CN103460543A - 用于电能负载的控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制电能负载的、尤其是家用电器的或家用电器组合的功率的控制设备，所述控制设备包括至少一个传感器和处理装置，所述至少一个传感器用于探测供电电压的参数，所述处理装置用于将通过所述传感器探测到的参数与预定值比较，并用于基于所述比较的结果来改变所述负载的功率。

Description

用于电能负载的控制设备

技术领域

本发明涉及一种用于控制耗电装置的、尤其是家用电器的或家用电器组合的功率的控制设备。

背景技术

家用制冷器具通常具有集成的控制设备，所述集成的控制设备基于在制冷器具的储存室中测得的温度来控制制冷剂压缩机的功率。其他家用器具、例如洗碗机、洗衣机等的控制设备基本上具有用户界面，用户可通过所述用户界面来选择和启动机器的功能或待由机器运行的程序。已提出家用器具应通过数字网络连接至外部控制设备，从而以便使用户能够远程地控制家中的器具。

非连续可用的再生能源、例如风能和光伏在公共供电中份额的增加引起了相当大的网络管理问题。由于不能可靠地预测从这种能源提供的电能量，因此，必须短期地调整从其他能源获取的电能以使网络中整体的可用电能与耗电装置要求相对应，或者必须短期地改变耗电装置需求使之与供电相适合。为此所采用的方法目前详细地作为“智能网络”思想的一部分被探讨。所有这些方法假定存在一种控制单元，该控制单元能够与发电机和耗电装置通信，并能够改变由所述发电机和耗电装置输出或消耗的电能，以便调整电能的供送和需求。为了能够顺利地实施智能网络，能够与耗电装置通信以便改变其电能消耗的控制单元必须首先设置在电能供送部一侧。先前，市场上没有可在智能网络中作为智能耗电装置操作的器具。但是，即使可提供合适的控制单元，智能网络兼容式器具也仅是随着其代替旧器具而在该领域中逐渐地变得普遍，在该过程中，用于新器具所需的通信界面的预期附加成本会是另一障碍。

因此，需要一种能够根据供电网络中电能的可用性以简单的方式调整耗电装置的功率的方法，而无需对所产生的和所需的电能进行集中探测以及在发电机和耗电装置之间进行复杂的数字信息通信。

发明内容

本发明的目的通过这样一种控制设备来实现，其用于控制耗电装置的、尤其是家用电器的或家用电器组合的功率，所述控制设备具有至少一个传感器和处理装置，所述传感器用于探测供电电压的参数，所述处理装置用于将通过所述传感器探测到的参数与预定值比较，并用于基于所述比较的结果来改变耗电装置的功率。

本发明基于如下观点：供电网络中的电能产生和需求的不平衡对供电电压的参数、例如电压和/或频率产生影响，从而用于耗电装置的、被设计成用于监测至少一个这种参数的控制设备可独立地确定供电和需求的偏差，并相应地调整该控制设备所控制的耗电装置的功率消耗。

根据一个实施例，如果所述至少一个传感器是电压传感器，所述预定值就有利地以阈值的形式被定义，且所述处理装置被设置成：在通过所述传感器测得的电压高于所述阈值时，能确定出现了用于增加耗电装置的功率的第一条件；和/或在通过所述传感器测得的电压低于所述阈值时，能确定出现了用于减小耗电装置的功率的第一条件。在第一条件出现时，功率的所述增加或所述减小是否实际地进行也可以以第二条件为依据。如果所述处理装置既判断用于所述增加的第一条件的出现、也判断用于所述减小的第一条件的出现，那么用于所述减小的阈值可有利地不同于用于所述增加的阈值，以避免不必要的接通和关断。

控制设备相对于网络电压的调整尤其具有的优点是，能够在地区上非常精确地控制功率。在一个极限的实例中，这种控制设备例如可控制私人家庭中的多个共同受保护的耗电装置中的至少一个。与仅一个单独的耗电装置操作时相比，如果所述多个耗电装置一起操作，它们共用的供电线路中的电压降更大。如果控制设备通过将供电电压与合适的预定阈值比较来确定这一点，并从而确定产生了用于减小功率的第一条件，所述控制设备就可（可选地考虑第二条件）决定将功率实际地减小。这降低了供电线路上的电压降，从而不仅可以以这种方式降低需求峰值，而且还可以降低电能损失。相反地，控制设备可通过比较所述阈值（此处所述阈值可被设成不同的值）来确定：邻近的耗电装置是否刚刚被关停，如果是，就可以确定该时间适合于增加该控制设备所控制的耗电装置的功率。

