用於能源管理的電源節點的製作方法

2023-08-06 10:51:46 5

專利名稱：用於能源管理的電源節點的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電源控制器。具體而言，在一種網絡數據通信和控制環境中提供多種能源管理特徵的一種電源節點。相關技術說明電力條典型地具有多個安裝在一個殼體內部的電插座以及一根用於電氣地將這些插座與一個交流電源相互連接的附接電源線。儘管現代電源條可以包括過載保護和/或浪湧保護，但是它們不包括能使電源條併入一種網絡能源管理系統中的信號和電源電子器件。概述一種用於能源管理的電源節點的各個實施方案包括一個電源輸入插頭、一根與該電源輸入插頭連接的電源總線以及一個具有控制埠、第一電源端子和第二電源端子的電源開關。該第一電源端子與該電源總線相連，該控制埠配置為控制該第一電源端子和該第二電源端子之間的一種電氣連接，並且一個插座與該電源開關的第二端子相連。一個電壓傳感器是可運行的以測量該電源總線的電壓，以及一個電流傳感器是可運行的以測量流過該插座的電流。一個選擇器裝置被配置為提供來自多種可選擇的環境變量的一種所選環境變量。一個包括通信塊的信號電子器件部分被配置為在網絡上進行通信，並且該信號通信塊與該選擇器裝置、該電源開關的控制埠、該電壓傳感器和該電流傳感器進行信號通信。該信號電子器件部分被配置為監測流過該插座的電流、監測該電源總線的電壓、控制該電源開關該電源總線和該插座電氣斷開以及重新連接，並且經由該通信塊在網絡上進行通信。一個殼體容納該插座、該電源開關、該電源總線、該信號電子器件部分、該電流傳感器以及該電壓傳感器。在此還描述了利用電源節點的實施方案的能源管理系統的實施方案以及使用電源節點的方法的實施方案。附圖簡要說明併入並構成本說明書一部分的附圖闡述了本發明的各種實施方案。附圖連同一般說明用來解釋本發明的原理。在附圖中圖IA示出了一種用於能源的電源節點；圖IB示出了一種包括圖IA的電源節點的能源管理系統的一個框圖；圖2示出了圖IA的電源節點的一個第一框圖；圖3示出了圖IA的電源節點的一個第二框圖；圖4示出了圖IA的電源節點的一種插入開關的一個圖；圖5示出了圖IA的電源節點的一種十進位步進式選擇器的一個圖；圖6示出了圖IA的電源節點的一種溫度傳感器的一個圖；圖7示出了與圖IB的能源管理系統有關的消息的一個第一視圖；以及
圖8示出了與圖IB的能源管理系統有關的消息的一個第二視圖。詳細說明在以下詳細說明中，通過舉例闡述了許多具體細節，以便提供相關傳授的內容的透徹理解。然而，本領域的普通技術人員都應該明白可以在沒有這些細節的情況下實踐本傳授內容。在其他實例中，已經在較高的水平描述了眾所周知的方法、步驟以及部件，而沒有列出細節，以避免不必要地使本概念的方面難以理解。一些描述性術語和短語用於描述本披露的各種實施方案。這些描述性術語和短語用於傳達本領域的普通技術人員一致公認的意義，除非本說明書中給出了一種不同的定義 現在將詳細地參考附圖中闡明並且以下將討論的實例。

圖1示出了一種電源節點100A的一個實施方案。一個電源節點殼體或外殼10包括一個或多個與一根電源節點線18電氣連接的插座14 (有時稱為電源插座或電插座)，該電源節點線典型地用一個電源插頭20終止。該電源節點用戶可訪問的是一種十進位步進式選擇器12，並且在一些實施方案中，是一種「On」按鈕15。在該電源節點殼體內的是以下將更充分地討論的電源和信號電子器件。圖IB示出了一種電源管理系統100B的一個實施方案。在一個實施方案中，一個或多個電源節點100A包括對應的電源114和信號116電子器件部分(用於所示出的一個電源節點的電子器件)。在該信號電子器件部分116內的是一種用於與本地網絡107交換數據的通信和控制裝置132。該網絡可以是本領域的普通技術人員已知的任何合適的網絡， 包括有線的，例如乙太網或其他IEEE 802有線標準；無線的，例如802. lla/b/g/n或其他 IEEE 802無線標準，或者Zigbee，或者Z-波；或者電力線通信，例如INSTE0N 和XlO網絡。在一些實施方案中，使用了一種Zigbee網狀網絡。並且，在其他實施方案中，使用了一種Z-波網狀網絡。在一些實施方案中，該通信裝置132包括一個電力線通信(「PLC」)裝置，例如PLC 數據機，該數據機用於與同樣裝備有一個PLC裝置的網關108a、190a通信，這兩個 PLC裝置相連以用於通過電力線(例如一個建築物或結構的電氣布線)進行通信。