CN105359368A - 用于控制电气网络中的功率负载的设备及相关的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于根据与电网(16)的操作或管理有关的事件来控制属于该电网的终端电气装置(2)的功率负载(12)的操作的设备(1)。本发明还涉及用于通过根据本发明的多个设备来管理电网中的功率需求的方法及其用途。本发明还涉及包括多个用于控制属于终端电气装置的功率负载的操作的设备和配电网络的系统。

Description

用于控制电气网络中的功率负载的设备及相关的方法和系统
技术领域
本发明涉及电气网络管理。
背景技术
对于电气网络的终端电气装置的功率负载管理方面的现有技术在于根据资费条件控制那些负载的电源供应。最熟知的情形是根据非高峰费率/高峰费率来控制电热水器的操作。作为结果，用于控制终端电气装置中的功率负载所实施的技术方案实际上是用于资费管理的方案，如专利FR2947396中所示。能源仪表通常包括被用于根据计价周期来改变计量指数的远程控制接收器，如专利FR2636142中所述。这些现有的仪表包括控制继电器，该控制继电器被设计成控制外部功率继电器以用于根据资费状态自动地控制热水器的操作。现代电气网络正变得日益复杂，如专利FR2976415所示，这包括可变生产的越来越大的比例，并且面对不断增长的需求，基础设施已接近饱和。因此，对于能量需求的主动管理变得越来越必要从而避免电气网络的故障的风险，电气网络的故障甚至可能导致整个地区的停电。
本发明落入所谓的“智能电网”的范围。
发明内容
本发明的目标在于通过提出一种用于根据与电气网络的操作或管理有关的事件来控制属于终端电气装置的功率负载的操作的设备，至少部分地找到对于前面提到的问题的补救办法。这种设备可以被电气网络的管理者有利地用于通过使用终端电气装置中的资源来维持优化运行。根据本发明的设备的若干变体已经被提供，并且可被单独实施或者以组合的方式被实施在装置中。被提供为实施本发明的终端装置属于所谓的电气网络的低压部分。其目的更多的在于控制由交流电压(例如，在欧洲是频率为50Hz的230V，在北美是频率为60Hz的110V)供应的单相功率负载。本发明还可以被实施为三相终端装置和/或用以控制适当的三相负载。
本发明针对一种用于根据与电气网络的操作或管理有关的事件来控制属于终端电气装置的功率负载的操作的设备。根据本发明的设备包括：
-被配置用于从所述终端电气装置的电压提取至少一个设定点的功能块；以及
-用于根据至少一个设定点来控制功率负载的功能块。
负载功率被理解为单个功率负载或被集体控制或以差异化的方式控制的多个元电荷。
对功率负载的控制被理解为全有或全无，即功率负载以满功率被开启或关闭，或者被理解为对中间功能状态的设置。功能的所谓中间状态对应于对电气网络的功率需求不为零，并且低于负载的最大功率。
从电压提取的至少一个设定点是这样的特殊值：在该值处，设备可以被安装在终端电气装置中的任何位置甚至是脱离通常集中了装置的所有电路的配电板。因此，部分实施方式变体将根据本发明的设备直接包括在像电热水器、冷却或加热装置这样的包含了一个或若干个诸如加热电阻器或热力群等功率负载的电气装置中。在包含至少一个功率负载的装置中包括设备例如，通过考虑到内部操作周期或使用限制提供了对至少一个负载的更为智能的管理的优势。这样还实现了对负载中的若干功率级的管理，针对维持最小服务水平而对随时间接通至少一个负载的排序，对于装置的不涉及功率负载的功能的电力供应的性能等等。
根据本发明的设备包括用于转换要被控制的功率负载的电力供应的装置。这是在不需要诸如电热水生产装置或加热系统等相关智能的情况下基于对功率元件的使用来控制外部功率负载的最简单的方式。然而，针对被集成在装置中的本发明的实施变体，或者为了控制需要考虑到操作周期的功率负载，提供了对根据本发明的设备的电子器件和装置中的功率负载的管理电子器件之间的适当接口的添加。这样的接口可以例如是基于对一个或多个光耦合器的使用。
对于设备包括用于切换功率负载的电力供应的装置的情形，负载由默认情况进行供电是有利的。
在包括功率切换装置(例如，机电继电器或电子继电器)的设备的独立实施方式的优选变体中，设备适应于这样的方式，该方式保证功率负载通过通常来说继电器的闭合触电被供电，从而在根据本发明的设备发生故障时，功率仍可以被供应并且服务被保障。这更加相关的考虑到，根据本发明的设备相比于装置的用户更加有助于电气网络的运营商。
根据本发明的设备还包括用于远程控制被集成到可被远程控制的器械中的功率负载的装置。
这可以是无线远程控制发射机，例如红外线或射频，它们的物理层和控制代码适用于控制包含一个或多个功率负载的器械的操作。这种变体允许根据本发明的设备以要被控制的器械的附件的形式来实现和/或简化该设备与复杂的外部器械的功能性耦合。本发明的这种变体尤其适用于控制可逆空调或包括远程控制接收机的不可逆空调。
这还可能是诸如能够控制提供可选控制输入(例如，被称为“控制线”输入)的一个或多个功率装置的接口之类的有线远程控制，例如电热水器。
还有可能是设备和家庭自动化系统或能够作用于相关的终端电气装置中的一个或多个功率负载的功能状态的建筑物控制系统之间的有线或无线接口。
设备的第一变体被提供为终端电气装置的电压的至少一个设定点的功能提取块是脉动控制信号接收机，其中该至少一个设定点是远程控制命令。本发明的这一变体意图被安装在其中的资费控制基础设施是基于脉动控制的电气网络中。这种类型的远程控制例如是基于叠加在电源电压上的175Hz或188Hz的正弦信号的脉冲调制。所使用的频率和编码方案因国家而异。
设备的第二变体被提供为终端电气装置的电压的至少一个设定点的功能提取块是电力线通信(PLC)所发送的远程控制信号的接收机，其中该至少一个设定点是远程控制命令。
