CN103034179A - 一种利用能源建模技法的能源设备自动控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种能源设备自动控制系统和方法。能源管理服务系统可包括：能源信息收集单元，其通过远程读表服务器来收集能源设备的能源使用量信息；温湿度信息收集单元，其通过温度传感器和湿度传感器来收集温湿度信息；居民信息收集单元，其通过流体感应传感器或磁体感应传感器中的至少一个来收集居民信息；设备信息收集单元，其通过家庭网络装置来收集能源设备的控制状态信息；环境信息收集单元，其通过与网络服务器的互动来收集外部环境信息；能源建模单元，其利用上述的各种信息来将能源使用趋势建模；能源管理单元，其根据能源使用趋势导出能源使用控制要素，从而根据能源使用控制要素来自动控制能源设备的驱动。

Description

一种利用能源建模技法的能源设备自动控制系统和方法

技术领域

本发明的实施例是涉及一种将能源浪费最小化，且为提高能源效率利用能源建模技法，从而可自动控制能源设备的系统和方法。

技术背景

最近，气候变化和能源问题成为全球需突破的课题，同时在很多领域中，电力消耗和碳素排放成为核心焦点。

现有的能源消耗形态没有特别的控制或管理功能，只是单纯的用户和供应者之间通过最初的签约来进行消耗和付费，所以很难达成供应和需求的均衡，特别是，在用户的立场上不可能做到有计划地消耗能源。因此，缺乏资源的韩国在制定能源管理政策时出现了许多障碍。

最近提出了类似根据各时间段差别付费以及实时付费等可有效地消耗有限的能源的方案，并在致力解决有关有限的能源的供求问题。但是，现有的为测定能源需求及管理能源所安装的电计量器、水计量器、燃气计量器和供应该能源的供应商运营管理的服务器也只是使用主要以管理负荷和结算费用为目的而开发的算法。

此外，当前公用住宅或大楼等中使用的能源管理系统是使用自动控制能源设备的方式，是在用户为达到控制目的随意设定温度、照明、冷/暖、温水等相关的能源设备的使用量或目标数值后，当能源的使用量到达所设定的数值时来自动控制能源设备。

韩国公开特许第10-1029300号(公开日：2011年4月7日)中公开了一种可利用在各家庭、建筑、以及城市设施物中所安装的以IP-USN为基础的能源信息收集传感器和以PLC通信为基础的电力设备来统一管理整个城市中所消耗的能源的系统。

但是，现有的能源管理系统只根据用户指定好的数值来控制能源设备，所以对提高能源使用效率具有局限性。

在本说明书中，提出了一种控制能源设备并对无人管理、天气、温/湿度等周边环境变化作出积极地对应，从而可更有效地管理能源消耗的方案。

发明内容

技术课题

提供一种将能源浪费最小化，且为提高能源效率利用能源建模技法，从而可自动控制能源设备的能源管理服务系统和方法。

提供一种控制能源设备并对无人管理、天气、温/湿度等周边环境变化作出积极地对应，从而可更有效地管理能源消耗的能源管理服务系统和方法。

提供一种通过能源建模来组合能源设备的使用信息和环境信息，从而根据状况有效地控制能源设备的能源管理服务系统和方法。

技术方案

管理各区域的能源使用的能源管理服务系统可包括：能源信息收集单元、温湿度信息收集单元、居民信息收集单元、设备信息收集单元、环境信息收集单元、能源建模单元、能源管理单元。能源信息收集单元通过远程读表服务器来收集区域中的消耗能源的能源设备的能源使用量信息；温湿度信息收集单元通过区域中安装的温度传感器和湿度传感器来收集包括区域的温度和湿度的温湿度信息；居民信息收集单元通过区域中安装的流体感应传感器或磁体感应传感器中的至少一个的感应传感器来收集包括居住在区域的居民的出入与否或居民的人数中的至少一个的居民信息；设备信息收集单元通过区域中安装的控制能源设备的驱动的家庭网络装置来收集能源设备的控制状态信息；环境信息收集单元通过与网络服务器的互动从网络服务器来收集包括天气和季节的外部环境信息；能源建模单元利用能源使用量信息、温湿度信息、居民信息、控制状态信息以及外部环境信息来将区域的能源使用趋势建模；能源管理单元根据能源使用趋势导出区域的能源使用控制要素，从而根据能源使用控制要素来自动控制区域内能源设备的驱动。

