(57)【要約】【課題】電気機器毎の電流波形を用いなくても電気機器毎の消費電流を推定できる装置を提供する。【解決手段】機器電流管理装置１は、複数の電気機器による消費電流の実波形を示す消費電流の時系列データを取得するデータ取得部１０と、相互に異なる形状を有する複数のモデル化波形を合成した合成波形に近似するものとみなされた実波形に基づいて、複数のモデル化波形それぞれの特徴量の概算値を取得する概算値取得部２２と、この概算値を初期値として、各モデル化波形の特徴量を変更しながら、複数のモデル化波形を合成した合成波形の実波形に対する尤度を繰り返し算出し、尤度が最大となる場合における複数のモデル化波形それぞれの特徴量を推定する特徴量推定部２４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電気機器による消費電流の時系列データが示す前記消費電流の実波形に基づいて各電気機器の消費電流を解析する機器電流解析装置であって、
相互に異なる形状を有する複数のモデル化波形を合成した合成波形に近似するものとみなされた前記実波形に基づいて、前記複数のモデル化波形それぞれの特徴量の概算値を取得する概算値取得部と、
前記概算値を初期値として、各モデル化波形の前記特徴量を変更しながら、前記複数のモデル化波形を合成した合成波形の前記実波形に対する尤度を繰り返し算出し、前記尤度が最大となる場合における前記複数のモデル化波形それぞれの前記特徴量を推定する特徴量推定部とを備え、
前記複数のモデル化波形は、正弦波に対応する第１モデル化波形、半波整流波に対応する第２モデル化波形、半周期ごとに極性が反転するパルスを生じるコンデンサインプット型整流回路の入力電流に対応する第３モデル化波形、及び、電流路上のスイッチ素子が電流のゼロクロスでオフした後でオンへ切り換わるときの位相であるオン位相を制御する位相制御回路の入力電流に対応する第４モデル化波形の４種類である、
機器電流解析装置。
【請求項２】
前記複数のモデル化波形の各々が、１周期分の波形として定義される、
請求項１に記載の機器電流解析装置。
【請求項３】
前記複数のモデル化波形の各々に対応する特徴量が、前記複数のモデル化波形における共通の初期位相を含む
請求項１又は２に記載の機器電流解析装置。
【請求項４】
前記第１モデル化波形に対応する特徴量が、正弦波の最大振幅を含む、
請求項１乃至３の何れか１項に記載の機器電流解析装置。
【請求項５】
前記第２モデル化波形に対応する特徴量が、半波整流波の最大振幅を含む、
請求項１乃至４の何れか１項に記載の機器電流解析装置。
【請求項６】
前記第３モデル化波形に対応する特徴量が、前記コンデンサインプット型整流回路の入力電流における最大振幅と前記パルスのパルス幅とを含む、
請求項１乃至５の何れか１項に記載の機器電流解析装置。
【請求項７】
前記第４モデル化波形に対応する特徴量が、最大振幅及び前記オン位相を含む、
請求項１乃至６の何れか１項に記載の機器電流解析装置。
【請求項８】
前記特徴量推定部が、前記実波形と前記合成波形との差の二乗和を前記実波形の１周期に渡って積算した積算値を含む誤差の逆数として前記尤度を算出する、
請求項１乃至７の何れか１項に記載の機器電流解析装置。
【請求項９】
前記誤差は、前記実波形の時間的な変化量と前記合成波形の時間的な変化量との差の二乗和を前記実波形の１周期に渡って積算した積算値を更に含む、
請求項８に記載の機器電流解析装置。
【請求項１０】
前記複数のモデル化波形の各々に対応する特徴量が、前記複数のモデル化波形における共通の初期位相を含み、
前記第１モデル化波形に対応する特徴量が、正弦波の最大振幅である第１最大振幅を含み、
前記第２モデル化波形に対応する特徴量が、半波整流波の最大振幅である第２最大振幅を含み、
前記第３モデル化波形に対応する特徴量が、前記コンデンサインプット型整流回路の入力電流の最大振幅である第３最大振幅と前記パルスのパルス幅とを含み、
前記第４モデル化波形に対応する特徴量が、前記位相制御回路の入力電流の最大振幅である第４最大振幅と前記オン位相とを含み、
前記実波形が、前記第１モデル化波形、前記第２モデル化波形、前記第３モデル化波形及び前記第４モデル化波形を合成した合成波形に近似するものとみなされ、
前記概算値取得部が、
前記実波形に基づいて前記初期位相の概算値を取得する第１工程と、
前記実波形と前記初期位相の概算値とに基づいて、前記第２最大振幅の概算値を取得する第２工程と、
前記第２最大振幅の概算値に対応する前記第２モデル化波形を前記実波形から減じた第１仮想波形と前記初期位相の概算値とに基づいて、前記第３最大振幅及び前記パルス幅それぞれの概算値を取得する第３工程と、
前記第３工程で取得した前記概算値と前記第１仮想波形と前記初期位相の概算値とに基づいて、前記第４最大振幅及び前記オン位相それぞれの概算値を取得する第４工程と、
前記第４工程で取得した前記概算値と前記第１仮想波形と前記初期位相の概算値とに基づいて、前記第１最大振幅の概算値を取得する第５工程と
を実行することにより、前記複数のモデル化波形の各々に対応する前記特徴量の概算値を取得する、
請求項１乃至８の何れか１項に記載の機器電流解析装置。
【請求項１１】
前記概算値取得部が、前記第１工程において、前記実波形のゼロクロス点の位相を前記初期位相の概算値として取得する、
請求項１０に記載の機器電流解析装置。
【請求項１２】
前記概算値取得部が、前記第２工程において、前記初期位相の概算値に基づく０から１／２周期までの前記実波形と、前記初期位相の概算値に基づく１／２から１周期までの前記実波形とを加えた波形の最大振幅を、前記第２最大振幅の概算値として取得する、
請求項１０又は１１に記載の機器電流解析装置。
【請求項１３】
