热泵设备能量管理装置制造方法
热泵设备能量管理装置制造方法
【专利摘要】在管理多个用户的热泵设备的能耗的管理装置中，能够实现稳定的供需调整。管理装置管理多台热泵设备，使多台热泵设备的总能耗量接近目标值。管理装置具有请求发送部、消耗信息接收部、数据库和学习部。请求发送部向各台热泵设备发送能耗请求值。消耗信息接收部从各台热泵设备接收实际能耗值。数据库存储持有各台热泵设备的用户对能耗请求值的响应特性(125)。学习部学习响应特性(125)，在数据库中体现以各用户对能耗请求值的响应的实际情况为基础的学习结果。
【专利说明】热泵设备能量管理装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及热泵设备能量管理装置。
【背景技术】
[0002]目前，基于对环境的考虑，要求增加自然能源所占的比重。
[0003]但是，自然能源容易受天气变化的影响。在风能和太阳能发电增加时，发电量将会根据天气而增减。如果总发电量和总耗电量不一致，则电力系统的频率会发生变化。如果频率发生变化，则电力系统会产生故障。为了使总发电量和总耗电量一致，提出了在蓄电池中贮存剩余电力并在发电量不足时利用蓄电池的电力进行补充等调整电力供给的方法。但是，蓄电池的价格仍然昂贵，难以配备足以进行调整的数量的蓄电池。因此，提出了调整电力需求的方法。例如，在专利文献I (日本特开2006 — 353079号公报)中提出了一种电力系统稳定化系统，其通过通信线路控制与电力系统连接的多个特定负载的消耗电力，由此使发电电力在时序上的总量与消耗电力在时序上的总量一致，以实现电力系统的频率的稳定化。
【发明内容】
[0004]发明要解决的问题
[0005]可是，专利文献I所记载的电力系统稳定化系统是将作为消耗电力的控制对象的特定负载设为自动售货机的压缩机、河流排水设备、或者农业用水的汲水泵。但是，如果这些负载不能按照预期调整消耗电力，将不能实现稳定的供需调整。并且，在如夏季和冬季那样电力供需紧张的季节中，调整许多用户持有的热泵设备所消耗的电力是很重要的。
[0006]本发明的课题是提供一种管理装置，在管理多个用户的热泵设备的能耗的管理装置中，能够实现对能量的稳定的供需调整。
[0007]用于解决问题的手段
[0008]本发明的第一方面的管理装置是管理多台热泵设备，使该多台热泵设备的总能耗量接近目标值的管理装置。该管理装置具有请求发送部、消耗信息接收部、数据库和学习部。请求发送部向各台热泵设备发送能耗请求值。消耗信息接收部从各台热泵设备接收实际能耗值。数据库存储持有各台热泵设备的用户对能耗请求值的响应特性。学习部学习响应特性，在数据库中体现以各用户对能耗请求值的响应的实际情况为基础的学习结果。
[0009]在本发明的第一方面的管理装置中，能够预测各台热泵设备如何响应能耗调整的请求。由此，在管理多个用户的热泵设备的能耗的管理装置中，能够实现稳定的供需调整。
[0010]另外，能量例如指电能，用瓦或者瓦小时等单位表示。
[0011]本发明的第二方面的管理装置是在第一方面所述的管理装置中，学习部将与季节、星期几、时间段及天气中的至少一个相关的信息和实际能耗值关联起来而对响应特性进行学习。
[0012]在本发明的第二方面的管理装置中，将季节、星期几、时间段及天气这样的信息和实际情况作为响应特性的学习基础。由此，能够得到可靠性较高的响应特性。
[0013]本发明的第三方面的管理装置是在第一或者第二方面所述的管理装置中，学习部学习作为数学模型的响应特性。
[0014]在本发明的第三方面的管理装置中，将响应特性表述为数学模型。由此，能够得到可靠性较高的响应特性。
[0015]本发明的第四方面的管理装置是在第一?第三方面中任意一个方面所述的管理装置中，请求发送部向各台热泵设备发送包含了与激励政策有关的信息的能耗请求值。
[0016]在本发明的第四方面的管理装置中，在能耗请求值中包含了激励政策。由此，能够向各用户提供依据于能耗请求值的激励政策。
[0017]本发明的第五方面的管理装置是在第一?第四方面中任意一个方面所述的管理装置中，所述管理装置还具有能耗请求接收部。能耗请求接收部从上位的能量管理装置接收能耗请求值或者能源的价格信息。
[0018]在本发明的第五方面的管理装置中，从电力公司等持有的上位的能量管理装置获得能耗请求值或者能源的价格信息。由此，能够作为在电力公司和用户之间调解能量稳定的供需调整的聚合器(aggregator)发挥作用。
[0019]本发明的第六方面的管理装置是在第一?第五方面中任意一个方面所述的管理装置中，所述管理装置还具有分配部。分配部根据响应特性向各台热泵设备分配能耗请求值。
[0020]由此，能够进行可靠性较高的能耗调整。
[0021]发明效果
[0022]根据本发明的第一方面的管理装置，在管理多个用户的热泵设备的能耗的管理装置中，能够实现稳定的供需调整。
[0023]根据本发明的第二方面和第三方面的管理装置，能够得到可靠性较高的响应特性。
[0024]根据本发明的第四方面的管理装置，能够向各用户提供依据于能耗请求值的激励政策。
[0025]根据本发明的第五方面的管理装置，能够作为在电力公司和用户之间调解能量稳定的供需调整的聚合器发挥作用。
[0026]根据本发明的第六方面的管理装置，能够进行可靠性较高的能耗调整。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是能量需求调整系统的结构的示意图。
[0028]图2是本发明的热泵设备能量管理装置的结构的框图。
[0029]图3是本发明的热泵设备的结构的示意图。
[0030]图4是热泵设备控制装置的结构的框图。
[0031 ] 图5是个体消耗计划的示例。
[0032]图6是总体消耗计划的示例。
[0033]图7是总体消耗请求的示例。
[0034]图8是个体消耗请求的示例。
[0035]图9是热泵设备的运转计划的示例。
[0036]图10是整体动作的处理流程图。
[0037]图11是响应特性学习处理的流程图。
[0038]图12是响应特性的数学模型的示例。
【具体实施方式】
[0039]下面，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的管理装置的一个实施方式。
[0040](I)整体结构
[0041]图1是示意性示出能量需求调整系统I的结构的图，该能量需求调整系统I包括作为本发明的管理装置的一例的热泵设备能量管理装置110。
[0042]能量需求调整系统I主要具有能量总括装置90、热泵设备能量管理装置110、多个热泵设备控制装置100和多台热泵设备40。能量总括装置90、热泵设备能量管理装置110及热泵设备控制装置100通过通信线路即互联网等通信网络81相连接。热泵设备控制装置100是设于热泵设备40的装置，具有作为控制热泵设备40的控制部的功能。
[0043](2)能量总括装置90
[0044]能量总括装置90是电力公司持有的装置，从热泵设备能量管理装置110来看是上位的能量管理装置。能量总括装置90收集与能量的供需相关的信息，以便进行调整使得电力公司持有的能量系统中的能量的需求与供给一致。在能量的需求即将超过供给的时间段，请求用户抑制能量的消耗。相反，在能量的供给即将超过需求的时间段，请求用户促进能量的消耗。能量总括装置90将这样的针对用户的有关能量消耗的请求决定为每个时间段(例如每I分钟)的能耗请求值。能量总括装置90将能耗请求值(图7的请求值)包含在如图7所示的数据即总体消耗请求123中，并发送给热泵设备能量管理装置110。
[0045](3)热泵设备能量管理装置110
[0046]热泵设备能量管理装置110是管理多台热泵设备40，使该多台热泵设备40的总能耗量接近目标值即总体消耗请求123的请求值的管理装置。热泵设备能量管理装置110是运营商所持有的被称为聚合器(aggregator)的服务器计算机。聚合器是汇集多家用户并代替各用户与电力公司之间进行能耗调整的调解的运营商。
[0047]热泵设备能量管理装置110从电力公司的能量总括装置90接收总体消耗请求123，根据总体消耗请求123中所包含的每个时间段(例如每I分钟)的能耗请求值,将各用户持有的热泵设备40消耗的每个时间段的能量决定为能耗请求值。热泵设备能量管理装置110将能耗请求值包含在个体消耗请求124内发送给各台热泵设备40即热泵设备控制装置100。如图8所示，个体消耗请求124是包括各台热泵设备40的ID(识别信息)、每个时间段的请求值、与作为激励政策的奖励金或者罚款相关的信息的数据。
[0048]另外，热泵设备能量管理装置110从各台热泵设备控制装置100接收各台热泵设备40的每个时间段(例如每I分钟)的能耗的计划值、和各台热泵设备40实际消耗的能耗的每个时间段的实际值。
[0049]另外，热泵设备能量管理装置110将接收到的各台热泵设备40的能耗的计划值和实际值进行合计，将合计值发送给能量总括装置90。
[0050]图2是热泵设备能量管理装置110的概略结构图。热泵设备能量管理装置110主要具有通信部111、控制部112和存储部113。
[0051](3-1)通信部
