(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の機器の各々の電流波形を参照波形として記憶するデータベースと、
電源線に流れる電流波形を電源周波数１サイクルごとに測定する電流波形測定手段と、
前記電流波形の１サイクルごとの変化量が所定の閾値を超える場合に過渡状態と判別するとともに、前記変化量が前記閾値を超えない場合に安定状態と判別する安定状態判別手段と、
第１の安定状態から過渡状態を経て第２の安定状態に遷移した場合に、第２の安定状態で測定した電流波形と、第１の安定状態で測定した電流波形との差分である差分波形を、前記過渡状態において動作状態の変化があった機器の電流波形として算出する差分波形算出手段と、
前記差分波形と、前記データベースの各参照波形とを比較し、前記差分波形に最も類似する参照波形を選択し、選択した参照波形に対応する機器が前記過渡状態において動作状態の変化があった機器であると識別する識別手段と、を備えること
を特徴とする電流波形識別装置。
【請求項２】
請求項１記載の電流波形識別装置であって、
前記識別手段は、
前記差分波形の周波数解析を行い、差分周波数スペクトルを取得するとともに、前記データベースに記憶された参照波形毎に前記周波数解析を行い、参照周波数スペクトルをそれぞれ取得し、
前記差分周波数スペクトルと各参照周波数スペクトルとを比較し、前記差分周波数スペクトルに最も類似する参照周波数スペクトルを選択し、選択した参照周波数スペクトルに対応する機器が前記過渡状態において動作状態の変化があった機器であると識別すること
を特徴とする電流波形識別装置。
【請求項３】
請求項１記載の電流波形識別装置であって、
前記識別手段は、パターン認識またはニューラルネットワークの推定アルゴリズムを用いて、前記差分波形に最も類似する参照波形を選択すること
を特徴とする電流波形識別装置。
【請求項４】
請求項２記載の電流波形識別装置であって、
前記識別手段は、パターン認識またはニューラルネットワークの推定アルゴリズムを用いて、前記差分周波数スペクトルに最も類似する参照周波数スペクトルを選択すること
を特徴とする電流波形識別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流波形を用いて各機器の動作状態を識別する電流波形識別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般家庭やオフィス等の電力需要家の宅内に電力センサを設置し、電力の効率的利用や電気機器の遠隔制御を図る、HEMS（HomeEnergy Management System）技術に関する検討、開発が進んでいる。
【０００３】
一般に、HEMSは家電製品等の電気機器の各々に取り付けられた電力センサからの情報を、有線もしくは無線の通信手段を用いて集約、転送することにより、必要な情報を収集する方法が考えられている。
【０００４】
一方で、電力需要家に電力を供給する電源線の引込み線や分電盤の位置に設置した１台のセンサで消費電力や電流波形をモニタし、その特徴に基づいて各電気機器の種別や動作状態、消費電力等を識別、把握する方法が提案されている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Katsukura et al. “Life Pattern Sensor with Non-intrusive Appliance Monitoring," ICCE '09 pp.1-2, Jan.2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１の方式は、必要なセンサが１台で済むことから経済性が高く、また既存の電気製品にセンサを追加したり、新しい電気製品に規格の統一されたセンサを埋め込んだりしておく必要が無いことから、導入への障壁が少ない点で、実用性が高く有効な実現手段になると考えられる。しかしながら、１台のセンサが取得できる情報は積算された電流や電圧の値に限られ、個々の電気機器の電力消費の状態を直接把握することはできないため、何らかの方法で、積算された電力データから個々の機器の電力データを推測する必要がある。
【０００７】
