JP5010011B2 - Power consumption measuring system and power consumption measuring method - Google Patents

Description

本発明は、動作している複数の電気機器の消費電力を個別に測定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for individually measuring power consumption of a plurality of operating electric devices.

一般家庭等で使用される電気機器の消費電力を個別に測定する技術として、電気機器毎に測定器を設置するのではなく、電柱から家庭への引込線における測定に基づいて、各電気機器の消費電力を推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。   As a technology to measure the power consumption of electric devices used in general households individually, the consumption of each electric device is based on the measurement of the lead-in line from the utility pole to the home instead of installing a measuring device for each electric device. A technique for estimating electric power has been proposed (for example, Patent Document 1).

特許文献１に開示されているシステムは、測定センサと、データ抽出手段と、ＬＭＣ等の推定手段と、から構成される。データ抽出手段は、電力需要家の引込線の引込口の付近に設置されている計器用変成器及び計器用変流器で検出した測定データＶＡ、ＶＢ、ＩＡ、ＩＢから、総負荷電流の基本波並びに高調波の電流パターンと電圧に対するそれらの位相差パターンに関するデータを取り出す。そして、このデータを推定手段に入力として与え、電気機器の個別の消費電力を推定するようにしている。   The system disclosed in Patent Document 1 includes a measurement sensor, data extraction means, and estimation means such as LMC. The data extraction means is the fundamental wave of the total load current from the measurement data VA, VB, IA, IB detected by the instrument transformer and the instrument current transformer installed near the service outlet of the power customer. In addition, data on harmonic current patterns and their phase difference patterns with respect to voltage are extracted. Then, this data is given as an input to the estimation means to estimate the individual power consumption of the electrical equipment.

国際公開第０１／０７７６９６号International Publication No. 01/077696

特許文献１で開示される技術では、複数の電気機器が同時に動作する場合、学習が必要な高調波データの組合せの数が爆発的に増加するといった問題がある。例えば、Ｎ台の電気機器が同時に動作する場合では、その組合せは２のＮ乗通りとなる。また、それぞれの電気機器がＭ個の高調波パターンを持つ場合、学習が必要な高調波データの組合せは、２の（Ｎ×Ｍ）乗通りとなる。具体的には、例えば、５台の電気機器が、それぞれ５つの高調波パターンを持っていた場合の組合せは、２の２５乗（３３，５５４，４３２）通りとなる。同じ機器の高調波パターンは同時に出現しない等の制約により、多少の増減はあるものの、学習が必要な高調波データの組合せの数が膨大であることに違いはない。   The technique disclosed in Patent Document 1 has a problem that the number of harmonic data combinations that need to be learned increases explosively when a plurality of electrical devices operate simultaneously. For example, when N electrical devices operate simultaneously, the number of combinations is 2 to the Nth power. Further, when each electric device has M harmonic patterns, combinations of harmonic data that need to be learned are 2 (N × M) powers. Specifically, for example, when 5 electric devices have 5 harmonic patterns, there are 2 25 (33,554,432) combinations. Although there are some fluctuations due to restrictions such as the fact that harmonic patterns of the same device do not appear at the same time, there is no doubt that the number of combinations of harmonic data that needs to be learned is enormous.

このような膨大な数の高調波データを事前に収集することは、極めて困難である上、膨大な数のパターンデータを保存しておくための大容量のメモリが必要となる。   It is extremely difficult to collect such a large number of harmonic data in advance, and a large-capacity memory for storing a large number of pattern data is required.

本発明は、上記従来の課題を解決すべくなされたものであり、電気機器毎の消費電力を精度よく推定することのできる実用的な消費電力測定システム及び消費電力測定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a practical power consumption measurement system and a power consumption measurement method capable of accurately estimating the power consumption of each electrical device. And

上記目的を達成するため、本発明に係る消費電力測定システムは、
需要地の引込線における所定箇所で測定した総負荷電流及び電圧に基づいて、総負荷電流の商用周波数１周期分における平均化した電流波形データを抽出し、該平均化した電流波形データから、電流値の変化が増加から減少に転じる点、又は減少から増加に転じる点を示す凸点に関する凸点情報を抽出するデータ抽出手段と、
電気機器の種別と、前記凸点情報と、消費電力と、を対応付けた推定モデルを予め保持し、前記データ抽出手段が抽出した前記凸点情報と、前記推定モデルと、に基づいて、動作中の電気機器の消費電力を個別に推定する推定手段と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a power consumption measurement system according to the present invention includes:
Based on the total load current and voltage measured at predetermined locations on the service area, the current waveform data averaged over one cycle of the commercial frequency of the total load current is extracted, and the current value is extracted from the averaged current waveform data. A data extraction means for extracting convex point information on a convex point indicating a point at which the change of the point changes from an increase to a decrease or a point at which the change changes from a decrease to an increase;
Based on the convex point information extracted by the data extraction means and the estimated model, an estimation model that associates the type of electrical equipment, the convex point information, and power consumption is stored in advance. And estimation means for individually estimating the power consumption of the electrical equipment.

本発明によれば、構築が容易な推定モデルを用いて、各電気機器の消費電力を精度よく推定することができる。   According to the present invention, it is possible to accurately estimate the power consumption of each electrical device using an estimation model that is easy to construct.

