TWI509942B - 多電源供電系統之電力管理方法 - Google Patents

Description

多電源供電系統之電力管理方法

本發明是有關於一種電力管理方法，特別是有關於一種多電源供電系統之電力管理方法。

隨著科技發展與進步，人們對於能源需求日益增加，目前世界各國的市電(electrical grid)來源包括有火力發電、水力發電、天然氣發電與核能發電等，其中核能發電的效率雖然不錯，但是核能發電的運轉安全性是需要審慎注意的，並且其後續的廢料處理也較為複雜，所以各國目前都在朝綠色能源科技進行研究。綠色能源科技是一種能夠取之不盡，用之不竭且不會造成環境污染的永續能源，舉例來說，太陽能發電就是一種綠色能源科技，其主要是利用光電半導體材料的特性將太陽光轉換為電力，進而提供用戶的電力需求。然而，目前太陽能發電的效率仍受到材料以及自然環境參數的限制，光電轉換效率不佳，換句話說，目前太陽能發電並不能做有效的利用。其他自然能源例如風力能、水力能、以及地熱能也都遭遇相同問題。

本發明提出一種多電源供電系統之電力管理方法，可根據自發電電源的發電量、負載所需的供電電量、市電電價資訊、目前電池電量與安全存量，以決定多電源供電系統的供電模式，進而降低用電成本。

因此，本發明實施例的多電源供電系統之電力管理方法， 其多電源供電系統分別耦接於自發電電源、市電電源、網際網路與伺服器，以提供負載所需的供電電量，其多電源供電系統包括有控制模組、電池模組與使用者介面模組，其電力管理方法包括有：接收市電電價資訊；設定電池模組的安全存量；及依據自發電電源的發電量、負載所需的供電電量、市電電價資訊、目前電池電量與安全存量，決定供電模式。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參照圖1，圖1係為本發明實施例之系統方塊圖。如圖1所示，本發明實施例之多電源供電系統10分別耦接於自發電電源50、其他自發電電源60、市電電源70、網際網路90與伺服器100。所述的多電源供電系統10用以提供負載80所需的供電電量。多電源供電系統10包括有控制模組20、電池模組30與使用者介面模組40。負載80可例如是民生用電，家庭用電，以及工業用電等，然不以此為限．

控制模組20用以執行電力管理程序、供電模式與/或保護機制。更進一步說，控制模組20依據自發電電源50以及其他自發電電源60的發電量、負載80所需的供電電量、市電電源70的電價資訊、目前電池模組30的電量與安全存量，以決定供電模式。控制模組20具有計時、運算、量測與/或訊號轉換(例如，類比訊號轉數位訊號，或數位訊號轉類比訊號)等功能。另外，控制模組20還計算電池模組30的安全存量，而所述的安全存量的定義與計算過程將配合圖3一併說明。所述的控制模組20可以使用例如特殊用途積體電路 (Application-specific integrated circuit,ASIC)、現場可程式邏輯閘陣列(FPGA)、微控制器(MCU)等積體電路或邏輯電路實現。

如圖1所示，電池模組30耦接於控制模組20。電池模組30由二次電池所組成。電池模組30用以儲存來自於自發電電源50、其他自發電源60或市電電源70的電力。所述的電力可為交流電源或直流電源，並透過交/直流轉換電路將電力轉換成所需的電源類型，以輸出給負載80。電池模組30可包括但不限制為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰鈷電池、鋰錳電池與/或磷酸鋰鐵電池。另外，當電池模組30的溫度過高時，多電源供電系統10則停止對電池模組30進行充電或放電，以保護電池模組30。