在一個實施方案中，該電源節點100A中的一個乙太網交換機與該電源節點PLC相連，並且提供一種或多種乙太網連接，例如一種使能該電源節點的功能的乙太網連接以及一種對該電源節點之外的裝置而言可用的乙太網連接。在各個實施方案中，一種網絡電源節點100A利用該網絡與其他裝置進行通信。例如，一種具有網絡接口 108a的主機網關裝置108可以傳送命令給一個電源節點100A或者從其接收數據。在本實施方案中，一種用戶裝置和/或處理器110(例如控制器、專用控制器、個人計算機或者專用計算機)能夠利用一種到該網關108的連接109通過該本地網絡 107向一個電源節點發出命令或者從其接收數據。在一些實施方案中，該主機網關包括一種或多種用戶裝置功能。該用戶裝置110和該網關108之間的連接109可以使用任何合適的有線或無線連接，包括上述網絡連接類型、USB、RS-232、藍牙或者其他有線或無線連接。在各個實施方案中，一種網關108被配置為利用例如可從該網關獲得的基於IP的 API來處理已知的基於TCP/IP的裝置。在一個實施方案中，該網關108利用一種允許該網絡107上的IP裝置找到它的簡單SSDP發現後臺程序。典型的TCP/IP裝置包括iPhone 、 Wad、iPod 、網絡連接平板電腦、TV、藍光播放器、個人計算機等中的一種或多種。
在一些網絡實施方案中包括具有用於與該網絡107通信的裝置的一種網絡管理裝置106，例如網絡控制器或網絡協調器106a，以用於實現網絡管理功能。此外，網絡管理功能可以包括維護一系列互相連接的裝置並且維護路由表。具體而言，網絡協調器與 Zigbbee網絡一起使用，並且控制器與Z-波網絡一起使用。網絡管理裝置可以補充和/或重複由一個或多個網關裝置108以及它們的互連用戶裝置110提供的功能。並且，在一些網絡實施方案中，具有第二網關通信塊109a的一個第二網關190通過外部網絡193與數據中心194互連(如圖所示)。在其他實施方案中，該數據中心外部網絡通過該主機網關連接109進行通信。在一種包括一個或多個電源節點100A、一個主機網關108和一個用戶裝置110的示例性系統中，這些裝置各自包括用於存儲一個裝置識別代碼的存儲器。裝置識別代碼使消息能夠被路由到正確的裝置。在一個實施方案中，一個公共組或家庭識別代碼用於使能該組的成員之間的通信。圖2示出了電源節點100A的一個實施方案200。如上所述，該電源節點100A包括一個信號電子器件部分116和一個電源電子器件部分114。信號電子器件包括與處理器和存儲器塊212中的每一個相連的一個輸入/輸出 (「I/O」)塊210以及一個通信塊132。在不同實施方案中，功率分析儀塊208、十進位步進式選擇器塊206、以及溫度傳感器快218中的一個或多個與該I/O塊相連。並且，在一些實施方案中，在該通信塊132中或者除了該通信塊132之外包括一個乙太網交換機。在該信號電子器件部分116的各個實施方案中，一個無線模塊(例如Z-波或 Zigbee模塊)用於執行該I/O塊210、處理器塊212和通信塊132。例如，在一個實施方案中使用了一個Sigma Designs ZM3102Z-波模塊，並且在另一個實施方案中使用了一個Zigbee 晶片集。在一些實施方案中，利用一種通用I/O擴展器集成電路(例如NXP PCA9534BS 8 位I2C總線和SMBus低功率I/O埠中斷)增強輸入/輸出功能。在一個實施方案中，一種電源/能源集成電路(例如凌雲邏輯CS M63集成電路) 可用於實現該功率分析儀塊208的功率分析功能。可從該功率分析裝置獲得的功耗以及其他數據包括實際/有功功率、電流和電壓的瞬時和/或RMS值、表觀功率、無功功率、基波功率和溫度傳感中的一種或多種。本領域的普通技術人員應了解可以利用與該I/O塊信號通信的任何處理器構建電壓、電流和功率中的一種或多種的波形輪廓。該電源部分114包括一個功率傳感器塊202、一個電源開關塊204以及一個電源插座塊206。該功率傳感器塊通過一個第一電源電路138與一個電源119相連。該開關塊 204通過一個第二電源電路140與該功率傳感器塊相連，並且通過一個第三個電源電路142 與一個插座206相連。一個負載121通過一個第四個電源電路144與該插座相連。