TWI491136B - 電器負載監測方法與系統 - Google Patents

Description

電器負載監測方法與系統

本揭露是有關於一種電器負載監測方法與系統。

為了節約能源，設置智慧電表(Smart Meter)並架構先進電表系統(Advanced Metering Infrastructure,AMI)已越來越普遍。先進電表系統可以用來取代傳統的人工抄表，並提升電能的使用效率。根據研究指出，若使用者可以得知家庭內的總用電情形，使用者會自發性的節省能源的使用。如果能進一步的得知家中每個電器的用電情形，使用者更可以得知如何省電。

一種作法是在每個電器中都加裝一個感測器，以得知每個電器是否被開啟或關閉，此種方法是屬於侵入式的負載監測。然而，另一種作法是非侵入式電器負載監測(Nonintrusive Appliance Load Monitoring,NALM)，此方法是先偵測所有電器的總功率消耗，再判斷出是哪些電器被開啟或是關閉。因此，如何使用非侵入式的監測方法來準確地判斷哪一個電器已被開啟或關閉，為此領域技術人員所關心的議題。

本揭露的一範例實施例提出一種電器負載監測方法與系統，其可以準確地辨識電器裝置為處於啟動或關閉狀 態。

本揭露的一範例實施例提出一種電器負載監測方法，用於監測多個電器裝置，並且這些電器裝置耦接至一個電力迴路。此電器負載監測方法包括：在第一時間，取得電力迴路的第一電力特徵；在另一個第二時間，取得電力迴路的第二電力特徵；根據第一電力特徵與第二電力特徵判斷是否發生電力特徵變化；以及，若發生電力特徵變化則執行一個辨識程序。上述的辨識程序包括：根據一個參考電壓，調整第一電力特徵至第一正規電力特徵；根據參考電壓，調整第二電力特徵至第二正規電力特徵；以及根據第一正規電力特徵與第二正規電力特徵來辨識一個第一電器裝置從第一狀態改變至第二狀態。

本揭露的一範例實施例提出一種電器負載監測方法，用於監測一個電器裝置。此電器裝置是耦接至一個電力迴路，此電力迴路是耦接至一個電源供應器，而電源供應器是用以供應電源給電器裝置。此電器負載監測方法包括：透過電力特徵量測器，取得電力迴路的電力特徵；判斷電力特徵量測器的量測器類型；根據電源供應器所在的地區，判斷電源供應器的供應器類型；根據量測器類型、供應器類型與參考電壓，調整電力特徵以產生正規電力特徵；以及，根據正規電力特徵辨識電器裝置。

本揭露的一範例實施例提出一種電器負載監測系統，耦接至一電力迴路，其中多個電器裝置是耦接至此電力迴路。此電器負載監測系統包括電力特徵擷取模組、事 件偵測模組、電力特徵正規化模組與電器狀態辨識模組。上述的電力特徵擷取模組是用以在一個第一時間取得電力迴路的第一電力特徵，並在另一個第二時間取得電力迴路的第二電力特徵。事件偵測模組是耦接至電力特徵擷取模組，用以根據第一電力特徵與第二電力特徵判斷是否發生一個電力特徵變化。電力特徵正規化模組則是耦接至事件偵測模組。若發生上述的電力特徵變化，電力特徵正規化模組會根據參考電壓調整第一電力特徵至第一正規電力特徵，並根據參考電壓調整第二電力特徵至第二正規電力特徵。電器狀態辨識模組則會根據第一正規電力特徵與第二正規電力特徵來辨識電器裝置的第一電器裝置從第一狀態切換至第二狀態。

本揭露的一範例實施例提出一種電器負載監測系統，耦接至一個電力迴路。其中，一個電器裝置會耦接至此電力迴路，電力迴路耦接至電源供應器，並且此電源供應器是用以供應電源給電器裝置。此電器裝置監測系統包括電力特徵擷取模組、電力特徵正規化模組與電器狀態辨識模組。電力特徵擷取模組是用以透過一個電力特徵量測器取得電力迴路的一電力特徵，並判斷電力特徵量測器的量測器類型。電力特徵正規化模組是耦接至電力特徵擷取模組，用以根據電源供應器所在的地區判斷電源供應器的供應器類型，並根據量測器類型、供應器類型與參考電壓來調整電力特徵以產生正規電力特徵。電器狀態辨識模組是耦接至電力特徵正規化模組，用以根據正規電力特徵辨 識上述的電器裝置。

基於上述，本揭露之範例實施例所提出的電器負載監測方法與系統，可以正規化所量測的電力特徵，進而準確地辨識並監測電器裝置的啟閉狀態。

為讓本揭露之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

[第一範例實施例]

圖1A是根據第一範例實施例說明監測電器負載的示意圖。

電源供應器190是用以提供電源給一或多個電器裝置。電源供應器190所提供的電源可以是交流或直流，並且電源供應器190也可以提供單相電源(single-phase electric power)、雙向電源(two-phase electric power)或是三相電源(Three-phase electric power)，本揭露並不在此限。

電力特徵量測器180是耦接至電源供應器190，用以量測一或多個電器裝置上的電力特徵。在此範例實施例中，電力特徵量測器180所量測的電力特徵是實功率(active power)。然而，電力特徵量測器180也可以量測電壓、電流、虛功率(reactive power)、功率因素(power factor)、視在功率(apparent power)、電流波形或是諧波，本揭露並不在此限。

電器負載170是耦接至電力特徵量測器180。例如， 電器負載170中包括一或多個電力迴路，且每一個電力迴路耦接至一或多個電器裝置。這些電力迴路耦接的電器裝置是根據電源供應器190所提供的電源來運作。

電器負載監測系統150是耦接至電力特徵量測器180，並透過電力特徵量測器180來取得電器負載170上的電力特徵，進而判斷出電器負載170中哪一個電器裝置的使用狀態已改變。例如，電器負載監測系統150會取得電器負載170中所有電器裝置的總功率，並偵測出哪一個電器裝置被開啟(或被關上)。

