节费式电力能源管理装置及方法 技术领域
本发明涉及一种电力能源管理的技术领域,特别是关于一种节费式电
力能源管理装置及方法。
背景技术
现行电力能源的监控大多仅针对设备的总耗电量或需量进行管制,或
仅针对设备的需量限制进行卸载。然而,许多的设备不论是归属公用系统
或工艺系统,往往不易于运转中将该设备停止或降低负载,此举易导致输
出端的电力供应不稳定或产出端的产量难以掌控,也使得设备或系统的能
源管理员无法有效的掌握与控制电力能源的使用,并降低相关设备的电费
成本。
此外,即便能得知该设备的耗电量的变化趋势有低载或高载耗电量的
时段,却无有效的方法与工具可判断或调整耗电模式,以致无法将高耗电
量的设备移至离峰时段使用,也无法判断于该离峰时段是否可实际达到节
省电费的效果。
因此,如何解决上述现有技术的缺陷,以提供设备的最优运转时机,
并减少设备及其工艺的电费支出,遂成为本领域技术人员的重要课题。
发明内容
本发明提出一种节费式电力能源管理装置及方法,借由提取设备的耗
电信息,并分析出耗电轮廓特征及耗电模式,同时对不同时间区段特征的
耗电量特征及电费进行最优化演算,进而调整该设备的工艺调度信息。
借此,本发明可调整设备的工艺调度信息,让使用者取得耗电量特征、
时间区段特征及电费等信息,以设定设备的最优运转时机,并产生运转上
的异常警示,还能在输出或产量不变的情形下,获得最优成本的电力能源
及工艺调度信息。
本发明提供一种节费式电力能源管理装置,其包括电力信息提取模块、
分析模块以及处理模块。该电力信息提取模块用于提取至少一设备的耗电
信息。该分析模块分析该耗电信息以产生该设备的耗电轮廓特征,并依据
该耗电轮廓特征产生该设备的耗电模式。该处理模块用于依据该耗电模式
计算出该设备于不同时间区段特征的耗电量特征及电费,并依据该耗电量
特征及该电费调整该设备的工艺调度信息。
本发明还提供一种节费式电力能源管理方法,其包括:提取至少一设
备的耗电信息;分析该耗电信息以产生该设备的耗电轮廓特征,并依据该
耗电轮廓特征产生该设备的耗电模式;以及依据该耗电模式计算出该设备
于不同时间区段特征的耗电量特征及电费,并依据该耗电量特征及该电费
调整该设备的工艺调度信息。
附图说明
图1用于绘示本发明的节费式电力能源管理装置的方块示意图。
图2用于绘示本发明中有关多个设备的耗电信息的波形示意图。
图3A用于绘示本发明中有关第一设备的耗电信息的波形示意图。
图3B用于绘示本发明图3A中有关耗电信息于单一工艺的耗电轮廓
特征及波形示意图。
图4A用于绘示本发明中有关第二设备的耗电信息的波形示意图。
图4B用于绘示本发明图4A中有关耗电信息于单一工艺的耗电轮廓
特征及波形示意图。
图5A用于运用本发明图3B而绘示有关现状、白天班激活与最优工
艺调度的耗电信息的波形比较图。
图5B用于绘示本发明图5A中有关现状、白天班激活与最优工艺调
度的耗电量及电费的比较表。
图6A用于绘示本发明的实施例中有关现状与最优工艺调度的耗电信
息的波形比较图。
图6B用于绘示本发明图6A的实施例中有关现状与最优工艺调度的
耗电量及电费的比较表。
图7用于绘示本发明的节费式电力能源管理方法的步骤流程图。
【主要组件符号说明】
100-电力能源管理装置;
101-设备;
110-电力信息提取模块;
111-耗电信息;
111a-白天班激活的耗电信息;
111b、111d-现状的耗电信息;
111c、111e-最优工艺调度的耗电信息;
120-分析模块;
121-耗电轮廓特征;
122-耗电模式;
130-处理模块;
131-时间区段特征;
132-耗电量特征;
133-电费;
134-工艺调度信息;
140-警示模块;
141-警示信号;
h1~h4-耗电量特征;
t1~t4-时间区段特征;
S201~S207-步骤。
具体实施方式
以下借由特定的具体实施形态说明本发明的实施方式,本领域技术人
