能源管理服务器、能源管理方法以及程序的制作方法

能源管理服务器、能源管理方法以及程序的制作方法
【专利摘要】能源管理服务器具备预测部、调度器、取得部、监视部、接收部以及设定部。预测部计算在设置有电气设备的建筑物中的能源需求的预测值。调度器根据预测值制作电气设备的运转调度。取得部取得能源需求的实际值。监视部监视预测值与实际值的误差。接收部接收需求响应信号，该需求响应信号包括促使抑制指定期间中的能源消耗的信息。设定部设定与需求响应信号关联的阈值。然后，在预测部中，如果误差达到既定的阈值以上，则再计算预测值。调度器根据再计算出的预测值，再制作运转调度。
【专利说明】能源管理服务器、能源管理方法以及程序

【技术领域】
[0001]本发明的实施方式涉及能够应用于大厦、工厂等比较大规模的建筑物中的能源管理的能源管理服务器、能源管理方法以及程序。

【背景技术】
[0002]大厦、工厂大量消耗能源。据称，民用业务部门的能源消耗量特别多，都达到了整体的20%。要求建筑物中的高效的节能对策。另外，受到近年来的电力供求的紧迫，对大批的需求方(客户，customer)指定了电力消耗量力的上限。因此，以能源消耗的削峰技术、峰移技术为首的、节能技术得到了瞩目。
[0003]能源关联设备正在多样化，如能源消耗设备、产能设备、以及蓄能设备等。为了有效地利用能源，使能源关联设备联合是重要的。例如，制作用于使能源关联设备有机地工作的运转调度(schedule)是重要的。
[0004]存在用于确定具有蓄热槽的能源供给设备的能够使规定期间中的能源消耗量、成本、以及C02发生量最小化的运转调度的提案。或者，存在如下提案:使利用可再生能源的设备(太阳能发电(Photovoltaic:PV，光生伏打)系统、太阳能热水器等)和蓄电池、蓄热装置或者既有的电气设备联合，来提高建筑物整体中的能源效率。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]【专利文献1】日本专利第4396557号公报
[0008]【专利文献2】日本特开2005-157685号公报
[0009]【专利文献3】日本特开2013-174412号公报


【发明内容】

[0010]有从能源的供给者向需求方要求抑制能源消耗的、称为需求响应(demandresponse)的技术。如果大厦、工厂接收到需求响应信号(DR信号)，则伴随着节能目标值、节电目标值等的变更，运转调度也被要求变更。当前正研究在大厦、工厂等建筑物接收到需求响应(DR)信号的情况下的应对。申请了关联的技术的专利。
[0011]为了即时地执行高精度的运转调度，期望在接收到DR信号之后立刻重新研究所预测的需要(estimated demand)、或者根据需要再规划运转调度。但是，尚不知能够具体地实现这样的处理的技术。
[0012]本发明的目的在于提供一种能够针对需求响应信号制作高精度的运转调度的能源管理服务器、能源管理方法以及程序。
[0013]根据实施方式，能源管理服务器具备预测部、调度器、取得部、监视部、接收部以及设定部。预测部计算在设置有电气设备的建筑物中的能源需求的预测值。调度器根据预测值制作电气设备的运转调度。取得部取得能源需求的实际值。监视部监视预测值与实际值的误差。接收部接收需求响应信号，该需求响应信号包括促使抑制指定期间中的能源消耗的信息。设定部设定与需求响应信号关联的阈值。然后，在预测部中，如果误差达到既定的阈值以上，则再计算预测值。调度器根据再计算出的预测值，再制作运转调度。

【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1是示出实施方式的能源管理系统的一个例子的系统图。
[0015]图2是示出大厦1内的能源的流动的一个例子的图。
[0016]图3是示出能源管理服务器4的一个例子的功能框图。
[0017]图4是用于说明图3所示的功能块之间的关系的图。
[0018]图5是示出能源管理服务器4中的处理步骤的一个例子的流程图。
[0019]图6是示出监视部102中的过程之间的关系的一个例子的图。
[0020]图7是示出监视部102中的过程之间的关系的一个例子的图。