使用者介面模組40耦接於控制模組20。使用者介面模組40用以提供使用者進行資料輸入(例如，安全存量的數值)、資料刪除、設定變更(例如，切換供電模式)或數據更新等工作，進而讓使用者對多電源供電系統10進行控制。使用者介面模組40可包括有資料輸入介面(例如，鍵盤、滑鼠)、資料顯示介面(例如，螢幕)與/或資料傳輸介面(例如，USB埠、網路埠等)。在本發明的實施例中，使用者介面模組40可例如是觸控式螢幕，但不以此為限。另外，當使用者需要攜帶多電源供電系統10外出時，可先透過使用者介面模組40切換或設定供電模式，此時，多電源供電系統10會將電池模組30充電至滿電存量，以供外出使用。同樣的，當多電源供電系統10接收到預警的斷電資訊時，亦會於市電電源斷電前預先將電池模組30充電至滿電存量。

自發電電源50耦接於多電源供電系統10。自發電電源50用以將能源轉換為電力。在本發明實施例中，自發電電源50 可例如是由太陽能發電模組提供。其他自發電源60耦接於多電源供電系統10。其他自發電源60也是用以將能源轉換為電力。在本發明實施例中，其他自發電源60可例如是由風力、水力、地熱能與/或生質能發電模組提供，然不以此為限。市電電源70耦接於多電源供電系統10。市電電源70用以提供交流電源。市電電源70可提供110伏特、220伏特或其他電壓規格的交流電源。

如圖1所示，網際網路90耦接於多電源供電系統10。網際網路90用以提供多電源供電系統10傳送或接收資訊、資料與/或訊號至伺服器100。網際網路90可例如是由無線網路與/或有線網路所構成。

伺服器100耦接於網際網路90。伺服器100用以提供控制模組20執行電力管理程序與保護機制所需的資訊與資料。在本發明的實施中，伺服器100可提供天氣資訊(例如，太陽照度值、一雲量值、一氣溫值、一風速值、一風向值與濕度值等的天氣資料)與/或供電資訊(例如，市電停電資訊)，或者伺服器100可儲存使用者用電紀錄(例如，用戶端的使用歷程)。

如上所述，本發明實施例中的多電源供電系統10可利用所述的天氣資訊、用電資訊與供電資訊，並透過機器學習(Machine Learning)的方法建立預測模型。所述的預測模型可根據每日取得的隔日天氣預報資料與日期資訊後，獲得到隔日的預測發電量，進而動態調整安全存量的數值，藉此可提升用電效率。

接著，請參照圖2，圖2係為本發明實施例之用電、供電與電費的關係示意圖。如圖2所示，水平軸表示的是時間，左邊的垂直軸表示的是負載80所消耗的功率，右邊的垂直軸表 示的是市電電源70的電費。

首先，曲線201係為單日電價曲線，在時間為7點之後與時間為23點之前的期間屬於尖峰電價，而曲線201在時間為23點之後與時間為7點之前的期間屬於離峰電價。曲線203係為自發電電源50的單日發電量，曲線205係為負載單日用電量。

本發明實施例中的多電源供電系統10於凌晨的離峰電價期間，由於自發電電源50(例如，太陽能發電)在未能具備適合的自然環境參數的情況時，發電量小於負載80的用電需求，因此市電電源70提供電力給負載80，並將電池模組30的電量維持在安全存量。藉此，將具有相對便宜的電力儲存於電池模組30中。

接著，多電源供電系統10於尖峰電價期間，並且自發電電源50的發電量小於負載80的用電需求時(即曲線203低於曲線205的期間)，則由電池模組30供電給負載80。藉此，將原先儲存於電池模組30中具有相對便宜的電力提供給負載80使用，以降低用電成本。另外，當電池模組30中的電力不足以或無法供應給負載80使用時，則由其他自發電源60或市電電源70供電。

接下來，多電源供電系統10於尖峰電價期間，並且自發電電源50的發電量大於負載80的用電需求時(即曲線203高於曲線205的期間)，則由自發電電源50供電給負載80使用，以降低用電成本，並且對電池模組30進行充電。

