(57)【要約】【課題】建物内あるいはフロア内に設置されている電気機器の動作状況を一括してモニタできるようにする。【解決手段】１または複数の通信装置や電気機器（総称して機器１２とする）が建物内の電源線１１に接続されているとして、各機器１２において、機器１２ごとに異なる特定の共振周波数を有しその共振周波数においてインピーダンスが極小となる共振回路（共振回路部１４）を、その機器１２が動作状態にあるときのみに建物の電源線１１と接続するように、その機器１１の電源線１３間にあらかじめ接続しておく。建物の電源線１１のインピーダンスを周波数ごとに測定し、共振回路との共振によりインピーダンスが低下した周波数を検出し、検出した周波数に対応する機器１１を動作状態にある機器と判別する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物内の電源線に接続される機器の各々の動作状態を識別する電気機器識別方法であって、
前記各機器において、機器ごとに異なる特定の共振周波数を有し当該共振周波数においてインピーダンスが極小となる共振回路を、当該機器が動作状態にあるときのみに前記建物の電源線と接続するように、当該機器の電源線間に接続し、
周波数に応じた前記建物の電源線のインピーダンスを測定し、
前記共振回路との共振によりインピーダンスが低下した周波数を検出し、
検出した周波数に対応する機器を動作状態にある機器と判別する、
電気機器識別方法。
【請求項２】
前記建物の電源線のインピーダンスの測定は、前記建物の電源線に接続されている複数の前記機器に設けられた前記共振回路の共振周波数を含む周波数帯域のパルス信号を前記建物の電源線に印加し、前記パルス信号に対する前記建物の電源線での電流及び電圧の応答から周波数ごとのインピーダンスを求めることを含む、請求項１に記載の電気機器識別方法。
【請求項３】
前記建物の電源線のインピーダンスの測定は、前記機器に設けられた共振回路の共振周波数を搬送波周波数とする搬送波信号を前記建物の電源線に印加することを含む、請求項１に記載の電気機器識別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の電気機器を使用する事業所等において、それらの電気機器の動作状態を遠隔で識別する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
データセンタや通信ビル、小規模事業所や工場など、多数の電気機器を同時に使用する事業所では、全体での電力削減のために、それらの電気機器の動作状態や消費電力を知りたい場合がある。しかしながら、実際にどの電気機器が動作状態にあるのかを明確に把握することは難しく、機器ごとの正確な電力変動もわからない場合が多い。その一方で、稼働時における機器もしくはその内部回路の消費電力をあらかじめ知っていれば、実際にその時点で動作状態にある機器や回路がどれであるかを把握することで、それらを積算することにより全体の消費電力を知ることができるとともに、全体の消費電力に占める各機器の消費電力の割合を細かく求めることができ、いわゆる「消費電力の見える化」が可能になる。
【０００３】
ところで、業務用の大規模な通信装置やルータ、サーバ等は、例えば、一つのシステム（ラック、架）が複数のブロック（ユニット）に分かれており、各ユニットの中にもまた、通信回線の収容や電源供給、システムの制御インタフェース等の役割を持った複数の回路基板（パッケージ）が設けられるなど、拡張性を考慮した多段階の階層的分割構成になっていることが多い。図１は、大規模な通信装置の一例を示している。通信装置１は、複数のユニット２から構成されており、各ユニット２は、それぞれ複数のパッケージ３が挿抜可能に設けられている。ユニット２としては、例えば、通信用パッケージ３Ａが設けられる通信ユニット２Ａ、制御用パッケージ３Ｂが設けられる制御ユニット２Ｂ、及び、電源用パッケージ３Ｃが設けられる電源ユニット２Ｃが設けられる。電源ユニット２Ｃの各電源用パッケージ３Ｃは、例えば商用電源が供給されて、通信用パッケージ３Ａや制御用パッケージ３Ｂなどのパッケージ３で使用される電源電圧を生成する。
【０００４】
