CN102334139A - 能量使用控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能量使用控制系统中的协调节点(1)。协调节点(1)从能量消耗节点(2)接收权衡函数。协调节点(1)和能量消耗节点(2)共同形成域。来自能量消耗节点(2)的权衡函数描述能量消耗节点(2)的能量消耗结果和针对该结果的满意程度之间的关系。协调节点(1)基于接收到的权衡函数来产生针对各个能量消耗节点(2)的策略。这些策略各自包含至少一个目标和/或至少一个过程以引导各个能量消耗节点(2)控制能量使用，以使得能量消耗节点(2)共同实现该域的最佳节能。
Description
技术领域
本专利申请涉及用于控制能量使用或能量消耗以实现最佳节能的系统，尤其涉及以下的系统：至少一个协调节点产生与至少一个能量消耗节点的能量消耗有关的策略，其中该至少一个能量消耗节点执行该策略，由此实现系统的最佳节能。
背景技术
电力行业已做好准备从集中式生产商控制网络转型为不太集中且消费者互动更多的网络(例如，专利文献1)。该转变的一个典型努力是采用智能电网的措施。智能电网的适应有望增强包括发电、输电、配电和消耗的电力输送系统。有望鼓励消费者修正包括电力需求的时间和水平的用电模式。还有望提高分布式发电的可能性，从而使发电更接近于所服务的消费者。
智能电网是自动化的分布广泛的能量输送网络，以电力和信息的双向流动为特征，并且能够监测从发电厂到消费者对个别电器的偏好的一切情况。该智能电网包含以下的好处：进行分布式计算和通信，以输送实时信息并且使得能够使装置级别的供应和需求近乎瞬时平衡。因而有望探索电网在国家范围内的状态并且在几秒内切换为探索街道范围内的具体详情。还有望快速提供与停电和电力质量有关的信息以及对公用事业的系统操作的洞察。
产业转型的另一努力是部署智能电表。与传统的电表相比，智能电表识别消耗的更多详情，并且为了监视目的和计费目的，将该信息回传至当地的公用事业公司。智能电表可以向消费者提供更加高效地使用电力的能力，并且向公用事业公司提供检测它们的系统的问题并且使它们的系统更加高效地运作的能力。
所有这些努力意图实现用电的集中式控制减少的电力输送系统，但所期望的电力输送系统可能达不到预期。智能电网和智能电表的综合操作将产生在全国网络内交换的数兆亿位的信息流。该庞大的信息量有可能使所包括的计算器显著变慢，并且对通信系统施加极大负荷，从而导致用以管理系统的用电的决定延迟。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本特开2003-162787
发明内容
考虑到以上问题，本发明提供一种向能量消耗节点提供策略的协调节点。该协调节点和这些能量消耗节点共同形成域。这些能量消耗节点执行策略由此共同实现最佳能量消耗。
本发明的第一方面提供一种包括接收器的协调节点，该接收器用于从能量消耗节点接收权衡函数。来自能量消耗节点的权衡函数描述能量消耗节点的能量消耗结果和针对该结果的满意程度之间的关系。协调节点还包括策略产生器，该策略产生器用于基于接收到的权衡函数来产生针对各个能量消耗节点的策略。这些策略各自包含至少一个目标和/或至少一个过程以引导各个能量消耗节点控制能量使用，以使得这些能量消耗节点共同实现域的最佳节能。
协调节点可以具有总体策略，该总体策略包含至少一个目标和/或至少一个过程以引导策略产生器产生策略。该总体策略可以包含域内的能量消耗节点要节省的总能量量。
协调节点可以包含发送器，该发送器用于广播请求能量消耗节点将它们的权衡函数发送至协调节点的指令信号。该发送器可以按固定间隔广播该指令信号、例如每24小时广播一次该指令信号。
协调节点还可以包括登记器，该登记器用于按固定间隔从域内工作中的能量消耗节点接收通知，并且将这些工作中的能量消耗节点登记到存储器内的登记表中。该登记器在首次从新的能量消耗节点接收到通知时将该新的能量消耗节点添加至登记表中，并且在登记器在预定时间段内未能接收到已登记的能量消耗节点的通知时将该已登记的能量消耗节点从该登记表删除。
发送器在将新的能量消耗节点添加到登记表中时或者将已登记的能量消耗节点从登记表删除时，向所登记的能量消耗节点广播指令信号。
能量消耗节点可以是包括空调、冰箱、洗衣烘干两用机、烤面包机、电饭煲、热泵热水器和感应加热器中任一个的电器。能量消耗节点可以是空调，并且协调节点可以是所述空调的远程控制器。如果能量消耗节点是空调，则策略包含目标温度或要节省的能量量。
能量消耗节点从协调节点接收策略。能量消耗节点包括节点指导器，该节点指导器用于执行策略，其中能量消耗节点根据该策略进行工作，由此实现根据策略的执行而预期要实现的结果。在执行策略时，操作监视器监视能量消耗节点的能量使用，以预测能量消耗节点是否将消耗与在执行策略时允许消耗的能量相比更多的能量。如果预测出能量消耗节点将消耗与在执行策略时允许消耗的能量相比更多的能量，则新结果发现器确定相对于预期结果折衷了的新结果，以使得能量消耗节点将消耗大致等于或小于在执行策略时允许消耗的能量的能量。然后，新结果检查器判断该新结果是否在基于权衡函数所确定的结果的可接受范围内。如果折衷后的结果不在可接受范围内，则从协调节点请求新策略。
如果操作监视器预测出能量消耗节点将消耗与在执行策略时允许消耗的能量相比明显更少的能量，则可以请求新策略。能量消耗节点可以包括策略修正器，该策略修正器用于如果折衷后的结果在可接受范围内，则根据该折衷后的结果对策略进行修正，以使得能量消耗节点进行工作，由此根据修正后的策略的执行实现折衷后的结果。
如果优选能量消耗节点工作以不使满意程度折衷，则即使预测出能量消耗节点将消耗与在执行所接收到的策略时允许消耗的能量相比更多的能量，该能量消耗节点也可以工作以根据接收到的策略的执行来实现预期要实现的结果。
利用最小可接受满意程度，根据权衡函数来得出结果的可接受范围中的最低可接受结果。能量消耗节点可以接收对结果的投诉，并且操作监视器监视对结果的投诉并且与满意程度相关地分析这些投诉。最小可接受满意程度是在投诉的分布中观察到的阈值。
能量消耗节点可以包括函数更新器，该函数更新器用于基于与结果有关的投诉的分布，分析对结果的投诉，并且更新权衡函数中能量消耗结果和针对该结果的满意程度之间的关系。响应于来自协调节点的指令信号，能量消耗节点将更新后的权衡函数报告至协调节点。
对能量消耗结果与针对该结果的满意程度之间的关系进行更新，以与关于结果的投诉的正态分布一致。投诉可以包含期望结果，并且可以利用根据所请求的结果计算出的平均值和方差来定义正态分布。如果能量消耗节点是空调，则投诉是包含理想温度的温度设置，并且对所维持的温度和针对这些温度的满意程度之间的关系进行更新，以与具有利用投诉中的理想温度计算出的平均值和方差的正态分布一致。
能量消耗节点可以包括转换程序，该转换程序用于描述能量消耗结果和利用该结果可节省的能量量之间的关系。函数更新器基于所监视的能量使用来更新能量消耗结果和利用该结果可节省的能量量之间的关系。可以在更新了能量消耗结果和利用该结果可节省的能量量之间的关系之后将该转换程序报告至协调节点。
本发明还提供一种包括以上的协调节点和能量消耗节点的能量使用控制系统。该系统可以包括能量生成节点。
附图说明
图1是示出包含协调节点和能量消耗节点的一类域的示意图。
图2是解释协调节点和能量消耗节点的一般功能的框图。
图3是示出在如图2所示的协调节点和能量消耗节点之间交换的通信的流程图。
图4是示出包含协调节点、伪能量消耗节点和能量消耗节点的另一类域的示意图。
图5是示出在如图4所示的协调节点和能量消耗节点之间交换的通信的流程图。
图6是示出包含协调节点、伪能量消耗节点和能量消耗节点的另一类域的示意图。
图7A是示出根据本发明一个实施例的能量消耗节点的功能模块的框图。
图7B是示出控制器7-3的硬件结构的框图。
