TWI454712B - 用電量監控系統 - Google Patents

Description

用電量監控系統

本發明係關於一種用電量監控系統，尤其是一種兼顧建築物之用電量及使用者需求之用電量監控系統。

按，由於生活水平提升及全球暖化等因素，工業及民生用電量均大幅增加，然而，因為能源價格波動及環保意識抬頭等因素，使得能源開發面臨諸多難處，使得用電成本逐漸攀升。

此外，據中華民國經濟部統計，台灣住宅商業大樓的耗電量佔總電源消耗量的34%，僅次於工業用電(佔50%)，其中台灣老舊建築物(例如：公寓)的用電量中，有52%以上耗電係用於照明及空調；而且，在家庭年平均耗電量中，更有7.4%是屬於「待機耗電」。

是以，建築物的使用者在滿足自身需求(例如：照明及空調等)的情形下，如何正確的節約能源，使能源消耗得以降低，乃是刻不容緩的課題。其中，為了管理負載用電量(Power Usage of Loads)，已有多種有效的遠端負載管理方式逐漸誕生，例如：智慧型電表、智慧電網及智慧照明調控設備等，使得電力系統得以結合網路，而達到電力監控的需求。

請參閱第1圖所示，如中華民國公開第200918905號「即時顯示系統用電量之電力監控裝置」發明專利申請案，揭示一種習知用電量監控系統9，包含一電力線91、一 電磁感應單元92、一處理單元93及一顯示單元94，該電力線91用以配送電力，該電磁感應單元92環繞該電力線91，該處理單元93電性連接該電磁感應單元92，該顯示單元94電性連接該處理單元93，其中該處理單元93設有一整流濾波電路931、一放大電路932及一轉換比較電路933。藉此，該電磁感應單元92可感應該電力線91之電流變化，並供該處理單元93產生一用電信號，使該顯示單元94依據該用電信號顯示一用電資訊，以便使用者作為用電調整之參考。

惟，習知用電量監控系統9僅可顯示該用電資訊，使用者須以手動方式調整用電量，習知用電量監控系統9無法利用該用電資訊自動進行用電量監控作業，對於需兼顧「節省人力資源」與「管理負載用電量」的用電環境而言，仍須加以改良。

綜上所述，習知用電量監控系統9除了會有「無法自動監控用電量」問題，而且會有無法兼顧「節省人力資源」與「管理負載用電量」之疑慮，在實際使用時更衍生不同限制與缺點，確有不便之處，亟需進一步改良，以提升其實用性。

本發明的目的乃改良上述之缺點，以提供一種用電量監控系統，藉由電力線監控負載用電量，以便兼顧節省人力資源與管理負載用電量之雙重需求。

一種用電量監控系統，係包含：一傳輸介質，用以傳 輸電力；一管理模組，耦接該傳輸介質；及一控制模組，耦接該傳輸介質及至少一受控設備；其中，該傳輸介質係供該管理模組及該控制模組相互通訊，該管理模組透過該控制模組監視該受控設備之運作狀態，並透過該控制模組控制該受控設備。

其中，該傳輸介質為電力線。

其中，該受控設備為無線受控設備。

其中，該受控設備為有線受控設備。

其中，該管理模組設有一載波單元、一量測單元、一處理單元、一輸入單元及一輸出單元，該載波單元及該量測單元耦接該傳輸介質，該處理單元電性連接該載波單元、該量測單元、該輸入單元及該輸出單元。

其中，該控制模組為一第一控制模組，設有一載波單元、一處理單元、一輸入單元、一遙控單元及一輸出單元，該載波單元耦接該傳輸介質，該處理單元電性連接該載波單元、該輸入單元、該遙控單元及該輸出單元，該遙控單元耦接一第一受控設備。

其中，另包含一第二控制模組，設有一載波單元、一處理單元、一輸入單元、一電控單元及一輸出單元，該載波單元耦接該傳輸介質，該處理單元電性連接該載波單元、該輸入單元、該電控單元及該輸出單元，該電控單元耦接一第二受控設備。

其中，該第一受控設備為空調設備、電視設備、音響設備或保全設備。

其中，該控制模組包含一第二控制模組，設有一載波 單元、一處理單元、一輸入單元、一電控單元及一輸出單元，該載波單元耦接該傳輸介質，該處理單元電性連接該載波單元、該輸入單元、該電控單元及該輸出單元，該電控單元耦接一第二受控設備。