圖1B是根據第一範例實施例所繪示之電器負載監測系統的概要方塊圖。

請參照圖1B，電器負載監測系統150包括電力特徵擷取模組152、事件偵測模組154、電力特徵正規化模組156與電器狀態辨識模組158。

電力特徵擷取模組152用以取得電力特徵量測器180所量測到的電力特徵。

事件偵測模組154耦接至電力特徵擷取模組152，用以判斷根據電力特徵擷取模組152所擷取之電力特徵來判斷是否發生電力特徵變化。例如，電力特徵擷取模組152會持續地擷取電器負載170的電力特徵，並且當前次所擷取之電力特徵與此次所擷取之電力特徵的差值大於臨界值時，事件偵測模組154會判定發生電力特徵變化。

電力特徵正規化模組156耦接至電力特徵擷取模組152與事件偵測模組154，用以當發生電力特徵變化時，將 電力特徵擷取模組152所擷取的電力特徵進行正規化。

電器狀態辨識模組158耦接至電力特徵正規化模組156與事件偵測模組154，用以當發生電力特徵變化時，根據電力特徵正規化模組156所產生之正規化電力特徵來辨識哪一個電器裝置改變了狀態。

圖1C是根據第一範例實施例所繪示的電力特徵量測器的運作示意圖。

電器負載170中包括了電力迴路120，而電力迴路耦接至電器裝置102、104與106。在本範例實施例中，電器負載170是在一般家庭中，電器裝置102為螢幕、電器裝置104為音響而電器裝置106為電冰箱。然而，必須瞭解的是本揭露不限於此。例如，在另一範例實施例中，電器負載170亦可在工廠或是商業大樓，並且上述電器裝置可以是機械手臂、伺服器或是電梯。

電力迴路120包括次電力迴路122、124與126。在本範例實施例中，次電力迴路122、124與126是多個插座，並且電器裝置102、104與106是耦接至次電力迴路122與126。換言之，電器裝置102、104與106是透過電力迴路120取得電源供應器190所提供的電源。在其他範例實施例中，次電力迴路122、124與126也可以是延長線、變壓器或整流器，本揭露並不在此限。

電力特徵量測器180包括多工器110、感測器112、114與116、交/直流電源電路130、微控器140、通訊傳輸輸出介面160。

感測器112耦接至次電力迴路122，感測器114耦接至次電力迴路114，並且感測器116是耦接至次電力迴路116。例如，感測器112、114與116為類比(或數位)電表，用以分別量測次電力迴路122、124與126上的電力特徵(亦稱次電力特徵)。

多工器110耦接至感測器112、114、116與微控器140。

交/直流電源電路130是耦接至電源供應器190，用以將電源供應器190所提供的電源轉換為適用於電力特徵量測器180的電源，並轉換後的電源提供給微控器140。

微控器140是用以量測電力迴路120上的電力特徵。具體來說，多工器110是輪流地將感測器112、114與116耦接至微控器140，微控器140會依序地取得感測器112、114與116所量得的次電力特徵。

通訊傳輸輸出介面160是耦接至微控器140。通訊傳輸輸出介面160會透過網路、射頻通訊、其他有線或無線的傳輸將微控器140所產生的數據以及資料傳送給電器負載監測系統150。在一範例實施例中，電器負載監測系統150是配置在遠端的一個伺服器上。電器狀態辨識模組158會提供電器裝置102、104與106的一個使用管理(例如，一個應用程式)。使用者可以透過一個通訊裝置(例如，個人電腦、手機或是平板電腦)連線到此伺服器以操作此使用管理，進而監測各個電器裝置102、104與106。

在另一範例實施例中，電器負載監測系統150也可以配置在家中，通訊傳輸輸出介面160可透過纜線或是匯流 排將資料傳送給電器負載監測系統150，本揭露並不在此限。

首先，電力特徵擷取模組152會取得電力特徵量測器180所量測到的電力特徵。具體來說，電力特徵擷取模組152可以根據從次電力迴路122、124與126所得的次電力特徵來獲得電力迴路120的電力特徵。例如，這些次電力特徵是每個次電力迴路122、124與126上的實功率，並且電力特徵擷取模組152將次電力迴路122、124與126的實功率相加之後，便可以得到電力迴路120整體消耗的實功率。然而，這些次電力特徵也可以包括電壓、電流、虛功率、功率因素、視在功率、電流波形或是諧波，本揭露並不在此限。

詳細來說，電力特徵擷取模組152會在一個時間點(亦稱第一時間)取得電力迴路120上的一個電力特徵(亦稱第一電力特徵)。在另一個時間點(亦稱第二時間)，電力特徵擷取模組152會取得電力迴路上120的另一個電力特徵(亦稱第二電力特徵)。事件偵測模組154會根據第一電力特徵與第二電力特徵判斷是否發生一個電力特徵變化。若發生了電力特徵變化，電力特徵正規化模組156會根據參考電壓來正規化第一電力特徵與第二電力特徵。並且，電器狀態辨識模組158會根據正規化後的電力特徵來辨識一個電器裝置的狀態已被改變。

圖2是根據第一範例實施例所繪示的實功率變化的曲線圖。

請參照圖2，橫軸所表示的為時間，並且縱軸表示的是電力迴路120上整體消耗的實功率，其單位為瓦(watt)。以電器裝置102與104的啟閉為例，在時間區間210時，電器裝置102被開啟，而電器裝置104是關閉，此時電力特徵量測器180所測得的實功率為826.4瓦且電壓是119.3伏特。在時間區間220時，電器裝置102與104皆被開啟，此時電力特徵量測器180所測得的實功率為1340瓦且電壓是117.9伏特。在時間區間230時，電器裝置102被關閉，而電器裝置104被開啟，此時電力特徵量測器180所測得的實功率為557.2瓦且電壓是120.2伏特。值得注意的是，時間區間220時所消耗的實功率(1340w)減去時間區間230時所消耗的實功率為782.8瓦，此是由於電器裝置102從開啟變成關閉。然而，當只有電器裝置102被開啟時，所消耗的實功率為826.4瓦，而此兩數值並不相等。這是由於從時間區間210到時間區間220時電器裝置104被開啟，造成了電壓下降(從119.3V到117.9V)，也造成電器裝置102在時間區間220所消耗的實功率會低於在時間區間210所消耗的實功率。