图8A是示出根据本发明一个实施例的协调节点的功能模块的框图。
图8B是示出控制器8-3的硬件结构的框图。
图9是示出图8A所示的协调节点所进行的处理的流程图。
图10是示出在协调节点处进行图9所示的处理的时刻的时序图。
图11是示出本发明的另一实施例的框图，其中，能量消耗节点是空调并且协调节点是这些空调的远程控制器。
图12是示出图11所示的协调节点的功能模块的框图。
图13是示出协调节点产生针对能量消耗节点的策略的时刻的时序图。
图14是示出根据本发明一个实施例的权衡函数的表。
图15示出由图11所示的两个空调所准备的表。
图16是将图15所示的两个表组合的表。
图17是以下的表：对图16所示的表中的行进行重新排列，以使得总温差的值较小的行出现于表的上部。
图18是示出如图11所示的空调的功能模块的框图。
图19A是示出图11所示的空调所进行的处理的流程图。
图19B是示出图11所示的空调所进行的处理的流程图。
图20是示出满意程度的示例函数的图形。
图21是示出满意程度的原始函数和满意程度的修正函数的图形。
图22是示出根据本发明一个实施例的三台空调的能量消耗的变化的时序图。
图23是示出根据本发明另一实施例的三台空调的能量消耗的变化的时序图。
图24是示出根据本发明另一实施例的四台空调的能量消耗的变化的时序图。
具体实施方式
将利用对用电进行控制的例子来解释本发明实施例中的一些实施例。然而，应当注意，本发明可应用于对任意种类的能量的使用进行控制，其中这些能量不仅包括电力，还包括诸如液态能量和气态能量等的其它种类的能量。
设想在域内执行根据本申请的对能量使用的控制。域由一组节点构成。域内的节点可以包括：能量消耗节点(EN)，用于消耗能量以进行预期功能；协调节点(CN)，用于协调域内EN的能量消耗；以及伪能量消耗节点(PN)，其在域内实际是CN但假装作为EN，并且用于协调属于另一域的EN的能量消耗。可以利用用于常见的行政、地域、时间、法律或者政治利益或目的的任意数量的节点来定义域。家庭可以定义节点是诸如空调和冰箱等的电力和燃气家用电器的域。域可以由包含多个家庭作为节点的地理区域来定义。域可以由包含城市内的工厂作为节点的城市来定义，或者由包含国家内的城市作为节点的国家来定义。
实施例1
图1示出表示典型域的示意图。在图1中，域包含一个CN 1和三个EN 2-1、2-2和2-3。如图2一般示出的，CN和EN在域内进行单独任务。CN 1执行总体策略，其中根据该策略，CN 1产生与EN 2的能量使用有关的策略。EN 2各自执行接收到的策略，其中根据该策略，EN 2各自控制其能量消耗。针对EN 2的策略被设计成通过由域内的EN 2执行该策略来实现域内整体的最佳能量使用。
作为机器的目的和功能，EN 2被设计成通过消耗能量来进行功能。可以考虑到通过进行预期功能所获得的结果来评价EN2实现该功能所消耗的能量量。本发明引入用以量化用户针对根据所进行的功能获得的结果的满意程度的数值标准。本发明的一个实施例引入定量定义的针对结果的满意程度，由此评价所消耗的能量量。在正常操作范围内通常为以下情况：允许消耗的能量越多，可实现的性能越高并且可获得的针对结果的满意度越高，而当能量使用被限制时，获得的针对结果的满意度较低。因此，在为了实现结果所消耗的能量量和针对该结果的满意程度之间存在权衡关系。在本发明的一个实施例中，由各个EN 2特有的权衡函数来定量定义为了实现结果所消耗的能量量和针对该结果的满意程度之间的权衡关系。
在一个实施例中，使用从大量人群收集到的调查数据来定义满意程度。调查数据用于推导用于预测人们针对结果的满意程度随着结果变化而如何变化的一般函数。请注意，利用调查数据所定义的满意程度可以提供用于评价满意度的客观标准，但可能无法准确地反映特定用户个人的实际满意感。因此，在本发明的一个实施例中，首先利用调查数据来定义满意程度，随后通过监视用户针对结果的行为根据用户个人的舒适感来进行修正。在一个实施例中，EN 2被设计成接收来自用户的投诉并且记录用户所提出的投诉的历史。然后，EN 2分析该历史并且更新满意程度，以使得该满意程度可以准确地反映用户针对结果的实际满意度。在另一实施例中，基于与结果有关的投诉分布来更新满意程度。由于权衡函数基于满意程度，因此在对满意程度进行修正时，权衡函数也被修正。
期望本发明所使用的权衡函数为各个EN 2所特有。通常，不同种类的EN 2必然具有不同的权衡函数。由于它们的安装位置、安装目的和/或操作环境可能不同，即使相同种类的EN 2，也预期具有不同的权衡函数。尽管这些权衡函数为各个EN 2所特有，但这些权衡函数彼此可比较。在本发明中，为了使这些权衡函数可比较，以所有的EN 2共用的定量方式来定义满意程度。
CN 1执行总体策略，其中根据该策略，CN 1使用来自EN 2的权衡函数产生针对EN 2的策略。该总体策略是用以引导CN 1产生针对EN 2的策略的、包含目标和过程的行动计划。在根据总体策略产生策略以实现域内的最佳节能时，CN 1使用来自EN2的权衡函数以探索各EN 2处的、所消耗的能量量和针对能量消耗结果的满意程度之间的良好平衡。针对EN 2的策略也是用以引导EN 2在操作期间作出与能量使用有关的决定的、包含目标和过程的行动计划。总体策略可以引导CN 1在产生针对各个EN 2的策略时向各个EN 2分配不同的优先级。例如，假定EN 2是商业机构。如果EN 2-1是商务办公室，则该商务办公室的所需能量消耗水平可以折衷。然而，如果EN 2-2是医院，则该医院的所需能量消耗水平不能折衷。
在本发明中，CN 1可以按固定时间间隔产生策略。在一个实施例中，例如，CN 1每24小时产生一次策略。当到达产生新策略的时间时，CN 1请求EN 2将它们的权衡函数发送至CN 1。应当避免时间间隔相对短的频繁请求，因为这种频繁请求会增加节点和连接这些节点的通信系统的计算负荷。EN 2可以在无需等待来自CN 1的请求的情况下，触发CN产生针对域内的EN的策略。当被EN触发时，CN 1向EN 2请求权衡函数以产生和分发新策略。CN在接收到新的总体策略时，可以开始策略产生处理。CN还可以在发现新的EN加入域时、或者当发现所连接的EN在域内不再工作时，开始策略产生处理。
当EN 2预测出将有可能消耗了与根据策略的预期能量相比更多的能量、或者有可能消耗了与根据策略的预期能量相比更少的能量时，该EN 2向CN 1请求新策略。假定EN 2周围的操作环境劣化，并且EN 2预期消耗与在执行实行中策略时允许消耗的能量相比更多的能量。当EN 2预测出这一情况时，该EN 2可以请求新的宽松策略以允许EN 2消耗更多能量。另一方面，如果EN 2周围的操作环境改善、以使得EN 2预期消耗与在执行策略时允许消耗的能量相比更少的能量，则EN 2可以向CN 1请求新的紧缩策略，以将多余能量分配至可能需要更多能量来执行策略的其它的EN 2。
图3示出根据本发明一个实施例的在域内的CN和EN之间交换的示例性通信。CN 1和EN 2经由有线通信路径或无线通信路径相连接。CN 1定期例如每天、每周或每月向EN 2广播指令信号。然后，EN 2将它们的权衡函数发送回至CN 1。CN 1使用接收到的权衡函数产生新策略，并且将这些新策略分别发送至EN 2。CN 1可以在接收到新的总体策略时广播指令信号。
当EN 2判断为实行中策略过时并且需要新策略时，例如当EN 2预测出将有可能消耗了与在执行该策略时的预期能量相比更多的能量或者有可能消耗了更少的能量时，EN 2可以向CN1发送请求信号(图3)。作为响应，CN 1广播指令信号以向EN 2请求权衡函数。在一个实施例中，EN 2各自按相对短的时间间隔向CN 1发送报告。该报告例如可以包含进行发送的EN的能量消耗速率。该报告用于向CN 1通知发送报告的EN 2是域内工作中的能量消耗节点。CN 1具有登记域内工作中的EN 2的登记表。维持该表，以使得当CN 1从该表没有登记的新EN接收到报告时，CN 1认为该EN 2刚刚加入域。然后，CN 1将该新EN登记在表中，并且通过将指令信号广播至所有的已登记EN 2来发起策略产生处理。另一方面，如果CN 1在预定时间段内未能从已登记EN 2接收到报告，则CN 1认为该EN在域内不再工作。然后，CN 1将该EN 2从登记表删除，并且通过将指令信号广播至已登记EN 2来发起策略产生处理。
