專利名稱：智能矩陣式電能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能控制的方法和系統(tǒng)，特別是涉及一種能夠在保持舒適度的同 時(shí)有效利用能源的電能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著電器在用戶中應(yīng)用的普及，需要一種系統(tǒng)對這些電器的工作進(jìn)行管理，從而 提高電能的使用效率。這里的用戶包括家庭、企事業(yè)單位、機(jī)關(guān)等。這里所述的電器包括空 氣調(diào)節(jié)設(shè)備、娛樂設(shè)備、照明設(shè)備、煮食設(shè)備、通信設(shè)備等。現(xiàn)有技術(shù)中存在很多這樣的系統(tǒng)，美國專利申請US2003/0233201A1公開了一種 家庭電能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過提供減低電能需求的峰值水平的機(jī)制來提高電能的使用效 率。該系統(tǒng)提供一個控制器與耗能電器進(jìn)行通信，工作過程是基于對多種因素的評估上來 允許或減少供給電器的能量。該管理系統(tǒng)可以基于功率表、家庭狀況和個人喜好來進(jìn)行決 策。該決策過程還考慮電力供應(yīng)商的減少供應(yīng)的請求、來自其他電器的能源請求以及電力 供應(yīng)商同意使用能源。美國專利申請US2009/0195349A1公開了一種家用能量監(jiān)視和控制的系統(tǒng)和方 法，具體公開了一種用于監(jiān)視和控制能耗器件能耗的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法將電源與 能耗器件相連接，測量并監(jiān)視能耗器件的使用情況，存儲并選擇性地將監(jiān)控的信息發(fā)送到 數(shù)據(jù)網(wǎng)路上的控制器件。該系統(tǒng)具有與智能出口通信和控制的控制器，能探測到用電器插 頭是否插入插座、開關(guān)是否接通、是否處于啟動或者待機(jī)狀態(tài)。該系統(tǒng)可以連接電池以平衡 電力輸出和存儲。該系統(tǒng)還可以通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行在線通信。該系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)分享和社區(qū) 因素。美國專利申請US2008/0052017A1公開了一種家用電能使用指示器。該系統(tǒng)包括 一種傳送器，與大廈中的初始電力入口相連接，用于與至少一個顯示器件進(jìn)行無線傳送消 耗數(shù)據(jù)，以此來監(jiān)視大廈中的電力消耗情況。這種顯示器件是與從互聯(lián)網(wǎng)接受數(shù)據(jù)，來分析 和比較由傳送器產(chǎn)生的消耗的數(shù)據(jù)并顯示給用戶。美國專利申請US2006/0271214A1公開了一種家用功率管理系統(tǒng)，用于該系統(tǒng)包 含可編程的微處理器，至少一個輸入設(shè)備，具有指示和/或其他信息的存儲器、顯示器以及 至少一個功率消耗器件和遠(yuǎn)程服務(wù)器。遠(yuǎn)程服務(wù)器將不同的腳本分配給智能電器，電器能 基于分配的腳本改變操作模式。美國專利申請2004/0002779A1公開了家用電器控制器件、控制方法、控制程序及 電器。其中運(yùn)用了智能電器，包括微處理器、通信部分和內(nèi)置功能表，通信是基于內(nèi)置的功 能表進(jìn)行的。另外，中國發(fā)明專利申請00804584. 4公開了一種管理家庭環(huán)境電能耗量的方法、 系統(tǒng)和裝置。通過電線與測量元件通信并控制家用電器。并且基于最大功率極限來進(jìn)行決策。中國發(fā)明專利申請200810067408. 5公開了一種智能新能源家庭用電源系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能夠支持多種電源，例如風(fēng)力發(fā)電機(jī)、手搖發(fā)電機(jī)、太陽能電池組件等。中國發(fā)明專利申請200810080418. 2公開了一種集中能源管理方法和系統(tǒng)，這種 系統(tǒng)能夠集中能源管理，并能對功率管理的決策進(jìn)行歷史使用數(shù)據(jù)分析。
中國實(shí)用新型專利200620155301. 2公開了一種負(fù)荷控制及多路分時(shí)計(jì)費(fèi)電能復(fù)
合管理系統(tǒng)。上述這些現(xiàn)有技術(shù)均提出了對電器工作進(jìn)行控制從而降低能量消耗的解決方案， 但是現(xiàn)有技術(shù)的缺陷在于沒有對電器使用的狀況提出警告和建議，也沒有考慮電器使用、 用戶舒適程度與電能消耗之間的平衡?，F(xiàn)有技術(shù)的解決方案基本上為點(diǎn)對點(diǎn)控制家電的解 決方案，即，由于控制條件相對固定或者程序化，較少涉及到用戶的實(shí)際需求和感受。此外， 現(xiàn)有技術(shù)中一方面需要智能家電作為系統(tǒng)工作的必要條件，另一方面這些智能家電須按照 專用協(xié)議與系統(tǒng)之間進(jìn)行通信，因而適應(yīng)性較差。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供一種能夠在保持舒適度的同時(shí)有效利用 能源的電能控制方法和系統(tǒng)，這種電能控制系統(tǒng)是一種具有很強(qiáng)適應(yīng)性的開放系統(tǒng)，能夠 根據(jù)環(huán)境因素、用戶數(shù)據(jù)、分時(shí)電價(jià)等多方面的因素對電器的使用進(jìn)行控制，從而在用戶的 需求與感受和降低能量消耗之間獲得平衡。