专利名称：分解装置、方法和程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于识别电气网络中的耗电器的分解装置、分解方法和分解计算机程序。
背景技术：
George ff.Hart 的论文 “Nonintrusive Appliance Load Monitoring，，，Proceedings of the IEEE, vol.80, no 12，第 1870 页至第 1891 页，1992 年 12 月，公开了一种用于电气网络中非侵入式器具负载监视的装置。该装置确定所消耗的电气网络的总复功率并监视这个复功率的变化。复功率的变化可以被认为是事件，其中，该装置适于将每个事件与所存储的电气网络的耗电器的功率特性相比较，以确定哪个耗电器引发了所述实际的事件。这允许，例如基于所消耗的电气网络的总复功率来确定哪个耗电器已被接通或关断。然而，这个装置的缺点在于，易于陷入由错过的事件所引发的错误中，从而降低识别电气网络中的耗电器的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于，提供用于识别电气网络中的耗电器的分解装置、分解方法和分解计算机程序，其中，可以提高识别电气网络中的耗电器的可靠性。在本发明的第一方面中，介绍了一种用于识别电气网络中的耗电器的分解装置，其中，电气网络包括电源和多个耗电器，其中分解装置包括:
-电特征(signature)提供单元，用于提供耗电器的电特征，
-电参数确定单元，用于确定电气网络的总电参数，
-识别单元，用于根据所确定的总电参数以及电特征的相关度来识别耗电器。因为识别单元根据所确定的总电参数以及电特征的相关度来识别耗电器，所以耗电器的识别并非仅仅取决于事件的检测。这使得识别更鲁棒，尤其是不太易于陷入由错过的事件所引发的错误中，从而提高识别电气网络中的耗电器的可靠性。优选地，耗电器是诸如灯、干发器、DVD播放器、水锅、电视等家用器具，或者诸如PC、屏幕、打印机、照明设备等办公用器具。在电气网络中，耗电器优选是并联连接的。优选地，电特征提供单元是存储单元，其中存储了耗电器的电特征。优选地，电参数确定单元包括电流表和/或电压表，分别用于测量作为总电参数的电气网络的总电流和/或电气网络的总电压。电参数确定单元还可以适于，将诸如所消耗的总功率(尤其是所消耗的总复功率)之类的其它总电参数确定为电气网络的总电参数。优选地，电参数确定单元适于，在单个中心位置处，尤其是在比如仪表柜等中心电入口位置处，确定总电参数。优选地，识别单元适于识别电气网络中的一个或若干个耗电器。具体地，如果若干个耗电器是活动的，即例如是接通的，则识别单元可以根据所确定的总电参数以及电特征的相关度来确定哪些耗电器是活动的。
优选的是，电特征是特征电流。优选地，电特征是电流波形。具体地，电特征代表周期性电流波形的一个周期。如果总电参数是功率或其它电参数，则电特征也可以代表功率波形或其它电参数的波形。还优选的是，识别单元适于，通过将多用户检测(MUD)方法应用于所确定的总电参数来识别耗电器。识别单元可以适于通过将零力(ZF)MUD方法应用于所确定的总电参数来识别耗电器，或者识别单元可以适于通过将最小均方误差(丽SE) MUD方法应用于所确定的总电参数来识别耗电器。在通信理论领域，例如从S.Verdu的书籍“MultiuserDetection”，Cambridge University Press, 1998 获知 MUD 方法。将 MUD 方法应用于所确定的总电参数，具体地应用于电特征，来识别电气网络中的耗电器，这进一步提高了这种识别过程的可靠性。还优选的是，识别单元适于:
-通过将总电参数与每个电特征相关联来确定总电参数向量，
