SYSTEM FOR THE CONTROL OF ELECTRIC ENERGY CONSUMPTION, PREFERABLY DOMESTIC

Abstract: 1. System for controlling the electrical energy consumption, preferably in households, with an electricity meter (Z) which, on the output side, delivers to a load calculator (C) a pulse train, having a frequency which is proportional to the power, with a measurement period generator and with switching elements (s0-s3), which are assigned to the individual energy-consuming apparatus or apparatus groups (10-13), whereby these switching elements are able to be influenced by the load calculator as a result of a comparison between one limiting value dependent on the network load and the determined actual power value for a measurement period under consideration of a priority sequence of the operation, dependent on time, and distributed in a non-volatile memory of the load calculator (C), of the values of the electrical power of the apparatus or appartus groups (10-13) as well as of the time constants of the apparatus or apparatus groups (10-13) determined by the thermal inertia or inertia dependent on the memory quantity, characterized in that to each apparatus or each apparatus groups (10-13) there is assigned a current sensor (20-23) for the current flowing to the apparatus, the output signal of which is led to the load calculator (C) an in that the disconnection and connection of apparatus or apparatus groups (10-13) when reaching the limiting value depending on the piority sequence, as well as on the individual time constant and current flow times thereof, occur in such a way that if the result, because of the time constants and the current flow duration spreading to the disconnection, is that a high-priority apparatus has almost reached its operational end state, whilst a low-priority apparatus is first located in the commencing state, the high-priority apparatus disconnects prematurely and the low-priority apparatus switches and vice versa.

Description: System zur Steuerung des elektrischen Energieverbrauchs, vorzugsweise in Haushalten Die Erfindung betrifft ein System zur Steuerung des elektrischen Energieverbrauchs, vorzugsweise in Haushalten, mit einem Elektrizitätszähler, der ausgangsseitig eine Impulsfolge mit leistungsproportionaler Frequenz an einen Lastrechner abgibt, mit einem Messperioden- geber und mit den einzelnen energieverbrauchenden Geräten oder Gerätegruppen zugeordneten Schaltgliedern, wobei diese Schaltglieder vom Lastrechner als Ergebnis eines Vergleichs zwischen einem Grenzwert und dem Leistungsistwert für eine Messperiode nach einer im Lastrechner gespeicherten Prioritätsfolge sowie Gerätelei- stung beeinflussbar sind. Ein derartiges System ist aus der DE-OS 27 08 883 bekannt. Kern des bekannten Systems ist ein elektronischer Maxiniumwächter, dem Angaben über die Messperiode und von einem Impulsgeberzähler eine Impulsfolge mit leistungsproportionaler Frequenz zugeführt sind.Dieser Maximumwächter weist einen Computer als Lastrechner und einen nichtflüchtigen Speicher für die Maximumüberwachung und die Einstellung mindestens eines Leistungsgrenzwertes und die Steuerung von Geräten über Schaltglieder auf. Die Prioritäten für die Ab- und Einschaltreihenfolge der Geräte sind hierbei im Lastrechner programmiert. Während jeder Messperiode errechnet der Lastrechner aus der bereits verbrauchten Energie und der jeweiligen Augenblicksleistung, ob Geräte abzuschalten sind oder noch zugeschaltet werden können. Als zusätzliche Information ist im Speicher die Leistung der einzelnen Geräte abgelegt. Diese wird durch den Lastrechner aus der Änderung der augenblicklichen Gesamtleistung bei Zu- und Abschalten der einzelnen Geräte ermittelt. Aus diesen Leisungswerten und den programmierten Prioritäten ermittelt der Lastrechner selbsttätig die günstigste Abund Zuschalturgder einzelnen Geräte. Dieses System bietet gegenüber der zentral durch die Elektrizitätsversorgungsunternehmen über Rundsteuerempfänger ausgelösten Ab- bzw. Zuschaltung leistungsintensiver Geräte einen höheren Komfort, da der Abnehmer elektrischer Energie selbst für die einzelnen Geräte die Prioritätsrangfolge vorgeben kann. Diese Prioritätsrangfolge wird jedoch zusätzlich durch die Einbeziehung der Leistung der einzelnen Geräte in den Entscheidungsprozess über die Ab- bzw. Zuschaltung modifiziert. Dies kann dazu führen, dass die vom Abnehmer elektrischer Energie ge wünscht Prioritätsfolge unter Berücksichtigung der Geräteleistung bei der Ab- bzw. Zuschaltung der Geräte ausser Kraft gesetzt wird, so dass immer noch die BedUrf- nisse des Abnehmers elektrischer Energie zu wenig be rücks ichtigende Schalthandlungen auftreten können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine benutzerfreundlichere Modifikation der Prioritätsfolge bei derAb- bzw. Zuschaltung von Geräten bzw. Gerätegruppen erfolgt. