DE102018116695A1 - Lighting system with controlled power consumption - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Steuern der Leistungsaufnahme von Komponenten (2..6) eines Beleuchtungssystems, wobei die Steuervorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, für jede Komponente (2..6) eine zulässige Änderung der Leistungsaufnahme zu ermitteln, eine gewünschte Änderung der Leistungsaufnahme des Beleuchtungssystems zu bestimmen und die Leistungsaufnahme der Komponenten (2..6) auf der Grundlage der gewünschten Änderung und der zulässigen Änderung zu steuern.The present invention relates to a control device for controlling the power consumption of components (2..6) of a lighting system, the control device (1) being designed to determine a permissible change in power consumption for each component (2..6), a desired one Determine the change in the power consumption of the lighting system and control the power consumption of the components (2..6) on the basis of the desired change and the permissible change.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Steuern der Leistungsaufnahme von Komponenten eines Beleuchtungssystems sowie ein System und ein Verfahren zum Steuern der Leistungsaufnahme.The present invention relates to a control device for controlling the power consumption of components of a lighting system and a system and a method for controlling the power consumption.
Die von Verbrauchern im Stromnetz aufgenommene elektrische Leistung unterliegt im tageszeitlichen Verlauf Schwankungen, welche vom Netzbetreiber aufwändig durch das Zu- und Abschalten von Spitzenlastkraftwerken oder eine anderweitige Regelung der Stromerzeugung abgedeckt werden müssen, um eine Änderung der Netzfrequenz und der Netzspannung oder gar Stromausfälle zu vermeiden. Diese Anpassung macht die Stromerzeugung teuer, insbesondere wenn ein erhöhter Bedarf von der Prognose abweicht. Andererseits kann es in Stromnetzen mit regenerativen Stromerzeugern wie Solar- oder Windkraftanlagen zu Überkapazitäten und sogar negativen Strompreisen kommen. Mittels Rundsteuersignalen ist es möglich, die Leistungsaufnahme von bestimmten energieintensiven Großverbrauchern wie Aluminium- und Elektrostahlwerke gegen eine gewisse Vergünstigung im Strompreis vom Stromversorger entsprechend der aktuellen lokalen Netzsituation zu reduzieren oder zu steigern. Auch in Großbetrieben mit einer eigenen Stromerzeugung besteht Bedarf an einer Lastoptimierung bzw. einer Harmonisierung/Steuerung des Lastprofils.The electrical power consumed by consumers in the power grid is subject to fluctuations in the course of the day, which the network operator has to cover in a complex manner by switching on and off peak load power plants or other regulation of the power generation in order to avoid a change in the grid frequency and the grid voltage or even power failures. This adjustment makes electricity generation expensive, especially if an increased demand deviates from the forecast. On the other hand, there may be overcapacities and even negative electricity prices in power grids with regenerative power generators such as solar or wind power plants. Using ripple control signals, it is possible to reduce or increase the power consumption of certain energy-intensive large consumers such as aluminum and electrical steel plants against a certain discount in the electricity price from the electricity supplier in accordance with the current local grid situation. Even in large companies with their own power generation, there is a need for load optimization or harmonization / control of the load profile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren und ein entsprechendes System anzugeben, die die beschriebenen Probleme verringern. Aufgabe ist es insbesondere, eine Steuervorrichtung, ein Beleuchtungssystem und ein Verfahren bereitzustellen, die eine Steuerung der Leistungsaufnahme des Beleuchtungssystems erlauben.The invention has for its object to provide devices and methods and a corresponding system that reduce the problems described. In particular, the object is to provide a control device, a lighting system and a method which allow control of the power consumption of the lighting system.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet.This object is achieved in accordance with the features of the independent claims. The invention is developed by the features of the dependent claims.
