 복소 극점들)의 존재에 기초하여 1.1s 시점에는 2차 부하(second-order load)의 존재가 인식될 수 있다.
이 시점에서 포스드 레짐과 관련된 정상화된 레지듀들의 변화는 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure pct00058
이러한 정보에 기초한 본 발명의 실시예에 따르면, 부하의 절대값 뿐만 아니라 부하의 위상을 계산하는 것이 가능하다. 이 시점에서 부하의 절대값 128.83 옴 및 부하의 위상
Figure pct00059
이 관측된다. 부하의 유도성 특징이 이로부터 추론될 수 있다.
현재, 상술한 시점에 연결되는 부하는 저항 R4=30Ω, 인덕턴스 L4=0.5H, 및 커패시턴스 C4=0.1mF의 직렬 RLC 회로이다. 정상화된 레지듀에 대응되는 이론적 값은 "Pencil Method"에 의하여 유도된 값과 동일한
Figure pct00060
이다.
시점 1.5s에서 1.8s 사이
1.5s 시점에서 특이값들의 음의 변화는, 한편, 시점 0s 및 1.5s 사이에 스위칭온된 네 부하 중 하나가 분리되었음을 나타낸다. 한편, 포스트 레짐의 정상화된 레지듀들의 변화는
Figure pct00061
이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 0.2s 시점에 스위칭 온되었던 제2 부하의 분리가 추론될 수 있다.
시점 1.8s에서 2s 사이
1.8s 시점에서 특이값들의 음의 변화는, 한편, 시점 0s 및 1.8s 사이에 스위칭온된 네 부하 중 하나가 분리되었음을 나타낸다. 한편, 포스트 레짐의 정상화된 레지듀들의 변화는
Figure pct00062
이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 0s 시점에 스위칭 온되었던 제1 부하의 분리가 추론될 수 있다.
그러므로 본 발명의 실시에에 따른 방법에 따르면, 극점들(Si), 레지듀들(Ri), 및 특이값들(SGi)의 집합의 식별은 "Pencil Method"의 적용에 의하여 알 수 있는 대응되는 값들의 리딩에 의하여 수행될 수 있다.
더구나, 본 발명의 실시예에 따른 방법에 따르면, 극점들 및 레지듀들은 그들의 정상화된 정의에 따라서 정해질 수 있고, 전기적 부하 각각의 스위칭 온/오프는 상기 정상화된 레지듀들의 대수적(algebraic) 변화의 간단한 계산에 의하여 용이하게 모니터링될 수 있다.
특별히, 부하의 스위칭 온은 상기 부하와 관련된 레지듀의 대수적 값의 출현에 의하여 감지될 수 있고, 상기 부하의 스위칭 오프는 이러한 부하와 관련된 레지듀의 반대의(opposite) 대수적 값의 출현에 의하여 감지될 수 있다.
가입자 장치에서 연결되거나 분리되는 전기적 부하들의 특징들과 관련하여 획득되는 특징들을 정의하는 레지듀들, 극점들, 및 특이값들의 특징의 요약이 이하 제공된다. 관측 윈도우 또는 관측 윈도우들의 연속, 전기적 부하의 연결/분리의 프리 레짐과 포스드 레짐의 시작을 포함하는 소비 신호가 고려된다.
순수 저항성 부하의 연결/분리는, 고려된 관측 윈도우에 대하여, 두 개의 순허수 켤레 복소 극점들 및 두 개의 켤레 복소 레지듀들을 갖는, 하나의 포스드 레짐으로 나타내어진다. 더구나, 상기 레지듀들은 상기 포스드 레짐에서 제로 위상을 가진다.
극점들의 값과 대응되는 정상화된 레지듀들의 값을 나타내는 저항성 부하 테이블이 아래의 표로 제공된다.
저항성 부하 테이블
Figure pct00063
상기 포스드 레짐과 관련된 정상화된 레지듀의 제로 위상뿐만 아리나, 극점들 및 레지듀들에 대한 두 개의 값들의 존재는 분석 대상인 부하의 저항성 성질을 추론하는 것을 가능케 한다.