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Lastrechner zusätzlich einen nichtflüchtigen Speicher aufweist, in dem die Zeitkonstanten der einzelnen Geräte oder Gerätegruppen abgelegt sind, dass Jedes Gerät oder Jede Gerätegruppe einen Stromsensor für den zum Gerät bzw. der Gerätegruppe fliessenden Strom aufweist, dessen Ausgangssignal dem Lastrechner zugeführt ist, und dass bei Betätigung der Schaltglieder durch den Lastrechner die Zeitkonstanten des Gerätes bzw. der Gerätegruppe und die bisherigen Stromflussdauern berücksichtigt werden. Damit kann der elektrische Energieverbrauch eines Abnehmers vergleichmässigt oder redu ziert werden, wobei die programmierte Prioritätsfolge lediglich einen allgemeinen Rahmen für die Abschaltung und Zuschaltung der einzelnen Geräte oder Gerätegruppen bietet, der jedoch so abwandelbar ist, dass er für den Abnehmer elektrischer Energie mit der geringstmöglichen Beeinträchtigung verbunden ist. Wenn also beispielsweise für einen Heisswasserspeicher die niederwertigste Priorität gespeichert ist und in der Prioritätsfolge einem Gefrierschrank die nächsthöhere Priorität zugeordnet ist, dann wird nicht in allen Fällen, wenn der Leistungsistwert des Abnehmers den Grenzwert erreicht, der Heisswasserspeicher zuerst abgeschaltet, während der Gefrierschrank zunächst, wenn der Grenzwert nach Abschaltung des Heisswasserspeichers unterschritten bleibt, weiter betrieben werden würde. Wenn sich nämlich aufgrund der Zeitkonstanten und der bis zur Abschaltentscheidung verstrichenen Stromflussdauer ergibt, dass der Gefrierschrank nahezu seine untere Grenztemperatur erreicht hat, während der Heisswasserspeicher erst zu Beginn eines Aufheizzyklus steht, dann wird entgegen der an sich programmierten Prioritätsfolge der Gefrierschrank abgeschaltet, wohingegen der Heisswasserspeicher weiter aufgeheizt wird. Ganz analog wird durch den Lastrechner unter Berücksichtigung der Priorität, der Zeitkonstanten und der bisherigen Abschaltdauer die Zuschaltung von Geräten bzw. Gerätegruppen bestimmt. Damit wird für den Abnehmer elektrischer Energie durch die Abschaltung bzw. eine die Prioritätsfolge in Abhängigkeit von der Zeitkonstante und der bisherigen Abschaltdauer modifizierende Zuschaltung die geringstmögliche Beeinträchtigung des Nutzens seiner Geräte bzw. Gerätegruppen erreicht. Das Entscheidende ist also hierbei die Modifikation der programmierten Prioritätsfolge durch Einbeziehung der Vorgeschichte und der sich auf den Komfort des Abnehmers elektrischer Energie auswirkenden technischen Eigenschaften der Geräte bzw. Gerätegruppen zu einer die notwendigen Ab- und Zuschaltungen bestimmenden selbstadaptierenden Prioritätsfolge. Ein solches System kann beispielsweise für die einzelnen Geräte innerhalb einer Wohnung oder für ganze Gruppen von Geräten mit gleicher Zeitkonstante und vergleichbarer Stromflussdauer, beispielsweise innerhalb eines Hochhauses, eingesetzt sein. Unter Zeitkonstante wird hierbei bei temperaturgesteuerten Geräten, wie beispielsweise Kühlschränken, Gefrierschränken, Speicheröfen, Heisswasserspeichern, Elektroöfen, Nachtspeicheröfen, Klimaanlagen, die die thermische Trägheit beim Aufheizen bzw. Abkühlen des Gerätes bzw. des vom Gerät thermisch zu beeinflussenden Mediums bestimmende physikalische Grösse verstanden. Bei nichttemperaturgesteuerten Geräten, beispielsweise einer Förderpumpe, die einen bestimmten Wasservorrat in einem Wasserspeicher bereitstellen soll, würde die "Zeitkonstanten beispielsweise aus dem vorhandenen Wasservorrat und der mittleren Entnahmemenge pro Zeiteinheit zu bestimmen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist für die Ubertragung von Signalen vom Elektrizitätsversorgungsunternehmen zum Abnehmen ein Empfänger vorgesehen, der an den Elektrizitätszähier und/oder den Lastrechner angeschlossen ist. Damit können beispielsweise Tarifumschaltungen am Elektrizitätszähler vorgenommen werden, aber auch für den Lastrechner entsprechende Grenzwerte vom EVU her eingestellt werden. Darüber hinaus kann in extremen Fällen an den Lastrechner der Befehl abgegeben werden, eine Notabschaltung, d.h. eine Betätigung aller Schaltglieder zur Gesamtabschaltung aller Geräte bzw. Gerätegruppen vorzunehmen. Damit kann durch das Elektrizitätsversorgungsunternehmen eine Beeinflussung des Systems von aussen her vorgenommen werden. Durch die Vorgabe eines sehr niedrigen Grenzwertes für den Lastrechner kann damit eine zu hohe Lastspitze abgebaut werden, wobei durch den Lastrechner immer noch die für den Abnehmer elektrischer Energie am wenigsten lästige Alternative ausgewählt wird. Darüber hinaus kann ein Sender für die Ubertragung von Systemdaten zum Elektrizitätsversorgungsunternehmen vorgesehen sein. Ein solches Systemdatum kann beispielsweise die aktuelle Leistung darstellen, so dass beim Elektrizitätsversorgungsunternehmen ein differenziertes Bild über die Leistungsanforderung von beispielsweise einerseits Haushaltungen und andererseits Industriean- lagen entsteht. Darüber hinaus können diese Systemdaten auch Aufschluss darüber beim Elektrizitätsversorgungsunternehmen vermitteln, welche Arten von Geräten in einem Haushalt derzeit in Betrieb sind. Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass der Lastrechner aufgrund eines am Empfänger bei Netz Überlastung eingehenden Signals entsprechend der vom Lastrechner modifizierten Prioritätsfolge Je einen Abschaltbefehl mindestens an einzelne Schaltglieder abgibt, wobei eine manuelle Wiedereinschaltung ausgeschlossen ist. Durch das Ausschliessen der an sich möglichen manuellen Wiedereinschaltung einzelner Schaltglieder wird in Notfällen dem Elektrizitätsversorgungs- unternehmen die Möglichkeit gegeben, eine vom Abnehmer nicht mehr aufzuhebende Verringerung des elektrischen Energieverbrauchs oder Totalabschaltung der elektrischen Geräte oder Gerätegruppen zu erzwingen. Der Lastrechner kann als programmierbarer Rechner mit mehreren Arbeitsprogrammen ausgeführt sein, wobei zumindest das die Abschaltung der Geräte oder Gerätegruppen nach Prioritätsfolge, Zeitkonstante und bisheriger Stromflussdauer bestimmende Programm durch ein am Empfänger eingehendes Signal aktivierbar ist. Damit besteht für das Elektrizitätsversorgungsunternehmen die zusätzliche Möglichkeit, unterschiedliche Arbeitspro grn"ne für den Lastrechner vorzugeben, was zu einer hohen Flexibilität des Systems führt. Eine sanfte" Form der Beeinflussung des Energieverbrauchs wird dadurch erreicht, dass der Elektrizitätszähler tarifumschaltbar ausgeführt ist. Hierbei erfolgt die Tarifumschaltung vorzugsweise durch den Lastrechner. In einer alternativen Ausführungsforin kann die Tarifumschaltung durch ein vom Elektrizitätsversorgungs- unternehmen abgegebenes Signal über den Empfänger am Elektrizitätszähler auslösbar sein. Hierdurch wird das an sich weitgehend autarke System zur Steuerung des Energieverbrauchs der direkten Beeinflussung durch das Elektrizitätsversorgungsunternehmen zugänglich. Es ist vorteilhaft, dass Elektrizitätszähler und Lastrechner als integrierte Baueinheit ausgeführt sind. In einer noch weiter gehenden Integrationsstufe können Sender, Empfänger, Lastrechner und Elektrizitätszähler als integrierte Baueinheit ausgeführt sein. Dies gestattet eine überaus kompakte Bauform und ermöglicht darüber hinaus die Doppelnutzung von Komponenten, also beispielsweise von Anzeigeeinheiten, Speichern oder auch des vorzugsweise als Mikrocomputer ausgeführten Lastrechners, der zusätzliche Aufgaben dieser Geräte übernehmen kann. Als Ubertragungsweg zwischen Elektrizitätsversorgungsunternehmen und Empfängerkann das elektrische Versorgungsnetz dienen. In gleicher Weise kann als Ubertragungsweg zwischen Sender und EVU dea elektrische Versorgungsnetz dienen. Gegenüber einer Ubertragung durch elektromagnetische Wellen ist hierbei sichergestellt, dass ohne den Einsatz von den Aufwand erhöhenden Antennenanlagen Sender und Empfänger zuverlässig ansprechbar sind. Der Grenzwert für den Lastrechner kann fest einprogram- miert sein. In einer grössere Flexibilität gestattenden Ausführungsform kann Jedoch der Grenzwert für den Lastrechner vom Elektrizitätsversorgungsunternehmen über den Empfänger dem Lastrechner vorgebbar sein. In einer vorteilhaften Ausführungsforn erfolgt bei einer Uberschreitung des Grenzwertes über die Schaltglieder eine Abschaltung von Geräten oder Gerätegruppen für Zeitspannen, die ganzzahlige Vielfache der vom Messperioden- geber vorgegebenen Messperiode sind. Damit ist die Wiedereinschaltung der Geräte oder Gerätegruppen ohne die Etablierung eines eigenen Einschaltkriteriums, obwohl dieses eine noch höhere Anpassungsfähigkeit des Systemes gestattet, möglich. Falls nach Wiedereinschaltung immer noch eine Uberschreitung des Grenzwertes vorliegt, erfolgt wiederum eine Abschaltung für eine festgelegte Zeit, so dass auch längere Abschaltungen immer als ganzzahlige Vielfache der Messperiode aufbaubar sind, ohne dass komplizierte Einschaltkriterien benötigt werden. In einer alternativen Aus führungs form können bei Uberschreitung des Grenzwertes über die Schaltglieder periodische, im Vergleich zur Messperiode erheblich kürzere Ein- und Abschaltungen einzelner Geräte oder Gerätegruppen durchgeführt werden, so dass der Betrieb der Geräte oder Gerätegruppen mit verringerter Leistung weitergeführt wird. Damit wird zwar die ans Elektrizitätsversorgungsunternehmen gerichtete Leistungsanforderung verringert, aber der Abnehmer elektrischer Energie kommt immer noch in den Genuss eines Teiles der Wirkung des Gerätes oder der Gerätegruppe. So kann beispielsweise durch getakteten Betrieb einer Klimaanlage ein Teil der gewünschten Kühlwirkung an heissen Sommertagen aufrecht erhalten werden, was für den Betreiber gegenüber einer Totalabschaltung immer noch die komfortablere Alternative ist. In einer vorteilhaften Ausfhrungsform ist der Lastrechner zur Vorausberechnung des zu erwartenden Leistungsmaximums eingerichtet. Durch Vergleich mit dem einzuhaltenden Grenzwert für die elektrische Leistung kann somit frühzeitig ein Engpass erkannt werden, so dass durch frühzeitige Abschaltungen einzelner Geräte oder Gerätegruppen vergleichsweise niedriger Prioritätsfolge die spätere Abschaltung von Geräten oder Gerätegruppen mit hoher Prioritätsfolge vermieden werden kann. Es ist vorteilhaft, wenn jedes Schaltglied bistabiles Verhalten aufweist und durch Signale an mindestens einem Steuereingang in Jeden der stabilen Zustände überführ- bar ist. Damit sind die vom Lastrechner gesteuerten Abund Einschaltungen ferngesteuert durchführbar. Zusätzlich kann das Schaltglied auch