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TWI517079B - 電器辨識裝置、方法及其系統 - Google Patents

電器辨識裝置、方法及其系統 Download PDF

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TWI517079B
TWI517079B TW102127311A TW102127311A TWI517079B TW I517079 B TWI517079 B TW I517079B TW 102127311 A TW102127311 A TW 102127311A TW 102127311 A TW102127311 A TW 102127311A TW I517079 B TWI517079 B TW I517079B
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陳鴻元
賴建良
郭倫嘉
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財團法人工業技術研究院
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Description

電器辨識裝置、方法及其系統
本揭露是有關於一種辨識裝置、方法及其系統，且特別是有關於一種電器辨識裝置、方法及其系統。
隨著能源短缺，節能減碳的意識抬頭，建構智慧電網(Smart Grid)，早已成為各國政府積極推動的政策與目標。智慧電網是整合發電、輸電、配電及用戶端的現代化電力網路，可降低用電量及提升使用端能源效率，而實現智慧電網的第一步，就是廣設智慧電表(Smart Meter)，架構先進電表系統(Advanced Metering Infrastructure，AMI)，取代傳統的人工抄表，提高電能使用效率。根據英國牛津大學氣候變遷協會的研究報告，使用者若能取得家庭總用電的資料，平均每月將可節省5%~15%的電費。而日本省能中心的研究也指出，單獨對小型住商用戶提供即時的能源使用資訊，可觸發其自發性的節能意識和行動，而使其能源消耗減少約20%。然而使用者無法得知家中哪些電器才是耗電的主因，假如能提供使用者主要特定電器電力特徵，進而能改善用 電習慣以及提高上述的省電百分比。智慧電表可以測量家中的總用電情形，但卻無法測出個別電器的能耗。
雖然早在1992年，George W.Hart就提出以非侵入式電器負載監測(Nonintrusive Appliance Load Monitoring,NALM)的概念來進行家庭電器電力分析，但是並未吸引大量的研究者投入這塊領域，直到近年來因為智慧電表的普及，相關的研究才又開始飛快地發展。有別於侵入式負載監測，非侵入式負載監測系統不需在個別電器上加裝額外裝置來判斷個別電器的開啟及關閉，只要事先取得個別電器的負載特徵值，再從單一電表的資訊判讀出是那個電器負載特徵所造成的影響，如此一來大幅增加了實作的可能性，畢竟在家中每個電器上裝上額外的裝置並不是一個妥當的做法。在習知技術中，電器負載監測是利用一個電力計或智慧電表量測電器電力特徵，然後進行電力特徵的比對，辨識出各電器的使用狀態，提供更多電器的運轉狀態資訊。然而，非侵入式負載辨識方法的準確率較侵入式為低，其中對於220V的電器更是難以辨識，而220V的電器又佔了家庭中能耗將近50%，對非侵入式負載辨識的使用造成不小的影響，如何能夠提出一個有效的辨法，可以有效辨識220V的電器並提升整體辨識效能，進而更準確的計算220V電器的耗能，便成為一個重要且急需解決的問題。
更進一步而言，對於大部分的220V電器(以空調設備最具代表性)，其電器的特徵具有較差的重複性，且容易受到環境因素的影響，再加上變頻空調設備容易自動的修改其狀態，以上因 素造成220V電器在非侵入式的監測方法中本質上的辨識困難，且對於辨識其他110V的電器的準確度也下降。若再加上變頻空調的自動變化，220V電器的用電量計算將更加困難。然而，220V電器佔了一般家庭中能耗將近50%，如無法正確辨識會大幅降低整體的辨識能力。
有鑑於此，本揭露提供一種電器辨識方法及其裝置，可對電器進行精確的辨識。
本揭露提供一種電器辨識裝置，其包括收集單元以及處理單元。收集單元個別收集第一相電源上的第一電力事件以及第二相電源上的第二電力事件。處理單元耦接收集單元，辨識未知電器是屬於第一類電器或是一第二類電器。其中，當收集單元收集到第一電力事件與第二電力事件的至少其中之一時，處理單元判斷第一電力事件與第二電力事件是否實質上同時發生，其中，第一電力事件與第二電力事件的至少其中之一對應於未知電器。若否，辨識未知電器為第一類電器。若是，判斷第一電力事件以及第二電力事件是否實質上相同。若是，辨識未知電器為第二類電器。若否，辨識未知電器為第一類電器。
本揭露提供一種電器辨識方法，適於電器辨識裝置。所述方法包括下列步驟。個別收集第一相電源上的第一電力事件以及第二相電源上的第二電力事件。當收集到第一電力事件與第二 電力事件的至少其中之一時，判斷第一電力事件與第二電力事件是否實質上同時發生。其中，第一電力事件與第二電力事件的至少其中之一對應於未知電器。若否，辨識未知電器為第一類電器。若是，判斷第一電力事件以及第二電力事件是否實質上相同。若是，辨識未知電器為第二類電器。若否，辨識未知電器為第一類電器。
基於上述，本揭露實施例提供的電器辨識裝置及其方法可在收集到第一電力事件及/或第二電力事件時，藉由觀察第一電力事件以及第二電力事件發生的時間點，以及第一電力事件與第二電力事件是否相同來判斷造成第一電力事件及/或第二電力事件的未知電器是屬於第一類電器或是第二類電器。
為讓本揭露的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。
100‧‧‧電器辨識裝置
110、1010‧‧‧收集單元
120、1020‧‧‧處理單元
130‧‧‧儲存單元
310、330、350、510、530‧‧‧第二電力事件
320、340、360、520、610、620‧‧‧第一電力事件
