用于远程控制局部站点的能量分配的系统的制作方法

专利名称：用于远程控制局部站点的能量分配的系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及用于控制局部站点的能量分配的系统和方法。
技术背景电业在满足不断变化的用户负载需求方面面临着特别的挑战。对 于这些挑战至少存在两个相关的理由。首先，电力需求可以从一天到 另一天或从一个小时到另一个小时显著地波动，使得电业确保它们有 足够的能力满足要求很困难。这些能量需求上的波动可以是由于日常 循环能量应用模式(例如下午时出现高峰)，或是由于能量供应和需求 平衡上的意料之外的改变，例如，连到电网上的发电机停止工作，大 的能量用户上线或下线，或在分配系统中出现故障。电业面临的挑战的第二个因素是局部区域的电力消耗倾向于随时 间增加，从而逐渐为电业满足不断增长的需求增加了负担。因为新电 厂的建造非常昂贵，而且必须符合多种政府规章，所以一个地方乃至 大的地理区域会发现自己没有电力容量以供应其当前的或可预期未来 的需求。电业公司的一个主要挑战是处理峰值能量需求。这是因为电业供 应的能量必须足够满足不同时刻的能量需求，且峰值能量需求对电力 分配系统施加了最大的压力。当能量需求超过有效供应时，破坏性的 事件，如停电(blackouts)、电力不足(brownouts)或临时停电 (interruptions)就可能发生。这样的事件不仅对大量的人们和商业机 构造成相当的不便，而且也是危险的或威胁生命的，例如医院或关键 的家用护理医疗设备的电力供应受到损害。历史上，当服务一个区域的电业面临由于高需求造成的严重的能 量形势时，它们的选择是极度有限的。例如，电业可以要求用户节省能量，但不是所有的用户都听从这样的要求，并且节省无论如何也不 能为能量供应问题提供完整的解决方案。电业可以尝试通过从连到电 网的第三方能源购买有效能量以满足峰值需求，但是这样的购买，特 别是在峰值需求时刻，是非常贵的，因为能量供应公司在需求高时通 常要求额外费用。电业的另一个选择是建额外的发电厂，但是建发电 厂要很长的时间和大量的投资，且需要州和/或联邦政府以及用户联合 会的批准。为了减少峰值电力需求，避开与新发电厂和额外能量购买相关的 花费，已经做出不同的尝试以开发负载管理系统，为避免停电或类似 的电力中断有必要暂时关闭某些用户负载时，负载管理系统通过该操 作控制对能量发生设备的峰值需求。通常，按这种方式调节的用户负 载类型包括非关键性的电气设备，如空调、电加热器等等。例如， 一种负载管理系统使用波纹音调注入(ripple tone injection)在公共电源线上发送编码脉冲。该编码脉冲可通过机电波纹控制发射 器或升压变压器施加到公共电源线上，其中机电波纹控制发射器由通 过可控硅静态开关工作的电动机/交流发电机组成，升压变压器通过带 通电路有选择地连接到公共电源线上，带通电路被调谐到编码脉冲信 号频率。在用户处，接收器解析编码脉冲并执行所需的命令功能一一 如关闭用户负载。美国专利4,264,960描述了一个负载管理特定系统的例子。如该专 利所述，在主控制站的控制下，多个子站注入单元在公共电源线上发 射编码脉冲信号。位于用户负载处的远程接收器，响应接收于公共电 源线上来自子站注入单元的信号，并通过激励可锁合单极连接而控制 负载的接通和关断状态。不同类型的负载被组织到负载控制组中(如 电热水加热器、空调压縮机、街灯等)。主控制站通过不同的脉冲控制 信号，独立地控制多个不同类型的负载。每个远程接收器单元被预编 码，以便响应唯一一个脉冲编码信号。为了控制同一位置不同类型的 负载(如热水加热器和空调压縮机)，需要在该位置的独立编码的远程 接收器。主控制站接通和关断负载组，以便执行系统操作员所确定的 负载管理策略。用于大规模电力分配系统中负载管理的传统技术存在多种缺点和限制。主要缺点是从电业到远程用户站点的关断命令在携带高压电的 同一电源线上传播。因为使用变压器在电源线上的中继电信号，所以 很难在电源线上传送数据(如中断命令或其他控制信号。而且噪声或 干扰可能会妨碍关断命令或其他控制信号的正确接收。用户负载的任 何感应能够产生大的谐波，该谐波可能容易与控制信号频率相匹配， 这样就妨碍了控制信号或可能引起"错误警报"。诸如电炉之类的简单 家用设备就能够破坏电源线上的控制信号的接收。在一个大区域里， 因为所有负载都会将噪声引入到电力分配系统中，累积的干扰或噪声 的影响是显著的。因此，由于存在很多噪声和干扰源，所以使用电源 线分发控制信号可能会有很大的问题。可以使用复杂的数字信号处理 技术来过滤噪声和干扰并重构控制信号，但是这样的技术复杂并且通 常需要昂贵的接收器。用于负载管理的传统技术的另一个缺点是缺少电业级或用户级控 制。为了防止峰值需求造成灾难性停电或损坏电力生成或分配设备，电业被迫关断一个或多个区域的电力(例如通过滚动停电(roiling blackout)),在这种情况下，电力用户通常很少控制或不控制负载减少。 当然，对于滚动停电区域内的用户，完全关断用户电力的情况常常会 出现。电业已经预先配置了用户线路，以便在峰值电力时刻可动态地 减少某些孤立负载(通常是空调或电热水器)，但是即使在这种情况下， 除非重新配置用户线路，否则电业和用户都不能容易地改变负载减少。 只有在用户负载被整体地分组到不同的负载控制组的地方，电业才能 够一起减少某些类型的负载(如所有的空调)，但是这个选择通常是电 业基于其整体电力需求和管理策略做出的，用户只有很小的控制或没 有控制(而不是这样，在电业预先配置线路以控制作为类似负载的较 大组的一部分的特定负载之前，先行给予电业关断特定负载的权限， 例如一个空调单元)。传统负载管理技术没能充分解决的另一个问题是，临时停电、电 力不足或停电通常在电力用户很少或没有得到警告的情况下发生的。 在能够预见非常大的需求的某些情形下，电业已能够警告电力用户停 电或临时停电可能在即将来临某个时间段发生——例如在随后的几个 小时，或随后的24小时或48个小时内。然而，临时停电或停电警告通常实际上是如此广泛和含糊，以致对电力用户来说价值有限或没价 值，这些用户对他们的电力是否断掉，且如果断掉则又是何时断掉都 不确定。而且，因为临时停电或停电警告通常是通过无线电或电视广 播的，没有收听无线电或电视的用户很容易丢失警告且不能意识到临 吋停电或停电即将来临。已经提出了某些电力管理技术用于控制特定的局部站点(如工厂) 的电力消耗，但这样的系统通常是孤立的，且独立于电业操作。例如，在美国专利4,216,384中说明了一个电力管理系统的例子。根据其中所 述的代表性技术，对装置或场所的多个主电源线进行监控以获得能量 使用情况，当装置或场所获取的总能量超过规定的最大值时，控制电 路有选择地断开负载。虽然这些类型的电力管理系统明显减少了所述 装置或场所的总电力消耗，但是其缺点是它们可能相对复杂且昂贵。 例如，美国专利4,216,384描述的电力管理系统利用一组变压器独立地 监控多个主电源线， 一组LED触发的触发三极管(L.ED-triggered Triacs)，以便有选择地连接多个用户负载、可编程控制电路、自动优 先级再调整电路等等。由于它们相对昂贵和复杂，这些类型的局部电 力管理系统不是很适合于大面积使用，特别对普通居民使用和其他成 本敏感的应用。而且，它们的操作实际上非常局域化，不能从电业自 身等中心位置进行控制。除了前面所述的限制和缺点，传统的电力和负载管理策略受可得 到的电路和开关的限制，这些电路和开关被用在某些应用中以控制在 局部站点的实际电力输送。例如，将电源与负载连接和断开的一种普 通类型的电力开关是电路断路器，其功能是，当达到电流极限时，电 路断路器通过断开电源和负载之间的电路路径，防止过量电流从电源 中获取或流入负载。典型的电路断路器具有双金属臂，通过该双金属 臂可将电力信号从电源传送到负载。双金属臂的一端被连到电力信号 线，而双金属臂的另一端连到电气导体，通过该导体可将电力分配到 负载。当太多的电流流过双金属臂时，电流热引起双金属臂变形或以 预定的方式弯曲，这样双金属臂和电气导体的接触断开，导致电力信 号和负载断开。以这种方式，保护电源和负载免受超限电流的损害。虽然电路断路器在防止高电流水平方面是有用的，它们通常是无源电路元件，其响应完全决定于负载所获取的电力量。它们通常不能 提供对电力信号线的主动控制。然而，某些可重置的电路中断器已被 提出，例如，其利用弹簧操作机构允许远程操作员断开或闭合电路中
断器的连接。授予J. Cotton的美国专利3,883,781公开了一个这样的电 路中断器的例子。
其他类型的远程控制或操作的电路中断器的也已被说明，如授予 Peter等人的美国专利5,381,121和授予Wafer等人的美国专利 4,625,190。这些电路中断器包括更精巧的机构，这些机构由于它们的 复杂性，制造更昂贵，且可能受到机械磨损或故障。
除了电路中断器，其他类型的电路已被用于控制电力信号。然而， 这些其他类型的电路也有缺点。例如，为了控制输送到负载的电力信 号的分配，固态开关(如晶体管或硅控的整流器(SCRs))可用作电源 和负载之间的开关。然而，晶体管和SCRs通常具有有限的额定功率， 在高电流水平时会被损坏或短路。而且，高额定功率的晶体管或SCRs 相对较贵。
因此，提供克服前述一个或多个问题、限制或缺点的负载管理系 统是有优势的。提供电业和/或用户具有更大灵活性的、不受在电源线 上发射数据引起的噪声和干扰影响的、不需要较贵接受器的负载管理 系统具有进一步的优势。提供使用可控电子幵关的负载管理系统，尤 其是提供可靠、耐用且廉价的开关也是有优势的，其中可控电子开关 能够将电源和负载有选择地连接或断开，它们能够处理处理诸如居民 或商业应用需求之类的相对较高的电力需求。

发明内容
本发明的一个方面是针对用于管理或控制局部站点的电力分配的 系统和方法。
根据本发明的一个方面，提供一种电力管理系统，该电力管理系 统包括多个电力开关控制电路，每个所述的电力开关控制电路经配置 以有选择地断开一个或多个电气负载；多个无线接收器，每个都连到 一个所述的电力开关控制电路；至少一个无线发射器；以及中心站， 所述的中心站引起消息通过所述的至少一个无线发射器发射到所述的电力幵关控制电路，所述的电力开关控制电路根据局部可配置的设置， 通过断开电气负载对其作出响应。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于在电力分配系统中减少 电力消耗的系统，包括多个无线能量控制单元，每个所述的无线能 量控制单元包括无线接受器，并控制从输入电源线到一个或多个局部 电气负载的电力流；至少一个无线发射器；以及中心站，所述的中心 站通过所述的至少一个无线发射器向所述的无线能量控制单元发射消 息，所述的消息指示所述的无线能量控制单元在非警报阶段级别和一 个或多个警报阶段级别间切换，根据所述中心站所指示的警报阶段级 别，所述的无线能量控制单元通过有选择地修改到它们相应的局部电 气负载的电流与其响应。
根据本发明的又一个方面，提供一种无线能量控制单元，包括 多个可控开关，每个都具有第一位置和第二位置，其中电源在所述第 一位置电连接到电气负载，所述电源在所述第二位置与所述电气负载 断开；无线接收器；以及连到所述无线接收器上的控制器，所述控制 器通过所述无线接收器接收消息，并且与其响应，根据预先确定的优 先级有选择地在所述第一位置和所述第二位置之间切换一个或多个所 述可控开关。
在一个方面，局部能量控制单元包括一组可控开关，其用于控制 从电源线到单个电气负载的电力输送。当收到外部命令时，能量控制 单元按照可配置的顺序优选地引起可控开关连接或断开它们各自的负 载。能量控制单元可以是用户配置的(如程序化的)以区分负载断开 的优先次序。在一个优选实施例中，可控开关是串联地(如自上至下 的形式)和一组电路断路器电连接，且可控开关优选能有选择地断开 或再次连接电气负载，这种情况可能出现，如在商业或居民电气输出， 在导通时获取很少电力或不获取电力。
