专利名称：居家电器检测的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明为关于一种居家电器监测的方法及系统。
背景技术：
顺应现今节能减碳的国际趋势，各国政府无不希望透过各种方法达成降低污染的排放以及提高能源的使用效率，也期望建立民众对节能的观念并落实至生活当中。世界各国目前朝向利用各种科技来达到上述节能减碳的目标，例如建置智能电网、研发节能电动车、采用太阳能发电并提高其转换效率等方法。然而我们认为除了政府政策推动外，使用者若能于日常生活中养成随手关闭不用的电器或减少高耗电产品的使用时数，以积沙成塔的效果便能减少许多不必要的耗电以及费用支出。研究报告指出，使用者若能取得家庭总用电的数据，平均每月将可节省5% 15%的电费。若以台湾为例，所有家庭总计的单月平均电费约97亿元，若每户可省10%的用电，则每月可省约9. 73亿元，一年可省近百亿元。虽然让使用者了解总用电信息能够降低电力使用量，然而使用者无法得知家中哪些电器才是耗电的主因。举例来说，使用者可得知总耗电量相较于上个月增加了 50度电， 但是使用者无法了解到底是哪些电器过度使用而产生这多出的用电。倘若电费的账单能够清楚地提供哪一个特定的电器用了多少电、花了多少费用、以及该电器用电相关的统计图表，使用者便能得知哪些电器已使用过度，进而改善用电习惯以及提高上述的省电百分比。在不变更电器本身的规格下，要达到了解家中电器的开关状态最简单的方法就是在电器的电源在线加装上一数字电力计，并且透过无线传输或电力线通讯的方式将每一个电器的使用状态传送到管理端，管理端再进一步统计与分析这些资料就能够达到上述的功能。然而此方法存在着一个重大缺点，也就是若每一个要被侦测的电器都要加装一个数字电力计，一个普通的数字电力计约台币一千多元，若要大量安装将使得系统成本过高导致使用者使用意愿降低许多。此外若使用者将该电力计装置到不同的电器上，也将导致系统误判。者透过电力公司、服务提供商、或是本身家庭能源管理系统得知家中特定电器的耗电、使用状态、以及相关耗电统计信息，将是现今提高节能功效的目标工作。
发明内容
有鉴于此，在本发明的一方面，第一实施例提供一种居家电器监测的方法，其包括下列步骤测量一居家的用电数据，其至少包含一电压、一实功率及一虚功率，并传送至一本地端数据处理单元；根据该电压，正规化该用电数据；当该用电数据发生变化时，计算该用电数据的变动值；根据该用电数据的变动值，与该本地端数据处理单元所储存的电器信息的电性特征值进行对比；若对比为一电器的电性特征值，则确认为该电器的用电状态改变；否则传送该用电数据的变动值至一远程数据处理系统进行再对比，并将再对比的结果传回且更新该本地端数据处理单元所储存的电器信息的电性特征。在本发明的另一方面，第二实施例提供一种居家电器监测的系统，其包括一测量单元，用以测量一居家的用电数据；一本地端数据处理单元，连接至该测量单元，其中含有一第一数据库用以储存至少一居家电器的电器信息，且该本地端数据处理单元用以计算该用电数据的正规化值的变动量，并与该第一数据库所储存的电器信息进行对比；及一远程数据处理单元，连接至该本地端数据处理单元，其中含有一第二数据库用以储存各种居家电器的电器信息，且该远程数据处理单元用以将该用电数据的正规化值的变动量与该第二数据库所储存的电器信息进行对比。在本发明的另一方面，第三实施例提供一种居家电器监测的方法，其包括下列步骤提供一智能电表，其至少具有数据处理、数据库、及显示的功能；以一测量一居家的用电数据，其至少包含一电压、一实功率、及一虚功率；根据该电压，正规化该用电数据；当该用电数据发生变化时，计算该用电数据的变动值；根据该用电数据的变动值，与该智慧电表所储存的电器信息的电性特征值进行对比；及若对比为一电器的电性特征值，则确认为该电器的用电状态改变；否则传送该用电数据的变动值至一远程数据处理系统进行再对比，并将再对比的结果传回且更新该智慧电表所储存的电器信息的电性特征。在本发明的另一方面，第四实施例提供一种居家电器监测的方法，其包括下列步骤测量一居家的用电数据，其至少包含一电压、一实功率、及一虚功率，并传送至一远程数据处理系统；根据该电压，正规化该用电数据；当该用电数据发生变化时，计算该用电数据的变动值；根据该用电数据的变动值，与远程数据处理系统所储存的电器信息的电性特征值进行对比；及将对比的结果传回并显示于一本地端显示器。在本发明的另一方面，第五实施例提供一种居家电器监测的系统，其包括一测量单元，用以测量一居家的用电数据；及一远程数据处理单元，连接至该测量单元，其中含有一数据库用以储存各种居家电器的电器信息，且该远程数据处理单元用以计算该用电数据的正规化值的变动量，并与该数据库所储存的电器信息进行对比。在本发明的另一方面，另一实施例提供一种居家电器监测系统，该系统包括一插座�？椋峁└玫缙鞯牡缭矗灰坏缌Σ饬磕？椋饬扛貌遄？榈暮牡缡荩灰晃尴叽淠？椋尴叽透玫缌Σ饬磕？樗饬康氖荩灰皇菘猓锹几弥辽僖坏缙鞯牡缧蕴卣骷锹迹患耙幌允酒鳎允靖玫缌Σ饬磕？樗饬康暮牡缡�。
图1为一电器开启或关闭后的实功率曲线图；图2为一些常用电器的功率分布示意图；图3为一电器开启的前后的奇次谐波电流的变化示意图；图4为当一电器开启的实功率瞬时变化示意图；图5为本发明第一实施例的居家电器监测方法的流程示意图；图6为本发明第二实施例的居家电器监测系统；图7为本发明一实施例的居家电器测量装置的方块图；图8为本发明另一实施例的居家电器测量装置的方块图，其具有数个插座及电力测量单元；图9为前述实施例的居家电器测量装置的第一种接线方式的示意图；图10为前述实施例的居家电器测量装置的第二种接线方式的示意图；图11为前述实施例的居家电器测量装置的第三种接线方式的示意图12为前述实施例的居家电器测量装置的第四种接线方式的示意图；图13为本发明第三实施例的居家电器监测方法的流程示意图；图14为本发明第四实施例的居家电器监测方法的流程示意图；图15为本发明第五实施例的居家电器监测系统。符号标识100第一实施例的方法步骤110/120/130/140/150/151/152200第二实施例的系统210测量单元220本地端数据处理单元230远程数据处理单元300第三实施例的方法步骤310/320/330/340/350/351/352400第四实施例的方法步骤410/420/430/440/450500第五实施例的系统510测量单元530远程数据处理单元550网关器610插座�？�611/612/613 插座620电力测量模块621/622/623电力测量单元630显示器640无线传输�？�650数据库
