TWI397698B

TWI397698B - 需量限定值計算方法、需量控制方法及其系統

Info

Publication number: TWI397698B
Application number: TW97151104A
Authority: TW
Inventors: Wen Hsiang Tseng; Cheng Ting Lin
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2013-06-01
Also published as: TW201024745A; JP2010156535A; JP5061169B2

Description

需量限定值計算方法、需量控制方法及其系統

本發明是有關於一種控制方法及其系統，且特別是有關於一種需量限定值的計算方法、需量控制方法及其系統。

便利商店的店鋪坪數雖小，但耗能指數卻高於百貨公司、超級市場等業種。隨著節能意識的抬頭，如何針對便利商店用電情況，設計一套有效且合適的節能系統，將是一項重要的研究議題。

便利商店是服務顧客的營業場所，在實施節能策略時，同時需要考慮到是否會影響店舖的營運。在日本專利公開號JP2006178886的申請案「Store Management System」中揭露一套整合POS以及店舖管理平台之架構，提供遠端網路連結之功能，同時可納入節能策略對空調、照明等設備做控制。然而，建構這些系統的成本過於昂貴，導致成本回收期過長。此外，架構過於複雜，使得相關的硬體成本及軟體設計費用無法降低，使其實用性大為降低。

再者，美國專利公開號US2002163431的申請案「In-store equipment remote monitoring system」揭露一個監控系統，用來收集室內外照度、冷藏櫃溫度、室外溫度、自動門開關頻率等參數，系統會藉由這些參數的歷史資料預測明天的天氣、亮度，以及參考天氣預報計算出建議的室內照度、空調溫度，使用者可以依據這些建議手動調整設備運轉。然而，建構系統的成本也過於昂貴，架構複雜使得相關的硬體成本及軟體設計費用也居高不下。特別是系統無法主動改變設備運轉狀態，尤其當環境因素變動頻繁而影響決策結果時，店員要忙於看店又須手動調整設備，使實用性大為降低，因此有必要發展一套自動化且有效的節能策略。

台灣電力公司收費包括基本電費、流動電費以及超約電費。通常商店會與電力公司簽訂契約，根據契約內容可以取得較便宜的電力，但同時契約內容也規定一個月內的每一個時段的用電量不得超過契約容量，例如是每15分鐘的用電量不得超過75度電(kWh)，一個月內只要有任何一個時段的用電量超過契約容量，店家就得付出昂貴的超約罰款的電費。

雖然每分鐘平均可用電量為5度，但是一旦有1分鐘用電量遠遠超過5度，後面的14分鐘就算都低於5度也可能造成該時段用電總量超過75度的狀況，業者發現設定一個低於5度的限定值會是比較保險的作法，例如是4度，由此衍生出初級的需量控制的概念：只要1分鐘的用電量大於4度就開始減少用電量。

然而，傳統需量控制方法是人為定義一個固定數值做為限定值，不僅難以拿捏也無法因地制宜地適用於各種狀況。若設定過高而導致用電量超過契約容量的超額費用，若設定過低而導致系統不斷卸載而無法正常運作的窘境。此外，就算是相同種類的營業場所，每家商店的地域、季節、顧客人數、坪數大小等參數不同，用電量也會隨之不同，設定一個固定數值的限定值無法通用於每家商店。如果限定值無法真正反應出何時必須減少用電量，後續的控制程序也將失去意義。

本發明係有關於一種需量限定值計算方法、需量控制方法及其系統，根據統計資料並依循標準作法設定需量限定值，可以因應不同屬性的場所/控制對象提供適切的需量限定值，可資應用的層面也更廣。

根據本發明之目的，提出一種需量限定值的計算方法包括：(a)將複數筆需量值由大至小或由小至大排序成一曲線；(b)將該些需量值中之一最大需量以及一最小需量連成一直線；及(c)找出該曲線到該直線垂直距離最大的該筆需量值，令該筆需量值為需量限定值。

