能量接口系统的制作方法
【专利摘要】本发明的各方面涉及用于在用电场所中将替代能源与公用电源连接起来的能量接口系统的系统、方法等。能量接口系统提供使用上的灵活性，并基于接口系统的若干测量值与标准来提供公用电源与替代能源的分配。例如，能量接口系统可以使能量消耗与变化参数适配，所述参数例如，在特定的时间与能量的消耗或产生有关的公用事业费率表、替代燃料成本以及公用事业附加费。能量接口系统还允许将能被系统识别的充电或其它高能耗负载推迟到其他低能耗的时间。另外，能量接口系统还允许监控系统并与之通信，以便基于一个或多个标准或测量值来配置系统。
【专利说明】能量接口系统
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案根据35U.S.C.119(e)与 37C.F.R.1.78(a) (4)要求基于 2011 年 I 月 31日提交的关于能量接口系统的共同未决美国临时申请案第61/438，179号的优先权，该临时申请案以全文引用的方式并入本文中；并要求基于2012年I月26日提交的关于能量接口系统电路的美国临时申请案第61/591，035号的优先权，该临时申请案以全文引用的方式并入本文中。
【技术领域】
[0003]本发明的实施例涉及与连接到公用电源上有关的系统与方法。更确切地说，本发明涉及一种用于在用电场所中将替代能源与公用电源连接起来的能量接口系统和方法。
【背景技术】
[0004]住宅、办公楼、公寓楼等建筑通常连接到为这些建筑提供电力的区域公用事业。通常，到公用事业的这种连接一般是通过计量器实现的，该计量器对连接的客户所消耗的能量数额进行计量以便进行计费。然而，最近的趋势包括:通过连接再生性能源、备用电源和/或电动车等等这种方式而添加至用电场所的典型公用电源，从而减少从公用事业接收的能量数额并且/或者对在公用事业连接处所发生的电力损耗进行补偿。例如，可以在用电场所产生诸如风能、太阳能和水电之类的再生性能源，从而能够减少必须从公用事业获取的电量。诸如化石燃料电动发电机与电池式电源之类的备用电源，可以在公用电力连接发生故障时用作后备能源。
[0005]此外，许多这些再生性或备用电源可以将能量提供回至公用事业，之后这些能量又可以被提供给公用事业的其他客户。例如，电动车可以作为用电场所的电源，与此同时它也消耗电力，类似于蓄电池。同样地，风能、太阳能或水电源产生的能量可以提供回至公用事业，从而被记入以抵消在用电场所消耗的能量的费用。
[0006]图1A、图1B与图1C图示了在添加任何额外的替代能源之前的典型现有公用电源安装。图1A代表了当前在美国最为常见的构造。图1B与图1C代表了不太常见的构造，但仍然可能出现。图1A、图1B与图1C描述的各个系统包括连接到负载中心2上的计量器插座与计量器I。负载中心2可以包括提供接入公用电力的接入点的一个主断路器3与多个分支断路器4。在图1A中，主断路器3位于负载中心内，而在图1B中主断路器位于计量器I内。在图1C中，计量器与负载中心2被组合成一个器件，该器件在行业内被称为“计量器主负载中心”或“一体化件(all-1n_one)”5。美国国家电气规程(NEC)中最近的修改规定:添加的额外电源不得超过仪板额定值的20%，且仅允许在距正常输入的最远点处进行添加。因此，这些修改将额外电源限制到了两个源。
[0007]图2图示了现有技术公用电源安装方式，其包括连接到多个分支断路器4中若干个分支断路器上的若干替代能源。在此实例中，替代能源6通过外部切断开关7连接到用电场所电气系统上，通常该开关由美国国家电气规程做出规定。各个开关7通过导电线9以及诸如保险丝或断路器之类的过电流保护装置8，连接到负载中心2中的分支断路器4上。因此，替代能源6通过切断开关7、过电流保护装置8和导电线9连接到负载中心2上。图2所示为以此方式连接到分支断路器4上的三个独立的替代能源6。
[0008]图3所示为本领域中已知的另一种连接方法。在一些实例中，分支断路器4中的空位可能并不可用，例如，当多个分支断路器中的每一个都已连接或留作备用时。在此实例中，替代能源6可以如上文参照图2论述那样使用切断开关7、过电流保护装置8和导电线9，而连接到主断路器3的线路侧。然而，在此配置中，通过计量器插座I提供的公用供电很可能会使电路供应能量，这样一来此配置便不能满足期望。