图4示出本发明的另一实施例。节点经由有线通路路径或无线通信路径相连接。在图4中形成了三个域。第一域(域A)包括CN 1A、伪能量消耗节点(PN)1B和PN 1C。如上所述，伪能量消耗节点是协调节点(CN)但假装作为能量消耗节点(EN)。第二域(域B)包括PN 1B以及三个EN 2B-1、2B-2和2B-3。第三域(域C)包括PN 1C以及四个EN 2C-1、2C-2、2C-3和2C-4。在域B中，PN 1B基于EN 2B-1、2B-2和2B-3的权衡函数来产生针对这些EN的策略。EN 2B-1、2B-2和2B-3执行这些策略，并且在这些策略的指导下，实现域B整体的最佳能量使用。同样，PN 1C产生EN 2C-1、2C-2、2C-3和2C-4所执行的策略，由此实现域C的最佳能量使用。
PN 1B监视域B的能量消耗，并且准备域B的权衡函数。同样，PN 1C准备域C的权衡函数。在来自CN 1A的请求时，PN 1B和PN 1C将这些权衡函数发送至CN 1A。使用接收到的这些权衡函数，CN 1A产生针对PN 1B和PN 1C的策略。请注意，对于CN1A，PN 1B和PN 1C不是协调节点而是用作能量消耗节点。从CN 1A接收到的策略是针对PN 1B和PN 1C的总体策略。PN 1B和PN 1C执行这些总体策略，其中根据这些总体策略，PN 1B和PN 1C产生针对它们的EN 2的策略。
图5示出在CN 1A与PN 1B和PN 1C之间交换的通信。CN 1A按固定间隔例如每天、每周或每月向PN 1B和1C广播指令信号。作为响应，PN 1B和PN 1C将它们的权衡函数发送至CN 1A。使用这些权衡函数，CN 1A产生针对PN 1B和PN 1C的总体策略。CN 1A可以在接收新的总体策略时广播指令信号。通过向CN1A发送请求信号，PN 1B或PN 1C可以在需要新策略时请求CN1A产生新的总体策略。PN 1B和PN 1C按固定间隔向CN 1A发送报告，以使得PN 1B和1C保持登记在CN 1A的登记表中。通过监视传入的报告，CN 1A可以发现是否有新节点加入域A，或者PN 1B或PN 1C在域A内是否已不工作。在这些情况下，CN 1A可以广播指令信号。
图6示出本发明的另一实施例。在图6中形成了两个域(域D和E)。域D包括CN 1D、三个EN 2D-1、2D-2和2D-3以及PN 1E。域E包括PN 1E和两个EN 2E-1和2E-2。CN 1D从三个EN 2D和PN1E接收权衡函数并且产生针对它们的策略。EN 2D和PN 1E执行这些策略，由此实现域D的最佳能量使用。针对PN 1E的策略是总体策略，其中PN 1E执行该总体策略，以使用来自EN 2E-1和EN 2E-2的权衡函数产生针对这些EN的策略。EN 2E-1和EN2E-2执行这些策略，由此实现域E内的最佳能量消耗。
如图4和6所示，两个域可以经由伪能量消耗节点重叠。由此可以动态地形成域，然而由于在域内进行的处理被封闭在该域内，并且一个域的策略的产生无需考虑其它的重叠域所消耗的能量，因此保持在域内进行的处理简单。通过使用图1、4和6所示的例子的组合，可以以重叠方式来定义各种大小的域。
在以上例子中，节点是协调节点(CN)或能量消耗节点(EN)。节点可以是能量提供或生成节点。能量生成节点可以是安装在家庭内的太阳能电池板或公用事业公司运营的发电厂。
图7A是示出能量消耗节点(EN)2的代表功能模块的示意图。通信器7-1被配置为经由有线通信路径或无线通信路径与协调节点(CN)1和其它的EN 2进行通信。可以利用任意类型的通信协议来进行CN 1和EN 2之间的通信。如果通信器7-1是无线通信器，则优选使用通信范围相对长的低功率无线模块。能量转换器7-2被配置为在控制器7-3的控制下将诸如电力等的能量转换成其它类型的能量。如图7B所示，控制器7-3包括CPU以及内部存储器和外部存储器，其中内部存储器和外部存储器例如存储CPU为了执行其预期功能而可执行的程序。能量转换器7-2可以是消耗能量以运行的任意类型的机器或装置。例如，如果EN 2是空调，则能量转换器7-2可以是将电力转换成机械能以使空调的压缩机工作的马达。如果EN 2是加热器，则能量转换器7-2是将电力转换成热的加热元件。在图7A中，能量转换器7-2是EN 2的一部分。然而，能量转换器7-2可以采用以下的形式：能量转换器7-2作为与EN 2物理分离但在EN 2的控制下进行工作的设备。
测量装置7-4被配置为进行与能量转换器7-2的操作有关的测量，并且将测量值提供至控制器7-3。基于这些测量值，控制器7-3至少确定预定时间段内(例如，自12:00am起的24小时内)能量转换器7-2所消耗的能量量、能量转换器7-2在该预定时间段内工作的各个持续时间以及通过将消耗能量量除以能量转换器7-2工作的总持续时间所获得的平均能量消耗，并且存储在操作历史存储器7-5中。测量装置7-4还定量地测量能量转换器7-2所实现的结果。将这些测量结果存储在操作历史存储器7-5中。控制器7-3经由用户接口接收来自用户的投诉，并且将该投诉存储在操作历史存储器7-5中。
策略存储器7-6被配置为存储从EN 2所属的域中的CN 1发送来的策略。控制器7-3执行该策略，其中根据该策略，控制器7-3控制能量转换器7-2的能量消耗。权衡函数存储器7-7记录EN2的权衡函数。控制器7-3基于操作历史存储器7-5中的记录信息来准备权衡函数。可以以诸如数学等式或表等的任意形式来表现权衡函数。
EN 2的操作通常可以分类成两个处理。一个处理是自主控制处理。另一个处理是更新权衡函数并且将该权衡函数发送至CN 1的处理。在上述时刻处，通信器7-1从EN 2所属的域的CN 1接收策略。然后，将该策略存储在策略存储器7-6中。在自主控制处理中，控制器7-3执行接收到的策略，其中该策略引导控制器7-3作出与能量转换器7-2的操作有关的决定。请注意，本发明的EN 2在执行策略时不是仅被动地服从该策略，而是自主地行动以借助于权衡函数来探索更好的行动方针。该权衡函数引导控制器7-3在能量转换器7-2消耗的能量量和针对能量转换器7-2所实现的结果的满意程度之间取得良好平衡。在一个实施例中，策略包括诸如能量转换器7-2可消耗的能量的目标上限量等的、能量转换器7-2的操作参数中的一个的目标上限值。在执行这种策略时，在由存储在权衡函数存储器7-7中的权衡函数引导的情况下，控制器7-3在尝试将能量转换器7-2的能量消耗限制为给定目标上限量以下的情况下，探索能量转换器7-2消耗的能量量和针对能量转换器7-2所实现的结果的满意程度之间的良好平衡。
控制器7-3在从CN 1接收到指令信号时更新权衡函数。如上所述，权衡函数描述能量消耗的结果和针对该结果的满意程序之间的关系。控制器7-3更新权衡函数中的满意程度。当然，人们对同一结果的评定不同。因此，满意程度被看作为个体用户所特有。控制器7-3分析存储在操作历史存储器7-5中的用户的投诉，并且使满意程度个人化从而更加准确地反映用户对结果的满意感。在一种方法中，基于与结果有关的投诉的分布来更新满意程度。
CN 1使用权衡函数来产生针对EN 2的策略，从而共同实现最佳能量使用。在一个实施例中，将权衡函数连同以下的转换程序一起发送至CN 1，其中该转换程序用于为CN 1将该权衡函数中的结果转换为实现这些结果所需的能量量。请注意，结果和实现该结果所需的能量量之间的关系不是恒定的。根据不同的操作条件，即使在使用相同的能量量的情况下结果也可能变化。使用存储在操作历史存储器7-5中的历史数据，控制器7-3更新转换程序以与权衡函数一起发送至CN 1。