本发明的第三变体意图被安装在其中的资费管理基础设施使用电力线通信的电气网络中，至少被安装在服务终端电气装置的低电压部分中。这些可以例如是根据如法国的IEC61334和IEC62056标准或根据因国家而异的其他标准的远程控制传输和远程仪表读取。应当注意的是，如果出于资费管理的目的，则电表必须实施双向电力线收发机；通过仅实施电力线通信收发机的接收部分，可以在根据本发明的设备中实现相当可观的节约。通过缺少发送部分，还能够有利地降低设备的电力消耗。
根据本发明的设备还被提供为包括用于接收由射频发送的远程控制信号的装置，其中至少一个设定点是远程控制命令。
本发明的这一变体可以例如被安装在这样的电气网络中，其中资费管理基础设施已经使用无线电传输装置。这可包括短距离射频传输装置(ZigBee、Bluetooth、Wi-Fi或其他等效的标准和后继物)或长距离无线电信网络(例如，1GGSM到4G或等同物及后继物)。
当然，在不背离本发明的范围的情况下，使用例如光纤、有线或无线之类的任何其他类型的通信网络来向根据本发明的设备发送命令是可能的。
本发明还提供了以下内容：来自终端电气装置的电压的至少一个设定点的功能提取块使用电压和/或其随着时间的演变以用于推断该至少一个设定点。
此特征可以导致根据本发明的设备的单独实施变体。在此变体中设备的自主是基于其不需要来自网络管理器的远程控制的事实。对电气网络上的问题的检测和功率负载上的相应动作实际上在该设备上进行本地管理。由本发明的这一变体的实现所产生的网络的全分散和扩散管理在基础设施方面是合算的，特别是在反应时间方面是有效的。另外，本发明的这一变体可以有利地与上述变体相结合。实际上，本发明的前述变体的实施仅需要非常少的附加资源。具体来说，当本发明被实施在根据上述变体的微控制器中，对此功能的实现需要很少的软件和少量或几乎没有附加的电子组件。本发明的这一变体可以例如被用于使电气网络比基于集中式网络管理和远程控制的任何其他解决方案更快地实现自稳定。这是通过使用终端装置的功率负载吸收在一些情况下的电气网络中可能出现的振荡来完成的。这样布置，设备从其终端处可用的电压提取设定点，该设定点允许其在较短的时间段内自动地供应它所控制的功率负载，该较短的时间段的范围可以从几十秒到若干分钟。对设定点的提取可以例如考虑到供应给终端装置的电压的幅度和该幅度的变化速度以与网络上检测到的振荡现象相符。
在可以与前面的变体结合的另一实施变体中，本发明允许在异常的低电压持续超过预定值的一段时间的情况下自动断开功率负载，其中该异常的低电压持续超过预定值的一段时间是电气网络可能过载的迹象，电气网络的过载可以导致停电。如下面将描述的，在重新连接处分散峰值的解决方案将被有利地实施以避免其后再次出现过载现象和/或防止任何振荡现象的出现。如果本发明的这一功能性变体在给定领域内被广泛地使用，那么它尤为有意义之处在于其允许提供针对中断风险进行自保护的配电服务，并且允许保证针对供应低电压设备的永久的基础服务，诸如食物冷藏、照明、消费电子产品以及诸如烹饪设备之类的段操作时间的功率设备。
本发明还提供针对终端电器装置的电压的至少一个设定点的功能提取块，该功能提取块使用交流电压的频率值和/或其随着时间的演变来推断至少一个设定点。它像前述变体一样是本发明的所谓的独立变体，可以有利地进行结合。例如，当交流电压的频率超过阈值时，设备可以自动连接其所控制的功率负载。当交流电压的频率降到另一阈值以下时，设备还可以自动地断开其所控制的功率负载。如下面将描述的，在重新连接处分散峰值的解决方案将被有利地实施以避免其后再次出现过载现象和/或防止任何振荡现象的出现。在现代电气网络的混合能源中的可再生电能和/或诸如风能或太阳之类的分散能源的份额的增加将它们的网络暴露在交流电压频率远在标称值以外的风险。为了避免该风险，配电器例如将可再生和/或分散的生产单位的份额限制在约为30％。对根据本发明的设备的一般试试可以在不增加电气网络管理的复杂度或不需要大量投资的情况下，增加混合能源的非传统生产的比例。
在本发明的变体中，对至少一个第一设定点的接收将功率负载置于队那个功能状态一段预定义的时间，将功率负载置于另一功能状态需要对与该另一功能状态相关联的至少一个第二设定点的接收。
本发明的这一变体对应于其在集中式网络管理的传统背景中的实施。该变体涉及很高数量的远程控制的传输，并且如果可能的话，该变体使用精确的解决方案来寻址终端装置。然而，根据本发明的设备允许网络管理者独立作用于对功率的需求和资费管理，而针对两种用途共享同一基础设施。
本发明的另一变体被提供为功率负载的功能状态的至少一个变化与延迟时间的到期连续。
实施本发明的该变体是特别优选的，因为在集中式网络管理的情况下其帮助大幅度地减少要发送的远程控制命令。
本发明的延迟时间取决于实施背景。当涉及利用设备中被完全本地管理的动作-检测反射弧吸收振荡现象时，它们可以例如是几十秒。在由运营商进行的电气网络的集中式管理的框架中，延迟时间可以达到若干小时，甚至若干天。当对较长、甚至相当长的延迟时间的实施是基于诸如微控制器之类的组件内的程序资源时，它不会产生技术或经济问题。
因此，至少一个设定点将功率负载置于所定义的功能状态被提供。在延迟时间到期之后，功率负载被自动地置于另一功能状态。
在延迟时间到期时，至少一个设定点将功率负载置于所确定的功能状态也被提供。功率负载由与另一功能状态相关联的至少另一个设定点置于该另一功能状态。
在第一延迟时间到期时，至少一个设定点将功率负载置于所确定的功能状态也被提供。在第二延迟时间到期时，功率负载被自动置于另一功能状态。
本发明计划将延迟时间登记在时间表格中，该时间表格的基本步进的数目和长度被预定。
