CN103512151A - 对安装在区域中的空调进行控制的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
根据本发明，提出了一种对安装在区域中的空调进行控制的方法，包括：预测空调从市电供电变为太阳能供电的第一时刻；计算在第一时刻之前的第二时刻，其中从第二时刻到第一时刻的时间是在空调不工作的情况下使安装有该空调的区域从该区域所允许的最低温度上升到该区域所允许的最高温度的时间；根据该第一时刻所处的电费区间是高电费区间还是低电费区间、以及第二时刻是落在第一时刻所处的电费区间之内还是之外，确定使空调进行蓄热操作的时刻；以及在所确定的蓄热操作的时刻处，将空调设定温度设置为该区域所允许的最高温度。
Description
技术领域
本发明涉及一种对安装在区域中的空调进行控制的方法和设备，能够根据市电电费在不同的时段变化和太阳能发电量的变化来调节空调的设定温度，从而实现节能和节约电费。
背景技术
随着社会的发展，能源越来越紧张，节能日益被人们重视。最近国家将要推出阶梯电价，而将来分时电价，甚至实时电价的政策也会推出以节约电能。太阳能由于其无污染，可再生，取之不尽等优点得到了广泛的应用。由于太阳能光伏电池的输出功率受太阳光强和环境温度的影响变化很大，而且不能储存能量，因此太阳能光伏电池的输出功率是在不断的变化。家庭内部的空调的功率也是在随着温度的变化而变化，在太阳能光伏电池输出功率足够支持空调负载时，用太阳能光伏电池为空调供电，在太阳能光伏电池输出功率不够空调负载时，由市电为空调供电。在太阳能发电量足够支持空调运行或者市电电费处于低费率时段时设定空调温度为人体能够接受的最低下限温度进行蓄冷。当市电电价处于高费率时段时尽量将空调的温度设定为上限温度，降低空调运行功率，由于在低费率或PV(太阳能光伏)够用时进行了蓄冷，并且因为建筑物具备一定的保温能力，所以在高电费时段空调以低功率运行或者不运行。
题为“需求响应方法、计算机可读介质和系统”的中国专利申请(申请号：201110041853.6)公开了一种需求响应(DR)方法、计算机可读介质和系统。所述DR系统控制高功耗负荷在低电费区间而非高电费区间进行预操作或后操作，并减少高电费区间所需的耗电量，从而减少电费。此外，最小化了对家用电器操作的限制，以极大地减少用户的不便。
提前操作时间点进行预操作，相比正常运行，不考虑电费的情况下，会造成一定的能源浪费。而后操作到极限延迟时间点时，电器的温度也会相应上升到极限温度，会造成舒适度下降等问题。
发明内容
为了解决现有技术的上述问题，提出了本发明。因此，本发明的目的是提供一种对安装在区域中的空调进行控制的方法和设备，能够根据市电电费在不同的时段变化和太阳能发电量的变化来调节空调的设定温度，从而实现节能和节约电费。
为了实现上述目的，根据本发明，提出了一种对安装在区域中的空调进行控制的方法，包括：预测空调从市电供电变为太阳能供电的第一时刻；计算在第一时刻之前的第二时刻，其中从第二时刻到第一时刻的时间是在空调不工作的情况下使安装有该空调的区域从该区域所允许的最低温度上升到该区域所允许的最高温度的时间；根据该第一时刻所处的电费区间是高电费区间还是低电费区间、以及第二时刻是落在第一时刻所处的电费区间之内还是之外，确定使空调进行蓄热操作的时刻；以及在所确定的蓄热操作的时刻处，将空调设定温度设置为该区域所允许的最高温度。
优选地，在第一时刻处于高电费区间且第二时刻落在第一时刻所处的电费区间之内的情况下，将第一时刻所处的电费区间的起始时刻确定为使空调进行蓄热操作的时刻。
优选地，在第一时刻处于低电费区间的情况下，或者，在第一时刻处于高电费区间且第二时刻落在第一时刻所处的电费区间之外的情况下，将第二时刻确定为使空调进行蓄热操作的时刻。
根据本发明，还提出了一种对安装在区域中的空调进行控制的方法，包括：预测空调从太阳能供电变为市电供电的第三时刻；计算在第三时刻之后的第四时刻，其中从第三时刻到第四时刻的时间是在空调不工作的情况下使安装有该空调的区域从该区域所允许的最低温度上升到该区域所允许的最高温度的时间；根据该第三时刻所处的电费区间是高电费区间还是低电费区间、以及第四时刻是落在第三时刻所处的电费区间之内还是之外，确定使空调进行蓄冷操作的时刻；以及在所确定的蓄冷操作的时刻处，将空调设定温度设置为该区域所允许的最低温度。