因此，在不同的時間點下的電壓不一定會相同，此現象會影響一個電器裝置在不同時間點所消耗的實功率。在本範例實施例中，電力特徵正規化模組156會設定一個參考電壓，並將不同電壓下的實功率調整到此參考電壓下的實功率。例如，在某一時間點，電力迴路120的總實功率P_pre 可以用方程式(1)來表示。

在此假設有A₁ ~A_N 共N個電器裝置(例如，電器裝置102、104與106)，P_j 是電器裝置A_j 在參考電壓下所消耗的實功率，而目前開啟的電器裝置為A₁ ~A_i 。α 是電力特徵因子，為一個常數。V₁ 是在此時間點下的電壓，而V_normal 為參考電壓。而方程式(1)可以改寫為以下方程式(2)。

另外，在另一個時間點，電力迴路120的總實功率P_next 可以用方程式(2)來表示。

在此時間點的電壓為V₂ 。A_x 為新開啟的電器裝置，其在參考電壓下所消耗的實功率為P_x 。而方程式(3)可以改寫為以下方程式(4)。

將方程式(2)與方程式(4)相減可以得到方程式(5)。

也就是說，若將兩個時間點所量測的實功率(即，P_next 與P_pre )正規化後再相減，便可以得到電器裝置A_x 在參考電壓下所消耗的實功率P_x 。在一範例實施例中，電器負載監測系統150會建立一個資料庫，其中儲存有各個電器裝置 在參考電壓下的實功率(亦稱電器正規電力特徵)。因此，藉由比對P_x 與資料庫中各個電器裝置的實功率，電器負載監測系統150可以辨識在上述兩個時間點之間，電器裝置A_x 被開啟。然而，在另一範例實施例中，P_next 與P_pre 也可以是虛功率或視在功率，而資料庫中所紀錄的可以是在參考電壓下各個電器裝置的虛功率或視在功率。

舉例來說，請參照圖2，在時間T1，電力特徵擷取模組152會透過電力特徵量測器180取得電力迴路120上的實功率(即1340W，亦稱第一電力特徵)與電壓(即117.9V，亦稱第一電壓)。並且在時間T2，電力特徵擷取模組152會透過電力特徵量測器180取得電力迴路120上的實功率(即557.2W，亦稱第二電力特徵)與電壓(即120.2V，亦稱第二電壓)。此外，事件偵測模組154會根據取得這兩個實功率的差值(即，782.8W)，並判斷此差值是否大於一個臨界值。例如，此臨界值會被設定為20，但本揭露不限於此。當時間T1的實功率與時間T2的實功率的差值超過此臨界值時，事件偵測模組154會判定發生了電力特徵變化。若發生電力特徵變化，表示可能有電器裝置的狀態已改變，此時，電力特徵正規化模組156與電器狀態辨識模組158會執行辨識程序。

例如，在此辨識程序中，電力特徵正規化模組156會依據第一電力特徵(1340W)、第一電壓(117.9V)與參考電壓來產生第一正規電力特徵。具體來說，電力特徵正規化模組156會根據參考電壓(例如，120V)，調整第一電力特徵。 以時間T1為例，電力特徵正規化模組156會先取得第一電壓(117.9V)與參考電壓(120V)的比值(亦稱第一比值)。接著，電力特徵正規化模組156會取得電力特徵因子α 。例如，在此範例實施例中，電力特徵因子α 為2，但本揭露不限於此。然後，電力特徵正規化模組156會根據第一比值與電力特徵因子α 執行指數運算。最後，電力特徵正規化模組156會將指數運算的結果乘上第一電力特徵(1340W)以產生正規化後的電力特徵(亦稱第一正規電力特徵)。也就是說，電力特徵正規化模組156會依據上述方程式(2)，計算出對應第一電力特徵的第一正規電力特徵為1388.16W。在此，第一正規電力特徵是指在時間T1時所有已被開啟的電器裝置在參考電壓下的總實功率。

另一方面，電力特徵正規化模組156也會依據第二電力特徵(557.2W)、第二電壓(120.2V)與參考電壓來產生第二正規電力特徵。具體來說，電力特徵正規化模組156會根據參考電壓(120V)，調整第二電力特徵。例如，以時間T2為例，電力特徵正規化模組156會取得第二電壓(120.2V)與參考電壓的比值(亦稱第二比值)。並且，電力特徵正規化模組156會取得電力特徵因子α ，在此範例實施例中為2。電力特徵正規化模組156還會根據第二比值與電力特徵因子α 執行指數運算。最後，電力特徵正規化模組156會將指數運算的結果乘上第二電力特徵(557.2W)以產生正規化後的電力特徵(亦稱第二正規電力特徵)。也就是說，電力特徵正規化模組156會依據上述方程式(2)，計算出對應 第二電力特徵的第二正規電力特徵為552W。在此，第二正規電力特徵是指在時間T2時所有已被開啟的電器裝置在參考電壓下的總實功率。

另外，在時間區間210時，電器裝置102在參考電壓下的實功率可以經由以下數學式計算出為836.13W(=825.4×((120/119.3)^2))。

值得注意的是，第一正規電力特徵(即，1388.16W)與第二正規電力特徵(即，552W)的相減為836.16W，與電器裝置102在參考電壓下的實功率836.13W非常接近。因此電器狀態辨識模組158可以經由比對這兩個數值，來辨識從時間T1到時間T2時，電器裝置102從開啟的狀態(亦稱第一狀態)被更改為關閉的狀態(亦稱第二狀態)。或者，電器狀態辨識模組158是在資料庫中紀錄電器裝置120在參考電壓下的實功率，並且經由存取資料庫而辨識電器裝置102，本揭露並不在此限。

