CN102713475B

CN102713475B - 用于蒸汽压缩装置诊断的功率监控器

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Publication number: CN102713475B
Application number: CN201080062202.9A
Authority: CN
Inventors: 保罗·R·巴达; 罗伊·史蒂芬·科尔比; 斯科特·罗伯特·利特勒
Original assignee: Schneider Electric USA Inc
Current assignee: Schneider Electric USA Inc
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2030-12-08
Also published as: EP2513576B8; US20110144807A1; US8800309B2; WO2011081806A1; EP2513576B1; EP2513576A1; CN102713475A

Abstract

公开了一种自动地检测蒸汽压缩***中相对于标称操作情况的异常情况的方法。基于三个温度读数来计算以超平面的形式的预期输入功率函数：来自冷凝器单元的进口区的进口温度、来自蒸发器单元的进口区的返回温度和来自所述蒸发器单元的供应输出区的供应温度。该函数产生由压缩机单元消耗的预期的输入功率的估计，并且该预期的输入功率与从压缩机单元测量的实际输入功率比较。如果预期的输入功率偏离所测量的输入功率多于预定公差，则异常情况例如制冷剂损失、冷凝器单元结垢、或者故障风扇存在于蒸汽压缩***中的指示被存储和传送。

Description

用于蒸汽压缩装置诊断的功率监控器

发明领域

本公开一般涉及自动化检测***，更具体地，涉及用于自动地检测蒸汽压缩***中相对于标称操作情况的异常情况的***和方法。

背景

随着渐增的能量成本，在能量监控方面存在增长的兴趣。例如，随着需求-响应定价（其中，在建筑物的入口点处的电的价格可以瞬时变动）的出现，知道在被供电的各种设备和***之中的当前功率消耗和分配在优化能量成本时可能是有益的。

知道目前的能量消耗速率对于目前的情况是否是最佳的或合理的也可能是有益的。在一些情况中，相对容易确定这些最佳情况是否存在。例如，当房间完全空闲时，将不需要的灯关掉是合理的。类似地，在家庭环境中，在炎热的夏季当没有人做饭时将电烤箱“开启”通常不是合理的做法。相反，较复杂的器具或装置的最佳操作或者恰当的操作较不容易确定。

作为例子，在蒸汽压缩循环（VCC）装置或者将热从一个空间移除并沉积于另一空间中的所谓的热泵***例如住宅热泵或者商业热泵、空气调节或致冷***中的未检测到的制冷剂损失可能是烦恼的重要来源和过多的且浪费的能量使用的原因。大多数的制冷剂泄漏损失未足够快地在一天或者甚至一个星期期间内容易检测到单元的性能的退化。在VCC装置被严格地用作空调设备的情况中，制冷剂损失可能发生在整个冬季，而***是空闲的。当空气调节***在春天被首次开启或者启动时，***使用通常相对低，并且由于制冷剂损失而造成的效率损失可能未被检测到，仅当***使用在较热的日子增加时显露出。在包括室外压缩机/冷凝器单元和室内蒸发器/空气处理器单元的住宅分离***中，压缩机位于住宅的外部，以及住所的居民可能在从公共设施接收到出乎意料地大的账单或者空气调节***的容量被降到不能赶上需求的点以前不通知问题。在任一情况中，当地理区域中的许多居民同时在炎热的日子发现该问题时，可能引起沮丧，并且派遣技术人员来诊断和补救这种常见问题将变得有挑战性和耗费时间。这种问题也扩展到商业***。一种可以可靠且快速地检测和报告异常例如制冷剂损失的方法将是非常合乎需要的。

随着近来出现的较高的能量价格，在功率和能量监控方面存在增加的兴趣。应用于HVAC***，仅仅知道多少能量被消耗是不够的，尽管这是有用信息。更重要地，能够预测HVAC***是否对所遇到的周围情况——包括室外温度和在提供有温度控制的空间中的情况——正常地操作将是有用的。

HVAC***的预期的正常操作并不总是直观明显的。首先，可能存在单元间制造变化，包括正常的制造容差，导致在压缩机等熵效率、冷凝器和蒸发器效率、以及其它方面上的变化。更重要地，没有两个***以确切地相同的方式被安装，导致从一个单元到另一单元的越过冷凝器和蒸发器线圈的不同的气流、在分离***应用中的制冷剂线路的不同长度，以及制冷剂线路隔离的变化的效率。另外，该***对它充满制冷剂的水平是非常敏感的，并且从一个单元到另一单元和从一次装料到另一装料存在重大变化，这使事先确定***的功率消耗很难。

提供一种可以自动地学习预测基于VCC的装置的预期行为并且随后以及时的方式检测和报告诸如制冷剂损失的情况而无需以任何方式妨碍蒸汽压缩装置的***和方法将是合乎需要的。本公开目的在于这种***和方法。

简要概述

本公开内容公开了用于连续地监控压缩机功率和响应于温度的信号以评估和报告基于VCC的空调设备、热泵或者致冷***、或者其它的热泵***的情况的***和方法。可以通过在时间间隔内观察适当充电的空调设备或者热泵而得知在压缩机功率和响应于冷凝器和蒸发器单元附近的温度的某些信号之间的压缩机功率输入预测器（CIPP）关系，同时建立并确认CIPP关系。

所测量的功率可以连续地与所建立的CIPP关系比较，所测量的功率与所预测的功率相比减少指示制冷剂的损失。所指示的制冷剂损失或者冷凝器结垢可以被传送到另一***，以便可以实现对所述情况的早期纠正维护，最小化对建筑物居住者的不适，而同时地降低能量消耗。正确的制冷剂水平可以在***中被快速地建立或重新建立，对该***的适当的制冷剂装填水平已经被最初建立，使用CIPP关系来指示适当的制冷剂装填水平被建立。

接下来将概述各种示例性的方法，这些方法还可以被实现为***或者体现在计算机可读介质中。这些概述仅是例子，并没有被规定为本文公开的发明的无遗漏的详述。

按照本文公开的方面的实现方式，一种自动地检测蒸汽压缩***中相对于标称操作情况的异常情况的方法包括：自动地计算包括从蒸汽压缩***的压缩机单元测量的电流的测量输入功率函数，该蒸汽压缩***包括耦合至压缩机单元的冷凝器单元；接收指示冷凝器单元的进口的进口温度的冷凝器温度；自动地计算包括所述冷凝器温度的预期输入功率函数；响应于预期输入功率函数偏离测量输入功率函数多于预定公差，存储异常情况存在于蒸汽压缩***中的指示。冷凝器温度可以是进口温度。可以从位于冷凝器单元的进口区中的第一温度传感器接收进口温度。

该方法还可以包括接收指示室内环境的室内温度或者室内环境内的封闭管理热空间的温度的内部温度。预期输入功率函数可以包括内部温度。内部温度可以是恒温器设定点温度。内部温度可以是蒸汽压缩***操作的室内环境的周围温度。可选地，内部温度可以是来自位于蒸汽压缩***中的蒸发器单元的进口区中的温度传感器的返回温度。预期输入功率函数可以包括返回温度。内部温度可以是来自蒸汽压缩***中的蒸发器单元的供应输出区的供应温度。预期输入功率函数可以包括供应温度。

预期输入功率函数可以包括超平面，该超平面包括功率偏移常数、第一冷凝器温度系数和第二内部温度系数。功率偏移常数可以以测量输入功率函数的单位表示。第一冷凝器温度系数可以表示与冷凝器温度有关的温度敏感度。第二内部温度系数可以表示与返回温度有关的温度敏感度。在超平面中，第一冷凝器温度系数可以与冷凝器温度相乘，以及在超平面中，第二内部温度系数可以与返回温度相乘。

该方法还可以包括接收在蒸发器单元的供应输出处的供应温度。预期输入功率函数还可以包括供应温度。超平面还可以包括表示对供应温度的温度敏感度的第三内部温度系数。在超平面中，第三内部温度系数可以与供应温度相乘。

该方法还可以包括通过最小二乘回归分析来自动地导出功率偏移常数、第一冷凝器温度系数、第二内部温度系数和第三内部温度系数。预期输入功率函数可以独立于与蒸汽压缩***有关的任何压力测量结果。

响应于测量输入功率函数比预期输入功率函数小多于预定公差，异常情况可以指示蒸汽压缩***中的制冷剂的损失。该方法还可以包括当制冷剂被添加到蒸汽压缩***时自动地计算预期输入功率函数，并且响应于预期输入功率函数在测量输入功率函数的预定公差内，指示蒸汽压缩***已经返回到标称操作情况。

响应于预期输入功率函数比测量输入功率函数小多于预定公差，异常情况可以指示蒸汽压缩***中的冷凝器单元结垢或者蒸汽压缩***中的风扇出了故障。响应于测量输入功率函数比预期输入功率函数小多于预定公差，异常情况可以表示蒸汽压缩***中的制冷剂的损失。该方法还可以包括响应于额外的制冷剂被添加到蒸汽压缩***而自动地比较预期输入功率函数与测量输入功率函数，直到预期输入功率函数落入测量输入功率函数的预定公差内，并且向操作者指示不需要添加额外的制冷剂。

电流可以对应于由电流变压器测量的到压缩机单元的线电流。测量输入功率函数可以包括测量到的连接至压缩机单元的线导体和中性导体之间的线电压。自动地计算测量输入功率函数可以在连接至电流变压器的功率监控器中实现。

内部温度可以是来自蒸发器单元的进口区的返回温度。接收冷凝器温度和返回温度可以以取样率间隔来实现，其中所述方法还包括：将自动计算预期输入功率函数延迟取样率的预定数量的循环，冷凝器温度和返回温度的样本以该取样率被接收；以及存储冷凝器温度和返回温度的每一个样本。

蒸汽压缩***可以包括空气调节***、热泵***、冷却器或者致冷***。蒸汽压缩***可以包括热泵***、用于热泵***的制冷剂可以在冷凝器单元中被蒸发，以及高压制冷剂蒸汽可以在蒸发器单元中被压缩。

该方法还可以包括：通过对如电流测量结果的取样率所确定的、预定数量的循环比较测量输入功率函数与功率阈值常数来自动地确定压缩机单元是处于开启状态还是关闭状态；以及响应于对预定数量的循环测量输入功率函数超过功率阈值常数，存储压缩机单元处于开启状态的指示。该方法还可以包括通过将蒸汽压缩***的标称***电压与由压缩机单元提取的额定满载电流相乘以产生额定功率并将该额定功率乘以百分比阈值来导出功率阈值常数。该方法还可以包括，响应于在第二预定数量的循环期间测量输入功率函数不超过功率阈值常数，存储压缩机单元处于关闭状态的指示。

冷凝器温度可以是气体或者液体的温度。内部温度可以是液体或者气体的温度。从压缩机单元测量的电流可以是从所测量的电流计算的RMS电流。冷凝器温度可以是室外环境的室外温度。

按照本公开的方面的另一实现方式，一种自动地检测蒸汽压缩***中相对于标称操作情况的异常情况的方法包括：自动地计算包括从蒸汽压缩***的压缩机单元测量的电流的测量输入功率函数，该蒸汽压缩***包括耦合至压缩机单元的冷凝器单元；从冷凝器单元的进口区接收指示进口温度的冷凝器温度；接收指示室内环境的室内温度或者室内环境内的封闭管理热空间的温度的内部温度；自动地计算包括冷凝器温度和内部温度的预期输入功率函数；响应于预期输入功率函数偏离测量输入功率函数多于预定公差，存储异常情况存在于蒸汽压缩***中的指示。

内部温度可以是来自蒸汽压缩***中的蒸发器单元的进口区的返回温度。预期输入功率函数可以包括超平面。超平面可以包括功率偏移常数、第一冷凝器温度系数和第二内部温度系数。功率偏移常数可以以测量输入功率函数的单位表示。第一冷凝器温度系数可以表示与冷凝器温度有关的温度敏感度。第二内部温度系数可以表示与返回温度有关的温度敏感度。在超平面中，第一冷凝器温度系数可以与冷凝器温度相乘。在超平面中，第二内部温度系数可以与返回温度相乘。

该方法还可以包括接收在蒸汽压缩***中的蒸发器单元的供应输出区处的供应温度。预期输入功率函数还可以包括供应温度。内部温度可以是来自蒸发器单元的进口区的返回温度。预期输入功率函数可以包括超平面。超平面可以包括功率偏移常数、第一冷凝器温度系数、第二内部温度系数和表示对返回温度和供应温度的平均值的温度敏感度的第三内部温度系数。功率偏移常数可以以测量输入功率函数的单位表示。第一冷凝器温度系数可以表示与冷凝器温度有关的温度敏感度。第二内部温度系数可以表示对返回温度的温度敏感度。第三内部温度系数可以表示对供应温度的温度敏感度。在超平面中，第一冷凝器温度系数可以与冷凝器温度相乘。在超平面中，第二内部温度系数可以与返回温度相乘。在超平面中，第三内部温度系数可以与供应温度相乘。

响应于测量输入功率函数比预期输入功率函数小多于预定公差，异常情况可以指示蒸汽压缩***中的制冷剂的损失。响应于预期输入功率函数比测量输入功率函数小多于预定公差，异常情况可以指示蒸汽压缩***中的冷凝器单元结垢或者蒸汽压缩***中的风扇出了故障。

该方法还可以包括：通过对如电流测量结果的取样率所确定的、预定数量的循环比较测量输入功率函数与功率阈值常数来自动地确定压缩机单元是处于开启状态还是关闭状态；以及响应于在预定数量的循环期间测量输入功率函数超过功率阈值常数，存储压缩机单元处于开启状态的指示；通过使蒸汽压缩***的标称***电压乘以由压缩机单元提取的额定满载电流以产生额定功率以及使额定功率乘以百分比阈值来导出功率阈值常数；并且响应于对第二预定数量的循环测量输入功率函数不超过功率阈值常数，存储压缩机单元处于关闭状态的指示。

按照本公开的方面的又一实现方式，一种自动地检测蒸汽压缩***中相对于标称操作情况的异常情况的方法包括：接收从包括耦合至压缩机单元的冷凝器单元的蒸汽压缩***的压缩机单元测量的输入功率；接收指示冷凝器单元的进口区的进口温度的冷凝器温度；接收指示室内环境的室内温度或者室内环境内的封闭管理热空间的温度的内部温度；接收在蒸发器单元的供应输出区处的供应温度；自动地计算包括冷凝器温度、内部温度和供应温度的预期输入功率函数；响应于预期输入功率函数偏离测量输入功率函数多于预定公差，存储异常情况存在于蒸汽压缩***中的指示。