非特許文献１では、あらかじめ各電気機器を組み合わせた様々な動作状態において、電力消費や電流波形等のデータを測定、蓄積しておき、それらのデータベースと実測値とを比較、参照して機器の識別や、動作状態の推測を行う方法が提案されている。
【０００８】
しかしながら、このような方法で個々の電気機器の電力データを推測する場合、対象とする電気機器の種別や、電力需要家が同時に使用する電気機器の数が増えるに従って、それぞれの電気機器の組み合わせに応じて膨大な数のデータベースが必要となり、これらを事前に取得、計算して保管しておく必要がある。また、このように膨大なデータベースを参照して解析を行う場合、計算の試行回数や計算時間が著しく増加し、さらに識別の精度も低下するという問題点がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電流波形を用いて機器を識別する場合に、データベースに格納しておく参照波形のデータ量を低減し、機器の識別に要する処理時間を減少させる電流波形識別装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の電流波形識別装置は、複数の機器の各々の電流波形を参照波形として記憶するデータベースと、電源線に流れる電流波形を電源周波数１サイクルごとに測定する電流波形測定手段と、前記電流波形の１サイクルごとの変化量が所定の閾値を超える場合に過渡状態と判別するとともに、前記変化量が前記閾値を超えない場合に安定状態と判別する安定状態判別手段と、第１の安定状態から過渡状態を経て第２の安定状態に遷移した場合に、第２の安定状態で測定した電流波形と、第１の安定状態で測定した電流波形との差分である差分波形を、前記過渡状態において動作状態の変化があった機器の電流波形として算出する差分波形算出手段と、前記差分波形と、前記データベースの各参照波形とを比較し、前記差分波形に最も類似する参照波形を選択し、選択した参照波形に対応する機器が前記過渡状態において動作状態の変化があった機器であると識別する識別手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電流波形を用いて機器を識別する場合に、データベースに格納しておく参照波形のデータ量を低減し、機器の識別に要する処理時間を減少させる電流波形識別装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の電源線電流波形識別装置の使用例を説明する図である。
【図２】本実施形態の電源系統の模式図である。
【図３】電流波形の重ね合わせを説明する図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電流波形識別装置の構成例を示す図である。
【図５】本実施形態の電流波形識別方式の原理を説明する図である。
【図６】本実施形態の電流波形識別方式の原理の説明を補足する図である。
【図７】本実施形態の電流波形識別方式の手順を説明する図である。
【図８】比較例の電源線電流波形識別装置に必要なデータベースを説明する図である。
【図９】本実施形態の電源線電流波形識別装置に必要なデータベースを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１４】
まず図１に、本発明の実施形態に係る電源線電流波形識別装置の使用形態の一例を示す。
【００１５】
図１に示す電源線電流波形識別装置１−１は、電力需要家の建屋内の分電盤１−２に接続される電源線の途中など、電力需要家宅内の総消費電力が測定可能な位置に設置される。電力需要家宅内の個々の電気機器１−３は、それぞれ電源回路や電力消費形態が異なるため、それらの電源線を流れる電流波形も一般的に異なるものとなる。電源線電流波形識別装置１−１において測定される電源電流の波形は、これら複数の電気機器１−３の電源線の電流波形の総和となる。
【００１６】
電源線電流波形識別装置１−１は、このような総和の電流波形から、個々の電気機器１−３の電流波形を推測して、電気機器１−３の機器種別およびその動作状態を識別することを目的とする装置である。
【００１７】
以下、本発明の第１の実施形態の電源線電流波形識別装置の構成および機能をより詳細に説明する。
【００１８】