在另一个方面，能量管理系统和相关的方法涉及在多个用户站点 使用远程能量控制单元，以控制分配到用户负载的能量。每个能量控 制单元优选包括一组可控开关，用于控制输送到多个局部电气负载的 电力。用户可预先配置能量控制单元，以规定电气负载断开的顺序或 优先级，从而响应减少能量消耗的命令。无线命令系统允许能量控制单元接收来自远程如中心发射器或地理上分散的发射器集合的命令。 中心站可以根据不同的优先级水平，发出能量减少命令或其他类似消 息。能量控制单元按照能量减少命令的优先级水平，通过断开一个或 多个电气负载，响应能量减少命令。通过在不同的遥远位置的局部能 量控制单元的整体操作，可实现显著的总电力的减少，例如，尤其是 在峰值电力需求的时候。
在多个实施例中，局部能量控制单元可具有增强实用性附加的特 征。例如，在某些实施例中，能量控制单元可配置有可编程的定时器 功能，允许激励可控开关的优先级基于一周中特定的一天， 一天中特 定时间等等自动调整。能量控制单元也可以配置有存储器以记录多个 可控开关在整个时间上的状态，或其他系统参数。只有在引起一个或 多个电气负载被断开的事件之后，才会触发该存储器进行记录。
在一个优选实施例中，可控电子开关包括变形元件(如双金属元 件或臂)，其中该可控电子开关可以用于能量控制单元的多个实施例， 能量控制单元具有一组用于有选择地停用局部电气负载的可控电子开 关，该变形元件一端被固定，而另一端可控制地和电气导体接触。输 入电源线在电气导体接触点附近连到双金属元件。加热元件(如线圈) 耦合到双金属元件，且由开关控制信号控制。当开关控制信号未被启 动时，加热元件不起作用，电力跨过双金属元件末端通过输入电源线 输送到电气导体，从此处，电力可从电气导体进一步分配到负载。当 开关控制信号被启动时，加热元件加热双金属，使其弯曲直到和电气 导体的接触断开。从输入电源线到电气导体(且因此到负载)的电气 路径被断开。只要开关控制信号被启动，加热元件继续保持双金属弯 曲且电气路径断开。
进一步的实施例，变化和改进也在此公开。


图1是根据此处公开的一个实施例的电力管理系统的方框图。
图2是局部能量控制系统的方框图，例如，该系统被用于根据图l 的电力管理系统或其他电力管理系统。
图3是说明用于局部能量管理系统的一个实施例中的元件的物理安置的图。
图4是本领域所公知的基于双金属的电路断路器的概念性视图。
图5-1是说明当图4中的电路断路器闭合(正常操作)时电流的例 子的视图，图5-2是说明当过流情形发生时，电路断路器的双金属如何 断开电路连接的例子的视图。
图6是可控电子开关的视图，其可用于此处公开的电力管理系统 的多个实施例。
图7-1是说明当图6中的电子开关闭合时电流的例子的视图，图 7-2是说明图6中的电子开关的双金属如何断开电路连接以响应控制信 号启动的例子的视图。
图8是说明可控电子幵关另一个实施例的方框图，其可用于此处 公开的电力管理系统的多个实施例。
图9是局部能量控制系统的另一个实施例的方框图，其可用于， 如此处公开的多个电力管理系统。
图10是说明局部能量控制系统的多个元件彼此关系的视图。
图11是说明根据此处公开的一个过程的多个警报阶段之间转换的 状态视图。
图12和13是根据此处公开的两个不同实施例的工艺流程图，其 说明在不同警报阶段间转换涉及的多个步骤。
图14是使用楔形元件断开电路路径中的电气连接的可控电子幵关 的另一个实施例的视图。
图15是显示图14中所示的可控电子开关如何断开电气连接的视图。
图16是可控电子开关的另一个实施例的视图，其使用楔形元件断 开电路路径中的电气连接，且有多个锁合位置的机械凸轮。
图17-1， 17-2禾B 17-3是说明图16中的可控电子开关的视图，其 相对凸轮在连接位置具有锁栓。
图18-1到18-8是说明图16中可控电子开关凸轮的不同锁合位置 的视图。
图19是可控电子开关的另一个实施例的视图，该电子开关使用楔 形元件断开电路路径中的电气连接，且有具有多个锁合位置的机械凸轮。
图20是显示示于图19中的可控电子开关如何断开电气连接的例 子的视图。
图21， 22和23是简化的说明控制电路或其部分的例子的示意图， 其可用于此处公开的多个可控电子开关。
图24是开关控制电路的一个实施例的视图，其可和此处示出或公 开的多个可控制电子电路实施例结合使用。
图25是开关控制电路的另一个实施例的视图，其可和此处示出或 公开的多个可控制电子电路实施例结合使用。
具体实施例方式
图1是说明电力管理系统100的例子的方框图，其中根据此处公 开的多个实施例，局部能量控制单元可被利用。如图1所示，电业105 通过电源线108分配电力至局部站点109的多种用户负载120。图1 中对电业105进行了一般性的说明，但其可包括一个或多个发电站或 其他电力源，子站，变压器，电源线，和用于发电并分配电力至用户 的任何其他设备，如本领域所公知的那样。局部站点109可包括工业/ 商业用户(其通常获取4.16kV到34.5kV附近的电力)和居民或照明 商业用户(其通常获取120和/或240伏附近的电力)，尽管更一般地， 它们包括希望为其控制能量分配的任意组的相关电气负载。因此，每 个电气负载120 —般包括一个或多个局部电气负载(未在图1中逐个 示出)。
在每个局部站点109，无线能量控制单元114控制来自电源线108 的电力输送到用户负载120。中心站102通过通信单元103 (其优选包 括至少一个发射器，但是为了进行双向通信也可包括一个接收器)发 射能量控制命令至位于多个局部站点109的局部无线能量控制单元 114。每个无线能量控制单元114可包括通信单元115 (优选包括至少 一个接收器，但是为了进行双向通信也可包括一个发射器)和电力控 制电路112及其他部分，其中电力控制电路112用于解析由通信单元 115接收到的电力控制命令并随即起作用。在每个局部站点109，如进 一步解释的那样，电力控制电路112通过通信单元115接收能量控制命令，并通过有选择地连接或断开多个在局部站点109的局部电力分
配线118，有选择地阻挡电力输送到一个或多个在局部站点109的单个 电气负载。
中心站102利用任何合适的通信协议或技术可发射能量控制命令 至局部站点109。通信可以是单向或双向的。在优选实施例中，通信单 元103包括射频(RF)发射器，并且在这样的实施例中，中心站102 利用有效边带(例如，FM边带)和/或利用频移键控(FSK)发射在射 频上优选地广播能量控制命令。然而，其他的无线通信技术或协议一 一例如扩频或宽带通信技术或协议——也可被使用。虽然中心站102 在图1中是作为单个特征说明的，但可理解的是，在包括通信子站和 陆上通信线在内的多个通信设备和设施上，来自中心站的发射将被延 迟。
能量控制命令的无线发射的一个优势是可相对经济地覆盖相对广 的面积，例如，不存在从中心站102到多个局部站点109的连续的有 线陆上通信线路的需求，或在一般受局部和其他干扰源影响的有噪声 的电源线上发射数据的需求。
在优选实施例中，每个无线能量控制单元114向用户提供了预选 能力，可预选在特定局部站点109的哪个电气负载，如果有的话，应 该断开以响应来自中心站102的命令消息。该能力可参考图2更详细 地说明，图2是局部能量控制系统200的方框图，可结合示于图1中 的电力管理系统100利用(且可松散地和多种元件相关联，如局部站 点109所示)。如图2所示，局部能量控制系统200优选包括无线能量 控制单元214，其具有许多控制线261，该控制线传送用于控制可控开 关262开/关状态的信号。可控开关262有选择地断开和再连接，以便 有效地关断和再通电多种局部负载，该局部负载由从主电源线208分 裂出来的单个电源线263供电，其中主电源线208可以从电业或其他 初级电力源中带来输入电力。可控开关262优选串行连接一组电路断 路器251 (断路器是这种类型的，例如，通常发现于局部居民或商业站 点)和多个局部负载，并插入在其间。 一种类型的电路断路器的例子 说明于图4中，且更详细地说明于后面。电路断路器251通常起作用 以防止从输入电源线208中获取过多的电流，从而防止可能发生的有害的状况，例如局部站点的短路或其他这样的状况。 一旦电路断路器 251 "跳闸"，从而阻止电力流到其相应的局部电力负载，例如，它通
常可以通过触发手动开关复位。虽然局部能量控制系统200的优选实 施例包括可控开关262，其插入在电路断路器251和输出电源线263 之间，该电源线携带单个电力信号至多种局部负载，应该理解，在其 他实施例中，电路断路器251可被省略，或其他电气元件(如保险丝) 可出现在或附加在电路断路器251中。
无线能量控制单元214优选包括内置的足够的智能以接收电气命 令，和断开以及再连接响应于其的可控开关262。示于图2中的无线能 量控制单元214包括通信单元215，其优选包括接收器，也可包括发射 器用于双向通信。通信单元215进一步包括天线216，用于接收从远程 位置(如中心站102)发射的无线命令，天线216的配置和本质主要由 特定的无线通信技术的本质决定，根据无线通信领域公知的天线设计 的原则。无线能量控制单元214也优选包括控制电路部分，其通常包 括一个或多个能够接收通过通信单元215接收的电力控制命令的元件， 且有选择地控制响应于其的可控开关262。在一个优选实施例中，控制 电路部分包括通信接口 235，处理器230， 一个或多个时钟或定时器 232，存储器239， 一组开关或设置输入器238，显示器和/或指示器236， 和控制寄存器237，且也可包括控制线261和可控开关262。
在操作中，无线能量控制单元214通信接口 235接收，且如果需 要，解析和/或暂时存储命令或其他消息，这些命令和消息是通过通信 单元215从远程发射器接收的。通信单元215可以输出数据，该数据 的格式取决于所采用的无线通信技术或协议，以及接收电子的复杂程 度。例如，当消息从远程发射源接收时，通信单元215可以多种间隔 输出数字数据位流。通信接口 235可解析从通信单元215输出的数据， 且例如，可以经配置以识别哪个数据是有效的，哪个数据是要发送到 特定的无线能量控制单元214。从远程发射源(如中心站102)发射的 消息，如此处将进一步说明的那样，可以被寻址或编码，以便只有某 些无线能量控制单元(如，那些在特定地理区域的)响应(react)所 送出的命令和消息。
当消息通过有效的通信单元215和通信接口 235到达时，处理器230可通过任何合适的装置知觉接收的消息。例如，处理器230可从通 信单元215接收中断信号，或定期轮讯通信单元235以确定是否有消 息到达。在某些实施例中，为了节约能量，允许处理器230和其他控 制电路被置于"睡眠"状态是有优势的，其中通过断开无线能量控制 单元214的电源，无线能量控制单元214的电路基本是关断的，除了 通信单元215和通信接口 235以及其他的基本电路之外，如果有的话。 当通信接口 235检查到消息己经由通信单元215接收时，或者根据某 些需要注意的事件(如设置的程序化、显示更新、周期性的状态检査 等)，特定的内部电源管理电路(未示出)会执行再连接电源的操作， 该操作会重新激活或"唤醒"处理器230及其他控制电路。以这种方 式，当不响应命令或执行某些其他的必要活动时，无线能量控制单元 214可以只用极小的电力。当处理器230已被告知从远程发射器接收到发射，处理器230尝 试响应任何已经接收到的命令或其他消息。处理器230的响应通常根 据某些存储的参数和在无线能量控制单元214的其他配置消息或程序 化指令。在这一点上，存储器239可有利地由不同逻辑和/或物理部分 组成，包括工作存储器部分243、程序存储部分242、和参数存储部分 241。 一般地，程序指令存储部分242和参数存储部分241包括非易失 性存储器(如EEPROM)，而工作存储器部分243包括易失性存储器(如 RAM)。在某些实施例中，存储器239也可有备用直流电源(如电池)， 万一主电源临时断电时有助于防止存储的消息丢失。存储在程序指令存储部分242的程序指令、存储在参数存储部分 241的参数、和/或开关组或设置输入器238基本上规定无线能量控制 单元214对从远程消息源接收的命令或其他消息的响应，整体地提供 规则或逻辑，通过该规则或逻辑，无线能量控制单元214确定哪个可 控开关262断开或再连接。