Gemäß der vorliegenden Erfindung steuert eine Steuervorrichtung die Leistungsaufnahme von Komponenten eines Beleuchtungssystems, wobei die Steuervorrichtung für jede Komponente eine zulässige Änderung der Leistungsaufnahme ermittelt, eine gewünschte Änderung der Leistungsaufnahme des Beleuchtungssystems bestimmt und die Leistungsaufnahme der Komponenten auf der Grundlage der gewünschten Änderung und der zulässigen Änderung steuert. Die zulässige Änderung definiert dabei eine mögliche Abweichung vom durch einen Anwender oder dem System vorgegebenen Regelbetrieb der Komponente, um zusätzlich eine Anpassung der Gesamtleistungsaufnahme des Beleuchtungssystems an Last- oder Strompreisschwankungen zu ermöglichen. Der Umfang der zulässigen Änderung kann vom Typ und Einbauort der Komponente oder anderen Kriterien abhängen und bis zu dessen Abschaltung oder Aktivierung führen.According to the present invention, a control device controls the power consumption of components of a lighting system, the control device for each component determining an allowable change in power consumption, determining a desired change in power consumption of the lighting system, and the power consumption of the components based on the desired change and the allowable change controls. The permissible change defines a possible deviation from the normal operation of the component specified by a user or the system, in order to additionally allow the total power consumption of the lighting system to be adapted to fluctuations in load or electricity prices. The extent of the permissible change can depend on the type and installation location of the component or other criteria and can lead to its shutdown or activation.
Die Komponenten können insbesondere Leuchten oder auch Aktoren, Antriebe für Türen, Tore oder Rollläden, andere Steuervorrichtungen, Lüfter, Heiz- und/oder Klimageräte sein, bei denen generell oder zu bestimmten Zeiten/Ereignissen ein Spielraum bei der Leistungsabgabe und somit der Leistungsaufnahme (Energieverbrauch) besteht.The components can in particular be lights or also actuators, drives for doors, gates or roller shutters, other control devices, fans, heating and / or air conditioning units, in which, generally or at certain times / events, there is scope for the power output and thus the power consumption (energy consumption ) consists.
Zumindest eine Komponente kann eine dimmbare Leuchte sein, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, einen maximal und/oder minimal zulässigen Dimm-Pegel bei der Ermittlung der zulässigen Änderung zu ermitteln und bei der Steuerung der Leistungsaufnahme einen Dimm-Pegel auf der Grundlage der gewünschten Änderung und des maximal bzw. minimal zulässigen Dimm-Pegels zu bestimmen und den bestimmten Dimm-Pegel an die Leuchte zu übermitteln.At least one component can be a dimmable luminaire, the control device being designed to determine a maximum and / or minimum permissible dimming level when determining the permissible change and when controlling the power consumption, a dimming level based on the desired change and to determine the maximum or minimum permitted dimming level and to transmit the determined dimming level to the luminaire.
Den Komponenten können verschiedene Prioritäten zugeordnet sein, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, die Leistungsaufnahme der Komponenten auf der Grundlage der gewünschten Änderung, der zulässigen Änderung und der Prioritäten zu steuern. Die Priorität kann den Energiebedarf, den Spielraum für eine Änderung der Leistungsaufnahme und/oder die Bedeutung für den Betrieb (Entbehrlichkeit) einer Komponente wiederspiegeln.Different priorities can be assigned to the components, the control device being designed to control the power consumption of the components on the basis of the desired change, the permissible change and the priorities. The priority can reflect the energy requirement, the scope for changing the power consumption and / or the importance for the operation (dispensability) of a component.