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，涉及一種電量控制的方法，包括如下步驟在用電環(huán)境中設(shè)置傳感器，并獲得用電器的環(huán)境信息；根據(jù)用戶用電量歷史和用電器的環(huán)境信息對用電量的趨勢進(jìn)行預(yù)測；根據(jù)相應(yīng)用電器的用電器數(shù)據(jù)組、用電器的環(huán)境信息以及用電量的趨勢對用電器 的使用進(jìn)行決策，其中包括確定多種因素的優(yōu)先級；對用電的限制條件之間的沖突進(jìn)行調(diào)節(jié)；對不同因素給出不同的權(quán)重，并根據(jù)權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化，從而在節(jié)省電能和保持舒適 度之間獲得平衡；根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果選擇用電量最低或電費(fèi)最低的方案對用電器的使用進(jìn)行調(diào)節(jié)。優(yōu)選的，其中對于與單個電表相連的至少兩個用電器，通過如下方式分別得到相 應(yīng)用電器的用電器數(shù)據(jù)組在用電器狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)候，獲得用電器數(shù)據(jù)組疊加的信息；對用電器數(shù)據(jù)組疊加的信息進(jìn)行加載簽名分析，驗(yàn)證數(shù)據(jù)組的有效性，并根據(jù)有 效的數(shù)據(jù)組更新當(dāng)前的用電器數(shù)據(jù)組從而分別獲得對應(yīng)于相應(yīng)用電器的用電器數(shù)據(jù)組。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，涉及一種電量控制的系統(tǒng)，包括下列裝置一個或多個傳感器，所述用于在用電環(huán)境中獲得用電器的環(huán)境信息；一個或多個用電器；一個或多個電表，每個電表與一個或多個用電器耦聯(lián)；電能控制平臺，其分別與所述傳感器、所述用電器和所述電表耦聯(lián)，所述電能控制 平臺包括用于根據(jù)用戶用電量歷史信息和用電器環(huán)境信息對用電量的趨勢進(jìn)行預(yù)測的裝置；用于根據(jù)相應(yīng)用電器的用電器數(shù)據(jù)組、用電器的環(huán)境信息以及用電量的趨勢對用 電器的使用進(jìn)行決策的裝置，其中包括用于確定多種因素的優(yōu)先級的裝置，用于對用電的 限制條件之間的沖突進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置，用于對不同因素給出不同的權(quán)重，并根據(jù)權(quán)重進(jìn)行 優(yōu)化，從而在節(jié)省電能和保持舒適度之間獲得平衡的裝置；以及 用于根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果選擇用電量最低或電費(fèi)最低的方案對用電器的使用進(jìn)行調(diào) 節(jié)的裝置。優(yōu)選的，對于與單個電表相連的至少兩個用電器，通過如下裝置分別得到相應(yīng)用 電器的用電器數(shù)據(jù)組在用電器狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)候，獲得用電器數(shù)據(jù)組疊加的信息的裝置；用于對用電器數(shù)據(jù)組疊加的信息進(jìn)行加載簽名分析，驗(yàn)證數(shù)據(jù)組的有效性，并根 據(jù)有效的數(shù)據(jù)組更新當(dāng)前的用電器數(shù)據(jù)組從而分別獲得對應(yīng)于相應(yīng)用電器的用電器數(shù)據(jù) 組的裝置。該系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶數(shù)據(jù)以及環(huán)境信息提供具有使用建議和警告的預(yù)防性監(jiān)控 和自動監(jiān)視，能夠在現(xiàn)有環(huán)境架構(gòu)和控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上工作并支持開放標(biāo)準(zhǔn)，該系統(tǒng)能夠 支持多維因素決策制定以及根據(jù)如環(huán)境信息、分時(shí)電價(jià)、多電源等改變因素的能量使用預(yù) 測，同時(shí)該系統(tǒng)能夠提供用于比較或?qū)徲?jì)的使用報(bào)告，并且允許用戶通過網(wǎng)絡(luò)訪問該管理 系統(tǒng)并進(jìn)行社區(qū)活動。


本發(fā)明將結(jié)合附圖從以下詳細(xì)描述中得到更為全面的理解和認(rèn)識，其中圖1示意性示出本發(fā)明的一種應(yīng)用環(huán)境；圖2a示意性示出系統(tǒng)通過電能控制平臺獲得用電器數(shù)據(jù)組的過程圖；圖2b示意性示出建立用電器數(shù)據(jù)組(電器負(fù)載簽名)的流程圖；圖3示意性進(jìn)一步說明更新用電器A2數(shù)據(jù)組的流程；圖4示意性示出用戶用電量歷史及電量使用預(yù)測圖；圖5示意性示出多因素決策制定過程流程圖；圖6示意性示出優(yōu)化調(diào)節(jié)的兩個示例圖；圖7示意性示出系統(tǒng)向客戶匯報(bào)的第一示例圖；圖8示意性示出系統(tǒng)向客戶匯報(bào)的第二示例圖；圖9示意性示出客戶通過系統(tǒng)與類似情況的用電情況進(jìn)行比較的示例圖；圖10、11示意性示出系統(tǒng)具體實(shí)施方式
