CN107005061B - 电力管理*** - Google Patents

Abstract

一种控制器和具有控制器的***，所述控制器被配置为确定任何时间输入到储能设备的能量并且控制一个或多个电气负载设备的激活。每个负载设备具有相关联的负载简档数据列表，所述负载简档数据列表包括关于储能阈值参数和额定能耗参数的参数。所述控制器在输入到所述储能设备的能量超过所述负载设备的额定能耗时激活一个负载设备并且按比例数控制输入到所述储能设备的电力。

Description

电力管理***

技术领域

本发明涉及一种电力管理***，具体地但非排他地涉及一种用于管理和控制蓄电单元中的蓄电和耗电设备中的耗电的***。

背景技术

水箱常被采用以向用户提供加热的水。加热的水从水箱被汲出并且通常从水龙头、莲蓬头或类似设备进行分配。替换地，加热的水可用于其它用途，例如热水池。水箱通常从水源例如自来水管接收未加热的水。水箱典型地包括具有用户接口的控制器，用户接口允许用户设定箱中所盛水的期望温度。如果箱的水温降到期望温度以下，则控制器激活加热元件以使箱中的水变暖。在被激活时，加热元件开始加热箱内的水，加热元件持续加热水直到水温达到或超过期望温度。在其它布置中，控制器是简单的恒温器，例如双金属条型恒温器。

加热元件的激活需要电源。在这方面，加热元件通常由一个或多个电阻元件组成，电阻元件在电流通过加热元件时发热。结果，与水加热器相关联的操作成本与加热元件生成的热量直接相关。更特别地，加热元件生成的热量的任意增加通常增加了能量成本，因此增加了与水加热器相关联的总操作成本。

在一些情形下，加热元件简单地在水温低于恒温器时被通电。然而，取决于一天中的时间和具体的电力源，简单地使加热元件通电可能造成过度的耗电。

本发明的目标是提供一种控制加热的水的温度的方式，该方式改进或至少改善了一些上述缺点或至少向公众提供了有用的选项。本发明的其它目标可根据下面仅通过示例给出的描述变得明显。

在此说明书中，在参考包括专利说明书和其它文献的外部信息源时，目的一般在于提供讨论本发明的特征的上下文。除非另有说明，对信息源的参考在任何权限下不被解释为承认这些信息源是现有技术或形成本领域的公知常识的一部分。

发明内容

由此，在一个宽泛的方面，本发明在于一种用于管理分配给一个或多个负载设备的电力的***，所述***包括：

至本地能源的连接；

至市电能源的连接；

本地储能单元，被配置为经由可变调节器接收来自所述本地能源和/或市电电力输入的能量，所述可变调节器可操作为控制被输入到所述本地储能单元的能量；

一个或多个负载设备，被配置为经由开关接收来自所述本地能源和/或市电能量输入的电力；每个所述一个或多个负载设备具有相关联的负载简档数据列表；以及

控制器，被配置为：

接收指示源自所述市电能源或提供给所述市电电源的能量的输入；以及

接收指示所述本地储能单元中存储的能量的输入。

在另一宽泛的方面，本发明在于一种用于管理分配给一个或多个负载设备的电力的***，所述***包括：

至本地能源的连接；

至市电能源的连接；

本地蓄电单元，被配置为经由可变调节器接收来自所述本地能源和/或市电电力输入的能量，所述可变调节器可操作为控制被输入到所述本地储能单元的能量；

一个或多个负载设备，被配置为经由开关接收来自所述本地能源和/或所述市电电力输入的电力，每个所述一个或多个负载设备具有相关联的负载简档数据列表；以及

控制器，被配置为：

基于指示源自所述市电能源或提供给市电电源的能量的输入、指示存储在所述本地储能单元中的能量的输入确定耗电与发电(CP)比；以及

所述控制器被进一步配置为：

输出一个或多个信号以控制所述开关激活负载设备；以及

输出信号，该信号可操作为控制所述可变调节器使得确定的CP比保持接近目标CP比。

在一些实施方面中，所述控制器被进一步配置为评估与所述至少一个负载设备相关联的所述数据列表中的一个或多个参数，并且根据一个或多个准则选择负载设备。

在一些实施方面中，准则通过测量到负载设备的额定能耗超过输入到所述本地储能单元的能量被确定。

在一些实施方面中，所述控制器被进一步配置为确定所述储能单元中存储的能量的水平，并且仅在所述存储的能量高于预定的阈值时激活负载。

在一些实施方面中，所述控制器被进一步配置为确定所述储能单元中存储的能量的水平，并且在所述存储的能量低于预定阈值时禁用任何操作的负载设备。

在一些实施方面中，所述控制器进一步适于接收或存储期望的能量目标比参数，所述期望的能量目标比参数关于由所述市电能源提供给所述***的能量与由本地能源提供的能量之间的期望能量比。

在一些实施方面中，所述期望的能量目标比参数基本等于1。

在一些实施方面中，所述控制器被配置为计算能量目标比为由所述市电能源提供给所述***的能量除以由本地能源向所述***提供的能量。

在一些实施方面中，所述控制器被进一步配置为输出信号，该信号可操作为控制输入到所述本地储能单元的能量以把与负载设备相关联的所述负载简档数据列表中的依赖所述期望的能量目标比的一个或多个参数作为目标。

