采用负载标识的负载控制和管理的负载电源设备、系统和方法
【专利说明】采用负载标识的负载控制和管理的负载电源设备、系统和 方法
[0001] 根据由能源部国家能源技术实验室授予的DE-EE0003911在政府支持下实施本发 明。政府对本发明具有一定的权利。
技术领域
[0002] 公开的概念一般地涉及电力负载，更具体地涉及为此类负载提供电力的负载电源 设备。公开的概念还涉及包括负载电源设备的系统和方法。
【背景技术】
[0003] 建筑物内部的插入电负载（PEL)的电力消耗监测和能量管理通常被忽略。通过了 解电负载的操作模式（例如操作状态），可以通过对操作模式的有效管理和控制实现节能。 此外，需要以自动、低成本和非侵入性方式将电负载的操作模式和能量消耗传送到建筑物 管理系统。
[0004] 电负载通常在插座电信号（即电压、电流、功率）中呈现独有的特征。此类负载特 征提供一种用于通过分析插座电信号来标识操作状态（例如但不限于活动；待机）的可行 机构。
[0005] 现有建议包括使用从小波变换获得的小波系数和以便检测负载切换的事件检测。 此外，使用基本电力质量相关标记（例如，表观功率、cos (phi)、有功能量、无功能量、频率、 周期、RMS电流、瞬时电流、RMS电压、瞬时电压、电流谐波THD(总谐波失真）百分比、电压谐 波THD百分比、电流波形的谱含量、电压波形的谱含量、有功功率波形的谱含量、无功功率 波形的谱含量、网络质量百分比、时间、日期、温度和湿度中的一个或多个）作为用于标识 负载及其操作状态的标记。
[0006] 例如，当针对每个负载电流获得的电流值小于正常操作状态下每个负载电流的最 大值的某一百分比时，负载处于待机模式。当插入到主插座中的电器消耗的功率小于合适 的阈值（例如待机功率的阈值）时，则这些外设插座可被自动关闭以便进一步降低电力消 耗。尽管对于某些电力设备可能的确如此，但其它电力负载（例如但不限于微波炉、冰箱） 具有开启-关闭（0N-0FF)行为，这是电负载本身的独有内部行为（例如台式计算机低功率 模式）。如果此类设备的"关闭"周期被错误地视为"待机"模式并且然后关闭此类负载，则 不具有用户友好性。
[0007] 存在负载电源设备的改进空间。
[0008] 存在包括负载电源设备的系统和方法的进一步改进空间。
【发明内容】
[0009] 公开的概念的实施例满足这些和其它需求，这提出了基于感测的电压和电流的负 载标识，以及基于负载标识的负载控制和管理。
[0010] 根据所公开概念的一方面，负载电源设备包括：电力输入端；至少一个电力输出 端，用于至少一个负载；多个传感器，其被构造为感测在至少一个电力输出端处的电压和电 流；以及处理器，其被构造为提供：（a)基于感测的电压和电流的负载标识，以及（b)基于负 载标识的负载控制和管理。
[0011] 根据所公开概念的另一方面，基于负载标识提供负载控制和管理的方法包括：采 用负载电源设备，其包括：电力输入端；至少一个电力输出端，用于至少一个负载；多个传 感器，其被构造为感测在至少一个电力输出端处的电压和电流；以及处理器；基于感测的 电压和电流来提供负载标识；以及基于负载标识由处理器提供负载控制和管理。
[0012] 作为所公开概念的又一方面，基于负载标识提供负载控制和管理的系统包括：多 个负载电源设备，负载电源设备中的每一个负载电源设备包括：电力输入端，至少一个电力 输出端，用于至少一个负载；多个传感器，其构造为感测在至少一个电力输出端处的电压和 电流；以及处理器，其被构造为提供：（a)基于感测的电压和电流的负载标识，以及（b)基于 负载标识的负载控制和管理；以及远程能量管理系统，其远离负载电源设备并且与负载电 源设备通信。
【附图说明】
[0013] 当结合附图阅读时，可以从以下优选实施例的描述中获得对所公开概念的全面理 解，在附图中：
[0014] 图1是用于根据所公开概念的实施例的包括智能插座（SR)的基于负载标识（ID) 的控制和管理的系统的框图。
[0015] 图2是用于图1的SR的智能插座负载控制/管理策略/政策的框图。
[0016] 图3是用于图1的插入式负载（PiL)管理合规性验证功能的流程图。
[0017] 图4是用于图1的SR的可控负载插座（CL0)继电器控制信号发生器功能的图1 的流程图。
[0018] 图5是用于图1的SR的CL0瞬时手动控制功能的流程图。
[0019] 图6是用于图1的SR的自动预关断延迟相对用户不存在的置信度级别的图。
[0020] 图7是用于图1的SR的本地占用估计功能的流程图。
[0021 ] 图8是用于图1的SR的本地自动CL0控制功能的流程图。
[0022] 图9是用于图1的SR的SR按钮处理功能的流程图。