圖2中所示的實施方案的功率分析儀208通過一根信號線158與該功率傳感器塊 202相連，並且通過一根信號線157與該I/O塊相連。開關塊204通過一根信號線160與該 I/O塊相連。插座塊206通過一根信號線161與該I/O塊相連。該處理器塊通過一根信號線168與該I/O塊210相連。在使用時，十進位步進式選擇器216通過一根信號線146與該I/O塊相連，並且溫度傳感器塊218通過一根信號線 166與該I/O塊相連。該通信塊通過一根信號線169與該I/O塊相連。在一些實施方案中，在該處理器212中實施一種計量系統309。該計量系統309可以累計每個插座206的功耗，以生成一份計量報告。在一些實施方案中，在該處理器212中實施一種過電流保護系統(「0CPS」)313。該過電流保護系統將每個插座206以及所有插座的測量電流與安全限值進行比較，並且在過負載的情況下斷開肇事電器。並且，在一些實施方案中，在該處理器212中實施一種變化檢測系統(「⑶S」)311。以下將更充分地討論這些系統。圖3示出了一種具有單個插座300的電源節點。該單個插座實施方案提供了一個單獨的電源通道308，該電源通道包括一個插座206、一個電源開關204以及一個電流傳感器304。該電源通道通過一根電源總線138上的總線分接器139接收電力。在其他實施方案中，多個電源通道在多插座電源節點中提供對應的插座。供給該插座206的電力由一個電源總線電壓傳感器302和該電源通道電流傳感器 304連同該功率傳感器塊202檢測。電壓和電流傳感器輸出信號線310、312與該功率分析儀塊208相連，該功率分析儀塊與該I/O塊210相連。在一些實施方案中，在一個網關108、 190處而不是在單獨的電源節點100A處測量電壓。這可以提供有效的測量，因為可以假設在大多數實例中，該電源節點100B和該網關108、190在家庭中的相同配電分支上，所以裝置間的電壓不會變化那麼多。在一個實施方案中，一種電壓傳感器302對該電源節點總線電壓進行測量。這裡， 供給每個插座206的電力是已知的，因為用於所有插座的插座電壓應該相同，並且用對應的電流傳感器304測量對應的插座電流。此外，由該電源119供給該電源節點100A的電力約等於由所有電源節點插座引出的電力並且也是已知的。在一些實施方案中，每個插座處的電壓由位於該插座206和該電源開關204之間一個對應的電壓傳感器監測。這個實施方案尤其規定在打開該電源開關後測量一個負載的電壓衰減。在其他實施方案中，可以將一個模擬多路轉換器(由繼電器、場效應電晶體 (FET)或者其他機電或電子器件組成)置於這些電壓傳感器與每個插座206之間，以允許一個單獨的電壓傳感器選擇性地單獨測量每個插座206處的電壓，而不依賴該電源開關204 的狀態。置於該電源119與該插座206之間的是一個電源開關204。一根電源開關信號線 160連接該I/O塊210和該電源開關。該開關可以是本領域已知的允許自動控制的任何開關，例如機械或固態繼電器或者半導體開關。在一個實施方案中使用了一種閂鎖型繼電器， 並且在另一個實施方案中可以使用一種TRIAC型開關。該插座206通過第三個電源電路142與該電源開關204的一個功率輸出端相連。 在一些實施方案中，一個插入開關306感測一個插頭是否插入到該插座206中(314)，並且為該I/O塊提供一個插入信號(316)。在一個實施方案中，在電器待機期間監測每個連接的負載或電器121的功耗，以便測量待機功耗。典型地，一個電器的待機功率水平是與該電器相關的最低非零功率水平。 這裡，網關和/或用戶裝置108、110選擇使得用戶可以中斷到待機模式下的電器的功率流。 在一些實施方案中，用戶可以定義一個待機時間段，如果超過該待機時間段，自動打開相關的電源開關204，以中斷該電器待機功率流。插頭插入檢測可由本領域的普通技術人員已知的任何裝置/裝置完成。例如，各個實施方案採用了一種電容式傳感器、一種光學傳感器以及一種機械傳感器。在此所有這些裝置被稱為「插入開關」。圖4示出了一種機電式插入開關400。所述開關利用一個彈簧臂414，當一個插頭 402的一個腳插入到該插座孔404中以及插入到一個插座電源電路的彈簧觸點406之間時， 由該腳壓下該彈簧臂。該插入腳接觸該彈簧臂一端上的一個壓墊(例如絕緣體408)，並且推動一個動觸點409抵靠一個閉合該電路412的靜觸點410。該閉合電路是表明一個插頭插入該插座206中的信號。在一些實施方案中，一種十進位步進式選擇器216與該I/O塊208相連。