具体实施例方式以下将参照附随的图式详细描述及说明本发明的特征、目的、功能，及其达成所使用的技术手段；但所列举的实施例仅为辅助说明，以利对本发明有更进一步的认知与了解， 并不因此限制本发明的范围及技术手段。而为了说明上的便利，图式中各装置组件以概略的、夸张的、或简要的方式表示，且各构成要素的尺寸并未完全为其实际尺寸。本发明主要是将智能电表或测量装置所测量的总用电信息，凭借当时所测量到的电压去校正其它电力参数，再撷取单一电器开启或关闭时所造成的电力参数变化当作电力特征值，然后将此电力特征值与数据库内所有电力特征值进行对比，若对比不出结果(可能是此电器为新购买的电器)，系统便将此电力特征值传送到远程服务器或云端系统进行大量对比，再将对比结果传回本地端并且更新本地端数据库以便下次同一电器再开关时直接进行本地端对比。本发明所指的本地端或远程，基本上是以距离的远近而加以区分，本地端可能就是家用的个人计算机或智能电表，而远程则可以是云端服务器或其类似物，但不因此而限制本发明。由上述可知，电力特征值在本发明的操作中占有相当重要的角色，因此以下先详细描述电力特征值。电力特征值的计算分析可分成两大类，首先是稳态分析的方式，利用电器开启或关闭后的实功率与虚功率的差值来做为该电器的电力特征值。如图1所示，为一电器开启或关闭后的实功率曲线图，其中X轴为时间(秒)，Y轴为瓦特数，由图1左方开始，当曲线的变化大于某一个阈值时即代表有电器被开启或关闭(若曲线上升则为电器开启，反之则为电器关闭)。当测量值的变化经过一段时间而没再有超过阈值的变化，该电器可视为已经达到稳态状态，则可将此次稳态的功率平均值减去上次稳态状态的平均值，即可得出该电器所耗费的功率。以图1为例，该电器大约耗费80W的实功率，则可对比数据库内实功率消耗约80W的电器，以判断为被开启的电器。上述阈值与稳态时间值的设定会因电器及当时准位不同而有所差异，其合理的阈值设定在10%以内，而合理的稳态时间值设定在2 3 秒，但不以为限。复次，仅以实功率判断电器的开启或关闭仍是不够周全的，因为不同的电器有可能会消耗相同或很接近的实功率，而造成无法正确判断出被开启或关闭的电器；此时可再加上非纯电组性电器(non-resistive appliance)会消耗的虚功率作为另一个电力参数。
虚功率可使用智能电表及电力计来测量，或利用β = sjS2 -P2^ S = VXI加以计算，其
中S为视在功率、P为实功率、Q为虚功率、V为电压、且I为电流。结合实功率与虚功率此二电力参数所计算出来的差值，已足够提供大部份电器的电力特征值。图2显示一些常用电器的功率分布示意图，其X轴为实功率且Y轴为虚功率。以图2为例，大部份电器的电力特征都互不相同，因此可以判断特定电器的开启或关闭；而且只要该图上的功率点未重迭， 则将不会发生误判。一般而言，许多小功率的居家电器会集中在图2的左下方，也就是其实功率与虚功率都很低；例如，实功率低于40W及虚功率低于30VAR。然而，这些小型电器因耗电低，并非使用者所在意，也不是本发明关心的问题，因而是可以被忽略的。高取样率的测量装置更可用以计算电器开启或关闭后谐波电流(Harmonic Current)的变化来做为该电器的电力特征值。对于马达类(Motor-driven)、泵类 (Pump-operated)、电子类(Electronic)的电器以及日光灯管(Fluorescent light)，其奇次谐波电流明显，适合作为该电器的电力特征值。计算谐波电流的方法是将所测量到的电流透过快速傅立叶转换(Fast Fourier Transform,FFT)转到频率域上。以图3为例，其为一电器开启之前与之后的奇次谐波电流的变化示意图，其中X轴表示谐波阶次，Y轴表示电流值，网状条表示其开启前的奇次谐波电流，实心条则表示开启后的奇次谐波电流；藉此变化差异，可以判断特定电器的开启或关闭。再者，为瞬时分析的电力特征值。利用电器开启或关闭后电性参数的瞬间变化来做为该电器的电力特征值。而因为是瞬间变化，其测量装置必须具有很高的取样率。图4为当一电器开启的实功率瞬时变化示意图。倘若电器的电性参数在开启或关闭的瞬间变化是固定且可重现的，则其电性参数的瞬时波形作为电力特征值，而于本发明中凭借已知的讯号处理或图形辨识方法以分辨电器的使用。综上所述，对于以电力特征值来对比电器使用的状况，可先对比实功率与虚功率的变化；若无法分辨，再进而对比谐波电流变化；若还是无法分辨，则再进而对比电性参数的瞬时分析结果；但本发明对其对比顺序并不加以限制。 其中该电器电力特征信息可以由使用者自行测量或是由电器厂商于电器出厂时测量，并记录在本地端的数据处理单元，更可以上传至一远程数据处理系统上与其它使用者分享。针对低阶的测量装置，可凭借本地端数据处理单元的设置，以进行校正电力参数、 取出电力特征值、及对比电力特征的运算。图5为本发明第一实施例的居家电器监测方法的流程示意图。