-将总电参数向量建模成取决于包括电特征之间的相关度的特征相关度矩阵与活动向量之积，其中，所述活动向量指示相应耗电器的活动状态，
-确定活动向量，使得指示所建模的总电参数向量与所确定的总电参数向量之间的相似度的相似性度量最大化，
-识别所确定的针对其的活动向量指示活动状态的耗电器。这些步骤允许以进一步提高的可靠性识别电气网络中的耗电器。优选的是，识别单元适于，将总电参数向量建模成取决于下述之和:i)特征相关度矩阵与活动向量之积，和ii)噪声向量。考虑噪声进一步提高了识别电气网络中的耗电器的可靠性。还优选的是，识别单元适于:
-通过将总电参数与每个电特征相关联来确定总电参数向量，
-根据总电参数向量与包括电特征之间的相关度的特征相关度矩阵和单位向量这二者之积的差来确定经修订的总电参数向量，
-将经修订的总电参数向量建模成取决于特征相关度矩阵与经修订的活动向量之积，所述经修订的活动向量取决于指示相应耗电器的活动状态的活动向量与常数之差，
-确定经修订的活动向量，使得指示所建模的经修订的总电参数向量与所确定的经修订的总电参数向量之间的相似度的相似性度量最大化，
-识别所确定的经修订的针对其的活动向量指示活动状态的耗电器。优选的是，识别单元适于，根据包括逆联合特征相关度矩阵与经修订的总电参数向量之积的数项的符号来确定指示相应耗电器的活动状态的活动向量，所述逆联合特征相关度矩阵包括归一化电特征之间的相关度，其中根据总电参数向量与以下三项之积的差来确定所述经修订的总电参数向量:
a)联合特征相关度矩阵，其包括所述归一化电特征之间的相关度，
b)幅度矩阵，其包括总电参数中由相应耗电器导致的部分的幅度，以及
c)单位向量，
其中，通过将总电参数与每个归一化电特征相关联来确定总电参数向量。此外，这些步骤允许以提高的可靠性识别电气网络中的耗电器。
在实施例中，识别单元适于，将经修订的总电参数向量建模成取决于下述之和:i)联合特征相关度矩阵、幅度矩阵与活动向量之积，和ii)噪声向量。在本发明的另一方面中，介绍了一种用于识别电气网络中的耗电器的分解方法，其中，电气网络包括电源和多个耗电器，其中，分解方法包括:
-提供耗电器的电特征，
-确定电气网络的总电参数，
-根据所确定的总电参数以及电特征的相关度来识别耗电器。在本发明的又一方面中，介绍了一种用于识别电气网络中的耗电器的分解计算机程序，其中，电气网络包括电源和多个耗电器，所述分解计算机程序包括程序代码装置，所述程序代码装置用于在所述计算机程序运行于控制如权利要求1中所限定的分解装置的计算机上时使所述分解装置执行如权利要求11所限定的分解方法的步骤。应该理解，权利要求1的分解装置、权利要求11的分解方法和权利要求12的分解计算机程序具有如从属权利要求所限定的相似和/或等同的优选实施例。应该理解，本发明的优选实施例还可以是从属权利要求和相应独立权利要求的任何组合。通过参考下述实施例，本发明的这些和其它方面将显而易见并得以阐明。
在以下附图中:
图1示意性并示例性地示出了用于识别电气网络中的耗电器的分解装置的实施例，
图2至12示出了若干耗电器的电特征，
图13示意性并示例性地示出了特征相关度矩阵，以及
图14示出了示例性地图示用于识别电气网络中的耗电器的分解方法的实施例的流程图。
具体实施例方式图1示意性并示例性地示出了用于识别电气网络中的耗电器的分解装置的实施例。电气网络2包括电源3和多个耗电器4、5、6。分解装置I包括:电特征提供单元7，用于提供耗电器4、5、6的电特征；电参数确定单元8，用于确定电气网络2的总电参数；和识别单元9，用于根据所确定的总电参数并根据电特征的相关度来识别耗电器。优选地，耗电器4、5、6是家用器具或办公用器具，比如灯、干发器、DVD播放器、水锅(water cooker)、电视、计算机、打印机、空调系统等。在电气网络2中,耗电器4、5、6并联连接。电特征提供单元7是存储单元，其中存储了耗电器4、5、6的电特征。