内部温度可以是来自蒸发器单元的进口区的返回温度。预期输入功率函数可以包括超平面。超平面可以包括功率偏移常数、第一冷凝器温度系数、第二内部温度系数和表示对返回温度和供应温度的平均值的温度敏感度的第三内部温度系数。功率偏移常数可以以测量输入功率函数的单位表示。第一冷凝器温度系数可以表示与冷凝器温度有关的温度敏感度。第二内部温度系数可以表示对返回温度的温度敏感度。第三内部温度系数可以表示对供应温度的温度敏感度。在超平面中，第一冷凝器温度系数可以与冷凝器温度相乘。在超平面中，第二内部温度系数可以与返回温度相乘。在超平面中，第三内部温度系数可以与供应温度相乘。

考虑到参考附图做出的各种实施方式和/或方面的详细描述，本发明的前述方面和额外的方面及实施方式对本领域中的普通技术人员将是明显的，接下来提供附图的简要描述。

附图简述

当阅读以下的详细描述时并且当参考附图时，本发明的前述优势和其它优势将变得明显。

图1是典型的分离***住宅空气调节单元的功能框图，该分离***住宅空气调节单元包括以压缩机/冷凝器单元和空气处理器单元的形式的两个主要的单元；

图2示出了空气调节***例如在bang-bang冷却控制下操作的在图1中示出的空气调节***的典型定时；

图3示出了在具有图1中示出的压缩机/冷凝器单元、空气处理器单元、返回导管、供应导管和恒温器的示例性的分离***中的三个温度传感器的示例性的布置；

图4示出了被配置成从所监控的空气调节***例如图3或图11中示出的***收集数据的适当的数据获取***的功能框图；

图5示出了在所示周期内一个空气调节单元的来自图3的温度传感器的三个温度与时间的上部曲线，以及在同一时间间隔内压缩机/冷凝器单元的所测量的实际功率和预测功率的下部曲线；

图6示出了从包括图5的数据导出的标准化残差的曲线；

图7示出了在所示周期内基于恒温膨胀阀（TXV）的空气调节***的来自图3的温度传感器的三个温度与时间的上部曲线，和在同一时间间隔内压缩机/冷凝器单元的所测量的实际功率和预测功率的下部曲线；

图8示出了从包括图7的数据导出的标准化残差的曲线；

图9示出了在显示有大约0.5lbm的制冷剂被移除的周期内基于恒温膨胀阀（TXV）的空气调节***的来自图3的温度传感器的三个温度与时间的上部曲线，和在同一时间间隔内压缩机/冷凝器单元的所测量的实际功率和预测功率的下部曲线；

图10示出了从包括图9的数据导出的标准化残差的曲线；

图11示出了具有压缩机/冷凝器功率和温度监控仪器——包括CIPP处理器——的基于VCC的***的功能框图；

图12示出了包括本公开的一个方面的计算机可执行软件或固件的主要功能部件、块或模块；

图13示出了用于使序列在时间上延迟N个基本处理循环的先入先出FIFO存储器布置的功能框图；

图14示出了TD_FIFO的功能框图，该TD_FIFO包括N个存储器元件，而不是在常规的延迟线先入先出的情况下的N-1个存储器元件；

图15示出了FIR滤波器的功能框图，该FIR滤波器利用TD_FIFO，例如图14中示出的TD_FIFO；

图16示出了由图12中示出的后台任务模块执行的算法的顶级流程图，每当EPC旗语从执行任务模块接收到时，该算法被发起；

图17是显示用于检测压缩机的状态的压缩机状态检测算法的流程图；

图18示出了FIFO状态变量算法；

图19示出了状态序列逻辑（模式1）的流程图；

图20示出了用于计算稳定状态检测状态变量的示例性处理元件的功能框图；

图21是斜率滤波器函数的框图；

图22是对每一个基本处理循环执行以产生序列SS（n）的当前值的逻辑的图形描述；

图23示出了HPAS_监控器任务状态机的状态图；

图24是用于分析在数据获取过程期间获得的简单的统计数字以设定HPAS_状态值的HPAS后处理状态的流程图；以及

图25是警报逻辑任务的状态图。

虽然本发明可以允许各种修改和可选形式，特定的实施方式在附图中作为例子示出并且在本文将被详细地描述。然而，应该理解，本发明并没有被规定为限于所公开的特定形式。相反，本发明将涵盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效和可选形式。

详细描述

1.1蒸汽压缩循环装置

如本文描述的实施例将利用用于住宅“分离***”空调设备的监控器，虽然应该理解，本公开不局限于该类型的***。图1是典型的分离***住宅空气调节单元100的框图，该分离***住宅空气调节单元包括以压缩机/冷凝器单元102和空气处理器单元104的形式的两个主要单元。如本文所使用的，术语“压缩机/冷凝器单元”被理解成包括至少两个部件，压缩机单元（例如，压缩机106）和冷凝器单元（例如，冷凝器线圈108）。压缩机/冷凝器单元102通常包括电动机驱动的制冷剂压缩机106、冷凝器线圈108、穿过冷凝器线圈108提取或者推动空气的电动机驱动的冷凝器风扇110以及用于控制压缩机106的发动机和冷凝器风扇110的发动机的压缩机/冷凝器控制电路112。控制电路112的细节从一个制造商到另一制造商和从一个模式到另一模式改变，但是典型的压缩机/冷凝器控制装置112包括远程地启动和停止冷凝器/压缩机单元102的电路和硬件，以及装置安全特征，例如发动机电流超载检测功能和当压力变得不能接受地高或者不能接受地低时自动地监控制冷剂压力并停止冷凝器/压缩机单元102的各种电开关或者控制装置。

在分离***空调设备中，空气处理器单元104通常定位成远离压缩机/冷凝器单元102。空气处理器单元104包括密闭室114，待冷却的空气穿过密闭室114经由电动驱动风扇118越过蒸发器线圈116（蒸发器单元）而被提取或者推动。在正常的操作中，高压制冷剂从冷凝器线圈108的输出端经由液体管线122流体地耦合到膨胀阀120。液体管线122中的高压过冷制冷剂被推动而穿过膨胀阀120并且作为低压雾化液体出现在膨胀阀120的输出端处，其中该膨胀阀的输出端被连接到蒸发器线圈116。低压雾化液体制冷剂从蒸发器线圈116吸收热，在蒸发器线圈中该低压雾化液体制冷剂快速地蒸发成过热蒸汽，在该过程中冷却越过蒸发器线圈116的空气。过热制冷剂通过抽吸管线124流体地返回到电动机驱动的压缩机106的入口。

蒸汽压缩循环可以用于加热和冷却。例如，以上描述的分离***可以适合于加热而不是在通常被称为“热泵”的配置中的空气调节。在热泵配置中，通常使用一组阀来规定制冷剂流的路线，使得高压制冷剂蒸汽在线圈116中冷凝，以及低压液体制冷剂在线圈108中蒸发。当空气穿过线圈108流动时被冷却，以及当空气穿过线圈116流动时被加热。在HVAC工业中，AC（空气调节）***可配置来冷却或者加热是常见的。在HVAC工业中，将这种***中的线圈108称作冷凝器线圈（或者简单地冷凝器）以及将这种***中的线圈116称作蒸发器线圈（或者简单地蒸发器）而不考虑其在蒸汽压缩循环中的功能也是常见的。类似地，这种***中的压缩机/冷凝器单元102被称为压缩机/冷凝器单元，以及这种***中的单元104被称为蒸发器单元。

分离***空调设备的安装者照惯例将两个空气导管子***连接到空气处理器单元104。图1中示出的返回导管134引导来自被空调设备冷却的空间的暖空气。一旦该空气被空气调节单元冷却，冷却后的空气就通过供应导管136被传送回到经调节的空间。可以对特定应用“定制”管道***。因此，很难事先预测管道***对***操作的影响。

由于分离***中的空气处理器单元104通常定位成远离压缩机冷凝器单元102，所以这两个单元可以通过配电***中的单独的分支电路来馈电。住宅的基于VCC的空调设备或者热泵中的外部压缩机/冷凝器电源通常是三线、单相、中点中性220伏特***，并且由三个输入电线L1c、L2c和Nc识别。类似地，空气处理器单元104也常常由三线、单相、中点中性220伏特功率***来供电，以及该功率***的电源由输入端L1a、L2a和Na表示，其中L1和L2指线1和线2，以及N指中性。

压缩机/冷凝器单元102和空气处理器单元104通常由制造商建造成单独的单元，而不是用来被修改。

典型的住宅的基于VCC的热泵***例如空调设备或者普通热泵在被充分理解的“bang-bang”控制的原理下操作。参考图1，恒温器设备130通常包括直接控制空气调节***100的两个功能。首先，恒温器设备130将信号传送到空气调节***100，在某些条件下请求热泵***的操作。一个这样的通信手段包括热响应触点闭合，其当温度上升到高于第一设定点值时闭合并且随后当温度下降到低于第二数值时通常基于第一设定点值而打开。空气处理器控制装置126包括响应于恒温触点闭合的电路，并且该电路可以使空气调节***100按照事件的预定周期开启和关闭。其次，恒温器设备130可以包括三位式风扇开关，该三位式风扇开关用于指示电动机驱动的空气处理器风扇118的操作。在第一位置中，风扇开关和空气处理器控制电路126之间的相互作用使空气处理器风扇118连续地运行，与恒温开关的状态无关。在第二位置中，风扇开关和空气处理器控制电路126之间的相互作用使风扇操作以及压缩机/冷凝器单元102失效。在第三位置中，风扇开关与空气处理器控制电路126相互作用以使空气处理器风扇118响应于恒温开关而“自动”操作。

在典型的住宅***中，***的用户一般仅在恒温器设备130上设定被表示为T_SP的一个温度值（例如，恒温器设定点温度），上和下操作温度T_U和T_L按照可以被机械地或者电子地建立的规则而从这个单值得到。这样的规则的实例可以是在恒温器130附近的周围环境的所感测的温度上升到比由用户设定的恒温器设定点温度T_SP高1°F时开启空气调节***100，并且当在恒温器130附近的所感测的温度下降到比T_SP低1°F时关闭空气调节***100。以这种方式，空气调节***100可以将温度调节到由用户设定的恒温器设定点温度值的大约+/-1°F范围内。

图2示出了热泵***的典型定时，在这种情况下是空气调节***例如在bang-bang冷却控制下操作的空气调节***100。在图2中，水平坐标轴是时间，其在下文中由小写字母t表示。下面的时间图示出了作为时间的函数的温度，温度值被表示为大写字母T，以及上面的图示出了在给定时间的空气调节***的相应的状态（开启或者关闭）。在下面的时间图中标称恒温器设定点温度被表示为T_SP。以上描述的上和下温度T_U和T_L基于恒温器设定点温度T_SP。为了bang-bang控制的当前讨论的目的，假设对于温度将被调节的封闭空间——所谓的管理热空间，管理热空间内部的热源和从外部到管理热空间中的热传递在缺少空气调节***操作时将使管理热空间中的温度至少上升到高于当前的上设定点T_U 的值。

在时间t₀开始，空气调节***处于开启状态中，以及管理热空间温度在大于如在图2的下面的时间图中示出的T_L的值处，温度由于空气调节***的行为而下降，直到在时间t₁处温度达到T_L，这时依据以上描述的bang-bang控制，空气调节***关闭。空气调节***关闭的这一转变标志着被标为HPC（m）的第m次热泵循环的开始，指数m指示自从参考时间以来这已经发生第m次。一旦空气调节***已经关闭，热就不再从管理热空间移除，并且由于以上的假设，温度随时间的过去而上升，直到在时间t₂处达到T_U，如所示。当温度达到T_U时，恒温器使空气调节***开启，如在图2的上面图中所指示的。在空气调节***操作的情况下，并且假设空气调节***能够以比热被传递到管理热空间中更快的速率移除热，管理热空间的温度再次开始下降。温度的这个下降持续，直到温度达到被示为在时间t₃出现的下设定点T_L，这时恒温器使空气调节***关闭。一旦空气调节***关闭，管理热空间中的温度就开始再次上升，如图2中所示出的，并且该过程重复。

如下面所描述的，恒温器设定点温度可以用于计算由压缩机/冷凝器单元102消耗的预期的输入功率，如下面结合室外温度例如来自压缩机/冷凝器单元102的进口区的进口温度更详细地描述的。

在包括第m次冷却循环的间隔内，定义了两个子循环。从t₁到t₂的间隔（在此间隔内空调设备是关闭的）被称为第m次热泵空闲子循环或者如所指示的HPIS（m）。在空调设备是开启的第m次冷却循环内的间隔（在图2中的t₂和t₃之间的间隔）被称为热泵活动子循环或者HPAS（m）。为了是完整的，还应当注意，被标为HPAS（m-1）的前一HPC的热泵活动子循环的一部分也被示出，被标为HPAS（m+1）的下一次热泵循环的完整的HPIS也被示出。用于加热而不是冷却的热泵***的操作类似于在图2中所描述的操作，当热泵***开启和关闭时有交替的间隔。通常，术语“热泵活动子循环”或者HPAS指当热泵***的压缩机单元正在消耗功率时的间隔。类似地，术语HPIS指当热泵***的压缩机单元不消耗功率时的间隔。

在描述了典型的空气调节***100的基本部件和操作后，现在注意力转到在压缩机输入功率和压缩机/冷凝器单元102（图1）附近的空气温度、供应导管温度及返回导管温度之间的实验上确定的关系。图3示出了在具有图1中示出的压缩机/冷凝器单元102、空气处理器单元104、返回导管134、供应导管136和恒温器130的示例性的分离***中的三个温度传感器的布置。示出了三个温度传感器302、304、306。例如，被标为TC-C的一个温度传感器或者热电偶设备302放置在建筑物的管理热空间外部或者实验室环境中的压缩机/冷凝器单元102的进口区中。另一温度传感器或者热电偶设备304TC-R被安装在返回空气导管134中，使得热电偶的顶端大约在该导管的横截面中处于中心（因此位于空气处理器单元104的进口区中或者更具体地位于蒸发器单元例如蒸发器线圈116的进口区中）。热电偶设备304TC-R在足以测量进入空气处理器单元104的空气的温度的距离处被安装在空气处理器单元104附近。热电偶设备304TC-R的目的是估计在蒸发器单元的返回侧上的空气温度。类似地，温度传感器或者热电偶设备306TC-S被安装到供应导管136中，例如在空气处理器单元104附近，并且大约在供应导管136的横截面中处于中心（因此位于空气处理器单元104的供应输出区附近）。