本発明の一実施形態に係る消費電力測定システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power consumption measuring system which concerns on one Embodiment of this invention. 図１の消費電力測定システムの設置態様について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the installation aspect of the power consumption measuring system of FIG. 図１の計器用変成器及び計器用変流器について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measuring instrument transformer and measuring instrument current transformer of FIG. 図１の測定部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the measurement part of FIG. 図４のデータ抽出部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the data extraction part of FIG. （ａ）は、図５のＡ／Ｄ変換部によって得られた電流データの波形例を示すグラフであり、（ｂ）は、図５の波形蓄積メモリに保存される電流データの波形例を示すグラフである。(A) is a graph which shows the example of a waveform of the current data obtained by the A / D conversion part of FIG. 5, (b) shows the example of a waveform of the current data preserve | saved at the waveform storage memory of FIG. It is a graph. 凸点情報について説明するための図である。It is a figure for demonstrating convex point information. 推定モデル生成の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of an estimation model production | generation. 登録回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a registration circuit. ＩＨクッキングヒータの電流波形の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the current waveform of an IH cooking heater. エアコンの電流波形の一例を示すグラフ（その１）である。It is a graph (the 1) which shows an example of the current waveform of an air conditioner. エアコンの電流波形の一例を示すグラフ（その２）である。It is a graph (the 2) which shows an example of the current waveform of an air conditioner.

以下、本発明の一実施形態に係る消費電力測定システムについて図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, a power consumption measurement system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本実施形態に係る消費電力測定システム１の構成を示すブロック図である。消費電力測定システム１は、測定部１０と、計器用変成器２０と、計器用変流器３０と、から構成される。消費電力測定システム１は、図２に示すように、電力ユーザの家（需要地）の分電盤２近傍に設置され、この家で使用される複数の電気機器３の個別の消費電力を測定する。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power consumption measurement system 1 according to the present embodiment. The power consumption measurement system 1 includes a measurement unit 10, an instrument transformer 20, and an instrument current transformer 30. As shown in FIG. 2, the power consumption measurement system 1 is installed in the vicinity of a distribution board 2 in a power user's house (demand area), and measures individual power consumption of a plurality of electric devices 3 used in the house. To do.

分電盤２は、引込線４及び電柱５に架設された電線（図示省略）を介して電気事業者等の電力系統に接続されている。また、分電盤２には、電気機器３に電力を供給するための電力供給線６が接続されている。本実施形態では、電気機器３として、エアコン（エアコンディショナ）３ａ、電子レンジ３ｂ、ＩＨ（Induction Heating）クッキングヒータ３ｃ、洗濯機３ｄ等のインバータ機器が、電力供給線６に接続され、使用されるものとする。   The distribution board 2 is connected to an electric power system such as an electric power company through electric wires (not shown) installed on the lead-in wire 4 and the utility pole 5. The distribution board 2 is connected to a power supply line 6 for supplying power to the electrical equipment 3. In the present embodiment, an inverter device such as an air conditioner (air conditioner) 3a, a microwave oven 3b, an IH (Induction Heating) cooking heater 3c, and a washing machine 3d is connected to the power supply line 6 and used as the electric device 3. Shall.

図３に示すように、計器用変成器２０は、Ａ相用の計器用変成器２０１ａと、Ｂ相用の計器用変成器２０１ｂとから構成され、計器用変流器３０は、Ａ相用の計器用変流器３０１ａと、Ｂ相用の計器用変流器３０１ｂとから構成されている。   As shown in FIG. 3, the instrument transformer 20 is composed of an A-phase instrument transformer 201a and a B-phase instrument transformer 201b, and the instrument current transformer 30 is an A-phase transformer. Instrument current transformer 301a and B phase instrument current transformer 301b.

計器用変成器２０１ａは、一次側がＡ相４ａと中性線４ｎとの間に接続され、二次側からＡ相４ａの電圧と相似の電圧ＶＡを出力する。計器用変成器２０１ａの二次側は、同軸ケーブル等の接続線２０２ａを介して、測定部１０に接続されている。計器用変成器２０１ｂは、一次側がＢ相４ｂと中性線４ｎとの間に接続され、二次側からＢ相４ｂの電圧と相似の電圧ＶＢを出力する。計器用変成器２０１ｂの二次側は、同軸ケーブル等の接続線２０２ｂを介して、測定部１０に接続されている。   The instrument transformer 201a has a primary side connected between the A phase 4a and the neutral wire 4n, and outputs a voltage VA similar to the voltage of the A phase 4a from the secondary side. The secondary side of the instrument transformer 201a is connected to the measurement unit 10 via a connection line 202a such as a coaxial cable. The instrument transformer 201b has a primary side connected between the B phase 4b and the neutral wire 4n, and outputs a voltage VB similar to the voltage of the B phase 4b from the secondary side. The secondary side of the instrument transformer 201b is connected to the measurement unit 10 via a connection line 202b such as a coaxial cable.

計器用変流器３０１ａは、Ａ相４ａに流れる電流を一次側で測定して二次側からＡ相の電流と相似の電流ＩＡを出力する。計器用変流器３０１ａの二次側は、同軸ケーブル等の接続線３０２ａを介して、測定部１０に接続されている。計器用変流器３０１ｂは、Ｂ相４ｂに流れる電流を一次側で測定して二次側からＢ相の電流と相似の電流ＩＢを出力する。計器用変流器３０１ｂの二次側は、同軸ケーブル等の接続線３０２ｂを介して、データ測定部１０に接続されている。なお、本実施形態では、計器用変流器３０１ａ，３０１ｂとして、貫通型又はクランプ型の構造を有する計器用変流器を採用する。   The instrument current transformer 301a measures the current flowing through the A phase 4a on the primary side and outputs a current IA similar to the A phase current from the secondary side. The secondary side of the instrument current transformer 301a is connected to the measurement unit 10 via a connection line 302a such as a coaxial cable. The instrument current transformer 301b measures the current flowing in the B phase 4b on the primary side and outputs a current IB similar to the B phase current from the secondary side. The secondary side of the instrument current transformer 301b is connected to the data measuring unit 10 through a connection line 302b such as a coaxial cable. In the present embodiment, an instrument current transformer having a through-type or clamp-type structure is adopted as the instrument current transformers 301a and 301b.

