WO2015063943A1

WO2015063943A1 - 信号処理システム、信号処理方法および信号処理プログラム

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Publication number: WO2015063943A1
Application number: PCT/JP2013/079667
Authority: WO
Inventors: 太郎只野
Original assignee: インフォメティス株式会社
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2015-05-07
Also published as: EP2977772A4; EP2977772B1; US20160238639A1; US10317438B2; EP2977772A1; CN105431743A; JP6219401B2; JPWO2015063943A1

Abstract

　複数の電気機器の動作状況を遠隔地にて詳細に推定する。　本発明の信号処理システムは、電源から複数の電気機器に供給される電流および電圧を測定する測定装置と、測定装置に通信路を介して接続され、測定装置の測定結果から電気機器の各々の動作状況を推定する処理装置とを備える信号処理システムであって、測定装置は、電気機器に供給される電流および電圧のアナログ波形データを検知する検知部と、検知部により検知されたアナログ波形データを所定のサンプリング周波数によりサンプリングし、デジタル波形データに変換する変換部と、デジタル波形データを処理装置へ送信する送信部とを有し、処理装置は送信部から送信されたデジタル波形データを受信する受信部と、受信部で受信されたデジタル波形データを格納する格納部と、格納部に格納されたデジタル波形データを、電気機器の電気機器毎のデジタル波形データに分離する分離部と、分離部により分離されたデジタル波形データを分析し、電気機器の各々の動作状況を推定する動作推定部とを有する。

Description

信号処理システム、信号処理方法および信号処理プログラム

　本発明は、信号処理システム、信号処理方法および信号処理プログラム、特に、電気機器の電流および電圧情報から各々の動作状況を推定する信号処理システム、信号処理方法および信号処理プログラムに関する。

　近年、分電盤の主幹に流れる電流を計測して各電気機器に流れる電流を分離推定するための技術が提案されている。分電盤の主幹一か所の計測によって施設中の電力消費を機器ごと把握できることが大きな利点となっている。

　例えば、特許文献１には、電力需用変動量から電気機器を推定する技術が開示されている。この技術は、複数の電気機器の電力需用変動波形の大きさおよび周期と、電気機器の間欠運転時に出現する電力需用変動量の大きさおよび周期を比較することにより、間欠運転をしている電気機器を推定する機器推定装置に関するものである。

　特許文献１記載の技術では、オン、オフ時の差分を観測しているため、電気機器の状況を２値でしか把握できない。また、特許文献１記載の技術では、閾値による判定を行っている為、多数の電気機器が接続された場合、閾値の検出が困難となる。

　一方で、電気機器の詳細な状況を判定する技術として、識別モデルを用いる方法が提案されている。例えば、特許文献２には、データベースに蓄積した識別モデルにより電気機器を識別する技術が開示されている。この技術は、データベースに蓄積した各電気機器の複数の状態に対応した識別モデルを用いることにより、電気機器の詳細な状況を識別することのできる電力監視装置に関するものである。

　しかしながら、特許文献２記載の技術では、監視する電気機器が設置された施設ごとに監視装置を設置する必要があり、導入には高いコストがかかる。これに対して、通信路を介して遠隔地に設置されたサーバに測定データを送信し、サーバ側で解析する方法が有効であるが、特許文献２記載の技術に適応した場合、送信データ量が膨大となり、通信容量をひっ迫する恐れがある。また、上記方法を、特許文献１記載の技術に適応した場合、通信容量に対する負荷が少ないが、電気機器の詳細な状況を判定することができない。

特許第５２３５４７９号公報特開２０１２－１６２７０号公報

　上記事情に鑑み、本発明は、送信データ量を削減しつつ、複数の電気機器の電流および電圧情報から各々の動作状況を遠隔地にて詳細に推定することを目的とするものである。

　本発明の信号処理システムは、電源から複数の電気機器に供給される電流および電圧を測定する測定装置と、測定装置に通信路を介して接続され、測定装置の測定結果から電気機器の各々の動作状況を推定する処理装置とを備える信号処理システムであって、測定装置は、電気機器に供給される電流および電圧のアナログ波形データを検知する検知部と、検知部により検知されたアナログ波形データを所定のサンプリング周波数によりサンプリングし、デジタル波形データに変換する変換部と、デジタル波形データを処理装置へ送信する送信部とを有し、処理装置は、送信部から送信されたデジタル波形データを受信する受信部と、受信部で受信されたデジタル波形データを格納する格納部と、格納部に格納されたデジタル波形データを、電気機器毎のデジタル波形データに分離する分離部と、分離部により分離されたデジタル波形データを分析し、電気機器の各々の動作状況を推定する動作推定部とを有する。

　上記変換部は、アナログ波形データを、３個のゼロクロス点を含む所定のサンプル数だけデジタル波形データに変換し、変換が終了した場合、変換を所定の時間が経過するまで停止することができる。

　上記所定のサンプル数は、アナログ波形データの１周期分のサンプル数以上とすることができる。所定のサンプル数は、アナログ波形データの１周期分のサンプル数にアナログ波形データの最大周波数変動に対応するサンプル数を加えたサンプル数とすることもできる。

　上記測定装置は、さらに、変換部により変換されたデジタル波形データを記憶する記憶部と、記憶部に記憶されたデジタル波形データを正規化波形データに変換する正規化部とを有することができる。

