ES2616236T3

ES2616236T3 - Aparatos de desagregación

Info

Publication number: ES2616236T3
Application number: ES11773565.4T
Authority: ES
Inventors: Alessio Filippi; Tim Corneel Wilhelmus Schenk; Armand Michel Marie Lelkens
Original assignee: Philips Lighting Holding BV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2017-06-12
Anticipated expiration: 2031-10-06
Also published as: EP2630448A2; JP2013543364A; US10393778B2; JP5931076B2; US20130289907A1; CN103154670A; CN103154670B; WO2012052868A3; EP2630448B1; WO2012052868A2

Abstract

Un aparato de desagregación para identificar un consumidor eléctrico en una red eléctrica, donde la red (2) eléctrica comprende una fuente (3) de energía y múltiples consumidores (4, 5, 6) eléctricos, comprendiendo el aparato (1) de desagregación: - una unidad (7) de suministro de firma eléctrica para proporcionar firmas eléctricas (in) de los consumidores (4, 5, 6) eléctricos, - una unidad (8) de determinación de parámetros eléctricos para determinar un parámetro eléctrico global (itot,k) de la red (2) eléctrica, - una unidad (9) de identificación para identificar un consumidor eléctrico en función del parámetro eléctrico global determinado (itot,k) y correlaciones entre las firmas eléctricas (in) de los consumidores (4, 5, 6) eléctricos.

Description

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DESCRIPCION

Aparatos de desagregacion CAMPO DE LA INVENCION

La invencion se refiere a un aparato de desagregacion, un metodo de desagregacion y un programa informatico de desagregacion para identificar un consumidor electrico en una red electrica

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

El documento US 5.483.153 describe un detector de eventos transitorios para uso en un sistema de monitorizacion de carga electrica no intrusiva en un sitio monitorizado que tiene al menos una carga electrica. El detector comprende medios de adquisicion de datos para adquirir y almacenar datos de patron de transicion de potencia de arranque asociados con cada carga electrica que se supervisa, en donde los datos transitorios de potencia corresponden a envolturas aproximadas de contenido armonico de formas de onda de corriente o tension observadas producidas por el la menos una carga electrica. El detector comprende ademas medios de monitorizacion para supervisar continuamente datos de patron de carga de potencia total en el emplazamiento, en donde los datos de patron de carga de potencia total corresponden a una agregacion de las envolturas de contenido armonico. El detector tambien comprende medios de procesamiento para comparar secciones que vanan en el tiempo de los datos de patrones transitorios con secciones que vanan en el tiempo de los datos de patron de carga de potencia total, con el fin de identificar cada carga electrica.

El artfculo "A Review of Identification and Monitoring Methods for Electric Loads in Commercial and Residential Buildings" por Y. Out at al, Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), IEEE, paginas 4527 a 4533 (2010) describe una revision de identificacion y metodos de monitorizacion para cargas electricas en edificios comerciales y residenciales. Se describe, por ejemplo, que se puede identificar un tipo de carga comparando la potencia real y la potencia reactiva registrada por un dispositivo de medicion con una base de datos predefinida de potencia de carga o que una caractenstica de potencia transitoria o transformaciones de onda de las formas de onda de corriente pueden ser usadas para identificar diferentes cargas electricas.

El artfculo "Nonintrusive Appliance Load Monitoring" de George W. Hart, Proceedings of the IEEE, vol. 80, no 12, paginas 1870 a 1891, diciembre de 1992, describe un aparato para monitorizar la carga de un aparato no intrusivo en una red electrica. El aparato determina la potencia compleja consumida global de la red electrica y supervisa los cambios en esta potencia compleja. Un cambio en la potencia compleja puede considerarse como un suceso, en donde el aparato esta adaptado para comparar cada evento con las caractensticas de potencia almacenadas de los consumidores electricos de la red electrica, con el fin de determinar que consumidor electrico ha causado el evento real. Esto permite, por ejemplo determinar que consumidor electrico se ha conectado o desconectado dependiendo de la potencia global compleja consumida de la red electrica. Sin embargo, este aparato tiene la desventaja de que es propenso a errores causados por eventos perdidos, reduciendo asf la fiabilidad de identificar un consumidor electrico en la red electrica.

SUMARIO DE LA INVENCION

Un objeto de la presente invencion es proporcionar un aparato de desagregacion, un metodo de desagregacion y un programa de ordenador de desagregacion para identificar un consumidor electrico en una red electrica, en donde se puede mejorar la fiabilidad de identificar un consumidor electrico en la red electrica.

En un primer aspecto de la presente invencion, se presenta un aparato de desagregacion para identificar un consumidor electrico en una red electrica, en donde la red electrica comprende una fuente de energfa y multiples consumidores electricos, donde el aparato de desagregacion comprende:

- una unidad de suministro de firma electrica para proporcionar firmas electricas de los consumidores electricos,

- una unidad de determinacion de parametros electricos para determinar un parametro electrico global de la red electrica,

- una unidad de identificacion para identificar un consumidor electrico dependiendo del parametro electrico global determinado y correlaciones entre las firmas electricas de los consumidores electricos.

Puesto que la unidad de identificacion identifica un consumidor electrico dependiendo del parametro electrico global determinado y una correlacion de las firmas electricas, la identificacion de un consumidor electrico no depende de la deteccion de un evento solamente. Esto hace que la identificacion sea mas robusta, especialmente menos propensa a errores causados por eventos perdidos, mejorando asf la fiabilidad de identificar un consumidor electrico en la red

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electrica.