測定部１０は、図４に示すように、データ抽出部１１と、推定部１２と、通信部１３と、を備える。通信部１３は、後述する登録回路と通信を行い、登録回路から送信される教師データ（詳細は後述する）を受信する処理を行う。データ抽出部１１は、計器用変成器２０及び計器用変流器３０から出力される電圧及び電流に基づいて、総負荷電流の商用周波数１周期分のデータを抽出する。本実施形態では、商用周波数は５０Ｈｚである。したがって、１周期は２０ミリ秒となる。   As shown in FIG. 4, the measurement unit 10 includes a data extraction unit 11, an estimation unit 12, and a communication unit 13. The communication unit 13 communicates with a registration circuit, which will be described later, and performs processing for receiving teacher data (details will be described later) transmitted from the registration circuit. The data extraction unit 11 extracts data for one cycle of the commercial frequency of the total load current based on the voltage and current output from the instrument transformer 20 and the instrument current transformer 30. In this embodiment, the commercial frequency is 50 Hz. Therefore, one period is 20 milliseconds.

より詳細には、データ抽出部１１は、図５に示すように、低周波成分をカットするローパスフィルタ１１１と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部１１２と、波形蓄積メモリ１１３と、凸点検出部１１４と、を備える。   More specifically, as shown in FIG. 5, the data extraction unit 11 includes a low-pass filter 111 that cuts low frequency components, an analog / digital (A / D) conversion unit 112, a waveform storage memory 113, and a convex inspection. And an exit part 114.

ローパスフィルタ１１１は、電流信号の低周波成分をカットした後、当該電流信号を増幅する。これにより、Ａ／Ｄ変換部１１２による計測精度を向上させる。具体的には、ローパスフィルタ１１１は、後述する凸点を検出するのに妨げとなるパワーの強い低周波の信号を低減させ、取り出した高周波信号を増幅して、Ａ／Ｄ変換部１１２の計測レンジ一杯まで増幅する。これにより、サンプリングの量子化誤差を小さくすることができる。   The low pass filter 111 amplifies the current signal after cutting the low frequency component of the current signal. Thereby, the measurement accuracy by the A / D conversion unit 112 is improved. Specifically, the low-pass filter 111 reduces a strong low-frequency signal that hinders detection of a convex point described later, amplifies the extracted high-frequency signal, and measures the A / D conversion unit 112. Amplifies to full range. Thereby, the quantization error of sampling can be reduced.

Ａ／Ｄ変換部１１２は、電流ＩＡ，ＩＢを、それぞれ電圧ＶＡ，ＶＢに基づいて、２０ＫＨｚでサンプリングし、デジタルデータに変換した後、波形蓄積メモリ１１３に記録する。ここで、Ａ／Ｄ変換部１１２によって得られる電流波形は、図６（ａ）に示すように、区間（５０Ｈｚの場合は２０ミリ秒）毎に繰り返す波形となる。この場合、一般的には、ノイズ等は、区間毎に繰り返されない特性を持つ。なお、Ａ／Ｄ変換部１１２のサンプリングレートは、必ずしも２０ＫＨｚでなくてもよく、数キロヘルツ以上であれば同等の性能を得ることができる。   The A / D converter 112 samples the currents IA and IB at 20 KHz based on the voltages VA and VB, respectively, converts them into digital data, and then records them in the waveform storage memory 113. Here, the current waveform obtained by the A / D converter 112 is a waveform that repeats every section (20 milliseconds in the case of 50 Hz) as shown in FIG. In this case, generally, noise or the like has a characteristic that is not repeated for each section. The sampling rate of the A / D conversion unit 112 is not necessarily 20 KHz, and equivalent performance can be obtained as long as it is several kilohertz or more.

具体的には、Ａ／Ｄ変換部１１２は、変換によって得られた一区間（商用周波数１周期）のデータ（Ａ相、Ｂ相それぞれの電流波形データ）を、時系列的に重ね合わせる態様で波形蓄積メモリ１１３に記録する。例えば、図６（ａ）に示すような区間４０１〜４０３における各電流波形データは、順次積算され、図６（ｂ）に示すように、積算電流４０４Ｉとなって、波形蓄積メモリ１１３に保存される。ここで、積算電流４０４Ｉは、各区間の電流（電流４０１Ｉ、４０２Ｉ、４０３Ｉ）を時系列的に足し合わせることで得られるデータである。   Specifically, the A / D converter 112 superimposes data (current waveform data of each of the A phase and B phase) in one section (one commercial frequency cycle) obtained by the conversion in time series. Record in the waveform storage memory 113. For example, each current waveform data in the sections 401 to 403 as shown in FIG. 6A is sequentially accumulated, and as shown in FIG. 6B, the accumulated current 404I is stored in the waveform accumulation memory 113. The Here, the integrated current 404I is data obtained by adding the currents (currents 401I, 402I, 403I) of each section in time series.

また、Ａ／Ｄ変換部１１２は、一区間の電流波形データを記録した回数（即ち、積算回数）も波形蓄積メモリ１１３に記録する。   In addition, the A / D converter 112 also records the number of times of current waveform data for one section (that is, the number of integrations) in the waveform storage memory 113.

凸点検出部１１４は、波形蓄積メモリ１１３に記録されている、Ａ相、Ｂ相それぞれの積算電流波形データを読み出して、それぞれの積算回数で除することにより、Ａ相、Ｂ相それぞれの平均電流データを算出し、それぞれの凸点に関するデータを検出する。   The convex point detection unit 114 reads the accumulated current waveform data of each of the A phase and the B phase recorded in the waveform storage memory 113 and divides the accumulated current waveform data by the respective number of times of accumulation, thereby obtaining an average of each of the A phase and the B phase. Current data is calculated, and data relating to each convex point is detected.