在本发明的更为具体的实施模式中，延迟时间包括特定于每一设备的变量部分被提供。
本发明的这一变体的目的在于在每一设备内添加局部可变性，例如，以在延迟时间到期时在电气网络中分散功率峰值需求，从而导致由接收远程控制的相同命令发起的功率负载的重新连接。从一个设备到另一个设备的可变性最高化将是优选的技术方案，这是为了在网络内引入最大可能的时间分集。
本发明还提供为延迟时间包括从随机变量计算的至少一个变量部分。
用于生成局部可变性的方式为出于去同步化同一电气网络内的负载的重新连接的时刻，并且在更小的程度上，去同步化同一电气网络内的负载的断开连接的时刻的目的以主要降低停电风险。实际上，对使用简单算法的伪随机码生成器的实施足以获得所需的去同步化效果。
本发明还提供为延迟时间包括考虑到与设备或其所安装到的终端电气装置相关联的唯一号码计算的至少一个变量部分。
这是另一种生成局部可变性的方式。
本发明提供为延迟时间包括考虑到环境局部变量计算的至少一个变量部分。
这是另一种生成局部可变性的方式。这种环境变量可以是所有类型以最大化一个设备与其他设备不同的可能性。环境变量可以例如是在期间内测量的温度，电场值等等。
本发明提供为延迟时间的变量部分至少部分地被用作对电源接入的优先级管理的部分。
本发明的功能性改进为根据预定的优先等级，例如基于终端装置或与用户有关的特征重新连接功率负载。例如，这可以被用于在给定像医疗这样的公共服务的优先级的背景下，确定对电源接入的优先级。本发明还可以在基于用户所订购的服务的、对电源接入的优先等级的背景中实施。根据本发明的优先级管理还可以在同一电气装置中以不同的方式实施，例如，在使用类型的基础上，优先等级例如是根据对所控制的装置的使用或惯性和/或依据负载的功率确定的。
在本发明中还提供了，全部或部分延迟时间的持续时间(其导致功率负载的功能状态的变化)可以通过在一段预定的持续时间内对至少一个第二远程控制命令的接收来修改，其中该预定的持续时间从对第一远程控制命令的接收开始。
至少一个第二远程控制命令可以被专用于对全部或部分延迟时间的修改，或者它可以是所述第一命令的相同命令的至少一个副本。在这种情况中，所述第一远程控制命令与它的旨在于仅修改全部或部分延迟时间的持续时间的副本的差异在于它在超过预定值的一段时间之后被接收，在预定值期间设备不必接收所讨论的远程控制命令。
本发明还提供为只要在不限制系统的可能性的情况下可以对相同命令进行重用，就尽可能多地对相同命令进行重用。
另外，在实施方式的尤为复杂的变体中，提供了以下修改延迟时间的可能性：针对预定初始值，不仅仅会增加延迟时间，还会减少延迟时间。例如，被设备解释为将功率负载重新连接到网络的请求的、作为所述第一命令的一部分的相同远程控制命令，在其被接收为至少一个第二命令时，可以被解释为针对增加基本预定延迟时间的命令。相反地，被解释为从电气网络断开连接的作为第一命令的命令，当其被接收为至少一个第二命令时，可以被解释为针对减少延迟时间长度的命令。
还提供了以下内容：对至少一个第二远程控制命令的每一次接收重置在其间设备将接收考虑在内的时隙。这允许在全部或部分延迟时间的持续时间内的修改，其中通过不收初始时隙的持续时间限制的多个副本，该延迟时间导致在范围较宽的值上的负载的功能状态的变化。
此外，当被用于向设备发送远程控制命令的通信系统提供可选寻址能力时，它可以根据运营商定义的标准选择性地修改电气网络中的设备的全部或部分延迟时间。
对延迟时间长度的主动管理对于在增加电气网络中的功率需求的峰值上增加破碎效果尤其有效。它还向网络管理者提供了附加的管理能力而不需要是网络管理复杂化或不需要对附加特定远程控制命令的使用。实际上，在“智能电网”时代之前的传统集中式远程控制系几乎没有除了与仪表测量和资费管理有关的其他命令。此外，存在以无差别的方式寻址大量装置的远程控制，从而可能导致高功率尖峰，而只有实施本发明的这一变体才能够消除该高功率尖峰。这有助于在需求功率的时间从电气网络的终端部分获得分散效果。在具有复杂的寻址能力的最新系统中，本发明的实施导致流量的可观的降低和更好的系统响应能力。本发明的实施只需要对唯一命令的广播以对多个终端装置产生影响。在不借助本发明的情况下，对功率需求高峰的分散将需要与要被选择性寻址的单个装置的数目一样多的远程控制命令。
还提供了以下内容：对远程控制命令的接收重新开始还未到期的延迟时间，延迟时间已经到期的设备在预定的时间段内对任何新接收的远程控制命令不敏感。
此变体在尤为有效之处在于其具有用于分散电气网络中功率峰值的能力。
本发明提供的设备还包括人机接口，该人机接口允许用户使设备至少临时地对其通常敏感的任何设定点不敏感和/或允许用户向功率负载施加至少一个功能状态。
旨在于为包括由根据本发明的设备控制的功率负载的设备的用户提供这样的技术可能性：通过允许他们至少临时地向设备施加他们选择的功能状态，来降低对电气网络管理的要求。实际上，与出于合同原因针对每一装置严格根据电费来控制功率负载的现有技术相反，如果本发明被实现在大量装置中，它仅对网络管理者有效。因此，如果少数用户选择从根据本发明的功率管理机制中移除他们的装置，这从网络管理者的角度来说不重要。因此，除了手动设置功率负载为关闭状态之外，实施用于设备的自动返回到本发明的自动功能模式的方案是可取的。例如，在减损模式中的最大时间之后自动返回，或由于确定数量的适当设定点的出现的自动返回。
本发明提供了以下内容：在尤为有利的实施模式中，控制装置被设计为使得下一用户在其上的动作将具有最符合预期的效果，该最符合预期的效果给出所述设备的当前功能状态。
这是对前一技术特征的改进，它的目标在于通过预测通常以相对基本的设备的形式来实现的设备的可用性来进行改进，其中所述相对基本的设备可能仅具有一个按钮和一个或两个灯以与用户交互其所有的功能。