[0052]通信部111是接口，能够将热泵设备能量管理装置110与使用以太网(注册商标，以下相同)等的通信网络81连接。
[0053](3-2)存储部 113
[0054]存储部113主要由RAM、ROM和硬盘等构成。在存储部113中构建了数据库113a，该数据库113a蓄积并存储个体消耗计划121、总体消耗计划122、总体消耗请求123、个体消耗请求124、响应特性125、外部信息126、以及各台热泵设备40的运转数据103a等。并且，在存储部113中也存储有热泵设备能量管理装置110用程序等其它各种信息。
[0055](3-3)控制部 112
[0056]控制部112主要由CPU构成，执行在存储部113中存储的热泵设备能量管理装置110用程序。在执行热泵设备能量管理装置110用程序时，控制部110主要具有消耗信息发送部112a、能耗请求接收部112b、消耗信息接收部112c、合计部112d、请求发送部112e、分配部112f、学习部112g、及外部信息取得部112h。
[0057](3-3-1)消耗信息发送部112a
[0058]消耗信息发送部112a向上位的能量总括装置90发送热泵设备40的每个时间段(例如每I分钟)的能耗计划值和实际值即需求侧提供信息。具体地讲，需求侧提供信息作为如图6所示的总体消耗计划122被发送给能量总括装置90。总体消耗计划122是将如图5所示的个体消耗计划121中所包含的各台热泵设备40的每个时间段(例如每I分钟)的能耗计划值和实际值进行合计而得到的。消耗信息发送部112a例如一天一次通过通信部111向能量总括装置90发送总体消耗计划122。
[0059](3-3-2)能耗请求接收部112b
[0060]能耗请求接收部112b从上位的能量总括装置90接收有关能耗请求值的信息即供给侧提供信息。具体地讲，供给侧提供信息如图7所示作为总体消耗请求123从能量总括装置90以规定的间隔(例如10分钟)进行发送。总体消耗请求123是包括每个时间段(例如每I分钟)的能耗请求值(图7的请求值)的数据。能耗请求接收部112b通过通信部111接收总体消耗请求123并存储在存储部113中。
[0061](3-3-3)消耗信息接收部112c
[0062]消耗信息接收部112c从热泵设备40收集需求侧提供信息。具体地讲，需求侧提供信息作为如图5所示的个体消耗计划121从各台热泵设备40发送而来。个体消耗计划121是包括热泵设备40的ID (识别信息)、每个时间段(例如每I分钟)的能耗计划值和实际值的数据。
[0063]并且，消耗信息接收部112c通过通信部111从各台热泵设备40接收后述的运转数据103a。
[0064]消耗信息接收部112c通过通信部111从各台热泵设备40以规定的间隔(例如3小时)接收个体消耗计划121和运转数据103a，并通过DBMS蓄积在存储部113的数据库113a 中。
[0065](3-3-4)合计部 112d
[0066]合计部112d将来自各台热泵设备40的需求侧提供信息进行合计。具体地讲，合计部112d将存储在存储部113中的个体消耗计划121进行合计，并将合计结果作为总体消耗计划122存储在数据库113a中。
[0067](3-3-5)请求发送部 112e
[0068]请求发送部112e根据作为供给侧提供信息的总体消耗请求123，以规定的间隔(例如10分钟)向各台热泵设备40发送有关能耗的请求即能耗请求(个体消耗请求124)。如图8所示，个体消耗请求124是包括各台热泵设备40的ID (识别信息)、每个时间段的请求值、作为激励政策的奖励金或者罚款的数据。如图8所示，请求值例如是将热泵设备40的额定能力的比例设定为上限或者下限的信息。奖励金或者罚款例如是以按照电力公司与运营热泵设备能量管理装置110的经营商之间的合约约定的金额为基础，由经营商根据请求值作为激励政策分配给各台热泵设备40的。
[0069](3-3-6)分配部 112f
[0070]分配部112f对各台热泵设备40分配能耗的调整量和激励政策。具体地讲，分配部112f对各台热泵设备40分配能耗的调整量，并作为个体消耗请求124存储在数据库113a中，以便使处于管理之下的所有热泵设备40的能耗量达到总体消耗请求123中所包含的能耗请求值(图7的请求值)。并且，分配部112f也对各台热泵设备40分配奖励金和/或罚款作为遵从于能耗调整的激励政策，并包含在个体消耗请求124中。分配部112f根据针对各台热泵设备40的能耗请求值(个体消耗请求124的请求值)的响应特性125来分配调整量和激励政策。关于分配处理将在后面详细说明。
[0071](3-3-7)学习部 112g
[0072]学习部112g学习响应特性125，并在数据库113a中体现以各用户对能耗请求值的响应的实际情况为基础的学习结果。具体地讲，学习部112g例如通过机器学习，将与季节、星期几、时间段及天气中的至少一个相关的信息和实际能耗值关联起来而对响应特性125进行学习。响应特性125表示能耗的调整量的实际值和作为激励政策而给出的奖励金或者罚款的相关关系。响应特性125是数学模型，例如表述为描画出如图12所示的曲线的S形函数。
[0073](3-3-8)外部信息取得部112h
[0074]外部信息取得部112h取得作为每个时间段(例如每I分钟)的有关天气、温度及湿度等的信息的外部信息。
[0075](4)热泵设备40
[0076](4-1)热泵设备40的整体结构
[0077]图3是示意性示出热泵设备40的结构的图。
[0078]在本实施方式中，热泵设备40是制热及热水供给装置，能够进行居室的制热及热水供给。热泵设备40具有热泵单元41、热水贮存箱42、热水供给配管43、制热用循环回路44、和热泵设备控制装置100。
[0079]热泵单元41具有制冷剂回路16，将从热水贮存箱42输送过来的水加热使其成为温水。制冷剂回路16主要是将压缩机12、作为散热器的水热交换器13、作为膨胀机构的电动膨胀阀15、和蒸发器11顺序连接而构成的。水热交换器13是作为制冷剂的冷凝器发挥作用的热交换器。
[0080]热水贮存箱42贮存由热泵单元41加热后的温水。未图示的多个传感器上下排列地设置在热水贮存箱42的内侧，这些传感器检测热水贮存箱内的温水的温度，并向热泵设备控制装置100发送温度信息。热水贮存箱42通过加热用循环回路45与热泵单元I连接。加热用循环回路45使位于热水贮存箱42的下部的比较低温的温水通过水热交换器13返回到热水贮存箱42中。
[0081]热水供给配管43是如下这样的配管:其从供给水的给水配管分支出来，并被引入到设置在热水贮存箱42内的热水供给用热交换器32中，使从给水配管供给的自来水通过热水供给用热交换器32与热水贮存箱42内的温水进行热交换，从而向居室的厨房、浴缸、淋浴器等供给温水。
[0082]制热用循环回路44使贮存在热水贮存箱42内的温水经由在建筑物的居室等中作为热利用单元之一的居室内散热器而设置的多个散热器48，然后再次返回到热水贮存箱42内进行循环，由此将多个散热器48用作居室内的制热器具。
[0083]热泵设备控制装置100控制热泵设备40的压缩机12等构成要素。热泵设备控制装置100例如在热水贮存箱42内的温水的温度低于规定的下限时开始加热运转，直到温水的温度上升到规定的温度。在加热运转中，使热水贮存箱42内的温水通过加热用循环回路45流向热泵单元41，再通过水热交换器13将温水加热后使其返回到热水贮存箱42中。另夕卜，控制部47根据后述的运转计划103b控制热泵设备40的构成要素。运转计划103b除了由用户从遥控器130进行输入设定以外，还能够通过热泵设备控制装置100对热泵设备40的每天的运转数据103a进行学习而生成。另外，热泵设备控制装置100按照用户通过遥控器130进行的操作，控制热泵设备40的构成要素。
[0084](4-2)热泵设备控制装置100的具体结构
[0085]图4是热泵设备控制装置100的结构的框图。
[0086]热泵设备控制装置100主要具有通信部101、控制部102、存储部103、显示部105和输入部106。
[0087]通信部101是与以太网等通信网络81的接口。
[0088]控制部102由CPU构成，执行热泵设备控制装置100用的程序。
[0089]存储部103由ROM、RAM和硬盘等存储装置构成，存储了热泵设备控制装置100用程序、运转数据103a、运转计划103b、个体消耗计划121和个体消耗请求123等。
[0090]显示部105和输入部106是设于遥控器130而进行提供的。显示部105是触摸屏式的液晶画面。因此，该液晶画面也具有作为输入部106的功能。此外，遥控器130也具有操作用按钮，该按钮也具有作为输入部106的功能。
[0091]在执行热泵设备控制装置100用程序时，控制部102主要具有需求侧信息发送部102a、消耗请求接收部102b、运转计划生成部102c、消耗计划生成部102d、运转数据记录部102e和运转控制部102f。
[0092](4-2-1)需求侧信息发送部102a