根据一个侧面，能源建模单元在按一定周期分别累计能源使用量信息和控制状态信息来分析区域的实际能源使用趋势后，可对实际能源使用趋势以温湿度信息、居民信息、以及外部环境信息为基准，将表示一定比率以上的能源效率的能源使用趋势建模。

根据另一个侧面，能源管理单元可将照明、室内温度、通风或备用电源切断中的至少一个决定为能源使用控制要素。

根据又另一个侧面，能源管理单元可将能源使用控制要素传达至家庭网络装置，在这种情况下，家庭网络装置以能源使用控制要素为基础，生成有关能源设备的控制信号，根据控制信号来控制能源设备的驱动。

根据又另一个侧面，能源管理单元将能源使用趋势和能源使用控制要素传达至家庭网络装置中，使能源使用趋势和能源使用控制要素显示在家庭网络装置所具备的显示手段中，且通过家庭网络在居民提出请求时，根据能源使用控制要素来执行能源设备的自动控制。

管理各区域的能源使用的能源管理服务系统中的能源管理服务方法可包括以下步骤：通过远程读表服务器来收集区域中的消耗能源的能源设备的能源使用量信息；通过区域中安装的温度传感器和湿度传感器来收集包括区域的温度和湿度的温湿度信息；通过区域中安装的流体感应传感器或磁体感应传感器中的至少一个的感应传感器来收集包括居住在区域的居民的出入与否或居民的人数中的至少一个的居民信息；通过区域中安装的控制能源设备的驱动的家庭网络装置来收集能源设备的控制状态信息；通过与网络服务器的互动从网络服务器来收集包括天气和季节的外部环境信息；利用能源使用量信息、温湿度信息、居民信息、控制状态信息以及外部环境信息来将区域的能源使用趋势建模；以及根据能源使用趋势导出区域的能源使用控制要素，从而根据能源使用控制要素来自动控制区域内能源设备的驱动。

技术效果

利用能源建模技法来自动控制能源设备可将能源浪费最小化，同时提高能源效率。

考虑居民不在、天气、温/湿度等周边环境变化，通过适合状况的有效的能源控制，从而可实现更有效地能源管理。

收集公用住宅或大楼等中使用的能源设备的使用信息和环境信息来构建数据，且通过建模可导出最优化的能源效率。由此，可利用为获得最优化的能源效率而导出的数值来自动控制各能源设备，从而有效地管理能源消耗。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施例中利用能源建模技法的能源管理服务系统的整个构造图。

图2是示出本发明的一个实施例中通过能源建模技法根据周边环境变化来有效地控制能源使用的管理服务系统的内部构成的框图。

图3是示出本发明的一个实施例中，通过能源建模技法，根据周边环境变化来有效地控制能源使用的管理服务方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照本发明的实施例的附图进行详细地说明。

本实施例可适用于一种能源统一管理系统，该系统为将电力供应给各家庭或城市设施物，以将设施中的电线作为通信线路来利用的类似电线通信PLC(Power Line Communication)技术和IP-USN(Internet Protocol-UbiquitousSensor Network)、无线上网(Wi-Fi)、射频RF(radio frequency)等无线通信技术手段为基础，可监视并控制各家庭或城市设施物中所消耗的电力使用量、燃气使用量、或是水使用量等。

图1是示出本发明的一个实施例中利用能源建模技法的能源管理服务系统的整个构造图。图1示出通过组合能源设备的使用信息和环境信息来执行适合状况的有效的能源管理的能源管理服务系统100。

能源管理服务系统100是以聚集多个住户(以下称“区域”)的建筑物为对象，执行用于防止各区域的能源浪费的以节约能源为出发点的中央管制。

为此，能源管理服务系统100可以是以串联通信为基础，并与整个区域(区域1-区域n)的家庭网络装置101互动来构成。在这种情况下，能源管理服务系统100可根据RS485的通信规格并通过家庭网络装置101与区域内安装的计量器110、传感器120、能源设备130通信。RS485为RS232，RS422的延伸版本，是支持家庭网络的一种串联通信协议的标准规格。RS485为弥补传送速度慢且传送距离短的RS232，采用RS422的通信方式，但不是以一个主机装置和从属装置之间的数据传接方式，而是所有装置可在相同的线路中传送和接收数据。