前記概算値取得部が、前記第３工程において、前記第２最大振幅の概算値に対応する前記第２モデル化波形を前記実波形から減じた前記第１仮想波形を算出し、前記初期位相の概算値に基づく１／４から１／２周期までの区間における前記第１仮想波形の変曲点を特定し、前記初期位相の概算値に基づく１／４周期から前記変曲点までの位相差の２倍を前記パルス幅の概算値として取得する、
請求項１２に記載の機器電流解析装置。
【請求項１４】
前記概算値取得部が、前記第３工程において、前記第２最大振幅の概算値に対応する前記第２モデル化波形を前記実波形から減じた前記第１仮想波形を算出し、前記初期位相の概算値に基づく１／４から１／２周期までの区間における前記第１仮想波形の変曲点を特定し、前記第１仮想波形の最大振幅と前記変曲点での値との差分を前記第３最大振幅の概算値として取得する、
請求項１２又は１３に記載の機器電流解析装置。
【請求項１５】
前記概算値取得部が、前記第４工程において、前記初期位相の概算値に基づく１／４から１／２周期までの前記第１仮想波形を時間軸方向に反転させた波形から、前記初期位相の概算値に基づく０から１／４周期までの前記第１仮想波形を減じた第２仮想波形を算出し、前記第２仮想波形の最大振幅の位相を前記オン位相の概算値として取得する、
請求項１４に記載の機器電流解析装置。
【請求項１６】
前記概算値取得部が、前記第４工程において、前記初期位相の概算値に基づく１／４から１／２周期までの前記第１仮想波形を時間軸方向に反転させた波形から、前記初期位相の概算値に基づく０から１／４周期までの前記第１仮想波形を減じた第２仮想波形を算出し、前記第１仮想波形の最大振幅から、前記第２仮想波形の最大振幅の位相における前記第１仮想波形の値と前記第３最大振幅の概算値とを減じた値を、前記第４最大振幅の概算値として取得する、
請求項１４又は１５に記載の機器電流解析装置。
【請求項１７】
前記概算値取得部が、前記第５工程において、前記第２仮想波形の最大振幅の位相と当該位相における前記第１仮想波形の値とに基づいて、前記第１最大振幅の概算値を取得する、
請求項１６に記載の機器電流解析装置。
【請求項１８】
前記特徴量推定部が、パーティクルフィルタを用いた機械学習により前記複数のモデル化波形それぞれの前記特徴量を推定する、
請求項１乃至１７の何れか１項に記載の機器電流解析装置。
【請求項１９】
複数の電気機器による消費電流の時系列データが示す前記消費電流の実波形に基づいて各電気機器の消費電流を解析するコンピュータのプログラムであって、
前記コンピュータを、
相互に異なる形状を有する複数のモデル化波形を合成した合成波形に近似するものとみなされた前記実波形に基づいて、前記複数のモデル化波形それぞれの特徴量の概算値を取得する概算値取得部、及び、
前記概算値を初期値として、各モデル化波形の前記特徴量を変更しながら、前記複数のモデル化波形を合成した合成波形の前記実波形に対する尤度を繰り返し算出し、前記尤度が最大となる場合における前記複数のモデル化波形それぞれの前記特徴量を推定する特徴量推定部
として機能させ、
前記複数のモデル化波形は、正弦波に対応する第１モデル化波形、半波整流波に対応する第２モデル化波形、半周期ごとに極性が反転するパルスを生じるコンデンサインプット型整流回路の入力電流に対応する第３モデル化波形、及び、電流路上のスイッチ素子が電流のゼロクロスでオフした後でオンへ切り換わるときの位相であるオン位相を制御する位相制御回路の入力電流に対応する第４モデル化波形の４種類である、
機器電流解析プログラム。
【請求項２０】
複数の電気機器による消費電流の実波形を示す前記消費電流の時系列データを取得するデータ取得部と、
相互に異なる形状を有する複数のモデル化波形を合成した合成波形に近似するものとみなされた前記実波形に基づいて、前記複数のモデル化波形それぞれの特徴量の概算値を取得する概算値取得部と、
前記概算値を初期値として、各モデル化波形の前記特徴量を変更しながら、前記複数のモデル化波形を合成した合成波形の前記実波形に対する尤度を繰り返し算出し、前記尤度が最大となる場合における前記複数のモデル化波形それぞれの前記特徴量を推定する特徴量推定部とを備え、
前記複数のモデル化波形は、正弦波に対応する第１モデル化波形、半波整流波に対応する第２モデル化波形、半周期ごとに極性が反転するパルスを生じるコンデンサインプット型整流回路の入力電流に対応する第３モデル化波形、及び、電流路上のスイッチ素子が電流のゼロクロスでオフした後でオンへ切り換わるときの位相であるオン位相を制御する位相制御回路の入力電流に対応する第４モデル化波形の４種類である、
機器電流管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電気機器の消費電流を解析する機器電流解析装置及び機器電流解析プログラム、並びに複数の電気機器の消費電流を管理する機器電流管理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、分電盤で計測した電流の情報から、当該分電盤に接続されている電気機器を推定する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、住宅内の各場所に設置された複数の電気機器の使用状態の組合せでなる消費電流の合計値の時系列データに基づいて、複数の電気機器の稼働状態を確率モデルによりモデル化したときのモデルパラメータを求めることにより、接続されている電気機器を推定する装置が開示されている。