功率计量系统、使用该功率计量系统的负载功率监视系统及其操作方法与流程

本公开涉及一种功率计量系统、使用该功率计量系统的负载功率监视系统及其操作方法。

背景技术：

随着数字和网络技术的演进，家用设备和信息设备根据朝向融合的趋势出现而装配有多种功能。此类数字融合装置跨家庭或办公室而普遍流行。然而，由于功能的融合和联网的支持，此类信息设备在用户无意识的情况下消耗备用功率以及在有来自用户的请求时的电功率。

由于用户并未虑及在特定时段内哪个装置消耗多少电功率，其甚至对节省电能不感兴趣。

在这方面，为了监视每个电子装置的能量消耗，提出了一种通过使用测量每个家庭或建筑物将要消耗的电能的总量的电表来分析和监视在预定时段内的每个电气装置的电功率消耗的量和模式(pattern)的技术。

图1是典型负载功率监视系统的框图。

参考图1，在典型负载功率监视系统中，可将从外部电功率供应源1供应到家庭3的电功率供应给家用电气设备，其通过在家庭3处提供的配电板2而连接到电插座。特别地，配电板2配置有功率计量装置4，以用于关于从外部电功率供应源1供应的电功率如何用在家庭3中的家用电气设备处而监视电功率的使用状态和电能消耗。

功率计量装置4可使用家用电气设备的电能消耗和使用模式信息通过远程服务器来执行单独监视。

此类典型负载监视系统及其方法难以感测除外部电功率供应源1之外另外从电源或能量源流过的电能。此外，当通过添加要求高准确度的典型测量装置从而感测另外流入的电能来设计系统时，存在着可能根据不必要装置的配置而引起诸如昂贵的系统设计和大规模系统之类的问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本公开提供了一种功率计量系统、使用功率计量系统的负载功率监视系统以及其操作方法，能够通过除典型外部电功率供应源之外添加可再生能源来向负载供应能量，并且相对于向负载供应的能量而监视消耗状态。

并且，为了掌握相对于负载和电功率供应设备的电能消耗和状态，本公开提供了一种功率计量系统、使用该功率计量系统的负载功率监视系统以及其操作方法，能够通过以最低成本配置有效系统来监视负载功率。

此外，本公开提供了一种高可靠性且高效率的功率计量系统、使用该功率计量系统的负载功率监视系统及其操作方法，能够掌握相对于负载和电功率供应装置的电能消耗和状态。

根据本公开的实施例，该负载功率监视系统包括外部电功率供应源、用以充填或放出电功率的第一可再生能源、用以产生电功率的第二可再生能源、用以将从外部电功率供应源或第一可再生能源供应的电功率分配到电气装置的配电板、用以感测电功率供应源和第一可再生能源中的至少一个的电能的至少一个功率计量装置、用以感测分配给电气装置的电能的第二功率计量装置、用以感测从第二可再生能源产生的电能的第三功率计量装置以及用以收集在每个功率计量装置处感测到的电能数据并基于收集到的电能数据来监视负载功率的监视服务器。

并且，根据本公开的实施例，一种用于监视负载功率的方法包括收集从外部电功率源流出的第一电能数据、供应给电气装置的第二电能数据、第一可再生能源的第三电能数据以及第二能量源的第四电能数据之中的至少两个电能数据；验证收集到的电能数据；以及基于收集到的电能数据来估计和验证未收集到的电能数据和可再生能源的电能数据。

此外，根据本公开的实施例，一种功率计量系统包括外部电功率供应源、多个可再生能源、用以从外部电功率供应源或所述多个可再生能源接收电功率且用以向电气装置分配电功率的配电板、用以感测外部电功率供应源和所述多个可再生能源的电能数据的功率计量装置以及用以感测分配给电气装置的电能的第二功率计量装置。

如上所述，该功率计量装置、使用该功率计量装置的负载功率监视系统以及其操作方法具有有效性，在于可以以最低成本配置高可靠性且高性能系统，并且可使用该系统来有效地测量负载电能。