本实施例将J型热电偶称为温度传感器，但是可以可选地使用其它的温度测量方法例如通常被称为热敏电阻或者RTD设备的温度相关的电阻设备，以及还存在可被使用的以集成电路的形式的完全集成的温度测量设备。

图3示出了连接到压缩机/冷凝器单元102的线路输入的功率监控设备308，该功率监控设备的目的是使用控制器自动地计算测量输入功率函数，测量输入功率函数包括至少电流和可选地通过功率监控设备308从压缩机单元测量的电压。测量输入功率函数的实例包括实际功率、视在功率和RMS电流。在美国典型的住宅安装中，压缩机/冷凝器单元102由三线单相中点中性功率***馈电。在图3中，中性分接头被标记为N_c，而将功率传递到压缩机/冷凝器单元102的两个线导体被标记为L1_c和L2_c。在示出的实施例中，到功率监控器308的电压输入被标记为V_1C和V_2C和N，并通过在配电线L1_c、L2_c和N上的电压分接头而建立。在典型的布置中，导体L1_c穿过市场上可买到的环型电流变压器310。电流变压器310的输出端照惯例通过电线被连接到功率监控设备308，其一般被示为分别与电流信号I_C1和I_C2相对应的信号I_C。在这些信号变得可用之后，功率监控设备308可以连续地计算实际功率、无功功率、RMS电压和RMS电流以及被传送到压缩机/冷凝器单元102的功率的所产生的伏特-安培乘积。市场上可买到的功率监控设备308例如由施耐德电气公司制造的PM850功率计或者任何其它适合的功率监控设备可以被用于测量功率函数，例如由压缩机/冷凝器单元102消耗的实际功率或者视在功率（RMS伏特和RMS安培的乘积）。

在压缩机/冷凝器单元102中的电气部件照惯例包括驱动蒸汽压缩循环的压缩机以及风扇，风扇使空气穿过冷凝器线圈。在正常操作的***中，由风扇消耗的功率可以被假设为接近恒定的。

图4示出了被配置成从所监控的空气调节***300收集数据的示例性的数据获取***400的功能框图。以上提及的热电偶302、304、306被电连接到两个热电偶模块402、404，例如由DataQ制造的DI-924MB型mV/热电偶模块。这些热电偶模块402、404给多达四个热电偶提供支持，每一个热电偶包括对热电偶的电子冷接点参考，以及所感测的热电偶电压的内部模拟信号处理和模拟数字转换及缩放，导致整数数字等于摄氏度温度乘以10。热电偶模块可以将这些温度值传送到其它的装置，例如MODBUS网络410、工业标准串行通信网络上的从设备。在本公开的一些方面中，由于空气处理器单元104和冷凝器/压缩机单元102通常定位成相距一定距离并且温度测量在每一个单元附近被需要，所以两个热电偶模块402、404可以在空调设备监控***300中被使用。如图4所示，热电偶TC-R和TC-S被连接到热电偶模块402，因此它可以位于空气处理器单元104的附近，而热电偶TC-C被连接到热电偶模块404，因此它可以位于压缩机/冷凝器单元102的附近，保持热电偶和它们各自的模块之间的配线短以最小化对温度测量的电干扰。当期望干净的测量时，工业通信网络优选地为较长长度的热电偶电线。

功率监控设备308还可以提供MODBUS连接能力，并且可以作为单独的MODBUS从设备被连接在空气调节监控网络410中。

在收集实验数据时使用的空气调节监控（MODBUS）网络410的中央是监督控制和数据获取（SCADA）***，例如由施耐德电气公司制造的SCADA***408——FACTORYCAST HMI^TM。SCADA***408被通信地连接到功率监控设备308和热电偶模块402、404作为MODBUS网络410的主设备。

SCADA***408在示例性***中以0.5Hz的速率接收温度的数字化样本和以上描述的与功率相关的参数并将其存储于常规的电子存储器设备中，并将所收集的数据组合成数据的记录。数据的每一个记录表示在特定的取样时间从空气调节***获得的数据，并且SCADA***408使用内部时基生成也附加到记录的时间戳。在每小时基础或者其它的时间间隔周期上，可以通过因特网412使用标准FTP协议由外部计算机（未示出）从SCADA***408检索到数据记录。记录可以被存储为在网络406上的电子存储器设备上的文件，用于以稍后将讨论的方式而使用。

在标称地操作的基于VCC的热泵***中，压缩机进口功率和所测量的温度之间的关系将通过超平面很好地描述。令变量T_c为由热电偶设备302TC-C推断出的压缩机进口空气温度，T_r为由热电偶设备304TC-R推断出的返回进口空气温度，以及T_s为由热电偶设备306TC-S推断出的供应导管空气温度，本文假定所有温度值将以摄氏度表示。在这些温度被定义的情况下，所发现的超平面关系具有以下形式：

P_e(T_c,T_r,T_s)=P_c0+k_cT_c+k_rT_r+k_sT_s （1）

其中，

P_e是以测量输入功率函数的单位表示的预期或者预测的压缩机输入功率，在该实施例中，单位是瓦特，但是当测量输入功率函数包括来自压缩机单元的电流测量结果而不是电压测量结果时可以可选地为安培；

P_c0是以测量输入功率函数的单位表示的功率偏移常数，在该实施例中，单位是瓦特，但是当测量输入功率函数包括来自压缩机单元的电流测量结果而不是电压测量结果时可以可选地为安培；

k₀是以瓦特（或者安培）/°C为单位的对输入T_c的温度敏感度；

k_r是以瓦特（或者安培）/°C为单位的对返回温度T_r的温度敏感度；以及

k_s是以瓦特（或者安培）/°C为单位的对供应温度T_s的温度敏感度。

上述的关系（等式1）在本文被称为CIPP关系，首字母缩略词意指压缩机输入功率预测器关系，或者按照本公开的一个方面的预期输入功率函数。预期输入功率函数与测量输入功率函数相比较以确定测量输入功率函数的所测量的量（例如，实际功率或者视在功率或者RMS电流）如何紧密地跟踪预期输入功率函数的相应的预期量（例如，实际功率或者视在功率或者RMS电流）。本实施例将实际功率称为该测量输入功率函数，但是可以可选地使用视在功率、平均功率和RMS电流。还应当注意到，可以假定线电压是恒定的标称值，并且可以与所测量的RMS电流相乘以导出对伏特-安培的近似。今后当使用术语CIPP时，将理解，它指的是由等式（1）所描述的关系并且其目的是在标称条件下跟踪测量输入功率函数。

尽管由上述的等式（1）所描述的CIPP关系包括进口温度和供应温度及返回温度，可以根据仅包括管理热空间外部的温度例如室外温度的预期输入功率函数来计算压缩机的预期输入功率。该外部温度可以是来自压缩机/冷凝器单元102的进口区的进口温度。在空气调节***或者热泵***的情况中，外部温度与指示室外环境的温度相对应。这意味着可以例如在住宅的阁楼中测量外部温度，即使压缩机单元位于住宅外部的地面上。阁楼温度的测量可以对室外环境的温度取近似。在致冷***的情况中，外部温度与封闭的管理热空间外部（即，冰箱的外部）的温度相对应。

还可以基于一个外部温度测量结果和一个或多个室内温度值或者内部温度值来计算预期输入功率函数。室内温度或者内部温度可以基于恒温器设定点温度与一个假定值相对应或者与蒸汽压缩***进行操作的室内环境的周围温度测量结果相对应，例如来自空气处理器单元104的进口区的返回温度测量结果或者来自空气处理器单元104的供应输出区的供应温度测量结果或者两者。一般来说，内部温度可以指示室内环境（例如建筑物内部）的室内温度或者室内环境内的封闭的管理热空间（例如冰箱单元内部）的温度。封闭的管理热空间是房间或者室内环境内部的封闭***。安置有封闭***的室内环境本身并不被认为是封闭的管理热空间。因此室内环境是较宽的概念，包括整个建筑物或者建筑物内部的房间，而封闭的管理热空间指的是室内环境内的封闭***，例如当蒸汽压缩***是致冷***时是冰箱单元。术语“室内”指被认为是室内的任何空间，如普通人理解的该术语一样。术语“内部”也可以指这种空间，并且一般指室内的任何封闭空间，例如封闭的管理热***的内部。

简言之，可以仅基于一个室外温度测量结果或者结合所测量的或者假定的一个或多个室内温度值或内部温度值来计算本文所描述的预期输入功率函数。预期输入功率函数可以独立于与压缩机/冷凝器单元102或者空气处理器单元104有关的任何压力测量结果。换句话说，没有压力测量结果对估计由压缩机/冷凝器单元102消耗的功率是必需的，虽然不被排除。室外温度和内部温度可以是气体或者液体的温度，并且本文所公开的预期输入功率函数可以被用在任何蒸汽压缩***例如空气调节***、热泵***、冷却器或者致冷***中。

下面提供的实施例假定在超平面内的三个测量的温度输入，但是本公开设想使用单个室外温度测量结果或者室外或外部周围温度测量结果和一个或多个内部温度值。外部指的是在包括蒸汽压缩***的装置的外部的区域或者空间。虽然外部通常指的是室外环境，它也可以指在管理热空间外部的室内环境。例如，在致冷***的情况中，外部周围温度可以指在正被监控的冰箱单元的外部的任何温度，并且该温度将通常与安装有冰箱单元的空间或者房间的周围室内温度相对应。应该理解，冷凝器单元（例如，冷凝器线圈108）位于管理热空间的外部。

图5的上面的图示出了在示出的周期内一个空气调节单元的以上描述的三个温度测量结果与时间的关系曲线，该周期包括正好在热泵活动子循环（HPAS）之前和正好在热泵活动子循环（HPAS）之后的间隔。图5的下面的图示出了在同一时间间隔内对压缩机/冷凝器单元102的所测量的实际功率。不必区分开被传递到压缩机/冷凝器单元102的功率和被传递到压缩机/冷凝器单元102的空气循环风扇110的功率。被传递到正常操作的压缩机/冷凝器单元102的空气循环风扇110的功率可以被假定为是恒定的。

对于图5的曲线被生成的***，等式（1）中的常数P_c0、k_c、k_r和k_s的值可以是：

k_{c} = 25.5908 \frac{Watts}{C^{o}} - - - (2)

k_{r} = - 12.7383 \frac{Watts}{C^{o}} - - - (3)

k_{s} = - 21.2764 \frac{Watts}{C^{o}} - - - (4)

以及

P_c0=1368Watts （5）

下面将解释关于从以上描述的数据的分析可以如何发现这些常数的细节。使用这些数值，CIPP关系生成在图5的下面的图中示出的预测结果。

当比较所测量的功率与所估计的功率时，可以计算“标准化残差”，其由下式定义：

r (n) = \frac{P_{c} (n) - P_{e} (n)}{P_{e} (n)} - - - (6)

其中P_c（n）是在第n次基本处理循环上的所测量的功率，以及P_e（n）是由等式（1）预测的功率。

图6示出了从包括图5的数据导出的标准化残差的曲线600。通过使等式（7）的结果乘以100%来将标准化残差表示为百分比。该曲线示出了四个明显的操作区域。

1.在图6的最左边的区域602，其中压缩机明显是“OFF（关闭的）”并且没有电力正在流动。这是当前的热泵循环的热泵空闲子循环的一部分。

2.被标记为意指“开启：不稳定”的ON_NS的区域604，其是百分数标准化残差在活动热泵循环开始时较大的区域。在该间隔604期间，由等式（1）描述的超平面关系并不最佳地预测压缩机功率，如可以通过大的标准化残差看出的。

3.被标记为意指“开启：稳定”的ON_ST的区域606，其是百分数标准化残差可以不为0但是相对恒定——在整个区域606上变化不超过大约%1——的区域。在该区域606中，由等式（1）描述的超平面关系相对精确地预测压缩机功率应该是多少。

4.在被标记为OFF的曲线的尾端处的区域608，其中残差被宣布为绝对零，指示压缩机再次被“OFF（关闭）”。该区域608是下一次热泵循环的一部分。

关于从ON_NS区域到ON_ST区域的转换，一致地观察到，基于VCC的***必须在压缩机在HPAS开始时开始以使制冷剂适当地分配在VCC***内之后的一段短时间内操作，在这段时间期间，利用CIPP关系计算的功率不能被认为是***的预期功率的有效表示。这是以上描述的ON_NS区域604。从曲线600中的数据中在视觉上不清楚ON_NS区域604确切地在哪里结束以及区域ON_ST 606确切地在哪里开始。稍后将讨论定义和确定该转换点的方法。

高效住宅空调设备通常配备有恒温膨胀阀（TXV），其用于维持过热的恒定值。以类似于图5和图6的方式，图7和图8示出了所测量的温度、所测量的功率和所预测的功率以及以百分比形式的标准化残差。在图7和图8中，使用等式（1）和以下相应的CIPP系数值来生成所预测的功率。

k_{c} = 25.7558 \frac{W}{C^{o}} - - - (7)

k_{r} = - 15.7916 \frac{W}{C^{o}} - - - (8)

k_{s} = - 13.4069 \frac{W}{C^{o}} - - - (9)

和

P_c0＝578.8377W （10）

CIPP关系不是***的温度设定点的敏感函数，假定压缩机速度和压缩机风扇速度保持近似于恒定，这在利用单速风扇和压缩机的正确操作的基于VCC的热泵设备中是合理的假设。一旦确定了合适的CIPP系数值，恒温器130被设定在什么温度下就无关紧要了—仅仅所测量的温度和功率是重要的。