当該装置においては、予め記憶されている電気機器毎の電流波形パターンとモデルパラメータとに基づいて、接続されている電気機器が推定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２１８７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の装置では、電気機器毎の電流波形パターンを予め特定しておく必要がある。したがって、新たな電気機器を導入する都度、対応する電流波形を特定して、データベースに登録する必要が生じ、また、対応する電流波形を特定していない電気機器については推定の対象から外れてしまう。このように、従来の技術は、電気機器毎の電流波形パターンを用いることに起因する様々な不利益を生じ得る。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気機器毎の電流波形を用いなくても電気機器毎の消費電流を推定できる機器電流解析装置とそのプログラム並びに機器電流管理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の観点は、複数の電気機器による消費電流の時系列データが示す前記消費電流の実波形に基づいて各電気機器の消費電流を解析する機器電流解析装置である。この機器電流解析装置は、相互に異なる形状を有する複数のモデル化波形を合成した合成波形に近似するものとみなされた前記実波形に基づいて、前記複数のモデル化波形それぞれの特徴量の概算値を取得する概算値取得部と、前記概算値を初期値として、各モデル化波形の前記特徴量を変更しながら、前記複数のモデル化波形を合成した合成波形の前記実波形に対する尤度を繰り返し算出し、前記尤度が最大となる場合における前記複数のモデル化波形それぞれの前記特徴量を推定する特徴量推定部とを備える。前記複数のモデル化波形は、正弦波に対応する第１モデル化波形、半波整流波に対応する第２モデル化波形、半周期ごとに極性が反転するパルスを生じるコンデンサインプット型整流回路の入力電流に対応する第３モデル化波形、及び、電流路上のスイッチ素子が電流のゼロクロスでオフした後でオンへ切り換わるときの位相であるオン位相を制御する位相制御回路の入力電流に対応する第４モデル化波形の４種類である。
【０００７】
この構成によれば、相互に異なる形状を有する複数のモデル化波形を合成した合成波形と、複数の電気機器による消費電流の前記実波形とが近似するとみなされ、この近似のもとで、各モデル化波形の前記特徴量が推定される。前記複数のモデル化波形は、前記第１〜第４モデル化波形の４種類であり、これらの波形の各々は、典型的な電気機器の消費電流の波形である。従って、電気機器毎の電流波形を用いなくても、各モデル化波形について推定された前記特徴量から、これらのモデル化波形に分類され得る電気機器毎の消費電流を推定することが可能となる。
【０００８】
好適に、前記複数のモデル化波形の各々が、１周期分の波形として定義される。
【０００９】
この構成によれば、１周期分の波形として定義された前記モデル化波形の前記特徴量が推定されるため、推定するべき前記特徴量が簡易となり、当該推定に要する演算負荷が低減される。
【００１０】
好適に、前記複数のモデル化波形の各々に対応する特徴量が、前記複数のモデル化波形における共通の初期位相を含む。
【００１１】
好適に、前記第１モデル化波形に対応する特徴量が、正弦波の最大振幅を含む。
【００１２】
好適に、前記第２モデル化波形に対応する特徴量が、半波整流波の最大振幅を含む。
【００１３】
好適に、前記第３モデル化波形に対応する特徴量が、前記コンデンサインプット型整流回路の入力電流における最大振幅と前記パルスのパルス幅とを含む。
【００１４】
好適に、前記第４モデル化波形に対応する特徴量が、前記位相制御回路の入力電流における最大振幅と前記オン位相とを含む。
【００１５】
好適に、前記特徴量推定部が、前記実波形と前記合成波形との差の二乗和を前記実波形の１周期に渡って積算した積算値を含む誤差の逆数として前記尤度を算出する。
【００１６】
好適に、前記誤差は、前記実波形の時間的な変化量と前記合成波形の時間的な変化量との差の二乗和を前記実波形の１周期に渡って積算した積算値を更に含む。
【００１７】
好適に、前記複数のモデル化波形の各々に対応する特徴量が、前記複数のモデル化波形における共通の初期位相を含み、前記第１モデル化波形に対応する特徴量が、正弦波の最大振幅である第１最大振幅を含み、前記第２モデル化波形に対応する特徴量が、半波整流波の最大振幅である第２最大振幅を含み、前記第３モデル化波形に対応する特徴量が、前記コンデンサインプット型整流回路の入力電流の最大振幅である第３最大振幅と前記パルスのパルス幅とを含み、前記第４モデル化波形に対応する特徴量が、前記位相制御回路の入力電流の最大振幅である第４最大振幅と前記オン位相とを含む。前記実波形が、前記第１モデル化波形、前記第２モデル化波形、前記第３モデル化波形及び前記第４モデル化波形を合成した合成波形に近似するものとみなされる。前記概算値取得部が、前記実波形に基づいて前記初期位相の概算値を取得する第１工程と、前記実波形と前記初期位相の概算値とに基づいて、前記第２最大振幅の概算値を取得する第２工程と、前記第２最大振幅の概算値に対応する前記第２モデル化波形を前記実波形から減じた第１仮想波形と前記初期位相の概算値とに基づいて、前記第３最大振幅及び前記パルス幅それぞれの概算値を取得する第３工程と、前記第３工程で取得した前記概算値と前記第１仮想波形と前記初期位相の概算値とに基づいて、前記第４最大振幅及び前記オン位相それぞれの概算値を取得する第４工程と、前記第４工程で取得した前記概算値と前記第１仮想波形と前記初期位相の概算値とに基づいて、前記第１最大振幅の概算値を取得する第５工程とを実行することにより、前記複数のモデル化波形の各々に対応する前記特徴量の概算値を取得する。