员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效,也可
借由其它不同的具体实施形态加以施行或应用。
图1用于绘示本发明的节费式电力能源管理装置的方块示意图。如图
所示,电力能源管理装置100包括电力信息提取模块110、分析模块120、
处理模块130以及警示模块140。
该电力信息提取模块110用于提取至少一设备101的耗电信息111。
该电力信息提取模块110为针对数字电表、或机械电表结合数字电表的电
力信息提取程序或电力信息提取软件等。
该分析模块120用于分析该耗电信息111以产生该设备101的耗电轮
廓特征121,并依据该耗电轮廓特征121产生该设备101的耗电模式122。
该分析模块120可为分析程序、分析软件、分析仪器或处理器等。
上述的耗电轮廓特征121包括该设备101于单一工艺的耗电量特征
132及时间区段特征131。当该单一工艺的耗电量特征132超出品质管理
管制手法,如六标准差(6sigma)或95%信心水准的数值时,则由该警示
模块140发出警示信号141。该警示信号141可为警示文字、警示声音或
警示灯光等。
上述的耗电模式122包括平均耗电量特征及平均时间区段特征,该平
均耗电量特征等于该设备101于多个单一工艺的耗电量特征总合除以该些
单一工艺的耗电量特征132的多个样本次数,该平均时间区段特征等于该
设备101于该些单一工艺的多个时间区段特征总合除以该些单一工艺的时
间区段特征131的多个样本次数。
该处理模块130依据该耗电模式122计算出该设备101的平均时间区
段特征的平均耗电量特征及电费133,并依据该平均耗电量特征与该平均
时间区段特征计算得的电费133调整该设备101的工艺调度信息134。该
处理模块130可为处理程序、处理软件或处理器等。
该处理模块130也可依据该平均时间区段特征的平均耗电量特征及该
电费133进行该工艺调度信息134的最优化演算,并将该最优化演算的结
果汇入该工艺调度信息134内,最优化演算的目标如为最小电费成本。本
发明并未限制该最优化演算的演算方式,其可以数学式、方程式、算法、
软件程序或其它方式达成的。
当该最优化演算的结果不符合预定的限制条件或中止条件时,则由该
处理模块130调整该工艺调度信息134。该限制条件可为该设备101的工
艺时间或合同容量等,该中止条件可为该最优化演算的结果已达到最优化
或叠代演算次数等。
图2用于绘示本发明中有关多个设备的耗电信息的波形示意图。
如图所示,总耗电量为一个设备或二个以上设备构成的系统所使用的
累积耗电量。以一般工厂的设备的耗电量为例,总耗电量可为退火炉及热
风炉等二个以上设备的累积耗电量。
由二个以上设备所记录的耗电信息111中,可清楚看出总耗电量与时
间的变化趋势轮廓,并可得知该些设备的最高耗电量使用于电力能源的离
峰时段,如时间2012/7/520:42~2012/7/60:33,主要因素为该离峰时段的
电费较低。
但是,若将该些设备全部使用于该离峰时段,则会造成该离峰时段的
总耗电量超过预定的合同容量,反而会遭受电力提供者(如电力公司)的
罚款,以致增加该些设备的电费支出。
图3A用于绘示本发明中有关第一设备的耗电信息的波形示意图。
如图所示,由第一设备(如退火炉)的耗电信息111中,可清楚看出
6个单一工艺的耗电量与时间的变化趋势轮廓。同时,该第一设备的使用
会因工艺或调度因素,使得该耗电信息111的变化趋势轮廓成为特定模式
的使用趋势,且其使用时间横跨电力计算的尖峰时间与离峰时间的电价时
段。
图3B用于绘示本发明图3A中有关耗电信息于单一工艺的耗电轮廓
特征及波形示意图。
如图所示,可自图3A的耗电信息111中提取6个单一工艺其中一个
的耗电轮廓特征121,该耗电轮廓特征121可定义为三个耗电量特征h1、