图8A是示出CN 1或伪能量消耗节点(PN)的功能模块的示意图。CN 1具有通信器8-1，其中通信器8-1被配置为与CN 1所属的域内的EN 2进行通信。如果协调节点是PN，则通信器8-1可以与另一域内的另一CN 1进行通信。通信器8-1经由有线通信路径或无线通信路径进行通信，并且在作为无线通信器的情况下，优选具有通信范围相对长的低功率通信模块。计时器8-2进行计时以按固定间隔触发控制器8-3，从而发起用于产生针对EN 2的策略的处理。如图8B所示，控制器8-3包括CPU以及内部存储器和外部存储器，其中内部存储器和外部存储器例如存储CPU为了实现期望功能而可执行的程序。
权衡函数存储器8-4存储从CN 1所属的域内的EN 2接收到的权衡函数。然后，控制器8-3将接收到的权衡函数合并成总体权衡函数，并且将该总体权衡函数存储在总体函数存储器8-5中。该总体权衡函数表示域整体的权衡函数。总体策略存储器8-6存储从上层的CN 1(参见图4和6)发送来的或CN 1的操作员所输入的总体策略。控制器8-3执行该总体策略，其中根据该总体策略，控制器8-3使用存储在总体函数存储器8-5中的总体权衡函数来产生针对域内的EN 2的策略。
图9是示出CN 1所进行的策略产生处理的流程图。在步骤901中，由计时器8-2所触发的CN 1的控制器8-3经由通信器8-1向域内的EN 2广播指令信号。作为响应，EN 2将它们的权衡函数发送至CN 1。在步骤902中，控制器8-3将接收到的权衡函数存储在权衡函数存储器8-4中。在步骤903中，控制器8-3将接收到的权衡函数合并为总体权衡函数并且将该总体权衡函数存储在总体函数存储器8-5中。在步骤904中，控制器8-3执行存储在总体策略存储器8-6中的总体策略，其中根据该总体策略，控制器8-3使用总体函数存储器8-5中的总体权衡函数来产生针对EN2的策略。然后，在步骤905中，控制器8-3将所产生的策略经由通信器8-1分别发送至EN 2。
图10示出采用本发明的好处中的一个。阴影条纹表示在CN处进行的策略产生处理。在图10中，针对EN的策略的产生每12小时发生一次。尽管策略产生处理的长度依赖于所连接的EN的数量和CN的计算能力，但预期该长度为几分钟到几十分钟。在图10中该活动在每12小时内仅发生一次。在本发明中，当CN将策略发送至所连接的EN时，该CN的任务结束，并且该CN基本不工作，直到下一策略产生处理为止。EN执行这些策略，其中根据这些策略，EN自主地控制它们的能量消耗。因此，与在密切监视和控制通常不具有自主控制能力的所有EN的能量使用的传统能量使用控制系统中控制器的负荷相比较，该CN的负荷非常轻。此外，与EN的通信在每12小时内发生一次。因此，通信系统的负荷也非常轻。
图11示出将本发明应用于对一组空调的能量使用进行控制的实施例。在图11中，一个远程控制器11-0和三台空调11-1、11-2和11-3构成域。空调11-1、11-2和11-3是域内的能量消耗节点(EN)。远程控制器11-0是域内的协调节点(CN)。在本实施例中，远程控制器11-0是空调的远程控制器。如今，空调的远程控制器是内部具有微计算机的智能控制器，该微计算机足够先进，从而可以进行实施本发明所需的计算。远程控制器11-0以及空调11-1、11-2和11-3经由低功率无线网络彼此无线连接以在这四者之间交换通信。在本实施例中，控制器11-0控制空调11-1和11-2的每日能量使用量，因而基本上每24小时产生一次策略。根据这些策略，空调11-1和11-2自主地控制24小时内它们的能量消耗量，从而将24小时内累计的总能量消耗限制为目标量以下。控制器11-0产生新策略并且空调11-1和11-2自主地控制它们的能量消耗量的时间间隔可以为诸如每12小时、每24小时、每两天或每周等的任意时间间隔。如上所述，应当避免诸如每5分钟或每10分钟等的短的时间间隔，因为这些短的时间间隔增加了控制器11-0以及空调11-1和11-2的计算负荷。
图12是示出控制器11-0的结构的框图。该控制器包括两个模块。一个模块是策略产生模块12-1。另一个模块是自主控制发起模块12-2。控制器11-0具有计时器12-3。计时器12-3根据预定时间表触发模块选择器12-4。在被计时器12-3触发的情况下，模块选择器12-4判断是启动策略产生模块12-1还是启动自主控制发起模块12-2。如果到了启动自主控制发起模块12-2的时间，则模块选择器12-4将启动信号发送至自主控制请求器12-5，其中自主控制请求器12-5经由发送器12-6指示空调11-1、11-2和11-3执行针对它们的操作的策略。自动控制请求器12-5具有登记域内工作中的空调以及它们各自的操作状况的表。这些操作状况中的一个表示空调是否进行根据本发明的控制。用户可能期望根据本发明来控制这些空调中的一些空调，但可能不期望其它的空调作为该控制组中的一部分。自主控制请求器12-5将指令信号选择性地发送至被登记为进行根据本发明的控制的空调。
如果到了启动策略产生模块12-1的时间，则模块选择器12-4将启动信号发送至权衡函数请求器12-7。权衡函数请求器与自主控制请求器共享用于登记域内工作中的空调的登记表。在被来自模块选择器12-4的启动信号触发的情况下，权衡函数请求器12-7将指令信号(参见图3和5)经由发送器12-6发送至所登记的空调、即空调11-1、11-2和11-3(参见图9的步骤901)。在本实施例中，在被计时器12-3触发的情况下，模块选择器12-4每24小时将启动信号发送至权衡函数请求器12-7一次。如果控制器11-0与空调11-1、11-2和11-3之间的通信速度慢，则由于缓慢的通信使空调的资源从控制它们的普通空调功能转移，因此优选地，如图13所示，将计时器12-2设置为在空调均未工作时、例如在12:00am时启动权衡函数请求器12-7。如果通信速度快，则计时器12-2可以在这些空调中的任意空调或所有空调正在工作的情况下触发权衡函数请求器12-7。如果通信速度慢，则计时器12-2可以存储如图13所示的、示出空调工作的时间段的时间表。
在一个实施例中，工作中的空调被设计成按固定间隔、例如每几分钟向控制器11-0发送一次通知，其中权衡函数请求器12-7经由接收器12-8接收到该通知。该通知可以包含进行发送的空调的能量消耗速率，并用于向权衡函数请求器12-7通知发送通知的空调在域内工作。使用来自空调的这些通知，权衡函数请求器12-7维持登记表，以使得当权衡函数请求器12-7从新空调接收到通知时，该权衡函数请求器12-7将该新空调登记在表中，并且如果权衡函数请求器12-7在预定时间段内未能从已登记的空调接收到通知，则假定该空调不再在域内工作，权衡函数请求器12-7将该空调从表删除。除计时器12-3所计时的定期时间表以外，当将新空调添加到表中、或者将已登记的空调从该表移除时，权衡函数请求器12-7将指令信号发送至所登记的空调。域内工作中的空调的数量增加或减少使实行中策略过时，因而触发产生针对工作中的空调的新策略。
返回至图12，接收器12-8从空调接收权衡函数(图9的步骤902)，并且将接收到的权衡函数存储在权衡函数存储器12-9中。在等待至从所有的空调接收到权衡函数之后，权衡函数存储器12-9将接收到的权衡函数提供至策略产生器12-10。权衡函数存储器12-9可以等待预定时间，并且仅提供到该预定时间到期为止接收到的权衡函数。如此，权衡函数存储器12-9可以避免持续等待来自域内不再工作的空调的权衡函数。