　上記測定装置は、さらに、記憶部に記憶されたデジタル波形データの波形起点の時刻、波形終点の時刻から波形周期を判定する判定部を有し、正規化部は、波形起点の時刻から波形周期分のデジタル波形データを切り出すことができる。

　上記正規化部は、アナログ波形データの近似波形データを生成し、アナログ波形データの１周期分のサンプル数と波形周期により正規化周期を算出し、近似波形データを波形起点から正規化周期によりサンプリングすることができる。

　上記判定部は、デジタル波形データの隣接する各サンプリング点における電圧値の符号を比較し、電圧値が負から正に反転するゼロクロス点を波形起点とし、電圧値が負から正に反転し、波形起点に対して時間軸上で正方向に隣接するゼロクロス点を波形終点とし、波形起点と波形終点の差分時間を波形周期とすることができる。

　上記信号処理システムは、さらに、処理装置へ送信するデジタル波形データを通信路の通信容量に応じたデータ量に圧縮する圧縮部と、通信路を通った後に、圧縮された波形データを解凍する解凍部とを備えることができる。

　上記信号処理システムは、さらに、推定部における推定の結果を利用者に対して表示する表示部を備えることができる。

　本発明の信号処理方法は、電源から複数の電気機器に供給される電流および電圧を測定する測定ステップと、測定ステップにおける測定結果から電気機器の各々の動作状況を推定する処理ステップとを備える信号処理方法であって、測定ステップは、電気機器に供給される電流および電圧のアナログ波形データを検知する検知ステップと、検知ステップにより検知されたアナログ波形データを所定のサンプリング周波数によりサンプリングし、デジタル波形データに変換する変換ステップと、デジタル波形データを送信する送信ステップとを有し、処理ステップは、送信ステップにより送信されたデジタル波形データを受信する受信ステップと、受信ステップにより受信されたデジタル波形データを格納する格納ステップと、格納ステップにより格納されたデジタル波形データを、電気機器毎のデジタル波形データに分離する分離ステップと、分離ステップにより分離されたデジタル波形データを分析し、電気機器の各々の動作状況を推定する動作推定ステップとを有することを特徴とする。

　本発明の信号処理プログラムは、コンピュータに、電源から複数の電気機器に供給される電流および電圧を測定する測定機能と、測定装置の測定結果から電気機器の各々の動作状況を推定する処理機能とを実現させる信号処理プログラムであって、測定機能は、コンピュータに、電気機器に供給される電流および電圧のアナログ波形データを検知する検知機能と、検知機能により検知されたアナログ波形データを所定のサンプリング周波数によりサンプリングし、デジタル波形データに変換する変換機能と、デジタル波形データを処理機能へ送信する送信機能とを実現させ、処理機能は、コンピュータに、送信機能により送信されたデジタル波形データを受信する受信機能と、受信機能により受信されたデジタル波形データを格納する格納機能と、格納機能により格納されたデジタル波形データを、電気機器毎のデジタル波形データに分離する分離機能と、分離機能により分離されたデジタル波形データを分析し、電気機器の各々の動作状況を推定する動作推定機能とを実現させることを特徴とする。

　本発明の信号処理システム、信号処理方法および信号処理プログラムによれば、送信データ量を削減しつつ、複数の電気機器の電流および電圧情報から各々の動作状況を遠隔地にて詳細に推定することができる。

本発明の実施形態における信号処理システムの構成図を示す本発明の実施形態に係る信号処理システムにおける処理の流れを説明する為の模式図を示す本発明の実施形態に係る信号処理システムにおける変換部のサンプリングを説明する為のグラフを示す本発明の実施形態に係る信号処理システムにおける変換部のサンプリング数を説明する為のグラフを示す本発明の実施形態に係る信号処理システムにおける位相ずれを説明する為のグラフを示す本発明の実施形態に係る信号処理システムにおける判定部の波形周期の判定を説明する為のグラフを示す本発明の実施形態に係る信号処理システムにおける正規化部の正規化処理を説明する為のグラフを示す本発明の実施形態に係る信号処理方法における処理を説明する為のフローチャートを示す

　本発明の実施形態における信号処理システムを、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

　図１は、本発明の実施形態における信号処理システムの構成図を示したものである。
　図１に示すように、本発明の信号処理システムは、測定装置１０と、処理装置２０とを備える信号処理システムであって、測定装置１０は、検知部１１０と、変換部１２０と、送信部１７０とを有し、処理装置２０は、受信部２１０と、格納部２３０と、分離部２４０と、動作推定部２５０とを有する。なお、図１では、上記デジタル情報管理システム１０が、さらに、記憶部１３０と、判定部１４０と、正規化部１５０と、圧縮部１６０と、解凍部２２０と、表示部２６０とを備える例が示されている。

　本発明の信号処理システムは、図２に模式的に示すように、分電盤１から複数の電気機器に供給されるすべての電流および電圧の波形データを測定装置１０により測定し、測定装置１０に通信路を介して接続された処理装置２０により測定結果から電気機器の各々の電流および電圧の波形データを分離し、動作状況を推定する。図２では、電気機器として、テレビ３ａ、電気ポット３ｂおよび／または冷蔵庫３ｃが存在する例を示している。

　上記測定装置１０は、電源から複数の電気機器に供給される電流および電圧を測定する。また、測定装置１０は、有効電力量値を所定の時間ごとに測定するおよび／または電流および電圧の波形データを元に１周期分の電力量から所定の時間当たりの電力量を推定することができる。