このような構成の機器には、その運用や制御を行うオペレーションシステム（ＯｐＳ(Operation System)あるいはＯＳＳ(Operation Support System)）が装備されていることが一般的である。大規模な通信装置や通信ネットワークを対象としたオペレーションシステムの例が非特許文献１及び非特許文献２に示されている。消費電力のモニタの対象となるべき通信装置や電気機器において、そのオペレーションシステムに消費電力をモニタする仕組みが組み込まれていれば、遠隔での正確な消費電力のモニタが可能になる。しかしながら、通信装置や電気機器での従来のオペレーションシステムは、通信回線の運用、保守、監視等を行うことが主な目的とするものであり、各通信装置における消費電力をモニタするような機能を備えているものは少ない。また、図１に示した通信装置のように多段の階層的分割構成となっている通信装置の場合、複数の通信回線が１枚のパッケージに収容されている場合もあり、通信回線数と消費電力量が比例するとは限らないから、オペレーションシステムによって把握される通信回線の使用状況に基づいて消費電力を算出することもできない。
【０００５】
これらに加えて上記のオペレーションシステムは、一般に他の機器との互換性は考慮されておらず、メーカや機種に依存した複数のオペレーションシステムが独立に運用されていることが多い。このため、メーカや機種などが異なる複数の装置をまとめてサポートし、消費電力のモニタを行えるようにするためには、多数の装置インタフェースと互換性を持ったオペレーションシステムを新規開発する必要があり、多額な費用がかかることとなる。新規に機器を導入する際にも、消費電力のモニタを行おうとすれば、指定のオペレーションシステムがサポートできるような仕様の機器を使うか、改造を加える必要がある。そのため、ハードウェアも高価になる。
【０００６】
これらのことから、オペレーションシステムを利用して、事業所内の電気機器の消費電力を統一的にモニタし、管理することは困難である。
【０００７】
ところで近年、電気機器の消費電力をモニタする手法として、スマートタップ等のセンサを用いたモニタリングが提案されている。例えば非特許文献３には、監視対象の機器に消費電力を計測する電力センサを設置し、サーバによって各電力センサでの計測値を収集することが開示されている。また、非特許文献４には、スマートタップを用いて家庭内の各電気機器の電力使用量を把握し、消費電力の「見える化」を実現した例が示されている。以下、スマートタップを用いた消費電力のモニタリングの方法について説明する。
【０００８】
図２は、スマートタップを用いた消費電力モニタリングシステムの構成の一例を示している。ここで言うスマートタップは、各装置や機器の電源を供給する電源コンセントに取り付けることで、そのスマートタップを流れる電流から消費電力を計測する機能を有するものである。計測されたデータは、一般に、無線（無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）、Zigbee（登録商標）等）や有線（電力線通信等）の通信手段を用いてデータ集約装置に送られた後、有線通信手段等によりネットワークを介して監視・制御センタに送られる。
【０００９】
スマートタップを用いて消費電力をモニタリングする方法は、既存の通信装置や電気機器に対しスマートタップやデータ集約装置の追加だけで対応可能であり、各機器ごとの消費電力の値や変動を正確にモニタすることが可能であり、同じ種類の電源（例えば単相交流１００Ｖ等）を用いる機器についてモニタリングする場合には、その機器の製造メーカや機種に依存しない、という特徴を有する。しかしながら、スマートタップを用いる方法では、各電気機器に対してスマートタップを１つずつ対応させる必要があり、計測対象とする機器の台数が増えるとコストが増大する。また、対象台数が増えた場合に、データ集約装置までの無線通信の回線数やトラフィック量が増えるため、データ集約装置の数を増やすなどの対応が必要となる。スマートタップと装置、機器とを１対１に対応付けているので、装置の電源を付け替えるときにはスマートタップの付け替えが必要となる。さらに、異なる種類の電源（例えば、従来から通信機械室でよく使用されている直流−４８Ｖ等）を利用する機器に対しては、それに対応した別の種類のスマートタップが必要となる。
【００１０】
各電気機器の消費電力をモニタリングする方法として、オペレーションシステムやスマートタップによる方法のほかに、非特許文献５や非特許文献６に示すように、機器ごとに動作時における電流波形が異なることを利用して、機器を識別する方法がある。
【００１１】