图14示出用于定义空调11-1、11-2和1-3中的一个的权衡函数的示例表。应当注意，图14所示的表仅是用于定义空调的权衡函数的例子中的一个，并且可以以诸如等式等的其它形式来表现该权衡函数。在图14所示的表中，左端的列示出对空调设置且该空调由此所实现的室温。因而，由空调设置并实现的室温是该空调的能量消耗结果。从右端起的第二列示出最理想室温(25度)与对空调设置的温度之差。当对空调设置的温度为28度时，结果(室温为28度)相对于最理想室温偏差了3度。
右端的列示出针对所实现的室温的满意程度。因而，该表示出所设置的温度和针对所设置的温度的满意程度之间的关系。该满意程度是温差的函数。如上所述，在空调的操作开始时，可以根据调查数据得出该列所示的满意程度，随后根据用户针对温差的满意感进行修正。在该表中，室温为25度被赋予值“100”，这表示人数最多的被调查者对室温为25度感到舒适。因而，根据图14所示的表，假定25度是人们的最理想室温。感到舒适的人数随着室温相对于最理想温度上升而减少。如果对空调设置温度为28度，则针对结果(室温为28度)的满意程度下降至70。
从左端起的第二列示出预期在各设置温度下24小时内要节省的能量。当对空调设置温度为28度时，与维持最理想温度(25度)所需的能量相比较，预期在一天的操作期间要节省0.9kWh的能量。图14所示的表还示出设置温度和该设置温度下可节省的能量量之间的关系。因而，该表提供了用于将设置温度转换成在设置了这些温度时可节省的能量量的转换程序。该转换程序通常表示以下：温度与最理想室温相比被设置得越高，则预期要节省的能量越多。在本实施例中，以示出设置温度和这些设置温度下可节省的能量量之间的关系的表的形式来提供转换程序。该转换程序可以是描述该关系的等式。此外，在本实施例中，由EN 2在示出权衡函数的表中提供该转换程序。在一个实施例中，将该转换程序预先设置在CN 1中。在这种实施例中，从EN发送来的表示出设置温度、温差和满意程度。
返回图12，在从权衡函数存储器12-9接收到权衡函数之后，策略产生器12-10产生针对空调的策略。假定如图15所示，策略产生器12-10仅从空调11-1和11-2接收到权衡函数，并且空调11-3未能在预定时间内发送其权衡函数。策略产生器12-10认为空调11-3无法适当工作，并且开始产生针对空调11-1和11-2的策略。由于空调11-1和11-2的用户可能不同因而假定具有不同的满意程度，并且这些空调的操作环境可能不同，因此如图15所示、这些空调的权衡函数自然应当彼此不同。
在产生针对空调11-1和11-2的策略时，首先，策略产生器12-10在总体策略存储器12-11内查找要执行的总体策略。假定存储在存储器12-11中的总体策略包含表示域内所消耗的能量在24小时内总共要节省“至少0.5kWh”的目标。然后，策略产生器12-10将图15的表合并成如图16所示的单个表，其中该单个表示出在针对空调11-1和11-2的表上列出的温度的所有组合。在图16所示的表中，说明为“可节省总能量”的列中的各行表示在针对空调11-1和11-2的同一行中列出的预期要节省的能量的总和。说明为“总温差”的列中的各行示出在针对空调11-1和11-2的同一行中列出的温差的总和。说明为“满意程度”的列中的各行示出使用总温差根据函数推导出的满意程度。然后，策略产生器12-10将图16所示的表中的各行排列成图17所示的表，其中总温差的值较小的行出现在该表的上部(参见图9的步骤903)。图17所示的表表示针对域整体的总体权衡函数。
策略产生器12-10使用图17所示的表来产生针对空调11-1和11-2的策略。为了更好地服务空调的用户，这些空调应当尝试实现从用户获得较高的满意度的室温。然而，总体策略包含表示与空调11-1和11-2维持最理想室温(对于空调11-1为25度、并且对于空调11-2为26度)所需的能量相比较、在24小时内总共应当节省0.5kWh的能量的目标。请注意，基于用户必然将室温设置为他们的最理想温度这一假设来解释本实施例。因而，本实施例的总体策略要求空调11-1和11-2与为了维持最理想室温而将消耗的能量相比、将总能量消耗限制为在24小时内总共下降了0.5kWh。
策略产生器12-10在图17所示的表内从该表的上部到下部查找示出等于或大于0.5kWh的可节省总能量的行。然后，在找到的这些行中，策略产生器12-10选择示出最高满意程度的行。在图17中，有两行符合要求。一个这样的行示出预期总共节省了0.5kWh的能量并且实现了满意度为85的、针对空调11-1为26度并且针对空调11-2为26.5度的组合。另一个这样的行示出预期总共节省了0.6kWh的能量并且实现了满意度为85的、针对空调11-1为25度并且针对空调11-2为27.5度的组合。由于后一组合可以利用较少的能量来实现相同的满意度，因此策略产生器12-10选择后一组合(针对空调11-1为25度并且针对空调11-2为27.5度)。然后，策略产生器12-10准备针对空调11-1和11-2的策略(参见图9的步骤904)。针对空调11-1的策略包括目标温度为25度。针对空调11-2的策略包括目标温度为27.5度。然后，将这些策略提供至策略报告器12-12，其中策略报告器12-12经由发送器12-6将这些策略分别发送至空调11-1和11-2。代替要维持的室温，针对空调11-1和11-2的策略可以包含要节省的目标能量量(针对空调11-1为0kWh并且针对空调11-2为0.6kWh)。
图18是示出空调11-1的功能结构的框图。空调11-2和11-3具有相同的结构。该空调包括两个模块。一个模块是自主控制模块18-1。另一模块是权衡函数更新模块18-2。首先，接收器18-3从控制器11-0接收策略。将接收到的策略存储在策略存储器18-5中。然后，当接收器18-3从控制器11-0接收到自主控制发起信号时，模块选择器18-4启动自主控制模块18-1。模块18-1具有策略引擎18-6，其中策略引擎18-6从策略存储器18-5读出策略并且执行该策略，其中根据该策略，策略引擎18-6控制空气调节装置18-7的操作。策略引擎18-6按固定间隔从空气调节装置18-7接收操作数据。该操作数据包括空气调节装置的能量消耗速率或空气调节装置在最近的间隔内消耗的电力量、以及该空气调节装置工作的持续时间。该操作数据还包括表示最近的间隔的室温的温度数据。策略引擎18-6将来自空气调节装置18-7的操作数据存储在操作历史存储器18-8中。因而，操作历史存储器18-8记录空气调节装置18-7的能量消耗速率的历史、空气调节装置工作的持续时间和室温的历史。通过对从接收到上一策略的时间起所记录的能量消耗速率进行积分，策略引擎18-6计算自接收到上一策略起空气调节装置18-7已消耗了的能量总量，并且将该能量总量存储在操作历史存储器18-8中。根据空气调节装置所消耗的能量总量和空气调节装置工作的总持续时间，策略引擎18-6计算空气调节装置18-7的平均能量消耗并将该平均能量消耗存储在操作历史存储器18-8中。将权衡函数存储在策略引擎18-6可访问的权衡函数存储器18-9中。模块18-1还具有用户接口18-10，其中用户接口18-10的功能中的一个是接收用户的温度设置。
图19A是示出在自主控制期间策略引擎18-6所进行的示例处理的流程图。在被来自控制器11-0的自主控制发起信号触发的情况下，在步骤19-1中，策略引擎18-6从策略存储器18-5读出策略。如上所述，该策略包括控制器11-0为了通过空调11-1和11-2来总共节省至少0.5kWh的能量而针对空调11-1已产生的目标温度25度。在步骤19-2中，能量引擎18-6将该目标温度提供至空气调节装置18-7，其中空气调节装置18-7进行工作以维持室温为25度。代替目标温度(25度)，接收到的策略可以包括要节省的能量量(0kWh)。权衡函数存储器18-9存储图15所示的上表，因为该表是由空调11-1所设计的。如果接收到的策略包含要节省的能量量(0kWh)，则策略引擎18-6使用存储在存储器18-9中的权衡函数来将该要节省的能量量转换成室温25度。根据存储在存储器18-9中的操作历史数据，策略引擎18-6还找到维持室温为25度所需的能量量。所找到的能量量是空气调节装置18-7在下一个24小时的时间段内可消耗的能量上限量。