　上記処理装置２０は、測定装置１０に通信路を介して接続され、測定装置１０の測定結果から電気機器の各々の動作状況を推定する。

　上記検知部１１０は、電気機器に供給される電流および電圧のアナログ波形データを検知する。検知部１１０は、家庭内の分電盤１の主幹側、アンペアメータ部分に設置することができる。検知部１１０は、例えば、１００Ｖから２００Ｖまたは２２０Ｖから２４０Ｖの範囲の電圧を測定することができる。検知部１１０は、例えば、６０Ａ、１２０Ａまたは３００Ａを上限とする電流を測定することができる。検知部１１０は、電源が単相３線式電源である場合、電流２チャンネルおよび電圧１チャンネルの合計３チャンネルを検知することができる。

　上記変換部１２０は、検知部１１０により検知されたアナログ波形データを所定のサンプリング周波数によりサンプリングし、デジタル波形データに変換する。変換部１２０は、アナログ／デジタル変換の分解能を１４ビット以上、サンプリング周波数を１チャンネル当たり７６８０ｓａｍｐｌｅ／ｓｅｃ以上、入力オフセットを最下位１ビット以内および／または測定誤差を±１％以下とすることができる。変換部１２０は、入力オフセットおよび／または測定誤差をハードウェアおよび／または所定の補正値を基にしてファームウェアにより調整することができる。所定の補正値は、例えば、工場出荷時に測定装置１０の内部の不揮発性メモリに埋め込まれるおよび／または通信路経由でダウンロードされることができる。

　上記送信部１７０は、デジタル波形データを処理装置２０へ送信する。送信部１７０は、ＷＰＳ等の接続設定手段によりホームサーバ等の中継機器との接続を確立し、中継機器を介して所定の通信路へデジタル波形データ等の通信データを送信することができる。送信部１７０は、例えば、インターネットおよび／または専用の通信網を介し、処理装置２０と無線および／または有線により接続することができる。無線通信の伝送規格は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂおよび／または上位互換の通信規格とすることができる。有線通信の伝送規格は、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（１００Ｂａｓｅ－Ｔ）または上位互換の通信規格とすることができる。送信部１７０は、処理装置２０との通信において、実効通信速度を上り下りとも１９．２ｋｂｐｓ以上、通信間隔を１秒毎に１回以上および／または無線到達距離を出力０ｄＢｍにおいて、見通し１００ｍでエラーレート１％以下とすることができる。

　上記送信部１７０は、中継機器とＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＴＣＰ／ＩＰ）等の通信プロトコルにより接続することができる。また、測定装置１０は、中継機器からＩＰアドレス等を、例えば、Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｈｏｓｔ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＤＨＣＰ）を用いることにより取得してもよい。

　上記送信部１７０は、さらに、通信データを暗号化して処理装置２０と通信を行ってもよい。送信部１７０は、例えば、Ｓｅｃｕｒｅ　Ｓｏｃｋｅｔｓ　Ｌａｙｅｒ（ＳＳＬ）等のプロトコルにより通信データが暗号化されたＨｙｐｅｒｔｅｘｔ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　Ｓｅｃｕｒｅ（ＨＴＴＰＳ）のようなセキュアな通信を行うことができる。また、送信部１７０は、送信データの暗号化にハッシュ関数を使用してもよい。送信部１７０は、例えば、Ｈａｓｈ－ｂａｓｅｄ　Ｍｅｓｓａｇｅ　Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｏｄｅ（ＨＭＡＣ）等を用いて認証管理を行うことができる。

　上記受信部２１０は、送信部１７０から送信されたデジタル波形データを受信する。受信部２１０は、送信部１７０において、デジタル波形データ等が暗号化されている場合、元のデジタル波形データ等を復号することができる。

　上記格納部２３０は、受信部２１０で受信されたデジタル波形データを格納する。格納部２３０は、ハードディスクおよび／または不揮発性のメモリなどの記録媒体とすることができる。格納部２３０は、デジタル波形データを処理が完了するまでの期間、一時的に格納してもよく、データバックアップ等の用途に応じた期間、格納してもよい。

　上記分離部２４０は、格納部２３０に格納されたデジタル波形データを、電気機器毎のデジタル波形データに分離する。分離部２４０は、例えば、Ｆａｃｔｏｒｉａｌ　ＨＭＭ（Ｈｉｄｄｅｎ　Ｍａｒｋｏｖ　Ｍｏｄｅｌ）を用いてデジタル波形データを分離することができる。具体的には、まず、分離部２４０は、各電気機器の動作状況をモデル化したモデルパラメータを求めることができる。次に、分離部２４０は、Ｆａｃｔｏｒｉａｌ　ＨＭＭにより、取得したデジタル波形データを時系列毎に複数の状態変数に分離することができる。さらに、分離部２４０は、分離された状態変数のうち、同一の電気機器のモデルパラメータに適合するものを検出することができる。また、分離部２４０は、１つの電気機器が複数の状態変数で表現されている場合、その複数の状態変数が同一の電気機器に対応するものであることを検出してもよい。

　上記動作推定部２５０は、分離部２４０により分離されたデジタル波形データを分析し、電気機器の各々の動作状況を推定する。動作推定部２５０は、各状態変数がどの電気機器のどのような動作状況に対応するかを推定することができる。動作推定部２５０は、例えば、テレビ３ａ、電気ポット３ｂおよび／または冷蔵庫３ｃなど電気機器の種類および動作状況ごとに電流波形パターンを記憶し、その電流波形パターンと、実際に取得された状態変数とを比較して、電気機器の種類および動作状況を推定することができる。動作状況は、例えば、電気機器の消費電力、稼働レベル、異常や劣化および／または存在等の情報とすることができることができる。