然而，在其他範例實施例中，上述方法也可以用來辨識其他電器裝置的狀態。此外，第一狀態可以是關閉的狀態，第二狀態可以是開啟的狀態。或者，第一狀態與第二狀態可以代表一個電器裝置上不同的操作模式。例如，當一個電器裝置是一個吹風機時，第一狀態可以用以表示低速的狀態，而第二狀態可用以表示高速的狀態。本揭露並不在此限。

在上述的範例實施例中，電力特徵因子α 是一個常數2。但在其他範例實施例中，每個電器裝置都可有不同的電 力特徵因子。例如，電力特徵正規化模組156可以利用迴歸分析來取得每一個電器裝置的電力特徵因子。

以電器裝置102(亦稱第二電器裝置)為例，電力特徵擷取模組152可先透過電力特徵量測器180取得電器裝置102的多個電力特徵(亦稱量測電力特徵)與多個電壓(亦稱量測電壓)。例如，此電力特徵為實功率。並且，電力特徵正規化模組156會根據量測電力特徵的其中之一、量測電壓的其中之一、參考電壓、電器裝置102的迴歸電力特徵以及電力特徵因子來建立一個迴歸模型。例如，此迴歸模型可以用以下方程式(6)來表示。

其中，p為量測電力特徵的其中之一，V為量測電壓的其中之一，V_ref 為參考電壓，p_norm 為電器裝置102的一個迴歸電力特徵，α 為電器裝置102的電力特徵因子。例如，p_norm 表示電器裝置102在參考電壓下的實功率。在方程式(6)中共有兩個未知變數(p_norm 與α )，也就表示在迴歸分析中至少需要兩個以上的量測電壓與兩個以上的量測電力特徵。然而，本揭露並不限制量測電壓與量測電力特徵的個數。接下來，電力特徵正規化模組156可以根據已建立的迴歸模型，以及所取得的量測電力特徵與量測電壓來執行迴歸分析。藉此，電力特徵正規化模組156可以取得電器裝置102的電力特徵因子與迴歸電力特徵。例如，執行完迴歸分析以後，電力特徵正規化模組156取得電器裝 置102的電力特徵因子α 為3.1，並不是在歐姆定律中的2。因此，對於不同的電器裝置，電力特徵正規化模組156可以使用所計算出的電力特徵因子以準確的計算每個電器裝置的正規電力特徵。值得注意的是，方程式(6)中的P_norm 與P亦可以是虛功率或是視在功率，本揭露並不在此限。

值得一提的是，上述的迴歸分析是由電器負載監測系統150來執行。然而，在其他範例實施例中，此迴歸分析可以事先由一電腦系統(未繪示)來執行。此電腦系統會將計算出的電力特徵因子儲存在一個資料庫。電器負載監測系統150可以經由存取資料庫來取得每個電器裝置的電力特徵因子，本揭露並不在此限。

值得提的是，儘管在本範例實施例中，電力特徵擷取模組152、事件偵測模組154、電力特徵正規化模組156與電器狀態辨識模組158是以硬體來實作，但本揭露不限於此。例如，在另一範例實施例中，電器負載監測系統150可包括中央處理器(central processing unit,CPU)與記憶體，其中電力特徵擷取模組152、事件偵測模組154、電力特徵正規化模組156與電器狀態辨識模組158的功能可以被實作為多個程式碼並儲存於記憶體中，並且中央處理器可執行此些程式碼來完成本揭露之電器負載監測功能。

圖3是根據第一範例實施例說明電器負載監測方法的流程圖。

請參照圖3，在步驟S302中，電力特徵擷取模組152會在某一時間，取得電力迴路的第一電力特徵。在步驟 S304中，電力特徵擷取模組152會在另一個時間點取得電力迴路的第二電力特徵。在步驟S306中，事件偵測模組154會根據第一電力特徵與第二電力特徵判斷是否發生電力特徵變化。

若沒有發生電力特徵變化，則圖3的流程會中止。

若發生電力特徵變化，在步驟S308中，電力特徵正規化模組156會根據參考電壓，調整第一電力特徵至第一正規電力特徵，並且在步驟S310中，電力特徵正規化模組156會根據參考電壓，調整第二電力特徵至第二正規電力特徵。

之後，在步驟S312中，電器狀態辨識模組158會根據第一正規電力特徵與第二正規電力特徵來辨識電器裝置從第一狀態改變至第二狀態。

其中，調整電力特徵至計算正規化電力特徵的機制已以及識別電器裝置之狀態的機制已配合圖2詳細描述如上，在此不再重複描述。

[第二範例實施例]

第二範例實施例與第一範例實施例類似，在此僅描述不同之處。在第一範例實施例中，電器負載170是被配置在一般家庭，然而，在其他範例實施例中，電器負載170可以配置在市區的住宅區、郊區的住宅區、商業區或是工業區。在不同的區域，電源供應器190會有不同的供應器類型，進而產生不同的電壓或是不同的相位(phase)。例如， 在住宅區的供應器類型可能是單相電源(single-phase electric power)。而在商業區或是工業區，供應器類型可能是三相電源(three-phase electric power)。例如，當要量測電力特徵時，家電製造商在工業區使用三相電源，一般使用者可能在住宅區或郊區使用單相電源，會造成相同電器負載在不同用電環境，產生電力特徵量測的結果不同。另一方面，量測電力特徵時，電力特徵量測器180的量測器類型可能也不相同。例如，根據電力特徵量測器180與電器裝置之間的耦接關係，量測器類型至少可以被分為總表與單表兩種，總表為耦接於總電箱，可同時量主電力迴路(240V、208V或220V)與多個次電力迴路(120V或110V)之電力特徵；單表僅可量測單一個次電力迴路的電力特徵。

