Procedimiento y dispositivo difuso multiagente para la distribución de potencia entre un conjunto de radiadores,

donde la distribución de potencia se realiza mediante una unidad central de control provista de un controlador difuso tipo Mandami que toma como entrada los parámetros déficit energético y error en temperatura en cada radiador para dar como salida el reparto de energía óptimo para un período de diez minutos; donde déficit energético para cada radiador es la diferencia entre la energía requerida para mantener el grado de confort en una habitación y la energía de calefacción obtenida de la potencia eléctrica consumida, efectivamente, para calentar dicha habitación y donde el error en temperatura para cada radiador es la diferencia entre la temperatura de consigna correspondiente a la habitación donde está instalado y la temperatura actual. Gracias a la invención, el consumo instantáneo de potencia eléctrica para calefacción se ajusta a la potencia contratada considerando a todos los consumidores disponibles

Procedimiento y dispositivo difuso multiagente para la racionalización del consumo de calefacción eléctrica de uso doméstico.

Campo de la invención

La presente invención se aplica al campo de la racionalización del consumo de energía, en particular de calefacción eléctrica de uso doméstico.

Antecedentes de la invención

La solicitud de patente ES8406125 describe un sistema termostático distribuidor del consumo de energía eléctrica para viviendas y locales dotados de calefacción eléctrica, formado por una unidad evaluadora y termostatos racionalizadores con función reguladora de temperatura y regulación de potencia. Unidos vía cable. La unidad evaluadora proporciona una señal proporcional a la corriente consumida y la racionalización se realiza en los termostatos mediante la conexión y desconexión de la carga, pudiendo reducir la potencia en sus receptores controlados, por prioridad establecida.

El sistema anterior sin embargo no tiene en cuenta el balance energético de cada habitación. El uso del balance energético permite modificar al alza la asignación energética a un radiador para tener en cuenta periodos anteriores en los que, pese a estar la habitación "fría", no se le asignó a la misma suficiente energía. La toma de decisiones en la racionalización considerando tanto el error en temperatura como el déficit energético permite obtener un mayor grado de confort. El balance energético, permite la gestión eficiente del consumo en base a obtener un nivel de confort térmico deseable al menor costo posible, obteniendo la cota de consumo disponible en todo momento.

Finalmente la eficiencia de la racionalización se incrementa si las variables anteriores se obtienen de forma local a cada espacio.

Objeto de la invención

La invención tiene por objeto proporcionar un método de racionamiento difuso -el más similar al racionamiento humano- en forma de control difuso -reglas de control- que racionalice el consumo de calefacción eléctrica, a partir no sólo del error o diferencia de temperaturas, que es como se venía haciendo; sino a partir de una solución que tenga en cuenta el balance energético de cada habitación y que sea únicamente dependiente del confort térmico y del límite de potencia contratada, de forma que el consumo eléctrico de calefacción se ajuste a ésta en relación con todos los consumidores disponibles. Para ello, propone un procedimiento difuso multiagente para la distribución de potencia entre el conjunto de radiadores eléctricos instalados en un sistema de calefacción de uso terciario, donde la distribución de potencia se realiza mediante una unidad central de control provista de un controlador difuso tipo Mandami que toma como entrada los parámetros déficit energético y error en temperatura en cada radiador para dar como salida el reparto de energía óptimo para un período de diez minutos; donde el déficit energético para cada radiador es la diferencia entre la energía requerida para mantener el grado de confort en una habitación y la energía de calefacción obtenida de la potencia eléctrica consumida, efectivamente, para calentar dicha habitación y donde el error en temperatura para cada radiador es la diferencia entre la temperatura de consigna correspondiente a la habitación donde está instalado y la temperatura actual.

Otros aspectos de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de las figuras

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña la siguiente descripción de un juego de dibujos de carácter ilustrativo.

La Fig. 1 representa esquemáticamente los agentes que intervienen tanto en el sistema de calefacción como en la distribución de energía.

La Fig. 2 presenta el esquema de bloques de la fase de diseño que se ejecuta previamente para obtener los controladores borrosos a utilizar en cada una de las configuraciones.

La Fig. 3 muestra el diagrama de bloques del código de la unidad de control para la distribución de energía, es decir, la fase de ejecución.

La Fig. 4 es una representación del sistema de razonamiento difuso, explicando de forma gráfica cómo se asigna una certidumbre a cada etiqueta lingüística de la variable de salida.

La Fig. 5 es una gráfica de una función de pertenencia a un conjunto difuso, en concreto, una función de pertenencia de tipo trapezoidal.

Descripción detallada de la invención

La invención proporciona un procedimiento para la distribución de la potencia disponible para calefacción, entre los radiadores eléctricos secos de una determinada calefacción de uso terciario; donde la distribución de la potencia se base en dos variables: el déficit energético en cada habitación y el error en temperatura en la misma.

En una primera fase se obtiene la síntesis de los controladores borrosos utilizando simulaciones. En una fase posterior se utiliza el controlador borroso obtenido para la zona climática y tipo de construcción específico con objeto de distribuir apropiadamente la potencia eléctrica disponible. El procedimiento tiene en cuenta la normativa vigente en cuanto a los materiales de construcción, potencia mínima, zonas climáticas de la instalación, etc. y proporciona una manera sencilla y eficaz de incluir estos parámetros en el sistema sea cual sea la localización geográfica y los requerimientos específicos de cada autoridad competente. El sistema dispone además de una gran ergonomía en su configuración, ya que dispone de un número de parámetros de configuración lo más bajo posible, y está dotado de la mayor inteligencia posible para autoconfigurarse.