1000‧‧‧電器辨識系統
S210~S250‧‧‧本揭露之一實施例的電器辨識方法流程圖步驟
S410~S460‧‧‧本揭露之一實施例的辨識電器身分方法流程圖步驟
S710~S760‧‧‧本揭露之一實施例的計算總用電量流程圖步驟
T31~T34、T51~T53、T51’~T52’、T61~T62、T81~T85、T91~T92、T91’~T92’‧‧‧時間點
圖1是依據本揭露之一實施例繪示的電器辨識裝置的示意圖。
圖2是依據本揭露之一實施例繪示的電器辨識方法流程圖。
圖3是依據本揭露之一實施例繪示的第一相電源以及第二相電源個別的電氣特性示意圖。
圖4是依據本揭露之一實施例繪示的辨識電器身分方法流程 圖。
圖5是依據本揭露之一實施例繪示的第一相電源以及第二相電源個別的電氣特性示意圖。
圖6是依據本揭露之一實施例繪示的第一相電源以及第二相電源個別的電氣特性示意圖。
圖7是依據本揭露之一實施例繪示的計算總用電量流程圖。
圖8是依據本揭露之一實施例繪示的的第一功率、第二功率、第一差值以及第二差值對應於不同時間點的數值變化表。
圖9是依據本揭露之一實施例繪示的第一功率以及第二功率的示意圖。
圖10是依據本揭露之一實施例繪示的電器辨識系統示意圖。
現將詳細參考本揭露之示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。
圖1是依據本揭露之一實施例繪示的電器辨識裝置的示意圖。電器辨識裝置100例如是一種用來實現非侵入式電器負載辨識(NILM)技術的裝置，其可配置於例如建築物等地點的電箱中，用以監控建築物(例如，住家、辦公室等)中各個電器的用電情形。在本實施例中，電器辨識裝置100可分別收集第一相電源以及第二相電源上所發生的電力事件。
所述第一相電源例如是市電中的110伏特的電源，而所述第二相電源例如是市電中的-110伏特(與第一相電源的相位角相差180°)的電源。此外，雖然圖1中僅繪示第一相電源以及第二相電源，但一般的市電線路可更包括一中性線電源，用以提供0伏特的電源，而所述第一相電源、第二相電源以及中性線電源可構成一單相三線電源。在單相三線電源的架構之下，使用者可將各個電器依據其所需的輸入電源而連接至對應的電源，以讓電器正常地運作。本揭露接下來提供的各個實施例將以單相三線電源為基礎來進行討論，但本揭露的概念亦可應用至單相多線電源或是多相多線電源的架構之中，並非僅能實施於單相三線電源的架構之中。
在收集到第一相電源及/或第二相電源上發生電力事件之後，電器辨識裝置100可依據收集到的電力事件辨識出造成此電力事件的電器是屬於第一類電器或是第二類電器。所述第一類電器例如是適用於100至120伏特電源的電器，而所述第二類電器例如是適用於200至240伏特電源的電器，但本揭露可不限於此。為了方便說明，以下將假設第一類電器以及第二類電器分別為適用於110和220伏特電源的電器。詳細而言，當電器辨識裝置100的監控範圍內有電器啟動(或關閉)時，電器辨識裝置100可在第一相電源及/或第二相電源上收集到電氣特性的變化(即，電力事件)。所述電氣特性例如是實功率、虛功率、視在功率、功率因數、電流以及諧波等，但本揭露可不限於此。接著，電器辨識裝 置100可依據第一相電源以及第二相電源個別的電氣特性而準確地辨識當下啟動(或關閉)的電器是屬於第一類電器或是第二類電器。以下將以多個實施例來說明本揭露實施方式的細節。
請參照圖1，電器辨識裝置100包括收集單元110以及處理單元120。收集單元110可個別收集第一相電源上的第一電力事件以及第二相電源上的第二電力事件。如先前所教示的內容，第一電力事件例如是第一相電源上所發生的電氣特性的變化，而第二電力事件則例如是第二相電源上所發生的電氣特性的變化。在本實施例中，設計者可基於所要監控的電氣特性而選擇不同的儀器來實現收集單元110，例如電流感測元件、電壓感測元件或功率感測元件等，或同時使用不同之感測元件。舉例而言，若收集單元110是用於收集電流的變化情形，則設計者可採用一第一電流感測元件以及一第二電流感測元件來實現收集單元110，以分別收集第一相電源以及第二相電源上的電流變化。舉另一例而言，若收集單元110是用於收集功率的變化情形，則設計者可採用一第一功率感測元件以及一第二功率感測元件來實現收集單元110，以分別收集第一相電源以及第二相電源上的功率變化。在其他實施例中，當設計者欲監控例如虛功率、視在功率、功率因數、或是諧波等電氣特性時，設計者即可採用對應的儀表來進行收集。
處理單元120耦接收集單元110，用以辨識未知電器是屬於第一類電器或是第二類電器。所述未知電器例如是造成第一電力事件及/或第二電力事件的電器。處理單元120可以是一般用途 處理器、特殊用途處理器、傳統的處理器、數位訊號處理器、多個微處理器(microprocessor)、一個或多個結合數位訊號處理器核心的微處理器、控制器、微控制器、特殊應用集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、場可程式閘陣列電路(Field Programmable Gate Array，FPGA)、任何其他種類的積體電路、狀態機、基於進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine，ARM)的處理器以及類似品。
在其他實施例中，電器辨識裝置100可更包括耦接至處理單元120的儲存單元130。儲存單元130可用於儲存對應於多個電器的多個電力特徵。所述多個電器例如是位於電器辨識裝置100的監控範圍內的各個電器。所述電力特徵例如是電器的電壓、電流、實功率、虛功率、功率因數以及視在功率等參數，但可不限於此。儲存單元130例如是快閃記憶體型態、硬碟型態、多媒體卡片型態的儲存媒介、卡片式記憶體(例如安全數位(Secure Digital，SD)記憶體或是尖端數位(extreme digital，XD)記憶體)、隨機存取記憶體(random access memory，RAM)及/或唯讀記憶體(Read-Only Memory，ROM)。儲存單元130可儲存各式各樣的軟體程式碼、嵌入式軟體或是電器辨識裝置100必需的嵌入式韌體，但本揭露可不限於此。
