Настоящее изобретение относится к способам, системам и устройствам для управления количеством электроэнергии, потребляемой установленными в доме бытовыми электроприборами.
Как известно, в последнее время все более актуальной становится проблема снижения уровня энергопотребления бытовыми электроприборами. Основными причинами возрастания важности этой задачи являются:
- возможность решения проблемы перебоев подачи электроэнергии благодаря использованию ограничивающего устройства (обычно термического действия, чувствительного к количеству протекающего через него электрического тока), настроенного на определенное максимальное количество электроэнергии (контрактному уровню энергопотребления), указанное в договоре на поставку электроэнергии между ее производителем и потребителем;
- с более общей точки зрения, возможность управления потреблением электроэнергии в заданных пределах и избежания таким образом пиков энергопотребления с соответствующей серьезной экономией ресурсов производителями электроэнергии благодаря усовершенствованному планированию производством электроэнергии.
Первая из указанных причин относится, в первую очередь, к тем странам, которые не являются производителями всей потребляемой ими электроэнергии и, вследствие этого, стремятся ограничить энергопотребление личными домашними хозяйствами в пользу промышленного энергопотребления (например, к Италии, где типичный договор на поставку электроэнергии заключается лишь на 3 кВт).
С другой стороны, вторая из приведенных выше причин имеет более глобальный характер, поскольку затрагивает интересы также и тех стран, которые, даже вырабатывая достаточное количество электроэнергии (например, за счет использования атомных электростанций), тем не менее вынуждены постепенно снижать суммарное энергопотребление во исполнение международных конвенций по охране окружающей среды, которые ограничивают допустимое количество вредного излучения.
Для достижения указанной цели в настоящее время активно разрабатываются методы, направленные на стимулирование экономии потребляемой электроэнергии на основе специальных экономических рычагов, регулирующих ее энергопотребление. В частности, в Европе практикуется применение дифференцированных тарифов в соответствии со следующими критериями:
- критерий т.н. “горизонтального” типа, который в настоящее время принят во многих странах, состоит в применении дифференцированного тарифного плана, зависящего от периода потребления электроэнергии, в частности, ночных тарифов;
- критерий т.н. “вертикального” типа, который в настоящее время прорабатывается, состоит в применении для одного и того же времени суток тарифа, дифференцированного в зависимости от уровня энергопотребления, например, в соответствии с правилами, принятыми налоговым управлением США в отношении налогообложения.
Для решения поставленных задач предлагалось большое количество способов, основанных на рациональном использовании электроэнергии совокупностью установленных в доме бытовых электроприборов.
В большинстве из предложенных решений управление потреблением электроэнергии совокупностью установленных в доме бытовых электроприборов осуществляется при помощи контрольной системы, основанной на использовании централизованного устройства, управляющего распределением нагрузки путем непосредственного регулирования работы бытовых электроприборов, оснащенных подходящими для этой цели управляющими функциями, либо за счет использования “умных” розеток, которые регулируют поставку электроэнергии на включенные в них бытовые электроприборы при помощи функций ВКЛ/ВЫКЛ.
Центральное управляющее устройство вышеуказанного типа отличается возможностью осуществления работы в автоматическом режиме даже при сохранении исходной конфигурации индивидуальной схемы включения конкретного бытового электроприбора (в дальнейшем именуемого “потребитель”). Центральное управляющее устройство также отличается тем, что при использовании системы таких устройств они организуются на иерархически более высоком уровне, нежели отдельные потребители электроэнергии, т.е. выполняют ведущую роль, осуществляя активный контроль работы потребителей.
Однако такие известные как “централизованные” системы контроля либо управления имеют определенные недостатки.
Первым общим недостатком таких систем является сложность такого централизованного управляющего устройства, которое должно представлять собой программируемый электронный узел, так как в его функции входит управление большим количеством бытовых электроприборов в разное время и разными способами. Это требует определенных навыков от пользователя, установившего такое устройство у себя дома.
Вторым недостатком указанных систем является низкая эффективность указанного управляющего устройства, которая обычно ограничивается управлением подачи электроэнергии на отдельные бытовые электроприборы на основании только лишь информации о состоянии прибора ВКЛ/ВЫКЛ (включен либо выключен) и выключением отдельного прибора - потребителя электроэнергии из сети при превышении предельного уровня энергопотребления с минимальным использованием атрибута приоритетности.
Для иллюстрации примененного выше понятия “низкая эффективность” рассмотрим пример, когда выключаемый вследствие превышения предельного уровня энергопотребления потребитель электроэнергии представляет собой стиральную машину, осуществляющую в данный момент стадию нагрева воды. В этом случае отключение стиральной машины от сети фактически сделает невозможным использование тепловой энергии, уже накопленной в нагреваемой воде за время, прошедшее с начала стадии нагрева. Однако тепловая энергия воды могла бы быть использована, если бы стиральная машина не выключалась полностью, а продолжала вращение барабана с расходом энергии всего лишь 0,1 кВт даже при выключенном нагревателе, работа которого обычно связана с расходованием 2 кВт электроэнергии.