附图说明

图1是典型负载功率监视系统的框图。

图2是根据本公开的一个实施例的负载功率监视系统的框图。

图3至6是根据本公开的实施例的适用于负载功率监视系统的负载功率监视操作的流程图。

图7是根据本公开的实施例的监视服务器的框图。

图8是根据本公开的实施例的负载功率监视结果输出操作的流程图。

图9是根据本公开的实施例的负载功率监视结果输出的示例性图。

具体实施方式

在下文中，将详细地描述功率计量装置以及使用该电力计量系统的负载电力监视系统及其操作方法。

图2是根据本公开的一个实施例的负载功率监视系统的框图。

参考图2，根据本公开的实施例的负载功率监视系统包括：监视服务器10、外部电功率供应源110、配电板120、家用电气设备130、第一可再生能源140以及第二可再生能源150。特别地，在外部电功率供应源110、配电板120、第一可再生能源140以及第二可再生能源150的一端处，可配置用于监视输入到此类设备或从此类设备输出的电能数据的功率计量装置161、162、163以及164。

在本公开的实施例中，可以以复数数目配置可再生能源并作为示例而描述，并且将可再生能源的第一可再生能源140描述作为储能装置的示例，并且将第二可再生能源150描述作为太阳能发电厂的示例。可再生能源不限于此，并且能够产生、充填以及放出电功率的装置可适用。

监视服务器10可获得从功率计量装置161、162、163和164测量的负载和电能数据，包括电源的电能消耗、其电能的流入量或电能消耗模式。监视服务器10可基于所获得的数据而监视并输出负载的电功率。

图7是根据本公开的实施例的监视服务器的框图。

参考图7，根据本实施例的监视服务器10可被配置成包括通信单元11、控制器12、存储单元13以及输出单元14。

通信单元11可配置有无线因特网模块，其使用无线局域网(WLAN)、Wi-Fi、无线宽带(Wibro)、全球微波接入互通(Wimax)以及高速线性链路分组接入(HSDPA)。并且，可以以多种形式配置通信单元11，诸如局域通信模块、有线通信模块等，其中可使用Bluetooth、射频识别(RFID)、红外线数据协会(IrDA)、超宽带(UWB)以及ZigBee。通信单元11可从功率计量装置151、151、153和154接收电能数据。

控制器12可验证并分析功率计量装置161、162、163和164的通过通信单元11接收到的电能数据。控制器12可根据功率计量装置161、162、163和164的接收到的电能数据而提取并处理关于电能或电功率使用模式的数据。作为示例，可执行非侵入式负载监视(NILM)算法来分析电功率使用模式。并且，控制器12可控制用以存储电能数据和关于对应于该电能数据的功率计量装置的信息的存储单元13或用以将其输出的输出单元14。

存储单元13可存储通过通信单元11接收到的电能数据。存储单元13可存储将在控制器12中待被执行并待被用于分析电功率使用模式的算法。存储单元13的示例可包括闪存型、硬盘型或多媒体卡微型的存储器(例如，安全数字(SD)存储器、极限数字(XD)存储器等)、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁存储器、磁盘以及光盘之中的至少一个类型的存储介质。

输出单元14可在控制器12的控制下以多种形式(诸如图像、音频等)输出从功率计量装置接收到并处理的电能数据和被分析的数据。输出单元14的示例可包括显示单元、音频输出单元等。

另外，可配置用户输入单元(未示出)，并且可控制服务器10并可基于用户输入单元的输入来输出被监视的负载的电能数据。

如上所述，用于获得在服务器10中正在处理的电能数据的配置可包括外部电功率供应源110、配电板120、家用电器设备130以及多个可再生能源140和150。

外部电功率供应源110可以是诸如发电厂之类的外部电源，并且从外部电功率供应源110流出的电功率可通过配电板120被供应给包括室内家用电气设备130的多种负载。并且，可将外部电功率供应源110的电功率供应给第一可再生能源140。也就是说，第一可再生能源140可以是储能装置，并且可存储(充填)从外部电功率供应源110施加的电功率。

配电板120可分配从外部电功率供应源110流出的电功率以施加于多种负载，诸如室内家用电气设备130。

第一可再生能源140可配置有电能储备(ESS)，并存储从外部电功率供应源110流出的电功率。并且，从连接到第一可再生能源140的一端的第二可再生能源150供应的电功率可被存储。第一可再生能源140可存储从外部电功率供应源110或第二可再生能源150施加的电功率，并且可通过配电板120在预定时间或用户请求时间将存储在其中的电功率施加到家用电气设备130。例如，可在诸如在电功率消耗较少(例如夜晚之类)的时区处或者在功率使用费用低廉的时区处将电功率存储在第一可再生能源140中，并且另外，可在电功率消耗突然增加的时区处或者在功率使用费用昂贵的时区处将存储的电功率放出到家用电气设备130。