[0009]上述的现有技术安装配置中存在若干缺点。例如，上述连接配置中，每个替代能源装置都需要独立的可从外部触的切断开关7。同样地，在典型的负载中心2中，用于连接的断路器4占用了负载中心2的空位，而该空位可能原来是供装置的用电场所负载连接使用的。结果，负载中心2中存在的空位可能不足以连接所有装置。现有技术的另一个潜在缺点是可能无法向用户提供关于在用电场所消耗或产生的能量数额的信息。
[0010]另外，将替代能源连接到公用事业接头的现有技术系统是“硬接线的”，因此该系统无法与变化参数适配，所述变化参数例如，在特定的时间与电力的消耗或产生有关的公用事业费率、替代化石燃料成本以及可能产生的公用事业附加费。而且，现有技术连接系统通常无法使负载(如电动车充电)推迟到低电力需求的时间，从而未能帮助减轻公用电网的负载。尽管可以对系统重新布线以与变化参数适配，但这将涉及电工的使用、更多的硬件，以及客户要付出的巨大成本。
【发明内容】
[0011]鉴于以上所述，从本发明中可知，需要一种能量接口系统，用于在用电场所中将替代能源与公用电源连接起来，这对于本领域的技术人员来说是显而易见的。
[0012]需要通过用向替代能源提供过流保护与切断功能的外部可接触断路器，替代多个切断开关，来降低安装成本，其中每个切断开关连接到一个替代能源上。
[0013]还需要通过减少或消除连接多个替代能源所需的导线和/或导管的数量，来降低安装成本。
[0014]还需要提供对连接到系统上的所有负载源的收入分级电子计量。
[0015]还需要使这些计量器读数能够远程地获得，如通过PDA应用或其它远程无线装置在互联网上获得。
[0016]还需要提供自动操作电子开关的能力。
[0017]还需要提供操作参数的本地存储。
[0018]还需要提供能连接到基于万维网的站点的能力，从而允许系统注册、选择操作首选项、存储和检索操作数据(如系统中各个装置的千瓦时性能)、软件更新、维护警报规定，以及许多其他有价值的功能。
[0019]本发明的一个方面通过有线接口(如RS485)允许用于更大规模的商业或工业安装的系统扩展，并仍允许所有单元使用一个网络接口。
[0020]本发明的另一个方面允许与处在远程位置且不直接硬接线到能量接口系统上的其他负载或装置进行通信，如恒温器与电器，该通信既可以无线地进行，也可以通过基于PLCC (电力线载波通信)的接口或其他可选的方法进行。
[0021]本发明的一个实施例包括连接到多个从属模块上的控制模块。多个从属模块中的每个模块都包括开关装置。这个实施例还包括多个断路器以及控制总线，所述断路器电气连接到多个从属模块上并被配置用于提供开关装置与电气系统之间的电气接点，所述控制总线被配置用于将一个或多个控制信号从控制模块传输到多个从属模块中的至少一个中。此外，控制信号被配置用于使多个从属模块中的至少一个的开关装置能够从连接到多个断路器中的至少一个上的能源而向电气系统提供能量。
[0022]本发明的另一个实施例包括用于对供到至少一个电气组件上的能量进行控制的方法。所述方法包括将第一控制信号从控制模块传输到通信总线上的第一从属模块中的操作，所述第一从属模块包括设置在第一能源与电力总线之间的第一开关装置，其中所述第一控制信号断开第一开关装置以使第一能源中的能量停止为电力总线供应能量。所述方法还包括将第二控制信号从控制模块传输到通信总线上的第二从属模块中的操作，所述第二从属模块包括设置在第二能源与所述电力总线之间的第二开关装置，其中所述第二控制信号闭合第二开关装置以使第二能源中的能量为所述电力总线供应能量。在这个实施例中，第一能源可以是公用能源而第二能源可以是替代能源。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]现参照形成本发明一部分的附图，其中:
[0024]图1A、图1B、图1C为图示了添加任何额外替代能源之前的现有技术公用电源安装的不意图；
[0025]图2为图示了现有技术系统的示意图，其中若干替代能源被添加到公用电源安装中；
[0026]图3为图示了用于被添加到公用电源安装中的替代能源的替代现有技术连接的示意图；
[0027]图4为根据本发明的实施例的能量接口系统的示意图；
[0028]图5为根据本发明的实施例的能量接口系统的控制模块的框图；