根據本發明之目的，再提出一種需量控制方法，包括(a)設定一需量限定值包括將複數筆單位時間的需量值由大至小或由小至大排序成一曲線；將該些需量值中之一最大需量以及一最小需量連成一直線；及找出該曲線到該直線垂直距離最大的該筆需量值，令該值為需量限定值；(b)於一單位時間結束時測量用電量，並據以估算該時刻的需量；以及(c)若該估算之需量大於該需量限定值，則卸載一用電設備。

根據本發明之目的，另提出一種需量控制系統包括一測量單元，於一單位時間結束時測量用電量，並據以估算該時段內的一需量，其中一時段包括複數個單位時間；一控制單元，根據複數筆需量值計算一需量限定值，若估算的需量大於該需量限定值則卸載一用電設備。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本發明目的主要是提供一種需量限定值的計算方法，根據統計資料客觀地設定需量限定值，可以因應不同屬性的場所/控制對象提供適切的需量限定值，可資應用的層面也更廣。在以下段落中係以便利商店的用電需量為例進行說明，然本技術領域具有通常知識者當可明瞭本發明之需量限定值計算方法並不限定於此應用領域。

第一實施例

本實施例係提出一種需量限定值的計算方法。相較於傳統需量控制方法係主觀地固定一個數值做為需量限定值，本實施例係根據過去的需量值並採用嚴謹的演算法客觀地設定需量限定值E_threshold 。請同時參照第1圖及第2圖，第1圖繪示依照本發明一第一實施例的一種需量限定值計算方法的流程圖，第2圖為第1圖中需量限定值計算流程的幾何關係圖。首先，如步驟S202所示，將複數筆需量值E1、E2、E3...EN由大至小或由小至大排序成一曲線C，其中橫座標X為等距之序列座標。本實施例係以將複數筆需量值由大至小排序成曲線作為例子說明，但並不以此為限。需量值E1、E2、E3...EN為未受控制時的原始用電量資料，這類資料可以反應出這家商店實際運作時所需的用電量。需量值取得方式可以有很多種，可以在商店未採用任何控制方法之前紀錄商店的用電量，也可以在每個時段裡安排一段不執行控制的忽略時間，以忽略時間內的用電情況代表整個時段的需量。在本較佳實施例中，以一個週期且由大至小排序的需量值來繪示曲線C，在每個時段(N個單位時間)裡擷取部分時間單位(n個單位時間；忽略時間)的需量值來代表一個週期的用電量分佈情形，n≦N。舉例來說，以一星期為一個週期，一個時段為15分鐘，一個週期有4×24×7=672個時段，一個時間單位為1分鐘，在一個時段(共15個時間單位)裡僅擷取其中忽略時間(3個時間單位)的用電，並以忽略時間內每分鐘平均用電為代表樣本，因此在本較佳實施例中曲線C係由672筆單位時間的需量值所構成。在本較佳實施例中，將每個時段(15分鐘)的前3分鐘設定為忽略時間，在此段忽略時間內就算用電量變得很高也完全不卸載任何設備或執行任何控制程序，因此記錄忽略時間的用電情況就近似這家商店未控制時實際運作的需量。如此一來，可以省下收集需量值的時間，且可以得到近似且即時的需量值。

需注意的是，在本實施例之一個週期、一個時段、一個單位時間、忽略時間雖然都已明確揭示如上，然本技術領域具有通常知識者當可明瞭上述時間單位實屬可茲變通的參數之一，本發明並不以此為限，端視其應用領域與目的而變化。此外，雖然上述之需量值係由大至小排序成曲線來說明，然而，此技術領域具有通常知識者可明瞭需量值之排列並不以此為限。