在该实施例中，电特征是特征电流。具体地，电特征是电流波形，其中，电特征代表周期性电流波形的一个周期。图2至12中示例性地示出了，耗电器的选择的任意单位的电特征随任意单位的时间而改变。图2示出了额定功率为20W的紧凑型荧光灯(CFL)的电特征。图3示出了额定功率为40W的白炽灯的电特征。图4示出了额定功率为5W的CFL的电特征。图5示出了额定功率为20W的卤素灯的电特征。图6示出了额定功率为50W的卤素灯的电特征。图7示出了额定功率为14.5W的飞利浦公司的Living Colors的电特征。图8示出了额定功率为4W的发光二极管的电特征。图9示出了额定功率为700W的干发器的电特征。图10示出了额定功率为14W的DVD播放器的电特征。图11示出了额定功率为145W的带流光溢彩(ambilight)的电视的电特征，以及图12示出了额定功率为2200W的水锅的电特征。电特征具有不同形状和不同电流幅度。优选地，电参数确定单元8是用于测量电气网络2的总电流的电流表。电参数确定单元8在单个中心位置，具体地，在诸如仪表柜之类的中心电力入口位置，测量总电流。分解装置还包括用于测量电气网络2的电压的电压表10。识别单元9适于，通过将MUD方法应用于所确定的总电参数(在该实施例中为测出的总电流)来识别耗电器。MUD方法用在通信理论中。为了使用在通信理论中的MUD方法适用于能量分解问题，电设备被认为是“用户”，并且将所有耗电器4、5、6相连的电气网络2被认为是“通信信道”。此外，每个耗电器4、5、6在一个电压周期内的电流特征可以被认为是相应耗电器的“代码”。在测出的总电流上应用MUD方法从本质上比事件驱动方法更鲁棒，这是因为其采用电特征的更多特性。同时，其使得能够得到活动耗电器的唯一组合。为了将MUD方法应用于能量分解，引入一种数学模型，该数学模型考虑两个领域之间的相似之处和差异。以上参照图1描述的电气网络优选地代表单相房间布线，在单相房间布线中，所有器具，即所有耗电器，简单地并联连接。于是，总电流
是流过并联连接的N个耗电器的电流之和。耗电器的数目N是例如3。用4 ! 表示经过由索引η指示的相应耗电器的电流。在该表示法中4指示用索引η指示的相应耗电器的峰值，指示归一化电流波形，其峰值电流等于一。在电压周期-期间经过用索引η指示的耗电器的电流4^0可以被认为是相应耗电器的电特征。在周期性波形的一个周期期间，总电流可以写为:
权利要求
1.一种用于识别电气网络中的耗电器的分解装置，其中，电气网络(2)包括电源(3)和多个耗电器(4，5，6)，分解装置(I)包括: -电特征提供单元(7)，用于提供耗电器(4，5，6)的电特征^ )， -电参数确定单元(8)，用于确定电气网络(2)的总电参数)， -识别单元(9)，用于根据所确定的总电参数(Ltfc )以及所述电特征)的相关度来识别耗电器。
2.如权利要求1所述的分解装置，其中，电特征(&)是特征电流。
3.如权利要求1所述的分解装置，其中，识别单元(9)适于，通过将多用户检测(MUD)方法应用于所确定的总电参数)来识别耗电器。
4.如权利要求3所述的分解装置，其中，识别单元(9)适于，通过将零力(ZF)MUD方法应用于所确定的总电参数(W )来识别耗电器。
5.如权利要求3所述的分解装置，其中，识别单元(9)适于，通过将最小均方误差(丽SE) MUD方法应用于所确定的总电参数( * )来识别耗电器。
6.如权利要求1所述的分解装置，其中，识别单元(9)适于: -通过将总电参数)与每个电特征( )相关联来确定总电参数向量(1.t )， -将总电参数向量(^)建模成取决于包括电特征之间的相关度的特征相关度矩阵 (RA )与活动向量)之积,其中,所述活动向量指示相应耗电器的活动状态， -确定活动向量(1 )，使得指示所建模的总电参数向量与所确定的总电参数向量(ifc )之间的相似度的相似性度量最大化， -识别所确定的针对其的活动向量)指示活动状态的耗电器。