【００１８】
この構成によれば、複数の電気機器による消費電流の前記実波形に基づいて、比較的簡単な処理により、第１〜第４モデル化波形の各特徴量の適切な概算値を取得することが可能となる。
【００１９】
好適に、前記概算値取得部が、前記第１工程において、前記実波形のゼロクロス点の位相を前記初期位相の概算値として取得する、
【００２０】
この構成によれば、前記初期位相の概算値が比較的簡易な処理で取得される。
【００２１】
好適に、前記概算値取得部が、前記第２工程において、前記初期位相の概算値に基づく０から１／２周期までの前記実波形と、前記初期位相の概算値に基づく１／２から１周期までの前記実波形とを加えた波形の最大振幅を、前記第２最大振幅の概算値として取得する。
【００２２】
この構成によれば、第２最大振幅（半波整流波に対応する第２モデル化波形の最大振幅）の概算値が比較的簡易な処理で取得される。
【００２３】
好適に、前記概算値取得部が、前記第３工程において、前記第２最大振幅の概算値に対応する前記第２モデル化波形を前記実波形から減じた前記第１仮想波形を算出し、前記初期位相の概算値に基づく１／４から１／２周期までの区間における前記第１仮想波形の変曲点を特定し、前記初期位相の概算値に基づく１／４周期から前記変曲点までの位相差の２倍を前記パルス幅の概算値として取得する。
【００２４】
この構成によれば、コンデンサインプット型整流回路の入力電流に対応する第３モデル化波形のパルス幅の概算値が比較的簡易な処理で取得される。
【００２５】
好適に、前記概算値取得部が、前記第３工程において、前記第２最大振幅の概算値に対応する前記第２モデル化波形を前記実波形から減じた前記第１仮想波形を算出し、前記初期位相の概算値に基づく１／４から１／２周期までの区間における前記第１仮想波形の変曲点を特定し、前記第１仮想波形の最大振幅と前記変曲点での値との差分を前記第３最大振幅の概算値として取得する。
【００２６】
この構成によれば、第３最大振幅（コンデンサインプット型整流回路の入力電流に対応する第３モデル化波形の最大振幅）の概算値が比較的簡易な処理で取得される。
【００２７】
好適に、前記概算値取得部が、前記第４工程において、前記初期位相の概算値に基づく１／４から１／２周期までの前記第１仮想波形を時間軸方向に反転させた波形から、前記初期位相の概算値に基づく０から１／４周期までの前記第１仮想波形を減じた第２仮想波形を算出し、前記第２仮想波形の最大振幅の位相を前記オン位相の概算値として取得する。
【００２８】
この構成によれば、前記位相制御回路の入力電流に対応する第４モデル化波形の前記オン位相の概算値が比較的簡易な処理で取得される。
【００２９】
好適に、前記概算値取得部が、前記第４工程において、前記初期位相の概算値に基づく１／４から１／２周期までの前記第１仮想波形を時間軸方向に反転させた波形から、前記初期位相の概算値に基づく０から１／４周期までの前記第１仮想波形を減じた第２仮想波形を算出し、前記第１仮想波形の最大振幅から、前記第２仮想波形の最大振幅の位相における前記第１仮想波形の値と前記第３最大振幅の概算値とを減じた値を、前記第４最大振幅の概算値として取得する。
【００３０】
この構成によれば、第４最大振幅（前記位相制御回路の入力電流に対応する第４モデル化波形の最大振幅）の概算値が比較的簡易な処理で取得される。
【００３１】
好適に、前記概算値取得部が、前記第５工程において、前記第２仮想波形の最大振幅の位相と当該位相における前記第１仮想波形の値とに基づいて、前記第１最大振幅の概算値を取得する。
【００３２】
この構成によれば、第１最大振幅（正弦波に対応する第１モデル化波形の最大振幅）の概算値が比較的簡易な処理で取得される。
【００３３】
好適に、前記特徴量推定部が、パーティクルフィルタを用いた機械学習により前記複数のモデル化波形それぞれの前記特徴量を推定する。
【００３４】
この構成によれば、比較的簡易な処理で適切な特徴量の推定結果が得られる。
【００３５】
本発明の第２の観点は、複数の電気機器による消費電流の時系列データが示す前記消費電流の実波形に基づいて各電気機器の消費電流を解析するコンピュータのプログラムである。このプログラムでは、前記コンピュータを、相互に異なる形状を有する複数のモデル化波形を合成した合成波形に近似するものとみなされた前記実波形に基づいて、前記複数のモデル化波形それぞれの特徴量の概算値を取得する概算値取得部、及び、前記概算値を初期値として、各モデル化波形の前記特徴量を変更しながら、前記複数のモデル化波形を合成した合成波形の前記実波形に対する尤度を繰り返し算出し、前記尤度が最大となる場合における前記複数のモデル化波形それぞれの前記特徴量を推定する特徴量推定部として機能させる。前記複数のモデル化波形は、正弦波に対応する第１モデル化波形、半波整流波に対応する第２モデル化波形、半周期ごとに極性が反転するパルスを生じるコンデンサインプット型整流回路の入力電流に対応する第３モデル化波形、及び、電流路上のスイッチ素子が電流のゼロクロスでオフした後でオンへ切り換わるときの位相であるオン位相を制御する位相制御回路の入力電流に対応する第４モデル化波形の４種類である。
【００３６】
この構成によれば、電気機器毎の電流波形を用いなくても、各モデル化波形について推定された前記特徴量から、各モデル化波形に分類され得る電気機器の消費電流を推定することが可能である。
【００３７】