的架構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下文將結(jié)合說明書附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的能夠在保持舒適度的同時(shí)有效利用能 源的電能控制方法和系統(tǒng)。下文所述的“系統(tǒng)”指的是電能控制系統(tǒng)。1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作綜述在圖1所示的本發(fā)明的一種典型的應(yīng)用環(huán)境中，其中示出了各種用電器與傳感 器，這些用電器由電能控制平臺進(jìn)行控制，且通過合適的通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)在一起。具體地，支持開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的用電器101和支持舊式專有協(xié)議用電器102分別將電能數(shù)據(jù)109、110發(fā) 送至電表103，電表103將獲得的用電器數(shù)據(jù)組傳送到電能控制平臺107。支持開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié) 議的用電器101將開關(guān)信息111發(fā)送到電能控制平臺107，電能控制平臺107反過來將開關(guān) 控制112發(fā)送到用電器101以對其進(jìn)行控制。其中，所述開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議是基于現(xiàn)有技術(shù)中 的被廣泛接受的通信協(xié)議，比如串口通信，zigbee通信和電力線通信等。另一方面，利用舊 式專有協(xié)議的用電器102將開關(guān)信息113發(fā)送到可編程控制器106，并由可編程控制器106 將開關(guān)控制114發(fā)送到用電器102。支持開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的傳感器104與舊式專有協(xié)議傳感 器105分別將傳感器信息115、116發(fā)送到電能控制平臺107和可編程控制器106?？删幊?控制器106與電能控制平臺107之間通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議108進(jìn)行通信。也就是說，對于使用開 放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的用電器和傳感器而言，它們可以直接與電能控制平臺之間進(jìn)行單向或雙向通 信以傳遞信息或進(jìn)行控制，而對于使用舊式專有協(xié)議的用電器和傳感器而言，它們就只能 通過位于它們與電能控制平臺之間的可編程控制器來進(jìn)行單向或雙向通信以傳遞信息或 進(jìn)行控制，其中電能控制平臺與可編程控制器直接通過開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行雙向通信。這樣 對于使用舊式專用協(xié)議的用電器或傳感器，本發(fā)明通過增加可編程控制器的使用，同樣能 夠達(dá)到利用電能控制平臺進(jìn)行控制的目的?？偟膩碚f，系統(tǒng)將至少一個用電器與電表相連接，在用電器狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)候， 獲得用電器數(shù)據(jù)組疊加的信息；對用電器數(shù)據(jù)組疊加的信息進(jìn)行加載簽名分析，驗(yàn)證數(shù)據(jù) 組的有效性，并根據(jù)有效的數(shù)據(jù)組更新當(dāng)前的 用電器數(shù)據(jù)組從而分別獲得對應(yīng)于相應(yīng)用電 器的用電器數(shù)據(jù)組；在用電環(huán)境中設(shè)置傳感器，并獲得用電器的環(huán)境信息；根據(jù)用戶用電 量歷史和用電器的環(huán)境信息對用電量的趨勢進(jìn)行預(yù)測；根據(jù)相應(yīng)用電器的用電器數(shù)據(jù)組、 用電器的環(huán)境信息以及用電量的趨勢對用電器的使用進(jìn)行決策，其中包括確定多種因素 的優(yōu)先級；對用電的限制條件之間的沖突進(jìn)行調(diào)節(jié)；對不同因素給出不同的權(quán)重，并根據(jù) 權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化，從而在節(jié)省電能和保持舒適度之間獲得平衡；根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果選擇用電量 最低或電費(fèi)最低的方案對用電器的使用進(jìn)行調(diào)節(jié)。2.獲得用電器數(shù)據(jù)組圖2a為系統(tǒng)通過電能控制平臺獲得用電器數(shù)據(jù)組的過程圖。圖2a僅為一個示例， 旨在說明通過電能控制平臺可將連接到同一電表上疊加的多個用電器數(shù)據(jù)組進(jìn)行分離，從 而分別獲得每個用電器的用電器數(shù)據(jù)組。如圖2a所示，對于由用電器Al和A2構(gòu)成的電 器組201，202，與該電器組相連接的電表204可以獲得該電器組201，202的電器數(shù)據(jù)的疊 力口。對于用電器203，其單獨(dú)與電表205相連接，從而可以單獨(dú)獲得用電器203的用電器數(shù) 據(jù)組PA3。電表204、205分別與電能控制平臺107相連接。其中，電能控制平臺107將電表 204測得的用電器數(shù)據(jù)組的疊加相分離，從而分別獲得用電器Al和A2的用電器數(shù)據(jù)組PAl 和PA2。具體方法如下文所述。這里所述的電表Al或A2可采用現(xiàn)有技術(shù)中的Powerlogic 公司的800系列、7500系列、6200系列或者其他具有能與諸如Freesca公司的MC9S08系 列、MCF51EM系列、Atmel公司的AVR465、德州儀器公司的MSP430FE、AnalogDevices公司的 AD7751等電表芯片組進(jìn)行通信界面的電表。