该方法100包含下列步骤步骤110，测量居家的用电数据，并传送至本地端数据处理单元；步骤120，正规化该用电数据；步骤130，计算该用电数据的变动值；步骤 140，将该变动值与该本地端数据处理单元所储存的电器信息的电性特征值进行对比；及步骤150，根据对比结果选择后续步骤，若对比结果符合一电器的电性特征值，则进行步骤 151，确认为该电器的用电状态改变；否则进行步骤152，传送该用电数据的变动值至一远程数据处理系统进行再对比，并将再对比的结果传回且更新该本地端数据处理单元所储存的电器信息的电性特征。本实施例在步骤110主要是测量居家用电的电压、实功率及虚功率，并传送至本地端数据处理单元，由该数据处理单元针对该等电性参数进行电力特征值的计算；但不以此为限，电性参数亦可以包括奇次谐波电流、电流、实功率、虚功率、或视在功率的瞬时波形，以顺应电力特征值的稳态及瞬时分析，及后续的对比之用。步骤120须对电力参数进行校正，其原因是数据库所记录的电力特征值是基于一个电压准位所测量到的值，但往往一般家庭供电电压随着地区、时间、或是用电状况不同所供电的电压也会波动改变(以台湾为例通常介于105 125V)，这将可能造成电力特征值的改变而导致误判。倘若电力特征值能先经过校正，则该校正值可适用于不同地区的不同供电电压；例如，在115V的电压下所算得的电力特征值也能适用在125V的环境。实功率P 与视在功率S在电压120V下的正规化为PNorm= (120/V)aPXPSNorm= (120/V)aQXS其中Ptom与、。 代表正规化后的P及S，V代表正规化前的测量电压值，而正规化指数aP与aQ在已知技术通常设定为2，但在本发明的应用上，认为各电器的aP与aQ值可能会有差异，其数值的较佳范围约为0至3之间，而不可全都设为2，否则将可能导致系统的误判。步骤130为当该用电数据发生变化时，计算该用电数据的变动值。由于所得的电力特征值将与数据库内各电器的电力特征值进行对比，以下说明各电器储存于数据库中可能的字段及格式，包括A类的基本信息电器品牌、电器类型、型号、及状态，或上述其中二者以上的组合；B类的电性特征，包含功率特征的电压、实功率、aP正规化指数、虚功率、及 aQ正规化指数；奇次谐波电流的一次谐波电流、三次谐波电流、或五次谐波电流；瞬时特征的瞬时波形数据、数据类型、取样率、取样时间长度及区间；及实功率、虚功率、奇次谐波电流、瞬时特征的微调变化等；或上述特征二种以上的组合。步骤140为将该变动值与该本地端数据处理单元所储存的电器信息的电性特征值进行对比。步骤120提及各电器正规化指数aP与aQ的较佳范围为0至3 ；此处可以各别将此二数值以d为级距及120V为正规化电压，进行实功率与虚功率的正规化计算，再将其结果与数据库内的每一笔数据的功率特征对比。当对比到同一 aP与aQ数值的实功率P 与虚功率Q相同时，则可判断该电器即为已开启或关闭的电器。举例而言，假设在某一电压 V下量到一笔功率特征为P及Q，接着我们以120V并带入所有可能的aP与aQ来正规化该功率特征(相隔级距d)，则可以得到下列的功率特征数据<aP =0，P = P0><aQ =0，Q =
<aP =d, P = P1)<aQ =d，Q =
<aP =2d, P = P2> <aQ =2d, Q =…<aP = nd, P = Pn> <aQ = nd, Q = Qn>对于具有强弱段次操作的电器，其电器信息可以更包括强弱段次的特征，例如各强弱操作的段次、电压、实功率、实功率正规化指数、虚功率、虚功率正规化指数、奇次谐波电流、瞬时特征、或上述二者以上的组合；其中该瞬时特征包括瞬时波形数据、数据类型、 取样率、及取样时间长度及区间。由电器使用的习惯来看，一般具有强弱段次或多种功能的电器在开启后，其变动状况常为段次或功能切换的操作；因此，当用电数据发生变化时， 可先对比目前工作中的电器的强弱段次切换的电性特征值变动量，以利对比工作的快速进行。该等电器信息由电器的使用者在最初使用时或电器业者在上市出厂时，设定于本地端的数据处理单元。接着逐笔对比数据库内的每一数据。当与同一 aP数值的实功率P及同一 aQ数值的虚功率Q皆相同时，则认定对比成功；但由于数值不可能完全没有误差，因此在此可设定两个阈值Tp与Tq分别予实功率与虚功率，作为其数值计算可能的容忍度。以实功率为例， 若aP —样但正规化后的P与数据库内的P差距大于3W (假设Tp为3)，则将认定该两笔数值不同。若经由上述的操作而找到符合的数值，则为对比成功而确认为该电器的开启或关闭； 否则将响应该电器特征对比失败，而视为无法分辨的电力变动现象。因此，步骤150为根据对比结果选择后续步骤；若对比结果符合一电器的电性特征值，则进行步骤151的确认为该电器的用电状态改变；否则进行步骤152，传送该用电数据的变动值至一远程数据处理系统进行再对比，并将再对比的结果传回且更新该本地端数据处理单元所储存的电器信息的电性特征，该远程数据处理系统所储存的电器信息亦可由电器的使用者或电器业者所设定，且该远程数据处理系统将可包含1家以上(含)的业者所生产的不同电器的电性特征信息。此电器和其电性特征信息可以由不同的电器生产制造商主动地上传至该远程数据处理系统，或是由该远程数据处理系统向不同的电器业者索取。此外，电器的用电状态改变包括了开启、关闭、强弱段次的切换、或功能的切换，皆为电性特征值所必须计算或分析的标的。该电器信息的电性特征值亦可依照不同类别的电器属性而分类，例如电阻类、马达类、 泵类、电子产品类、及日光灯管类；凭借各类别的电器产生其特有的电力特征值，可初步得知该电器的类别，而不须对整个数据库进行对比，只须对比与该类别相关的部份数据库，因此可加速对比的进行。此外，为使数据处理单元的数据库内的各电器电性特征数据能实时更新，以利对比工作的准确性，本实施例可对该对比出的电器的用电数据的历史记录进行加权平均的计算，并用以更新该电器于该本地端数据处理单元所储存的电性特征值。在上述的该电器信息中，更可以包括一预设的阈值以作为判断该电器发生老化的依据；例如，当该用电数据变动值所对应的电性特征值实质上不等于该预设阈值，则判断该电器已发生老化。