　上記動作推定部２５０は、各電気機器の情報から利用者の電力の需要内訳分析を行うこともできる。さらに、動作推定部２５０は、需要内訳分析により、電力の需要応答や変動価格に応じた電気機器の推奨する使用方法を導出することもできる。また、動作推定部２５０は、各電気機器の情報に基づいて、利用者に提示する所定の情報を導出することもできる。所定の情報とは、電気機器のメンテナンスの実施の推奨、買い替えの推奨、切り忘れの報知および／または火災や破壊の報知等である。また、所定の情報は、複数の電気機器の情報を複合し、導出した情報でもよい。例えば、所定の情報は、複数の電気機器の稼働状況から利用者の行動を推定した情報および／または複数の電気機器の異常から利用者の置かれている状況を推定した情報等であってもよい。

　上記需要応答とは、電力需要量に応じて価格変更や、報酬の還元を行うものである。需要応答は、例えば、需給ひっ迫の予想されるピーク時間帯に電力価格が高くなるように動的に料金を設定するおよび／または節電分だけポイントを還元する等である。

　以上、説明した本発明の信号処理システムによれば、送信データ量を削減しつつ、複数の電気機器の電流および電圧情報から各々の動作状況を遠隔地にて詳細に推定することができる。

　上記変換部１２０は、アナログ波形データを、３個のゼロクロス点を含む所定のサンプル数だけデジタル波形データに変換し、変換が終了した場合、変換を所定の時間が経過するまで停止することができる。

　上記所定のサンプル数は、アナログ波形データの１周期分のサンプル数以上とすることができる。

　図３は、本発明の実施形態に係る信号処理システムにおける変換部１２０のサンプリングを説明する為のグラフである。図３では、変換部１２０が、周波数６０Ｈｚおよび３チャンネルの電流および電圧のアナログ波形データを１秒に１周期分、分解能１４ｂｉｔおよびサンプル数１２８でデジタル波形データにサンプリングする例が示されている。

　上記変換部１２０は、図３（ａ）に示すように、アナログ波形データ１周期分の時間間隔約１６．６ｍｓにおいて、サンプル数１２８でサンプリングすることができる。この際のサンプリングレートは、１２８［ｓａｍｐｌｅ／ｓｅｃ］／１６．６６［ｍｓ］≒７６８０［ｓａｍｐｌｅ／ｓｅｃ］となる。また、変換部１２０は、０値を出力の中央値で表現することができる。変換部１２０は、解像度１４ｂｉｔの場合、０値を８１９２で表現することができる。

　上記変換部１２０は、図３（ｂ）に示すように、電流および電圧のデジタル波形データを約１６．６６ｍｓの時間、サンプリングし、ペアとして管理することができる。その後、変換部１２０は、変換を約９８３．４ｍｓが経過するまで停止することができる。この際のデータ量は、１４［ｂｉｔ］×１２８［ｓａｍｐｌｅ／ｓｅｃ］×３［ｃｈａｎｅｌ］＝５３７６［ｂｉｔ／ｓｅｃ］となる。

　上記変換部１２０は、同一時刻で電流２チャンネルおよび電圧１チャンネルの３チャンネルをサンプリングできる。また、変換部１２０は、ハードウェアの制約等により、３チャンネル同時のサンプリングが出来ない場合に、電流１チャンネルおよび電圧をそれぞれペアとして、それぞれのサンプルタイミングを波形１周期分遅らせてサンプリングすることもできる。

　上記所定のサンプル数は、アナログ波形データの１周期分のサンプル数にアナログ波形データの最大周波数変動に対応するサンプル数を加えたサンプル数とすることもできる。

　図４は、本発明の実施形態に係る信号処理システムにおける変換部１２０のサンプル数を説明する為のグラフである。図４では、上記変換部１２０が、アナログ波形データの１周期分のサンプル数が１２８で最大周波数変動が±０．６％であった場合のサンプリングの例が示されている。

　上記変換部１２０は、例えば、１２８サンプルの前後２サンプルずつ余分にサンプリングし、１３２サンプル内に３個のゼロクロス点が入るようにサンプリングすることができる。

　上記測定装置１０は、さらに、変換部１２０により変換されたデジタル波形データを記憶する記憶部１３０と、記憶部１３０に記憶されたデジタル波形データを正規化波形データに変換する正規化部１５０とを有することができる。

　上記記憶部１３０は、例えば、ハードディスクおよび／または不揮発性のメモリなどの記録媒体とすることができる。また、記憶部１３０は、デジタル波形データのデータ量に応じた容量を有することができる。

　上記測定装置１０は、さらに、記憶部１３０に記憶されたデジタル波形データの波形起点の時刻、波形終点の時刻から波形周期を判定する判定部１４０を有し、正規化部１５０は、波形起点の時刻から波形周期分のデジタル波形データを切り出すことができる。

　上記正規化部１５０は、アナログ波形データの近似波形データを生成し、アナログ波形データの１周期分のサンプル数と波形周期により正規化周期を算出し、近似波形データを波形起点から正規化周期によりサンプリングすることができる。

