TWI551191B

TWI551191B - 智慧型電能調控系統及其方法

Info

Publication number: TWI551191B
Application number: TW103103383A
Authority: TW
Inventors: 陳雍宗
Original assignee: 鄭淑貞
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2016-09-21
Also published as: TW201531159A

Description

智慧型電能調控系統及其方法

本發明涉及一種電能調控系統及其方法，特別是在預設有不同工作任務週期的輸出方式中選擇其一以進行調變並對負載進行供電之智慧型電能調控系統及其方法。

近年來，隨著環保意識的抬頭，各種綠能及節能設備便如雨後春筍般出現，其中，由於節能設備能夠同時應用在綠能及傳統能源的環境中，因此節能設備具有不可忽視的地位。

一般而言，傳統節能的方式通常是偵測電子設備的使用情況，並且在不使用電子設備時直接中斷電源或使用能夠維持此設備的最小電源，如此一來，即可以達成節能的效果。然而，此方式需要持續偵測電子設備的使用情況，並且僅區分使用與不使用等兩種情況已逐漸無法滿足使用者的節能需求，所以具有節能效益不佳之問題。

綜上所述，可知先前技術中長期以來一直存在節能效益不佳之問題，因此實有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。

本發明揭露一種智慧型電能調控系統及其方法。

首先，本發明揭露一種智慧型電能調控系統，此系統包含：終端裝置及受控端。所述終端裝置用以透過無線傳輸發送控制訊息；所述受控端與負載電性連接，受控端包含供電模組、接收模組、控制模組、記錄模組及調變模組。其中，供電模組用以提供電能；接收模組用以接收控制訊息；控制模組用以根據控制訊息自預先設定的多個輸出方式中選擇其一，所述輸出方式分別預設有不同的工作任務週期；記錄模組用以持續在多個時間點記錄光電板轉換之電壓值、蓄電池之電壓值以及負載之電流值以作為運作訊息，並且允許終端裝置讀取運作訊息以進行顯示；調變模組用以根據選擇的輸出方式進行調變，使供電模組以相應該輸出方式的工作任務週期對該負載進行供電。

另外，本發明揭露一種智慧型電能調控方法，應用在具有終端裝置及電性連接有負載的受控端之架構中，其步驟包括：終端裝置透過無線傳輸發送控制訊息至受控端；受控端根據控制訊息自預先設定的多個輸出方式中選擇其中之一，所述輸出方式分別預設有不同的工作任務週期；受控端根據選擇的輸出方式進行調變以使用相應此輸出方式的工作任務週期對所述負載進行供電；以及受控端持續在多個時間點記錄光電板轉換之電壓值、蓄電池之電壓值以及負載之電流值以作為運作訊息，並且允許終端裝置讀取運作訊息以進行顯示。

本發明所揭露之系統與方法如上，與先前技術的差異在於本發明是透過終端裝置傳送控制訊息至受控端，以便受控端根據此控制訊息從預先設定有不同工作任務週期的多個輸出方式中選擇其一，並且根據選擇的輸出方式進行調變以使用相應此輸出方式的工作任務週期對負載進行供電，並且可以依太陽光出現之時間的不同與顯示效益，設定調整綠能設備的負載輸出的時間與能量。

透過上述的技術手段，本發明可以達成提高供電設備的節能效益之技術功效。

110‧‧‧終端裝置

120‧‧‧受控端

121‧‧‧供電模組

122‧‧‧接收模組

123‧‧‧控制模組

124‧‧‧調變模組

125‧‧‧記錄模組

130‧‧‧負載

310‧‧‧逆變器

320‧‧‧蓄電池

330‧‧‧電壓表

340‧‧‧控制器

350‧‧‧穩壓電路

610‧‧‧非揮發性記憶體

611‧‧‧太陽能板

612‧‧‧變壓器

613‧‧‧電壓計

614‧‧‧鍵盤

615‧‧‧電子鐘

710‧‧‧金氧半場效電晶體

720‧‧‧反相器

步驟210‧‧‧終端裝置透過無線傳輸發送一控制訊息至受控端

步驟220‧‧‧該受控端根據該控制訊息自預先設定的多個輸出方式中選擇其中之一，該些輸出方式分別預設有不同的工作任務週期

步驟230‧‧‧該受控端根據選擇的該輸出方式進行調變以使用相應該輸出方式的工作任務週期對該負載進行供電

步驟240‧‧‧該受控端持續在多個時間點記錄光電板轉換之電壓值、蓄電池之電壓值以及該負載之電流值以作為一運作訊息，並且允許該終端裝置讀取該運作訊息以進行顯示

第1圖為本發明智慧型電能調控系統之系統方塊圖。

第2圖為本發明智慧型電能調控方法之方法流程圖。

第3圖為應用本發明調控電能之電路示意圖。

第4圖為應用本發明的節能效益之示意圖。

第5A圖及第5B圖為本發明各輸出方式之流程示意圖。

第6圖為本發明智慧型電能調控的實施例之示意圖。

第7圖為本發明以金氧半場效電晶體控制負載的電流輸出之電路示意圖。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題並達成技術功效的實現過程能充分理解並據以實施。