manuell betätigbar sein. Damit kann das Schaltglied den Geräteschalter direkt ersetzen. Für den Abnehmer elektrischer Energie besteht somit die Möglichkeit, unerwünschte Schalthandlungen des Lastrechners manuell zu korrigieren. Um diese Korrekturmöglichkeit bei einer infolge Netzüberlastung nötig gewordenen Notabschaltung auszuschliessen, kann das Schaltglied eine Verriegelungseinrichtung gegen manuelle Wiedereinschaltung aufweisen, die durch ein Signal am Steuereingang aktivierbar ist. Der Sensor für den zum Gerät oder zur Gerätegruppe fliessenden Strom kann im Schaltglied angeordnet sein. Da ohnehin Jedes Gerät oder Jede Gerätegruppe Über ein Schaltglied an das speisende elektrische Netz angeschlossen ist, ist der Sensor ohne geräteseitige Eingriffe unterbringbar. Darüber hinaus kann das Schaltglied einen Uberstromauslöser aufweisen, so dass im Falle einer Uberlastung oder eines Kurzschlusses eine schnelle Abschaltung des Gerätes oder der Gerätegruppe möglich ist. Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass der Spannungsabfall an dem als Sensor genutzten stromdurchflossenen Element des Uberstromauslösers an einem Ausgang des Schaltgliedes für die Rückineldung zum Lastrechner zur Verfügung steht. Damit ist es nicht erforderlich, einen eigenen Sensor für den zum Gerät oder zur Gerätegruppe fliessenden Strom vorzusehen, so dass Bauvolumen und Kosten eingespart werden. Der Uberstromauslöser kann als thermischer Auslöser, also beispielsweise als Bimetallkontakt, oder als magnetischer Auslöser ausgebildet sein. Es ist vorteilhaft, wenn für die Signalübertragung zwischen Lastrechner und Schaltglied eigene Signalleitungen vorgesehen sind. Gegenüber einer Funkübertragung ist dies in Gebäuden der zuverlässigere Ubertragungsweg. Zu übertragen sind hierbei die Schaltbefehle des Lastrechners und das Ausgangssignal des Sensors für den Stromfluss. Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass für die Signalübertragung zwischen Lastrechner und Schaltglied sowohl dem Lastrechner als auch dem Schaltglied ein Sender-Empfänger-Baustein zugeordnet ist, und dass die Signalübertragung in Form codierter Signale über die Speiseleitungen für die elektrische Energie des Gerätes oder der Gerätegruppe erfolgt. In diesem Fall wird die Installation eigener Signalleitungen eingespart. In einer Einfachversion kann als Sensor für den zum Gerät oder zur Gerätegruppe fliessenden Strom ein elektrischer Sensor für die Stellung des Schaltgliedes dienen. Damit wird nur Ja/Nein-Aussage gewonnen, was allerdings bei Geräten mit konstanter Leistungsaufnahme keine Probleme aufwirft, da ihr Stromfluss bekannt ist und im nichtflüchtigen Speicher des Lastrechners abgespeichert sein kann. In einer alternativen Ausführungsform kann bei Geräten mit während eines Arbeitszyklus unterschiedlicher Leistungsaufnahme dem Sensor ein Grenzwertmelder nachgeschaltet sein, -dessen Ausgangssignal nur bei leistungsintensiven Arbeitsabläufen des Arbeitszyklus aktiv ist. Damit werden nur die leistungsintensiven Arbeitsabläufe und zwar in Form einer Ja/Nein-Aussage erfasst. Beispielsweise bei einer Waschmaschine erfolgt dann nur während des Arbeitsablaufs "Aufheizenn eine Rückmeldung zum Lastrechner, da die restlichen Arbeitsabläufe llwaschvorgangfl und flSchleudervorgangfl des Arbeitszyklus weniger leistungsintensiv sind. Durch den Lastrechner kann eine Tarifumschaltung des Elektrizitätszählers auslösbar sein, wenn die Vorausberechnung des zu erwartenden Leistungsmaximum eine Uberschreitung des Grenzwertes erwarten lässt. #enn dies zusätzlich durch ein optisches oder akustisches Signal für den Abnehmer elektrischer Energie kenntlich gemacht wird, entsteht damit ein gewisser Kostendruck zur momentanen Verringerung und damit insgesamt zu einer Vergleichmässigung des Energieverbrauchs. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs- beispiels in den Fig. 1 und 2 näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemässen Systems und Fig. 2 ein Funktionsdiagramm für die Modifikation der programmierten Prioritätsfolge durch den Last rechner. In Fig. 1 ist die elektrische Speiseleitung in einem Mehrfamilienwohnhaus mit dem Bezugszeichen 1 belegt. Von dieser Speiseleitung 1 zweigt die Leitung 2 ab, die der Versorgung einer einzelnen Wohnung des Mehrfamilienwohnhauses mit elektrischer Energie dient. Die Leitung 2 ist an den Elektrizitätszähler Z geführt, der als Impuls geberzähler ausgebildet ist. Die Leitung 3 nach dem Elektrizitätszähler Z dient der Versorgung der elektrischen Geräte 10 bis 13 ln der betreffenden Wohnung Jedem dieser elektrischen Geräte 10 bis 13 ist ein Schaltglied sO bis s3 zur Ein- und Abschaltung dieser Geräte vorgeschaltet. Diesen elektrischen Geräten 10 bis 13 sind von dem in dieser Wohnung wohnenden Abnehmer elektrischer Energie die Prioritätswerte pO bis p3 zugeordnet. Dabei ist dem Gerät 10 die niederwertigste Priorität pO zugeordnet, dem Gerät 13 die höchstwertige Priorität p3. Diese Prioritäten pO bis p3 legen einen Rahmen für die vom Abnehmer als tolerabel empfundene Abschaitreihen- folge der elektrischen Geräte derart fest, dass das dem Abnehmer am unwichtigsten