[0093]需求侧信息发送部102a向热泵设备能量管理装置110发送热泵设备40的能耗计划值和实际能耗值。具体地讲，需求侧信息发送部102a将存储在存储部103中的数据即个体消耗计划121通过通信部101发送给热泵设备能量管理装置110。在个体消耗计划121中包含例如图5所示的当日及次日的每个时间段(例如每I分钟)的能耗计划值。并且，也包含已经经过的每个时间段(例如每I分钟)的实际能耗值。
[0094]并且，需求侧信息发送部102a通过通信部101向热泵设备能量管理装置110发送运转数据103a。
[0095]需求侧信息发送部102a以规定的间隔(例如每3小时)向热泵设备能量管理装置110发送上述数据。
[0096](4-2-2)消耗请求接收部102b
[0097]消耗请求接收部102b通过通信部101从热泵设备能量管理装置110接收个体消耗请求124。具体地讲，消耗请求接收部102b通过通信部101接收个体消耗请求124。消耗请求接收部102b将接收到的个体消耗请求124存储在存储部103中。消耗请求接收部102b以规定的间隔(例如每10分钟)从热泵设备能量管理装置110接收个体消耗请求124。在接收到个体消耗请求124后，消耗请求接收部102b命令运转计划生成部102c生成或者重新生成运转计划103b。
[0098](4-2-3)运转计划生成部102c
[0099]运转计划生成部102c生成每个时间段(例如每I分钟)的热泵设备40的运转计划 103b。
[0100]具体地讲，例如在用户设定的日程表存在的情况下，运转计划生成部102c根据该日程表生成运转计划103b。
[0101]在存储有运转数据103a的情况下，对运转数据103a进行学习，并根据该学习结果生成运转计划103b。学习例如是通过按照每个时间段计算概率最高的运转来进行的。
[0102]在日程表和运转数据103a都存在的情况下，根据日程表和运转数据103a的学习结果生成运转计划103b。
[0103]在日程表和运转数据103a都不存在的情况下，将预先初始设定的计划作为运转计划103b。
[0104]无论在哪种情况下，均生成用于使尽量在能源单价比较低时例如在夜间消耗能量的运转计划103b。
[0105]或者，在个体消耗请求124被存储在存储部103中的情况下，参照个体消耗请求124生成遵从于个体消耗请求124的运转计划103b。例如，如图9所示，运转计划103b在使用下限被设定为额定的25%的时间段(O:01)中，按照输出的25%、即压缩机12以额定的25%以上的转速进行工作来生成温水，将电力系统的剩余能量作为热量进行蓄积。在使用上限被设定为额定的50%的时间段(17:00)中，按照输出的50%以下进行制热，即不使压缩机12以超过额定的50%的转速进行工作。
[0106]运转计划103b被存储在存储部103中。
[0107](4-2-4)消耗计划生成部102d
[0108]消耗计划生成部102d根据运转计划103b生成个体消耗计划121。即，将运转计划103b变换为个体消耗计划121。具体地讲，在存储部103中存储有与热泵设备40的额定能耗量相关的数据。消耗计划生成部102d参照该数据，根据运转计划103b计算在每个时间段(例如每I分钟)中消耗的能量，并作为个体消耗计划121存储在存储部103中。
[0109](4-2-5)运转数据记录部102e
[0110]运转数据记录部102e将每个时间段(例如每I分钟)中的压缩机12的转速和/或用户的运转指示等与热泵设备40的各构成要素的工作状态相关的信息，作为运转数据103a存储在存储部103中。并且，运转数据记录部102e将每个时间段(例如每I分钟)的能耗的实际值即实际能耗值包含在个体消耗计划121内存储在存储部103中。
[0111](4-2-6)运转控制部 102f
[0112]运转控制部102f按照运转计划103b控制热泵设备40。并且，运转控制部102f按照通过遥控器130输入的用户指示控制热泵设备40。
[0113](5)动作
[0114](5-1)整体动作
[0115]关于上述的能量需求调整系统I的整体动作，从热泵设备能量管理装置110的角度进行整理，如图10的流程图所示。
[0116]在步骤SlOl中，热泵设备能量管理装置110从各台热泵设备40收集能耗计划值和实际值。具体地讲，消耗信息接收部112c通过通信部111接收从各台热泵设备40发送的个体消耗计划121。并且，消耗信息接收部112c还通过通信部111接收从各台热泵设备40发送的运转数据103a。个体消耗计划121和运转数据103a被蓄积在数据库113a中。
[0117]在接下来的步骤S102中，热泵设备能量管理装置110将各台热泵设备40的能耗计划值进行合计，并向能量总括装置90进行发送。具体地讲，合计部112d将存储部113中的各台热泵设备40的个体消耗计划121中所包含的能耗计划值和实际值进行合计，将合计结果作为总体消耗计划122存储在存储部113中。消耗信息发送部112a通过通信部111向能量总括装置90发送总体消耗计划122。
[0118]在接下来的步骤S103中，热泵设备能量管理装置110从能量总括装置90接收能耗请求值作为要消耗的能量的目标值。具体地讲，在将有关能耗请求值的信息作为总体消耗请求123从能量总括装置90发送过来时，能耗请求接收部112b通过通信部111进行接收，并将该总体消耗请求123存储在存储部113中。在总体消耗请求123中包含每个时间段(例如每I分钟)的能耗请求值。总体消耗请求123例如是如图7所示的数据。例如，在0:01分的时间段中，总体消耗请求123的请求值大于图6所示的总体消耗计划122的计划值，因而请求促进消耗。在17:00的时间段中，总体消耗请求123的请求值小于总体消耗计划122的计划值,因而请求抑制消耗。
[0119]在接下来的步骤S104中，热泵设备能量管理装置110决定各台热泵设备40的能耗的调整量及作为激励政策的奖励金或者罚款，并将该调整量及激励政策发送给各台热泵设备40。具体地讲，请求发送部112e对各台热泵设备40分配能耗的调整量及激励政策。能耗的调整量是以使总能耗达到总体消耗请求123中所包含的能耗请求值的方式而决定的。激励政策是预先与电力公司之间商定的奖励金或者罚款。能耗的调整量及激励政策是根据各台热泵设备40即各用户的响应特性125而分配的。所分配的调整量及激励政策被作为个体消耗请求124，通过通信部111被发送给各台热泵设备40。所发送的个体消耗请求124例如是如图8所示的数据。例如，在0:01分的时间段中，总体消耗请求123的请求值大于总体消耗计划122的计划值，因而使用下限被确定为热泵设备40的额定能力的25%以上，作为激励政策将奖励金设定为0.5英镑，以便促进消耗。在17:00的时间段中，总体消耗请求123的请求值小于总体消耗计划122的计划值，因而使用上限被确定为热泵设备40的额定能力的50%以下，作为激励政策将奖励金设定为0.5英镑，以便抑制消耗。
[0120]然后,流程返回到步骤S101。
[0121](5-2)分配处理详情
[0122]接下来，下文说明分配处理的一例，即分配能耗的调整量及作为激励政策的奖励金和/或罚款。
[0123]分配部112f例如使用如图12所示的示出各用户的热泵设备40的响应特性的曲线(以下称为响应曲线)，按照下面所述来分配调整量和激励政策。图12的响应曲线是用的下面的数式I表述的S形函数。即，用数学模型表述各用户的热泵设备40相对于奖励金而响应调整的特性。响应曲线是按照平日/周末等星期几、早中晚等时间段、天气、温度、湿度及季节等每种模式而准备的，采用最适合于当日的模式的响应曲线。
[0124][数式I]
[0125]/w = i+exp(—V 叫
[0126]其中，函数的系数a、b、c中的a表示增益，b表示图12中竖虚线与横轴相交的点的奖励金的值，c表示图12中横虚线与纵轴相交的点的调整量的值。
[0127]首先，生成将各台热泵设备40按照响应曲线的增益a从大到小的顺序、而且按照响应曲线的系数b的值从小到大的顺序而排列的台热泵设备40的列表。即，将以较少的奖励金来协助能耗调整请求的用户所持有的热泵设备40依次排序。
[0128]然后，从列表中的在先排序开始依次对热泵设备40分配调整量和奖励金。
[0129]在该热泵设备40的响应曲线中对应系数b的奖励金为能够分配的奖励金以下、而且对应该奖励金的调整量为能够分配的调整量以下的情况下，对该热泵设备40分配该调整量和奖励金。否则，对该热泵设备40分配能够分配的调整量和全部奖励金。所分配的调整量和奖励金分别被从能够分配的调整量及奖励金中减去。
[0130]如果能够分配的调整量有剩余，与上述情况相同地，对列表中的排下一个的热泵设备40分配调整量和奖励金。
[0131]反复上述的处理，直到所有能够分配的调整量被分配为止。
[0132]另外，在尚未蓄积到能够提取响应特性125的程度的实际能耗值等数据的初始阶段，按照热泵设备40的数量对需要分配的能耗的调整量以及能够分配的奖励金进行均等分配，并分配给各台热泵设备40。
[0133](5-3)响应特性学习处理流程
[0134]下面，使用图11的流程图来说明对响应特性进行学习的处理的流程。
[0135](5-3-1)步骤 S201