在一些实施方面中，所述控制器被配置为实现优先级排序过程，该过程包括输出可操作为响应一个或多个负载设备被激活减少提供给所述储能单元的能量的信号。

在一些实施方面中，所述控制器被配置为响应一个或多个负载设备被激活调节提供给所述储能单元的能量从而满足所述期望的能量目标比。

在一些实施方面中，所述优先级排序过程被实现直到提供给所述储能单元的能量变为0，所述控制器被配置为响应地禁用一个或多个负载设备。

在一些实施方面中，所述控制器被进一步配置为输出可操作为在一个或多个负载设备被禁用时增加提供给所述储能单元的电力的信号。

在一些实施方面中，所述控制器被进一步配置为确定能量源自所述市电能源，并且响应地输出可操作为控制所述可变调节器以减少输入到所述本地储能单元的能量由此基本维持所述期望的能量目标比的信号。

在一些实施方面中，所述控制器被配置为确定提供给所述市电能源的能量，并且响应地输出可操作为控制所述可变调节器以增加输入到所述本地储能单元的能量由此基本维持所述期望的能量目标比的信号。

在一些实施方面中，在使用中，由本地能源向所述***提供的超过所述***消耗的能量由所述控制器提供给所述本地能源，所述控制器输出可操作为增加输入到所述本地储能单元的能量使得所述能量目标参数比基本等于1的信号。

在一些实施方面中，负载设备的负载简档数据列表包括阈值数据参数和最小运行时间参数。

在一些实施方面中，负载设备的负载简档数据列表进一步包括下列参数的一个或多个：

·负载名称；

·运行时间；

·额定功耗；

·周期中的最小运行时间；

·时间周期优先级；

·周期中的最大运行时间；

·周期开始/结束；

·周期长度；

·最小开时间；

·最小关时间；和/或

·与所述本地储能单元相关联的能量阈值数据。

在一些实施方面中，所述控制器进一步包括定时器，所述定时器适于更新负载简档数据列表中的一个或多个时间依赖参数。

在一些实施方面中，所述***进一步包括用户接口，所述用户接口被配置为允许所述负载简档数据列表参数中的一个或多个的输入。

在一些实施方面中，所述控制器被进一步配置为在所述本地储能中存储的能量高于阈值能量水平时操作所述负载设备中的一个或多个。

在一些实施方面中，所述控制器被进一步配置为当一个或多个负载设备操作时：

确定所述能量比，当所述能量比小于1时，指示由所述本地能源产生的能量多于由所述一个或多个负载设备消耗的能量，输出可操作为控制可变调节器以增加被输入到所述本地储能单元的能量由此减小所述能量比的信号。

在一些实施方面中，所述控制器被进一步配置为当一个或多个负载设备操作时：

确定能量比变量，当所述能量比变量大于1时，指示能量源自所述市电能源，输出可操作为控制所述可变调节器以减少输入到所述本地储能单元的能量的信号。

在一些实施方面中，所述控制器被配置为在下列情况下禁用负载设备：

当所述本地蓄电单元中存储的能量小于预定的能量阈值时，以及

当所述负载设备的负载简档具有指示基本零最小运行时间参数、已经期满的最小运行时间周期、和/或期满的最小运行时间小于剩余的可用操作周期的参数时。

在一些实施方面中，所述控制器被进一步配置为输出可操作为控制所述可变调节器以增加输入到所述本地储能单元的能量至当所述本地储能单元中存储的能量低于预定阈值时的信号。

在一些实施方面中，所述本地储能单元是热水存储单元。

在一些实施方面中，所述热水存储单元包括一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器适于测量所述热水存储单元中水的水温。

在一些实施方面中，第一温度传感器位于所述热水存储单元的底部处或附近。

在一些实施方面中，其中第二温度传感器位于热水存储单元的顶部处或附近。

在一些实施方面中，指示所述本地储能单元中存储的能量的输入包括来自安装至所述热水存储单元的所述一个或多个温度传感器的信号。

在一些实施方面中，指示所述本地储能单元中存储的能量的输入包括来自所述第一温度传感器和所述第二温度传感器的信号的平均。

在一些实施方面中，所述控制器进一步包括适于接收指示一个或多个负载设备的额定能耗的数据的输入。

在一些实施方面中，所述控制器被配置为计算所述负载设备中的一个或多个的平均额定能耗。

在一些实施方面中，所述控制器被配置为用计算的平均额定能耗值作为所述额定能耗值更新负载设备数据列表。

在一些实施方面中，所述控制器被配置为基于下列条件选择负载设备：

所述能量目标参数比小于1；以及

来自所述负载简档数据列表的负载设备的额定能耗值。

在另一宽泛的方面，本发明在于一种被配置为确定任意时间输入到储能设备的能量且控制一个或多个电气负载设备的激活的控制器，每个负载设备具有相关联的负载简档数据列表，所述负载简档数据列表包括储能阈值参数和额定能耗参数，所述控制器被配置为在输入到所述储能设备的能量超过所述负载设备的所述额定能耗参数时激活所述负载设备并且按比例数减少输入到所述储能设备的电力。