[0029]图6为根据本发明的实施例的能量接口系统的从属模块的框图；以及
[0030]图7为将公用电源与负载中心连接起来的能量接口系统的示意图。
[0031]图8为连接公用变压器源的能量接口系统的示意图。
【具体实施方式】
[0032]本发明的各方面涉及用于在用电场所中将替代能源与公用电源连接起来的能量接口系统的系统、方法，诸如此类。本文中所使用的替代能源包括除公用能源之外的任意能源，其包括被添加到用电场所公用电源中的一个或多个再生性能源、一个或多个备用源和/或一台或多台电动车。能量接口系统提供方便的接口，该接口除了用于公用电源连接之外，还在用电场所连接一个或多个替代能源。能量接口系统还提供使用上的灵活性，并基于接口系统的若干测量值与标准来提供公用能源与替代能源的分配。例如，能量接口系统可以使能量消耗与变化参数适配，所述参数例如，在特定的时间与能量的消耗或产生有关的公用事业费率表、替代燃料成本以及公用事业附加费。能量接口系统还允许将能被系统识别的充电或其它高能耗负载推迟到其他低能耗的时间。另外，本文描述的能量接口系统能够监控系统并与之通信，以便基于一个或多个标准或测量值来配置系统。
[0033]图4所示为根据本发明的实施例的能量接口系统10。能量接口系统10包括用于将替代能源与公用电源连接起来的一个或多个能量接口单元12。能量接口单元12包括通过配电总线20连接在一起的控制模块14以及任意数量的从属模块16。各个从属模块16电气连接到断路器18上，或者在一些实施例中，连接到电线接头上，从而为能源提供连接到接口单元12上的连接点，以下对此进行更为详细的描述。通信总线21将从属模块16连接到控制模块14上。尽管图4中的通信总线21显示从属模块16是串联连接的，但应理解，通信总线21可以采取允许控制模块14与从属模块之间进行通信的任何形式。例如，通信总线21的形式可以是从属模块16与控制模块14之间的多条通信线路。在另一个实例中，控制模块14可通过无线通信网络与从属模块16进行无线通信。能量接口单元12还可以包括中性总线(未示出)以及，如以下详细讨论的，天线48或其他传输/接收装置和/或用于从外部源传输和/或接收一个或多个控制信号的其他外部通信端口 49。
[0034]能量接口单元12的多个断路器18为接口系统10提供了若干安全特征。例如，断路器18可以提供自动保护，从而防止从一个或多个替代能源流入能量接口单元12的预定大电流会造成损害。另一个安全特征包括能量接口单元12外部的可接触性，用以使断路器18能用作可以符合美国国家电气规程的切断装置。例如，断路器18可以被配置成用挂锁锁住。切断功能的另一个可能的实施例包括外部把手，该把手通过电缆或连接到一个或多个断路器上的其他构件对一个或多个断路器18进行操作。
[0035]控制模块14通过将一个或多个控制信号经由通信总线21发送到一个或多个从属模块16中，来控制该从属模块的操作。在一些实例中，响应于系统的变化条件或测量值，或响应于控制模块从外部系统或操作员接收到命令，控制信号可以被传输到从属模块16中。另外，从属模块16可以将关于负载与使用的数据经由通信总线21传输到控制模块14中，这些数据可以进行存储，或者被传输到外部系统或操作员。通过这些通信，控制模块14提供了更大的灵活性以及对连接到能量接口单元12上的能源的更智能的管理。
[0036]现在参照图5，控制模块14包括电力供应单元28、可选的电池30或连接到外部电池上的设备、主控制单元32、内部通信单元34和外部通信单元36。通常，电力供应单元28为控制模块14的组件提供电力。例如，在一个实施例中，电力供应单元28可以为控制模块的主控制单元32与其他单元提供电力。同样地，在一些实施例中，电力供应单元28可以提供电力或在通信总线21上提供电力启动信号，从而为一个或多个从属模块16提供动力。电力供应单元28可以利用公用电源或通过电力总线20连接到能量接口单元12上的一个或多个替代能源，来为单元28、30、32、34、36以及模块14、16提供电力。单独地或连同其他部件，电池30可以被包括在控制模块14中从而为控制模块14和/或从属模块16提供电力，例如，在公用电源失效的情况下或者在能够接通替代能源之前。控制模块14还可以在电池开始失去电力时通过连接的能源给电池30充电。
