CN116018784A - 控制热泵的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

能量系统(1)包括逆变器(3)，所述逆变器(3)用于将电直流电压转换为交流电压，所述交流电压能够用于供应所述能量系统(1)的用电单元(4)，并且可以通过所述能量系统(1)的至少一个热泵(7)转换为热量，其特征在于，所述热泵(7)可以根据热泵配置文件(WPK)经由控制接口(12)通过所述能量系统(1)的系统控件(11)进行控制，专门针对于所述至少一个热泵(7)的所述热泵配置文件(WPK)被加载在所述系统控件(11)的数据存储器中，其中，根据所述热泵配置文件(WPK)中指示的热泵(7)的至少一个控制类型来实现所述系统控件(10)与为所述热泵(7)提供的热泵控件(8)的通信。

Description

控制热泵的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种系统，更具体地一种能量系统的能量管理系统，以及一种用于控制被结合到能量系统的能量管理系统中的热泵的方法。
背景技术
在具体的光伏系统中，能量系统可以与热泵结合。光伏系统提供太阳能发电，能量系统的热泵可以将该太阳能发电转换为热量。该转换的热量可以存储在热水中或能量系统的缓冲存储设备中。在太阳能生产期间，存储介质的温度可以在一天的过程中增加。在夜间，对加热和热水的需求最初可以由热水和缓冲存储设备覆盖。在操作期间，热泵从环境(即，空气、地面或地下水)提取热量，并将其供应到本地能量系统。通过将热泵与光伏系统组合，局部产生的光伏电流能够用于热泵。光伏系统为热泵提供太阳能，并且因此特别是可以降低加热成本。此外，由于局部产生的光伏电流的增加的降低，热泵增加了光伏系统的效率。热泵可以具有蒸发单元、压缩单元、冷凝器单元和膨胀单元，并且可以在循环过程中操作。光伏系统包括多个太阳能模块和一个或多个逆变器，该逆变器将由太阳能模块产生的直流电流转换成交流电压。该产生的交流电压能够用于操作至少一个热泵。然而，传统的热泵可以以不同的方式被激活，因此具有不同的控制类型。因此，在常规能量系统的情况下，将来自不同制造商和/或不同控制类型的热泵集成或并入能量系统或能量管理系统是极困难的。此外，几乎不可能用来自另一个制造商和/或另一个控制类型的不同类型的热泵替换具有特定控制类型和/或来自特定制造商的实施的热泵。
在许多情况下，能量管理系统将被引入现有的能量系统中，该现有的能量系统已经具有存在于其中的热泵。例如，可以利用现代光伏逆变器形成能量管理系统，其具有系统控件，该系统控件具有用于能量管理的所需的能力。将热泵完全结合到能量管理系统中通常会导致与已经存在的热泵兼容的问题。尽管在一些情况下，可以由能量管理系统执行对热泵的简单打开/关闭，但是这无法实现高效的能量管理，并且硬打开和关闭可以对热泵的部件施加不必要的应力，并且因此缩短其使用寿命。
现有技术公开了同样取决于能量源的可用性来激活热泵的能量管理系统。该实施方式在热泵的集成类型方面是不同的。在这种情况下，热泵的特定控制类型原生地集成到能量管理的源代码中，但不经由热泵配置文件。这具有以下缺点：源代码必须适于另一个热泵的实施方式。这方面的支出是相当大的，并且对于操作者而言通常是不可能的。因此，存在与热泵的有限兼容性。
此外，现有技术公开了一种用于建筑物的能量管理系统，其可以经由各种协议(例如MODBUS)来读取和写入寄存器。用户具有经由工具配置寄存器的选项。随着对热泵的读取和写入寄存器的选择，能量源的目标使用(例如增加其自身的消耗)是无法实现的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能量系统，其允许不同的热泵(特别是不同控制类型的热泵)灵活地结合到能量系统及其能量管理中，以便于能量系统内的热泵的更换或升级。
本发明的另一个目的在于包括至少一个热泵的能量系统可以用包括能量管理系统的逆变器来扩展，其中以简单的方式使不同控制类型的热泵连接到逆变器或其能量管理系统是可能的。
根据本发明，该目的通过具有如权利要求1所述的特征的能量系统来实现。
因此，本发明提供了一种能量系统，其包括逆变器，所述逆变器用于将电直流电压转换为交流电压，所述交流电压能够用于供应能量系统的电力消耗单元，并且可以通过所述能量系统的至少一个热泵转换成热量。
其中，所述热泵可以根据在所述系统控件的数据存储器中装载的热泵配置文件经由控制接口通过能量系统的系统控件进行控制，其中与为所述热泵提供的热泵控件的通信是根据在所述热泵配置文件中指示的所述热泵的控制类型来实现的(effected)，其中，所述热泵支持来自指定的一组控制类型中的多个控制类型，其中，所述控制类型集合包括以下控制类型：
第一控制类型(I)，其中，所述热泵可以由设定功率控制；
第二控制类型(II)，其中，所述热泵可以由设定温度控制；
第三控制类型(III)，其中，所述热泵可以由SG就绪规范控制；以及
第四控制类型(IV)，其中，所述热泵可以由对热泵电度表的模拟或仿真来控制。
除了寄存器的配置之外，热泵配置文件描述了热泵的激活的可能变型，因此客户不需要本领域技术人员来配置寄存器并对热泵控件进行编程。
在一个可能的实施例中，能量系统包括具有太阳能模块的光伏系统，所述太阳能模块产生直流电压，该直流电压通过逆变器转换成交流电压。