　上記正規化部１５０は、図５に示すようなデジタル波形データの起点および終点とサンプリングの起点および終点とのズレを補正し、正規化周期によりサンプリングすることでデジタル波形データの起点から正確に１周期分の電圧および電流波形データを切り出すことができる。

　上記判定部１４０は、デジタル波形データの隣接する各サンプリング点における電圧値の符号を比較し、電圧値が負から正に反転するゼロクロス点を波形起点とし、電圧値が負から正に反転し、波形起点に対して時間軸上で正方向に隣接するゼロクロス点を波形終点とし、波形起点と波形終点の差分時間を波形周期とすることができる。

　上記信号処理システムは、さらに、処理装置へ送信するデジタル波形データを通信路の通信容量に応じたデータ量に圧縮する圧縮部１６０と、通信路を通った後に、圧縮された波形データを解凍する解凍部２２０とを備えることができる。

　上記圧縮部１６０は、デジタル波形データにパラメトリック符号化を行った符号化データと、符号化データの復号データおよび入力したデジタル波形データの差分データを符号化した差分符号化データに圧縮することにより高圧縮の可逆符号化をすることができる。差分データは、差分を効率的に圧縮する符号により符号化され、例えば、ハフマン符号化や算術符号化などのエントロピー符号化、線形予測符号化および／または差分符号化などにより符号化されることができる。

　上記解凍部２２０は、圧縮部１６０により圧縮された符号化データと差分符号化データをそれぞれ復号し、加算することにより元のデジタル波形データへ解凍することができる。

　上記信号処理システムは、さらに、動作推定部２５０における推定の結果を利用者に対して表示する表示部２６０を備えることができる。

　表示部２６０は、推定の結果により、各電気機器の情報を自動的にリスト化して表示することができる。各電気機器の情報は、例えば、電気機器のリアルタイムの動作状況、使用頻度、および／または消費電力などとすることができる。

　以下、本発明の実施形態に従う判定部１４０および正規化部１５０の正規化処理の詳細について説明する。

　上記判定部１４０は、デジタル波形データが入力されると正規化処理を行う前に所定の準備処理を行うことができる。所定の準備処理とは、検知部１１０等に起因する電圧波形データと電流波形データの時間方向のズレを補正する、変換部１２０が最初にサンプルした時刻を絶対時刻０とするおよび／または電圧と電流値の２次元座標における中間値の座標を０とする等の処理とすることができる。

　上記判定部１４０は、所定の準備処理として、所定のサンプリング点ｎにおける絶対時間ｔ_ｎをサンプリング周期Ｔ_{ｓａｍｐｌｅ}により式（１）のように導出することができる。

　上記判定部１４０は、ｔ_ｎを求めた際の時間精度１マイクロ秒とするため、サンプリング周期Ｔ_{ｓａｍｐｌｅ}のナノ秒まで計算式に含める事により、Ｔ_{ｓａｍｐｌｅ}の丸め誤差の累積が１マイクロ秒に収まるようにすることができる。

　上記判定部１４０は、上述した準備処理が完了したのち、電圧波形データの起点および終点のゼロクロス点を求めることができる。図６は、本発明の実施形態に係る信号処理システムにおける判定部の波形周期の判定を説明する為のグラフである。図６では、サンプリング数１３２の場合において、サンプル点２と３の間に電圧波形データの起点のゼロクロス点が、サンプル点１２９と１３０の間に電圧波形データの終点のゼロクロス点が存在する例が示されている。

　上記判定部１４０は、最初のサンプル点から時間軸上の順方向にデータの符号を判定し、サンプル点ｎで符号が負から正に変わった時、サンプル点ｎ－１とサンプル点ｎの区間に波形起点のゼロクロス点があると判定することができる。

　上記判定部１４０は、サンプル点ｎにおける電圧値をＶ_ｎとすると、波形起点と時間ｔ_ｎの起点時間偏移Ｔｓｈｉｆｔ＿Ｓを式（２）により求めることができる。また、判定部１４０は、式（２）の演算において、演算順序を式の順に行うことにより、電圧同士の演算による大きな丸め誤差の発生を回避することができる。

　上記判定部１４０は、起点時間偏移Ｔｓｈｉｆｔ＿Ｓより波形起点時間Ｔ_Ｓを式（３）により求めることができる。

　図６（ａ）では、波形データのサンプル点３で符号が負から正に変わる例を示している。この場合、上記判定部１４０は、図６（ｂ）に示すように、波形起点時間Ｔ_Ｓを式（４）のように求めることができる。

　上記判定部１４０は、最後のサンプル点（時間ｔ_Ｅ）から時間軸上の逆方向にデータの符号を判定し、サンプル点ｎで符号が負から正に変わった時、サンプル点ｎとサンプル点ｎ＋１の区間に波形終点のゼロクロス点があると判定することができる。

　上記判定部１４０は、サンプル点ｎにおける電圧値をＶ_ｎとすると、波形終点と時間ｔ_ｎの終点時間偏移Ｔｓｈｉｆｔ＿Ｅを式（５）により求めることができる。また、判定部１４０は、式（５）の演算において、演算順序を式の順に行うことにより、電圧同士の演算による大きな丸め誤差の発生を回避することができる。