另外，本实施例更可计算与记录该电器在不同电压值下的耗电曲线，并以前述的正规化方式进行正规化后，储存于该本地端或远程的数据处理单元。上述的居家电器监测方法可另由如下实施例的居家电器监测系统予以实现。图6为根据本发明第二实施例的居家电器监测系统200，其包括测量单元210、本地端数据处理单元220、及远程数据处理单元230。该测量单元210可以是装置在家中配电箱内的电力计或数字电表，测量居家总用电数据的变化，并上传给该本地端数据处理单元220 ；凭借各电器的电力特征值，辨识是哪一个电器的使用状态改变，并估算该电器的用电时间及耗电费用。本实施例不需要在各电器上都设置一测量单元或电力计，而是凭借后端的数据处理单元对各电器的电力特征值的对比，而可实时且自动化地辨识居家电器的使用状态及用电数据。上述的用电数据主要为电压、实功率及虚功率，以进行第一级的校正或正规化及电力特征值对比；若对比不成功，则可以奇次谐波电流进行第二级的电力特征值对比；若还对比不成功，则可以电性参数(例如电流、实功率、虚功率、视在功率等)的瞬时波形进行第三级的电力特征值对比。该测量单元210除了上述的电力计或数字电表之外，亦可以是具有测量功能的延长线装置。图7为根据本发明一实施例的居家电器测量装置的方块图，该测量装置包括一提供电器电源的插座�？�610、一电力测量�？�620、一显示器630，一无线传输�？�640、及一数据库650。如图7所示，该插座模块包含至少一插座，该电力测量�？�620可测量该等插座的全部或其中一者的耗电数据，该无线传输�？�640用以将该电力测量�？樗饬康氖菸尴叽统鋈ィ孟允酒骺上允靖玫缌Σ饬磕？樗饬康暮牡缡荩⑼腹梦尴叽淠？�640上传给该本地端数据处理单元220。该数据库650用以记录该电器的电性特征， 且该数据库650所记录的电器电性特征可由电器业者或使用者设定记录；当有电器安装在该插座上，该测量装置亦可藉此电性特征信息而自动辨识该电器。另外，如图8所示，该延长线装置的插座�？�610亦可以包含数个插座611/612/613，该电力测量模块620包括数个电力测量单元621/622/623，各电力测量单元分别测量各插座的耗电数据，对应地测量该等插座的耗电数据，并透过该无线传输�？�640上传给该本地端数据处理单元220及交由该显示器以显示其耗电数据。该测量单元210的�？榻酉叻绞娇梢郧殖芍苯咏酉呒暗缌刍范郑磺罢呶玫缌Σ饬磕？橹苯恿又粮孟低车慕涣鞯缭聪撸笳呶玫缌Σ饬磕？槠窘枰豢刍肺撇⒖酃以诟孟低车慕涣鞯缭丛谙撸钥刹饬�110/220V的电力特征。测量IlOV电器的方式，可以将电表接线接在电压源IlOV和OV的位置，进行测量，如图9所示。测量220V电器的方式，可以将电表接线接在电压源1IOV和-1IOV的位置，进行测量，如图10所示。测量1IOV 电器的方式，可以利用扣环的方式接在电压源IlOV的位置，进行测量，如图11所示。测量 220V电器的方式，可以利用扣环的方式接在电压源IlOV和-110V的位置，进行测量，如图 12所示。该本地端数据处理单元220内含有一第一数据库用以储存本地端常用的及/或曾使用的居家电器的电器信息，且该本地端数据处理单元220用以计算该用电数据的正规化值的变动量，并与该第一数据库所储存的电器信息进行初次的对比。由于该第一数据库仅储存本地端常用的及/或曾使用的居家电器的电器信息，其可允许较小的容量，并且较容易对比到该居家的电器使用状态。但若是一新电器首次使用于该居家，或其它的原因导致该本地端数据处理单元220的对比或辨识失败，则可将此电器的特征值送到该远程数据处理单元230，以进行进一步或更多电器数据量的对比。该第一数据库所储存的电器信息的字段及格式可能包括A类的基本信息电器品牌、电器类型、型号、及状态，或上述其中二者以上的组合；B类的电性特征，包含功率特征的电压、实功率、aP正规化指数、虚功率、及aQ正规化指数；奇次谐波电流的一次谐波电流、三次谐波电流、或五次谐波电流；瞬时特征的瞬时波形数据、数据类型、取样率、取样时间长度及区间；及实功率、虚功率、奇次谐波电流、瞬时特征的微调变化等；或上述特征二种以上的组合。而对于具有强弱段次操作的电器，其电器信息可以更包括强弱段次的特征，例如各强弱操作的段次、电压、实功率、实功率正规化指数、虚功率、虚功率正规化指数、奇次谐波电流、瞬时特征、或上述二者以上的组合；其中该瞬时特征包括瞬时波形数据、数据类型、取样率、及取样时间长度及区间。由电器使用的习惯来看，一般具有强弱段次或多种功能的电器在开启后，其变动状况常为段次或功能切换的操作；因此，当用电数据发生变化时，可先对比目前工作中的电器的强弱段次切换的电性特征值变动量，以利对比工作的快速进行。此外，为使该第一数据库内的各电器电性特征数据能实时更新，以利对比工作的准确性，本实施例可对该对比出的电器之用电数据的历史记录进行加权平均的计算，并用以更新该电器于该本地端数据处理单元所储存的电性特征值。在上述的该电器信息中，更可以包括一预设的阈值以作为判断该电器发生老化的依据；例如，当该用电数据变动值所对应的电性特征值实质上不等于该预设阈值，则判断该电器已发生老化。另外，本实施例更可包含一电压测量正规化�？椋� 用以计算与记录该电器在不同电压值下的耗电曲线，并以前述的正规化方式进行正规化后，储存于该本地端数据处理单元。此外，本实施例可包括一电器分类�？椋靡砸勒盏缙魇粜远掷喔玫缙餍畔⒌牡缧蕴卣髦担玫缙魇粜园ǖ缱枥�、马达类、泵类、电子产品类、 及日光灯管类。凭借各类别的电器产生其特有的电力特征值，可初步得知该电器的类别，而不须对整个数据库进行对比，只须对比与该类别相关的部份数据库，因此可加速对比的进行。该远程数据处理单元230内含有一第二数据库用以储存各种居家电器的电器信息，且该远程数据处理单元用以将该用电数据的正规化值的变动量与该第二数据库所储存的电器信息进行对比。