この方法では、各装置や機器が接続する分電盤等にモニタ装置（センサ）を設置し、分電盤から供給される全電流の電流波形をモニタ装置によって計測し、これをあらかじめ計測してデータベース化しておいた各機器単独の電流波形データと照らし合わせることで、接続している機器の種別を推定する。各機器ごとの消費電力値は、その時に動作している機器について上記データベースの値を採用するものとし、それらを合算することで総消費電力を算出する。この方法は、分電盤に設置した１台のモニタ装置によって、その分電盤に接続している複数の装置や機器の消費電力モニタが可能であり、同一種類の電源（例えば単相交流１００Ｖ等）の機器については、製造メーカや機種に依存しない、という特徴を有する。
【００１２】
しかしながら、電流波形による機器識別による方法では、接続している機器数が増えると電流波形のマッチングを行うべき組み合わせ数が膨大になり、計算量や計算時間が増大する、という問題点がある。また、あらかじめ全ての機器についてその電流波形を測定し、データベース化しておく必要があり、状態によって電流波形が変わるような機器については、そのような状態ごとに電流波形を測定する必要があって、事前の作業も煩雑である、という問題点もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】本間靖、押切健一、老松敏雄、西園敏弘、「Ｔｙｐｅ−ＸとＭＰＬＳネットワークのオペレーションシステム」、ＮＴＴ技術ジャーナル2003.6、pp.20-23（2003）
【非特許文献２】宇野浩司、「光アクセスシステムとオペレーション」、ＮＴＴ技術ジャーナル２００９．３、pp.10-13（2009）
【非特許文献３】西垣桂、辻井高浩、砂原秀樹、「計算機室における省エネルギーのための消費電力可視化システム」、情報処理学会研究報告  インターネットと運用技術（IOT）  Vol.2011-IOT-12  No.35 pp.1-6 （2011）
【非特許文献４】加藤丈和、松山隆司、「スマートタップネットワークによる消費電力見える化システム」、情報処理学会研究報告  Vol.2011-MBL-59 No.6 pp.1-6  （2011）
【非特許文献５】Katsukura et al. "Life Pattern Sensor with Non-intrusive Appliance Monitoring," ICCE '09 pp.1-2, Jan.2009
【非特許文献６】香西将樹、鈴木康直、石山文彦、秋山佳春、“ノーマルモード電流の周波数特性に基づく家電機器の識別”、電子情報通信学会2011総合大会講演論文集B-4-25
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述したように、従来から電気機器の動作状況を識別するために、オペレーションシステムにより電気機器からの動作状態を示す信号を受信する方法や、機器ごとにスマートタップなどの電流センサを設置する方法、あるいは電源線に重畳する機器特有の電流波形を検出する方法などが知られている。しかしながらこれの方法では、電気機器の改造やセンサの設置、あるいは機器との通信回路の設置に多額の費用が必要であることや、対象とする機器の台数が増えると識別精度が低下することなどの課題がある。
【００１５】
事業所等においては建物単位あるいは建物のフロア単位での消費電力の測定は一般に行われているから、少なくともフロア単位で、簡易な手法により、機器のメーカや機種によらず、そのフロア内に設置されている各機器の動作状況を一括してモニタできる監視方法が求められている。
【００１６】
本発明の目的は、簡易な構成により、建物内あるいはフロア内に設置されている電気機器の動作状況を一括してモニタできる電気機器識別方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の電気機器識別方法は、建物内の電源線に接続される機器の各々の動作状態を識別する電気機器識別方法であって、各機器において、機器ごとに異なる特定の共振周波数を有しその共振周波数においてインピーダンスが極小となる共振回路を、その機器が動作状態にあるときのみに建物の電源線と接続するように、その機器の電源線間に接続し、周波数に応じた建物の電源線のインピーダンスを測定し、共振回路との共振によりインピーダンスが低下した周波数を検出し、検出した周波数に対応する機器を動作状態にある機器と判別する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれは、簡単な構成の共振回路をモニタ対象の通信装置や電気機器、回路ブロックなどに取り付けておくだけで、建物の電源線における周波数ごとのインピーダンス測定によってその機器の動作の有無が分かるようになり、当該機器の動作時の消費電力があらかじめ分かっていれば、消費電力についても機器ごとに簡単にモニタできるようになる、という効果がある。