該十進位步進式選擇器提供了一種裝置，該裝置用於通過使用與十進位步進式選擇器位置相關的符號、字母、數字、顏色或其他標記而選擇一個環境變量。例如，對於位於家庭影院中的電源節點，可以使用一種設置，而對於位於臥室中的電源節點，可以使用另一種設置。環境變量用在各個實施方案中，以指定一個特定的房間、一系列電負載例如家庭影院、一個預定的場景例如節約能源、一種特定的用途如娛樂、以及一個特定時間或季節例如冬天。圖5示出了一種十進位步進式選擇器500的一個實施方案。一個十進位步進式選擇器輪502用於旋轉一個軸504，該軸致動一個十進位步進式選擇器開關506。對應於所選狀態的開關信號通過十進位步進式選擇器開關信號線320與該I/O塊208耦合。可以使用本領域的普通技術人員已知的任何合適的開關。合適的開關包括旋轉和滑塊式開關以及模擬和數字開關。在一個實施方案中，一個開關打開並閉合電路(例如對應於每個開關位置的數字電路)。在另一個實施方案中，使用了一種二-十進位(「BCD」)旋轉開關。在又一個實施方案中，使用了一種模擬開關(例如電位計)連同一種模擬數字轉換器。當該十進位步進式選擇器500用於指定位置時，一個實施方案包括一個多色十進位步進式選擇器輪502，該輪具有八個置於該輪周圍的彩色段。除了該八個彩色段之外，還包括黑色和白色段。每個段對應於一個開關506位置。這些顏色可用於表示一個家庭中特定的房間或空間，或者其他多空間、多用途環境例如辦公套房或建築物。黑色可用於表示一種多餘的或用戶指定的變量，並且白色可用於表示一種僅僅監測控制功能被解除啟用時的狀態的電源節點。在一些實施方案中，一種溫度傳感器218用於感測該電源節點所處的環境溫度。 來自該溫度傳感器的信號通過一根溫度傳感器信號線322與該I/O塊208耦合。圖6示出了位於電源節點殼體600中的一種溫度傳感器的一個實施方案。電源節點殼體604的一個第一表面積具有一個空氣入口 606，並且該電源節點殼體605的一個第二表面積具有一個空氣出口 607。在各個實施方案中，將該空氣入口和出口定位為協助一種通過該電源節點殼體的自然通風608、610，例如由一種受熱電氣部件造成的通風。該溫度傳感器218位於該入口附近，並且溫度傳感器信號通過溫度傳感器信號線322與該I/O塊耦合。在運行中，該電源節點100A的各個實施方案能夠為一個負載提供電力，或者在具有多個電源通道308的實施方案中，能夠為多個負載提供電力。包括打開和關閉負載的負載控制由一種命令發出裝置(例如用戶裝置110、網絡管理器106或數據中心194)與一種用於特定電源節點132的命令接收裝置之間的網絡通信107使能。例如，從該用戶裝置發出的打開一個特定插座的命令可以通過該網絡被路由到一個特定電源節點通信塊132。該電源節點處理器212接收來自該I/O塊210的命令，解釋該命令，並且通過該I/O塊和信號線160向該電源開關發送一個打開信號204。
利用如上所述的來自一個用戶的直接命令能夠打開並關閉插座206。也可在程序控制下打開並關閉插座。例如，在程序控制下，可以基於時間、所選負載、能源定價、特定時段內的功耗、環境條件或者對於與該電源節點I/O塊208進行信號通信的處理器而言可用的其他數據中的一種或多種選擇插座的狀態。能源報告和管理功能由該總線電壓傳感器302、電源通道電流傳感器304、該插座插入開關306以及該電源節點功率分析儀208使能。功率分析儀輸入包括由該電源節點總線電壓傳感器感測的電源節點總線電壓以及由對應的電源通道電流傳感器為每個電源通道308所感測的插座電流。供給每個插座206的電力是已知的，因為測量了供給每個插座的電流304以及對於所有插座而言相同的單個總線電壓(302)。該功率分析儀208可以將來自這些測量的包括瞬時電流和電壓的數據發送到該I/O模塊210。在各個實施方案中，該功率分析儀可以將附加數據(包括實際功率、RMS電壓和電流、表觀功率、無功功率和基波功率中的一種或多種)發送到該I/O模塊。來自該功率分析儀208的數據對於與該I/O塊210進行信號通信的任何處理器而言是可用的。例如，用戶裝置110可以通過該網絡107接收來自該功率分析儀的數據。數據的瞬時值、趨勢和總結可從存儲在該用戶裝置或另一種網絡訪問存儲器裝置中的功率分析儀數據獲得，可向該用戶報告其任何一種。此外，插座插入開關306狀態對於該I/O塊而言是可用的，一個第一狀態表明一個插頭插入到該插座中，並且一個第二狀態表明沒有插頭插入到該插座中。