假定空调设备制冷剂装载量保持恒定并且***100、1100（图11）处于良好状况中，CIPP关系也随着时间的过去非常稳定。当空调设备装载量被减少时，无论是故意地还是由于泄漏，由压缩机消耗的功率也从根据等式（1）预测的功率减少，并且所观察的功率小于由CIPP等式（1）预测的功率的程度是装载损失的严重性的指示。为了证明这一点，大约0.5lbm的制冷剂从用于生成图7和图8的空气调节***中移除，在该***中的原始“装载”（制冷剂的总量）大约为6.5lbm。在稍微不同温度（在HPAS的时间处由室外的周围环境情况所指示的）下的HPAS的结果在图9和图10中示出。在移除制冷剂之后，所测量的压缩机功率和所预测的压缩机功率相差大约5%。已经发现该结果是相当可重复的，由于在功率上的差异，装载的单调函数失去。此外，在本实施例中，装载的这个损失的影响将不被空调设备所服务的空气调节空间中的个人主观地感觉到。经由供应导管供应的空气对居住者仍感觉到“冷”，居住者将不必认识到制冷剂的损失。制冷剂的这个损失是从来自压缩机/冷凝器单元102的预期的输入功率和测量的功率的比较可检测到的一种类型的异常情况。

可以故意地通过将温度传感设备附在冷凝器线圈附近来使用极接近冷凝器线圈的空气温度，使得传感器不与冷凝器线圈接触而是在一段足够的距离处，以测量进入冷凝器线圈的空气的温度。使用该方法得知的CIPP关系隐含地假设在进入冷凝器的空气和冷凝器表面温度之间的一致的温度关系，其使用单速风扇由穿过冷凝器的相对恒定的气流来建立。导致穿过冷凝器的减少的气流的情况使冷凝器对于给定的冷凝器周围空气温度Tc在比在正常情况下高的温度处操作。这随后使压缩机使用比预测的多的功率。所测量的功率超过由CIPP关系预测的功率的增加指示穿过冷凝器的热传递的减少，其可以被检测和报告。可以导致减少的热传递的两种异常情况包括出故障的风扇***或者堵塞的冷凝器。任一异常情况导致降低的***效率和压缩机功率超过在正常情况下的预期功率的增加。一旦通过CIPP关系警告人们异常情况存在的可能性，人们就可以从视觉上或者听觉上容易诊断出这些异常情况。

CIPP关系的另一有益特征在于它变得不稳定的速度，作为制冷剂装载的状态或者减少的冷凝器热传递的预测器。不同于需要VCC***来在该关系变得清楚之前的长时期内热稳定的HVAC***内的许多关系，在市场上可买到的住宅空气调节装置中观察到，CIPP关系可以在操作的仅大约4分钟到6分钟之后被可靠地使用。此外，一旦***在图6的ON_ST区域中正操作，对于不过度装载制冷剂的***而言，所测量的功率和由CIPP关系预测的预期的输入功率之间的差异被发现实质上是恒定的。这意味着，以上描述的残差快速地稳定到恒定值，其是在正常情况下的装载量和当前装载量的函数。当VCC***被过度装载时，在一些或者所有的周围环境情况下，压缩机功率被观察到相对于所预测的输入功率随着时间的过去而波动。使用这个观察，通常理解的“过度装载”的概念可以被指示为当等式（6）的残差关系的幅值应是恒定的时它随时间的过去而波动的异常情况。

有以等式（1）的一般形式的所建立的CIPP关系对至少两个目的是有益的。首先，应认识到，一旦使用常规的装载装置在***中建立适当的制冷剂水平，并且CIPP关系的系数是已知的，该关系就可以被用于使用从传感输入计算的温度值响应于适合的温度对随后的操作预测预期的压缩机输入功率。如果由CIPP关系计算的预期的压缩机输入功率大于压缩机的实际测量的功率，这个偏差的可能的原因是制冷剂损失，一种可以通过***维护来报告和纠正的异常情况。类似地，堵塞的冷凝器情况可以被检测为所预测的压缩机功率小于所测量的压缩机功率的异常情况。当预期的输入功率偏离所测量的输入功率多于预定公差时，例如下面提供的公差，异常情况存在的指示可以被存储在常规的电子存储器设备中。该指示可以被显示在常规的显示装置例如视频显示器上，并且可选地被传送到远离VCC***100、1100的设备，例如电子邮件***、寻呼或者短消息发送***、或者移动电话，列举几个例子。

作为第二益处，一旦适当地得知CIPP关系，它就可在***维护期间被用作在制冷剂装载中的帮助。在使用恒温膨胀阀的典型的住宅空气调节***中，建立制冷剂装载水平的一种一般使用的方法包括以下重复的步骤：

1.传统上通过测量离开冷凝器的制冷剂的温度和压力并将所测量的温度与从空调设备制造商所提供的表格中获取的预期温度进行比较以及寻找这两者之间的适当关系来计算离开冷凝器的制冷剂的过冷；

2.基于上面的步骤或者行动1的结果来对制冷剂水平进行调节；以及

3.在重复该过程之前等待***热稳定下来。

VCC***100、1100热稳定下来的示例性的等待时期大约为15分钟，可以从其估计上面的重复的每一个循环为大约15至20分钟。在服务技术员一方可能存在缩短该过程的诱惑，使***次最佳地被装载。然而，一旦***被适当地装载并且CIPP关系被建立，在随后的维护调用时，可以装载***，直到由CIPP关系预测的功率再次匹配实际测量的功率为止。利用CIPP关系，功率电平可以在4-6分钟内稳定，极大地缩短了该过程。技术员更可能优化VCC***100，如果这可以在几分钟之内完成。

使用CIPP关系来监控和预测压缩机功率是用于制冷剂水平监控和装载的有价值的诊断和修理工具。这种工具将通过在建筑物舒适度被牺牲之前以及时的方式指示制冷剂的损失并且通过在泄漏被检测和修复时提供重新建立制冷剂水平的简单的方式来提供在能量效率、建筑物舒适度、以及诊断和修复成本上的益处。

1.2硬件描述

以下描述被提供作为本公开的一个实现方式的一个实施例。可以实现在本文提供的实现方式上的其它变形而不损害本公开的精神和本质。

图1的基于VCC的空气调节***100在图11中被放大，具有CIPP处理器1102，该CIPP处理器是包括本文描述的算法中的一些的计算设备。图11表示具有压缩机/冷凝器功率和温度监控仪器的基于VCC的***1100的框图。CIPP处理器1102可以是被特别编程来计算和监控压缩机功率的专用计算机，或者CIPP处理器1102可以是另一***例如建筑物管理***或者个人计算机的一部分。例如，CIPP处理器1102可以是网络控制器II处理器——由施耐德电气公司制造（并且在名称TAC和Andover控制装置下销售）的ANDOVER CONTINUUM^TM建筑物管理***的部件。基于VCC的***100的部件的描述还适用于基于VCC的***1100的相应部件。

所包括的是用于监控图11示出的压缩机或者压缩机/冷凝器功率的监控设备308。例如，监控设备308可以是市场上可买到的PM850型功率监控器，其由施耐德电气公司制造。在本文描述的实施方式中，两个电流变压器310和312被合并以测量L1c和L2c中的电流，并且被连接到功率监控器设备308。在功率监控器308和每一个电源电线L1c、Nc和L2c之间还产生电压连接。注意，虽然电连接必须在到基于VCC的空气调节单元1100的电供应处产生以便于***监控，现有的空气调节装置本身不需要任何修改。功率监控器308可以通过工业标准通信链路和协议例如MODBUS与CIPP处理器1102进行通信。

按照本公开的方面，三个温度计或者温度传感布置被包括以监控在进入和离开生产压缩机/冷凝器102和空气处理器104的战略位置处的空气温度。在图11中被标为“Tc”的温度传感器或温度计模块302将进入冷凝器/压缩机单元102的空气的所测量的周围环境温度传递到CIPP处理器1102。合适的温度传感器的一个实例是结合DataQ型924-MB mV/热电偶设备的J型热电偶。该温度计模块302的热电偶放置在压缩机/冷凝器单元102的外部上或者附近，使得当外部周围环境空气进入压缩机/冷凝器单元102时它穿过热电偶而被提取。装置的其余部分被安装在远离压缩机/冷凝器单元102处，以使它不干扰进入压缩机/冷凝器单元102的空气流，也不干扰离开压缩机/冷凝器单元102的排气。DataQ型924-MB设备将由热电偶发展的电信号转换成温度值（被表示为以摄氏度C x 10的数字）并且通过通信链路和协议例如MODBUS将这些值传送到CIPP处理器1102。温度计模块302将由热电偶生成的信号转换成以摄氏度C乘以10表示的温度的数字。例如，温度24.2°C由整数值242表示。

另外，两个温度计模块304、306位于已安装好的管道***中以分别在各自的返回导管134和供应导管136中响应于返回温度（T_r）和供应温度（T_s）而提供信号。再次注意到，这些导管134、136是***1100的安装的部分，并且不侵入所制造的空气处理器单元104。在一个实现方式中，温度计模块304、306是结合DataQ型924-MB mV/热电偶设备的J型热电偶，其以与上面关于温度计模块302描述的相同的方式通过通信链路将数据传送到CIPP处理器1102。

应该容易明显，能够以加热和冷却两种模式操作的所制造的热泵可以以相同的方式用仪器装备并且以加热模式或者冷却模式操作，不同的CIPP关系对每一个模式建立。在对基于VCC的***100的最初制造的装置是完全非侵入的实现方式中，到压缩机的输入功率被假定为由到冷凝器单元102的总输入功率表示。应当理解，在大多数的住宅分离***热泵或者空调设备中，冷凝器单元102的输入功率还包括供应到与冷凝器单元102构成整体的冷凝器风扇110的功率。如果风扇110在规范内操作，则功率的额外分量可以被假定为恒定的。从CIPP关系的角度来看，该恒定的风扇功率表现为在等式（1）中的项P_c0超过在压缩机功率完全被隔离时获得的值的增加。

1.3软件（算法）功能描述

1.3.1概述

图12示出了包括本公开的一个方面的计算机可执行软件或者固件1200的主要部件、块或者模块。该软件存在于CIPP处理器1102中。执行任务模块1202管理CIPP处理器1102的操作。该执行功能给***1100的用户提供包括调配CIPP处理器1102和控制它的操作的能力的接口。可能需要大量的***级参数来支持本公开的操作。这些***级参数被存储在软件结构中，本文将该软件结构称为机械常量。CIPP处理器1102提供通过调配来修改机械常量的能力。一个机械常量设置下面描述的监控***的操作模式。

以下列出的表1列出了由本公开的一个方面的软件1200使用的示例性的机械常量。每一个机械常量的目的在以下的叙述中被定义和描述。

执行任务模块1202发起基本处理循环（EPC）。基于VCC的***1100的CIPP处理器1102作为取样数据***以速率f_sp操作，其中f_sp是通过调配来定义的机械常量。定时信号以间隔τ_sp创建，其中τ_sp和f_sp通过下式相关：

τ_{sp} = \frac{1}{f_{sp}} - - - (11)

由执行任务模块1202通过软件旗语以定期间隔向其余的软件部件、CIPP处理器1102的块或模块发起基本处理循环或者EPC。

只是表示法的问题，如果定义参考时间t=0，则在该时间处第0次基本处理循环开始，第n次基本处理循环开始的时间通过下式与取样频率相关：

t (n) = \frac{n}{f_{sp}} = n τ_{sp},

n=0,1,…（12）

指数“n”指的是在由等式（12）给出的时间t（n）处开始的基本处理循环，以及实际时间的概念从这个讨论的剩余部分起将不再讨论。知道“n”的值和取样周期，可以容易地创建基本处理循环发生的时间。

软件1200还包括后台任务模块1204，该后台任务模块给***1100提供数据获取和信号处理，生成数据记录作为每一个EPC的一部分。接下来将要描述的HPAS监控器任务模块1206需要由后台任务模块1204生成的数据记录。因此，后台任务模块1204是在每一个基本处理循环的开始时执行的第一任务。下面更加详细地讨论后台任务模块1204的操作。

软件1200包括HPAS监控器任务模块1206，该HPAS监控器任务模块接受由后台任务模块1204生成的数据记录，并且生成热泵活动子循环或者HPAS的概括性统计。HPAS监控器任务模块1206的输出包括HPAS数据记录，该HPAS数据记录包含状态字和两个结构，所有这些将被详细地讨论。

相对于CIPP处理器1102的统一的取样率，热泵活动子循环（HPAS）的开始和任何单独热泵循环（HPC）的长度均可以被认为是异步出现的随机变量。从命名法的角度来看，在下文中对热泵循环和与其相关联的活动及不活动的子循环进行标注和计数是有帮助的。相应地，在下文中指数“m”被用于指示第m次热泵循环，相关联的空闲和活动子循环在参考时间t=0之后开始。

软件1200可以包括可选的EPC数据记录任务模块1208，该EPC数据记录任务模块使由后台任务模块1204生成的数据记录被记载到外部数据库（未示出），例如，在个人计算机上的一组数据文件。该数据可以用于分析目的，或者可以被丢弃。

软件1200包括HPC数据记录任务模块1210，该HPC数据记录任务模块1210使由HPAS监控器任务模块1206生成的概括性统计被记载到外部数据库。该数据可以例如用于计算能量消耗。

软件1200包括警报逻辑任务模块1212，该警报逻辑任务模块从HPAS监控器任务模块1206接受数据记录，并且将预编程逻辑应用于数据并且在适当时生成警报，指示对装置维护的需要。

1.3.2常见的示例性数字信号处理功能

本公开的信号处理方面利用接下来被定义的各种元件。本公开可以使用三个处理元件，先进/先出缓冲器或者FIFO、在本文称为TD_FIFO的FIFO的分接延迟变体、和有限脉冲响应滤波器或者FIR滤波器。