同一建物内あるいは同一フロア内に配置された複数の機器など、共通の電源系統に接続した機器に関しては、その電源系統の電源線でのインピーダンスを測定するだけで一括して動作の有無を判別することができるから、これらの全ての機器を１台のモニタリング装置で監視することができる。また、電源の交流／直流の別や、電源電圧にかかわらず、同じ仕組みでのモニタリングが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】大規模な通信装置の構成の一例を示す斜視図である。
【図２】スマートタップを用いたモニタリング方法の概要を示す図である。
【図３】本発明の実施の一形態の電気機器識別方法が適用されるシステムの基本的な構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示すシステムの回路構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示した構成の等価回路図である。
【図６】（ａ）は共振機能部のインピーダンスにおける周波数特性を示すグラフであり、（ｂ）は共振機能部の構成の一例を示す回路図である。
【図７】電源側から見たインピーダンスと共振周波数との関係の一例を示すグラフである。
【図８】広帯域パルスを用いる識別方法を説明する図である。
【図９】モノトーン信号を用いる識別方法を説明する図である。
【図１０】電気機器識別方法が適用される別のシステムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図３は本発明の実施の一形態の電気機器識別方法が適用されるシステムの概要を示している。
【００２１】
事業所の建物において、外部の商用電源あるいは通信用電源などから電力供給を受ける電源系や分電盤が設けられており、これらの電源系（及び分電盤）には、外部電源からの電力を建物内に設置された通信装置や電気機器などに供給するための電源線１１が設けられている。ここでは、単相交流電力あるいは直流電力を想定して１対の電源線１１が設けられているが、三相交流電力の場合であれば電源線の数が３本になることは言うまでもない。またここでいう電源線１１には、システムにおける電力供給構成にもよるが、接地線も含まれる。
【００２２】
本実施形態において動作状態の監視の対象となる通信装置や電気機器、さらには回路ブロックなどのことを総称して機器１２と呼ぶことにすると、機器１２は、例えば、プラグとコンセントとを介して建物の電源線１１に接続している。機器１２内には、機器１２内に設けられた電源スイッチ１６を介して建物側の電源線１１に接続する電源線１３が設けられている。機器１２の電源線１３には、その機器１２内の各回路等に電力を供給するための電源部１５が設けられるともに、一対の電源線１３の間を接続するように共振回路部１４が設けられている。共振回路部１４は、後述するように、共振周波数においてインピーダンスが極小となる共振回路からなっている。ここで共振回路部１４の共振周波数は、建物の電源線１１に接続する機器（通信装置、電気装置、回路モジュール）ごとに異なる値とされている。機器１２ごとに異なる共振周波数に対応付けることにより、共振周波数によって機器の個体識別を行うことができるようになる。建物の電源線１１側から見ると、共振回路部１４は各機器１２の電源スイッチ１６よりも向こう側にあるから、電源スイッチ１６が導通状態すなわちその機器１２が動作状態のときにのみ建物の電源線１１に接続し、電源スイッチ１６が遮断状態すなわちその機器１２が休止状態のときには電源線１１には接続しないようになる。
【００２３】
