TWI896153B - 自動能源管理系統及其操作方法 - Google Patents

Abstract

提供一種自動能源管理系統及其操作方法。操作方法包括：由自動需量子系統自伺服器接收自動需量反應訊息；由自動需量子系統根據自動需量反應訊息及終端設備的當前運作資訊產生最佳控制指令；由能源管理子系統自該自動需量子系統接收該最佳控制指令；以及由該能源管理子系統基於該最佳控制指令傳送控制訊號至終端設備。

Description

自動能源管理系統及其操作方法

本發明是有關於一種能源控制技術，且特別是有關於一種自動能源管理系統及其操作方法。

目前各國的電力公司皆致力於用電尖峰時期（高負載時期）的各種需量反應管理，以達成尖峰抑低、季節性用電控制及負載轉移之目的。舉例來說，可通過給予用戶回饋金或電價優惠等方式，誘使用戶於用電尖峰時期降低用電量，以利供電穩定。

據此，用戶的能源管理系統（Energy Management System，EMS）經常與電力公司配合進行自動需量反應（Automated Demand Response，ADR）作業，以達到上述之目的。

具體來說，一般的需量反應管理多是根據能源管理系統中預設的控制方式（例如是，關閉電源）來進行的。如此一來，會造成以下缺點：僅能夠固定執行預設的控制方式、無法因應實際狀況來進行電量控制以及未將費用（意即，回饋金）與調降電力所造成的後續影響納為考量條件等。

有鑑於此，本發明提供一種自動能源管理系統及其操作方法，可有效地解決上述之問題。

本發明提供一種自動能源管理系統，包含能源管理伺服器。能源管理伺服器包含儲存媒體以及處理器。處理器耦接儲存媒體。儲存媒體儲存多個模組。處理器存取和執行多個模組。多個模組包含自動需量子系統以及能源管理子系統。自動需量子系統自伺服器接收自動需量反應訊息，並根據自動需量反應訊息產生最佳控制指令。能源管理子系統自自動需量子系統接收最佳控制指令，並基於最佳控制指令傳送控制訊號至終端設備。

本發明提供一種自動能源管理系統的操作方法。操作方法包含：由自動需量子系統自伺服器接收自動需量反應訊息；由自動需量子系統根據自動需量反應訊息產生最佳控制指令；由能源管理子系統自自動需量子系統接收最佳控制指令；以及由能源管理子系統基於最佳控制指令傳送控制訊號至終端設備。

基於上述，本發明的自動能源管理系統及其操作方法，在接收到來自伺服器（電力公司）的自動需量反應（ADR）訊息後，可考慮終端設備的當前運作資訊產生控制訊號，以調整終端設備的電量，相較於先前技術提供了更有效益的控制方式。

本發明的部份實施例接下來將會配合圖式來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同圖式出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的範例。

圖1繪示本發明的一實施例的自動能源管理系統的示意圖。請參照圖1。自動能源管理系統10包含能源管理伺服器100。能源管理伺服器100包含處理器110、儲存媒體120及收發器130。在本實施例中，自動能源管理系統10可例如是屬於電信商、學校、工廠、商業大樓等大型場域。伺服器20可例如是屬於電力公司。

處理器120例如是中央處理單元（central processing unit，CPU），或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微控制單元（micro control unit，MCU）、微處理器（microprocessor）、數位信號處理器（digital signal processor，DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（application specific integrated circuit，ASIC）、圖形處理器（graphics processing unit，GPU）、影像訊號處理器（image signal processor，ISP）、影像處理單元（image processing unit，IPU）、算數邏輯單元（arithmetic logic unit，ALU）、複雜可程式邏輯裝置（complex programmable logic device，CPLD）、現場可程式化邏輯閘陣列（field programmable gate array，FPGA）或其他類似元件或上述元件的組合。處理器110耦接至儲存媒體120以及收發器130。

