利用边际运营排放率进行碳排放预测控制的建筑物控制系统的制作方法

背景技术：

1、本公开总体上涉及具有可持续能量特征的模块化能量单元和建筑物设备，该可持续能量特征例如与减少碳排放和/或达到建筑物运营的碳中和有关的特征。包含对建筑物进行加热和冷却的与建筑物相关联的能量消耗在全球能量消耗中占很大比例。此外，由于能量消耗和生产与二氧化碳排放(以及其他污染物的排放)之间的联系，与建筑物运营相关的能量消耗和生成目前向大气中添加了大量二氧化碳，这引起了气候变化。

2、由于二氧化碳排放的环境和生态影响，减少或消除与建筑物运营相关联的碳排放或实现建筑物运营的碳中和存在技术挑战。例如，建筑物所有者可能希望(由于消费者需求、监管要求、个人信念等)减少碳排放或实现建筑物或园区的碳中和。由于大多数建筑所有者无法控制公用电网的连接和依赖，建筑物所有者通常不具备使用现有技术显著减少碳足迹的技术能力。虽然太阳能电池板、风力涡轮机、电池等可以由建筑物所有者安装，但此类产品通常作为单独的部件提供，这对于建筑物所有者来说很难安装并集成到现有的建筑物系统中。因此，需要用于最佳地解决建筑物的碳排放的集成式、模块化、易于安装的解决方案的系统和方法。大规模部署此类解决方案可以对环境产生积极影响，同时还可以降低建筑物所有者的运营成本。

技术实现思路

1、本公开的一种实施方式为一种级联控制系统，用于协调和控制与操作跨多个子系统分布的建筑物设备相关联的碳排放。级联控制系统包括第一控制器和多个第二控制器，该第一控制器被配置成为多个子系统中的每一个子系统生成碳排放目标，每个第二控制器对应于多个子系统中的一个子系统并且被配置成：生成用于对应子系统的建筑物设备的控制决策，该控制决策被预测成使建筑物设备实现对应子系统的碳排放目标；并且使用控制决策来操作对应子系统的建筑物设备。

2、在一些实施例中，第一控制器基于与来自公用电网的电力相关联的排放率的时变值来生成碳排放目标。建筑物设备的一个或多个装置消耗电力。在一些实施例中，第一控制器使用预测控制过程生成碳排放目标，该预测控制过程考虑了预测由碳排放目标产生的多个子系统的总碳排放，并且基于为满足碳排放目标而预测发生的多个削减来进一步考虑了由建筑物设备服务的一个或多个建筑物的居住者的舒适度。在一些实施例中，第一控制器使用具有多个目标的多目标优化过程来生成碳排放目标，该多个目标包含基于多个低水平子系统的总碳排放的碳目标和舒适度目标。多个目标可以包含购买建筑物设备所消耗的资源的成本。

3、在一些实施例中，第一控制器基于与多个子系统相关联的碳排放和级联控制系统无法控制的其他碳排放两者来考虑生成碳排放目标。其他碳排放可由货物或人员的运输产生。在一些实施例中，第一控制器被配置成基于某一时间段内总排放的预算或目标来生成碳排放目标。

4、本公开的另一实施方式为一种用于控制建筑物设备以减少或消除碳排放的方法。该方法包括：通过处理目标函数来生成建筑物设备的时变设定点，该目标函数考虑了基于每单位资源消耗的碳排放的时变值来预测由未来时间范围内的资源消耗产生的总碳排放或排放节省，以及根据时变设定点操作建筑物设备。

5、在一些实施例中，建筑物设备的时变设定点为建筑物设备的多个子系统中的每一个子系统的碳排放目标。根据时变设定点操作建筑物设备包含确定建筑物设备的控制决策，该控制决策被预测成使建筑物设备实现多个子系统的碳排放目标。每单位资源消耗的碳排放的时变值包含边际运营排放率的值。

6、在一些实施例中，该方法包括基于历史排放率数据和天气预报来预测碳排放的时变值。在一些实施例中，建筑物设备包含电池并且操作建筑物设备包含对电池充电。在一些实施例中，建筑物设备包含空调设备。根据时变设定点操作建筑物设备包含在第一时间段期间对建筑物进行预冷却以减少空调设备在随后的第二时间段中的操作，此时预测每单位资源消耗的碳排放的时变值在第一时间段中比在随后的时间段中高。

7、本公开的另一实施方式为一种方法，该方法包括获得指示与从公用服务消耗的电力相关联的碳排放的时变边际运营排放率；在时变边际运营排放率小于第一值时以能量存储模式操作设备；以及在时变边际运营排放率大于第二值时以能量释放模式操作设备。