Los consumidores electricos son preferiblemente electrodomesticos como una lampara, un secador de pelo, un reproductor de DVD, una olla de agua, una television, etcetera, o aparatos de oficina como ordenadores, pantallas, impresoras, equipos de iluminacion, etc. Los consumidores electricos estan preferiblemente conectados en paralelo en la red electrica.

La unidad de suministro de firma electrica es preferiblemente una unidad de almacenamiento, en la que se almacenan las firmas electricas de los consumidores electricos.

La unidad de determinacion de parametros electricos comprende preferiblemente un medidor de corriente y/o un medidor de tension para medir la corriente global de la red electrica y/o la tension global de la red electrica, respectivamente, como el parametro electrico global. La unidad de determinacion de parametros electricos tambien se puede adaptar para determinar otro parametro electrico global como la potencia total consumida, en particular, la potencia compleja consumida global, como el parametro electrico global de la red electrica. La unidad de determinacion de parametros electricos esta preferiblemente adaptada para determinar el parametro electrico global en una unica ubicacion central, en particular en el lugar central de entrada de electricidad, como en un armario de medicion.

La unidad de identificacion esta preferiblemente adaptada para identificar uno o varios consumidores electricos en la red electrica. En particular, si varios consumidores electricos estan activos, es decir, por ejemplo, estan conectados, la unidad de identificacion puede determinar que consumidores electricos estan activos dependiendo del parametro electrico global determinado y la correlacion de las firmas electricas.

Se prefiere que las firmas electricas sean corrientes de firma. Preferiblemente, las firmas electricas son formas de onda de corriente. En particular, las firmas electricas representan un penodo de una forma de onda de corriente periodica. Si el parametro electrico global es la potencia u otro parametro electrico, las firmas electricas tambien pueden representar una forma de onda de potencia o una forma de onda de otro parametro electrico.

Se prefiere ademas que la unidad de identificacion este adaptada para identificar un consumidor electrico mediante la aplicacion de un metodo de deteccion multiusuario (MUD) al parametro electrico global determinado, en donde los consumidores electricos se consideran usuarios y la red electrica se considera como canal de comunicacion. La unidad de identificacion puede adaptarse para identificar un consumidor electrico aplicando un metodo MUD de Fuerza Zero (ZF) al parametro electrico global determinado o la unidad de identificacion puede adaptarse para identificar a un consumidor electrico mediante la aplicacion de un MMSE (Error por Mmimos Cuadrados Medios) MUD al parametro electrico total determinado. Los metodos MUD son conocidos en el campo de la teona de las comunicaciones, por ejemplo, del libro "Multiuser Detection" por S. Verdu, Cambridge University Press, 1998. Aplicando un metodo MUD al parametro electrico global determinado y, en particular, a las firmas para identificar un consumidor electrico en una red electrica mejoran aun mas la fiabilidad de este procedimiento de identificacion.

Se prefiere ademas que la unidad de identificacion este adaptada para

- determinar un vector de parametros electricos global correlacionando el parametro electrico global con cada firma electrica,

- modelar el vector de parametros electrico global como dependiente de un producto de una matriz de correlacion de firma, que comprende correlaciones entre las firmas electricas y un vector de actividad que indica el estado de actividad del consumidor electrico respectivo,

- determinar el vector de actividad de modo que se maximice una medida de similitud, que es indicativa del grado de similitud entre el vector de parametros electrico global modelado y el vector de parametros electricos global determinado,

- identificar un consumidor electrico para el cual el vector de actividad determinado indica un estado activo. Estos pasos permiten identificar al consumidor electrico en la red electrica con una fiabilidad mejorada.

Se prefiere que la unidad de identificacion este adaptada para modelar el vector de parametros electricos global como dependiente de una suma de i) el producto de la matriz de correlacion de firma y el vector de actividad, y ii) un vector de ruido. Teniendo en cuenta el ruido mejora aun mas la fiabilidad de la identificacion de un consumidor electrico en la red electrica.

Se prefiere ademas que la unidad de identificacion este adaptada para

- determinar un vector de parametros electricos global correlacionando el parametro electrico global con cada firma

electrica,

- determinar un vector de parametros electricos global modificado dependiendo de una diferencia entre el vector de parametros electricos global y un producto de una matriz de correlacion de firma, que comprende correlaciones entre las firmas electricas y un vector unitario,

5 - modelar el vector de parametros electricos global modificado como dependiente de un producto de la matriz de

correlacion de firma y un vector de actividad modificado, que depende de una diferencia entre un vector de actividad, que es indicativo del estado de actividad del consumidor electrico respectivo y una constante,

- determinar el vector de actividad modificado de manera que se maximiza una medida de similitud, que es indicativa del grado de similitud entre el vector de parametros electricos global modificado modelado y el vector de parametros

10 electricos global modificado determinado,

- identificar un consumidor electrico para el cual el vector de actividad modificado determinado indica un estado activo. Se prefiere que la unidad de identificacion este adaptada para determinar un vector de actividad, que es indicativo del estado de actividad del consumidor electrico respectivo, dependiendo del signo de un termino que comprende un producto de una matriz de correlacion de firma de unidad inversa, que comprende correlaciones entre

15 firmas electricas normalizadas y un vector de parametros electricos global modificado, en donde el vector de parametros electricos global modificado se determina dependiendo de la diferencia entre un vector de parametros electricos global y un producto de

a) la matriz de correlacion de firma de unidad, que comprende correlaciones entre las firmas electricas normalizadas,

b) una matriz de amplitud, que comprende amplitudes de una parte del parametro electrico global causada por el

20 consumidor electrico respectivo, y

c) un vector unitario,

en donde el vector de parametros electricos global se determina correlacionando el parametro electrico global con cada firma electrica normalizada. Tambien estos pasos permiten identificar un consumidor electrico en la red electrica con una fiabilidad mejorada.