还提供了以下内容：根据本发明的设备包括被安装在两个设备之间的接口，该接口用于根据终端电气装置的电能资费来控制功率负载。例如，它被提供在装置变体中以将根据本发明的设备插入在电表的输出和继电器之间，其中电表通常意图为控制装置的功率负载(诸如电热水器)，配电器通常出现在配电板中以用于切换负载电源。通过射频、电力线通信或控制线的用于控制装置的其他功率负载(例如，电加热器)的输出，可以有利地被添加到根据本发明的设备以增加根据本发明被智能控制的负载的总功率，同时考虑到电能的资费。
在结合了根据本发明进行的功率负载控制和根据电能资费进行控制的本发明的另一变体中，提供了以下内容：在同一设备内实现对用于根据本发明的功率负载管理的信息和资费信息的结合。这种“多合一”变体允许节省资源并且在终端电气装置内的设备位置方面为安装者带来一定程度的自由。设备的这一变体还可包括用于切换所控制的负载的电源的装置，或用于相同目的的任何相关接口，以组成考虑到电能资费的功率负载的独立管理的子系统。
本发明还提供了使用多个用于控制属于终端电气装置的功率负载的操作的设备来管理电气网络的方法。根据本发明的方法包括以下各个步骤：
-从终端电气装置的电压和/或从接收到的远程控制命令提取至少一个设定点；
-根据所述至少一个设定点和/或延迟时间的到期来修改功率负载的功能状态；以及
-允许用户施加由所述设备控制的功率负载的至少一个功能状态，和/或至少暂时地抑制对功率负载的至少一个功能状态的任何自动修改。
根据本发明的方法还提供了基于从功率负载的电源电压本地提取的设定点的完全独立的功率负载管理步骤。该步骤构成具有短响应时间能力的局部反射弧，其中响应时间是在检测到构成影响交流电压(供应设备)值的设定点的事件和/或此交流电压的频率和在由设备控制的功率负载上的相应的动作之间的时间。
根据本发明的方法还包括相对于由根据本发明的至少一个其他设备控制的至少一个其他功率负载的功能状态的改变，对由根据本发明的设备控制的功率负载的功能状态的至少一个变化进行去同步化的步骤，功率负载的功能状态的至少一个变化在对该网络的功率需求方面具有类似的效果。
这可以通过在前述每一个设备中实施例如基于可变延迟时间的技术方案来实现。根据本发明被去同步化的状态变化可以不严格地相同，这取决于给定的、包括功率负载的设备的特定技术特征或用户的期望。因此，状态的变化将被去同步化，它们在对该网络的功率需求方面具有类似的效果，也就是说，尽管功能状态不会导致完全关闭负载，但是该改变导致对网络的更少的功率需求。类似地，如果状态改变导致更多的功率需求，即使这些变化不会导致最大化的功率需求，那么状态的改变也将被去同步化。
本发明还提供了用于管理电气网络的系统，该系统包括：
-用于根据与电气网络的操作或管理有关的事件来控制属于终端电气装置的功率负载的操作的多个设备；以及
-电气网络，所述终端电气装置连接到该电气网络，并且在连接点处的电压可以允许在每一个所述设备中的对至少一个设定点的提取。
根据本发明的系统还被提供为包括至少一个基于对电气网络中的所述设备的行为进行建模的管理软件，以帮助该网络的运行和/或该网络的自动运行。实际上，用于根据与电气网络的操作和管理有关的事件来控制属于终端电气装置的功率负载的操作的设备及相关方法具有可被建模的确定性操作。因此，实施根据本发明的系统的行为模型的软件对于预测要由网络运行商执行的远程控制动作以及他们的、取决于某时刻的操作限制的顺序表是有利的。操作限制可以例如是网络中或网络的相关部分中的可用总电力预报以用于管理设备和在同一时段所预期的相应的功率需求。还考虑到在特别优化的系统的管理的背景中对电能资费的管理。
在本发明的优选实施变体中，根据本发明的系统控制软件被连接到用于向相关电气网络中的设备发送命令的远程控制装置，并且被连接到用于操作和监督的上游系统，从而允许根据本发明的系统的自动化操作。
附图说明
在查阅了实施例和附图的详细描述之后，本发明的其他优点和特征将变得清楚，其中实施例决不是限制性的，在附图中：，
根据本发明的第一方面：
图1示出设备的第一变体(variant)。
图2示出设备的第二变体。
图3示出设备的第三变体。
图4示出设备的第四变体。
图5示出控制外部功率负载的设备。
图6示出设备到功率装备的集成。
图7示出包括设备的电气网络。
图8示出对电压值进行操作的独立变体。
图9示出对频率进行操作的独立变体。
图10示出负载的状态变换的变体。
图11示出其中的延迟时间可变的变体。
图12示出可变性来自环境的变体。
图13示出延迟时间被重新开始的变体。
图14示出具有优先级管理的变体。
图15示出设备的优选变体。
图16示出设备的另一优选变体。
具体实施方式
针对根据与电气网络的操作或管理有关的事件(诸如源自间歇的发电源的故障或风险特性的发电短缺或过剩)控制终端电气装置中的功率负载的操作，实施本发明的优选方式是基于对AC电压的频率和/或其随着时间的演变的值(它向设备通知电气网络的整体平衡)的操作以及对电压和/或其随着时间的演变的操作(其向设备通知电气网络的局部平衡)的结合。
例如，对设备没有影响的频率范围由下限和上限框定，其中在低于下限时，所控制的负载被自动地从电气网络断开连接，而在高于上限时负载被自动地连接到网络。
此外，网络电压被持续监测以用于至少自动地断开低于下限的负载。
在某些优选实施变体中，如果所控制的负载的技术特征允许其承受电压冲击，则它被自动地连接到高于上限的电气网络。
另一些优选变体实施跟踪电压随时间的变化的算法，从而在电压或频率到达临界阈值之前对所控制的负载进行动作。实际上，配电网络通常包括诸如有载变压器调节器之类的伺服，即，由控制器控制的多个可变变压器变换比例，以及由控制器控制的电容器组。