所獲得的用電器數(shù)據(jù)組可以包含用電量、電流 和電壓、電壓驟降和驟升，瞬變以及功率因素等信息。圖2b為建立用電器數(shù)據(jù)組或用電器負(fù)載簽名的流程圖，這里以建立用電器A2的 數(shù)據(jù)組為例。在步驟210，用電器A2開啟，在步驟211，系統(tǒng)會在電器列表中加入用電器A2的信息，并通過電表204記錄當(dāng)時(shí)的用電器Al和A2所在線路的用電總量El。由于用電器 在開啟的時(shí)刻電表所測到的電流并不穩(wěn)定(瞬態(tài)電流波動很大)，導(dǎo)致當(dāng)時(shí)測到的電壓電 流信息不能準(zhǔn)確描述電器的負(fù)載特性，也就是新建的用電器A2數(shù)據(jù)組與實(shí)際的用電器A2 的負(fù)載簽名有誤差存在。所以在步驟212，當(dāng)線路上的其他電器發(fā)生狀態(tài)變化時(shí)，比如用電 器Al開或關(guān)時(shí)，系統(tǒng)會再次記錄用電器Al和A2所在線路的用電總量E2，并利用用電總量 El，E2和其他傳感器的信息更新用電器A2的數(shù)據(jù)組來消除之前的誤差，在步驟213，建立貼 近實(shí)際的用電器A2的負(fù)載簽名。
圖3進(jìn)一步說明更新用電器A2數(shù)據(jù)組的流程。步驟301為流程的開始，在步驟 302獲得用電器Al開啟或關(guān)閉的信息，該信息可以通過控制系統(tǒng)，智能電源開關(guān)，功率改變 等因素來進(jìn)行更新。對開啟/關(guān)閉信息的更新用于觸發(fā)電流。在步驟303，判斷用電器的 開關(guān)狀態(tài)。如果用電器Al開啟，則在步驟304將用電器Al加入用電器數(shù)據(jù)列表中，并在步 驟305中從電表204獲得當(dāng)前的用電量，而在沒有開啟的情況下則直接從步驟305獲得用 電器Al、A2所在線路當(dāng)前的用電量E2，在步驟306進(jìn)一步判斷用電器A2是否在用電器數(shù) 據(jù)列表中，在用電器A2也包含在列表中的情況下，在步驟307，讀取之前記錄的用電器A2開 啟時(shí)所記錄用電量E1，在步驟308，獲得傳感器信息感測環(huán)境的溫度和濕度信息M,這里所 述的M是一個多維矩陣，維度數(shù)量由傳感器數(shù)量決定。傳感器位置的安排并無具體限制，可 根據(jù)不同用戶的具體需求而設(shè)置。在步驟310進(jìn)行數(shù)據(jù)組計(jì)算，首先計(jì)算出從用電器A2開 啟到用電器Al開啟或關(guān)閉這段時(shí)間內(nèi)的時(shí)間差A(yù)t，用電器A2的用電量變化ΔΕ，假設(shè)用 電器Al在這段時(shí)間為關(guān)閉，則ΔΕ = Ε2-Ε1，然后用電器A2的數(shù)據(jù)組可以通過計(jì)算(ΔΕ/ (V* Δ t)) *Μ得到，其中V是電壓，M在這里的作用是正態(tài)化用來消除環(huán)境對用電器Α2負(fù)載 簽名的影響。在步驟311，通過更新后的用電器Α2數(shù)據(jù)組和之前用電器Α2剛開啟時(shí)的數(shù)據(jù) 組，可以計(jì)算出兩個數(shù)據(jù)之間的誤差。在步驟312，利用上一步驟的誤差來驗(yàn)證數(shù)據(jù)組的有 效性，如果誤差太大則認(rèn)為更新的數(shù)據(jù)組無效，在步驟313判斷是否是有效數(shù)據(jù)組的結(jié)果， 利用有效的數(shù)據(jù)組來更新用電器Α2的數(shù)據(jù)組，在用電器Α2不在用電器列表、數(shù)據(jù)組無效或 已經(jīng)更新過用電器Α2數(shù)據(jù)組的情況下，進(jìn)入結(jié)束步驟315。其中上述步驟310-314構(gòu)成了 負(fù)載簽名分析過程，使結(jié)果更加精確。3.電量使用的預(yù)測電量使用的預(yù)測是系統(tǒng)根據(jù)用戶用電量歷史和傳感器獲得的信息，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方 法對電量的使用進(jìn)行預(yù)測的過程。圖4為用戶用電量歷史及電量使用預(yù)測圖。用戶用電量歷史包括用電月份、用電 量、用電量水平的評估以及收取的電費(fèi)等信息。其中用電量水平的估計(jì)可利用統(tǒng)計(jì)的方法 形成用戶用電量模式，并用低等、中等和高等來評價(jià)。例如，儲存用戶自開戶以來每個月的 用電量，計(jì)算這些用電量的平均值，將該平均值左右不超過5 %的量定義為中等水平，高于 這個量的定義為高等、低于這個量定義為低等。通過傳感器獲得信息是指可以運(yùn)用現(xiàn)有技術(shù)中的任何可以感測環(huán)境因素的傳感 器所獲得的需要的信息，例如SHTll型濕度/溫度傳感器，S1087系列光電二極管。傳感器 可以根據(jù)實(shí)際需要放置在用戶所在建筑物的內(nèi)部和外部從而獲得溫度和濕度的信息。如上所述，電量使用的預(yù)測是根據(jù)上述用電量歷史和相應(yīng)的環(huán)境信息來進(jìn)行的。 在線性條件下，利用線性回歸模型來進(jìn)行相關(guān)的預(yù)測。如圖4右側(cè)部分所示，電量使用和傳感器信息通過小圓圈401顯示在圖表上，并利用了線性回歸方法。中間的陰影部分為電量使用和傳感器信息的線性模型。其中的示例顯示了空調(diào)的電量消耗與溫度的關(guān)系。4.多因素決策制定多因素決策制定是系統(tǒng)根據(jù)用電器數(shù)據(jù)組、傳感器信息和電量使用的預(yù)測獲得如 何安排用電器從而在保證舒適程度的情況下有效利用電能的過程。經(jīng)過這個過程得到的結(jié) 論可以使精確度保持到最高，使錯誤降到最低。