在一些实施方面中，所述控制器被进一步配置为基于由本地能源提供的能量和由房屋消耗的能量确定耗电与发电比。

在一些实施方面中，所述控制器被进一步配置为输出可操作为控制输入到所述储能设备的能量使得所述比等于1的信号。

在另一宽泛的方面，本发明在于一种用于管理分配给一个或多个负载设备的电力的方法，所述一个或多个负载设备被配置为经由开关接收来自本地能源和/或市电电力输入的电力，每个所述一个或多个负载设备具有相关联的负载简档数据列表，本地蓄电单元被配置为经由可变调节器接收来自本地能源和/或市电电力输入的能量，所述可变调节器可操作为控制输入到所述本地储能单元的能量，所述方法包括：

基于指示源自所述市电能源、或提供给所述市电电源的能量的输入、指示所述本地储能单元中存储的能量的输入确定耗电与发电(CP)比；以及

输出一个或多个信号以控制所述开关激活负载设备；以及

输出可操作为控制所述可变调节器使得确定的CP比保持接近目标CP比的信号。

在另一宽泛的方面，本发明涉及上面陈述中的任意一个或多个与任意其它陈述中的任意一个或多个结合。

本发明的其它方面可根据仅通过示例给出的下面描述、参考附图变得明显。

如本文中所使用的，术语“和/或”表示“和”、或“或”、或两者。本说明书和权利要求中使用的术语“包括(comprising)”表示“至少部分由......构成”。在解释包括该术语的说明书和全要求的包括该术语的陈述时，优选地每个陈述中的该术语前面的特征都需要存在，但是其它特征还可存在。例如“包括(comprise)”和“包括(comprised)”以相同的方式被解释。

本文中公开的任意数字范围(例如，1至10)还旨在包含对该范围内的所有有理数(例如1、1.1、2、3、3.9、4、5、6、7、8、9和10)的引用，还包含该范围内的任意有理数范围(例如，2至8、1.5至5.5和3.1至4.7)。

上面和下面(如果有)引用的所有申请、专利和公开文本的全部公开内容通过引用并入本文。本发明还可据称是宽泛的，在于申请的说明书中单独或共同引用或指示的部件、元件和特征、以及所述部件、元件或特征的任意两个或多个的任一或所有组合，在具有本发明涉及的领域的已知等同的特定整数在本文中被提及的情况下，已知等同认为并入本文，就像被单独阐述。

对于本发明涉及的领域的技术人员，建议本发明的许多结构变化和截然不同的实施方式和应用建议而不偏离如所附权利要求中定义的本发明的范围。本文中的公开和描述纯粹是说明性并且不存在任意意义的限制。

附图说明

本发明可参考下面的附图被更好地理解。附图的元件不一定相对于彼此成比例，代替地重点放在清楚地说明本发明的原理。而且，相似的参考标号指定若干附图中的相应部分。

图1示出了包括典型电网的示例***中的硬件部件，所述典型电网具有向电力输送线和房屋例如商业、住宅或工业场地供电的电站；

图2示出了一天内由本地太阳能***发的典型电力和典型家庭消耗的电力的曲线图；

图3示出了图2的具有附加特征的曲线图，其中附加特征表示在给定时间被分配用于其它目的而非输出到电网的剩余电力；

图4(a)示出了温度传感器如何被安装在热水存储单元的侧壁中的一个示例；

图4(b)示出了温度传感器如何被安装在围绕侧壁的隔热层被去除的位置处且传感器被直接安装至侧壁表面的替换示例；

图5是负载的潜在相关特性的数据列表；以及

图6示出了控制器承担的操作过程的示例的流程图。

具体实施方式

当家中没有负载时，本文描述的实施方式将过剩的能量送给热水元件，在晴天时将其加热至高于所需的温度，热水元件存储该能量用于阴天。在阴天如果没有足够的太阳能加热水，则本文描述的实施方式将感测到箱太低并将它们切换到受控率供电，从而能用较便宜的电将它们加至中间设定温度。

当晴天加热水并且负载增加且在家中使用较多的电(例如，当水壶烧水时)时，本文描述的实施方式快速关掉缸的热水，从而不用从电网购买不必要的电力。然后当水壶完成烧水并且有过剩的太阳能可用时，重新打开热水以减少输出的电。因此，本文描述的实施方式动态响应负载和太阳能的变化。

本文描述的实施方式使用脉宽调制(PWM)或类似的可变控制形式以将过剩的太阳能转移到热水。这允许精确的负载匹配。这表示随着房屋中的负载和太阳能得热改变，***动态地响应以减少输出的能量的量和减少从电网购买的能量的量。

在一些实施方式中，各种电器的温度水平被监视，温度设定点起作用，考虑最小“必须运行”周期及其它参数(例如，基于温度、“运行故障”、运行时间监视和发送警告，基于装配排序不同电器的优先级)。在一些实施方式中，不同的电器具有不同的运行时间优先权。

图1示出了包括具有电站30的典型电网的示例***中的硬件部件，电站30向电力输送线31和房屋例如商业、住宅或工业场地33供电。一个或多个输电变压器32可用于将长距离输电电压转换成合适的市电电压。电力典型地通过市电电力线3被供给房屋。