Третьим типичным недостатком указанных систем является высокая стоимость централизованного управляющего устройства, для программирования которого требуется наличие соответствующего интерфейса пользователя, который обычно включает клавиатуру и дисплей, а также электронной системы управления с необходимой вычислительной мощностью и объемом памяти (наподобие персонального компьютера).
Альтернативой такому централизованному подходу является использование системы, описанной в Заявке на Патент Европейского Союза ЕР-А-0 727668, поданной на имя автора настоящего изобретения, которая основана на системной архитектуре распределенного типа.
В указанном документе описывается система бытовых электроприборов, способная получать на постоянной основе информацию о суммарном уровне энергопотребления всех потребителей электроэнергии (включая бытовые электроприборы, осветительное оборудование, систему кондиционирования помещений и т.п.), а также запоминающая максимальное допустимое количество потребляемой электроэнергии (контрактный уровень энергопотребления), текущее время (функция часов) и данные о стоимости электроэнергии, которая, скорее всего, будет зависеть от времени суток.
Подобная информация поступает в систему за счет использования соответствующих измерительных устройств, расположенных вне системы бытовых электроприборов, которые могут представлять собой счетчик электроэнергии, настроенный определенным образом, либо иное специальное устройство, а также средства передачи информации, которые вообще могут быть любого типа, но в предпочтительном варианте представляют собой силовую линию, т.е. ту же самую сеть электропитания. На основании информации, полученной от внешнего измерительного устройства, и в зависимости от заданных для каждого отдельного бытового электроприбора уровней приоритетности указанные бытовые электроприборы (каждый из которых имеет индивидуальную систему электронного управления и подходящий интерфейс для связи с сетью электропитания) могут выполнять функции “спонтанного” и автоматического ограничения своего собственного уровня энергопотребления с целью постоянного поддержания уровня энергопотребления всей системы бытовых электроприборов ниже предельно допустимой величины в соответствии с договором на поставку электроэнергии, причем для осуществления такой функции не требуется никакой внешней по отношению к бытовым электроприборам централизованной системы управления, ни какого бы то ни было вмешательства со стороны пользователя системы.
Таким образом, система, описанная в заявке ЕР-А-0 727668, позволяет достичь определенных важных преимуществ с точки зрения простоты в эксплуатации и гибкости по сравнению с известными ранее решениями, основанными на использовании централизованного управляющего устройства.
Система, описанная в заявке ЕР-А-0 727668, обеспечивает адекватное управление каждым из отдельных используемых бытовых электроприборов за счет сбора информации о текущем моментальном уровне потребления электроэнергии, причем указанная информация передается с внешнего по отношению к бытовым электроприборам измерительного устройства через определенные интервалы времени при помощи средства для передачи данных, которое, как указано выше, представляет собой сеть электропитания.
Однако такой подход к решению проблемы сбора информации, основанный на измерении моментального суммарного энергопотребления через определенные интервалы времени, может иметь некоторые недостатки.
В частности, в заявке ЕР-А-0 727668 предлагается использование фиксированного, относительно длительного временного интервала между двумя последовательным событиями передачи указанной информации, т.е. порядка нескольких десятков секунд, в результате чего бытовые электроприборы не всегда могут реагировать на изменение ситуации достаточно быстро во избежание излишнего потребления электроэнергии.
Предположим, например, что бытовой электроприбор активизируется, т.е. начинает потреблять электроэнергию из сети, при следующих обстоятельствах:
- непосредственно после того, как внешнее измерительное устройство посылает в сеть передачи информации данные о текущем моментальном уровне энергопотребления и
- когда уровень потребления электроэнергии, определяемый совокупностью других работающих бытовых электроприборов, уже практически достиг максимального допустимого уровня.
Очевидно, что в данной ситуации уровень потребления электроэнергии в связи с включением нового бытового электроприбора превысит контрактный уровень энергопотребления или же предельно допустимый уровень для данной сети, что может привести к перебою подачи электроэнергии. Это происходит вследствие того, что в течение временного интервала до подачи измерительным устройством очередного сигнала о текущем уровне энергопотребления другие бытовые электроприборы, работающие в системе, не будут в состоянии отреагировать соответствующим образом и снизить свой собственный уровень потребления электроэнергии для того, чтобы удержать суммарный уровень энергопотребления системы в пределах допустимого уровня.
Теоретически вышеуказанный недостаток может быть частично устранен за счет повышения частоты посылки информации с измерительных устройств, например, с интервалом порядка одной секунды. Очевидно, однако, что такое решение проблемы привело бы к резкому увеличению потока информации через средство передачи информации, поскольку данные о текущем суммарном уровне энергопотребления системы генерировались бы практически постоянно.
Целью настоящего изобретения является решение проблем, связанных с вышеуказанными недостатками существующей системы, и обеспечение решения, дающего возможность для усовершенствованного управления потреблением электроэнергии совокупностью установленных в доме бытовых электроприборов во избежание превышения максимального уровня энергопотребления, указанного в договоре на поставку электроэнергии, либо иного предельного уровня, установленного потребителем электроэнергии.