[0021]图8是示出GUI111所示的、用于设定预测误差的判定阈值的视窗的一个例子的图。
[0022]图9是示出针对电力需求的再规划阈值与预测误差的关系的一个例子的图。
[0023]图10是示出针对受电量的再规划阈值与预测误差的关系的一个例子的图。
[0024]图11是示出预测部106中的过程之间的关系的一个例子的图。
[0025]图12是用于说明再预测处理的效果的图。
[0026]图13是示出显示器42中显示的画面的一个例子的图。

【具体实施方式】
[0027]图1是示出实施方式的能源管理系统的一个例子的系统图。图1所示的大厦1具备局域网(Local Area Network, LAN) 8、与该LAN8连接的监视装置5、本地控制器3以及能源管理服务器4。在LAN8的上级层协议中，能够利用例如BACnet (注册商标)。
[0028]多个节点2分别经由通信线路与本地控制器3连接。本地控制器3监视所支配的节点2的状态、或者对所支配的节点2施加各种控制。节点2也可以是能源消耗设备、产能设备或者蓄能设备。例如，空调设备、照明设备、动力设备、热源设备、蓄热装置、冷冻机、PV系统以及蓄电池等相当于节点2。以下，将这些设备统称为电气设备(appliances)。监视装置5是对用户(大厦管理者等)和系统的信息传递进行中介的人机界面(HMI)。
[0029]能源管理服务器4能够连接到云计算系统(以下称为云)9。能源管理服务器4从云9的需求响应发行服务器(DR发行服务器)6接收DR信号、或者从气象服务器7取得气象数据(天气预报、每个期间(per1d)的气温等)。云9是将多个服务器以及数据库连接到IPdnternet Protocol，互联网协议)网络、专用线网络的运算处理系统。云9通过例如数据中心等方式实现。
[0030]能源管理服务器4的主要的功能是管理大厦1的能源的功能。在实施方式中，主要说明能源管理服务器4的制作电气设备的运转调度的功能。运转调度是例如基于来自用户的要求(峰移目标等)的节点2的起动/停止调度、基于蓄电水平设定的蓄电蓄热调度坐寸。
[0031]图2是示出大厦1内的能源的流动的一个例子的图。以下，将蓄电池20、PV系统21、风冷热泵(HP) 22、水冷冷冻机23、吸收式冷热水器25、蓄热层26、太阳能热水器27、以及热电联产系统(Co-Generat1n System:CGS)28作为节点2的例子。参照图2，说明这些设备之间的能源交换的关系。
[0032]向大厦1供给电力以及煤气，将以它们为能源的电气以及冷量供给到大厦1内的各处。将接收到的电力供给到蓄电池20而蓄电、或者供给到能源消耗设备而消耗。由PV系统21以及CGS28发电的电力也同样地被向蓄电池20蓄电或者被供给到能源消耗设备。例如，为了制造冷量，消耗向风冷HP22、水冷冷冻机23供给的电力。
[0033]供给到大厦1的煤气被供给到CGS28。CGS28生成电力以及热量。生成了的电力被供给到电力线。生成了的热量被供给到热水线。
[0034]吸收式冷热水器25被供给由CGS28以及太阳能热水器27产生了的热量而制造冷量。由风冷HP22、水冷冷冻机23以及吸收式冷热水器25制造了的冷量被热需求消耗或者积蓄到蓄热槽26中。
[0035]图3是示出能源管理服务器4的一个例子的功能框图。能源管理服务器4具备输入部41、显示器42、界面部43、数据库部202、中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)44以及程序存储器45。即，能源管理服务器4是CPU44执行程序存储器45中存储了的程序而发挥功能的计算机。
[0036]输入部41是操作面板、开关等人机界面。输入部41以及显示器42形成图形用户界面(Graphical User Interface,⑶I)环境来受理由用户实施的信息输入、并且向用户提供信息。界面部43与LAN8以及云9连接，承担与监视装置5、本地控制器3、节点2以及远程服务器(DR发行服务器6、气象服务器7等)的通信功能。
[0037]数据库部202除了与能源管理有关的各种数据以外，作为实施方式的数据，还存储数据库202a、202b。