[0136]在步骤S201中，取得天气、温度及湿度等外部信息126。具体地讲，外部信息取得部112h通过互联网等通信网络81从进行提供气象数据的服务的经营商的服务器接收外部信息126。在外部信息126中包含例如与每个时间段(例如每I分钟)的天气、温度及湿度等相关的信息。所接收到的外部信息126被存储在数据库113a中。
[0137](5-3-2)步骤 S202
[0138]在步骤S202中，学习部112g对个体消耗计划121、个体消耗请求124、外部信息126及运转数据103a进行分析，并通过机器学习来提取响应特性125。学习部112g将响应模型125通过DBMS存储在数据库113a中。被存储在数据库113a中的已有的响应模型125被新生成的响应模型125更新。
[0139]具体地讲，例如学习部112g对个体消耗请求124中所包含的每个时间段的请求值、个体消耗计划121中所包含的相同时间段的能耗的计划值和实际值、以及相同时间段的运转数据103a进行分析，按照每个时间段计算各台热泵设备40的能耗的调整量的实际值。如果将个体消耗请求124的请求值和个体消耗计划121的能耗的实际值进行比较，即可得知各台热泵设备40是否调整了能耗。并且，如果参照运转数据103a，则能够得知例如在按照个体消耗请求124的请求值控制热泵设备40的过程中用户通过中断操作而解除了该控制的情况。通过将在按照个体消耗请求124被请求调整以前热泵设备40发送的个体消耗计划121中所包含的计划值、和被请求后的个体消耗计划121中所包含的实际值进行比较，能够计算出热泵设备40调整能耗时的调整量。如果参照相同时间段的个体消耗请求124，即可得知作为奖励金或者罚款的激励政策。
[0140]学习部112g提取将能耗的调整量和奖励金关联起来的学习用数据。在激励政策是罚款的情况下，提取将能耗的调整量和罚款关联起来的学习用数据。所提取的学习用数据被存储在数据库113a中。
[0141]按照平日、周末、早中晚等时间段、天气、温度、湿度及季节等每种模式将学习用数据分类。学习部112g通过机器学习从学习用数据中按照每种模式提取数式I的S形函数。即，对于每种模式按照图12所示将学习用数据进行绘图，求出数式I的S形函数中的系数
a、b、C。
[0142]所求出的系数a、b、c在与被存储在数据库113a中的系数a、b、c不同的情况下，通过新求出的系数a、b、c进行更新。即，数据库113a中的已有的响应特性125被更新为新的响应特性125。
[0143]另外，上述的对响应特性进行学习的处理是以规定的间隔(例如一天)执行的。
[0144](6)特征
[0145](6-1)在上述实施方式中，热泵设备能量管理装置110是管理多台热泵设备40，使热泵设备40的总能耗量接近作为目标值的总体消耗请求123的请求值的管理装置。热泵设备能量管理装置110具有请求发送部112e、消耗信息接收部112c、数据库113a和学习部112g。请求发送部112e将能耗请求值作为个体消耗请求124发送给各台热泵设备40 (热泵设备控制装置100)。消耗信息接收部112c从各台热泵设备40 (热泵设备控制装置100)接收包括实际能耗值的个体消耗计划121。数据库113a存储持有各台热泵设备40的用户对能耗请求值的响应特性125。学习部112g学习响应特性125，在数据库113a中体现以各用户对能耗请求值的响应的实际情况为基础的学习结果。因此，能够预测各台热泵设备40如何响应能耗调整的请求。由此，在管理多个用户的热泵设备40的能耗的管理装置中，能够实现稳定的供需调整。
[0146]另外，利用持有热缓冲器的热泵设备40进行能耗调整，因而不会大幅损害用户的便利性，能够在规定的范围内抑制电力系统频率的变动。
[0147]并且，与已有的消耗调整单元(扬水发电、蓄电池、飞轮等)相比，能够抑制设备投资的成本。
[0148](6-2)在上述实施方式中，学习部112g将与季节、星期几、时间段及天气中的至少一个相关的外部信息126和实际能耗值关联起来而对响应特性125进行学习。即，将季节、星期几、时间段及天气这样的信息和实际情况作为响应特性的学习基础。由此，能够得到可靠性较高的响应特性。
[0149](6-3)在上述实施方式中，响应特性125被表述为数学模型。由此，能够得到可靠性较高的响应特性。
[0150](6-4)在上述实施方式中，热泵设备能量管理装置110的请求发送部112e向各台热泵设备40 (热泵设备控制装置100)发送包含了与激励政策有关的信息的个体消耗请求124。由此，能够对各用户提供依据于个体消耗请求124中所包含的请求值的激励政策。
[0151 ] (6-5)在上述实施方式中，热泵设备能量管理装置110具有能耗请求接收部112b。能耗请求接收部112b从电力公司等持有的能量总括装置90接收包括能耗请求值的总体消耗请求123。由此，能够作为在电力公司和用户之间调解稳定的能量供需调整的聚合器发挥作用。
[0152](6-6)在上述实施方式中，热泵设备能量管理装置110具有分配部112f。分配部112f根据响应特性125向各台热泵设备40分配能耗请求值。由此，能够进行可靠性较高的能耗调整。
[0153](7)变形例
[0154](7-1)变形例 IA
[0155]在上述实施方式中，热泵设备能量管理装置110从电力公司的能量总括装置90接收总体消耗请求123，并向各台热泵设备40的热泵设备控制装置100发送个体消耗请求124。但是，在另一种实施方式中也可以是，能耗请求接收部112b从电力公司的能量总括装置90接收每个时间段(例如每I分钟)的有关能源单价的信息，请求发送部112e向各台热泵设备40的热泵设备控制装置100发送该信息。
[0156](7-2)变形例 IB
[0157]在上述实施方式中，学习部112g通过机器学习来提取各台热泵设备40的响应特性125作为数式I的S形函数。分配部112f使用数式I的S形函数，对各台热泵设备40分配能耗的调整量和激励政策。但是，在另一种实施方式中也可以是，利用其它函数来表述各台热泵设备40的响应特性125。并且，也可以是，对于响应特性125，例如使用贝叶斯估计或回归分析、主成分分析来提取响应特性125。
[0158](7-3)变形例 IC
[0159]在上述实施方式中，热泵设备控制装置100是设于热泵设备40的装置，但是，在另一种实施方式中，热泵设备控制装置100也可以是相对于热泵设备40独立的装置。
[0160]产业上的可利用性
[0161]本发明能够用于介入在电力公司和持有热泵设备的多个小规模的用户之间，汇集这些用户消耗的能量进行调整的聚合器业务。
[0162]标号说明
[0163]A、B用户；40热泵设备；90能量总括装置(上位的能量管理装置);100热泵设备控制装置；110热泵设备能量管理装置(管理装置)；112a消耗信息发送部；112b能耗请求接收部；112c消耗信息接收部；112d合计部；112e请求发送部；112f分配部；112g学习部；113存储部；113a数据库；121个体消耗计划；122总体消耗计划；123总体消耗请求；124个体消耗请求；125响应特性。
[0164]在先技术文献
[0165]专利文献
[0166]专利文献1:日本特开2006 - 353079号公报
【权利要求】
1.一种管理装置(110)，该管理装置管理多台热泵设备(40)，使所述多台热泵设备的总能耗量接近目标值，该管理装置具有: 请求发送部(112e)，其向各台所述热泵设备发送能耗请求值(124)； 消耗信息接收部(112c)，其从各台所述热泵设备接收实际能耗值(121)； 数据库(113a)，其存储持有各台所述热泵设备的用户对所述能耗请求值的响应特性(125);以及 学习部(112g)，其学习所述响应特性，在所述数据库中体现以各用户对所述能耗请求值的响应的实际情况为基础的学习结果。
2.根据权利要求1所述的管理装置(110)，其中， 所述学习部将与季节、星期几、时间段及天气中的至少一个相关的信息和所述实际能耗值关联起来而对所述响应特性进行学习。
3.根据权利要求1或2所述的管理装置(110)，其中， 所述学习部学习作为数学模型的所述响应特性。
4.根据权利要求1?3中任意一项所述的管理装置(110)，其中， 所述请求发送部向各台所述热泵设备发送包含了与激励政策有关的信息的所述能耗请求值。
5.根据权利要求1?4中任意一项所述的管理装置(110)，其中， 所述管理装置还具有能耗请求接收部(112b)，该能耗请求接收部从上位的能量管理装置接收所述能耗请求值或者能源的价格信息。
6.根据权利要求1?5中任意一项所述的管理装置(110)，其中， 所述管理装置还具有分配部(112f)，该分配部根据所述响应特性向各台所述热泵设备分配所述能耗请求值。
【文档编号】G06Q50/06GK104137375SQ201380011062
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年2月26日 优先权日:2012年2月27日
【发明者】小竹正人, 郑燚, 山口贵弘 申请人:大金工业株式会社