家庭网络装置101基本是由显示手段和控制器来构成，可配备成以附着在区域内所定场所的墙面上的形态被使用的家庭网络型挂壁电脑(wall-pad)。在此，家庭网络型挂壁电脑基本是以触摸屏方式来配备，提供与家庭住户的居民交流的界面功能，除了门铃对讲功能外，不仅有可提供类似防止犯罪、防止灾害、控制能源设备的多种功能，还有可提供视频通话、网络连接、电视播放等功能。即，家庭网络装置101可通过有/无线通信界面来维持与区域内能源设备的连接，从而中央控制能源设备130。上述的家庭网络装置101在能源管理服务系统100发出请求时，可收集能源设备130的控制状态信息并传达至能源管理服务系统100。在这种情况下，控制状态信息可以是指各能源设备130电源开/关时间或开/关状态等的能源使用明细。此外，家庭网络装置101在能源管理服务系统100发出请求时，可通过区域中安装的传感器120中的温度传感器和湿度传感器，将被感应的该区域的温湿度信息提供至能源管理服务系统100中。

在与家庭网络装置101连接的配置中，计量器110可以是由电计量器、燃气计量器、温水计量、热量计、水计量器等来构成。传感器120可以是由用于感应区域内居民的出入与否或居民的人数中的至少一个的居民信息的流体感应传感器、磁体感应传感器、或是智能钥匙中的至少一个的感应传感器以及感应区域的温度的温度传感器和感应区域的湿度的湿度传感器等来构成。能源设备130可以是由与家用电器(电冰箱、电视、电脑、笔记本电脑等)相关的备用电源切断器、热水器、温度调节器、照明开关、空调、电动窗帘、通风机等来构成。在这种情况下，能源设备130可以是指包括冷/暖设备、家用电器、照明设备等家庭中安装或配置的消耗电、燃气、水等能源资源的所有设备以及装置。

更进一步，能源管理服务系统100可以是以传输控制协议TCP/互联网协议IP(transmission control protocol/internet protocol)网络为基础，与网络服务器140、远程读表服务器150、连接服务器160等的外部服务器互动来构成。

网络服务器140可执行存储和维持包含各区域天气和季节的外部环境信息的数据的功能。此外，网络服务器140在收集通过区域中安装的传感器120中的感应传感器被感应的居民信息(或是住户信息)后，还可将收集的居民信息存储和维持成数据。所述的网络服务器140根据能源管理服务系统100的请求，可将区域内所属地区的天气和季节的外部环境信息和区域内居民信息提供至管理服务系统100中。

远程读表服务器150可与各区域的家庭网络装置101互动，从该区域的计量器110收集包括电使用量、燃气使用量、水使用量或温水使用量中至少一个的能源使用量信息来将该信息数据化。上述的远程读表服务器150在通过区域中安装的计量器110收集能源使用量信息后，可在能源管理服务系统100发出请求时将收集的能源使用量信息提供至能源管理服务系统100中。

连接服务器160可构建提供与新再生能源发电量或电车充电相关的其他能源信息的数据。

上述构造的能源管理服务系统100将各区域的能源消耗量信息、包括温度和湿度的温湿度信息、居民信息、能源设备130的控制状态信息、外部环境信息收集后，能够以该信息为基础，通过能源建模来管理适合状况的有效的能源。

参照图2，对根据本实施例的能源管理服务系统200的细部构成及其功能进行详细地说明。

图2是示出本发明的一个实施例中通过能源建模技法根据周边环境变化来有效地控制能源使用的管理服务系统的内部构成的框图。如图2所示，根据一个实施例的能源管理服务系统200可由能源信息收集单元210、温湿度信息收集单元220、居民信息收集单元230、设备信息收集单元240、环境信息收集单元250、能源建模单元260、能源管理单元270来构成。

