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
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
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.
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
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.
- 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
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Als Grundlage zur Lösung der Aufgabenstellung wird folgende Umgebung des Nutzers angenommen, wie in
Vorhanden ist ein intelligenter Stromzähler
There is an
Die (Software-)Komponente auf der Haussteuereinheit
Verbraucher (wie z. B. Glühbirne
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
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 ) derHaussteuereinheit 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 mitdem 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 Datenbank113 , welche sich nicht im lokalen Heim, sondern bei einem Betreiber verortet ist, ermittelt werden. Möglich wäre eine Bereitstellung der Informationen durch den Betreiber (ITK-Provider111 ) der zentralen Datenbank113 , 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 überdas 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 Haussteuereinheit100 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.
- 1. The device is recorded manually by the user with subsequent configuration of the assignment in a
local device database 113a ) of thehouse 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 thelocal 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 meter101 - 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 database113 , 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 provider111 ) of the central database113 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 theInternet 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 thehouse 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 Haussteuereinheit100 ,Waschmaschine 103 ,Fernseher 104 ,PC 112 , Router, WLAN-Router) und des überden intelligenten Stromzähler 101 ermittelten Stromverbrauchs der Summe der Summe desStromverbrauchs von Geräten 102 , die keine Meldungen an die Haussteuereinheit liefern. Ist im Zeitbereich der Messung/Stromverbrauchsermittlung gem. der vorhandenen Kennliniendatenbank113a nurein 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 Datenbank113a 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.
- 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 deviceshouse control unit 100 ,Washing machine 103 ,TV 104 ,PC 112 , Routers, wireless routers) and the via thesmart meter 101 determined power consumption of the sum of the sum of the power consumption ofdevices 102 that do not deliver messages to the house control unit. Is in the time range of the measurement / electricity consumption acc. the existingcharacteristic database 113a only onedevice 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 thedatabase 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
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
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
Beispielhafter Ablauf für ausgewählte Verbraucher:Example process for selected consumers:
Konfigurationsphase:Configuration phase:
Der Fernseher
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass über die drahtlose oder drahtgebundene Verbindung (z. B. IP-Verbindung über WLAN oder LAN)
Die Glühlampe
Nutzungsphase:Utilization phase:
Die Waschmaschine
Der intelligente Stromzähler
Die (Software-)Komponente auf der Haussteuereinheit
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
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
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- US 2011049984 [0007] US 2011049984 [0007]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- http://www.mikrocontroller.net/articles/Hausbus [0004] http://www.mikrocontroller.net/articles/Hausbus [0004]
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