[0037]控制模块14的主控制单元32的内部装有微处理器(未示出)或其他处理装置，这些装置运行控制程序从而控制控制模块14的各种功能，如下文所述。主控制单元32还可以包括被称为主存储器的动态存储装置，或随机存取存储器(RAM)或耦接到处理器上并用于存储信息与将要执行的指令的其他计算机可读装置。主存储器还可以用于在处理器执行指令的过程中存储临时变量或其它中间信息。主控制单元32可以包括只读存储器(ROM)和/或用于为处理器存储静态信息与指令的其他静态存储装置。
[0038]根据一个实施例，响应于处理器执行包含在主存储器中的一条或多条指令的一个或多个序列，主控制单元32可以执行本文所描述的技术。这些指令可以从另一个机器可读介质(如存储装置)被读入主存储器中。包含在主存储器中的指令序列的执行可以使处理器执行本文所描述的处理步骤。在替代实施例中，可以用电路系统替代软件指令，或者与软件指令结合使用。因此，本发明的实施例可以同时包括硬件组件与软件组件。
[0039]回到图4，能量接口单元12的通信总线21将电力发送到从属模块16与控制模块14中，与此同时还为控制模块与从属模块提供通信线路。在一个具体实施例中，总线21包括带状电缆，用于将从属模块16连接到控制模块14上，其中所述带状电缆具有固定在其上的绝缘位移连接器。在另一个实施例中，总线21可以是底板印刷电路板(PCB)。在又一个实施例中，总线21可以是多个无线信号收发器。如图5所示，控制模块14的内部通信单元34连接到总线21上(图4)从而与从属模块16通信。通常，内部通信单元34与主控制单元32通信，并作为来自和通往主控制单元32的数据通信的网关。在一个实施例中，每个从属模块16各自都具有与内部通信单元34连接的通信线路。在这个实施例中，总线20包括使用RS485标准的串行数据通信。本发明中的总线21可以是并行总线或无线总线，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。同样地，本领域的普通技术人员将认可本发明中可以使用其他的数据通信标准，例如，RS232、RS422或RS423。
[0040]外部通信单元36还可以连接到主控制单元32，从而从外部源接收数据或向外部源传输数据。一般地，主控制单元32被配置成通过外部通信单元36接入外部数据源和/或命令源。外部通信单元36包括任意数量的不同通信端口(如USB端口 38)、互联网连接40、无线连接42、总线扩展44以及扩展连接端口 46。USB端口 38与互联网连接40用于数据存储或监控系统(如通信网络)的直接的有线连接。无线连接42包括用于射频(RF)、Zigbee?、蜂窝式、Bjueux油?或其他无线通信的可选收发器。或者，或除此之外，无线
连接42还可以包括以太网终端，以便与用于接入互联网的路由器相连接，从而从网络传输和接收信息。如图4与图7所示，可以提供内部或外部天线48来协助无线通信。总线扩展44 (图5)为用于通过本发明的额外迭代进行串行通信的通信端口。例如，图4所示的多个能量单元12可以连接到它们各自的总线扩展44上，从而构成包括多个能量接口单元的工业应用能量接口系统10。通过用来自各个总线扩展44的一条通信线路将多个能量接口单元12连接起来，一个控制模块14能够与许多能量接口单元12以及它们的从属模块16通信并且/或者对这些单元及模块进行控制，从而使得，该能量接口系统10能够用在更大规模的安装(如商业或工业建筑)中。外部通信单元36的扩展连接端口 46为额外的通信构件提供了空位，如将要插入控制模块14中的电力线载波通信(PLCC)装置。
[0041]现参照图6，图中所示为能量接口单元12的从属模块16。通常，从属模块16包括第一电压传感器50、第二电压传感器51、电流传感器52、计量器电路54、开关装置56和内部通信单元58。如图4所示，从属模块16的开关装置56在线路总线20与断路器18之间提供双稳态开关(或开/关开关)，该开关可由控制模块14控制。为了便于进行此控制，控制模块14可以向控制总线21上的从属模块16提供控制信号从而断开和闭合开关装置56。因此，尽管未在图6中示出，但开关装置56可以与内部通信单元58通信，从而提供对开关装置的控制模块控制。类似地，从属模块16的其他组件也可以与内部通信单元58通信，从而提供信息并且/或者从控制模块14接收命令信号。