本文描述的实施方式被设计为管理将来自电网的电力分配给房屋33上的一个或多个电气负载。典型的电气负载包括热水存储单元、电器例如白瓷电器、以及其它电气设备例如泵、照明等。另外，本文描述的实施方式被设计为管理位于房屋上的任意本地发电设备。本地发电设备包括例如太阳能发电机、风力发电机和其它类似设备的设备。在本地发电设备和电网电力在房屋上连接在一起的情况下，***典型地被认为是并网可再生能源***。

并网可再生能源***在太阳照耀、水在流或风在吹时能够用可再生能源向家庭或小型商业供电。产生的任意过剩电力能够被回馈到电网以缓解要需要来自电站的电力以向其它并网家庭或商业供电。当可再生能源不可用时，来自电网的电向房屋的需求供电。

另外，供电方(即，电气设施)常常允许净计量，由并网可再生能源***生成的过剩电力在被回馈到电网时使电量计“折回”的布置。如果房地产要求比本地发电***在给定时段回馈给电网的电多的电，则典型地仅向供电方对所使用的电与所发的电之间的差进行支付。然而，对供给电网的能量支付的价格典型地远少于从电网抽拉的电力的成本。此外，来自电网的电力的成本常常是房地产的峰值功耗的因子。

因此，通过减少发生在具体房地产上的峰值功耗得益。此外，由此得益并且任意本地发电源发的剩余电力被本地存储或使用以最小化需要来自电网的电力的量，还减少了发生的峰值功耗。

图1进一步描绘了热水存储单元1，然而应该注意到单元1可以是可在住宅、商业或工业环境中使用的任意形式的能量存储。例如，储能单元可以是一个或多个电池或机械能形式存储单元。在一些实施方式中，储能单元是包括热水缸、电池、热水池的储能单元的组合和/或这些设备的组合。本发明的具有多于一个储能设备的实施方式可排序向各个设备供电的优先级。然而，下面描述的到来的电力源的管理策略同样适用。储能单元1适于接收来自电力线5的能量。

在本文描述的特定示例性实施方式中，讨论了热水储能单元。具体地，热水存储单元可以是传统的热水缸，这种设备要求常规但可变的能量输入。热水缸典型地具有位于缸底部处或附近的冷水入口，热水出口位于缸顶部处或附近。为了加热单元中的水，加热器元件位于底部附近。典型地，加热器元件2是电阻型电气负载，电气输入5用于生成热，所述热可被传递给缸中的水用于加热。

开关4被配置为控制进入热水存储单元1的加热元件2的电的流。开关的优选形式是被配置为接收控制信号8的半导体型开关，其中控制信号8操作以连接和断开开关。控制信号可以是线性电压或脉冲电压，例如一般开关调节技术的PWM。例如，被提供给开关的可变PWM控制信号允许在0％或关状态与100％或开状态之间连续和线性调节供给加热元件2的电力5。在一些实施方式中，开关4是一个或多个MOSFET，一个或多个MOSFET被配置为在选通信号被接收到时控制将多少到来的电能传导至加热元件。

在一些实施方式中，控制器6被提供为管理***中部件的操作。在一些实施方式中，控制器6是至少具有与***10的传感器和其它部件交互所需的输入和输出的微处理器，并且能够存储和实现控制决定。控制器包括被配置为控制控制器的操作和功能的控制逻辑。控制逻辑可在软件、硬件或它们的组合中实现。在一个示例性实施方式中，控制逻辑及其相关联的方法在软件中实现并且被存储在指令执行***(例如微处理器)的存储器中。控制器被配置为读取可包括模拟电压或数字脉冲的任意输入信号，并且被进一步配置为输出包括模拟电压或数字脉冲的输出信号。输入和输出电压调节电路可需要确保与控制器交互的部件具有兼容的电压电平用于稳定的操作。

在图1中描绘的示例性实施方式中，热水存储单元1具有位于箱底部附近的加热元件、位于箱底部处或附近的至少第一温度传感器14。在一些实施方式中，第二温度传感器7被设置在与热水被汲出用于消耗的位置接近的箱顶部处或附近。

每个温度传感电器有通信信道15，通信信道15被提供作为控制器6的一个或多个输入11。在一些实施方式中，传感器7、14中的一个或多个与控制器6无线通信。在一些实施方式中，传感器由本地能量源例如电池供电。替换地，传感器可由最近的电力(例如，被提供给加热元件2的电力)源供电。

为了确保能在热水存储单元的一侧进行精确的测量，传感器7、14中的每个应该被安装为尽可能接近热水。即，在可存在于单元上的任意隔热层内。图4(a)示出了温度传感器如何被安装的一个示例。热水存储单元的侧壁被钻孔，热采井被安装在孔中。传感器然后可被***热采井内。图4(b)示出了围绕侧壁的隔热层被去除且传感器被直接安装至侧壁表面的替换解决方案。隔热层可被更换以在传感器一旦被安装即恢复传感器。

在一些安装中，环绕缸的隔热层的外表皮被钻孔，隔热层被凿下或移去以允许温度传感器抵靠箱内材料(铜或不锈钢)。它被胶合就位使得通过金属的热传递给出箱内水温的精确指示而不需要刺穿箱容器。然后其余的空隙被填充有隔热胶以将传感器保持就位。

