CN101995072B - 用户能量管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，提供一种用户能量管理系统，考虑室内的结构、配置物、室内状况等的影响，高精度地求出用于实现空调电力消耗量抑制目标值的设定温度，能减少对用户的便利性和舒适性的影响。本发明的用户能量管理系统包括：空调机部分负载特性鉴定部，其使用过去的空调运转实绩数据，来生成空调部分负载特性；室内热容量特性鉴定部，其使用过去的空调运转实绩数据和室内状态值数据，来生成室内热容量特性；空调设定温度计算部，其使用空调部分负载特性和室内热容量特性，来决定实现预定的空调电力量的目标值的设定温度；和空调机控制部，其控制空调机以使其成为决定的设定温度。

Description

用户能量管理系统

技术领域

本发明涉及一种通过调整空调将建筑物等的用户的电力量控制在目标值的用户能量管理系统。

背景技术

当因酷暑空调的使用临时增大等而使得电力需求激增时，电力的供给能力会不足。此情况下，常采取临时抑制用户的电力消耗的对策。

例如，作为一种方法，美国加利福尼亚州的公用事业经营者向用户提供所谓“需求响应”的方案。此方案存在几种类型，例如尖峰电价(CriticalPeak Pricing，CPP)这样的方案记载在“非专利文献1”中的技术功能如下。

即，此方案的参加者事先与公用事业经营者签订契约。参加者接收比较廉价地设定按用电量收费单价的优惠费用的应用。公用事业经营者每天决定第二天是否为CPP活动日。如果决定第二天是CPP活动日的话，则在其前一天中，对参加者通知第二天是CPP活动日。

接着，比较高价地设定CPP活动日的峰值时间段(12:00～18:00)的按用电量收费单价。参加者侧为了避免CPP活动日的峰值时间段的电费增加，确保其它时间的优惠费用应用的年间电费削减的有利点，采用如下对策，即，提高空调设备的设定温度等，抑制CPP活动日的峰值时间段的电气设备的使用，从而抑制电力消耗量。

在此CPP中，由于依赖人工进行参加者侧的电气设备使用的调整，所以每当CPP活动发生时，就需要通过人工进行调整，存在参加者侧的作业繁琐且担心电力消耗抑制行动不准确性这样的问题。

为此，提供一种称为自动需求响应(Auto Demand Response，Auto-DR)的方案。在此所谓Auto-DR方案中，如“非专利文献2”所述，在公用事业经营者侧，设置经由通信基础设施来发送通知CPP活动日的CPP活动信号的服务器，在参加者侧设置接收CPP活动信号的设备、和对应CPP活动信号并按照预定的CPP活动对应控制逻辑来控制电气设备的系统，自动化地进行从CPP活动发送开始到电气设备控制为止的工作。

非专利文献1：Critical Peak Pricing Program(CPP).[retrieved on2009-06-05].Retrieved from the Internet：<URL:http://www.pge.com/mybusiness/energysavingsrebates/demandresponse/cpp/>

非专利文献2：Automated Demand Response Program.[retrieved on2009-06-05].Retrieved from the Internet：<URL:http://www.pge.com/mybusiness/energysavingsrebates/demandresponse/adrp>

发明内容

在上述Auto-DR方案中，一旦决定CPP活动对应控制逻辑后，就不需要每当CPP活动发生时通过人工来进行调整，解决了参加者的麻烦，此外，还能自动实施电力消耗抑制行动。

但是，电气设备的电力消耗量由于因气温等天气情况而会受到影响，所以不能确定能否如期确保CPP活动对应控制逻辑的电力消耗量抑制，以及基于此的电费削减的效果。另一方面，如果为了使此效果确定而实施更多一些的抑制，则会担心有损用户的便利性和舒适性。

本发明的目的在于提供一种用户能量管理系统，当抑制CPP活动发生时的电力消耗量时，高精度地求出实现空调电力消耗量抑制目标值的设定温度，进行控制以使对用户的便利性和舒适性的影响变得最小。

本发明的另一目的在于提供一种用户能量管理系统，当抑制CPP活动发生时的电力消耗量时，考虑室内的结构、配置物、室内状况等的影响，能减少对用户的便利性和舒适性的影响。

为了实现上述目的，本发明的用户能量管理系统包括：空调机部分负载特性鉴定部，其使用过去的空调运转实绩数据，来生成空调部分负载特性；室内热容量特性鉴定部，其使用过去的空调运转实绩数据和室内状态值数据，来生成室内热容量特性；空调目标电力量计算部，其当CPP活动发生时通过空调调整来决定抑制电力量的目标值；空调设定温度计算部，其使用空调部分负载特性和室内热容量特性，来决定实现预定的空调电力量抑制目标值的设定温度；和空调机控制部，其控制空调机，以使其成为决定的设定温度。