儲存媒體130例如是任何型態的固定式或可移動式的隨機存取記憶體（random access memory，RAM）、唯讀記憶體（read-only memory，ROM）、快閃記憶體（flash memory）、硬碟（hard disk drive，HDD）、固態硬碟（solid state drive，SSD）或類似元件或上述元件的組合，而用於儲存可由處理器110執行的多個模組，以實施本發明的操作方法。多個模組包含自動需量控制子系統121以及能源管理子系統122。

收發器130以無線或有線的方式傳送及接收訊號。收發器140還可以執行例如低噪聲放大、阻抗匹配、混頻、向上或向下頻率轉換、濾波、放大以及類似的操作。能源管理伺服器100可通過收發器130以與其他裝置（例如：伺服器20）進行通訊。在本實施例中，能源管理伺服器100與伺服器20基於國際需量反應通訊協定（Open ADR2.0b）進行通訊。

伺服器20可具有處理單元（例如：處理器但不限於此）、通訊單元（例如：各類通訊晶片、行動通訊晶片、藍牙晶片、WiFi晶片等但不限於此）及儲存單元（例如：可移動隨機存取記憶體、快閃記憶體、硬碟等但不限於此）等運行伺服器20的必要構件。

在本實施例中，伺服器20可例如是國際需量反應通訊協定中的發送端點VTN（Virtual Top Node，VTN）。自動需量控制子系統121可例如是國際需量反應通訊協定中的用戶端點VEN（Virtual End Node，VEN）。

當處於用電尖峰時期時，電力公司的伺服器20可向事先已與伺服器20完成註冊的能源管理伺服器100傳送自動需量反應訊息M-ADR，以通知能源管理伺服器100進行用電量管理。

接著，能源管理伺服器100的自動需量子系統121可通過收發器130接收自動需量反應訊息M-ADR，並根據自動需量反應訊息M-ADR以及自動能源管理系統10中的終端設備（未繪示）的當前運作資訊來產生最佳控制指令。

最後，能源管理伺服器100的能源管理子系統122可接收最佳控制指令，並基於最佳控制指令傳送控制訊號至終端設備，以控制終端設備的運作行為，達到降低用電量之目的。

圖2繪示本發明的一實施例的自動能源管理系統的示意圖；圖3繪示本發明的一實施例的自動能源管理系統的操作方法的流程圖。請同時參照圖2與圖3。

自動能源管理系統30包含能源管理伺服器300。能源管理伺服器300包含處理器310、儲存媒體320及收發器330。儲存媒體320儲存自動需量控制子系統321及能源管理子系統322。終端設備200-1~200-N例如是各式智慧家電。

在本實施例中，自動需量控制子系統321包含格式轉換模組3211、成效預測模組3212以及最佳判斷模組3213。能源管理子系統322包含自動需量整合模組3221以及閘道器3222。成效預測模組3212可例如是藉由大量的各種控制方式的實際執行歷史資料預訓練而成的多元線性迴歸（Multiple Linear Regression）模型。

在步驟S301中，能源管理伺服器300可通過收發器130自伺服器40接收自動需量反應訊息M-ADR。具體來說，當處於用電尖峰時期時，電力公司的伺服器40可向事先已與伺服器40完成註冊的能源管理伺服器300傳送自動需量反應訊息M-ADR，以通知能源管理伺服器300進行用電量管理操作。

進一步說明，伺服器40與能源管理伺服器300基於傳輸層安全性協定（TLS 1.2）進行加密資料傳遞。基於國際需量反應通訊協定（Open ADR2.0b）的自動需量反應訊息M-ADR以XML格式包裝。因此，在步驟S302中，能源管理伺服器300在接收到自動需量反應訊息M-ADR之後，可藉由格式轉換模組3211對自動需量反應訊息M-ADR進行解密，以取得需量反應參數。在本實施例中，需量反應參數可包含但不限於用電量管理操作的執行起始時間以及執行總時數，例如，執行起始時間：2023/02/24 14:00、執行時數：4小時。