h2、h3及其相对应的三个时间区段特征t1、t2、t3。
该些耗电量特征h1、h2、h3可分别为该些时间区段特征t1、t2、t3的耗
电量的最大值或平均值,该些时间区段特征t1、t2、t3可为自行定义的时段
或固定间隔(如每15分钟)的时段。
图4A用于绘示本发明中有关第二设备的耗电信息的波形示意图。
如图所示,由第二设备(如热风炉)的耗电信息111中,可清楚看出
15个单一工艺的耗电量与时间的变化趋势轮廓。
图4B用于绘示本发明图4A中有关耗电信息于单一工艺的耗电轮廓
特征及波形示意图。
如图所示,可自图4A的耗电信息111中提取15个单一工艺其中一个
的耗电轮廓特征121,该耗电轮廓特征121可定义为四个耗电量特征h1、
h2、h3、h4及其相对应的四个时间区段特征t1、t2、t3、t4。
该些耗电量特征h1、h2、h3、h4可分别为该些时间区段特征t1、t2、t3、
t4的耗电量的最大值或平均值,该些时间区段特征t1、t2、t3、t4可为自行
定义的时段或固定间隔(如每15分钟)的时段。
上述定义描述为统计分析每一设备及其工艺的耗电信息111的变化趋
势轮廓,可在每一设备的单一工艺中,分别定义耗电轮廓特征121的耗电
量特征为h且时间区段特征为t。hi表示单一工艺的第i个耗电量特征,i=1,
2,…,m;tj表示单一工艺的第j个时间区段特征,j=1,2,…,n。
同时,为了分析与运用每一设备及其工艺的总耗电量与时间区段,可
在每一设备的多个单一工艺中,分别定义耗电模式的平均耗电量特征为
且平均时间区段特征为其公式如下所示:
(1) h _ i = Σ h i / x ]]>
(2) t _ j = Σ t j / y ]]>
其中,∑h为耗电量特征总合,x为耗电量特征hi的总样本次数;∑
tj为时间区段特征总合,y为时间区段特征tj的总样本次数。
上述公式(1)表示平均耗电量特征等于该设备于该些单一工艺的
耗电量特征总合∑h除以该些单一工艺的耗电量特征的总样本次数x。
上述公式(2)表示平均时间区段特征等于该设备于该些单一工艺的
时间区段特征总合∑t除以该些单一工艺的时间区段特征的总样本次数y。
在统计分析该些单一工艺的平均耗电量时,可定义一品质管理管制
手法,如六标准差(6sigma)或95%信心水准下的数值,当该耗电量特征
hi超出品质管理管制界线的数值时,则可列为警示,使警示模块发出警示
信号。
图5A为运用本发明图3B而绘示有关现状、白天班激活与最优工艺
调度的耗电信息的波形比较图。
如图所示,通过统计分析每一设备及其工艺的耗电信息,并定义耗电
轮廓特征的耗电量特征及时间区段特征,可以简易概念表示该耗电信息于
不同调度或运作时间的电费成本变化。举例而言,可运用窗口移动方式或
滚动方式,分别往前及往后移动图3B中现状的耗电信息111b,即能获得
图5A中白天班激活的耗电信息111a及最优工艺调度的耗电信息111c。
在图5A中,现状的耗电信息111b为图3B的耗电信息111并于夜晚
约20:30激活设备,白天班激活的耗电信息111a是将现状的耗电信息111b
往前移动并于白天约7:30激活设备,最优工艺调度的耗电信息111c是将
现状的耗电信息111b往后移动并于夜晚约22:30激活设备。
图5B用于绘示本发明图5A中有关现状、白天班激活与最优工艺调
度的耗电量及电费的比较表。
经比较图5A中现状的耗电信息111b、白天班激活的耗电信息111a
与最优工艺调度的耗电信息111c后,即可计算出在相同耗电信息但不同
工艺调度下的耗电量及电费的比较表。
如图5B所示,在现状的耗电信息111b下,尖峰时段的总耗电量约为
936度,离峰时段的总耗电量约为1677度,总耗电量约为2614度,总电
费约为6209元。
同时,在白天班激活的耗电信息111a下,尖峰时段的总耗电量约为