发明效果

根据本发明，在用户中，由于当决定用于抑制CPP活动发生时的电力消耗量的目标值时，考虑室内的结构、配置物、室内状况等的影响，所以能够高精度地求出实现空调电力消耗量的抑制目标值的设定温度，能够减少对用户的便利性和舒适性的影响。

附图说明

图1是本发明的一实施例的供需协调运用系统的结构图。

图2是表示本实施例的用户EMS的结构例的功能方框图。

图3是表示本实施例的用户EMS的另一结构例的功能方框图。

符号说明

1电力管理装置

2用户电力运用装置

3、4通信网络

5供需协调运用系统

10通信服务器

11表针检测服务器

12供需协调运用服务器

21空调设备

24用户EMS

25PC

26供需协调运用客户端

41供需协调对应控制部

42空调目标电力量计算部

43空调设定温度计算部

44空调机控制部

具体实施方式

下面，使用图1至图3说明本发明的一实施例。图1是本实施例的供需协调运用系统的结构图。

如图1所示，供需协调运用系统5结构为包括：设置在向各用户提供电力的公用事业经营者侧的电力管理装置1、和经由通信网络3、4与电力管理装置1连接且设置在各用户侧的用户电力运用装置2。

供需协调运用系统5使用电力系统整体的供需平衡等的状况来判断需求抑制的必要性，在判断为必要的情况下，经由通信网络3对用户发送需求抑制请求(以下称为DR活动)的信号。

用户电力运用装置2结构为包括：空调设备21，照明22，电气设备23，连接到空调设备21、照明22、电气设备23的用户EMS24(用户EnergyManagement System24的简称)，连接到用户EMS24的供需协调运用客户端26，连接到供需协调运用客户端26的PC25(Personal Computer25的简称)、和表针检测终端装置27。在此，虽然空调设备21、照明22也是电气设备，但为方便而将其它的电气设备与空调设备21、照明22加以区别。

供需协调运用客户端26从公用事业经营者接收DR活动信号，并将其提交给用户EMS24。

用户EMS24按照接收到的DR活动信号，控制空调设备21、照明22、电气设备23，在空调装置21的情况下，进行温度设定的变更和ON、OFF控制。

PC25包括键盘和显示器，是进行用于电气设备控制所需的信息的输入、控制结果的输出的装置。PC25经由通信网络3在供需协调运用客户端26和电力管理装置1之间进行信息的发送接收。

表针检测终端装置27是收集设置在用户的电力量表的检测数据，发送给公用事业经营者的通信终端。

电力管理装置1结构为包括：经由通信网络3与供需协调运用客户端26及PC25连接的通信服务器10、经由通信网络4与表针检测终端装置27连接的表针检测服务器11、和与通信服务器10及表针检测服务器11连接的供需协调运用服务器12。

通信服务器10管理公用事业经营者侧的供需协调运用服务器12等的各种服务器经由通信网络3与用户电力运用装置2的供需协调运用客户端26和PC25进行的通信。表针检测服务器11经由通信网络4与用户侧的表针检测终端装置27通信，收集用户的电力量表的检测数据。收集到的检测数据被记录在数据库中。

下面详细地说明用户EMS24控制空调设备21的情形。图2是用户EMS24的结构图。

用户EMS24结构为包括：与供需协调运用客户端16或空调设备21、照明22、电气设备23进行输入输出的输入输出部40，连接到输入输出部40的供需协调对应控制部41，与供需协调对应控制部41连接的空调目标电力量计算部42，空调设定温度计算部43及空调机控制部44，连接到空调设定温度计算部43的室内热容量特性数据部45，空调机部分负载特性数据部46，与室内热容量特性数据部45连接的室内热容量特性鉴定部47，与空调机部分负载特性数据部46连接的空调机部分负载特性鉴定部48，与室内热容量特性鉴定部47及空调机部分负载特性鉴定部48连接的空调机运转实绩数据部49，连接到空调机运转实绩数据部49的空调机状态监视部50，与空调机状态监视部50及空调机控制部44连接的空调机监视控制装置通信部51，与室内热容量特性鉴定部47连接的室内外状态实绩数据部52，连接到室内外状态实绩数据部52的室内外状态监视部53，和连接到室内外状态监视部53的测量装置通信部54。