저항성 및 용량성 부하의 연결/분리는, 고려된 윈도우에 대하여, 분리된 프리 레짐 및 포스드 레짐으로 표시되어 진다. 상기 윈도우에 대한 포스트 레짐에서는 두 개의 순허수 켤레 복소 극점들 및 두 개의 켤레 복소 레지듀들이 존재하며, 프리 레짐에서는 실수 극점 및 복소 레지듀가 존재한다. 상기 포스드 레짐에서의 레지듀의 음의 위상은 상기 부하의 용량성 성질을 특징을 나타낸다.
아래는 저항성 및 용량성의 부하 테이블이다.
RC 부하 테이블
Figure pct00064
퍼머넌트 레짐(permanent)과 관련된 정상화된 레지듀의 위상이 음의 위상이다. 상기 위상의 절대값을 곱α·ω와 상기 곱의 역수와 비교함으로써, 직렬 RC 부하 또는 병렬 RC 부하의 존재가 추론될 수 있다.
저항성 및 유도성 부하의 연결/분리는, 고려된 윈도우에 대하여, 분리된 프리 레짐 및 포스드 레짐으로 표시되어 진다. 상기 윈도우에 대한 포스트 레짐에서는 두 개의 순허수 켤레 복소 극점들 및 두 개의 켤레 복소 레지듀들이 존재하며, 프리 레짐에서는 실수 극점 및 복소 레지듀가 존재한다. 상기 포스드 레짐에서의 레지듀의 양의 위상은 상기 부하의 유도성 성질을 특징을 나타낸다.
아래는 저항성 및 유도성의 부하 테이블이다.
RL 부하 테이블
Figure pct00065
프리 레짐과 관련된 정상화된 레지듀의 위상이 양의 위상이다. 상기 위상의 절대값을 곱α·ω와 상기 곱의 역수와 비교함으로써, 직렬 RL 부하 또는 병렬 RL 부하의 존재가 추론될 수 있다.
저항성, 유도성, 및 용량성 부하의 연결/분리는, 고려된 윈도우에 대하여, 분리된 프리 레짐 및 포스드 레짐으로 표시되어 진다. 상기 윈도우에 대한 포스트 레짐에서는 두 개의 순허수 켤레 복소 극점들 및 두 개의 켤레 복소 레지듀들이 존재하며, 프리 레짐에서는 두 개의 켤레 복소 극점들 및 두 개의 켤레 복소 레지듀들이 존재한다. 상기 포스드 레짐에서의 레지듀의 음의 위상은 상기 부하의 용량성 성질의 특징을 나타내며, 상기 포스드 레짐에서의 레지듀의 양의 위상은 상기 부하의 유도성 성질의 특징을 나타낸다.
아래는 저항성, 유도성, 및 용량성의 부하 테이블이다.
RLC 부하 테이블
Figure pct00066
앞서 살펴본 테이블들에서 주어진 극점들 및 레지듀들의 집합은 "Pencil Method"를 적용함으로써 얻어질 수 있다. 특히, 앞의 예들에 있어서, 숫자 50은 가입자 장치의 공급 전압의 기본 주파수 값에 대응된다. 이 값은 전력 공급망이 교류 60Hz인 나라들에서 본 발명이 적용될 경우에는 60으로 대체된다.
가입자 장치에 의하여 소비되는 전력을 비침습적으로 결정할 수 있는, 본 발명의 실시예에 따른 장치에 대한 보다 상세한 설명이, 이하, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 개시된다.
도 4a를 참조하면, 본 발명에 따른 장치는 소비 신호를 얻기 위하여, 상기 가입자 장치로 공급되는 전압 및 전류를 주기적으로 샘플링하기 위한 수단을 포함한다.
도 4a에서는 상기 대응되는 수단은, 상기 가입자 장치로 공급되는 전류의 이미지를 전달하기 위한 회로 및 상기 가입자 장치로 공급되는 전압의 이미지를 전달하기 위한 회로로 구성될 수 있음이 가정되었다(assumed). 이러한 회로들은 전압 샐플링 또는 전압 샘플링 회로로 용이하게 구성될 수 있다. 상기 샘플링 회로들은, 샤논 샘플링 상태(Shannon sampling conditions)에서, 전압의 이미지 및 전류의 이미지를 전달할 수 있는 적합한 샘플러로 구현될 수 있다.