第二可再生能源150可配置有太阳能发电单元，并且太阳能发电单元可将入射到那里的日光转换成电功率以将已转换的电功率施加于第一可再生能源140。

可将功率计量装置161、162、163和164分别地连接到外部电功率供应源110、配电板120、第一可再生能源140以及第二可再生能源150的一端。

连接到外部电功率供应源110的输出端的第一功率计量装置161可以配置有能够测量从外部电功率供应源110供应的电能的至少一个模块。

连接到配电板120的输入端的第二功率计量装置162可配置有至少一个模块，其能够测量当从外部电功率供应源110或第一可再生能源140流出的电功率被供应给多种负载(诸如室内家用电气设备130)时要使用的电能。特别地，第二功率计量装置162可除负载的电能消耗的测量结果之外还测量负载的电能使用模式。也就是说，除负载的电能消耗之外，第二功率计量装置162可通过包括负载的操作状态信息及其电功率消耗模式信息来测量电能数据。

连接到第一可再生能源140的一端的第三功率计量装置163可配置有至少一个模块，该至少一个模块能够测量从外部电功率供应源110施加的电能数据以及对于其而言在第一可再生能源140中存储(充填)的电功率被放出到配电板120的电能数据。

连接到第二可再生能源150的一端的第四功率计量装置164可配置有能够测量关于在第二可再生能源150中产生的电功率的电能数据的至少一个模块。

第二可再生能源150可连接到第一可再生能源140的另一端。特别地，可将第四功率计量装置164连接在第一可再生能源140与第二可再生能源150之间以验证从第二可再生能源150施加到第一可再生能源140的电能数据。

参考图3至6，将基于包括如上所述的功率计量装置的负载功率监视系统的配置来详细地描述根据本公开的实施例的可适用于负载功率监视系统的负载功率监视方法。在下文中，将通过限制数据收集的顺序来描述监视方法，但是可与数据连接的顺序无关地从每个功率计量装置收集数据。

图3至6是根据本公开的实施例的适用于负载功率监视系统的负载功率监视操作的流程图。

图3是用于在监视服务器10中当第一可再生能源在充电模式下操作时执行负载功率监视操作的根据第一实施例的操作的流程图。

参考图3，监视服务器10可在操作S305中通过通信单元11从功率计量装置161、162、163和164收集电能数据。

监视服务器10的控制器12可在操作S310中验证第一功率计量装置161的通过通信单元11连接的电能数据。特别地，控制器12可验证第一电能数据，包括从外部电功率供应源110施加的电能。

当验证了第一电能数据时，控制器12可在操作S315中验证从第二功率计量装置162接收到的电能数据。特别地，控制器12可验证第二电能数据，其包括关于在被通过配电板120供应电功率的家用电气设备130中使用的电功率消耗和电功率消耗模式的信息。在这里，可通过非侵入式负载监视(NILM)算法来获得关于电功率消耗模式的信息。NILM算法可分析连接到配电板120的每个家用电气设备130所消耗的电能以及来自被连接到那里的功率计量装置的电功率使用模式。

当验证了第二电能数据时，监视服务器10的控制器12可在操作S320中基于第一电能数据和第二电能数据来估计第一可再生能源140的操作模式。特别地，控制器12可将第一电能数据与第二电能数据相比较。

控制器12可在操作S325中根据所述比较来验证第一可再生能源140的操作模式是否是充电模式。特别地，当在第一电能数据和第二电能数据之中第二电能数据是0时，可估计从外部电功率供应源110施加的电功率将被施加于第一可再生能源140而不是施加于配电板120。因此，当作为验证第一电能数据和第二电能数据的结果、第二电能数据是0时，可将第一可再生能源140被估计为充电模式。

因此，当第一可再生能源140的操作模式被验证为充电模式时，在操作S330中控制器12可将第二电能数据估计为第一可再生能源140的第一电能。

另一方面，当第一电能数据和第二电能数据被验证且然后第一可再生能源140的操作模式不是充电模式时，在操作S335中控制器12可估计根据估计出的操作模式的信息和对应于该信息的电能数据。

当估计第一可再生能源140的第一电能时，在操作S340中监视服务器10的控制器12可估计第一可再生能源140的第二电能。特别地，当接收到并存储由连接到第一可再生能源140的一端的第二可再生能源150产生的电功率时，控制器12可基于从第四功率计量装置164接收到的电能数据(第四电能数据)来估计从第二可再生能源150施加的电能数据，亦即第二电能。