凸点とは、電流値の時間軸方向の変化が、増加から減少に転じる点、又は減少から増加に転じる点のことをいい、電流値のグラフ上では、凸状の突起として現れる。以下、この凸点が発生した電流値と移動平均値との差を凸高さと称し、当該凸点を挟んだ、電流値と移動平均値との交差点間の距離を凸幅と称する。図７において、凸点６０は、電流の時系列変化が増加から減少に転じた点、又は、減少から増加に転じた点を指す。凸点６０の位置は、時間軸上での位置で示される。凸点６０は、その増加と減少の変化の度合いによって定まる凸高さ６１及び凸幅６２という２つの特徴量を持つ。   The convex point means a point at which the change in the time axis direction of the current value changes from increase to decrease, or a point at which the change starts from decrease to increase, and appears as a convex protrusion on the current value graph. Hereinafter, the difference between the current value at which the convex point occurs and the moving average value is referred to as a convex height, and the distance between the intersections of the current value and the moving average value across the convex point is referred to as a convex width. In FIG. 7, the convex point 60 indicates a point at which the time series change of the current has changed from increase to decrease, or a point at which the current has changed from decrease to increase. The position of the convex point 60 is indicated by a position on the time axis. The convex point 60 has two feature amounts, a convex height 61 and a convex width 62, which are determined by the degree of change in increase and decrease.

図７の例では、電流値６a及び電流値の移動平均値６ｂに対して、凸高さ６１は、凸点６０における電流値６ａと移動平均値６ｂの差の絶対値である。凸幅６２は、電流値６ａと移動平均値６ｂの２つの交差点（交差点６３、交差点６４）の時間軸方向の差の絶対値である。   In the example of FIG. 7, the convex height 61 is the absolute value of the difference between the current value 6 a and the moving average value 6 b at the convex point 60 with respect to the current value 6 a and the moving average value 6 b of the current value. The convex width 62 is an absolute value of a difference in the time axis direction between two intersections (intersection 63 and intersection 64) of the current value 6a and the moving average value 6b.

ここで、移動平均値６ｂは、電流値６ａの時間軸方向の前後Ｎサンプルの平均値である。なお、Ｎの値については、推定対象の電気機器３毎に異なる値を設定してもよいし、固定値としてもよい。また一律の平均値とせず、サンプルに重みを付ける加重平均としてもよい。   Here, the moving average value 6b is an average value of N samples before and after the current value 6a in the time axis direction. In addition, about the value of N, you may set a different value for every electric equipment 3 of estimation object, and it is good also as a fixed value. Moreover, it is good also as a weighted average which weights a sample instead of making it a uniform average value.

推定部１２は、予め登録された教師データに基づいて生成した推定モデルを用いた推定アルゴリズムを実行し、凸点検出部１１４により検出された各凸点の位置、凸高さ、凸幅を入力として、動作状態にある電気機器３の個別の消費電力を推定する。   The estimation unit 12 executes an estimation algorithm using an estimation model generated based on pre-registered teacher data, and inputs the position, convex height, and convex width of each convex point detected by the convex point detection unit 114 As a result, the individual power consumption of the electrical device 3 in the operating state is estimated.

凸点の位置、凸高さ、凸幅は、複数の電気機器３が動作している状況下での全ての負荷電流が合流した総負荷電流においても、観測が容易であるという特徴を有する。このため、対象とする電気機器３が動作しているか否かを容易に判定することができる。   The position of the convex point, the convex height, and the convex width are characterized in that observation is easy even in the total load current obtained by joining all the load currents in a situation where a plurality of electrical devices 3 are operating. For this reason, it is possible to easily determine whether or not the target electrical device 3 is operating.

また、インバータ機器の消費電力が変化した場合（例えば、エアコン３ａにおいて設定温度を変更した場合等）、凸点の位置は変化せず、凸高さおよび凸幅は、消費電力に比例する。これより、凸幅、凸高さから、個別の消費電力を推定することができる。複数の電気機器３で凸点の位置が衝突することはまれであるので、複数の電気機器３が同時に動作していても、個別の電気機器３の消費電力を推定することができる。また、推定部１２に登録するための教師データは、電気機器３の組合せなどを考慮する必要はなく、電気機器３単体の負荷電流のみを測定することで生成可能である。したがって、教師データの登録に要する手間を大幅に削減することができる。   When the power consumption of the inverter device changes (for example, when the set temperature is changed in the air conditioner 3a), the position of the convex point does not change, and the convex height and the convex width are proportional to the power consumption. Thus, individual power consumption can be estimated from the convex width and convex height. Since it is rare that the positions of the convex points collide with each other in the plurality of electric devices 3, even if the plurality of electric devices 3 are operating simultaneously, the power consumption of the individual electric devices 3 can be estimated. The teacher data to be registered in the estimation unit 12 can be generated by measuring only the load current of the electric device 3 alone without considering the combination of the electric devices 3. Therefore, the labor required for registering teacher data can be greatly reduced.

推定部１２は、教師データに基づいて生成した推定モデルを保持する。そして、実際に測定された総負荷電流の平均電流波形の凸点、凸幅、凸高さに関するデータが入力されたときに、上記の推定モデルを用いて、電気機器３の個別の消費電力を推定する。   The estimation unit 12 holds an estimation model generated based on teacher data. And when the data regarding the convex point, convex width, and convex height of the average current waveform of the actually measured total load current are inputted, the individual power consumption of the electric equipment 3 is calculated using the above estimation model. presume.

この推定モデルの生成手順について、図８を参照して説明する。   A procedure for generating the estimation model will be described with reference to FIG.

先ず、後述する登録回路によって、推定対象となる電気機器３を個別に計測した負荷電流に基づいて、当該電気機器３における凸点データを取得する（ステップＳ１０１）。ここで、登録回路は、当該電気機器３が有する動作状態毎に凸点データを取得する。   First, on the basis of the load current obtained by individually measuring the electrical device 3 to be estimated by a registration circuit described later, convex point data in the electrical device 3 is acquired (step S101). Here, the registration circuit acquires convex point data for each operation state of the electrical device 3.