圖4是根據第二範例實施例說明三相電源的範例示意圖。

請參考圖4，當電力特徵量測器180是接在端點402與端點404之間時，所量測的是相電壓442。若電力特徵量測器180是接在端點402與端點406之間，則所量測的是線電壓444。而線電流424的電流大小會與相電流422的電流大小相同。在三相電源中，端點402與端點404可被包含在一個次電力迴路當中，端點404與端點406可被包含在一個次電力迴路當中。電力特徵量測器180的量測器類型又可分為總表與單表，總表所量測的電壓是線電壓444，而單表所量測的電壓是一個次電力迴路的相電壓442。並且，總表的電流約是單表的電流的0.5倍。值得注 意的是，相電壓442與線電壓444之間的相位與電壓大小並不相同。因此，當一個電器裝置的負載是相電壓442，而量測器類型為總表時，所測得的電力特徵會不準確。

圖5是根據第二範例實施例說明單相電源的範例示意圖。

當電力特徵量測器180跨在端點502與端點504之間時，所量測的是電壓524。若電力特徵量測器180跨在端點502與端點506之間時，所量測的是電壓544。端點502與端點504可被包含在一個次電力迴路中，而端點504與端點506可被包含在一個次電力迴路當中。因此，端點502、504與506便可形成一個主電力迴路。一般來說，電壓544約是電壓524的兩倍，而電流542約是電流522的兩倍。而在單相電源中，電力特徵量測器180的量測器類型也可以分為總表與單表，總表所量測的便是電壓544與電流522，而單表所量測的便是電壓524與電流542。因此，當一個電器裝置的負載是電壓524而量測器類型是總表時，所測得的電力特徵會不準確。

如上所述，供應器類型(例如，單相電源或是三相電源)與量測器類型(例如，單表或總表)都會影響電力特徵量測器180所取得的電力特徵。因此，當取得電力迴路120上的一個電力特徵時，電力特徵擷取模組152會先判斷電力特徵量測器180的量測器類型。此外，電力特徵正規化模組152會根據電源供應器190所在的區域(例如，住宅區、商業區或工業區)來判斷電源供應器190的供應器類型。特 別的是，電力特徵正規化模組156會根據量測器類型、供應器類型與一個參考電壓，調整所取得的電力特徵以產生一個正規電力特徵。並且，電器狀態辨識模組158會根據此正規電力特徵來辨識電器裝置。

具體來說，電力特徵擷取模組152會透過電力特徵量測器180取得電力迴路120上的一個電力特徵與電壓。例如，此電力特徵為實功率、虛功率或視在功率。在一範例實施例中，當電源供應器190在住宅區時，電力特徵正規化模組156會判斷電源供應器190的供應器類型為單相電源。此時若電力特徵擷取模組152判斷電力特徵量測器180的量測器類型為總表，則可以根據方程式(7)來調整電力特徵。

其中，P為電力特徵，而P_norm 為正規電力特徵。V為電力特徵量測器180所量得的電壓，V_ref 為參考電壓，α 為電力特徵因子。

換句話說，電力特徵正規化模組156會將所量得的電壓除以一個預設值(例如，2)，並根據此電壓、參考電壓與電力特徵因子執行指數運算。最後，電力特徵正規化模組156會將指數運算的結果乘上電力特徵以產生正規電力特徵。

另一方面，當電源供應器190的供應器類型為單相電源，且電力特徵量測器180的量測器類型為單表時，則可以根據方程式(8)來調整電力特徵。

其中，P為電力特徵，而P_norm 為正規電力特徵。V為電力特徵量測器180所量得的電壓，V_ref 為參考電壓，α 為電力特徵因子。

換句話說，電力特徵正規化模組156會根據所量得的電壓、參考電壓與電力特徵因子執行指數運算，並將指數運算的結果乘上電力特徵以產生正規電力特徵。

然而，在另一範例實施例中，當電源供應器190在工業區或是商業區時，電源供應器190的供應器類型為三相電源。因此，透過電力特徵量測器180所量得的電力特徵會包括功率因素(power factor)與視在功率(apparent power)，而電力特徵與正規電力特徵為實功率。由於在三相電源中，線電壓的相位會超過相電壓的相位30度，因此電力特徵正規化模組會設定一個相位差為30度，並根據此相位差來調整視在功率與功率因素。

例如，若量測器類型為總表且供應器類型為三相電源時，電力特徵正規化模組156可以根據方程式(9)~(11)來產生正規實功率。

PF _norm =cos(cos^-1 (PF )±d )………(10)

P _norm =S _norm ×PF _norm ………(11)

其中，S為視在功率，S_norm 為正規視在功率，PF為功率因素，PF_norm 為正規功率因素，d為相位差，P_norm 為正 規實功率。

表1是根據一範例實施例用以說明當供應器類型為三相電源時，量測一個電器裝置的電力特徵資料。由表1可得知，即使用同一個電器裝置，在不同的量測器類型之下所測得的實功率並不相同。

表1的總表所量測的各個資料可以根據方程式(9)~(11)來做正規化。計算過程如下：

PF _norm =cos(cos^-1 (0.49)+30)=0.86

P _norm =184.19^＊ 0.86=158.4

另一方面，表1的單表所量測的各個資料可以由以下計算來做正規化。

表2是根據一範例實施例用以說明將表1的電力特徵正規化後的正規電力特徵資料。值得注意的是，在表2中 不同的量測器類型下所計算出的正規實功率會非常接近。

換句話說，當供應器類型為三相電源且量測器類型為總表時，電力特徵正規化模組156會根據線電壓與相電壓之間的相位差來調整視在功率為正規視在功率，並根據此相位差來調整功率因子為正規功率因素。接下來，電力特徵正規化模組156會將正規視在功率與正規功率因素相乘以產生正規實功率，並把正規實功率設定為正規電力特徵。藉此，當使用不同的量測器類型與供應器類型來辨識電器裝置時，電力特徵正規化模組156可以維持電力特徵的一致性。

