DE102012108536A1 - System for determining energy consumption of e.g. consumers, connected to power supply in house, has home control unit for acquiring operating state and/or information on energy consumption of consumers connected to home control unit - Google Patents

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Abstract

The system has a home control unit (100) for capturing and storing energy consumption of energy consumers in a database (113a), where each energy consumer is connected to the home control unit. The home control unit acquires the operating state and/or information on the energy consumption of the consumers, calculates energy consumption data based on the information, and stores the calculated energy consumption of the consumers in the database, where contents of the database are accessible over a network. The energy consumers are connected to the home control unit over a field bus and/or a network such as Ethernet, WLAN, Bluetooth or KNX.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur differenzierten und verbraucherspezifischen Errechnung des Stromverbrauchs mit Hilfe mindestens einer (Software-)Komponente auf einer Haussteuereinheit. Verschiedene Verbraucher können über vorhandene Hausbussysteme, WLAN oder LAN mit der Haussteuereinheit kommunizieren. Und besonders Geräte, die den eigenen Stromverbrauch nicht messen können und auch nicht steuerbar sind, sollen bei der Verbrauchsberechnung berücksichtigt werden. Weitere Anwendungen können dann, z. B. auf Kundenwunsch, diese Daten weiter verarbeiten.The invention relates to a method for the differentiated and consumer-specific calculation of the power consumption with the aid of at least one (software) component on a home control unit. Various consumers can communicate with the house control unit via existing home bus systems, WLAN or LAN. And especially devices that can not measure their own power consumption and are not controllable, should be considered in the consumption calculation. Other applications can then, for. B. on customer request, further process this data.

Gebiet der ErfindungField of the invention

Es gibt eine Reihe unterschiedlicher Hausbussysteme auf dem Markt, die nach verschiedenen Prinzipien und Topologien arbeiten.There are a number of different home bus systems on the market that operate on different principles and topologies.

Im Allgemeinen unterscheidet man Sensoren (z. B. für die Messung von Temperatur, Helligkeit, Stromverbrauch) und Aktoren (z. B. Relais, Beleuchtung, Heizung). I. d. R. wird der Aktor über das Hausbussystem angesteuert und schaltet den eigentlichen Verbraucher (zum Beispiel Elektrogerät, Lampe). Aktor und Verbraucher sind i. d. R. in einem Gerät kombiniert oder dem Aktor wird ein Verbraucher „vorgeschaltet”. Die Netzspannung liegt am Verbraucher an.In general, a distinction is made between sensors (eg for measuring temperature, brightness, power consumption) and actuators (eg relays, lighting, heating). I. d. R. the actuator is controlled via the home bus system and switches the actual consumer (for example, electrical appliance, lamp). Actuator and consumer are i. d. R. combined in a device or the actuator is a consumer "upstream". The mains voltage is applied to the consumer.

Der Aktor ist an den Hausbus angeschlossen und empfängt von diesem Befehle. Die Befehle stammen entweder direkt von einem Sensor oder indirekt von einem Steuercomputer (z. B. regelt dieser zeitgesteuerte Schaltungen und die Verkettung mehrerer Aktoren). (siehe auch http://www.mikrocontroller.net/articles/Hausbus ) Aktoren können i. d. R. verschiedenste Dinge bewirken, für das Verständnis dieses Dokuments wird aber davon ausgegangen, dass die Aktoren lediglich die Verbraucher ein-/oder ausschalten, da die Messung des Stromverbrauchs interessiert. Es kann sich dabei auch um andere Arten der Regelung handeln. Zum Beispiel können Lichtschalter auch gedimmt werden. Es muss sich daher nicht nur um ein binäres Schalten handeln, sondern kann sich auch um das Regeln eines Aktors innerhalb eines bestimmten Wertebereichs handeln. Unter Umständen bedeutet das, dass die Messung komplizierter oder ungenauer wird, da dabei nicht immer mit einem linearen Stromverbrauch zu rechnen ist (z. B. bedeutet eine Lichtdimmung von 50% nicht auch immer 50% des Stromverbrauchs).The actuator is connected to the house bus and receives commands from it. The commands either come directly from a sensor or indirectly from a control computer (eg, these control timers and daisy chain multiple actuators). (see also http://www.mikrocontroller.net/articles/Hausbus Actuators can usually cause a variety of things, but for the understanding of this document, it is assumed that the actuators only turn on or off the consumers, as the measurement of power consumption is of interest. It may also be other types of regulation. For example, light switches can also be dimmed. It must therefore not only be a binary switching, but may also be the regulation of an actor within a certain range of values. This may mean that the measurement becomes more complicated or inaccurate as it does not always imply linear power consumption (eg 50% light dimming does not always account for 50% of power consumption).

Möchte man nun den differenzierten und gerätespezifischen Stromverbrauch der Geräte im Haushalt ermitteln, würde man für jedes elektrische Gerät einen Stromsensor benötigen. Hierzu müsste jeder Verbraucher mit einem Sensor zur Verbrauchsmessung ausgestattet sein bzw. werden und an die Haussteuerung angeschlossen werden. US2003050737 beschreibt eine solche Methode der Energiemessung und -kontrolle mit Hilfe von Sensoren. Der Nachteil dieser Methode zur Errechnung des Stromverbrauchs ist, dass für jedes Verbrauchsgerät ein Sensor benötigt wird, was mit erhöhten Kosten einher geht. Auch steigt der Aufwand für eine Organisation oder den Endkunden, da dann u. U. eine Abhängigkeit zu einem oder wenigen Lieferanten besteht.If one now wants to determine the differentiated and device-specific power consumption of the devices in the household, one would need a current sensor for each electrical device. For this purpose, each consumer would have to be equipped with a sensor for measuring consumption and be connected to the home control. US2003050737 describes such a method of energy measurement and control using sensors. The disadvantage of this method of calculating the power consumption is that a sensor is needed for each consumer device, which is associated with increased costs. Also increases the effort for an organization or the end customer, because then u. There is a dependency on one or a few suppliers.

Der Sensor kann den differenzierten und gerätespezifischen Verbrauch an die Haussteuereinheit übermitteln bzw. kann von dieser abgefragt werden. Es ist jedoch nicht anzunehmen und eventuell wirtschaftlich nicht sinnvoll, dass jedes Gerät im Haushalt um Verbrauchssensoren ergänzt und direkt an einen Hausbus angeschlossen wird (indirekt sind alle Geräte angeschlossen).The sensor can transmit the differentiated and device-specific consumption to the home control unit or can be queried by the latter. However, it is unacceptable and may not make economic sense for each appliance in the household to be supplemented with consumption sensors and connected directly to a home bus (all appliances are indirectly connected).

Bekannt ist das Patent US2011049984 , welches ein Verfahren und eine Methode zur Kontrolle des Energieverbrauchs über ein Smart Meter betrifft. Der Verbrauch für jedes Gerät wird dort analysiert, es werden Verbrauchsmuster erstellt und die Geräte ggfs. (bei zu hohem Stromverbrauch) abgestellt. Nachteil hierbei ist jedoch, dass alle Geräte über das LAN an das Smart Meter angeschlossen sein müssen.The patent is known US2011049984 which concerns a method and method for controlling the energy consumption via a smart meter. The consumption for each device is analyzed there, consumption patterns are created and if necessary the devices are switched off (if the power consumption is too high). The disadvantage here is that all devices must be connected via the LAN to the smart meter.

Überblick über die ErfindungOverview of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die o. g. Nachteile zu überwinden und ein Verfahren zu entwerfen, welches mit Hilfe einer Haussteuereinheit über vorhandene Hausbussysteme, WLAN oder LAN mit der Haussteuereinheit den Stromverbrauch der angeschlossenen Geräte – auch und insbesondere ohne Stromverbrauchssensoren – ermittelt. Aufgabe ist es also, ein Verfahren und eine Anordnung zu entwerfen, welche mit Hilfe mindestens einer (Software-)Komponente auf einer Haussteuereinheit den Stromverbrauch der angeschlossenen Geräte auch ohne Stromverbrauchssensoren ermittelt und selbst Geräte, die den eigenen Stromverbrauch nicht messen können bei der Verbrauchsberechnung berücksichtigt.The aim of the invention is the o. G. To overcome disadvantages and to design a method which with the help of a house control unit on existing home bus systems, WLAN or LAN with the house control unit, the power consumption of the connected devices - also and in particular without power consumption sensors - determined. Task is therefore to design a method and an arrangement which, with the help of at least one (software) component on a house control unit determines the power consumption of the connected devices without power consumption sensors and even devices that can not measure their own power consumption considered in the consumption calculation ,