用户EMS24经由通信线33与室内外状态测量装置31连接，经由通信线34与空调机监视控制装置32连接。

空调机监视控制装置32监视室内机35和室外机36的状态值，进行室内机35和室外机36的运转控制。监视室内机35的吸入口空气温度、吹出口空气温度、风量、空调机消耗电力量、空调输出、设定温度、设定风量、室外机35周边的室外气温等空调机的状态值，使用这些空调机的状态值进行室内机35和室外机36的运转停止和冷却输出等的控制。此外，也存在从外部接收温度设定和风量设定等的指令值进行控制的情况。室内外状态测量装置31测量室内和室外空气的温度和湿度、室内人数等室内外的状态。在此，空调输出，冷气时是去除热量，暖气时是付加热量。

空调机分为设置在室内的室内机35和设置在室外的室外机36，在冷气运转时，通过室内机35的膨胀泵使由安装在室外机36中的压缩机压缩的制冷剂隔热膨胀，在变成低温的制冷剂流过热交换器时，从吸入的空气中夺取热量，冷却空气，冷风就会从室内机35的吹出口向室内流出。

虽然也有设置多台室内机35的情形，但温度设定等的控制只能统一进行，也包括多个室内机35并统一使用它们而室内机是1台的情形，称为室内机组。空调机整体的冷却输出，为对各室内机组中的冷却输出进行合计后得到的值。

空调机状态监视部50经由空调机监视控制装置通信部51，从空调机监视控制装置32收集空调机的室内机35和室外机36的空调机的状态值，将空调机运转实绩数据保存在空调机运转实绩数据部49中。在不能收集空调输出的情况下，作为空调输出的替代，也可以用(吸入口空气温度-吹出口空气温度)×风量来进行计算。

室内外状态监视部53经由测量装置通信部54，从室内外状态测量装置31收集室内和室外空气的温度和湿度，室内人数等室内外的状态值，作为室内外状态实绩数据保存在室内外状态实绩数据部52中。

在空调机运转实绩数据及室内外状态实绩数据中含有各时刻剖面的空调机的电力消耗量、空调输出(冷气时去除热量、暖气时付加热量)、室内机的吸入口空气温度、吹出口空气温度、风量、室外气温、设定温度、设定风量。

空调机部分负载特性鉴定部48，使用保存在空调机运转实绩数据部49中的空调机运转实绩数据及保存在室内外状态监视部53中的室内外状态实绩数据，生成空调机部分负载特性数据。在空调机运转实绩数据及室内外状态实绩数据中如上所述，保存有包括各时刻剖面的空调机的电力消耗量、空调输出(冷气时去除热量、暖气时付加热量)、外部气温在内的数据。

空调机部分负载特性鉴定部48基于这些实绩数据，以包括空调输出在内的多个变量作为说明变量，求取对目标变量即电力消耗量进行近似的近似式。例如，考虑以空调输出和室外气温作为说明变量，用空调输出和室外气温的2次式通过多变量分析(multivariate analysis)来决定系数。

室内热容量特性鉴定部47使用保存在空调机运转实绩数据部49和室内外状态实绩数据部52中的、空调输出和室内的温度的数据，生成室内热容量特性数据。例如，考虑如下方法，即，以从现在时刻开始到仅过去事前决定的设定时间为止的多个时刻剖面作为对象，求取预定的固定时间内的空调输出量和室温变化量，用1次式或2次式等通过最小二乘法，对作为对象的时刻剖面的空调输出变化量和室温变化量之间的关系进行近似，将其作为现在时刻的室内热容量特性数据。此室内热容量特性数据为考虑了室内的结构、配置物、室内状况等影响的数据。

输入输出部40进行从供需协调运用客户端26接收DR活动信号，提交给供需协调对应控制部41的处理。

供需协调对应控制部41进行如下处理，即，在接收到DR活动信号时，从空调目标电力量计算部42接收空调电力量目标值，将接收到的空调电力量目标值提交给空调设定温度计算部43，接收由空调设定温度计算部43计算出的空调设定温度目标值，将接收到的空调设定温度目标值发送给空调机控制部44。

空调目标电力量计算部42，对来自供需协调对应控制部41的询问，基于用户的总电力量的现在值和将来预测值，计算总电力量的抑制目标值，基于空调电力量的现在值和将来预测值，计算空调电力量的目标值。

例如，关于总电力量的抑制目标值，考虑事先设定抑制率，按总电力量抑制目标值＝总电力量现在值×抑制率来进行计算。此外，关于空调电力量的目标值，考虑按空调电力量目标值＝max{空调电力量现在值-总电力量抑制目标值、0}来进行计算。