在一些實施方案中，來自外部來源的數據(例如由電氣設施或電力系統操作員報告的能源價格)是可利用的，不論是手動輸入還是通過該數據中心194或網際網路網關經由一種連接(例如網際網路連接)從該網絡獲得。利用電費率/成本信息和電力消耗信息，該用戶裝置能夠報告成本計量，例如瞬時供電成本、總電力成本、特定時期的電力成本以及降低電力成本的建議如將電負載轉移到成本更少的白天時間。在一種具有多個插座的電源節點中，一種默認模式指定插座206之一作為一個主插座。壓下該電源節點「On」按鈕15可通過閉合對應的電源開關204來使能該主插座。在該默認模式下，除了該主插座之外的所有電源節點插座是從插座。如果該主插座將電力供給一個負載121，則可類似地使能這些從插座。如果該主插座未將電力供給一個負載，則解除使能這些從插座。當一種系統(例如娛樂系統)的相關部件與一個公共電源節點100A 相連時，默認模式操作允許這些部件之一作為一個用於打開和關閉從部件的主部件。在各個實施方案中，一個與該電源節點I/O塊210進行信號通信的處理器通過分析可從該電源節點100A獲得的數據而推斷該負載121的特性。在此推斷負載特性的方法被稱為基礎分析。可輸入和輸出來自該電源節點功率分析儀208、該插入開關306以及該十進位步進式選擇器216的多種輸出數據。該電源節點分析儀208可以利用輸入例如(但不限於) 來自該電壓傳感器的瞬時電壓測量、來自該電流傳感器的瞬時電流測量和/或來自該溫度傳感器的溫度測量。它可以輸出信息例如(但不限於)瞬時、平均或均方根(RMS)電壓，瞬時、平均或均方根(RMS)電流，實際、表觀、無功或基波瞬時、RMS或平均功率，或者瞬時或平均溫度。該插入開關可以將插頭插入用作輸入的，並且可以將開關狀態輸出為打開的或閉合的觸點以表示是否插入了一個插頭。該十進位步進式選擇器可以將該色輪(或其他選擇裝置)的位置作為其輸入和輸出信息例如(但不限於)數字、房間位置、一套鄰近電器、使用時間和/或電源條類型(單個插座或多個插座)。基礎分析使用功率提示和上下文信息來識別用於負載(通常是家用電器)的可能的裝置類別。基礎分析可以檢測是否插入了一個插頭，並且考慮待機和運行功耗、功率因子以及峰值與RMS電流。此外，可以考慮一種或多種環境因子，包括房間位置、鄰近電器(在相同的房間裡)、使用時間以及電源節點類型(單個插座或多個插座)。在基礎分析中，負載評估典型地利用一些數據快照。例如，一種需要10瓦特待機功率和200瓦特運行功率的電器位於一個家庭房間內。這些數據擬合一臺電視機的屬性， 並且假設沒有來自該功率因子和峰值與RMS電流的相反表示，這種負載可能與一臺電視機相匹配。在各個實施方案中，用於使負載與電器相匹配的數據保存在該本地網路107或該外部網路193可訪問的存儲器中。本地數據存儲裝置包括該網關主機108和該用戶裝置 110。外部數據存儲裝置包括存儲裝置例如位於該數據中心194內的半導體和硬碟存儲器。一旦一個插座/負載與一種特定的電器相匹配，無需再次運行匹配過程，除非該電器不插電。在各個實施方案中，當一個插頭插入到對應的插座206中時，該插頭插入開關 306設置一個標誌。一個設置的標誌致使負載評估針對所表示的插座/負載而運行；一旦該評估運行，就清除該標誌。至於一種特定的插座，拔出插頭以及重新插入插頭會重新設置該標誌，並且造成再次執行該匹配過程。中級分析檢查使用模式或行為模式，以進行負載評估。中級分析可包括監測功耗， 以確定負載的工作周期，包括使用頻率和使用期限。在中級分析中，負載評估利用以一種低頻率拍的數據快照。例如，可以每分鐘檢查並記錄功耗一次。如果頻繁地打開正在監測的負載，並且每次打開它時便運行較長的一段時間例如一個或多個小時，這些數據可以再次暗示該電器是一臺電視機。用於匹配使用情況的數據可以存儲在該本地網絡107上或者該網絡之外。本地數據存儲裝置包括該網關主機108以及該用戶裝置110。外部數據存儲裝置包括位於該數據中心194內的計算機。高級分析假定每種負載具有一個獨特的電氣籤名，例如其電壓和電流波形的頻率含量。當關閉該裝置或者切斷電源時，特別感興趣的也許是電壓波形，和/或當打開該裝置或者接上電源時，特別感興趣的也許是電流波形。如上所述，可該本地網絡107上傳輸信息，並且在一些實施方案中，在外部網絡 193上傳輸。在一個實施方案中，網絡信息交換包括一個或多個網絡消息的傳送，例如以下各項中的一種或多種a)波形輪廓；b)變化檢測系統(CDQ濾波輪廓；c)計量報告；d)過電流警報；以及e)瞬時功率。圖7示出了一種在該本地網絡107和外部網絡193上交換消息的系統800。在該本地網絡107上，在電源條100A和該網關主機108之間交換消息。該電源條100A可以將計量報告、瞬時功率、瞬時電壓/電壓波形輪廓、瞬時電流/電流波形輪廓以及過電流警報傳送到該網關主機108。在一些實施方案中(參見下文)，該網關主機108可以將變化檢測系統(「⑶S」)濾波輪廓傳送到該電源條100A。