Вообще целью настоящего изобретения является обеспечение способа управления, аналогичного описанному в заявке ЕР-А-0 727668, но отличающегося тем, что сеть передачи данных между различными бытовыми электроприборами в рамках системы определенным образом усовершенствуется во избежание незапланированной перегрузки сети, за исключением случаев крайней необходимости, и гарантирующей в результате повышенную стабильность системы передачи данных как таковой.
Также целями настоящего изобретения являются обеспечение способа управления энергопотреблением системы и измерительного устройства, направленных на реализацию указанной системы простым и эффективным образом.
Эти и прочие цели настоящего изобретения, которые будут более подробно раскрыты ниже, достигаются за счет использования способа, системы и устройства для управления количеством электроэнергии, потребляемой совокупностью установленных в доме бытовых электроприборов, причем указанные способ, система и устройство обладают характеристиками, приводимыми в формуле изобретения и являющихся неотъемлемой частью настоящего описания.
Цели, характеристики и преимущества настоящего изобретения станут понятны из приводимого ниже подробного описания и прилагаемых фигур, которые приводятся в качестве не ограничивающих примеров, причем
- на фиг.1 приводится схематическое изображение системы бытовых электроприборов, установленных в доме, включающей различные типы потребителей электроэнергии, среди которых находятся потребители, принадлежащие к системе оптимизированного управления потреблением электроэнергии и соединенные между собой соответствующей сетью передачи данных по настоящему изобретению;
- на фиг.2 приводится график, отображающий связь между уровнем суммарного энергопотребления бытовыми электроприборами относительно максимального заданного значения и частотой, с которой измерительное устройство, входящее в систему по настоящему изобретению, передает по сети информацию о текущем моментальном значении потребляемой электроэнергии.
На фиг.1 система бытовых электроприборов, используемых в домашнем хозяйстве А, представлена в общем виде в соответствии с концепцией настоящего изобретения.
Указанная система основана на соединении в систему некоторого количества бытовых электроприборов или, в более суммарном смысле, различных бытовых потребителей электроэнергии, и служит для рационализации потребления электроэнергии указанными различными потребителями во избежание превышения заданного предела, определяемого условиями контракта на поставку электроэнергии, либо иного предельного уровня энергопотребления, установленного пользователем системы.
Общая структура системы представлена на фиг.1 и объединяет различные типы бытовых пользователей электроэнергии в соответствии с заявкой ЕР-А-0 727668, основные соответствующие принципы которой включены в настоящее описание в качестве ссылки. В рамках указанной системы различные бытовые пользователи электроэнергии соответствующим образом предварительно организованы с целью автоматического динамического регулирования их собственного уровня энергопотребления путем постоянной его адаптации под суммарные энергетические нужды домашнего хозяйства А, в котором они эксплуатируются, которые могут зависеть от времени суток. Другими словами, бытовые электроприборы по настоящему изобретению оснащаются системами управления, обладающими, по меньшей мере, следующими основными функциями:
1) способностью принимать через соответствующие средства передачи данных и соответствующий электронный интерфейс информацию относительно текущего моментального суммарного потребления электроэнергии (или, проще говоря, суммарному уровню потребления электрического тока) и заранее установленного предельного уровня энергопотребления для домашнего хозяйства, в котором указанные бытовые электроприборы используются, причем указанная информация подается со специального измерительного устройства, приспособленного для данной цели;
2) способностью интерпретировать информацию относительно суммарного уровня энергопотребления, относительно предельного уровня энергопотребления, который определяется договором на поставку электроэнергии (контрактному уровню) или относительно иного предела, устанавливаемого пользователем системы (например, привязанного к текущему тарифу на электроэнергию);
3) способностью постоянно управлять собственным энергопотреблением в соответствии с конкретной функцией бытового электроприбора и, в максимально возможной степени, с функциями, выполняемыми другими бытовыми электроприборами указанной системы.
В п.1 приведенного выше списка отражено требование наличия подходящего устройства для измерения электроэнергии, потребляемой домашним хозяйством, и адекватной системы передачи данных от указанного измерительного устройства и потребителями электроэнергии, которые в соответствии с настоящим изобретением оснащаются системой для динамического автоматического регулирования уровня потребления электроэнергии.
В пп.2 и 3 приведенного выше списка отражено требование оснащения бытовых электроприборов системами управления, способными на основании информации, передаваемой измерительным устройством, действовать скоординированно с целью поддержания суммарного уровня энергопотребления системы домашнего хозяйства в пределах установленного (в зависимости от условий контракта на поставку электроэнергии или устанавливаемого пользователем системы, исходя из собственных соображений), периодически подбирая оптимальное соотношение между необходимостью снижения энергопотребления и необходимостью поддержания работоспособности бытовых электроприборов на должном уровне.