[0038]程序存储器45存储作为包括该实施方式的处理功能所需的命令的程序的、DR受理程序ΙΟΙρ、监视程序102p、DR公式化程序103p、取得程序104p、调度程序105p、预测程序106p、气象数据接收程序107p、发送程序108p、批准程序109p以及判定程序110p。这些程序既能够记录到⑶-ROM等可移动介质(记录媒体)中，也能够经由通信线路(包括云9)下载。
[0039]CPU44从程序存储器45读出各程序而进行基于硬件的运算处理。作为其处理功能，CPU44具备DR受理部101、监视部102、DR公式化部103、取得部104、调度部105、预测部106、气象数据接收部107、发送部108、批准部109以及判定部110。
[0040]图4是用于说明图3所示的功能块之间的关系的图。取得部104以例如一定的周期(恒定周期)收集作为控制对象设备的节点2的受电量、电力需求、热需求等值。这些值是被统称为过程值的现实的值(实际值)，从取得部104输入到监视部102。
[0041]监视部102监视从取得部104送来的过程值，根据该值，按照例如恒定周期，制作用于需要预测(demand estimat1n)以及调度的触发。所制作的触发被提供给预测部106和调度部105。
[0042]预测部106预测(estimate)大厦1中的例如每30分的电力需求、以及热需求。在以下的记述中，将作为预测的对象的这些值统称为能源需求。关于由预测部106实施的预测处理，除了定期的例程以外，也通过从监视部102提供触发来实施。
[0043]在预测处理时，预测部106利用由气象数据接收部107接收到的气象数据(天气预报等)。气象数据接收部107从天气预报公司的气象服务器7定期或者不定期地取得气象数据。
[0044]调度部105根据电力需求以及热需求的各预测值，制作能够使大厦1中的能源收支最佳化的、节点2的运转调度。所制作的运转调度被存储到数据库202a中。运转调度能够包括各节点2的运转时的设定、运转时间、运转期间等。在最佳化的观点中，能够考虑例如节能、节省成本、或者减小排出C02等观点。此外，能够考虑各种最佳化的观点。
[0045]DR受理部101接收从DR发行服务器6发送了的DR信号。DR信号包括该DR信号的种类、要求抑制电力消耗的期间(per1d)、奖励(incentive)、以及电力消耗量的基线(base line)等信息。判定部110根据DR受理部101的输出和当前时刻，判定在当前时间点是否应该应对DR信号。例如，如果判定为在紧接着接收到DR信号之后应该应对DR信号，则判定部110输出DR触发。该DR触发被提供给预测部106以及调度部105，成为制作基于所接收到的DR信号的运转调度的契机。
[0046]DR公式化部103将接收到的DR信号中包含的信息公式化为在运算处理中能够利用的公式。例如，关于PTR(Peak Time Rebate，高峰时段折扣)型的DR信号，伴随对用户支付与所指定的期间中的从受电量的基线起的削减量对应的奖励这样的规则。该种DR信号中包含的信息能够通过按时间带的电费、按时间带的奖励以及按时间带的基线来公式化。
[0047]调度部105根据公式化了的信息，制作一定的期间(例如1日24小时)中的各节点2(电气设备)的运转调度。所制作的运转调度被存储到数据库部202的数据库202b中。即，接收DR信号而制作了的运转调度被储存到数据库202b中，与未考虑DR信号而制作了的运转调度(在数据库202a中储存)独立地处置。
[0048]例如，通过使下式⑴所示的目的函数C最小化，能够制作以节省成本为目的的运转调度。
[0049]【式1】
[0050]C = Σ {kiXL1-miX (Li~Bi)+ni XPi}
[0051]i = 1 ?24
[0052]...(1)
[0053]C:运转期间中的成本
[0054]K1:时刻i下的电费
[0055]L1:时刻i下的受电量
[0056]m1:时刻i下的奖励
[0057]B1:时刻i下的基线
[0058]n1:时刻i下的煤气费用
[0059]Pi:时刻i下的煤气消耗量
[0060]1:从0点起经过的时间(1小时单位)
[0061]根据式(1)，能够实现除了电气费用以外还包括煤气费用的总体的成本削减。