优选地，在第三时刻处于高电费区间的情况下，将第三时刻所处的电费区间的结束时刻确定为使空调进行蓄冷操作的时刻。
优选地，在第三时刻处于低电费区间且第四时刻落在第三时刻所处的电费区间之内的情况下，将第四时刻确定为使空调进行蓄冷操作的时刻。
优选地，在第三时刻处于低电费区间且第四时刻落在第三时刻所处的电费区间之外的情况下，将第三时刻确定为使空调进行蓄冷操作的时刻。
此外，根据本发明，还提出了一种对安装在区域中的空调进行控制的设备，包括：预测空调从市电供电变为太阳能供电的第一时刻的装置；计算在第一时刻之前的第二时刻的装置，其中从第二时刻到第一时刻的时间是在空调不工作的情况下使安装有该空调的区域从该区域所允许的最低温度上升到该区域所允许的最高温度的时间；根据该第一时刻所处的电费区间是高电费区间还是低电费区间、以及第二时刻是落在第一时刻所处的电费区间之内还是之外，确定使空调进行蓄热操作的时刻的装置；以及在所确定的蓄热操作的时刻处，将空调设定温度设置为该区域所允许的最高温度的装置。
另外，根据本发明，还提出了一种对安装在区域中的空调进行控制的设备，包括：预测空调从太阳能供电变为市电供电的第三时刻的装置；计算在第三时刻之后的第四时刻的装置，其中从第三时刻到第四时刻的时间是在空调不工作的情况下使安装有该空调的区域从该区域所允许的最低温度上升到该区域所允许的最高温度的时间；根据该第三时刻所处的电费区间是高电费区间还是低电费区间、以及第四时刻是落在第三时刻所处的电费区间之内还是之外，确定使空调进行蓄冷操作的时刻的装置；以及在所确定的蓄冷操作的时刻处，将空调设定温度设置为该区域所允许的最低温度的装置。
附图说明
通过参考以下组合附图对所采用的优选实施方式的详细描述，本发明的上述目的、优点和特征将变得更显而易见，其中：
图1是示出了根据本发明的对安装在区域中的空调进行控制的设备的结构框图。
图2-5是用于分别说明在开始太阳能供电的时刻附近的四种不同情形下的电费曲线、温度策略的示例的图。
图6-9是用于分别说明在结束太阳能供电的时刻附近的四种不同情形下的电费曲线、温度策略的示例的图。
图10是示出了根据本发明的对安装在区域中的空调进行控制的方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。
如图1所示，本发明的控制设备包括：电源切换控制装置101、电费读取单元102、PV预测单元103、控制中心104、温度设定单元105。
电源切换控制装置101接受控制中心104的信号，通过单刀双至开关对空调进行控制，即，对空调是由220V市电供电还是由PV供电进行切换。电费读取单元102通过网络到诸如电力局下载最新的费率数据，并把所下载的费率数据发给控制中心104。PV预测单元103根据历史数据来预测太阳能的发电趋势。温度设定单元105根据控制中心104的控制，诸如设定安装有空调的区域所允许的最高温度Tmax、所允许的最低温度Tmin、和舒适温度Ts。
在本发明中，根据市电电费在不同时段的变化和太阳能发电量，优先利用太阳能给空调供电运行。其次，在太阳能发电量不足时，尽量在电价低费率时段运行空调，利用建筑物本身保温能力蓄冷，在电价高费率时段尽量通过设定上限温度降低空调运行功率。这样，一方面实现了节能和节约电费，另一方面也削峰填谷，提高了电网负荷率。具体来说，在太阳能发电量足够支持空调运行或者市电电费处于低费率时段时设定空调温度为人体能够接受的最低下限温度进行蓄冷。当市电电价处于高费率时段时尽量将空调的温度设定为上限温度，降低空调运行功率，因为建筑物具备一定的保温能力，在空调停止工作的情况下，室内温度会维持一段时间，直至慢慢升高至设定的人体能接受的上限温度后空调自动运行。在本发明中，一方面尽量利用太阳能电力，实现了节能和节约电费，在太阳能发电不足空调运行时尽量在市电低费率时段使空调运行制冷，高费率时段尽量提高设定温度从而减小空调的运行功率，利用建筑物的蓄冷能力保持室温，节约了电费。本发明的技术同样适用于采用空调或者采暖设备为房间供暖时节约电费。