Для достижения указанных целей на фиг.1 обозначение RE соответствует сети передачи данных в рамках системы бытовых электроприборов, к которой подключены различные бытовые электроприборы. В данном примере сеть RE включает указанную домашнюю сеть электропитания, а система передачи данных между различными бытовыми электроприборами представляет собой систему типа силовой линии, обеспечивающую обмен информацией между ее различными узлами, обозначенными как N и описываемыми ниже, без необходимости использования дополнительной системы проводов в доме.
Каждый узел N включает, например, соответствующий микрокомпьютер, осуществляющий определенный протокол передачи данных (т.е. набор правил обмена информацией с другими узлами сети), и подходящий электронный интерфейс, включающий двухсторонний модем для носителя типа силовой линии полудуплексного типа, т.е. способный осуществлять обмен информацией в обоих направлениях, но в различные моменты времени, а также соответствующий адаптер для сети передачи данных, которая, как уже сказано, в данном примере представляет собой сеть электропитания RE.
Аббревиатура СЕ обозначает счетчик электроэнергии стандартного типа, используемого в домах. Предполагается, что указанное измерительное устройство СЕ устанавливается на входе сети электропитания дома, хотя физически оно может быть установлено на первом этаже (в случае кондоминиума), либо вне здания (в случае отдельных домов).
Аббревиатура QE обозначает главный распределительный щит, расположенный непосредственно за измерительным устройством СЕ и включающий, помимо всех стандартных преобразующих устройств (переключателей) и защитных устройств (ограничителей мощности, предохранителей и т.п.), подходящее измерительное устройство МР, подключенное к сети через соответствующий узел N.
Аббревиатуры FO, LS, FG, LB, СО обозначают соответственно плиту, посудомоечную машину, холодильник, стиральную машину и морозильник, каждый из которых оснащен подходящей электронной системой управления, обладающей вышеуказанными функциями и должным образом подключенной к сети передачи данных через соответствующий узел N.
Аббревиатура СОТ обозначает обычный морозильник, т.е. морозильник, не имеющий электронной системы управления, описанной выше, и, соответственно, не способный непосредственно обмениваться данными с внешней средой. Аналогично, аббревиатура AU обозначает всех остальных пользователей электроэнергии (например, утюг, фен, миксер, тостер, электрическую плитку, различные светильники и т.п.), не способные самостоятельно регулировать свое собственное энергопотребление на основании информации, выдаваемой измерительным устройством МР, расположенным на входе сети электропитания.
Такие обычные потребители СОТ и AU не представляют собой активных элементов саморегулирующейся системы управления энергопотреблением, но, тем не менее, включены в логическую схему указанной системы, поскольку они являются независимыми элементами нагрузки, которые по отношению к другим “умным” потребителям электроэнергии обладают максимальным или абсолютным приоритетом и требуют внешнего управления во избежание превышения заданного предельного уровня электроэнергии, которая может потребляться указанной совокупностью бытовых электроприборов.
Измерительное устройство МР относится к исходной, не разбитой на участки длине сети электропитания RE и устанавливается с целью измерения суммарного уровня энергопотребления всеми бытовыми электроприборами системы. Измерительное устройство МР способно посылать непосредственно в сеть электропитания RE через соответствующий интерфейсный узел N информацию относительно суммарного уровня энергопотребления бытовыми электроприборами системы и максимально допустимого уровня энергопотребления (контрактному уровню или иному пределу, установленному пользователем системы).
В соответствии с настоящим изобретением частота передачи указанной информации зависит, как будет описано ниже, непосредственно от измеряемого текущего уровня потребления электроэнергии, или, проще говоря, от уровня тока в сети, отнесенного к предварительно заданному предельному уровню. Необходимо учитывать, что, фактически, в простейшем варианте использования настоящего изобретения измерительное устройство МР может быть установлено в системе для посылки в сеть электропитания RE информации по уровню суммарного потребления электрического тока бытовыми электроприборами, а не суммарного уровня потребляемой электроэнергии. Такое упрощение законно, поскольку устройство, ограничивающее уровень потребляемой электроэнергии, которое может быть установлено в системе в соответствии с контрактом на поставку электроэнергии, обычно представляет собой прибор термического принципа действия, работа которого, т.е. прерывание электрической сети, зависит от нагрева, зависящего от величины тока в сети, а не от подаваемого напряжения (и, соответственно, мощности).
Измерительное устройство МР может изготовляться в соответствии с известными технологиями. Например, если в системе установлено устройство, измеряющее суммарную потребляемую мощность в сети, то такое измерительное устройство может включать
- амперметр для измерения тока в сети;
- вольтметр для измерения напряжения в сети;
- управляющую микросхему для осуществления глобального управления измерительным устройством МР;
- стабилизированный источник постоянного тока для подачи постоянного тока на малом напряжении на различные активные компоненты системы;
- подходящий фильтр, исключающий подачу информации, циркулирующей в пределах системы передачи данных по силовой линии, во внешнюю электрическую цепь.