本発明の第３の観点は、複数の電気機器による消費電流の実波形を示す前記消費電流の時系列データを取得するデータ取得部と、相互に異なる形状を有する複数のモデル化波形を合成した合成波形に近似するものとみなされた前記実波形に基づいて、前記複数のモデル化波形それぞれの特徴量の概算値を取得する概算値取得部と、前記概算値を初期値として、各モデル化波形の前記特徴量を変更しながら、前記複数のモデル化波形を合成した合成波形の前記実波形に対する尤度を繰り返し算出し、前記尤度が最大となる場合における前記複数のモデル化波形それぞれの前記特徴量を推定する特徴量推定部とを備えた機器電流管理装置である。前記複数のモデル化波形は、正弦波に対応する第１モデル化波形、半波整流波に対応する第２モデル化波形、半周期ごとに極性が反転するパルスを生じるコンデンサインプット型整流回路の入力電流に対応する第３モデル化波形、及び、電流路上のスイッチ素子が電流のゼロクロスでオフした後でオンへ切り換わるときの位相であるオン位相を制御する位相制御回路の入力電流に対応する第４モデル化波形の４種類である。
【００３８】
この構成によれば、電気機器毎の電流波形を用いなくても、各モデル化波形について推定された前記特徴量から、各モデル化波形に分類され得る電気機器の消費電流を推定することが可能である。また、消費電流に基づく電気機器の管理（モデル化波形によって消費電流が分類される複数の電気機器の管理）が可能となる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、電気機器毎の電流波形を用いなくても電気機器毎の消費電流を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係る機器電流管理装置の構成の一例を示す図である。
【図２】正弦波に対応する第１モデル化波形を例示する図である。
【図３】半波整流波に対応する第２モデル化波形を例示する図である。
【図４】コンデンサインプット型整流回路の入力電流に対応する第３モデル化波形を例示する図である。
【図５】位相制御回路の入力電流に対応する第４モデル化波形を例示する図である。
【図６】機器電流管理装置によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】各モデル化波形の特徴量の概算値を取得する処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】実波形の一例を示す図である。
【図９】第２最大振幅の概算値の取得過程を説明するための図である。
【図１０】実波形から第２モデル化波形を減じた第１仮想波形の一例を示す図である。
【図１１】第１仮想波形の変曲点付近を拡大して示す図である。
【図１２】第４最大振幅及びオン位相それぞれの概算値の取得過程を説明するための図である。
【図１３】第１最大振幅の概算値の取得過程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の実施形態に係る機器電流管理装置について説明する。図１は、本実施形態の機器電流管理装置１の構成の一例を示す図である。図１に示すように、機器電流管理装置１は、データ取得部１０と、機器電流解析部２０とを有する。機器電流解析部２０は、本発明の機器電流解析装置の一例である。
【００４２】
データ取得部１０は、分電盤等に設けられており、複数の電気機器による消費電流の時系列データを取得する。例えば、データ取得部１０は、複数の電気機器の電源入力ラインへ流れる電流をまとめて検出する電流センサと、電流センサにおいて電流の検出結果として得られるアナログ信号を一定のサンプリングレートでデジタル値のデータに変換するアナログ・デジタル変換器を有する。データ取得部１０は、取得した時系列データを機器電流解析部２０に提供する。
【００４３】
機器電流解析部２０は、データ取得部１０から提供された時系列データが示す複数の電気機器の消費電流の実波形に基づいて、各電気機器の消費電流を解析する。図１の例において、機器電流解析部２０は、概算値取得部２２と、特徴量推定部２４と、消費電流特定部２６と、出力部２８と、記憶部３０とを有する。例えば機器電流解析部２０は、記憶部３０に格納されるプログラムＰＲＧの命令コードに従って処理を行うコンピュータを用いて構成される。本発明の他の例では、機器電流解析部２０の処理の少なくとも一部を専用のロジック回路によって実現してもよい。
【００４４】
本実施形態では、データ取得部１０から提供された時系列データが示す消費電流の実波形が、相互に異なる形状を有する複数のモデル化波形を合成した合成波形に近似するものとみなされる。概算値取得部２２は、この合成波形に近似するとみなされた実波形に基づいて、複数のモデル化波形それぞれの特徴量の概算値を取得する。概算値取得部２２は、合成波形から各モデル化波形を特定する処理を実波形について行うことにより、簡易な演算で各モデル化波形の特徴量を取得する。詳しくは後述するが、当該概算値は、複数のモデル化波形それぞれの特徴量を推定する処理における初期値として用いられる。
【００４５】
ここで、本実施形態におけるモデル化波形及びその特徴量について説明する。モデル化波形は、電気機器の消費電流の波形をモデル化したものであり、消費電流の波形に基づいて電気機器を分類するものである。本実施形態においては、相互に異なる形状を有する４つのモデル化波形（第１〜第４モデル化波形）が定義されている。第１モデル化波形は、正弦波に対応する。第２モデル化波形は、半波整流波に対応する。第３モデル化波形は、半周期ごとに極性が反転するパルスを生じるコンデンサインプット型整流回路の入力電流に対応する。第４モデル化波形は、トライアック等のスイッチ素子を用いた位相制御回路の入力電流に対応する。これらのモデル化波形は、１周期分の波形として定義されている。
【００４６】
