用于控制电气网络中的功率负载的设备及相关的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电气网络管理。
【背景技术】
[0002]对于电气网络的终端电气装置的功率负载管理方面的现有技术在于根据资费条件控制那些负载的电源供应。最熟知的情形是根据非高峰费率/高峰费率来控制电热水器的操作。作为结果，用于控制终端电气装置中的功率负载所实施的技术方案实际上是用于资费管理的方案，如专利FR2947396中所示。能源仪表通常包括被用于根据计价周期来改变计量指数的远程控制接收器，如专利FR2636142中所述。这些现有的仪表包括控制继电器，该控制继电器被设计成控制外部功率继电器以用于根据资费状态自动地控制热水器的操作。现代电气网络正变得日益复杂，如专利FR2976415所示，这包括可变生产的越来越大的比例，并且面对不断增长的需求，基础设施已接近饱和。因此，对于能量需求的主动管理变得越来越必要从而避免电气网络的故障的风险，电气网络的故障甚至可能导致整个地区的停电。
[0003]本发明落入所谓的“智能电网”的范围。
【发明内容】
[0004]本发明的目标在于通过提出一种用于根据与电气网络的操作或管理有关的事件来控制属于终端电气装置的功率负载的操作的设备，至少部分地找到对于前面提到的问题的补救办法。这种设备可以被电气网络的管理者有利地用于通过使用终端电气装置中的资源来维持优化运行。根据本发明的设备的若干变体已经被提供，并且可被单独实施或者以组合的方式被实施在装置中。被提供为实施本发明的终端装置属于所谓的电气网络的低压部分。其目的更多的在于控制由交流电压(例如，在欧洲是频率为50Hz的230V，在北美是频率为60Hz的110V)供应的单相功率负载。本发明还可以被实施为三相终端装置和/或用以控制适当的三相负载。
[0005]本发明针对一种用于根据与电气网络的操作或管理有关的事件来控制属于终端电气装置的功率负载的操作的设备。根据本发明的设备包括:
[0006]-被配置用于从所述终端电气装置的电压提取至少一个设定点的功能块；以及
[0007]-用于根据至少一个设定点来控制功率负载的功能块。
[0008]负载功率被理解为单个功率负载或被集体控制或以差异化的方式控制的多个元电荷。
[0009]对功率负载的控制被理解为全有或全无，即功率负载以满功率被开启或关闭，或者被理解为对中间功能状态的设置。功能的所谓中间状态对应于对电气网络的功率需求不为零，并且低于负载的最大功率。
[0010]从电压提取的至少一个设定点是这样的特殊值:在该值处，设备可以被安装在终端电气装置中的任何位置甚至是脱离通常集中了装置的所有电路的配电板。因此，部分实施方式变体将根据本发明的设备直接包括在像电热水器、冷却或加热装置这样的包含了一个或若干个诸如加热电阻器或热力群等功率负载的电气装置中。在包含至少一个功率负载的装置中包括设备例如，通过考虑到内部操作周期或使用限制提供了对至少一个负载的更为智能的管理的优势。这样还实现了对负载中的若干功率级的管理，针对维持最小服务水平而对随时间接通至少一个负载的排序，对于装置的不涉及功率负载的功能的电力供应的性能等等。
[0011]根据本发明的设备包括用于转换要被控制的功率负载的电力供应的装置。这是在不需要诸如电热水生产装置或加热系统等相关智能的情况下基于对功率元件的使用来控制外部功率负载的最简单的方式。然而，针对被集成在装置中的本发明的实施变体，或者为了控制需要考虑到操作周期的功率负载，提供了对根据本发明的设备的电子器件和装置中的功率负载的管理电子器件之间的适当接口的添加。这样的接口可以例如是基于对一个或多个光耦合器的使用。
[0012]对于设备包括用于切换功率负载的电力供应的装置的情形，负载由默认情况进行供电是有利的。
[0013]在包括功率切换装置(例如，机电继电器或电子继电器)的设备的独立实施方式的优选变体中，设备适应于这样的方式，该方式保证功率负载通过通常来说继电器的闭合触电被供电，从而在根据本发明的设备发生故障时，功率仍可以被供应并且服务被保障。这更加相关的考虑到，根据本发明的设备相比于装置的用户更加有助于电气网络的运营商。
[0014]根据本发明的设备还包括用于远程控制被集成到可被远程控制的器械中的功率负载的装置。
[0015]这可以是无线远程控制发射机，例如红外线或射频，它们的物理层和控制代码适用于控制包含一个或多个功率负载的器械的操作。这种变体允许根据本发明的设备以要被控制的器械的附件的形式来实现和/或简化该设备与复杂的外部器械的功能性耦合。本发明的这种变体尤其适用于控制可逆空调或包括远程控制接收机的不可逆空调。
[0016]这还可能是诸如能够控制提供可选控制输入(例如，被称为“控制线”输入)的一个或多个功率装置的接口之类的有线远程控制，例如电热水器。