Im einzelnen handelt es sich um ein System zur Ermittlung des Energieverbrauchs von Verbrauchern, die an ein Stromnetz eines Haushalts oder Gebäudes angeschlossenen sind, umfassend eine Haussteuereinheit, die für jeden Verbraucher den Energieverbrauch erfasst und in einer Datenbank speichert, wobei die Verbraucher mit der Haussteuereinheit verbunden sind. Die Verbraucher sind entweder über ein Netzwerk, ein Hausbussystem (z. B. KNX) oder über eine Relaissteuerung mit der Haussteuereinheit in Wechselwirkung. Andere Arten von Verbindung wie Funkverbindungen sind denkbar. Zumindest muss die Haussteuereinheit Kenntnis vom Betriebszustand (also eingeschaltet, ausgeschaltet oder Standby) des Gerätes haben. Die Haussteuereinheit weist in der Regel eine Software auf, um den Betriebszustand und/oder Informationen über den Energieverbrauch von den Verbrauchern zu erlangen, um basierend auf diesen Informationen den Energieverbrauch zu berechnen, und in der Datenbank abzulegen. Ist beispielsweise ein bestimmtes Gerät (z. B. eine Lampe) durch ein spezifisches Einschaltverhalten (repräsentiert durch eine erfasste in einer Datenbank gespeicherte Einschaltkennlinie) gekennzeichnet, so kann aus den z. B. durch Differenzbildung mit dem über einen intelligenten Stromzähler erfassten Gesamtstromverbrauch herausgerechneten Verbrauchswerten der anderen Verbraucher das spezifische Gerät identifiziert und sein Schaltzustand ermittelt werden. Dabei können in den Kennlinien auch neben Verbrauchsverläufen (Leistung) auch separat Strom- und Spannungsverläufe und ggf. zeitliche Phasenverschiebungen zwischen beiden erfasst werden. Somit ist es möglich, für jeden Verbraucher spezifische Verbräuche in einem Zeitraum zu ermitteln und zu speichern, um damit Statistiken zu erstellen, wodurch statistische Auswertungen, zukünftige Verbräuche und problematische Verbraucher bestimmt und gespeicherte Kennlinien bekannter Geräte an real ermittelte Werte adaptiert werden.Specifically, it is a system for determining the energy consumption of consumers connected to a household or building electricity network, comprising a home control unit that collects and stores energy consumption for each consumer in a database, the consumers being connected to the home control unit are. The consumers interact with the house control unit either via a network, a home bus system (eg KNX) or via a relay control. Other types of Connection as radio links are conceivable. At least the house control unit must have knowledge of the operating state (ie switched on, off or standby) of the device. The house control unit usually has software to obtain the operating status and / or information about the energy consumption from the consumers, to calculate the energy consumption based on this information, and to store it in the database. If, for example, a specific device (eg a lamp) is characterized by a specific switch-on behavior (represented by a recorded switch-on characteristic stored in a database), then it can be determined from the z. B. by subtraction with the calculated total consumption of electricity detected total consumption of other consumers, the specific device identified and its switching state can be determined. In addition to the consumption curves (power), the curves can also separately record current and voltage curves and possibly temporal phase shifts between the two. Thus, it is possible to determine and store for each consumer specific consumptions over a period of time to generate statistics, thereby determining statistical evaluations, future consumption and problematic consumers and adapting stored characteristics of known devices to real determined values.

Für die Verbraucher wird oder ist eine Verbrauchskennlinie in Abhängigkeit des Betriebszustands für den Energieverbrauch in der Datenbank abgelegt, mit Hilfe derer unter Berücksichtigung des Betriebszustands der Energieverbrauch berechnet wird. Diese Verbrauchskennlinie kann entweder durch das Gerät selber übermittelt werden in Form von Verbrauchsdaten, d. h. dem tatsächlichen Energieverbrauch, wenn das Gerät ein entsprechendes Messeinrichtung aufweist, oder als Funktion in Abhängigkeit von Betriebszuständen. Alternativ ist es denkbar, dass Identifikationsinformationen vom Gerät zur Haussteuereinheit übertragen werden bzw. manuell in der Datenbank abgelegt werden, mit deren Hilfe von einem zentralen Server aus dem Internet die Kennlinie durch die in der Haussteuereinheit implementierte Software heruntergeladen werden können. Alternativ ist das System in der Lage, eine Kennlinie selbst zu bestimmen, indem in Abhängigkeit der Zustände, die detektiert werden bzw. mitgeteilt werden vom Endgerät das Strommessgerät abgefragt wird, um anhand der Betriebszustandswechsel den Energieverbrauch zu ermitteln. Die Randbedingungen, die für diesen Ansatz notwendig sind, sind weiter unten zu entnehmen. Die minimalen Zustände, die die Haussteuereinheit erfassen können soll sind die Zustände EIN und AUS. Bevorzugt werden natürlich weitere Zustände übermittelt wie zum Beispiel ein Standby-Zustand oder spezifische Betriebszustände, wie sie für das jeweilige Gerät typisch sind. Allen Zuständen ist ein entsprechender Verbrauch zugeordnet, so dass anhand des Verbrauchs und der vergangenen Zeit der Verbrauch des Gerätes in diesen Zustand bestimmt werden kann. Die Haussteuereinheit ist neben dem Hausbus über ein Netzwerk ansprechbar, um auch so entsprechend verfügbare Informationen über den Energieverbrauch zu erlangen. Dazu gehören sowohl Informationen über den Gesamtenergieverbrauch vom intelligenten Stromzähler, als auch gerätespezifische Informationen zum Energieverbrauch von Geräten, die über einen entsprechenden Netzanschluss verfügen. Es können regelmäßig statistische Reports erzeugt werden, die zum Beispiel per E-Mail versendet werden, oder die über eine Webseite, die die Haussteuereinheit z. B. über einen implementierten Webserver bereitstellt, zur Verfügung gestellt werden. Auch ist die Übertragung zu einem zentralen Server (Backend eines Dienstleisters) denkbar, um weitere Auswertungen machen zu können. Auch können Nachrichten in besonderen Momenten bzw. zu besonderen Ereignissen übermittelt werden, wie zum Beispiel via/per SMS oder E-Mails, die besonders hohe Verbräuche mitteilen bzw. nicht normale Zuständen, damit der Benutzer Kenntnis von diesen erlangt. Sollte der gesamte Energieverbrauch oder der Energieverbrauch von einzelnen Geräten einen bestimmten Schwellenwert übersteigen, so können entsprechende Nachrichten erzeugt werden, damit eine Prüfung erfolgen kann. Diese Ereignisse sind immer dann von Interesse, wenn sie zu bestimmten Uhrzeiten auftreten werden. Sollte zum Beispiel der Verbrauch in der Nacht besonders hoch sein, so kann eine entsprechende Nachricht übermittelt werden. Es sind somit Ereignisse gegeben, die in Abhängigkeit der Uhrzeit zu berücksichtigen sind oder nicht. Ferner ist es denkbar, dass die Haussteuereinheit auch aktiv Teilnehmer einschalten und abschalten kann, wenn Energie zum Beispiel von Solarmodulen vorliegt. Eine solche Steuerung ist immer dann von Interesse, wenn ein Energieertrag von einer Solaranlage gegeben ist und in der Haussteuerung Informationen zu Geräten gespeichert sind, die gem. Energieprofilkennlinie einen besonders hohen Energieverbrauch haben, und die wahlweise durch die in der Haussteuereinheit implementierte Software über Steuerbus oder Netz schaltbar sind. So können zum Beispiel Klimaanlagen immer dann auf eine besondere Leistungsstufe geschaltet werden, wenn Solarstrom zur Verfügung steht.For the consumers, a consumption curve is or is stored in the database depending on the operating state for the energy consumption, with the aid of which the energy consumption is calculated taking into account the operating state. This consumption curve can either be transmitted by the device itself in the form of consumption data, d. H. the actual energy consumption, if the device has a corresponding measuring device, or as a function of operating conditions. Alternatively, it is conceivable for identification information to be transmitted from the device to the home control unit or to be stored manually in the database, with the aid of which the characteristic curve can be downloaded by the software implemented in the home control unit from a central server. Alternatively, the system is able to determine a characteristic curve itself by interrogating the current measuring device in dependence on the states which are detected or communicated by the terminal in order to determine the energy consumption on the basis of the operating state changes. The boundary conditions that are necessary for this approach are shown below. The minimum states that the house control unit should be able to detect are the ON and OFF states. Of course, further states are preferably transmitted, such as a standby state or specific operating states, as they are typical for the respective device. A corresponding consumption is assigned to all states, so that the consumption of the device in this state can be determined on the basis of the consumption and the past time. The house control unit is next to the house bus accessible via a network in order to obtain as well available information about the energy consumption. This includes information about the total energy consumption of the smart meter, as well as device-specific information about the energy consumption of devices that have an appropriate power supply. It can be generated regularly statistical reports that are sent, for example, by e-mail, or via a website that the home control unit z. B. via an implemented web server, made available. Also, the transfer to a central server (backend of a service provider) is conceivable to make further evaluations. Also, messages can be transmitted in special moments or to special events, such as via / via SMS or e-mails that notify particularly high consumption or non-normal conditions, so that the user becomes aware of these. Should the total energy consumption or energy consumption of individual devices exceed a certain threshold, appropriate messages may be generated for a check to be made. These events are always of interest if they occur at specific times. If, for example, the consumption during the night is particularly high, an appropriate message can be transmitted. There are thus events that are to be considered depending on the time or not. Furthermore, it is conceivable that the house control unit can also actively switch on and switch off subscribers when energy is present, for example, from solar modules. Such a control is always of interest if an energy yield is given by a solar system and the home control information about devices are stored, the gem. Energy profile characteristic have a particularly high energy consumption, and which can be selectively switched by the implemented in the house control unit software control bus or network. For example, air conditioners can always be switched to a specific power level when solar power is available.