在說明本發明所揭露之智慧型電能調控系統及其方法之前，先對本發明的應用環境作說明，本發明是應用在具有終端裝置及受控端的環境中，其中，所述終端裝置是具有無線傳輸能力且能夠與受控端相互傳輸的電子設備；受控端與負載電性連接，受控端可藉由從預先設定的多個輸出方式中選擇其中之一來調整工作任務週期，達到節能的目的。在實際實施上，所述負載可為發光二極體(Light Emitting Diode,LED)、風扇等等的耗電裝置。

以下配合圖式對本發明智慧型電能調控系統及其方法做進一步說明，請參閱「第1圖」，「第1圖」為本發明智慧型電能調控系統之系統方塊圖，此系統包含：終端裝置110及受控端120。其中，終端裝置110用以透過無線傳輸發送控制訊息。在實際實施上，使用者可在終端裝置110選擇能夠與受控端120進行無線傳輸的無線傳輸協定，如：短距離之射頻(Radio frequency)協定、藍芽(Blue tooth)協定、蜂群(ZigBee)協定、全球行動通訊系統(Global System for Mobile Communications,GSM)協定或長程演進(Long term evolution,LTE)協定等等，以便將控制訊息傳送至受控端120，甚至用以傳輸語音、文字或影像等等。另外，終端裝置110具有人機介面，此人機介面包含顯示多個操作圖示，以及根據點選的操作圖示產生相應的控制訊息，如：起始、結束、連結及調變等等。除此之外，倘若終端裝置110接收到受控端120傳送的運作訊息，終端裝置110也可以透過顯示器來顯示運作訊息，甚至是同步此運作訊息。

至於受控端120則與負載130電性連接，此受控端120包含：供電模組121、接收模組122、控制模組123及調變模組124。其中，供電模組121用以提供電源，以應用太陽能為例，其可包含光電板(亦可稱為太陽能板)、逆變器(inverter)及蓄電池等元件。由於供電模組121為習知技術，故在此不再多作贅述。

接收模組122用以接收來自終端裝置110的控制訊息。在實際實施上，此接收模組122與終端裝置110使用相同的無線傳輸協定來實現兩者之間的無線傳輸。

控制模組123用以根據控制訊息自預先設定的多個輸出方式中選擇其中之一，這些輸出方式分別預設有不同的工作任務週期，此工作任務週期可以百分比的方式呈現，舉例來說，在不同占空比的方波訊號中，假設輸出方式是依固定時間輸出，其工作任務週期可定義為：D _L=[(T _F-T _NF-T _D)/T _F]×100%=[1-(T _NF-T _D)/T _F]×100%

其中，T _F代表全載輸出週期，T _NL代表指定無載輸出週期，T _D代表輸出週期之延誤時間，T _D主要為規範工作週期之延誤的誤差量，在理想之基頻方波產生的情況下T _D=0。例如，在理想情況下，無輸出週期延誤時間(T _D=0)，假設輸出方式為全載輸出，無載輸出週期亦為0(T _NL=0)，因此，全載輸出之工作任務週期為100%(D _L=[(T _F-0-0)/T _F]×100%)；另外，在理想情況下假設輸出方式為半載輸出，其工作任務週期為 50%(D _L=[(T _F-T _F/2-0)/T _F]×100%)。

再者，在不同占空比的方波訊號中，假設輸出方式是依固定頻率間隔輸出，其工作任務週期可定義為：D _L=[(f _F-f _NF-f _D)/f _F]×100%

其中，f _F、f _NF、與f _D依序對應代表全載頻率寬度、無載輸出頻率寬度，以及輸出頻率之延誤寬度。

在不同占空比的方波訊號中，假設輸出方式是依自訂的時間或頻率間隔輸出，其工作任務週期可定義為：D _L=ρ×[(T _F-T _NF-T _D)/T _F]×100%

