Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Steuern der Leistungsaufnahme von Komponenten eines Gebäudemanagementsystem, insbesondere Beleuchtungssystems sowie ein System und ein Verfahren zum Steuern der Leistungsaufnahme.

Die von Verbrauchern im Stromnetz aufgenommene elektrische Leistung unterliegt im tageszeitlichen Verlauf Schwankungen, welche vom Netzbetreiber aufwändig durch das Zu- und Abschalten von Spitzenlastkraftwerken oder eine anderweitige Regelung der Stromerzeugung abgedeckt werden müssen, um eine Änderung der Netzfrequenz und der Netzspannung oder gar Stromausfälle zu vermeiden. Diese Anpassung macht die Stromerzeugung teuer, insbesondere wenn ein erhöhter Bedarf von der Prognose abweicht. Andererseits kann es in Stromnetzen mit regenerativen Stromerzeugern wie Solar- oder Windkraftanlagen zu Überkapazitäten und sogar negativen Strompreisen kommen. Mittels Rundsteuersignalen ist es möglich, die

Leistungsaufnahme von bestimmten energieintensiven Großverbrauchern wie Aluminium- und Elektrostahlwerke gegen eine gewisse Vergünstigung im Strompreis vom Stromversorger entsprechend der aktuellen lokalen Netzsituation zu reduzieren oder zu steigern. Auch in Großbetrieben mit einer eigenen Stromerzeugung besteht Bedarf an einer Lastoptimierung bzw. einer Harmonisierung/Steuerung des Lastprofils.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren und ein entsprechendes System anzugeben, die die beschriebenen Probleme verringern. Aufgabe ist es insbesondere, eine Steuervorrichtung, ein Gebäudemanagementsystem und ein Verfahren bereitzustellen, die eine Steuerung der Leistungsaufnahme des Gebäudemanagementsystems erlauben.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung steuert eine Steuervorrichtung die Leistungsaufnahme von Komponenten eines Gebäudemanagementsystems, insbesondere Beleuchtungssystems, wobei die Steuervorrichtung für jede Komponente eine zulässige Änderung der Leistungsaufnahme ermittelt, eine gewünschte Änderung der Leistungsaufnahme des Gebäudemanagementsystems bestimmt und die Leistungsaufnahme der Komponenten auf der Grundlage der gewünschten Änderung und der zulässigen Änderung steuert. Die zulässige Änderung definiert dabei eine mögliche Abweichung vom durch einen Anwender oder dem System vorgegebenen Regelbetrieb der Komponente, um zusätzlich eine Anpassung der Gesamtleistungsaufnahme des

Gebäudemanagementsystems an Last- oder Strompreisschwankungen zu ermöglichen. Der Umfang der zulässigen Änderung kann vom Typ und Einbauort der Komponente oder anderen Kriterien abhängen und bis zu dessen Abschaltung oder Aktivierung führen.

Die Komponenten können insbesondere Leuchten oder auch Aktoren, Antriebe für Türen, Tore oder Rollläden, andere Steuervorrichtungen, Lüfter, Heiz- und/oder Klimageräte sein, bei denen generell oder zu bestimmten Zeiten/Ereignissen ein Spielraum bei der Leistungsabgabe und somit der Leistungsaufnahme (Energieverbrauch) besteht.

Zumindest eine Komponente kann eine dimmbare Leuchte sein, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, einen maximal und/oder minimal zulässigen Dimm-Pegel bei der

Ermittlung der zulässigen Änderung zu ermitteln und bei der Steuerung der Leistungsaufnahme einen Dimm-Pegel auf der Grundlage der gewünschten Änderung und des maximal bzw.

minimal zulässigen Dimm-Pegels zu bestimmen und den bestimmten Dimm-Pegel an die Leuchte zu übermitteln. Den Komponenten können verschiedene Prioritäten zugeordnet sein, wobei die

Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, die Leistungsaufnahme der Komponenten auf der Grundlage der gewünschten Änderung, der zulässigen Änderung und der Prioritäten zu steuern. Die Priorität kann den Energiebedarf, den Spielraum für eine Änderung der Leistungsaufnahme und/oder die Bedeutung für den Betrieb (Entbehrlichkeit) einer Komponente wiederspiegeln.