凸点の位置、凸幅、凸高さの各データは、各々の値の範囲が異なるので情報の持つ重みを均等化するために正規化することが好ましい。登録回路は、例えば凸点の位置については電圧からの位相が１周する時間（２０ミリ秒）を最大として［０〜１］に、凸幅についても同様に［０〜１］に、凸高さについては、上述したＡ／Ｄ変換部１１２の最大入力（±１０Ａ）を最大値として［−１〜＋１］に変換する正規化を行う（ステップＳ１０２）。   The data of the position of the convex point, the convex width, and the convex height are preferably normalized in order to equalize the weight of the information because the range of each value is different. For example, with respect to the position of the convex point, the registration circuit sets the maximum time (20 milliseconds) for the phase from the voltage to [0-1] and the convex width similarly to [0-1]. For normalization, normalization is performed to convert the maximum input (± 10 A) of the A / D conversion unit 112 to [−1 to +1] as a maximum value (step S <b> 102).

次に、登録回路は、正規化したデータと、そのときの解答である動作中の電気機器３の消費電力と、からなる教師データを、当該電気機器３の種別と対応付けて、動作状態毎に測定部１０の通信部１３に送信する。これにより、当該電気機器３の動作状態毎の教師データが測定部１０の推定部１２に登録される（ステップＳ１０３）。   Next, the registration circuit associates the teacher data composed of the normalized data and the power consumption of the operating electric device 3 as the answer at that time with each type of the electric device 3 in association with the type of the electric device 3. To the communication unit 13 of the measurement unit 10. Thereby, teacher data for each operation state of the electrical device 3 is registered in the estimation unit 12 of the measurement unit 10 (step S103).

推定部１２は、各動作状態毎の教師データから、重回帰分析によって、凸幅および凸高さに対する当該電気機器３の消費電力曲線を推定する（ステップＳ１０４）。具体的には、下記の式１におけるパラメータａ及びパラメータｂを誤差が最小になるように決定する。誤差計算方法としては最小二乗法を用いる。そして、式１により、各動作状態毎の各凸点における推定消費電力を求める（ステップＳ１０５）。   The estimation unit 12 estimates the power consumption curve of the electric device 3 with respect to the convex width and convex height from the teacher data for each operation state by multiple regression analysis (step S104). Specifically, the parameter a and the parameter b in Equation 1 below are determined so that the error is minimized. The least square method is used as the error calculation method. And the estimated power consumption in each convex point for every operation state is calculated | required by Formula 1 (step S105).

ｉ＝１〜ｍ、
α：ずれの許容範囲を示す定数、
ｄ：基準凸点位置とのずれ

i = 1 to m,
α: constant indicating the allowable range of deviation,
d: Deviation from the reference convex point position

次に、下記の式２に示すように、各動作状態毎に、それぞれの凸点から推定した消費電力を積算し、平均値を計算する（ステップＳ１０６）。なお、式１の結果から、推定消費電力が０のものは、式２の平均計算から除外する。また、寄与度の低い凸点の推定消費電力も式２の平均計算から除外する。   Next, as shown in Equation 2 below, the power consumption estimated from each convex point is integrated for each operation state, and an average value is calculated (step S106). In addition, from the result of Formula 1, those with estimated power consumption of 0 are excluded from the average calculation of Formula 2. In addition, the estimated power consumption of a convex point with a low contribution is also excluded from the average calculation of Equation 2.

なお、本実施形態では、上記の式１の結果から、何れかの動作状態において、推定消費電力が０である凸点の個数が、全体の５割を超えた場合、当該電気機器３の当該動作状態における消費電力の推定は不可能とする。何割を閾値とするかは任意である。   In the present embodiment, from the result of Equation 1 above, when the number of convex points whose estimated power consumption is 0 in any of the operating states exceeds 50% of the total, The power consumption in the operating state cannot be estimated. What percentage is used as a threshold is arbitrary.

以上により、一の電気機器３の各動作状態における消費電力を推定するための推定モデルが生成される。そして、推定対象とする全ての電気機器３について、上述した処理を行うことで、各電気機器３の各動作状態における消費電力を推定するための推定モデルを取得することができる。   As described above, an estimation model for estimating the power consumption in each operation state of one electrical device 3 is generated. And the estimation model for estimating the power consumption in each operation state of each electric equipment 3 is acquirable by performing the process mentioned above about all the electric equipment 3 made into an estimation object.

以上のように、重回帰式による消費電力の推定式を算出することで、電気機器３が未知の動作状態であっても、その消費電力を推定することができる。即ち、例えば、エアコン３ａの場合、消費電力は連続的に変化するため、消費電力と、それぞれの凸点位置、凸高さ、凸幅の組合せは無限に発生する。これらをすべて登録するのは実際的に不可能であるが、本実施形態の消費電力測定システム１のように、重回帰分析による線形予測式を算出することで、全ての組合せについて登録する必要がなくなり、登録作業が非常に容易にできるようになる。   As described above, by calculating the power consumption estimation formula based on the multiple regression equation, the power consumption can be estimated even when the electrical device 3 is in an unknown operating state. That is, for example, in the case of the air conditioner 3a, since the power consumption continuously changes, the combinations of the power consumption and the respective convex point positions, convex heights, and convex widths are generated infinitely. Although it is practically impossible to register all of these, it is necessary to register all combinations by calculating a linear prediction formula based on multiple regression analysis as in the power consumption measurement system 1 of the present embodiment. The registration work becomes very easy.

続いて、教師データを推定部１２に登録するための登録回路について説明する。   Next, a registration circuit for registering teacher data in the estimation unit 12 will be described.

登録回路は、図９に示すように、正弦波電源装置（５０Ｈｚ，１００Ｖ）５１と、開閉器５２と、総負荷電流を測定するための計器用変流器５３と、電圧を測定するための計器用変成器５４と、波形変換部５５と、通信部５６と、から構成される。また、登録対象とする電気機器３として、エアコン３ａ、電子レンジ３ｂ、ＩＨクッキングヒータ３ｃ、洗濯機３ｄが選択されている。   As shown in FIG. 9, the registration circuit includes a sine wave power supply device (50 Hz, 100 V) 51, a switch 52, a current transformer 53 for measuring the total load current, and a voltage for measuring the voltage. An instrument transformer 54, a waveform converter 55, and a communication unit 56 are included. In addition, an air conditioner 3a, a microwave oven 3b, an IH cooking heater 3c, and a washing machine 3d are selected as electric devices 3 to be registered.