接著，在步驟S303中，成效預測模組3212可根據需量反應參數以及終端設備200-1~200-N的當前運作資訊預測分別對應於多個控制方式的多個抑低功率，其中每個控制方式具有對應的權重值。當前運作資訊可例如是終端設備200-1~200-N的耗電量及其所在的場域的環境因子（例如：氣溫）等資訊。

如表1所示，假設終端設備200-1~200-N皆為冷氣機，且現有3種控制方式：卸載約定、循環控制及溫度控制，此3種控制方式所對應的權重值分別為0.3、0.6及0.9。在本實施例中，權重值為0～1之間的值，權重值越接近1代表其對應的控制方式會對終端設備200-1~200-N所在的場域造成的較低的影響程度；反之，權重值越接近0則代表其對應的控制方式會對終端設備200-1~200-N所在的場域造成的較高的影響程度。 表1

控制方式	控制方式說明	權重值
卸載約定	關閉冷氣機	0.3
循環控制	將冷氣機設定為送風模式，切換間隔30分鐘	0.6
溫度控制	將冷氣機設定至目標溫度	0.9

舉例來說，成效預測模組3212預測出對應於卸載約定的抑低功率為100 千瓦、對應於循環控制的抑低功率為50 千瓦及對應於溫度控制的抑低功率為30千瓦。成效預測模組3212可將上述預測出的多個抑低功率傳送至最佳判斷模組3213。

在步驟S304中，最佳判斷模組3213可分別根據多個抑低功率計算多個回饋金額。在本實施例中，最佳判斷模組3213可根據由伺服器40所屬的電力公司所提供的公式來計算回饋金額。公式如下： 其中，基本電費扣減比率與流動電費扣減比率關聯於執行率。

基本電費扣減比率

流動電費扣減比率

在本實施例中，自動能源管理系統30與電力公司簽約之抑低容量為40千瓦。對應於卸載約定的執行率為2.5、對應於循環控制的執行率為1.25、對應於溫度控制的執行率為0.75。

據此，最佳判斷模組3213所計算出的回饋金額如下：

在步驟S305中，最佳判斷模組3213可根據多個回饋金額及多個權重值計算多個控制分數。具體來說，最佳判斷模組3213可將回饋金額與其對應的權重值相乘，以得到控制分數。最佳判斷模組3213所計算出的控制分數如下：

在步驟S306中，最佳判斷模組3213可根據對應於最高的控制分數的最佳控制方式產生最佳控制指令。具體來說，最佳控制指令包含關聯於最佳控制方式的參數以及上述的需量反應參數。在本實施例中，循環控制為最佳控制方式，因此，最佳判斷模組3213可將關聯於循環控制的參數（例如是，送風、冷氣機、切換間隔30分鐘）以及需量反應參數（例如是，執行起始時間：2023/02/24 14:00、執行時數：4小時）作為最佳控制指令，並將最佳控制指令傳送至能源管理子系統322中的自動需量整合模組3221。

接著，在步驟S307中，自動需量整合模組3221可根據最佳控制指令產生控制訊號CON，並且，在步驟S308中，閘道器3222可將控制訊號CON傳送給終端設備200-1~200-N，以調整終端設備200-1~200-N的運作行為。舉例來說，能源管理伺服器300可基於控制訊號CON將終端設備200-1~200-N皆調整為送風模式，或是，基於控制訊號CON指示欲將終端設備200-1~200-N中其中幾個終端設備調整為送風模式。

在步驟S309中，閘道器3222可收集終端設備200-1~200-N的即時運作資訊，並將即時運作資訊傳送至自動需量整合模組3221。具體來說，即時運作資訊為終端設備200-1~200-N的即時功率。