接著，如步驟S204所示，將這些需量值E1、E2、E3...EN中之最大需量Emax以及最小需量Emin連成一直線L。然後，從直線L取一垂直線段W，令線段W與曲線C的交點為C_(x') ，令線段W與直線L的交點為L_(x) ，因此，在決定出x時，L_(x) 和C_(x') 也可得到，接著，將x以x₀ 至x_n 代入，可求得L_(x) -C_(x') 之極大值，且該式中的C_(x') 即為需量限定值。換句話說，分別計算曲線C上各個需量值點E1、E2、E3...EN到直線L的垂直距離，找出到直線L垂直距離最大的需量值點，並令該需量值為需量限定值E_threshold ，如步驟S206所示。舉例來說，若需量值點E1、E2、E3...EN於縱座標由大至小並於橫座標依順序等間距排列後形成如第2圖所示之曲線C，則直線L(將最大需量Emax以及最小需量Emin連成的直線)與曲線C只相交於最大需量Emax與最小需量兩點Emin，在垂直直線L的方向上繪製直線W，將直線W沿著整條直線L移動，並分別計算直線曲線C上各點到直線L的垂直距離，找出從曲線C到直線L垂直距離最大的需量值點C_(x') ，並將需量值點C_(x') 設定為需量限定值E_threshold 。

本實施例之需量限定值的計算方法更包括步驟S208，檢查是否具有更新過需量值，若有則據以更新需量限定值E_threshold 。在本較佳實施例中，會在一天結束時，將當天96個時段新產生的需量值連同前6天的需量值重新進行一次步驟S202-S206的計算，也就是說控制系統會根據最近期的需量值更新需量限定值。本較佳實施例不僅提供一個標準作法設定需量限定值，還可以根據現狀動態調整，讓需量限定值的設定更加地有彈性，可資應用的層面也更廣。然而本技術領域具有通常知識者當可明瞭上述相隔多少個時間單位才更新需量限定值實屬可茲變通的參數之一，本發明並不以此為限，端視其應用領域與目的而變化。

本發明之需量限定值的計算方法已揭露如上，在接下來的段落會著墨於如何將上述之需量限定值計算方法應用於需量控制方法上。

第二實施例

本實施例主要提出一種需量限定值計算方法的應用方法，特別是應用上述需量限定值計算方法的需量控制方法及其系統。值得注意的是，控制步驟變化繁多不勝枚舉，特別是如何預測是否超過需量以及判斷可能超過需量之後的控制策略仍有許多變型與變通步驟，本實施例揭露之文字與圖示僅為本發明精神下的一種實施方式，本發明並不以此為限。

第3圖繪示依照本發明之第二實施例的一種需量控制系統的方塊圖。請參照第3圖，本實施例之需量控制系統包括測量單元110以及控制單元120，測量單元110於一時段中之一單位時間結束時量測該單位時間內的用電量，並據以估算一時段的需量。測量單元110例如是數位電表。控制單元120例如是電腦或嵌入式系統，控制單元120可以根據前複數個時段的複數筆需量值計算一需量限定值E_threshold ，並於每個時間單位結束時依據該時段的用電量所估測的用電需量大於還是小於需量限定值E_threshold ，藉由不同的判斷結果進行不同的控制程序。

第4圖繪示依照本發明之第二實施例的一種需量控制方法的流程圖。請參照第4圖之步驟S200，首先，設定需量限定值E_threshold ，其計算方法已揭露於上述實施例。待需量限定值E_threshold 設定完成之後，如步驟S210，測量單元110於一單位時間結束時累計用電量Ez，例如是每分鐘累計一次用電量。

本實施例之需量控制方法更包括步驟S212，判斷是否為時段之初，若是則啟動所有用電設備。

本實施例之需量控制方法較佳地更包括步驟S216，判斷是否為忽略時間，若是，則根據忽略時間的用電量定義該時段之需量值，可用於更新需量限定值(如第3圖之步驟S208)。若此單位時間不屬於忽略時間，如步驟S220所示，則於此單位時間結束時測量用電量，根據測得的該用電量估算此時段之需量，並判斷估算出的需量是否超過需量限定值E_threshold 。