再次参考图1，在一些实施方式中，房屋33具有本地发电源。例如，本地源可以是如图所示的太阳能发电机23或风力发电机。其它形式的本地发电也同样适用。由于自然发电能源的输出可因环境条件显著变化，典型地在本地能源23的输出与市电配线3之间提供逆变器24。逆变器24起作用以将到来的的电能转换为符合市电电压的形式。

电力监视设备25连接在配线的、房地产连接至电网电源处的部分。电力监视设备25可操作为测量进入家庭的电的流，或者，在本地发电源23发的电力多于房屋33消耗的电力的情况下测量流出电网的电的流。提供给电网的剩余本地发电被称为输出或回馈。电力监视设备25经由数据通信信道22连接至控制器6。控制器6转而被配置为读取到来的信号并且确定流入或流出房屋的电力。在一些实施方式中，电力监视设备25是安装在房屋的电表箱处或房屋本地市电配线连接至电网的位置处的电流钳。

除了所示的储能单元1以外，存在与市电电源连接的许多其它电气负载。具体地，图1示出了电气负载16、17和18，每个电气负载通过开关19、20和21连接至市电电源3，所述开关被配置为控制所连负载的通电。任意数量的负载和对应的控制开关可连接至市电配线3。控制器6被配置为经由通信信道8向开关输出信号以控制连接至该开关的负载的操作。在一些实施方式中，通信信道8是双向的，来自负载的数据被传输回控制器用于存储和/或处理。例如，负载可被配置为发回包括额定功耗和运行时间的数据。

在一些实施方式中，数据通信信道例如22、8、15、11和13是有线连接。在其它实施方式中，可使用一个或多个无线通信信道。合适的短距离(例如大约100m)无线通信包括例如WiFi或蓝牙设备的设备。适于本地或短距离的其它无线通信设备对本领域技术人员而言是明显的。如果需要，高增益和/或定向天线可用于提升小功率通信设备的范围潜能。

控制器6存储一个或多个目标设定，所述目标设定代表从电网输入和/或输出到电网的期望能量的量。一种输入情形是房屋33消耗能量且任意本地电源不能满足房屋能耗需求的情况。一种输出情形是本地电源所发的电力多于房屋33消耗的电力的情况。

在一些实施方式中，目标是耗电与发电之间的比并且可被表达为“CP比”。例如，在本地电源是太阳能电池板阵列的情况下，CP比是太阳能电池板的耗电/发电。如果CP比小于1，则电被输出至电网。如果CP比大于1，则从电网买电。

图2示出了在一天内由本地太阳能***51发的典型电力和典型家庭50消耗的电力的曲线图。CP比是耗电与发电比的结果。如果发电高于耗电，则CP比小于1且能量被输出到电网。如果发电低于耗电，则CP比大于1且从电网输入能量。

最有益的CP比等于1、或尽可能实现接近1，从而本地电源产生的任意过剩能量被存储以供以后使用并且不需要来自电网的能量或至少可减少或避免能量峰。所存储的在通常发生能量输出期间产生的能量用于补偿或缓解从电网抽拉电力的未来需求。此外，理想的情况是电气负载例如16、17和18中的任一个能够在CP比大于1期间操作。控制器6被配置为实现一种操作策略，该操作策略操作可用和连接的电气负载并且调整提供给储能单元1的能量使得CP比尽可能被维持接近1。

控制器的实施方式旨在操作以始终保持CP比尽可能接近1。为此，控制器被配置为控制被提供给蓄电设备的电力的量，并且在存在剩余能量的情况下，激活也需要电力的一个或多个负载设备。