erscheinende Gerät die niederwertigste Priorität pO und dem am wenigsten verzichtbar empfundenen Gerät 13 die höchste Priorität p3 zugeordnet ist. Als Gerät nledrigwertigster Priorität kommt beispielsweise ein Heisswasserspeicher infrage, als "Gerät" höchster Priorität kann beispielsweise die elektrische Beleuchtung oder die Speisung des Fernsehgerätes angesehen werden. Das System zur Steuerung des elektrischen Energieverbrauches in dieser Wohnung umfasst neben dem Elektrizitätszähler Z sowie den Schaltgliedern sO bis s3 noch eine der Zweiwegekommunikation zwischen den Elektrizitätsversorgungsunternehmen und dem einzelnen Haushalt dienende Sender-Empfänger-Einheit T, die Aber'die Leitung 4 Information in Form von Daten und Befehlen aus der Leitung 2 empfängt bzw. über die Leitung 5 an die Leitung 2 abgibt und damit zum Elektrizitätsversorgungsunternehmen emittiert. Die zwischen der Sender-Empfänger- Einheit T und dem Elektrizitätsversorgungsunternehmen auszutauschenden Informationen können beispielsweise in Form von aus der Rundsteuertechnik bekannten Impulsbildern codiert sein. Als vom Elektrizitätsversorgungs unternehmen zu den einzelnen Sende r-Emp fänger-Einhe iten zu übertragende Informationen können beispielsweise Adressen der einzelnen Wohnunge, Tarifumschaltbefehle für die Umschaltung auf Hochtarif bzw. Niedertarif für als Zweitarifzähler ausgebildete Elektrizitätszähler unterschiedliche Leistungsgrenzwerte für den momentan zulässigen maximalen Energieverbrauch einer Wohnung oder Notabschaltbefehle für bestimmte Geräte, Gerätegruppen oder alle Geräte einer Wohnung sowie Befehle zur Aktivierung einzelner in einem Lastrechner C abgelegter Programme angesehen werden. Als vom Abnehmer elektrischer Energie über die Sender-Empfänger-Einheit an das Elektri zitätsversorgungsunternehmen zu liefernde Daten kämen beispielsweise Adressen der einzelnen Wohnungen, momentane Leistungsdaten, Zählerstände oder sonstige Zustandsdaten bezüglich der in der Wohnung aktiven elektrischen Geräte in Frage. Die Ubertragung des Zählerstandes für Zwecke der Tariffernablesung erfolgt vom Elektrizitätszähler Z über die Leitung 6 zur Sender-Empfänger-Einheit T, wo er nach Codierung über die Leitung 5 an das speisende elektrische Netz abgegeben wird. Von der Sender-Empfänger-Einheit T empfangene Tarifumschaltbe- Sehle werden über die Leitung 7 an den Elektrizitätszähler Z übermittelt. Alle anderen Informationen werden vorzugsweise über die Sender-Empfänger-Einheit T zum Lastrechner C oder vom Lastrechner C Über die Leitungen 8 und 9 übertragen. Der Lastrechner C ist vorzugsweise als Mikrocomputer mit den zugehörigen Funktionseinheiten, wie Taktgeber, flüchtige und nichtflüchtige Speicher, Programmspeicher, Zentraleinheit, ausgebildet. Dieser Lastrechner hat wesentliche Funktionen eines weitgehend autarken Maximumwächters, dem über den Messperiodeneingang MP Informationen Über die Dauer der Messperiode sowie über die Leitung 10 die von dem als Impulsgeberzähler ausgebildete Elektrizitätszähler Z eine Impulsfolge mit leistungsproportionaler Frequenz zugeführt sind. Der Informationsübertragung zwischen dem Lastrechner C und dem Elektrizitätszähler Z dient die Leitung 11, über die beispielsweise vom Lastrechner C ermittelte Tarifumschaltbefehle übertragen werden können. Der Lastrechner C ermittelt für die einzelnen Messperioden aus der über die Leitung 10 eingehenden Impulsfolge mit leistungsproportionaler Frequenz den entsprechenden Leistungsistwert und vergleicht diesen mit mindestens einem im Lastrechner vorhandenen Leistungsistwert. Dieser mindestens eine Leistungsistwert kann entweder fest einprogrammiert sein oder Je nach dem Ergebnis einer Bilanz zwischen der zur Verfügung stehenden Leistung und der geforderten Leistung beim Elektrizitätsversorgungsunternehmen durch dieses über die Sender-Empfänger Einheit T dem Lastrechner C zur Verfügung gestellt werden. In einem nichtflüchtigen Speicher des Lastrechners C stehen darüber hinaus die den einzelnen Geräten 10 bis 13 vom Abnehmer elektrischer Energie diesen Geräten zugeordneten Prioritäten in einer Prioritätsfolge sowie Informationen über die spezifischen Eigenschaften der Geräte in Form des das zeitliche Verhalten dieser Geräte im Bezug auf Ab- bzw. Einschaltungen widerspiegelnden Zeitkonstanten zur Verfügung. Zusätzlich erhält der Lastrechner C aktuelle Betriebsdaten der einzelnen Geräte 10 bis 13 über die Leitungen 12 bis 15 in Form der zu den Geräten 10 bis 13 fliessenden Ströme bzw. des Schaltzustandes der zugehörigen Schaltglieder sO bis s3. Der Lastrechner C kann zur Vorausberechnung des während Jeder aktuellen Messperiode zu erwartenden Leistungsmaximums aufgrund des vom Elektrizitätszähler Z in Form der Impulsfolge mit leistungsproportionaler Frequenz gelieferten Leistungsistwertes eingerichtet sein. In die se Vorausberechnung kann auch das unter der Wirkung einer bäufi eingesetzten autarken Zweipunktregelung einzelner elektrischer Geräte zu erwartende Schaltverhalten einbezogen sein. Bei tatsächlicher oder aufgrund der Vorausberechnung zu erwartender Annäherung an den dem Lastrechner vorgegebenen Leistungsgrenzwert ermit