Sollten in einer weiteren möglichen Ausführungsform der intelligente Stromzähler und die Haussteuereinheit miteinander verbunden sein, so erfolgt dies vorzugsweise über Ethernet, Bluetooth WLAN oder eine ähnliche Verbindung, um kontinuierlich den Energieverbrauch beim intelligenten Stromzähler abzufragen und den Energieverbrauch der Verbraucher zu ermitteln. Auch Feldbussysteme wie z. B. ZigBee oder KNX sind denkbar. Dieses optionale Verfahren funktioniert zumindest für einzelne vernetzte Verbraucher auch dann, wenn es keinen intelligenten Stromzähler und eine Verbindung zu diesem gibt. In diesem Fall können Verbraucher „gemessen” werden, die zwar selber keinen Verbrauchszähler aufweisen, deren Status und ungefähren Verbrauch (die Kennlinie) bekannt ist. Verbraucher, die nicht vernetzt sind und deren Status man über die Haussteuereinheit nicht erfahren kann, kann man so allerdings nicht messen. Hierdurch ist es möglich, dass eine Überprüfung und/oder Anpassung der Verbrauchskennlinie durch die Haussteuereinheit erfolgt, indem die Haussteuereinheit den Stromzähler in Abhängigkeit von erfassten Zustandsveränderungen der Geräte abfragt. Somit können gespeicherte Energieprofile (Kennlinien) der Geräte auf ihre Korrektheit überprüft werden, um sie notwendigerweise anzupassen. Die Haussteuereinheit ist vorzugsweise in der Lage, den Gesamtstromverbrauch aller an ihr angeschlossenen Verbraucher über den Stromzähler zu ermitteln, wobei durch Differenzmessung die unbekannten Verbraucher der Haussteuereinheit angelernt werden, wobei dazu alle Verbraucher, bis auf dem unbekannten Verbraucher, in den AUS-Zustand gesetzt werden oder konstant bleiben, damit dann für den unbekannten Verbraucher durch Aktivieren unterschiedlicher Zustände mit Hilfe einer Differenzmessung am Stromzähler die Verbrauchskennlinie bestimmt werden kann. Dabei kann bei Vorhandensein von durch die Haussteuereinheit steuerbaren Schaltern die Veränderung der Schaltzustände automatisiert durch die in der Einheit implementierte Software erfolgen. Sind nicht in allen Fällen steuerbare Schalter vorhanden, so können auf Anweisung eines in einem Endgerät oder der Haussteuereinheit selbst (Web-Seite) implementierten Dialogprogramms auf das der Nutzer und die Haussteuereinheit Zugriff haben, die Schaltzustände manuell durch den Nutzer geändert werden. Dabei kann der Nutzer die Ausführung der Änderung des Schaltzustandes über diese Nutzerschnittstelle bestätigen. In einer bevorzugten Ausführungsform geht die Haussteuereinheit für die einzelnen Verbraucher in folgender Reihenfolge vor,

  • a) Falls die Kennlinie für den Verbraucher manuell eingetragen wurde, so wird diese als Startwert verwendet,
  • b) Falls der Stromverbrauch des Verbrauchers der Haussteuereinheit selbst durch diesen mitgeteilt wird, so wird auf Basis dieser Information die Verbrauchskennlinie in regelmäßigen Abständen adaptiert und der Verbrauch direkt bestimmt,
  • c) Sofern vorhanden wird die zentrale Datenbank nach der Kennlinie für jeden noch nicht ermittelten Stromverbrauch und Verbraucher abgefragt,
  • d) Sofern kein Eintrag in der zentralen Datenbank existiert, werden die Datenbanken der Hersteller einzeln nach den Verbrauchskennlinien abgefragt,
  • e) Wenn über Punkt a)–d) keine Verbrauchskennlinie zu ermitteln ist, wird das Gerät, wie oben beschrieben in den EIN- und dann in den AUS-Zustand versetzt, daraus ermittelt sich der Stromverbrauch durch Differenzmessung. Diese Zustände können manuell durch den Nutzer oder, wenn die Geräte durch die Haussteueranlage steuerbar sind, auch über diese bereitgestellt werden. Dieser Vorgang wird vorzugsweise einmalig zur Initialisierung der Gerätekennlinien vorgenommen. Es ist zu vermeiden, dass dieser Vorgang bei jedem Anschalten des Gerätes durchzuführen ist.
If, in a further possible embodiment, the intelligent electricity meter and the home control unit are connected to each other, this is preferably done via Ethernet, Bluetooth WLAN or a similar connection in order to continuously query the energy consumption of the intelligent electricity meter and to determine the energy consumption of the consumers. Also fieldbus systems such. B. ZigBee or KNX are conceivable. This optional method works at least for individual networked ones Consumer even if there is no smart electricity meter and a connection to this. In this case consumers can be "measured" who, although they do not have a consumption meter whose status and approximate consumption (the characteristic) is known. However, it is not possible to measure consumers who are not networked and whose status can not be experienced through the house control unit. This makes it possible that a review and / or adjustment of the consumption curve is performed by the house control unit by the house control unit queries the electricity meter in response to detected changes in state of the devices. Thus, stored energy profiles (characteristics) of the devices can be checked for their correctness, in order to necessarily adapt them. The house control unit is preferably able to determine the total power consumption of all consumers connected to it via the electricity meter, whereby the unknown consumers of the home control unit are trained by measuring the difference, with all consumers, except for the unknown consumer, are set to the OFF state or remain constant, so that then the consumption curve can be determined for the unknown consumer by activating different states by means of a differential measurement on the electricity meter. In this case, in the presence of switches controllable by the house control unit, the change of the switching states can be automated by the software implemented in the unit. If controllable switches are not present in all cases, the user and the house control unit can have access to the switching states manually on the instructions of a dialog program implemented in a terminal or the house control unit itself (web page). In this case, the user can confirm the execution of the change of the switching state via this user interface. In a preferred embodiment, the house control unit for the individual consumers proceeds in the following order,
  • a) If the characteristic was entered manually for the consumer, then this is used as start value,
  • b) If the power consumption of the consumer of the house control unit itself is communicated by this, so based on this information, the consumption curve is adapted at regular intervals and the consumption determined directly,
  • c) If available, the central database is queried according to the characteristic curve for each electricity consumption and consumer not yet determined;
  • d) If there is no entry in the central database, the databases of the manufacturers are queried individually according to the consumption characteristics,
  • e) If it is not possible to determine a consumption curve via points a) -d), the device is switched to the ON state and then to the OFF state as described above. The power consumption is determined by differential measurement. These states may be manually provided by the user or, if the devices are controllable by the home control system, also via them. This process is preferably carried out once to initialize the device characteristics. It is to be avoided that this procedure is to be carried out each time the device is switched on.

Figurenbeschreibungfigure description

Die 1 zeigt das erfinderische System in einem Netzwerk.The 1 shows the inventive system in a network.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Als Grundlage zur Lösung der Aufgabenstellung wird folgende Umgebung des Nutzers angenommen, wie in 1 beispielhaft dargestellt:
Vorhanden ist ein intelligenter Stromzähler 101 und eine Haussteuereinheit mit einer (Software-)Komponente 100, wobei Stromzähler und Haussteuereinheit miteinander vernetzt sind. Ein „intelligenter” Zähler, auch Smart Meter genannt, ist ein Zähler für Energie, z. B. Strom oder Gas, der entsprechend der Definition des § 21d EnWG (Gesetz über die Elektrizitäts- und Gasversorgung) dem jeweiligen Anschlussnutzer den tatsächlichen Energieverbrauch und die tatsächliche Nutzungszeit anzeigt. Ferner weist dieser Zähler Schnittstellen auf, die eine Abfrage erlauben, um den tatsächlichen Energieverbrauch zu erlangen. Die Haussteuereinheit 100 ist an das LAN 108 des Nutzers angeschlossen. Mehrere zu steuernde Verbrauchsgeräte (Verbraucher) sind an die Haussteuereinheit 100 über einen weiteren Hausbus (106) angeschlossen, wobei sowohl LAN, als auch Hausbus gem. dem bekannten Stand der Technik über entsprechende Potenzialtrenneinrichtungen auch über das Stromnetz geführt werden können. Einige Verbraucher sind jedoch nicht direkt an die Haussteuereinheit 100 bzw. den Hausbus 106 angeschlossen (z. B. Glühbirne 102), sondern sind ohne Signalisierungsschnittstellen ausschließlich an das Stromnetz des Haushalts angeschlossen.
As a basis for the solution of the task, the following environment of the user is assumed, as in 1 exemplified:
There is an intelligent electricity meter 101 and a home control unit with a (software) component 100 , wherein electricity meter and house control unit are networked with each other. An "intelligent" meter, also known as a smart meter, is a meter for energy, such as energy meters. For example, electricity or gas, which according to the definition of § 21d EnWG (Act on Electricity and Gas Supply) indicates the actual energy consumption and the actual usage time to the respective connection user. Furthermore, this counter has interfaces that allow a query to obtain the actual power consumption. The house control unit 100 is on the LAN 108 connected by the user. Several appliances to be controlled (consumers) are to the house control unit 100 via another house bus ( 106 ), where both LAN, and house bus gem. the known art can be performed via appropriate electrical isolation devices via the mains. However, some consumers are not directly to the house control unit 100 or the house bus 106 connected (eg light bulb 102 ), but are connected without signaling interfaces exclusively to the household electrical network.