在根据本发明的能量系统的另一个可能的实施例中，热泵的控制类型包括四种指定的控制类型中的一种。
在第一控制类型的情况下，热泵可以由设定功率来控制。
在另一控制类型的情况下，热泵可以由设定温度来控制。
在第三控制类型的情况下，热泵可以由SG就绪规范控制。
在第四控制类型的情况下，热泵可以由能量系统的热泵电测量单元控制，该单元由系统控件模拟或仿真。
在根据本发明的能量系统的一个可能的实施例中，在热泵配置文件中指示的至少一个参数指示用于系统控件与热泵控件的通信的通信协议。
在根据本发明的能量系统的可能实施例中，在热泵配置文件中指示的通信协议具有MODBUS通信协议，具体是MODBUS-TCP通信协议或MODBUS-RTU通信协议。
在根据本发明的能量系统的另一可能的实施例中，能量管理系统的系统控件根据热泵配置文件中指示的通信协议经由控制接口和能量系统的总线与热泵控件通信。优选地通信被双向地实现。
在根据本发明的能量系统的另一可能的实施例中，根据热泵配置文件中指示的控制类型，能量系统的系统控件被自动配置为主设备或从设备。
在根据本发明的能量系统的另一可能的实施例中，热泵的热泵配置文件包括热泵控件的网络地址，以用于根据热泵的热泵配置文件中指示的数据点信息与能量系统的系统控件通信。
在根据本发明的能量系统的一个可能的实施例中，热泵的热泵配置文件具有JSON、XML、CSV或TXT文件。
在根据本发明的能量系统的另一可能的实施例中，系统控件被集成在能量系统的逆变器中。
在根据本发明的能量系统的另一可能的实施例中，能量系统经由电力测量单元连接到电力供应网络，电力测量单元将测量数据供应到能量系统的系统控件或能量管理系统。
在根据本发明的能量系统的另一可能实施例中，热泵配置文件包括用于参数化控制类型和/或热泵的可配置操作参数。
在根据本发明的能量系统的另一可能的实施例中，热泵配置文件可以经由系统控件或能量管理系统的用户接口来选择和编辑。
在根据本发明的能量系统的另一可能的实施例中，热泵配置文件经由数据网络从云平台的网络服务器加载到能量系统的系统控件的本地数据存储器中。
在根据本发明的能量系统的另一可能的实施例中，热泵配置文件由系统控件的读取单元从数据载体加载到能量系统的系统控件的本地数据存储器中。
在根据本发明的能量系统的另一可能的实施例中，逆变器从光伏模块接收电直流电压并将其转换成交流电压。
在根据本发明的能量系统的另一可能的实施例中，热泵控件具有用于存储一个或多个相关联的热泵配置文件的本地数据存储器，其可以在能量系统的初始化过程期间经由能量系统的总线由能量系统的系统控件读取，并且可以存储在系统控件的数据存储器中。
在根据本发明的能量系统的另一可能的实施例中，热泵的热泵控件被集成在热泵中。
在替代实施例的情况下，热泵的热泵控件经由接口连接到热泵外部的热泵。
根据另一方面，本发明提供了一种用于控制热泵的方法。
附图说明
在下文中将参照附图更详细地解释根据本发明的能量系统的可能实施例以及根据本发明的用于控制热泵的方法。
在附图中：
图1示出了用于说明根据本发明的能量系统的示例性实施例的电路框图；
图2示出了用于说明能量管理系统或系统控件的创造性初始化过程的流程图；
图3示出了用于说明用于控制能量系统的热泵的方法的示例性实施例的另一个流程图；
图4A、4B以表格的形式示出了热泵配置文件的示例性实施例；
图5以示例的方式示出了基于图4A、4B的热泵配置文件的经由用户接口的可能设置和输入；
图6示出了用于说明根据本发明的能量系统的示例性实施例的另一个电路框图，该能量系统包括控制类型IV的热泵和为其模拟的热泵智能表；以及
图7示出了用于说明根据本发明的用于控制热泵的方法的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
如图1所示，能量系统1包括多个主要部件。在图1所示的示例性实施例的情况下，能量系统1包括具有光伏模块2的光伏系统，光伏模块2提供光伏电流。能量系统1的逆变器3将接收到的电直流电压或直流电流转换成交流电压。该交流电压能够用于供应能量系统1的电力消耗单元4(4-1、4-2、4-3)。电力消耗单元4可以是消耗电能的不同单元。电力消耗单元4例如是家用器具或电动泵。此外，在图1中示出的电力消耗单元4-3适于将电存储单元(具体是电池)连接到能量系统1。例如，车辆14的车辆电池可以经由能量系统1的单元4-3(壁箱)连接以用于充电目的。此外，能量系统1具有电力测量单元5。电力供应网络6经由电力测量单元5连接到能量系统1。电力测量单元5经由数据线15连接到系统控件10。能量系统1可以将电流馈送到电力供应网络6中，或者经由电力测量单元5从电力供应网络6汲取电流。能量系统1具有与热泵控件8相关联的至少一个热泵7。在一个可能的实施例中，热泵控件8可以集成在热泵7中，如图1所示。替代地，外部热泵控件8可以经由接口连接到热泵7(未示出)。热泵7优选地连接到热存储设备9，该热存储设备9中间地存储由热泵7产生的热量。热存储设备9可由缓冲存储设备(水箱)、地板加热装置、池的水含量等形成。同样地，热存储设备9可以由冷存储设备形成。热泵7也可以连接到冷却设备(未示出)。