供电与需求之间的主要不平衡还影响供电电压的频率。因此，根据本发明的第二实施例，所述至少一个传感器可以是频率传感器。所述预定值此时也可以是阈值，且频率值高于和低于所述阈值表明供电与需求之间的不平衡。然而，在该实例中，所述预定值优选是区间，且所述处理装置被设置成：在通过传感器探测到的参数（即测得的供电电压频率）落入所述区间中时，能确定产生了用于增加耗电装置的功率的必要条件；和/或在探测到的参数落到所述区间之外时，能确定产生了用于降低功率的必要条件。

当然，仅在对耗电装置的期望功能（例如储存在制冷器具中的食品的冷却或洗涤过程的按时完成）不产生不利影响的限度内，根据供电网络的状态变化来增加或减小耗电装置的功率才为耗电装置的用户所接受。尤其为了在没有功能减损的情况下减小功率，将处理装置设置成能在所监测的参数的时间序列中确定重复模式是有帮助的，以便：基于这种被确定的模式来预测将来的比较结果；且在所预测的比较结果表明用于减小功率的必要条件将很快出现时，确定在当前的时间点处出现了用于增加功率的必要条件。此时，功率的这种增加使用户能够例如提前冷却、或者使所选的程序比通常所安排的更早地运行或更快地运行一段时间，使得可在所预测的时间点处实际地减小耗电装置的功率，而不减损耗电装置的预期功能。

在最简单的实例中，改变功率是指接通和/或关断耗电装置。由于接通和关停代表明显地介入到耗电装置的功能中，因此有可能使第二条件为此相对较少地出现的危险；也就是说，虽然从供电和需求的观点看来希望朝一个方向或另一方向改变耗电装置的功率，但是由于将过多地影响耗电装置的功能，因此所述改变最终不会发生。相反地，如果改变功率也包括在耗电装置的非零功率级之间切换，实际上就更频繁地满足第二条件，从而耗电装置的功率在期望改变时被实际地改变。

为了判断第二条件，控制设备可有利地包括至少一个第二传感器，所述至少一个第二传感器用于探测耗电装置的内部参数。如果所述耗电装置是制冷器具的压缩机，所述内部参数此时就有利地是该制冷器具的储存室的温度。

如果耗电装置被设置成能在一预定时段结束之前实施预定任务、例如洗涤程序，此时改变功率还指的是：耗电装置通过控制设备及早地接通，以便在所述预定时间段结束前完成所述任务。

尤其当本发明的控制设备被设计成：能在决定改变频率时考虑受控的耗电装置的内部参数时，所述控制设备可与受控的耗电装置集成在一个结构单元中。

然而，尤其在所述处理装置被设置成能控制可能是不同类型的多个耗电装置时，还可使控制设备的处理装置至少部分地容纳在与耗电装置分离的结构单元中。

所述控制设备优选集成在家用器具、尤其是家用制冷器具中，以便按要求控制所述家用器具。

附图说明

本发明的另外的特征和优点将参考附图根据示例性实施例的描述来显现，在附图中：

图1示出了其中可使用本发明的供电网络的简图；

图2示出了通过根据本发明的第一实施例的本发明的控制设备实施的控制方法的流程图；

图3示出了根据本发明的第二实施例的流程图；以及

图4示出了根据本发明的第三实施例通过家用电器完成的工作程序和供电网络中的供电之间的时间关系。

具体实施方式

图1中示出的其中可使用本发明的供电网络包括不同的、任意类型的电能发电机（未示出）和变电站2，所述发电机通过例如跨区域集成网络的高压线路1向商业和私人用户3和4供送电能。以下基本上仅针对私人用户论述本发明的使用，而对于本领域技术人员而言基于以下描述应用于商业用户3也不成问题。

私人用户4使用多个耗电装置5、6、7，所述多个耗电装置5、6、7尤其是家用电器，例如制冷器具或冷冻机、洗碗机、洗衣机、滚筒式干燥机等。多个所述耗电装置在每个实例中通过共用的熔断器8受保护，使得可根据通过供电线路的区段9供送的、由所述耗电装置消耗的功率在区段9上产生电压变动，所述区段9将相应的耗电装置与耗电装置的熔断器8连接。控制设备10包括电压和频率传感器11和信号处理器12，所述电压和频率传感器11布置在线路区段9上，以便探测网络电压及那里的频率，所述信号处理器12连接至所述传感器。传感器11可电流直接通过式地或感应式地联接至线路区段9。