[0042]回到图6，第一电压传感器50与电压线路总线20 (图4)电气通信，且该传感器被配置用于测量开关装置56线路侧的电压。类似地，第二电压传感器51连接到断路器18并被配置用于测量开关装置56断路器侧的输出处的电压。第一电压传感器50与第二电压传感器51可以通过内部通信单元58向控制模块14提供关于实测电压的数据，由此主控制单元32 (图5)能够验证开关装置56负载侧的源或负载的状态。以类似的方式，电流传感器52电气连接到线路总线20上，并且可以测量并报告开关装置56线路侧的电流读数。
[0043]计量器电路54可以被包括在从属模块16中，其包括用于从第一电压传感器50与电流传感器52接受输入以获得电力读数的集成电路。具体而言，计量器电路54中的处理器可以对从第一电压传感器50与电流传感器52得到的输入进行处理，并将此信息传输到控制模块14中，由此提供公用事业分级计量能力。计量器电路54还可以通过总线21与控制模块14通信，从而允许控制模块14运用其编程策略。可以通过内部通信单元58进行传输，该内部通信单元经由总线21连接到控制模块14的内部通信单元34上。
[0044]如前所述，响应于能量接口系统的操作变化，控制模块14 (图4)可以利用从属模块16的传感器与开关装置56。在一个实例中，公用电源可能失效，于是需要替代能源。控制模块14将通过从属模块16中的第二电压传感器51来验证发电机中的电压量是否合适。更具体地说，第二电压传感器51可以测量开关断路器侧的电压，并通过内部通信单元58将实测电压提供给控制模块14。如果检测到电压量合适，控制模块14可以传输控制信号以将从属模块16的开关装置56切换到闭合位置。当第二电压传感器51从公用电源中感应到稳定电压时，控制模块14将初始化编程序列以使能量接口系统10重新使用公用电源。
[0045]现参照图7，所示的能量接口系统10被连接在图1A的计量器I与负载中心2之间。因此，例如，能量接口系统10可以用于额定电流约200安培的120/240伏单相住宅系统。然而，本发明中的系统可以被适配用于在美国常用的任意单相或三相的低压(约600伏或更小)系统，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。另外，可以设想在电网的其他方面实施能量接口系统10，将参照图8对此进行讨论。
[0046]本发明的一个优点是能量接口系统10可以经改装用在现有用电场所的电气服务中。此外，能量接口系统10允许多个替代能源或负载连接到一个接口上，该接口符合美国国家电气规程对于可见切断开关的要求。更具体地说，如图7所示，现有计量器插座I通过一个断路器18连接到能量接口系统10上。在这个实例中，断路器18可以是200安培断路器。能量接口系统10还通过另一个断路器18连接到负载中心2上。然而，在一些实施例中，负载中心2可以通过电线接头(未示出)而不通过断路器连接到能量接口系统10上，因为负载中心2也包含主断路器3。通过在公用事业连接与负载中心2之间串联连接从属模块16的开关装置，能量接口系统10可以响应于来自控制模块14的一个或多个控制信号而从电网上断开从而进行“脱离电网”的操作。
[0047]允许已连接的负载脱离电网运行的能量接口系统10的一个实例如下。诸如发电机60之类的备用电源可以通过断路器18连接。非关键负载中心62也通过独立的断路器18连接到能量接口系统10上。非关键负载中心62通常为仪表板或负载中心，用于服务于在公用电力发生损耗的情况下非必需的负载。当在连接到公用事业的从属模块16处检测到公用电力损耗时，控制模块14可以使从属模块的开关进行切换操作从而关闭公用电力。控制模块14还可以使连接到发电机60上的从属模块16的开关装置进行操作，从而闭合开关使得发电机向用电场所供应电力。另外，控制模块14可以断开连接到非关键负载中心62上的从属模块16的开关装置，从而将那些负载从系统中移除。当公用能源恢复时(在从属模块16处检测到)，控制模块14就能发送一个或多个控制信号来使能量接口系统10恢复使用公用电力。