基本上，本实施例期待该第二数据库能储存所有居家电器的电器信息，或是当新品种或新型号的电器一出厂，就能将其电性规格或电力特征值向该数据库登录，使得该第二数据库拥有完整的电器信息以供对比。该远程数据处理单元230可视为本地端该第一数据库的后勤支持，当本地端数据处理单元220的对比或辨识失败，则电器的特征值被送至此，以进行完整的电器数据对比。若对比成功，则于该远程数据处理单元230 回传该电器的特征值至该本地端数据处理单元220，储存于该第一数据库并将结果显示于该本地端数据处理单元220所属的显示屏幕上；若对比不成功，则于该远程数据处理单元 230亦会回传结果给该本地端数据处理单元220，并将结果显示于本地端的显示屏幕上。上述实施例的测量装置亦可以具有数据处理、数据库及显示功能的高阶测量装置，例如智能电表(Smart meter)，来取代测量单元210及本地端数据处理单元220的角色，而同时进行测量用电数据、校正电力参数、取出电力特征值、及对比电力特征的运算，如下所述的实施例。图13为本发明第三实施例的居家电器监测方法的流程示意图。该方法 300包含下列步骤步骤310，提供一智能电表，用以测量居家的用电数据；步骤320，正规化该用电数据；步骤330，计算该用电数据的变动值；步骤340，将该变动值与该智慧电表所储存的电器信息的电性特征值进行对比；及步骤350，根据对比结果选择后续步骤，若对比结果符合一电器的电性特征值，则进行步骤351，确认为该电器的用电状态改变；否则进行步骤352，传送该用电数据的变动值至一远程数据处理系统进行再对比，并将再对比的结果传回且更新该智慧电表所储存的电器信息的电性特征。该智能电表所测量的用电数据至少包含电压、实功率及虚功率，并根据该电压来正规化该用电数据。当所测量到的用电数据发生变化时，该智慧电表即进行此变动值的计算。本实施例流程的其它细部说明请参照如上的第一实施例所述，在此不再赘述。在第二实施例中，倘若该远程数据处理单元230具有强大的数据处理能力，及与测量单元210之间快速的数据传输能力，则本地端数据处理单元220是可以省略的。以下的实施例即是以一般的测量装置来测量用电数据，而校正电力参数、取出电力特征值、及对比电力特征的运算及数据库则由远程数据处理单元230来执行。图14为本发明第四实施例的居家电器监测方法的流程示意图。该方法400包含下列步骤步骤410，测量居家的用电数据；步骤420，正规化该用电数据；步骤430，计算该用电数据的变动值；步骤440，将该变动值与该智慧电表所储存的电器信息的电性特征值进行对比；及步骤450，将对比的结果传回并显示于本地端显示器。所测量的用电数据至少包含电压、实功率及虚功率，并根据该电压来正规化该用电数据。当所测量到的用电数据发生变化时，该远程数据处理单元即进行此变动值的计算。本实施例流程的其它细部说明请参照如上的第一实施例所述，在此不再赘述。上述的居家电器监测方法可另由如下实施例的居家电器监测系统予以实现。图15 为根据本发明第五实施例的居家电器监测系统500，其包括测量单元510及远程数据处理单元530。该测量单元510可以是装置在家中配电箱内的电力计或数字电表，测量居家总用电数据的变化，并上传给该远程数据处理单元530 ；凭借各电器的电力特征值，辨识是哪一个电器的使用状态改变，并估算该电器的用电时间及耗电费用。本实施例不需要在各电器上都设置一测量单元或电力计，而是凭借后端的数据处理单元对各电器的电力特征值的对比，而可实时且自动化地辨识居家电器的使用状态及用电数据。上述之用电数据主要为电压、实功率及虚功率，以进行第一级的校正或正规化及电力特征值对比；若对比不成功，则可以奇次谐波电流进行第二级的电力特征值对比；若还对比不成功，则可以电性参数(例如电流、实功率、虚功率、视在功率等)的瞬时波形进行第三级的电力特征值对比。该远程数据处理单元530用以计算该用电数据的正规化值的变动量，其包含一数据库用以储存各种居家电器的电器信息，且该远程数据处理单元530用以将该用电数据的正规化值的变动量与该数据库所储存的电器信息进行对比。基本上，本实施例期待该数据库能储存所有居家电器的电器信息，或是当新品种或新型号的电器一出厂，就能将其电性规格或电力特征值向该数据库登录，使之拥有完整的电器信息以供对比。对比的结果亦将回传而显示于本地端的显示屏幕上。本实施例系统的其它细部说明请参照如上的第二实施例所述，在此不再赘述。随着电器长期使用，电力特征可能会因使用者习惯或环境供电不稳定造成电力特征值逐渐改变，而导致系统误判。因此，本实施例系统将透过适应性电力特征值自动调整技术，以解决电器老化问题、增加辨识的精准度以及提供不良电器更换建议警示。本实施例利用过去开启的每一个电力特征值分别加上一个权重去更新本地端电力特征值数据，一但该电力特征值偏离远本正常值太多时便视为不良电器的警告，因此本地端电力特征值的更新方法如下列计算方式
其中Pn =第n次开启， =权重，w =过去几笔数据。举例来说，若w = 3,a1 = a2 =^则代表将过去近三次开启的电力特征值计算平均，然后更新为该电器最新的电力特征值，所以当电器逐渐老化，本实施例系统将不会造成误判。通过上述实施例的居家电器监测方法，用户可以判断家中电器的使用状态，并且将各电器的使用状态，传回并纪录在家中的一个网关器(GateWay)550或是云端服务器上， 该网关器550连接至该测量单元510及该远程数据处理单元530。使用者可以利用移动上网装置或是一般的计算机，联机至该网关器550或云端服务器，以观察各电器的使用状态。从以上所述，包含特征、步骤、结构、及其它类似的效果，仅为本发明的实施范例， 在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种居家电器监测的方法，其包括下列步骤测量一居家的用电数据，并传送至一本地端数据处理单元，该用电数据至少包含一电压、一实功率及一虚功率；根据该电压，正规化该用电数据；当该用电数据发生变化时，计算该用电数据的变动值；及根据该用电数据的变动值，与该本地端数据处理单元所储存的电器信息的电性特征值进行对比，以决定造成该用电数据变化的一电器。