25 En una realizacion, la unidad de identificacion esta adaptada para modelar el vector de parametros electricos global modificado como dependiente de una suma de i) el producto de la matriz de correlacion de firma de unidad, la matriz de amplitud y el vector de actividad, y ii) un vector de ruido.

En otro aspecto de la presente invencion, se presenta un metodo de desagregacion para identificar un consumidor electrico en una red electrica, en donde la red electrica comprende una fuente de alimentacion y multiples 30 consumidores electricos, donde el metodo de desagregacion comprende:

- proporcionar las firmas electricas de los consumidores electricos,

- determinar un parametro electrico global de la red electrica,

- identificar un consumidor electrico dependiendo del parametro electrico global determinado y correlaciones entre las firmas electricas de los consumidores electricos.

35 En un aspecto adicional de la presente invencion, se presenta un programa informatico de desagregacion para identificar un consumidor electrico en una red electrica, en donde la red electrica comprende una fuente de energfa y multiples consumidores electricos, comprendiendo el programa informatico del metodo de desagregacion medios de codigo de programa para hacer que un aparato de desagregacion como se define en la reivindicacion 1 lleve a cabo las etapas del metodo de desagregacion como se define en la reivindicacion 11, cuando el programa de ordenador 40 se ejecuta en un ordenador que controla el aparato de desagregacion.

Se entendera que el aparato de desagregacion de la reivindicacion 1, el metodo de desagregacion de la reivindicacion 11 y un programa de ordenador de desagregacion de la reivindicacion 12 tienen realizaciones preferidas similares y/o identicas como se definen en las reivindicaciones dependientes.

Se entendera que una realizacion preferida de la invencion tambien puede ser cualquier combinacion de las 45 reivindicaciones dependientes con la reivindicacion independiente respectiva.

Estos y otros aspectos de la invencion seran evidentes y se aclararan con referencia a las realizaciones descritas a

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continuacion.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS En los siguientes dibujos:

La Figura 1 muestra esquematicamente y a manera de ejemplo una realizacion de un aparato de desagregacion para identificar un consumidor electrico en una red electrica,

Las Figuras 2 a 12 muestran las firmas electricas de varios consumidores electricos,

La Figura 13 muestra esquematicamente y a manera de ejemplo una matriz de correlacion de firma, y

La Figura 14 muestra un diagrama de flujo que ilustra una realizacion de un metodo de desagregacion para identificar un consumidor electrico en una red electrica.

DESCRIPCION DETALLADA DE REALIZACIONES

La Figura 1 muestra esquematicamente y a manera de ejemplo una realizacion de un aparato de desagregacion para identificar un consumidor electrico en una red electrica. La red 2 electrica comprende una fuente 3 de alimentacion y multiples consumidores 4, 5, 6 electricos. El aparato 1 de desagregacion comprende una unidad 7 de suministro de firma electrica para proporcionar firmas electricas de los consumidores 4, 5, 6 electricos, una unidad 8 de determinacion de parametros electricos para determinar un parametro electrico global de la red 2 electrica y una unidad 9 de identificacion para identificar un consumidor electrico dependiendo del parametro electrico global determinado y dependiendo de una correlacion de las firmas electricas.

Los consumidores 4, 5, 6 electricos son preferiblemente aparatos electrodomesticos o de oficina como una lampara, un secador de pelo, un reproductor de DVD, una olla de agua, un televisor, ordenadores, impresoras, sistema de aire acondicionado, etc. Los consumidores 4, 5, 6 electricos estan conectados en paralelo en la red 2 electrica.

La unidad 7 que proporciona la firma electrica es una unidad de almacenamiento en la que se almacenan las firmas electricas de los consumidores 4, 5, 6 electricos. En esta realizacion, las firmas electricas son corrientes de firma. En particular, las firmas electricas son formas de onda de corriente, en las que una firma electrica representa un periodo de una forma de onda de corriente periodica. Las firmas electricas de una seleccion de consumidores electricos se muestran a manera de ejemplo en las Figs. 2 a 12 en unidades arbitrarias dependiendo del tiempo en unidades arbitrarias.

La Figura 2 muestra una firma electrica de una lampara fluorescente compacta (CFL) con una potencia nominal de 20 W. La Fig. 3 muestra una firma electrica de una luz incandescente que tiene una potencia nominal de 40 W. La Fig. 4 muestra una firma electrica de una CFL con una potencia nominal de 5 W. La Fig. 5 muestra una firma electrica de una lampara halogena que tiene una potencia nominal de 20 W. La Fig. 6 muestra una firma electrica de una lampara halogena con una potencia nominal de 50 W. La Fig. 7 muestra una firma electrica de Living Colours de la empresa Philips que tiene una potencia nominal de 14,5 W. La Fig. 8 muestra una firma electrica de un diodo emisor de luz que tiene una potencia nominal de 4 W. La Fig. 9 muestra una firma electrica de un secador de pelo que tiene una potencia nominal de 700 W. La Fig. 10 muestra una firma electrica de un reproductor de DVD que tiene una potencia nominal de 14 W. La Fig. 11 muestra una firma electrica de un televisor con Ambilight que tiene una potencia nominal de 145 W y la Fig. 12 muestra una firma electrica de un horno de agua que tiene una potencia nominal de 2200 W.

Las firmas electricas tienen diferentes formas y diferentes amplitudes de corriente.