本実施形態では、このように機器１２ごとに共振回路部１４が設けられており、建物の電源線１１に接続したモニタリング装置１７によりこの電源線１１の周波数ごとのインピーダンスを測定する。モニタリング装置１７は、例えば、電源線１１を含む電源系統あるいは分電盤において電源線１１に接続する。動作状態にある機器１２の共振回路部１４は、１対の電源線１１の間を短絡するように接続していることになるので、この共振回路部１４の共振周波数では、電源線１１のインピーダンスが極小となっている。そこでモニタリング装置１７は、この電源線１１に対して高周波の信号を印加し、その応答（電圧Ｖ及び電流Ｉ）を計測することで周波数ごとのインピーダンスを測定して、その電源線１１に接続している全ての共振回路部１４の共振周波数をモニタし、どの共振回路部１４が電源線１１に接続している、すなわちどの機器１２が動作状態になっているかを判別する。
【００２４】
図４は、複数の機器１２が電源線１１に接続している場合におけるブロック図であり、、図５はその等価回路図である。図４，５に示したものでは、電源線１１に対し、機器（１）〜機器（ｎ）のｎ台の機器１１が並列に接続している。図５において、Ｚｒｉ，ｆｉは、それぞれ、機器（ｉ）に取り付けた共振回路部１４のインピーダンスと共振周波数であり、Ｚｓｉは機器（ｉ）の電源部１５のインピーダンスである。
【００２５】
各機器１２の電源部１５のインピーダンスは、一般に、電源周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の程度の低周波領域では十分に低いものの、高周波領域に関しては、外部からの高周波ノイズが回路に入力することがないように、高いインピーダンスになっている。共振回路部１４の共振周波数は、このような高周波領域に設定されている。共振回路部１４のインピーダンスの周波数特性が図６（ａ）に示されているが、共振周波数でインピーダンスが極小となる。
【００２６】
このような共振回路部１４は、例えば図６（ｂ）に示すように、コイルＬとコンデンサＣの直列共振回路で実現することができる。このような共振回路は、共振周波数の周波数成分のみを選択的に透過させるフィルタ回路であるとも言えるので、図６（ｂ）に示した回路の他に、セラミックフィルタやクリスタル（水晶）フィルタなどの個別素子を用いた共振回路、ＯＰアンプ（演算増幅器）を使ったアクティブフィルタなど、機器ごとに設定される特定の周波数でインピーダンスが極小となる回路であれば、任意の回路を共振回路部１４として用いることができる。
【００２７】
図４及び図５に示すように、建物の電源線１１に対して複数の機器１２が並列に接続された場合における、モニタリング装置１７側から見た電源線１１のインピーダンスは、それぞれの共振回路部１４が並列接続されるため、各共振周波数による複数のピーク（図では落ち込み（ディップ）として表されている）を有する図７に示すようなものとなる。
【００２８】
本実施形態では、モニタリング装置１７から、このような電源系の総合的なインピーダンスを測定することで、極小となるピークとして複数の共振周波数を見つけることができ、どの機器１２が電源線１１に接続しているかを判別することができる。その方法には、例えば、以下に示す２つの方法がある。
【００２９】
（１）広帯域パルスを用いる方法：
図８に示すような時間幅の短いパルス信号をモニタリング装置１７から電源線１１に印加し、その時の信号の電圧Ｖ、電流Ｉの応答特性（時間変化）を測定する。モニタリング装置１７には、このようなパルスを発生する信号発生部１８が設けられている。このとき使用する短パルスの周波数スペクトルの帯域は、パルスが短いほど広いものとなる。監視対象とする機器１２に取り付けた共振回路部１４の共振周波数の全てがこのパルスの周波数帯域に含まれるように、パルス幅を設定しておく。
【００３０】
電圧、電流の時間変化から、ラプラス変換等の手段を用いて、電流及び電圧の各々についての周波数スペクトルを求める。電圧スペクトルを電流スペクトルで除算したものが、インピーダンスの周波数スペクトルとなる。このスペクトルの極小値から共振周波数を見つけることができる。
【００３１】
（２）モノトーン信号を用いる方法
図９に示すような単一周波数のモノトーン信号をモニタリング装置１７から電源線１１に印加する。この信号の周波数は連続的もしくはいくつかの離散した値（とびとびの値）で変化できるようにしておく。この場合は、モニタリング装置１７の信号発生部１８がモノトーン信号を生成する。モノトーン信号の周波数を連続的に変化させる場合には、その周波数変化幅は、モニタ対象の機器１２に取り付けた共振回路部１４の共振周波数の全てがこの周波数変化幅内に含まれるように設定する。このようなモノトーン信号を、少しずつ周波数をずらしながら電源線１１に印加し、その時の電源線１１での信号の電圧、電流を測定する。信号の電圧を一定値としておき、電流値のみ測定してもよい。