Die zulässige Änderung von zumindest einer Komponente kann von der Tageszeit, dem Wochentag, der Jahreszeit, der Anzahl von Personen in einem bestimmten Bereich des Beleuchtungssystems, der Temperatur in dem bestimmten Bereich, der Helligkeit in dem bestimmten Bereich und/oder dem Betriebszustand anderer Komponenten in dem bestimmten Bereich abhängig sein, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, die Tageszeit, den Wochentag, die Jahreszeit, die Personenanzahl, die Temperatur, die Helligkeit und/oder den Betriebszustand zu bestimmten. Der genannte Bereich kann der Wirkungsbereich der Komponente oder ein Teil davon sein, welcher von der Steuervorrichtung mittels Sensoren überwacht wird, um beispielsweise zu ermitteln, wie viele Personen sich in dem von einer Leuchte zu beleuchtenden Bereich aufhalten und/oder wie groß der Anteil des Tageslichts in dem von der Leuchte zu beleuchtenden Bereich ist. Diese Informationen können bei der Ermittlung der zulässigen Änderung berücksichtigt werden.The allowable change of at least one component can vary from the time of day, the day of the week, the season, the number of people in a certain area of the lighting system, the temperature in the certain area, the brightness in the certain area and / or the operating state of other components in be dependent on the particular area wherein the control device is designed to determine the time of day, the day of the week, the season, the number of people, the temperature, the brightness and / or the operating state. The area mentioned can be the effective area of the component or a part thereof, which is monitored by the control device by means of sensors, for example to determine how many people are in the area to be illuminated by a lamp and / or how large the proportion of daylight in the area to be illuminated by the lamp. This information can be taken into account when determining the permissible change.
Die zulässige Änderung der Aufnahmeleistung in Bezug auf zumindest eine Komponente kann vom Nutzungsprofil der Komponente abhängig sein, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, ein Nutzungsprofil der Komponente zu erstellen. Das Nutzungsprofil kann Auskunft über den Betrieb/die Nutzung der Komponente zu bestimmten Zeiten oder Ereignissen geben, was eine Vorhersage der Nutzung der Komponente für den Zeitraum der Steuerung der Leistungsaufnahme und ein bessere Abschätzung einer zulässigen Änderung erlaubt.The permissible change in the input power with respect to at least one component can depend on the usage profile of the component, the control device being designed to create a usage profile of the component. The usage profile can provide information about the operation / use of the component at certain times or events, which allows a prediction of the use of the component for the period of controlling the power consumption and a better estimate of a permissible change.
Zusätzlich kann die Steuervorrichtung dazu ausgebildet sein, für die Erstellung des Nutzungsprofils einen manuellen Eingriff in die Steuerung der Leistungsaufnahme der Komponente zu erfassen. Der manuelle Eingriff kann ein Anheben eines Dimm-Pegels einer oder mehrerer Leuchten durch eine Person sein, nachdem der Dimm-Pegel durch die Steuervorrichtung für die gewünschte Änderung der Leistungsaufnahme des Beleuchtungssystems abgesenkt wurde. Im Nutzungsprofil kann dieser manuelle Eingriff mit einer starken Wichtung berücksichtigt werden, so dass bei einer späteren Änderung der Leistungsaufnahme der Dimm-Pegel der betreffenden Komponente nicht oder weniger stark abgesenkt oder angehoben wird, um keinen manuellen Eingriff zu provozieren.In addition, the control device can be designed to detect a manual intervention in the control of the power consumption of the component in order to create the usage profile. The manual intervention can be a person raising a dimming level of one or more luminaires after the dimming level has been lowered by the control device for the desired change in the power consumption of the lighting system. In the usage profile, this manual intervention can be taken into account with a strong weighting, so that when the power consumption changes later, the dimming level of the component in question is not or only slightly lowered or raised in order not to provoke manual intervention.
Die Steuervorrichtung kann dazu ausgebildet sein, die aktuelle Leistungsaufnahme des Beleuchtungssystems zu ermitteln und die aktuelle Leistungsaufnahme mit einer vorgegebenen Leistungsaufnahme zu vergleichen, um die gewünschte Änderung zu bestimmen. Die vorgegebene Leistungsaufnahme kann ein vom Hersteller, Anwender oder Netzbetreiber gesetzter konstanter oder von der Zeit oder bestimmten Ereignissen abhängiger Wert sein.The control device can be designed to determine the current power consumption of the lighting system and to compare the current power consumption with a predetermined power consumption in order to determine the desired change. The specified power consumption can be a constant value set by the manufacturer, user or network operator or dependent on time or certain events.