其中，該第二受控設備為照明設備、電熱設備或抽水設備。

其中，該管理模組係由一管理程式產生至少一控制命令控制該控制模組。

其中，該管理程式設有至少一運作門檻值，當該受控設備的運作實際值高於該運作門檻值時，該管理程式進行一負載管理程序，並於一卸載時間後，傳送該控制命令至該控制模組，關閉該受控設備之部分或全部。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本發明全文所述之「電力線」(Power Line)，係指利用電力線作為電力及通訊傳輸介質，使電力線可以兼具「電力傳輸」及「資料通訊」功能，用以供應負載用電量及監控負載用電量，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

本發明全文所述之「耦接」(Coupling)，係指二端之間經由有線實體或無線媒介，例如：金屬導體或電磁感應等，使該二端之間可以進行資料通訊，係本發明所屬技術 領域中具有通常知識者可以理解。

本發明全文所述之「控制命令」(Control Command)，係指由管理模組所發出的命令，用以控制第一控制模組或第二控制模組，使該第一控制模組或第二控制模組依據該命令而運作，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

請參閱第2圖所示，其係本發明用電量監控系統較佳實施例之系統示意圖，其係包含一傳輸介質1、一管理模組2及一控制模組3，該傳輸介質1電性連接該管理模組2及控制模組3。

該傳輸介質1係由習知電力線通訊(Power Line Communication，PLC)介質構成，例如：銅或銀等電力線，供一電力系統(圖未繪示)傳輸電力至該管理模組2及控制模組3，並傳輸通訊資料，供該管理模組2及控制模組3之間相互通訊。在此實施例中，該傳輸介質1係以載波方式進行低速載波通訊，例如：可採用100至400千赫茲(kHz)頻帶傳輸信號，惟不以此為限，使該管理模組2及控制模組3之間可以透過該傳輸介質1收發通訊資料載波(Carrier)，例如：利用調變(modulation)/解調(demodulation)技術進行資料通訊，其係熟知該項技藝者可以理解，在此容不贅述。

該管理模組2包含訊號收發、訊號量測、資料處理及資料輸出/入等功能的電路或裝置，該管理模組2耦接該傳輸介質1，用以監視該控制模組3的操作狀態，例如：開關狀態、溫度設定 等，作為控制該控制模組3的依據，例如：開/關用電設備或調整調整設定溫度等。在此實施例中，該管理模組2係設有一載波單元21、一量測單元22、一處理單元23、一輸入單元24及一輸出單元25，該載波單元21及量測單元22耦接該傳輸介質1，該處理單元23電性連接該載波單元21、量測單元22、輸入單元24及輸出單元25。

其中，該載波單元21可選為習知電力線載波數據傳輸器等載波傳輸裝置，用以傳送至少一控制命令至該傳輸介質1，或由該傳輸介質1接收上述運作狀態；該量測單元22可選為習知比流器、比壓器或訊號擷取轉換電路等電氣參數擷取裝置，用以量測至少一市電參數(例如：電壓、電流、相角、有效功率或無效功率等用電資料)，並將該市電參數轉換為該處理單元23所需之訊號格式，例如：將155.5伏特之市電電壓轉成振幅為2伏特的電壓，諸如此類；該處理單元23可選為微處理機(Micro Processor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor)或各式電腦(Computer)等資料處理裝置，該處理單元23係由該載波單元21、量測單元22及輸入單元24(例如：鍵盤及其解碼器)接收上述運作狀態、市電量測結果及使用者輸入的資料，並由一管理程式(Program)產生該控制命令，以便透過該載波單元21及該傳輸介質1傳送至該第一控制模組3及第二控制模組4，還可將上述控制命令、運作狀態、市電量測結果或使用者輸入的資料輸出至該輸出單元25，例如：液晶螢幕(LCD)等顯示器。

該控制模組3可依需求選為無線或有線控制模組，該控制模組3包含訊號收發、電器控制、資料處理及資料輸出/入等功能的電路或裝置，該控制模組3耦接該傳輸介質1及至少一受控設備A，用以接收來自該管理模組2或使用者輸入之控制命令，而輸出至少一控制訊號，以便控制該受控設備A，例如：空調、電視、音響、保全設備等無線受控設備或照明、電熱、抽水設備等有線受控設備等。在此實施例中，該控制模組3包含一第一控制模組3a及一第二控制模組3b，該第一控制模組3a及第二控制模組3b分別以一無線控制模組及一有線控制模組作為實施態樣，使該第一控制模組3a控制至少一無線受控設備，且該第二控制模組3b控制至少一有線受控設備，惟不以此為限。