能量系统1具有系统控件10，该系统控件10具有数据存储器11。在一个可能的实施例中，数据存储器11可以集成在系统控件10中，如图1所示。替代地，数据存储器11经由数据接口或本地数据网络连接到系统控件10。如图1所示，具有集成数据存储器11的系统控件10经由控制接口12连接到热泵7的热泵控件8。热泵7可以根据存储或加载在系统控件10的数据存储器11中的热泵配置文件经由控制接口12由能量系统1的系统控件10进行控制。根据热泵配置文件中指示的热泵7的控制类型，实现与为热泵7提供的热泵控件8的通信。
热泵配置文件WPK(如图4A、4B中的示例所示)优选地随后形成用于另一个用户输入的参数的选择(如图5中的示例所示)。例如，如果若干选项可用于根据热泵配置文件进行选择，则用户可以经由系统控件10或能量管理系统的用户接口13输入或选择MODBUS类型、MODBUS参数、其它连接参数、控制策略和其它控制参数。用户接口13优选地是诸如网站或应用程序的应用，其可以从例如固定连接的设备或便携式设备(诸如平板电脑或移动电话)启动或调用。能量系统1的用户或操作者可以经由用户接口13执行特定设置。
能量系统1的数据存储器11用于热泵7的热泵配置文件WPK的本地数据存储。在一个可能的实施例中，热泵配置文件WPK从云平台的网络服务器经由数据网络加载到能量系统1的系统控件10的本地数据存储器11中。替代地，热泵配置文件WPK也可以通过系统控件10的读取单元从数据载体加载到能量系统1的系统控件10的本地数据存储器11中。在一个可能的实施例中，热泵7的热泵配置文件WPK可以具有JSON、XML、CSV或TXT文件。在一个可能的实施例中，热泵配置文件中指示的至少一个参数指示用于系统控件10与热泵控件8的通信的通信协议。在一个可能的实施例中，在热泵配置文件WPK中指示的通信协议具有MODBUS通信协议。这可以是MODBUS-TCP通信协议或MODBUS-RTU通信协议。在一个可能的实施例中，能量系统1的系统控件10与热泵7的热泵控件8之间的控制接口12具有用于传输控制信号和/或数据的总线。在根据本发明的能量系统1的一个可能的实施例中，系统控件10和热泵控件8之间的通信是双向的，即通过在两个方向上交换数据和控制信号。在一个实施例中，也可以经由热泵控件8和系统控件10之间的无线电接口来实现通信。在一个可能的实施例中，根据热泵配置文件WPK中指示的控制类型，能量系统1的系统控件10自动被配置为主设备或从设备。在一个可能的实施例中，热泵7的热泵配置文件WPK包括热泵控件8的网络地址，以用于根据热泵7的热泵配置文件WPK中指示的数据点信息与能量系统1的系统控件10通信。热泵配置文件WPK优选地包括用于参数化热泵的控制类型和/或热泵7本身的可配置操作参数。
图4A、4B以表格的形式示出了热泵配置文件WPK的示例性实施例。在图4A、4B中所示的热泵配置文件WPK的示例性实施例的情况下，这包括控制参数、MODBUS参数和数据点信息。
在图4A所示的示例中，通过设定功率的控制作为控制类型I(ControlSetPower可用)的可能性被输入，并且通过SG就绪规范的控制作为控制类型III(ControlSetSGStatus可用)的可能性被输入。剩余的两种控制类型II和IV不是由相关的热泵控件8支持的，因此不能随后用于选择或应用。为了确保这一点，在图4A中ControlSetTemperature和ControlReadSurplusPower被设置为不可用(“n.a.”)。
在根据控制类型I的设定功率控制的情况下，例如，能量系统1或电力供应网络6的剩余功率的当前或瞬时可用比例的值被写入热泵控件8的寄存器。在图4B的示例中，这对应于具有寄存器地址1000的寄存器“SetPowerReg”，并且由热泵控件8采用单位瓦特的过量功率的值作为16位整数“int16”。在能量管理系统和热泵控件两者对一个值都使用相同的单元(例如，瓦特“W”)的情况下，在图4B中的热泵配置文件中输入比例因子＝1。借助于热泵控件的寄存器的缩放因子，可以在任何热泵控件8与能量系统1的能量管理系统之间容易地协调不同的值的单位。能量系统1中的过量功率通常由于逆变器3产生超过消耗的功率而产生。为了提高PV系统的效率，通常作出在能量系统1本身中尽可能高比例地使用所产生的能量的尝试，而不是将所产生的能量馈送到电力供应网络中。取决于热存储设备9的温度，热泵控件8可以决定是否以及在何种程度上使用所传送的过量功率。
在通过设定温度的第二控制类型II的情况下，期望的设定点温度与瞬时过量功率相关地写入热泵控件8的设定点温度寄存器。设定点温度例如涉及温水或热水存储设备9。在图4B的示例中，这对应于寄存器“SetTempWS”。由于在该示例中，根据图4A的热泵7不支持控制类型II，寄存器不可用(“n.a.”)，因此不输入寄存器地址。
在第三控制类型III的情况下，热泵控件8通过SG就绪规范来实现。与当前剩余功率相关，借助于SG就绪规范，对相应的SG就绪操作状态进行切换。在根据图4B的示例中，经由具有寄存器地址705和706的寄存器“SGPin1”和“SGPin2”来实现SG就绪规范。针对相应的SG就绪规范操作状态，例如在图4A中的热泵配置文件WPK中在“SGNORMAL”和“SGFORCED”下输入要在“SGPin1”和“SGPin2”上输出的逻辑值。针对“SGNORMAL”和“SGFORCED”，可以例如甚至另外地输入值。