在一些實施方案中，該電源條100A亦或該網關主機108輪詢其他裝置以獲得信息。例如，該網關主機108可以輪詢該電源條100A，請求一份計量報告。響應於該輪詢請求，該電源條100A會將該計量報告發送到該網關主機108。在該外部網絡193上，在該網關主機108和該數據中心194之間交換消息。該網關主機108將波形輪廓傳送到該數據中心194，並且該數據中心194將電器標識和匹配的 ⑶S濾波輪廓傳送到該網關主機。能夠以多種方式利用消息。瞬時功率示出了基於按需電流和/或功率讀數的瞬時功耗。可以按需、響應於網絡查詢或者根據⑶S事件傳送瞬時功率讀數。能夠以多種方式 (例如但不限於生成複合儀錶板、總家用負載以及單獨貢獻的擊穿)利用所述瞬時功率讀數。可利用CDS變化閾值檢測而消除輪詢並且減少網絡流量。計量報告可以在特定的時間段通過累計功耗報告而隨時間集成瞬時功率，從而提供功耗。用於一個或多個單獨的插座的智能計量功耗報告可以是自發的、安排的或者按需的。它可以被視為常規功耗計量。一些實施方案可利用一種Z-波標準智能儀表類執行高效調度並且將相關功耗報告自動發送到一個網關主機。波形輪廓示出了電壓和電流如何隨時間變化；值得注意的是，如上所述，電壓和/ 或電流的波形輪廓對於每種插座/負載206/121而言是可用的。可以由功率分析儀生成所計算的參數(如功率)的波形可根據由電源條變化檢測系統(CDQ生成的閾值事件將這些消息從該電源條IOA發送到一個網關主機108。波形輪廓可用於使負載與已知電器相匹配。在該數據中心194內，波形輪廓可以與一個籤名資料庫相匹配，並且用作一種用於裝置或裝置類別標識的指示器。波形輪廓也可用於內部電器狀態識別中的自動化目的。過電流警報可以提供一個已經超過該電源條100A或單個插座206的電流額定值和/或容量的警告。可根據來自該電源節點的過電流保護系統(OCPS)的一種信號將過電流警報從該電源條發送到一個網關主機。無論何時出現一種過電流情況，可能有短路危險或者將裝置插入到該電源條100A中的不正確操作。無論哪種情況下，在該網絡上生成這些過電流警報消息提供了一種手段，以通過一種用戶裝置或通過來自該數據中心的通知而告知用戶應該採取補救行動。在一些實施方案中，該電源條除了發送一個消息之外，還可以自動切斷供給一個或多個肇事插座的電源。一種變化檢測系統(「CDS」)輪廓為單個插座/負載提供控制變化檢測系統濾波器行為的濾波參數。CDS濾波參數包括電壓、電流、功率、插入開關狀態、溫度以及基於這些參數的計量值中的任何一種。可將其從一個網關主機發送到該電源條，以修改用於單個插座 206的變化檢測濾波器性能。濾波輪廓用於微調該電源條託管的變化檢測系統，該系統將網絡流量限制在僅僅顯著的或者關注的流量，例如顯著的波形輪廓以及顯著的功耗變化。如上所述，一種裝置可以輪詢另一種裝置，以獲得信息。另一個替代方案是由一種變化狀態觸發的自動報告。在本實施方案中，該處理器212包括一個變化檢測系統311，該系統監測一種或多種變量，例如功率、電流和電壓的。正在監測的、超過一個閾值的變量中的變化觸發自動報告。例如，如果設置了一個10瓦特的閾值功率變化，CDS不會報告從195 瓦特至200瓦特的負載變化；但是，會報告一種從195瓦特至205瓦特的負載變化。從以上可以看出，使用CDS觸發的報告而不是輪詢提供了一種減少網絡流量的手段。流量減少了，因為在該網絡上僅僅報告了異常事件。在CDS濾波輪廓中定義了用於定義異常事件的標準。當發送到該數據中心的波形數據與一種特定的電器相匹配時，選擇即有待應用在一種特定的插座/負載206/121的濾波輪廓。例如，如果發送到該數據中心的負載波形數據與一臺已知的待機時消耗10瓦特並且運行時消耗200瓦特的電視機相匹配， 該CDS濾波輪廓可以忽略10瓦特以下的虛假/不受關注的負載變化。