圖2是依據本揭露之一實施例繪示的電器辨識方法流程圖。本實施例提出的方法適於圖1中的電器辨識裝置100，以下即搭配圖1的各個元件來說明本實施例中的各個步驟。
請同時參照圖1及圖2，在步驟S210中，收集單元110可個別收集第一相電源上的第一電力事件以及第二相電源上的第二電力事件。具體而言，收集單元110可主動偵測第一電力事件以及第二電力事件或是被動接收其他裝置(例如電表)所偵測到的第一電力事件以及第二電力事件，但本揭露不限於此。在步驟S220中，當收集單元110收集到第一電力事件與第二電力事件的至少其中之一時，處理單元120判斷第一電力事件與第二電力事件是否實質上同時發生。若否，則接續進行步驟S230；若是，則接續進行步驟S240。
在步驟S230中，處理單元120可辨識所述未知電器為第一類電器。詳細而言，在本實施例中，由於所述第一類電器是定義為適用於110伏特的電源，因此當屬於第一類電器的一第一電器在與單相三線的電源架構連接時，此第一電器應是在連接中性線電源(0伏特)的情況下，同時連接至第一相電源(110伏特)或是第二相電源(-110伏特)。因此，當所述第一電器啟動(或關閉)時，僅會對應地造成第一相電源或是第二相電源的電氣特性變化，而不會在第一相電源以及第二相電源上同時造成電氣特性的變化。換言之，當收集到對應於未知電器的第一電力事件及/或第二電力事件時，若第一電力事件與第二電力事件未實質上同時發生，即表示此時僅發生第一電力事件與第二電力事件的其中之一。因此，處理單元120即可得知造成第一電力事件與第二電力事件的其中之一的未知電器屬於第一類電器，並進而在步驟S230 中，辨識所述未知電器為第一類電器。
在步驟S240中，處理單元120可判斷第一電力事件以及第二電力事件是否實質上相同。換言之，處理單元120可判斷第一相電源上的電氣特性變化與第二相電源上的電氣特性變化是否實質上相同。若否，則接續進行步驟S230；若是，則接續進行步驟S250。
詳細而言，在本實施例中，由於所述第二類電器是定義為適用於220伏特的電源，因此當屬於第二類電器的一第二電器在與單相三線的電源架構連接時，此第二電器應是同時連接至第一相電源(110伏特)以及第二相電源(-110伏特)，以獲得220伏特(即，110-(-110)=220伏特)的輸入電源。因此，當所述第二電器啟動(或關閉)時，將在第一相電源以及第二相電源上同時造成實質上相同的電氣特性變化。換言之，在第一電力事件與第二電力事件實質上發生在同一個時間點的情況下，即表示此時啟動(或關閉)的未知電器屬於第二類電器。因此，處理單元120即可得知同時造成第一電力事件與第二電力事件的未知電器屬於第二類電器，並進而在步驟S250中，辨識所述未知電器為第二類電器。
然而，在第一電力事件與第二電力事件實質上發生在同一個時間點的情況下，若第一電力事件與第二電力事件實質上不相同，即代表第一電力事件與第二電力事件可能是分別對應於同時啟動(或關閉)的多個屬於第一類電器的電器。因此，處理單 元120即可得知同時造成第一電力事件與第二電力事件的未知電器屬於第一類電器，並進而在步驟S230中，辨識所述未知電器為第一類電器。
因此，本揭露實施例提供的方法及裝置可在收集到第一電力事件及/或第二電力事件時，藉由觀察第一電力事件以及第二電力事件發生的時間點，以及第一電力事件與第二電力事件是否相同來判斷造成第一電力事件及/或第二電力事件的未知電器是屬於第一類電器或是第二類電器。
圖3是依據本揭露之一實施例繪示的第一相電源以及第二相電源個別的電氣特性示意圖。在本實施例中，所觀察的第一相電源以及第二相電源的電氣特性分別可表徵為第一功率以及第二功率。以下將同時參照圖1、圖2及圖3來說明本實施的概念。
從圖3中可看出，在時間點T31時，第二相電源的第二功率發生變化(即，發生第二電力事件310)。此時，由於第一相電源的第一功率並未同時發生變化(即，未發生第一電力事件)，因此當處理單元120執行步驟S220時，將判斷第一電力事件與第二電力事件310未實質上同時發生，並因而接續進行步驟S230。因此，處理單元120即可將對應於第二電力事件310的未知電器辨識為第一類電器。此外，由於第二功率在時間點T31所發生的變化為功率的上升，因此處理單元120可進一步得知對應於第二電力事件310的未知電器在時間點T31時被啟動。
在時間點T32時，可看出第一相電源的第一功率發生變 化(即，發生第一電力事件320)。此時，由於第二相電源的第二功率並未同時發生變化(即，未發生第二電力事件)，因此當處理單元120執行步驟S220時，將判斷第一電力事件320與第二電力事件未實質上同時發生，並因而接續進行步驟S230。因此，處理單元120即可將對應於第一電力事件320的未知電器辨識為第一類電器。此外，由於第一功率在時間點T32所發生的變化為功率的上升，因此處理單元120可進一步得知對應於第一電力事件320的未知電器在時間點T32時被啟動。
在時間點T33時，可看出第一功率以及第二功率同時發生變化(即，同時發生第一電力事件340以及第二電力事件330)。因此，在處理單元120執行步驟S220之後，將接續進行步驟S240以判斷第一電力事件340以及第二電力事件330是否實質上相同。在本實施例中，由於第一電力事件340以及第二電力事件330相當相似，因此處理單元120可判斷第一電力事件340以及第二電力事件330實質上為相同，並接續進行步驟S250。因此，處理單元120即可將對應於第一電力事件340以及第二電力事件330的未知電器辨識為第二類電器。此外，由於第一功率以及第二功率同時在時間點T33出現上升的情況，因此處理單元120可進一步得知對應於第一電力事件340以及第二電力事件330的未知電器在時間點T33時被啟動。
在時間點T34時，可看出第一功率以及第二功率同時發生變化(即，同時發生第一電力事件360以及第二電力事件350)。 因此，在處理單元120執行步驟S220之後，將接續進行步驟S240以判斷第一電力事件360以及第二電力事件350是否實質上相同。在本實施例中，由於第一電力事件360以及第二電力事件350相當相似，因此處理單元120可判斷第一電力事件360以及第二電力事件350實質上為相同，並接續進行步驟S250。因此，處理單元120即可將對應於第一電力事件360以及第二電力事件350的未知電器辨識為第二類電器。此外，由於第一功率以及第二功率同時在時間點T34出現下降的情況，因此處理單元120可進一步得知對應於第一電力事件360以及第二電力事件350的未知電器在時間點T34時被關閉。