其中，第一控制模組3a係設有一載波單元31、一處理單元32、一輸入單元33、一遙控單元34a及一輸出單元35，該載波單元31耦接該傳輸介質1，該處理單元32電性連接該載波單元31、輸入單元33、遙控單元34a及輸出單元35，該遙控單元34a耦接至少一第一受控設備A1；而且，在本實施例中，雖然該第一受控設備A僅以一空調設備作為實施態樣，惟不以此為限。

另一方面，該第二控制模組3b係設有一載波單元31’、一處理單元32’、一輸入單元33’、一電控單元34b及一輸出單元35’，該載波單元31’耦接該傳輸介質1，該處理單元32’電性連接該載波單元31’、輸入單元33’、電控單元34b及輸出單元35’，該電控單元34b耦接至少一第二受控設備A2；而且，在本實施例中，雖然該第二受控設備 A2僅以一照明設備作為實施態樣，惟不以此為限。

其中，該載波單元31、31’與該管理模組2之載波單元21大致相同，用以傳送該第一控制模組3之運作狀態至該傳輸介質1，或由該傳輸介質1接收來自該管理模組2之控制命令。

該處理單元32、32’與該管理模組2之處理單元23大致相同，其中，該處理單元32係用以由該載波單元31及輸入單元33(例如：鍵盤及其解碼器)接收上述控制命令，並由一第一控制程式產生至少一第一控制訊號，以便透過該遙控單元34a(例如：紅外線遙控器或Zigbee短距離無線收發器等)傳送對應的遙控訊號至該第一受控設備A，使該第一受控設備A依據該管理模組2或使用者之控制而運作。同理，該處理單元32’係用以由該載波單元31’及輸入單元33’(例如：鍵盤及其解碼器)接收上述控制命令，並由一第二控制程式產生至少一第二控制訊號，以便透過該電控單元34b(例如：固態繼電器或其他電力控制開關等)傳送對應的遙控訊號至該第二受控設備A2，使該第二受控設備A2依據該管理模組2或使用者之控制而運作。此外，上述控制命令、運作狀態或第一控制訊號還可輸出至該輸出單元35(例如：液晶螢幕)；且上述控制命令、運作狀態或第二控制訊號還可輸出至該輸出單元35’。

本發明用電量監控系統較佳實施例於使用時，可由該管理模組2透過該傳輸介質1，用以監視該第一控制模組3a(即無線控制模組)及第二控制模組3b(即有線控制模 組)的操作狀態(例如：開關狀態、溫度設定等)，並透過該管理模組2之量測單元22偵測上述設備的用電資料，例如：電壓、電流或功率等。因此，該管理模組2之管理程式可根據該用電資料與內部設定的運作門檻值相比較，作為控制該第一控制模組3a及第二控制模組3b的依據，例如：開/關用電設備，調整調整設定溫度等。

另一方面，該第一控制模組3a及第二控制模組3b可透過該傳輸介質1擷取該管理模組2之控制命令，並偵測該使用者是否有輸入控制資料(例如：手動調整或開關局部設備之參數)，進而依據該控制命令或控制資料控制該第一受控設備A1及第二受控設備A2，並顯示該消耗電流或功率等參數，供使用者作為局部手動控制之參考。。

其中，該管理模組2之管理程式可以設定至少一運作門檻值，例如：電壓、電流臨界值或企業與電力公司之間的契約容量等。倘若該運作門檻值(例如：電流臨界值)設為1.5安培(A)，當該第一受控設備A1及第二受控設備A2的運作實際值(例如：總消耗電流)為1.8安培時，由於該運作實際值高於該運作門檻值，該管理程式可以進行一負載管理程序，於一卸載時間(例如：15秒)後，傳送該控制命令至該第一控制模組3及第二控制模組4，關閉該第一受控設備A1及/或第二受控設備A1之部分或全部，使該總消耗電流低於該電流臨界值，之後，再由該管理模組2自動開啟(或由該使用者手動開啟)已關閉之設備。其中，該管理模組2與該第一控制模組3a或第二控制模組3b之間的通訊情形係舉例說明如後。