В рамках такого устройства управляющая микросхема, основанная на микропроцессоре, выполняет, по меньшей мере, три основные функции:
- измерение активной мощности (тока), потребляемой системами бытовых электроприборов дома;
- посылка соответствующей информации, а также информации о максимально допустимом уровне энергопотребления, в ту же самую сеть электропитания RE через систему передачи данных по силовой линии;
- установка частоты посылки измерительным устройством МР информационных сигналов в сеть электропитания RE.
В примере реализации настоящего изобретения, описанного выше, измерение активной мощности, потребляемой в сети, может осуществляться, в частности, управляющей микросхемой измерительного устройства МР на основе сигналов, посылаемых вольтметром и амперметром, с учетом сдвига фазы между током и напряжением. Мощность (энергопотребление) рассчитывается измерительным устройством МР на основе текущего уровня напряжения (выдаваемого вольтметром) и текущего уровня тока (выдаваемого амперметром), а также на основе сдвига фаз, который определяется путем измерения интервала времени между моментами нулевого напряжения и нулевого тока.
Передача измеренного значения активной мощности, потребляемой бытовыми электроприборами системы, в “шину” данных сети RE осуществляется управляющей микросхемой через интерфейс N измерительного устройства МР. Очевидно, что интерфейс N измерительного устройства МР должен быть приспособлен для диалогового взаимодействия с “шиной” данный силовой линии и обеспечивать соблюдение международных стандартов электробезопасности, электромагнитной совместимости и процедур обмена информацией.
Следовательно, как видно из вышесказанного, измерительное устройство МР должно представлять собой устройство, пригодное для измерения суммарной мощности (или, проще говоря, тока), потребляемого бытовыми электроприборами, и посылать измеренные значения в произвольном режиме “умным” потребителям FO, LS, FG, LB, СО, подключенным к сети электропитания RE, в соответствии с вышеописанными принципами. С этой целью указанное измерительное устройство МР должно быть связано с наличием потребителей электроэнергии, способными регулировать свое энергопотребление в соответствии с текущим уровнем доступной энергии и в соответствии с установленными для них уровнями приоритетности, как описано ниже.
В суммарном случае система, представленная на фиг.1, работает следующим образом.
Электроэнергия для питания бытовых электроприборов системы получается из сети электропитания через измеритель энергии СЕ. Как указано выше, электроэнергия, потребляемая бытовыми электроприборами, ограничивается при помощи соответствующего ограничительного устройства (не приведенного на схеме), которое отрегулировано в соответствии с условиями контракта на поставку электроэнергии. В приводимом примере предположим, что контрактный предел энергопотребления Рmах составляет 3 кВт.
Бытовые электроприборы FO, LS, FG, LB, CO, COT, AU питаются от стандартных сетевых розеток. Система управления каждого из “умных” бытовых электроприборов FO, LS, FG, LB, СО получает от измерительного устройства МР с частотой в соответствии с описываемым ниже принципом моментальное значение суммарной мощности РТ, потребляемой совокупностью подключенных к системе бытовых электроприборов, а также заданное значение Рmах - максимально допустимое значение потребляемой мощности. Система управления каждого работающего бытового электроприбора проверяет, не находится ли моментальное значение суммарной мощности РТ, потребляемой всеми бытовыми электроприборами системы, за пределами максимальной мощности Рmах, установленной в соответствии с контрактом на поставку электроэнергии и контролируемой указанным ограничителем мощности.
Например, в случае посудомоечной машины LS, если моментальное значение суммарной мощности РТ, потребляемой системой бытовых электроприборов дома А, превышает Рmах в случае запуска определенного рабочего цикла самой посудомоечной машины LS, то ее система управления обеспечит снижение энергопотребления данного бытового электроприбора LS на величину, большую или равную разности РТ - Рmах. После этого система управления посудомоечной машины LS обновит свои данные по уровню энергопотребления РТ в соответствии с текущим уровнем РТ для совокупности различных работающих бытовых электроприборов (как сказано выше, данная информация посылается в сеть измерительным устройством МР).
Верно и обратное, а именно, что если РТ меньше либо равно Рmах, то система управления проверяет статус энергопотребления соответствующего бытового электроприбора LS с целью возможного внесения изменений в режим работы посудомоечной машины.
Если в результате проведенных системой управления проверок выяснится, что бытовой электроприбор LS работает в нормальном режиме, т.е. его энергопотребление не было снижено на тот момент по сравнению с нормальным для него уровнем, то система управления бытового электроприбора LS только обновит свои внутренние данные по суммарному уровню электрической мощности, потребляемой системой бытовых электроприборов, без изменения режима работы данного прибора.
Если система управления посудомоечной машины LS в более ранний момент времени была вынуждена снизить уровень энергопотребления соответствующего бытового электроприбора, то теперь, по завершении проверки, давшей такой результат, она может разрешить увеличение потребляемой мощности, с учетом того, что количество добавленной мощности не должно превышать Рmах - РТ.
Как видно из вышесказанного, система управления каждого бытового электроприбора FO, LS, FG, LB, СО обладает способностью снижать уровень энергопотребления указанного прибора или, наоборот, доводить до его нормальной величины, необходимой для выполнения текущей фазы работы.