【００３２】
測定された電流の実効値を電圧の実効値で除算した値（これはインピーダンスの逆数となる）、あるいは、モノトーン信号の電圧を一定値として測定した場合の電流の実効値が、あらかじめ設定したしきい値を上回った場合に、そのときのモノトーン信号の周波数を、共振周波数として出力する。
【００３３】
同様に、モノトーン信号の周波数をいくつかの離散した値とする場合には、これらの周波数値には、電源線１１に接続されている機器１２の共振回路部１４の共振周波数の全ての値を含むようにする。そして、離散した各周波数において信号の電圧と電流とを測定し、上述と同様に、電流を電圧で除算した値がしきい値を上回る場合に、そのときの周波数を共振周波数として出力する。
【００３４】
以上のようにして、どの機器が動作状態にあるかを判別できれば、あらかじめ測定しておいた機器ごとの動作時の消費電力値と判別結果とから、測定対象の電源系統である電源線１１に接続している機器ごとの現在の消費電力値や、全体の消費電力に対する個々の機器の消費電力の割合などを算出することができる。
【００３５】
以上の説明では、電源線１１に接続する機器１２が通信装置や電気機器であるものとしたが、１つの通信装置内に複数の機能ブロック（図１に示した例でのユニット）や複数の回路基盤（図１に示した例でのパッケージ）が収容されている場合であっても、図１０に示すように、電源系統が共通であれば、ユニット別あるいはパッケージ別での動作状態の判別を行うことが可能である。図１０に示したものは、図１に示した通信装置に対して本実地形態の電気機器識別方法を適用できるようにしたものであり、ユニットとして通信ユニット２Ａ、制御ユニット２Ｂ及び電源ユニット２Ｃが設けられ、通信ユニット２Ａ内には複数の通信用パッケージ３Ａが設けられている。ここに示したものでは、ユニットごとに電源スイッチ１６が設けられ、当該ユニットと対応する電源スイッチ１６との間に共振回路部１４が設けられている。さらに通信ユニット２Ａでは、通信用パッケージ３Ａごとに共振回路部１４が設けられている。共振回路部１４での共振周波数は、ユニットごと、パッケージごとに異なっている。なお、各ユニットや各パッケージに電源スイッチやそれに相当する機能が設けられている場合、共振回路部１４は、電源スイッチよりも、該当するユニットまたはパッケージ側に設けられている必要がある。
【００３６】
以上説明した本実施形態の電気機器識別方法によれば、簡単な構成を有する共振回路部を監視対象の装置や機器において電源線間に挿入しておくだけで、実際にその時点で動作している機器の識別や、消費電力の見積もり、分析を行うことが可能になる。これにより、事業所等でのエネルギーマネジメントを行うことができる。この方法では、電源での交流／直流の別や電源電圧にかかわらず、同じ仕組みでモニタリングを行うことができる。
【００３７】
本実施形態の方法では、識別結果や消費電力の測定結果を無線等の手段を用いて集約、転送する必要がなく、電源系統に取り付けたモニタリング装置のみでデータ収集ができる。また、モニタリング装置は取り付け、取り外しが自由であり、常に取り付けておく必要がないことから、複数の電源系統で１台の装置を共有することができる。
【００３８】
これらにより本実施形態によれば、単純で安価な共振回路を電気機器に設置するだけで電気機器側の改造が完了するとともに、電気機器と機器識別を行う装置との間で通信を行う必要が無くなり、検出精度を低下させることなく、動作状況判別のためのシステムのコストを大幅に低減することが可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１    通信装置
２    ユニット
２Ａ        通信ユニット
２Ｂ        制御ユニット
２Ｃ        電源ユニット
３    パッケージ
３Ａ        通信用パッケージ
３Ｂ        制御用ユニット
３Ｃ    電源用パッケージ
１１，１３    電源線
１２    機器
１４    共振回路部
１５    電源部
１６    電源スイッチ
１７    モニタリング装置
１８    信号発生部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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