所述多因素還包括(1)多種電能來源如火力發(fā)電、太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、水力 發(fā)電等；(2)分時(shí)計(jì)電費(fèi)的安排；(3)各種條件下的電費(fèi)費(fèi)率。圖5為多因素決策制定過程流程圖。步驟501為流程的開始，由于條件改變而觸發(fā)決策制定流程的啟動，這里所述的 條件包括開啟用電器、分時(shí)計(jì)電費(fèi)的安排改變、或者傳感器感測到溫度、濕度的變化等。在步驟502，系統(tǒng)對多種因素進(jìn)行優(yōu)化，即根據(jù)某一時(shí)刻的情況給電價(jià)、舒適程度、 必要供電條件等各個因素分配優(yōu)先級。這里所述的電價(jià)不僅包括一般的收費(fèi)安排，且包括 因?yàn)榉謺r(shí)計(jì)電費(fèi)的安排而帶來的用電價(jià)格的不同；舒適程度是根據(jù)用戶不同用電模式來形 成的數(shù)據(jù)化信息；必要供電條件是指針對特定環(huán)境因素的不可缺少的供電條件，例如嚴(yán)寒 的天氣。必要供電具有最高的優(yōu)先級，此時(shí)，不考慮電價(jià)進(jìn)而調(diào)節(jié)舒適程度和用電成本優(yōu)先 級之間的平衡。需要確定優(yōu)先級的因素不僅限于上述電價(jià)等，還包括是否有人居住，以及用 戶自設(shè)定的條件等。系統(tǒng)對根據(jù)當(dāng)前情況的重要性給相關(guān)因素打分，并根據(jù)分?jǐn)?shù)的高低來 確定優(yōu)先級。在步驟503，系統(tǒng)進(jìn)行沖突解決，即根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)各種對用電的限制因素，從 而實(shí)現(xiàn)節(jié)約用電的目的。這些限制因素包括預(yù)定的電量使用、能獲得的電力來源、以及對 功率的限制等能引起沖突的因素。其中預(yù)定的電量使用是指根據(jù)使用歷史來預(yù)先設(shè)定的電 量使用情況；功率限制是指在某種情況下最大的功率不能超出的額度。在某些情況下，對于 來自某種供電能源的電能來說，當(dāng)電量在超出一定限額之后，電費(fèi)會顯著性地增長，因此， 當(dāng)電量超出限額時(shí)有必要改用來自其他供電能源的較便宜的電能以降低電費(fèi)。在步驟504，系統(tǒng)根據(jù)電量使用的調(diào)節(jié)、電量使用的預(yù)測以及環(huán)境信息對系統(tǒng)根據(jù) 權(quán)重進(jìn)行的優(yōu)化。其中電量使用的調(diào)節(jié)是根據(jù)用電器開啟程度對用戶感受的影響來選擇一 個最優(yōu)的，用電器開啟程度可以指例如房間溫度、照明光亮度等。根據(jù)權(quán)重所進(jìn)行的優(yōu)化是 指系統(tǒng)得出在節(jié)省能源和保持舒適度之間平衡的過程，例如，在微量調(diào)節(jié)房間溫度的情況 下已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)節(jié)省能源的目的，即無須進(jìn)一步關(guān)閉照明電源。在步驟505，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的調(diào)節(jié)。根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果選擇用電量最低或電費(fèi)最低的方案。圖6為優(yōu)化調(diào)節(jié)的兩個示例圖，顯示了多電能來源和分時(shí)計(jì)費(fèi)安排帶來的電能使 用優(yōu)化。在一個示例里，電力供應(yīng)商與用戶之間通過合同規(guī)定一個降值用電量，在超過該峰 值以后，用電成本將顯著增加。在這種情況下，系統(tǒng)進(jìn)行電能使用優(yōu)化，即在即將到達(dá)峰值 以前，通過轉(zhuǎn)換電能來源，或者關(guān)閉某些用電器并啟用消耗其他能源的用電器來避免超過 峰值，例如在炎熱的天氣里在工業(yè)上交替開啟冷氣和利用冰塊降溫，從而達(dá)到節(jié)約電能和 成本同時(shí)保持相應(yīng)舒適度的目的。在另外一個示例里，由于電力供應(yīng)商提供分時(shí)計(jì)電費(fèi)的 方案，系統(tǒng)能夠在電費(fèi)最貴的時(shí)刻暫停某些用電器的使用，例如烘干機(jī)、洗衣機(jī)，并在電費(fèi)相對較便宜的時(shí)刻重新自動開啟這些用電器，從而達(dá)到降低成本的目的。
5.比較和匯報(bào)比較和匯報(bào)是指系統(tǒng)將用電量的信息進(jìn)行比較并匯報(bào)給客戶的過程。系統(tǒng)具有接 口，可根據(jù)客戶的需要向其提供定制的報(bào)表或者供客戶從網(wǎng)絡(luò)下載報(bào)表。所述比較可以為 月份之間、季度之間或者年度之間的比較，特別是對于季節(jié)變化明顯的地區(qū)，尤其需要季度 之間的比較。圖7與圖8為系統(tǒng)向客戶匯報(bào)的第一和第二示例圖。圖8中顯示了用戶甲某個月 份中每天的用電量統(tǒng)計(jì)，先前用電量、用電量水平評估以及收費(fèi)總結(jié)報(bào)告；以及在某些時(shí)間 發(fā)生條件改變而帶來的用電量情況的增加或減小。圖7中顯示了用戶甲不同用電器，如冷 氣、照明、辦公設(shè)備等，之間的數(shù)據(jù)按月份和按年度的比較情況。圖9為客戶通過系統(tǒng)與類似情況的用電情況進(jìn)行比較的示例圖?？蛻艏淄ㄟ^互聯(lián) 網(wǎng)進(jìn)入電能控制入口，可以獲得自身的用電器數(shù)據(jù)組，還可以與自己朋友的數(shù)據(jù)組進(jìn)行標(biāo) 記，還可以與相同面積、同類型(例如面積類似，家庭成員人數(shù)接近)的用電單位的其他用 戶的用電器數(shù)據(jù)組的比較，從而能夠及時(shí)調(diào)整自身的用電狀況，并可從其他用戶獲取用電 方案應(yīng)用于自己的系統(tǒng)中，同時(shí)起到激勵用戶省電的作用。