根据本发明的第一实施例，控制设备10控制单个耗电装置5，所述控制设备10以固定的方式例如通过集成在所述耗电装置5的壳体中被配置给所述耗电装置5。

根据第二实施例，控制设备10可被设计成能控制多个耗电装置5、6。此时，控制设备通常被实施为独立的结构单元，所述独立的结构单元通过本身已知的信号协议、例如dBus-II与受控的耗电装置5、6通信，以便改变所述耗电装置5、6的功率消耗。在图1的图示中，与耗电装置5相比，耗电装置6通过不同的熔断器8被保护，使得到达耗电装置6的网络电压与通过传感器11探测到的网络电压稍微不同，且在耗电装置6响应于来自控制设备10的信息而减小其功率消耗时，对向耗电装置5供电的线路区段9中的电压降没有影响。如果通过传感器11测得的网络电压过低的原因部分地从私人用户4转移、例如在商业用户3处达到需求峰值，减小在耗电装置6处的功率消耗来稳定网络电压也是有帮助的。

参照图2描述了通过根据第一实施例的控制设备10实施的工作方法的一个基本变型。此处，受控的耗电装置5是通常已知设计的家用制冷器具的压缩机，控制设备10集成在所述家用制冷器具中。假定压缩机在该方法的起始点A处是关停的。控制设备10连接至温度传感器（未示出），以便监测制冷器具的储存室的温度T。在步骤S1中，控制设备10以已知的方式检查所述温度T是否高于可由用户设置的接通温度T_ein。如果否，该步骤定时地重复。如果超过了接通温度T_ein，压缩机就在步骤S2中被接通。在步骤S3中，检查线路9上的网络电压U是否高于阈值U+。如果是，供电就是充足的，或者与耗电装置5共用线路区段9的多个耗电装置7中没有很多正在操作、从而没有在线路9上引起明显的电压降。此时，控制设备10在随后的步骤S4中将温度T与“正常的”关停温度T_aus比较。如果测得的值不低于关停温度T_aus，该方法就返回至步骤S3；否则，压缩机在步骤S5中再次被关停，且该方法返回至起始处。

相反，如果步骤S3中的比较显示出供电电压低于阈值U+，就在步骤S6中将温度T与增加的关停温度T_aus+ε比较，所述增加的关停温度T_aus+ε在T_aus与T_ein之间。因此，与供电充足时相比，压缩机在供电不足时较早地再次被关停，从而网络上的负载通常下降，且改善了向其他耗电装置7的供电。

如果供电网络在限定的地理区域中经受沉重负载，且该区域中的网络电压由此下降，那么这在该区域中的大量受控的耗电装置5、6中可被考虑在内，且在所述耗电装置中的至少一些实际限制了其功率消耗的情况下，可减轻超负载且可再次稳定网络电压。因此，在大规模集成网络的情况下，几乎不需要从远区域使电能蒙受损失地输送至超负载区域中。如果可藉此实现的需求限制不够，就可改换网络频率，所述网络频率与电压降相比在供电网络中通常在明显小得多的程度被感测到。如果控制设备不仅响应网络电压变动，而且还响应网络频率变动，那么甚至极其远程的控制设备也可记录变动并响应变动。

为了将这个事实考虑在内，在该方法的一个变型中，步骤S3可被替代成：检查网络频率是否落入设定值50Hz附近的预定区间内，或者对网络电压和网络频率都进行检查，且如果两个检查标准中的至少一个表明供电不足，就实施步骤S6。

下面来看控制设备10的一个实例，其中，所述控制设备10被设计成能控制多个不同的、非常任意类型的耗电装置5、6。此处，耗电装置5还是家用制冷器具，耗电装置6例如可以是可通过改变其时钟周期来改变其功率消耗的PC。当然，可在不损失功能的情况下减少家用制冷器具的功率消耗所需的条件与PC中的相应条件不同。由于控制设备10的功能和设计应尽可能独立于由其控制的耗电装置5、6的类型和数量，因此不能考虑耗电装置5、6的特性，从而，也不能由于功率消耗中的无限制变化而生成使受控的耗电装置5或6可有利地响应的命令。控制设备10仅可通过监测网络电压和/或网络频率来确定是否出现了必要条件，这使耗电装置的接通或关停或者在耗电装置的不同功率水平之间的切换变得有利。如果出现了这种条件，关于是否实际上接通或关停或者改变功率的决定必须依赖于耗电装置5或6的经由控制设备10相互作用的内部控制设备。就图2中的方法而言，这例如意味着制冷器具的恒温器控制设备实施了步骤S1、S2、S5，但是对于是否执行步骤S4或S6的决定，却是使用由外部控制设备10发出的比较步骤S3的结果。