以該管理模組2與該第二控制模組3b之間的通訊情形為例，倘若該管理模組2與該第二控制模組3b之間的通訊格式如下式(1)所示：{T,F,M,D₁ ,D₂ ,D₃ ,D₄ ,D₅ } (1)其中，各欄位皆為1字元(word)；T為接收資料的目的模組(destination module)，例如：該管理模組2、第一控制模組3a及第二控制模組3b分別表示為字元〝a〞、〝b〞及〝c〞；F為發送資料的來源模組(source module)；M為通訊命令(communication command)，例如：「詢問」表示為字元〝a〞、「回覆」表示為字元〝q〞、「控制」表示為字元〝c〞、「升溫1℃」表示為字元〝u〞及「降溫1℃」表示為字元〝d〞等；{D₁ ,D₂ ,D₃ ,D₄ ,D₅ }為五個字元之通訊資料，例如：採用{1,0,0,0,0}與{0,0,0,0,0}分別表示空調運轉或停止，或者，採用{D₁ ,1,0,0,0}與{D₁ ,0,0,0,0}分別表示編號D₁ 的照明器具開啟(ON)或關閉(OFF)，編號D₁ 可為1,2,3,4,...。

當該管理模組2欲得知該第二受控設備A2(例如：照明設備)的運作狀態時，則該管理模組2可採串列方式傳送該控制命令至該傳輸介質1，其中該控制命令的內容如下式(2)所示：{c,a,a,0,0,0,0,0} (2)該第一控制模組3a及第二控制模組3b讀取該控制命令後，先判斷第1個字元是否屬於其本身的辨識碼，若屬於其本身的辨識碼，則依序判讀該來源模組、通訊命令及通訊資料；反之，則略過該控制命令。因此，當該第二控制模 組4接獲上式(2)之控制命令後，傳送一回覆資料至該傳輸介質1，其中該回覆資料的內容如下式(3)所示：{a,c,q,0,0,0,0,0} (3)當該管理模組2接獲該回覆資料後，即可得知該第二控制模組3b所控制的第二受控設備A2皆為〝關閉〞狀態，此時，倘若該第一受控設備A1及第二受控設備A2的運作實際值仍低於該運作門檻值，則該管理模組2可以依據該管理程式之執行程序，而選擇開啟編號1的第二受控設備A2(即編號1的照明燈具)，傳送另一控制命令至該傳輸介質1，其中該回覆資料的內容如下式(4)所示：{c,a,c,1,1,0,0,0} (4)當該第二受控設備A2接獲如上式(4)所示之控制命令後，可送出該第二控制訊號至該第二受控設備A2，用以開啟編號1之照明器材，同時，傳送另一回覆資料至該傳輸介質1，如下式(5)所示：{a,c,q,1,0,0,0,0} (5)因此，使該管理模組2可以得知該第二受控設備A2之運作狀態。

藉由前揭之技術手段，本發明用電量監控系統較佳實施例所揭示的主要特點列舉如下：該管理模組2透過該傳輸介質1監視該第一控制模組3a(即無線控制模組)及第二控制模組3b(即有線控制模組)的操作狀態，例如：開關狀態、溫度設定等，並透過該管理模組2之量測單元22偵測上述用電資料，例如：電壓、電流、功率等。因此，該管理模組2可根據該用電資料與內部設定的運作門檻值 相比較，作為控制該第一控制模組3a及第二控制模組3b的依據，例如：開/關用電設備，調整調整設定溫度等。

當該用電量過高時，該管理模組2可以傳送該控制命令至該第一控制模組3a及第二控制模組3b，關閉該第一受控設備A1及第二受控設備A2，使該用電量降低，之後，再由該管理模組2或該使用者伺機調整該第一受控設備A1及第二受控設備A2之狀態。

因此，本發明用電量監控系統之管理模組2藉由該傳輸介質1、第一控制模組3a及第二控制模組3b，可以自動監控該第一受控設備A1及第二受控設備A2之用電量，同時，還可以由該使用者手動控制第一控制模組3a及第二控制模組3b，以局部調整該第一受控設備A1及第二受控設備A2，以滿足不同使用環境之用電量監控需求，進而兼顧「節省人力資源」與「管理負載用電量」，此乃本發明之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，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。