在其他實施例中，本揭露提出的方法可更在辨識未知電器是屬於第一類電器或是第二類電器之後，進一步地對第一相電源的電氣特性與該第二相電源的電氣特性進行分析，以獲得更多關聯於未知電器的資訊。
圖4是依據本揭露之一實施例繪示的辨識電器身分方法流程圖。本實施例提出的方法適於圖1中的電器辨識裝置100，以下即搭配圖1的各個元件來說明本實施例中的各個步驟。在本實施例中，處理單元120在執行圖2中的步驟S230(即，辨識未知電器為第一類電器)之後，可接續執行步驟S410~S460，以進一步辨識屬於第一類電器的未知電器身分。以下將進行詳細說明。
在步驟S410中，處理單元120可將第一電氣特性減去第二電氣特性以產生一差值。所述第一電氣特性例如是第一相電源 的電氣特性，而所述第二電氣特性例如是第二相電源的電氣特性。詳細而言，由於第一電氣特性以及第二電氣特性上可能分別包括屬於第二類電器的多個電器的電力特徵，因此，藉由步驟S410中所執行的操作，可消除屬於第二類電器的多個電器的電力特徵。換言之，藉由步驟S410中所執行的操作，可擷取出當未知電器啟動(或關閉)時，對第一電氣特性以及第二電氣特性所造成影響的差異(即所述差值)。舉例而言，若第一電氣特性為第一相電源的第一功率，第二電氣特性為第二相電源的第二功率，則當所述差值為100瓦特時，即代表在觀察時間點的第一相電源的第一類電器總功率大於第二相電源的第一類電器總功率100瓦特。同時，所述差值中已排除第二類電器的影響。
因此，在步驟S420中，處理單元120可將差值減去前一收集時間點的差值以獲得未知電器的特定電力特徵。或者，在其他實施例中，處理單元120亦可藉由分別觀察第一電氣特性以及第二電氣特性的變化情形來獲得未知電器的特定電力特徵。舉例而言，當第一電氣特性出現變化時，處理單元120可判斷第一電氣特性的變化量是否超過一第一門限值。若是，處理單元120可記錄對應於當下時間點的第一電氣特性變化量。接著，處理單元120可判斷對應於當下時間點的第一電氣特性變化量與對應於前一次所記錄時間點的第一電氣特性變化量之間的一特定差值是否超過一第二門限值。若是，處理單元120即可將所述特定差值視為未知電器的特定電力特徵，但本揭露的可實施方式不限於此。 此外，當第二電氣特性出現變化時，處理單元120亦可藉由上述教示中的手段來獲得未知電器的特定電力特徵，在此不再贅述。
然而，由於尚未確認未知電器與三相單線電源架構的連接方式，因此無法確定所述特定電力特徵是否確實為未知電器的電力特徵。詳細而言，在已知未知電器是屬於第一類電器的情況之下，由於無法確定未知電器是以同時連接至中性線電源以及第一相電源的方式與單相三線架構連接，或是以同時連接至中性線電源以及第二相電源的方式與單相三線電源架構連接，因此無法確定所述特定電力特徵是否確實為對應於未知電器的電力特徵。因此，處理單元120可藉由執行步驟S430來判斷未知電器與三相單線電源架構的連接方式。
在步驟S430中，處理單元120可判斷第一相電源上是否發生第一電力事件。若是，則接續進行步驟S450。詳言之，由於所述差值是藉由將第一電氣特性減去第二電氣特性的方式來計算，因此若此時發生的是在第一相電源上的第一電力事件，即代表所述特定電力特徵確實為未知電器的電力特徵。因此，在步驟S450中，處理單元120可比對特定電力特徵以及所述多個電力特徵，以在所述多個電器中找出符合特定電力特徵的目標電器。具體而言，處理單元120可搜尋儲存單元130所儲存的各個電力特徵，以找出其中是否存在具有與未知電器的電力特徵相符電力特徵的目標電器。若是，即代表未知電器的身分即為所述目標電器。
然而，若處理單元120在步驟S430中判斷第一相電源上 未發生第一電力事件，此即代表所述特定電力特徵並非為未知電器的電力特徵，而是未知電器的反相後的電力特徵。因此，在步驟S440中，處理單元120可反相特定電力特徵，並比對反相的特定電力特徵以及所述多個電力特徵，以在所述多個電器中找出符合反相的特定電力特徵的目標電器。具體而言，處理單元120可藉由反相特定電力特徵的方式來獲得未知電器的電力特徵。接著，處理單元120可搜尋儲存單元130所儲存的各個電力特徵，以找出其中是否存在具有與未知電器的電力特徵相符電力特徵的目標電器。若是，即代表未知電器的身分即為所述目標電器。
在步驟S440和S450之後，處理單元120可執行步驟S460，以辨識未知電器的身分為目標電器。簡言之，本實施例提出的方法可在已知未知電器屬於第一類電器的情況下，進一步分析第一電氣特性以及第二電氣特性，以辨識未知電器的確切身分。因此，透過本實施例提出的方法，電器辨識裝置100可進一步提供關聯於未知電器的身分資訊給使用者，以讓使用者更清楚地掌握電器的運作情形。
圖5是依據本揭露之一實施例繪示的第一相電源以及第二相電源個別的電氣特性示意圖。在本實施例中，所觀察的第一相電源以及第二相電源的電氣特性分別可表徵為第一功率以及第二功率。以下將同時參照圖1、圖4及圖5來說明本實施的概念。
從圖5中可看出，在時間點T51時，處理單元120可藉由執行步驟S410而求出差值約為-500。接著，處理單元120可藉 由執行步驟S420而得知未知電器的特定電力特徵為-500瓦特。具體而言，處理單元120可將時間點T51的差值(約為-500瓦特)減去前一收集時間點(例如是時間點T51’)的差值(約為0瓦特)，以求得約為-500瓦特的特定電力特徵。由於此時未知電器所造成的是第二相電源上的第二功率變化(即，第二電力事件510)，因此可得知未知電器是以同時連接至中性線電源以及第二相電源的方式與單相三線電源架構連接。換言之，未知電器的電力特徵應為反相的所述特定電力特徵(即，500瓦特)。因此。處理單元120可接續進行步驟S440，以在儲存單元130中找出電力特徵為500瓦特的目標電器(例如是吹風機)。之後，處理單元120可在步驟S460中辨識未知電器的身分為目標電器(例如是吹風機)。此外，由於第二功率在時間點T51所發生的變化為功率的上升，因此處理單元120可進一步得知對應於第二電力事件510的未知電器(例如是吹風機)在時間點T51時被啟動。