图13示出了用于在时间a（n）上使序列延迟N个基本处理循环的FIFO存储器布置1300的框图。处理器或者控制器将N-1个存储器存储元件分配到FIFO。在图13中这些存储元件被标记为SE₁，…，SE_N-1。每当新的序列元素被呈送到FIFO时，FIFO首先在存储元件SE_N-1中呈送该值作为FIFO的输出。然后FIFO将存储于存储元件SE_N-2中的值移动到存储元件SE_N-1中。接下来FIFO将存储于存储元件SE_N-3中的值移动到存储元件SE_N-2中。该过程继续，FIFO向下移动存储元件，直到FIFO将存储元件SE₁的值移动到存储元件SE₂中。最后，FIFO将当前输入a（n）移动到存储元件SE₁中。一旦该算法由控制器执行N次，并且所有的存储器存储元件包含有效的序列条目，输出序列a_d（n）就通过下式与输入序列a（n）相关：

a_d(n)=a(n-N),n＞N（13）

这些FIFO存储器布置或者序列“延迟线”在整个本公开中被提到。

存在很多方式，以这些方式可以实现以上描述的功能，例如在电子硬件中创建FIFO延迟线。本领域的普通技术人员将认识到，可以用任何数量的方式实现FIFO存储器布置。

另外，可以在本公开的方面中使用的紧密相关的处理元件被称为分接延迟FIFO存储器布置或者TD_FIFO 1400。图14示出了TD_FIFO1400的框图，该TD_FIFO包括N个存储器元件，而不是在常规的延迟线FIFO的情况下的N-1个存储器元件。TD_FIFO 1400以与常规的延迟线FIFO相同的方式穿过FIFO存储器布置移动输入序列，除了没有输出序列之外；将表现为延迟线FIFO的输出a_d（n）的存储数据被简单地丢弃。然而，在TD_FIFO的情况中，如所描述的，每一个存储元件的值可用来作为状态变量x（1）、x（2），...，x（N），其中它们可以在随后的处理中被使用。TD_FIFO有效地创建序列a（n）的N个最近的值的移动延迟窗口。

本公开还可以利用常规的有限脉冲响应（FIR）滤波器。图15示出了FIR滤波器1500的框图，该FIR滤波器利用TD_FIFO1400。在每一个基本处理循环上，TD_FIFO 1400的第n个“分接头”x（n）的输出与相关联的滤波器常数c_n相乘并且结果被累加，导致输出y：

y = Σ_{k = 1}^{N} c_{k} x (k) - - - (14)

在特殊情况下，如果c_n中的每个被分配了值：

c_{n} = \frac{1}{N},

n=1,…,N （15）

结果是：

y (n) = \frac{1}{N} Σ_{k = 1}^{N} x (k) - - - (16)

其立即被认为是TD_FIFO1400中的条目的平均值。在滤波器所属的领域中的技术人员常常将这种布置称为方脉冲滤波器，并且该布置在本文将被如此提到。

1.3.3内部状态变量COMP（n）、SS（n）和FS（n）

按照本公开的一个实施例，三个状态变量序列可以被定义并且由监控***1100维持。CIPP处理器1102维持状态变量COMP（n），指示压缩机106是否正在运行或者不在当前的EPC内。COMP（n）具有在集合{真（TRUE），假（FALSE）}中的枚举值，“TRUE”指示压缩机106目前正在运行，而“FALSE”指示压缩机106不运行。下面将描述CIPP处理器1102如何设定COMP（n）值的细节。CIPP处理器1102还维持状态变量SS（n），该状态变量SS（n）具有在集合{真（TRUE），假（FALSE）}中的枚举值，TRUE指示CIPP处理器1102已经宣布对在如图6所示的和以上描述的ON_ST状态中的***1100满足必要条件。下面描述该算法的细节。该状态变量SSd（n）的时间延迟的变体也以下面将要描述的方式被维持。CIPP处理器1102也可以维持状态变量FS（n），该状态变量FS（n）指示是否所有使用的TD_FIFO均包括来自当前的HPAS的数据的完全补集。状态变量FS（n）具有在集合{真（TRUE），假（FALSE）}中的枚举值，并且TRUE指示所有TD_FIFO的所有条目均包括来自当前的HPAS的数据。所有的这些状态变量均在全局基础上被维持，意思是每一个任务在任何时候具有对它们的当前值的可见性。

1.4任务描述

下文提供上面描述的任务的详细描述。

1.4.1执行任务

执行任务模块1202包括管理和修改机械常量并且产生CIPP处理器1102作为取样数据***操作所需要的定时信号所需要的那些功能。这是当CIPP处理器1102被开启并负责变量及其它存储器结构的初始化时操作的首要且唯一的任务。

从宏观观点来看，CIPP处理器1102可以在两种主要***状态中操作：停止或者运行。在一个实现方式中，物理开关（未示出）可以合并在***1100中，通过该物理开关用户可以选择CIPP处理器1102的状态。接下来描述在停止和运行状态中的CIPP处理器1102的操作。

1.4.1.1停止状态

停止状态被用于调配由CIPP处理器1102使用的机械常量。在停止状态中禁用用于收集数据、产生警报、预测***功率等的功能。在一个实现方式中，机械常量软件提供CIPP处理器1102的各种软件元件的所需要的基本操作参数值。表1提供了可以在CIPP处理器1102的软件元件中使用的示例性的机械常量的列表。当描述在运行模式中的CIPP处理器1102的操作时，每一个机械常量的意义和用途将变得明显。在表1中找到的术语“循环”被理解成意指基本处理循环（EPC）的数量。

表1

机械常量

1.4.1.2运行状态

在运行状态中，CIPP处理器1102在表1中列出的模式机械常量所规定的三个***模式的一个中操作。通过具有在停止状态中的CIPP处理器1102的调配工具来管理***模式。模式机械常量具有在集合{模式0、模式1、模式2}中的三个枚举值中的一个。这些值定义***操作的层次，如下面所描述的，从模式0中的最少功能到模式2中的全部功能。

使用在运行状态中的CIPP处理器1102，最低的功能操作模式是模式0。在模式0中，CIPP处理器1102仅可以测量温度T_c、T_s和T_r以及压缩机/冷凝器单元102的输入功率P_c。在没有额外的信息的情况下，不能够确定所预测的压缩机功率，或者甚至不能够确定压缩机是开启的还是关闭的。该模式表示机器的“箱外”模式。

CIPP处理器1102可以在给***提供下面更详细地描述的两个机械常量参数的值之后被启动以在模式1中操作，这两个机械常量参数为：功率阈值，P_th；和拖延延迟（holdoff delay）SSMode1_Delay。通过调配在停止状态中的CIPP处理器1102来设定这些值。

在模式1中，CIPP处理器1102可以使用机械常量功率阈值P_th来确定压缩机/冷凝器102何时是开启或者关闭的，以及HPAS监控器任务模块1206可以利用拖延延迟机械常量SSModel_Delay来生成对确定CIPP系数P_c0、k_c、k_r和k_s的值有用的统计信息。

CIPP处理器1102可以通过满足在模式1中操作所需的条件并通过调配在停止状态中的CIPP处理器1102而设定CIPP系数机械常量P_c0、k_c、k_r和k_s的值来启动以在模式2中操作。模式2是CIPP处理器1102的正常监控模式。当处于模式2中时，CIPP处理器1102和本文描述的相关软件可以确定压缩机106是开启的还是关闭的，并且还可以执行下面描述的数字信号处理以使用稍后描述的算法确定HPAS何时处于图6中所描述的ON_ST状态。当HPAS处于ON_ST状态时，CIPP处理器1102执行数字信号处理和关于由CIPP关系进行的测量和预测的统计分析。这些被警报逻辑任务模块1212使用以确定***1100与标称情况的偏差并在适当时产生警报。

当CIPP处理器1102被置于运行状态中时，执行任务模块1202初始化所有机械常量的值。每一个机械常量可以被提供有硬编码默认值和所存储的调配值，技术人员或者其它熟练的操作员可以通过调配在停止状态中的CIPP处理器1102来修改这些值。当可能时，CIPP处理器1102利用机械常量的调配值，当不存在调配值时使用硬编码默认值。在初始化了机械常量之后，执行任务模块1202初始化除了CIPP处理器1102中的机械常量之外的所有数据结构，并且利用取样率机械常量值f_sp来计算基本处理循环的周期。它然后建立定时机制，EPC旗语通过该定时机制来创建，指示每一个基本处理循环的开始。一旦定时机制被初始化，执行任务模块1202就在适当的时间生成旗语。

1.4.2后台任务

图16示出了由后台任务模块1204执行的算法1600的顶级流程图，每当EPC旗语从执行任务模块1202接收到时该算法被发起。在进入到后台任务模块1202中（1602）时，CIPP处理器1102从传感元件检索最近的取样数据值（1604），包括P_c、在先前的取样间隔上的平均冷凝器单元或者压缩机功率和三个温度测量结果T_c、T_r和T_s，并且将这些值分配给序列P_c（n)、T_c(n)、T_r(n）和T_s(n)，其中n是表示自参考时间以来的第n个基本取样周期的指数。注意，值“n”在本文被合并以加强一系列值被测量、生成等的暗示。便于描述算法如何工作和它们做什么仅仅是数学上的方便。CIPP处理器1102的用户实际上从未“看到”值n，它本身也不在内部维持。在获得输入数据之后，进行测试以确定CIPP处理器1102目前是否在模式0中操作（1606）。如果CIPP处理器1102在模式0中，控制转到进程块1608，在该进程块中状态序列COMP（n）被设定为FALSE。然后控制转到判决块1610。如果CIPP处理器1102不在模式0中操作，CIPP处理器1102利用下面讨论的算法来确定并指定压缩机状态COMP（n）（1612），以及控制被转到判决块1610。

在判决块1610中进行两个逻辑测试。对块1612中的处理结果进行测试以确定COMP（n）的当前值是否是TRUE，意味着压缩机106通过CIPP处理器1102被宣布为“ON（开启）”。还进行测试以确定CIPP处理器1102是否正在模式2中操作，意味着有效的CIPP系数已被提供给CIPP处理器1102。如果对任一测试的回答是“否”，则CIPP处理器1102将以上定义的序列P_e（n）和r（n）的当前值设定为0（1614），并且继续进行到进程块1616。如果在判决块1610中，COMP（n）是TRUE并且有效的CIPP系数已被定义，由模式2中的操作指示，控制继续进行到进程块1618，在进程块1618中CIPP处理器1102使用上面的等式（1）和（6）计算P_e（n）和r(n）的值，以及控制被转到进程块1616。

在进程块1616中，下面列出的表2的序列栏中的序列中的每个的当前值被存储在专用于该变量的单独的TD_FIFO1400中。CIPP处理器1102使用TD_FIFO1400中的已经更新的值来为所述序列中的每个维持方脉冲滤波器1500。在下面表2的“所产生的过滤序列”栏中示出了所产生的相关序列。在进程块1620中，利用进程块1616的结果作为输入来更新方脉冲滤波器值。等式（16）形成用于计算这些过滤序列中的每个的基础。

控制继续进行到进程块1622，在该进程块中，CIPP处理器1102执行逻辑以确定由CIPP处理器1102维持的TD_FIFO是否充满从当前HPAS获得的有效的数据。该逻辑的结果是状态变量FS（n），其具有在枚举集合{FALSE（假），TRUE（真）}中的值，其中逻辑值“TRUE”指示所有的TD_FIFO包括来自当前HPAS的有效数据，以及FALSE意为所有的TD_FIFO不包括来自当前HPAS的有效数据。下面讨论被执行来为基本处理循环确定FS（n）的值的逻辑。

控制转到进程块1624，在该进程块中，稳定状态序列SS（n）的当前值被更新，下面将讨论该进程的细节。

在进程块1626中，CIPP处理器1102为表2中的方脉冲过滤序列中的每个和SS（n）维持如上所述的长度N_d的延时的、单独的FIFO延迟线。所产生的SS（n）的延时序列被称为SS_d（n），N_d是通过调配确定的机械常量。在表2中给出在标题“延迟过滤序列”下的方脉冲过滤值中的每个的延时版本。下面讨论这些缓冲区的目的和其长度。在块1626中的这些FIFO延迟线的更新之后，后台任务结束（1628）。

表2

方脉冲过滤序列

接下来将描述一种示例性的方法，在该方法中，在模式1或者模式2中操作的CIPP处理器1102确定状态变量COMP（n）的值，指示压缩机是处于“ON（开启）”还是“OFF（关闭）”状态。这被表示为图16中的进程块1612。到冷凝器单元的输入功率被测量并与通过调配设定的阈值机械常量P_th的值相比较。使用所建立的功率阈值P_th，瞬时ON/OFF状态变量X（n）可以通过比较功率序列P_c(n）的当前值与预编程的阈值P_th来在每一个基本处理循环上构造。使ON/OFF状态指示“防反跳”以确保在功率测量中的偶然噪声不能使状态变量乱真地改变是合乎习惯的。这里使用的防反跳算法要求在所测量的功率从低到高（或者从高到低）越过阈值时，它必须在变化在由COMP（n）表示的内部维持的ON/OFF状态中被宣布之前在规定数量的连续的取样周期内保持高（或者低，根据具体情况而定）。

图17是显示用于检测压缩机的状态的压缩机状态检测算法1700的流程图。算法1700的输出是状态变量序列COMP（n），指示压缩机106是处于ON状态（由TRUE指示）还是OFF状态（由FALSE指示）。防反跳计数器COMP_DBC由算法1700维护并且用于确定何时改变所估计的***状态COMP（n）是可接受的。恒定的正整数值DBCref用于以下面描述的方式确定何时改变COMP（n）的状态值。DBCref是机械常量，DBCref的值可以在处于停止状态中的CIPP处理器1102中通过调配来设定。DBCref的典型值是大约五个基本处理循环，以0.5Hz的取样率的这五个基本处理循环意味着压缩机必须在CIPP处理器1102宣布它是“ON（开启的）”之前开启十秒。类似地，在从开启状态转换到关闭状态中时，可能导致十秒的延迟。

在进入到压缩机ON/OFF检测过程（1702）时，冷凝器功率序列P_c（n）的最新值立即与以上描述的预定阈值P_th相比较（1704）。作为比较的结果，如果当前的功率测量P_c(n）大于或者等于P_th，则中间变量X被分配值TRUE（1706），以及如果当前的功率测量小于P_th，则中间变量X被分配值FALSE（1706）。

局部变量X的值与前一压缩机状态值COMP（n-1）相比较（1710），COMP（n）的值在前一基本处理循环中生成。如果X具有与COMP（n-1）相同的值，则防反跳计数器DBC被分配机械恒定值DBCref(1712），COMP（n）的新值被分配前一值COMP（n-1）（1714），并且该循环完成且控制退出（1716）。如果X和COMP（n-1）不相等，作为在块1710中的比较的结果，可能到了改变内部压缩机状态COMP（n）的值的时间。在这种情况下，防反跳计数器COMP_DBC递减一个计数（1718）。因而产生的COMP_DBC的值与0相比较（1720）。如果防反跳计数还不是0或者负值，则还不到改变***的所宣布的状态的时间，并且COMP（n）被分配前一值COMP（n-1）（1714）。在这个分配之后，该状态管理过程如所示通过退出来结束（1716），并且COMP_DBC变量保持新递减的值。