図２に、本実施形態の電源線電流波形識別装置を説明するための、電源系統の模式図を示す。ここでは簡単のため、対象とする電気機器を図中２−６に示す電気機器（Ａ）と図中２−７に示す電気機器（Ｂ）との２種類に限った場合について説明するが、機器の数が増えた場合でも動作原理は同様である。
【００１９】
電源線電流波形識別装置２−４は、電力需要家（一般家庭や事務所など）に電力を供給する電源線の引込み線または分電盤内の電力線など、電力需要家が使用する電気機器の総電力量を検出可能な位置に設置され、その位置で測定した電流、電圧、消費電力量などの総量をもとに、電力需要家が使用している電気機器等の種別や動作状況、消費電力等を把握するモニタ装置として使用される。
【００２０】
図示する電源線電流波形識別装置２−４は、電力需要家宅内の分電盤２−３から電力需要家宅内２−１に供給される電源の電流を測定し、その波形データを保存、処理する。このときの電源の電流波形は、電気機器（Ａ）２−６の電源線（屋内配電線）２−５の電流波形と、電気機器（Ｂ）２−７の電源線（屋内配電線）２−５の電流波形とを加え合わせた波形となる。
【００２１】
図３は、電気機器（Ａ）と電気機器（Ｂ）の電流波形の例を示した図である。すなわち、図３（ａ）は、電気機器（Ａ）の単独動作時の電流波形３−２を示し、図３（ｂ）は、電気機器（Ｂ）の単独動作時の電流波形３−３を示し、図３（ｃ）は、電気機器（Ａ）および電気機器（Ｂ）が同時に動作したときの合成電流波形３−４を示している。
【００２２】
図３（ａ）から図３（ｃ）の各々で点線で示す電源の電圧波形３−１は、電力需要家宅内で全て同じ波形となる。一方、図３（ａ）の電気機器（Ａ）の電流波形３−２と、図３（ｂ）の電気機器（Ｂ）の電流波形３−３は、機器の種別やその状態が異なれば一般的に異なる波形になる。なお、図３には、これらの波形の交流電源の周波数の１サイクル分について示しており、実際にはこれと同じ波形が、電気機器の動作状態が変化しない限り、繰り返されることになる。
【００２３】
一方、電源線電流波形識別装置２−４の位置で測定した、図３（ｃ）の合成電流波形３−４は、電流の重ね合わせの原理（キルヒホッフの第一法則）から、図３（ｃ）に示すように、これらの電流波形３−２、３−３を加算した波形となる。
【００２４】
図４は、本実施形態の電源線電流波形識別装置の機能構成の一例を示した図である。
【００２５】
図４中の４−１は本実施形態の電源線電流波形識別装置であり、分電盤４−２と屋内電気配線の間の電源線に設置される。電源線電流波形識別装置４−１は、電流センサ４−３と、電圧センサ４−４と、電流波形測定部４−５と、タイミング検出部４−６と、A/D変換部４−７と、逐次波形メモリ４−８と、波形比較部４−９と、安定状態判定部４−１０と、安定波形メモリ４−１１と、差分波形計算部４−１２と、波形識別・判定部４−１３と、参照波形データベース４−１４とを備える。
【００２６】
電流センサ４−３および電圧センサ４−４は、電源線に取り付けられ、それぞれ電源線の電流値、電圧値をモニタしている。電流センサ４−３は、非接触型の電流プローブ、または電源線内に挿入した低抵抗の両端の電圧を測定するタイプの電流計などが使用できる。電圧センサ４−４としては、２線間の電圧を電圧計で直接測定することで実現できるし、非接触の容量性電圧プローブを用いても良い。
【００２７】
電流センサ４−３で読み取った電流波形は、電圧センサ４−４で読み取った電圧値を基準として、タイミング検出部４−６により電圧1サイクル内の特定の位相のタイミングでトリガを掛け、電流波形測定部４−５でその1サイクル分の電流波形を取得する。こうして取得した１サイクル分の電流波形は、A/D変換部４−７でディジタルデータに変換された後、１サイクルごとに波形比較部４−９および逐次波形メモリ４−８に送られる。
【００２８】
逐次波形メモリ４−８は、この１サイクル分の電流波形を必要なサイクル数分記憶しておく機能を持つ。波形比較部４−９は、A/D変換部４−７から送られた時点での測定電流波形と、逐次波形メモリ４−８に記憶された１サイクル前の、もしくは所定の複数サイクル分前の電流波形とを比較する。比較したこれらの電流波形の差分（変化量）が、事前に設定した特定の閾値以下の場合には、安定状態判定部４−１０は、その時点の状態を安定状態と判定する。一方、電流波形の差分が上記の閾値より大きい場合には、安定状態判定部４−１０は、その時点の状態を過渡状態と判定する。