这些涉及电气网络的终端分支中的电压设定以及基于离散切换的技术方案很容易由根据本发明的设备用于逐步地产生电压的变化。本发明还提供了：当用于它的设置的设施持续可变时(如在分散化可控的生产实施的情形中)，监控电压的演变。
适当的算法例如被用于从感知到每一阶段之间的电压的演变和时间的演变或从感知到电压的持续变化速度来检测生产和消耗之间的不平衡的出现以及感知不平衡。这种算法例如能够区分对根据本发明的设备供给的电压在时间上升高的含义。
实际上，如果没有将可变的时间考虑在内，则电压值的升高可能意味着在自动调节范围的上顶端处，过电压导致生产过剩，这需要连接到所控制的负载以加载网络。它还意味着在网络的高电压和中电压部分中的电压的下降是由能量消耗高于能量产生导致的，通过对负载的电压的自动调节该电压值的下降在网络的终端分支中被抵消。
在后一种情况中，设备的适当的动作是断开所控制的负载。从而，本发明可以在到达频率或电压的下限或上限之前对所控制的负载采取适当的动作。设备的反应时间实际上在某种程度上是非常重要的特征，反应时间越短，在生产短缺的情况下所使用的电气网络的主要储备越少，而在生产过剩的情况下的能量损失越少。
在某些优选实施例中有利地提供了使用根据本发明的时间扩展以回到负载的初始功能状态。
实施本发明的一些优选实施例还包括用于接收远程控制信号的装置，根据所选变体和/或根据所接收的远程控制命令，该远程控制信号对所控制的负载的功能状态的影响是处于相同的优先等级、优先权或处于低于从频率和/或电压提取的至少一个设定点的优先等级的优先等级。
在某些优选实施例中，对远程控制命令的接收还被预期为对根据本发明的设备施加诸如持续时间、时间范围或针对返回初始功能状态的预定条件之类的操作条件，该初始功能状态变化是由对远程控制命令的接收和/或由交流电压的频率值和/或其随着时间的演变的操作、和/或电压和/或其随着时间的演变的操作造成的设备的自主决策导致的。
特别是当根据优选实施例来实施时，本发明尤其适用于通过对多个功率负载的适当控制以作用于消耗，来允许在所有时刻保持电气网络中产生的功率和消耗的功率之间的平衡。
对附图和优选实施例的详细描述
在下面的描述中，本发明的其他细节和优点将变得更加显而易见。在附图中给出了非限制性的示例：
图1示出设备1的第一变体，该变体连接到电气装置2在火线(phase)和零线(neutral)之间的电压以用于它的电源供应并且用于提取至少一个设定点。该变体包括脉动控制接收机(ripplecontrolreceiver)3、继电器5的功能控制块4，其依据所接收的命令来供应或不供应经由连接器6的外部功率负载。
图2示出设备1的第二变体，该变体在图1的变体上添加了功能块7以用于基于对电压值和/或其频率的分析提取设定点。
图3示出设备1的第三变体，其与图1的变体的区别在于出现了使用电力线通信的远程控制接收机8，以及向包括功率负载的设备12的控制电子器件提供功能连续性的接口。该接口使用光耦合器9。第一光耦合器允许根据本发明的设备通过该装备自身的电子控制对功率负载进行动作。第二光耦合器允许对装备的控制装置(诸如，键盘和现有的屏幕)的使用，以调整根据本发明的设备的操作设置。本领域技术人员已知的任何传输协议可以被用于执行从设备向功率负载的单向通信，或者可以在操作装备的人机接口的更加复杂的变体中被用于执行双向通信以允许用户控制或配置根据本发明的设备。
图4示出设备1的第四变体，该变体与前述变体的区别在于存在能够通过无线电频率接收来自电子系统的网络的管理命令的远程控制接收机10，其中在该电子系统中无线电传输方案已经被选择用来与终端装置进行通信。此示例包括用于基于对电压值及其频率的分析提取设定点的功能块7。它还包括远程控制发射机，其可以经由装备的控制电子器件控制功率负载，该装备包含它但无需修改它。远程控制发射机的特征被适用于要被控制的装备。该示例实施IR发射管(IRblaster)，该IR发射管对于使用天花板和墙壁上的反射足够强大和全方向，并且易于安装，不需要在包含要被控制的装备的房间中微调其方向。
图5示出根据本发明的设备，其控制包括诸如电热水器的功率负载的外部装备12。在此示例中的设备被包含在“railDIN”标准类型的、被设计用于安装在配电板中的模块化箱子中。所有其他类型的箱子以及独立装备或被嵌入在功率负载的足部的装备也可被用于本发明的技术特征。此示例中的设备包括按钮13，其允许用户向功率负载施加他选择的功能状态。至少一个指示器14或屏幕允许安装者在首次安装期间配置根据本发明的设备。这些反馈装置然后允许用户知晓设备的功能状态及它控制的功率负载的功能状态。在此非限制性的示例中，用户可以使用按钮13来选择四种功率状态，它们是“来自网络的远程控制命令的接收被启用并且功率负载被供电”、“来自网络的远程控制命令的接收被启用并且功率负载未被供电”、“来自网络的远程控制命令的接收被禁用并且功率负载被供电”、和“来自网络的远程控制命令的接收被禁用并且功率负载未被供电”。相应的功能状态在指示器14上被分别显示为快速闪烁、缓慢闪烁、长亮或长灭。此示例出于人类工程学的目的实现了用以补偿物理装置的限制的改进设计。因此，设备对网络的命令不敏感并且功率负载被供电的操作模式在延迟时间期间被暂时维持，其中延迟时间的到期导致对网络命令的接收的自动重新激活。当按钮未被按下超过10秒时，下一次按下按钮最有可能直接从当前功能状态开始。因此，当设备处于“来自网络的远程控制命令的接收被启用并且功率负载被供电”状态或者处于“来自网络的远程控制命令的接收被启用并且功率负载未被供电”状态并且按钮未被按下超过10秒，则下一次按下按钮最有可能施加的状态是“来自网络的远程控制命令的接收被禁用并且功率负载未被供电”。类似地，从后面的状态开始，在至少10秒的键盘闲置之后单次按下按钮直接导致的最有可能的状态是“来自网络的远程控制命令的接收被启用并且功率负载被供电”。当按钮被连续按下，并且还没达到10秒的键盘闲置超时时，以循环序列检查所有可能的功能状态。当然，在不背离本发明的范围的情况下，实施方式选择可以不同。