Die zulässige Änderung von zumindest einer Komponente kann von der Tageszeit, dem

Wochentag, der Jahreszeit, der Anzahl von Personen in einem bestimmten Bereich des

Gebäudemanagementsystems, der Temperatur in dem bestimmten Bereich, der Helligkeit in dem bestimmten Bereich und/oder dem Betriebszustand anderer Komponenten in dem bestimmten Bereich abhängig sein, wobei die Steuervorrichtung dazu aus gebildet ist, die Tageszeit, den Wochentag, die Jahreszeit, die Personenanzahl, die Temperatur, die Helligkeit und/oder den Betriebszustand zu bestimmten. Der genannte Bereich kann der Wirkungsbereich der

Komponente oder ein Teil davon sein, welcher von der Steuervorrichtung mittels Sensoren überwacht wird, um beispielsweise zu ermitteln, wie viele Personen sich in dem von einer Leuchte zu beleuchtenden Bereich aufhalten und/oder wie groß der Anteil des Tageslichts in dem von der Leuchte zu beleuchtenden Bereich ist. Diese Informationen können bei der

Ermittlung der zulässigen Änderung berücksichtigt werden.

Die zulässige Änderung der Aufnahmeleistung in Bezug auf zumindest eine Komponente kann vom Nutzungsprofil der Komponente abhängig sein, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, ein Nutzungsprofil der Komponente zu erstellen. Das Nutzungsprofil kann Auskunft über den Betrieb/die Nutzung der Komponente zu bestimmten Zeiten oder Ereignissen geben, was eine Vorhersage der Nutzung der Komponente für den Zeitraum der Steuerung der Leistungsaufnahme und ein bessere Abschätzung einer zulässigen Änderung erlaubt.

Das Nutzungsprofil kann beispielsweise durch die Steuervorrichtung erstellt werden. Dies kann beispielsweise durch Nutzung einer künstlichen Intelligenz erfolgen. Die Steuervorrichtung kann auch dazu ausgelegt sein, die Erstellung des Nutzungsprofils an externe Recheneinheiten zumindest teilweise auszulagem.

Zusätzlich kann die Steuervorrichtung dazu ausgebildet sein, für die Erstellung des

Nutzungsprofils einen manuellen Eingriff in die Steuerung der Leistungsaufnahme der

Komponente zu erfassen. Der manuelle Eingriff kann ein Anheben eines Dimm-Pegels einer oder mehrerer Leuchten durch eine Person sein, nachdem der Dimm-Pegel durch die

Steuervorrichtung für die gewünschte Änderung der Leistungsaufnahme des

Gebäudemanagementsystems abgesenkt wurde. Im Nutzungsprofil kann dieser manuelle Eingriff mit einer starken Wichtung berücksichtigt werden, so dass bei einer späteren Änderung der Leistungsaufnahme der Dimm-Pegel der betreffenden Komponente nicht oder weniger stark abgesenkt oder angehoben wird, um keinen manuellen Eingriff zu provozieren.

Die Steuervorrichtung kann dazu ausgebildet sein, die aktuelle Leistungsaufnahme des

Gebäudemanagementsystems zu ermitteln und die aktuelle Leistungsaufnahme mit einer vorgegebenen Leistungsaufnahme zu vergleichen, um die gewünschte Änderung zu bestimmen. Die vorgegebene Leistungsaufnahme kann ein vom Hersteller, Anwender oder Netzbetreiber gesetzter konstanter oder von der Zeit oder bestimmten Ereignissen abhängiger Wert sein. Alternativ kann die Steuervorrichtung dazu ausgebildet sein, ein Signal zu empfangen, das die gewünschte Änderung anzeigt. Das Signal kann vom Netzbetreiber oder einem

Managementsystem, das die aktuellen Strompreise erfasst, empfangen werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Gebäudemanagementsystems, insbesondere ein Beleuchtungssystem, eine der beschriebenen Steuervorrichtungen auf.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Steuern der Leistungsaufnahme von Komponenten eines Gebäudemanagementsystems die Schritte:

- Ermiteln einer zulässigen Änderung der Leistungsaufnahme für jede Komponente,

- Bestimmen einer gewünschte Änderung der Leistungsaufnahme des

Gebäudemanagementsystems, und

- Steuern der Leistungsaufnahme der Komponenten auf der Grundlage der gewünschte Änderung und der zulässigen Änderung auf.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines Gebäudemanagementsystems nach einem

Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine vereinfachte Schaltung der Steuervorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 3 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Darstellung des Verfahrens gemäß der

vorliegenden Erfindung.