也可基於經過時間觸發報告。例如，可以每隔2秒鐘或者其他實施方案中每隔其他時間段自動報告瞬時功率。在一個實施方案中，報告是基於一種包括多個報告系統的混合系統。例如，可以一起使用任何多種時間觸發的報告、CDS觸發的報告以及輪詢。圖8示出了一個具有輪詢的、定時的、事件和CDS報告1000的實施方案。可在塊 1001中構建消息，並且可將其在網絡上發送作為在塊1002中的消息。可以每隔2秒鐘測量瞬時功率902，並且將其發送到計量系統309、過電流保護系統313以及變化檢測系統311。 可以基於輪詢或調度的消息發送而觸發來自該計量系統309的測量報告906。當出現一個過電流事件時，可以觸發來自該過電流保護系統313的過電流警告(或警報)908。當瞬時功率的變化超過一個預定閾值時，可以觸發來自該變化檢測系統311的瞬時功率報告910。 在一些實施方案中，兩種最近的樣品可用於檢測變化。在其他實施方案中，考慮到樣品中有待降低的噪音，更多樣品可用於創建一個移動平均數。在一些實施方案中，可進行高級分析例如波形分析904，並且將其用作向該變化檢測系統311的一種輸入。可以在規律的間隔處(例如每隔12秒鐘或其他間隔)進行測量， 以創建波形。除了上述用途之外，用於能源管理的該電源節點100A的實施方案包括告知用戶單獨電器功耗、使能單獨插座的控制從而尤其是中斷電器待機功率流、並且管理或降低能量消耗和能源成本中的一種或兩種。在一個商業實施方案中，一種消費者組件可以包括多個多和/或單插座電源節點 100A、一個網關108以及一個控制器或用戶裝置110。在製造和測試期間，這些裝置可以預先配置有允許互操作的識別代碼。該控制器也可預先編程有在家、夜晚以及離開選擇。在家選擇可通過閉合對應的電源開關204來使能所有這些電源節點插座206。夜晚選擇可以使能多插座電源節點的默認模式，並且解除使能單插座電源節點。離開選擇可以解除使能所有這些電源節點插座。除非另外指出，本說明書和權利要求中所使用的表述元件數量、光學特性等的所有數字應理解為在所有情況下由詞語「大約」修飾。因此，除非指出相反的情況，先前說明書和所附權利要求中所述的數值參數為近似值，所述近似值可以取決於利用本發明傳授的內容的本領域的普通技術人員試圖獲得的期望性能而變化。至少，而不是試圖將等效物原則的申請限於所述權利要求的範圍，應該根據報導的有效數字的數量並且通過採用普通捨入技術至少解釋每個數值參數。儘管闡述本發明的廣泛範圍的所述數值範圍和參數為近似值，但是儘可能精確地報導具體實例中闡述的所述數值。然而，任何數值本身包含必定由各自測試測量中發現的標準偏差造成的某些誤差。利用端點詳述的數值範圍包括歸入該範圍內的所有數字(例如1至5包括1、1. 5、 2,2. 75,3,3. 80、4 和 5)。如本說明書和所附權利要求中所用，單數形式「a」 「an」和「the」包括複數參照物， 除非本發明內容另外明確地指出。因此，例如，提及一種描述為「一種發光二極體(LED)」的元件可以指的是單個LED、兩個LED或者任何其他數量的LED。如本說明書和所附權利要求中所用，通常採用詞語「或者」，就其意義來說，包括「和/或」，除非本發明內容另外明確地指出。如本申請中所用，詞語「連接」包括直接和間接連接。此外，當第一種和第二種裝置相連時，介於中間的裝置包括主動裝置可以位於中間。上面提供的各個實施方案的說明本質上是示意性的，並且並不意味著限制本發明、其應用或用途。因此，除了本申請中所述的那些之外的不同變化目的在於在本發明實施方案的範圍內。不認為所述變化違背本發明的預定範圍。同樣地，不應由上述示例性實施方案限制本發明的寬度和範圍，但是應該僅按照以下權利要求及其等效物限定本發明的寬度和範圍。
權利要求
1.一種用於能源管理的電源節點，包括 一個輸入電源耦合器；一個第一電源開關，該第一電源開關具有一個第一控制埠、一個第一電源端子以及一個第二電源端子，該第一電源端子與該輸入電源耦合器電氣連接，該第一控制埠被配置為控制在該第一電源端子與該第二電源端子之間的一種電氣連接； 一個第一插座，該第一插座與該第一電源開關的第二端子電氣連接； 一個電壓傳感器，該電壓傳感器是可運行的以便測量在該第一插座處的電壓； 一個第一電流傳感器，該第一電流傳感器是可運行的以便測量流過該第一插座的電流；一個選擇器裝置，該選擇器裝置被配置為用於提供來自多個可選擇的環境變量的一個環境變量；一個信號電子器件部分，該信號電子器件部分包括被配置為在一個網絡上進行通信的一個通信塊，該信號通信塊與該選擇器裝置、該第一電源開關的第一控制埠、該電壓傳感器以及該第一電流傳感器進行信號通信； 該信號電子器件部分被配置為用於 監測流過該第一插座的所述電流， 監測在該第一插座處的所述電壓，控制在該第一電源開關的第一電源端子與第二電源端子之間的所述電氣連接，並且經由該通信塊在一個網絡上進行通信；一個殼體，該殼體實體性連接該第一插座、該第一電源開關、該信號電子器件部分、該第一電流傳感器以及該電壓傳感器。