Система автоматической регулировки мощности, потребляемой каждым “умным” потребителем, может быть гораздо более сложной, чем описано здесь исключительно в качестве примера, но это не затрагивает принципов и целей настоящего изобретения.
Очевидно, что вышеописанная система обеспечивает задание системы приоритетов для отдельных потребителей электроэнергии с целью осуществления динамического распределения мощности между различными бытовыми электроприборами, работающими в периодическом режиме, с учетом важности той роли, которую играет отдельный бытовой электроприбор с точки зрения пользователя системы.
Если наступает ситуация, при которой плита FO и посудомоечная машина LS вступают в активный режим одновременно, то посудомоечная машина может автоматически принять решение отдать приоритет плите, поскольку приготовление пищи, скорее всего, следует рассматривать как более приоритетную задачу по сравнению с мытьем посуды. В результате посудомоечная машина будет осуществлять, например, нагрев воды только в те периоды, когда не будет работать плита.
Иными словами, вышеописанным способом можно обеспечить одновременную работу нескольких бытовых электроприборов, которые могут осуществлять совместное скоординированное использование электроэнергии, если их суммарное энергопотребление выше установленного для системы А предельно допустимого уровня, без того, чтобы вызвать перебои в подаче электропитания либо вообще превышение максимально допустимого уровня энергопотребления.
Как сказано выше, для каждого из таких “умных” бытовых электроприборов предполагается возможность обмена информацией с другими потребителями электроэнергии аналогичного уровня путем посылки их системам управления данных о своем энергопотреблении. Это делается для того чтобы, обладая такой информацией и данных о приоритетности конкретного потребителя электроэнергии, другие потребители могли регулировать свое собственное энергопотребление так, чтобы избегать превышения предельно допустимого предела. Как правило, обычные бытовые электроприборы СОТ и AU имеют максимальный уровень приоритета.
На фиг.2 в качестве примера приведен простейший пример того, как измерительное устройство МР осуществляет измерение электрического тока вместо измерения электрической мощности. На приводимом графике показано соотношение между суммарным током, потребляемым системой бытовых электроприборов, отнесенным к максимально допустимому пределу энергопотребления, и частотой, с которой измерительное устройство МР посылает в сеть передачи данных RE измеренное текущее значение суммарного уровня потребляемого тока.
Диаграмма на фиг.2 служит для иллюстрации того, как в соответствии с конкретными целями настоящего изобретения интервал времени между двумя последовательными событиями передачи данных в систему определяется уровнем измеренной мощности относительно ее допустимого предела (в соответствии с контрактом на поставку электроэнергии либо иным пределом, установленным пользователем системы).
В частности, на фиг.2 отображены две различные ситуации, при которых максимально допустимый предел, установленный для потребляемого в системе тока, равен соответственно 16 и 25 ампер. Здесь значение текущего моментального значения мощности, потребляемой системой бытовых электроприборов А в первом рабочем состоянии, определяется как L1, а значение текущего моментального значения мощности, потребляемой системой бытовых электроприборов А во втором рабочем состоянии, определяется как L2.
В случае, если максимально допустимый уровень тока в сети Рmах составляет 16 ампер, значения L1 и L2 посылаются измерительным прибором МР в сеть RE через различные промежутки времени.
Показание L1 посылается в систему каждые приблизительно 2,6 секунды, если максимально допустимый уровень тока в сети Рmах составляет 16 ампер, и каждые приблизительно 4,6 секунды, если максимально допустимый уровень тока в сети Рmах составляет 25 ампер.
В данном примере, если максимально допустимый уровень потребляемого тока Рmах составляет 16 ампер, то показание L2 точно соответствует указанному максимальному значению Рmах и поэтому будет посылаться в сеть ежесекундно (здесь данная частота принимается за максимально возможную скорость для системы силовой сети), а если максимально допустимый уровень потребляемого тока Рmах составляет 25 ампер, то показание L2 будет посылаться в сеть каждые 3,5 секунды.
Как видно, в соответствии с настоящим изобретением измерительное устройство МР не посылает в сеть RE информацию относительно суммарного уровня потребляемого системой бытовых электроприборов тока с фиксированной частотой, а посылает указанную информацию с частотой, определяемой величиной указанного уровня тока относительно максимально допустимого предельного уровня.
Другими словами, измерительная система МР при выборе частоты, с которой должна осуществляться посылка информации о текущем измеренном значении потребляемого тока, использует следующий принцип: чем ближе измеренное значение потребляемого тока к максимально допустимому значению, тем чаще происходит посылка информации об указанном измеренном значении тока потребителям электроэнергии в системе для того, чтобы они могли наиболее оперативно реагировать на возможное изменение ситуации во избежание превышения максимально допустимого предела.
