电力电网负载系统的基于信号电平的控制的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及用于控制连接至电力电网的负载的设备和方法的领域。更具体地，本 发明设及直流（DC)电网照明系统中的照明器的开/关控制和调光。
【背景技术】
[0002] 常规的电力系统被设计成经由高电压传输线路和较低电压配电线路将中央站交 流(AC)电力移动到在白巧灯、AC电机W及其它AC设备中使用了电力的家庭和企业。现今 的电子装置(诸如计算机、巧光灯、变速驱动器W及许多其它家用或商用器具和设备）需要 直流（DC)输入。然而，全部该些DC装置需要将建筑物的AC电力转换成DCW供使用，并且 该转换典型地使用效率低的整流器。而且，由分布式可再生电源(诸如屋顶太阳能）产生的 DC电力必须被转换为ACW便连接到建筑物的电气系统中，并且必须稍后被重新转换为DC W供许多终端使用。该些AC-DC转换(或在屋顶太阳能的情况下DC-AC-DC)导致大量的能 量损耗。
[0003] 一个可能的解决方案是DC微电网（microgrid)，其是使该些转换损耗最小化或完 全消除的建筑物内（或服务若干建筑物)的DC电网。在DC微电网系统中，AC电力在进入DC 电网时使用高效率整流器被转换成DC,所述高效率整流器然后将电力直接地分配给由DC 电网所服务的DC设备。平均来说，该样的系统将AC至DC转换损耗从大约10%的平均损耗 缩减至5%。此外，屋顶光伏（PV)和其它分布式DC发电能够经由DC微电网被直接地馈送给 DC设备，而没有双转换损耗（DC至AC至DC)，如果DC发电输出被馈送到AC系统中则该将 是需要的。
[0004]DC电网的主要优点是效率能够通过使电力驱动链（power化ivetrain)的一部分 集中而被改进。对于DC电网，AC电力的整流和功率因数校正能够在单个高功率装置中被 提供。另一个优点是通过直接地注入来自PV设施的DC电力，到和从AC的不必要的双转换 能够被省去。该显著地增加PV设施的效能。再一个优点是电力电缆的降低的电流应力，因 为DC电压能够被选择为比正弦波市电的均方根（RMS)值高。DC电压典型地是最大AC市电 电压的峰值电压。并且在DC电网中不存在与无功功率相关联的铜损耗，因为不存在无功功 率。最后，W该种方式分割电力引起硬件的数量和成本方面的大大降低。
[0005] 具有一个大整流器和电网控制器W及非常简单的负载驱动器(例如，发光二极管 (LED)驱动器）比具有每个都需要市电滤波器、整流器W及PFC升压模块的大量成熟的AC 市电驱动器要有效得多。
[0006]DC电网架构的另一后果是细粒度控制能够在电网电压上被提供。该显然不同于其 中正弦波市电电压具有变化的振幅和取决于负载条件的市电电流谐波失真的AC市电。
[0007] 常规的负载控制方法(诸如0-10V数字可寻址照明接口（DALI)、数字复用器 (DMX)、KNX等）依靠单独的控制电缆并且还能够被与DC照明一起使用。并且如IE邸规范 1901 "IE邸Standardfor化oadbandoverPowerLineNetworks"中所描述的电力线通 信能够被使用。然而，该样的控制解决方案通常是相当复杂的并且需要附加的硬件设施。
【发明内容】
[0008] 本发明的目标是提供能够在最大功率转换效率的情况下从本地DC源W及AC市电 两者给电气负载供应受控DC电压的改进的电力转换器系统。
[0009] 该个目标通过如权利要求1中所要求保护的设备(控制器侧)、通过如权利要求2 中所要求保护的设备（负载侧)、通过如权利要求11中所要求保护的方法(控制器侧)、通过 如权利要求12中所要求保护的方法(负载侧)、W及通过如权利要求15中所要求保护的计 算机程序产品而被实现。所要求保护的解决方案因此被划分成交错的控制器侧和负载侧方 面。
[0010] 因此，经由电力电网系统到至少一个负载装置的电力供应通过W下方式而被控 审IJ;测量在电网控制器的输出端处的电力供应的信号电平并且通过影响用于基于接收到的 控制命令控制在电网控制器处的信号电平的控制回路来在电力电网系统的最小允许信号 电平与最大允许信号电平之间的第一预定范围内改变信号电平，W便将控制命令用信号通 知给至少一个负载装置。在负载侧，在负载装置的输入端处的电力供应的信号电平被测量， 如果信号电平属于第一预定范围则所测量到的信号电平被转化成控制命令，并且负载装置 的输出(例如福射功率）依照控制命令被控制。
[00川因此，可用的电力电缆能够被用于控制目的，而不增加硬件复杂性和成本。负载控 制从而能够在电网控制器级下被并入电力电网（AC或DC电网）。无额外的通信线路是需要 的，并且在电网控制器或电网负载(例如照明器）中不要求额外的硬件。通信机制是基于模 拟电压电平读出的，并且能够被增强来支持（自动）校准W便减轻大电缆网络中的电压降效 应。