在空气调节装置18-7工作以维持室温为25度的情况下，在步骤19-3中，策略引擎18-6判断用户是否对空气调节装置18-7设置了新的温度。由于用户的温度设置表明用户对室温不满意，因此被看作为来自用户的投诉。然而，当设置了新的温度时，不确定该新的温度将如何影响空气调节装置18-7的能量消耗。在步骤19-4中，策略引擎18-6接受用户的温度设置并且将新设置的温度提供至空气调节装置18-7，其中空气调节装置18-7现在工作以维持室温为新设置的温度。
在自主控制期间，策略引擎18-6监视存储在历史存储器18-8中的空气调节装置18-7所消耗的能量，并且在步骤19-5中预测空气调节装置18-7在24小时的时间段结束之前将有可能消耗的总能量。根据不同的操作环境，空气调节装置18-7今天维持室温为25度所需的能量量可能不同于昨天维持同一室温所需的能量量。如果策略引擎18-6预测出空气调节装置在24小时内将有可能消耗了大大低于能量上限量的能量(步骤19-6)，则策略引擎18-6指示新策略请求器18-11向控制器11-0请求新策略(步骤19-7)。然后，新策略请求器18-11将请求信号(图3)经由发送器18-12发送至控制器11-0。如果策略引擎18-6预测出空气调节装置18-7在24小时的时间段结束时将有可能消耗了多于能量上限量的能量(步骤19-8)，则策略引擎18-6将移动至图19B的步骤19-9。相反，策略引擎将返回至步骤19-3。
在图19B中，在步骤19-9中，策略引擎18-6注意用户对操作的偏好。要求空调11-1的用户预先登记用户偏好节能操作还是用以实现较高满意程度的操作。用户对操作的偏好可以登记在控制器11-0中并且包括在要发送至空调11-1并且由空调11-1来执行的策略中。可选地，可以将用户的偏好登记在空调11-1中并且由策略引擎18-6在执行策略时进行参考。如果策略引擎18-6发现空调11-1的用户偏好用以实现较高满意程度的操作，则该处理将返回至步骤19-3。在后续处理中，即使策略引擎18-6预测出空气调节装置18-7在24小时的时间段结束时将有可能消耗了多于能量上限量的能量，策略引擎18-6也跳过步骤19-8。如果策略引擎发现用户偏好节能操作，则该策略引擎确定新的目标温度或应当将室温从25度提高的程度，以将空气调节装置的能量消耗限制为低于可消耗的能量上限量(步骤19-10)。在一个实施例中，使用以下等式来确定新的目标温度。
数学式1
P＝A·(Ts-Th)·W·t
其中，P是在新的目标温度Ts下预期要节省的能量量，“A”是能量消耗每1度的变化速率(“A”近似等于10％)，Th是当前室温，W是24小时内的预期平均能量消耗，并且t是在24小时的时间段结束之前预期空调在新的目标温度下工作的总持续时间。P是可消耗的能量上限量与在空气调节装置18-7工作以维持当前室温直到24小时的时间段结束的情况下该空气调节装置18-7在24小时内预测要消耗的能量总量之差。因此，以上等式可以得出新的目标温度。
然后，在步骤19-11中，策略引擎18-6确定用户可接受的室温范围。图20示出说明室温和满意程度之间的关系的示例函数。满意程度取0～100的值。在图15所示的上表的右端的列中列出的满意程度是针对从该表的右端起的第二列中示出的温度差根据图20所示的函数推导出的。图20还示出满意程度的范围。如图20所示，该范围的上限为100，并且该范围的下限为80。程度“80”被看作为空调11-1的用户所特有，并且表示用户可以接受的最小满意程度。可以利用图20所示的函数将可接受的该最小满意程度转换成用户可以接受的最高室温。根据图20并且还根据图15，满意程度“80”与被看作为空调11-1的用户可以接受的最高温度的室温27度相对应。因此，策略引擎18-6可以安全地假定可以在不会损害用户的舒适感的情况下在25度和27度之间提高室温。
策略引擎18-6基于存储在操作历史存储器18-8中的操作历史来确定最小可接受满意程度。操作历史存储器18-8将用户以前的温度设置与室温和满意程度相关地记录。温度设置被看作为用户的投诉。如果用户感觉不舒适，则该用户对空气调节装置18-7设置更低或更高的温度。通过监视用户以前的温度设置，策略引擎18-6与用户的满意程度相关地确定温度设置的分布。最小可接受满意程度是在该分布中观察到的阈值，其中在该阈值以下观察到多个温度设置，而在该阈值以上观察到很少的温度设置或者没有观察到温度设置。用户可以对控制器11-0或空调11-1设置最小可接受满意程度。如果对控制器11-0设置了最小可接受满意程度，则将该最小可接受满意程度包括在要发送至空调11-1并且由空调11-1来实现的策略中。
返回图19B，在步骤19-12中，策略引擎18-6判断新的目标温度是否在可接受温度范围内。如果新的目标温度高于27度，则策略引擎18-6将指示新策略请求器18-11向控制器11-0请求新策略(步骤19-7)。然后，该新策略请求器将请求信号(图3)经由发送器18-12发送至控制器11-0。如果新的目标温度等于或低于27度，则策略引擎18-6将返回至步骤19-3。
返回图18，当接收器18-3从控制器11-0接收到指令信号时，模块选择器18-4启动权衡函数更新模块18-2。模块18-2具有函数更新器18-13，其中函数更新器18-13更新存储在权衡函数存储器18-9中的权衡函数。在本实施例中，空调11-1的权衡函数由图15所示的上表来表示。函数更新器18-13首先更新转换程序，即该表所示的设置温度(“设置温度”列)与可节省能量量(“可节省能量”列)之间的关系。可以根据下面的与以上使用的等式相同的等式得出可节省能量量(P)。
数学式2
P＝A·(Ts-Th)·W·t
其中，Ts是温度的集合(在图15所示的上表中，Ts是25度、26度、27度或28度)，Th是在过去的24小时内空气调节装置18-7所维持的室温的平均值，W是在过去的24小时内消耗的平均电力，并且t是在过去的24小时内使用空调的总持续时间。将计算P所需的所有这些参数都存储在操作历史存储器18-8中。
函数更新器18-13还更新该表所示的设置温度(“设置温度”列)和满意程度(“满意程度”列)之间的关系。ISO 7730说明PMV(Predicted Mean Vote，预期平均评价)和PPD(PredictedPercentage Dissatisfaction，预期不满意百分率)指标，并且指定热舒适的可接受条件。根据ISO 7730同样推导出描述温度和针对温度的满意程度之间的关系的函数。这种函数如图21的分布X所示，并且用作为原始权衡函数。分布X基本上是利用调查数据得出的。尽管原始函数可以提供针对温度的客观满意程度，但认为原始函数没有准确地反映空调11-1的用户个人的舒适感。操作历史存储器18-8将用户以前的温度设置与室温和满意程度相关地记录。函数更新器18-13分析存储在操作历史存储器18-8中的以前的温度设置，并且对分布X进行修正以使其针对空调11-1的用户个人化。
在一个实施例中，可以对分布X进行修正，以与具有根据用户设置的温度计算出的平均值和方差的正态分布一致。结果，分布X可被修正为与如图21所示的分布A、B或C类似。分布A的平均值与分布X的平均值相同，但方差比分布X的方差窄。因此，分布A表明与普通公众相比、用户A仅接受较窄的温度方差范围。分布B的平均值与分布A的平均值大致相等，但方差比分布A的方差宽。用户A和用户B有可能在大致相同的温度下感到最舒适。但与用户A相比、用户B接受更宽的温度方差范围。用户C在比用户A和B的温度高的温度下感到最舒适，并且仅接受非常窄的温度方差范围。认为修正后的设置温度和满意程度之间的关系更准确地反映了用户针对设置温度的舒适感。然后，函数更新器18-13将更新后的权衡函数经由发送器18-12发送至控制器11-0。