2.如權利要求1所述的電源節點，其中該輸入電源耦合器包括一個從該殼體上延伸的電源插頭，其中該電源插頭與該第一開關的第一電源端子電氣連接、並且是可運行的以便將電力從該電源插頭傳導到該第一開關的第一電源端子上。
3.如權利要求1所述的電源節點，進一步包括一個溫度傳感器，該溫度傳感器與該殼體實體性連接並且與該信號電子器件部分進行信號通信；其中該信號電子器件部分被進一步配置為監測該電源節點附近的空氣溫度。
4.如權利要求1所述的電源節點，進一步包括一個第一插入開關，該第一插入開關具有一種電氣狀態來表示一個裝置插頭是否被插入該第一插座中，該第一插入開關與該殼體實體性連接並且與該信號電子器件部分進行信號通信；其中該信號電子器件部分被進一步配置為監測該第一插入開關的電氣狀態。
5.如權利要求1所述的電源節點，其中該信號電子器件部分被進一步配置為 將所述供給該第一插座的電流與一個預定的安全最大值進行比較；並且如果所述供給該第一插座的電流超過該預定的安全最大值，控制該第一電源開關將該第一電源端子從該第一電源開關的第二電源端子上電氣斷開。
6.如權利要求1所述的電源節點，其中該信號電子器件部分被進一步配置為在該網絡上發送一個消息，所述消息含有基於所述供給該第一插座的電流的一個測量值的信息。
7.如權利要求1所述的電源節點，其中該信號電子器件被進一步配置為 接收來自該網絡上的一個命令；基於來自該網絡上的該命令，控制在該第一電源開關的第一電源端子和第二電源端子之間的所述電氣連接。
8.一種能源管理系統，包括一個或多個如權利要求1至7中任一項所述的電源節點，包括一個特定電源節點； 一個與該網絡進行信號通信的用戶裝置，其中該用戶裝置是可運行的以便基於一個或多個與該特定電源節點的第一插座有關的電氣測量來表徵插接到該特定電源節點的第一插座中的一個負載。
9.如權利要求8所述的能源管理系統，其中所述負載的表徵還是基於該特定電源節點的所述環境變量。
10.如權利要求8所述的能源管理系統，其中該用戶裝置進一步是可運行的以便控制該特定電源節點的第一電源開關。
11.如權利要求8所述的能源管理系統，其中該用戶裝置進一步是可運行的以便報告由插接到該一個或多個電源節點中的一個或多個電器所消耗的能源。
12.如權利要求11所述的能源管理系統，其中該用戶裝置進一步是可運行的以便報告與由插接到該一個或多個電源節點中的這一個或多個電器所消耗的能量有關的一種成本。
13.如權利要求8所述的能源管理系統，進一步包括 一種變化檢測系統；以及具有一個或多個濾波參數的一個變化檢測系統濾波器；其中當該一個或多個濾波參數中的一個濾波參數與從同該特定電源節點的第一插座有關的所述一個或多個電氣測量的一個對應值相差一個預定量時，該電源節點傳送一個網絡消息。
14.一種管理能量消耗的方法，包括將如權利要求1至7中任一項所述的一個或多個電源節點置於為一個或多個電器供電的一個或多個電源電路之中；測量該一個或多個電器中至少一個電器的能量消耗；顯示用於減少能量消耗的多個機會，所述機會是基於所述能量消耗的測量來識別的；並且通過提供自動化裝置遠程控制能量消耗來管理所述能量消耗。
15.如權利要求14所述的方法，進一步包括識別該多個電器中的一個電器的一種待機功耗；並且，如果所述電器在一種待機模式下保持的一個時間大於一個預定時間段，則將所述電器從所述電源上斷開。
全文摘要
一種電源條(100A)在一種網絡數據通信和控制環境中提供了多種能源管理特徵，它可應用於一種能源管理系統(100B)中來實施一種能源管理方法。
文檔編號H04L12/10GK102577234SQ201080048263
公開日2012年7月11日 申請日期2010年10月21日 優先權日2009年11月16日
發明者卡爾·瓊森, 威廉·迪爾, 桑尼·溫德斯特魯普, 蒂莫西·裡昂, 馬丁·曼尼切 申請人:格立威瑞麗迪有限公司