用于控制目标物体的能量循环的方法与流程

本发明涉及一种用于控制目标物体的能量循环的方法以及一种用于执行所述方法的信息模型。此外，本发明还涉及一种泛型单元(generischeEinheit)或者说泛型设备(generischesDevice)以及一种控制单元或者说ControlUnit。所述方法尤其是应用于分散式能源管理中。

背景技术：
能源管理包括能源技术单元的规划和运行。能源管理的目标在于：应满足用户的能源需求，其中，尤其是需要实现有成本有效和材料有效的能源供应。使用所谓的分散式能源管理，达到有效地控制任意一个目标物体、例如一个建筑物或者城区的能量循环的构件，以便能够由此正面地影响例如电力成本或者CO2排放量的参量。由此为所有所存在的能量形式、即例如电力流、热量或者甚至机械做功提供了能源。此外，一些参与循环的构件必需要允许自动化控制。另外，必须适当地对所考虑到的整个循环建模，以便能够事先预计到发生影响的直接结果。当今的现有技术了解建筑物控制技术所使用的信息模型以及建筑物外部的网络控制技术所使用的信息模型。上述两个信息架构并未彼此相连，并且没有覆盖分散式能源管理的要求。NIST(NationalInstituteofStandardsandTechnology)例如就建议查阅与建筑物自动化和能源技术有关的标准方面的不完整的参照列表。无论是IEC(InternationalElectrotechnicalCommission)，还是IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers)，也同样没有探讨建筑物内不同部分(例如空调、暖气、机械功、电力、灯光等等)的整合。在上述标准中，就像其他目前已知的标准中那样，没有任何建模方面的信息。专利文献US2002/0082747A1说明了一种能源管理系统，所述能源管理系统被设置为用于管理由能量源到建筑物的能量产生和能量分配。所述能源管理系统说明了能量发生设施和能量消耗设施，其中，所述能量发生设施被描述为不同能量形式、例如热能或者电能的发生设施。建筑物则被描述为能量的消耗 设施。在上述方法中，尤其是涉及到使得所产生的能量以适合的方式分布在建筑物内，其中，要实现成本方面的优化。力求这样一种方法，通过该方法能够统一给能量循环的全部构件建模，以便能够实现能源管理、尤其是分散式能源管理。

技术实现要素：
有鉴于此，本发明提出了一种根据权利要求1所述的方法、一种具有权利要求6所述特征的信息模型、一种根据权利要求8所述的泛型设备以及一种根据权利要求9所述的控制单元。本发明的实施构型由从属权利要求以及说明书中得出。因此，本发明针对分散式能源管理应用或者说应用程式提出了一种通用的信息模型。基于所述信息模型，开发出通用的信息元素，所述信息元素基于该信息模型实施分散式能源管理内的调控。上述两者、即信息元素和相配属的信息模型可在所述方法中得到应用。相对于已知的做法，所述方法能够将建筑物内的所有部分结合起来并且连接到供应网络上。这并非仅限于电网。使用信息模型，就容许简单地执行所分配的信息元素，这些信息元素承担起了通信、调控和能量管理或者说能源管理的工作。要注意的是，上述方法可被用于任意一种在其中有多个能量循环的目标物体、例如一个建筑物或机器的建模。分别借助一种泛型设备来表示所述构件，所述泛型设备与一个在其中定义了一个能量循环流与另一个能量循环流之间之间的功能联系的设备矩阵(Devicematrix)相对应。原则上，也可在一个设备矩阵内说明两个以上的能量循环之间的联系。可选方案或者补充方案是，一个泛型设备也可包括一个以上的设备矩阵。泛型设备也可给一个蓄能器建模，其中，被存储在该蓄能器内的能量涉及到第一个能量循环。由所述蓄能器所释放出来的能量则涉及另一个循环。