在以上实施例中，总体策略包括空调总共要节省的目标能量量，并且远程控制器11-0产生包括各个空调要维持的目标温度或要节省的目标能量量的策略。在另一实施例中，总体策略包括空调可消耗的总上限能量量，并且控制器11-0产生包括各个空调可消耗的目标上限能量量的策略。图22是示出空调11-1、11-2和11-3根据包括各个空调可消耗的目标上限能量量的策略所消耗的能量的5天历史的示例的图。在图22所示的例子中，在这5天内，空调消耗的能量量每天均变化，但空调所消耗的总能量恒定。
有产生包括各个空调可消耗的目标上限能量量的策略的方法。产生这种策略的最简单的方法是根据空调的能量消耗历史来向这些空调分配总上限量。例如，假定昨天(d-1)空调总共消耗了能量量(Pd-1)，其中空调11-1、11-2和11-3分别消耗了P1d-1、P2d-1和P3d-1。可以将空调今天(d)可消耗的目标上限能量量表示为如下。
数学式3
P1d＝Pt·P1d-1/Pd-1
数学式4
P2d＝Pt·P2d-1/Pd-1
数学式5
P3d＝Pt·P3d-1/Pd-1
其中，Pt是今天的总上限量，并且Pd-1＝P1d-1+P2d-1+P3d-1。
即使空调11-3不工作，也可以将空调11-1和11-2今天(d)可消耗的目标上限能量量表示为如下。
数学式6
P1d＝Pt·P1d-1/Pd-1
数学式7
P2d＝Pt·P2d-1/Pd-1
其中，Pt是今天的总上限量，并且Pd-1＝P1d-1+P2d-1。图23是示出空调11-1、11-2和11-3根据包括各个空调可消耗的目标上限能量量的策略所消耗的能量的5天历史的示例的图，其中，空调11-3在第三天变成在域内不工作。
图24是示出空调11-1、11-2和11-3根据包括各个空调可消耗的目标上限能量量的策略所消耗的能量的5天历史的示例的图，其中，新空调11-4于第三天加入。在第三天，控制器11-1从空调11-4接收权衡函数并且将总上限能量量分配至空调11-1、11-2、11-3和11-4。
当接收到包括今天可消耗的上限能量量(P1d)的策略时，空调11-1确定要实现的目标温度。P1d可以由以下等式来表示。
数学式8
P1d＝W·HAVE
其中，W是空调所消耗的电力，并且HAVE是每天使用空调的平均小时数。这里，可以将W表示为如下。
数学式9
W＝A·|Ttar-Troom|+B
其中，Ttar是目标温度，Troom是室温，并且“A”和“B”是常数。换言之，空调所消耗的能量与目标温度(Ttar)和室温(Troom)之差成比例。如下可以使用第二等式来对第一等式求解。
数学式10
P1d/HAVE＝A·|Ttar-Troom|+B
因此，
数学式11
如果Ttar＞Troom，则Ttar＝(P1d/HAVE-B)/A+Troom
数学式12
如果Ttar＜Troom，则Ttar＝(B-P1d/HAVE)/A-Troom
数学式13
如果Ttar＝Troom，则Ttar＝B
“A”和“B”是常数。HAVE来自于测量值。因此，可以根据目标上限能量量P1d来获得目标温度。以上是根据可消耗的目标上限能量量得出目标温度的示例方法。存在可用于同一目的的其它方法。这些其它方法包括模糊控制的使用和建模的使用。
在以上实施例中，能量消耗节点(EN)全部是空调。EN可以包括诸如冰箱、洗衣烘干两用机及其组合等的其它类型的电器。尽管这些电器为不同种类的电器，但以彼此可比较的方式来准备这些电器的权衡函数。当设置温度较高时，冰箱消耗较少的能量。然而，由于冰箱内的食物的温度也变高，因此例如冰激凌易融化，并且蔬菜的新鲜度很快被损害。与空调的情况相同，可以对冰箱设计可比较的满意程度。与洗衣过程相比较，洗衣烘干两用机在烘干过程期间消耗大的能量。近来，可以在两种可选模式下进行烘干处理。一种模式是省时模式，在该省时模式下，消耗了大的能量以在短时间内烘干衣物。另一模式是节能模式，在该节能模式下，消耗小的能量但需要较长时间来烘干衣物。假定可以在不同的模式下进行烘干处理，则还可以对洗衣烘干两用机设计可比较的满意程度。同样，可以对诸如烤面包机、电饭煲、热泵热水器和感应加热器等的其它电器设计可比较的满意程度，其中，利用可比较的满意程度来评价所消耗的能量的结果。
根据由此所述的本发明，显而易见，本发明可以以多种方式变化。这些变化不应当被看作为背离本发明的精神和范围，并且如本领域的技术人员显而易见，所有这些修改均包括在所附权利要求书的范围内。
产业上的可利用性
本发明可应用于对任意种类的能量的使用进行控制，其中这些能量不仅包括电力，还包括诸如液态能量和气态能量等的其它种类的能量。
附图标记说明
1协调节点(伪能量消耗节点)
2能量消耗节点
7-1通信器
7-2能量转换器
7-3控制器
7-4测量装置
7-5操作历史存储器
7-6策略存储器
7-7权衡函数存储器
8-1通信器
8-2计时器
8-4权衡函数存储器
8-5总体函数存储器
8-6总体策略存储器
11-0远程控制器
11-1、11-2、11-3空调
12-1策略产生模块
12-2自主控制发起模块
12-3计时器
12-4模块选择器
12-5自主控制请求器
12-6发送器
12-7权衡函数请求器
12-8接收器
12-9权衡函数存储器
12-10策略产生器
12-11总体策略存储器
12-12策略报告器
18-1自主控制模块
18-2权衡函数更新模块
18-3接收器
18-4模块选择器
18-5策略存储器
18-6策略引擎
18-7空气调节装置
18-8操作历史存储器
18-9权衡函数存储器
18-10用户接口
18-11新策略请求器
18-12发送器
18-13函数更新器
Claims (51)
1.一种能量使用控制系统中的协调节点，包括：
计算机系统的处理器和存储器，其中，所述存储器存储有所述处理器能够执行从而实现如下部件的程序：
接收器，用于从能量消耗节点接收权衡函数，其中，所述协调节点和所述能量消耗节点共同形成域，并且来自能量消耗节点的权衡函数描述该能量消耗节点的能量消耗结果和针对该结果的满意程度之间的关系；以及
策略产生器，用于基于接收到的权衡函数来产生针对各个能量消耗节点的策略，其中，所述策略各自包含至少一个目标和/或至少一个过程，以引导各个能量消耗节点控制自身的能量使用，以使得所述能量消耗节点共同实现所述域的最佳节能。
2.根据权利要求1所述的协调节点，其特征在于，
所述存储器存储有总体策略，其中，所述总体策略包含至少一个目标和/或至少一个过程以引导所述策略产生器产生策略。
3.根据权利要求1所述的协调节点，其特征在于，
所述策略产生器基于接收到的权衡函数，设计描述所述能量消耗节点所实现的结果和针对该结果的满意程度的总体权衡函数，其中，所述策略产生器基于所述总体权衡函数来产生策略。
4.根据权利要求1所述的协调节点，其特征在于，
所述处理器还实现发送器，所述发送器用于广播指令信号，其中所述指令信号用于请求所述能量消耗节点将自身的权衡函数发送至所述协调节点。
5.根据权利要求4所述的协调节点，其特征在于，
所述发送器按固定间隔广播所述指令信号。
6.根据权利要求5所述的协调节点，其特征在于，
所述发送器每24小时广播一次所述指令信号。
7.根据权利要求4所述的协调节点，其特征在于，
所述发送器在所述能量消耗节点均未工作时广播所述指令信号。
8.根据权利要求4所述的协调节点，其特征在于，
所述接收器仅等待预定时间段以接收所述权衡函数。
9.根据权利要求4所述的协调节点，其特征在于，
所述发送器将指示所述能量消耗节点执行策略的启动信号选择性地发送至所述能量消耗节点。
10.根据权利要求4所述的协调节点，其特征在于，
所述处理器还实现登记器，所述登记器用于按固定间隔经由所述接收器从所述域内工作中的能量消耗节点接收通知，并且将工作中的能量消耗节点登记到所述存储器的登记表中，以及