[0012] 根据第一方面，控制命令可W是用于接通或断开或者控制（例如调光）负载装置的 输出的命令。连接至电力电网的负载装置的输出电力的开/关控制和变化因此能够通过将 电力供应的信号电平(例如电压电平或电流电平）简单地改变为预先选择的值而被实现。
[0013] 根据能够与上述第一方面组合的第二方面，电网控制器设备可W被适配成从用户 接口或传感器接收控制命令。从而，连接至电力电网的负载装置能够通过用户动作(开关动 作、旋转动作等）或基于传感器(例如，光传感器、运动传感器、触摸传感器、开关传感器等） 的输出而被控制。
[0014] 根据能够与上述第一方面和第二方面中的至少一个组合的第=方面，电力供应的 信号电平可W基于控制命令被改变，W便根据控制命令与至少一个负载装置的期望的输出 电平相关联。电力电网上的信号电平因此直接地反映在已连接的负载装置处的输出电平的 所期望的改变。如果电力电网上的信号电平在第一预定范围内增加(该不影响不支持所提 出的控制功能性的常规的负载装置)，则负载装置能够得出其输出电平应当被增加并且反 之亦然。而且，特定信号电平能够被用来用信号通知负载装置的开和关状态。
[0015] 根据能够与上述第一方面至第=方面中的至少一个组合的第四方面，校准模式可 W通过将信号电平改变为位于所述第一预定范围W上或W下的第二预定范围的值而被触 发。该提供由于沿着电力电网的连接电缆的电压降而导致的在负载装置处所接收到的信号 电平中的改变能够通过将负载装置设置成校准模式W便对其参考值进行校准而被补偿的 优势。根据第四方面的特定例子，电网控制器设备可W在校准模式期间按照预定顺序产生 第一预定范围内的不同信号电平的预定序列。该个预定序列然后能够在校准模式期间在负 载装置处被测量，并且所测量到的值能够被存储并在校准模式的结束之后用作为用于将接 收到的信号电平转化成控制命令的参考值。
[0016] 在本发明的另一个方面，用于控制电力转换的计算机程序被提供，其中计算机程 序包括用于当计算机程序在控制电网控制器或负载装置的相应的计算机或计算装置上运 行时、使电网控制器设备或负载装置执行上述方法的步骤的代码装置。
[0017] 上述设备和控制系统可W被实施为能够被安装到电路板的硬件电路、单个巧片或 巧片组。巧片或巧片组可W包括受程序或软件例行程序控制的处理器。
[001引应当理解，确定根据权利要求1或2所述的设备、根据权利要求11或12所述的方 法、W及根据权利要求15所述的计算机程序的要旨具有类似的和/或相同的优选实施例， 特别地，如从属权利要求中所定义的。
[0019] 应当理解，本发明的优选实施例还可W是从属权利要求与相应的独立权利要求的 任何组合。
[0020] 本发明的该些和其它方面从在下文中所描述的实施例将是明显的，并且将参考在 下文中所描述的实施例而被阐明。
【附图说明】
[00川在附图中； 图1示出了根据各种实施例的控制系统的示意框图； 图2示出了根据第一实施例的指示针对各种DC电网电压的操作状态的图； 图3示出了根据第二实施例的指示针对各种DC电网电压的操作状态的图； 图4示出了根据第S实施例的指示包括校准状态的针对各种DC电网电压的操作状态 的图； 图5示出了根据第=实施例的校准过程的流程图；W及 图6示出了根据第=实施例的具有对校准过程的概述的图。
【具体实施方式】
[002引 W下实施例与用于基于DC微电网的DC电网照明系统的改进的控制系统有关，其 中电力电缆在不添加显著硬件和成本的情况下被用于控制信令目的。使用该个机制允许被 连接至同一电网控制器的所有照明器或其它负载装置作为组被调光、打开/关断或者W其 它方式控制。因此，它是针对基于组的控制的高度高效且超低成本的解决方案。
[0023] 根据W下实施例的所提出的解决方案还将不引入与市电调光(例如，相位切割控 审IJ、相位角度控制等）相关联的任何复杂问题。它与不利用所提出的控制功能的支持DC的 常规负载装置完全兼容。
[0024] 图1示出了根据各种实施例的具有DC电网控制器30和作为负载装置的示范性DC 电网照明器40的控制系统的示意框图。电网控制器30能够接受来自任何数目的电源的电 力，所述电源诸如AC市电10、电池和/或一个或一串PV面板或模块20或其它可再生能源、 飞轮等。图1的受控DC微电网可W被用在专业建筑物的照明应用中，其中受控负载(例如， DC电网照明器40)可W包括对DC电网定制的照明设备。
[002引DC电力因此被DC电网控制器30W集中式方式控制，所述DC电网控制器30包括 还能够接受来自其它源(诸如PV模块20)的电力的高功率AC市电整流器和功率因数校正 或补偿（PFC)