圖6是根據第二範例實施例說明電器負載監測方法的流程圖。

請參照圖6，在步驟S602中，電力特徵擷取模組152會透過電力特徵量測器，取得電力迴路的電力特徵。在步驟S604中，電力特徵擷取模組152會判斷電力特徵量測器的量測器類型。在步驟S606中，電力特徵正規化模組156會根據電源供應器所在的地區，判斷電源供應器的供應器類型。在步驟S608中，電力特徵正規化模組156會 根據量測器類型、供應器類型與參考電壓，調整電力特徵以產生正規電力特徵。

在步驟S610中，電器狀態辨識模組158會根據正規電力特徵辨識電器裝置。例如，電器狀態辨識模組158可以執行圖3中的各步驟來辨識電器裝置。然而，在步驟S610中，電器狀態辨識模組158也可以使用其他方法來辨識電器裝置，本揭露並不在此限。

圖7是根據第二範例實施例說明從不同地區擷取電力特徵的範例示意圖。

請參照圖7，伺服器620中配置有電器狀態辨識模組158、記憶體157(儲存有電力特徵正規化資料庫)以及電力特徵正規化模組156。伺服器620會從工業區用電環境710、住宅區用電環境720、郊區用電環境730、使用者740、750、與760取得不同地區的電力特徵。不同地區可能有不同的供應器類型。例如，工業區用電環境710供應的是三相電源，為家電製造商的使用環境。住宅區用電環境720供應的是220伏特的電源。郊區用電環境730供應的是240伏特的電源，為一般用戶的使用環境。電力特徵量測器712、714、722、732在取得這些用電環境的電力特徵以後會將所取得的電力特徵傳送給電力特徵正規化模組156。電器狀態辨識模組158會將這些電力特徵與記憶體157中的電力特徵正規化資料庫比對，以辨識哪些電器的狀態已改變。

另一方面，使用者740也會使用電力特徵量測器742 取得某一個電器裝置的電力特徵，並且由電力特徵正規化模組來156a來做正規化。類似地，電力特徵正規化模組156b也會正規化從電力特徵量測器752所取得的電力特徵；電力特徵正規化模組156c會正規化從電力特徵量測器762所取得的電力特徵。電力特徵正規化模組156a~156c會將正規化後的電力特徵傳送到電器狀態辨識模組158。電器狀態辨識模組158會根據記憶體157中的電力特徵正規化資料庫來辨識哪一個電器特徵的狀態已改變。

綜上所述，本揭露的範例實施例所提出的電器負載監測方法與電器負載監測系統，請參照圖7，電力特徵經由電力特徵量測器後傳送至伺服器之正規化電力特徵，可以根據電源供應器所在的地區以及不同的量測器類型來正規化電力特徵，經由正規化電力特徵模組處理後儲存於電力特徵正規化資料庫或記憶體。一般使用者，電力特徵經由電力特徵量測器量測後，經由正規化電力特徵模組處理，再傳送至電器狀態辨識模組，進行電器狀態辨識。正規化電力特徵可於伺服器端處理，亦可於使用者的本地端處理，本揭露並未限制何處處理。並且，當一個電器裝置的狀態改變時，狀態改變前後的不同電壓也會被用以正規化電力特徵。藉此，可以提升辨識電器裝置的準確性，並進一步正確地監測這些電器裝置。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本 揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

150‧‧‧電器負載監測系統

170‧‧‧電氣負載

180‧‧‧電力特徵量測器

190‧‧‧電源供應器

152‧‧‧電力特徵擷取模組

154‧‧‧事件偵測模組

156‧‧‧電力特徵正規化模組

158‧‧‧電器狀態辨識模組

102、104、106‧‧‧電器裝置

120‧‧‧電力迴路

122、124、126‧‧‧次電力迴路

112、114、116‧‧‧感測器

110‧‧‧多工器

130‧‧‧交/直流電源電路

140‧‧‧微控器

160‧‧‧通訊傳輸輸出介面

T1、T2‧‧‧時間

210、220、230‧‧‧時間區間

S302、S304、S306、S308、S310、S312‧‧‧電器負載監測方法的步驟

402、404、406‧‧‧端點

422‧‧‧相電流

424‧‧‧線電流

442‧‧‧相電壓

444‧‧‧線電壓

502、504、506‧‧‧端點

522、542‧‧‧電流

524、544‧‧‧電壓

S602、S604、S606、S608、S610‧‧‧電器負載監測方法的步驟

620‧‧‧伺服器

710‧‧‧工業區用電環境

720‧‧‧住宅區用電環境

730‧‧‧郊區用電環境

740、750、760‧‧‧使用者

712、714、722、732、742、752、762‧‧‧電力特徵量測器

157‧‧‧記憶體

156a~156c‧‧‧電力特徵正規化模組

圖1A是根據第一範例實施例說明監測電器負載的示意圖。

圖1B是根據第一範例實施例所繪示的電器負載監測系統的方塊圖。

圖1C是根據第一範例實施例所繪示的電力特徵量測器的運作示意圖。

圖2是根據第一範例實施例所繪示的實功率變化的曲線圖。

圖3是根據第一範例實施例說明電器負載監測方法的流程圖。

圖4是根據第二範例實施例說明三相電源的範例示意圖。

圖5是根據第二範例實施例說明單相電源的範例示意圖。

圖6是根據第二範例實施例說明電器負載監測方法的流程圖。

圖7是根據第二範例實施例說明從不同地區擷取電力特徵的範例示意圖。

S302、S304、S306、S308、S310、S312‧‧‧電器負載監測方法的步驟

Claims (25)