在优选实施例中，无线能量控制单元214 是用户可配置的，以便可控开关262断开或再连接的顺序可对每个局 部站点109单独确定。在一个方面，在某些实施例中，无线能量控制 单元214提供建立优先级顺序的能力，可控开关262以此优先级断开 或再连接。优先级通过可手动调整的多个开关或设置输入器238设定。 开关或设置输入器238可采用任意广的种类形式。例如，每个可控开关262可与多位置开关(未示出)相关，该多位置开关提供开关或设 置输入器238中的一个。多位置开关的每个位置可指示是否相关的可 控开关262将响应特定水平的警报阶段触发，如后面的详细说明。例 如，在一个存在三个可能警报阶段的系统中，多位置开关可具有四个 位置，其中三个对应第一阶段、第二阶段和第三阶段警报状况，而第 四个位置指示相关的可控开关262将不响应三个警报阶段中的任一个。 多位置开关的开关位置数目可由可能的警报阶段的数目确定，至少部 分地确定。或者，可控开关262对多个警报阶段的响应是可软件程序化的， 使用多个按钮/开关输入器(其可以是作为开关或设置输入器238的一 部分提供的)来配置可控开关262的优先级顺序。就和一个例子一样， 允许用户循环执行一个例程，该例程顺序寻址每个可控开关262并且 对于每个可控开关262，允许用户对警报阶段的状况输入所需的响应。 程序化的消息可显示于小LCD显示器或其他类型的可视显示器(在图 2中，它们一般是以显示器/指示器236代表的)。无线能量控制单元214 可选地具有一组指示器(在图2中，由显示器/指示器236生动地代表) 指示，在个别基础上，可控开关262，如果有，在给定的时刻即时断开。 例如，这样的指示器可包括LEDs或其他小功率光元件。显示器/指示 器236可指示(例如通过特殊的LED指示器，或小LCD显示器上的 闪动消息，或应时的可听见的声音)，已经从中心站102接收的"早期 警报"消息指示出电力警报即将来临。在某些实施例中，无线能量控制单元214可配置有可编程定时器 功能，允许基于一定的定时因素自动调整电气负载断开的优先级，例 如， 一周中特定的一天， 一天中特定的时刻等等。这样的定时可由用 户编程，其方式如同设定初始优先级方案，通过它可控开关262将根 据来自中心站102要求这样做的消息的接收而断开。存储器239的参 数存储部分241可存储器定时参数，其引起可控开关262的可编程优 先级在特定的时间改变。存储器239可经配置即时地在不同时刻记录 多个可控开关262的状态，或其他系统参数。在某些实施例中，存储 器239可被触发以只在事件之后记录消息，该事件引起一个或多个电 气负载被断开，或其他一些具有重要性的事件。如图2中进一步说明的那样，控制寄存器237被用来存储用于可 控开关262的当前"命令"状态。在特定的实施例中，例如，控制寄 存器237的每个位可保持命令位，其二元状态("1"或"0")指示出 相关的可控开关262的开/关状态。无线能量控制单元214也可以被用 于控制局部区域的其他源一一例如，气体管道关闭器290。类似地，用 于气体管道关闭器290的机构可在控制寄存器237中具有相关的开/关 状态/命令位。图3是说明某些元件物理安置的视图，这些元件用在局部能量控 制系统的一个实施例中。如图3所示，无线能量控制单元370可物理 地固定或安置在电路盒300中。电路盒300可包括一组开/关或复位开 关351，其用于手动复位电路断路器(如示于图2中的电路断路器251) 和/或用于基于单个原因，断开连接到特定电路断路器上的电气负载。 图3中的开关351是以多个开和关状态示出的。来自电路断路器，用 于连到多个电气负载的输出线可通过无线能量控制单元370禾卩，具体 地通过多个可控开关(如示于图2中的可控开关262)连接。在图3 中说明的特定实施例中，无线能量控制单元370也是用一组手动开关 372示出的，其用于选择哪个可控开关将响应远程发出的电力管理指令 和其中一般优先级。如果只有一个电力警报阶段被电力管理系统100 使用，那么手动开关372可只用两个开关位置发挥其功能，第一个位 置指示出可控开关在电力警报阶段输入的时候不关断(即断开其电气 负载)，而第二个位置指示出其在电力警报阶段输入的时候关断。另一个方面，如果电力管理系统100具有分等级的电力警报阶段 组，那么更复杂的开关设置组可被采用。例如，如果三个电力警报阶 段被用于电力管理系统100 (不包括"停电"阶段或其他警报阶段，其 中不涉及局部电力控制电路)，那么每个手动开关372可具有四个位置， 前三个位置指示哪个电力警报阶段在相应的可控开关将关断前(即断 开其电气负载)是必须的，而第四个位置指示相应的可控开关将不关 断，以响应任何电力警报阶段。第四个位置对管理电气负载是有用的， 用户认为管理电气负载是关键的，故如果可以避免不希望断开。邻近每个手动开关372的光指示器(如LEDs) 373可用于指示， 是否任何可控开关事实上已经断开它们各自的电气负载，以响应来自中心站的消息，该中心站使无线能量控制单元370输入电力警报阶段 级别，其要求或请求局部电力减少。显示器和/或接口371可被用于提 供文本消息，要么是预存在无线能量控制单元370中的，要么是从中 心站接收的，或者，如果是按钮或合适的装置提供的，以允许无线能 量控制单元370提供的多个功能的程序化。如前面示于图2中的实施例所指出的那样，无线能量控制单元370 (且因此，可控开关)可被安置在电路断路器开关351的下游或上游， 因为在哪种情况下，无线能量控制单元370都能起作用，以便断开来 自局部电气负载的输入电源线。在一个方面，无线能量控制单元370 提供紧凑的、有效的且实用的装置调节局部电力消耗，这对用户站点 是最小的侵入，因为它可以与普通的电路盒300或相似尺寸的电气盒 集成在一起，因此只需要对现有设施进行最小的改动。在可替换的实施例中，无线能量控制单元370可与保险丝串联放 置，和电路断路器相对或附加到其上。在多个实施例中，电力管理系统100在无限长的时间上，通过发 出来自中心源(即中心站102)的命令，操作以减少或限制总的用户电 力需求，该命令使得在局部站点109的电力控制电路112个别地断开 所选的电气负载120。在一个优选实施例中，中心站102基于将电业 105的运转维持在可容忍的限制内所必需的减少的电力需求量，发出电 力警报阶段宣告。根据一个例子，为电力管理系统100定义一个或多 个电力警报阶段级别，且中心站102通过无线地广播警报级别至多个 局部站点109的无线通信单元115，改变电力警报阶段级别。随着用户 电力需求增加至采取动作的阈级，中心站102广播与当前状况相应的 电力警报阶段级别。随着用户电力需求减少至更可容忍的水平，中心 站102就可广播电力警报阶段级别，其指示出某些或所有电气负载120 可被接上。宣布不同电力阶段警报的总用户电力需求水平，可固定在 特定的阈级上或总电力容量的特定百分比上(其可动态地波动——如 随日期，随小时，或甚至更快地)。可替换地，电力警报阶段消息可响 应手动命令而发出，该手动命令是通过和电业105和/或中心站102有 关的授权的人员输入的，这样允许人的调整能进入决策，或使用自动 和手动技术的组合。任何数目的电力警报阶段级别可被采用，其取决于电力管理系统100的所期望的复杂性。根据一个例子，电力管理系统100可具有四个电力警报阶段级别 ——其中三个引起局部站点109减少它们的电力消耗以响应所接收的 来自中心站102的命令，第四个电力警报阶段级别要求采取额外的步 骤(如有意的电力不足或某个地理区域的停电)。图11是根据这样一 个例子的、说明多个电力警报阶段之间转换的状态图1100。如图11所 示，状态图IIOO包括1105到1109的多个状态，它们相应于不同的电 力警报阶段级别。当总的用户电力需求在可容忍的范围内(即总的用 户电力需求水平低于规定的第一阈级，该水平被指定为LEVEL1)，电 力管理系统100保持在非警报状态1105。当总的用户电力超过第一阈 级(如LEVEL1)，电力管理系统100进入第一阶段警报状态1106，因 此中心站102广播无线消息至局部无线通信单元115，其指示第一阶段 电力警报已经宣布了。作为响应，在局部站点109的电力控制电路112 有选择地断开多个局部电气负载120，因此减少总的用户需求以保持总 的能量用量在可容忍的水平。电业105可测量电力需求降低的程度， 并传递该消息至中心站102 (或其他处理中心)，以供以后电力警报阶 段级别的确定。例如中心站102 (或其他处理中心)可把当前总的电力 需求水平作为包括发出电力警报阶段警告所造成的总的电力需求水平 降低的量来处理，由于在任何时刻取消电力警报阶段警告就被认为导 致先前断开的局部电气负载120的再连接，并因此增加总的电力需求。 因此，当示于图11中总的用户电力水平和多个阈级比较时，电力管理 系统IOO优选把断开局部电气负载120的影响考虑进去。只要总的用户电力需求保持在第一需求阈值LEVEL1之上，但在 第二需求阈值LEVEL2之下，电力管理系统100保持在第一阶段警报 状态1106。然而，如果总的用户电力需求继续增加，以致超过第二需 求阈值LEVEL2，电力管理系统100就进入第二阶段警报状态1107， 且中心站102无线地广播一条消息到多个局部站点109的无线通信单 元115，指示出第二阶段电力警报警告已经宣布。然而，另一方面，如 果总的用户电力需求回落到第一需求阈值LEVEL1以下，电力管理系 统100返回到非警报状态1105，于是中心站102无线地广播一条消息 到多个局部站点109的无线通信单元115，指示出第一阶段电力警报不再有效，电力管理系统100返回到非警报状态1105。只要总的用户电力需求保持在第二需求阈值LEVEL2之上，但在 第三需求阈值LEVEL3之下，电力管理系统100保持在第二阶段警报 状态1107。然而，如果总的用户电力需求继续增加，以致超过第三需 求阈值LEVEL3，电力管理系统100就输入第三阶段警报状态1108， 且中心站102无线地广播一条消息到多个局部站点109的无线通信单 元115，指示出第三阶段电力警报警告已经宣布。然而，另一方面，如 果总的用户电力需求下降到第二需求阈值LEVEL2以下，电力管理系 统100返回到第一阶段警报状态1106，于是中心站102无线地广播一 条消息到多个局部站点109的无线通信单元115，指示出第二阶段电力 警报不再有效，电力管理系统100返回到第一阶段警报状态1106。相似地，只要总的用户电力需求保持在第三需求阈值LEVEL3之 上，但在第四需求阈值LEVEL4之下，电力管理系统100保持在第二 阶段警报状态1108。然而，如果总的用户电力需求继续增加，以致超 过第四需求阈值LEVEL4，电力管理系统100就输入第四阶段警报状 态1109，于是采取额外的步骤(如区域性停电或电力不足)。无线命令 在这种情形下并不是必需的；然而，如果需要，停电或电力不足警报 消息可由中心站102传输，以便局部站点109的用户能够在停电或电 力不足发生前获得警报。可选择地，中心站102可传输在停电或电力 不足之前的近似时间量，且在即将来临的停电事件之前的时间可由局 部电力控制电路112显示，以便用户可以采取这种情形下所想采取的 任何措施。当总的用户电力需求下降到第三需求阈值LEVEL3以下， 电力管理系统100返回到第二阶段警报状态1107，于是中心站102无 线地广播一条消息到多个局部站点109的无线通信单元115，指示出第 三阶段电力警报不再有效，且电力管理系统100返回到第二阶段警报 状态1107。作为可实现类似结果的可替换的方式，可使用单一的电力利用阈 值，因响应每个电力警报阶段级别而下降的用户电力需求量，在计算 下一个电力警报阶段级别时不必考虑。根据这个可替换的实施例，随 着每个电力警报阶段被宣布，总的用户电力需求水平有望由于在多个 局部站点109的多个能量控制单元114的整体影响而下降。因此相同的电力利用阈值可用于每个电力警报阶段级别，同时让电力管理系统100具有有利操作。例如，电力利用阈值可设定为总电力容量的96%。