6.預(yù)防性監(jiān)測預(yù)防性監(jiān)測是指系統(tǒng)能夠根據(jù)用電器數(shù)據(jù)組和傳感器感測的環(huán)境溫度和濕度信 息來監(jiān)測用電器工作中出現(xiàn)的問題。這種監(jiān)測包括短期監(jiān)測和長期監(jiān)測兩種。其中短期監(jiān) 測是指系統(tǒng)能夠探測到非正常的電能使用和能量泄露。例如，傳感器探測到室內(nèi)溫度高于 正常水平，同時(shí)用電器數(shù)據(jù)組顯示用電量激增，系統(tǒng)進(jìn)行分析并得到烤箱正在運(yùn)轉(zhuǎn)并且烤 箱門被不正常地開啟，系統(tǒng)給出警告提醒用戶切斷烤箱電源或通過控制系統(tǒng)自動切斷烤箱 電源。長期監(jiān)測是指能夠監(jiān)測到用電器使用模式的退化。例如，通過用電器數(shù)據(jù)組的比較 可以看出在相同的環(huán)境條件下用電量的增加趨勢明顯，系統(tǒng)進(jìn)行分析得到冷氣機(jī)的工作失 靈，例如馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)速度增加，進(jìn)而給出警告提醒用戶維修冷氣機(jī)，從而減小由于用電器磨損 帶來的電能浪費(fèi)。7.程序架構(gòu)說明圖10為系統(tǒng)具體實(shí)施方式
的架構(gòu)圖，并具體顯示了相關(guān)的邏輯層。其中針對傳感 器部分，終端用戶最常見的任務(wù)是從傳感器獲得傳感器信息。在傳感器控制平臺利用無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(USNMP)的場景。監(jiān)測場景涉及如下因素運(yùn)用開放式應(yīng)用程序接口(Open API)，工具箱(Toolkits)，傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)界面(SNSSI)，傳感器網(wǎng)絡(luò)信息模塊(SNIM) 以及傳感器抽象層(SAL)。這些因素一起工作來完成任務(wù)。用戶與USNMP通過傳感器控制 平臺交互作用，并且USNMP通過適配器獲得傳感器信息。在需要USNMP獲得其他傳感器的 時(shí)候增加或者使用其他適配器，例如具有ZigBee型模塊與串行數(shù)據(jù)線接口的適配器可以 用于ZigBee型傳感器。USNMP提供了該架構(gòu)并且是簡化了需要不同類型傳感器進(jìn)行輸入的 不同傳感器應(yīng)用的發(fā)展。USNMP共有四層，第一層為抽象層，包括SAL其與具有相應(yīng)的傳感器適配器的不同 傳感器通信。第二層為系統(tǒng)界面，包括SNIM和SNSSI，確定“系統(tǒng)呼叫”，傳感器的信息模式 和狀況以及其他基本設(shè)備。第三層為信息和控制層，包括傳感器控制工具箱(SCT)和傳感 器數(shù)據(jù)工具箱(SDT)，每個工具箱具有一系列為特殊傳感器使用的功能從而使傳感器應(yīng)用發(fā)展更容易。第四層為服務(wù)層，包含Open API和管理員(MM)，其中管理員能用允許用戶定 義并執(zhí)行其具有傳感器信息的應(yīng)用邏輯，該傳感器信息有平臺提供，并且能夠通過該平臺 控制任何目標(biāo)器件。此外，USNMP包含四個子系統(tǒng)，分別是對應(yīng)上述四個層。其中抽象子系統(tǒng)是代表具 有任何傳感器抽象模式的剩余系統(tǒng)的軟件薄層。系統(tǒng)接口子系統(tǒng)，傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)服務(wù)界 面(SNSSI)實(shí)現(xiàn)與傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的基本功能，SNSSI利用SAL與任何種類的傳 感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互。通過依靠SNIM，SNSSI具有能夠方便穿越不同傳感器網(wǎng)絡(luò)的額外的優(yōu) 點(diǎn)。SNIM支持SNMP代理和具有SNMP適配器和傳統(tǒng)SNMP管理員的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(匪S)的 相應(yīng)的管理信息庫(MIBs)。信息和控制子系統(tǒng)中，SCT通過openAPI給應(yīng)用和傳感器網(wǎng)絡(luò) 之間提供控制通路，SDT進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘，內(nèi)容感知數(shù)據(jù)恢復(fù)。服務(wù)子系統(tǒng)提供 作為OpenAPI應(yīng)用的通信界面，和管理工具使用戶能夠在平臺上確定和執(zhí)行應(yīng)用邏輯。
對于用戶來說，進(jìn)行控制和監(jiān)測，傳感器進(jìn)行警示。其中用戶控制為設(shè)定傳感器參 數(shù)，配置文件分析和處理詢問中斷，并改變傳感器狀態(tài)，用戶監(jiān)控為獲得傳感器當(dāng)前值，獲 得網(wǎng)絡(luò)信息，獲得傳感器歷史值，獲得傳感器狀態(tài)。最后，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以理解通過傳感器數(shù)據(jù)模塊、傳感器數(shù)據(jù) 管理對傳感器進(jìn)行管理。其中傳感器數(shù)據(jù)管理員(SDM)的功能元素包括生命周期控制。SDM 包括傳感器數(shù)據(jù)中間層(SDB)和傳感器抽象層(SAL)，其中SDB包括控制(SDB)和維護(hù)，SAL 包括控制(SAL)和發(fā)布，以及獲得相應(yīng)的分解描述和界面描述。應(yīng)該理解到，上述實(shí)施方式僅僅是能夠表明本發(fā)明原則的應(yīng)用的眾多可能的具體 實(shí)施方式中的一些示例性實(shí)施方式。此外，來自任何具體實(shí)施例的特征及/或組件，都可以 單獨(dú)或合并地與其它具體實(shí)施例一起使用。根據(jù)這些原則，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本 發(fā)明的精神和范圍的情況下，能夠輕易的想出許多其他不同的布置。