図２は、第１モデル化波形を例示する図である。図２に示すように、第１モデル化波形は、正弦波に対応している。第１モデル化波形は、初期位相での値が０であり、１周期における前半周期（０〜１／２周期）に正弦波の正の部分を有し、１周期における後半周期（１／２〜１周期）に正弦波の負の部分を有する。第１モデル化波形の特徴量は、その最大振幅に対応する第１最大振幅ＭＡ１である。
【００４７】
図３は、第２モデル化波形を例示する図である。図３に示すように、第２モデル化波形は、半波整流波に対応している。第２モデル化波形は、初期位相での値が０であり、１周期における前半周期に正弦波の正の部分を有し、１周期における後半周期の振幅が０である。第２モデル化波形の特徴量は、その最大振幅に対応する第２最大振幅ＭＡ２である。
【００４８】
図４は、第３モデル化波形を例示する図である。第３モデル化波形は、コンデンサインプット型整流回路の入力電流に対応する。コンデンサインプット型整流回路は、例えば、全波整流回路の後段に平滑用のコンデンサが設けられた回路である。第３モデル化波形は、初期位相での値が０であり、正弦波のピーク値付近において急峻に立ち上がったパルスを有し、その前後の値が０である。具体的には、１周期における前半周期において正の極性のパルスが生じ、１周期における後半周期において負の極性のパルスが生じる。第３モデル化波形の特徴量は、その最大振幅である第３最大振幅ＭＡ３と、正弦波のピーク値付近に生じるパルスのパルス幅ＰＷである。
【００４９】
図５は、第４モデル化波形を例示する図である。第４モデル化波形は、位相制御回路の入力電流に対応する。位相制御回路は、電流路上のスイッチ素子が電流のゼロクロスでオフした後でオンへ切り換わるときの位相であるオン位相ＧＰを制御する。位相制御回路のスイッチ素子には、例えばトライアック（双方向サイリスタ）が使用される。トライアックは、双方向のオン／オフ制御を実現する素子であり、２個のサイリスタが逆並列に接続された構成を有する。トライアックは、ゲートにトリガパルスが入力されると、通過電流が０になるまで（ゼロクロスまで）導通し続ける。トライアックを用いた位相制御回路では、電流のゼロクロスの後でオフ状態となったトライアックのゲートにトリガパルスを与えるタイミング（オン位相ＧＰ）が制御される。第４モデル化波形は、概ね第１モデル化波形と同様の形状を有するが、前半周期のゼロクロス（０周期）からオン位相ＧＰまでの区間及び後半周期のゼロクロス（１／２周期）からオン位相ＧＰまでの区間においてそれぞれ値が０である。第４モデル化波形の特徴量は、その最大振幅である第４最大振幅ＭＡ４及びオン位相ＧＰである。
【００５０】
概算値取得部２２は、こうした第１〜第４モデル化波形の各々に対応する特徴量（具体的には、第１〜第４最大振幅、パルス幅、及び、オン位相）の概算値、及び、これらのモデル化波形に共通する特徴量である初期位相の概算値を、データ取得部１０によって提供される時系列データが示す消費電流の実波形に基づいてそれぞれ取得する。当該概算値の取得方法の詳細については後述する。なお、該当する電気機器が稼働していないモデル化波形については、最大振幅が０となる。この為、第１〜第４最大振幅の値として０が許容される。
【００５１】
特徴量推定部２４は、概算値取得部２２によって取得された各モデル化波形の特徴量の概算値を初期値として、各モデル化波形の特徴量を変更しながら、第１〜第４モデル化波形を合成した合成波形の実波形に対する尤度を繰り返し算出し、尤度が最大となる場合における第１〜第４モデル化波形それぞれの特徴量を推定する。
【００５２】
特徴量推定部２４は、例えば尤度ＬＨを次の式により算出する。
ＬＨ  ＝  １／Ｅ  …（１）
【００５３】
式（１）における「Ｅ」は、消費電流の実波形に対する第１〜第４モデル化波形の合成波形の誤差であり、次の式で表される。
Ｅ  ＝  Σ（Ａ（ｉ）−Ｂ（ｉ））２＋Σ（ｄＡ（ｉ）−ｄＢ（ｉ））２  …（２）
【００５４】
式（２）において、「ｉ」は１周期中の位相の順番を示し、「Ａ（ｉ）」はｉ番目の位相における実波形の値を示し、「Ｂ（ｉ）」はｉ番目の位相における合成波形の値を示す。式（２）の第１項目の「Σ（Ａ（ｉ）−Ｂ（ｉ））２」は、実波形と合成波形との差の二乗和を実波形の１周期に渡って積算した積算値を示す。
【００５５】
また式（２）において、「ｄＡ（ｉ）」はｉ番目の位相における実波形の時間的な変化量を示し、「ｄＢ（ｉ）」はｉ番目の位相における合成波形の時間的な変化量を示す。式（２）の第２項目の「Σ（ｄＡ（ｉ）−ｄＢ（ｉ））２」は、実波形の時間的な変化量と合成波形の時間的な変化量との差の二乗和を実波形の１周期に渡って積算した積算値を示す。
時間的な変化量である「ｄＡ（ｉ）」及び「ｄＢ（ｉ）」は、例えば次の式で表される。
ｄＡ（ｉ）  ＝  ｜Ａ（ｉ）−Ａ（ｉ−１）｜  …（３）
ｄＢ（ｉ）  ＝  ｜Ｂ（ｉ）−Ｂ（ｉ−１）｜  …（４）
【００５６】
特徴量推定部２４は、上述した尤度ＬＨが最大となる場合における第１〜第４モデル化波形それぞれの特徴量の推定処理において、例えばパーティクルフィルタを用いた機械学習を行う。
【００５７】
消費電流特定部２６は、特徴量推定部２４によって推定された特徴量に基づいて、第１〜第４モデル化波形の各々に対応する消費電流を特定する。例えば、消費電流特定部２６は、特徴量推定部２４によって推定された各モデル化波形の特徴量に対応する各モデル化波形の消費電流に関する情報（例えば消費電流の実効値や力率など）を生成する。
【００５８】
出力部２８は、消費電流特定部２６によって特定されたモデル化波形毎の消費電流の情報を出力する。例えば、出力部２８は、モデル化波形毎の消費電流に関する情報を、ディスプレイ等の表示装置に出力する。
【００５９】
記憶部３０は、機器電流解析部２０のコンピュータにおいて実行されるプログラムＰＲＧや、機器電流の解析に用いられる種々の情報を記憶する。