图6示出设备1在包括功率负载的装备12中的集成。根据本发明的设备可以不采用这种装备的形式。它可以直接被集成到包括功率负载的装备(例如，加热装备或空调装备)的电子器件子集中。设备1在装备12中的集成可以在功能水平上是完整的，而在物理上与装备的原生控制电子器件难以区分，特别是当本发明主要被实现为微控制器中的软件的形式时。集成还可以采用单独的功能模块1的形式如图6所示来执行，其中功能模块1被添加到装备15的原生电子器件中。在机械、电气及逻辑水平合适的接口9被实施以保证两个子集的互操作性。
图7示出包括被实施在终端电气装置2中的多个设备1的网络16。根据本发明的设备控制被包括在外部装备12中的功率负载，或者设备被并入包括至少一个功率负载的装备12。
图8示出根据本发明的设备的独立变体的行为，该变体作用于电压值以提取功率负载的控制设定点。在附图所示的所有时序图中，时间被绘制在横轴中。设定点(S、Sn...)出现的适当时刻被示出。功率负载(PL)的功能状态被绘制在纵轴中。为了使说明清楚，仅表示了功率负载断电和功率负载通电两个功能状态，但是本说明还适用于具有多于两个功能状态的功率负载，该功能状态包括电气网络上所需的多个功率级。类似地，示出本发明的、针对指示功率负载的功能状态的技术特征的时序图在任何方面均不是限制性的。对功率状态的适当选择将根据实施本发明的上下文来做出。
在图8的示例a)中，在电气网络电压17的变化保持在被视为正常的值(nom)的范围内时，根据本发明的设备保持禁用。如果电压值超过第一阈值18和/或电压值的增长速度超过第二阈值，则设备所控制的功率负载的供给被供电19。当电压回到低于第三阈值20(其不一定等于第一阈值)时，对功率负载的供电被切断21。
在图8的示例b)中，在电气网络电压17的变化保持在被视为正常的值的范围内时，根据本发明的设备保持禁用。如果电压值落到第一阈值20以下和/或电压值的降低速度超过了第二阈值，则对设备所控制的功率负载的供给被切断21。当电压回到第三阈值18(其不一定等于第一阈值)以上时，对功率负载的供给被恢复19。
在本发明中特别优选地引入了根据设备而高度可变的时间延迟。该延迟被优选地引入到检测到故障消失的时刻(其被大部分电气网络中的所有设备同步检测到)和功率负载的状态的实际变化之间。有利地，状态的变化将被尽可能多地去同步化，以用于平铺被施加到整个电力系统的功率变化。
图9示出根据本发明的设备的独立变体的行为，该变体作用于交流电压的频率值以提取功率负载的控制设定点。在图9的示例a)中，在电气网络频率22的变化保持在被视为正常的值的范围内时，根据本发明的设备保持禁用。如果频率值超过第一阈值18和/或频率值的增长速度超过第二阈值，则设备所控制的功率负载被供给19。当频率回到低于第三阈值20(其不一定等于第一阈值)时，对功率负载的供给被切断21。
在图9的示例b)中，在电气网络电压频率22的变化保持在被视为正常的值的范围内时，根据本发明的设备保持禁用。如果频率值落到第一阈值20以下和/或频率的降低速度超过了第二阈值，则对设备所控制的功率负载的供给被切断21。当频率回到第三阈值18(其不一定等于第一阈值)以上时，对功率负载的供给被恢复19。
如图8中的示例，特别优选地引入了在故障消失和功率负载的状态产生变化之间的延迟时间(该延迟时间从一个设备到另一设备而强烈变化)。
图10a)示出根据本发明的设备的变体，其中功率负载的状态的所有变化均由于本发明的意义上的设定点(S1和S2)的出现，即接收到远程控制命令和/或检测到影响网络的电压值和/或电流值的事件，甚至用户的命令。
b)示出设备的优选变体，其中功率负载的状态的第一变化是由于设定点(S)的出现。功率负载的状态的第二变化与持续时间为T的延迟时间的到期连续，该延迟时间从设定点(S)的出现处开始。此示例示出了其中设定点涉及电子网络中的大量功率负载的情形，这导致所有涉及的负载同步地转换到切断的功能状态。这可以例如由于在本地检测到影响电子网络电压值和/或影响其频率的问题。它还可能由于接收到针对减载的远程控制命令。在这种情况下，分隔设定点的出现和负载的功能状态的变化的时间尽可能的短是有利的。在变化导致功能状态的切断的情况中，事件的同步对于电子网络来说并非是问题。功率负载的功能状态的相反变化在每一设备中被本地控制。这是由设定点(S)的出现所触发的延迟时间的到期导致的。
c)示出功能状态的被推迟的变化的情形。负载的功能状态的变化在每一设备内通过具有持续时间T的时间延迟被本地管理，该时间延迟在事件(S1)出现时被启动，该事件(S1)的发生应当导致操作状态的变化。功率负载的相应功能状态的有效变化在延迟时间到期之后被自动完成。功能状态的相反变化在适当的设定点(S2)出现时被完成。
d)示出被推迟到第一延迟时间(其持续时间为T1)到期的功能状态的第一变化的情形。在第二延迟时间(其持续时间为T2)到期时，功能状态的相反变化在设备内被本地控制。