權(quán)利要求
一種電量控制的方法，其特征在于包括如下步驟在用電環(huán)境中設(shè)置傳感器，并獲得用電器的環(huán)境信息；根據(jù)用戶用電量歷史和用電器的環(huán)境信息對用電量的趨勢進(jìn)行預(yù)測；根據(jù)相應(yīng)用電器的用電器數(shù)據(jù)組、用電器的環(huán)境信息以及用電量的趨勢對用電器的使用進(jìn)行決策，其中包括確定多種因素的優(yōu)先級；對用電的限制條件之間的沖突進(jìn)行調(diào)節(jié)；對不同因素給出不同的權(quán)重，并根據(jù)權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化，從而在節(jié)省電能和保持舒適度之間獲得平衡；根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果選擇用電量最低或電費(fèi)最低的方案對用電器的使用進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對于與單個電表相連的至少兩個用電器，通過如下 方式分別得到相應(yīng)用電器的用電器數(shù)據(jù)組在用電器狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)候，獲得用電器數(shù)據(jù)組疊加的信息； 對用電器數(shù)據(jù)組疊加的信息進(jìn)行加載簽名分析，驗(yàn)證數(shù)據(jù)組的有效性，并根據(jù)有效的 數(shù)據(jù)組更新當(dāng)前的用電器數(shù)據(jù)組從而分別獲得對應(yīng)于相應(yīng)用電器的用電器數(shù)據(jù)組。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括如下步驟 匯總用電信息，并將用電信息根據(jù)一定的時(shí)段匯報(bào)給用戶； 提供接口界面，用戶可以根據(jù)需要獲得所述用電信息。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括如下步驟根據(jù)用電器數(shù)據(jù)組和用電器的環(huán) 境信息對用電器的工作進(jìn)行預(yù)防性監(jiān)測。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中的用電器數(shù)據(jù)組包括用電量、電流和電壓。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中的用電器環(huán)境信息包括濕度、溫度。
7.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述的多種因素包括下列因素中的至少一種 多種電能來源、多種電價(jià)安排、必要供電因素、舒適程度。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述的多種電能來源包括風(fēng)力發(fā)電、火力發(fā)電、水 力發(fā)電和太陽能發(fā)電。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述的多種電價(jià)安排包括單一供電和分時(shí)計(jì)電費(fèi)。
10.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述的預(yù)防性監(jiān)測為下列監(jiān)測中的至少一種能 夠探測到非正常的電能使用或能量泄露的短期監(jiān)測、監(jiān)測到用電器使用模式退化的長期監(jiān) 測。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的用電的限制條件包括下列條件中的至少一 種預(yù)定的電量使用、能獲得的電力來源、以及對最高用電功率的限制。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的優(yōu)化是基于用電器開啟程度對用戶感受的 影響來進(jìn)行的電量使用調(diào)節(jié)、電量使用的預(yù)測和環(huán)境信息來進(jìn)行的。
13.一種電量控制的系統(tǒng)，其特征在于包括下列裝置一個或多個傳感器，所述用于在用電環(huán)境中獲得用電器的環(huán)境信息；一個或多個用電器；一個或多個電表，每個電表與一個或多個用電器耦聯(lián)；電能控制平臺，其分別與所述傳感器、所述用電器和所述電表耦聯(lián)，所述電能控制平臺包括 用于根據(jù)用戶用電量歷史信息和用電器環(huán)境信息對用電量的趨勢進(jìn)行預(yù)測的裝置；用于根據(jù)相應(yīng)用電器的用電器數(shù)據(jù)組、用電器的環(huán)境信息以及用電量的趨勢對用電器 的使用進(jìn)行決策的裝置，其中包括用于確定多種因素的優(yōu)先級的裝置，用于對用電的限制 條件之間的沖突進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置，用于對不同因素給出不同的權(quán)重，并根據(jù)權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化， 