在時間點T52時，處理單元120可藉由執行步驟S410而求出差值約為100。接著，處理單元120可藉由執行步驟S420而得知未知電器的特定電力特徵為100瓦特。具體而言，處理單元120可將時間點T52的差值(約為-400瓦特)減去前一收集時間點(例如是時間點T52’)的差值(約為-500瓦特)，以求得約為100瓦特的特定電力特徵。由於此時未知電器所造成的是第一相電源上的第一功率變化(即，第一電力事件520)，因此可得知未知電器是以同時連接至中性線電源以及第一相電源的方式與單相三 線電源架構連接。換言之，所述特定電力特徵即為未知電器的電力特徵(即，100瓦特)。因此。處理單元120可接續進行步驟S450，以在儲存單元130中找出電力特徵為100瓦特的目標電器(例如是燈泡)。之後，處理單元120可在步驟S460中辨識未知電器的身分為目標電器(例如是燈泡)。此外，由於第一功率在時間點T52所發生的變化為功率的上升，因此處理單元120可進一步得知對應於第一電力事件520的未知電器(例如是燈泡)在時間點T52時被啟動。
在時間點T53時，處理單元120可藉由執行步驟S410而求出差值。接著，處理單元120可藉由執行步驟S420而得知未知電器的特定電力特徵。由於此時未知電器所造成的是第二相電源上的第二功率變化(即，第二電力事件530)，因此可得知未知電器是以同時連接至中性線電源以及第二相電源的方式與單相三線電源架構連接。換言之，未知電器的電力特徵應為反相的所述特定電力特徵。因此。處理單元120可接續進行步驟S440，以在儲存單元130中找出目標電器(例如是吹風機)。之後，處理單元120可在步驟S460中辨識未知電器的身分為目標電器(例如是吹風機)。此外，由於第二功率在時間點T53所發生的變化為功率的下降，因此處理單元120可進一步得知對應於第二電力事件530的未知電器(例如是吹風機)在時間點T53時被關閉。
圖6是依據本揭露之一實施例繪示的第一相電源以及第二相電源個別的電氣特性示意圖。在本實施例中，所觀察的第一 相電源以及第二相電源的電氣特性分別可表徵為第一電流以及第二電流。以下將同時參照圖1、圖4及圖6來說明本實施的概念。
從圖6中可看出，在時間點T61時，處理單元120可藉由執行步驟S410而求出差值。接著，處理單元120可藉由執行步驟S420而得知未知電器的特定電力特徵。由於此時未知電器所造成的是第一相電源上的第一電流變化(即，第一電力事件610)，因此可得知未知電器是以同時連接至中性線電源以及第一相電源的方式與單相三線電源架構連接。換言之，所述特定電力特徵即為未知電器的電力特徵。因此。處理單元120可接續進行步驟S450，以在儲存單元130中找出目標電器(例如是吹風機)。之後，處理單元120可在步驟S460中辨識未知電器的身分為目標電器(例如是吹風機)。此外，由於第一電流在時間點T61所發生的變化為電流的上升，因此處理單元120可進一步得知對應於第一電力事件610的未知電器(例如是吹風機)在時間點T61時被啟動。
在時間點T62時，處理單元120可藉由執行步驟S410而求出差值。接著，處理單元120可藉由執行步驟S420而得知未知電器的特定電力特徵。由於此時未知電器所造成的是第二相電源上的第一電流變化(即，第一電力事件620)，因此可得知未知電器是以同時連接至中性線電源以及第一相電源的方式與單相三線電源架構連接。換言之，所述特定電力特徵即為未知電器的電力特徵。因此。處理單元120可接續進行步驟S440，以在儲存單元130中找出目標電器(例如是吹風機)。之後，處理單元120可在 步驟S460中辨識未知電器的身分為目標電器(例如是吹風機)。此外，由於第一電流在時間點T62所發生的變化為電流的下降，因此處理單元120可進一步得知對應於第一電力事件620的未知電器(例如是吹風機)在時間點T62時被關閉。
再者，在已知未知電器的身分的情況下，電器辨識裝置100可依據其電力特徵以及運作的時間來計算未知電器的用電量。並且，電器辨識裝置100可更將所有屬於第一類電器的所有電器個別的用電量加總，以計算這些電器的總用電量。因此，透過本實施例提出的方法，電器辨識裝置100可提供使用者更細節的電力資訊，例如屬於第一類電器的所有電器的總用電量等。
在其他實施例中，在已知未知電器屬於第二類電器的情況下，本揭露可更透過以下的方法來估計屬於第二類電器的所有電器的總用電量。概括而言，以下的方法是依據第一差值以及第二差值計算第二類電器對應於第一時間點的總用電量。其中，第一時間點為收集到第一相電源的第一功率出現變化，或是第二相電源的第二功率出現變化的時間點。第一差值為第一相電源在第一時間點的第一功率與第一相電源在第二時間點的第一功率之間的差值。第二時間點為第一時間點之前的收集時間點。第二差值為第二相電源在第一時間點的第二功率與第二相電源在第二時間點的第二功率之間的差值。以下將提供詳細說明。
圖7是依據本揭露之一實施例繪示的計算總用電量流程圖。本實施例提出的方法適於圖1中的電器辨識裝置100，以下即 搭配圖1的各個元件來說明本實施例中的各個步驟。在本實施例中，處理單元120在執行圖2中的步驟S240(即，辨識未知電器為第二類電器)之後，可接續執行步驟S710~S770，以進一步計算屬於第二類電器的所有電器的總用電量。
在步驟S710中，處理單元120可判斷第一差值的絕對值以及第二差值的絕對值是否皆小於下限值。若是，處理單元120可接續進行步驟S715，以保持第一差值以及第二差值。
在步驟S720中，處理單元120可將第一差值與第一功率加總至對應於第二時間點的總用電量，以計算對應於第一時間點的總用電量。從另一觀點而言，第一差值與第一功率的總和即代表屬於第二類電器的所有電器在第一時間點的用電量。此外，對應於第二時間點的總用電量可視為在第二時間點之前，屬於第二類電器的所有電器的總用電量。因此，將第一差值與第一功率加總至對應於第二時間點的總用電量即可計算出對應於第一時間點的總用電量。
在其他實施例中，當第一差值的絕對值與第二差值的絕對值皆小於下限值時，即代表第一差值與第二差值可能相當接近。因此，在步驟S720中，處理單元120亦可將第二差值與第二功率加總至對應於第二時間點的總用電量，以計算對應於第一時間點的總用電量。