在操作S345中监视服务器10的控制器12可将关于由上述操作验证的电能数据的信息存储在存储单元13中。

如上所述，可用第一充电量和第二充电量之和来估计在第一可再生能源140充填的总充电量。并且，通过从第四功率计量装置164接收到的第四电能数据，可估计由第二可再生能源150产生的电能。也就是说，即使省略第三功率计量装置163，也可估计并验证第一可再生能源140的充电量和第二可再生能源150的能量产生量。

图4是用于当第一可再生能源在充电模式下操作时在监视服务器10中执行负载功率监视操作的根据第二实施例的操作的流程图。

参考图4，在操作S405中监视服务器10可通过通信单元11从功率计量装置161、162、163和164收集电能数据。

在操作S410中监视服务器10的控制器12可基于从第二功率计量装置162接收到并从通信单元11收集的电能数据来验证从外部电功率供应源施加的电能数据。特别地，控制器12可验证第二电能数据，其包括关于在被通过配电板120供应电功率的家用电气设备130中使用的电功率消耗和电功率消耗模式的信息。在这里，可通过NILM算法来获得关于电功率消耗模式的信息。NILM算法可从连接到那里的功率计量装置分析连接到配电板120的每个家用电气设备130所使用的电功率消耗和电功率消耗模式。

在操作S415中监视服务器10的控制器12可验证从第三功率计量装置163收集的并通过通信单元11的电能数据。

当验证了第二电能数据和第三电能数据时，在操作S420中监视服务器10的控制器12可用第二电能数据和第三电能数据的和来估计从外部电功率供应源110流出的电能数据(第一电能数据)。

在操作S425中监视服务器10的控制器12可基于估计出的第一电能数据和第二和第三电能数据来估计第一可再生能源140的操作模式。特别地，当估计第一电能数据和第三电能数据彼此相同时，控制器12可估计从外部电功率供应源110施加的电功率未被施加于配电板120而被施加于第一可再生能源140。因此，当第一电能数据和第三电能数据彼此相同时，在操作S430中控制器12可确定为充电模式，并且在操作S435中可将第一电能数据估计为第一可再生能源140的第一充电量。

另一方面，当第一可再生能源140的估计出的操作模式不是充电模式时，在操作S440中控制器12可估计对应于估计出的操作模式的信息和电能数据。

并且，在操作S445中监视服务器10的控制器12可基于从第四功率计量装置164接收到的电能数据来估计第一可再生能源的第二充电量。特别地，当接收到并存储由连接到第一可再生能源140的一端的第二可再生能源150产生的电功率时，控制器12可基于从第四功率计量装置164接收到的电能数据(第四电能数据)来估计从第二可再生能源150施加的电能数据，亦即第二充电量。

在操作S450中监视服务器10的控制器12可将关于由上述操作验证的电能数据的信息存储在存储单元13中。

如上所述，可用第一充电量和第二充电量之和来估计在第一可再生能源140充填的全部充电量。并且，通过从第四功率计量装置164接收到的第四电能数据，可估计由第二可再生能源150产生的电能。也就是说，即使省略第一功率计量装置161，也可估计并验证第一可再生能源140的充电量和第二可再生能源150的能量产生量。

图5是用于当第一可再生能源在放电模式下操作且第二可再生能源并未产生电功率时在监视服务器10中执行负载功率监视操作的根据第一实施例的操作的流程图。

参考图5，在操作S505中监视服务器10可通过通信单元11从功率计量装置161、162、163和164收集电能数据。

在操作S510中监视服务器10的控制器12可验证第一功率计量装置161的通过通信单元11收集的电能数据。特别地，控制器12可验证第一电能数据，其包括从外部电功率供应源110施加的电能。

当验证第一电能数据时，在操作S515中控制器12可验证从第二功率计量装置162接收到的电能数据。特别地，控制器12可验证第二电能数据，其包括关于在被通过配电板120供应电功率的家用电气设备130中使用的电功率消耗和电功率消耗模式的信息。在这里，可通过NILM算法来获得关于电功率消耗模式的信息。NILM算法可从连接到那里的功率计量装置分析连接到配电板120的每个家用电气设备130的电功率消耗和电功率使用模式。