Целью вышеописанной процедуры является загрузка сети передачи данных RE оптимальным образом, избегая ее перегрузки без необходимости и обеспечивая таким образом более высокую надежность самой системы передачи данных. На самом деле, снижение количества единиц информации, посылаемых в сеть электропитания, повышает надежность системы передачи данных, поскольку ее эффективность в данном случае становится менее зависимой от воздействия различных наводок и/или возможных событий передачи данных другими системами, использующими те же средства для их передачи и те же частотные диапазоны (например, системы безопасности, сигнализации и т.п.).
Необходимо отметить, что частота передачи информации, приведенная на фиг.2, является иллюстративной и дается исключительно для пояснения принципа управления посылкой данных о текущем измеряемом значении тока.
Очевидно точное определение указанных значений зависит от конкретных целей (минимизация загрузки сети передачи данных) и от используемой технологии передачи данных (силовой линии с эшелонной системой либо иной системы, доступной на рынке).
Спецификации на измерения, осуществляемые измерительным прибором МР, могут быть, например, следующими:
- максимальный учитываемый уровень потребления мощности: 12 кВт;
- уровни допустимой мощности в сети, которые могут устанавливаться пользователем (контрактный допустимый уровень либо предел, устанавливаемый по другим соображениям) при помощи подходящего тумблера (например, 3х-позиционного переключателя типа DIP) с шагами 1,5 кВт (например, 1,5-3,0-4,5-6,0-7,5-9,0-12,0 кВт).
- точность измерения: запас прочности +/- 10% (однако ошибка в сторону увеличения считается предпочтительной ошибке в сторону уменьшения).
Характеристики настоящего изобретения полностью представлены в вышеприведенном описании.
В частности, был описан способ управления электроэнергией, потребляемой установленными в доме потребителями электроэнергии, среди которых бытовые электроприборы, причем указанные потребители при работе объединены в сеть, в рамках которой каждый из указанных потребителей представляет собой нагрузку на источник электрической энергии, причем указанный способ включает следующие шаги:
- предварительная установка необходимого максимально допустимого значения электрической мощности в соответствии с возможностями указанного источника электрической энергии;
- оснащение каждого потребителя электроэнергии средствами управления с целью управления собственным энергопотреблением;
- измерение моментального суммарного потребления электроэнергии, поступающей с указанного источника, бытовыми электроприборами, установленными в доме;
- посылка на средства управления каждого из указанных потребителей электроэнергии через указанную сеть информации относительно моментального суммарного потребления указанной поступающей электроэнергии;
- обеспечение для средства управления каждого из указанных потребителей электроэнергии возможности регулирования нагрузки, выдаваемой указанным потребителем электроэнергии на указанный источник электроэнергии, в ответ на получения указанной информации.
В соответствии с настоящим изобретением информация относительно моментального суммарного уровня потребления электроэнергии передается через указанную сеть с частотой, зависящей от
- величины моментального суммарного уровня потребления электроэнергии, измеренного измерительным устройством;
- предварительно заданного предельно допустимого уровня энергопотребления.
В предпочтительном варианте использования настоящего изобретения чем ближе моментальный суммарный уровень потребления электроэнергии, измеренный измерительным устройством к предварительно заданному предельно допустимому уровню энергопотребления, тем выше частота, с которой в указанную сеть передается информация относительно моментального уровня потребления электроэнергии. Указанная информация касается суммарного уровня потребляемой мощности или, в упрощенном варианте, суммарного уровня потребляемого тока в системе бытовых электроприборов.
Кроме того, была система управления количеством электроэнергии, потребляемой совокупностью установленных в доме бытовых электроприборов, обеспечивающая
- подключение определенного количества потребителей электроэнергии, среди которых бытовые электроприборы, к сети передачи данных;
- измерительное устройство, расположенное внешне по отношению к указанным потребителям электроэнергии, пригодное для измерения моментального значения суммарного потребления электроэнергии бытовыми электроприборами.
Каждый из указанных потребителей электроэнергии оснащен средством управления, пригодным для управления его собственным энергопотреблением, во избежание перебоев подачи электроэнергии на бытовые электроприборы, которые могли бы случиться в результате превышения заданного предельно допустимого уровня потребляемой мощности, причем указанный уровень может определяться пользователем системы в соответствии с его личными мотивами (например, для понижения тарифа за электроэнергию). Указанное управление осуществляется указанными средствами управления путем посылки информации о моментальном суммарном уровне потребления электроэнергии бытовыми электроприборами и о предварительно заданном максимально допустимом уровне энергопотребления, причем указанная информация, в частности, поступает в указанную сеть через указанное измерительное средство.
Система в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает средства изменения частоты посылки по указанной сети указанной информации о моментальном суммарном уровне потребления электроэнергии и/или о предварительно заданном максимально допустимом уровне энергопотребления, причем моментальный суммарный уровень потребления электроэнергии измеряется указанным измерительным устройством.
Преимущества настоящего изобретения также становятся ясны из вышеприведенного описания.