【专利摘要】在管理多个用户的热泵设备的能耗的管理装置中，能够实现稳定的供需调整。管理装置管理多台热泵设备，使多台热泵设备的总能耗量接近目标值。管理装置具有请求发送部、消耗信息接收部、数据库和学习部。请求发送部向各台热泵设备发送能耗请求值。消耗信息接收部从各台热泵设备接收实际能耗值。数据库存储持有各台热泵设备的用户对能耗请求值的响应特性(125)。学习部学习响应特性(125)，在数据库中体现以各用户对能耗请求值的响应的实际情况为基础的学习结果。
【专利说明】热泵设备能量管理装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及热泵设备能量管理装置。
【背景技术】
[0002]目前，基于对环境的考虑，要求增加自然能源所占的比重。
[0003]但是，自然能源容易受天气变化的影响。在风能和太阳能发电增加时，发电量将会根据天气而增减。如果总发电量和总耗电量不一致，则电力系统的频率会发生变化。如果频率发生变化，则电力系统会产生故障。为了使总发电量和总耗电量一致，提出了在蓄电池中贮存剩余电力并在发电量不足时利用蓄电池的电力进行补充等调整电力供给的方法。但是，蓄电池的价格仍然昂贵，难以配备足以进行调整的数量的蓄电池。因此，提出了调整电力需求的方法。例如，在专利文献I (日本特开2006 — 353079号公报)中提出了一种电力系统稳定化系统，其通过通信线路控制与电力系统连接的多个特定负载的消耗电力，由此使发电电力在时序上的总量与消耗电力在时序上的总量一致，以实现电力系统的频率的稳定化。
【发明内容】
[0004]发明要解决的问题
[0005]可是，专利文献I所记载的电力系统稳定化系统是将作为消耗电力的控制对象的特定负载设为自动售货机的压缩机、河流排水设备、或者农业用水的汲水泵。但是，如果这些负载不能按照预期调整消耗电力，将不能实现稳定的供需调整。并且，在如夏季和冬季那样电力供需紧张的季节中，调整许多用户持有的热泵设备所消耗的电力是很重要的。
[0006]本发明的课题是提供一种管理装置，在管理多个用户的热泵设备的能耗的管理装置中，能够实现对能量的稳定的供需调整。
[0007]用于解决问题的手段
[0008]本发明的第一方面的管理装置是管理多台热泵设备，使该多台热泵设备的总能耗量接近目标值的管理装置。该管理装置具有请求发送部、消耗信息接收部、数据库和学习部。请求发送部向各台热泵设备发送能耗请求值。消耗信息接收部从各台热泵设备接收实际能耗值。数据库存储持有各台热泵设备的用户对能耗请求值的响应特性。学习部学习响应特性，在数据库中体现以各用户对能耗请求值的响应的实际情况为基础的学习结果。
[0009]在本发明的第一方面的管理装置中，能够预测各台热泵设备如何响应能耗调整的请求。由此，在管理多个用户的热泵设备的能耗的管理装置中，能够实现稳定的供需调整。
[0010]另外，能量例如指电能，用瓦或者瓦小时等单位表示。
[0011]本发明的第二方面的管理装置是在第一方面所述的管理装置中，学习部将与季节、星期几、时间段及天气中的至少一个相关的信息和实际能耗值关联起来而对响应特性进行学习。
[0012]在本发明的第二方面的管理装置中，将季节、星期几、时间段及天气这样的信息和实际情况作为响应特性的学习基础。由此，能够得到可靠性较高的响应特性。
[0013]本发明的第三方面的管理装置是在第一或者第二方面所述的管理装置中，学习部学习作为数学模型的响应特性。
[0014]在本发明的第三方面的管理装置中，将响应特性表述为数学模型。由此，能够得到可靠性较高的响应特性。
[0015]本发明的第四方面的管理装置是在第一?第三方面中任意一个方面所述的管理装置中，请求发送部向各台热泵设备发送包含了与激励政策有关的信息的能耗请求值。
[0016]在本发明的第四方面的管理装置中，在能耗请求值中包含了激励政策。由此，能够向各用户提供依据于能耗请求值的激励政策。
[0017]本发明的第五方面的管理装置是在第一?第四方面中任意一个方面所述的管理装置中，所述管理装置还具有能耗请求接收部。能耗请求接收部从上位的能量管理装置接收能耗请求值或者能源的价格信息。
[0018]在本发明的第五方面的管理装置中，从电力公司等持有的上位的能量管理装置获得能耗请求值或者能源的价格信息。由此，能够作为在电力公司和用户之间调解能量稳定的供需调整的聚合器(aggregator)发挥作用。
[0019]本发明的第六方面的管理装置是在第一?第五方面中任意一个方面所述的管理装置中，所述管理装置还具有分配部。分配部根据响应特性向各台热泵设备分配能耗请求值。
[0020]由此，能够进行可靠性较高的能耗调整。
[0021]发明效果
[0022]根据本发明的第一方面的管理装置，在管理多个用户的热泵设备的能耗的管理装置中，能够实现稳定的供需调整。
[0023]根据本发明的第二方面和第三方面的管理装置，能够得到可靠性较高的响应特性。
[0024]根据本发明的第四方面的管理装置，能够向各用户提供依据于能耗请求值的激励政策。
[0025]根据本发明的第五方面的管理装置，能够作为在电力公司和用户之间调解能量稳定的供需调整的聚合器发挥作用。
[0026]根据本发明的第六方面的管理装置，能够进行可靠性较高的能耗调整。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是能量需求调整系统的结构的示意图。
[0028]图2是本发明的热泵设备能量管理装置的结构的框图。
[0029]图3是本发明的热泵设备的结构的示意图。
[0030]图4是热泵设备控制装置的结构的框图。
[0031 ] 图5是个体消耗计划的示例。
[0032]图6是总体消耗计划的示例。
[0033]图7是总体消耗请求的示例。
[0034]图8是个体消耗请求的示例。
[0035]图9是热泵设备的运转计划的示例。
[0036]图10是整体动作的处理流程图。
[0037]图11是响应特性学习处理的流程图。
[0038]图12是响应特性的数学模型的示例。
【具体实施方式】
[0039]下面，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的管理装置的一个实施方式。
[0040](I)整体结构
[0041]图1是示意性示出能量需求调整系统I的结构的图，该能量需求调整系统I包括作为本发明的管理装置的一例的热泵设备能量管理装置110。
[0042]能量需求调整系统I主要具有能量总括装置90、热泵设备能量管理装置110、多个热泵设备控制装置100和多台热泵设备40。能量总括装置90、热泵设备能量管理装置110及热泵设备控制装置100通过通信线路即互联网等通信网络81相连接。热泵设备控制装置100是设于热泵设备40的装置，具有作为控制热泵设备40的控制部的功能。
[0043](2)能量总括装置90
[0044]能量总括装置90是电力公司持有的装置，从热泵设备能量管理装置110来看是上位的能量管理装置。能量总括装置90收集与能量的供需相关的信息，以便进行调整使得电力公司持有的能量系统中的能量的需求与供给一致。在能量的需求即将超过供给的时间段，请求用户抑制能量的消耗。相反，在能量的供给即将超过需求的时间段，请求用户促进能量的消耗。能量总括装置90将这样的针对用户的有关能量消耗的请求决定为每个时间段(例如每I分钟)的能耗请求值。能量总括装置90将能耗请求值(图7的请求值)包含在如图7所示的数据即总体消耗请求123中，并发送给热泵设备能量管理装置110。
[0045](3)热泵设备能量管理装置110
[0046]热泵设备能量管理装置110是管理多台热泵设备40，使该多台热泵设备40的总能耗量接近目标值即总体消耗请求123的请求值的管理装置。热泵设备能量管理装置110是运营商所持有的被称为聚合器(aggregator)的服务器计算机。聚合器是汇集多家用户并代替各用户与电力公司之间进行能耗调整的调解的运营商。
[0047]热泵设备能量管理装置110从电力公司的能量总括装置90接收总体消耗请求123，根据总体消耗请求123中所包含的每个时间段(例如每I分钟)的能耗请求值,将各用户持有的热泵设备40消耗的每个时间段的能量决定为能耗请求值。热泵设备能量管理装置110将能耗请求值包含在个体消耗请求124内发送给各台热泵设备40即热泵设备控制装置100。如图8所示，个体消耗请求124是包括各台热泵设备40的ID(识别信息)、每个时间段的请求值、与作为激励政策的奖励金或者罚款相关的信息的数据。
[0048]另外，热泵设备能量管理装置110从各台热泵设备控制装置100接收各台热泵设备40的每个时间段(例如每I分钟)的能耗的计划值、和各台热泵设备40实际消耗的能耗的每个时间段的实际值。
[0049]另外，热泵设备能量管理装置110将接收到的各台热泵设备40的能耗的计划值和实际值进行合计，将合计值发送给能量总括装置90。
[0050]图2是热泵设备能量管理装置110的概略结构图。热泵设备能量管理装置110主要具有通信部111、控制部112和存储部113。
[0051](3-1)通信部
[0052]通信部111是接口，能够将热泵设备能量管理装置110与使用以太网(注册商标，以下相同)等的通信网络81连接。