　上記判定部１４０は、終点時間偏移Ｔｓｈｉｆｔ＿Ｅより波形終点時間Ｔ_Ｅを式（６）より求めることができる。

　図５Ａでは、波形データのサンプル点１２９で符号が負から正に変わる例を示している。この場合、上記判定部１４０は、図６（ｃ）に示すように、波形終点時間ｔ_Ｅを式（７）のように求めることができる。

　上記判定部１４０は、上述した起点および終点時間偏移を用いて測定された波形の実測周期Ｔ_{ｃｙｃｌｅ}を式（８）により求めることができる。

　上記正規化部１５０は、測定された波形の実測周期Ｔ_{ｃｙｃｌｅ}を用いて所定のサンプル数Ｍでサンプリングするための正規化周期Ｔ_{ｓａｍｐｌｅ＿ＮＥＷ}を式（９）により導出することができる。

　上記正規化部１５０は、正規化周期Ｔ_{ｓａｍｐｌｅ＿ＮＥＷ}を用いて、所定のサンプル点ｍにおける絶対時間Ｓ_ｍを式（１０）のように導出することができる。

　上記正規化部１５０は、デジタル波形データからアナログ波形データの近似波形データを線形近似等により生成し、上述した波形起点および正規化周期を用いて、近似波形データから正確に１周期分の電圧および電流波形データを切り出すことができる。正規化部１５０は、波形データの切り出し処理を行う前であれば、任意の時期に近似波形データを生成してもよい。

　上記正規化部１５０は、図７（ａ）に示すように、近似波形データの起点から終点まで正規化周期を用いて演算により疑似サンプリングすることができる。

　上記正規化部１５０は、図７（ｂ）に示すように、疑似サンプリングにおけるサンプル点Ｓ_ｍ近傍のサンプル点ｔ_ｎのインデックスｎを式（１１）のように導出することができる。

　上記正規化部１５０は、上述したサンプル点ｔ_ｎと隣接するサンプル点ｔ_ｎ＋１の測定データを元に正規化されたデジタル電圧および電流波形データを導出することができる。

　上記正規化部１５０は、図７（ｃ）に示すように、正規化されたデジタル電圧波形データＶｎｅｗ_ｍを式（１２）のように導出することができる。

　上記正規化部１５０は、正規化されたデジタル電流波形データＩｎｅｗ_ｍを式（１３）のように導出することができる。

　上記正規化部１５０は、以上のように近似波形データの起点から終点まで正規化周期を用いて演算により疑似サンプリングし、デジタル波形データの起点から正確に１周期分の波形を切り出すことができる。

　測定装置１０は、小型かつ軽量で、分電盤近くの壁面に両面テープで接着可能であるのが好ましい。例えば、筐体の大きさを縦６０ｍｍ以下、横７０ｍｍ以下、幅２５ｍｍ以下とするのが好ましいまた、測定装置１０は、ホームルータ等の中継機器との接続およびセキュリティに関する設定を容易に行うことができるＷｉ－Ｆｉ（登録商標）　Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ　Ｓｅｔｕｐ（ＷＰＳ（登録商標））スイッチおよび／または工場出荷時の測定装置１０の設定に戻す設定初期化スイッチを備えることができる。

　上記測定装置１０は、計時機能を備えてもよく、計時誤差を１日で１秒以下とすることができる。また、測定装置１０は、通信路経由で時刻を合わせることもできる。

　上記測定装置１０は、Ｗｅｂ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（Ｗｅｂ　ＡＰＩ）を利用して処理装置２０と所定の機能を伴った通信を行うことができる。測定装置１０は、所定の機能として、例えば、処理装置２０に対するアクティベート要求、測定装置１０の情報のアップロード、測定データのアップロード、ファームウェアのアップデート指示の確認、ファームウェアダウンロード、リブート指示の確認および／または時刻設定等の機能を有することができる。

　上記測定装置１０は、測定装置１０の情報として機器ＩＤ、例えば、ＭＡＣアドレスおよび／またはシリアル番号、ファームウェアバージョンおよび／または起動時刻情報等を処理装置２０へ送信することができる。

　上記測定装置１０は、通信路経由で遠隔地より設定および／または設定事項等の確認ができる。測定装置１０は、例えば、内蔵ウェブサーバーを介しておよび／またはＳｅｃｕｒｅ　Ｓｈｅｌｌ（ＳＳＨ（登録商標））によるリモートログインによって設定および／または設定事項等の確認ができる。

　上記測定装置１０は、リモートリセット機能を備えてもよい。測定装置１０は、例えば、処理装置２０に定期的に通信を行い、所定の条件を満たした場合や、ファームウェアアップデートの際にリモートリセットを実施してもよい。

　上記測定装置１０は、通常の状態としてアクティブおよびノンアクティブの２状態を持つことができる。測定装置１０は、ノンアクティブ状態の場合、アクティベートされるまでアクティベーションリクエストを処理装置２０へ送り続けることができる。測定装置１０は、アクティベートを行う場合、送信したアクティベーションリクエストに対して、処理装置２０からアクセスキーを受信することができる。測定装置１０は、アクティブ状態の場合、アクセスキーを利用して処理装置２０にアクセスし、時刻合わせや処理装置２０からの指示確認等を行いつつ、測定データを処理装置２０に送り続けることができる。

　上記処理装置２０は、通信路を介して、測定装置１０をアクティベートする、測定装置１０をディアクティベートする、測定装置１０から測定データを受信する、測定装置１０から機器情報を受信する、測定装置１０へファームウェア更新指示を送信し、ファームウェアを更新させる、測定装置１０へリブート指示を送信し、リブートする、および／または測定装置１０の時刻を合わせることができる。