В частности, с использованием настоящего изобретения становится возможным оптимизировать загрузку сети передачи данных между различными бытовыми электроприборами во избежание перегрузки ее без необходимости, а также обеспечить в результате более устойчивую систему передачи данных. Для специалистов в данной области понятно, что возможны самые различные изменения в предмете настоящего изобретения, описанном выше в качестве примера.
Например, использование указанной системы обмена информацией на основе силовой линии было предложено в силу практического удобства, поскольку в этом случае не требуется установки дополнительной сети передачи данных и, следовательно, обеспечивается совместимость с сетью электропитания любого домашнего хозяйства. Очевидно, однако, что для передачи информации между бытовыми электроприборами по настоящему изобретению могут быть использованы и другие средства, в частности двухпроводный кабель, подобный дуплексному телефонному кабелю (он представляет собой высокоэкономичное решение данной задачи), коаксиальный кабель, систему радиосвязи, систему на основе инфракрасного излучения и т.п.
Если измерительное устройство МР посылает в сеть RE только информацию о суммарном потребляемом токе, это значительно упрощает и удешевляет способ управления энергопотреблением на уровне каждого “умного” потребителя.
Приведенный выше пример описывает то, каким образом измерительное устройство МР обеспечивает автоматическую и произвольную рассылку информации об измеряемом значении потребителям электроэнергии, соединенным в сеть. Очевидно, однако, что система по настоящему изобретению может обеспечивать возможность для измерительного устройства МР рассылать измеренное значение также по специально сделанному запросу на каждый узел N или системы управления бытовых электроприборов, соединенных в сеть.
В соответствии с другими возможными вариантами использования настоящего изобретения измерительное устройство МР может также выполнять функции, отличные от вышеописанных.
Например, измерительное устройство МР может выполнять функции часов и календаря, которые будут иметь защиту от возможных перебоев подачи электроэнергии в сети. В этом случае измерительное устройство МР будет также в произвольном режиме посылать в сеть информацию о текущем времени суток (и, соответственно, также и по запросу), аналогично рассылке информации об измеренных значениях тока или мощности. С этой целью может быть использован принцип действия системы, обеспечивающий
- передачу информации о текущем времени суток и дате (день, месяц, год) при каждом включении системы после перебоя подачи электроэнергии;
- передачу информации о текущем времени суток каждые 5 минут;
- также передачу информации о дате раз в сутки (например, в полночь);
- возможность передачи в любое время информации о текущем времени суток и/или дате по специально сделанному запросу каким-либо из узлов сети.
В соответствии с еще одним возможным вариантом использования изобретения измерительное устройство МР может быть оснащено устройством отображения информации, например, жидкокристаллическим дисплеем, а также кнопками для установки даты и времени суток, либо оно может быть оснащено радиоуправляемым таймером (например, воспринимающим сигналы франкфуртской службы точного времени либо иных подобных радиослужб, включая глобальные системы позиционирования и навигации (GPS), доступные в Европе и по всему миру), что позволит избежать необходимости вмешательства пользователя системы.
Наконец, измерительное устройство МР может быть оснащено для улучшения работы системы последовательным интерфейсом для передачи данных, например, интерфейсом типа RS 232, предназначенным для контроля работы прибора, обновления его программного обеспечения и т.д.
Описан способ управления количеством электроэнергии, потребляемой установленными в доме потребителями электроэнергии (FO, LS, FG, LB, CO), среди которых бытовые электроприборы, установленные в доме (А), причем указанные потребители электроэнергии при работе включаются в сеть (RE) и каждый из указанных потребителей электроэнергии (FO, LS, FG, LB, CO) представляет собой электрическую нагрузку на источник электроэнергии, включающий шаги установки максимально допустимого уровня потребления электрической мощности (Pmax), который может быть выработан указанным источником электроэнергии; обеспечения указанных потребителей электроэнергии (FO, LS, FG, LB, CO) средствами управления для управления энергопотреблением соответствующего потребителя; измерения моментального суммарного уровня потребления электроэнергии (РТ), подаваемой указанным источником в указанную систему бытовых электроприборов (А); передачи через указанную сеть (RE) на средства управления каждого из указанных потребителей электроэнергии (FO, LS, FG, LB, CO) информации относительно моментального суммарного уровня потребления электроэнергии (РТ); обеспечения для средства управления каждого из потребителей электроэнергии (FO, LS, FG, LB, CO) возможности регулирования электрической нагрузки, выдаваемой соответствующим потребителем электроэнергии на указанный источник электроэнергии (СЕ), в ответ на получение указанной информации. В соответствии с настоящим изобретением указанная информация относительно моментального суммарного уровня потребления электроэнергии (РТ) передается через указанную сеть (RE) с частотой, определяемой значением моментального суммарного уровня потребления электроэнергии (РТ), измеренным указанным измерительным средством (МЗ), и указанным максимально допустимым пределом потребляемой мощности (Pmax). Технический результат - повышение стабильности системы передачи данных. 3 с. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.
| RU 96119241 А, 20.11.1998 | |||
| Способ получения нормальных парафинов | 1978 |
|
SU727668A1 |
| DE 19502786 А, 08.08.1996. | |||