图11示出本发明的更为优选的变体，其中延迟时间从一个设备到另一设备而变化。该变体针对每个设备在延迟时间中引入了独立的可变性要素，其中延迟时间的到期调节返回到功率负载的初始功能状态。初始功能状态是在导致所涉及的所有设备立即同步地改变它们的功能状态的事件出现之前的功能状态。可变性要素被设计为在允许网络管理者提前知晓每一动作的最大时间窗口的下限和上限之间最大化从一个设备到另一设备的差异。从而，通过使用数学模型进行仿真，有可能在故障已经导致设备改变其以自主方式控制的功率负载的功能状态的情况下，预测网络的行为。因此在图11中，曲线a)示出可变延迟时间的最小值。然而，该值被确定用于电气网络产生影响并且用于防止功率负载受到过短切换周期的可能的有害影响。曲线b)示出针对给定设备的第一延迟时间值。曲线c)示出特定于根据本发明的第n个设备的延迟时间值，该设备出现在电气网络中并检测到与曲线a)和b)相关联的那些事件相同的事件。曲线d)示出在其间可以实施本发明的可变延迟时间的最大值。持续时间23表示延迟时间的变量部分的最大时间偏移。
图12示出可变性来自环境的变体。
图12的两条曲线a)和b)示出环境变量的示例，该环境变量可被用于计算每一设备的延迟时间的持续时间。实施本发明的微控制器的程序中所使用的计算方法的设计在于：关于延迟时间的结果由最小值和最大值框定、获得相同值的概率很低、以及独立值彼此高度差异化。持续时间23表示根据环境变量的延迟时间的变量部分的最大时间偏移。在此示例中，温度是所选定的环境变量，这是因为从一个设备到另一设备的潜在可变性很高，并且因为包括模拟-数字转换器的现代微控制器通常还包括用以测量芯片温度的方式。这种选择允许除了必要的附加代码存储之外以零边际成本实施对本发明的这一改进。
图13示出延迟时间被重新开始的变体。
此图示出对本发明的功能性改进，其允许网络管理者通过利用工具在通过仿真谨慎选择的时间处重复对原始命令的传输来根据需要进一步地展开功率高峰以帮助来运行电子网络。在此示例中，对于曲线a)和c)来说，所有细节如此前图11所示的那样，因为它们的延迟时间在接收到重复的命令24之前或在接收到相应的用于重新开始延迟时间的特定命令之前到期。
对于曲线b)和d)来说，设备的延迟时间在新的命令24被接收时还未到期。然后，对本发明的改进通过重新开始延迟时间以仅作用于那样的装备。这具有以下效果：通过包括若干减少的设备来更大程度地展开功率高峰直到不再需要重复命令为止。持续时间23表示在通过重复命令进行延长之后，延迟时间的变量部分的最大时间偏移。
对本发明的这一功能性改进增加了展开功率高峰的灵活性和可能性而不需要针对该实施方式的额外资源并且不会显著增加网络的流量。
图14示出具有优先级管理的变体。
该图示出对根据本发明的接入电源的优先级的管理。根据本发明的设备被布置用于控制若干优先等级。每个参与设备必须知道被分配给它的优先等级。这可在制造该设备时或者在制造包括它的装备时(在优先级取决于电力的使用和负载功率的使用的情况下)被完成。在其他情况下，每一设备的本地设置、甚至根据网络的通信系统的可能性的远程设置是必要的。这三个时序图a)、b)和c)对应于根据本发明的方法管理的三个优先等级。本方法适用于任何数量的优先等级。
每一优先等级被附接至一时间范围，在该时间范围内相关设备的所有延迟时间必须到期。考虑到在计算延迟时间值时可能的漂移和不确定性，与靠近的较低优先等级相关联的设备的延迟时间被有利地增加了固定安全值27以避免在相邻优先等级的边界处的任何重叠。由于在对图11的说明中所解释的原因，在最高优先等级前面还有利地添加了最小值。
该图还示出对时间表格内的延迟时间的管理，其中时间表格的基本步进28的数目和长度被预先确定。该功能性改进帮助对系统的行为进行建模，这是对本发明的有趣的补充以帮助在电子网络的确定性管理的范围内实现。
时间表格内的延迟时间与在计算延迟时间值时使用环境变量或伪随机变量一点也不矛盾。它仅指示所计算的值在它们被用于落入到栅格的基本步进中之前被离散化，后者在所有受到初始同步事件(S)的影响的设备中是同步的。
图15示出功率负载在外部时设备1的变体。
该变体包括低压电源组件29，该低压电源组件29从其所连接到的电子网络2的电压提供其他组件的操作所需的电压。设备的心脏是微处理器30，其通过被包含在它的程序存储器、工作RAM存储器、用于永久存储操作系统和相关功能状态的非易失性存储器、以及诸如模拟到数字转换器之类的嵌入式外部装备中的软件来控制设备的资源。从Atmel(注册商标)的AVR8位“tiny”微处理器系列到TexasInstrument(注册商标)的MSP43016位微处理器系列的模型尤为优选，但是这种类型的常见电子元件也存在于其他半导体制品中。模拟前端31在将来自装置的电压的信号转换到微处理器中以用于执行适当的数字处理之前，对它们进行格式化，并且可能进行预先过滤。包括继电器及其控制电子器件的功率接口32保证微处理器的相应的逻辑输出和要被控制的功率负载之间的功能性链接。包括至少一个按钮和至少一个LED的用户界面33实现设备与用户之间的交互。
可选组件34表示根据配电器所使用的通信方式的特征的无线电收发机或低压电力线调制解调器以用于管理其网络。当这是可能的情况下，它将优选地仅实施调制解调器和收发机的接收部分。
图16示出当设备被集成到包括至少一个功率负载的装备12中时，实施该设备的另一优选变体。图16与前一附图不同，在图16中根据本发明的设备1被集成到使用用于控制至少一个功率负载的电源15的装置和用户界面装置33的装备中，其中相比于根据本发明的设备的基础版本中所提供的简单的按钮和LED，用户界面装置33通常在复杂的装备中，并且更加用户友好。
当然，本发明不限于上面所描述的示例性实施例。在不背离本发明的范围的情况下，特别是通过将若干变体合并在同一实施方式中或者通过将若干示例中所采用的不同元素进行结合，可以对这些示例提供许多布置。

Claims (25)

1.一种用于根据与电气网络(16)的管理或操作有关的事件来控制属于终端电气装置(2)的功率负载(12)的操作的设备(1)，其特征在于它包括：
-被配置用于从所述终端电气装置的电压中提取至少一个设定点的功能块；以及