Die (Software-)Komponente auf der Haussteuereinheit 100 überwacht den Einschaltstatus der angeschlossenen Geräte (Verbraucher) und ist für die Berechnung der Stromverbrauche zuständig.The (software) component on the house control unit 100 monitors the switch-on status of the connected devices (consumers) and is responsible for the calculation of power consumption.

Verbraucher (wie z. B. Glühbirne 102, Waschmaschine 103, Fernseher 104, PC 112) haben unterschiedliche Fähigkeiten ihre Zustände zu melden. Ein einfacher Verbraucher, ist lediglich am Stromnetz angeschlossen und kennt nur die Betriebszustände EIN oder AUS (z. B. Glühbirne 102). Ein Verbraucher mit mehr Fähigkeiten kann die Betriebszustände EIN, AUS und ggf. STANDBY an die Haussteuereinheit melden und unter Umständen seine Gerätekennung, die z. B. seinen Gerätetyp und/oder Gerätenummer und/oder Seriennummer und/oder Herstellername/-kennung umfasst, selbst melden (z. B. „Waschmaschine” 103, PC 112). Verbraucher mit komplexen Fähigkeiten können Betriebszustände (wie z. B. EIN, AUS, STANDBY) und den eigenen Stromverbrauch sowie mindestens eine Gerätekennung (s. o.) melden (z. B. „Fernseher” 104).Consumers (such as light bulb 102 , Washing machine 103 , TV 104 , PC 112 ) have different abilities to report their states. A simple consumer, is only connected to the mains and knows only the operating conditions ON or OFF (eg light bulb 102 ). A consumer with more skills can report the operating conditions ON, OFF and possibly STANDBY to the house control unit and possibly his device identifier, the z. B. his device type and / or device number and / or serial number and / or manufacturer name / identifier includes, report yourself (eg. 103 , PC 112 ). Consumers with complex capabilities can report operating conditions (such as ON, OFF, STANDBY) and their own power consumption as well as at least one device ID (see above) (eg "TV"). 104 ).

Generell ist bei vielen Verbrauchern die Höhe des Stromverbrauchs abhängig von den verwendeten Programmzuständen (z. B. verbraucht das Waschen bei 30 Grad Celsius weniger Strom als bei 95 Grad Celsius, das Kühlen auf 7 Grad Celsius verbraucht weniger Strom als das Kühlen auf 4 Grad Celsius). Bei Fernsehgeräten ist bei gleichen Gerätetypen und demselben Programm bspw. der Energieverbrauch stark abhängig von der eingestellten Helligkeit,.In general, for many consumers, the level of power consumption depends on the program conditions used (eg washing at 30 degrees Celsius consumes less power than 95 degrees Celsius, cooling to 7 degrees Celsius uses less power than cooling to 4 degrees Celsius ). For TV sets is the same device types and the same program, for example, the energy consumption is highly dependent on the set brightness.

Die Schwierigkeit hierbei ist, dass in einem Haushalt i. d. R. viele Verbraucher mit unterschiedlichen Ausprägungen von Fähigkeiten bzgl. der Meldung ihrer Betriebszustände nebeneinander existieren, sodass eine differenzierte Verbrauchsanalyse und -steuerung nicht ohne Weiteres möglich ist.The difficulty here is that in a household i. d. R. many consumers with different levels of ability with regard to the reporting of their operating conditions coexist, so that a differentiated consumption analysis and control is not readily possible.

Um das Problem zu lösen, werden die mit einem Verbrauchssensor ausgestatteten Verbraucher, also Verbraucher die ihren Stromverbrauch einer Haussteuerung 100 mitteilen können, über die o. g. Bus- und/oder Netzwerksysteme an die Haussteuerung angeschlossen.In order to solve the problem, consumers equipped with a consumption sensor, ie consumers, control their power consumption in a home automation system 100 can communicate via the above-mentioned bus and / or network systems connected to the home control.

Verbraucher mit begrenzten Fähigkeiten werden auf folgende Weise für die differenzierte und gerätespezifische Verbrauchsanalyse verfügbar gemacht.