Komponenten mit gleichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Beleuchtungssystems als ein Ausführungsbeispiel eines Gebäudemanagementsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, das eine Steuervorrichtung 1, fünf von der Steuervorrichtung 1 zu steuernde Komponenten 2..6 des Beleuchtungssystems, einen die Komponenten 2..6 und die Steuervorrichtung 1 verbindenden Datenbus 7 und eine die Gesamtleistungsaufnahme des Beleuchtungssystems messende

Messeinrichtung 8 aufweist. Die Komponenten 2..6 können Schalter, Dimmer, Sensoren, Bewegungsmelder und Betriebsgeräte für Leuchtmittel sein, die in bekannter Weise über den Datenbus 7 kommunizieren.

Das Beleuchtungssystem bzw. der Datenbus 7 kann nach dem DALI (Digital Addressable Lighting Interface) Standard/Protokoll arbeiten, bei dem für jede Komponente 2..6 bzw. jeden Busteilnehmer eine zufällige, dann aber fest vergebene Adresse für die Ansteuerung in dem Bussystem generiert wird.

Die Komponenten 2..6 und die Steuervorrichtung 1 sind mit ihren Netzanschlussleitungen parallel an die Messeinrichtung 8 angeschlossen, welche über die Anschlüsse L, N an ein Stromnetz zur Spannungsversorgung des Beleuchtungssystems anschließbar ist.

In der Steuervorrichtung 1 sind durch den Hersteller oder Anwender Informationen über eine zulässige Änderung (Toleranzbereich) der Leistungsaufnahme von zumindest einigen der Komponenten 2..6, zum Beispiel der Betriebsgeräte für Leuchtmittel, gespeichert. Die

Informationen geben einen Bereich an, innerhalb dessen die Leistungsaufnahme für die jeweilige Komponente 2..6 verringert oder erhöht werden darf ohne den Betrieb zu gefährden, wobei die Bereiche von der aktuellen Leistungsabgabe der jeweiligen Komponente 2..6 und/oder anderen Faktoren abhängig sein können. Die aktuelle Leistungsabgabe einer Komponente 2..6 kann mittels dem über den Datenbus 7 übertragenen Dimm-Pegel oder über die Änderung in der gemessenen Leistungsaufnahme in Folge einer Komponentenansteuerung bzw. Dimm-Operation ermittelt werden.

Die Steuervorrichtung 1 empfängt von der Messeinrichtung 8 die gemessene Leistungsaufnahme und über den Anschluss S ein Signal, das eine maximal oder minimal zulässige

Leistungsaufnahme des Beleuchtungssystems anzeigt, und vergleicht die zulässige

Leistungsaufnahme mit der von der Messeinrichtung 8 gemessenen Leistungsaufnahme.

Übersteigt die gemessene Leistungsaufnahme die maximal oder minimal zulässige

Leistungsaufnahme, ermittelt die Steuervorrichtung 1 den Leistungs-Fehlbetrag, für jede der steuerbaren Komponenten eine Änderung im Bereich der jeweilig zulässigen Änderung, um den Fehlbetrag auszugleichen oder zumindest in einem bestimmten Umfang zu verringern und sendet über den Datenbus 7 an jede zu steuernde Komponente 2..6 ein die Leistungsaufnahme änderndes Steuersignal. Dieses Steuersignal kann einen der ermittelten Änderung

entsprechenden niedrigeren bzw. höheren Dimm/Licht-Pegel vorgeben und sowohl an über Dimmer gesteuerte Betriebsgeräte bzw. Leuchten als auch an Betriebsgeräte/Leuchten gesendet werden, welche dimmbar sind aber in der vorliegenden Konfiguration lediglich über einfache Ein-/ Ausschalter geschaltet werden. Die Änderung der Leistungsaufnahme kann in beide Richtungen erfolgen, es kann sowohl eine Erhöhung als auch eine Absenkung erfolgen. Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Schaltung der Steuervorrichtung 1, die eine

Übertragungseinrichtung 9, mittels der die Steuervorrichtung 1 an den Datenbus 7 ankoppelbar ist, eine Speichereinrichtung 10 zum Speichern der Leistungsdaten und Information über die Komponenten 2..6, eine Steuereinrichtung 11, welche für jede Komponente 2..6 die Änderung der Leistungsaufnahme ermittelt und eine Schnittstelle 12 zum Empfangen des Steuersignals und der von Messeinrichtung 8 ermittelten Gesamtleistungsaufhahme aufweist.