　上記処理装置２０は、所定の測定装置１０をディアクティベートする場合、アクセスキーを無効化する事で測定装置１０が処理装置２０にアクセス出来なくすることができる。処理装置２０は、アクセスキーが無効になった時点で測定装置１０をノンアクティブ状態に移行させることができる。

　続いて、本発明の実施形態に従う信号処理方法の一例について、図面を参照しながら説明する。

　図８に示すように、本発明の信号処理方法は、測定ステップ（Ｓ１００）と、処理ステップ（Ｓ２００）とを備える信号処理方法であって、測定ステップ（Ｓ１００）は、検知ステップ（Ｓ１１０）と、変換ステップ（Ｓ１２０）と、送信ステップ（Ｓ１３０）とを有し、処理ステップ（Ｓ２００）は、受信ステップ（Ｓ２１０）と、格納ステップ（Ｓ２２０）と、分離ステップ（Ｓ２３０）と、動作推定ステップ（Ｓ２４０）とを有することを特徴とする。

　測定ステップ（Ｓ１００）では、電源から複数の電気機器に供給される電流および電圧を測定する。このステップは、上述した測定装置１０によって処理されることができる。

　処理ステップ（Ｓ２００）では、測定ステップ（Ｓ２１０）における測定結果から電気機器の各々の動作状況を推定する。このステップは、上述した処理装置２０によって処理されることができる。

　検知ステップ（Ｓ１１０）では、電気機器に供給される電流および電圧のアナログ波形データを検知する。このステップは、上述した検知部１１０によって処理されることができる。

　変換ステップ（Ｓ１２０）では、検知ステップ（Ｓ１１０）により検知されたアナログ波形データを所定のサンプリング周波数によりサンプリングし、デジタル波形データに変換する。このステップは、上述した変換部１２０によって処理されることができる。

　送信ステップ（Ｓ１３０）では、デジタル波形データを送信する。このステップは、上述した送信部１７０によって処理されることができる。

　受信ステップ（Ｓ２１０）では、送信ステップ（Ｓ１３０）により送信されたデジタル波形データを受信する。このステップは、上述した受信部２１０によって処理されることができる。

　格納ステップ（Ｓ２２０）では、受信ステップ（Ｓ２１０）により受信されたデジタル波形データを格納する。このステップは、上述した格納部２３０によって処理されることができる。

　分離ステップ（Ｓ２３０）では、格納ステップ（Ｓ２２０）により格納されたデジタル波形データを、電気機器毎のデジタル波形データに分離する。このステップは、上述した分離部２４０によって処理されることができる。

　動作推定ステップ（Ｓ２４０）では、分離ステップ（Ｓ２３０）により分離されたデジタル波形データを分析し、電気機器の各々の動作状況を推定する。このステップは、上述した動作推定部２５０によって処理されることができる。

　続いて、本発明の実施形態に従う信号処理プログラムの一例について説明する。

　本発明の信号処理プログラムは、コンピュータに、測定機能と、処理機能とを実現させる信号処理プログラムであって、測定機能は、コンピュータに、検知機能と、変換機能と、送信機能とを実現させ、処理機能は、コンピュータに、受信機能と、格納機能と、分離機能と、動作推定機能とを実現させることを特徴とする。

　測定機能では、電源から複数の電気機器に供給される電流および電圧を測定する。この機能は、上述した測定装置１０によって実現されることができる。

　処理機能では、測定装置の測定結果から電気機器の各々の動作状況を推定する。この機能は、上述した処理装置２０によって実現されることができる。

　検知機能では、電気機器に供給される電流および電圧のアナログ波形データを検知する。この機能は、上述した検知部１１０によって実現されることができる。

　変換機能では、検知機能により検知されたアナログ波形データを所定のサンプリング周波数によりサンプリングし、デジタル波形データに変換する。この機能は、変換部１２０によって実現されることができる。

　送信機能では、デジタル波形データを処理機能へ送信する。この機能は、上述した送信部１７０によって実現されることができる。

　受信機能では、送信機能により送信されたデジタル波形データを受信する。この機能は、上述した受信部２１０によって実現されることができる。

　格納機能では、受信機能により受信されたデジタル波形データを格納する。この機能は、上述した格納部２３０によって実現されることができる。

　分離機能では、格納機能により格納されたデジタル波形データを、電気機器毎のデジタル波形データに分離する。この機能は、上述した分離部２４０によって実現されることができる。

　動作推定機能では、分離機能により分離されたデジタル波形データを分析し、電気機器の各々の動作状況を推定する。この機能は、上述した動作推定部２５０によって実現されることができる。

　以上、本発明の信号処理システム、信号処理方法および信号処理プログラムについて詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。

１　　　分電盤
３ａ　　テレビ
３ｂ　　電気ポット
３ｃ　　冷蔵庫
１０　　測定装置
２０　　処理装置
１１０　検知部
１２０　変換部
１３０　記憶部
１４０　判定部
１５０　正規化部
１６０　圧縮部
１７０　送信部
２１０　受信部
２２０　解凍部
２３０　格納部
２４０　分離部
２５０　動作推定部
２６０　表示部