2.如权利要求1所述的居家电器监测方法，其特征在于，还包括若对比为该电器的电性特征值，则确认为该电器的用电状态改变；否则传送该用电数据的变动值至一远程数据处理系统进行再对比，并将再对比的结果传回且更新该本地端数据处理单元所储存的电器信息的电性特征。
3.如权利要求2所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器的用电状态改变包括开启、关闭、强弱段次的切换、或功能的切换。
4.如权利要求1所述的居家电器监测方法，其特征在于，该用电数据还包括一奇次谐波电流。
5.如权利要求1项所述的居家电器监测方法，其特征在于，该用电数据还包括 一瞬时波形，其为电流、实功率、虚功率、或视在功率的瞬时波形。
6.如权利要求1项所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器信息至少包括 一基本信息，为选自品牌、电器类型、型号、及状态所组成的信息群；及一电性特征，为选自电压、实功率、实功率正规化指数、虚功率、虚功率正规化指数、奇次谐波电流、及瞬时特征所组成的特征群；该瞬时特征包括瞬时波形数据、数据类型、取样率、及取样时间长度及区间。
7.如权利要求6所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器信息还包括 一强弱段次特征，为选自各强弱段次操作的段次、电压、实功率、实功率正规化指数、虚功率、虚功率正规化指数、奇次谐波电流、及瞬时特征所组成的特征群；该瞬时特征包括 瞬时波形数据、数据类型、取样率、及取样时间长度及区间。
8.如权利要求7所述的居家电器监测方法，其特征在于，还包括当该用电数据发生变化时，先对比目前工作中的电器的强弱段次切换的电性特征值变动量。
9.如权利要求1所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器信息的电性特征值依照电器属性而分类，该电器属性包括电阻类、马达类、泵类、电子产品类、及日光灯管类。
10.如权利要求2所述的居家电器监测方法，其特征在于，该远程数据处理系统所储存的电器信息由电器的使用者或电器业者所设定。
11.如权利要求10所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器信息的设定是由该电器业者主动上传至该远程数据处理系统，或是由该远程数据处理系统向不同的电器业者索取。
12.如权利要求1所述的居家电器监测方法，其特征在于，还包括 计算与记录该电器在不同电压值下的耗电曲线。
13.如权利要求1所述的居家电器监测方法，其特征在于，还包括计算该电器用电数据的历史记录加权平均，并用以更新该电器于该本地端数据处理单元所储存的电性特征值。
14.如权利要求13所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器信息还包括一预设的阈值，当该用电数据变动值所对应的电性特征值实质上不等于该预设的阈值，则判断该电器发生老化。
15.一种居家电器监测的方法，其包括下列步骤提供一智能电表，其至少具有数据处理、数据库、及显示的功能；以该智慧电表测量一居家的用电数据，其至少包含一电压、一实功率、及一虚功率；根据该电压，正规化该用电数据；当该用电数据发生变化时，计算该用电数据的变动值；及根据该用电数据的变动值，与该智慧电表所储存的电器信息的电性特征值进行对比， 以决定造成该用电数据变化的一电器。
16.如权利要求15所述的居家电器监测方法，其特征在于，还包括若对比为该电器的电性特征值，则确认为该电器的用电状态改变；否则传送该用电数据的变动值至一远程数据处理系统进行再对比，并将再对比的结果传回且更新该智慧电表所储存的电器信息的电性特征。
17.如权利要求16所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器的用电状态改变包括开启、关闭、强弱段次的切换、或功能的切换。
18.如权利要求15所述的居家电器监测方法，其特征在于，该用电数据还包括一奇次谐波电流。
19.如权利要求15所述的居家电器监测方法，其特征在于，该用电数据还包括 一瞬时波形，其为电流、实功率、虚功率、或视在功率的瞬时波形。
20.如权利要求15所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器信息至少包括 一基本信息，为选自品牌、电器类型、型号、及状态所组成的信息群；及一电性特征，为选自电压、实功率、实功率正规化指数、虚功率、虚功率正规化指数、奇次谐波电流、及瞬时特征所组成的特征群；该瞬时特征包括瞬时波形数据、数据类型、取样率、及取样时间长度及区间。
21.如权利要求20所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器信息还包括 一强弱段次变化特征，为选自各强弱段次操作的强弱段次状态、电压、实功率、实功率正规化指数、虚功率、虚功率正规化指数、奇次谐波电流、及瞬时特征所组成的特征群；该瞬时特征包括瞬时波形数据、数据类型、取样率、及取样时间长度及区间。
22.如权利要求21的居家电器监测方法，其特征在于，还包括当该用电数据发生变化时，先对比目前工作中的电器的强弱段次切换的电性特征值。
23.如权利要求15所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器信息的电性特征值依照电器属性而分类，该电器属性包括电阻类、马达类、泵类、电子产品类、及日光灯管类。