能源信息收集单元210通过远程读表服务器来收集区域中的消耗能源的能源设备的能源使用量信息。在这种情况下，能源使用量信息可包括电使用量、燃气使用量、水(上/下水道)使用量、温水使用量中的至少一个。在远程读表服务器中，通过区域中安装的计量计周期性地收集能源使用量信息后，可将收集的信息传送至能源信息收集单元210。由此，能源信息收集单元210可从远程读表服务器以分钟(minute)、小时(hour)、天(day)、周(week)、月(month)单位中的一个作为周期单位来收集能源使用量信息并数据化。

温湿度信息收集单元220通过区域中安装的温度传感器和湿度传感器来收集包括区域的温度和湿度的温湿度信息。也就是说，温湿度信息收集单元220可在区域内的温度/湿度传感器中确认温湿度信息，将确认的信息实时地或以一定周期单位(例如：5分钟、30分钟、1小时等)数据化并存储在系统中。

居民信息收集单元230收集包含居住在区域的居民的出入与否或居民的人数中的至少一个的居民信息。其可利用区域中安装的流体感应传感器、磁体感应传感器、智能手机等感应传感器来确认区域内的人是否出入，可将居民在家和不在家的信息提供至管理服务系统200。由此，居民信息收集单元230可通过感应传感器收集有关区域内居民的出入与否和出入的居民的人数的信息。

设备信息收集单元240通过区域中安装的控制能源设备的驱动的家庭网络装置来收集能源设备的控制状态信息。家庭网络装置中可确认由自身控制的温度调节器、照明开关、空调、通风机、装置备用电源电力切断开关、电动窗帘等的控制状态，并可该控制状态信息提供至能源管理服务系统200。由此，设备信息收集单元240通过区域内家庭网络装置可收集有关能源设备的控制状态信息。

环境信息收集单元250通过与网络服务器的互动，从网络服务器收集包括区域内相关地区的天气和季节的外部环境信息。即，网络服务器收集各区域的天气和季节信息来构建成数据，并可根据能源管理服务系统200的一个构成部分环境信息单元250的请求来提供该区域的天气和季节信息。

能源建模单元260可利用能源信息收集单元210、温湿度信息收集单元220、居民信息收集单元230、设备信息收集单元240、环境信息收集单元250中收集的有关各区域的信息，即，能源使用量信息、温湿度信息、居民信息、控制状态信息以及外部环境信息来将该区域的能源使用趋势建模。例如，能源建模单元260在按一定周期分别累计能源使用量信息和控制状态信息来分析该区域的实际能源使用趋势后，可对实际能源使用趋势以温湿度信息、居民信息、以及外部环境信息为基准，将能源节约的使用趋势建模来提高一定比率以上的能源效率。此外，能源建模单元260收集被建模的信息可分析用于提高能源效率的能源使用模式。即，在实际能源使用趋势中提高能源效率的一定比率时，可决定在现在基准(即，温湿度信息，居民信息、以及外部环境信息)中实行哪种模式。例如，在夏天，因空调的使用比起其他季节电力消耗量增加，且在冬天，因温水和暖房而产生的能源消耗量比起其他的能源增加，由此，根据各季节的不同考虑不同的能源使用模式来将能源使用趋势建模。此外，由于居民2人基准和4人基准的能源使用模式会不同，因此在将能源使用趋势建模时可活用此类居民信息。

能源管理单元270可根据能源使用趋势导出相关区域的能源使用控制要素，从而根据能源使用控制要素来自动控制所述区域内所述能源设备的驱动。在这种情况下，能源管理单元270以用于节减区域的能源的方法，可将照明、室内温度、通风机或备用电源切断中的至少一个决定为能源使用控制要素。例如，在分析出居民2人实际电器使用趋势很高时，可将相关区域的照明减低或以切断一部分能源设备的备用电源的形态来导出能源使用控制要素。此外，该区域的室内温度为过高地维持时，可考虑外部天气，通过温度调节器以降低1至2度的室内温度的形态来导出能源使用控制要素。