其中，T _D、T _F、T _NL如前所述，而ρ則代表可調式之適應性任務週期的權重，其值設定為0 ρ 1。換句話說，輸出方式的工作任務週期之百分比可根據時間或頻率進行換算後進行調適性(Adaptive)的設定，或是使用者自行設定的數值。在實際實施上，所述時間的設定可依一天24小時之太陽光出現的不同而調整，例如，可以只在白天6點至晚間6點輸出功率給予綠能設備的負載，其餘時間並不必有負載的輸出；另外，如果受控端120係為一種展示或顯示於公開場所的綠能設備，則為了此一綠能設備的「展示或顯示」效益，亦可以調整此一綠能設備，僅在最佳效益之時段具有負載輸出，例如，一者為達到「展示或顯示」效益，一者避開人潮出現低的時段，則展示或顯示於公開場所的綠能設備，在清晨12點至清晨5點時的輸出功率也可以進行減量的調整。如此一來，即可依太陽光出現之時間的不同與展示或顯示效益，用以設定調整綠能設備的負載輸出的時間與能量。

調變模組124用以根據選擇的輸出方式進行調變，使供電模組121以相應於選擇的輸出方式之工作任務週期對負載130進行供電。在實際實施上，在受控端120進行供電(也可稱為放電)時，還可透過一個穩壓電路以獲得穩定不變的直流電源，此穩壓電路與負載130同時啟動。另外，調變模組124在進行調變時是透過一個可調節不同輸出方式的控制器配合脈寬調變(Pulse Width Modulation,PWM)器來調整不同的工作任務週期。在實際實施上，亦可透過包含金氧半場效電晶體的電路控制負載130的電流輸出以進行「量(電流量)」與「時(時間)」的調控。

特別要說明的是，在實際實施上，本系統更可包含記錄模組125用以持續在多個時間點記錄光電板轉換之電壓值、蓄電池之電壓值以及負載130之電流值以作為運作訊息，並且允許終端裝置110讀取此運作訊息以進行顯示，其顯示方式可透過圖表的方式呈現在終端裝置110的顯示器之中，稍後將配合圖式說明圖表的顯示方式。

接著，請參閱「第2圖」，「第2圖」為本發明智慧型電能調控方法，應用在具有終端裝置110及電性連接有負載130的受控端120之架構中，其步驟包括：終端裝置110透過無線傳輸發送控制訊息至受控端120(步驟210)；受控端120根據控制訊息自預先設定的多個輸出方式中選擇其中之一，所述輸出方式分別預設有不同的工作任務週期(步驟220)；受控端120根據選擇的輸出方式進行調變以使用相應此輸出方式的工作任務週期對所述負載130進行供電(步驟230)。透過上述步驟，即可透過終端裝置110傳送控制訊息至受控端120，以便受控端120根據此控制訊息從預先設定有不同工作任務週期的多個輸出方式中選擇其一，並且根據選擇的輸出方式進行調變以使用相應此輸出方式的工作任務週期對負載130進行供電，並且可以依太陽光出現之時間的不同與顯示效益，設定調整綠能設備的負載輸出的時間與能量。

特別要說明的是，在步驟230之後，受控端120持續在多個時間點記錄光電板轉換之電壓值、蓄電池之電壓值以及所述負載130之電流值以作為運作訊息，並且允許終端裝置110讀取此運作訊息以進行顯示(步驟240)。所述讀取運作訊息可藉由無線傳輸方式實現，由於無線傳輸方式為習知技術，故在此不再多作贅述。

以下配合「第3圖」至「第7圖」以實施例的方式進行如下說明，請先參閱「第3圖」，「第3圖」為應用本發明調控電能之電路示意圖。前面提到，供電模組121用以提供電能，在實際實施上，供電模組121可利用太陽能進行光電轉換，並且將轉換生成的電能經逆變器310儲存至蓄電池320，而供電模組121還可透過電壓表330偵測光電板轉換後的電壓值以及蓄電池320的電壓值，以便在受控端120具有記錄模組125的情況下將這些電壓值記錄為運作訊息的一部分。當要調控供電模組121提供的電能時，可透過控制器340實現控制模組123及調變模組124，以便選擇輸出方式並且根據選擇的輸出方式進行調變，並且以相應此輸出方式的工作任務週期對負載130(如：發光二極體)進行供電，此工作任務週期為脈寬調變訊號。如此一來，即可透過不同的脈寬調變訊號來控制電能的輸出方式。特別要說明的是，在實際實施上，控制器340還可電性連接穩壓電路350，以便在蓄電池320放電時同時透過穩壓電路350獲得穩定不變的直流電源以提供給負載130。