当验证了第二电能数据时，在操作S515中监视服务器10的控制器12可基于第一电能数据和第二电能数据来估计第一可再生能源140的操作模式和根据操作模式的电能数据。特别地，当已验证的第二电能数据超过第一电能数据(第一电能数据＜第二电能数据)时，控制器12可估计第一可再生能源140在其中放出电功率的放电模式下操作。因此，当第一可再生能源140被估计为在放电模式下操作时，在操作S520中控制器12可用第一电能数据与第一电能数据之间的差来估计第一可再生能源140的放电量。

因此，在操作S525中监视服务器10的控制器12可将关于第一可再生能源140、第一电能数据以及第二电能数据的操作模式和放电量(其被上述操作验证)的信息存储在存储单元13中。

图6是用于当第一可再生能源在放电模式下操作且第二可再生能源并未产生电功率时在监视服务器10中执行负载功率监视操作的根据第二实施例的操作的流程图。

参考图6，在操作S605中监视服务器10可通过通信单元11从功率计量装置161、162、163和164收集电能数据。

在操作S610中监视服务器10的控制器12可基于从第二功率计量装置162接收到的并通过通信单元11收集的电能数据来验证从外部电功率供应源施加的电能数据。特别地，控制器12可验证第二电能数据，其包括关于在被通过配电板120供应电功率的家用电气设备130中使用的电功率消耗和电功率消耗模式的信息。在这里，可通过NILM算法来获得关于电能消耗模式的信息。NILM算法可从连接到那里的功率计量装置分析连接到配电板120的每个家用电气设备130所使用的电功率消耗和电功率消耗模式。

当验证了第二电能数据时，在操作S615中监视服务器10的控制器12可验证从第三功率计量装置163接收到的电能数据。

在操作S620中监视服务器10的控制器12可基于第二电能数据和第三电能数据来估计从外部电功率供应源110施加的电能数据。特别地，控制器12可用第二电能数据和第三电能数据之和来估计从外部电功率供应源110施加的电能数据(第一电能数据)。

在操作S625中监视服务器10的控制器12可基于第一电能数据、第二电能数据和第三电能数据来估计第一可再生能源140的操作模式和根据操作模式的电能数据(放电量)。特别地，当第二电能数据和第三电能数据的和大于估计出的第一电能数据(第二电能数据+第三电能数据>第一电能数据)时，控制器12可确定除从外部电功率供应源110流出的电功率之外还存在从第一可再生能源140放出的电能。因此，控制器12可估计第一可再生能源140在放电模式下操作。

因此，随着第一可再生能源140放电，控制器12可基于第三功率计量装置163的电能数据来估计第一可再生能源140的放电量。

因此，在操作S630中监视服务器10的控制器12可将关于第一可再生能源140的操作模式和放电量(其被上述操作验证)及关于估计出并已验证的电功率数据的信息存储在存储单元13中。

图8是根据本公开的实施例的负载功率监视结果输出的操作的流程图，并且图9是根据本公开的实施例的负载功率监视结果输出的示例性图。

参考图8和9来详细地描述根据本公开的实施例的用于输出存储在监视服务器10的存储单元13中的负载功率监视结果的操作。

参考图8和9，在操作S810中监视服务器10的控制器12可感测根据本公开的一个实施例及其它实施例测量的并获得且存储在存储单元13中的电能数据的输出请求信号。可通过用户输入单元(未示出)来输入该输出请求信号，或者可通过有线或无线通信从远程终端等接收到。

在操作S820中监视服务器10的控制器12可检索存储在存储单元13中的电能数据，并且可在操作S830中以多种形式(诸如图9中所示的图表、数字、文本等)显示电能数据。图9示出了关于电气设备和可再生能源中的每一个的电功率消耗或充电量的信息。例如，A至C可以是家用电气设备130的电功率数据的示例，并且D可以是可再生能源140或150的示例。在家用电气设备的电能数据中，电能数据的时段根据NILM分析所需的数据的感测可更短。

虽然已连续地描述了用于测量或估计外部电功率供应源110、连接到配电板120的家用电气设备130、储能装置140或太阳能发电装置150中的电能数据的操作，但其不限于所述操作顺序，并且可在多种修改中执行。

如上所述，该功率计量装置、使用该功率计量装置的负载功率监视系统以及其操作方法具有有效性，因为可以以最低成本配置高可靠性且高性能系统，并且可使用该系统来有效地测量负载电能。

虽然已举例说明并描述了优选实施例，但本公开的技术概念不限于上述特定实施例，并且应理解的是在不脱离由所附权利要求定义的本公开的精神的情况下由本领域的技术人员不同地实现各种其它修改，并且不应从本公开的技术概念和预测单独地理解这些修改。