이러한 회로 다음에는 샘플링 주파수 또는 Te로 표시되는 샘플링 주기로 동작하는 아날로그-디지털 컨버터가 위치할 수 있다. 이러한 형태의 회로는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 회로라 할 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
각각의 아날로그-디지털 컨버터(ADC)는, 샘플링 주기(Te)에 대응되는 리듬으로, 전압 샘플들(v(nTe)) 및 전류 샘플들(i(nTe))을 전송한다. 여기서, N은 샘플의 순서(rank)를 나타내며, 0과 같거나 0보다 크다.
상기 본 발명에 따른 장치는 상기 전압의 샘플링 값 및 상기 전류의 샘플링 값의 곱하여 상기 가입자 장치로 공급되는 순간 전력을 계산하는 계산 수단(1)을 포함한다. 도 4a를 참조하면, 상기 계산 수단(1)은 상기 전압 샘플링 값들(v(nTe)) 및 전류 샘플링 값들(i(nTe))을 수신하고, 상기 수신된 값들을 곱하여 전달한다. 여기서, 전달되는 값은 순간 전력(P(nTe))이다.
본 발명에 따른 장치 및 방법의 다른 특징에 따르면, 상기 소비 신호는 상기 가입자 장치로 전달되는 전압의 샘플링 값들(v(nTe)), 전류의 샘플링 값들(i(nTe)), 순간 전력(P(nTe))의 값 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 이러한 소비 신호의 성분들은, 본 발명에 따른 장치에서, 아래의 방법에 따라, 극점들, 레지듀들, 및 특이값들을 결정하는데 이용될 수 있다.
도 4a에 도시된 본 발명에 따른 장치는, 적어도 하나의 관측 윈도우에서 상기 소비 신호의 연속적인 값들을 저장하고 리딩(storing and reading)하는 수단을 포함한다. 이러한 동작은 물론 연속적인 관측 윈도우들에서 수행될 수도 있다.
예를 들면, 이러한 수단은, 도 4a에 도시된 바와 같이, 전류, 전압, 및 전력 성분에 대한 관측 윈도우들을 생성하기 위한 수단(2)을 포함할 수 있다. 도 4a에서 이러한 수단은 21, 22, 23으로 도시되었다. 이러한 수단들은 복수의 n 번째의 연속적인 값들에 대한 성분이 저장된 메모리에서 라이트/리드 어드레싱(write/read addressing)을 위한 회로들로 구성될 수 있다. 여기서, n은 (k-1)N과 kN-1 사이의 값이며, N은 도 1a와의 관계를 고려할 때, k 번째 윈도우의 샘플링 값의 개수를 나타낸다.
도 4a에 도시된 본 발명에 따른 장치는 앞서 정의한 바와 같이, 소비 신호의 윈도우에서 상기 가입자 장치의 동작 중의 분리된 전기적 부하들의 특징들의 조합을 나타내는 극점들, 레지듀들, 및 특이값들의 집합을 소비 신호의 윈도우에서 식별하기 위하여, "Pencil Method"에 의한 필터링 처리를 상기 소비 신호에 적용하기 위한 수단(3)을 포함한다.
도 도 4를 참조하면, "Pencil Method"에 의한 필터링 처리를 적용하기 위한 수단(3)은 각각이 소비 신호 중 전류 성분, 전압 성분, 및 전력 성분 중 대응하는 성분을 수신하는 분리된 모듈들(31, 32, 및 33)을 포함한다.
각각의 분리된 모듈(31, 32, 및 33)은 적합한 소프트웨어를 포함하는 전용 컴퓨터로 구현될 수 있다.