被激活的具体的负载设备是具有具体特性的负载设备。图5是具有负载的潜在相关特性的数据列表。具体地，特性包括：

·名称；

·额定功耗；

·周期中的最小运行时间；

·时间周期优先级；

·周期开始/结束；

·周期长度；

·最小开时间；

·最小关时间；

·阈值数据。

这些参数如下：

最小总运行时间——电器在每个时间周期的最小总运行时间目标；

最大总运行时间——电器在每个时间周期的最大总运行时间目标；

周期开始——确定一个周期何时结束且下一个周期何时开始的周期长度内的偏移；

周期长度——运行时间周期长度(电器必须完成其最小总运行时间的时间周期)；

最小开时间——电器在可被再次关闭之前必须打开的最小时间(比避免可能损坏电器的过度开和关)；

最小关时间——电器在可被再次打开之前彼此关闭的最小时间；

额定功率——电器在运行时抽拉的额定功率。用于确定电器可基于可用电力运行的时间(可用电力是由热水缸使用以平衡CP比的电力)；

阈值数据——讨论阈值数据如何被用作HWC温度的触发条件。

数据列表(例如，负载设备)中的示例参数如下：

深冻；

最小总运行时间：16:00:00；

最大总运行时间：17:00:00；

周期开始：01:00:00；

周期长度：1.00:00:00；

最小开时间：02:00:00；

最小关时间：00:30:00；

额定功率：400W

泳池泵：

最小总运行时间：02:00:00；

最大总运行时间03:00:00；

周期开始：13:00:00；

周期长度：1:00:00:00；

最小开时间：00:01:00；

最小关时间：00:00:30；

额定功率：500W。

Bait冷冻器(在冷库中——太阳较少较冷，所以在晴天时最小运行时间低、最大运行时间高)；

最小总运行时间：8:00:00；

最大总运行时间：16:00:00；

周期开始：20:00:00；

周期长度：1:00:00:00；

最小开时间：00:30:00；

最小关时间：00:30:00；

额定功率：300W。

当耗电增加或发电减少至热水元件电力减少至0的点时，然后电器之一关闭以维持CP尽可能接近1。此过程继续，只要负载优先级排序规则允许。

当热水温度高于电器的温度阈值设定且HW功率高于电器的额定功率时，然后电器打开且热水电力调节以将CP比维持在1。

在一些实施方式中，提供用户接口使得上面的负载设备数据参数中的一个或多个可被输入到控制器或至少被更新。在其它实施方式中，控制器连接至电器设备负载参数的数据库并且根据其所控制的住宅上的负载设备检索数据。

控制器具有定时器，定时器适于更新负载简档数据列表中的一个或多个时间依赖参数。定时器还可用于在一天的特定时间调度负载设备的激活。

图3示出了图2的具有附加特征的曲线图，其中附加特征表示在给定时间被分配用于其它目的而非输出到电网的剩余电力。一般地，上太阳能电力51与下耗电50之间的曲线图区域是可被改变目的的电力。在时间52，住宅的耗电超过太阳能发电，在此情况中可从电网抽拉电力以弥补所需的电力差。

总的来说，控制器6被配置为控制***使得在可能的情况下负载设备被激活以消耗基线与太阳能输出之间的剩余电力。此外，当一个或多个负载设备被激活但是激活另一负载设备将导致消耗的电力超过太阳能发电时，仍然可用的任何剩余电力被引向蓄电单元例如热水缸。或者换句话说，控制器被配置为管理负载设备的激活和进入蓄电设备的电力使得CP比尽可能接近1。

如图3所示，一个或多个负载设备的激活将消耗的电力创建为略低于太阳能电输出曲线的水平。任意给定时间的剩余电力然后被引到蓄电设备。由于被提供给蓄电单元的电力在关与其全耗电水平之间可变，控制***能够对哪些负载被激活以及在任意一个时间多少电力应该被送给储能设备做出决定。优选地，控制器执行高速环路过程从而当可连接至市电电力3的负载设备例如不可控负载设备被例如房子内的用户打开时，控制器能够将电力快速更新到蓄电设备和/或禁用一个或多个负载设备以维持CP比尽可能接近1。

应该注意，所连接的由控制器激活的负载设备可具有许多操作状态。例如，一些负载设备可能必须在某一时间周期内运行，其它负载设备可能必须在每个星期操作至少具体时间量。电器可具有与其相关联的上面提到的数据列表参数中的任意一个或多个。在一些实施方式中，控制器6具有可存取的存储器用于存储数据列表参数。替换地，控制器具有被配置为从其它源接收与数据列表参数相关的数据的通信信道。

在一些实施方式中，控制器被配置为调度负载设备用于在峰值太阳能发电的时间操作。例如，在一些实施方式中，控制器被配置为调度负载设备的操作，所述负载设备必须在一天的峰值太阳能输出发生的可能时间操作。具体的时间可被输入到控制器，或者控制器可被配置为监视和记录峰值太阳能发电时段并且基于该数据确定最可能时间。

控制器被配置为监视被输入到储能设备的电力，并且当功率水平根据负载数据参数列表中的参数超过额定功率水平时，控制器被配置为激活该负载且相应地减少被输入到储能设备中的电力从而CP比保持等于或接近1。控制器可被配置为评估其它数据列表参数例如将负载标识为不适合激活的最小关时间参数。最大总运行时间参数可以是如果设备超过规定的时间周期则将设备标识为不适于激活的另一参数。

图6示出了控制器承担的操作过程72的具体示例的流程图。过程72实质上是选择性地使能连接至房屋电源的电气负载同时还维持期望的CP比尽可能接近1的闭环过程。过程72可操作为通过经由对调节器4的控制调节被应用于加热元件2的电力来管理去往储能设备例如热水缸1的电力。

控制器6可操作为接收指示源自市电能源或提供给市电电源的能量的输入，并且接收指示存储在本地储能单元中的能量的输入。例如，输入可能是指示产生多少太阳能和房屋消耗多少电力的电力测量信号。另外，控制器6存储、或存取一个或多个可控电气设备中的每个的负载简档数据列表。

一般地，控制器作为图1的示例性实施方式中所示的***的一部分操作，存在至本地能源的连接和至市电能源的连接，存在被配置为经由可变调节器从本地能源和/或市电电力输入接收能量的本地蓄电单元，其中可变调节器可操作为控制被输入到本地储能单元的能量。

在负载设备被激活之前，确定61储能设备中的能量水平以确保最小水平。例如，在储能设备是热水缸的情况下，最小水平参数将是最小温度值。例如，最小温度可以是40℃。实际上，储能设备需要最小能量以在电力不被存储的情况下确保家用物品的操作不受影响并且储能设备被要求还提供能量或热水。在步骤62，控制器6被配置为确定储能设备是否存储有最小能量。如果能量水平不满足，在步骤64，控制器确定已激活的任何负载和待激活的任何负载应该被禁用。这确保储能设备被允许充电。