telt dieser aus der vorgegebenen Prioritätsfolge,#den Zeitkonstanten der einzelnen im Betrieb befindlichen Geräte und der bisherigen Stromflussdauer in diesen ein zelnen Geräten, die den Abnehmer elektrischer Energie am wenigsten beeinträchtigende Abschaltung und Abschaltdauer für die einzelnen Geräte. Damit legt der Lastrechner C die für den betreffenden Abnehmer elektrischer Energie in weitgehender Autarkie von Eingriffen des Elektrizitätsversorgungsunternehmens die den einzelnen Abnehmer am wenigsten beeinträchtigende Abschaltung einzelner Geräte fest, wenn dies aufgrund einer erforderlichen Leistungsbegrenzung nötig erscheint. Allerdings hat das Elektrizitätsversorgungsunternehmen sinnvolle Eingriffsmöglichkeiten, beispielsweise durch die Vorgabe von Leistungsgrenzwerten oder die Aktivierung einzelner den Leistungsverbrauch mässigender Programme im Lastrechner. Zu3ätzlich kann das Elektrizitätsversorgungsunternehmen einen Befehl zur Notabschaltung übertragen, dessen Ausführung durch den Lastrechner C erfolgt. Dieser Befehl kann so geartet sein, dass entweder eine Abschaltung aller Geräte veranlasst wird oder eine Abschaltung von Geräten bis zu einer bestimmten Prioritätsstufe. Die Schaltglieder sO bis 83 weisen bistabiles Verhalten auf und sind sowohl manuell betätigbar als auch durch elektrische Signale an mindestens einem Steuereingang in Jeden ihrer beiden stabilen Zustände schaltbar. Diese die Schalthandlung herbeiführenden Signale werden im Lastrechner C erzeugt und über die Leitungen 16 bis 19 auf die Schaltglieder Übertragen. Die Leitungen 16 bis 19 zwischen dem Lastrechner C und den Schaltgliedern sO bis s3 erfordern einen gewissen Installationsaufwand. Dieser ist vermeidbar, wenn zur Ubertragung der die Schalthandlungen der Schaltglieder auslösenden Signale das installierte elektrische Netz, also die Leitung 3 benutzt wird. In diesem Fall werden die den einzelnen Schaltgliedem s0 bis s3 zugeordneten Signale zur Durch fdhrung von Schalthandlungen nach entsprechender Codierung direkt auf die Leitung 3 Übertragen, so dass sie von den einzelnen Schaltglieder sO bis 53 zugeordneten Empfängern erkannt und zur Auslösung der Schalthandlung an das entsprechende Schaltglied weitergegeben werden können. Hierbei kann man sich ähnlicher Verfahren wie bei der Rundsteuertechnik bedienen. Die Schaltbefehle können demnach beispielsweise nach dem Impulsabstandsverfahren oder nach dem Impulsmusterverfahren übertragen werden. Die entsprechende Codierung kann durch den Lastrechner mit Übernommen werden. Für den Fall der Notabschaltung ist Jedes Schaltglied mit einer Verriegelungseinrichtung versehen, die eine manuelle Wiedereinschaltung ausschliesst und die durch ein entsprechendes Steuersignal aktivierbar ist. Dies kann dadurch realisiert sein, dass Jedes der Schaltglieder sO bis s3 eine die Abschaltung bewirkende Auslösespule enthält, die im Fall der Notabschaltung eine Dauererregung erhält. Zur Erfassung des zu den Geräten 10 bis 13 fliessenden Stromes ist in Jedem der Schaltglieder sO bis s3 ein Sensor 20 bis 23 vorgesehen. Darüber hinaus kann in Jedes der Schaltglieder sO bis s3 zum Schutz gegen Überlastung ein Uberstromauslöser eingebaut sein. Dies bietet die Möglichkeit, dass das stromdurchflossene Element des Uberstromauslösers gleichzeitig als Sensor des zum zugehörigen Gerät 10 bis 13 fliessenden Stromes genutzt wird, indem der an diesem Element auftretende Spannungsabfall Über die Leitungen 12 bis 15 zum Lastrechner C zurück- gemeldet wird. Bei Geräten, die im Einschaltzustand eine konstante Strom- bzw. Leistungsaufnahme aufweisen, ist es ausreichend, als Sensor fÜr den zum Gerät fliessen den Strom einen elektrischen Sensor für die Stellung des Schaltgliedes einzusetzen. Die Information über den konstanten Strom- bzw. Leistungsverbrauch ist in diesem Fall in einem nichtflüchtigen Speicher des Lastrechners abzulegen. Geräte mit nichtkonstanter Laistungsaufnahme sind solche, die einen komplizierten Arbeitszyklus mit verschiedenen Arbeitsabläufen aufweisen, also beispielsweise Waschmaschinen. In diesem Fall genügt es, nur die leistungsintensiven Arbeitsabläufe an den Lastrechner C zurückzu- melden. In diesem Fall ist dem Sensor für den zum Gerät fliessenden Strom ein Grenzwertmelder nachzuschalten, dessen Ausgangssignal nur bei leistungsintensiven Arbeitsabläufen des Arbeitszyklus aktiv ist. Die vom Lastrechner C über die Leitung 11 veranlasste Tarifumschaltung des Elektrizitätszählers Z kann bei einem zur Vorausberechnung des zu erwartenden Leistungsmaximums eingerichteten Lastrechner dann ausgelöst werden, wenn die Vorausberechnung des zu erwartenden Leistungsmaxiinums eine Uberschreitung des Grenzwertes erwarten lässt. Der Elektrizitätszähler Z und der Lastrechner können als integrierte Baueinheit ausgeführt sein. In diese integrierte Baueinheit kann auch zusätzlich die Sender-Empfänger-Einheit T einbezogen sein. Bei einem unter Einsatz eines Mikrocomputers aufgebauten Lastrechner C kann der Mikrocomputer Funktionen des Elektrizitätszählers Z sowie der Sender-Empfänger-Ein- heit T mit übernehmen. Dies ist durch die strichpunktierte Umrandung der Blöcke