在步驟S310中，自動需量整合模組3221可根據即時運作資訊產生電表資訊，並將電表資訊傳送至格式轉換模組3211。具體來說，電表資訊為終端設備200-1~200-N於一段時間內的累積調降功率。自動需量整合模組3221可例如是將終端設備200-1~200-N在接收到控制訊號CON之後，於一段時間內基於控制訊號CON調整運作行為所降低的累積調降功率。

在步驟S311中，格式轉換模組3211可對電表資訊進行編碼以產生成效報表Rep。具體來說，格式轉換模組3211可基於傳輸層安全性協定（TLS 1.2）對電表資訊進行加密，以符合國際需量反應通訊協定（Open ADR2.0b）的格式。

最後，在步驟S311中，格式轉換模組3211可通過收發器330將成效報表Rep傳送至伺服器40。具體來說，格式轉換模組3211可一次性地或週期性地將成效報表Rep傳送至伺服器40。在本實施例中，格式轉換模組3211可例如是在循環控制的執行時數（4小時）結束後，一次性地將成效報表Rep傳送至伺服器40，以回報終端設備200-1~200-N於此次循環控制調整中所節省的全部功率。或是，格式轉換模組3211可例如是在循環控制的執行時數中週期性地（例如，每30分鐘）將成效報表Rep傳送至伺服器40，以回報終端設備200-1~200-N於30分鐘內所節省的功率。據此，伺服器40可更精確地追蹤自動能源管理系統30在接收到自動需量反應訊息M-ADR之後所對應調降的功率。

如此一來，自動能源管理系統30可採用成效預測模型3212（多元線性迴歸模型）預測出更精確的多個抑低功率，並通過最佳判斷模組3213綜合考量多個因素，以挑選出最佳的控制方式。

另外，值得一提的是，自動能源管理系統30的使用者可通過一電子裝置（未繪示）發送新增控制資訊以新增控制方式。據此，自動需量整合模組3221可通過收發器330接收來自使用者的新增控制資訊，並將新增控制資訊傳送至自動需量控制子系統321。據此，自動需量控制子系統321可根據新增控制資訊更新成效預測模形3212，以提供更多樣的控制方式的抑低功率之預測。

圖4繪示本發明的一實施例的自動能源管理系統的操作方法的流程圖，其中此操作方法可由如圖1或圖2所示的自動能源管理系統10、30實施。請參照圖1與圖4。在步驟S401中，由自動需量子系統121自伺服器20接收自動需量反應訊息M-ADR。在步驟S402中，由自動需量子系統121根據自動需量反應訊息M-ADR及終端設備的當前運作資訊產生最佳控制指令。在步驟S403中，由能源管理子系統122自自動需量子系統121接收最佳控制指令。在步驟S404中，由能源管理子系統122基於最佳控制指令傳送控制訊號至終端設備。

綜上所述，本發明的自動能源管理系統及其操作方法，可通過成效預測模型精確地預測出多種控制方式的多個抑低功率，並通過最佳判斷模組將終端設備的實際狀況（當前運作資訊）、調降功率後所造成的影響（權重值）以及調降功率後所獲得的增益（回饋金額）納入考量條件，以動態地挑選出最合適的控制方式，可有效地解決先前技術中的缺點。

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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10、30:自動能源管理系統 100、300:能源管理伺服器 110、310:處理器 120、320:儲存媒體 121、321:自動需量控制子系統 122、322:能源管理子系統 130、330:收發器 20、40:伺服器 200-1~200-N:終端設備 3211:格式轉換模組 3212:成效預測模型 3213:最佳判斷模組 3221:自動需量整合模組 3222:閘道器 CON:控制訊號 M-ADR:自動需量反應訊息 Rep:成效報表 S301、S302、S303、S304、S305、S306、S307、S308、S309、S310、S311、S312、S401、S402、S403、S404:步驟

圖1繪示本發明的一實施例的自動能源管理系統的示意圖。 圖2繪示本發明的一實施例的自動能源管理系統的示意圖。 圖3繪示本發明的一實施例的自動能源管理系統的操作方法的流程圖。 圖4繪示本發明的一實施例的自動能源管理系統的操作方法的流程圖。