24.如权利要求16所述的居家电器监测方法，其特征在于，该远程数据处理系统所储存的电器信息由电器的使用者或电器业者所设定。
25.如权利要求M所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器信息的设定是由该电器业者主动上传至该远程数据处理系统，或是由该远程数据处理系统向不同的电器业者索取。
26.如权利要求15所述的居家电器监测方法，其特征在于，还包括 计算与记录该电器在不同电压值下的耗电曲线。
27.如权利要求15所述的居家电器监测方法，其特征在于，还包括计算该电器用电数据的历史记录加权平均，并用以更新该电器于该智慧电表所储存的电性特征值。
28.如权利要求27所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器信息还包括一预设的阈值，当该用电数据变动值所对应的电性特征值实质上不等于该预设阈值，则判断该电器发生老化。
29.一种居家电器监测的方法，其包括下列步骤测量一居家的用电数据，其至少包含一电压、一实功率、及一虚功率，并传送至一远程数据处理系统；根据该电压，正规化该用电数据；当该用电数据发生变化时，计算该用电数据的变动值；根据该用电数据的变动值，与该远程数据处理系统所储存的电器信息的电性特征值进行对比，以决定造成该用电数据变化的一电器；及将对比的结果传回并显示于一本地端显示器。
30.如权利要求四所述的居家电器监测方法，其特征在于，该用电数据还包括一奇次谐波电流。
31.如权利要求四所述的居家电器监测方法，其特征在于，该用电数据还包括 一瞬时波形，其为电流、实功率、虚功率、或视在功率的瞬时波形。
32.如权利要求四所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器信息至少包括 一基本信息，为选自品牌、电器类型、型号、及状态所组成的信息群；及一电性特征，为选自电压、实功率、实功率正规化指数、虚功率、虚功率正规化指数、奇次谐波电流、及瞬时特征所组成的特征群；该瞬时特征包括瞬时波形数据、数据类型、取样率、及取样时间长度及区间。
33.如权利要求32所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器信息还包括 一强弱段次变化特征，为选自各强弱段次操作的强弱段次状态、电压、实功率、实功率正规化指数、虚功率、虚功率正规化指数、奇次谐波电流、及瞬时特征所组成的特征群；该瞬时特征包括瞬时波形数据、数据类型、取样率、及取样时间长度及区间。
34.如权利要求33所述的居家电器监测方法，其特征在于，还包括当该用电数据发生变化时，先对比目前工作中的电器的强弱段次切换的电性特征值。
35.如权利要求四所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器信息的电性特征值依照电器属性而分类，该电器属性包括电阻类、马达类、泵类、电子产品类、及日光灯管类。
36.如权利要求四所述的居家电器监测方法，其特征在于，该远程数据处理系统所储存的电器信息由电器的使用者或电器业者所设定。
37.如权利要求36所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器信息的设定是由该电器业者主动上传至该远程数据处理系统，或是由该远程数据处理系统向不同的电器业者索取。
38.如权利要求四所述的居家电器监测方法，其特征在于，还包括计算与记录该电器在不同电压值下的耗电曲线。
39.如权利要求四所述的居家电器监测方法，其特征在于，还包括计算该电器用电数据的历史记录加权平均，并用以更新该电器于该远程数据处理系统数据库所储存的电性特征值。
40.如权利要求39所述的居家电器监测方法，其特征在于，该电器信息还包括一预设的阈值，作为判断该电器发生老化的依据。
41.一种居家电器监测的系统，其包括一测量单元，用以测量一居家的用电数据；及一本地端数据处理单元，连接至该测量单元，其中含有一第一数据库用以储存至少一居家电器的电器信息，且该本地端数据处理单元用以计算该用电数据的正规化值的变动量，并与该第一数据库所储存的电器信息进行对比。
42.如权利要求41所述的居家电器监测系统，其特征在于，还包括一远程数据处理单元，连接至该本地端数据处理单元，其中含有一第二数据库用以储存各种居家电器的电器信息，且该远程数据处理单元用以将该用电数据的正规化值的变动量与该第二数据库所储存的电器信息进行对比。
43.如权利要求41所述的居家电器监测系统，其特征在于，该用电数据包括一电压、 一实功率、及一虚功率。
44.如权利要求41所述的居家电器监测系统，其特征在于，该用电数据包括一奇次谐波电流。
45.如权利要求41所述的居家电器监测系统，其特征在于，该用电数据包括一瞬时波形，其为电流、实功率、虚功率、或视在功率的瞬时波形。
46.如权利要求41所述的居家电器监测系统，其特征在于，该电器信息至少包括一基本信息，为选自品牌、电器类型、型号、及状态所组成的信息群；及一电性特征，为选自电压、实功率、实功率正规化指数、虚功率、虚功率正规化指数、奇次谐波电流、及瞬时特征所组成的特征群；该瞬时特征包括瞬时波形数据、数据类型、取样率、及取样时间长度及区间。
47.如权利要求46所述的居家电器监测系统，其特征在于，该电器信息还包括一强弱段次特征，为选自各强弱段次操作的段次、电压、实功率、实功率正规化指数、虚功率、虚功率正规化指数、奇次谐波电流、及瞬时特征所组成的特征群；该瞬时特征包括 瞬时波形数据、数据类型、取样率、及取样时间长度及区间。
48.如权利要求47所述的居家电器监测系统，其特征在于，当该用电数据发生变化时， 该本地端数据处理单元先对比目前工作中的电器的强弱段次切换的电性特征值变动量。