接下來，請一併參照圖1與圖3，圖3係為本發明實施例之多電源供電系統之電力管理方法步驟流程圖。如圖3所示，首先，在步驟S301中，多電源供電系統10可透過網際網路 90或者使用者介面模組40接收市電電價資訊。所述的市電電價資訊包括有離峰電價與尖峰電價。

接著，在步驟S303中，使用者可透過使用者介面模組40輸入或更改電池模組30的安全存量，或者，由多電源供電系統10經由網際網路90至伺服器100取得安全存量資訊自動設定電池模組30的安全存量。所述的安全存量為低於滿電存量的電池儲存電量。舉例來說，當市電電源70無預警斷電時，電池模組30的安全存量需可以供電給負載80使用，並維持數小時(例如，四小時)的電力。另外，在本發明的另一個實施例中，步驟S301與步驟S303的順序亦可交換。

如上所述，在本發明的另一個實施例中，安全存量可根據使用者用電資料進行計算而決定，而所述的使用者用電資料包括有至少一筆週期單日用電資料與週期平均用電資料。另外，多電源供電系統10可透過設定過濾條件來篩選使用者用電資料。更進一步說，符合過濾條件的至少一筆週期單日用電資料會被定義為異常資料，並於刪除異常資料後組成所述的使用者用電資料。舉例來說，可利用平均值(average)與標準差(standard variation)的計算公式過濾異常資料，例如是，一筆週期單日用電資料與週期平均用電資料的差大於兩倍標準差，則過濾該筆週期單日用電資料，藉以避免安全存量的數值受到非常態資料的影響。

如上所述，在本發明的另一個實施例中，安全存量可根據使用者用電資料與自發電發電量預測資訊而決定，而使用者用電資料包括有至少一筆今日以前的用電資料。所述的用電資料亦可加入權重值(weight)的概念。舉例來說，計算一個週期當日的平均使用電量，以做為下一個週期的參考，並且可將越接 近的日期的權重值設為越高。所述的自發電發電量預測資訊根據包括有太陽照度值、光入射角度、雲量值、氣溫值、風速值、風向值與濕度值的天氣資料而決定。同樣的，符合過濾條件的至少一筆今日以前的用電資料被定義為異常資料，並於刪除異常資料後組成使用者用電資料。

接下來，在步驟S305中，多電源供電系統10判斷自發電電源50或其他自發電源60的發電量是否大於負載80所需的供電電量。舉例來說，多電源供電系統10可透過發電量的功率瓦數與供電電量的功率瓦數來進行判斷。

在步驟S317中，當自發電電源50或其他自發電源60的發電量大於負載80所需的供電電量時，以自發電電源50或其他自發電源60提供負載80所需的供電電量，並且對電池模組30進行充電。

接下來，在步驟S307中，當自發電電源50的發電量小於負載80所需的供電電量時，則進一步判斷目前市電電價為離峰電價或尖峰電價。如圖2所示，離峰電價低於尖峰電價。

在步驟S315中，當目前市電電價為尖峰電價時，以電池模組30提供負載80所需的供電電量，藉以降低用電成本。在步驟S309中，當目前市電電價為離峰電價時，則進一步判斷電池模組30的目前電池電量是否大於安全存量。接下來，當目前電池電量大於安全存量時，則進入步驟S315。在步驟S313中，當目前電池電量小於安全存量時，則由以市電電源70提供負載80所需的供電電量，並且對電池模組30進行充電至安全存量。

綜上所述，本發明的多電源供電系統之電力管理方法，係利用在離峰市電期間，將電池模組的電量維持在足夠備用的安 全存量狀態，並保留足夠儲能空間，以儲存在具備自然電所需的自然環境參數的情況時自發電所產生的電力。接著，在具備自然電所需的自然環境參數的情況下的尖峰市電期間，由自發電所產生的電力提供家庭用電，並利用其餘的自發電電力替電池充電。然後，在未能具備自發電所需要的自然環境參數下的尖峰市電期間，使用儲存有自發電電力的電池模組提供家庭用電，進而讓用電成本最小化。