当总用户电力需求达到电力利用阈值，第一阶段电力警报警告消息被传输到无线能量控制单元114，其断开某些电气负载120。作为结果， 总的用户电力需求将下降一定的量(例如，5%)。电力利用阈值可保 持在容量的96%。在第一电力警报阶段级别，当总的用户电力需求又 达到96%，中心站102可发射第二阶段电力警报警告消息至无线能量 控制单元114，因此引起总的用户电力需求的又一个下降。该循环可以 重复以进入第三和第四电力警报阶段级别。过程1100可在自动化的系统中执行，例如，该系统以集中式或分 布式架构使用一个或多个计算机处理器来执行，其可以位于中心站102 或其他地方。在多个电力警报阶段间的阈级可程序化。可使用滞后技 术，以便当用户电力需求在阈级附近时，系统不在两个不同的警报阶 段级别之间来回快速振荡。换句话说，当用户电力需求增加时，将阈 级加上一个滞后量， 一旦用户电力需求超过阈级(加滞后量)，就进入 一新的警报阶段级别，将阈级减去一个滞后量，以致当用户需求水平 减少时，为了切换回较低的电力警报阶段级别，用户电力需求需要降 到减去滞后量的阈级以下。此外，因为期望切换到下一电力警报阶段 级别后会引起总的用户电力需求快速下降(尽管将下降量加到用于电 力警报阶段计算的总用户电力需求水平中去会缓和这种效果，如上所 述)，滞后技术在防止局部站点109 —开始减少它们所选的电气负载 120，系统就快速切换回前一电力警报阶段级别的方面是有用的。应用图11中所说明的技术，电业102可以动态地控制总的用户电 力需求，因而对避免电力危机所必需的时候减少峰值用户电力消耗。 通过提供多个警报阶段级别，这样的电力管理技术降低了选择用户电 量的粒度，并将用户负担降到最小程度。将提供关于多种局部电力控制电路为了有效控制局部电力消耗而 有选择地断开或再连接可控开关的方式的进一步说明。该说明将集中 于图2所示的局部能量控制系统200的实施例，但是原理和概念也能 应用于其他实施例。假定电力管理系统中定义了不同的电力警报阶段， 当局部能量控制系统200接收到消息进入下一个最高电力警报阶段，无线能量控制单元214检査开关或设置输入器238和/或存储的参数 241，以便确定哪个可控开关262被断开。在该例中，其中开关或设置 输入器238是如前面所述的多位置开关(每个开关位置相应于电力警 报阶段，在相应电力警报阶段上相应的可控开关262通过减少各自的 电气负载进行响应)组成的，处理器230可简单地检査每个多位置开 关的位置设置，以确定是否相应的可控制开关262将被设定在断开的 位置以便断开各自的电气负载。例如，当来自中心站102的消息指示 无线能量控制单元214进入第一电力警报阶段时，处理器230检査每 个多位置开关的开关设置，以确定开关位置是否指示响应第一电力警 报阶段。当来自中心站102的消息指示无线能量控制单元214进入第 二电力警报阶段时，处理器230检査每个多位置开关的开关设置，以 确定开关位置是否指示响应第一电力警报阶段或者第二电力警报阶 段。当来自中心站102的消息指示无线能量控制单元214进入第三电 力警报阶段时，处理器230检査每个多位置开关的开关设置，以确定 开关位置是否指示响应第一电力警报阶段、第二电力警报阶段或者第 三电力警报阶段。在每种情形下，当处理器230确定可控开关262应 该响应当前电力警报阶段级别，处理器230发出控制寄存器237中的 适当的命令，其依次引起相应的可控开关262打开并断开其电气负载。在可替换实施例中，开关或设置输入器238指示出断开可控开关 262的相对优先级，以响应来自中心站102的远程命令。在这样的实施 例中，可使用不定数目的电力警报阶段。当接收到第一电力警报阶段 的消息(或电力减少命令)时，具有最低优先级的可控开关262断开， 且其电气负载也因此断开。借助每个随后的电力警报阶段消息(或电 力减少命令)，下一个最高优先级的可控开关262断开，直到一个最大 值，所有的可控开关262断开。然而，开关或设置输入器238也可指 示某些可控开关262连续保持闭合并且从不断开，例如这些开关262 可对应于关键的或者重要的电气设备。可替换地，如果无线能量控制单元214连到来自局部电力计量器 的输出读数，以便动态地监控多少电力被局部站点使用，无线能量控 制单元214可以被指示(直接地或间接地)，或者预编程，以按特定的 百分比或特定量减少局部电力消耗。无线能量控制单元214对要减少的电气负载以及起始时要断开的可控开关262作出一个初始确定(例 如根据上述技术)。无线能量控制单元214可监控局部电力使用以确定 额外的可控开关262是否需要断开，以达到所须得目标能量使用水平 或在所须的目标水平保持能量使用。无线能量控制单元214可按照开 关或设置输入器238所指示的优先级断开额外的可控开关262。随着电力警报阶段级别的降低，无线能量控制单元214可闭合可 控开关262，从而按照和可控开关262断开顺序相反的顺序再连接电气 负载。无线能量控制单元214，如果需要，可以在任何两个可控开关 262的再连接之间强行加上一段时间延迟，以减少电力尖峰或类似的不 良影响。图12和13是根据此处所公开的两个不同实施例的处理流程图， 说明了在不同警报阶段之间转换的多个步骤。为方便起见，下面对照 图1所示的电力管理系统实施例对图12和13中的处理过程进行描述， 但是应该理解的是，该原理和概念也适用于其他的电力管理系统实施 例。首先转到图12，说明了根据第一个实施例的电力管理的处理过程 1200。在图12所示的处理过程1200中，假定中心站102已经确定， 基于该条件可做这样的决定，消息无线发射到多个局部站点109以便 调整它们的电力消耗(或，在某种情况下，用于其他目的)。因此，第 一步1201中，中心站102通过其无线通信单元103发射消息(或一系 列消息)到多个局部站点109的无线通信单元115。来自中心站103的无线发射可采用多种形式中的任何一个。例如， 无线发射可包括想要所有局部站点109都接收的广播发射。可替换地， 也可以包括仅要某个特定的局部站点109接收的广播发射。在这方面， 如果需要，可根据任何逻辑标准，例如地理区域、居民/商业(可能具 有不同的居民和/或商业子类别)、平均用量等或者它们的任意组合，将 局部站点109安排到不同的组。中心站102可通过传给特定组的广播 消息对该组的局部站点109进行指示。例如，可为局部站点109的每 个组分配一个唯一的组地址或组指令代码，每个局部站点109只响应 其唯一的组地址或组指令代码。可替换地，或额外地，可为局部站点 109的每个组分配一个唯一的频带或子带或者一个唯一的编码方案，每 个局部站点109让其无线通信单元115被调谐到其唯一的频带或子带或者被配置以接收消息并根据其编码方案对消息进行解码。以这种方式，中心站102具有增加的电力管理灵活性，允许中心站102命令所有或任何局部站点的组，以限制电力消耗。作为这样安排的一个优点，中心站102可只命令局部站点109的一些组响应电力需求状况而限制 电力，只有当电力减少量不足时，才逐步扩大电力减少要求的范围至 其他组，直到达到所须的电力减少量。除了用于局部站点109各组的组地址或代码之外，也可为每个局 部站点109在组内分配独立地址和代码，因此，如果需要，可独立命 令每个局部站点109。此外，组地址或代码(或频带或子带，以及编码 方案)中的一个可以是系统全局广播地址和代码，通过标有系统全局 广播地址或代码的多个命令或一系列命令，中心站102可以到达所有 的局部站点109。现回到图12，在下一个步骤1205中，在多个局部站点109的无线 通信单元115接收从中心站102发射的消息。在随后的步骤1208中， 每个局部站点109解码、恢复或重构所收到的消息中的信息，且如果 该消息是传向特定的局部站点109的，将该消息解析为各个组成要素。 如果使用组寻址或编码，例如，特定局部站点109的电力控制电路112 可以从接收消息中获得组地址或编码消息(例如在特定字段中)，从而 将接收消息的组地址或编码与局部站点自己的组地址或编码相比较， 就可以确定接收消息是否是传向该特定局部站点109的。类似地，将 接收消息的组地址或编码与系统全局广播地址或编码相比较，局部站 点109可确定该接收消息是否是传向电力管理系统100内所有局部站 点109的系统全局广播消息。假定消息是传向局部站点109的，则局部站点109解析该消息， 以便确定从中心站102接收的通信的性质。作为可能接收的消息的例 子，局部站点109可接收消息指示其进入下一个电力警报的最高阶段、 进入下一个电力警报的最低阶段、调整参数、或采取某些动作(如显 示电力警报阶段警告消息)。也可以采用多种其他的消息类型。如果接 收的消息指示局部站点102的电力控制电路112进入下一个电力警报 的最高阶段，在步骤1236中，电力控制电路112确定应该断开哪个电 力控制开关和多个开关(如图2中的开关262)，从而使局部电气负载120减少。如何做出这样的决定的例子参考图2和图3和别处的说明。 在步骤1238中，断开所须的电力控制开关或多个开关，在步骤1250 中，更新多个状态指示器(如LEDs)。例如，可以点亮紧接于已断开 的电力控制开关的LED。也可使用其他的状态指示装置；例如，可由 电力控制电路112发出可听见的声音，以向用户指出一个或多个电气 负载120已经暂时断开。另一方面，如果接收的消息指示出电力控制电路112进入下一个 电力警报的最低阶段，那么在步骤1240中(并假定电力控制电路112 不在非警报阶段)，电力控制电路112确定哪个电力控制开关和多个开 关应该闭合，从而哪个局部电气负载120再连接到电源线108。对照图 2和图3以及本文其他地方，说明了如何做出此确定的例子。在步骤 1243中，闭合所须的电力控制开关或多个开关，在步骤1250，再次更 新多个状态指示器(如LEDs)。例如，可以关断紧接于已再次连接的 每个电力控制开关的LED。如果接收消息既不指示进入电力警报的下一个最高的阶段，也不 指示进入电力警报的下一个最低阶段，那么在步骤1225，消息由电力 控制电路112解析并遵照其运行。具体动作依赖于接收消息的性质。 例如，如果该消息是警告电力警报将要发出，电力控制电路112可显 示所指示的消息(如果需要的话，和预期的电力警报之前的时间量一 起)和/或发出可听见的噪声，指示感兴趣的消息已经接收。如果电力控制电路112主动地调整电力控制开关，通过监控局部 站点109的电力消耗(例如通过局部计量器)断开和闭合该开关，那 么可修改处理过程1200以实现反馈环路，其中电力控制电路112继续 确定电力控制开关设置，调整电力控制开关设置，并更新状态指示器。 在局部电力消耗的动态监控和调整发生的地方，电力控制电路112可 以在任一给定的电力警报阶段的不同时刻断开和闭合电力控制开关。 在这样的实施例中，电力控制电路112可经配置以便限制电力控制开 关的开关频率，从而最小化局部用户的不便。图13说明另一个用于电力管理的处理过程1300，其类似于图12 所述的处理过程1200，但是有某些改变。在图13中，步骤1301、 1305 和1308 —般类似于图12中的步骤1201、 1205和1208。同样，步骤1336、 1338、 1340、 1343和1350 —般类似于图12所述的相应步骤。 然而，在图13中，在图12所述的处理过程1200上增加了新的步骤 1330、 1332和1335。增加到图13的处理过程1300的步骤说明了一种 情形，其中进入下一个最高的电力警报阶段将被延迟一定量的时间， 该吋间由中心站102规定的。在这种情形中，根据图13所述的实施例， 当电力控制电路112已经确定接收消息指示进入下一个最高电力警报 阶段，电力控制电路112也从接收消息中得到一个指示，指示是否立 即进入下一个最高电力警报阶段，还是延迟进入，如果是延迟进入， 注明电力警报阶段之前的时间量。如果立即进入到下一个最高电力警 报阶段，那么处理过程1300直接进到步骤1336。如果延迟进入下一个 最高电力警报阶段，那么在步骤1332，电力控制电路112发出警告， 警告可以采取诸如点亮警告灯、发出可听到的声音或声音模式等形式。 