2542度,离峰时段的总耗电量约为85度,总耗电量约为2628度,总电费
约为9123元,故白天班激活与现状的电费差额大约增加2914元的支出费
用。
但是,在最优工艺调度的耗电信息111c下,尖峰时段的总耗电量约
为578度,离峰时段的总耗电量约为2049度,总耗电量约为2628度,总
电费约为5587元,故最优工艺调度与现状的电费差额大约减少621元的
支出费用。
由此可知,在相同的设备及相近的总耗电量下,白天班激活会增加电
费的支出成本,但最优工艺调度则可降低电费的支出成本。
图6A用于绘示本发明的实施例中有关现状与最优工艺调度的耗电信
息的波形比较图。
如图所示,现状的耗电信息111d与最优工艺调度的耗电信息111e包
括二个第一设备(如退火炉)及二个第二设备(如热风炉)的总耗电量和
时间的变化趋势轮廓。
由于每一设备的耗电量、耗电信息与耗电轮廓特征均不尽相同,故可
依该设备原本的运作时段进行最优化演算,但每一设备的产量或输出仍然
维持不变。
图6B用于绘示本发明图6A的实施例中有关现状与最优工艺调度的
耗电量及电费的比较表。
如图所示,在现状的耗电信息111d下,尖峰时段的总耗电量约为2321
度,离峰时段的总耗电量约为2703度,总耗电量约为5025度,总电费约
为12872元。
但是,在最优工艺调度的耗电信息111e下,尖峰时段的总耗电量约
为1860度,离峰时段的总耗电量约为3161度,总耗电量约为5021度,
总电费约为12034元,故最优工艺调度与现状的电费差额大约减少838元
的支出费用。
由此可知,在相同的设备及相近的总耗电量下,经最优化演算后的最
优工艺调度可降低电费的支出成本。
图7用于绘示本发明的节费式电力能源管理方法的步骤流程图。
如图所示,电力能源管理方法可包括下列步骤:
在步骤S201中,令电力信息提取模块提取至少一设备的耗电信息。
接着进至步骤S202。
在步骤S202中,令分析模块分析该耗电信息以产生该设备的耗电轮
廓特征,并依据该耗电轮廓特征产生该设备的耗电模式。该耗电轮廓特征
可包括该设备于单一工艺的耗电量特征及时间区段特征。该耗电模式可包
括平均耗电量特征及平均时间区段特征,该平均耗电量特征等于该设备于
多个单一工艺的耗电量特征总合除以该些单一工艺的耗电量特征的总样
本次数,该平均时间区段特征等于该设备于该些单一工艺的时间区段特征
总合除以该些单一工艺的时间区段特征的总样本次数。接着进至步骤S203。
在步骤S203中,令处理模块依据该耗电模式计算出该设备于不同时
间区段特征的耗电量特征及电费。接着进至步骤S204。
在步骤S204中,令该处理模块依据平均时间区段特征的平均耗电量
特征及该电费进行该设备的工艺调度信息的最优化演算,并将该最优化演
算的结果汇入该工艺调度信息内。接着进至步骤S205。
在步骤S205中,判断该最优化演算的结果是否符合预定的限制条件?
该限制条件可为该设备的工艺时间或电力合同容量等。若是,则进至步骤
S206。若否,则回到步骤S204,令该处理模块调整该工艺调度信息。
在步骤S206中,判断该最优化演算的结果是否符合预定的中止条件?
该中止条件可为该最优化演算的结果已达到最优化或叠代演算次数等。若
是,则进至步骤S207。若否,则回到步骤S204,令该处理模块调整该工
艺调度信息。
在步骤S207中,已获得最优成本(如最低电费)的工艺调度信息,
令该处理模块更新该工艺调度信息。
上述实施形态仅例示性说明本发明的原理、特点及其功效,并非用于
限制本发明的可实施范畴,任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精
神及范畴下,对上述实施形态进行修饰与改变。任何运用本发明所揭示内
容而完成的等效改变及修饰,均仍应为本发明的权利要求所涵盖。因此,
本发明的权利保护范围,应如权利要求书所列。