如果在判决块1720中，防反跳计数器COMP_DBC的值被检测为小于或者等于0，则到了改变压缩机状态COMP（n）的内部***水平宣告的时间。COMP（n）被分配局部状态变量X的当前值（1722）。防反跳计数器COMP_DBC被分配默认值DBCref（1724），并且算法1700退出（1716）。

如从以上的描述应该清楚的，对于宣布从ON（TRUE）状态转换到OFF（FALSE）状态的压缩机ON/OFF检测过程，到压缩机的实际功率对DBCref连续基本处理循环必须降低到低于阈值P_th。假设P_th的值已被适当地选择，这意味着功率对相应于DBCref的至少多个连续的基本处理循环必须从压缩机/冷凝器单元102被物理地移除。稍后将讨论选择P_th的适当值的方法。

1.4.3FIFO状态变量FS（n）

接下来，介绍在图16的块1622中更新FS状态变量所需要的处理。为了完成此，CIPP处理器1102维持计数器FSCount，其意义取决于如由模式机械常量的值定义的CIPP处理器1102的模式。在模式0中，FSCount用于留意自从初始化以来的基本处理循环。在模式1或者模式2中，FSCount留意COMP（n）已被宣布为“TRUE”的连续循环的数量。在这两种情况下，FSCount被限制到由机械常量N_td定义的TD_FIFO阵列的长度。N_td的典型值是64个元素，这对应于在0.5Hz的基本取样周期处的128秒的窗口。

现在参考图18，示出了FIFO状态变量算法1800。判决块1802检查以查看CIPP处理器1102是否处于模式0，指示调配还没有被执行来建立标准以确定压缩机/冷凝器单元102是“ON（开启）”还是“OFF（关闭）”。如果CIPP处理器1102处于模式0，则控制转到进程块1808，在进程块1808中FSCount被设定成0。如果CIPP处理器1102不处于模式0，则控制转到判决块1806，该判决块检查已经对该基本处理循环确定的变量COMP（n）的当前值。如果COMP（n）不是TRUE，则例程在进程块1808中将FSCount设定成0并且控制到判决块1810的转换。如果COMP（n）被确定为TRUE（1806），则控制转到进程块1804。

在进程块1804中，FSCount的当前值增加1。该计数指示在前一FALSE值之后自从COMP（n）变量被首次设定成TRUE以来的基本处理循环的数量。在使FSCount增加之后，控制转到判决框1810。

在判决框1810中，FSCount的当前值与阈值N_td相比较。在模式0中，例程从不达到该值，在进程块1808中FSCount已被设定成0。如果FSCount大于或者等于N_td，则所有的TD_FIFO充满相应的压缩机状态COMP（n）为TRUE的条目。

在这种情况下，在进程块1812中FSCount被设定成值N_td-1。这为了实际目的而完成以确保FSCount不变得太大。在具有表示整数的固定数量的二进制数字的计算机中，可能使存储整数的存储元件溢出，带来不合需要的结果。在进程块1812之后，在进程块1814中FS（n）的值被宣布为TRUE，意味着“full（充满）”，并且例程结束。如果在块1810中，FSCount不大于或者等于N，则在TD_FIFO中的值不表示COMP（n）为TRUE的N_td个连续条目。在这种情况下，在进程块1816中，FS（n）被分配值FALSE，意味着“not full（不充满）”，并且例程结束。

1.4.4CIPP稳定状态变量SS（n）的计算

状态变量SS（n）留意VCC***是否正在稳定状态中操作，如由以上描述的标准定义的。计算变量SS（n）的方法取决于监控***的操作模式。

在模式0中，压缩机的ON/OFF阈值P_th仍不是固定的，因此压缩机ON/OFF状态变量COMP（n）不能可靠地被确定。在这种情况下，变量SS（n）总是被分配值FALSE。在模式1中，压缩机的ON/OFF阈值P_th在调配时被设定，但是CIPP关系的系数仍不是固定的。稳定状态变量SS（n）被初始化为FALSE，然后一旦在FIFO缓冲区首先包含来自当前HPAS的一整套数据之后已经经过规定数量的基本处理循环就被设定成TRUE。

图19示出了在监控***在模式1中操作时用于确定SS（n）的值的逻辑。在进入到算法时，估计变量FS（n）。如果FS（n）不是TRUE（即，是FALSE，指示FIFO缓冲区未充满有效的数据），则在1904中变量SSCount被设定成0，在1906中状态变量SS（n）被设定成FALSE，并且该功能结束。如果在1902中FS（n）是TRUE，在1908中变量SSCount增加，并且在1910中与机械常量SSMode1_Delay相比较。如果SSCount小于SSMode1_Delay，控制转到块1906，在块1906中SS（n）被设定成FALSE，并且该功能退出。如果在1910中SSCount等于或者大于SSMode1_Delay，则控制转到1912，在1912中SSCount被设定成等于SSMode1_Delay。这为了实际目的而完成以确保SSCount不变得太大。在具有表示整数的固定数量的二进制数字的计算机中，可能使存储整数的存储元件溢出，带来不合需要的结果。控制转到块1914，在块1914中SS（n）被设定成TRUE，并且功能1900退出。

在压缩机/冷凝器ON/OFF阈值和CIPP系数被提供的模式2中，基于所测量的压缩机功率和预期的或者预测的压缩机功率之间的残差来计算稳定状态变量SS（n）。图20示出了用于计算稳定状态检测状态变量的处理模块的框图2000。在第n个基本处理循环上，如果由于状态变量COMP（n）被设定为TRUE而造成压缩机106被宣布为处于开启状态以及如果有效的CIPP系数已被提供给CIPP处理器1102，则后台任务算法1600按照等式（6）计算所测量的压缩机功率P_c（n）和所估计的压缩机功率P_e（n）之间的标准化残差r（n）。该标准化残差r（n）是到图20中示出的斜率滤波器处理元件2002的一个输入。下面描述斜率滤波器过程的细节。斜率滤波器处理元件2002的输出是斜率序列m（n）和标准偏差序列STD（n）。这些序列连同上面的FIFO状况状态变量FS（n）一起形成到稳定状态逻辑处理元件2004的输入，该稳定状态逻辑处理元件2004生成状态变量SS（n），其具有在集合{FALSE（假），TRUE（真）}中的枚举值，TRUE指示所计算的预期功率应该表示压缩机功率以及FALSE指示所计算的预期功率不应该表示压缩机功率。下面描述该逻辑的细节。

图21是斜率滤波器算法2100的框图。斜率滤波器算法2100观察数据或者以上定义的序列r（n）的标准化残差的移动窗口。由等式（7）给出的标准化残差r（n）的值在每一个基本取样循环上被显示给TD_FIFO2102用于存储，TD_FIFO的输出是以上描述的存储状态的移动窗口的值。

一旦由于FIFO状态变量FS（n）被设定成TRUE而造成TD_FIFO被宣布为“full（充满）”来自当前HPAS的数据，斜率滤波器算法2100就符合以下形式的仿射关系：

x_r(k)=m(n)×k+b(n),k=1,...,N （17）

其中k是指示在TD_FIFO中的数据的实际位置的指数，m（n）是该基本处理循环的仿射关系的所计算的斜率，以及b（n）是相应的y截距。m（n）和b（n）的计算在回归常数发生器2104功能块中被执行，该功能块的输出是斜率序列m（n）和y截距序列b（n）。斜率序列m（n）是斜率滤波器功能2100的输出中的一个。

该基本循环的所计算的值m（n）和b（n）进入回归序列发生器2108，该回归序列发生器计算回归序列x_r(k)，k=1，…,N的N个值作为输出，每一个x_r(k)由等式（17）给出。该有限序列连同来自TD_FIFO的有限序列x（k）一起用作到功能块标准偏差（STD）发生器2106的输入，该功能块标准偏差（STD）发生器计算来自TD_FIFO 2102的有限序列x（k）和由回归序列发生器2108生成的回归序列x_r（k）之间的差异或者偏差的标准偏差。STD发生器2106的输出是该标准偏差STD（n），其是斜率滤波器2100的第二输出。

参考回归常数发生器2104，可以使用任何常规的回归分析技术得出参数m和b的确定的斜率和y截距的方法。例如，可以使用以下的公式在每一个基本处理循环上计算斜率m（n）和y截距，b（n）。

m (n) = \frac{N (Σ_{k = 1}^{N} kx (k)) - (Σ_{k = 1}^{N} k) (Σ_{k = 1}^{N} x (k))}{N (Σ_{k = 1}^{N} k^{2}) - {(Σ_{k = 1}^{N} k)}^{2}} - - - (18)

和

b (n) = \frac{(Σ_{k = 1}^{N} k^{2}) (Σ_{k = 1}^{N} x (k)) - (Σ_{k = 1}^{N} k) (Σ_{k = 1}^{N} kx (k))}{N (Σ_{k = 1}^{N} k^{2}) - {(Σ_{k = 1}^{N} k)}^{2}} - - - (19)

接下来，讨论由STD发生器2106执行的内部信号处理。定义在TD_FIFO中的并且由x（k）表示的所存储的残差和由仿射等式（17）给出的回归序列x_r（k）之间的第k个偏差d（k），并且d（k）通过下式由回归序列发生器2108计算为：

d(k)＝x(k)-x_r(k),k=1,…,N （20）

换句话说，d（k）是存储在FIFO中的第k个残差与在k处估计的仿射等式（17）的值残差的差异或者偏差。以通常的方式，将因而产生的分布d（k）的平均值和方差定义为：

\overset{&OverBar;}{d} = \frac{1}{N} Σ_{k = 1}^{N} d (k) - - - (21)

和

σ_{d}^{2} = \frac{1}{N} Σ_{k = 1}^{N} {(d (k) - \overset{&OverBar;}{d} (k))}^{2} - - - (22)

以及将标准偏差STD（n）定义为方差的平方根：

STD (n) = \sqrt{σ_{d}^{2}} - - - (23)

图22是在每一个基本处理循环上执行以产生序列SS（n）的当前值的稳定状态检测逻辑2200的图形描述。先前讨论的FS（n）、m（n）和STD（n）以及两个参数值Magm_最大值和STD_最大值形成到该逻辑的输入。Magm_最 _大值和STD_最大值的值作为调配的机械常量值被明确地输入。

参考图22，SS（n）的值是由三输入逻辑与门2202表示的三个值的逻辑乘。首先，应该清楚，如果TD_FIFO 2102不充满来自当前HPAS的数据，则不能从m（n）和STD（n）确定使用CIPP关系计算的预期功率P_e（n）是否是压缩机功率的有效表示，因为m（n）和STD（n）在TD_FIFO2102是充满的以前都不是有效的。相应地，到逻辑乘2202的输入中的一个是序列FS（n）的当前值。如果FS（n）是FALSE，则SS（n）的值被立即设定为FALSE。

假设基于VCC的热泵设备的正常操作，当压缩机106已***作足够长的时间以使制冷剂被适当地分配并且所估计的功率P_e表示预期的压缩机功率时，由回归常数发生器2104对等式（17）计算的斜率m（n）将是0，或者几乎如此。在数学上，这种情况指示实际测量的压缩机功率跟踪所预测的功率，偏离一个常数偏移量，也许在最佳跟踪的情况下是0。为了解释此，在稳定状态检测逻辑2200中，在功能块2204中计算m（n）的绝对值，导致由|m（n）|表示的m（n）的绝对值，其随后作为输入A被呈送到阈值检测块2206。阈值检测块2206是两输入功能，输入被标记为A和B。当输入A的值小于输入B的值时，阈值检测功能块2206的输出具有值TRUE，以及在其他情况下具有值FALSE。阈值检测块2206的输入B是调配的机械常量Magm_最大值的值。Magm_最大值的值被预期设定得非常小，例如大约0.05或者更小。当|m（n）|小于Magm_最大值时，阈值检测块2206的输出是TRUE，指示对于被认为是稳定的***1100，残差的回归的斜率足够接近于0。阈值检测块2206的输出形成逻辑乘2202的第二输入。

当在等式（17）中的并且由等式（18）计算的斜率m（n）为0时，应该明显，除了随机噪声之外，来自TD_FIFO 2102的值x（k）中的每一个应该大致是由回归常数发生器2104计算的值b（n），且因此由等式（20）计算的每一个因而生成的d（k）应该几乎为0。在该实施例中，标准偏差STD（n）指示TD_FIFO 2102中的残差r(n）值的“噪度”，并且如果数据获取装置正确地操作则标准偏差STD（n）应该非常小。对稳定***1100的第三测试是比较按照定义为非负的STD（n）的当前值与由机械常量STD_最大值提供的小的正阈值。在阈值探测器2208中以与上面关于阈值检测功能块2206描述的相同的方式进行该比较。如果STD（n）的当前值小于STD_最大值，则TD_FIFO 2102中的残差可以被假定为由具有正常的数据获取功能的***生成。阈值探测器2208的输出形成逻辑乘2202的第三输入。STD_最大值的典型的实际值在实验上已被确定为大约0.05或者5%。

总之，组合的这三种情况的满足意味着CIPP关系正“跟踪”压缩机功率变化，相差至多一个偏移量，以及在残差2102的TD_FIFO中的数据不仅仅是随机噪声，而是正跟踪实际过程，尤其是蒸汽压缩循环本身。

最后，讨论生成SS（n）和表2中的序列的延时版本的目的和方法。如从用于产生上面的COMP（n）的算法的讨论中应该清楚的，当压缩机ON/OFF检测过程宣布在模式1或者模式2中从开启状态转换到关闭状态时，到压缩机106的实际功率被观察为对于DBCref连续基本处理循环低于阈值P_th。这意味着对相应于DBCref的至少多个连续的基本处理循环功率必须从压缩机/冷凝器单元102被物理地移除。由于稳定状态检测过程的统计性质，在COMP（n）状态变量被宣布为OFF（关闭）之前的某一时刻，指示热泵活动循环的末尾，SS（n）可能被宣布为UNSTABLE（不稳定），仅仅因为功率已从压缩机/冷凝器单元102被移除，并不一定因为物理蒸汽压缩装置表现异常。