1. 一種電器負載監測方法，用於監測多個電器裝置，其中該些電器裝置耦接至一電力迴路，該電器負載監測方法包括：在一第一時間，取得該電力迴路的一第一電力特徵；在一第二時間，取得該電力迴路的一第二電力特徵，其中該第一時間不同於該第二時間；根據該第一電力特徵與該第二電力特徵判斷是否發生一電力特徵變化；以及若發生該電力特徵變化，執行一辨識程序，其中該辨識程序包括：根據一參考電壓，調整該第一電力特徵至一第一正規電力特徵；根據該參考電壓，調整該第二電力特徵至一第二正規電力特徵；以及根據該第一正規電力特徵與該第二正規電力特徵來辨識該些電器裝置之中的一第一電器裝置從一第一狀態改變至一第二狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電器負載監測方法，其中所述根據該第一電力特徵與該第二電力特徵判斷是否發生該電力特徵變化的步驟包括：取得該第一電力特徵與該第二電力特徵之間的一差值；判斷該差值是否大於一臨界值；以及 若該差值大於該臨界值，判定發生該電力特徵變化。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電器負載監測方法，其中所述根據該參考電壓，調整該第一電力特徵至該第一正規電力特徵的步驟包括：取得該電力迴路在該第一時間的一第一電壓；取得該第一電壓與該參考電壓的一第一比值；取得一電力特徵因子；根據該第一比值與該電力特徵因子執行一指數運算；以及將該指數運算的結果乘上該第一電力特徵以產生該第一正規電力特徵。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電器負載監測方法，其中所述根據該參考電壓，調整該第二電力特徵至該第二正規電力特徵的步驟包括：取得該電力迴路在該第二時間的一第二電壓；取得該第二電壓與該參考電壓的一第二比值；取得一電力特徵因子；根據該第二比值與該電力特徵因子執行一指數運算；以及將該指數運算的結果乘上該第二電力特徵以產生該第二正規電力特徵。
5. 如申請專利範圍第3項所述之電器負載監測方法，其中所述取得該電力特徵因子的步驟包括：取得一第二電器裝置的多個量測電力特徵與多個量 測電壓；根據該些量測電力特徵的其中之一、該些量測電壓的其中之一、該參考電壓、該第二電器裝置的一迴歸電力特徵以及該電力特徵因子來建立一迴歸模型；以及根據該迴歸模型、該些量測電力特徵與該些量測電壓執行一迴歸分析以取得該電力特徵因子與該迴歸電力特徵。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電器負載監測方法，其中所述根據該第一正規電力特徵與該第二正規電力特徵來辨識該些電器裝置的該第一電器裝置從該第一狀態改變至該第二狀態的步驟包括：建立一資料庫，該資料庫儲存有每一該些電器裝置在該參考電壓下的一電器正規電力特徵；計算該第一正規電力特徵與該第二正規電力特徵的一差值；以及比對該差值與每一該些電器正規電力特徵以辨識該第一電器裝置從該第一狀態改變至該第二狀態。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電器負載監測方法，其中該電力迴路包括多個次電力迴路，該些電器裝置是耦接至該些次電力迴路的其中之一，並且該些次電力迴路耦接至一多工器，其中所述在該第一時間，取得該電力迴路的該第一電力特徵的步驟包括：透過該多工器，取得每一該些次電力迴路的一次電力 特徵；以及根據該些次電力特徵，取得該第一電力特徵。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電器負載監測方法，其中該第一電力特徵與該第二電力特徵各別包括一電壓、一電流、一實功率(active power)、一虛功率(reactive power)、一功率因素(power factor)、一視在功率(apparent power)、一電流波形或一諧波。
9. 一種電器負載監測方法，用於監測一電器裝置，其中該電器裝置耦接至一電力迴路，該電力迴路耦接至一電源供應器，且該電源供應器用以供應一電源給該電器裝置，該電器負載監測方法包括：透過一電力特徵量測器，取得該電力迴路的一電力特徵；判斷該電力特徵量測器的一量測器類型；根據該電源供應器所在的地區，判斷該電源供應器的一供應器類型；根據該量測器類型、該供應器類型與一參考電壓，調整該電力特徵以產生一正規電力特徵；以及根據該正規電力特徵辨識該電器裝置。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電器負載監測方法，其中所述判斷該電力特徵量測器的該量測器類型的步驟包括：根據該電力特徵量測器與該電源供應器的一耦接關係來判斷該量測器類型是否為一單表或是一總表。
11. 如申請專利範圍第10項所述之電器負載監測方法，其中該電力特徵還包括一電壓，並且所述根據該量測器類型、該供應器類型與該參考電壓，調整該電力特徵以產生該正規電力特徵的步驟包括：若該量測器類型為該單表且該供應器類型為一單相電源時，則將該電壓除以一預設值，根據該電壓、該參考電壓與一電力特徵因子執行一指數運算，並將該指數運算的結果乘上該電力特徵以產生該正規電力特徵；以及若該量測器類型為該總表且該供應器類型為該單相電源時，則根據該電壓、該參考電壓與該電力特徵因子執行該指數運算，並將該指數運算的結果乘上該電力特徵以產生該正規電力特徵。
12. 如申請專利範圍第10項所述之電器負載監測方法，其中該電力特徵包括一功率因素(power factor)與一視在功率(apparent power)，並且所述根據該量測器類型、該供應器類型與該參考電壓，調整該電力特徵以產生該正規電力特徵的步驟包括：若該量測器類型為一總表且該供應器類型為一三相電源時，則執行以下步驟：根據該三相電源中一線電壓與一相電壓之間的一相位差來調整該視在功率以產生一正規視在功率；根據該相位差調整該功率因素以產生一正規功率因素；將該正規視在功率與該正規功率因素相乘以產生一 正規實功率；以及設定該正規實功率為該正規電力特徵。