从数据列表，控制器识别操作负载设备所需的额定电流。然后比较额定电流与提供给储能单元的能量的量。在步骤63，如果提供给储能单元的能量超过操作负载设备所需的能量则负载设备能够被激活。在负载设备如上所述被激活之前还应该考虑其它负载数据列表参数。

在步骤68，一旦负载被激活，由于房屋负载需求增加，CP比突然改变并且可能超过1。如果CP比大于1，则在步骤67，控制器输出信号，该信号可操作为例如减少开关4的PWM占空比，从而又减少提供给储能单元的能量。在步骤66，进行检查以确保提供给储能单元的能量被完全关闭。例如，该检查可以是确定PWM占空比以确保非零或最小值。如果确定0占空比值或等值，在步骤65，禁用负载设备中的一个或多个。在负载设备被禁用之前考虑其它负载数据列表参数。例如，如果负载具有未期满的最小运行周期，负载应该继续运行。在这些情形下，可要求从电网供电抽拉电力并且维持CP比大于1直到负载能够被禁用。

在步骤68，如果CP比被确定大于1，则控制器能够确定存在由本地能源提供的过剩电力。例如，太阳能阵列发的电多于由房屋和激活的任何负载设备消耗的电。控制器然后能够将过剩能量分配给其它负载设备，所述其它负载设备被调度以在电力需求可用时运行和/或增加被供给储能单元的电力。

在步骤70，控制器被配置为增加被供给储能单元的能量。例如，控制器输出信号，该信号可操作为增加开关4的导通，例如增加PWM占空比。该过程能够循环回步骤68，在步骤68可进行提供给储能单元的能量的精细化。

在步骤69，控制器被配置为识别具有数据列表中的适于激活的参数的一个或多个其它负载设备。在这些情形下，提供给储能单元的能量可被再次减少使得具有适当参数的另一负载设备能够操作。适当的数据列表参数可简单地是储能单元中的超过阈值的能量水平，在该情况下负载设备能够被激活。

例如，如果负载设备具有200W的额定功耗并且提供给储能单元的电力是300W，则控制器能够将提供给储能单元的电力减少200W并且激活200W负载设备。

在另一示例中，负载设备具有与储能单元中的能量相关的阈值数据参数。在储能单元是热水缸的情况下，阈值数据可能是缸中水的温度。当控制器确定缸中水的温度时，然后它可评估具有满足或超过水温的阈值数据列表参数的一个或多个负载设备。也就是说，如果负载设备阈值参数是40℃并且控制器确定热水温度是41℃，则负载设备可被激活。替换地，如果负载设备阈值参数是40℃并且控制器确定热水温度是39℃，负载设备将不适于被激活。

由于可再生能源输出的能量的波动，上面描述的***能够适应性地使用所有本地发的电并且最小化从电网抽拉的电力的需求。此外，剩余电力能够被存储以供以后使用，例如热水，而非被输出到电网。

在大于60℃的水温处，有害细菌被杀死。然而，希望在低于60℃的水温处操作，从而降低烧伤的风险和/或减少能耗。能耗可通过降低温度被降低，否则其将用于将水加热至更高温度。水温的降低还通过使水温不能烧伤来提供提高的安全性。然而，将水温降至低于60℃产生细菌例如军团杆菌能够生长的健康风险。此外，降低热水存储设备中的水的温度(尤其在有限供电的家庭环境中)造成了完全缺少热水的风险。因此，必须在例如缺少可用热水的风险的因素下考虑通过降低温度的节能潜力和/或更大的安全性。

水温的降低(获得改进的能量使用或安全优点)通常通过将水温控制到低于60℃例如45℃的具体目标温度来实现。杀菌周期或“生活周期”是蓄水单元中的水(被控制到低于60℃的温度)在一段时间之后被加热至至少60℃的情况。控制器可被配置为在需要时启动生活周期过程。生活周期过程包括周期地将水加热至足以杀死细菌例如军团杆菌的温度。

另外，控制器可实现下列功能的一个或多个：

开始——对于具有许多简档参数的每个电器：

检查HWC的温度。使用温度作为打开电器的触发点；

例如，电器具有简档参数；

如果HWC温度>电器触发阈值——激活电器；

控制器——检查CP比以确保不大于1——能量从电网输入。如果CP比大于1且从电网抽拉能量——减少供给HWC的能量以减少加热并且假设目标CP＝1。HWC输入能量通过减少开关4的PWM占坑比被降低。

控制器——检查CP比。如果小于1则存在可用的过剩能量，能够激活非强制电器。选择电器以进行通电。控制器检查CP比以确定不大于1——能量从电网输入。如果CP比大于1且能量从电网抽拉——减少供给HWC的能量以减少加热且假设目标CP＝1。

如果没有电器需要激活，则控制器被配置为调节提供给HWC的能量以维持CP＝1比。

如果最小开时间期满且CP比大于1：关掉可选的电器。

在前述中参考了等同已知的元件或整数的情况下，包括这些等同，就像它们被单独阐述。尽管本发明通过示例方式和参考具体实施方式进行描述，但是将理解可进行修改和/或改动而被偏离本发明的范围或精神。