为了补偿这个现象，序列SS（n）被存储并且在延迟线FIFO中被延迟了N_d个样本，其中N_d是机械常量。在数学上，延迟的序列SS_d（n）通过下式与SS（n）相关：

SSd(n)=SS(n-N_d)（24）

通过选择合适的值N_d并且在随后的计算中使用延迟的值SS_d（n），可以忽略在热泵活动循环的末尾处的数据。N_d的合适的值是大于防反跳计数的值。由于现代电子开关设备可以在比典型的2秒基本处理周期明显更少的时间内从***移除功率，等于DBCref+1值N_d将足够了，并且对于典型的***，设定N_d等于两倍DBCref被证明起作用而没有精确度的明显损失。为了使表2中的方脉冲过滤值与SS_d（n）同步，每一个方脉冲过滤值还可以在单独的FIFO延迟线中被延迟相同的N_d个样本。这确保当进行比较以检测异常时，使用一致的序列组，并且它们表示在装置实际操作时生成的数据。该方法的可选方案是仅将每个方脉冲过滤值存储于存储器中，导致取决于热泵活动子循环的长度的大存储器使用。在这种情况中固定的FIFO是可行的可选方案。

使用按照上面描述的后台任务1204，表3总结了由后台任务模块1204在每一个基本处理循环上生成的数据记录的内容。

表3

后台任务数据记录

1.5HPAS状态机任务

HPAS状态机任务管理在热泵活动子循环上数据的累积，维持两个大的数据结构用于由将随后被描述的其它任务使用。

1.汇总累加器的结构，在本文称为HPAS_ACC，用于累加关于整个热泵活动子循环的数据。

2.稳定状态累加器的结构，在本文称为ON_ST_ACC，用于累加关于在热泵活动子循环内的当前STABLE序列的数据。

这两个数据结构被认为是HPAS状态机任务的输出。表4提供由HPAS任务存储的汇总累加器的定义。这些包括在HPAS中的基本处理循环的总数量，以及在STABLE状态（由SSd（n）=TRUE指示）和NOT_STABLE状态（由SSd（n）=FALSE指示）中的基本处理循环的总数量。也累加的是对特定的循环按照SSd（n）的值累加的各种方脉冲过滤的功率和所测量的温度。通过使STABLE和NOT_STABLE累加值相加，可以计算HPAS的总累加值。

表4

HPAS汇总累加器结构

称为ON_ST_ACC的另一组累加器也由在表5中示出的HPAS任务维持。当SSd（n）的值是TRUE——指示在ON_ST区域中的操作时，这些累加器中的每一个通过将相应的过滤值加到累加器的当前值来更新。当SSd（n）的值是FALSE并且COMP（n）是TRUE——指示在ON_NS区域中的操作时，每一个ON_ST_ACC累加器被清零（设定成0）。回想起HPAS的ON_ST区域从当前HPAS的末尾向后到SSd（n）按照上面对SS（n）描述的算法采取值FALSE的首次出现而被测量。SSd（n）的多次转换也许可能在HPAS内，结果是单个HPAS可以具有按照图6的ON_NS和ON_ST操作的多个区域。使用以上描述的逻辑，在当前HPAS的末尾，ON_ST_ACC结构对HPAS的最后一个ON_ST保留数据。

表5

稳定的累加器结构内容

图23示出了HPAS_监控器任务1206（在图12中示出）的状态图，该HPAS_监控器任务是状态机2300。HPAS_监控器任务的状态通过全局可用的状态变量HPAS_状态对该***中的所有其它的任务是可见的，该状态变量HPAS_状态的值反映HPAS_监控器状态机任务的当前状态，具有在集合{HPAS_初始化，HPAS_空闲，HPAS_数据获取，HPAS_后处理，HPAS_完成}中的枚举值。下面结合状态机描述这些枚举值中的每一个和相应状态的意义。

第二变量HPAS_错误代码由HPAS状态机2300维持。该变量具有在枚举集合{HPAS_正常，HPAS_超时，HPAS_短循环，HPAS_不稳定}中的值。下面结合状态机描述这些枚举值的意义。

外部旗语力_HPAS_初始化使HPAS状态机2300立即转换到图23中示出的状态HPAS_初始化2302，不论当前的状态是什么。稍后将讨论该旗语生成的方法。在进入到HPAS_初始化状态2302时，HPAS_状态变量被分配了值“HPAS_初始化”，HPAS_ACC和ON_ST_ACC累加器结构被初始化为0，力_HPAS_初始化旗语被清零，以及***转换到HPAS_空闲状态2304。在HPAS_空闲状态2304中，HPAS任务等待，直到COMP（n）状态变量通过后台任务1204被分配了值TRUE（或者ON），指示新HPAS的开始。HPAS_状态变量被分配了枚举值HPAS_空闲，指示***正在等待HPAS的开始。在模式0中，该转换不能发生，因为后台任务模块1204总是迫使COMP（n）=FALSE（或者OFF）。在模式1或者模式2中，可以通过后台任务模块1204将COMP（n）设定为TRUE，这时HPAS状态机2300转换到HPAS_数据获取状态2306，在该过程中将HPAS_状态变量设定为HPAS_数据获取。

在HPAS_数据获取状态2306中，HPAS状态机2300按照上面的描述更新在每一个基本处理循环上的累加器结构HPAS_ACC和ON_ST_ACC。状态机2300保持在该状态中，直到两个事件中的第一个事件被满足。如果COMP（n）状态变量已由后台任务1204分配了值FALSE，指示HPAS的末尾，HPAS状态机2300转换到HPAS_后处理状态2308，在该过程中设定HPAS_状态变量。如果在该转换可以发生之前，被存储于累加器HPAS_ACC.CyT中的累加的循环的总数量超过机械常量MaxHPASCount的值，则HPAS被假定花费太长时间，可能指示***的问题，例如卡住的开关或者高度放电的压缩机/冷凝器单元102。在这种情况下，HPAS_错误代码被分配枚举值HPAS_超时，指示这种状况和状态机2300转换到HPAS_完成状态2310，在该过程中将HPAS_状态设定成HPAS_完成。状态机2300保持在HPAS_完成状态2310中，直到新的力_HPAS_初始化旗语被接收到。

在HPAS_后处理状态2308中，任务检查两个累加器结构的情况以在转换到HPAS_完成状态2310之前确定分配给HPAS_错误代码字的值。图24是显示在HPAS_后处理状态2308中执行的处理的统计分析算法2400的流程图。该算法的目的是当在HPAS_数据获取状态中时分析累加的值并且设定HPAS_错误代码值。参考图24，在2402处进入时，算法2400将存储于表4中的累加器HPAS_ACC.Cy中的HPAS中的循环的总数量与机械常量N_td相比较，规定在TD_FIFO存储器布置中的元素的数量（2404）。如果循环的总数量小于N_td，则例程在2406中将HPAS_错误代码设定成值HPAS_短循环，指示循环太短。然后例程在2414退出。

如果在2404中HPAS中的循环的数量大于或者等于Ntd，则控制转到判决块2408，在该判决块中，SSd（n）在HPAS的末尾被设定为TRUE的、存储在累加器中的连续循环的数量ON_ST_ACC.Cy与由机械常量MinSC提供的最小值相比较。如果ON_ST_ACC.Cy小于MinSC，则控制转到进程块2410，在该进程块中，HPAS_错误代码被分配枚举值HPAS_不稳定，指示当***最后处于刚刚完成的HPAS中的ON_ST状态时所估计的功率的累加值不应该被认为是有效的。这可以指示热泵装置的问题，尤其是先前描述的过度装载情况。然后算法2400在2414退出。假设在判决块2408中ON_ST_ACC.Cy中的值大于或者等于由机械常量MinSC提供的循环的最小数量，则在进程块2412中HPAS_错误代码被分配值HPAS_正常，指示“正常的”HPAS已被完成。在该分配之后，算法在2414退出。

回来参考图23，一旦HPAS_错误代码的值在HPAS_后处理状态2308中被分配，HPAS状态机2300就转换到HPAS_完成状态2310。HPAS状态机2300保持在该状态中，直到另一HPAS_力_初始化旗语从在HPAS任务外部的任务被接收到。这确保累加器中的数据可以在它们被使用以前保持完整，甚至在这期间另一HPAS开始的情况下。

从图2中回想起，热泵循环或者HPC被定义成具有两个子循环：热泵活动子循环或者HPAS；或者热泵不活动子循环或者HPIS。

在本公开的上下文内，现在可以正式地定义这两个子循环。HPIS由COMP（n）变量按照本文公开的算法被宣布为OFF（关闭）的时期来定义。HPAS被定义为COMP（n）变量按照本文教导的算法被宣布为ON（关闭）的时期。热泵循环被定义为在相应的HPAS之后的HPIS时的级联。将指数m、m=1,2,…分配给每一个HPC、以及相应的HPIS和HPAS是有用的。

回来参考图6，正常的HPAS包括从利用CIPP关系的在测量的功率和预测的功率之间的关系的角度来看***被认为是“NOT_STABLE（不稳定）”的初始时期，以及相对于CIPP关系***被认为是“STABLE（稳定）”的时期。利用延迟的序列SSd（n），现在可以将图6的ON_ST区域定义为HPAS的区域，按照以上的逻辑对于HPAS的区域的SSd（n）被宣布为TRUE。

从以上的定义应该很清楚，HPAS任务的ON_ST累加器提供关于HPAS的最后一个ON_ST区域的统计信息。

1.6警报逻辑任务描述

建筑物管理***例如由施耐德电气公司制造的ANDOVERCONTINUUM***是可以被配置成监控压缩机功率和温度并且可以被编程为实现本文描述的功能和方法的平台的一个实例。这种***还能够进行观测数据和参数限制之间的逻辑比较，并且具有内置功能以用许多方式以警报的形式报告异常。在一个实现方式中，CIPP处理器1102的功能可以由ANDOVER CONTINUUM^TM***的网络控制器II处理器执行。当CIPP处理器1102在这种***中实现时，网络控制器II处理器访问以上描述的累加器元件、以及旗语、状态变量、和由后台任务模块1204生成的所有变量，因为它们是网络控制器II设备内的内部值。

警报逻辑任务模块1212分析由HPAS监控器任务模块1206生成的数据以产生适当的警报。图25是警报逻辑任务模块1212的警报逻辑任务状态图2500，其包括两个状态。警报逻辑任务模块1212的初始状态是AL_空闲2502，该警报逻辑任务模块保持在该状态中，直到它认识到CIPP处理器1102正在模式2中操作并且HPAS监控器状态机2300已按照上文将HPAS_状态设定成HPAS_完成。此时，警报逻辑状态机2500转换到AL_过程状态2504。

由HPAS状态机2300和后台任务模块1204生成的记录对AL_过程状态2504的功能是可用的，该AL_过程状态2504的功能可以检查记录并按照随后将被描述的预编程逻辑触发警报。当该预编程逻辑已被执行并且任何因而产生的警报被触发时，该逻辑发出力_HPAS_初始化旗语，并且转换回到AL_空闲状态2502。

作为可以在AL_过程状态2504内执行的逻辑的一个实例，假设产生指示在所测量的功率变得比所预测的功率小某个值时可能的低制冷剂水平的警报是合乎需要的。所测量的功率超过预期的功率的20%的减小在实验上被确定为是适当的值。在该实施例中，网络控制器II可以被编程为在HPAS的最后一个ON_ST区域上的平均残差小于通过调配规定的机械常量阈值r_rfth时发出警报。在数学上，被满足来产生这种警报的逻辑条件是：

- \frac{ACCS . r}{ACCS . CyS} > r_{rfth} - - - (25)

其中r_rfth是通过调配来编程的正阈值机械常量，以及其中负号指示当所测量的压缩机功率由于制冷剂的损失而减小时，残差根据等式（6）是负的。这种情况的检测可以在AL_过程任务中被编程，这可以利用已经在ANDOVER CONTINUUMTM^TM***中可用的用于显示和传送警报的设备来触发“低制冷剂”警报。这些设备可以包括在数据输入面板上的警报情况的显示器，其将指示警报的性质的电子邮件发送到指定接受者，并且呼叫指定的人。

可能有意义的另一警报是指示出现故障的压缩机风扇。这由压缩机/冷凝器单元102消耗的功率明显高于通过CIPP关系预测的功率来指示。由于功率的这个剧烈增加，已经观察到，由于在压缩机发动机中的热超载，或者在压缩机/冷凝器单元102中的过压开关跳闸，***1100从不在***关闭之前进入ON_ST。在该实施例中，定义第二阈值r_ffth（对于风扇故障阈值），并且在该循环的ON_NS部分上的平均阈值与远远大于1.0的该阈值相比较，当满足以下条件时产生警报：

\frac{ACC . rN}{ACC . CyN} > r_{ffth} - - - (26)

1.7EPC记录任务

在建筑物管理***中实现的实施例中，外部监控***可以收集由CIPP处理器1102生成的信息并且将其存储在数据库中用于归档和其它的用途。在一个实现方式中，方脉冲过滤序列P_cf（n）、T_sf（n）、T_rf（n）和T_cf（n）由外部装置收集并且存储在数据库中，在该数据库中它们可以由在数据库管理中有技能的用户检查。

1.8HPAS记录任务

在模式1和模式2中，通过外部装置使用具有值HPAS_完成的HPAS_状态的接收以及相应的HPAS_错误代码作为确定累加器的新值是可用的手段来上传由HPAS状态机2300生成的结构。在累加器中的值在以下面描述的方式确定CIPP系数时是有用的，但是也可以被外部装置分析以产生警报等。

2 学习本公开的算法的描述

选择功率阈值P_th的适当值是合乎需要的，功率阈值P_th是一个阈值，由后台过程使用的CIPP处理器1102通过该阈值宣布对于每一个基本处理循环压缩机/冷凝器单元102为“ON（开启）”或者“OFF（关闭）”。类似地，为了使用以上的超平面关系等式（1）来预测压缩机功率，需要机械常量P_c0、k_c、k_r和k_s的值。下面描述这些参数值如何可以按照一个实施例来确定。