La unidad 8 de determinacion de parametros electricos es preferiblemente un medidor de corriente para medir la corriente global de la red 2 electrica. La unidad 8 de determinacion de parametros electricos mide la corriente global en un unico lugar central, en particular en el lugar central de entrada de electricidad como en un armario de medicion. El aparato de desagregacion comprende ademas un voltimetro 10 para medir la tension de la red 2 electrica.

La unidad 9 de identificacion esta adaptada para identificar un consumidor electrico aplicando un metodo MUD al parametro electrico global determinado que es, en esta realizacion, la corriente global medida. En la teona de las comunicaciones se utilizan metodos MUD. Con el fin de adaptar los metodos MUD utilizados en la teona de las comunicaciones al problema de desagregacion de la energfa, los dispositivos electricos se consideran "usuarios" y la red 2 electrica que conecta a todos los consumidores 4, 5, 6 electricos es considerada como el "canal de comunicacion". Ademas, la firma actual de cada consumidor 4, 5, 6 electrico durante un periodo de tension puede considerarse como el "codigo" del consumidor electrico respectivo. La aplicacion de un metodo MUD a la corriente

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global medida es intrmsecamente mas robusta que un enfoque impulsado por eventos, porque explota mas propiedades de las firmas electricas. Al mismo tiempo, permite derivar una combination unica de consumidores electricos activos.

Para aplicar un metodo MUD a la desagregacion de la energia se introduce un modelo matematico que considera similitudes y diferencias entre los dos campos.

La red electrica descrita anteriormente con referencia a la Fig. 1 representa preferiblemente un cableado domestico de una fase, en donde todos los aparatos, es decir, todos los consumidores electricos, estan simplemente conectados en paralelo. La intensidad total itot,k(0 es entonces la suma de las corrientes que fluyen a traves de los consumidores electricos N conectados en paralelo. El numero de consumidores electricos N es, por ejemplo, tres. La corriente que pasa por un consumidor electrico respectivo, que esta indicado por el mdice n, esta representada por Anin(t). En esta notation, An indica el valor de pico e in(t) la forma de onda de corriente normalizada con corriente de pico igual a uno del consumidor electrico respectivo indicado por el mdice n.

La corriente Anin(t) que pasa a traves de un consumidor electrico indicado por el mdice n durante un periodo de tension T puede considerarse como la firma electrica del consumidor electrico respectivo. Durante un periodo de la forma de onda periodica, la corriente global se puede escribir como

N

wM=L^AAW+cni(d o<t< t. (i)

n=1

En la ecuacion (1), el termino on(t) indica un ruido aditivo que puede corromper la corriente global con potencia a2. En la notacion propuesta, n(t) tiene potencia unitaria y representa las posibles perturbaciones aditivas en la serial observada. Ademas, en la ecuacion (1) bk,n puede tener el valor uno o el valor cero, para indicar si el consumidor electrico con el mdice n esta activo (valor uno) o inactivo (valor cero) en la instancia de tiempo k. Preferiblemente, el consumidor electrico respectivo esta activo, si esta encendido, y el consumidor electrico respectivo esta inactivo, si esta desconectado. El ruido adaptativo puede ser modelado como ruido Gaussiano blanco adaptativo (AWGN). Sin embargo, en otras realizaciones, el ruido adaptativo tambien puede ser modelado de otra manera. Bajo el AWGN supuesto, la combinacion mas probable de consumidores electricos activos puede ser la combinacion que maximiza la siguiente funcion:

bk = arg max cxp<J

1 T ( N '

2a „=l

dt\. (2)

Teniendo en cuenta la ecuacion (2), una solution optima implicaria buscartodas las combinaciones posibles de °n k

Ar a

L'iV/rO)

y elegir aquella para la cual esta mas cercana a la corriente global observada. Sin embargo, la

adaptation del metodo MUD utilizado en el campo de la teoria de las comunicaciones al problema de desagregacion puede simplificarse aun mas asumiendo que el receptor usado en el campo de la teoria de las comunicaciones esta hecho de un banco de filtros adaptados. Las salidas de los filtros emparejados proporcionan estadisticas suficientes, es decir, la solucion optima en el sentido de Maxima Verosimilitud se puede derivar basandose en la salida de los filtros adaptados. De este modo, la unidad 9 de identification esta preferiblemente adaptada para determinar un vector de parametros electricos global ik correlacionando la corriente electrica global itot,k con cada firma electrica in, de acuerdo con las siguientes dos ecuaciones:

imagen1

y

i/, — L'i a hjc ••• 7\ i\ ■ (4)

La unidad 9 de identificacion esta ademas adaptada para determinar una matriz de correlacion de firma de unidad R = Rnm, que comprende correlaciones entre las firmas electricas como se define por la siguiente ecuacion:

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T

R,im=\i,At)LWt . (5)

0

La matriz definida en la ecuacion (5) se denomina matriz de correlation de firma de unidad, porque describe una correlation entre formas de onda de corriente normalizada con corriente de pico igual a uno del consumidor electrico respectivo indicado por el mdice n.