[0062]批准部109将多个运转调度显示于⑶1111中，促使用户批准某一个运转调度。将受到批准的运转调度从数据库202a、202b中的某一个读出而送到发送部108。发送部108生成基于从批准部109送来的运转调度的控制信号(设备指令值)。将该控制信号从界面部43(图3)经由LAN8以及本地控制器3提供给节点2。由此，实现基于运转调度的电气设备的工作控制。
[0063]图5是示出上述结构的能源管理服务器中的处理步骤的一个例子的流程图。取得部104监视DR信号的到来(步骤S1)，收集各节点2的受电量、电力需求量、热需求量等过程值(步骤S2)。监视部102监视过程值与预测值的误差(差分)，如果误差是既定的阈值以上，则制作触发(此处称为监视触发)(步骤S3)。如果未制作监视触发(在步骤S4中为“否”)，则处理步骤返回到步骤S1。
[0064]如果在步骤S1中检测到DR信号的到来(“是”)，则通过DR受理部101执行DR受理处理(步骤S10)，通过判定部110判定是否应对所受理的DR信号(步骤S11)。如果判定为应对该DR信号，则判定部110输出与该DR信号对应的运转调度的制作的触发(图4的DR触发)。
[0065]如果产生了监视触发或者DR触发，则预测部106执行电力需求以及热需求的预测处理(步骤S5)。所预测的各需求被送到调度部105，制作在一定期间中的运转调度(步骤S6)。运转调度被送到批准部109，如果该运转调度被批准(步骤S7)则被送到发送部108。
[0066]发送部108生成基于运转调度的设备指令值，将生成了的设备指令值发送到控制对象(步骤S8)。直至判定为结束(在步骤S9中“是”)，重复以上的步骤。根据图5所示的流程图，在紧接着接收到DR信号之后，能够执行与该DR信号对应的运转调度。
[0067]图6以及图7是示出监视部102中的过程之间的关系的一个例子的图。图6对应于无DR信号的情形。在图6中，阈值提取过程1021从数据库部202取得用于和过程值与预测值的误差进行比较的阈值(正常时)的当前时刻下的值。即，阈值是随时刻变化的量，例如由用户设定。使用图8来详细说明。
[0068]误差计算过程1022计算电力需求的实际值与预测值的误差(需求误差)。误差计算过程1023计算受电量的实际值与预测值的误差(受电量误差)。需求误差以及受电量误差被送到选择过程1024，将某一个误差选择为判定对象而送到比较过程1025。比较过程1025对所选择的误差和当前阈值进行比较，将表示其大小关系的判定结果存储到数据库部202 中。
[0069]图7对应于有DR信号的情形。在图7中，阈值提取过程1021除了阈值(正常时)的当前时刻下的值以外，还从数据库部202取得阈值(DR时)的当前时刻下的值、和表示是在DR信号接收中的DR接收中标志。阈值提取过程1021在DR接收过程中输出阈值(DR时)。
[0070]图8是示出GUI111所示的、用于设定预测误差的判定阈值的视窗的一个例子的图。即，GUI111作为用于设定阈值的设定部发挥功能。在图8中，例如在视窗的上部显示了正常时的阈值的输入栏，在中部显不了在有DR信号的情况下的阈值的输入栏。例如，能够针对每30分，设定各阈值。
[0071]用户能够使用图8所示的视窗，根据例如过去的经验，确定阈值的设定值。在视窗的下部，显示了用于将受电量或者需求(电力、热)中的某一个指定为判定对象的收音机式按钮(rad1 button)。如果输入各时刻下的值并点击了设定按钮，则设定阈值而存储到数据库部202中。
[0072]图9是示出针对电力需求的再规划阈值与预测误差的关系的一个例子的图。图9所示的单点划线表示使用图8的视窗设定了的再规划阈值T相对时间的变化。再规划阈值T在从11:00起30分钟内被设定为比其他期间大幅地低的值。在该期间中，表示作为预测值与实际值的差分的误差的曲线超过阈值T，所以监视部102产生预测触发。
[0073]该预测触发被输入到预测部106和调度部105。由此，执行再次预测电力需求或者受电量的处理、和与其相伴的再规划处理。图9示出在前一天之前预测了的1日的预测值和当日的实际值。例如，如果在11:00执行了再预测处理，则在该时间点，预测值与实际值的误差成为零。只要能够使用图9来说明预测触发的产生则足以，所以为了简化，不详细地图示。