從而在節(jié)省電能和保持舒適度之間獲得平衡的裝置；以及用于根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果選擇用電量最低或電費(fèi)最低的方案對用電器的使用進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中對于與單個電表相連的至少兩個用電器，通過如 下裝置分別得到相應(yīng)用電器的用電器數(shù)據(jù)組在用電器狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)候，獲得用電器數(shù)據(jù)組疊加的信息的裝置；用于對用電器 數(shù)據(jù)組疊加的信息進(jìn)行加載簽名分析，驗(yàn)證數(shù)據(jù)組的有效性，并根據(jù)有效的數(shù)據(jù)組更新當(dāng) 前的用電器數(shù)據(jù)組從而分別獲得對應(yīng)于相應(yīng)用電器的用電器數(shù)據(jù)組的裝置。
15.如權(quán)利要求13或14的系統(tǒng)，還包括用于匯總用電信息，并將用電信息根據(jù)一定的時(shí)段匯報(bào)給用戶的裝置；用于提供接口 界面，用戶可以根據(jù)需要獲得所述用電信息的裝置。
16.如權(quán)利要求13或14的系統(tǒng)，還包括用于根據(jù)用電器數(shù)據(jù)組和用電器的環(huán)境信息 對用電器的工作進(jìn)行預(yù)防性監(jiān)測的裝置。
17.如權(quán)利要求13或14的系統(tǒng)，其中的用電器數(shù)據(jù)組包括用電量、電流和電壓。
18.如權(quán)利要求13或14的系統(tǒng)，其中的用電器環(huán)境信息包括濕度、溫度。
19.如權(quán)利要求13或14的系統(tǒng)，其中所述的多種因素包括下列因素中的至少一種多 種電能來源、多種電價(jià)安排、必要供電、舒適程度。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述的多種電能來源包括風(fēng)力發(fā)電、火力發(fā)電、 水力發(fā)電和太陽能發(fā)電。
21.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述的多種電價(jià)安排包括單一供電和分時(shí)計(jì)電費(fèi)。
22.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述的預(yù)防性監(jiān)測為下列監(jiān)測中的至少一種能 夠探測到非正常的電能使用或能量泄露的短期監(jiān)測、監(jiān)測到用電器使用模式退化的長期監(jiān) 測。
23.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述的用電的限制條件包括下列條件中的至少一 種預(yù)定的電量使用、能獲得的電力來源、以及對最高用電功率的限制。
24.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述的優(yōu)化是基于用電器開啟程度對用戶感受的 影響來進(jìn)行的電量使用調(diào)節(jié)、電量使用的預(yù)測和環(huán)境信息來進(jìn)行的。
25.一種電能控制平臺裝置，其特征在于包括下列裝置用于根據(jù)用戶用電量歷史信息和用電器環(huán)境信息對用電量的趨勢進(jìn)行預(yù)測的裝置；用于根據(jù)相應(yīng)用電器的用電器數(shù)據(jù)組、用電器的環(huán)境信息以及用電量的趨勢對用電器 的使用進(jìn)行決策的裝置，其中包括用于確定多種因素的優(yōu)先級的裝置，用于對用電的限制 條件之間的沖突進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置，用于對不同因素給出不同的權(quán)重，并根據(jù)權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化， 從而在節(jié)省電能和保持舒適度之間獲得平衡的裝置；以及用于根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果選擇用電量最低或電費(fèi)最低的方案對用電器的使用進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。
全文摘要
一種電量控制的方法，包括如下步驟在用電環(huán)境中設(shè)置傳感器，并獲得用電器的環(huán)境信息；根據(jù)用戶用電量歷史和用電器的環(huán)境信息對用電量的趨勢進(jìn)行預(yù)測；根據(jù)相應(yīng)用電器的用電器數(shù)據(jù)組、用電器的環(huán)境信息以及用電量的趨勢對用電器的使用進(jìn)行決策，其中包括確定多種因素的優(yōu)先級；對用電的限制條件之間的沖突進(jìn)行調(diào)節(jié)；對不同因素給出不同的權(quán)重，并根據(jù)權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化，從而在節(jié)省電能和保持舒適度之間獲得平衡；根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果選擇用電量最低或電費(fèi)最低的方案對用電器的使用進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明還涉及用于該方法的電量控制系統(tǒng)和電能控制平臺裝置。
文檔編號G05B19/05GK101872185SQ201010208899
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月14日
發(fā)明者史鳴華, 吳志剛, 蘆運(yùn)照 申請人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司