La unidad 9 de identification esta ademas adaptada para determinar una matriz de amplitud A, que comprende las amplitudes An de las firmas electricas, es decir de las partes respectivas de la corriente electrica global causada por los respectivos consumidores electricos activos, segun se define por la siguiente ecuacion:

A: 0 ... o

0: A


: 0

0: 0 AN

(6)

La matriz de correlacion de firma de unidad R y la matriz de amplitud A forman una matriz de correlacion de firma, que se puede determinar de antemano, por ejemplo, antes de que se mida la corriente global real porque el valor de pico An y la forma de onda de corriente normalizada en in(t) son indicativos del consumidor electrico respectivo y son conocidos, por ejemplo, por mediciones iniciales de las firmas electricas de los consumidores electricos. Las formas de onda de corriente se toman preferiblemente en un periodo de tension y se sincronizan preferiblemente con respecto al periodo de tension. En otra realization, las formas de onda de corriente tambien pueden tomarse durante mas de un periodo de tension, en donde tambien en este caso las formas de onda de corriente estan sincronizadas con respecto a los periodos de tension. Las formas de onda de corriente pueden sincronizarse registrando cada forma de onda de corriente con respecto a un periodo de tension que parte de un cruce a cero positivo, es decir, de negativo a positivo, del periodo de tension. De este modo, la unidad 9 de identificacion puede comprender una unidad de almacenamiento, en la cual la matriz de correlacion de firma de unidad R y la matriz de amplitud A se almacenan ya y desde la cual se puede recuperar la matriz de correlacion de unidad de firma y la matriz de amplitud para identificar uno o varios consumidores electricos, que estan activas, en particular, que estan conectadas. En lugar de almacenar una matriz de correlacion de firma de unidad separada R y una matriz A de amplitud separada tambien se puede almacenar en la unidad de almacenamiento una matriz de correlacion de firma que comprende correlaciones de firmas electricas que tienen la amplitud respectiva.

La unidad 9 de identificacion esta ademas adaptada para modelar el vector de parametros electrico global ik como dependiente de un producto de la matriz de correlacion de firma de unidad, siendo la matriz de amplitud y un vector de actividad bk indicativos del estado de actividad del consumidor electrico respectivo como se define en la ecuacion:

i*=RAb* +or\, (7)

en donde el vector de actividad puede definirse en la siguiente ecuacion:

imagen2

En la ecuacion (7) el termino de ruido adaptativo an comprende un vector de ruido n definido por las siguientes ecuaciones:

imagen3

T

ti„ . (io)

0

La unidad 9 de identificacion esta adaptada para determinar el vector de actividad bk de tal manera que se maximice una medida de similitud, que es indicativa del grado de similitud entre el vector de parametros electrico global modelado y el vector de parametros electricos global ik determinado, e identificar uno o varios consumidores electricos para los cuales el vector de actividad determinado bk indica un estado activo. La medida de similitud es,

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por ejemplo, la norma euclidiana inversa del vector de diferencia del vector de parametros electrico global modelado y el vector de parametros electricos global determinado. La unidad 9 de identificacion puede adaptarse para determinar dicho vector de actividad aplicando un metodo MUD convencional a la notacion de matriz compacta de la corriente global como se define en la ecuacion (7). El vector de actividad bk resultante en la instancia de tiempo k determina que consumidores electricos estan activos y que consumidores electricos estan inactivos en esa instancia de tiempo particular. Pueden usarse diferentes metodos MUD para determinar el vector de actividad. La eleccion del metodo mUd respectivo puede depender de las propiedades de la matriz de correlation de firmas, del vector de ruido y de la potencia computacional disponible. Por ejemplo, si la matriz de correlacion es invertible y la potencia de ruido es baja con respecto a la potencia de senal util, es decir, las firmas actuales, el metodo de detection MUD de Fuerza Zero (ZF) podria ser la eleccion preferida.

Por lo tanto, la unidad 9 de identificacion puede adaptarse para, por ejemplo, identificar un consumidor electrico aplicando un metodo MUD de ZF o un metodo MUD de Error por Mmimos Cuadrados Medios (MMSE) a la corriente electrica global determinada. En el campo de la teoria de las comunicaciones, estos metodos MUD se conocen, por ejemplo, del mencionado libro de S. Verdu. El metodo ZF MUD o el metodo MMSE MUD se utiliza preferiblemente con la notacion de matriz compacta de la corriente global como se define en la ecuacion (7).

En particular, la unidad 9 de identificacion esta preferiblemente adaptada para modificar el vector de parametros electricos global ik de tal manera que se genere un vector de parametros electricos global modificado Tk en funcion de una diferencia entre el vector de parametros electricos global ik y un producto de la matriz de correlacion de firma de unidad R, una matriz de amplitud A y un vector unitario 1 de acuerdo con la siguiente ecuacion:

X=2i,-RA1, (11)

en donde el vector unitario 1 indica un vector de tamano adecuado con elementos todos iguales a uno. Si la ecuacion (7) se sustituye en la ecuacion (11) se obtiene la siguiente ecuacion:

ik = RA(2bt -1) + 2<5x\ = RAbt + 2gt] . (12)

En una realization, la unidad 9 de identificacion puede por lo tanto tambien adaptarse para modelar el vector de parametros electrico global modificado Tk como dependiente de un producto de la matriz de correlacion de firma de

unidad R, de la matriz de amplitud A y de un vector de actividad modificado ***■ que depende de una diferencia entre el vector de actividad bky una constante preferiblemente de acuerdo con la siguiente ecuacion:

imagen4

Como se puede ver en la ecuacion (12), tambien en esta realizacion se considera un termino de ruido adicional. La

unidad 9 de identificacion puede adaptarse para determinar el vector de actividad modificado ***■ de tal manera que se maximice una medida de similitud, que sea indicativa del grado de similitud entre el vector de parametros electrico global modificado y el vector de parametros electricos global modificado determinado y para identificar un

consumidor electrico para el cual el vector de actividad modificado determinado ***• indica un estado activo. Tambien en esta realizacion la medida de similitud es, por ejemplo, la norma euclidiana inversa de un vector de diferencia entre el vector de parametros electricos global modificado y el vector de parametros electricos global modificado