可以在热泵控件8的情况下应用第四控制类型IV，根据现有技术，该热泵控件8询问来自特别适合于相应热泵控件8的热泵智能表的剩余功率。
在第四控制类型IV的情况下，热泵控件8询问来自系统控件10的当前剩余功率。系统控件10模拟热泵控件8的热泵智能表。在这种情况下，热泵控件8是MODBUS主设备。配置为MODBUS从设备的系统控件10代替通常配置为MODBUS从设备的热泵智能表，且因此替代了热泵智能表。
由于系统控件10经由数据线15连接到电力测量单元5，因此系统控件10可通过模拟热泵智能表将电力测量单元5的测量值中继到热泵控件8。在特别有利的实施例中，能量管理系统通过模拟热泵控件8的热泵智能表，决定是否由系统控件10提供电力测量单元5的当前测量值或由能量管理系统确定的另一个有利值。在根据图4A的示例中，控制类型IV“ControlReadSurgsPower”不可用(“n.a.”)。因此，在图4B中，用于剩余功率“EnergyMeterEl”的值的寄存器同样是不可用的。
在另一个特别有利的实施例中，系统控件10被集成到逆变器3中，或者系统控件10在功能上由逆变器3实现。
如图4A所示，热泵配置文件WPK包括另外的控制参数，特别是最大设定点功率(“SetPowerMax”)、最小设定点功率(“SetPowerMin”)或热存储设备9的最大设定点温度(“SetTemperatureMax”)。如图4A所示，控制参数还可以包括用于第三控制类型III的各种SG就绪规范。
如图4A所示，除了控制参数之外，热泵配置文件WPK还包括各种MODBUS参数。在图4A所示的示例中，通信协议MODBUS-TCP和MODBUS-RTU被输入为可用的(“ModbusTCP可用”和“ModbusRTU可用”)。在图4A中，关于MODBUS-TCP和MODBUS-RTU指示在系统控件10和待连接的热泵控件8之间具有调整值的其它典型参数，例如“TCPPort”或“RTUBaudRate”。
除了控制参数和MODBUS参数之外，热泵配置文件WPK包括在图4A的继续部分图4B中示出的示例中的数据点信息。数据点信息指定用于通信的寄存器。在特定热泵类型的情况下，这些寄存器可以是可用的(“可用的”)或不可用的(“n.a.”)。在一些寄存器的情况下，单位被分配给值，例如，在寄存器“SetPowerReg”中指示的值是瓦特值(W)。单位是可选的。如果寄存器是“可用的”，则需要以下细节：缩放因子、寄存器地址、数据类型、寄存器类型。
例如，针对寄存器的每个值指示缩放因子，并且针对热泵配置文件WPK中的各种寄存器指示寄存器地址，如图4A、4B中所示。同样，指示相关寄存器的数据类型以及寄存器类型。
一些寄存器既可以被读取又可以被写入(“RW”：读取/写入)。其它寄存器可以仅被读取(“R”：读取)。
根据本发明，可以为每个热泵品牌或每个热泵类型定义热泵配置文件WPK。根据热泵7的类型和型号，这些热泵配置文件WPK可以在内容方面彼此不同。然而，热泵配置文件WPK的结构保持不变，因此能量系统1的系统控件10或能量管理系统可以获得对其的访问。以这种方式，可以以相同且简单的方式执行能量管理系统或系统控件10的编程，因为通过集成相应的热泵配置文件WPK来实现对用于控制各种热泵7的参数和控制类型的必要调整。能量管理系统确定例如当前最有利的能量消耗，并且经由系统控件10提供例如与热泵7的热泵控件8兼容的形式的对应推荐。
在一个可能的实施例中，热泵配置文件WPK基本上由三个部分组成，即控制参数、MODBUS参数和数据点信息，如图4A、4B中的示例所示。
此外，在用户接口13处，每个用户或操作者还具有单独地在由WPK指定的框架内配置系统控件10或其能量系统1的能量管理系统的选项。例如，如图5所示，可以设置或改变与连接相关的参数。这些参数本质上是根据现有技术中已知的，并且特别包括MODBUS型(MODBUS-TCP、MODBUS-RTU)、其MODBUS参数(端口、偏移、从地址、Endian、Baud速率、奇偶校验、停止位)以及另外的连接参数(例如，网络或IP地址，诸如逆变器IP、热泵IP“HeatpumpIP”、智能仪表ID)。此外，控制策略可以被配置或被选择(“ControlSetPower”、“ControlSetTemperature”、由SG就绪规范或“ControlSetSGStatus”进行的控制以及热泵智能表模拟或“ControlReadSurplusPower”进行的控制)。此外，可以设置另外的控制参数，例如写入间隔“WriteInterval”以建立一值将被发送的频率，或网络基准限制“ThresholdPurchase”以建立从电源网络汲取的电力将由能量管理系统采取更低功耗的动作。经由用户接口13的值的各个输入优选地被添加到热泵配置文件WPK作为要用于初始化(S0)的参数或值，其中保留了适应参数的所谓默认值。如果没有经由用户接口13针对参数执行偏离默认值的值的单独输入，则将对应的默认值添加到热泵配置文件WPK作为要使用的参数或值，并且将其用于初始化(S0)。在优选实施例中，热泵配置文件WPK用作基础，该基础用于向用户接口13中的用户或操作者提供可能的连接和控制选项之间的选择以及预设有意义的默认值作为起始基础。