エアコン３ａ、電子レンジ３ｂ、ＩＨクッキングヒータ３ｃ、洗濯機３ｄは、インバータによって消費電力が非常に細かく変化する。したがって、これらの電気機器３の動作状態を変化させる（例えば、エアコン３ａの場合、室内設定温度や設定風速を変化させる）ことで、これら電気機器３の様々な使用状況（動作状態）における教師データを、推定部１２に供給することができる。   In the air conditioner 3a, the microwave oven 3b, the IH cooking heater 3c, and the washing machine 3d, the power consumption changes very finely by the inverter. Therefore, by changing the operating state of these electrical devices 3 (for example, in the case of the air conditioner 3a, the indoor set temperature and the set wind speed are changed), teacher data in various usage situations (operating states) of these electrical devices 3 Can be supplied to the estimation unit 12.

登録回路は、通信部５６が、測定部１０の通信部１３と通信を行うため、測定部１０を分電盤２上に設置したまま、教師データを供給することができる。   Since the communication unit 56 communicates with the communication unit 13 of the measurement unit 10, the registration circuit can supply teacher data while the measurement unit 10 is installed on the distribution board 2.

続いて、電気機器３の動作状態とその時の負荷電流の平均電流波形における凸点、凸高さ、凸幅について詳細に説明する。図１０は、ＩＨクッキングヒータ３ｃを、火力を中火（１６００Ｗ）にして使用した時の平均電流波形の一例を示している。図１０において、凸点の一つは、電圧が０となった点から２５０マイクロ秒後、正規化した位置としては、０．０１２５の位置に存在する。このとき、凸高さは０．０４６、凸幅は０．０１７５となる。同様に、他の凸点は、０．０３５、０．０５２５、０．０７２５で示される位置にそれぞれ存在する。   Next, the convex points, the convex heights, and the convex widths of the operating state of the electrical equipment 3 and the average current waveform of the load current at that time will be described in detail. FIG. 10 shows an example of an average current waveform when the IH cooking heater 3c is used with a heating power of medium heat (1600 W). In FIG. 10, one of the convex points exists at a position of 0.0125 as a normalized position 250 microseconds after the point where the voltage becomes zero. At this time, the convex height is 0.046, and the convex width is 0.0175. Similarly, other convex points exist at positions indicated by 0.035, 0.0525, and 0.0725, respectively.

また、例えば、エアコン３ａが暖房モード（例えば、風量：中）（８００Ｗ）で動作している場合、図１１に示すような平均電流波形および凸点が得られる。図１１で示される凸点の位置（位置０．１０７５、位置０．１３２５）は、図１０に示したＩＨクッキングヒータ３ｃの場合と大きく異なる。このように異なる電気機器３では、その動作状態に応じた固有の平均電流波形と凸点を伴う。これらの凸点情報は、推定対象としない他の電気機器の電流が混ざった場合にも容易に抽出可能である。例えば、ＩＨクッキングヒータ３ｃの負荷電流と、照明器の負荷電流が合わさった場合でも、ＩＨクッキングヒータ３ｃの凸点情報を容易に識別可能である。   For example, when the air conditioner 3a is operating in the heating mode (for example, air volume: medium) (800 W), an average current waveform and a convex point as shown in FIG. 11 are obtained. The positions of the convex points shown in FIG. 11 (position 0.1075, position 0.1325) are significantly different from the case of the IH cooking heater 3c shown in FIG. As described above, the different electrical devices 3 are accompanied by a specific average current waveform and a convex point corresponding to the operation state. These convex point information can be easily extracted even when the currents of other electrical devices not to be estimated are mixed. For example, even when the load current of the IH cooking heater 3c and the load current of the illuminator are combined, the convex point information of the IH cooking heater 3c can be easily identified.

このように、電気機器３の種々の動作状態における凸点の位置、凸幅、凸高さを照合することにより、各電気機器３の動作状態を容易に検出することができる。しかも、他の電気機器に対応する負荷電流が混入した場合でも、動作状態を検出することができる。   As described above, the operation state of each electric device 3 can be easily detected by collating the position of the convex point, the convex width, and the convex height in various operation states of the electric device 3. In addition, even when a load current corresponding to another electrical device is mixed, the operation state can be detected.

図１２は、エアコン３ａが、負荷１０００Ｗで動作している場合と、１４００Ｗで動作している場合の平均電流波形の例を示している。図１２では、電圧１周期分の負荷電流の変化を示したものであり、図１２の横軸の左端は電圧が０Ｖとなる点（位相０）であり、右端は位相が３６０度となる点である。本実施形態では、電圧の周波数は５０Ｈｚであるので、右端は、左端から２０ミリ秒経過した時間における負荷電流値を示している。   FIG. 12 shows an example of an average current waveform when the air conditioner 3a is operating at a load of 1000W and when operating at a load of 1400W. FIG. 12 shows a change in load current for one voltage cycle. The left end of the horizontal axis in FIG. 12 is a point where the voltage is 0 V (phase 0), and the right end is a point where the phase is 360 degrees. It is. In the present embodiment, since the voltage frequency is 50 Hz, the right end indicates the load current value at the time when 20 milliseconds have elapsed from the left end.