Alternativ kann die Steuervorrichtung dazu ausgebildet sein, ein Signal zu empfangen, das die gewünschte Änderung anzeigt. Das Signal kann vom Netzbetreiber oder einem Managementsystem, das die aktuellen Strompreise erfasst, empfangen werden.Alternatively, the control device can be designed to receive a signal that indicates the desired change. The signal can be received by the network operator or a management system that records the current electricity prices.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Beleuchtungssystem eine der beschriebenen Steuervorrichtungen auf.According to the present invention, a lighting system has one of the control devices described.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Steuern der Leistungsaufnahme von Komponenten eines Beleuchtungssystems die Schritte:
- - Ermitteln einer zulässigen Änderung der Leistungsaufnahme für jede Komponente,
- - Bestimmen einer gewünschte Änderung der Leistungsaufnahme des Beleuchtungssystems, und
- - Steuern der Leistungsaufnahme der Komponenten auf der Grundlage der gewünschte Änderung und der zulässigen Änderung auf.
- - determining an allowable change in power consumption for each component,
- - Determining a desired change in the power consumption of the lighting system, and
- - Control the power consumption of the components based on the desired change and the allowable change.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 schematisch den Aufbau eines Beleuchtungssystems nach einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, -
2 eine vereinfachte Schaltung der Steuervorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, und -
3 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Darstellung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
1 schematically the structure of a lighting system according to an embodiment according to the present invention, -
2 a simplified circuit of the control device according to an embodiment according to the present invention, and -
3 a simplified flow diagram to illustrate the method according to the present invention.
Komponenten mit gleichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Components with the same functions are identified in the figures with the same reference symbols.
Das Beleuchtungssystem bzw. der Datenbus
Die Komponenten
In der Steuervorrichtung
Die Steuervorrichtung
Die Änderung der Leistungsaufnahme kann bei einem ansteigenden Fehlbetrag bei allen Komponenten
Der Raum, in dem sich die Leuchte/Komponente
Die zulässige Änderung der Helligkeit einer Leuchte kann zudem von der Tageszeit, dem Wochentag, der Jahreszeit und/oder dem Betriebszustand anderer Leuchten in dem Raum abhängig sein.The permissible change in the brightness of a lamp can also depend on the time of day, the day of the week, the season and / or the operating state of other lamps in the room.
Die Steuervorrichtung
Bei vielen Nutzungsmustern liegen stochastische Prozesse vor. Die Steuervorrichtung
In das Nutzungsprofil einer Komponente
Die Steuervorrichtung
In dem beschriebenen Beispiel ermittelt die Steuervorrichtung
Es ist auch möglich die individuelle Leistungsaufnahme jeder oder nur bestimmter Komponenten
Die Steuervorrichtung
Grundsätzlich denkbar sind zwei mögliche Herangehensweisen, um einen passenden Strombedarf abzurufen: zunächst kann ein Abrufsignal für die anzunehmende Strommenge von extern angewendet werden. Hierzu wird der Verbrauch der flexiblen Verbraucher erfasst oder aber durch eine genaue Kenntnis der eingesetzten Hardware und/oder der Betriebsbedingungen abgeschätzt. Andererseits kann auch der Strombedarf an eine planmäßige Vorgabe angepasst werden. Hierzu ist lediglich eine Messung der gesamten aufgenommene Leistung nötig. Zwar ist eine Messung des Stromverbrauchs der flexiblen Verbraucher individuell möglich, jedoch nicht erforderlich.In principle, two possible approaches are conceivable in order to call up a suitable power requirement: first, a call signal for the assumed amount of electricity can be applied externally. For this purpose, the consumption of the flexible consumers is recorded or estimated by precise knowledge of the hardware used and / or the operating conditions. On the other hand, the electricity requirement can also be adapted to a planned specification. All that is required is a measurement of the total power consumed. A measurement of the power consumption of the flexible consumers is possible individually, but not necessary.
In dem beschriebenen Beispiel werden die Steuersignale von der Steuervorrichtung
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