其中，两个能量循环也可能是相同的。本发明的其他优点和特点由说明书和附图中得出。上述的以及后面将要阐述的特点当然不仅能够以所说明的组合得以应用，而且也可以其他组合或者单独地得以应用，其均隶属于本发明的保护范畴。附图说明图1为所述泛型设备的一种实施方式；图2为一个能量循环的建模；图3为一个能量循环的控制回路；图4为所述泛型设备的另一种实施方式。具体实施方式借助附图中的实施方式示意性地示出了本发明，下面参照附图详尽地予以说明。作为所述信息模型的一个组成部分的泛型单元或者说泛型设备的一种实施方式在图1中示出并且标注有标记10。箭头12说明了输入参量、电流I或者说Power(I)，另一个箭头14说明了输出参量、电流I。此外，输入参量还包括热流Q或者说Heat(Q)(箭头16)，输出参量包括热流Q(箭头18)。通过箭头20对另一个输入参量、在本实施例中即用户或控制单元或者说ControlUnit的事件输入或者说eventinput加以说明。通过箭头22来说明另一个输出参量、即到ControlUnit的事件输出。此外，通过箭头24说明另一个输入参量、即公共设备数据或者说PublicDeviceData(in)，并且通过箭头26说明另一个输出参量、即PublicDeviceData(out)。最后，箭头28说明了燃油、气等的另一个输入参量。在泛型设备10中包含内部监控装置或者说InternalControl30，在其中对I和Q的测量值进行监控。设备矩阵为所述内部监控装置的组成部分。所述内部监控装置例如监控参数并且借助由设备矩阵构成的函数计算出循环内的能量流。要注意的是，所述方法的一个核心部分是说明了在分散式能源管理系统内在不同的、实际的能量流之间的能量转换。为此，提供了所述泛型单元或者说泛型设备的信息模型作为基础，如图1中示例性所示出的那样。所述泛型设备10包括所有属性以及在能量转换时所发生的事件。因此，所有参与能量循环的构件都可借助该泛型设备10建模。通过其向不同的能量循环、如电能或者热量的输入端和输出端，构成一个设备向外的连接。所述设备也可有任意多个通向任意多个循环的输入端或输出端。因此，供暖装置不仅被连接到电力循环上，还被连接到热循环上。初级能源、例如燃油或气则构成了另一 种可能的由外部通向设备内的进料。因此，燃油取暖设备具有燃油形式的初级能源的进料。通向能量循环的连接与初级能源的进料之间的区别在于，可独立控制每个设备的初级原料的进料，能量循环中的流量则取决于所有设备的需求，然后像初级能源投入量一样需要被优化。通信通道(箭头20和22)构成了一个设备向外的第三种连接，所述通信通道用于传输控制信号和状态通知。还通过这些通道给与人之间的直接交互、例如操控闭路器/断路器建模。此外，设备彼此之间还可交换数据，以便例如访问传感器的数据。为此，所述设备10可提供其一些数据作为公共数据，并且读取其他设备的公共数据(箭头24和26)。然而，所述设备10通过其向外的连接尚未完全建模。对于参与循环而言，具有决定意义的是一个参数的改变对其他参数有哪些作用。通过设备矩阵来说明这种关联性，在下面的表1中给出了所述设备矩阵。表1设备矩阵通过相应的设备表明了一个循环的能量流与另一个循环的能量流之间的功能联系。此外，除了所存在的初级能源(在所示矩阵中以参数α表示)和其他参数、例如时间t或者传感器数据(例如温度T)以外，还添加了其相关关系。因此，通过一个函数来说明设备在一个循环内的能量流，该函数包含了所述设备在其他循环内的能量流和其他参数作为参数。因此，可在一个参数发生改变时计算出对于该设备的影响，进而计算出对于所参与的循环的影响。将电热器作为一个例子。电热器由电流产生热能。如果已知这种电热的功能联系，那么，就可以计算出功率消耗的改变怎样作用于所产生的热量。