[0017]还有可能是设备和家庭自动化系统或能够作用于相关的终端电气装置中的一个或多个功率负载的功能状态的建筑物控制系统之间的有线或无线接口。
[0018]设备的第一变体被提供为终端电气装置的电压的至少一个设定点的功能提取块是脉动控制信号接收机，其中该至少一个设定点是远程控制命令。本发明的这一变体意图被安装在其中的资费控制基础设施是基于脉动控制的电气网络中。这种类型的远程控制例如是基于叠加在电源电压上的175Hz或188Hz的正弦信号的脉冲调制。所使用的频率和编码方案因国家而异。
[0019]设备的第二变体被提供为终端电气装置的电压的至少一个设定点的功能提取块是电力线通信(PLC)所发送的远程控制信号的接收机，其中该至少一个设定点是远程控制命令。
[0020]本发明的第三变体意图被安装在其中的资费管理基础设施使用电力线通信的电气网络中，至少被安装在服务终端电气装置的低电压部分中。这些可以例如是根据如法国的IEC 61334和IEC 62056标准或根据因国家而异的其他标准的远程控制传输和远程仪表读取。应当注意的是，如果出于资费管理的目的，则电表必须实施双向电力线收发机；通过仅实施电力线通信收发机的接收部分，可以在根据本发明的设备中实现相当可观的节约。通过缺少发送部分，还能够有利地降低设备的电力消耗。
[0021]根据本发明的设备还被提供为包括用于接收由射频发送的远程控制信号的装置，其中至少一个设定点是远程控制命令。
[0022]本发明的这一变体可以例如被安装在这样的电气网络中，其中资费管理基础设施已经使用无线电传输装置。这可包括短距离射频传输装置(ZigBee、Bluetooth、W1-Fi或其他等效的标准和后继物)或长距离无线电信网络(例如，IG GSM到4G或等同物及后继物)。
[0023]当然，在不背离本发明的范围的情况下，使用例如光纤、有线或无线之类的任何其他类型的通信网络来向根据本发明的设备发送命令是可能的。
[0024]本发明还提供了以下内容:来自终端电气装置的电压的至少一个设定点的功能提取块使用电压和/或其随着时间的演变以用于推断该至少一个设定点。
[0025]此特征可以导致根据本发明的设备的单独实施变体。在此变体中设备的自主是基于其不需要来自网络管理器的远程控制的事实。对电气网络上的问题的检测和功率负载上的相应动作实际上在该设备上进行本地管理。由本发明的这一变体的实现所产生的网络的全分散和扩散管理在基础设施方面是合算的，特别是在反应时间方面是有效的。另外，本发明的这一变体可以有利地与上述变体相结合。实际上，本发明的前述变体的实施仅需要非常少的附加资源。具体来说，当本发明被实施在根据上述变体的微控制器中，对此功能的实现需要很少的软件和少量或几乎没有附加的电子组件。本发明的这一变体可以例如被用于使电气网络比基于集中式网络管理和远程控制的任何其他解决方案更快地实现自稳定。这是通过使用终端装置的功率负载吸收在一些情况下的电气网络中可能出现的振荡来完成的。这样布置，设备从其终端处可用的电压提取设定点，该设定点允许其在较短的时间段内自动地供应它所控制的功率负载，该较短的时间段的范围可以从几十秒到若干分钟。对设定点的提取可以例如考虑到供应给终端装置的电压的幅度和该幅度的变化速度以与网络上检测到的振荡现象相符。
[0026]在可以与前面的变体结合的另一实施变体中，本发明允许在异常的低电压持续超过预定值的一段时间的情况下自动断开功率负载，其中该异常的低电压持续超过预定值的一段时间是电气网络可能过载的迹象，电气网络的过载可以导致停电。如下面将描述的，在重新连接处分散峰值的解决方案将被有利地实施以避免其后再次出现过载现象和/或防止任何振荡现象的出现。如果本发明的这一功能性变体在给定领域内被广泛地使用，那么它尤为有意义之处在于其允许提供针对中断风险进行自保护的配电服务，并且允许保证针对供应低电压设备的永久的基础服务，诸如食物冷藏、照明、消费电子产品以及诸如烹饪设备之类的段操作时间的功率设备。
[0027]本发明还提供针对终端电器装置的电压的至少一个设定点的功能提取块，该功能提取块使用交流电压的频率值和/或其随着时间的演变来推断至少一个设定点。它像前述变体一样是本发明的所谓的独立变体，可以有利地进行结合。例如，当交流电压的频率超过阈值时，设备可以自动连接其所控制的功率负载。当交流电压的频率降到另一阈值以下时，设备还可以自动地断开其所控制的功率负载。如下面将描述的，在重新连接处分散峰值的解决方案将被有利地实施以避免其后再次出现过载现象和/或防止任何振荡现象的出现。在现代电气网络的混合能源中的可再生电能和/或诸如风能或太阳之类的分散能源的份额的增加将它们的网络暴露在交流电压频率远在标称值以外的风险。为了避免该风险，配电器例如将可再生和/或