能源管理单元270可将之前导出的能源使用控制要素传送至区域的家庭网络装置，由此，家庭网络装置能够以能源使用控制要素为基础生成有关该区域的能源设备的控制信号，并可根据生成的控制信号来控制能源设备的驱动。同时，能源管理单元270此外，能源管理服务系统200可通过与区域安装的家庭网络装置互动将有关该区域的能源使用趋势和能源使用控制要素通过家庭网络装置所具备的播放手段显示出来，使居住在区域的至少一名居民可确认。在这种情况下，播放手段是指家庭网络装置中所具备的播放器类似挂壁电脑(wall-pad)、智能手机、平板电脑(Tablet PC)等通信终端。此外，能源管理单元270可将能源使用趋势和能源使用控制要素显示在通过网络连接的网络画面中。即，能源管理单元270为诱导区域内节减使用能源，将被导出的能源使用控制要素显示在播放手段中使居民能够确认。例如，能源管理单元270可显示类似“最近主卧室的电使用量急速增加，建议将主卧室的照明减低或将室内温度降低1度左右”的消息。由此，居民通过播放手段可确认自身区域中提出的能源节减方案，且选择所建议的是否自动控制。能源管理单元270在居民通过家庭网络装置提出有关能源使用控制要素的自动控制时，根据能源的使用控制要素，可通过区域中安装的家庭网络装置来自动控制能源设备的驱动。

因此，上述的能源管理服务系统200可考虑居民不在、天气、温/湿度等周边环境变化，通过适合状况的有效的能源控制，从而实现更有效地能源管理。

图3是示出本发明的一个实施例中，通过能源建模技法，根据周边环境变化来有效地控制能源使用的管理服务方法的流程图。根据本实施例的能源管理服务方法是通过图2所说明的能源管理服务系统200来执行各个步骤的。

在步骤310中，能源管理服务系统200对各区域可通过远程读表服务器来收集包含该区域的电使用量、燃气使用量、水使用量、温水使用量中至少一个的能源使用量信息。能源管理服务系统200可将远程读表服务器中发送的能源使用量信息按时间、日、月来收集并数据化。

在步骤320中，能源管理服务系统200可通过区域中安装的温度传感器和湿度传感器来收集包含该区域的温度和湿度的温湿度信息。区域内的温/湿度感应器中可确认该区域的温湿度信息，将确认的信息实时地或按一定时间单位数据化存储在能源管理服务系统200中。

在步骤330中，能源管理服务系统200可收集包含区域的居民出入与否或居民的人数中的至少一个的居民信息。在这种情况下，以流体感应器、磁体感应器等来确认区域内的人出入与否，以此可收集有关居民的人数和出入与否的信息。

在步骤340中，能源管理服务系统200可通过控制区域中安装的能源设备的驱动的家庭网络装置来收集能源设备的控制状态信息。控制区域内能源设备的驱动的控制器家庭网络装置中各能源设备电源开/关时间或开/关状态，由此，能源管理服务系统200可从家庭网络装置收集区域内能源设备的控制状态信息。

在步骤350中，能源管理服务系统200通过与网络服务器的互动可从网络服务器来收集包括区域内所属地区的天气和季节的外部环境信息。在此，网络服务器作为将区域的天气和季节信息存储和维持的数据系统，可根据能源管理服务系统200的请求来提供该区域的天气和季节信息。

在步骤360中，能源管理服务系统200可利用有关区域的信息：能源使用量信息、温湿度信息、居民信息、能源设备的控制状态信息、以及外部环境信息来将该区域的能源使用趋势建模。在这种情况下，能源管理服务系统200在按一定周期分别累计能源使用量信息和能源设备的控制状态信息来分析该区域的实际能源使用趋势后，可对实际能源使用趋势以温湿度信息、居民信息、以及外部环境信息为基准，将能源节约的使用趋势建模来提高一定比率以上的能源效率。此外，能源管理服务系统200可将建模的信息综合来分析用于提高能源效率的能源使用模式。

在步骤360中，能源管理服务系统200可用步骤360中分析出的信息导出能源使用控制要素，并可根据导出的能源使用要素来自动控制区域内能源设备的驱动。在这种情况下，作为能源使用控制要素可活用照明、室内温度、通风机或备用电源切断中的至少一个。能源管理服务系统200可将能源使用控制要素传送至相关区域的家庭网络装置中，由此，家庭网络装置以能源使用控制要素为基础生成有关区域的能源设备控制信号，可控制能源设备的驱动。此外，能源管理服务系统200可通过与区域安装的家庭网络装置互动将有关该区域的能源使用趋势和能源使用控制要素通过家庭网络装置所具备的播放手段显示出来，使居住在区域的至少一名居民可确认。由此，居民通过家庭网络装置可确认自身区域中提出的能源节减方案并选择所建议的自动控制。在请求有关能源使用控制要素的自动控制时，可根据能源使用控制要素，通过该区域中安装的家庭网络装置来自动控制能源设备的驱动。