[0048]能量接口系统10的这种配置允许替代能源(如发电量小于整个用电场所所需发电量的发电机60)在公用电力发生损耗的情况下为关键负载提供动力，同时不会在非关键负载上浪费发电量。以此方式，一个从属模块16可以在合适的时候关闭几个甚至几十个非关键负载。
[0049]类似地，当公用能源被移除时，任何额外的替代或再生性能源可以通过能量接口系统10接入能量系统，从而提供能量。例如，诸如太阳能电池阵列64之类的再生性能源通过逆变器66连接到断路器18上。另一个再生性能源，感应风力发电机68，也可通过断路器18连接到独立的从属模块16上。因此，能量接口系统10允许多个替代能源连接到分配负载中心2上，而无需利用负载中心2中的任何分支断路器连接4，从而使这些断路器连接可用于其他连接。
[0050]为了便于转换到替代能源，控制模块14可以为可编程自动操作的。就是说，控制模块14可以通过执行软件程序来自动控制从属模块16。更具体地说，主控制单元32 (图5)的处理器可以执行一个或多个程序。这些程序可以使得主控制单元32将一个或多个控制信号传输到从属模块16中，从而控制能量接口系统10中的连接。因此，继续上面的实例，当检测到公用电力损耗时，主控制单元32可以通过上述方式自动执行将电力切换到备用发电机能源60的程序，而无需人工操作控制模块。在另一个实例中，当系统10检测到再生性替代能源达到的能量足以驱动连接到系统上的装置时，主控制单元32可以自动切换到再生性替代能源。另外，当系统10检测到再生性能源的能量不足以驱动系统时，控制模块14可以自动恢复使用公用电力。
[0051]此外，控制模块14可以被配置用于存储反映并响应于系统10的用户的操作策略的一个或多个可执行程序。例如，能量接口模块可以被配置成考虑连接到接口系统10上的哪个能源能提供最大的可靠性、从哪个源接收能量最贵、哪个源产生的用户开销最小等等。这些考虑条件可以在安装时选择，也可以在之后通过外部通信单元36修改。通常，当系统在使用中时，接口系统10的任意操作测量或状态都会被控制模块14考虑到。另外，系统10的其他参数也可以被控制模块14考虑到，如一天中的时间、一周中的某天、一年中的时间、从公用事业公司收到的能量消耗测量值、替代能源的状态，以及能量系统10与连接到能量系统上的组件的任何其他测量值。
[0052]为此，控制模块14还可以存储一个或多个用户配置文件，这些配置文件与接口系统10的多个用户相符，或与可以由单个用户选择的不同配置文件相符。因此，存储在配置文件之下的各个程序可以用于由能量接口系统10执行的一个或多个操作。例如，配置文件可以存储用于控制能量接口系统使其在冬天消耗最小成本的程序、用于对夏天高峰期的负载与消耗进行管理的程序、用于在晚上给电池源充电的程序、在高峰期将电力反馈回电网的程序、对可从公用事业公司获得的因向系统提供能量而产生的账目进行核算和管理的程序等等。通常，任何首选项和/或自定义项都可以存储在用户配置文件下，该配置文件响应于能量接口系统10的测量值、时间或条件，用以对应地配置系统。可以在安装时将用户配置文件编程到控制模块14中，或者可以在安装后通过外部通信单元36上载。
[0053]另外，控制模块14也可以通过互联网或其它通信端口向服务器报告系统的状态，从而使得远程装置或远程用户能够对系统性能进行监控或调整。例如，系统10可以通过控制模块14的外部通信单元36将更新发送到通信网络中，该通信网络将该信息传输到个人计算机(PC)或其他计算装置。在一个实例中，可以通过互联网连接发送系统信息。在另一个实例中，可以通过利用天线48的无线通信网络来传输系统信息。接收到系统信息之后，计算装置或计算装置的操作员可以响应于系统的能量测量值和/或条件来监控和/或调整控制模块14。本文使用的计算机置，包括连接到互联网的PC或者与(例如)“智能手机”或其他显示模块相连的无线连接。以此方式，可以远程实现对能量接口系统10的监控。例如，监控可以包括通过网站或在无线手持技术(如智能手机、PDA、手机等)上显示计量器读数、状态和其他数据。基于可能的用户首选项，监控也可以包括通过电子邮件(e-mai I)传送基于电力事件(如电力损耗)的警报或状态事件。