图5示出了可能的用户设置的示例。在图5所示的示例的情况下，MODBUS-TCP被设置作为MODBUSType。输入热泵控件8(热泵IP)的网络或IP地址。这可以是默认值或用户输入。在这个意义上，可以指示或编辑例如一个整流器3的另外的IP地址。如图5所示，可能的MODBUS参数包括端口号“TCPPort＝502”、MODBUS寄存器地址偏移值“TCPOffset”、MODBUS从地址“TCPSlaveAddress”和另外MODBUS参数。这些值可以源自热泵配置文件WPK。在图5中，Modbus参数的值源自图4A。在图5所示的示例的情况下，ControlSetPower被选择为控制策略或控制类型。输入500瓦特作为功率消耗的极限的值“ThresholdPurchase”。
在一个可能的实施例中，热泵配置文件WPK存储在能量系统1的单元中。在图1所示的示例的情况下，热泵配置文件WPK可以存储在例如系统控件10的数据存储器11中。此外，热泵配置文件WPK还存储在热泵7的本地存储器中，并且在需要时被加载到系统控件10的数据存储器11中也是可能的。在一个可能的实施例中，在递送时，热泵7可以已经在相关联的专用集成数据存储器中具有存储的热泵配置文件WPK，该热泵配置文件自动加载到系统控件10的数据存储器11中，以用于在将热泵7安装到能量系统1期间或之后进一步操作。在另一个可能的实施例中，例如，所有可用的热泵配置文件WPK也可以在工厂存储在逆变器3的本地数据存储器中，以便在需要时被加载到系统控件10的数据存储器11中。在一个可能的实施例中，系统控件10可以由能量系统1的逆变器3的系统控件形成或集成到能量系统1的逆变器3的系统控件中。在另一个可能的实施例中，热泵配置文件WPK可以经由云平台从数据库下载到系统控件10的数据存储器11。
在根据本发明的能量系统1的情况下，根据热泵7的控制类型，相关联的热泵配置文件WPK用于启动能量系统1的至少一个热泵7。这可以实现从逆变器3到热泵7的信令，以使得热泵7有效地使用廉价的能量。在这种情况下，可以考虑到不同的热泵制造商、热泵类型和热泵模型提供从例如来自逆变器3的剩余电力或可变电力费率接收或取得这种暂时有利的可用能量的不同的方式。
在一个可能的实施例中，根据本发明的能量系统1可以集成不同控制类型的热泵7。
控制类型IV的常规热泵使得可以独立于逆变器3利用光伏剩余功率。然而，这需要在供给点处为热泵7提供专用热泵电度表或热泵智能表，以便确保热泵7的热泵控件8与电度表之间的兼容性。
根据本发明的能量系统1允许包括第四控制类型IV的热泵7，而不必为了该目的在能量系统1中安装附加的热泵电度表，例如热泵智能表。在根据本发明的能量系统1的情况下，对于第四控制类型IV，由逆变器3的系统控件10经由控制接口12模拟或仿真用于热泵控件8的热泵电度表或热泵智能表，并且因此可以省略附加的热泵电度表的安装和配置。
在一个可能的实施例中，能量系统1的逆变器3或系统控件10以及热泵7或热泵控件8具有作为接口或控制接口12的MODBUS接口。在该实施例中，逆变器3的能量管理系统确定在馈电点处的当前功率余数值，并且经由控制接口12将电流或修改的功率剩余值传送到能量系统1的热泵7。除了保存热泵电度表之外，该变型还提供了偏离当前功率剩余值，可以将任何功率剩余值传送给热泵7的这样的优点。因此，例如，如果当前没有能量系统1的可用的功率剩余值，则可能仍然向热泵7传送功率剩余值。以这种方式，逆变器3的系统控件10可以使得热泵7从供应网络汲取能量，特别是当有利地定价的能量费率可用时。
在根据本发明的能量系统1的可能实施例中，热泵7的控制类型包括来自指定的一组控制类型的一种类型。在一个可能的实施例中，第一控制类型I是控制类型，其中热泵7由设定功率控制。在另外的第二控制类型II的情况下，其中热泵7由设定温度控制。在另一个可能的实施例中，热泵7可以根据第三控制类型III由SG就绪规范来控制。此外，在一个可能的实施例中，热泵7可以根据第四控制类型IV通过热泵电度表的模拟进行控制。其它控制类型也是可能的。
在一个可能的实施例中，根据本发明的能量系统1使用MODBUS通信协议。MODBUS通信协议基于主/从架构。在这种情况下，每个总线参与者都具有唯一的地址。允许每个参与者经由公共通信总线或接口发送消息。通信通常由主设备发起并由所寻址的从设备应答。可能的接口包括例如RS485、RS232、WiFi或以太网。寄存器用于写入和读取数据值。在可以经由控制类型I、II、III控制的热泵7的情况下，相应热泵控件8的可用寄存器是重要的。至少对热泵7的控制所需的热泵控件8的寄存器与其寄存器地址一起存储在WPK中。
利用控制类型IV，由系统控件10或逆变器3模拟保存的智能表的寄存器以用于热泵控件8。
热泵7可以是智能电网就绪启用的热泵。系统控件10可以向智能电网就绪启用的热泵7提供功率或馈送功率相关的接通建议。因此，热泵7的热泵控件8被告知热泵7将在哪些时间对热存储设备9充电，使得例如由光伏系统2产生的、尽可能多的光伏电流被能量系统1消耗，从而实现所谓的欠消耗优化。在这种情况下，可以通过热泵7的设定点温度的增加将热泵7切换到具有增加的功率的操作，这导致热泵7的能量消耗和实际温度的增加。智能电网就绪激活的先决条件是热泵7连接到与逆变器3相同的馈送点或计量点。这也适用于剩余所述控制类型的热泵。