8、在能量存储模式一些实施例中，该方法还包括基于目标函数执行控制过程，该目标函数使用时变边际运营排放率来确定设备在和能量释放模式下的时变设定点。控制过程可为级联控制过程。在一些实施例中，设备包含加热和/或冷却设备并且能量存储模式包含对建筑物进行预冷却或预加热。在一些实施例中，设备包含电池，能量存储模式包含对电池充电，并且能量释放模式包含对电池放电。第二值可以大于第一值并且可以等于第一值。在一些实施例中，该方法包含通过执行优化来确定第一值和第二值。

9、本公开的另一实施方式为一种用于控制建筑物设备的方法。该方法包括：提供用户界面，该用户界面包含碳排放控制目标与第二控制目标之间的关系的图形表示，第二控制目标在用于建筑物设备的一系列控制策略上与碳排放控制目标竞争；以及向目标函数中的碳排放控制目标或第二控制目标分配权重。该权重与对应于基于图形表示的用户选择的控制策略相关联。该方法还包括使用向碳排放控制目标或第二控制目标分配权重的目标函数来生成用于建筑物设备的控制决策。该方法还包括根据控制决策操作建筑物设备。

10、在一些实施例中，该方法还包括基于实际性能和与用户选择相关联的目标之间的差异来随时间自动调整权重。在一些实施例中，第二控制目标考虑了居住者舒适度、运营成本和能量消耗中的至少一个。在一些实施例中，一系列控制策略对应于权重的一系列值。

11、在一些实施例中，生成控制决策包括对向碳排放控制目标或第二控制目标分配权重的目标函数执行优化。在一些实施例中，该方法还包括通过对用于建筑物设备的一系列控制策略运行模拟来生成图形表示中的不同点。对用于建筑物设备的一系列控制策略运行模拟可包含对具有权重的不同值的目标函数执行优化以生成用于建筑物设备的模拟控制决策。

12、本公开的另一实施方式为一种用于控制建筑物设备的方法，该方法包括提供考虑以下中的至少两者的目标函数：某一时间范围内的碳排放、时间范围内的运营成本和时间范围内的居住者舒适度。该目标函数包括指示以下中的至少两者的相对重要性的一个或多个可调整参数：碳排放、运营成本和居住者舒适度。该方法还包括：基于目标运营成本、目标排放量、目标净能量或目标居住者舒适度度量来自动调节一个或多个可调整参数；通过使用目标函数执行控制过程来生成建筑物设定点；以及根据建筑物设定点操作建筑物设备。

13、在一些实施例中，目标居住者舒适度度量为削减动作的目标数量。在一些实施例中，控制过程包含：生成与建筑物设备的多个子集相关的排放目标；以及基于排放目标来确定建筑物设定点。自动调节一个或多个可调整参数是基于目标净能量并且目标净能量为零。在一些实施例中，控制过程包括预测待由建筑物设备在时间范围内消耗的能量的边际运营排放率的未来时变值，以及使用未来时变值对目标函数执行预测优化。

14、在一些实施例中，自动调节一个或多个可调整参数包含在边际运营排放率大于预期值的情况下在第一方向上移动第一参数的值，以及在边际运营排放率小于预期值的情况下在第二方向上移动第一参数的值。在一些实施例中，建筑物设备包含加热、通风或空调设备，并且该建筑物设定点为温度设定点。

15、本公开的另一实施方式为一种或多种非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质存储程序指令，该程序指令在由一个或多个处理器执行时使一个或多个处理器执行特定操作。这些操作包含：提供用户界面，该用户界面包含碳排放控制目标与第二控制目标之间的关系的图形表示，第二控制目标在用于建筑物设备的一系列控制策略上与碳排放控制目标竞争；以及向目标函数中的碳排放控制目标或第二控制目标分配权重。该权重与对应于基于图形表示的用户选择的控制策略相关联。该方法包括：使用向碳排放控制目标或第二控制目标分配权重的目标函数来生成用于建筑物设备的控制决策；以及根据控制决策控制建筑物设备。

16、在一些实施例中，操作进一步包含基于实际性能和与用户选择相关联的目标之间的差异来随时间自动调整权重。在一些实施例中，第二控制目标考虑了居住者舒适度、运营成本和能量消耗中的至少一个。在一些实施例中，生成控制决策包括对向碳排放控制目标或第二控制目标分配权重的目标函数执行优化。

17、在一些实施例中，操作还包含通过对用于建筑物设备的一系列控制策略运行模拟来生成图形表示中的不同点。在一些实施例中，对用于建筑物设备的一系列控制策略运行模拟包含对具有权重的不同值的目标函数执行优化以生成用于建筑物设备的模拟控制决策。