随后，如步骤1335所示，在延迟周期结束之后进入步骤1336之前， 电力控制电路112等待延迟周期超时。电力控制电路112可使用内部 定时器或者时钟测量延迟周期，以实现上述操作。图10说明了根据此处所公开的一个实施例的局部能量控制系统 1012的多个要素彼此间的关系，说明了用于确定至少部分确定可控开 关1062操作的来自局部计量器1092的反馈的潜在应用。如图IO所示， 一组开关控制器1037用于控制多个可控开关1062的设置，该可控开 关类似于参考图2和图3所述的可控开关，允许有选择地连接和断开 局部电气负载。局部电力计量器1092监控从输入电源线1008 (或可替 换地，输出电源线1063)上所获取的电力，且输出电力用量测量信号， 将其提供到求值器1030 (其可表现为根据存储的程序指令和各种输入 进行工作的处理器)。求值器1030将电力用量测量值和电力用量目标 值1094比较，以确定额外的可控开关1062是否应断开或闭合。电力 用量目标值1094根据局部能量控制系统1012的电力警报阶段级别 1093优选设定。如果求值器1030基于电力用量测量值，确定出局部电 力消耗超过电力用量目标值1094，那么求值器1030基于优先级设置 1038确定哪个可控开关1062断开或闭合，如前面所述，该优先级设置 1038可通过接口 1029手动或程序设定。当从中心站接收到电力命令 1017时，求值器1030按要求更新电力警报阶段级别1093和电力用量 目标1094。局部能量控制系统1012因此对局部站点的电力消耗提供了一定水平的鲁棒性控制，且可有利地应用于电力管理系统，如图1所 示，以当电业要求时实现总的电力需求减少。图9是局部能量控制系统卯0的实施例的方框图，其说明了所采 用的原理，例如和此处揭示的多个电力管理系统结合，并说明了用于提供电力至局部能量控制系统900的机构，及其他。如图9所示，局 部能量控制系统900包括能量控制器910，通过它，多个可控开关962 可用于有选择地断开从输入电源线908到多个局部负载的电力，图9 中，形象地表示为感应元件919。如前面参考图2和图3所述的，例如 可控开关962可与断路器951 (或其他类似电气装置)和多个局部负载 串联(如插入其间)。去耦合器911优选地用于允许电力从输入电源线 908供应到能量控制器910。在优选实施例中，去耦合器911包括电容 器(可能和其他电路元件组合)，虽然在可替换的实施例中，去耦合器 911可包括变压器，且如果合适，支撑电路元件。在可替换实施例中，可间接地向能量控制器910供应电力，例如 从一个电路断路器951的输出中(优选没有可控开关962的断路器， 因而它不能被断开)。在输入电源线908 (或更一般地，图1中的电源线108)上的电力 信号的性质部分取决于用户类型。大工业消费者(如铁路)可直接接 受电压水平为23到138kV的电力，且一般进一步降低电压。小工业或 商业用户通常接受电压水平在4.16到34.5kV的电力。居民消费者或灯 光商业用户一般接受来自局部配送变压器的标称电压水平为120和/或 240伏特的电力。居民消费者或灯光商业用户接收的电力在性质上通常 是单相交流(AC)电，标称频率约为60赫兹。上述示例性数值是美 国标准的，世界其他地方可能不同。现在，将描述某些优选可控电子开关，尤其是各种局部能量控制 单元，其中所述的可控电子开关用于与此处所公开的多个电力管理系 统相连的局部站点。然而，首先要介绍的是优选可控电子开关和传统 电气元件之间的比较，具体地，首先要介绍的就是优选可控电子开关 和基于双金属的电路断路器之间的比较。图4是本领域所公知的基于双金属的电路断路器400的概念图。 如图4所示，电路断路器400包括双金属臂401，其由两个金属层402、 403形成。双金属臂401固定在一个末端406，且在末端406连到输入电力信号线415。在另一个末端407，双金属臂401停留在和电气导体 420接触的位置。电气导体420可连到负载(未示出)上，且在正常操 作(即正常电流)中，来自电力信号线415的电力通过双金属臂401 和电气导体420连到负载上。选择双金属臂401的不同金属层402、 403的金属物质，使其具有 不同的热特性，以便以不同的速率被加热。具体地，下面金属层402 的金属物质的加热速率比上面金属层403的金属物质快。当流过双金 属臂401的电流量在"正常"界限内时，电流流过双金属臂401 (其具 有本征电阻)产生的热量小，双金属臂401不变形。然而，当流过双 金属臂401的电流量超出过流界限(其主要由用于金属层402和403 中的金属物质的相对热特性决定)，下面的金属层402加热速率比上面 的金属层403的加热速率快，引起双金属臂401弯曲，从而断开输入 电力信号线415和电气导体420间的电路路径。该操作可由图5-1和图5-2说明。图5-1是说明当图4中的电路断 路器400闭合(正常操作)时的电流的例子的图，图5-2是说明电路断 路器400的双金属臂401如何在过流状况出现时断开电路连接的例子 的图。如图5-l所示，电力信号流过输入电源线415 (标记为"IN")、 流过双金属臂401、并跨过接触器412、到达电气导体420 (标记为 "OUT")。只要电力信号中的电流量在过流界限以下，电流流过双金 属臂401产生的热量小，双金属臂401不变形。然而，如图5-2所示， 当流过双金属臂401的电流量超过过流界限，电流加热双金属臂401， 但是下面金属层402比上面金属层403加热更快，从而引起双金属臂 401弯曲。结果是，接触器412逐渐分开，输入电力信号线415和电气 导体420之间的电路路径断开。所须的引起电路断路器400 "跳闸"的 电流量依赖于双金属臂401的双金属层402、 403相对的热特性。在跳闸之后，电路断路器400的双金属臂401将逐渐冷却，直到 最终双金属臂401不再变形。随着这个现象的发生，接触器412又一 次形成电气连接，允许电力信号从输入电源线415传到电气导体420。图6是可控电子开关600的图，例如，其可用于此处所述的电力 分配和管理系统和方法、以及局部能量控制单元的某些实施例中。如 图6所示，可控电子开关600包括可变形元件601，其可以臂的一般形 状(类似于图4中所示的)形成，也可以包括具有不同热特性的两个层602、 603。虽然可以使用任何受热弯曲的耐久性物质，但是事实上 两个层602、 603优选为金属。如图6中进一步所示，可变形元件601 在一个末端606优选固定到的非导电性表面615。在另一个末端，可变 形元件601优选通过接触器612停留在和电气导体620连接的位置。 输入电源线625优选在电气导体620的接触点附近与可变形元件601 相连，以便最小化由通过可变形元件601的电流引起的电力损耗，也 避免加热可变形元件601至任何显著的程度，无论获取多大的电流。 电气导体620可连接到负载(未示出)，在正常操作(如下面所解释的 那样，也就是没有启动开关控制信号)，来自电力控制信号线625的电 力是通过可变形元件601和电气导体620导通到负载的。可变形元件601的不同金属层602、 603的金属物质优选具有不同 的热特性，以便它们以不同的速率加热。具体地，优选下面金属层602 的金属物质比上面金属层603的金属物质的加热速率快。当热施加到 可变形元件601上时，和上面金属层603相比，下面金属层602加热 更快，引起可变形元件601弯曲，类似于电路断路器400，从而断开在 输入电力信号线625和电气导体之间的电路路径。如图6中的进一步所述，加热元件645(如电阻性线圈)耦合到(例 如在电阻性线圈的情形下，环绕在其上)可变形元件601。加热元件 645优选通过开关控制电路640控制，开关控制电路640通过一对信号 线641、 642连到其上。当来自开关控制电路640的开关控制信号输出 没有被启动时，加热元件645有效地断开(因此是非活动的)，电力通 过输入电源线625、跨过可变形元件601的末端607、并经接触器612 输送到电气导体620，在此进一步分配到负载。该操作说明于图7-1中。 然而，当来自开关控制电路640的开关控制信号被启动时，加热元件 645加热，这是由于流过加热元件645的电流的作用。因为下面金属层 602加热比上面金属层603加热更快，可变形元件601开始弯曲。最终， 作为弯曲的结果，接触器612逐渐分开，断开在输入电力信号线625 和电气导体620之间的电路路径，如图7-2所述。只要来自开关控制电路640的开关控制信号被启动，加热元件645 继续保持可变形元件601弯曲，在输入电源线625和电气导体620之 间的电路路径断开。 一旦来自开关控制电路640的开关控制信号未被 启动，可变形元件601就逐渐冷却，最终直到可变形元件不再变形。随着这个现象的发生，接触器612又一次形成电气连接，允许电力信号从进入电路线625传到电气导体620然后到负载。一方面，图6中所示的可控电子开关600可提供方便的、廉价的 机构，用于控制从电源到负载的电力分配。而且，当可变形元件601 在闭合位置时，可控电子开关600不必消耗任何电力，且只要求最小 的电力以引起可变形元件断开。输入电源线625可以多种方式连接到可变形元件601。例如，输入 电源线625可简单地熔焊，绞接或焊接到可变形元件601的活动末端 607。只要当可变形元件601处于开关闭合位置时，输入电源线625和 电气导体620之间电气导通，输入电源线625到可变形元件601的任 何形式的固定都满足需要。图8是说明更一般的可控电子开关800的实施例的方框图。如图8 所示，可控电子开关800包括可变形元件801，其可控制地连接输入电 源线825到电气导体820上。加热元件845被耦合到可变形元件801 上，且由开关控制电路840控制。可变形元件801可采用任何形式， 如双金属元件或臂，当可变形元件801没有被加热元件845加热时， 其优选允许输入电源线825导通电力信号至电气导体820，但优选引起 输入电源线825到电气导体820之间的连接在可变形元件801被加热 元件845加热时物理上断开。加热元件845可包括，如电阻性线圈或 其他电阻器，如果是电阻性线圈，当可变形元件801表现为双金属元 件或臂吋，其可方便地缠绕到可变形元件801上。在图6和图8中的每个实施例中，可变形元件601或801不必是 均匀笔直的，事实上，可以是任何形状，只要在加热时其以预定的方 式弯曲以致断开输入电源线625或825和电气导体620或820之间的 电气连接。而且，虽然可变形元件601或801是在优选实施例中作为 具有两个金属层的双金属臂的形式说明，但它可换用任何其他可以预 期方式弯曲的材料(金属的或其他的)制成。因为无须电流从可变形 元件601或801的一端流到另一端(不同于电路断路器)，如果需要， 可变形元件601或801可用非导电的或绝缘的部分将可变形元件601 或801的不同区域彼此分开。例如，非导电的部分(如塑料)可以被 安置在耦合到加热元件645或845的可变形元件601或801的区域和 可变形元件601或801的一端(图6例子中的可变形元件601的一端606和/或607)之间。进一步，可变形元件601的一端(如图6中的末 端607)不必是双金属，但可以是一致导电的材料(如单金属)，通过 该末端电力被导通。可替换地，可变形元件601或801可具有额外的 层(即超过两层)。可变形元件601或801的主要特点是其在被加热的 时候充分地弯曲或变形，以致断开电力信号路径的电气连接(如通过 分开图6中的接触器612)。从开关控制电路640或840到加热元件645或845的开关控制信 号输出优选是直流(DC)信号，但也可以是交流(AC)信号或混合信 号。当开关控制信号没有被启动时，开关控制电路640可简单地短路 加热元件645或845 (如通过短路图6中的导线641、 642)，否则就通 过缓冲器或其他隔离电路简单地隔离加热元件645或845。虽然图6和图8中的加热元件645和845已经在优选实施例中作 为电阻性线圈作了说明，但是加热元件645或845可采用其他形式或 配置。