determinado. La unidad 9 de identificacion puede adaptarse para determinar un vector de actividad modificado que maximiza la medida de similitud, aplicando un metodo MUD a la ecuacion (12). Por ejemplo, la unidad 9 de identificacion puede adaptarse para aplicar el metodo convencional de ZF MUD tal como se presenta en el libro mencionado anteriormente de S. Verdu a la ecuacion (12), determinando de este modo el vector de actividad de acuerdo con la siguiente ecuacion:

imagen5

Si la unidad 9 de identificacion esta adaptada para aplicar un metodo MUD MMSE a la ecuacion (12), el vector de actividad modificado se determina preferiblemente de acuerdo con la siguiente ecuacion:

b, = sign

(r + o2A-2)_1\

(15)

bu

De acuerdo con la ecuacion (13), si el valor de actividad modificado determinado *>n es + 1, el valor respectivo bk,

n

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del vector de actividad es uno y, si el valor ;' es -1, el valor respectivo bk,n del vector de actividad es cero. Por lo tanto, se puede definir un umbral cero, donde, si el valor respectivo del vector de actividad modificado es mayor que el umbral, el consumidor electrico respectivo es activo en la instancia de tiempo respectiva y, si el valor respectivo del vector de actividad modificado es menor que el umbral, el consumidor electrico respectivo es inactivo en la instancia de tiempo respectiva.

La Figura 13 ilustra a manera de ejemplo una matriz de correlacion de firma de unidad R que comprende correlaciones, que se basan en las firmas electricas mostradas en las Figs. 2 a 12.

La unidad 9 de identificacion puede ademas adaptarse para determinar el consumo de energfa de los consumidores electricos, que han sido identificados como activos. La unidad 9 de identificacion determina en cada instante de tiempo que consumidor electrico esta conectado y que consumidor electrico esta desconectado. Ademas, la unidad 9 de identificacion puede adaptarse para determinar en cada momento la potencia consumida por el consumidor electrico respectivo multiplicando la amplitud An del consumidor electrico respectivo por la tension medida. La unidad 9 de identificacion puede integrar la potencia determinada del consumidor electrico respectivo a lo largo del tiempo, con el fin de determinar el consumo de energfa del consumidor electrico respectivo. Esto se puede realizar para cada consumidor electrico, que esta encendido, con el fin de determinar para cada consumidor electrico activo la energfa consumida. Por ejemplo, si se ha determinado que un consumidor electrico consume una potencia de 1 W y si se ha determinado que el consumidor electrico respectivo estaba encendido durante una hora, la energfa consumida se puede determinar como 1 Wh.

En lo que sigue, se describira a manera de ejemplo una realizacion de un metodo de desagregacion para identificar un consumidor electrico en una red electrica, con referencia a un diagrama de flujo mostrado en la Fig. 14.

En la etapa 101, se proporcionan las firmas electricas de los consumidores 4, 5, 6 electricos. Las firmas electricas son proporcionadas por una unidad 7 que proporciona la firma electrica en la que se almacenan las firmas electricas de los consumidores 4, 5, 6 electricos. Antes de almacenar, las firmas electricas se pueden determinar entrenando el aparato de desagregacion, en particular, usando soluciones de autoentrenamiento. Un metodo de entrenamiento preferido consiste en encender cada uno de los consumidores electricos individuales en el momento y almacenar la firma electrica correspondiente en forma de la corriente in(t) que debena ser sincronizada adicionalmente con respecto a la forma de onda de voltaje. La firma actual in(t) representa un penodo unico que podna mejorarse promediando en penodos multiples. Se pueden usar otros metodos de entrenamiento para determinar las firmas electricas, las cuales se almacenan entonces en la unidad 7 que proporciona la firma electrica.

En la etapa 102, se determina un parametro electrico global de la red 2 electrica. En particular, se mide una corriente electrica global de la red 2 electrica. En la etapa 103, se identifica un consumidor electrico dependiendo del parametro electrico global determinado y una correlacion de las firmas electricas. En particular, uno o varios consumidores electricos, que son activos, se identifican aplicando un metodo MUD al parametro electrico global determinado, en donde se considera la matriz de correlacion de firma utilizando, por ejemplo, la ecuacion (7) o la ecuacion (12) con el metodo MUD.

El ecosistema energetico esta experimentando cambios significativos debido a tres factores principales: la liberalizacion del mercado de la energfa al menos en la UE, el aumento de los costes de la energfa y la mayor sensibilidad del publico sobre la huella ecologica de las fuentes de energfa.

Los dos ultimos aspectos tambien estan detras de la necesidad del usuario validado para comprender y controlar mejor su consumo de energfa y su factura de energfa. La Monitorizacion No Intrusiva de Carga (NILM) es la tecnologfa mas prometedora para satisfacer esta necesidad del usuario. La NILM promete proporcionar al usuario todos los detalles sobre la cantidad de energfa que cada electrodomestico consume con la instalacion de un solo sensor.

Una diferencia principal entre los aparatos de desagregacion y los metodos de desagregacion conocidos y el presente aparato de desagregacion y metodo de desagregacion es el hecho de que se utiliza la matriz de correlacion. Basicamente, el aparato de desagregacion y el metodo de desagregacion tienen en cuenta la "diafoma" entre los consumidores electricos activos, en lugar de verlo como interferencia.