空调设定温度计算部43使用空调机部分负载特性数据部46，求取与给予的空调电力量的目标值相对应的空调输出、与现在的空调电力量相对应的空调输出，计算其差值，以此作为空调输出调整量。空调机部分负载特性数据部46，按照上述，由空调机部分负载特性鉴定部48预先生成将此时的空调电力量与空调输出建立对应的数据。

接着，空调设定温度计算部43就使用室内热容量特性数据部45的室内热容量特性数据，根据上述空调输出调整量，求取与从室内去除的、或者给予室内的热量相对应的室内的温度变化量。室内热容量特性数据部45，按照上述，由室内热容量特性鉴定部47预先生成将室内温度变化量与空调对象的室内的增减热量建立对应的数据。空调设定温度计算部43从现在的室温中减去求出的温度变化量，将其作为空调设定温度目标值输出。

空调机控制部44以从供需协调对应控制部41接收到的空调设定温度目标值作为设定温度变更指令，经由空调机监视控制装置通信部51发送给空调机监视控制装置32。为了成为空调设定温度目标值，接收到空调设定温度目标值后的空调机监视控制装置32控制室内机35和室外机36。

通过这种结构，当将DR活动发生时的电力抑制引导为目标值时，考虑室内的结构、配置物、室内状况等的影响，能高精度地求出与空调电力抑制量相对应的设定温度，能减小对用户的便利性和舒适性的影响。

图3是表示用户EMS24的另一个实例的结构图。在此例中，在图2所示的实施例中追加室内热容量特性实绩数据部56和室内热容量特性预测部55，室内热容量特性预测部55与室内热容量特性数据部45连接，室内热容量特性实绩数据部56与室内热容量特性预测部55及室内热容量特性鉴定部47连接。

室内热容量特性实绩数据部56，在过去的每一时刻，除室内热容量特性鉴定部47鉴定的室内热容量特性数据外，还保存并管理给室内热容量特性数据造成影响的室内人数等的数据。

室内热容量特性预测部55，根据室内热容量特性实绩数据，参照过去的室内热容量特性数据和室内人数等的数据，预测并生成将来的某一时刻剖面的室内热容量特性数据。例如，考虑如下方法，即，以从现在时刻开始仅经过事前决定的设定时间的多个时刻剖面作为对象，用1次式或2次式等通过最小二乘法对室内热容量特性数据和室内人数之间的关系进行近似，预测想要预测的将来的时刻剖面的室内人数与前一天的同时刻的室内人数相同，代入前面求出的近似式，由此求出预测对象时刻剖面的室内热容量特性数据。

在本实施例中，空调目标电力量计算部42计算将来时刻的空调电力量目标值。此外，空调设定温度计算部43使用将来时刻的室内热容量特性数据，计算将来时刻的空调设定温度目标值。然后，供需协调对应控制部41在输入输出部显示此将来时刻的空调设定温度目标值。

由于这种结构，所以在接收到DR活动信号时，如果存在显示大的设定温度缓和幅度的时间段，则通过在此时间段稍前时候提高空调输出，在冷气时去除室内的热量，暖气时付加热量，由此可成为抑制对该时间段的室内环境的影响的对策。

Claims (2)

1.一种用户能量管理系统，包括：

空调机部分负载特性鉴定部，其使用由空调机状态监视部收集到的包括空调机消耗电力量、空调输出在内的空调机的状态值即空调运转实绩数据、以及包括由室内外状态监视部收集到的室温在内的室内外的状态值即室内外状态实绩数据，来求取以包括空调输出在内的多个变量作为说明变量来对目标变量即电力消耗量进行近似的近似式；

室内热容量特性鉴定部，其求取空调输出变化量和室温变化量之间的关系；

空调目标电力量计算部，其计算空调电力量的目标值；

空调设定温度计算部，其基于由该空调目标电能计算部计算出的空调电力量的目标值，根据对电力消耗量进行近似的近似式来计算空调输出调整量，并基于计算出的空调输出调整量，根据由上述室内热容量特性鉴定部求出的空调输出变化量和室温变化量的近似式来计算空调设定温度目标值，其中，上述对电力消耗量进行近似的近似式以包括由上述空调机部分负载特性鉴定部求出的空调输出在内的多个变量作为说明变量；以及

空调机控制部，其以计算出的空调设定温度目标值作为指令值，来控制空调机。

2.根据权利要求1所述的用户能量管理系统，其特征在于，

该用户能量管理系统还包括：

室内热容量特性预测部，其基于上述室内热容量特性数据和包括室内人数在内的数据，生成预测对象时刻剖面的室内热容量特性数据。

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