[0023] 图10是图1的SR的功能性框图。
[0024] 图11是根据所公开概念的实施例的包括多个SR的远程能量管理系统（REMS)的 框图。
【具体实施方式】
[0025] 如在此所使用的，术语"数量"应指一或大于一的整数（即多个）。
[0026] 如在此所使用的，术语"处理器"应指可存储、检索以及处理数据的可编程模拟和 /或数字设备；计算机；工作站；个人计算机；控制器；微处理器；微控制器；微计算机；数字 信号处理器（DSP)、中央处理单元；主机计算机；小型计算机；服务器；网络处理器；或任何 合适的处理设备或设备。
[0027] 如在此所使用的，术语"负载电源设备"应指电源板、智能电源板、插座、智能插座、 电源插座、智能电源插座、插头、单相UPS、功率/能量表，以及电路支路级别的功率/能量监 测设备。
[0028] 结合示例负载电源设备、负载和示例负载特征描述公开的概念，然而所公开的概 念适用于广泛的负载电源设备，以及广泛的负载和负载特征。
[0029] 所公开的概念可以例如但不限于由以下各项采用：电源板、智能电源板、插座、插 头及电源插座、功率/能量表、用于建筑能源管理的支路级别的功率/能量监测、单相UPS、 智能插座分区网络，以及用于减载和需求响应的建筑物级别负载控制。
[0030] 所公开的概念提出在例如并且不限于诸如智能插座（SR)4(图1和图10)或增强 的布线设备（例如智能墙壁插座）的增强电源板/插座设备中基于负载标识（ID)的负载 控制和管理。SR 4将电力分配给下游插入式设备，这类似于常规电源板和插座，但使用预先 指定始终开启负载插座（AL0) 10和可控制的负载插座（CL0) 12,如在图10中所示。不受控 制的负载设备被插入AL0 10中，并且受控负载设备被插入CL0 12中。SR 4针对每个插座 优选实时报告能量或电力消耗简档16 (图11)，并且标识包括被禁用负载设备的设备类型， 该禁用负载设备基于设施管理政策被禁止。
[0031] 在区域内的多个SR(例如表示一个特定使用方案的用户选择的分区区域）如分区 SR-网络协同工作。在分区SR-网络中，诸如图11的4、5、6的每个SR通过使用在电源插座 级别处的电波形来标识若干插入式负载设备的类型和操作状态。在线学习机构用于识别可 针对个人使用场景自适应调整的上下文电活动。每个SR 4、5、6同样优选提供针对0N/0FF 控制命令的能量或电力使用监测和响应。SR可以通过诸如示例WiFi网络的通信网络14与 位于远程设备（例如但不限于个人计算机或智能电话）中的分区SR分析软件（例如图11 所示的远程能量管理系统（REMS)8中的一部分）通信。来自单个SR的信息融合到分区SR 分析软件。人工智能学习算法用于识别用户的行为模式，并且提供量身自定义于特定使用 场景的占用估计。同样允许用户来配置（例如自定义）基于它们本身特定场景的负载管理 和控制政策（例如策略）。在图11的分区通信网络14中，每个SR 4、5、6具有独有ID 4'、 5'、6'（例如独有IP地址），该独有ID 4'、5'、6'可以将对应工作空间与用于选择管理和控 制政策并告知合规性的特定占用相关联。这允许对应的SR插座10、12被映射到用户工作 空间。
[0032] 据认为，所公开的负载标识和无传感器占用估计技术以及SR和分区SR-网络的组 合可产生下一代智能电源插座，即柔性、高效的建筑物级管理系统的非常基本的建筑物模 块化块。
[0033] 参考图1，示出用于基于负载标识（ID)的控制和管理的系统2。来自负载ID功能 18的负载ID信息19 (例如Load. ID和Load. 0pr_Sts、ID和操作状态）是到SR 4处的系 统2的主要输入。系统2的核心功能包括负载管理合规性验证20,本地占用估计22以及用 于诸如图10的CL0 12的受控插座的自动控制24。
[0034] 图2示出SR负载控制/管理策略/政策，并提供政策和策略如何与彼此相关的 概述。可通过执行两组负载管理和控制政策来确保建筑物中有效的插入式负载（PiL)控 制和管理。首先，建筑物PiL管理政策指示设施管理器使用来调节建筑物中的Pil使用以 及验证终端用户遵守政策的政策。将这些管理政策分为三个示例级别 ：（l)Mgt_P〇licies_ 1^代11(管理政策级别1)30;(2)1%、? 〇1丨(^^_1^代12(管理政策级别2)32;以及（3)1%七_ P〇licieS_Leve13(管理政策级别3)34。其次，SR(继电器）控制策略指何时自动开启/关 闭SR插座继电器（例如图10的继电器（RL)13)的条件。这些可以基于本地和远程条件两 者：（1)插座本地自动