상기 모듈들(31, 32, 및 33)은 상기 소비 신호의 전류 성분, 전압 성분, 및 전력 성분의 극점들, 레지듀들, 및 순간 전력을 전달한다. 이러한 값들은 전류 성분에 대한 값들(Sck, Rck, SGck), 순간 전력 성분에 대한 값들(Spk, Rpk, SGpk) 및 전압 성분에 대한 값들(Svk, Rvk, SGvk)을 포함한다. 이러한, 값들은 앞서 언급한 극점들(Si)의 값들, 레지듀들(Ri)의 값들, 및 특이값들(SGi)의 값들에 대응될 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 본 발명에 따른 장치는, 전기적 부하들의 특징들을 조합을 일시적으로 트래킹하고, 적어도 k 번째(rank k) 전류 관측 윈도우의 지속 시간 동안, 동작 중인 가입자 장치의 전기적 부하들의 적어도 하나의 서브셋에 의하여 소비되는 유효 전력을 계산하는 수단(4)을 포함한다.
앞서 언급한 계산된 전력은 극점들 및 레지듀들과 관련된 소비 전력 함수를 따르는 서브셋의 각각의 분리된 부하들에 의하여 소비되는 유효 전력의 합으로 표현될 수 있다.
극점들 및 레지듀들과 관련된, 특히 유효 전력에 관한, 소비 전력 함수는 앞서 살펴본 바와 같이, 수학식 4를 따를 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 특징들의 조합을 일시적으로 트래킹하는 수단(4)은 전류 성분, 전압 성분, 전력 성분 각각의 극점들, 레지듀들, 및 특이값들에 대해 동작한느 복수의 모듈들(41, 42, 43)을 포함한다.
특히, 상기 특징들의 조합의 일시적 트래킹은 도 2a 내지 도 2c에 도시된 프로세스에 따라서 수행될 수 있고, 특히, 예컨대, 레지듀들 및 대응되는 극점들의 대수적 변화를 감지함으로써 수행될 수 있다.
이하, 상기 일시적 트래킹 수단(4)의 동작을 도 4b를 참조하여 좀 더 상세히 살펴 본다.
도 4b를 참조하면, 상기 일시적 트래킹 수단(4)은 상기 전기적 부하의 연결/분리 상태를 감지하기 위한 적어도 하나의 모듈(44)을 더 포함한다. 상기 적어도 하나의 모듈(44)은 모듈들(41, 42, 43) 각각으로부터 전달되는 특징들의 조합의 수치적 값들을 수신하며, 상기 전기적 부하들의 특징들로부터 연결된 전기적 부하 및/또는 분리된 전기적 부하를 식별하는 모듈(45)에 연결된다.
상기 부하의 연결/분리를 식별하기 위한 모듈(45)은 특징들과 관련하여 식별되는 전기적 부하들의 라이브러리 모듈(46) 및 가입자 사용의 소비 사용(consumption usages)을 식별하고 유효 전력의 소비를 계산하기 위한 모듈(47)에 연결된다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 모듈들(41 내지 47)은, N개의 샘플링 값들을 가지는 k 번째 관측 윈도우 각각에 대한 리딩에 관하여, 신호 k에 의하여 동기될 수 있다. 이러한 샘플링 값들 수는 앞서 살펴본 바와 같이, 상기 가입자 장치로 전달되는 전압, 전류, 및 순간 전력 성분과 관련된 모듈들(31, 32, 33)로부터 전달되는 레지듀들, 극점들, 및 특이값의 개수일 수 있다.
이러한 모듈들은 도 2c 및 도 3b 내지 도 3g를 참조하여 설명한 바와 같이, 극점들의 값들, 레지듀들의 값들, 및 대응되는 특이값을 리딩함으로써 트래킹을 수행한다.
특히, 상기 필터링 모듈들(31, 32, 33)은, 상기 소비 신호의 성분들과 관련된 레지듀들, 극점들, 및 특이값들을 획득하기 위하여, 상기 가입자 장치로 공급되는 전압, 정류, 및 전력 성분의 샘플링 값들에 "Pencil Method"를 적용하기 위한 전용 장치의 중앙 처리 장치 또는 컴퓨터에 의하여 수행될 수 있는 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다.
또한, 상기 일시적 트래킹 모듈들(41, 42, 43)은 도 2c, 도 3b 내지 도 3g에 도시된 바와 같이, 전기적 부하들의 연결/분리를 일시적으로 트래킹하는 프로세스를 적용하기 위한 전용 장치의 중앙 처리 장치 또는 컴퓨터에 의하여 수행될 수 있는 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다.