图3示出了用于控制制冷器具的流程图，所述控制可整体如上所述地通过制冷器具5的集成的控制设备10或通过外部控制设备10和制冷器具5的恒温器控制设备以共用的方式执行。图3中的方法的特性是，此处控制设备10被设计成：能在一天的过程中监测网络中的供电情况，且能独立地确定定时重复的供电充足或供电不足的时间，并能提供有关的记录。

仍然假定在该方法的起始点A处，制冷器具5的压缩机被关停。如已经关于图2所述，在步骤S11中，基于通过传感器11探测到的网络电压和/或网络频率来判断供电网络中的当前供电是否充足。如果供电充足，就在步骤S12中基于先前提供的记录来检查不足的供电在很短的时间内（也就是说，如果压缩机在当前的时间点处被接通，在压缩机可能在该时间内仍然在操作）是否是预期的。如果不是，就在步骤13中将制冷器具的温度T与正常接通温度T_ein比较，且如果该正常接通温度未被超过，该方法就返回至起始点A。然而，如果步骤12中的检查表明在压缩机的可能运行时间过程中供电将不足，就在步骤S14中将温度T与降低的接通温度T_ein-ε比较。因此，压缩机在制冷器具处于相对较低的温度T时被接通（步骤S15），在该相对较低的温度T下如果供电持续地充足本不会这么做。因此，当供电实际上不足时，制冷器具已经被预冷却，从而压缩机仍可长时间地关停，而不使冷却的物品以非期望的方式受热。也就是说，在供电充足的时间中，制冷器具预先消耗电能，从而可在供电不足时限制制冷器具的消耗。

相反地，如果在步骤S11中确定了目前供电不足，就在步骤S16中检查供电充足的时间阶段是否即将到来。如果否，必须不管供电的不足而如常进行冷却，且该方法移动至步骤S13。然而，如果供电充足的时间阶段即将到来，那么将压缩机延迟接通是有利的。这通过转至步骤S17来进行，其中，将温度T与增加的接通温度T_ein+ε比较，且仅在该增加的接通温度被超过时才接通压缩机（S15）。

当压缩机被接通时，与图3中的示图相比，图2中的步骤S3至步骤S6以相同的方式跟着执行。

相反地，在图3的流程图中，当达到以附图标记B示出的压缩机被接通的操作状态时，首先再次进行检查S18，以确定目前的供电是否充足，如果是，进行检查S19来确定不足的供电是否预期很快地到来。如果不是，那么一旦温度降至正常关停温度T_aus之下时，就经过步骤S20、S21再次关停压缩机。相反地，如果不足的供电是预期的，就在步骤S22中与降低的关停温度T_aus-ε比较，且仅当温度值低于该关停温度T_aus-ε时再次关停压缩机。这也使制冷器具预冷却以备即将到来的供电不足，从而当不足的供电开始时，可将压缩机长时间地关停。如果不足的供电在压缩机的操作过程中开始，该方法就从步骤S18转至步骤S23。此处，检查供电情况较好的时间段是否预期很快地再次到来。如果否，正常冷却操作遵循步骤S20、S21。如果改善的供电情况是预期的，就在步骤S24中与增加的关停温度T_aus+ε比较。如果温度值低于该增加的关停温度T_aus+ε，就与正常操作中相比在供电改善之前较早地关停压缩机，从而稍后当再次具有充足的供电时，就更快地再次达到接通温度T_ein，因此可有效地利用供电充足的阶段。