Claims (14)

1.一种用于管理分配给一个或多个负载设备的电力的***，所述***包括：

至本地能源的连接；

至市电能源的连接；

本地储能单元，被配置为经由可变调节器接收从所述本地能源和/或所述市电能源输入的能量，所述可变调节器可操作为控制被输入到所述本地储能单元的能量；

一个或多个负载设备，被配置为经由一个或多个开关接收来自所述本地能源和/或所述市电能源输入的电力，所述负载设备中的每一个具有相关联的负载简档数据列表；以及

控制器，被配置为：

基于指示源自所述市电能源的能量或提供给所述市电能源的能量的输入确定耗电/发电参数，即CP参数，所述CP参数为由所述市电能源提供给所述***的能量除以由所述本地能源向所述***提供的能量；以及

所述控制器被进一步配置为：

输出一个或多个信号以控制所述一个或多个开关以激活或禁用所述负载设备中的一个或多个；以及

输出可操作为控制所述可变调节器以使得所确定的CP参数以期望的CP参数为目标的信号，

其中，所述控制器被配置为在下列情况下禁用负载设备：

当所述本地储能单元中存储的能量小于预定的能量阈值时，以及

当所述负载设备的负载简档数据列表指示如下情况时：

最小运行时间参数为零，

周期中最小运行时间已经期满，和/或

已经期满的周期中最小运行时间小于剩余的可用操作周期。

2.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器被进一步配置为接收指示所述本地储能单元中存储的能量的输入，并且输出一个或多个信号以控制一个或多个开关以基于所述本地储能单元中存储的能量激活或禁用所述负载设备中的一个或多个。

3.根据权利要求1或2所述的***，其中所述控制器被进一步配置为评估与至少一个负载设备相关联的所述负载简档数据列表中的一个或多个参数，并且基于所述本地储能单元中存储的能量选择用于激活或禁用的负载设备。

4.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器被进一步配置为基于测量到负载设备的额定能耗超过输入到所述本地储能单元的能量选择用于激活的负载设备。

5.根据权利要求1所述的***，其中所述期望的CP参数等于1。

6.根据权利要求1所述的***，其中以所述期望的CP参数为目标具有最小化或消除从所述市电能源获取的能量的作用。

7.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器被进一步配置为确定由所述本地能源向所述***提供的能量超过一个或多个激活的负载设备的能耗需求，并且响应地输出可操作为增加被输入到所述本地储能单元的能量的信号。

8.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器被进一步配置为输出信号，该信号可操作为控制输入到所述本地储能单元的能量以依赖于与负载设备相关联的所述负载简档数据列表中的一个或多个参数把所述期望的CP参数作为目标。

9.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器被进一步配置为控制以下操作中的一个或多个：

·响应一个或多个负载设备被激活减少提供给所述本地储能单元的能量从而满足所述期望的CP参数；

·当所述本地储能单元中存储的能量低于预定阈值时禁用任一操作的负载设备；

·当所述本地储能单元中存储的能量高于预定阈值能量水平时激活一个或多个负载设备；

·激活一个或多个负载设备直到提供给所述本地储能单元的能量变为0，所述控制器被配置为通过禁用所述负载设备中的一个或多个进行响应；

·确定能量源自所述市电能源，并且响应地输出可操作为控制所述可变调节器以减少输入到所述本地储能单元的能量由此维持所述期望的CP参数的信号；

·确定能量被提供给所述市电能源，并且响应地输出可操作为控制所述可变调节器以增加输入到所述本地储能单元的能量由此维持所述期望的CP参数的信号；

·当一个或多个负载设备操作时并且当所述CP参数小于1时，指示所述本地能源产生的能量多于所述一个或多个负载设备消耗的能量，输出可操作为控制所述可变调节器以增加输入到所述本地储能单元的能量的信号；和/或

·当所述CP参数大于1时，指示能量源自所述市电能源，输出可操作为控制所述可变调节器以减少输入到所述本地储能单元的能量的信号。

10.根据权利要求1所述的***，其中所述负载简档数据列表进一步包括下列参数的一个或多个：

·能量阈值数据参数，标识所述储能单元中的允许激活的最小能量水平；

·负载名称；

·运行时间；

·额定能耗；

·周期中的最小运行时间；

·时间周期优先级；

·周期中的最大运行时间；

·周期开始/结束；

·周期长度；

·最小开时间；和/或

·最小关时间。

11.根据权利要求10所述的***，其中所述控制器被配置为基于下列条件选择负载设备：

所述能量阈值数据参数小于1；以及

所述负载简档数据列表的负载设备的额定能耗。

12.根据权利要求1所述的***，其中所述本地储能单元是热水存储单元，所述热水存储单元包括用于加热存储的水的加热器电路。

13.根据权利要求12所述的***，其中所述热水存储单元包括：

第一温度传感器，位于所述热水存储单元的底部处或所述底部附近；以及

第二温度传感器，位于所述热水存储单元的顶部处或所述顶部附近。

14.根据权利要求13所述的***，其中指示所述本地储能单元中存储的能量的输入包括来自所述第一温度传感器和所述第二温度传感器的信号的平均。

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