Die Änderung der Leistungsaufnahme kann bei einem ansteigenden Fehlbetrag bei allen

Komponenten 2..6 oder in einer bestimmten Reihenfolge erfolgen, wobei den Komponenten je nach Typ oder Einbauort verschiedene Prioritäten zugeordnet sind. Die Prioritäten können den Energiebedarf, den Spielraum für eine Änderung der Leistungsaufnahme und/oder die

Bedeutung für den Betrieb (Entbehrlichkeit) einer Komponente wiederspiegeln. So ist die Auswirkung einer Erhöhung oder Verringerung der künstlichen Beleuchtung in einem Raum mit starkem Sonnlichteinfall nicht so hoch wie in einem fensterlosen Raum oder eine Erhöhung oder Verringerung der Beleuchtung in einem Flur eher akzeptabel als in einem Konferenzraum.

Der Raum, in dem sich die Leuchte/Komponente 2..6 befindet, kann von der Steuervorrichtung mittels Sensoren (nicht gezeigt) überwacht werden, um zu ermitteln, wie viele Personen sich in dem Raum aufhalten und/oder wie groß der Anteil des Tageslichts in dem Raum ist. Diese Informationen können bei der Ermittlung der zulässigen Änderung berücksichtigt werden.

Die zulässige Änderung der Helligkeit einer Leuchte kann zudem von der Tageszeit, dem

Wochentag, der Jahreszeit und/oder dem Betriebszustand anderer Leuchten in dem Raum abhängig sein. Die Steuervorrichtung 1 kann mittels der Sensoren oder durch Detektieren der über den

Datenbus 7 zwischen den Komponenten 2..6 übertragenen Steuersignale ein Nutzungsprofil für jede von der Steuervorrichtung 1 zusteuemde Komponente 2..6 erstellen, das Informationen über die Nutzung (z.B. den Dimm-Pegel) der Komponente 2..6 mit bestimmten Zeiten (Tageszeit, Werktag oder Feiertag) oder Ereignissen verknüpft und eine Vorhersage der Nutzung für den Zeitraum der Steuerung der Leistungsaufnahme, d.h. beim Vorliegen eines Fehlbetrags, erlaubt.

Bei vielen Nutzungsmustem liegen stochastische Prozesse vor. Die Steuervorrichtung 1 kann dazu ausgelegt sein, diese Prozesse auf der Grundlage der zeitlich erfassten bzw. protokollierten Operationen der Komponenten 2..6 mit einem stochastischen Modell zu lernen und danach zu arbeiten. Für das Lernen können z.B. neuronale Netzwerke wie selbstorganisierende Karten, Kohonenkarten oder Kohonennetze (englisch self-organizing map, SOM), Lernende

Vektor quantisierung (englisch leaming vector quantization, LVQ) oder einfach Heuristiken verwendet werden.

In das Nutzungsprofil einer Komponente 2..6 können manuelle Eingriffe, die während der Steuerung der Leistungsaufnahme dieser Komponente 2..6 erfolgen, einfließen, um einen erneuten manuellen Eingriff zu verhindern oder abzuschwächen.

Die Steuervorrichtung 1 kann, beispielsweise auf externe Aufforderung hin, die

Leistungsaufnahmen aller steuerbaren Komponenten 2..6 geleichzeitig absenken oder anheben. Insbesondere können alle Leuchten mittels einem DALI- Broadcast-Steuerbefehl um einen bestimmten Betrag gedimmt werden, wobei die Geschwindigkeit der Änderung der

Leistungsaufnahmen bzw. der Helligkeit der Leuchten vom Betrag abhängen kann. Es ist auch möglich für eine Änderung der Leistungsaufnahme einer Leuchte durch die Steuervorrichtung 1 deren Farbtemperatur zu verändern.