[0053](3-2)存储部 113
[0054]存储部113主要由RAM、ROM和硬盘等构成。在存储部113中构建了数据库113a，该数据库113a蓄积并存储个体消耗计划121、总体消耗计划122、总体消耗请求123、个体消耗请求124、响应特性125、外部信息126、以及各台热泵设备40的运转数据103a等。并且，在存储部113中也存储有热泵设备能量管理装置110用程序等其它各种信息。
[0055](3-3)控制部 112
[0056]控制部112主要由CPU构成，执行在存储部113中存储的热泵设备能量管理装置110用程序。在执行热泵设备能量管理装置110用程序时，控制部110主要具有消耗信息发送部112a、能耗请求接收部112b、消耗信息接收部112c、合计部112d、请求发送部112e、分配部112f、学习部112g、及外部信息取得部112h。
[0057](3-3-1)消耗信息发送部112a
[0058]消耗信息发送部112a向上位的能量总括装置90发送热泵设备40的每个时间段(例如每I分钟)的能耗计划值和实际值即需求侧提供信息。具体地讲，需求侧提供信息作为如图6所示的总体消耗计划122被发送给能量总括装置90。总体消耗计划122是将如图5所示的个体消耗计划121中所包含的各台热泵设备40的每个时间段(例如每I分钟)的能耗计划值和实际值进行合计而得到的。消耗信息发送部112a例如一天一次通过通信部111向能量总括装置90发送总体消耗计划122。
[0059](3-3-2)能耗请求接收部112b
[0060]能耗请求接收部112b从上位的能量总括装置90接收有关能耗请求值的信息即供给侧提供信息。具体地讲，供给侧提供信息如图7所示作为总体消耗请求123从能量总括装置90以规定的间隔(例如10分钟)进行发送。总体消耗请求123是包括每个时间段(例如每I分钟)的能耗请求值(图7的请求值)的数据。能耗请求接收部112b通过通信部111接收总体消耗请求123并存储在存储部113中。
[0061](3-3-3)消耗信息接收部112c
[0062]消耗信息接收部112c从热泵设备40收集需求侧提供信息。具体地讲，需求侧提供信息作为如图5所示的个体消耗计划121从各台热泵设备40发送而来。个体消耗计划121是包括热泵设备40的ID (识别信息)、每个时间段(例如每I分钟)的能耗计划值和实际值的数据。
[0063]并且，消耗信息接收部112c通过通信部111从各台热泵设备40接收后述的运转数据103a。
[0064]消耗信息接收部112c通过通信部111从各台热泵设备40以规定的间隔(例如3小时)接收个体消耗计划121和运转数据103a，并通过DBMS蓄积在存储部113的数据库113a 中。
[0065](3-3-4)合计部 112d
[0066]合计部112d将来自各台热泵设备40的需求侧提供信息进行合计。具体地讲，合计部112d将存储在存储部113中的个体消耗计划121进行合计，并将合计结果作为总体消耗计划122存储在数据库113a中。
[0067](3-3-5)请求发送部 112e
[0068]请求发送部112e根据作为供给侧提供信息的总体消耗请求123，以规定的间隔(例如10分钟)向各台热泵设备40发送有关能耗的请求即能耗请求(个体消耗请求124)。如图8所示，个体消耗请求124是包括各台热泵设备40的ID (识别信息)、每个时间段的请求值、作为激励政策的奖励金或者罚款的数据。如图8所示，请求值例如是将热泵设备40的额定能力的比例设定为上限或者下限的信息。奖励金或者罚款例如是以按照电力公司与运营热泵设备能量管理装置110的经营商之间的合约约定的金额为基础，由经营商根据请求值作为激励政策分配给各台热泵设备40的。
[0069](3-3-6)分配部 112f
[0070]分配部112f对各台热泵设备40分配能耗的调整量和激励政策。具体地讲，分配部112f对各台热泵设备40分配能耗的调整量，并作为个体消耗请求124存储在数据库113a中，以便使处于管理之下的所有热泵设备40的能耗量达到总体消耗请求123中所包含的能耗请求值(图7的请求值)。并且，分配部112f也对各台热泵设备40分配奖励金和/或罚款作为遵从于能耗调整的激励政策，并包含在个体消耗请求124中。分配部112f根据针对各台热泵设备40的能耗请求值(个体消耗请求124的请求值)的响应特性125来分配调整量和激励政策。关于分配处理将在后面详细说明。
[0071](3-3-7)学习部 112g
[0072]学习部112g学习响应特性125，并在数据库113a中体现以各用户对能耗请求值的响应的实际情况为基础的学习结果。具体地讲，学习部112g例如通过机器学习，将与季节、星期几、时间段及天气中的至少一个相关的信息和实际能耗值关联起来而对响应特性125进行学习。响应特性125表示能耗的调整量的实际值和作为激励政策而给出的奖励金或者罚款的相关关系。响应特性125是数学模型，例如表述为描画出如图12所示的曲线的S形函数。
[0073](3-3-8)外部信息取得部112h
[0074]外部信息取得部112h取得作为每个时间段(例如每I分钟)的有关天气、温度及湿度等的信息的外部信息。
[0075](4)热泵设备40
[0076](4-1)热泵设备40的整体结构
[0077]图3是示意性示出热泵设备40的结构的图。
[0078]在本实施方式中，热泵设备40是制热及热水供给装置，能够进行居室的制热及热水供给。热泵设备40具有热泵单元41、热水贮存箱42、热水供给配管43、制热用循环回路44、和热泵设备控制装置100。
[0079]热泵单元41具有制冷剂回路16，将从热水贮存箱42输送过来的水加热使其成为温水。制冷剂回路16主要是将压缩机12、作为散热器的水热交换器13、作为膨胀机构的电动膨胀阀15、和蒸发器11顺序连接而构成的。水热交换器13是作为制冷剂的冷凝器发挥作用的热交换器。
[0080]热水贮存箱42贮存由热泵单元41加热后的温水。未图示的多个传感器上下排列地设置在热水贮存箱42的内侧，这些传感器检测热水贮存箱内的温水的温度，并向热泵设备控制装置100发送温度信息。热水贮存箱42通过加热用循环回路45与热泵单元I连接。加热用循环回路45使位于热水贮存箱42的下部的比较低温的温水通过水热交换器13返回到热水贮存箱42中。
[0081]热水供给配管43是如下这样的配管:其从供给水的给水配管分支出来，并被引入到设置在热水贮存箱42内的热水供给用热交换器32中，使从给水配管供给的自来水通过热水供给用热交换器32与热水贮存箱42内的温水进行热交换，从而向居室的厨房、浴缸、淋浴器等供给温水。
[0082]制热用循环回路44使贮存在热水贮存箱42内的温水经由在建筑物的居室等中作为热利用单元之一的居室内散热器而设置的多个散热器48，然后再次返回到热水贮存箱42内进行循环，由此将多个散热器48用作居室内的制热器具。
[0083]热泵设备控制装置100控制热泵设备40的压缩机12等构成要素。热泵设备控制装置100例如在热水贮存箱42内的温水的温度低于规定的下限时开始加热运转，直到温水的温度上升到规定的温度。在加热运转中，使热水贮存箱42内的温水通过加热用循环回路45流向热泵单元41，再通过水热交换器13将温水加热后使其返回到热水贮存箱42中。另夕卜，控制部47根据后述的运转计划103b控制热泵设备40的构成要素。运转计划103b除了由用户从遥控器130进行输入设定以外，还能够通过热泵设备控制装置100对热泵设备40的每天的运转数据103a进行学习而生成。另外，热泵设备控制装置100按照用户通过遥控器130进行的操作，控制热泵设备40的构成要素。
[0084](4-2)热泵设备控制装置100的具体结构
[0085]图4是热泵设备控制装置100的结构的框图。
[0086]热泵设备控制装置100主要具有通信部101、控制部102、存储部103、显示部105和输入部106。
[0087]通信部101是与以太网等通信网络81的接口。
[0088]控制部102由CPU构成，执行热泵设备控制装置100用的程序。
[0089]存储部103由ROM、RAM和硬盘等存储装置构成，存储了热泵设备控制装置100用程序、运转数据103a、运转计划103b、个体消耗计划121和个体消耗请求123等。
[0090]显示部105和输入部106是设于遥控器130而进行提供的。显示部105是触摸屏式的液晶画面。因此，该液晶画面也具有作为输入部106的功能。此外，遥控器130也具有操作用按钮，该按钮也具有作为输入部106的功能。
[0091]在执行热泵设备控制装置100用程序时，控制部102主要具有需求侧信息发送部102a、消耗请求接收部102b、运转计划生成部102c、消耗计划生成部102d、运转数据记录部102e和运转控制部102f。
[0092](4-2-1)需求侧信息发送部102a