49.如权利要求41所述的居家电器监测系统，其特征在于，还包括一电器分类模块，用以依照电器属性而分类该电器信息的电性特征值，该电器属性包括电阻类、马达类、泵类、电子产品类、及日光灯管类。
50.如权利要求42所述的居家电器监测系统，其特征在于，该远程数据处理系统所储存的电器信息由电器的使用者或电器业者所设定。
51.如权利要求50所述的居家电器监测系统，其特征在于，该电器信息的设定是由该电器业者主动上传至该远程数据处理系统，或是由该远程数据处理系统向不同的电器业者索取。
52.如权利要求41所述的居家电器监测系统，其特征在于，还包括一电压测量正规化�？椋靡约扑阌爰锹几玫缙髟诓煌缪怪迪碌暮牡缜�。
53.如权利要求41所述的居家电器监测系统，其特征在于，该本地端数据处理单元更计算一电器用电数据的历史记录加权平均，并用以更新该电器于该第一数据库的电器信息。
54.如权利要求53所述的居家电器监测系统，其特征在于，该电器信息还包括一预设的阈值，当该用电数据变动值所对应的电性特征值实质上不等于该预设的阈值，则判断该电器发生老化。
55.一种居家电器监测系统，用以监测居家电器的用电，该系统包括一插座�？椋峁└弥辽僖坏缙鞯牡缭矗灰坏缌Σ饬磕？椋饬扛貌遄？榈暮牡缡荩灰晃尴叽淠？椋尴叽透玫缌Σ饬磕？樗饬康氖荩灰皇菘猓锹几弥辽僖坏缙鞯牡缧蕴卣鳎患耙幌允酒鳎允靖玫缌Σ饬磕？樗饬康暮牡缡�。
56.如权利要求55所述的居家电器监测系统，其特征在于，该插座�？榘霾遄� 该电力测量�？榘ㄊ龅缌Σ饬康ピ鞯缌Σ饬康ピ直鸩饬扛鞑遄暮牡缡�。
57.如权利要求55所述的居家电器监测系统，其特征在于，该数据库所记录的该至少一电器的电性特征可由电器业者或使用者设定记录。
58.如权利要求55所述的居家电器监测系统，其特征在于，该电力测量模块直接连接至该系统的交流电源线。
59.如权利要求55所述的居家电器监测系统，其特征在于，该电力测量�？槠窘枰豢刍罚撇⒖酃以诟孟低车慕涣鞯缭丛谙�。
60.一种居家电器监测的系统，其包括一测量单元，用以测量一居家的用电数据；及一远程数据处理单元，连接至该测量单元，其中含有一第二数据库用以储存各种居家电器的电器信息，且该远程数据处理单元用以计算该用电数据的正规化值的变动量，并与该第二数据库所储存的电器信息进行对比。
61.如权利要求60所述的居家电器监测系统，其特征在于，该用电数据包括一电压、 一实功率、及一虚功率。
62.如权利要求60所述的居家电器监测系统，其特征在于，该用电数据包括一奇次谐波电流。
63.如权利要求60所述的居家电器监测系统，其特征在于，该用电数据包括一瞬时波形，其为电流、实功率、虚功率、或视在功率的瞬时波形。
64.如权利要求60所述的居家电器监测系统，其特征在于，该电器信息至少包括一基本信息，为选自品牌、电器类型、型号、及状态所组成的信息群；及一电性特征，为选自电压、实功率、实功率正规化指数、虚功率、虚功率正规化指数、奇次谐波电流、及瞬时特征所组成的特征群；该瞬时特征包括瞬时波形数据、数据类型、取样率、及取样时间长度及区间。
65.如权利要求64所述的居家电器监测系统，其特征在于，该电器信息更包括 一强弱段次特征，为选自各强弱段次操作的段次、电压、实功率、实功率正规化指数、虚功率、虚功率正规化指数、奇次谐波电流、及瞬时特征所组成的特征群；该瞬时特征包括 瞬时波形数据、数据类型、取样率、及取样时间长度及区间。
66.如权利要求65所述的居家电器监测系统，其特征在于，当该用电数据发生变化时， 该远程数据处理单元先对比目前工作中的电器的强弱段次切换的电性特征值变动量。
67.如权利要求60所述的居家电器监测系统，其特征在于，还包括一电器分类模块，用以依照电器属性而分类该电器信息的电性特征值，该电器属性包括电阻类、马达类、泵类、电子产品类、及日光灯管类。
68.如权利要求60所述的居家电器监测系统，其特征在于，该远程数据处理系统所储存的电器信息由电器的使用者或电器业者所设定。
69.如权利要求68所述的居家电器监测系统，其特征在于，该电器信息的设定是由该电器业者主动上传至该远程数据处理系统，或是由该远程数据处理系统向不同的电器业者索取。
70.如权利要求60所述的居家电器监测系统，其特征在于，还包括一电压测量正规化�？椋靡约扑阌爰锹几玫缙髟诓煌缪怪迪碌暮牡缜�。
71.如权利要求60所述的居家电器监测系统，其特征在于，该远程数据处理单元更计算一电器用电数据的历史记录加权平均，并用以更新该电器于该第二数据库的电器信息。
72.如权利要求71所述的居家电器监测系统，其特征在于，该电器信息还包括一预设的阈值，当该用电数据变动值所对应的电性特征值实质上不等于该预设的阈值，则判断该电器发生老化。
73.如权利要求60所述的居家电器监测系统，其特征在于，还包括一网关器或一云端服务器，连接至该测量单元及该远程数据处理单元，用以纪录各电器的使用状态，且使用者可以利用一移动上网装置或一计算机，联机至该网关器或云端服务器，以观察各电器的使用状态。
全文摘要
本发明公开一种居家电器监测的方法及系统，其包括测量一居家的用电数据，其至少包含一电压、一实功率及一虚功率，并传送至一本地端数据处理单元；根据该电压，正规化该用电数据；当该用电数据发生变化时，计算该用电数据的变动值；根据该用电数据的变动值，与该本地端数据处理单元所储存的电器信息的电性特征值进行对比；若对比为一电器的电性特征值，则确认为该电器的用电状态改变；否则传送该用电数据的变动值至一远程数据处理系统进行再对比，并将再对比的结果传回且更新该本地端数据处理单元所储存的电器信息的电性特征。
文档编号G01R31/00GK102338834SQ20111016871
公开日2012年2月1日 申请日期2011年6月17日 优先权日2010年7月16日
发明者刘智远, 柯力群, 谭瑞骅, 郭伦嘉 申请人:财团法人工业技术研究院
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