因此，本发明通过能源建模来组合能源设备的使用信息和环境信息，从而可管理根据状况实施功效的能源。

如上所述，根据本发明的实施例，收集公用住宅或大楼等中使用的能源设备的使用信息和环境信息来构建数据，且通过建模可导出最优化的能源效率。由此，可利用为获得最优化的能源效率而导出的数值来自动控制各能源设备，从而可有效地管理能源消耗。

根据本发明的实施例的方法可通过多种计算机手段以程序命令形式记录在计算机可读媒体中。该计算机可读媒体可包括独立的或结合的程序指令、数据文件、数据结构等。该媒体记录的程序指令可专门为本发明的目的设计和创建，或为计算机软件技术人员熟知而应用。此外，上述的文件系统可记录在计算机可读媒体中。

如上所示，本发明虽然已参照有限的实施例和附图进行了说明，但是本发明并不局限于所述实施例，在本发明所属领域中具备通常知识的人均可以从此记载中进行各种修改和变形。

因此，本发明的范围不受说明的实施例的局限或定义，而是由后附的权利要求范围以及权利要求范围等同内容定义。

附图标号说明：

200：能源管理服务系统

210：能源信息收集单元

220：温湿度信息收集单元

230：居民信息收集单元

240：设备信息收集单元

250：环境信息收集单元

260：能源建模单元

270：能源管理单元

Claims (5)

1.一种能源管理服务系统，其管理各区域的能源使用，包括：

能源信息收集单元，其通过远程读表服务器来收集所述区域中的消耗能源的能源设备的能源使用量信息；

温湿度信息收集单元，其通过所述区域中安装的温度传感器和湿度传感器来收集包括所述区域的温度和湿度的温湿度信息；

居民信息收集单元，其通过所述区域中安装的流体感应传感器或磁体感应传感器中的至少一个的感应传感器来收集包括居住在所述区域的居民的出入与否或所述居民的人数中的至少一个的居民信息；

设备信息收集单元，其通过所述区域中安装的控制所述能源设备的驱动的家庭网络装置来收集所述能源设备的控制状态信息；

环境信息收集单元，其通过与网络服务器的互动从所述网络服务器来收集包括天气和季节的外部环境信息；

能源建模单元，其利用所述能源使用量信息、所述温湿度信息、所述居民信息、所述控制状态信息以及所述外部环境信息来将所述区域的能源使用趋势建模；和

能源管理单元，其根据所述能源使用趋势导出所述区域的能源使用控制要素，从而根据所述能源使用控制要素来自动控制所述区域内所述能源设备的驱动。

2.如权利要求1所述的能源管理服务系统，其中，所述能源建模单元，在按一定周期分别累计所述能源使用量信息和所述控制状态信息来分析所述区域的实际能源使用趋势后，对所述实际能源使用趋势以所述温湿度信息、所述居民信息、以及所述外部环境信息为基准，将表示一定比率以上的能源效率的所述能源使用趋势建模。

3.如权利要求1所述的能源管理服务系统，其中，所述能源管理单元，将照明、室内温度、通风或备用电源切断中的至少一个决定为所述能源使用控制要素。

4.如权利要求3所述的能源管理服务系统，其中，所述能源管理单元，将所述能源使用控制要素传达至所述家庭网络装置，且所述家庭网络装置，以所述能源使用控制要素为基础，生成有关所述能源设备的控制信号，根据所述控制信号来控制所述能源设备的驱动。

5.如权利要求1所述的能源管理服务系统，其中，所述能源管理单元，将所述能源使用趋势和所述能源使用控制要素传达至所述家庭网络装置中，使所述能源使用趋势和所述能源使用控制要素显示在所述家庭网络装置所具备的显示手段中，且通过所述家庭网络在居民提出请求时，根据所述能源使用控制要素来执行所述能源设备的自动控制。

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