상기 라이브러리 모듈(46)은 극점들, 레지듀들, 및 대응되는 특이점의 특징 또는 특징 코드 값(
Figure pct00067
)과, 보통 상업적으로 이용 가능하고 특정 전기적 부하에 의하여 소비되는 전력 트래킹을 추론할 수 있게 해주는 전기적 부하들의 전기적 특성 및/또는 전기기계적 특성 사이의 두 가지 의미(bi-univocal)의 관련성을 설정하는 것을 가능케 한다.
이 컴퓨터 프로그램은 수학식 4를 따르는, 소비 신호의 극점들 및 레지듀들과 관련된 전력 소비 함수를 따르는 각각의 분리된 부하에 의하여 소비되는 유효 전력을 계산하기 위한 적어도 하나의 루틴을 포함한다.
본 발명의 구현 예에 있어서, 전기적 부하(Ci)의 특징(
Figure pct00068
)에 할당되는 코드는 레지듀들, 극점들, 및 대응되는 특이값의 값들에 대한 특성 프로세스(signature)의 파라미터화에 의하여 획득되는 유일한 값(unique value)일 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 가입자에 의한 전기적 소비를 감지하고 트래킹하기 위한 프로세스들을 구현하는데 적합하다. 소비 사용을 식별하는 모듈은 다업자들에게 잘 알려진 통계적 기술들에 기초하여 소비 습관을 감지하고 트래킹하기 위한 기술들을 이용할 수 있다.
ADC: 아날로그-디지털 컨버터 1: 계산 수단
2: 윈도우들을 생성하기 위한 수단 3: 필터링 처리를 적용하기 위한 수단
4: 일시적 트래킹 수단

Claims (14)

  1. 소비 신호(consumption signal)를 획득하기 위하여, 가입자 장치로 전달되는 전압 및 전류에 대한 주기적인 샘플링을 수행하는 단계; 및
    상기 소비 신호의 샘플링된 값에 기초하여 전력을 계산하는 단계를 포함하며,
    상기 전력을 계산하는 단계는,
    연속적인 관측 윈도우들에서 상기 샘플링된 값들을 그루핑하는(grouping) 단계;
    각각의 전류 관측 윈도우에 대하여, 상기 가입자 장치의 동작에서 "Pencil Method"에 의하여 획득되는 적어도 하나의 특이값(singular value, SGi)과 관련된 정의된 극점들(Si) 및 레지듀들(Ri)을 포함하는 분리된 전기적 부하들(Ci)의 특징들(signitures)의 조합을 나타내는, 상기 소비 신호의 극점들(poles, Si)과 레지듀(residues, Ri)들의 집합을 식별하는 단계; 및
    적어도 상기 전류 관측 윈도우의 지속 시간(duration)에 대하여, 상기 극점들과 상기 레지듀들과 관련된(linking) 소비 전력 함수를 따르는(complying with) 상기 전기적 부하들의 적어도 하나의 서브셋의 각각의 분리된 부하에 의하여 소비되는 유효 전력의 합으로 표현되는, 상기 적어도 하나의 서브셋에 의하여 소비되는 유효 전력을 계산하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가입자 장치에 의하여 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소비 전력 함수는,
    Figure pct00069

    에 상응하며,
    여기서, P는 특징(Si, Ri, SGi)를 포함하는 분리된 전기적 부하들(Ci)의 서브셋에 의하여 소비되는 유효 전력을 나타내며, Sci 및 Rci 각각은 샘플링된 상기 가입자 장치로 전달된 전류의 극점들 및 레지듀들을 나타내며, Svi' 및 Rvi' 각각은 샘플링된 상기 가입자 장치로 전달된 전압의 극점들 및 레지듀들을 나타내며, SGi는 상기 특징값을 나타내며, tkd는 k 번째 관측 윈도우의 시작 시점을 나타내며, △t는 관측 윈도우의 지속 시간을 나타내며, sinhc(X)는 X의 기수(cardinal)의 하이퍼볼릭 싸인(hyperbolic sine) 함수를 나타내며, 예를 들면,
    Figure pct00070
    ,
    M은 샘플링된 상기 가입자 장치로 전달되는 전류의 극점들 및 레지듀들의 개수를 나타내며, M'은 상기 가입자 장치로 전달되는 전압의 극점들 및 레지듀들의 개수를 나타내는 것을 특징으로 하는
    가입자 장치에 의하여 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가입자 장치로 전달되는 전압이 각주파수(ω) 와 주기(T)를 갖는 대략적인 주기적 전압인 경우, 상기 각각의 전류 관측 윈도우의 지속 시간은 상기 주기와 동일한 것을 특징으로 하는
    가입자 장치에 의하여 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서, 상기 소비 신호를 얻기 위한 샘플링 주파수와 각각의 관측 윈도우의 지속 시간(△t) 사이의 관계는,