例如，如果体现为电阻性线圈，加热元件645或845不必缠绕 可变形元件601或801 。加热元件645或845可以是除电阻性线圈之外 的不同类型的电阻器。然而，将电阻性线圈优选为加热元件645或845， 是因为其在整个给定的区域上提供相对均匀的加热，而且相对易于实 现并且相对便宜。可变形元件601或801对开关控制电路640或840的响应速率可 以是关键的，也可以不是关键的，取决于特定的实施例。如果响应速 率不是很关键，那么开关控制信号可以是很低的电力信号。如果需要 更快的响应时间，那么可以增加开关控制信号的电力，因此引起加热 元件645或845更快的加热。开关控制电路640或840可有其自己的 电源(如电池)，否则其可从输入电源线625或825或其他可获得的电 源获得电力。开关控制电路640或840可由手动开关(未示出)激励， 其引起开关控制信号的启动，且因此最终断开可控电子开关600或 800，否则可由远程电子信号激励。图14是可控电子开关1400的另一个实施例，其使用楔形元件物 理地断开电路中的电气连接。如图14所示，可控电子开关1400 —般 包括延长的可变形元件1401，其由两层1402， 1403形成，本质上类似 于前面参考图6所说明的可变形元件601。在优选实施例中，可变形元 件1401包括双金属臂，而两个层1402， 1403在本质上是金属的，虽然更一般的，两个层1402， 1403可由合适的材料组成，该合适的材料 具有足够不同的热特性以执行前述的功能。可变形元件1401在一个末 端1406优选固定到非导电性表面1415上。在其另一个末端，可变形 元件1401具有楔形元件1451。如图14进一步所述的那样，楔形元件1451的窄端紧邻于一对电 气接触器1452。该对电气接触器1452位于和一对电气导体1420、 1425 接触的位置，第一电气导体1425用作输入电源线，第二电气导体1420 用作输送电力至负载(未示出)的装置。在正常操作中，来自电气导 体1425的电力通过电气接触器1452与第二电气导体1420导通，从而 与负载导通。电气接触器1452固定到一对非导电性臂1457上，其固 定在固定表面1460上。 一对弹簧1455或这样的装置施加力到非导电 性臂1457上，从而保持电气接触器1452在正常操作中的连接状态。跨电气接触器1452形成的电气路径可通过施加控制信号至可变形 元件1401上而断开。为达到这个目的，加热元件1445 (如电阻性线圈) 耦合到可变形元件1401 (如缠绕在可变形元件1401的周围，其表现为 电阻性线圈)。加热元件1445优选由开关控制电路1440控制，该开关 控制电路1440通过一对信号线1441、 1442连接到其上。当来自开关 控制电路1440的开关控制信号输出没有被启动时，加热元件1445被 有效地断开(因此是非活动的)，电力通过输入电源线1425、跨过电气 接触器1452、输送到电气导体1420，从此处电力可进一步分配到负载。 然而，当来自开关控制电路1440的开关控制信号被启动时，加热元件 1445由于电流流过加热元件1445的作用而加热。类似于前面参考图6 所述的可变形元件601，可控电子开关1400的可变形元件1401开始弯 曲。最终，作为弯曲的结果，楔形元件1451如果在电气接触器1452 之间施加力，引起接触器1452逐渐分开(弹簧1455逐渐压縮)，并断 开在输入电力信号线1425和电气导体1420之间的电路路径，如图15 所示。只要来自开关控制电路1440的开关控制信号被启动，加热元件 1445继续保持可变形元件1401弯曲，并且输入电源线1425和电气导 体1420之间的电路路径断开。 一旦来自开关控制电路1440的开关控 制信号未被启动，变形元件1401逐渐冷却，最终直到可变形元件1401 不再变形。随着这个现象发生，楔形元件1451逐渐縮回，引起电气接触器1452合到一起并再次形成电气连接，然后其允许电力信号从输入 电源线1425传到电气导体1420，然后到达负载。在一个方面，与图6所示的可控电子开关600类似，图14所示的 可控电子开关1400可以提供方便的、廉价的机构用于控制从源到负载 的电力分配。而且，可控电子开关1400在电气接触器1452处于闭合 位置时不需要消耗任何电力，并且只需要最小的电力引起可变形元件 1401弯曲，和电气接触器1452分开，断开电力信号电路路径。
图16是可控电子开关1600的另一个实施例图，该可控电子开关 1600使用楔形元件断开电路路径中的电气连接。图16所示的许多元件 在本质上类似于图14中所示的这些元件。因此，例如，图16中的可 控电子开关1600 —般包括延长的可变形元件1601，其由两层1602、 1603形成，在本质上分别类似于前面参考图6和图14所述的可变形元 件601、 1401。在优选实施例中，可变形元件1601包括双金属臂，且 这两个层1602、 1603在本质上是金属的、虽然更一般地，这两层1602、 1603可由任何具有足够不同热特性的合适材料组成，以便执行此处所 述的功能。可变形元件1601在一个末端1606优选固定到非导电性表 面1615上。在其另一个末端，可变形元件1601具有楔形元件1651， 其用作机械凸轮，如下面的详细说明。
如图16进一步所述的那样，楔形元件1651的一个末端紧邻于一 对电气接触器1652处。该对电气接触器1652位于和一对电气导体 1620、 1625接触的位置，第一电气导体1625用作输入电源线，第二电 气导体1620用作输送电力至负载(未示出)的装置。在正常操作中， 来自电气导体1625的电力通过电气接触器1652与第二电气导体1620 导通，从而与负载导通。电气接触器1652固定到一对非导电性臂1657 上，其固定在固定表面1660上。 一对弹簧1655或这样的装置施加力 到非导电性臂1657上，从而保持电气接触器1652在正常操作中的连 接状态。
类似于图14的实施例，跨电气接触器1652的电气路径通过应用 控制信号至可变形元件1601而断开。为了达到这个目的，加热元件 1645 (如电阻性线圈)耦合到可变形元件1601 (如缠绕在可变形元件 1601的周围，其表现为电阻性线圈)。加热元件1645优选由开关控制 电路1640控制，该开关控制电路1640通过一对信号线1641、 1642连接到其上。当来自开关控制电路1640的开关控制信号输出没有被启动 时，加热元件1645被有效地断开(因此是非活动的)，且电力通过输 入电源线1625、跨过电气接触器1652、输送到电气导体1620，从此处 电力可进一步分配到负载。然而，当来自开关控制电路1640的开关控 制信号被启动时，加热元件1645由于电流流过加热元件1645的作用 而加热，作为结果，可变形元件1601开始弯曲。最终，作为弯曲的结 果，楔形元件1651如果在电气接触器1652之间施加力，引起连接1652 逐渐分开(弹簧1655逐渐压縮)，并断开在输入电力信号线1625和电 气导体1620之间的电路路径，类似于图15所示。不同于图14中的实施例，图16中的可控电子开关1600的楔形元 件1651用作机械凸轮，其具有多个锁合位置，因此减轻保持控制信号 以保持电路断开的需要。当楔形元件1651在第一个位置锁合时，其从 电气接触器1652移开，该接触器保持闭合，且电力信号电路路径不中 断。另一方面，当楔形元件1651锁合在第二位置时，其驱使电气接触 器1652分开，因此中断电力信号电路路径。在每个锁合位置，不需电 力保持可控电子开关1600在其当前状态(断开或闭合)。在该例中， 楔形元件1651在多个位置的锁合是通过锁合元件1680实现的，例如， 其中锁合元件包括在球体1681内终止的臂1682，该球体和楔形元件 1651相抵。在本例中，锁合元件1680的臂1682固定在表面1660上， 但锁合元件1680可固定在任何其他可利用的表面上。因此，在这个例 子中，锁合元件1680临近臂1657，该臂1657支撑电气接触器1652。图17-1、 17-2和17-3是说明图16中的可控电子开关1600的楔形 元件1651的例子不同视图，具体地，图17-2禾n 17-3说明图17-1中的 楔形元件1651在第一位置锁合。该例中的楔形元件1651包括正面楔 体部分1705 (其通常为宽表面的、倾斜的)，中心凹槽1701和背面楔 体部分1706 (其可以是锥形的、倾斜的)，背面楔体部分1706确定了 浅后凹槽1708。如图17-2和17-3最好地说明，当楔形元件1651锁合 在第一位置时，锁合元件1680的球体1681位于正面楔体部分1705之 上(为了更清楚地显示其他特征，图17-2和17-3中省略了臂1682)。 当其锁合在第一位置时，球体1681可有效地保持楔形元件1651在适 当的位置，虽然在某些实施例中，球体1681不必和楔形元件1651接 触，并且一般在其附近位置。图18-1到18-8是说明楔形元件1651如何在不同锁合位置间转换 的图。图18-2和18-3分别类似于图17-2和17-3，显示在第一锁合位 置的静止的楔形元件1651。图18-3说明随着可变形元件1601响应施 加到加热元件1645的控制信号而被加热时所发生的情形(如图16所 示)。在这种情形中，可变形元件1601开始弯曲，驱使楔形元件1651 前进。当这发生时，球体1681在正面楔体部分1705的倾斜表面上滑 移，直到静止在楔形元件1651的中心凹槽1701中，使得楔形元件稳 定在第二锁合位置。为了比较的目的，第一锁合位置是由楔形元件的 点画轮廓线165T表示的，虽然实际的移动尺寸因为说明的目的而被 夸大。实际上，楔形元件1651的仅移动百分之几英寸就足够改变锁合 位置。即使在控制信号未被启动之后，球体1681仍然保持楔形元件 1651在第二锁合位置，这是由于其稳固地静止在中心凹槽1701中。因 此，楔形元件1651保持在第二锁合位置时可保持接触器1652分开。随后的控制信号的应用引起楔形元件1651返回到第一锁合位置。 当施加随后的控制信号时，可变形元件1601再次被加热，引起其弯曲， 且楔形元件1651向前移动。球体1681因此被驱出中心凹槽1701，驱 到第二楔体部分1706之上，如图18-5所示。球体1681在第二楔体部 分1706的锥形表面上下滑，且由于第二楔体部分1706的非常窄的末 端(优选为非对称的锥形)，球体1681在第二楔体部分1706的更锥形 化的侧面上滑过，且被浅后凹槽1708的上唇俘获，如图18-6所示。浅 后凹槽1708的上唇帮助沿着楔形元件1651的外侧表面1710导引球体 1681，如图18-7中侧视图和图18-8中顶视图所示，在这个过程中，锁 合元件1680的臂1682向楔形元件1651的侧面驱使(或反之亦然)。 随着可变形元件1601冷却，球体1681沿着楔形元件165i的外侧表面 1710滑移，并最终到达正面楔体部分1705的窄的尖端区域，其中锁合 元件1680的臂1682直伸出来并将球体1681驱到正面楔体部分1705 的表面上，楔形元件1651返回第一锁合位置，如图18-1和18-2所示。上面的过程可按需要重复，以通过让楔形元件1651在第一和第二 锁合位置之间移动，而允许可控电子开关1680断开和闭合电气接触器 1652。为了引起楔形元件1651移动而施加的控制信号可采用如脉冲信 号的形式。图19是可控电子开关1900的另一个实施例的视图，其使用楔形元件断开电路路径中的电气连接，也采用具有多个锁合位置的机械凸轮的原理。在图19中，可控电子开关1900 —般包括延长的可变形元 件1901，其如前面一样，是由两层1902、 l卯3形成的，本质上分别类 似于前面参考图6和14所述的可变形元件601、 1401。在优选实施例 中，可变形元件1901包括双金属臂，而两个层1902、 1903在本质上 是金属的，虽然更一般地，这两个层1卯2、 l卯3可由任何具有足够不 同的热特性的材料组成，以执行此处说明的功能。可变形元件1901在 一个末端优选固定到非导电性表面1960。在其另一个末端，可变形元 件1901具有楔形元件1951，其用做机械凸轮，如下面将要更详细的说 明。