[0074]图10是示出针对受电量的再规划阈值与预测误差的关系的一个例子的图。在图10中，设想了有DR信号的状态。作为处理的对象的DR期间被假设为12:00至15:00。再规划阈值T在11:00?11:30中被设定为最低值，在11:30?16:00中被设定为次低的值，在其他期间中被设定为比这些值高的值。
[0075]误差的曲线从6:00左右上升。另一方面，在11:00，阈值T成为最低，所以误差和阈值T的大小反转。因此，在该时间点，再预测处理以及再规划处理起动。由此，误差成为0。之后，DR期间到来，与需求响应相对应的电力削减运转开始，从而受电量减少。在DR期间中，误差也变化。例如，如果在15:00，误差超过阈值，则在该时间点，再预测处理、再规划处理也起动。
[0076]如果DR期间到来，则通过例如使CGS28 (图2)起动，能够削减受电量。通过利用吸收式冷热水机25制造冷量来削减风冷HP22的必要电力量，也能够减小受电量。但是，图10示出了从14:00左右起误差开始变大，在15:00，超过再规划阈值T。
[0077]因此，通过在DR期间中也使再预测处理、以及再规划处理起动，误差再次成为0。这样，通过使DR期间中的再规划阈值T低于其他期间，在DR期间中也能够实施再预测、再规划。另外，在DR期间中，能够以更严格的条件进行再规划。
[0078]图11是示出预测部106中的过程之间的关系的一个例子的图。误差计算过程1061从数据库部202取得电力需求(受电量也同样)的实际值以及预测值，计算当前时刻下的误差。该误差通过展开过程1062展开成每时刻的值。作为展开了的误差列，考虑以例如相同的值排列了当前时刻的误差而得到的排列，但不限于此。
[0079]加法过程1063从展开过程1062取得误差列，从数据库部202取得预测值。加法过程1063将对预测值加上误差列而得到的值作为预测修正结果存储到数据库部202中。
[0080]图12是用于说明再预测处理的效果的图。图12所示的图形表示1日中的电力需求的预测和实际。在预测PpO与实际Pa之间有误差。如果误差超过再规划阈值，则执行再规划处理。如果将当前时刻11:00的误差设为ΛΡ11，则能够根据式(2)求出新的预测值Ppl。
[0081]【式2】
[0082]Ppl = ΡΡ0+ΔΡη...(2)
[0083]通过再规划处理，11:00时间点下的预测误差成为0。
[0084]图13是示出显示器42中显示的画面的一个例子的图。为促使用户进行运转调度的批准，该画面在图5的步骤S7中在显示器42中显示。例如，在视窗的右侧以及左侧，分别显示不同的运转调度。在左侧的运转调度中，显示运转按钮301。在右侧的运转调度中，显示运转按钮302。
[0085]左侧的运转调度表示数据库202b中储存的运转调度。右侧的运转调度表示数据库202a中储存的运转调度。即，在左侧显示的调度表示在DR接收时通过调度部105所制作的运转调度。
[0086]针对每个运转调度，显示奖励、成本、总体成本、以及峰值电力。运转调度表示蓄热以及散热的能源量、和受电量的关系。
[0087]在图中左边的调度中，表示通过进行蓄热以及散热，能够领受15千日元的奖励，但成本花费133千日元，总体成本成为118千日元。在右边的调度中可知:根据DR信号不实施蓄热、散热，总体成本是123千日元。
[0088]如果使成本削减优先，则用户选择左边的调度即可。因此，如果点击运转按钮301，则该用户能够将自身的意思传递给系统。由此，开始基于考虑了 DR的运转调度的控制。
[0089]另外，每个调度的受电量的峰值也一并表示。左边的调度的峰值电力是620kW，右边的调度的峰值电力是900kW。在受电量中有限制的情形下，能够参照这些数值。另外，此处显示的成本、峰值电力是在执行运转调度的情形下设想的值(即，由调度部105计算出的值)。
[0090]如以上叙述，根据实施方式，计算实际值与预测值的误差，如果该误差成为预先设定了的阈值以上，则产生用于执行需求的再预测和运转调度的再规划的触发。能够使用图8那样的界面由用户任意地设定误差。