图4示出了在私人用户4的供电线路9上的供电充足和供电不足的阶段的模式，同时将在控制设备10的记录中代表性地显示。在夜间、上午和下午过程中的供电充足的阶段13a、13b、13c被上午中的、午间的和夜间中的高功率需求的阶段14a、14b、14c间断。用于控制不同类型的耗电装置的控制设备10在一天的过程中持续地记录供电情况，因此能够在操作几天以后以增加的精确度来预测供电充足或供电不足的时期。这种控制设备10以定时的时间间隔向其控制的耗电装置5、6提供信息，所述信息表明目前的供电是否充足并具有关于下一状态变化之前剩余时间的细节。通过该控制设备10控制的洗衣机例如在上午过程中的时间点15处由用户开始操作，以便在夜间的时间点16之前完成由用户编程的洗涤程序，所述洗涤程序包括预洗涤和主洗涤过程。供电在时间点15处是充足的，且由控制设备10发出的信号向洗衣机表明：供电在预洗涤过程17的可能的持续过程中仍将是充足的。因此，洗衣机立即开始预洗涤过程17。在预洗涤过程17结束时（在阶段13b的过程中）由控制设备10发出的信息向洗衣机表明：供电是充足的，但是下一不足阶段14b开始之前剩余的时间长度不足以以持续充足的供电来实施主洗涤过程18。因此，洗衣机延迟启动主洗涤过程18。洗衣机在充足供电的下一阶段13c开始时（如图4所示）启动主洗涤过程18，或者在必要时无论供电情况如何都最迟在时间点15处按时完成主洗涤过程18。因此，洗涤程序基本上在用户期望的时间16之前完成，或完全地避开供电不足的阶段14。

以上针对洗衣机所述的操作模式可应用于能被编程以在由用户指定的时间点之前完成特定任务的任何家用电器，例如滚筒式干燥机、洗碗机、面包机等。

Claims (15)

1.一种控制设备，其用于控制耗电装置（5、6）的、尤其是家用电器的或家用电器组合的功率，所述控制设备具有至少一个传感器（11）和处理装置（12），所述至少一个传感器（11）用于探测供电电压的参数，所述处理装置（12）用于将通过所述传感器（11）探测到的参数与预定值比较，并用于基于所述比较的结果来改变所述耗电装置的功率。

2.如权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述至少一个传感器（11）是电压传感器。

3.如权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述至少一个传感器（11）是频率传感器。

4.如前面权利要求中任一所述的控制设备，其特征在于，所述预定值是阈值，所述处理装置（12）被设置成：在通过所述传感器（11）探测到的参数高于所述阈值时，能确定出现了用于增加（S2、S15）耗电装置（5、6）的功率的第一条件（S3）；和/或在探测到的参数低于所述阈值（U+）时，能确定出现了用于减小功率的第一条件。

5.如权利要求1-3中任一所述的控制设备，其特征在于，所述预定值是区间，所述处理装置被设置成：在通过所述传感器（11）探测到的参数落入所述区间中时，能确定出现了用于增加耗电装置（5、6）的功率的第一条件；和/或在探测到的参数落到所述区间之外时，能确定出现了用于降低功率的第一条件。

6.如前面权利要求中任一所述的控制设备，其特征在于，所述处理装置（12）被设置成：能确定所述参数的时间序列中的重复模式（13、14），以便：基于所确定的模式（13、14）来预测将来的比较结果；如果所预测的比较结果表明出现用于降低功率的第一条件（S12），就确定在当前的时间点处（S14）出现了用于增加功率的第一条件（S15）。

7.如前面权利要求中任一所述的控制设备，其特征在于，改变功率包括接通和/或关停（S2、S5、S15、S21）所述耗电装置。

8.如前面权利要求中任一所述的控制设备，其特征在于，改变功率包括在所述耗电装置的非零功率级之间切换。

9.如前面权利要求中任一所述的控制设备，其特征在于，所述控制装置包括用于探测所述耗电装置的内部参数（T）的至少一个第二传感器，所述处理装置（12）还被设置成：能考虑所述内部参数（T）来改变功率。

10.如权利要求7所述的控制设备，其特征在于，所述耗电装置是制冷器具（5）的压缩机，所述内部参数是制冷器具（5）的储存室的温度（T）。

11.如权利要求1-7中任一所述的控制设备，其特征在于，所述耗电装置被设置成：能在预定的时段结束（16）之前实施预定任务，改变功率包括在结束（16）之前及早地接通所述耗电装置。

12.如权利要求11所述的控制设备，其特征在于，所述耗电装置是洗碗机、洗衣机、滚筒式干燥机或面包机。

13.如前面权利要求中任一所述的控制设备，其特征在于，所述控制设备与受控的耗电装置（5）集成在一个结构单元中。

14.如权利要求1-12中任一所述的控制设备，其特征在于，所述处理装置（12）至少部分地容纳在与所述耗电装置（5）分离的结构单元中。

15.一种家用器具，尤其是家用制冷器具，它具有如权利要求1-14中任一所述的控制设备。

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