【００２９】
上記の判定に用いる差分の値としては、２つの電流波形の間の電流のピーク値の差、電流の時間平均値（実効値）の差、波形の差を１サイクル分積分した値、等を指標として用いることが出来る。安定状態判定部４−１０で安定状態と判定されたその時点での電流波形データは、安定波形メモリ４−１１に保存される。安定状態判定部４−１０は、安定状態と判定された最初の電流波形のみを安定波形メモリ４−１１に記憶してもよく、また、安定状態と判定されている間は、安定状態の電流波形を上書きして安定波形メモリ４−１１に記憶してもよい。
【００３０】
一方、過渡状態と判定された場合は、安定状態判定部４−１０は、過渡状態が続く間は電流波形の安定波形メモリ４−１１への記憶および上書きはせずに、安定状態と判定されている間の電流波形を安定波形メモリ４−１１に保存しておく。
【００３１】
差分波形計算部４−１２、過渡状態から安定状態に遷移したタイミングで、その時点の電流波形と、安定波形メモリ４−１１に保持された前回の安定状態の電流波形との差分を算出する。後で述べるように、この算出された差分の電流波形（差分波形）は、過渡状態の期間で起動、停止もしくは動作状態が変化した電気機器の電源線の電流波形を示している。
【００３２】
そこで、波形識別・判定部４−１３は、この差分波形計算部４−１２が出力する差分波形と、参照波形データベース４−１４に蓄積された各参照波形と比較、対照し、最も差分波形に類似する波形の参照波形を選択する。参照波形データベース４−１４には、電源線に接続された全ての各電気機器について、当該電気機器が単独で動作しているときの電流波形（図３（ａ）、（ｂ）参照）のデータが参照波形として記憶されている。あらかじめ、各電気機器を単独で動作させて測定し、測定した電流波形を対応する電気機器の識別情報とともに参照波形データベース４−１４に記憶しておく。また、電気機器がＯＮ／ＯＦＦの動作状態だけでなく、エアコンなどのようにレベル調整が可能な機器の場合は、各レベル（または代表的なレベル）で単独動作させた場合の電流波形も、参照波形データベース４−１４に記憶しておく。
【００３３】
波形識別・判定部４−１３は、例えば、パターン認識、ニューラルネットワークの推定アルゴリズム等の手法を用いて、差分波形と、各参照波形との比較、対照および識別判定を行う。なお、パターン認識、およびニューラルネットワークの推定アルゴリズムについては、例えば、下記の文献１に記載されている。
【００３４】
文献１：K. Yoshimoto, Y. Nakano, Y. Amano, and B. Kermanshahi, "Non-Intrusive Appliances Load Monitoring System Using Neural Networks," 2000 ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Buildings, Pacific Grove, CA, USA, August 20-25, 2000
こうして波形識別・判定部４−１３で識別、判定された識別、推定結果は、識別結果４−１５として出力される。識別結果としては、例えば、差分波形に最も類似すると識別された参照波形に対応する電気機器の機器種別、当該機器の動作状態（ON、OFF等）、時刻などが出力される。なお、識別結果として、当該電気機器の消費電力も出力することとしてもよい。
【００３５】
なお、出力される識別結果４−１５は、電源線電流波形識別装置４−１が備える識別結果情報データベース（不図示）に記憶し、所定のタイミングでネットワークを介して外部システムに送信することにより、外部システムでは、電力需要家が使用する電力情報を収集し、遠隔で電力情報に基づく電力制御等を行うことが出来る。これにより、家庭内消費電力を効果的に節減するための情報提供サービスや、機器故障の把握、通知サービス、独居老人や要介護者の見守りサービスを、電力需要家に提供することが可能となる。
【００３６】
図５は、本実施形態の電源線電流波形識別装置が、上記で述べたようなプロセスで電気機器およびその動作状態の識別、判定を行う際の、具体的な波形の変化の様子を示したものである。
【００３７】
図５中の５−１は安定状態（１）、５−２は過渡状態、５−３は安定状態（２）を示している。また、図５中の５−４は電気機器（A）の状態、５−５は電気機器（B）の状態を示している。