雖然本發明已以實施例揭露如上，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內，當可作些許之更動與潤飾，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。

10‧‧‧多電源供電系統

20‧‧‧控制模組

30‧‧‧電池模組

40‧‧‧使用者介面模組

50‧‧‧自發電電源

60‧‧‧其他自發電源

70‧‧‧市電電源

80‧‧‧負載

90‧‧‧網際網路

100‧‧‧伺服器

201~205‧‧‧曲線

S301~S317‧‧‧方法步驟說明

圖1繪示為本發明實施例之系統方塊圖。

圖2繪示為本發明實施例之用電、供電與電費的關係示意圖。

圖3繪示為本發明實施例的多電源供電系統之電力管理方法步驟流程圖。

S301~S317‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種多電源供電系統之電力管理方法，該多電源供電系統分別耦接於至少一自發電電源、一市電電源、一網際網路與一伺服器，以提供一負載所需的供電電量，該多電源供電系統包括有一控制模組、一電池模組與一使用者介面模組，該電力管理方法包括有：接收一市電電價資訊；設定該電池模組的一安全存量；及依據該自發電電源的發電量、該負載所需的供電電量、該市電電價資訊、及該電池模組之一目前電池電量與該安全存量的群組中至少兩者，決定一供電模式；其中，該多電源供電系統之電力管理方法，更包含取得一斷電資訊，用以於該市電電源斷電前預先將該電池模組充電至滿電存量，以提供該負載所需的供電電量；其中，該安全存量係為低於該電池模組之一滿電存量的電池儲存電量，該安全存量可根據一使用者用電資料進行計算而決定，該安全存量亦可根據該使用者用電資料與該自發電電源的一發電量預測資訊而決定。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多電源供電系統之電力管理方法，其中決定該供電模式之步驟包含當該自發電電源的發電量大於該供電電量時，以該自發電電源提供該負載所需的供電電量，並且對該電池模組進行充電。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多電源供電系統之電力管 理方法，其中決定該供電模式之步驟包含當該自發電電源的發電量小於該供電電量時，依據該市電電價資訊與該安全存量的關係，決定該供電模式。
4. 如申請專利範圍第3項所述之多電源供電系統之電力管理方法，其中該供電模式包含當該市電電價資訊為一尖峰電價時，以該電池模組提供該負載所需的供電電量。
5. 如申請專利範圍第3項所述之多電源供電系統之電力管理方法，其中該供電模式包含當該市電電價資訊為一離峰電價，且該目前電池電量大於該安全存量時，以該電池模組提供該負載所需的供電電量。
6. 如申請專利範圍第3項所述之多電源供電系統之電力管理方法，其中該供電模式包含當該市電電價資訊為一離峰電價，且該目前電池電量小於該安全存量時，以該市電電源提供該負載所需的供電電量，並且對該電池模組進行充電至該安全存量。
7. 如申請專利範圍第1項所述之多電源供電系統之電力管理方法，其中該安全存量係根據使用者經由該使用者介面模組輸入而決定，且該安全存量不大於一滿電存量。
8. 如申請專利範圍第1項所述之多電源供電系統之電力管理方法，其中該安全存量係根據一使用者用電資料決定，其中該使用者用電資料包含至少一週期單日用電資料與一週期平 均用電資料。
9. 如申請專利範圍第1項所述之多電源供電系統之電力管理方法，其中該安全存量係根據該自發電電源的該發電量預測資訊決定，其中該自發電電源的該發電量預測資訊係根據該網際網路提供複數個氣候參數決定。
10. 如申請專利範圍第9項所述之多電源供電系統之電力管理方法，其中該些氣候參數包含一光照度值、一光入射角度、一雲量值、一氣溫值、一風速值、一風向值與一濕度值。