    Figure pct00071

    에 상응하며,
    여기서, fe는 샘플링 주파수를 나타내며, Nem은 각각의 관측 윈도우의 지속 시간에 대한 최소 샘플링 개수를 나타내며, Nc는 상기 가입자 장치의 분리된 전기적 부하들(Ci)의 관측된 개수를 나타내며, nci는 상기 전기적 부하들(Ci)의 극점들의 개수를 나타내며, H는 상기 가입자 장치로 공급되는 전압의 기본 주파수 성분의 고조파 성분의 개수를 나타내는 것을 특징으로 하는
    가입자 장치에 의하여 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 한 항에 있어서, 상기 소비 신호의 상기 극점들(Si)과 상기 레지듀들(Ri)의 집합을 식별하는 단계는, 각각의 분리된 전기적 부하(Ci)의 극점들 및 레지듀들의 쌍과 상기 특이점들(SGi)에 의하여 형성되는 특징들을 식별하고 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    가입자 장치에 의하여 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 특징들(signatures, Si, Ri, SGi)을 획득하는 단계는,
    적어도 하나의 관측 윈도우들에 대한 동작에 있어서, 상기 분리된 전기적 부하들의 상기 서브셋을 구성하는 전기적 부하들을 식별하는 단계
    를 포함하는 가입자 장치에 의하여 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하는 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 특징들(signatures, Si, Ri, SGi)을 획득하는 단계는, 적어도 하나의 관측 윈도우에 대한 특징(signature)의 전부 또는 일부를 식별함으로써 각각의 분리된 부하의 온/오프 스위칭을 트래킹하는 단계
    를 포함하는 가입자 장치에 의하여 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하는 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 소비 신호의 관측 윈도우는 부하의 연결 및 분리(connection/disconnection)의 프리 레짐(free regime)과 포스드 레짐(forced regime)의 시작을 포함하며,
    상기 관측 윈도우에 있어서, 순수한 저항성 부하의 연결/분리는 두 개의 순허수 켤레 복소 극점들, 제로 위상을 가지는 두 개의 켤레 복소 레지듀들을 갖는 포스드 레짐으로 나타나며(signified),
    상기 관측 윈도우에 있어서, 저항 성분 및 용량 성분을 갖는 부하의 연결/분리는, 두 개의 순허수 켤레 복소 극점들 및 두 개의 켤레 복소 레지듀들이 존재하는 포스드 레짐, 및 실수 극점 및 레지듀가 존재하는 상기 포스드 레짐과 분리된 프리 레짐으로 나타나며, 상기 포스드 레짐에서의 레지듀의 음의 위상은 상기 부하의 용량성의 성질을 특징지으며,
    상기 관측 윈도우에 있어서, 저항 성분 및 유도 성분을 갖는 부하의 연결/분리는, 두 개의 순허수 켤레 복소 극점들 및 두 개의 켤레 복소 레지듀들이 존재하는 포스드 레짐, 및 실수 극점 및 복소 레지듀가 존재하는 상기 포스드 레짐과 분리된 프리 레짐으로 나타나며, 상기 포스드 레짐에서의 레지듀의 양의 위상은 상기 부하의 유도성의 성질을 특징 짓는 것을 특징으로 하는
    가입자 장치에 의하여 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하는 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 소비 신호의 관측 윈도우는 부하의 연결 및 분리(connection/disconnection)의 프리 레짐(free regime)과 포스드 레짐(forced regime)의 시작을 포함하며, 저항성, 용량성, 및 유도성의 부하의 연결/분리는 분리된 포스드 레짐 및 분리된 프리 레짐으로 나타나며,
    상기 포스드 레짐에서는, 두 개의 순허수 켤레 복소 극점들 및 두 개의 켤레 복소 레지듀들이 존재하며,
    상기 프리 레짐에서는, 두 개의 켤레 복소 극점들 및 두 개의 켤레 복소 레지듀들이 존재하며, 상기 포스드 레짐에서의 레지듀의 음의 위상은 상기 부하의 용량성의 성질을 나타내며, 상기 포스드 레짐에서의 레지듀의 양의 위상은 상기 부하의 유도성의 성질을 나타내는 것을 특징으로 하는
    가입자 장치에 의하여 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하는 방법.