如「第4圖」所示意，「第4圖」為應用本發明的節能效益之示意圖。首先，橫軸代表時間、縱軸代表功耗，上方空心圓點為最佳化之前的功耗，下方實心圓點為最佳化之後的功耗，從「第4圖」中可以清楚看到，應用本發明進行電能調控之前(即最佳化之前)，其功耗遠比應用本發明進行電能調控之後(即最佳化之後)還要耗電。因此，應用本發明進行電能調控後可有效提高節能效益。

如「第5A圖」及「第5B圖」所示意，「第5A圖」及「第5B圖」為本發明各輸出方式之流程示意圖。其中，控制器340用以在四種輸出方式中選擇其中之一，舉例來說，輸出方式一為無最佳化的情況，分為無載(無負載)與全載(全負載)，在無載時蓄電池320不放電，而在全載時蓄電池320放電，假設負載130為LED顯示裝置，則LED在蓄電池 320不放電時為全暗，反之在蓄電池320放電時為全亮；輸出方式二的情況為「定隔優化」，所謂「定隔」是指固定時間間隔的意思，其動作方式可依不同的顯示裝置作不同方式的調節，如：以不同時間之間隔使LED閃爍，亦即，固定閃爍2秒、8秒、10秒等等，而且可設定無載(全暗)後，經5秒以0%程度亮5秒，之後，再以間隔5秒的方式依B%程度與D%程度各亮5秒，最後回到無載(全暗)，形成上述循迴方式進行放電之作業；輸出方式三的情況為「定量優化」，其利用不同之放電程度，進行負載130之負荷調節，在實際實施上可將負載130之負荷程度共區分為五個百分比的等級，亦即A%、B%、C%、D%、及E%，利用不同程度之百分比的負載結合其負載時間長度的設定來實現定量優化，其中不同程度之百分比可由使用者任意設定；輸出方式四為「定時優化」，在此一方法的技術特徵中利用排程的方式，進行不同程度的放電給予負載，完成設備效益之優化，也就是說，此排程放電給予負載，係依據一天之中的不同時段，進行負載負荷之調節，配合手動與自動的時刻排定於固定時間與時段內設定不同之定隔或定量的優化方式，例如，於第一個時程訂定PM6：00到AM2：00以A%程度之負載放電，之後，再於第二個時程訂定AM2：00到AM5：00以D%程度的負載放電，接著於第三個時程訂定AM5：00到PM6：00以E%程度的負載放電，之後，再重回到第一個時程的作業方式實現輪迴優化。

如「第6圖」所示意，「第6圖」為本發明智慧型電能調控的實施例之示意圖。在實際實施上，可由蓄電池320、太陽能板611、逆變器310及變壓器612組成供電模組121。其中，太陽能板611進行光電轉換以產生直流電，並且經逆變器310轉換成交流電後儲存至蓄電池320，以及使用變壓器612將來自逆變器310的交流電轉換為直流電以作為使用直流電的電子元件之電源。當使用者要對智慧型電能調控系統進行非接觸式控制時，可使用終端裝置110以無線的方式傳送控制訊息至受控端120，受控端120的接收模組122接收此控制訊息，並且由控制模組123根據此控制訊息選擇輸出方式，以便調變模組124根據選擇的輸出方式進行調變以相應於輸出方式的工作任務週期對負載130進行供電。另外，前面提到記錄模組125用以持續在多個時間點記錄光電板轉換之電壓值、蓄電池之電壓值以及負載130之電流值以作為運作訊息。在實際實施上，此記錄模組125可使用非揮發性記憶體610及電壓計613來實現。除此之外，控制模組123可藉由鍵盤614及電子鐘615來對不同輸出方式的工作任務週期進行設定。

如「第7圖」所示意，「第7圖」為本發明以金氧半場效電晶體控制負載的電流輸出之電路示意圖。前面提到，可透過包含金氧半場效電晶體的電路控制負載的電流輸出以進行「量」與「時」的調控。在實際實施上，其電路連接方式如「第7圖」所示意，其中金氧半場效電晶體710的源極(S)接地、汲極(D)經由連接腳位與正極(12V)電性連接、閘極(G)則分別與100歐姆及2.2k歐姆的電阻一端電性連接，其中2.2k歐姆的電阻另一端接地；100歐姆的電阻另一端經由反相器720與控制器340電性連接。

綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於透過終端裝置傳送控制訊息至受控端，以便受控端根據此控制訊息從預先設定有不同工作任務週期的多個輸出方式中選擇其一，並且根據選擇的輸出方式進行調變以使用相應此輸出方式的工作任務週期對負載進行供電，並且可以依太陽光出現之時間的不同與顯示效益，設定調整綠能設備的負載輸出的時間與能量，藉由此一技術手段可以解決先前技術所存在的問題，進而達成提高供電設備的節能效益之技術功效。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。