〔本發明〕

1‧‧‧傳輸介質

2‧‧‧管理模組

21‧‧‧載波單元

22‧‧‧量測單元

23‧‧‧處理單元

24‧‧‧輸入單元

25‧‧‧輸出單元

3‧‧‧控制模組

3a‧‧‧第一控制模組

3b‧‧‧第二控制模組

31,31’‧‧‧載波單元

32,32’‧‧‧處理單元

33,33’‧‧‧輸入單元

34a‧‧‧遙控單元

34b‧‧‧電控單元

35,35’‧‧‧輸出單元

A‧‧‧受控設備

A1‧‧‧第一受控設備

A2‧‧‧第二受控設備

〔習知〕

9‧‧‧習知用電量監控系統

91‧‧‧電力線

92‧‧‧電磁感應單元

93‧‧‧處理單元

931‧‧‧整流濾波電路

932‧‧‧放大電路

933‧‧‧轉換比較電路

94‧‧‧顯示單元

第1圖：習知用電量監控系統之系統示意圖。

第2圖：本發明用電量監控系統較佳實施例之系統示意 圖。

1‧‧‧傳輸介質

2‧‧‧管理模組

21‧‧‧載波單元

22‧‧‧量測單元

23‧‧‧處理單元

24‧‧‧輸入單元

25‧‧‧輸出單元

3‧‧‧控制模組

3a‧‧‧第一控制模組

3b‧‧‧第二控制模組

31,31’‧‧‧載波單元

32,32’‧‧‧處理單元

33,33’‧‧‧輸入單元

34a‧‧‧遙控單元

34b‧‧‧電控單元

35,35’‧‧‧輸出單元

A‧‧‧受控設備

A1‧‧‧第一受控設備

A2‧‧‧第二受控設備

Claims (10)

1. 一種用電量監控系統，係包含：一傳輸介質，用以傳輸電力；一管理模組，耦接該傳輸介質；及一控制模組，耦接該傳輸介質及至少一受控設備；其中，該傳輸介質係供該管理模組及該控制模組相互通訊，該管理模組透過該控制模組監視該受控設備之運作狀態，並透過該控制模組控制該受控設備；其中該管理模組係由一管理程式產生至少一控制命令控制該控制模組，該管理程式設有至少一運作門檻值，當該受控設備的運作實際值高於該運作門檻值時，該管理程式進行一負載管理程序，並於一卸載時間後，傳送該控制命令至該控制模組，關閉該受控設備之部分或全部後，再由該管理模組自動開啟已關閉之設備。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用電量監控系統，其中該傳輸介質為電力線。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用電量監控系統，其中該受控設備為無線受控設備。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用電量監控系統，其中該受控設備為有線受控設備。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用電量監控系統，其中該管理模組設有一載波單元、一量測單元、一處理單元、一輸入單元及一輸出單元，該載波單元及該量測單元耦接該傳輸介質，該處理單元電性連接該載波單元、該量 測單元、該輸入單元及該輸出單元。
6. 如申請專利範圍第1項所述之用電量監控系統，其中該控制模組為一第一控制模組，設有一載波單元、一處理單元、一輸入單元、一遙控單元及一輸出單元，該載波單元耦接該傳輸介質，該處理單元電性連接該載波單元、該輸入單元、該遙控單元及該輸出單元，該遙控單元耦接一第一受控設備。
7. 如申請專利範圍第6項所述之用電量監控系統，另包含一第二控制模組，設有一載波單元、一處理單元、一輸入單元、一電控單元及一輸出單元，該載波單元耦接該傳輸介質，該處理單元電性連接該載波單元、該輸入單元、該電控單元及該輸出單元，該電控單元耦接一第二受控設備。
8. 如申請專利範圍第6或7項所述之用電量監控系統，其中該第一受控設備為空調設備、電視設備、音響設備或保全設備。
9. 如申請專利範圍第1項所述之用電量監控系統，其中該控制模組為一第二控制模組設有一載波單元、一處理單元、一輸入單元、一電控單元及一輸出單元，該載波單元耦接該傳輸介質，該處理單元電性連接該載波單元、該輸入單元、該電控單元及該輸出單元，該電控單元耦接一第二受控設備。
10. 如申請專利範圍第7或9項所述之用電量監控系統，其中該第二受控設備為照明設備、電熱設備或抽水設備。