  10. 가입자 장치에서 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하는 장치에 있어서,
    소비 신호(consumption signals)를 획득하기 위하여, 가입자 장치로 전달되는 전압의 값 및 전류의 세기의 값을 주기적으로 샘플링하는 수단;
    산출된 적어도 하나는 상기 소비 신호에 포함되는 상기 가입자 장치로 전달되는 순간 전력, 상기 가입자 장치로 전달되는 전압 및 전류의 샘플링된 값들을 산출하는 수단;
    적어도 하나의 관측 윈도우에서 상기 소비 신호의 연속적인 값을 저장하고 읽는 수단;
    적어도 하나의 전류 관측 윈도우에서 "Pencil Method"를 이용하여 상기 소비 신호에 대한 필터링 처리를 적용하고, 상기 전류 관측 윈도우에서 상기 가입자 장치의 동작에서 "Pencil Method"에 의하여 획득되는 적어도 하나의 특이값(singular value)과 관련된 극점들 및 레지듀들을 포함하는 분리된 전기적 부하들의 특징들(signatures)의 조합을 나타내는, 상기 극점들과 레지듀들의 집합을 식별하는 수단; 및
    상기 특징들의 조합을 일시적으로 트래킹하고, 적어도 상기 전류 관측 윈도우의 지속 시간에 대하여 상기 극점들과 상기 레지듀들을 관련된(linking) 소비 전력 함수를 따르는(complying with) 상기 전기적 부하들의 적어도 하나의 서브셋의 각각의 분리된 부하에 의하여 소비되는 유효 전력의 합으로 표현되는, 상기 적어도 하나의 서브셋에 의하여 소비되는 유효 전력을 일시적으로 트래킹(tracking)하는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 가입자 장치에서 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 특징들의 조합을 일시적으로 트래킹하고 상기 적어도 하나의 서브셋에 의하여 소비되는 유효 전력을 계산하는 수단은,
    상기 가입자 장치로 전달되는 전압, 전류, 또는 전력 성분의 극점들, 레지듀들, 및 특이값들에 대해 동작하는(operating on) 분리된 모듈들;
    전기적 부하의 연결/분리의 상태의 변화를 감지하기 위한 수단;
    전기적 부하들의 특징들에 연결 또는 분리된 전기적 부하들을 식별하기 위한 수단;
    전지적 부하들의 특징과의 관계에서 식별된 전기적 부하들의 라이브러리 모듈; 및
    가입자의 이용에 따른 소비를 식별하고 적어도 유효 전력을 포함하는 소비를 계산하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 가입자 장치에서 소비되는 전력을 비침습적으로 결정하는 장치.
  12. 기록 매체에 저장되고 컴퓨터 또는 전용 장치의 중앙 처리 장치에 의하여 수행될 수 있고, 특정 장치에 전달되는 전류, 순간 전력, 및 전압의 성분의 샘플링 값에 "Pencil Method"를 적용하기 위한 명령들의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램.
  13. 기록 매체에 저장되고 컴퓨터 또는 전용 장치의 중앙 처리 장치에 의하여 수행될 수 있고, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따라서 전기적 부하들의 연결/분리를 일시적으로 트래킹 프로세스의 적용을 허락하는 명령들의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램.
  14. 제13항에 있어서, 컴퓨터 프로그램은,
    상기 극점들 및 레지듀들과 관련된 소비 전력 함수를 따르는 각각의 분리된 전기적 부하에 의하여 소비되는 유효 전력을 계산하기 위한 적어도 하나의 루틴을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
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