En una realizacion, la unidad 9 de identificacion puede adaptarse para promediar la corriente total medida por la unidad 8 de determinacion de parametros electricos en determinados intervalos de tiempo y utilizar la corriente total promediada, que corresponde a varios intervalos de tiempo, para identificar un consumidor electrico como se describe arriba, es decir, en las ecuaciones descritas anteriormente, en lugar de la corriente realmente medida, se puede usar la corriente media, que corresponde a varios intervalos de tiempo sobre los cuales se ha promediado la corriente. Esto puede reducir el ruido y, de este modo, mejorar la calidad de identificacion de un consumidor electrico en la red electrica.

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Aunque en las realizaciones descritas anteriormente a cada consumidor electrico solo se asigna una unica firma electrica, tambien se pueden asignar varias firmas electricas al mismo consumidor electrico, en donde las varias firmas electricas corresponden a varios estados en funcionamiento del consumidor electrico respectivo. De este modo, la unidad de identificacion se puede adaptar para identificar un consumidor electrico y para determinar el estado actual del consumidor electrico identificado. Por ejemplo, un consumidor electrico como un televisor puede tener una firma electrica de reserva y una firma electrica completamente conmutada, en la que la unidad de identificacion puede adaptarse para identificar al consumidor electrico y determinar si el consumidor electrico identificado esta en un estado de reposo, dependiendo de la correlacion de todas las firmas electricas incluyendo la firma electrica de reposo y la firma electrica de estar completamente encendido.

Aunque en las realizaciones descritas anteriormente, se han aplicado determinados metodos MUD al parametro electrico global, en particular, a la corriente global, con el fin de identificar uno o varios consumidores electricos que estan activos, tambien se pueden aplicar otros metodos MUD, en particular, tambien otros metodos MUD lineales, al parametro electrico total determinado.

Aunque en las realizaciones descritas anteriormente la unidad de determinacion de parametros electricos esta adaptada para medir una corriente global de la red electrica, ademas o alternativamente la unidad de determinacion de parametros electricos tambien puede adaptarse para medir un voltaje de la red electrica. En particular, la unidad de determinacion de parametros electricos puede adaptarse para determinar la potencia global consumida, por ejemplo, la potencia compleja consumida global basada en la corriente global medida y la tension medida como el parametro electrico global de la red electrica. Correspondientemente, las firmas electricas de los consumidores electricos tambien pueden ser formas de onda de potencia.

Aunque en la realizacion descrita anteriormente con referencia a la Figura 1, la red electrica comprende tres consumidores electricos, la red electrica puede comprender tambien mas o menos tres de consumidores electricos, estando el aparato de desagregacion adaptado para identificar uno o varios de estos consumidores electricos, los cuales son activos, en particular, los que estan conectados.

Otras variantes de las realizaciones descritas pueden ser entendidas y ejecutadas por los expertos en la tecnica en la practica de la invencion reivindicada, a partir de un estudio de los dibujos, la divulgacion y las reivindicaciones adjuntas.

En las reivindicaciones, la palabra "comprendiendo" no excluye otros elementos o etapas, y el artfculo indefinido "un" o "una" no excluye una pluralidad.

Una sola unidad o dispositivo puede cumplir las funciones de varios artfculos enumerados en las reivindicaciones. El mero hecho de que ciertas medidas se citen en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinacion de estas medidas no pueda utilizarse con ventaja.

Determinaciones como la determinacion de un parametro electrico global, de un vector de parametros electricos global, de un vector de actividad, etcetera, u otras etapas de metodo realizadas por una o varias unidades o dispositivos pueden realizarse por cualquier otro numero de unidades o dispositivos. Las determinaciones y calculos y/o el control del aparato de desagregacion de acuerdo con el metodo de desagregacion se pueden implementar como medios de codigo de programa de un programa de ordenador y/o como hardware dedicado.

Un programa informatico puede ser almacenado/distribuido en un medio adecuado, tal como un medio de almacenamiento optico o un medio de estado solido, suministrado junto con o como parte de otro hardware, pero tambien puede distribuirse en otras formas, tales como a traves de Internet u otros sistemas de telecomunicaciones cableados o inalambricos.

Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no debe interpretarse como limitante del alcance.

La invencion se refiere a un aparato de desagregacion para identificar un consumidor electrico en una red electrica. Una unidad de suministro de firma electrica proporciona firmas electricas de los consumidores electricos, y una unidad de determinacion de parametros electricos determina un parametro electrico global de la red electrica. Una unidad de identificacion identifica un consumidor electrico dependiendo del parametro electrico global determinado y una correlacion de las firmas electricas. Puesto que la unidad de identificacion identifica un consumidor electrico dependiendo del parametro electrico global determinado y una correlacion de las firmas electricas, la identificacion de un consumidor electrico no depende de la deteccion de un evento solamente. Esto hace que la identificacion sea mas robusta, especialmente menos propensa a errores causados por eventos omitidos, mejorando asf la fiabilidad de identificar un consumidor electrico en la red electrica.