  • 1. Die Erfassung des Gerätes erfolgt manuell durch den Benutzer mit anschließender Konfiguration der Zuordnung in einer lokalen Geräte-Datenbank 113a) der Haussteuereinheit 100. Alternativ melden entsprechend ausgestattete Geräte ihren Gerätetyp an die Haussteuereinheit bzw. werden von dieser abgefragt. Die Zuordnung wird in der lokalen Geräte-Datenbank 113a) gespeichert. Gespeichert werden z. B. der Herstellername, der Gerätetyp und die Gerätenummer zur Unterscheidung mehrerer Geräte eines Typs.
  • 2. Die Erfassung des Stromverbrauchs der Verbraucher erfolgt nach Erfassung des Gerätetyps der Verbraucher. Der zugeordnete Stromverbrauch wird in der lokalen Geräte-Datenbank 113a) abgelegt. Der Stromverbrauch wird auf unterschiedliche Arten ermittelt:
  • 2.1. Verbraucher, die ihren Stromverbrauch ermitteln können, melden diesen automatisch oder werden von der Haussteuereinheit in regelmäßigen Abständen abgefragt.
  • 2.2. Bei Verbrauchern, die ihren Stromverbrauch nicht ermitteln können – aber an die Haussteuereinheit angeschlossen sind – wird der Zustand (AN/AUS/STANDBY oder z. B. auch ein übermittelter Programmzustand einer Waschmaschine) durch die Haussteuereinheit überwacht. Deren Stromverbrauch kann auf unterschiedliche Weise ermittelt werden:
  • 2.2.1. Die Haussteuereinheit mit der (Software-)Komponente 100 – in Verbindung mit dem intelligenten Stromzähler 101 – ist in der Lage den Gesamtstromverbrauch aller an ihr angeschlossenen Verbraucher zu ermitteln: Durch Differenzmessung werden die Kennlinien unbekannter Verbraucher der Haussteuereinheit angelernt. Dazu müssen alle Verbraucher, bis auf den Unbekannten, in den AUS-Zustand gehen bzw. konstant bleiben. Die (Software-)Komponente auf der Haussteuereinheit übernimmt selbständig das Anlernen. Dies geschieht dadurch, dass der unbekannte Verbraucher, ggf. durch elektronische Fernkontrolle oder mit Hilfe des Nutzers, erst in EIN- und dann in AUS-Zustand versetzt wird, so dass der Stromverbrauch des einen Verbrauchers durch eine Differenzmessung zum Gesamtverbrauch (der Gesamtverbrauch ist Null, wenn alle anderen Verbraucher AUS sind oder entsprechend größer Null und konstant, wenn für alle Verbraucher einen konstanter Verbrauch für die Zeit der Messung haben) ermittelt werden kann. Die dabei durch über den intelligenten Stromzähler durch die Haussteuereinheit erfasste Kennlinie inkl. Ein-/Ausschaltverhalten wird nun gemeinsam mit den anderen Daten des Verbrauchers in mindestens einer Datenbank gespeichert.
  • 2.2.2. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, den Stromverbrauch einzelner Verbraucher gem. der erfassten Gerätekennung (s. o.) über eine Datenbank beim Gerätehersteller 110 oder einen anderen Dienstleister, der diese Datenbank betreibt, abzufragen. Dabei kann die o. g. Gerätekennung als Schlüssel, dem die weiteren Gerätedaten in der Datenbank eindeutig zugeordnet ist, dienen. Dies ist kann der jeweils durchschnittliche Verbrauch oder gem. einer gespeicherten Kennlinie der Verbrauch in Abhängigkeit vom Gerätezustand sein. Je exakter die Informationen des Herstellers für unterschiedliche Schaltzustände sind (z. B. Stromverbrauch für unterschiedliche Waschprogramme mit Angabe der Dauer des Programms) desto genauer bildet der darüber ermittelten Stromverbrauch den tatsächlichen Verbrauch ab. Möglich wäre aufgrund der Angaben für die Dauer einzelner Programme mit Stopp/AUS Phasen eindeutig auf das Waschprogramm, und damit auf den Verbrauch zu schließen und letztlich auch auf den einzelnen Verbraucher im Haushalt schließen zu können. Diese Intelligenz muss in der Haussteuereinheit mit der (Software-)Komponente 100 verortet sein und kann auf Basis statistischer Auswertungen erfolgen, zum Beispiel durch den Vergleich mit bekannten Kennlinien des gleichen Gerätetyps, die das durchschnittliche Verhalten (z. B. zeitlicher Verlauf des Stromverbrauchs) über den gemessenen Zeitraum z. B. in Abhängigkeit vom Startzeitpunkt eines der Haussteuereinheit gemeldeten Programms repräsentieren. Die Verbrauchskennlinien der Geräte können alternativ aus einer zentralen Datenbank 113, welche sich nicht im lokalen Heim, sondern bei einem Betreiber verortet ist, ermittelt werden. Möglich wäre eine Bereitstellung der Informationen durch den Betreiber (ITK-Provider 111) der zentralen Datenbank 113, der diese von den Geräteherstellern erhält (110). Eine weitere Möglichkeit besteht in der Bereitstellung einer Datenbank durch den Betreiber der zentralen Datenbank (111), die von der Nutzer-Community aufgebaut und aktualisiert wird. Diese Informationen (Kennlinien etc.) werden dann von der Haussteuereinheit über das Internet 109 gerätespezifisch heruntergeladen. Sofern die Kennlinien lediglich den minimalen und maximalen Stromverbrauch der Geräte beinhalten, werden Durchschnittswerte gebildet, wobei sich ein Stromverbrauch z. B. aus dem Durchschnittswert und den Einschaltzeiten (AN-Zustände) ermitteln lässt. Die Berechnungen dazu führt die (Software-)Komponente auf der Haussteuereinheit durch. Bei genauen Kennlinien bzw. Energieprofilen zu denen jeweils ein unterschiedlicher Stromverbrauch je nach Zustand gespeichert ist, werden ebenfalls die ggf. ermittelten Einschaltzeiten der Geräte durch die Haussteuereinheit registriert, aufsummiert und so der Gesamtstromverbrauch durch die (Software-)Komponente auf der Haussteuereinheit 100 errechnet.
  • 2.2.3. Eine andere Möglichkeit zur Erfassung von Daten zum Stromverbrauch besteht in der manuellen Eingabe der Verbrauchswerte (beispielweise als Angaben aus dem Handbuch des Gerätes) in die Datenbank 113a über das Nutzerinterface der Haussteuereinheit durch den Nutzer selbst. Die weitere Ermittlung des jeweiligen Stromverbrauchs erfolgt dann ebenfalls, wie unter 2.2.2 beschrieben.
Consumers with limited capabilities are made available for differentiated and device-specific consumption analysis in the following ways.
  • 1. The device is recorded manually by the user with subsequent configuration of the assignment in a local device database 113a ) of the house control unit 100 , Alternatively, appropriately equipped devices report their device type to the house control unit or are queried by this. The mapping is in the local device database 113a ) saved. Are stored z. Example, the manufacturer name, the device type and the device number to distinguish multiple devices of a type.
  • 2. Consumption of the consumers is recorded after the device type of the consumers has been recorded. The allocated power consumption is in the local device database 113a ) filed. The power consumption is determined in different ways:
  • 2.1. Consumers who can determine their power consumption report this automatically or are polled by the house control unit at regular intervals.
  • 2.2. For consumers who can not determine their power consumption - but are connected to the house control unit - the state (ON / OFF / STANDBY or, for example, also a transmitted program state of a washing machine) is monitored by the house control unit. Their power consumption can be determined in different ways:
  • 2.2.1. The house control unit with the (software) component 100 - in conjunction with the smart meter 101 - is able to determine the total power consumption of all consumers connected to it: By measuring the difference, the characteristic curves of unknown consumers of the house control unit are taught. For this purpose, all consumers, except for the unknown, go into the OFF state or remain constant. The (software) component on the house control unit takes on the learning independently. This happens because the unknown consumer, possibly by electronic remote control or with the help of the user, first in the ON and then in the OFF state, so that the power consumption of a consumer by a difference measurement to the total consumption (the total consumption is zero if all other consumers are OFF or correspondingly greater than zero and constant, if all consumers have a constant consumption for the time of the measurement) can be determined. The characteristic curve including on / off behavior detected by the home control unit via the intelligent electricity meter is now stored together with the other data of the consumer in at least one database.
  • 2.2.2. A second possibility is the power consumption of individual consumers. the detected device identifier (see above) via a database at the device manufacturer 110 or query another service provider who operates this database. The above-mentioned device identifier can serve as a key to which the further device data in the database is uniquely assigned. This is the average consumption or gem. a stored characteristic of the consumption depending on the device state. The more exact the manufacturer's information is for different switching states (eg power consumption for different washing programs with indication of the duration of the program), the more accurately the power consumption determined thereby reflects the actual consumption. Based on the information given for the duration of individual programs with stop / off phases, it would be possible to clearly refer to the washing program, and thus to conclude on consumption and ultimately also to conclude on the individual consumer in the household. This intelligence must be in the house control unit with the (software) component 100 be located and can be on Based on statistical evaluations, for example, by comparison with known characteristics of the same device type, the average behavior (eg temporal course of power consumption) over the measured period z. B. depending on the start time of one of the house control unit reported program. The consumption characteristics of the devices can alternatively be from a central database 113 , which is located not in the local home, but at an operator, are determined. It would be possible to provide the information by the operator (ICT provider 111 ) of the central database 113 getting it from the device manufacturers ( 110 ). Another possibility is the provision of a database by the operator of the central database ( 111 ), which is built and updated by the user community. This information (characteristics etc.) are then transmitted from the house control unit via the Internet 109 Device-specific downloaded. If the characteristics only include the minimum and maximum power consumption of the devices, averages are formed, with a power consumption z. B. can be determined from the average value and the switch-on times (ON states). The calculations for this are carried out by the (software) component on the house control unit. For exact characteristics or energy profiles to each of which a different power consumption is stored depending on the state, the possibly determined on-times of the devices are also registered by the house control unit, summed and so the total power consumption by the (software) component on the house control unit 100 calculated.
  • 2.2.3. Another way to collect data on power consumption is to manually enter the consumption values (for example, as information from the manual of the device) in the database 113a via the user interface of the house control unit by the user himself. The further determination of the respective power consumption is then also as described in 2.2.2.

Die oben genannten unterschiedlichen Arten der Ermittlung des Stromverbrauchs muss je nach Fähigkeiten des Verbrauchers sinnvoll für das Gesamtsystem miteinander kombiniert werden. Hierzu wird für den einzelnen Verbraucher in folgender Reihenfolge vorgegangen.