図１２において、１４００Ｗで動作している場合と、１０００Ｗで動作している場合の平均電流波形を比較すると、どちらの場合であっても、凸点位置は変化せず、凸高さ及び凸幅が負荷の電力に比例して増加していることが判る。但し、全ての凸点が同じ比例定数で増加するわけではなく、凸点毎に比例定数が異なる。したがって、上述したように、それぞれの凸点について、重回帰分析により凸幅および凸高さから、消費電力を推定する回帰式を求める必要がある。   In FIG. 12, when comparing the average current waveform when operating at 1400 W and when operating at 1000 W, the convex point position does not change in either case, and the convex height and convex width. It can be seen that increases in proportion to the power of the load. However, not all convex points increase with the same proportionality constant, and the proportionality constants differ for each convex point. Therefore, as described above, for each convex point, it is necessary to obtain a regression equation for estimating power consumption from the convex width and convex height by multiple regression analysis.

以上のように、推定部１２は、総負荷電流の平均電流の凸点の位置、凸高さ、凸幅に関するデータを入力とし、電気機器３の消費電力を出力とする推定モデルに従って、動作中の電気機器３の消費電力を個別に推定する。したがって、登録時には検出されなかった凸点の高さや幅を持つ電流波形データが検出されたとしても、電気機器３の消費電力を推定することができる。   As described above, the estimation unit 12 is operating according to an estimation model that receives data on the position, height, and width of the convex point of the average current of the total load current and outputs the power consumption of the electrical device 3 as an output. The power consumption of the electrical equipment 3 is estimated individually. Therefore, even if current waveform data having a height or width of a convex point that was not detected at the time of registration is detected, the power consumption of the electric device 3 can be estimated.

なお、凸点の位置が一致しない場合には、推定部１２において、当該電気機器は、登録対象（即ち、推定対象）以外のもの（不明な電気機器）として扱い、その消費電力の推定を行わない。ただし、１又は複数の不明な電気機器が、動作していても、登録対象の電気機器３の消費電力を推定することができる。   When the positions of the convex points do not match, the estimation unit 12 treats the electrical device as something other than the registration target (that is, the estimation target) (unknown electrical device), and estimates the power consumption. Absent. However, even if one or more unknown electrical devices are operating, the power consumption of the electrical device 3 to be registered can be estimated.

以上説明したように、本実施形態の消費電力測定システム１によると、電力ユーザの家で実際に使用されている電気機器３の個別の消費電力を、電気機器３毎に測定器を設置することなく測定することができる。   As described above, according to the power consumption measurement system 1 of the present embodiment, the individual power consumption of the electrical equipment 3 actually used in the home of the power user is installed for each electrical equipment 3. It can measure without.

推定した電気機器３の消費電力データは、例えば、測定部１０から、上述した登録回路を備える装置に送信され、当該装置でその内容を表示することで、ユーザに提示できるようにしてもよい。また、所定の通信回線を介して、電気事業者等のサービス提供者が運営するサーバに送信するようにしてもよい。このようにすると、サービス提供者から、多様な情報サービスが電力ユーザへ提供されると共に、電力ユーザの側の情報もネットワークを通してサービス提供者に収集され、新しいサービスを構築するために有効に利用することができる。   For example, the estimated power consumption data of the electrical device 3 may be transmitted from the measurement unit 10 to a device including the above-described registration circuit, and displayed on the device to be presented to the user. Moreover, you may make it transmit to the server which service providers, such as an electric power provider, operate via a predetermined | prescribed communication line. In this manner, various information services are provided from the service provider to the power user, and information on the power user side is also collected by the service provider through the network and is effectively used to construct a new service. be able to.

例えば、電気事業者にとって重要な情報の一つに、各電力ユーザが保有する電気機器の構成や使用実態に関する情報がある。特に、ビル等の商業施設では、このような電気使用実態の内訳を得ることで、省エネルギー化を進めることができる。本実施形態の消費電力測定システム１は、このようなニーズに応えることができる有力なシステムの一つといえる。   For example, one of the important information for electric power companies is information on the configuration and actual usage of electric devices owned by each electric power user. In particular, in commercial facilities such as buildings, energy saving can be promoted by obtaining a breakdown of the actual usage of electricity. The power consumption measurement system 1 of the present embodiment can be said to be one of powerful systems that can meet such needs.

本実施形態では、一般家庭における電力機器の個別の消費電力の推定について述べたが、一般家庭のみならず、ビルや工場等にも適用することができる。この場合、例えば、ビル内の特定の電気機器の動作状態及び消費電力を監視して記録することにより、後日、ビル全体の消費電力量のうちどれだけの量が該特定の電気機器によってもたらされたものなのか、といった分析を行うことができる。   In the present embodiment, the estimation of the individual power consumption of power devices in a general household has been described. In this case, for example, by monitoring and recording the operating state and power consumption of a specific electrical device in the building, what amount of power consumption of the entire building is brought about by the specific electrical device at a later date. It can be analyzed whether it was made.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, the various change in the range which does not deviate from the summary of this invention is possible.

例えば、上記実施形態では、推定部１２は、消費電力の推定に重回帰分析等の推定アルゴリズムを用いていたが、これに限定されるものではなく、例えば、ニューラルネットワークや遺伝的アルゴリズムによる推定式を用いても構わない。   For example, in the above embodiment, the estimation unit 12 uses an estimation algorithm such as multiple regression analysis for power consumption estimation. However, the estimation unit 12 is not limited to this. For example, an estimation formula using a neural network or a genetic algorithm is used. May be used.

ニューラルネットワークを利用した推定方法としては、特に逐次的な学習を通して推定モデルの確立が可能になるという特徴を有する階層型ニューラルネットワークの使用が好ましい。この推定方法では、使い始めてから、徐々に推定式の予測制度を向上させることができる。   As an estimation method using a neural network, it is preferable to use a hierarchical neural network having a feature that an estimation model can be established through sequential learning. With this estimation method, the prediction system of the estimation formula can be gradually improved after starting to use.