【００６０】
次に、上述した構成を有する機器電流管理装置１の動作について説明する。図６は、機器電流管理装置１によって実行される処理を示すフローチャートである。
【００６１】
ＳＴ１００：
データ取得部１０が、分電盤のバスバーなどに流れる複数の電気機器の消費電流を検出し、その時系列データを取得する。
【００６２】
ＳＴ１１０：
データ取得部１０において時系列データが取得されると、概算値取得部２２が、各モデル化波形の特徴量の概算値を取得する。この概算値の取得に関わる処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。
【００６３】
最初に概算値取得部２２は、各モデル化波形に対応する特徴量である各モデル化波形の共通の初期位相の概算値を、時系列データが示す実波形に基づいて取得する（ＳＴ１１１）。
【００６４】
図８は、第１〜第４モデル化波形を全て合成した合成波形と等しい形状を有する実波形の一例を示す図である。概算値取得部２２は、実波形が図８に示すような形状を有しているとみなした近似のもとで、まず初期位相ＩＰを取得する。例えば概算値取得部２２は、実波形のゼロクロス点の位相を初期位相ＩＰの概算値として取得する。より具体的には、概算値取得部２２は、実波形の極性が負から正へ変化するゼロクロス点の位相を初期位相ＩＰの概算値として取得する。
【００６５】
初期位相ＩＰの概算値を取得すると、次に概算値取得部２２は、ステップＳＴ１１１で取得した初期位相ＩＰの概算値と実波形とに基づいて、第２モデル化波形の最大振幅である第２最大振幅ＭＡ２の概算値を取得する（ＳＴ１１２）。
【００６６】
図９は、第２モデル化波形（半波整流波）における第２最大振幅ＭＡ２の概算値の取得過程を説明するための図である。図９の上段は、初期位相ＩＰに基づく１周期分の実波形の例を示しており、図８と同様に第１〜第４モデル化波形を全て合成した合成波形と等しい形状を有する。図９の下段は、当該１周期分の実波形において、初期位相ＩＰに基づく０から１／２周期までの前半周期の波形ＷＦ１と、初期位相ＩＰに基づく１／２から１周期までの後半周期の波形ＷＦ２とを加えた波形を示す。図２、図４及び図５に示すように、第２モデル化波形以外の第１、第３、第４モデル化波形は、いずれも、０から１／２周期までの部分と１／２から１周期までの部分とが、互いに反対の極性で絶対値が等しい。そのため、第１、第３、第４モデル化波形において０から１／２周期までの部分と１／２から１周期までの部分とを加えた場合、これらの部分が互いに相殺するため振幅が０になる。従って、図９の上段に示す実波形の波形ＷＦ１と波形ＷＦ２とを加えて得られる波形は、図９の下段において示すように、第２モデル化波形（半波整流波）と等しくなる。そこで、概算値取得部２２は、実波形が図９の上段と同様な波形を有するものとみなす近似のもとで、初期位相ＩＰの概算値に基づく０から１／２周期までの実波形と、初期位相ＩＰの概算値に基づく１／２から１周期までの実波形とを加えた波形を算出し、その最大振幅を第２最大振幅ＭＡ２の概算値として取得する。
【００６７】
第２最大振幅ＭＡ２の概算値を取得すると、次に概算値取得部２２は、第３モデル化波形の最大振幅である第３最大振幅ＭＡ３及びパルス幅ＰＷそれぞれの概算値を取得する（ＳＴ１１３）。
【００６８】
図１０は、図９の上段に示す実波形から図９の下段に示す第２モデル化波形（実波形に含まれる半波整流波）を減じて得られる第１仮想波形ＶＷＦ１を示す。概算値取得部２２は、ステップＳＴ１１２で取得した第２最大振幅ＭＡ２の概算値に対応する第２モデル化波形（図９の下段）を実波形（図９の上段）から減じることにより、第１仮想波形ＶＷＦ１（図１０）を算出する。概算値取得部２２は、この第１仮想波形ＶＷＦ１と、ステップＳＴ１１１で取得した初期位相ＩＰの概算値とに基づいて、第３最大振幅ＭＡ３及びパルス幅ＰＷそれぞれの概算値を取得する。
【００６９】
具体的には、概算値取得部２２は、初期位相ＩＰの概算値に基づく１／４から１／２周期までの区間における第１仮想波形ＶＷＦ１の変曲点を特定する。当該変曲点は、例えば、第１仮想波形ＶＷＦ１の時系列データの２階差分を算出し、その符号が変化する位相を求めることによって特定可能である。なお、本実施形態において、概算値取得部２２は、第１仮想波形ＶＷＦ１の１／４から１／２周期までの区間における変曲点を特定する一方で、０から１／４周期までの区間における変曲点の特定は行わない。これは、０から１／４周期までの区間に第４モデル化波形の変曲点（波形が立ち上がるオン位相ＧＰ）も存在するため、変曲点を特定する演算が複雑化してしまうからである。
【００７０】
図１１は、図１０に例示した第１仮想波形ＶＷＦ１の変曲点付近を拡大して示す図である。図１０及び図１１に示すように、第１仮想波形ＶＷＦ１の当該変曲点における値Ｄ１と最大振幅ＭＡＶ１との差分が、第３最大振幅ＭＡ３に相当する。そこで、概算値取得部２２は、第１仮想波形ＶＷＦ１の最大振幅ＭＡＶ１と変曲点での値Ｄ１との差分を第３最大振幅ＭＡ３の概算値として取得する。
【００７１】
また図１１に示すように、第１仮想波形ＶＷＦ１において１／４周期の前後にある２つの変曲点の位相差は、第３モデル化波形のパルス幅ＰＷに相当する。このパルス幅ＰＷは、１／４周期から変曲点までの位相差ＰＤの２倍に等しい。そこで、概算値取得部２２は、初期位相ＩＰの概算値に基づく１／４周期から変曲点までの位相差ＰＤの２倍をパルス幅ＰＷの概算値として取得する。
【００７２】
第３最大振幅ＭＡ３及びパルス幅ＰＷそれぞれの概算値を取得すると、次に概算値取得部２２は、ステップＳＴ１１１で取得した初期位相ＩＰの概算値と、ステップＳＴ１１３で取得した第３最大振幅ＭＡ３の概算値と、第１仮想波形ＶＷＦ１とに基づいて、第４モデル化波形の最大振幅である第４最大振幅ＭＡ４及びオン位相ＧＰそれぞれの概算値を取得する（ＳＴ１１４）。