智能电网就绪启用的热泵7通常具有四个可激活的SG就绪操作状态。根据现有技术，这些经由SG就绪接口来控制。热泵控件8的SG就绪接口由至少两个逻辑输入(SGPin1、SGPin2)组成，经由该逻辑输入可以由能量管理系统的系统控件10指定四个操作状态中的一个。常见的“SG就绪”规范通常描述用于热泵7的以下四个SG就绪操作状态：
在第一SG就绪操作状态SGMIN中，防止热泵7操作，即热泵7处于阻止操作状态。
在第二SG就绪操作状态SGNORMAL中，热泵7正常操作。在该操作状态下，热泵7在具有成比例的热存储设备填充的节能正常操作中运行。
在第三SG就绪操作状态SGFORCED中，热泵7在用于热水制备和/或房间加热的放大模式下操作。这不是直接启动命令，而是接通(switch-on)推荐。
在第四SG就绪操作状态SGMAX中，热泵控件8接收明确的启动命令。
热泵控件8可以由系统控件10或能量管理系统激活，以用于具有预定义的电功率卷收(take-up)的欠消耗优化。
根据本发明的一个实施例，通过控制接口12(优选地，Modbus接口)而不是经由SG就绪接口，由逆变器3激活智能电网启用的热泵7。例如，经由Modbus接口或控制接口12指定热泵7的四个SG就绪操作状态中的一个。
根据在图1中示出的本发明的能量系统1包括具有用于操作能量管理系统的通信接口(例如Modbus接口)的系统控件10，该能量管理系统可以经由热泵配置文件WPK配置为用于一个或多个热泵7或热泵控件8的通用控制接口12。这提供了系统控件10的能量管理软件只需要被开发一次，并且进一步根据本发明通用实施的优点。相应的热泵7的适应性(即，寄存器写入和/或控制策略)可以借助于热泵配置文件WPK来实现。在一个可能的实施例中，热泵配置文件WPK随后可以被提供给能量管理系统(例如，从数据库下载)。
图2示出了说明根据本发明的能量系统1的系统控件10或热泵7的初始化过程的示例的流程图。当用户在用户接口13处确认输入的参数和值时，启动初始化过程(步骤S0“INIT”)。在步骤S1“读取WPK”中，通过系统控件10从数据存储器11读出热泵配置文件WPK。在初始化过程之前，热泵配置文件WPK可以例如从云平台的网络服务器下载到本地数据存储器11，或者它可以已经由系统控件10的读取单元从数据载体加载到本地数据存储器11中。热泵配置文件WPK根据相关热泵控件8的选定控制类型在步骤S2中指示数据点信息，如例如在图4B中所示。然后，根据所选择的控制类型(I、II、III、IV)，系统控件遵循步骤S3-1、S3-2、S3-3、S3-4中的一个。如果热泵7具有前三种控制类型(I、II、III)中的一种，则在步骤S6中，将能量系统1的系统控件10自动配置为MODBUS主设备。如果热泵7可以通过模拟或仿真热泵电度表(控制类型IV)来控制，则系统控件10在步骤S5中被配置为MODBUS从设备，使得其通过热泵控件8被识别为热泵电度表。初始化过程在步骤S6“INITDONE”中完成，其中从热泵配置文件WPK传递所有适用的参数或值。接着，在步骤S7-1及S7-4的情况下，可并行地初始化两个另外的过程。
图3示出了用于在图2中所示的初始化过程完成之后控制热泵7(S7-2“控制”)的一种可能的主程序的实施例的流程图。
在步骤S16“来自EM的推荐”中，提供来自能量管理系统EM的推荐。在下一步骤S17中，执行检查以确定是否控制类型IV。存在并因此通过模拟热泵电度表来实现控制。如果是这种情况(“T”TRUE)，则在步骤S18中，系统控件10根据热泵配置文件WPK来缩放来自步骤S16的推荐，并经由系统控件10的寄存器“EnergyMeterEl”将其提供给热泵控件8。EnergyMeterEl寄存器的寄存器地址对应于寄存器地址，在该地址处，作为MODBUS主设备的热泵控件8询问热泵电度表的值。在图4B中，寄存器“EnergyMeterEl”不可用。然而，在可用的控制类型IV的情况下，它将是可用的和定义的。
如果不存在控制类型IV(“F”FALSE)，则在步骤S20-1中执行检查以确定是否为热泵7指定控制类型I。如果指定控制类型I(“T”TRUE)，则热泵7由设定功率(例如，通过光伏系统的最大功率)来控制，并且在步骤S21中，系统控件10经由控制接口12以根据热泵配置文件WPK按比例缩放的方式将推荐从步骤S16发送到热泵7的热泵控件8。在这样做时，步骤S16的来自能量管理系统10的推荐的值乘以对应的缩放因子，以便作为图4B的示例中的设置功率Psoll写入到具有寄存器地址“1000”的寄存器“SetPowerReg”中。利用步骤S30“TIMER”，等待时段之后，能量管理系统观察能量系统1的能量流，以便在等待时段期满之后在步骤S16中给出新确定的推荐。
如果步骤S20-1提供结果“F”(FALSE)，因为没有指定控制类型I，则在步骤S20-2中执行检查以确定热泵7是否根据控制类型II被控制。如果控制类型II被指定(“T”TRUE)，则热泵7由设定温度控制，并且在步骤S22中，热泵7的设定点温度由系统控件10确定。设定点温度被确定为使得其对应于热泵7的期望功率卷收。例如，可以通过将设定功率Psoll除以热泵7的每开尔文一个功率跳变来计算热存储设备9的实际温度的期望增加。实际温度和期望的增加之和然后优选地对应于热存储设备9的确定的设定点温度。这必须不超过热存储设备的最大温度，为此，在步骤S23中实现相应询问。如果所确定的设定点温度低于最大温度“T”(TRUE)，则设定点温度的值不进一步改变。如果所确定的设定点温度高于最大温度“F”(FALSE)，则将步骤S25中的设定点温度的值设定为等于最大温度的值。在步骤S24中，设定点温度经由控制接口12以根据热泵配置文件WPK缩放的方式被发送或传输到热泵7的热泵控件8。根据图4B中的示例，设定点温度将作为设定温度写入到具有对应寄存器地址的寄存器“SetTempWS”。在图4B中的示例中，寄存器“SetTempWS”不可用“n.a.”。然而，在可用的控制类型II的情况下，它将是可用的和定义的。利用步骤S30“TIMER”，等待时段之后，能量管理系统观察能量系统1的能量流，以便在等待时段期满之后在步骤S16中给出用于设定功率Psoll的出新确定的推荐。