13. 一種電器負載監測系統，耦接至一電力迴路，其中多個電器裝置耦接至該電力迴路，該電器負載監測系統包括：一電力特徵擷取模組，用以在一第一時間取得該電力迴路的一第一電力特徵，並在一第二時間取得該電力迴路的一第二電力特徵，其中該第一時間不同於該第二時間；一事件偵測模組，耦接至該電力特徵擷取模組，用以根據該第一電力特徵與該第二電力特徵判斷是否發生一電力特徵變化，一電力特徵正規化模組，耦接至該事件偵測模組，其中當發生該電力特徵變化時，該電力特徵正規化模組用以根據一參考電壓調整該第一電力特徵至一第一正規電力特徵，並且根據該參考電壓調整該第二電力特徵至一第二正規電力特徵；以及一電器狀態辨識模組，耦接至該電力特徵正規化模組，用以根據該第一正規電力特徵與該第二正規電力特徵來辨識該些電器裝置的一第一電器裝置從一第一狀態切換至一第二狀態。
14. 如申請專利範圍第13項所述之電器負載監測系統，其中該電力特徵正規化模組還用以取得該第一電力特徵與該第二電力特徵之間的一差值，並且判斷該差值是否大於一臨界值， 其中當該差值大於該臨界值時，該電力特徵正規化模組判定發生該電力特徵變化。
15. 如申請專利範圍第13項所述之電器負載監測系統，其中該電力特徵正規化模組還用以在該第一時間，取得該電力迴路的一第一電壓，取得該第一電壓與該參考電壓的一第一比值，並取得一電力特徵因子，其中該電力特徵正規化模組還用以根據該第一比值與該電力特徵因子執行一指數運算，並將該指數運算的結果乘上該第一電力特徵以產生該第一正規電力特徵。
16. 如申請專利範圍第13項所述之電器負載監測系統，其中該電力特徵正規化模組還用以在該第二時間，取得該電力迴路的一第二電壓，取得該第二電壓與該參考電壓的一第二比值，並取得一電力特徵因子，其中該電力特徵正規化模組還用以根據該第二比值與該電力特徵因子執行一指數運算，並將該指數運算的結果乘上該第二電力特徵以產生該第二正規電力特徵。
17. 如申請專利範圍第15項所述之電器負載監測系統，其中該電力特徵擷取模組還用以取得一第二電器裝置的多個量測電力特徵與多個量測電壓，其中，該電力特徵正規化模組根據該些量測電力特徵的其中之一、該些量測電壓的其中之一、該參考電壓、該第二電器裝置的一迴歸電力特徵以及該電力特徵因子來建立一迴歸模型，其中，該電力特徵正規化模組根據該迴歸模型、該些 量測電力特徵與該些量測電壓執行一迴歸分析以取得該電力特徵因子與該迴歸電力特徵。
18. 如申請專利範圍第13項所述之電器負載監測系統，其中該電器狀態辨識模組還用以存取一資料庫，其中該資料庫儲存有每一該些電器裝置在該參考電壓下的一電器正規電力特徵，該電器狀態辨識模組會計算該第一正規電力特徵與該第二正規電力特徵的一差值，並比對該差值與每一該些電器正規電力特徵以辨識該第一電器裝置從該第一狀態改變至該第二狀態。
19. 如申請專利範圍第13項所述之電器負載監測系統，其中該電力迴路包括多個次電力迴路，該些電器裝置是耦接至該些次電力迴路的其中之一，而該些次電力迴路耦接至一多工器，其中該電力特徵擷取模組還用以透過該多工器，取得每一該些次電力迴路的一次電力特徵，並根據該些次電力特徵，取得該第一電力特徵。
20. 如申請專利範圍第13項所述之電器負載監測系統，其中該第一電力特徵與該第二電力特徵各別包括一電壓、一電流、一實功率(active power)、一虛功率(reactive power)、一功率因素(power factor)、一視在功率(apparent power)、一電流波形、或一諧波。
21. 如申請專利範圍第13所述的電器負載監測系統，其中該該電器狀態辨識模組還用以提供該些電氣裝置 的一使用管理。
22. 一種電器負載監測系統，耦接至一電力迴路，其中一電器裝置耦接至該電力迴路，該電力迴路耦接至一電源供應器，該電源供應器用以供應一電源給該電器裝置，該電器負載監測系統包括：一電力特徵擷取模組，用以透過一電力特徵量測器，取得該電力迴路的一電力特徵，並判斷該電力特徵量測器的一量測器類型；一電力特徵正規化模組，耦接至該電力特徵擷取模組，用以根據該電源供應器所在的地區，判斷該電源供應器的一供應器類型，並根據該量測器類型、該供應器類型與一參考電壓來調整該電力特徵以產生一正規電力特徵；以及一電器狀態辨識模組，耦接至該電力特徵正規化模組，用以根據該正規電力特徵辨識該電器裝置，其中該電力特徵擷取模組還用以根據該電力特徵量測器與該電源供應器的一耦接關係來判斷該量測器類型是否為一單表或是一總表。
23. 如申請專利範圍第22項所述之電器負載監測系統，其中該電力特徵還包括一電壓，其中若該量測器類型為該單表且該供應器類型為一單相電源時，該電力特徵正規化模組還用以將該電壓除以一預設值，根據該電壓、該參考電壓與一電力特徵因子執行一指數運算，並將該指數運算的結果乘上該電力特徵以 產生該正規電力特徵，其中若該量測器類型為該總表且該供應器類型為該單相電源時，該電力特徵正規化模組還用以根據該電壓、該參考電壓與該電力特徵因子執行該指數運算，並將該指數運算的結果乘上該電力特徵以產生該正規電力特徵。
24. 如申請專利範圍第22項所述之電器負載監測系統，其中該電力特徵包括一功率因素(power factor)與一視在功率(apparent power)，其中若該量測器類型為一總表且該供應器類型為一三相電源時，該電力特徵正規化模組還用以根據該三相電源中一線電壓與一相電壓之間的一相位差來調整該視在功率以產生一正規視在功率，並根據該相位差調整該功率因子以產生一正規功率因素，該電力特徵正規化模組還用以將該正規視在功率與該正規功率因素相乘以產生一正規實功率，並設定該正規實功率為該正規電力特徵。
25. 如申請專利範圍第22項所述的電器負載監測系統，其中該電器狀態辨識模組還用以提供該電氣裝置的一使用管理。