这里所设定的下限温度和上限温度是依据人体能接受的舒适温度范围来设定的，也可以理解为安装有空调的区域所允许的温度的下限值和上限值。例如，可以根据季节和地理气候、人体的活动量、衣服的热阻值、空气温度、空气湿度、平均辐射温度、空气流速等条件计算得到舒适度范围内(-1＜PMV(舒适度指标)＜1)的最高温度Tmax和最低温度Tmin。
下面结合图2到9来说明根据本发明的空调控制策略。
首先，在本发明中，根据舒适度指标PMV来计算安装有空调的区域所允许的最高温度Tmax、所允许的最低温度Tmin和舒适温度Ts。另外，本发明通过网络到电力局下载最新的费率数据，作为进行后续的空调控制的前提。
在本发明中，由于太阳能发电设备的设备投入是一次性的投入，其后的发电可以认为电费的费率为0，所以在太阳能发电量足够的情况下，最优先使用太阳能。
作为一般性的空调控制策略，当PV不够用时，利用分时电价，在最低电费时蓄冷，在中等电费时保持最舒适温度，在最高电费时设定最高温度节能节费。
在本发明中，可以设定中断式分析节点来进行中断式分析。当PV＝空调负载时，市电费率的改变时刻均可以触发一次分析。以下为中断式分析节点所采用的各个示例性条件：
1)上班时间
2)PV发电量由小增大，到PV＝空调负载时
3)PV发电量由大减小，到PV＝空调负载时
4)市电费率由高到低时
5)市电费率由低到高时
6)下班时间
7)计算到的其他时间点(例如，以下所述的t1点和t4点)
在中断式分析节点上分析空调的控制状态，从而对空调的设定温度进行控制。另外，在中断式分析节点进行分析，从而在太阳能不够而利用市电时，可以在低电费时将空调设定温度设置为最低温度Tmin，在高电费时将空调设定温度设置为最高温度Tmax。
图2-5是用于分别说明在开始太阳能供电的时刻附近的四种不同情形下的电费曲线、温度策略的示例的图。
在开始太阳能供电的时刻附近的四种不同情形下的控制策略如下表1所示。
表1
表1中的情形1对应于图2；情形2对应于图3；情形3对应于图4；情形4对应于图5。
t1时刻是诸如通过预测太阳能发电量以及计算空调功率，得到太阳能足够空调运行的时刻。从此t1时刻开始，空调将从市电供电变为太阳能供电。
t2时刻是诸如根据房间的散热能力计算得到的、在空调不工作的情况下使安装有空调的区域由最低温度Tmin上升到最高温度Tmax所需的时间为Δt，则t2＝t1-Δt。
在此，如果t1时刻落在低电费区间，此低电费区间开始的时刻为Tl，则ΔTl＝t1-Tl。如果t1时刻落在高电费区间，此高电费区间开始的时刻为Th，则ΔTh＝t1-Th。
如表1所示，
情形1)如图2所示，如果t1时刻落在低电费区间，同时ΔTl＞Δt，那么，将t2时刻前将空调设定温度设置为Tmin，直到t2时刻开始，将空调设定温度设置为Tmax，空调停止运行，温度自然上升，直到t1时刻，以进行蓄热操作。节约了t2到t1时间段的能源。
情形2)如图3所示，如果t1时刻落在高电费区间，且ΔTh＞Δt，则在t1所处的高电费区间的开始时刻，将空调设定温度设置为Tmax，直到t1时刻，以进行蓄热操作。
情形3)如图4所示，如果t1时刻落在低电费区间，且ΔTl＜Δt，则在t2时刻以及之后的低电费区间，将空调设定温度设置为Tmax，以进行蓄热操作。
情形4)如图5所示，如果t1时刻落在高电费区间，且ΔTh＜Δt，则t2时刻之前，将空调设定温度设置为Tmin蓄冷，而从t2时刻开始，将空调设定温度设置为Tmax，空调停止工作，温度自然上升，到t1时刻，温度正好为Tmax。节约了t2到t1时间段的能源，同时节约了高电费。
图6-9是用于分别说明在结束太阳能供电的时刻附近的四种不同情形下的电费曲线、温度策略的示例的图。
在结束太阳能供电的时刻附近的四种不同情形下的控制策略如下表2所示。
表2
表2中的情形1对应于图6；情形2对应于图7；情形3对应于图8；情形4对应于图9。
t4时刻是诸如通过预测太阳能发电量以及计算空调功率，得到太阳能不够空调运行的时刻，从此时刻t4开始，空调将从太阳能供电变为市电供电。
t5时刻是诸如根据房间的散热能力计算得到的、在空调不工作的情况下使安装有空调的区域由最低温度Tmin上升到最高温度Tmax所需的时间为ΔT1，则T5＝t4+ΔT1。
由于t3到t4设置的温度为Tmin，所以t4时刻的实际温度为Tmin。
在此，如果t4时刻落在低电费区间，此低电费区间结束的时刻为Tl1，则ΔTl1＝Tl1-t4。如果t4时刻如果落在高电费区间，此高电费区间结束的时刻为Th1，则ΔTh1＝Th1-t4。