  • a) Sofern der Nutzer per Hand die Verbrauchsdaten z. B. aus dem Handbuch selbst in die Datenbank 113a eingetragen hat, können diese als Anfangsschätzungen verwendet werden.
  • b) Ein Gerät, welches seinen Stromverbrauch der Haussteuereinheit 100 selbst mitteilen kann, übermittelt den Verbrauch selbständig oder nach Abfrage durch die Haussteuerung.
  • c) Sofern vorhanden wird die zentrale Datenbank nach der Verbrauchskennlinie (Energieprofil) für jeden Verbraucher abgefragt und daraus der aktuelle Stromverbrauch ermittelt.
  • d) Sofern keine zentrale Datenbank existiert, werden die Datenbanken der Hersteller einzeln nach den Verbrauchskennlinien zur Ermittlung des jeweiligen Stromverbrauchs abgefragt.
  • e) Wenn über Punkt a)–d) für mindestens einen Verbraucher keine Verbrauchskennlinie zu ermitteln ist, wird das Gerät wie unter 2.2.1. initial zuerst in den EIN- und dann in den AUS-Zustand oder auch zusätzlich den Stand-By-Zustand versetzt. Daraus ermittelt sich der Stromverbrauch durch Differenzmessung zum in diesem Zeitraum durch den Nutzer oder durch die Steuersoftware der Haussteuereinheit z. B. durch Abschalten von in Konfigurationsdaten ausgewählten Verbrauchern möglichst konstant gehaltenen Gesamtstromverbrauch. Der Gesamtstromverbrauch muss nicht konstant gehalten werden, wenn die aktuellen ggfs. auch schwankenden Verbrauchswerte aller anderen Geräte über die eingesetzte Software als gemessen und bekannt vorausgesetzt werden können, weil diese Daten in der Berechnung und Erkennung herangezogen werden können. Der jetzt ermittelte Verbrauch kann nun initial in einer Kennlinie für dieses Gerät in der Datenbank gespeichert werden (siehe auch Differenzmessung in 2.2.1). Möglich ist hier auch, ohne die beschriebene Differenzmessung durchzuführen, die Kennlinie manuell über das Nutzerinterface der Haussteuereinheit einzugeben oder über die Haussteuereinheit aus einer Gerätedatenbank 113 herunterzuladen. Kann nun für eine konkrete Verbrauchsmessung der Verbrauch anderer Stromverbraucher gem. a)–d) über die abgerufenen Kennlinien ermittelt werden, so repräsentiert die Differenz zwischen der Summe des über a)–d) ermittelten Stromverbrauchs (z. B. der intelligenten Geräte Haussteuereinheit 100, Waschmaschine 103, Fernseher 104, PC 112, Router, WLAN-Router) und des über den intelligenten Stromzähler 101 ermittelten Stromverbrauchs der Summe der Summe des Stromverbrauchs von Geräten 102, die keine Meldungen an die Haussteuereinheit liefern. Ist im Zeitbereich der Messung/Stromverbrauchsermittlung gem. der vorhandenen Kennliniendatenbank 113a nur ein Gerät 102 an das Stromnetz des Gebäudes angeschlossen, so kann damit der Stromverbrauch dieses Gerätes eindeutig als die genannte Differenz ermittelt werden. Sind im am intelligenten Stromzähler angeschlossenen Gebäudestromnetz mehr als zwei Geräte vorhanden, die keine Meldungen an die Haussteuereinheit liefern, so ist allein aus der oben genannten Summendifferenz der Verbrauch des einzelnen Gerätes nicht zu ermitteln. Da die Haussteuereinheit von diesem Gerätetyp keine Zustandsmeldungen (EIN/AUS) empfängt, jedoch laufend die Verbrauchwerte der anderen Gerätetypen (entsprechend a)–d) ermitteln kann, können so auch EIN/AUS Sprünge im zeitlichen Verlauf des durch den Stromzähler gemessenen Gesamtstromverbrauchs ermittelt werden. Der erfasste zeitlichen Verlauf der Stromverbrauchsänderung kann nun mit dem initial in der Datenbank 113a gespeicherten zeitlichen Verlauf der Kennlinie einzelner Geräte (102) verglichen werden, die keine Meldungen an die Haussteuereinheit liefern. Stimmt der gemessene Verbrauchsverlauf innerhalb festgelegter Toleranzwerte mit einem der im Rahmen der oben erfassten Kennlinie gespeicherten Verläufe für den Schaltzustand eines Gerätes überein, so kann daraus auf den jeweiligen Schaltzustand (z. B. Ein, AUS oder Stand-By) dieses Gerätes geschlossen werden. Aus dem ermittelten Zustand und dem in der gespeicherten Kennlinie davon abhängigen Stromverbrauch kann nun dem jeweiligen Zeitpunkt aktuelle Stromverbrauch des Gerätes ermittelt werden.
The above different ways of determining the power consumption must be sensibly combined with each other depending on the capabilities of the consumer for the overall system. For this purpose, the procedure for the individual consumer in the following order.
  • a) If the user by hand, the consumption data z. From the manual itself to the database 113a can be used as initial estimates.
  • b) A device which its power consumption of the house control unit 100 can communicate itself, transmits the consumption independently or after consultation by the home control.
  • c) If available, the central database is queried according to the consumption curve (energy profile) for each consumer and from this the current power consumption is determined.
  • d) If no central database exists, the manufacturers' databases are individually queried according to the consumption curves for determining the respective electricity consumption.
  • e) If no consumption curve is to be determined for at least one consumer via points a) -d), the device will be operated as described under 2.2.1. initial first in the ON and then in the OFF state or in addition, the standby state offset. From this, the power consumption determined by differential measurement for this period by the user or by the control software of the house control unit z. B. by switching off selected in configuration data consumers as constant as possible total power consumption. The total power consumption need not be kept constant if the current possibly fluctuating consumption values of all other devices can be assumed to be measured and known via the software used, since these data can be used in the calculation and detection. The consumption that has now been determined can now be stored initially in a characteristic curve for this device in the database (see also difference measurement in 2.2.1). It is also possible, without carrying out the described differential measurement, to enter the characteristic curve manually via the user interface of the house control unit or via the house control unit from a device database 113 download. Can now for a specific consumption measurement of the consumption of other electricity consumers gem. a) -d) are determined via the retrieved characteristic curves, then the difference between the sum of the power consumption determined via a) -d) (for example of the intelligent devices house control unit 100 , Washing machine 103 , TV 104 , PC 112 , Routers, wireless routers) and the via the smart meter 101 determined power consumption of the sum of the sum of the power consumption of devices 102 that do not deliver messages to the house control unit. Is in the time range of the measurement / electricity consumption acc. the existing characteristic database 113a only one device 102 Connected to the mains of the building, so the power consumption of this device can be clearly determined as the difference. If more than two devices are present in the building electricity network connected to the intelligent electricity meter that do not deliver any messages to the house control unit, the consumption of the individual device can not be determined solely from the above-mentioned sum difference. Since the house control unit does not receive any status messages (ON / OFF) from this device type, However, if the consumption values of the other types of devices (corresponding to a) -d) can be determined continuously, then ON / OFF jumps can also be determined over the course of time of the total electricity consumption measured by the electricity meter. The recorded temporal course of the power consumption change can now with the initial in the database 113a stored time characteristic of the characteristic curve of individual devices ( 102 ) that do not deliver messages to the house control unit. If the measured consumption curve within specified tolerance values coincides with one of the curves stored for the switching state of a device within the scope of the above-described characteristic curve, then the respective switching state (eg on, off or standby) of this device can be deduced therefrom. From the determined condition and the power consumption dependent thereon in the stored characteristic curve, it is now possible to determine the current power consumption of the appliance at the respective instant.

Weiterhin können die Methoden miteinander kombiniert werden. Beispielsweise erfolgt anfangs eine Erstschätzung des Verbrauchs durch den Nutzer, welche er selbst in die Datenbank 113a einträgt. Eine Glühbirne mit 60 Watt kann z. B. relativ einfach auf den Verbrauch von 60 Watt geschätzt werden. Danach kann die Verbrauchskennlinie wie unter d) beschrieben in der Datenbank des Herstellers abgefragt werden, und der tatsächliche Verbrauch wie unter e) beschrieben ermittelt werden. Auch aus der Datenbank 113 ermittelte Defaultwerte der Gerätehersteller können an den realen Verbrquch einzelner Geräte mit Hilfe der Methode 2.2 angepasst werden. Dies kann automatisch über die Hausteuereinheit passieren, die somit die Energieprofile intelligent und selbständig präzisiert.Furthermore, the methods can be combined with each other. For example, at first an initial estimate of consumption by the user, which he himself in the database 113a enters. A light bulb with 60 watts can z. B. relatively easy to estimate the consumption of 60 watts. Thereafter, the consumption curve as described under d) can be queried in the database of the manufacturer, and the actual consumption as described under e) can be determined. Also from the database 113 Determined default values of the device manufacturers can be adapted to the real consumption of individual devices with the help of method 2.2. This can happen automatically via the house control unit, which thus specifies the energy profiles intelligently and independently.

Geräte, die ihren Stromverbrauch selbst mitteilen können, werden bei Ausfall z. B. eines Strommessungssensors eines baugleichen Geräts zur Simulation des Stromverbrauchs des ausgefallenen Gerätes von der Haussteuereinheit 100 herangezogen, sofern der Schaltzustand ermittelt werden kann. In diesem Fall empfängt das Gerät z. B. vom angeschlossenen Sensor eine Fehlermeldung oder stellt fest, dass vom Sensor keine Signale mehr empfangen werden können.Devices that can communicate their own power consumption, in case of failure z. B. a current measurement sensor of an identical device for simulating the power consumption of the failed device of the house control unit 100 used, if the switching state can be determined. In this case, the device receives z. B. from the connected sensor an error message or notes that no more signals can be received by the sensor.

Daraufhin nutzt die Software des Gerätes die abgespeicherte gerätespezifische Kennlinie, um gem. dem Schaltzustand den Stromverbrauch zu simulieren und an die Haussteuereinheit zu übermitteln. Die Kennlinie kann dabei aus dem Speicher des Gerätes selbst oder über die genannten Bussysteme aus den beschriebenen Datenbanken bezogen werden. Weiterhin kann die Energiekennlinie bei gemeldetem Ausfall des Energiesensors eines Gerätes auch von der Haussteuereinheit 100 selbst zur Simulation des Energieverbrauchs des Gerätes verwendet werden.Then the software of the device uses the stored device-specific characteristic to gem. to simulate the power consumption of the switching state and to transmit it to the house control unit. The characteristic curve can be obtained from the memory of the device itself or via the mentioned bus systems from the described databases. Furthermore, the energy characteristic in case of failure of the energy sensor of a device also from the house control unit 100 itself used to simulate the energy consumption of the device.

Beispielhafter Ablauf für ausgewählte Verbraucher:Example process for selected consumers:

Konfigurationsphase:Configuration phase:

Der Fernseher 104 ist hier beispielhaft mit keinem Verbrauchssensor ausgestattet. Aus diesem Grund wird in diesem Fall die Verbrauchskennlinie über die IP-Verbindung 109 durch die Haussteueranlage 100 aus der Datenbank 113 des ITK (Informations- und Telekommunikationstechnologie)-Providers 111 oder alternativ vom Gerätehersteller 110 heruntergeladen unter Nutzung einer Gerätekennung, die durch die Haussteuereinheit 100 abgefragt werden kann und die ebenfalls als Schlüssel für die zugeordnete Kennlinie in der Datenbank 113 enthalten ist, abgefragt.The TV 104 is here for example equipped with no consumption sensor. For this reason, in this case, the consumption curve is over the IP connection 109 through the house tax system 100 from the database 113 ITC (Information and Telecommunication Technology) Provider 111 or alternatively from the device manufacturer 110 downloaded using a device identifier generated by the house control unit 100 can be queried and also as a key for the associated characteristic in the database 113 is included, queried.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass über die drahtlose oder drahtgebundene Verbindung (z. B. IP-Verbindung über WLAN oder LAN) 105 der Fernseher 104 unter Nutzung der Gerätekennung den Status (AN/AUS/STANDBY) an die Haussteuereinheit 100 meldet, welche auf Basis der heruntergeladenen Kennlinie den Verbrauch schätzt.Another possibility is that via the wireless or wired connection (eg IP connection via WLAN or LAN) 105 the TV 104 using the device ID the status (ON / OFF / STANDBY) to the house control unit 100 reports which estimates the consumption on the basis of the downloaded characteristic curve.