如果步骤S20-2提供结果“F”(FALSE)，因为不指定控制类型II，则在步骤S20-3中执行检查以确定热泵7是否根据控制类型III进行控制。如果控制类型III被指定(“T”TRUE)，则热泵7由SG就绪规范控制，并且可以在步骤S26中由系统控件10执行检查以确定设定功率是否大于或等于指定的接通阈值。(对应的接通阈值在图5中指示为具有1000瓦特的值的“SGThresholdForced”。然而，对于图5中的具体示例，该参数不相关。为了指示这一点，用斜体字(斜体字)书写“SGThresholdForced”。)如果是这种情况，则在步骤S27中，由系统控件10经由控制接口12将热泵7的热泵控件8设置为第三SG就绪操作状态“SGFORCED”，以便在第三SG就绪操作状态方面激活增加的操作。相反，如果设定功率Psoll低于接通阈值，则在步骤S28中确定这一点，并且在步骤S29中，由系统控件10经由控制接口12将热泵7的热泵控件8设定为第二SG就绪操作状态SGNORMAL，以便在第二SG就绪操作状态方面激活正常操作。
为了设置SG就绪操作状态，系统控件10使用在热泵配置文件WPK中指定的模式(例如SGPin1和SGPin2的模式，如图4A所示)，以用于SG就绪操作状态。各种SG就绪操作状态的模式对于不同制造商的热泵通常是不一致的。
步骤S27和S29之后是上面已经描述的等待步骤S30。
图6示出了系统控件10，其集成在逆变器3中或者可以是逆变器3的系统控件10。这同样适用于数据存储器11。
图6中的剩余单元2、5、6、7、8、9对应于在图1中示出的布置。
图7示出了用于说明根据本发明的用于控制热泵7的方法的示例性实施例的流程图。在所示的示例性实施例中，用于控制热泵7的方法基本上具有两个主要步骤。
在第一步骤SA中，热泵配置文件WPK被加载到能量管理系统1的系统控件10的数据存储器11中。然后，在步骤SB中，根据热泵配置文件WPK中指示的控制类型实现能量系统1的系统控件10与为热泵7提供的热泵控件8的通信。因此，热泵7被结合到能量系统1的能量管理系统中。热泵控件8和系统控件10之间的通信SB优选双向地实现。如图1所示，经由控制接口12实现通信。热泵控件8可以集成在热泵7中，或者经由接口局部连接到热泵7。热泵控件8本地控制热泵7，从而优选地经由控制接口12在背景下与系统控件10通信。加载的热泵配置文件WPK优选地指示用于系统控件10与热泵控件8的通信的至少一个通信协议。因此，热泵7的系统控件10和热泵控件8之间的双向通信根据通信协议经由控制接口12实现，所述通信协议[lacuna]由相关联的热泵配置文件WPK产生，所述热泵配置文件WPK已被创建用于热泵7，并且已被加载在系统控件10的数据存储器11中。在一个可能的实施例中，所指示的通信协议具有MODBUS通信协议，特别是MODBUS-TCP通信协议或MODBUS-RTU通信协议。在一个可能的实施例中，可以实现由在步骤SB中的通信期间实现的热泵控件8对相关联的热泵7的控制，使得相对于欠消耗或能量消耗增加了欠消耗或效率。在一个可能的实施例中，可以经由由热泵配置文件WPK指定的框架或格式内的用户接口来执行个体配置。例如，值可以被编辑和参数化。
利用能量系统1的本发明的能量管理系统或系统控件10，对热泵7的控制或调节可以针对不同的热泵类型来实现，不同的热泵类型被不同地激活。因此，根据本发明，不同类型的热泵7可以容易地结合到能量系统1中。此外，可以用不同控制类型的另一个热泵容易地更换现有的热泵7。

Claims (14)

1.一种能量系统(1)，其包括：
逆变器(3)，用于将电直流电压转换为交流电压，所述交流电压能够用于供应所述能量系统(1)的用电单元(4)，并能够通过所述能量系统(1)的至少一个热泵(7)转换成热量，其特征在于，所述热泵(7)能够根据热泵配置文件(WPK)经由控制接口(12)通过所述能量系统(1)的系统控件(10)进行控制，专门针对于所述至少一个热泵(7)的所述热泵配置文件(WPK)被加载在所述系统控件(10)的数据存储器(11)中，其中，根据所述热泵配置文件(WPK)中指示的热泵(7)的至少一个控制类型来实现所述系统控件(10)与为所述热泵(7)提供的热泵控件(8)的通信，
其中，所述热泵(7)支持来自指定一组的控制类型的多个控制类型，其中，所述一组的控制类型包括以下控制类型：
第一控制类型(I)，其中，所述热泵(7)能够由设定功率控制；
第二控制类型(II)，其中，所述热泵(7)能够由设定温度控制；
第三控制类型(III)，其中，所述热泵(7)能够由SG就绪规范控制；以及