如表2所示，
情形1)如图6所示，t4时刻落在低电费区间，ΔTl1＞ΔT1，则在t4时刻将空调设定温度设置为Tmax，空调停止运行，让温度自然上升到t5，以节约能源。到t5时刻开始，将空调设定温度设置为Tmin，以进行蓄冷。
情形2)如图7所示，t4时刻落在高电费区间，ΔTh1＞ΔT1，那么在此高电费区间t4时刻，将空调设定温度设置为Tmax。空调会停止运行直到温度上升到Tmax，然后自然重新运行，维持Tmax的温度，直到时刻Th1，将空调设定温度设置为Tmin，以进行蓄冷。
情形3)如图8所示，t4时刻落在低电费区间，ΔTl1＜ΔT1，为了能在高电费区间节约电费，在t4时刻将空调设定温度设置为Tmin，以持续进行蓄冷。
情形4)如图9所示，t4时刻落在高电费区间，ΔTh1＜ΔT1，那么在t4时刻将空调设定温度设置为Tmax，直到Th1时刻，高电费结束，设置为Tmin，以进行蓄冷。
因此，根据本发明，可以预测PV够用的时刻t1。根据控制策略，在t1时刻到来前，根据建筑物整体情况、空调制冷能力、当前的空调设定温度和当前的室内温度，计算在不考虑空调工作的情况下，由室内当前温度上升到Tmax所需要的时间段Δt，我们就可以得到在t1时刻前的某一时刻t2＝t1-Δt，在t2时刻将空调设定温度设置为Tmax，既可保证舒适性又能最大程度地节能，节约了Δt时间段的耗能。
另外，当PV够用时，用PV保持最舒适温度Ts。然后，根据本发明，预测下一时段PV不够用的时刻：在PV处于下行趋势，预测PV在时间t3时刻即将不够用，则，通过计算，得到需要提前蓄冷的时刻t4。设置空调设定温度为下限温度Tmin，提前蓄冷。这样可以节约在t3时刻后一段时间的能量和电费。
需要指出的是，图2-9所示的电费曲线和温度策略仅为示例性的，而非限定性的，例如，可以在高电费区间可以不将空调设定温度设置为Tmax，而是可以设为Ts或者设为Tmin到Tmax的任意值。也可以在低电费区间可以不将空调设定温度设置为Tmin，而是可以设为Ts或者设为Tmin到Tmax的任意值。
图10是示出了根据本发明的对安装在区域中的空调进行控制的方法的流程图。
如图10所示，在步骤201，控制中心104读取空调设定的最高温度Tmax、最低温度Tmin和舒适温度Ts，并且读取上班时间，下班时间等基本参数。
在步骤202，电费读取单元102读取通过网络到电力局下载最新的费率数据。
在步骤203，电费读取单元102将这些数据上传至控制中心104，触发一次分析计算。
在步骤204，分析判断PV是否够空调使用。
在步骤205，如果PV不够空调使用，则由电源切换控制装置101将开关切换至电网一侧，由电网为空调供电。
在步骤301，在控制中心104的控制下，温度设定单元105根据电网的费率高低设置空调设定温度，高费率时设置为最高温度Tmax，低费率设置为最低温度Tmin，如果有中间费率，设置为Ts。
在步骤302，判断PV是否为上升趋势，如果不是，则不操作。如果是，则转入步骤303。
在步骤303，预测下一时刻PV够用的时刻t1。
在步骤304，分析计算t1时刻前，根据建筑物整体情况、空调制冷能力、当前的空调设定温度和当前的室内温度，计算在不考虑空调工作的情况下，由室内当前温度上升到Tmax所需要的时间段Δt，于是可以得到在t1时刻前的某一时刻t2＝t1-Δt。
步骤305，根据表1对t1的控制策略，设定t2时刻的控制温度，节约t2到t1时刻的电能和电费。
然后，转入步骤202，等待下一个分析节点重新进行分析。
在步骤206，如果PV足够空调使用，则由太阳能为空调供电，并设置为舒适温度Ts。
在步骤207，如果PV为下降趋势，则预测下一时刻PV不够用的时刻t4
步骤208，分析计算t4时刻前，需要提前蓄冷的时刻t3，使得空调从t3时刻开始蓄冷，到t4时刻正好达到Tmin
步骤209，根据表2中对t4时刻的控制策略，进行控制。节约t4时刻以后的电能和电费。
然后，转入步骤202，等待下一个分析节点重新进行分析。
由此可见，本发明公开了一种根据市电电费在不同的时段变化和太阳能发电量的变化来调节空调的设定温度从而实现节能和节费的方法和装置。本发明通过预测太阳能发电量，并计算与空调负载的关系，在不影响舒适度的前提下达到节能的效果。并结合费率变化，在节约能量的基础上最大程度的节约电费。