[0093]需求侧信息发送部102a向热泵设备能量管理装置110发送热泵设备40的能耗计划值和实际能耗值。具体地讲，需求侧信息发送部102a将存储在存储部103中的数据即个体消耗计划121通过通信部101发送给热泵设备能量管理装置110。在个体消耗计划121中包含例如图5所示的当日及次日的每个时间段(例如每I分钟)的能耗计划值。并且，也包含已经经过的每个时间段(例如每I分钟)的实际能耗值。
[0094]并且，需求侧信息发送部102a通过通信部101向热泵设备能量管理装置110发送运转数据103a。
[0095]需求侧信息发送部102a以规定的间隔(例如每3小时)向热泵设备能量管理装置110发送上述数据。
[0096](4-2-2)消耗请求接收部102b
[0097]消耗请求接收部102b通过通信部101从热泵设备能量管理装置110接收个体消耗请求124。具体地讲，消耗请求接收部102b通过通信部101接收个体消耗请求124。消耗请求接收部102b将接收到的个体消耗请求124存储在存储部103中。消耗请求接收部102b以规定的间隔(例如每10分钟)从热泵设备能量管理装置110接收个体消耗请求124。在接收到个体消耗请求124后，消耗请求接收部102b命令运转计划生成部102c生成或者重新生成运转计划103b。
[0098](4-2-3)运转计划生成部102c
[0099]运转计划生成部102c生成每个时间段(例如每I分钟)的热泵设备40的运转计划 103b。
[0100]具体地讲，例如在用户设定的日程表存在的情况下，运转计划生成部102c根据该日程表生成运转计划103b。
[0101]在存储有运转数据103a的情况下，对运转数据103a进行学习，并根据该学习结果生成运转计划103b。学习例如是通过按照每个时间段计算概率最高的运转来进行的。
[0102]在日程表和运转数据103a都存在的情况下，根据日程表和运转数据103a的学习结果生成运转计划103b。
[0103]在日程表和运转数据103a都不存在的情况下，将预先初始设定的计划作为运转计划103b。
[0104]无论在哪种情况下，均生成用于使尽量在能源单价比较低时例如在夜间消耗能量的运转计划103b。
[0105]或者，在个体消耗请求124被存储在存储部103中的情况下，参照个体消耗请求124生成遵从于个体消耗请求124的运转计划103b。例如，如图9所示，运转计划103b在使用下限被设定为额定的25%的时间段(O:01)中，按照输出的25%、即压缩机12以额定的25%以上的转速进行工作来生成温水，将电力系统的剩余能量作为热量进行蓄积。在使用上限被设定为额定的50%的时间段(17:00)中，按照输出的50%以下进行制热，即不使压缩机12以超过额定的50%的转速进行工作。
[0106]运转计划103b被存储在存储部103中。
[0107](4-2-4)消耗计划生成部102d
[0108]消耗计划生成部102d根据运转计划103b生成个体消耗计划121。即，将运转计划103b变换为个体消耗计划121。具体地讲，在存储部103中存储有与热泵设备40的额定能耗量相关的数据。消耗计划生成部102d参照该数据，根据运转计划103b计算在每个时间段(例如每I分钟)中消耗的能量，并作为个体消耗计划121存储在存储部103中。
[0109](4-2-5)运转数据记录部102e
[0110]运转数据记录部102e将每个时间段(例如每I分钟)中的压缩机12的转速和/或用户的运转指示等与热泵设备40的各构成要素的工作状态相关的信息，作为运转数据103a存储在存储部103中。并且，运转数据记录部102e将每个时间段(例如每I分钟)的能耗的实际值即实际能耗值包含在个体消耗计划121内存储在存储部103中。
[0111](4-2-6)运转控制部 102f
[0112]运转控制部102f按照运转计划103b控制热泵设备40。并且，运转控制部102f按照通过遥控器130输入的用户指示控制热泵设备40。
[0113](5)动作
[0114](5-1)整体动作
[0115]关于上述的能量需求调整系统I的整体动作，从热泵设备能量管理装置110的角度进行整理，如图10的流程图所示。
[0116]在步骤SlOl中，热泵设备能量管理装置110从各台热泵设备40收集能耗计划值和实际值。具体地讲，消耗信息接收部112c通过通信部111接收从各台热泵设备40发送的个体消耗计划121。并且，消耗信息接收部112c还通过通信部111接收从各台热泵设备40发送的运转数据103a。个体消耗计划121和运转数据103a被蓄积在数据库113a中。
[0117]在接下来的步骤S102中，热泵设备能量管理装置110将各台热泵设备40的能耗计划值进行合计，并向能量总括装置90进行发送。具体地讲，合计部112d将存储部113中的各台热泵设备40的个体消耗计划121中所包含的能耗计划值和实际值进行合计，将合计结果作为总体消耗计划122存储在存储部113中。消耗信息发送部112a通过通信部111向能量总括装置90发送总体消耗计划122。
[0118]在接下来的步骤S103中，热泵设备能量管理装置110从能量总括装置90接收能耗请求值作为要消耗的能量的目标值。具体地讲，在将有关能耗请求值的信息作为总体消耗请求123从能量总括装置90发送过来时，能耗请求接收部112b通过通信部111进行接收，并将该总体消耗请求123存储在存储部113中。在总体消耗请求123中包含每个时间段(例如每I分钟)的能耗请求值。总体消耗请求123例如是如图7所示的数据。例如，在0:01分的时间段中，总体消耗请求123的请求值大于图6所示的总体消耗计划122的计划值，因而请求促进消耗。在17:00的时间段中，总体消耗请求123的请求值小于总体消耗计划122的计划值,因而请求抑制消耗。
[0119]在接下来的步骤S104中，热泵设备能量管理装置110决定各台热泵设备40的能耗的调整量及作为激励政策的奖励金或者罚款，并将该调整量及激励政策发送给各台热泵设备40。具体地讲，请求发送部112e对各台热泵设备40分配能耗的调整量及激励政策。能耗的调整量是以使总能耗达到总体消耗请求123中所包含的能耗请求值的方式而决定的。激励政策是预先与电力公司之间商定的奖励金或者罚款。能耗的调整量及激励政策是根据各台热泵设备40即各用户的响应特性125而分配的。所分配的调整量及激励政策被作为个体消耗请求124，通过通信部111被发送给各台热泵设备40。所发送的个体消耗请求124例如是如图8所示的数据。例如，在0:01分的时间段中，总体消耗请求123的请求值大于总体消耗计划122的计划值，因而使用下限被确定为热泵设备40的额定能力的25%以上，作为激励政策将奖励金设定为0.5英镑，以便促进消耗。在17:00的时间段中，总体消耗请求123的请求值小于总体消耗计划122的计划值，因而使用上限被确定为热泵设备40的额定能力的50%以下，作为激励政策将奖励金设定为0.5英镑，以便抑制消耗。
[0120]然后,流程返回到步骤S101。
[0121](5-2)分配处理详情
[0122]接下来，下文说明分配处理的一例，即分配能耗的调整量及作为激励政策的奖励金和/或罚款。
[0123]分配部112f例如使用如图12所示的示出各用户的热泵设备40的响应特性的曲线(以下称为响应曲线)，按照下面所述来分配调整量和激励政策。图12的响应曲线是用的下面的数式I表述的S形函数。即，用数学模型表述各用户的热泵设备40相对于奖励金而响应调整的特性。响应曲线是按照平日/周末等星期几、早中晚等时间段、天气、温度、湿度及季节等每种模式而准备的，采用最适合于当日的模式的响应曲线。
[0124][数式I]
[0125]/w = i+exp(—V 叫
[0126]其中，函数的系数a、b、c中的a表示增益，b表示图12中竖虚线与横轴相交的点的奖励金的值，c表示图12中横虚线与纵轴相交的点的调整量的值。
[0127]首先，生成将各台热泵设备40按照响应曲线的增益a从大到小的顺序、而且按照响应曲线的系数b的值从小到大的顺序而排列的台热泵设备40的列表。即，将以较少的奖励金来协助能耗调整请求的用户所持有的热泵设备40依次排序。
[0128]然后，从列表中的在先排序开始依次对热泵设备40分配调整量和奖励金。
[0129]在该热泵设备40的响应曲线中对应系数b的奖励金为能够分配的奖励金以下、而且对应该奖励金的调整量为能够分配的调整量以下的情况下，对该热泵设备40分配该调整量和奖励金。否则，对该热泵设备40分配能够分配的调整量和全部奖励金。所分配的调整量和奖励金分别被从能够分配的调整量及奖励金中减去。
[0130]如果能够分配的调整量有剩余，与上述情况相同地，对列表中的排下一个的热泵设备40分配调整量和奖励金。
[0131]反复上述的处理，直到所有能够分配的调整量被分配为止。
[0132]另外，在尚未蓄积到能够提取响应特性125的程度的实际能耗值等数据的初始阶段，按照热泵设备40的数量对需要分配的能耗的调整量以及能够分配的奖励金进行均等分配，并分配给各台热泵设备40。
[0133](5-3)响应特性学习处理流程
[0134]下面，使用图11的流程图来说明对响应特性进行学习的处理的流程。
[0135](5-3-1)步骤 S201