【００３８】
図５では、電気機器（A）は常に起動した状態であるが、電気機器（B）は安定状態（１）５−１では起動しておらず、起動した瞬間から過渡状態５−２に入り、その後動作が安定した安定状態（２）５−３になる一連のプロセスを例として示している。過渡状態５−２では電気機器（B）の消費電力や電流波形は変動するが、安定状態（２）５−３では一定の値となる。
【００３９】
この一連のプロセスでの電気機器（A）および電気機器（B）の電源線の電流波形を、それぞれ図中の５−６、５−７に示している。ここで、上述した図４の電流センサ４−３で読み取る電流波形は、電気機器（A）と電気機器（B）の電流波形の和になることから、図５の合成波形５−８のようになる。したがって、対象となる電気機器のいずれかの動作状態が変化した場合には、合成波形５−８も同様に変化し、電源線電流波形識別装置が過渡状態としてその変化を検知することができる。
【００４０】
図６は、図４の差分波形計算部４−１２が、図５に示す過渡状態５−２の前後の安定状態の電流波形の変化から、電気機器（B）の波形を逆算して算出する過程を説明した図である。
【００４１】
安定状態（１）での電流波形６−２が、過渡状態を経て、安定状態（２）の電流波形６−３に移行した場合、電流波形６−３から電流波形６−２を差し引くことで、過渡状態の間に起動または停止した電気機器（B）の電流波形６−４を求めることが出来る。起動していた電気機器が停止した場合には、起動した場合と位相が逆になるため、起動と停止の区別は容易に判断することができる。
【００４２】
このように本実施形態では、合成波形が電力需要家が使用する各電気機器で消費される電流の波形を足し合わせたものであるため、各電気機器の動作状態が変化しない限りほぼ一定であり、このような電流波形がほぼ一定の状態を安定状態と判断する。また、新たな電気機器を起動させたり、逆に今まで起動していた電気機器を停止した場合、またこれらの電気機器の動作状態が変わった場合には、合成波形はこれらの影響で変化することとなり、このような安定状態からの変化中の状態を過渡状態と判断する。そして、一定の時間が経過すると、起動、停止、もしくは動作状態が変化した電気機器の消費する電力の電流波形は一定の値を示すこととなるため、再び安定状態と判断する。そして、第１の安定状態から過渡状態を経て、第２の安定状態になった場合おいて、第２の安定状態時に測定した電流波形から、第１の安定状態に測定した電流波形を差し引いた差分波形を算出する。差分波形は、過渡状態に起動、停止、もしくは動作状態が変化した電気機器の消費する電流波形を表すものである。このため、あらかじめ測定し、参照波形データベースに蓄積しておいた各電気機器の各動作状態での参照波形と、差分波形とを比較、対照することで、過渡状態に生じた事象を時系列で特定することができる。
【００４３】
図７は、上述したプロセスを、フローチャートの形式で記載したものである。
【００４４】
初期処理としてｎ＝１、ｍ＝１を設定し、測定を開始する。そして、電流波形測定部４−５は、１サイクル目の電流波形i(n)を測定し、A/D変換部４−７は、測定した電流波形i(n)をディジタルデータに変換し、１サイクル分の電流波形を逐次波形メモリ４−８に記憶するとともに、波形比較部４−９に送出する（Ｓ１１）。
【００４５】
そして、ｎに「1」を加算してｎを更新し（Ｓ１２）、Ｓ１１と同様に、次のサイクルの電流波形i(n)を測定し、ディジタルデータに変換した１サイクル分の電流波形を逐次波形メモリ４−８に記憶するとともに、波形比較部４−９に送出する（Ｓ１３）。
【００４６】
波形比較部４−９は、Ｓ１３で送出された測定電流波形と、逐次波形メモリ４−８に記憶された１サイクル前の電流波形とを比較し、電流波形の差分（変化量）（△i(n)= i(n)- i(n-1)）を算出する（Ｓ１４）。安定状態判定部４−１０は、電流波形の差分があらかじめ設定した所定の閾値よりも大きい場合は（Ｓ１５：ＹＥＳ）、 その時点の状態を過渡状態と判定する（Ｓ１６）。
【００４７】