Die Glühlampe 102 einschließlich ihrer Fassung besitzt im Ausführungsbeispiel nicht die Fähigkeit ihre Betriebszustände oder Verbrauche mitzuteilen. Sofern eine Erstschätzung des Verbrauchs vom Nutzer in der Gerätedatenbank 113a eingetragen worden ist, wird diese verwendet. Danach kann über eine Differenzmessung der Stromverbrauch wie oben beschreiben ermittelt werden. Dazu wird der Stromverbrauch – durch den Nutzer und/oder die Haussteueranlage gesteuert – aller anderen Verbraucher initial abgeschaltet bzw. konstant gehalten und über den elektronischen Stromzähler wird der Gesamtstrom vor und nach Einschalten der Lampe 102 gemessen und von der Haussteueranlage 100 über den Stromzähler erfasst. Die Haussteueranlage ermittelt nun durch die Differenzbildung den Verbrauch des Gerätes und dessen Datensatz den gemessenen Mehrverbrauch zuordnet, bspw. 17 Watt für den Zustand EIN. Der Gesamtstromverbrauch muss hierbei nicht konstant gehalten werden, wenn die aktuellen ggfs. auch schwankenden Verbrauchswerte aller anderen Geräte über die eingesetzte Software als gemessen und bekannt vorausgesetzt werden können.The lightbulb 102 including its version does not have the ability to communicate their operating conditions or consumption in the embodiment. Provided an initial estimate of consumption by the user in the device database 113a has been registered, this is used. Thereafter, the power consumption can be determined via a differential measurement as described above. For this purpose, the power consumption - controlled by the user and / or the home control system - all other consumers initially switched off or kept constant and the electronic power meter is the total current before and after switching on the lamp 102 measured and from the home control system 100 recorded via the electricity meter. The home control system determines now by subtracting the consumption of the device and its record the measured excess consumption assigns, for example, 17 watts for the state ON. The total electricity consumption does not have to be kept constant if the current possibly fluctuating consumption values of all other devices can be assumed to be measured and known via the software used.

Nutzungsphase:Utilization phase:

Die Waschmaschine 103 ist mit einem Verbrauchssensor ausgestattet. Dieser meldet über den Hausbus 106, das Hausbus-Gateway 107 und das LAN 108 an die Haussteuereinheit 100 den aktuellen Stromverbrauch. Als Beispiel für einen Hausbus kann der KNX-Bus dienen.The washing machine 103 is equipped with a consumption sensor. This reports over the house bus 106 , the home bus gateway 107 and the LAN 108 to the house control unit 100 the current one Power consumption. The KNX bus can serve as an example of a home bus.

Der intelligente Stromzähler 101 meldet in regelmäßigen oder durch die Hausteuereinheit gem. Abfrageprotokoll festgelegten Abständen an die Haussteuereinheit 100 den aktuellen und aufsummierten Verbrauch.The smart electricity meter 101 reported in regular or by the house control unit gem. Query log specified intervals to the house control unit 100 the current and accumulated consumption.

Die (Software-)Komponente auf der Haussteuereinheit 100 subtrahiert vom aktuellen Verbrauch die Verbrauchswerte der ihm bekannten (eingeschalteten) Geräte, z. B. Waschmaschine 103 (anhand deren gemeldetem Verbrauch) und z. B. des Fernsehers 104 anhand der kennlinienbasierten Schätzung. Der verbliebene unbekannte Rest kann statistisch von der (Software-)Komponente Haussteuereinheit 100 ermittelt werden. Über den zeitlichen Verlauf des Gesamtverbrauchs werden damit wie oben beschrieben bspw. zwei eingeschaltete und angelernte Glühlampen 102 identifiziert und deren Zustände ermittelt. Ist beispielsweise eine Lampe durch ein spezifisches Einschaltverhalten (repräsentiert durch eine erfasste in einer Datenbank gespeicherte Einschaltkennlinie) gekennzeichnet, so kann aus den z. B. durch Differenzbildung mit dem über einen intelligenten Stromzähler erfassten Gesamtstromverbrauch herausgerechneten Verbrauchswerten der anderen Verbraucher das spezifische Gerät (z. B. Lampe) identifiziert und sein Schaltzustand ermittelt werden. In den dabei zugrunde liegenden Kennlinien können neben Verbrauchsverläufen (Leistung) auch separat Strom- und Spannungsverläufe und ggf. zeitliche Phasenverschiebungen zwischen beiden erfasst werden. Diese statistischen Auswertungsmethoden basieren zusätzlich auf verschiedenen Zeitreihen in denen Gesetzmäßigkeiten (Muster) erkannt werden. Ggf. sind zur Analyse neben der Zeit weitere Informationen notwendig, wie bspw. Temperatur oder Helligkeit. Erkannte Muster können bspw. sein, dass ein Toaster stets nur vormittags am Wochenende benutzt wird; die Außenbeleuchtung wird in Abhängigkeit von der Außenhelligkeit automatisch ein- und ausgeschaltet oder die elektrische Zusatzheizung der Wärmepumpe wird stets unter –10°C Außentemperatur eingeschaltet.The (software) component on the house control unit 100 subtracts from the current consumption, the consumption of the known (turned on) devices, eg. B. washing machine 103 (based on their reported consumption) and z. B. the TV 104 based on the characteristic-based estimation. The remaining unknown remainder can be statistically derived from the (software) component house control unit 100 be determined. Over the time course of the total consumption so as described above, for example, two switched on and trained incandescent 102 identified and their states determined. If, for example, a lamp is characterized by a specific switch-on behavior (represented by a detected switch-on characteristic stored in a database), then it can be determined from the z. B. by subtracting the consumption values of the other consumers calculated using an intelligent electricity meter, the specific device (eg lamp) is identified and its switching state determined. In the underlying characteristic curves, in addition to consumption curves (power), it is also possible to separately record current and voltage profiles and possibly temporal phase shifts between the two. These statistical evaluation methods are additionally based on different time series in which regularities (patterns) are recognized. Possibly. In addition to time, additional information is required for analysis, such as temperature or brightness. Detected patterns may be, for example, that a toaster is always used only in the morning at the weekend; the outdoor lighting is switched on and off automatically depending on the external brightness or the electrical auxiliary heating of the heat pump is always switched below -10 ° C outside temperature.

Das Standby ist eine spezielle Betriebsart intelligenterer Verbraucher. Im Sinne der differenzierten und gerätespezifischen Verbrauchsmessung muss das Standby berücksichtigt werden, bspw. durch die Kennlinie aus der Geräte Datenbank 113. Alternativ kann das Standby dieser Geräte nach dem Schema unter Methode 2.2 in der Haussteuerung angelernt oder deklarativ für das Gerät konfiguriert werden.Standby is a special mode of smarter consumers. In the sense of differentiated and device-specific consumption measurement, standby must be taken into account, for example by the characteristic curve from the device database 113 , Alternatively, the standby of these devices can be taught according to the scheme under Method 2.2 in home control or configured declaratively for the device.

Auf Grundlage des ermittelten Stromverbrauchs für jeweils alle Verbraucher können der aktuelle, durchschnittliche und gesamte Verbrauch pro Gerät errechnet werden und statistische Analysen durch die (Software-)Komponente auf der Haussteuereinheit 100 durchgeführt werden. So lassen sich sog. „Stromfresser” (z. B. Geräte mit einem unverhältnismäßigen und nicht dem Stand der Technik entsprechenden Verbrauch, die einen relativ hohen Anteil am Gesamtverbrauch eines Haushalts haben) finden, nicht voll funktionsfähige Geräte aufgrund einer Anomaliemessung erkennen oder statistische Vorhersagen z. B. über den Gesamtjahresverbrauch machen. Die Nutzung der Erfindung ist sowohl in Privathaushalten denkbar als auch beispielsweise in Wohngemeinschaften, um einen Verbrauch für jedes Zimmer einzeln ermitteln zu können. In gemeinsamen Räumlichkeiten könnten, sofern dies technisch unterstützt wird, z. B. über das vorherige Einbuchen jeder Person (bei Nutzung von Herd oder Dusche) die individuellen Stromverbräuche pro Person ermittelt werden, wobei das Einbuchen nicht Gegenstand dieser Erfindung ist. Die Erfindung lässt sich ebenso im geschäftlichen Umfeld einsetzen, wo der Stromverbrauch z. B. in Büros für jede Etage, jedes Büro oder eine bestimmte Klasse von Verbrauchern (z. B. nur PCs) und deren statistische Auswertung relevant ist. Möglich ist auch die Ermittlung des Stromverbrauchs für die Abrechnung einer teilweise beruflich oder geschäftlich genutzten Privatwohnung. Weiterhin denkbar ist die Nutzung der Erfindung zur separaten Ermittlung von Stromverbräuchen in Einliegerwohnungen, wenn nur eine Haussteuereinheit in der Hauptwohnung installiert ist und die Daten aus der Einliegerwohnung übermittelt werden. Denkbar wäre auch eine anonymisierte Gesamtverbrauchsübermittlung aus der Einliegerwohnung.Based on the calculated power consumption for all consumers, the current, average and total consumption per device can be calculated and statistical analyzes by the (software) component on the house control unit 100 be performed. Thus, so-called "power guzzlers" (eg, devices with disproportionate and non-state-of-the-art consumption that account for a relatively high proportion of a household's total consumption) can not detect fully functional devices due to anomaly measurement or statistical predictions z. B. over the total annual consumption. The use of the invention is conceivable both in private households and, for example, in shared apartments in order to determine a consumption for each room individually. In common premises, if this is technically supported, z. B. on the previous booking each person (when using stove or shower), the individual power consumption per person are determined, the registration is not the subject of this invention. The invention can also be used in a business environment where the power consumption z. In offices for each floor, office or class of consumers (eg PCs only) and their statistical evaluation is relevant. It is also possible to determine the electricity consumption for the billing of a partially professionally or commercially used private apartment. It is also conceivable to use the invention for the separate determination of power consumption in granny flat when only one home control unit is installed in the main dwelling and the data is transmitted from the granny flat. An anonymous total consumption transmission from the granny flat would also be conceivable.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • http://www.mikrocontroller.net/articles/Hausbus [0004] http://www.mikrocontroller.net/articles/Hausbus [0004]