另一方面，若第一差值的絕對值及第二差值的絕對值未皆小於下限值，則在步驟S710之後，處理單元120可接續進行步 驟S730。在步驟S730中，處理單元120可判斷第一差值以及第二差值之間的相似度是否大於等於預設相似度。所述相似度例如可藉由將第一差值與第二差值相減後取絕對值，再除以第一差值的絕對值及第二差值的絕對值總和的方式計算而得，但本揭露可不限於此。其中，若第一差值以及第二差值之間的相似度大於等於預設相似度，處理單元120可接續進行步驟S715以及S720。步驟S715以及S720的細節可參照先前的教示內容，在此不再贅述。
然而，若第一差值以及第二差值之間的相似度未大於等於預設相似度，即代表此時第一差值或第二差值其中包含第一類電器的功率變化。因此，處理單元120可接續進行步驟S740，以判斷第一差值的絕對值是否小於第二差值的絕對值。
若第一差值的絕對值小於第二差值的絕對值，處理單元120可接續進行步驟S760。在步驟S760中，處理單元120可用第一差值取代第二差值。換言之，由於第二差值所反應的是第一類電器所產生的用電量變化，透過步驟S760的操作，可消除第一類電器所產生的用電量變化對於計算第二類電器的總用電量的影響。因此，處理單元120可接續進行步驟S720。步驟S720的細節可參照先前的教示內容，在此不再贅述。
另一方面，在步驟S740中，若第一差值的絕對值不小於第二差值的絕對值，處理單元120可接續進行步驟S750。在步驟S750中，處理單元120可用第二差值取代第一差值。換言之，由 於第一差值所反應的是第一類電器所產生的用電量變化，透過步驟S760的操作，可消除第一類電器所產生的用電量變化對於計算第二類電器的總用電量的影響。因此，處理單元120可接續進行步驟S720。步驟S720的細節可參照先前的教示內容，在此不再贅述。
簡言之，本實施例提出的方法可在已知未知電器屬於第二類電器的情況下，進一步分析第一電氣特性以及第二電氣特性，以計算第二類電器的總用電量。因此，透過本實施例提出的方法，電器辨識裝置100可進一步提供關聯於第二類電器的總用電量給使用者，以讓使用者更清楚地掌握電器的運作情形。
圖8是依據本揭露之一實施例繪示的的第一功率、第二功率、第一差值以及第二差值對應於不同時間點的數值變化表。以下即搭配圖1、圖7以及圖8來說明本實施例的概念。
從圖8中可看出，對應於時間點T82的第一差值(2.006378)和第二差值(1.656419)可藉由將對應於時間點T82的第一功率(656.0839)以及第二功率(1083.122)分別減去對應於時間點T81(例如是時間點T82之前的收集時間點)的第一功率(654.0775)以及第二功率(1081.465)來求得。在時間點T82時，處理單元120可判斷第一差值(2.006378)和第二差值(1.656419)皆小於下限值(例如是10)，並因而在步驟S710之後接續進行步驟S715以及S720。
再以時間點T83為例，對應於時間點T83的第一差值 (42.891541)和第二差值(42.73836)可藉由將對應於時間點T83的第一功率(698.9754)以及第二功率(1125.86)分別減去對應於時間點T82(例如是時間點T83之前的收集時間點)的第一功率(656.0839)以及第二功率(1083.122)來求得。在時間點T83時，處理單元120可判斷第一差值(42.891541)的絕對值和第二差值(42.73836)的絕對值未皆小於下限值(例如是10)，並因而在步驟S710之後接續進行步驟S730。然而，由於第一差值與第二差值之間的相似度大於預設相似度(例如是80%)，因此在步驟S730之後，處理單元120可接續進行步驟S715以及S720，其細節在此不再贅述。
以時間點T84為例，其對應的第一差值(-5.012674)以及第二差值(-85.663)可依據先前教示而求出，在此不再贅述。在時間點T84時，處理單元120將因第二差值(-85.663)大於下限值而接續進行步驟S730。在步驟S730中，處理單元120可判斷第一差值(-5.012674)以及第二差值(-85.663)之間的相似度是否大於等於預設相似度(例如是80%)。此時，由於第一差值(-5.012674)以及第二差值(-85.663)之間的相似度未大於等於預設相似度，因此處理單元將接續進行步驟S740。由於第一差值的絕對值(5.012674)小於第二差值的絕對值(85.663)，因此處理單元120將進行步驟S760，以用第一差值(-5.012674)取代第二差值(-85.663)。亦即，取代後的第二差值為-5.012674。
再以時間點T85為例，其對應的第一差值(-0.752068) 以及第二差值(-422.844)可依據先前教示而求出，在此不再贅述。在時間點T85時，處理單元120因第二差值(-422.844)的絕對值大於下限值(例如是10)而接續進行步驟S730。在步驟S730中，處理單元120可判斷第一差值(-0.752068)以及第二差值(-422.844)之間的相似度是否大於等於預設相似度(例如是80%)。此時，由於第一差值(-0.752068)以及第二差值(-422.844)之間的相似度未大於等於預設相似度，因此處理單元將接續進行步驟S740。由於第一差值的絕對值(0.752068)小於第二差值的絕對值(422.844)，因此處理單元120將進行步驟S760，以用第一差值(-0.752068)取代第二差值(-422.844)。亦即，取代後的第二差值為-0.752068。
圖9是依據本揭露之一實施例繪示的第一功率以及第二功率的示意圖。以下將同時參照圖1、圖7及圖9來說明本實施例的概念。
以時間點T91為例，假設時間點T91’為時間點T91的前一收集時間點，則對應於時間點T91的第一差值以及第二差值分別約為420(550-130)以及430(460-30)。因此，在下限值為10的情況下，處理單元120可在步驟S710之後進行步驟S730、S715以及S720。