そして、安定状態判定部４−１０は、１つ前のサイクルの状態が安定状態か否かを判定し（Ｓ１７）、過渡状態の場合（Ｓ１７：ＮＯ）、Ｓ１２に戻り、以降の処理を行う。一方、１つ前のサイクルの状態が安定状態の場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、ｍに「1」を加算してｍを更新し（Ｓ１８）、Ｓ１２に戻り、以降の処理を繰り返し行う。
【００４８】
また、電流波形の差分が所定の閾値以下の場合は（Ｓ１５：ＮＯ）、安定状態判定部４−１０は、その時点の状態を安定状態と判定する（Ｓ１９）。そして、安定状態判定部４−１０は、１つ前のサイクルの状態が過渡状態か否かを判定し（Ｓ２０）、安定状態の場合（Ｓ２０：ＮＯ）、Ｓ１２に戻り、以降の処理を繰り返し行う。
【００４９】
一方、１つ前のサイクルの状態が過渡状態の場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、すなわち、過渡状態から安定状態に遷移した場合、安定状態判定部４−１０は、安定状態と判定された当該時点での電流波形データi(n)を、安定時電流波形I(m)として、現時点の測定時刻ｔ(m)とともに安定波形メモリ４−１１に記憶する（Ｓ２１）。
【００５０】
そして、差分波形計算部４−１２は、Ｓ２１で安定波形メモリ４−１１に記憶した電流波形データI(m)と、安定波形メモリ４−１１に保持された１つ前の安定状態の電流波形データI(m-1)との差分の電流波形を算出する（Ｓ２２）。この差分波形は、過渡状態の期間で起動、停止もしくは動作状態が変化した電気機器の電源線の電流波形を示している。
【００５１】
波形識別・判定部４−１３は、この差分波形と、参照波形データベース４−１４にあらかじめ蓄積された各参照波形とを比較、対照し、差分波形に最も近い波形の参照波形を選択する。そして、選択した参照波形に対応する電気機器の種別、動作状態、およびＳ２１で安定波形メモリ４−１１に記憶した測定時刻ｔ(m)を、識別結果として出力する（Ｓ２３）。
【００５２】
以上述べたように、本実施形態の電源線電流波形識別装置では、過渡状態をはさんだ前後の安定状態における電流波形を測定して、その差分を求めることにより、過渡状態において状態が変化した電気機器の電流波形を算出することができる。
【００５３】
次に、図８および図９を用いて、本実施形態の比較例の電源線電流波形識別装置が必要とするデータベースのデータ量と、本実施形態の電源線電流波形識別装置が必要とするデータベースのデータ量とを具体的に説明する。
【００５４】
図８は、比較例の電源線電流波形識別装置における参照波形データベースのデータ量を示したものである。比較例の電源線電流波形識別装置は、複数の電気機器の電流波形が積算された電流波形を測定し、これを予め測定し、参照波形データベースに蓄積した各参照波形と比較することで、その時点で動作している機器の種別や状態を識別する。図８の例では、５種類の電気機器が同一電源線に接続され、それぞれの電気機器の電源ON、OFFの別を判定しようとする場合の参照波形データベース数は、各電器機器に２つづつ（電源ONとOFF）の状態があることから、全ての状態数の組み合わせは２５ ＝３２通り存在する。比較例では、測定される電流波形は全ての電気機器の消費電流の積算値であるから、必要な参照波形データベースの参照波形データ数は３２個となる。
【００５５】
一方、図９に示す本実施形態の電源線電流波形識別装置においては、過渡状態をはさんだ前後の安定状態における電流波形の差分を利用する。過渡状態で状態が変化する電気機器の数は、たまたま全く同じタイミングで電源のON・OFF等の事象が同時に起こる場合を除けば、一般に1台のみである。このことから、電源OFFの機器の電源がONに変化する場合の状態変化の数は、図９の表に示すように電気機器の機種数と同じ５通りとなる。
【００５６】
なお、電源ONの状態の機器の電源がOFFに変化する場合も考慮すると、状態変化の数は５通り増えて１０通りとなるが、この場合、変化する電流波形は電源がONに変化する場合の電流波形の正負が反転したものであるため、５つの電流波形データに正負の符号情報を付け加えた形でデータを扱うことができる。これにより、参照波形データベースに蓄積するデータ量は、ほぼ５つ分の電流波形の程度で済むこととなる。
【００５７】