Claims (11)

System zur Ermittlung des Energieverbrauchs von Verbrauchern, die an ein Stromnetz eines Haushalts oder Gebäudes angeschlossenen sind, umfassend eine Haussteuereinheit (100), die für jeden Verbraucher (103) den Energieverbrauch erfasst und in einer Datenbank speichert, wobei die Verbraucher (103) mit der Haussteuereinheit (103) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Haussteuereinheit eingerichtet ist, um den Betriebszustand und/oder Informationen über den Energieverbrauch von den Verbrauchern zu erlangen, um basierend auf diesen Informationen den Energieverbrauch zu berechnen, und in der Datenbank abzulegen, wobei diese Datenbank über ein Netzwerk abrufbar ist.System for determining the energy consumption of consumers who are connected to a household or building electricity network, comprising a home control unit ( 100 ), for each consumer ( 103 ) records energy consumption and stores it in a database, whereby consumers ( 103 ) with the house control unit ( 103 ) Are connected, characterized in that the home control unit is configured to obtain the operating status and / or information about the energy consumption of the equipment in order to calculate based on this information, the power consumption, and to store them in the database, said database over a Network is available. Das System nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei für die Verbraucher eine Verbrauchskennlinie in Abhängigkeit des Betriebszustands für den Energieverbrauch in der Datenbank abgelegt ist, mit Hilfe derer unter Berücksichtigung des Betriebszustands der Energieverbrauch berechenbar ist, wobei vorzugsweise die Datenbank lokal gespeichert wird, oder in einem Netzwerk, wobei die Datenbank vorzugweise durch mindestens einen Dienstleister und/oder Nutzer gepflegt wird, wobei vorzugsweise eine Internetgemeinschaft Zugriff auf diese Daten hat.The system according to the preceding claim, wherein the consumers a consumption characteristic is stored depending on the operating state for the energy consumption in the database, by means of which the energy consumption can be calculated taking into account the operating state, preferably the database is stored locally, or in a network , wherein the database is preferably maintained by at least one service provider and / or user, preferably an Internet community has access to this data. Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbraucher die Zustände EIN, AUS und/oder Standby und/oder eine Kennung mitteilen.The system according to one or more of the preceding claims, wherein the consumers communicate the states ON, OFF and / or standby and / or an identifier. Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden zwei Ansprüche, wobei die Verbrauchskennlinie vom Verbraucher automatisch in die Datenbank eingespielt wird, aus dem Internet herunter geladen wird, manuell eingetragen wird und/oder erlernt wird.The system according to one or more of the preceding two claims, wherein the consumption curve is automatically loaded by the consumer into the database, downloaded from the Internet, manually entered and / or learned. Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein intelligenter Stromzähler (101) und die Haussteuereinheit (100) miteinander vernetzt sind, um kontinuierlich den Energieverbrauch beim intelligenten Stromzähler abzufragen, um den Energieverbrauch der Verbraucher zu ermitteln.The system according to one or more of the preceding claims, wherein an intelligent electricity meter ( 101 ) and the house control unit ( 100 ) are interlinked to continuously query the energy consumption of the smart meter to determine the energy consumption of the consumers. Das System nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Überprüfung und/oder Anpassung der Verbrauchskennlinie durch die Haussteuereinheit erfolgt, in dem die Haussteuereinheit den Stromzähler in Abhängigkeit von Zustandsveränderungen abfragt.The system according to the preceding claim, wherein a review and / or adjustment of the consumption curve is performed by the house control unit, in which the house control unit polls the electricity meter in response to state changes. Das System nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Haussteuereinheit in der Lage ist, den Gesamtstromverbrauch aller an ihr angeschlossenen Verbraucher über den Stromzähler zu ermitteln, wobei durch Differenzmessung die unbekannten Verbraucher der Haussteuereinheit angelernt werden, wobei dazu alle Verbraucher, bis auf den unbekannten Verbraucher, in den AUS-Zustand gehen oder konstant bleiben, um dann für den unbekannten Verbraucher durch aktivieren unterschiedlicher Zustände mit Hilfe einer Differenzmessung am Stromzähler die Verbrauchskennlinie zu bestimmen.The system according to the preceding claim, wherein the house control unit is able to determine the total power consumption of all consumers connected to it via the electricity meter, whereby the unknown consumers of the home control unit are trained by measuring the difference, with all consumers, except for the unknown consumer, go into the OFF state or remain constant, then to determine the consumption curve for the unknown consumer by activating different states using a differential measurement on the electricity meter. Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden drei Ansprüchen, wobei die Haussteuereinheit für die einzelnen Verbraucher in folgender Reihenfolge vorgeht, a. Falls die Verbrauchskennlinie für den Verbraucher manuell eingetragen wurde, so wird diese als Startwert verwendet, b. Falls der Stromverbrauch des Verbrauchers der Haussteuereinheit selbst mitteilen wird, so wird auf Basis dieser die Verbrauchskennlinie in regelmäßigen Abständen bestimmt, c. Sofern vorhanden wird die zentrale Datenbank nach der Verbrauchskennlinie für jeden noch nicht ermittelten Stromverbrauch und Verbraucher abgefragt, d. Sofern kein Eintrag in der zentralen Datenbank existiert, werden die Datenbanken der Hersteller einzeln nach den Verbrauchskennlinien abgefragt, e. Wenn über Punkt a)–d) keine Verbrauchskennlinie zu ermitteln ist, wird das Gerät anfänglich zur initialen Bestimmung in den AN- und dann in den AUS-Zustand versetzt, daraus ermittelt sich der Stromverbrauch durch Differenzmessung, wobei diese Zustände auch manuell durch einen Nutzer oder, wenn die Verbraucher durch die Haussteueranlage steuerbar sind, auch über diese bereitgestellt werden können.The system according to one or more of the preceding three claims, wherein the home control unit for each consumer proceeds in the following order, a. If the consumption curve was entered manually for the consumer, this is used as start value. b. If the consumer's power consumption is reported to the house control unit itself, then the consumption curve is determined at regular intervals on the basis of this c. If available, the central database is queried according to the consumption curve for each unused power consumption and consumer. d. If no entry exists in the central database, the databases of the manufacturers are queried individually according to the consumption characteristics. e. If no consumption curve is to be determined via point a) -d), the device is initially set to the initial determination in the ON and then in the OFF state, from which the power consumption is determined by differential measurement, these states also manually by a user or, if the consumers are controllable by the home control system, can also be provided via this. Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbraucher über einen Feldbus und/oder Netzwerk, wie Ethernet, WLAN, Bluetooth oder KNX mit dem Haussteuergerät verbunden ist.The system according to one or more of the preceding claims, wherein the consumer is connected via a field bus and / or network, such as Ethernet, WLAN, Bluetooth or KNX with the home control unit. Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Haussteuergerät, statistische Informationen über zukünftige Stromverbräuche und/oder die Erkennung von Verbrauchern mit unnormalen oder hohen Stromverbräuchen bereitstellt.The system of one or more of the preceding claims, wherein the home controller provides statistical information about future power consumption and / or the detection of consumers with abnormal or high power consumption. Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Haussteuergerät ausgebildet ist, um bei einem Ausfall von einem Gerät, das seinen Stromverbrauch selbst mitteilt, ein baugleiches Gerät oder dessen Kennlinien zur Simulation des Stromverbrauchs des ausgefallenen Gerätes heranzieht.The system according to one or more of the preceding claims, wherein the home control unit is designed to use an identical device or its characteristics for simulating the power consumption of the failed device in case of failure of a device that communicates its own power consumption.
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