【００７３】
図１２は、第４モデル化波形（位相制御回路の入力電流）における第４最大振幅ＭＡ４及びオン位相ＧＰそれぞれの概算値の取得過程を説明するための図である。図１２の上段は、初期位相ＩＰに基づく０から１／２周期までの第１仮想波形ＶＷＦ１を示す。点線の波形ＶＷＦ１Ａは、第１仮想波形ＶＷＦ１における１／４から１／２周期までの部分を時間軸方向に反転させたものであり、第１仮想波形ＶＷＦ１の０から１／４周期までの部分に重ね合わせて表示している。図１２の下段は、この波形ＶＷＦ１Ａから、第１仮想波形ＶＷＦ１の０から１／４周期までの第１仮想波形ＶＷＦ１を減じて得られる第２仮想波形ＶＷＦ２を示す。ステップＳＴ１１４において、まず概算値取得部２２は、初期位相ＩＰの概算値に基づく１／４から１／２周期までの第１仮想波形ＶＷＦ１を時間軸方向に反転させた波形ＷＦ１Ａから、初期位相ＩＰの概算値に基づく０から１／４周期までの第１仮想波形ＶＷＦを減じることにより、第２仮想波形ＶＷＦ２を算出する。
【００７４】
図１２において示すように、第２仮想波形の最大振幅における位相は、第４最大振幅ＭＡ４のオン位相ＧＰと等しい。そこで、概算値取得部２２は、第２仮想波形の最大振幅の位相をオン位相ＧＰの概算値として取得する。
【００７５】
また、図１２の上段において示すように、第４モデル化波形における第４最大振幅ＭＡ４は、第１仮想波形ＶＷＦ１の最大振幅ＭＡＶ１から、オン位相ＧＰにおける第１仮想波形ＶＷＦ１の値Ｄ２と第３モデル化波形の第３最大振幅ＭＡ３とを減じた値に等しい。そこで、概算値取得部２２は、第１仮想波形ＶＷＦ１の最大振幅ＭＡＶ１から、第２仮想波形ＶＷＦ２の最大振幅の位相ＧＰにおける第１仮想波形ＶＷＦ１の値Ｄ２と第３最大振幅ＭＡ３の概算値とを減じた値を、第４最大振幅ＭＡ４の概算値として取得する。
【００７６】
第４最大振幅ＭＡ４及びオン位相ＧＰそれぞれの概算値を取得すると、次に概算値取得部２２は、第１モデル化波形の最大振幅である第１最大振幅ＭＡ１の概算値を取得する（ＳＴ１１５）。
【００７７】
図１３は、第１モデル化波形（正弦波）における第１最大振幅ＭＡ１の概算値の取得過程を説明するための図であり、初期位相ＩＰに基づく０から１／２周期までの第１仮想波形ＶＷＦ１を示す。図１３における点線の波形は、第１仮想波形ＶＷＦ１に含まれる第１モデル化波形である。図１３から分かるように、第１仮想波形ＶＷＦ１における初期位相ＩＰからオン位相ＧＰまでの部分は、第１モデル化波形と等しくなっている。そこでは概算値取得部２２は、第２仮想波形ＶＷＦ２の最大振幅の位相であるオン位相ＧＰの概算値と、当該位相における第１仮想波形ＶＷＦ１の値Ｄ２とに基づいて、第１最大振幅ＭＡ１の概算値を取得する。
【００７８】
概算値取得部２２は、例えば次の式により第１最大振幅ＭＡ１の概算値を算出する。
ＭＡ１  ＝  Ｄ２／ｓｉｎ（ＧＰ）  …（５）
【００７９】
ＳＴ１２０：
図６のフローチャートに戻る。
概算値取得部２２が各モデル化波形の特徴量の概算値を取得すると、次に特徴量推定部２４が、この概算値を初期値として各モデル化波形の特徴量を変更しながら式（１）の尤度ＬＨを繰り返し算出し、尤度ＬＨが最大となる場合における第１〜第４モデル化波形それぞれの特徴量を推定する。例えば特徴量推定部２４は、パーティクルフィルタ等を用いた機械学習のアルゴリズムにより、尤度ＬＨが最大とみなせるような第１〜第４モデル化波形の特徴量の組み合わせを特定する。
【００８０】
Ｓ１３０：
消費電流特定部２６が、特徴量推定部２４によって推定された特徴量に基づいてモデル化波形毎の消費電流を特定する。特定されたモデル化波形毎の消費電流に関する情報は、例えば、出力部２８によって出力（例えば、ディスプレイに表示）される。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態によれば、典型的な電気機器の消費電流の波形である第１〜第４モデル化波形を合成した波形と、複数の電気機器による消費電流の実波形とが近似するとみなされ、この近似のものとで、各モデル化波形の特徴量が推定される。従って、電気機器毎の電流波形を用いなくても、各モデル化波形について推定された特徴量から、これらのモデル化波形に分類され得る電気機器毎の消費電流を推定できる。これにより、電気機器毎の電流波形を事前に特定する作業が不要になるとともに、電気機器毎の電流波形を登録したデータベースが不要になるため、電気機器の消費電流の解析や管理に関する負担を大幅に軽減できる。
【００８２】
本発明は上述した実施形態には限定されない。すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲又はその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、複数の電気機器の消費電流を管理する様々な装置に適用可能であり、例えば、接続されている電気機器の消費電流を測定するスマートメーターや計測機能付きの電源タップ等に適用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１…機器電流管理装置
１０…データ取得部
２０…機器電流解析部
２２…概算値取得部
２４…特徴量推定部
２６…消費電流特定部
２８…出力部
３０…記憶部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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