以上のように、比較例の電源線電流波形識別装置では、電気機器の数ｎが増えると共に、必要なデータベースに格納する波形データ数が２ｎ のように指数的に増加するため、膨大な量の波形データを保持するか、識別の度に全ての組み合わせを計算する必要がある。これに対し、本実施形態の電源線電流波形識別装置において必要となる波形データの数は、ほぼ電気機器の数ｎと同程度で済むこととなり、大幅なデータベース量の削減や、計算量の削減を図ることができる。
【００５８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００５９】
第２の実施形態の電源線電流波形識別装置の構成は、図４に示す第１の実施形態の電源線電流波形識別装置と、波形識別・判定部４−１３の識別方法のみが異なり、それ以外は同様である。
【００６０】
本実施形態の波形識別・判定部４−１３は、差分波形計算部４−１２が算出した差分波形と、参照波形データベース４−１４の各参照波形とを直接比較するのではなく、差分波形計算部４−１２が算出した差分波形（時間波形）にフーリエ変換やFFTによる周波数解析、またはホルマント解析もしくはそれと同様な周波数成分の時間変動を導く解析方法を適用し、差分波形の周波数スペクトルやその時間変化のプロファイルを算出する。周波数解析および周波数成分の時間変動を導く解析方法については、下記文献２に記載されている。
【００６１】
文献２：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
また、波形識別・判定部４−１３は、参照波形データベース４−１４に蓄積された各参照波形データを、差分波形と同様の解析方法を適用し、各参照波形の周波数スペクトルまたはその時間変化のプロファイルを算出する。そして、波形識別・判定部４−１３は、差分波形の周波数スペクトルまたは時間変化のプロファイルと、各参照波形の周波数スペクトルまたはその時間変化のプロファイルとを比較し、差分波形の周波数スペクトルまたは時間変化のプロファイルに最も類似する参照波形の周波数スペクトルまたはその時間変化のプロファイルを選択する。そして、選択した周波数スペクトルまたはその時間変化のプロファイルに対応する電気機器の種別、動作状態、測定時刻ｔ(m)などを、識別結果として出力する。
【００６２】
なお、波形識別・判定部４−１３は、例えば、パターン認識、ニューラルネットワークの推定アルゴリズム等の手法を用いて、周波数スペクトルまたはその時間変化のプロファイルの比較、対照および識別判定を行う。
【００６３】
時間波形として明確な特徴が現れない電流波形に関しても、周波数スペクトル等に明確な特徴が現れる場合があり、この場合、第２の実施形態の手法を用いたり、第２の実施形態と第１の実施形態とを組み合わせて用いることで、電流波形のより精度の良い識別判定が可能となる。
【００６４】
以上説明した上記実施形態の電源線電流波形識別装置では、過渡状態をはさんだ前後の安定状態における電流波形を測定して、その差分を求めることにより、過渡状態において状態が変化した電気機器のみの電流波形を算出することが可能となる。このとき、参照波形データベースに蓄積しておくべき参照波形は、電気機器が単独動作しているときのものだけで良く、複数の電気機器が様々な組合せで同時に動作している場合の膨大な数のデータを蓄積しておく、もしくはその都度計算するという必要が無い。このことにより、参照波形データベースのデータ数の大幅な削減が可能となり、またそのことによって波形の識別判定の計算負荷も大幅に削減される。加えて、参照波形データベースのデータ数が少なくなることにより、誤識別の確率も減ることが期待でき、判別精度も向上する。
【００６５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
４−１  ：電源線電流波形識別装置
４−２  ：分電盤
４−３  ：電流センサ
４−４  ：電圧センサ
４−５  ：電流波形測定部
４−６  ：タイミング検出部
４−７  ：A/D変換部
４−８  ：逐次波形メモリ
４−９  ：波形比較部
４−１０：安定状態判定部
４−１１：安定波形メモリ
４−１２：差分波形計算部
４−１３：波形識別・判定部
４−１４：参照波形データベース
【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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