再以時間點T92為例，假設時間點T92’為時間點T92的前一收集時間點，則對應於時間點T92的第一差值以及第二差值分別約為650(1100-450)以及0(350-350)。因此，在下限值為 10的情況下，處理單元120將在步驟S710之後進行步驟S730、S740、S750以及S720。
此外，雖然在本揭露的各個實施例中是基於110伏特的第一相電源以及-110伏特的第二相電源進行說明，但在以其他伏特數值實現的第一相電源及第二相電源的情況下，本揭露亦可對應地發揮其準確辨識未知電器的功效。
以日本的電力系統為例，其第一相電源例如是100伏特，而其第二相電源則例如是-100伏特。因此，對應於日本電力系統的第一類電器例如是適用於100伏特輸入電源的電器，而第二類電器則例如是適用於200伏特輸入電源的電器。再以美國的電力系統為例，其第一相電源例如是120伏特，而其第二相電源則例如是-120伏特。因此，對應於日本電力系統的第一類電器例如是適用於120伏特輸入電源的電器，而第二類電器則例如是適用於240伏特輸入電源的電器。亦即，透過本揭露提出的概念，可在日本以及美國的電力系統架構下準確地辨識各種不同的未知電器。
在其他實施例中，電器辨識裝置100中的元件可分別實作於多個分散的電子裝置中，如圖10所示。圖10是依據本揭露之一實施例繪示的電器辨識系統示意圖。本實施例中的電器辨識系統1000包括收集單元1010以及處理單元1020。收集單元1010以及處理單元1020例如是兩個獨立的電子裝置，而此兩者之間的各種互動行為與前述實施例中的收集單元110以及處理單元120相同，在此不再贅述。
綜上所述，本揭露實施例提供的電器辨識裝置及其方法可在收集到第一電力事件及/或第二電力事件時，藉由觀察第一電力事件以及第二電力事件發生的時間點，以及第一電力事件與第二電力事件是否相同來判斷造成第一電力事件及/或第二電力事件的未知電器是屬於第一類電器或是第二類電器。透過本揭露提出的方法，可有效地提升對於第一類電器以及第二類電器的辨識準確度。
此外，在辨識未知電器為第一類電器之後，本揭露可更進一步分析第一電氣特性以及第二電氣特性，以辨識未知電器的確切身分。或者，在辨識未知電器為第一類電器之後，本揭露可更依據第一差值以及第二差值計算第二類電器的總用電量。因此，在能夠準確地辨識未知電器的情況下，本揭露的電器辨識裝置可精確地掌握所監控範圍內各個電器的運作情形(例如各個電器個別的用電量)，進而提供使用者更完整的電力監控資訊。
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，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
S210~S250‧‧‧本揭露之一實施例的電器辨識方法流程圖步驟

Claims (19)

  1. 一種電器辨識裝置，包括：一收集單元，個別收集一第一相電源上的一第一電力事件以及一第二相電源上的一第二電力事件；以及一處理單元，耦接該收集單元，辨識一未知電器是屬於一第一類電器或是一第二類電器，其中該第一類電器適用於100至120伏特的電源，該第二類電器適用於200至240伏特的電源：其中，當該收集單元收集到該第一電力事件與該第二電力事件的至少其中之一時，該處理單元判斷該第一電力事件與該第二電力事件是否實質上同時發生，其中，該第一電力事件與該第二電力事件的至少其中之一對應於該未知電器；若否，辨識該未知電器為該第一類電器；若是，判斷該第一電力事件以及該第二電力事件是否實質上相同；若是，辨識該未知電器為該第二類電器；若否，辨識該未知電器為該第一類電器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電器辨識裝置，其中該電器辨識裝置更包括一儲存單元，儲存對應於多個電器的多個電力特徵。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電器辨識裝置，其中在辨識該未知電器為該第一類電器之後，該處理單元更經配置以：依據該第一相電源的一第一電氣特性與該第二相電源的一第 二電氣特性之間的一差值以及該些電力特徵辨識該未知電器的一身分。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的電器辨識裝置，其中該處理單元經配置以：將該第一電氣特性減去該第二電氣特性以產生該差值；將該差值減去前一收集時間點的該差值以獲得該未知電器的一特定電力特徵；判斷該第一相電源上是否發生該第一電力事件；若是，比對該特定電力特徵以及該些電力特徵，以在該些電器中找出符合該特定電力特徵的一目標電器；若否，反相該特定電力特徵，並比對反相的該特定電力特徵以及該些電力特徵，以在該些電器中找出符合反相的該特定電力特徵的該目標電器；以及辨識該未知電器的該身分為該目標電器。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的電器辨識裝置，其中在辨識該未知電器為該第二類電器之後，該處理單元更經配置以：依據一第一差值以及一第二差值計算該第二類電器對應於一第一時間點的一總用電量，其中，該第一時間點為收集到該第一電力事件與該第二電力事件的至少其中之一的一時間點，其中，該第一差值為該第一相電源在該第一時間點的一第一功率與該第一相電源在一第二時間點的該第一功率之間的差值， 其中，該第二時間點為該第一時間點之前的一收集時間點，其中，該第二差值為該第二相電源在該第一時間點的一第二功率與該第二相電源在該第二時間點的該第二功率之間的差值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電器辨識裝置，其中該處理單元經配置以：判斷該第一差值以及該第二差值是否皆小於一下限值；以及若是，保持該第一差值以及該第二差值，並將該第一差值與該第一功率加總至對應於該第二時間點的該總用電量，以計算對應於該第一時間點的該總用電量。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電器辨識裝置，其中當該第一差值以及該第二差值未皆小於該下限值時，該處理單元更經配置以：判斷該第一差值以及該第二差值之間的一相似度是否大於等於一預設相似度；以及若是，保持該第一差值以及該第二差值，並將該第一差值與該第一功率加總至對應於該第二時間點的該總用電量，以計算對應於該第一時間點的該總用電量。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的電器辨識裝置，其中當該第一差值以及該第二差值之間的該相似度未大於等於該預設相似度時，該處理單元更經配置以：判斷該第一差值的絕對值是否小於該第二差值的絕對值；若是，用該第一差值取代該第二差值； 若否，用該第二差值取代該第一差值；以及將該第一差值與該第一功率加總至對應於該第二時間點的該總用電量，以計算對應於該第一時間點的該總用電量。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的電器辨識裝置，其中該收集單元主動偵測該第一電力事件以及該第二電力事件或被動接收該第一電力事件以及該第二電力事件。