在这里例如由此给出时间关系，即：所产生的热量以一定的延时与功率消耗相匹配。洗衣机成为这种时间关系的另一个例子，洗衣服会分别按照在其洗衣程序上的进度而需要一个特定的功率。此外，洗衣机也构成了一种仅包括一行一列的设备矩阵的一个例子，因为其仅参与了电流循环。那么，就只有功率消耗与其他参数、例如时间之间的功能关联具有意义。此外，所述设备10还包括内部控制装置30。内部控制装置用于监控相关的测量值和/或以适合的方式做出反馈。这例如可以是一种简单的定时开关电路或者是对室温的监控，从而在超过或者低于所规定的极限值时，所述设备10能够显示出其新的需求状态。使用所述泛型设备10，不仅可给实际存在的终端设备建模，还可给抽象的构件、例如一个房间或者一个完整的建筑物建模。通用型的信息模型就能够由此实现总循环的任意粒度的建模，并且通过抽象的设备将外部情况纳入其中。抽象设备的一个例子是一个办公室。办公室需要热量和电流。其中，热量消耗量不仅与电流消耗量相关，而且也与办公室内人的数量、时间季节、日照相关，更重要的是，还与办公室内所期望的温度相关。电力需求同样也例如取决于时间、利用率和日期。这可以精确地通过泛型设备建模。除了泛型设备10以外，通用的信息模型的第二个核心组成部分是控制单元或者说ControlUnit。所述控制单元用于监控并控制容许建模的设备。其通过通信通道与设备相连并且可由此发送并获取事件或者说Event。由控制单元所发出的事件一方面用于状态问询，另一方面用于传输控制信号。设备将事件发送到控制单元，以便显示出其状态的改变。控制单元的一个重要组成部分是控制算法，其负责循环内的资源配置。通过通用的信息模型并没有规定算法的特定的执行。算法使用设备的标准化需求数据和/或其他参数、例如功率消耗的通道(Korridor)和价格数据作为输入项。使用泛型设备和控制单元，可给任意一个目标物体的能量循环建模。其中，不仅容许使用任意多个设备，还容许使用任意多个控制单元。为了每个与其相连的循环，每个设备均与正好一个控制单元相配属。控制单元可配属于任意多个设备。特定能量形式的每一个循环均有至少一个控制单元。输入参量原则上是共轭参量。功能和属性在设备中予以了说明并且以参量化的形式保存下来。控制单元原则上以软件执行。在泛型设备与控制单元之间设置了统一的接口。可为每种能量形式或者说类型(例如电能、热能等等)规定三种方法。如下所述：getLoadOffers设备向控制单元的建议方案setLoad控制单元选定其中一个建议方案getCurrentLoad实际所测得的、目前所必需的或者说所提供的功率事件(Events)可以是：loadOffersChanged设备表明，状态已经改变，使得控制单元能够以getLoadOffers查问新的建议方案currentLoadChanged设备表明，所测得的功率已经改变，使得控制单元能够以getCurrentLoad查问功率设备的其他各种例如与用户接口或有形设备之间的通信对于设备而言是特定的。一种建议方案(LoadOffer)是由下面几个部分构成的：EnergyType(能量类型)电能、热能、冷却等等(Energy-)Profile((能量)特性)预计的能量消耗量或者说能量生成量TimeCondition(时间规定)(什么时候、多长时间)Weight(权重)(价格、CO2消耗量、优先级)一个设备可向控制单元给出多个这样的建议方案。所述控制单元然后就决定，采取哪个方案以及在什么条件下进行该方案(起始时间点、过程时间)。下面将光伏装置作为说明的示例。预计接下来的两个小时有太阳光。因此，所述设备例如可作出以下建议方案：全功率(特性＝例如10kW)；起始：尽快开始；过程时间：两小时内；优先级：很高80％功率(通过移动整流器的工作点)；起始和过程时间同上；优先级：低60％功率(通过移动整流器的工作点)；起始和过程时间同上；优先级：很低0％功率(关闭)；起始和过程时间同上；优先级：最低在图2中示出了一种被建模的总循环或者说能量循环40的一种示例。