In dem beschriebenen Beispiel ermittelt die Steuervorrichtung 1 einen Fehlbetrag basierend auf einer maximalen oder minimal zulässigen Leistungsaufnahme. Es ist jedoch auch möglich, dass das an dem Anschluss S empfangene Signal den Fehlbetrag bzw. die Höhe einer geforderten Änderung der Gesamtleistungsaufnahme oder nur deren Polarität anzeigt. Alternativ können in der Speichereinrichtung 10 Informationen abgespeichert sein, die für jeden Tag einen zeitlichen Leistungsverlauf anzeigen, von dem nur in einem bestimmten Umfang abgewichen werden darf Hierfür ermittelt die Messeinrichtung 8 kontinuierlich die aktuelle Gesamtleistungsaufnahme oder nur zu bestimmten Zeiten oder Ereignissen, wie bestimmte Schwankungen der Außen- oder Innentemperatur, Schwankungen in der Anzahl von anwesenden Personen in dem zu

beleuchtenden Gebäude (Tagung) oder Wartungsarbeiten im Gebäude, bei denen eine

Abweichung von dem vorgegebenen Leistungsverlauf zu erwarten ist. Die Zeiten oder

Ereignisse können von die Steuervorrichtung 1 mittels Sensoren ermittelt oder vom Anwender vorgegeben werden. Es ist auch möglich die individuelle Leistungsaufnahme jeder oder nur bestimmter Komponenten 2..6 zu messen oder aus den Betriebsbedingungen und/oder dem Typ der jeweiligen aktivierten Komponenten 2..6 abzuschätzen. Die individuelle Messung der Leistungsaufnahme kann beispielsweise durch das Betriebsgerät einer Leuchte (Komponente 2..6) erfolgen, das die gemessenen Werte an die Messeinrichtung 8 oder Steuervorrichtung 1 zur Auswertung übermittelt.

Die Steuervorrichtung 1 kann über den Anschluss S eine Anfrage vom Netzbetreiber oder einem Energiemanagementsystem über die Höhe einer möglichen Erhöhung oder Verringerung der Gesamtleistungsaufnahme empfangen, diese basierend auf der zulässigen Änderungen der Leistungsaufnahme jeder Komponente 2..6 ermitteln und die ermittelte Höhe an den

Netzbetreiber bzw. das Energiemanagementsystem übermitteln. Zusätzlich oder alternativ können die individuellen Leistungsaufnahmen und/oder die aktuelle Gesamtleistungsaufnahme an den Netzbetreiber bzw. den Energiemanagementsystem zur Auswertung übermittelt werden. Grundsätzlich denkbar sind zwei mögliche Herangehensweisen, um einen passenden

Strombedarf abzurufen: zunächst kann ein Abrufsignal für die anzunehmende Strommenge von extern angewendet werden. Hierzu wird der Verbrauch der flexiblen Verbraucher erfasst oder aber durch eine genaue Kenntnis der eingesetzten Hardware und/oder der Betriebsbedingungen abgeschätzt. Andererseits kann auch der Strombedarf an eine planmäßige Vorgabe angepasst werden. Hierzu ist lediglich eine Messung der gesamten aufgenommene Leistung nötig. Zwar ist eine Messung des Stromverbrauchs der flexiblen Verbraucher individuell möglich, jedoch nicht erforderlich. In dem beschriebenen Beispiel werden die Steuersignale von der Steuervorrichtung 1 an die Komponenten 2..6 über den Datenbus 7 übermittelt. Die Ansteuerung kann jedoch auf eine andere drahtgebundene Art (z.B. Powerline) und/oder eine drahtlose Art (z.B. W-LAN oder Bluetooth) erfolgen.

In Fig. 3 ist ein stark vereinfachtes Ablaufdiagramm dargestellt, das die einzelnen Schritte bei der Durchführung des oben ausführlich beschriebenen Verfahrens zeigt.

Anstelle des beispielhaft für ein Gebäudemanagementsystem beschriebenen

Beleuchtungssystems können auch andere Ausführungsformen für ein

Gebäudemanagementsystem gemäß der Erfindung genutzt werden.