第四控制类型(IV)，其中，所述热泵(7)能够由对热泵电度表的模拟或仿真来控制。
2.根据权利要求1所述的能量系统，
其中，在热泵配置文件(WPK)中指示用于所述系统控件(10)与所述热泵控件(8)的通信的至少一个通信协议，
其中，在所述热泵配置文件(WPK)中指示的所述通信协议具有MODBUS通信协议，尤其是MODBUS-TCP通信协议或MODBUS-RTU通信协议。
3.根据权利要求2所述的能量系统，
其中，根据所述热泵配置文件(WPK)中指示的通信协议，所述系统控件(10)经由所述控制接口(12)或所述能量系统(1)的总线与所述热泵控件(8)双向通信。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的能量系统，
其中，根据所述热泵配置文件(WPK)中指示的所述控制类型，所述系统控件(10)被自动配置为主设备或从设备。
5.如前述权利要求3或4中任一项所述的能量系统，
其中，所述热泵配置文件(WPK)包括所述热泵控件(8)的网络地址或IP地址，以用于根据所述热泵(7)的所述热泵配置文件(WPK)中指示的数据点信息与所述能量系统(1)的系统控件(10)通信，
其中，所述热泵(7)的热泵配置文件(WPK)具有JSON数据、XML数据、CSV数据或TXT文件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的能量系统，
其中，所述系统控件(10)集成在所述能量系统(1)的逆变器(3)中，或者其中，所述系统控件(10)通过所述逆变器(3)的控件来构造，以形成能量管理系统。
7.根据权利要求6所述的能量系统，
其中，所述控制接口(12)由所述逆变器(3)和所述热泵(7)的MODBUS接口形成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的能量系统，
其中，所述能量系统(1)经由电力测量单元(5)连接到电力供应网络(6)，所述电力测量单元(5)向所述能量系统(1)的所述系统控件(10)或所述能量管理系统提供测量数据。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的能量系统，
其中，所述热泵配置文件(WPK)包括用于参数化所述控制类型和/或所述热泵(7)的可配置操作参数。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的能量系统，
其中，所述热泵配置文件(WPK)能够经由所述系统控件(10)的用户接口(13)或所述能量系统(1)的能量管理系统的用户接口(13)进行选择和扩展。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的能量系统，
其中，所述热泵配置文件(WPK)经由数据网络从云平台的网络服务器加载到所述能量系统(1)的系统控件(10)的本地数据存储器(11)中，或者其中，所述热泵配置文件(WPK)由所述系统控件(10)的读取单元从数据载体加载到所述能量系统(1)的系统控件(10)的本地数据存储器(11)中。
12.用于控制热泵(7)的方法，其包括以下步骤：
-将热泵配置文件(WPK)加载(SA)到能量系统(1)的系统控件(10)的数据存储器(11)中；
-根据所述热泵配置文件(WPK)中指示的控制类型，所述能量系统(1)的系统控件(10)与为所述热泵(7)提供的热泵控件(8)通信(SB)，由此所述热泵(7)被结合到所述能量系统(1)的能量管理系统，其中，所述热泵(7)支持来自指定的一组控制类型的多个控制类型，其中，所述控制类型包括：
第一控制类型(I)，其中，所述热泵(7)能够由设定功率控制；
第二控制类型(II)，其中，所述热泵(7)由设定温度控制；
第三控制类型(III)，其中，所述热泵(7)由SG就绪规范控制；以及
第四控制类型(IV)，其中，所述热泵(7)由对热泵电度表的模拟或仿真来控制。
13.根据权利要求13所述的方法，其中，在加载的热泵配置文件(WPK)中还指示用于所述系统控件(10)与所述热泵控件(8)的通信的至少一个通信协议，并且根据所指示的通信协议实现所述系统控件(10)和所述热泵控件(8)之间的通信，其中，所述通信协议具有MODBUS通信协议，尤其是MODBUS-TCP通信协议或MODBUS-RTU通信协议。
14.系统控件(10)包括：
数据存储器(11)，其中加载用于热泵(7)的热泵配置文件(WPK)，并且包括控制接口(12)，经由所述控制接口，所述系统控件(10)根据在加载的热泵配置文件(WPK)中指示的控制类型与为所述热泵(7)提供的热泵控件(8)通信，以用于将所述热泵(7)结合到能量管理系统中，其中，所述热泵(7)支持来自指定一组的控制类型中的多个控制类型，其中，所述一组的控制类型包括以下控制类型：
第一控制类型(I)，其中，所述热泵(7)能够由设定功率控制；
第二控制类型(II)，其中，所述热泵(7)能够由设定温度控制。
第三控制类型(III)，其中，所述热泵(7)能够由SG就绪规范控制；以及
第四控制类型(IV)，其中，所述热泵(7)能够通过对热泵电度表的模拟或仿真来控制。
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