7.如权利要求6所述的分解装置，其中，识别单元(9)适于，将总电参数向量(L)建模成取决于下述之和:i)特征相关度矩阵(HA )与活动向量Clit)之积；和ii)噪声向量(,)。
8.如权利要求1所述的分解装置，其中，识别单元(9)适于: -通过将总电参数)与每个电特征(4 )相关联来确定总电参数向量(ifc ), -根据总电参数向量(iA)和包括电特征之间的相关度的特征相关度矩阵(RA)与单位向量(I )这二者之积的差，来确定经修订的总电参数向量(iA)， -将所述经修订的总电参数向量U,)建模成取决于特征相关度矩阵(RA)与经修订的活动向量(t)之积,其中，所述经修订的活动向量取决于指示相应耗电器的活动状态的活动向量(Iifc)与常数之差， -确定所述经修订的活动向量(b s ),使得指示所建模的经修订的总电参数向量与所确定的经修订的总电参数向量(I)之间的相似度的相似性度量最大化， -识别所确定的经修订的针对其的活动向量(t.(,)指示活动状态的耗电器。
9.如权利要求1所述的分解装置，其中，识别单元(9)适于，根据包括逆联合特征相关度矩阵(R-1)与经修订的总电参数向量( )之积的这个数项的符号来确定指示相应耗电器的活动状态的活动向量(I )，所述逆联合特征相关度矩阵包括归一化电特征)之间的相关度，其中根据总电参数向量(1()与以下三项之积的差来确定所述经修订的总电参数向量Cit ): a)联合特征相关度矩阵(R)，其包括所述归一化电特征( )之间的相关度， b)幅度矩阵(A),其包括总电参数中由相应耗电器导致的部分的幅度(A )，以及 c)单位向量(I), 其中，通过将总电参数^toa)与每个归一化电特征A )相关联来确定总电参数向量W )
10.如权利要求9所述的分解装置，其中，识别单元(9)适于，将所述经修订的总电参数向量(ζ )建模成取决于下述之和:i )联合特征相关度矩阵(H )、幅度矩阵(A )与活动向量d)之积；和ii)噪声向量(,)。
11.一种用于识别电气网络中的耗电器的分解方法，其中，电气网络包括电源和多个耗电器，分解方法包括: -提供耗电器的电特征， -确定电气网络的总电参数， -根据所确定的总电参数以及电特征的相关度来识别耗电器。
12.一种用于识别电气网络中的耗电器的分解计算机程序，其中，电气网络包括电源和多个耗电器，所述分解计算机程序包括程序代码装置，所述程序代码装置用于在所述计算机程序运行在控制如权利要求1中所述的分解装置的计算机上时使所述分解装置执行如权利要求11所述的分解方法的步骤。
全文摘要
本发明涉及用于识别电气网络(2)中的耗电器的分解装置(1)。电特征提供单元(7)提供耗电器(4,5,6)的电特征，电参数确定单元(8)确定电气网络(2)的总电参数。识别单元(9)根据所确定的总电参数以及电特征的相关度来识别耗电器。因为识别单元根据所确定的总电参数以及电特征的相关度来识别耗电器，所以耗电器的识别并非只是依赖于事件的检测。这使得识别更鲁棒，尤其是不太易于陷入由错过的事件所引发的错误中，从而提高识别电气网络中的耗电器的可靠性。
文档编号G01D4/00GK103154670SQ201180050881
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月6日 优先权日2010年10月20日
发明者A.菲利皮, T.C.W.申克, A.M.M.勒肯斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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