また、遺伝的アルゴリズムを用いると、予測式自体を柔軟に進化させることが可能となり、上述した式１及び式２において暗黙的に仮定されている予測式の線形性が満たされないモデルにおいても、推定精度の高い予測式を得ることができる。   In addition, when a genetic algorithm is used, the prediction formula itself can be flexibly evolved, and even in a model in which the linearity of the prediction formula implicitly assumed in the above-described formulas 1 and 2 is not satisfied, estimation is performed. A highly accurate prediction formula can be obtained.

また、電話回線や光ファイバー専用回線等を利用して、推定部１２に、特定の電気機器の推定モデル（例えば、当該電気機器のメーカ等から提供される）を追加登録できるようにしてもよい。このようにすると、各電力ユーザにおいて、教師データの登録作業等が必要なくなり、利便性が向上する。   Further, an estimation model of a specific electrical device (for example, provided by the manufacturer of the electrical device) may be additionally registered in the estimation unit 12 using a telephone line, an optical fiber dedicated line, or the like. In this way, it is not necessary for each power user to register teacher data and the convenience is improved.

本発明は、電気機器の個別の消費電力を測定するシステムとして、一般家庭のみならず、ビルや工場等においても好適に採用され得る。   The present invention can be suitably used not only in general households but also in buildings, factories, and the like as a system for measuring individual power consumption of electrical equipment.

１ 消費電力測定システム
１０ 測定部
１１ データ抽出部
１１１ ローパスフィルタ
１１２ Ａ／Ｄ変換部
１１３ 波形蓄積メモリ
１１４ 凸点検出部
１２ 推定部
１３ 通信部
２０ 計器用変成器
２０１ａ 計器用変成器（Ａ相用）
２０１ｂ 計器用変成器（Ｂ相用）
２０２ａ、２０２ｂ 接続線
３０ 計器用変流器
３０１ａ 計器用変流器（Ａ相用）
３０１ｂ 計器用変流器（Ｂ相用）
３０２ａ、３０２ｂ 接続線
２ 分電盤
３ 電気機器
４ 引込線
５ 電柱
６ 電力供給線
５１ 正弦波電源装置
５２ 開閉器
５３ 計器用変流器
５４ 計器用変成器
５５ 波形変換部
５６ 通信部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power consumption measuring system 10 Measurement part 11 Data extraction part 111 Low pass filter 112 A / D conversion part 113 Waveform accumulation memory 114 Convex point detection part 12 Estimation part 13 Communication part 20 Instrument transformer 201a Instrument transformer (for A phase) )
201b Instrument transformer (for phase B)
202a, 202b Connection line 30 Current transformer for instrument 301a Current transformer for instrument (for phase A)
301b Current transformer for instrument (for B phase)
302a, 302b Connection line 2 Distribution board 3 Electrical equipment 4 Lead-in line 5 Utility pole 6 Power supply line 51 Sine wave power supply device 52 Switch 53 Instrument current transformer 54 Instrument transformer 55 Waveform conversion part 56 Communication part

Claims (4)

需要地の引込線における所定箇所で測定した総負荷電流及び電圧に基づいて、総負荷電流の商用周波数１周期分における平均化した電流波形データを抽出し、該平均化した電流波形データから、電流値の変化が増加から減少に転じる点、又は減少から増加に転じる点を示す凸点に関する凸点情報を抽出するデータ抽出手段と、
電気機器の種別と、前記凸点情報と、消費電力と、を対応付けた推定モデルを予め保持し、前記データ抽出手段が抽出した前記凸点情報と、前記推定モデルと、に基づいて、動作中の電気機器の消費電力を個別に推定する推定手段と、を備える、
ことを特徴とする消費電力測定システム。 Based on the total load current and voltage measured at predetermined locations on the service area, the current waveform data averaged over one cycle of the commercial frequency of the total load current is extracted, and the current value is extracted from the averaged current waveform data. A data extraction means for extracting convex point information on a convex point indicating a point at which the change of the point changes from an increase to a decrease or a point at which the change changes from a decrease to an increase;
Based on the convex point information extracted by the data extraction means and the estimated model, an estimation model that associates the type of electrical equipment, the convex point information, and power consumption is stored in advance. An estimation means for individually estimating the power consumption of the electrical equipment in
A power consumption measurement system characterized by that. 前記凸点情報には、当該凸点の位置、幅及び高さについての情報が含まれる、
ことを特徴とする請求項１に記載の消費電力測定システム。 The convex point information includes information about the position, width and height of the convex point.
The power consumption measuring system according to claim 1. 前記推定モデルは、前記凸点情報を説明変数とし、前記電気機器個別の消費電力を目的変数とする重回帰式による線形モデルとして表される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の消費電力測定システム。 The estimation model is represented as a linear model by a multiple regression equation with the convex point information as an explanatory variable and the electric power consumption of each electric device as an objective variable.
The power consumption measuring system according to claim 1 or 2. 需要地の引込線における所定箇所で測定した総負荷電流及び電圧に基づいて、総負荷電流の商用周波数１周期分における平均化した電流波形データを抽出し、該平均化した電流波形データから、電流値の変化が増加から減少に転じる点、又は減少から増加に転じる点を示す凸点に関する凸点情報を抽出するデータ抽出ステップと、
電気機器の種別と、前記凸点情報と、消費電力と、を対応付けた推定モデルと、前記データ抽出ステップで抽出した前記凸点情報と、に基づいて、動作中の電気機器の消費電力を個別に推定する推定ステップと、を有する、
ことを特徴とする消費電力測定方法。 Based on the total load current and voltage measured at predetermined locations on the service area, the current waveform data averaged over one cycle of the commercial frequency of the total load current is extracted, and the current value is extracted from the averaged current waveform data. A data extraction step of extracting convex point information relating to a convex point indicating a point at which the change of the point changes from increasing to decreasing, or a point at which decreasing changes to increasing;
Based on the estimation model that associates the type of electric device, the convex point information, and the power consumption, and the convex point information extracted in the data extraction step, the power consumption of the electric device in operation is calculated. An estimation step for individually estimating,
A method for measuring power consumption.

Images