Se han seleccionado tres tipos básicos de construcción: la vivienda unifamiliar, la vivienda en planta y la gran superficie. La vivienda unifamiliar incluye los chalets individuales, los chalets adosados y las viviendas unifamillares. La vivienda en planta incluye las viviendas dentro de un edificio de viviendas. La gran superficie refiere las oficinas y salones de reuniones de dimensiones similares a la de una vivienda, esto es, alrededor de 200 m². Por otro lado, en el diseño de sistemas de calefacción sólo es necesario tener en cuenta la zona climática invernal, pues es ésta la que establece los requerimientos del mismo. Se denota como topología el par de valores "zona climática invernal, tipo de construcción". Será necesario obtener un diseño específico del sistema de distribución de energía para cada topología.

Se denomina potencia disponible la potencia eléctrica que se puede utilizar de forma instantánea para calefacción. Es esta potencia disponible la que es objeto de distribución en el presente procedimiento. Se conoce como potencia requerida la que se estima que necesita el radiador y que se debe entregar para mantener el grado de confort en una habitación. Se denomina potencia de calefacción, la que en cada instante se consume de forma efectiva en calentar una habitación. Se denomina energía requerida, la integral en el tiempo de la potencia requerida. De igual modo, se define energía de calefacción, la integral en el tiempo de la potencia de calefacción. Finalmente, se denota como déficit energético la diferencia entre la energía requerida y la energía de calefacción.

Se diseña un procedimiento como solución a todos los requisitos hasta ahora indicados. Un esquema de cómo está pensado el sistema se puede observar en la figura 1. En este procedimiento se utiliza una Unidad Central de Control -UCC, (0a)- para realizar la distribución de potencia entre los radiadores (0b). Se asume conexión inalámbrica entre los dispositivos mediante una red Zigbee en estrella. Todos los dispositivos incluyen un interfaz hombre-máquina, de forma que cada radiador puede trabajar en una instalación con o sin UCC. En concreto, el procedimiento utiliza las siguientes técnicas:

- Sistemas multiagentes para dotar de inteligencia y autonomía de decisión a los dispositivos involucrados.

- Lógica difusa -también llamada lógica borrosa- incluida en un controlador difuso para realizar la distribución de potencia.

La UCC es la responsable de distribuir o racionalizar la potencia eléctrica disponible entre los radiadores atendiendo a dos objetivos. El primero de ellos consiste en minimizar el error de temperatura entre la temperatura de consigna y la temperatura...

1. Procedimiento difuso multiagente para la distribución de potencia entre el conjunto de radiadores eléctricos instalados en un sistema de calefacción de uso terciario, caracterizado porque la distribución de potencia se realiza mediante una unidad central de control provista de un controlador difuso tipo Mandami que toma como entrada los parámetros déficit energético y error en temperatura en cada radiador para dar como salida el reparto de energía óptimo para un período de diez minutos; donde déficit energético para cada radiador es la diferencia entre la energía requerida para mantener el grado de confort en una habitación y la energía de calefacción obtenida de la potencia eléctrica consumida, efectivamente, para calentar dicha habitación y donde el error en temperatura para cada radiador es la diferencia entre la temperatura de consigna correspondiente a la habitación donde está instalado y la temperatura actual.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque la salida del controlador viene dada por la función donde Rr.1 es la función de pertenencia asociada a la regla r para la variable error de temperatura, Rr.2 es la función de pertenencia asociada a la regla r para la variable déficit energético, Rr.0 es la función de pertenencia asociada a la regla r para la variable de salida y las reglas utilizadas son las que se relacionan a continuación:

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el controlador es escogido como el mejor entre una conjunto de controladores obtenidos de un entrenamiento multiobjetivo para un tipo de topología particular, partiendo de un controlador subóptimo, y considerando como el mejor controlador el de menor raíz cuadrada de la suma de cuadrados de los valores de cada uno de los objetivos a minimizar, siendo los objetivos a minimizar el error medio en temperatura y el error acumulado de energía, donde el error medio en temperatura es la media de los errores en temperatura considerando todos los radiadores.

4. Procedimiento según la reivindicación 3 caracterizado porque el algoritmo de optimización utilizado es el recocido simulado multiobjetivo, tomando como entradas las temperaturas inicial y final del algoritmo de recocido simulado, el número de generaciones, los datos de entrenamiento, el controlador subóptimo y el modelo térmico de las habitaciones correspondientes a la vivienda.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 4 caracterizado porque la topología tiene en cuenta el tipo de vivienda, su distribución, los materiales de construcción, el clima y datos históricos de las variables temperatura exterior, punto de rocío, humedad y radiación solar.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la comunicación de datos entre la unidad central de control y los radiadores se realiza mediante una red inalámbrica tipo Zigbee©.

7. Dispositivo de distribución de potencia entre el conjunto de radiadores eléctricos instalados en un sistema de calefacción de uso terciario, caracterizado porque dispone de una unidad central de control provista de un controlador difuso tipo Mandami que toma como entrada los parámetros déficit energético y diferencia de temperatura en cada radiador para dar como salida el reparto de energía óptimo para un período de diez minutos; donde déficit energético para cada radiador es la diferencia entre la energía requerida para mantener el grado de confort en una habitación y la energía de calefacción obtenida de la potencia eléctrica consumida, efectivamente, para calentar dicha habitación y donde el error en temperatura para cada radiador es la diferencia entre la temperatura de consigna correspondiente a la habitación donde está instalado y la temperatura actual.