-用于根据至少一个设定点控制功率负载的功能块。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：它还包括用于切换要被控制的功率负载的电源的装置(5)。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于所述功率负载默认是被供电的。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：它还包括用于控制被集成到远程可控装备的功率负载的操作的装置(11)。
5.根据权利要求1至4中的任何一项所述的设备，其特征在于所述终端电气装置的电压的至少一个设定点的提取功能块是脉动控制接收机(3)，所述至少一个设定点是远程控制命令。
6.根据权利要求1至4中的任何一项所述的设备，其特征在于所述终端电气装置的电压的至少一个设定点的提取功能块是由PLC发送的远程控制信号的接收机(8)，所述至少一个设定点是远程控制命令。
7.根据权利要求1至4中的任何一项所述的设备，其特征在于它还包括用于接收通过无线电频率发送的远程控制信号的装置(10)，所述至少一个设定点是远程控制命令。
8.根据任何一项前述权利要求所述的设备，其特征在于所述终端电气装置的电压的至少一个设定点的所述提取功能块(7)使用电压值和/或根据电压值随着时间的演变来推断所述至少一个设定点。
9.根据任何一项前述权利要求所述的设备，其特征在于所述终端电气装置的电压的至少一个设定点的所述提取功能块(7)使用交流电压的频率值和/或该交流电压的频率值随着时间的演变来推断所述至少一个设定点。
10.根据任何一项前述权利要求所述的设备，其特征在于对至少一个第一设定点的接收将所述功率负载置于被确定的功能状态达不确定的时段，将所述功率负载置于另一功能状态需要对与该另一功能状态相关联的至少一个第二设定点的接收。
11.根据任何一项前述权利要求所述的设备，其特征在于所述功率负载的功能状态的至少一个变化与延迟时间的到期连续。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于所述延迟时间被登记在时间表格中，该时间表格的基本步进的数目和长度被预先确定。
13.根据权利要求11或12中的任何一项所述的设备，其特征在于所述延迟时间包括特定于每个设备的至少一个变量部分。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于所述延迟时间的变量部分被至少部分地用作对电源接入的优先级管理的一部分。
15.根据权利要求11至14中的任何一项所述的设备，其特征在于全部或部分延迟时间的持续时间被在具有预定持续时间的时段内对至少一个第二远程控制命令的接收来修改，该预定持续时间始于第一远程控制命令的接收。
16.根据权利要求11至15中的任何一项所述的设备，其特征在于所述对远程控制命令的接收重新开始还未到期的延迟时间，所述延迟时间已经到期的设备对于在预定时段期间对任何新接收的远程控制命令不敏感。
17.根据任何一项前述权利要求所述的设备，其特征在于它还包括人机接口，该人机接口允许用户使得所述设备至少临时地对其通常敏感的任何设定点不敏感和/或允许所述用户向所述功率负载施加至少一个功能状态。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于所述人机接口被设计为：考虑到所述设备的当前功能状态，使得下一用户在其上的动作将具有最符合预期的效果。
19.一种用于管理电气网络的系统，其特征在于它包括：
-多个根据权利要求1至18中的任何一项所述的设备，用于根据与电气网络的管理或操作有关的事件来控制属于终端电气装置的功率负载的操作；以及
-所述终端电气装置所连接到的电气网络，并且该电气网络的连接点处的电压有可能允许对每一个所述设备的至少一个设定点的提取。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于它还包括基于对所述电气网络中的所述设备的行为进行建模的至少一个管理软件以帮助该网络的运行和/或所述网络的自动运行。
21.一种用于管理电气网络的方法，该方法特定被设计为使用权利要求1至18中的任何一项所述的设备，其特征在于包括以下各步骤，其中：
-从终端电气装置的电压中提取至少一个设定点；以及
-根据所述至少一个设定点来修改所述功率负载的功能状态；以及
-允许用户对由所述设备控制的所述功率负载施加至少一个功能状态，和/或至少暂时地抑制对所述功率负载的至少一个功能状态的任何自动修改。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于它还包括根据从所述设备的电源电压本地提取的设定点，对所述设备控制的所述功率负载进行全自主管理的步骤。
23.根据权利要求21或22中的任何一项所述的方法，其特征在于它还包括相对于电气网络内的至少一个其他设备所控制的、对该网络的功率需求方面具有类似的效果的至少一个其他功率负载的功能状态的变化，对所述设备所控制的功率负载的功能状态的至少一个变化进行去同步化的步骤。
24.根据权利要求21至23中的任何一项所述的方法，其特征在于它还包括实施基于对所述电气网络中的所述设备的行为进行建模的至少一个管理软件的步骤，以帮助运行该网络和/或用于所述网络的自动运行。
25.对根据权利要求21至24中的任何一项所述的方法的使用，通过根据对多个功率负载的适当控制来对消耗进行动作，来允许在每一时刻维持电气网络中的产生的功率和消耗的功率之间的平衡。
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