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REIVINDICACIONES

1. Un aparato de desagregacion para identificar un consumidor electrico en una red electrica, donde la red (2) electrica comprende una fuente (3) de energfa y multiples consumidores (4, 5, 6) electricos, comprendiendo el aparato (1) de desagregacion:

- una unidad (7) de suministro de firma electrica para proporcionar firmas electricas (in) de los consumidores (4, 5, 6) electricos,

- una unidad (8) de determinacion de parametros electricos para determinar un parametro electrico global (itot,k) de la red (2) electrica,

- una unidad (9) de identificacion para identificar un consumidor electrico en funcion del parametro electrico global determinado (itot,k) y correlaciones entre las firmas electricas (in) de los consumidores (4, 5, 6) electricos.
2. Aparato de desagregacion segun la reivindicacion 1, en donde las firmas electricas (in) son corrientes de firma.
3. Aparato de desagregacion segun la reivindicacion 1, en donde la unidad (9) de identificacion esta adaptada para identificar un consumidor electrico mediante la aplicacion de un metodo de deteccion multiusuario (MUD) al parametro electrico global determinado (itot,k), en donde los consumidores electricos son considerados como usuarios y la red electrica se considera como canal de comunicacion.
4. El aparato de desagregacion segun la reivindicacion 3, en donde la unidad (9) de identificacion esta adaptada

para identificar un consumidor electrico aplicando Fuerza Zero (ZF) del metodo de MUD al parametro electrico global

determinado (itot,k).
5. El aparato de desagregacion segun la reivindicacion 3, en donde la unidad (9) de identificacion esta adaptada

para identificar un consumidor electrico aplicando un Error por Mrnimos Cuadrados Medios (MMSE) del metodo de

MUD al parametro electrico global determinado (itot,k).
6. El aparato de desagregacion segun la reivindicacion 1, en donde la unidad (9) de identificacion esta adaptada para

- determinar un vector de parametros electricos global (ik) correlacionando el parametro electrico global (itot,k) con cada firma electrica (in)

- modelar el vector de parametros electrico global (ik) como dependiente de un producto de una matriz de correlacion de firma (RA), que comprende correlaciones entre las firmas electricas, y un vector de actividad (bk) indicativo del estado de actividad del consumidor electrico respectivo,

- determinar el vector de actividad (bk) de tal manera que se maximice una medida de similitud, que sea indicativa del grado de similitud entre el vector de parametros electrico global modelado y el vector de parametros electricos global determinado (ik)

- identificar un consumidor electrico para el cual el vector de actividad determinado (bk) indica un estado activo.
7. El aparato de desagregacion segun la reivindicacion 6, en donde la unidad (9) de identificacion esta adaptada para modelar el vector de parametros electricos global (ik) como dependiente de una suma de i) el producto de la matriz de correlacion de firma (RA) y el vector de actividad (bk), y ii) un vector de ruido (an).
8. Aparato de desagregacion segun la reivindicacion 1, en donde la unidad (9) de identificacion esta adaptada para

- determinar un vector de parametros electrico global (ik) correlacionando el parametro electrico global (itot,k) con cada firma electrica (in),

- determinar un vector de parametros electricos global modificado (\) dependiendo de una diferencia entre el vector de parametros electrico global (ik) y un producto de una matriz de correlacion de firma (RA), que comprende correlaciones entre las firmas electricas, y un vector unitario (1),

- modelar el vector de parametros electricos global modificado (ifc) como dependiente de un producto de la matriz de correlacion de firma (RA) y un vector de actividad modificado (bj, que depende de una diferencia entre un vector de actividad (bk) que es indicativo del estado de actividad del consumidor electrico respectivo, y una constante,

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- determinar el vector de actividad modificado (b^) de tal manera que se maximice una medida de similitud, que es indicativa del grado de similitud entre el vector de parametros electrico global modificado y el vector de parametros electricos global modificado (Tk),

- identificar un consumidor electrico para el cual el vector de actividad modificado determinado (b^l indica un estado activo.
9. Aparato de desagregacion segun la reivindicacion 1, en donde la unidad (9) de identificacion esta adaptada para determinar un vector de actividad (6^), que es indicativo del estado de actividad del consumidor electrico respectivo, dependiendo del signo de un termino que comprende un producto de una matriz de correlacion de firma de unidad inversa (R-1), que comprende correlaciones entre firmas electricas normalizadas (in) y un vector de parametros electricos global modificado (ik), en donde el vector de parametros electricos global modificado (ik) se determina dependiendo de una diferencia entre un vector de parametros electricos global (ik) y un producto de

a) la matriz de correlacion de firma de unidad (R), que comprende correlaciones entre las firmas electricas normalizadas (in),

b) una matriz de amplitud (A), que comprende amplitudes (An) de una parte del parametro electrico global causada por el consumidor electrico respectivo, y

c) un vector unitario (1),

en donde el vector de parametros electricos global (ik) se determina correlacionando el parametro electrico global (itot, k) con cada firma electrica normalizada (in).
10. Aparato de desagregacion segun la reivindicacion 9, en donde la unidad (9) de identificacion esta adaptada para modelar el vector de parametros electricos global modificado (ik) como dependiente de una suma de i) el producto de la matriz de correlacion de firma de unidad (R), la matriz de amplitud (A) y el vector de actividad (bk), y ii) un vector de ruido (oq).
11. Un metodo de desagregacion para identificar un consumidor electrico en una red electrica, en donde la red electrica comprende una fuente de energfa y multiples consumidores electricos, comprendiendo el metodo de desagregacion:

- proporcionar las firmas electricas de los consumidores electricos,

- determinar un parametro electrico global de la red electrica,

- identificar un consumidor electrico dependiendo del parametro electrico global determinado y correlaciones entre las firmas electricas de los consumidores electricos.
12. Un programa informatico de desagregacion para identificar un consumidor electrico en una red electrica, donde la red electrica comprende una fuente de energfa y multiples consumidores electricos, comprendiendo el programa informatico de desagregacion medios de codigo de programa para hacer que un aparato de desagregacion como se define en la reivindicacion 1 lleve a cabo las etapas del metodo de desagregacion como se define en la reivindicacion 11, cuando el programa de ordenador se ejecuta en un ordenador que controla el aparato de desagregacion.