2.1确定功率阈值机械常量P_th

在一个实施例中，压缩机/冷凝器单元102的标称线电压和额定满载电流一般在压缩机/冷凝器单元102标示牌上被提供。从这些值中，可以按照预定规则导出阈值P_th，P_th是定义的机械常量。例如，在一个市场上可买到的、被设计为以标称220VAC操作的单速热泵压缩机/冷凝器单元中，由热泵压缩机/冷凝器单元提取的额定满载电流是13安培。假定在冷凝器线圈上吹周围的空气的风扇所消耗的功率通常明显小于该功率（在特定的实施例中被测量为大约200瓦特），以及住宅热泵压缩机被功率因数补偿以达到标称单位功率因数，将阈值任意设定在额定功率的25%给出阈值为：

P_th=25%×220Volts×13Amperes=715Watts （27）

由于标称阈值可以被用作压缩机是否正在操作的指示器，CIPP处理器1102的用户或者操作员可以容易地进行该计算并且通过调配来输入该值。

2.2确定CIPP系数

可以由外部装置利用***的HPC数据记录能力从在模式1中操作的CIPP处理器1102获得数据，以在现在将要被描述的人工操作中确定CIPP系数。假设在学习期期间热泵装置被适当地维护并且正常地操作，在该学习期期间装置在模式1或者模式2中操作。在美国东南部的夏季中的典型的学习期大约是两到三个星期，例如，检测到最少100个热泵循环。

在模式1中操作，每当HPAS完成时，P_c、T_c、T_r和T_s的累加值在被假定为表示循环的ON_ST部分的间隔内经由ON_ST_ACC结构来提供，并且由如上所述的调配值SSMode1_Delay来限定。每当新的HPAS完成时，接收数据的外部装置存储序列中的结构。对于训练集，由***接收的ON_ST_ACC结构的第一个值被定义为ON_ST_ACC（1），第二个值被定义为ON_ST_ACC（2），等等，其中所接收的第m个这样的记录被表示为ON_ST_ACC（m）。

基于该信息，第m个HPAS结构的平均值PcAvg（m）、TsAvg（m）、TrAvg（m）和TcAvg（m）可以由下式创建为：

PcAvg (m) = \frac{ON_ST_ACC . PcS}{ON_ST_ACC . CyT} - - - (28)

TcAvg (m) = \frac{ON_ST_ACC . TcS}{ON_ST_ACC . CyT} - - - (29)

TrAvg (m) = \frac{ON_ST_ACC . TrS}{ON_ST_ACC . CyT} - - - (30)

和

TsAvg (m) = \frac{ON_ST_ACC . TsS}{ON_ST_ACC . CyT} - - - (31)

回归分析和将实验上收集的数据拟合到特定模型的方法被充分理解，并且存在许多关于这个主题的教科书和参考书。商业数学分析产品MATLAB包括可以容易执行此的计算机程序的曲线拟合工具箱。该主题的高技术论文可以在David Luenberger的“Optimization by Vector SpaceMethods”（ISBN 471-55359x）中找到。利用通常理解的回归分析的技术，可执行如此导出的序列的最小二乘拟合以确定等式（1）的常量k_c、k_r、k_s和P_c0，使得PcAvg（m）和全体训练HPAS的所估计的平均功率之间的平方和误差被最小化。k_c、k_r、k_s和P_c0的所产生的值是期望的CIPP系数。

应当注意到，本文公开的蒸汽压缩***可以包括空气调节***、热泵***、冷却器或者致冷***。本文公开的CIPP关系和其它预期的输入功率函数适合于在这种蒸汽压缩***的任何一个中使用，并且温度测量结果可以是气体或者液体的温度测量结果。

本文公开的算法中的任何一个包括由（a）处理器、（b）控制器、和/或（c）任何其它合适的处理设备例如CIPP处理器1102执行的机器可读指令。本文公开的任何算法、函数、关系、流程图或者等式可以体现在存储于有形介质例如闪存、CD-ROM、软盘、硬盘驱动器、数字通用磁盘（DVD）、或者其它的存储设备上的软件中，但是本领域中的普通技术人员将容易认识到，整个算法和/或其部分可以可选地由不同于控制器和/或以已知方式体现在固件或者专用硬件中的设备来执行（例如，它可以由专用集成电路（ASIC）、可编程逻辑设备（PLD）、现场可编程逻辑设备（FPLD）、分立的逻辑等来实现）。另外，虽然参考本文描绘的流程图或者功能方框图描述了特定的算法，本领域中的普通技术人员将容易认识到，可以可选地使用实现示例性的机器可读指令的许多其它方法。例如，可以改变块的执行的顺序，和/或可以改变、删除或者组合所描述的块中的一些。

虽然示出和描述了本公开的特定实现方式和应用，应理解，本公开不局限于本文公开的确切结构和组成，并且各种修改、改变和变形从前述描述中是明显的，而不偏离所附权利要求的精神和范围。

Claims

1.一种自动地检测蒸汽压缩***中相对于标称操作情况的异常情况的方法，其特征在于：

自动地计算包括从所述蒸汽压缩***的压缩机单元测量的电流的测量输入功率函数，所述蒸汽压缩***包括耦合至所述压缩机单元的冷凝器单元；

接收冷凝器温度，所述冷凝器温度指示来自所述冷凝器单元的进口区的进口温度；

自动地计算包括所述冷凝器温度的预期输入功率函数；

响应于所述预期输入功率函数偏离所述测量输入功率函数多于预定公差，存储异常情况存在于所述蒸汽压缩***中的指示。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷凝器温度是所述进口温度。

3.根据权利要求2所述的方法，其中从位于所述冷凝器单元的进口区中的第一温度传感器接收所述进口温度。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括接收指示室内环境的室内温度或者室内环境内的封闭管理热空间的温度的内部温度，其中所述预期输入功率函数包括所述内部温度。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述内部温度是恒温器设定点温度。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述内部温度是所述蒸汽压缩***操作的室内环境的周围温度。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述内部温度是来自位于所述蒸汽压缩***中的蒸发器单元的进口区中的温度传感器的返回温度，并且其中所述预期输入功率函数包括所述返回温度。

8.根据权利要求4所述的方法，其中所述内部温度是来自所述蒸汽压缩***中的蒸发器单元的供应输出区的供应温度，其中所述预期输入功率函数包括所述供应温度。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述预期输入功率函数包括功率偏移常数、第一冷凝器温度系数和第二内部温度系数，所述第一冷凝器温度系数表示对所述冷凝器温度的温度敏感度，以及所述第二内部温度系数表示对所述返回温度的温度敏感度，所述第一冷凝器温度系数与所述冷凝器温度相乘，所述第二内部温度系数与所述返回温度相乘。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括接收在所述蒸发器单元的供应输出处的供应温度，其中所述预期输入功率函数还包括所述供应温度以及表示对所述供应温度的温度敏感度的第三内部温度系数，所述第三内部温度系数与所述供应温度相乘。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括通过最小二乘回归分析来自动地导出所述功率偏移常数、所述第一冷凝器温度系数、所述第二内部温度系数和所述第三内部温度系数。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述预期输入功率函数独立于与所述蒸汽压缩***有关的任何压力测量结果。

13.根据权利要求1所述的方法，其中响应于所述测量输入功率函数比所述预期输入功率函数小多于所述预定公差，所述异常情况指示所述蒸汽压缩***中的制冷剂的损失。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，当制冷剂被添加到所述蒸汽压缩***时执行自动地计算所述预期输入功率函数，并且响应于所述预期输入功率函数在所述测量输入功率函数的所述预定公差内，指示所述蒸汽压缩***已经返回到所述标称操作情况。

15.根据权利要求1所述的方法，其中响应于所述预期输入功率函数比所述测量输入功率函数小多于所述预定公差，所述异常情况指示所述蒸汽压缩***中的所述冷凝器单元结垢或者所述蒸汽压缩***中的风扇出故障。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于所述测量输入功率函数比所述预期输入功率函数小多于所述预定公差，所述异常情况表示所述蒸汽压缩***中的制冷剂的损失，以及

响应于额外的制冷剂被添加到所述蒸汽压缩***而执行自动地比较所述预期输入功率函数与所述测量输入功率函数，直到所述预期输入功率函数落入所述测量输入功率函数的所述预定公差内，并且向操作员指示不需要添加额外的制冷剂。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述电流对应于由电流变压器测量的到所述压缩机单元的线电流，所述测量输入功率函数包括测量到的连接至所述压缩机单元的线导体和中性导体之间的线电压，其中自动地计算所述测量输入功率函数在耦合至所述电流变压器的功率监控器中实现。

18.根据权利要求4所述的方法，其中所述内部温度是来自蒸发器单元的进口区的返回温度，所述冷凝器温度和所述返回温度是以取样率间隔来接收的，以及

自动地计算所述预期输入功率函数被延迟取样率的预定数量的循环，所述冷凝器温度和所述返回温度的样本以所述取样率被接收，所述方法还包括：

存储所述冷凝器温度和所述返回温度的每一个样本。

19.根据权利要求1所述的方法，其中所述蒸汽压缩***包括空气调节***和热泵***。

20.根据权利要求7所述的方法，其中所述蒸汽压缩***包括热泵***，并且其中用于所述热泵***的制冷剂在所述冷凝器单元中被蒸发，并且其中高压制冷剂蒸汽在所述蒸发器单元中被压缩。

21.根据权利要求1所述的方法，还包括：

通过对预定数量的循环比较所述测量输入功率函数与功率阈值常数来自动地确定所述压缩机单元是处于开启状态还是关闭状态；以及

响应于对所述预定数量的循环所述测量输入功率函数超过所述功率阈值常数，存储所述压缩机单元处于开启状态的指示。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括通过将所述蒸汽压缩***的标称***电压与由所述压缩机单元提取的额定满载电流相乘以产生额定功率并将所述额定功率与百分比阈值相乘来导出所述功率阈值常数。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括，响应于对第二预定数量的循环所述测量输入功率函数不超过所述功率阈值常数，存储所述压缩机单元处于关闭状态的指示。

24.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷凝器温度是气体或者液体的温度。

25.根据权利要求4所述的方法，其中所述内部温度是液体或者气体的温度。

26.根据权利要求1所述的方法，其中从所述压缩机单元测量的电流是从所测量的电流计算的均方根(RMS)电流。

27.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷凝器温度是室外环境的室外温度。

28.根据权利要求1所述的方法，其中所述蒸汽压缩***包括致冷***。

29.一种自动地检测蒸汽压缩***中相对于标称操作情况的异常情况的方法，其特征在于：

接收指示室内环境的室内温度或者室内环境内的封闭管理热空间的温度的内部温度；

自动地计算包括所述冷凝器温度和所述内部温度的预期输入功率函数；

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述内部温度是来自所述蒸汽压缩***中的蒸发器单元的进口区的返回温度，其中所述预期输入功率函数包括功率偏移常数、第一冷凝器温度系数和第二内部温度系数，所述第一冷凝器温度系数表示对所述冷凝器温度的温度敏感度，以及所述第二内部温度系数表示对所述返回温度的温度敏感度，所述第一冷凝器温度系数与所述冷凝器温度相乘，所述第二内部温度系数与所述返回温度相乘。

31.根据权利要求29所述的方法，还包括接收在所述蒸汽压缩***中的蒸发器单元的供应输出区处的供应温度，其中所述预期输入功率函数还包括所述供应温度。

32.根据权利要求31所述的方法，其中所述内部温度是来自蒸发器单元的进口区的返回温度，其中所述预期输入功率函数包括功率偏移常数、第一冷凝器温度系数、第二内部温度系数和表示对所述返回温度和所述供应温度的平均值的温度敏感度的第三内部温度系数，

所述第一冷凝器温度系数表示对所述冷凝器温度的温度敏感度，

所述第二内部温度系数表示对所述返回温度的温度敏感度，

所述第三内部温度系数表示对所述供应温度的温度敏感度，

所述第一冷凝器温度系数与所述冷凝器温度相乘，

所述第二内部温度系数与所述返回温度相乘，

所述第三内部温度系数与所述供应温度相乘。

33.根据权利要求29所述的方法，其中响应于所述测量输入功率函数比所述预期输入功率函数小多于所述预定公差，所述异常情况指示所述蒸汽压缩***中的制冷剂的损失，以及

其中响应于所述预期输入功率函数比所述测量输入功率函数小多于所述预定公差，所述异常情况指示所述蒸汽压缩***中的所述冷凝器单元结垢或者所述蒸汽压缩***中的风扇出故障。

34.根据权利要求29所述的方法，还包括：

通过对如电流测量结果的取样率所确定的、预定数量的循环比较所述测量输入功率函数与功率阈值常数来自动地确定所述压缩机单元是处于开启状态还是关闭状态；

响应于对所述预定数量的循环所述测量输入功率函数超过所述功率阈值常数，存储所述压缩机单元处于开启状态的指示；

通过将所述蒸汽压缩***的标称***电压与由所述压缩机单元提取的额定满载电流相乘以产生额定功率并将所述额定功率与百分比阈值相乘来导出所述功率阈值常数；以及

响应于对第二预定数量的循环所述测量输入功率函数不超过所述功率阈值常数，存储所述压缩机单元处于关闭状态的指示。

35.一种自动地检测蒸汽压缩***中相对于标称操作情况的异常情况的方法，其特征在于：

接收从所述蒸汽压缩***的压缩机单元测量的输入功率，所述蒸汽压缩***包括耦合至所述压缩机单元的冷凝器单元；

接收在蒸发器单元的供应输出区处的供应温度；

自动地计算包括所述冷凝器温度、所述内部温度和所述供应温度的预期输入功率函数；

响应于所述预期输入功率函数偏离测量输入功率函数多于预定公差，存储异常情况存在于所述蒸汽压缩***中的指示。

36.根据权利要求35所述的方法，其中所述内部温度是来自所述蒸发器单元的进口区的返回温度，其中所述预期输入功率函数包括功率偏移常数、第一冷凝器温度系数、第二内部温度系数、和表示对所述返回温度和所述供应温度的平均值的温度敏感度的第三内部温度系数，

所述第二内部温度系数表示对所述返回温度的温度敏感度，

所述第三内部温度系数表示对所述供应温度的温度敏感度，

所述第一冷凝器温度系数与所述冷凝器温度相乘，

所述第二内部温度系数与所述返回温度相乘，

所述第三内部温度系数与所述供应温度相乘。