  10. 一種電器辨識方法，適於一電器辨識裝置，包括：個別收集一第一相電源上的一第一電力事件以及一第二相電源上的一第二電力事件；當收集到該第一電力事件與該第二電力事件的至少其中之一時，判斷該第一電力事件與該第二電力事件是否實質上同時發生，其中，該第一電力事件與該第二電力事件的至少其中之一對應於一未知電器；若否，辨識該未知電器為一第一類電器，其中該第一類電器適用於100至120伏特的電源；若是，判斷該第一電力事件以及該第二電力事件是否實質上相同；若是，辨識該未知電器為一第二類電器，其中該第二類電器適用於200至240伏特的電源；以及若否，辨識該未知電器為該第一類電器。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的電器辨識方法，更包括儲存對應於多個電器的多個電力特徵。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的電器辨識方法，其中在辨識該未知電器為該第一類電器的步驟之後，更包括：依據該第一相電源的一第一電氣特性與該第二相電源的一第二電氣特性之間的一差值以及該些電力特徵辨識該未知電器的一身分。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的電器辨識方法，其中依據該第一相電源的該第一電氣特性與該第二相電源的該第二電氣特性之間的該差值以及該些電力特徵辨識該未知電器的該身分的步驟包括：將該第一電氣特性減去該第二電氣特性以產生該差值；將該差值減去前一收集時間點的該差值以獲得該未知電器的一特定電力特徵；判斷該第一相電源上是否發生該第一電力事件；若是，比對該特定電力特徵以及該些電力特徵，以在該些電器中找出符合該特定電力特徵的一目標電器；若否，反相該特定電力特徵，並比對反相的該特定電力特徵以及該些電力特徵，以在該些電器中找出符合反相的該特定電力特徵的該目標電器；以及辨識該未知電器的該身分為該目標電器。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的電器辨識方法，其中在辨識該未知電器為該第二類電器的步驟之後，更包括：依據一第一差值以及一第二差值計算該第二類電器對應於一 第一時間點的一總用電量，其中，該第一時間點為收集到該第一電力事件與該第二電力事件的至少其中之一的一時間點，其中，該第一差值為該第一相電源在該第一時間點的一第一功率與該第一相電源在一第二時間點的該第一功率之間的差值，其中，該第二時間點為該第一時間點之前的一收集時間點，其中，該第二差值為該第二相電源在該第一時間點的一第二功率與該第二相電源在該第二時間點的該第二功率之間的差值。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的電器辨識方法，其中依據該第一差值以及該第二差值計算該第二類電器對應於該第一時間點的該總用電量的步驟包括：判斷該第一差值以及該第二差值是否皆小於一下限值；以及若是，保持該第一差值以及該第二差值，並將該第一差值與該第一功率加總至對應於該第二時間點的該總用電量，以計算對應於該第一時間點的該總用電量。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的電器辨識方法，其中該第一差值以及該第二差值未皆小於該下限值時，更包括：判斷該第一差值以及該第二差值之間的一相似度是否大於等於一預設相似度；以及若是，保持該第一差值以及該第二差值，並將該第一差值與該第一功率加總至對應於該第二時間點的該總用電量，以計算對應於該第一時間點的該總用電量。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的電器辨識方法，其中當該第一差值以及該第二差值之間的該相似度未大於等於該預設相似度時，更包括：判斷該第一差值的絕對值是否小於該第二差值的絕對值；若是，用該第一差值取代該第二差值；若否，用該第二差值取代該第一差值；以及將該第一差值與該第一功率加總至對應於該第二時間點的該總用電量，以計算對應於該第一時間點的該總用電量。
  18. 如申請專利範圍第10項所述的電器辨識方法，其中個別收集該第一相電源上的該第一電力事件以及該第二相電源上的該第二電力事件的步驟包括：主動偵測該第一電力事件以及該第二電力事件或被動接收該第一電力事件以及該第二電力事件。
  19. 一種電器辨識系統，包括：一收集裝置，個別收集一第一相電源上的一第一電力事件以及一第二相電源上的一第二電力事件；以及一處理裝置，耦接該收集裝置，辨識一未知電器是屬於一第一類電器或是一第二類電器，其中該第一類電器適用於100至120伏特的電源，該第二類電器適用於200至240伏特的電源：其中，當該收集裝置收集到該第一電力事件與該第二電力事件的至少其中之一時，該處理裝置判斷該第一電力事件與該第二電力事件是否實質上同時發生，其中，該第一電力事件與該 第二電力事件的至少其中之一對應於該未知電器；若否，辨識該未知電器為該第一類電器；若是，判斷該第一電力事件以及該第二電力事件是否實質上相同；若是，辨識該未知電器為該第二類電器；若否，辨識該未知電器為該第一類電器。
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