若此估算的需量大於需量限定值E_threshold ，如步驟S222所示，則卸載第一用電設備130。若上述條件不滿足，則回到步驟S210之前，繼續累計下一單位時間的用電量。換句話說，當估算的需量超過需量限定值時，則卸載用電設備，以其降低整個時段的總用電量；當估算的需量小於需量限定值時，則不執行任何動作不重新啟動任何用電設備，繼續觀察下一個單位時間。

在較佳實施例中，若相同時段內再次發生估算的需量大於需量限定值，則卸載另一用電設備。舉例來說，假設第4分鐘時的估算的需量E4超過需量限定值E_threshold ，卸載第一用電設備130，爾後，於同時段估算的需量又超過需量限定值時，此時可以卸載第二用電設備132，以期降低整個時段的總用電量。換句話說，在維持商店正常運作下可供隨時卸載的數個用電設備可以排出優先順序，當發生數次超過需量限定值的狀況時，可以依序卸載用電設備。然而本技術領域具有通常知識者當可明瞭數度超過需量限定值的控制策略實屬可茲變通的參數之一，本發明並不以此為限，端視其應用領域與目的而變化。

本發明上述實施例所揭露之需量限定值計算方法、需量控制方法及其系統，其提供一個標準作法(如步驟S202-S206)以計算需量限定值：根據這家商店過去近似需量值去估計出一個適合該店的需量限定值，避免需量限定值設定過高而導致用電量超過契約容量的超額費用，也可以避免因為需量限定值設定過低而導致系統不斷卸載而無法正常運作的窘境。除此之外，本實施例之需量限定值計算方法可以因應不同屬性的場所/控制對象提供適切的需量限定值，可茲應用的層面也更廣。另外，本發明人之需量限定值可動態調整：每隔一段時間會更新需量限定值(步驟S208)，吸收因季節、顧客量等變動因素造成的用電需量變異，讓據以控制的需量限定值更加地有彈性，可資應用的層面也更廣。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧需量控制系統

110‧‧‧測量單元

120‧‧‧控制單元

130‧‧‧第一用電設備

132‧‧‧第二用電設備

S200-S222‧‧‧步驟

第1圖繪示依照本發明之第一實施例的一種需量限定值計算方法的流程圖。

第2圖為第1圖中需量限定值設定流程的幾何關係圖。

第3圖繪示依照本發明之第二實施例的一種需量控制系統的方塊圖。

第4圖繪示依照本發明之第二實施例的一種需量控制方法的流程圖。

S202-S208‧‧‧步驟

Claims

一種需量限定值的計算方法，包括：將複數筆需量值由大至小或由小至大並依順序等間距排序成一曲線；將該些需量值中之一最大需量以及一最小需量連成一直線；及找出該曲線到該直線垂直距離最大的該筆需量值，並令該筆需量值為該需量限定值。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該需量限定值的計算方法更包括：檢查是否具有更新過的需量值；以及若有，則據以更新該需量限定值。
一種需量控制方法，包括：設定一需量限定值，包括：將複數筆時段的需量值由大至小或由小至大並依順序等間距排序成一曲線；將該些需量值中之一最大需量以及一最小需量連成一直線；及找出從該曲線到該直線垂直距離最大的該筆需量值，並令該筆需量值為該需量限定值；於一時段內之一單位時間結束時測量用電量，並根據該測量用電量估算該時段之一需量；以及若該估算的需量大於該需量限定值，則卸載一用電設備。
如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該需量限定值的計算方法更包括：檢查是否具有更新過的需量值；以及若有，則據以更新該需量限定值。
如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該方法更包括：於該時段內另一單位時間結束時測量用電量，並根據該測量用電量估算該時段之一另一需量；若另一估算的需量超過該需量限定值，則卸載另一用電設備。
如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該方法更包括：若為一時段之初，則啟動該用電設備。
如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該時段包括N個單位時間，其中包括n個單位時間為一忽略時間，n≦N，該方法更包括：判斷是否為忽略時間；以及若是，則根據該忽略時間的用電量定義一需量值。