C, Z, T angedeutet. In Fig. 2 ist ein Beispiel für eine aufgrund der Arbeitsweise des Lastrechners erfolgende Modifizierung der Prioritätsfolge beim Abschalten von Geräten veranschaulicht. Die Abszisse des Diagramms in Fig. 2 stellt eine Zeitachse dar, die Ordinate repräsentiert den Geräte strom bzw. die Geräteleistung. In der obersten Zeile ist die Leistungsentnshme eines elektrischen Gerätes mit der niederwertlgsten Priorität pO in der mittleren Zeile die Leistungsentnahme eines Gerätes mit der nächsthöheren Priorität pl und in der unteren Zeile die Lei stungsentn# > mie eines Gerätes mit der wiederum höheren Priorität p2 dargestellt. Im Zeitpunkt tO überschreitet der Leisiungsistwer; den vorgegebenen Leistungsgrenzwert. Bei einer rein prioritätsgesteuerten Abschaltung durch den Lastrechner C würde in diesem Fall das Gerät mit der Priorität pO unabhängig von dessen technischen Eigen schalen und Vorgeschichte abgeschaltet werden. Bei dem erfindungsgemässen Lastrechner wird Jedoch der Betrieb des Gerätes mit der Priorität pO weitergeführt und stattdessen das Gerät mit der Priorität pl abgeschaltet. Da im Lastrechner C Informationen über die Zeitkonstanten oder die im regulären Zweipunktbetrieb auftretenden Ein- und Abschaltzeiten teO, tel bzw. taO, tal vorhanden sind und darüber hinaus aus der Erfassung der letzten StromTlussdauern atO und ht1 hervorgeht, dass das Gerät mit der Priorität pO gerade erst etwas mehr als die EElf- te seiner an sich notwendigen Einschaltdauer aufweist, wohingegen das Gerät mit der Priorität pi bereits fast für seine gesamte Einschaltdauer mit Strom versorgt wurde, wird entgegen der an sich programmierten Prioritätsfolge die geringstmögliche Beeinträchtigung für den Abnehmer elektrischer Energie durch Abschaltung des Gerätes mit der Priorität pl erreicht. Im Zeitpunkt t1 geht das Gerät mit der Priorität p1 ausser Betrieb. Dieses Gerät kann beispielsweise eine Klimaanlage im Kühlbetrieb sein, deren Betrieb wegen einer abendlichen Abkühlung überflüssig wird. Im Zeitpunkt t2 beginnt das Gerät mit der Priorität p2 einen sehr leistungsintensiven Arbeitsablauf im Rahmen seines Arbeitszyklus, so dass eine erneute Uberschreitung des Leistungsgrenzwertes erfolgt. In diesem Fall wird die programmierte Prioritätsfolge beibehalten, wobei das Gerät mit niedrigster Priorität pO nicht abgeschaltet, sondern mit verringerter Leistung betrieben wird, indem es periodisch mit hoher Taktfrequenz für den Rest seiner Einschaltdauer ein- und ausgeschaltet wird. 27 Patentansprüche 2 Figuren

Claims: Patentanssrüche 1. System zur Steuerung des elektrischen Energieverbrauchs, vorzugsweise in Haushalten, mit einem Elek trizitätszähler, der ausgangsseitig eine Impulsfolge mit leistungsproportionaler Frequenz an einen Lastrechner abgibt, mit einem Messperiodengeber und mit den einzelnen energieverbrauchenden Geräten oder Gerätegruppen zugeordneten Schaltgliedern, wobei diese Schaltglieder vom Lastrechner als Ergebnis eines Vergleichs zwischen einem Grenzwert und dem Leistungsistwert für eine Messperiode nach einer im Lastrechner gespeicherten Prioritätsfolge sowie Geräteleistung beeinflussbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Lastrechner (c) zusätzlich einen nichtflüchtigen Speicher aufweist, in dem die Zeitkonstanten der einzelnen Geräte (PO bis 13) oder Gerätegruppen abgelegt sind, dass Jedes Gerät (10 bis 53) oder Jede Gerätegruppe einen Stromsensor (20 bis 23) für den zum Gerät (O bis 13) fliessenden Strom aufweist, dessen Ausgangssignal dem Lastrechner (C) zugeführt (12 bis 15) ist, und dass bei Betätigung der Schaltglieder (sO bis s3) durch den Lastrechner (C) die Zeitkonstanten der Geräte (10 bis 13) bzw. der Gerätegruppe und die bisherigen Stromflussdauern berücksichtigt werden. 2. System nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für die Übertragung von Signalen vom Elektrizitätsversorgungsunternehmen zum Abnehmer ein Empfänger (T) vorgesehen ist, der an den Elektri zitätszähler (Z) und/oder den Lastrechner (C) angeschlossen ist. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Sender (T) für die Übertragung von Systemdaten zum Elektrizitätsversorgungs unternehmen vorgesehen ist. 4. System nach Anspruch 2 oder 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Lastrechner (C) aufgrund eines am Empfänger (T) bei Netzüberlastung eingehenden Signals entsprechend der vom Lastrechner (C) modifizierten Prioritätsfolge Je einen Abschaltbefehl mindestens an einzelne Schaltglieder (sO bis s3) abgibt, wobei eine manuelle Wiedereinschaltung ausgeschlossen ist. 5. System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a durch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Lastrechner (c) als programmierbarer Rechner mit mehreren Arbeitsprogrammen ausgeführt ist, wobei zumindest das dieAbschaltung der Geräte(lO bis 13) oder Gerätegruppen nach Prioritätsfolge (pO, Pl, p2), Zeitkonstante und bisherige Stromflussdauer bestimmende Programm durch ein am Empfänger (T) eingehendes Signal aktivierbar ist. 6. System nach einem der AnsprUche 1 bis 5 , d a d u r c h g e k e n n z e ic h n e t, dass der Elektrizitätszähler (Z) tarifumschaltbar ausgeführt ist. 7. System nach einem der AnsprUche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Tarifumschaltung durch ein vom Elektrizitätsversor gungsunternehmen gegebenes Signal über den Empfänger (T) am Elektrizitätszähler (Z) auslösbar ist. 8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Elektrizitätszähler (Z) und Lastrechner (C) als integrierte Baueinheit ausgeführt sind. 9. System nach einem der Ansprüche 3 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Sender (T), Empfänger (T), Lastrechner (C) und Elektrizitätszähler (Z) als integrierte Baueinheit ausgeführt sind. 10. System nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Ubertragungsweg zwischen Elektrizitätsversorgungsunternehmen und Em Empfänger (T) das elektrische Versorgungsnetz (1, 2) dient. 11. System nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Ubertragungsweg zwischen Sender (T) und Elektrizitätsversorgungsunter- nehmen das elektrische Versorgungsnetz (1, 2) dient. 12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Grenzwert für den Lastrechner (C) fest einprogrammiert ist. 13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Grenzwert für den Lastrechner (C) vom Elektrizitätsversorgungsunternehmen über den Empfänger (T) dem Lastrechner (C) vorgebbar ist. 14. System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei Über- schreitung des Grenzwertes über die Schaltglieder (s0 bis s3) eine Abschaltung von Geräten (10 bis 13) oder Gerätegruppen für Zeitspannen erfolgt, die ganzzahlige Yiel- fache der vom Messperiodengeber (MP) vorgegebenen Messperiode sind. 15. System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei Über- schreitung des Grenzwertes über die Schaltglieder (sO bis s3) periodische im Vergleich zur Messperiode erheblich kürzere Ein- und Abschaltungen einzelner Geräte (10 bis 13) oder Gerätegruppen durchgeführt werden, so dass der Betrieb der Geräte (10 bis 13) oder Gerätegruppen mit verringerter Leistung weitergeführt wird. 16. System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d#a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Lastrechner (C) zur Vorausberechnung des zu erwartenden Leistungsmaximums eingerichtet ist. 17. System nach einem der Ansprüche 1 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Jedes Schaltglied (sO bis s3) bistabiles Verhalten aufweist und durch Signale an mindestens einem Steuereingang in Jeden der stabilen Zustände Überführbar ist. 18. System nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schaltglied (sO bis s3) auch manuell betätigbar ist. 19. System nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schaltglied (sO bis s3) eine Verriegelungseinrichtung gegen manuelle Wiedereinschaltung aufweist, die durch ein Signal am Steuereingang aktivierbar ist. 20. System nach einem der Ansprüche 17 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor (20 bis 23 ) für den zum Gerät (11 bis 13) oder zur Gerätegruppe fliessenden Strom im Schaltglied (sO bis s3) angeordnet ist. 21. System nach einem der Ansprüche 17 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schaltglied (sO bis s3) einen Uberstromauslöser aufweist. 22. System nach den Ansprüchen 20 und 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Spannungsabfall an dem als Sensor genutzten stromdurchflossenen Element des Uberstromauslösers an einem Ausgang des Schaltgliedes (sO bis s3) für die Rück- meldung zum Lastrechner (C) zur VerfUgung steht. 23. System nach einem der AnsprUche 1 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für die Signalübertragung zwischen Lastrechner (C) und Schaltglied (sO bis s3) eigene Signalleitungen (12 bis 15, 16 bis 19) vorgesehen sind. 24. System nach einem der Ansprüche 1 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für die Signalübertragung zwischen Lastrechner (C) und Schaltglied (sO bis s3) sowohl dem Lastrechner (C) als auch dem Schaltglied (sO bis s3) ein Senderempfängerbaustein zugeordnet ist und dass die Signalübertragung in Form codierter Signale über die Speiseleitung (3) für die elektrische Energie des Gerätes (10 bis 13) erfolgt. 25. System nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Sensor (20 bis 23.) für den zum Gerät (10 bis 13) oder zur Gerätegruppe fliessenden Strom ein elektrischer Sensor für die Stellung des Schaltgliedes (sO bis s3) dient. 26. System nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei Geräten (10 bis 13) mit während eines Arbeitszyklus unterschiedlicher Leistungsaufnahme dem Sensor (20 bis 23) ein Grenzwertmelder nachgeschaltet ist, dessen Ausgangssignal nur bei leistungsintensiven Arbeitsabläufen des Arbeitszyklus aktiv ist. 27. System nach den Ansprüche 6 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch den Lastrechner (C) eine Tarifumschaltung des Elektrizitätszählers (Z) auslösbar ist, wenn die Vorausberechnung des zu erwartenden Leistungsmaximums eine Überschreitung des Grenzwertes erwarten lässt.

Inventors: LISKA, MANFRED, DR., SCHWENDTNER, MANFRED, DIPL.-ING., WUST, KARL-ERNST, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1983
Main classification: G01R21
IPC codes: G01R21, H02J3