所述登记器在首次从新的能量消耗节点接收到通知时，将该新的能量消耗节点添加到所述登记表中，而所述登记器在预定时间段内未接收到已登记的能量消耗节点的通知时，将该已登记的能量消耗节点从所述登记表删除。
11.根据权利要求9所述的协调节点，其特征在于，
当将新的能量消耗节点添加到所述登记表中或者将已登记的能量消耗节点从所述登记表删除时，所述发送器向所登记的能量消耗节点广播所述指令信号。
12.根据权利要求1所述的协调节点，其特征在于，
所述能量消耗节点是包括空调、冰箱、洗衣烘干两用机、烤面包机、电饭煲、热泵热水器和感应加热器中任一个的电器。
13.根据权利要求1所述的协调节点，其特征在于，
所述能量消耗节点是空调，并且所述协调节点是所述空调的远程控制器。
14.根据权利要求13所述的协调节点，其特征在于，
所述策略包含目标温度。
15.根据权利要求13所述的协调节点，其特征在于，
所述策略包含要节省的能量量。
16.根据权利要求13所述的协调节点，其特征在于，
所述总体策略包含所述域内的能量消耗节点要节省的总能量量。
17.根据权利要求1所述的协调节点，其特征在于，
所述域包括能量生成节点。
18.一种能量使用控制系统中的协调方法，用于协调能量消耗节点，所述协调方法包括协调节点的处理器能够进行从而实现如下步骤的计算机执行步骤：
从能量消耗节点接收权衡函数，其中，所述协调节点和所述能量消耗节点共同形成域，并且来自能量消耗节点的权衡函数描述该能量消耗节点的能量消耗结果和针对该结果的满意程度之间的关系；以及
基于接收到的权衡函数来产生针对各个能量消耗节点的策略，其中，所述策略各自包含至少一个目标和/或至少一个过程，以引导各个能量消耗节点控制自身的能量使用，以使得所述能量消耗节点共同实现所述域的最佳节能。
19.根据权利要求18所述的协调方法，其特征在于，
所述处理器还实现如下步骤：存储总体策略，所述总体策略包含至少一个目标和/或至少一个过程以引导策略产生器产生策略。
20.根据权利要求18所述的协调方法，其特征在于，
产生策略包括基于接收到的权衡函数来设计描述所述能量消耗节点所实现的结果和针对该结果的满意程度的总体权衡函数、并且基于所设计的总体权衡函数来产生策略。
21.根据权利要求18所述的协调方法，其特征在于，
所述处理器还实现如下步骤：广播指令信号，其中所述指令信号用于请求所述能量消耗节点将自身的权衡函数发送至所述协调节点。
22.根据权利要求21所述的协调方法，其特征在于，
广播指令信号包括按固定间隔广播所述指令信号。
23.根据权利要求22所述的协调方法，其特征在于，
按固定间隔广播所述指令信号包括每24小时广播一次所述指令信号。
24.根据权利要求21所述的协调方法，其特征在于，
广播指令信号包括在所述能量消耗节点均未工作时广播所述指令信号。
25.根据权利要求21所述的协调方法，其特征在于，
接收权衡函数包括仅等待预定时间段以接收所述权衡函数。
26.根据权利要求21所述的协调方法，其特征在于，
所述处理器还实现如下步骤：将指示所述能量消耗节点执行策略的启动信号选择性地发送至所述能量消耗节点。
27.根据权利要求21所述的协调方法，其特征在于，
所述处理器还实现如下步骤：
按固定间隔从所述域内工作中的能量消耗节点接收通知；以及
当首次从新的能量消耗节点接收到通知时将该新的能量消耗节点添加到登记表中，而当在预定时间段内未接收到已登记的能量消耗节点的通知时将该已登记的能量消耗节点从所述登记表删除。
28.根据权利要求26所述的协调方法，其特征在于，
广播指令信号包括当将新的能量消耗节点添加到所述登记表中或将已登记的能量消耗节点从所述登记表删除时，向所登记的能量消耗节点广播所述指令信号。
29.根据权利要求18所述的协调方法，其特征在于，
所述能量消耗节点是包括空调、冰箱、洗衣烘干两用机、烤面包机、电饭煲、热泵热水器和感应加热器中任一个的电器。
30.根据权利要求18所述的协调方法，其特征在于，
所述能量消耗节点是空调，并且所述协调节点是所述空调的远程控制器。
31.根据权利要求30所述的协调方法，其特征在于，
所述策略包含目标温度。
32.根据权利要求30所述的协调方法，其特征在于，
所述策略包含要节省的能量量。
33.根据权利要求30所述的协调方法，其特征在于，
所述总体策略包含所述域内的能量消耗节点要节省的总能量量。
34.根据权利要求18所述的协调方法，其特征在于，
所述域包括能量生成节点。
35.一种制品，包括存储有指示的一个或多个可记录介质，其中，所述指示在由协调节点的处理器执行时，使所述处理器进行包括如下步骤的方法：
从能量消耗节点接收权衡函数，其中，所述协调节点和所述能量消耗节点共同形成域，并且来自能量消耗节点的权衡函数描述该能量消耗节点的能量消耗结果和针对该结果的满意程度之间的关系；以及
基于接收到的权衡函数来产生针对各个能量消耗节点的策略，其中，所述策略各自包含至少一个目标和/或至少一个过程，以引导各个能量消耗节点控制自身的能量使用，以使得所述能量消耗节点共同实现所述域的最佳节能。
36.根据权利要求35所述的制品，其特征在于，
所述处理器还实现如下步骤：存储总体策略，所述总体策略包含至少一个目标和/或至少一个过程以引导策略产生器产生策略。
37.根据权利要求35所述的制品，其特征在于，
产生策略包括基于接收到的权衡函数来设计描述所述能量消耗节点所实现的结果和针对该结果的满意程度的总体权衡函数、并且基于所设计的总体权衡函数来产生策略。
38.根据权利要求35所述的制品，其特征在于，
所述处理器还实现如下步骤：广播指令信号，其中所述指令信号用于请求所述能量消耗节点将自身的权衡函数发送至所述协调节点。
39.根据权利要求38所述的制品，其特征在于，
广播指令信号包括按固定间隔广播所述指令信号。
40.根据权利要求39所述的制品，其特征在于，
按固定间隔广播所述指令信号包括每24小时广播一次所述指令信号。
41.根据权利要求38所述的制品，其特征在于，
广播指令信号包括在所述能量消耗节点均未工作时广播所述指令信号。
42.根据权利要求38所述的制品，其特征在于，
接收权衡函数包括仅等待预定时间段以接收所述权衡函数。
43.根据权利要求38所述的制品，其特征在于，
所述处理器还实现如下步骤：将指示所述能量消耗节点执行策略的启动信号选择性地发送至所述能量消耗节点。
44.根据权利要求38所述的制品，其特征在于，
所述处理器还实现如下步骤：
按固定间隔从所述域内工作中的能量消耗节点接收通知；以及
当首次从新的能量消耗节点接收到通知时将该新的能量消耗节点添加到登记表中，而当在预定时间段内未接收到已登记的能量消耗节点的通知时将该已登记的能量消耗节点从所述登记表删除。
45.根据权利要求26所述的制品，其特征在于，
广播指令信号包括当将新的能量消耗节点添加到所述登记表中或将已登记的能量消耗节点从所述登记表删除时，向所登记的能量消耗节点广播所述指令信号。
46.根据权利要求18所述的制品，其特征在于，
所述能量消耗节点是包括空调、冰箱、洗衣烘干两用机、烤面包机、电饭煲、热泵热水器和感应加热器中任一个的电器。
47.根据权利要求18所述的协调方法，其特征在于，
所述能量消耗节点是空调，并且所述协调节点是所述空调的远程控制器。
48.根据权利要求30所述的制品，其特征在于，
所述策略包含目标温度。
49.根据权利要求47所述的制品，其特征在于，
所述策略包含要节省的能量量。
50.根据权利要求47所述的制品，其特征在于，
所述总体策略包含所述域内的能量消耗节点要节省的总能量量。
51.根据权利要求35所述的制品，其特征在于，
所述域包括能量生成节点。
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