如图19进一步的说明，摆臂1980定位在第一楔形元件1951和一 对电气接触器1952之间。该对电气接触器1952位于和一对电气导体 1920、 1925接触的位置，第一电气导体1925用作输入电源线，而第二 电气导体1920用作输送电力到负载(未示出)的装置。在正常操作中， 来自第一电气导体1925的电力通过电气接触器1952与第二电气导体 1920导通，从而与负载导通。电气接触器1952固定到一对非导电性臂 1957上，其被固定在固定表面上(未示出)。 一对弹簧(未示出，但类 似于图16中的弹簧1655)或其他这样的装置施加力到非导电性臂1957 上，且因此保持电气接触器1952在正常操作中的连接位置。如图19进一步所示的那样，摆臂1980在一个末端具有球体1981， 在相对的另一端有第二楔形元件1961。可将摆臂1980在通常被置于中 心位置的转动点1984处固定到固定结构1985上。跨电气连接1952形成的电气路径可通过应用控制信号至可变形元 件1901而断开。为了实现这个目的，加热元件1945 (如电阻性线圈) 被耦合到可变形元件1901。加热元件1945优选由开关控制电路1940 控制，开关控制电路1940通过一对信号线1941、 1942连到其上。当 来自开关控制电路1940的开关控制信号输出没有被启动时，加热元件 1945被有效地断开(并因此是非活动的)，电力通过输入电源线1925， 跨过电气接触器1952，被输送到电气导体1920，从此处，电力进一步 被分配到负载。然而当来自开关控制电路1940的开关控制信号被启动 时，加热元件1945由于流过加热元件1945的电流的作用而加热，作 为结果，可变形元件1901开始弯曲。最终，作为弯曲的结果，楔形元件1951挤压摆臂1980的球体1981，以致其随着摆臂1980被迫在顺时 针方向上稍微旋转而被移位。该运动使得摆臂1980的另一末端在顺时 针方向移动，其然后驱使在电气接触器1952之间的第二楔形元件 1961。该动作引起连接1952逐渐分开，断开在输入电力信号线1925 和电气导体1920之间的电路路径，如图20所示。类似于图16中的实施例，图19中的可控电子开关1900的楔形元 件1951用作具有多个锁合位置的机械凸轮，因此减轻了维持控制信号 以保持电路断开的需要。当第一楔形元件1951锁合在第一位置时，其 使得第二楔形元件1961从电气接触器1952移开，该电气接触器1952 保持闭合，且电力信号电路路径没有中断。另一方面，当第一楔形元 件1951被锁合在第二位置时，其使得第二楔形元件1961迫使电气接 触器1952分开，因此断开电力信号电路路径。在每个锁合位置，不须 电力维持可控电子开关1900在其当前状态(断开或闭合)。在该例中， 楔形元件1951在多个位置的锁合通过摆臂1980完成的，类似于锁合 元件1680，该摆臂1980在球体1981内终止，该球体抵靠楔形元件1951 而静止。球体1981相对第一楔形元件1951的运动类似于关于图16的可控 电子开关1600的描述，以及图17-1到17-3和图18-1到18-8的说明。 然而，不是第一楔形元件1951自身被插入到连接1952之间以断开它 们，第一楔形元件1951引起摆臂1980前后摆动，因此使得第二楔形 元件1961前后运动，断开和闭合电气接触器1952。应该指出的是，说明于图16和19和别处的实施例，仅仅是示例， 既无意穷尽也无意限制此处所公开的概念和原理。虽然描述和说明了 某些凸轮机构，但是凸轮或其他类似机构也可以用于执行类似的功能。 例如，可替换的实施例可包括用于与分开电气接触器(或其他类型的 电路连接)相关的任何元件，具有至少一个稳定位置和一个或多个不 稳定位置，稳定位置和不稳定位置的转换是通过施加控制信号实现的。 多种不同的机械结构可用来替代此处所描述和说明的楔形元件。图21、 22和23是控制电路或其部分的简化原理图，其可用于此 处公开的多个可控电子开关。在图21中，控制信号发生器2100包括 通过第一开关2171连接到电容器2174的电源2170(如电池或其他DC 电源)。电容器2174是通过第二开关2172连接到加热元件2145，如电阻性线圈，其临近于可变形元件2101。加热元件2145和可变形元件 2101可代表类似于在图16或19中说明的元件，或此处说明的任何其 他可控电子开关实施例。在操作中，当开关2171闭合而开关2172断开时，电源2170保持 电容器2174于充电状态。因为开关2172是断开的，加热元件2145被 断开，可变形元件2101保持在其自然的未加热的状态。为了施加控制 信号至加热元件2145，控制电路(未示出)断开开关2171并闭合2172， 如图22所示的那样。结果，电源2170从电容器2174断开，电容器2174 对加热元件2145放电。电容器2174的尺寸和电容率可选择足够大以 保持适当量的电荷使得加热元件2145足够热起来，以引起可变形元件 2101，特别地，如果表现为锁合凸轮机构(例如，图16和19中)被 驱使到下一个锁合状态。 一旦电容器2174充分放电，闭合开关2171， 断开开关2172，以给电容器2174再次充电。接着，开关2171、 2172 可被再次开关以便电容器2174 二次放电，并引起可变形元件2101被 驱使到另一个锁合状态(或回到其原始锁合状态)，此处可变形元件 2101表现为锁合凸轮机构。图23应用图21和22中相同的原理到可控电子开关系统。图23 中的控制电路系统2300包括电源2370和电容器2374，其类似于图21 和22中相应的部分。第一开关2371类似于图21和22中的开关2171， 在电容器2374充电时通常是闭合的。当需要激励可控电子开关时，控 制电路2376断开开关2371并闭合与要激励的可控电子开关相关联的 开关2372a、2372b、2372c、…。根据控制电路2376的程序，开关2372a、 2372b、 2372c、…中只有被选择的开关需要被激励。根据前述的原理， 对于闭合的开关2372a、 2372b、 2372c、…，各个加热元件(如电阻性 线圈)2345a、 2345b、 2345c、…加热，引起最近的变形元件的变形， 和可控电子开关的激励。图24是开关控制电路2401的实施例图，其可与此处所述或所示 的多个可控电子开关实施例结合使用，例如示于图6、 8或14，或其他 图中的可控制电子电路。如图24所示，开关控制电路2401包括耦合 到电容器2408的输入交流电力信号2405，其中该电容器通过电子或机 电开关2423又连接到加热元件(未示出)。手动切换开关或按钮2420 用于激励电子或机电开关2423，其有选择地允许输入电力信号2405传送到加热元件2425。输入交流电力信号2405可以是，例如从电源线 获取的单相电力，因此，图24所示的设计为激励可控电子开关提供了 低成本、高效率的机构(具有最小电流消耗)。图25是开关控制电路2501的另一个实施例视图，其可与此处所 述或所示的多个可控电子开关实施例结合使用，例如，示于图6、 8或 14，或其他的可控制电子电路。如图25所示，开关控制电路2501包 括耦合到电容器2508的输入交流电力信号2505，其中该电容器通过电 子开关2523又连接到加热元件(未示出)。接收器2520通过天线2518 接收远程命令信号，且与其响应，断开或闭合开关2523，其有选择地 允许输入电力信号2505传送到加热元件2525。接收器2520可经配置 使用任何无线技术通信，例如可以被有利地配置以接收使用频移键控 (FSK)或FM边带发射技术发射的信号。更复杂的命令可通过接收器 2520传送，因此允许开关控制电路2501用作电路控制系统的一部分， 该电路控制系统控制多状态可控电子开关，并允许执行更复杂的处理 过程和决定。输入交流电力信号2505可以是，例如从电源线获取的单 相电力，因此，图25所示的设计为激励可控电子开关提供了低成本、 高效率的机构(具有最小电流消耗)。此处所述的电子开关的多个实施例具有简单、有效、可控制、可 靠和相对廉价的优点，并且在电力分配或管理系统环境下通常具有帮 助作用，以便控制从电源到负载的输入电力信号(低压和/或低电流或 高压和/或高电流)的分配。在多个实施例中，可控电子开关是高电力 效率的——例如，当幵关闭合时，它们不需要消耗任何电力，且只需 要最小的电力断开和维持断开。此处所公开的多个可控电子开关可远 程操作，例如通过由远程中心站发射的电力控制命令，因此提供灵活 方便的机构控制电力分配。在某些实施例中，中心站102需要和多个局部站点109的电力控 制电路112双向通信。例如，中心站102需要获得相对即时的反馈， 该反馈关于多少和/或哪个电力控制电路112已经通过减少电气负载 120对电力警报阶段做出响应。在这样的实施例中，多个局部站点的无 线通信单元115除了包括接收器还包括发射器，相反地，中心站102 的无线通信单元103除了包括发射器还包括接收器。从多个局部站点 109发射的消息可通过此处所述的任何技术或任何传统技术识别。例如，这样的传输可以是通过任何地址、频率、编码等等的组合进行识 别。在某些实施例中，电力控制电路112为制表或者其他目的可以存 储关于它们对多个电力警报阶段级别的响应的历史消息，其中该电力警报阶段级别是通过中心站102宣布的。例如，在图2中的实施例中 无线能量控制单元214可以在存储器239的非易失性部分中存储这样 的历史消息。历史消息可包括如这样的消息，即响应特定电力警报阶 段级别的宣布而断幵可控开关262，和/或作为减少连接到断开的可控 开关的电气负载的结果前后立即减少了多少能量消耗。电业可以使用 这种类型的消息，连同提供利用此处所述的无线能量控制单元来减少 电力消耗的用户动机。假定电力管理系统100具有双向通信能力，历 史消息可应局部电力控制电路112的请求发射到中心站或电业105。可 替换地，历史消息可在直接连接中读出，或通过在电源线上发射该消 息，或通过可替换的技术。虽然此处在文本中描述和/或在附图中说明了某些实施例，但是应 该理解的是，利用所述多个实施例的原理和概念的多种变化、修改、 增加或替换可以被做出。除了少数例子，此处和附图中说明的实施例 可不局限于特定的无线通信技术或协议、或特定类型的消息和电力命 令格式或序列、或特定的电路配置。并非所有的局部电气负载都需要 被此处所述的局部能量控制电路卸载，对额外的电气元件(电路断路 器、保险丝、变压器、指示器、电容器、滤波器等等)的类型也没有 任何限制，这些电气元件可与本发明的多个实施例组合或结合使用。 进一步地，不使用用于断开和再连接电气负载的可控开关，多个实施 例可使用能够在可变的基础上调节电力流的电气元件；然而，这样的 电气元件通常更贵，电力消耗比此处公开的优选可控开关更大，而且 要求更复杂的控制，尽管这样的能力被认为本领域的技术人员的能力 范围内的。虽然本发明的优选实施例已经作了说明，保持在本发明的概念和 范围之内的许多变化是可能存在的。对于本领域的普通技术人员，在 査看了说明书和附图后，这样的变化将是很明显的。因而，除了权利 要求的精神和范围本发明不受限制。
权利要求
1.一种电力管理系统，包括多个电力开关控制电路，每个所述电力开关控制电路经配置以有选择地断开一个或多个电气负载；多个无线接收器，每个都连到一个所述电力开关控制电路；至少一个无线发射器；以及中心站，所述中心站引起消息通过所述至少一个无线发射器发射到所述电力开关控制电路，所述电力开关控制电路根据局部可配置的设置，通过断开电气负载对其作出响应。
2. 根据权利要求1所述的电力管理系统，其中所述电力开关控制 电路位于远程，地理上的不同位置。
3. 根据权利要求1所述的电力管理系统，其中一个或多个所述电 力开关控制电路包括一组可控开关，其插入在电源线和所述多个电气 负载之间。
4. 根据权利要求3所述的电力管理系统，其中一个或多个所述电 力开关控制电路的所述可控开关组和多个电路断路器串联，为每个所 述电气负载提供一个电路断路器。
5. 根据权利要求3所述的电力管理系统，其中每个所述电力开关 控制电路包括处理器和存储器，其中该处理器用于通过它的各个无线 接收器接收所述消息，该存储器用于存储所述处理器的程序指令，所 述处理器根据该指令控制所述可控开关。