[0136]在步骤S201中，取得天气、温度及湿度等外部信息126。具体地讲，外部信息取得部112h通过互联网等通信网络81从进行提供气象数据的服务的经营商的服务器接收外部信息126。在外部信息126中包含例如与每个时间段(例如每I分钟)的天气、温度及湿度等相关的信息。所接收到的外部信息126被存储在数据库113a中。
[0137](5-3-2)步骤 S202
[0138]在步骤S202中，学习部112g对个体消耗计划121、个体消耗请求124、外部信息126及运转数据103a进行分析，并通过机器学习来提取响应特性125。学习部112g将响应模型125通过DBMS存储在数据库113a中。被存储在数据库113a中的已有的响应模型125被新生成的响应模型125更新。
[0139]具体地讲，例如学习部112g对个体消耗请求124中所包含的每个时间段的请求值、个体消耗计划121中所包含的相同时间段的能耗的计划值和实际值、以及相同时间段的运转数据103a进行分析，按照每个时间段计算各台热泵设备40的能耗的调整量的实际值。如果将个体消耗请求124的请求值和个体消耗计划121的能耗的实际值进行比较，即可得知各台热泵设备40是否调整了能耗。并且，如果参照运转数据103a，则能够得知例如在按照个体消耗请求124的请求值控制热泵设备40的过程中用户通过中断操作而解除了该控制的情况。通过将在按照个体消耗请求124被请求调整以前热泵设备40发送的个体消耗计划121中所包含的计划值、和被请求后的个体消耗计划121中所包含的实际值进行比较，能够计算出热泵设备40调整能耗时的调整量。如果参照相同时间段的个体消耗请求124，即可得知作为奖励金或者罚款的激励政策。
[0140]学习部112g提取将能耗的调整量和奖励金关联起来的学习用数据。在激励政策是罚款的情况下，提取将能耗的调整量和罚款关联起来的学习用数据。所提取的学习用数据被存储在数据库113a中。
[0141]按照平日、周末、早中晚等时间段、天气、温度、湿度及季节等每种模式将学习用数据分类。学习部112g通过机器学习从学习用数据中按照每种模式提取数式I的S形函数。即，对于每种模式按照图12所示将学习用数据进行绘图，求出数式I的S形函数中的系数
a、b、C。
[0142]所求出的系数a、b、c在与被存储在数据库113a中的系数a、b、c不同的情况下，通过新求出的系数a、b、c进行更新。即，数据库113a中的已有的响应特性125被更新为新的响应特性125。
[0143]另外，上述的对响应特性进行学习的处理是以规定的间隔(例如一天)执行的。
[0144](6)特征
[0145](6-1)在上述实施方式中，热泵设备能量管理装置110是管理多台热泵设备40，使热泵设备40的总能耗量接近作为目标值的总体消耗请求123的请求值的管理装置。热泵设备能量管理装置110具有请求发送部112e、消耗信息接收部112c、数据库113a和学习部112g。请求发送部112e将能耗请求值作为个体消耗请求124发送给各台热泵设备40 (热泵设备控制装置100)。消耗信息接收部112c从各台热泵设备40 (热泵设备控制装置100)接收包括实际能耗值的个体消耗计划121。数据库113a存储持有各台热泵设备40的用户对能耗请求值的响应特性125。学习部112g学习响应特性125，在数据库113a中体现以各用户对能耗请求值的响应的实际情况为基础的学习结果。因此，能够预测各台热泵设备40如何响应能耗调整的请求。由此，在管理多个用户的热泵设备40的能耗的管理装置中，能够实现稳定的供需调整。
[0146]另外，利用持有热缓冲器的热泵设备40进行能耗调整，因而不会大幅损害用户的便利性，能够在规定的范围内抑制电力系统频率的变动。
[0147]并且，与已有的消耗调整单元(扬水发电、蓄电池、飞轮等)相比，能够抑制设备投资的成本。
[0148](6-2)在上述实施方式中，学习部112g将与季节、星期几、时间段及天气中的至少一个相关的外部信息126和实际能耗值关联起来而对响应特性125进行学习。即，将季节、星期几、时间段及天气这样的信息和实际情况作为响应特性的学习基础。由此，能够得到可靠性较高的响应特性。
[0149](6-3)在上述实施方式中，响应特性125被表述为数学模型。由此，能够得到可靠性较高的响应特性。
[0150](6-4)在上述实施方式中，热泵设备能量管理装置110的请求发送部112e向各台热泵设备40 (热泵设备控制装置100)发送包含了与激励政策有关的信息的个体消耗请求124。由此，能够对各用户提供依据于个体消耗请求124中所包含的请求值的激励政策。
[0151 ] (6-5)在上述实施方式中，热泵设备能量管理装置110具有能耗请求接收部112b。能耗请求接收部112b从电力公司等持有的能量总括装置90接收包括能耗请求值的总体消耗请求123。由此，能够作为在电力公司和用户之间调解稳定的能量供需调整的聚合器发挥作用。
[0152](6-6)在上述实施方式中，热泵设备能量管理装置110具有分配部112f。分配部112f根据响应特性125向各台热泵设备40分配能耗请求值。由此，能够进行可靠性较高的能耗调整。
[0153](7)变形例
[0154](7-1)变形例 IA
[0155]在上述实施方式中，热泵设备能量管理装置110从电力公司的能量总括装置90接收总体消耗请求123，并向各台热泵设备40的热泵设备控制装置100发送个体消耗请求124。但是，在另一种实施方式中也可以是，能耗请求接收部112b从电力公司的能量总括装置90接收每个时间段(例如每I分钟)的有关能源单价的信息，请求发送部112e向各台热泵设备40的热泵设备控制装置100发送该信息。
[0156](7-2)变形例 IB
[0157]在上述实施方式中，学习部112g通过机器学习来提取各台热泵设备40的响应特性125作为数式I的S形函数。分配部112f使用数式I的S形函数，对各台热泵设备40分配能耗的调整量和激励政策。但是，在另一种实施方式中也可以是，利用其它函数来表述各台热泵设备40的响应特性125。并且，也可以是，对于响应特性125，例如使用贝叶斯估计或回归分析、主成分分析来提取响应特性125。
[0158](7-3)变形例 IC
[0159]在上述实施方式中，热泵设备控制装置100是设于热泵设备40的装置，但是，在另一种实施方式中，热泵设备控制装置100也可以是相对于热泵设备40独立的装置。
[0160]产业上的可利用性
[0161]本发明能够用于介入在电力公司和持有热泵设备的多个小规模的用户之间，汇集这些用户消耗的能量进行调整的聚合器业务。
[0162]标号说明
[0163]A、B用户；40热泵设备；90能量总括装置(上位的能量管理装置);100热泵设备控制装置；110热泵设备能量管理装置(管理装置)；112a消耗信息发送部；112b能耗请求接收部；112c消耗信息接收部；112d合计部；112e请求发送部；112f分配部；112g学习部；113存储部；113a数据库；121个体消耗计划；122总体消耗计划；123总体消耗请求；124个体消耗请求；125响应特性。
[0164]在先技术文献
[0165]专利文献
[0166]专利文献1:日本特开2006 - 353079号公报
【权利要求】
1.一种管理装置(110)，该管理装置管理多台热泵设备(40)，使所述多台热泵设备的总能耗量接近目标值，该管理装置具有: 请求发送部(112e)，其向各台所述热泵设备发送能耗请求值(124)； 消耗信息接收部(112c)，其从各台所述热泵设备接收实际能耗值(121)； 数据库(113a)，其存储持有各台所述热泵设备的用户对所述能耗请求值的响应特性(125);以及 学习部(112g)，其学习所述响应特性，在所述数据库中体现以各用户对所述能耗请求值的响应的实际情况为基础的学习结果。
2.根据权利要求1所述的管理装置(110)，其中， 所述学习部将与季节、星期几、时间段及天气中的至少一个相关的信息和所述实际能耗值关联起来而对所述响应特性进行学习。
3.根据权利要求1或2所述的管理装置(110)，其中， 所述学习部学习作为数学模型的所述响应特性。
4.根据权利要求1?3中任意一项所述的管理装置(110)，其中， 所述请求发送部向各台所述热泵设备发送包含了与激励政策有关的信息的所述能耗请求值。
5.根据权利要求1?4中任意一项所述的管理装置(110)，其中， 所述管理装置还具有能耗请求接收部(112b)，该能耗请求接收部从上位的能量管理装置接收所述能耗请求值或者能源的价格信息。
6.根据权利要求1?5中任意一项所述的管理装置(110)，其中， 所述管理装置还具有分配部(112f)，该分配部根据所述响应特性向各台所述热泵设备分配所述能耗请求值。
【文档编号】G06Q50/06GK104137375SQ201380011062
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年2月26日 优先权日:2012年2月27日
【发明者】小竹正人, 郑燚, 山口贵弘 申请人:大金工业株式会社
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