图中示出了作为设备的第一个办公室50、第二个办公室52、底层的第一个光区54、顶层的第二个光区56、热能的第一个控制单元60、电能的第二个控制单元62、电能的第三个控制单元64、取暖装置70、洗衣机72和外面的第三个光区74。在所建模的能量循环40中，有一个热能循环和两个单独的电能循环。为便于更加清晰地进行说明，在此仅示出了设备与每个控制单元的相互配属。由此隐性地得出与能量循环的配属。在该图中没有涉及设备与初级能源之间的关联 性。两个循环之间的连接要么是通过参与两个循环的设备实现，要么是其中一个循环为另一个循环构成了唯一的一个有形设备。这是通用型信息模型的核心特性。为了控制循环，仅需要直接所配属的设备的信息。循环之间的关联性必须在设备的层面上建模。在通用的信息模型中，通信通常是发生在一个设备与一个控制单元之间。无论是设备，还是控制单元，都不能够相互通信，除了设备可访问另一个设备所开启的参数，以便例如获得传感器的测量值。通过事件发生通信，也就是说，与定期的通信相反的是，事件是通过特定的状况、即参数的情况触发的。这些事件是独立于设备的，然而不同循环之间的时间可能各不相同。由此确保了，可独立于所连接的设备而执行控制算法并且所有设备实施相同的通信接口、也就是说适当地向外抽象化(abstrahieren)。在图3中示意性地示出了能量循环的控制回路。图中示出了一种稳定的状态80和一种被干扰的状态82。两种状态80和82之间的过渡为需求的改变(箭头84)和资源配置(箭头86)。控制的目标在于，这样来协调所有设备的需求、更确切地说无论是正的还是负的，使得总循环内的能量流会满足特定的条件，例如总的功率消耗量不大于所设定的最大值。这由此得以实现，即：通过控制算法将所存在的资源适当地分配给设备并且然后向设备发送相应的控制信号的方式。如果发生了一次，那么，循环就处于稳定状态，只要设备的需求或者外部的设定没有发生改变。原则上，只有当设备的通过其参数的改变而触发的内部逻辑向控制单元发送新的需求问询时，才需要对循环重新进行调控。因此，控制装置是通过事件的触发而工作的。设备告知控制单元需求发生改变。控制算法就重新分配所存在的资源并且向一些其状态需要发生改变的设备发送控制信号。然后，总循环重新进入稳定的状态。所述通用型信息模型的调控循环说明了系统在当前或者说立即要对所改变的需求情况或者资源情况所作出的反馈，以便能够始终遵循所设定的限制条件。这并不排除用其他机制进行控制以及对整个循环、尤其是诊断和预先规划的监控。更多的是通过统一控制事件和监控事件，来确保系统的同一性，进而确保系统的可管理性和可扩展性。借助照明系统进行设备内的控制。将照明系统实施为泛型设备包括了与有形的照明系统实际交互的逻辑。所述照明系统例如通过KNX(常见的建筑物自动化技术)连接、可通过网络中的IP网关，提供了接口，可通过该接口接通不同的照明情景模式。可能的情景模式例如包括：全关、全开、紧急照明、夜间正常照明等等。如果控制单元选取了一个建议方案、例如全功率，那么，就由设备实施装置通过KNX接口在该方案需要开始的时间点上将照明系统切换到“全开”。设备实施装置知道，对于每种方案需要哪些操作、例如切换过程。在图4中示出了一种用于电热的泛型设备90，包括内部控制装置92和设备矩阵。输入参量96是电功率P(Power(P))，输出参量是热功率此外，还与控制单元104发生双向通信(箭头100和102)。电热消耗电能并产生热能。因此，所产生的热能与所消耗的电能之前的关系是-1。因此，如下：P＝-dQ/dt在这种情况下，建议方案对于两种类型的能量的(功率)特性除了符号以外，都是相同的。