6. 根据权利要求3所述的电力管理系统，其中根据局部可配置优 先级断开所述可控开关。
7. 根据权利要求6所述的电力管理系统，其中所述局部可配置优 先级至少部分由手动开关设置确定。
8. 根据权利要求6所述的电力管理系统，其中所述局部可配置优先级由可编程参数确定，该可编程参数通过局部用户接口存储在每个 所述电力幵关控制电路中。
9. 根据权利要求3所述的电力管理系统，其中一个或多个所述可 控开关包括双金属元件，通过引起加热所述双金属元件的控制信号， 使得所述双金属元件变形，结果导致可控开关的开/关状态的改变。
10. 根据权利要求3所述的电力管理系统，其中一个或多个电力开关控制电路的一个或多个所述可控开关包括可变形元件，其具有第一末端和第二末端，所述可变形元件固定在所述第一末端，且在所述第二末端与电气导体相接触；加热元件，其在所述可变形元件的附近；以及幵关控制信号，其连接到所述加热元件，所述开关控制信号是从 所述电力开关控制电路发出的；其中从所述电源线获取电力的输入线在所述电气导体附近的所述 第二末端物理地连到所述可变形元件，当所述可变形元件和所述电气 导体相接触时，所述输入电源线电连接到所述电气导体上。
11. 根据权利要求10所述的电力管理系统，其中所述开关控制信 号的启动驱使电流通过所述加热元件，引起所述加热元件加热，因此 弯曲所述可变形元件以致断开所述可变形元件的所述第二末端和所述 电气导体之间的连接，且其中所述开关控制信号没有被启动时，引起 所述加热元件保持在未加热的状态，因此允许所述可变形元件保持不 弯曲且与所述电气导体连接。
12. 根据权利要求10所述的电力管理系统，其中所述加热元件包 括电阻性线圈。
13. 根据权利要求10所述的电力管理系统，其中所述开关控制信 号被激励以响应从所述中心站接收的消息。
14. 根据权利要求10所述的电力管理系统，其中所述输入电源线被瑢焊到所述可变形元件的所述第二末端。
15. 根据权利要求10所述的电力管理系统，其中所述可变形元件 包括双金属元件。
16. 根据权利要求15所述的电力管理系统，其中所述双金属元件 的所述第二末端具有由第一金属物质组成的顶侧边和由第二金属物质 组成的底侧边，其中所述输入电源线熔焊到所述双金属元件的所述第 二末端的顶侧边，且其中当所述开关控制信号没有被启动时，所述双 金属元件的所述第二末端的底侧边与所述电气导体相接触。
17. 根据权利要求1所述的电力管理系统，其中在所述消息引起所 述电力开关控制电路有选择地断开它们的电气负载之前，所述中心站 引起由所述无线发射器发射的早期警告消息。
18. 根据权利要求17所述的电力管理系统，其中一个或多个所述 电力开关控制电路包括显示器，其指示出所述早期警告消息已经被接
19. 根据权利要求1所述的电力管理系统，其中一个或多个所述电 力开关控制电路包括显示器，其指示任何其相应的电气负载是否已经 断开。
20. 根据权利要求1所述的电力管理系统，其中由所述中心站发射 的至少一个消息引起所述电力开关控制电路从多个警报阶段级别中进 入一个指定的警报阶段级别。
21. 根据权利要求20所述的电力管理系统，其中所述警报阶段级 别从最低警报阶段级别到最高警报阶段级别排序，且其中通过所述局 部可配置的设置可以配置所述电力开关控制电路，以在较高的警报阶 段级别比在较低的警报阶段级别断开更多的电气负载。
22. 根据权利要求1所述的电力管理系统，其中所述中心站发射与 至少一个所述消息相关的延迟周期命令，且其中所述电力开关控制电路在断开所述电气负载之前等待由所述延迟周期命令指示的延迟周 期。
23. 根据权利要求1所述的电力管理系统，其中所述电力开关控制电路插入在来自电业的电源线和所述电气负载之间，且其中所述电力 开关控制电路从所述电源线通过去耦合元件获取工作电力。
24. 根据权利要求23所述的电力管理系统，其中所述去耦合元件 包括电容器。
25. 根据权利要求23所述的电力管理系统，其中所述去耦合元件 包括变压器。
26. 根据权利要求1所述的电力管理系统，其中一个和多个所述电 力开关控制电路包括局部无线发射器，且其中所述中心站包括无线接 收器，用于接收来自所述一个或多个所述电力开关控制电路的发射， 以在所述中心站和所述一个或多个所述电力开关控制电路之间实现双 向无线通信。
27. 根据权利要求1所述的电力管理系统，其中一个或多个所述电 力开关控制电路包括用于存储历史数据的存储器，所述历史数据是关 于对来自所述中心站的所述消息的电力开关控制电路的响应。
28. 根据权利要求1所述的电力管理系统，其中所述消息可以是传 给特定组的所述电力开关控制电路。
29. 根据权利要求28所述的电力管理系统，其中通过使用独特的 组地址、频率、编码、编码方案或其任何组合，所述消息被传给特定 组的所述电力开关控制电路。
30. —种用于在电力分配系统中减少电力消耗的系统，包括 多个无线能量控制单元，每个所述无线能量控制单元包括无线接受器，并控制从输入电源线到一个或多个局部电气负载的电力流；至少一个无线发射器；以及中心站，所述中心站通过所述至少一个无线发射器向所述无线能 量控制单元发射消息，所述消息指示所述无线能量控制单元在非警报 阶段级别和一个或多个警报阶段级别间切换，根据所述中心站所指示 的警报阶段级别，所述无线能量控制单元通过有选择地修改到它们相 应的局部电气负载的电流与其响应。
31. 根据权利要求30所述的系统，其中每个所述能量控制单元包 括介于所述输入电源线和所述多个局部电气负载之间的多个可控开 关，所述可控开关能够引起所述输入电源线分别连到所述多个局部电 气负载，或从其上断开。
32. 根据权利要求31所述的系统，其中一个或多个所述无线能量 控制单元的所述可控开关和多个电路断路器串联，为每个所述局部电 气负载提供一个电路断路器。
33. 根据权利要求31所述的系统，其中根据局部可配置优先级断 开所述可控开关。
34. 根据权利要求31所述的系统，其中一个或多个所述可控开关 包括双金属元件，所述双金属元件通过引起所述双金属元件加热的控 制信号而变形，从而导致所述可控开关的开/关状态的改变。
35. 根据权利要求34所述的系统，其中加热电阻性线圈引起所述 双金属元件的加热。
36. 根据权利要求30所述的系统，其中在所述消息指示所述无线 能量控制单元在所述非警报阶段级别和所述一个或多个警报阶段级别 间切换之前，所述中心站通过所述至少一个无线发射器发射早期警告 消息。
37. 根据权利要求30所述的系统，其中所述警报阶段级别从最低 的警报阶段级别到最高的警报阶段级别排序，且其中通过所述局部可配置的设置，配置所述无线能量控制单元，以在较高的警报阶段级别 比在较低的警报阶段级别断开更多的电气负载。
38. —种无线能量控制单元，包括多个可控开关，每个都具有第一位置和第二位置，其中电源在所 述第一位置电连接到电气负载，所述电源在所述第二位置与所述电气 负载断开；无线接收器；以及连到所述无线接收器上的控制器，所述控制器通过所述无线接收 器接收消息，并且与其响应，根据预先确定的优先级有选择地在所述 第一位置和所述第二位置之间切换一个或多个所述可控开关。
39. 根据权利要求38所述的无线能量控制单元，其中所述控制器 包括处理器；以及非易失性存储器，存储所述处理器的程序指令。
40. 根据权利要求39所述的无线能量控制单元，其中所述控制器 进一步包括用于存储单个控制位的控制寄存器，该控制位确定每个所 述可控开关在所述第一位置和所述第二位置的位置。
41. 根据权利要求39所述的无线能量控制单元，其中所述控制器 进一步包括存储历史数据的可变存储器部分，该历史数据关于不同时 间点的所述可控开关的状态。
42. 根据权利要求39所述的无线能量控制单元，进一步包括多个 光指示器，每个光指示器指示一个所述可控幵关的状态。
43. 根据权利要求39所述的无线能量控制单元，进一步包括多个 电路断路器，每个电路断路器和一个所述可控开关连接。
44. 根据权利要求43所述的无线能量控制单元，进一步包括从电 业发出的所述电源。
45. 根据权利要求43所述的无线能量控制单元，进一步包括容纳 所述可控开关、所述无线接收器和所述控制器的外壳，所述外壳适于 放置在容纳所述电路断路器的电路盒中，所述电路盒包括用于复位所 述电路断路器的多个手动开关。
46. 根据权利要求39所述的无线能量控制单元，其中所述预先设 定的优先级是局部可配置的。
47. 根据权利要求46所述的无线能量控制单元，进一步包括用于 确定所述局部可配置优先级的多个手动开关设置。
48. 根据权利要求46所述的无线能量控制单元，进一步包括可编 程接口，其允许存储确定所述局部可配置优先级的参数。
49. 根据权利要求46所述的无线能量控制单元，其中配置所述控 制器以响应所述消息的第一条和第二条，其中根据所述局部可配置优 先级通过在所述第一位置和所述第二位置之间切换一个或多个可控开 关中的第一组以响应所述消息的第一条，根据所述局部可配置优先级 通过在所述第一位置和所述第二位置之间切换一个或多个可控开关中 的第二组以响应所述消息的第二条。
50. 根据权利要求49所述的无线能量控制单元，其中所述控制器 根据所述局部可配置优先级通过在所述第一位置和所述第二位置之间 切换一个或多个可控开关中的第三组以响应所述消息的第三条。
51. 根据权利要求38所述的无线能量控制单元，其中一个或多个 所述可控开关包括双金属元件，通过引起所述双金属元件加热的控制 信号使所述双金属元件变形，从而导致所述可控开关的开/关状态的改 变。
52. 根据权利要求38所述的无线能量控制单元，其中一个或多个 所述可控开关包括具有第一和第二末端的可变形元件，所述可变形元件固定在所述第一末端，且在所述第二末端与电气导体相接触；以及在所述可变形元件附近的加热元件，所述加热元件响应来自所述控制器的开关控制信号；其中从所述电源获取电力的输入线在所述电气导体附近的所述第二末端连到所述可变形元件，当所述可变形元件与所述电气导体相接触时，所述输入线电连接到所述电气导体。
53. 根据权利要求52所述的无线能量控制单元，其中所述开关控 制信号的启动驱使电流通过所述加热元件，引起所述加热元件加热， 从而弯曲所述可变形元件，以致断开在所述可变形元件的所述第二末 端和所述电气导体之间的连接，且其中所述开关控制信号的未被启动 引起所述加热元件保持未加热，从而使所述可变形元件保持不弯曲， 且和所述电气导体接触。
54. 根据权利要求52所述的无线能量控制单元，其中所述加热元 件包括电阻性线圈。
55. 根据权利要求52所述的无线能量控制单元，其中激励所述开 关控制信号以响应从远程源接收的消息。
56. 根据权利要求52所述的无线能量控制单元，其中所述输入电 源线熔焊到所述可变形元件的所述第二末端。
57. 根据权利要求52所述的无线能量控制单元，其中所述可变形 元件包括双金属元件。
58. 根据权利要求38所述的无线能量控制单元，其中所述可控开 关在所述第一位置时基本不消耗电力。
全文摘要
本发明公开了用于远程控制局部站点的能量分配的系统，并且具体公开了一种电力管理系统及其相关方法，包括多个位于远程站点的局部无线能量控制单元和一个具有无线发射器的中心站，其中该无线能量控制单元用于控制传输到用户负载的电力，该中心站用于向该无线能量控制单元广播命令。该无线控制单元每个都包括一组开关，用于控制传输到每个局部站点的电气负载上的电力。可控开关优选具有可变形双金属元件，其由加热线圈控制以使电气接触器连接和断开。可预配置每个无线能量控制单元以规定电气负载断开的顺序或优先级，响应从中心站接收的减少电力消耗的命令。中心站可根据不同的优先级或警报阶段发出减少电力消耗的命令。局部无线能量单元根据电力减少命令的优先级通过断开一个或多个电气负载响应电力减少命令，并通过它们的共同操作减少总的电力需求。
文档编号H02J3/14GK101335454SQ20081000897
公开日2008年12月31日 申请日期2002年11月27日 优先权日2001年11月30日
发明者杰弗里·英 申请人:英科电子有限公司