尽管以上已经结合本发明的优选实施例示出了本发明，但是本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、替换和改变。因此，本发明不应由上述实施例来限定，而应由所附权利要求及其等价物来限定。
Claims (9)
1.一种对安装在区域中的空调进行控制的方法，包括：
预测空调从市电供电变为太阳能供电的第一时刻；
计算在第一时刻之前的第二时刻，其中从第二时刻到第一时刻的时间是在空调不工作的情况下使安装有该空调的区域从该区域所允许的最低温度上升到该区域所允许的最高温度的时间；
根据该第一时刻所处的电费区间是高电费区间还是低电费区间、以及第二时刻是落在第一时刻所处的电费区间之内还是之外，确定使空调进行蓄热操作的时刻；以及
在所确定的蓄热操作的时刻处，将空调设定温度设置为该区域所允许的最高温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在第一时刻处于高电费区间且第二时刻落在第一时刻所处的电费区间之内的情况下，将第一时刻所处的电费区间的起始时刻确定为使空调进行蓄热操作的时刻。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在第一时刻处于低电费区间的情况下，或者，在第一时刻处于高电费区间且第二时刻落在第一时刻所处的电费区间之外的情况下，将第二时刻确定为使空调进行蓄热操作的时刻。
4.一种对安装在区域中的空调进行控制的方法，包括：
预测空调从太阳能供电变为市电供电的第三时刻；
计算在第三时刻之后的第四时刻，其中从第三时刻到第四时刻的时间是在空调不工作的情况下使安装有该空调的区域从该区域所允许的最低温度上升到该区域所允许的最高温度的时间；
根据该第三时刻所处的电费区间是高电费区间还是低电费区间、以及第四时刻是落在第三时刻所处的电费区间之内还是之外，确定使空调进行蓄冷操作的时刻；以及
在所确定的蓄冷操作的时刻处，将空调设定温度设置为该区域所允许的最低温度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在第三时刻处于高电费区间的情况下，将第三时刻所处的电费区间的结束时刻确定为使空调进行蓄冷操作的时刻。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在第三时刻处于低电费区间且第四时刻落在第三时刻所处的电费区间之内的情况下，将第四时刻确定为使空调进行蓄冷操作的时刻。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在第三时刻处于低电费区间且第四时刻落在第三时刻所处的电费区间之外的情况下，将第三时刻确定为使空调进行蓄冷操作的时刻。
8.一种对安装在区域中的空调进行控制的设备，包括：
预测空调从市电供电变为太阳能供电的第一时刻的装置；
计算在第一时刻之前的第二时刻的装置，其中从第二时刻到第一时刻的时间是在空调不工作的情况下使安装有该空调的区域从该区域所允许的最低温度上升到该区域所允许的最高温度的时间；
根据该第一时刻所处的电费区间是高电费区间还是低电费区间、以及第二时刻是落在第一时刻所处的电费区间之内还是之外，确定使空调进行蓄热操作的时刻的装置；以及
在所确定的蓄热操作的时刻处，将空调设定温度设置为该区域所允许的最高温度的装置。
9.一种对安装在区域中的空调进行控制的设备，包括：
预测空调从太阳能供电变为市电供电的第三时刻的装置；
计算在第三时刻之后的第四时刻的装置，其中从第三时刻到第四时刻的时间是在空调不工作的情况下使安装有该空调的区域从该区域所允许的最低温度上升到该区域所允许的最高温度的时间；
根据该第三时刻所处的电费区间是高电费区间还是低电费区间、以及第四时刻是落在第三时刻所处的电费区间之内还是之外，确定使空调进行蓄冷操作的时刻的装置；以及
在所确定的蓄冷操作的时刻处，将空调设定温度设置为该区域所允许的最低温度的装置。
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