[0091]通过将期望的期间中的误差设定为小的值，能够提高预测过程以及规划过程的灵敏度。由此，能够在DR信号到来之前，预先准备高精度的运转调度。
[0092]另外，在实施方式中，也根据有无需求响应信号来使触发产生。进而，在DR期间中，也对阈值进行可变设定。由此，能够极其细致地追踪需求响应信号中包含的信息、请求，能够制作有利的运转调度。
[0093]S卩，根据实施方式，与接收到需求响应(DR)信号相应地，能够迅速地重新研究运转调度。通过立刻再计算运转调度，能够进行与紧接着接收DR信号之后的误差(电力需求、受电量)对应的预测的重新研究、再规划。因此，能够快速地执行高精度的运转调度。
[0094]由此，能够提供能够针对需求响应信号制作高精度的运转调度的能源管理服务器、能源管理方法以及程序。
[0095]另外，本发明不限于上述实施方式。例如，还能够将DR受理部101、监视部102、DR公式化部103、取得部104、调度部105、预测部106、气象数据接收部107、发送部108、批准部109以及判定部110中的至少某一个作为在云9中设置的功能实施。实现这些功能块的功能的程序既可以安装到单体的计算机，也可以分散安装到多个计算机。对于本领域技术人员，容易地理解如何在系统中实施这些功能目标。
[0096]虽然说明了本发明的实施方式，但该实施方式仅作为例子而提出，未限定发明的范围。该新的实施方式能够通过其他各种方式实施，能够在不脱离发明的要旨的范围内，进行各种省略、置换、变更。该实施方式、其变形包含于发明的范围、要旨内，并且包含于权利要求书记载的发明和其均等的范围内。
【权利要求】
1.一种能源管理服务器，具备: 预测部，构成为计算在设置有电气设备的建筑物中的能源需求的预测值； 调度器，构成为根据所述预测值制作所述电气设备的运转调度； 取得部，构成为取得所述能源需求的实际值； 监视部，构成为监视所述预测值与所述实际值的误差； 接收部，构成为接收需求响应信号，该需求响应信号包括促使抑制在指定期间中的能源消耗的信息；以及 设定部，构成为能够设定与所述需求响应信号关联的阈值， 在所述预测部中，如果所述误差达到所述阈值以上，则再计算所述预测值， 所述调度器根据再计算出的所述预测值，再制作所述运转调度。
2.根据权利要求1所述的能源管理服务器，其特征在于， 所述阈值针对时间而进行可变设定。
3.根据权利要求1所述的能源管理服务器，其特征在于， 所述阈值被设定为在所述指定期间中比其他期间低。
4.根据权利要求1所述的能源管理服务器，其特征在于，还具备: 选择部，构成为将电力需求以及受电量中的某一个选择为所述能源需求。
5.根据权利要求1所述的能源管理服务器，其特征在于，还具备: 判定部，判定能否应对所述需求响应信号。
6.一种能够应用于管理设置有电气设备的建筑物的能源的服务器的能源管理方法， 所述服务器计算所述建筑物中的能源需求的预测值，根据所述预测值制作所述电气设备的运转调度，取得所述能源需求的实际值，监视所述预测值与所述实际值的误差， 在预测的步骤中，如果所述误差达到与需求响应信号关联地设定的阈值以上，则再计算所述预测值，其中所述需求响应信号包括促使抑制在指定期间中的能源消耗的信息，在进行所述制作的步骤中，根据再计算出的所述预测值再制作所述运转调度。
7.根据权利要求6所述的能源管理方法，其特征在于， 所述阈值针对时间而进行可变设定。
8.根据权利要求6所述的能源管理方法，其特征在于， 所述阈值被设定为在所述指定期间中比其他期间低。
9.根据权利要求6所述的能源管理方法，其特征在于， 所述服务器还将电力需求以及受电量中的某一个选择为所述能源需求。
10.根据权利要求6所述的能源管理方法，其特征在于， 所述服务器还判定能否应对所述需求响应信号。
11.一种程序，包括用于使计算机执行权利要求6至10中的任意一项所述的方法的命令。
【文档编号】H02J13/00GK104412481SQ201480000680
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2013年7月2日
【发明者】村山大, 齋藤正明, 久田永子, 饭野穣 申请人:株式会社东芝