S401、S402、S403、S404:步驟

Claims (10)

1. 一種自動能源管理系統，包括：能源管理伺服器，包括：儲存媒體，儲存多個模組；以及處理器，耦接該儲存媒體，並且存取和執行該些模組，其中該些模組包括：自動需量子系統，自伺服器接收自動需量反應訊息，並根據該自動需量反應訊息及終端設備的當前運作資訊產生最佳控制指令；以及能源管理子系統，自該自動需量子系統接收該最佳控制指令，並基於該最佳控制指令傳送控制訊號至該終端設備，其中該自動需量子系統包括：格式轉換模組，對該自動需量反應訊息進行解碼，以取得需量反應參數，成效預測模型，根據該需量反應參數以及該當前運作資訊預測分別對應於多個控制方式的多個抑低功率，其中該些控制方式分別具有不同的多個權重值，最佳判斷模組，分別根據該些抑低功率計算多個回饋金額，並根據該些回饋金額及該些權重值計算多個控制分數，並根據對應於最高的控制分數的最佳控制方式產生該最佳控制指令。
2. 如請求項1所述的自動能源管理系統，其中該成效預測模型為多元線性迴歸模型。
3. 如請求項1所述的自動能源管理系統，其中該需量反應參數包括執行起始時間以及執行總時數。
4. 如請求項3所述的自動能源管理系統，其中該最佳控制指令包括該執行起始時間、該執行總時數以及關聯於該最佳控制方式的參數。
5. 如請求項1所述的自動能源管理系統，其中該能源管理子系統包括：自動需量整合模組；以及閘道器，其中該自動需量整合模組根據該最佳控制指令產生該控制訊號，該閘道器將該控制訊號傳送給該終端設備，並收集該終端設備的即時運作資訊，並將該即時運作資訊傳送至該自動需量整合模組，該自動需量整合模組根據該即時運作資訊產生電表資訊，並將該電表資訊傳送至該格式轉換模組。
6. 如請求項5所述的自動能源管理系統，其中該即時運作資訊為該終端設備的即時功率，該電表資訊為該終端設備於一段時間內的累積調降功率。
7. 如請求項5所述的自動能源管理系統，其中該格式轉換模組對該電表資訊進行編碼以產生成效報表，並將該成效報表傳送至該伺服器。
8. 如請求項5所述的自動能源管理系統，其中該自動需量整合模組接收來自使用者的新增控制資訊，並將該新增控制資訊傳送至該自動需量控制子系統，並且該自動需量控制子系統根據該新增控制資訊更新該成效預測模型。
9. 如請求項1所述的自動能源管理系統，其中該能源管理伺服器以及該伺服器基於國際需量反應通訊協定進行通訊。
10. 一種自動能源管理系統的操作方法，包括：由自動需量子系統自伺服器接收自動需量反應訊息；由該自動需量子系統根據該自動需量反應訊息及終端設備的當前運作資訊產生最佳控制指令；由能源管理子系統自該自動需量子系統接收該最佳控制指令；以及由該能源管理子系統基於該最佳控制指令傳送控制訊號至該終端設備；其中由該自動需量子系統根據該自動需量反應訊息及該終端設備的該當前運作資訊產生該最佳控制指令的步驟包括：由該自動需量子系統的格式轉換模組對該自動需量反應訊息進行解碼，以取得需量反應參數；由該自動需量子系統的成效預測模型根據該需量反應參數以及該當前運作資訊預測分別對應於多個控制方式的多個抑低功率，其中該些控制方式分別具有不同的多個權重值；以及由該自動需量子系統的最佳判斷模組分別根據該些抑低功率計算多個回饋金額，並根據該些回饋金額及該些權重值計算多個控制分數，並根據對應於最高的控制分數的最佳控制方式產生該最佳控制指令。