Claims

　電源から複数の電気機器に供給される電流および電圧を測定する測定装置と、
　前記測定装置に通信路を介して接続され、前記測定装置の測定結果から前記電気機器の各々の動作状況を推定する処理装置と
を備える信号処理システムであって、
　前記測定装置は、
　前記電気機器に供給される電流および電圧のアナログ波形データを検知する検知部と、
　前記検知部により検知された前記アナログ波形データを所定のサンプリング周波数によりサンプリングし、デジタル波形データに変換する変換部と、
　前記デジタル波形データを前記処理装置へ送信する送信部と
を有し、
　前記処理装置は、
　前記送信部から送信された前記デジタル波形データを受信する受信部と、
　前記受信部で受信された前記デジタル波形データを格納する格納部と、
　前記格納部に格納された前記デジタル波形データを、前記電気機器毎のデジタル波形データに分離する分離部と、
　前記分離部により分離された前記デジタル波形データを分析し、前記電気機器の各々の動作状況を推定する動作推定部と
を有する信号処理システム。
　前記変換部は、前記アナログ波形データを、３個のゼロクロス点を含む所定のサンプル数だけ前記デジタル波形データに変換し、該変換が終了した場合、該変換を所定の時間が経過するまで停止することを特徴とする請求項１に記載の信号処理システム。
　前記所定のサンプル数は、前記アナログ波形データの１周期分のサンプル数以上であることを特徴とする請求項２に記載の信号処理システム。
　前記所定のサンプル数は、前記アナログ波形データの１周期分のサンプル数に該アナログ波形データの最大周波数変動に対応するサンプル数を加えたサンプル数であることを特徴とする請求項２または３に記載の信号処理システム。
　前記測定装置は、さらに、
　前記変換部により変換された前記デジタル波形データを記憶する記憶部と、
　前記記憶部に記憶された前記デジタル波形データを正規化波形データに変換する正規化部と
を有することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の信号処理システム。
　前記測定装置は、さらに、
　前記記憶部に記憶された前記デジタル波形データの波形起点の時刻、波形終点の時刻から波形周期を判定する判定部を有し、
　前記正規化部は、前記波形起点の時刻から前記波形周期分の前記デジタル波形データを切り出すことを特徴とする請求項５に記載の信号処理システム。
　前記正規化部は、前記アナログ波形データの近似波形データを生成し、前記アナログ波形データの１周期分のサンプル数と前記波形周期により正規化周期を算出し、前記近似波形データを前記波形起点から前記正規化周期によりサンプリングすることを特徴とする請求項５または６に記載の信号処理システム。
　前記判定部は、前記デジタル波形データの隣接する各サンプリング点における電圧値の符号を比較し、前記電圧値が負から正に反転するゼロクロス点を前記波形起点とし、前記電圧値が正から負に反転し、前記波形起点に対して時間軸上で正方向に隣接するゼロクロス点を前記波形終点とし、該波形起点と該波形終点の差分時間を前記波形周期とすることを特徴とする請求項５～７のいずれか一項に記載の信号処理システム。
　前記信号処理システムは、さらに、
　前記処理装置へ送信する前記デジタル波形データを前記通信路の通信容量に応じたデータ量に圧縮する圧縮部と、
　前記通信路を通った後に、前記圧縮された波形データを解凍する解凍部と
を備えることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の信号処理システム。
　前記信号処理システムは、さらに、
　前記推定部における推定の結果を利用者に対して表示する表示部を備えることを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載の信号処理システム。
　電源から複数の電気機器に供給される電流および電圧を測定する測定ステップと、
　前記測定ステップにおける測定結果から前記電気機器の各々の動作状況を推定する処理ステップと
を備える信号処理方法であって、
　前記測定ステップは、
　前記電気機器に供給される電流および電圧のアナログ波形データを検知する検知ステップと、
　前記検知ステップにより検知された前記アナログ波形データを所定のサンプリング周波数によりサンプリングし、デジタル波形データに変換する変換ステップと、
　前記デジタル波形データを送信する送信ステップと
を有し、
　前記処理ステップは、
　前記送信ステップにより送信された前記デジタル波形データを受信する受信ステップと、
　前記受信ステップにより受信された前記デジタル波形データを格納する格納ステップと、
　前記格納ステップにより格納された前記デジタル波形データを、前記電気機器毎のデジタル波形データに分離する分離ステップと、
　前記分離ステップにより分離された前記デジタル波形データを分析し、前記電気機器の各々の動作状況を推定する動作推定ステップと
を有する信号処理方法。
　コンピュータに、
　電源から複数の電気機器に供給される電流および電圧を測定する測定機能と、
　前記測定装置の測定結果から前記電気機器の各々の動作状況を推定する処理機能と
を実現させる信号処理プログラムであって、
　前記測定機能は、コンピュータに、
　前記電気機器に供給される電流および電圧のアナログ波形データを検知する検知機能と、
　前記検知機能により検知された前記アナログ波形データを所定のサンプリング周波数によりサンプリングし、デジタル波形データに変換する変換機能と、
　前記デジタル波形データを前記処理機能へ送信する送信機能と
を実現させ、
　前記処理機能は、コンピュータに、
　前記送信機能により送信された前記デジタル波形データを受信する受信機能と、
　前記受信機能により受信された前記デジタル波形データを格納する格納機能と、
　前記格納機能により格納された前記デジタル波形データを、前記電気機器毎のデジタル波形データに分離する分離機能と、
　前記分離機能により分離された前記デジタル波形データを分析し、前記電気機器の各々の動作状況を推定する動作推定機能と
を実現させる信号処理プログラム。