[0054]响应于在远程显示器处接受到系统信息，远程装置或远程用户可以对应地配置能量接口系统。例如，远程计算装置可以执行任何上述程序来配置系统10。因此，远程计算装置可以向控制模块14提供一个或多个控制信号(利用控制模块的外部通信单元36)，从而响应于变化的能量消耗条件、一天、一周或一年中的时间、替代能源的可用性、从公用事业公司收到的信息(如，响应于因削减能量使用而产生的轮流停电或潜在退款)等，来配置从属模块14。通常，远程计算置可以为控制模块14的主控制单元32执行本文描述的任意功能。类似地，通过控制模块的外部通信单元36或通过在接口系统处人工地向系统提供一个或多个控制信号，响应于在远程显示器处接收到的系统信息，用户可以配置系统10。
[0055]能量接口系统10还能够存储数据以用于随后的监控和复查。控制模块14可以将数据、配置文件与程序存储在内部存储器中，如用于本地的内部存储器装置。控制模块14可选地利用外部通信单元36将数据存储在远程服务器中。该服务器可以经由互联网接入，并且网页能够显示用户在服务器上所选择的数据。在商业或工业环境中，其中使用多个能量接口单元12，控制模块14经由内联网将数据发送到用于内部监控的服务器中。
[0056]本发明使得能够连接到服务器上，从而允许系统注册、选择操作首选项、存储和检索操作数据(如能量接口系统10中各个能量接口单元12的千瓦时性能)、软件更新、维护警报规定，以及通过网站实现的许多其他有价值的功能。
[0057]能量接口系统10可以协同用户所选择的程序中的参数来控制远程位置处的能量消耗单元或负载。例如，能量接口系统10的控制模块14可以控制具有恒温器的供暖设备和空调，该恒温器配备了用于与外部通信单元36通信的无线通信。无线通信可以用于控制无线恒温器，从而允许或在需要减小负载时禁止大规模供暖设备或空气调节负载。在又一个实例中，控制模块14控制配备有无线通信的一个或多个电器。还可以通过基于PLCC的接口实现与能量消耗单元或负载的通信。因此，能量接口系统10监控替代能源的能量生产以及各种负载的能量消耗，从而自动打开或关闭替代能源和负载以符合预编程的用户配置文件。用户可以从万维网上下载其他操作配置文件程序，以在能量接口系统10的控制模块14处实施。[0058]如上所述，能量接口系统10可以位于能量网低压配电侧上的任意位置处来提供接口系统。因此，如图7所示，能量接口系统10可以位于计量器插座I与负载中心2之间。在图8所示的另一个实例中，接口系统10可以位于能量网的变压器100与连接到能量网上的一个或多个客户102之间。在这个实例中，用于住宅或商业用电场所的服务102可以通过能量接口系统10的一个或多个从属模块16连接到能量网上。这种配置将允许远程存取能量使用信息，除此之外还提供各个客户的开/关控制，而无需在各个用户用电场所配备独立的计量器。同样地，接口系统10的用户(如公用事业公司)可以利用系统来对传输到客户连接102中以及从客户连接接收的电力进行控制。能量接口系统10可以包括如以上实例中所述的类似组件与功能，由此允许接口系统的用户本地或远程接入从而对连接到接口系统上的组件进行配置、控制和测量。以此方式，能量接口系统10可以在低压能量网的任何一点处实施，从而提供对连接到接口系统上的组件的控制。
[0059]在另一个实施例中，能量接口系统10可以并入到移动结构上，以提供用于现场应用的便携式微网。在使用中，便携式能量接口系统10可以通过传统方式连接到公用事业，并为电气组件提供多个连接点以连接到电力网，所述电气组件包括可以从某个场所移来的便携式结构和/或组件。在这个实施例中，能量接口系统10为组件提供便携式连接点，如上所述，可以通过控制模块来控制这些连接点。
[0060]此外，尽管能量接口系统10在图4到图8中被图示为能够控制六个替代能源或负载，但本发明中可以利用多于或少于六个从属模块16，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。此外，本发明中可以连接的源或负载并不限于图示或提及的那一些，这对于本领域的普通技术人员来说也是显而易见的。
[0061]尽管只选择了所选实施例来说明本发明，但在本发明中，可以在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的前提下，对本文作出各种改变与修改，这对于本领域的技术人员来说是显而易见的。此外，前面对根据本发明的实施例的描述仅用于示例目的，而非为了对所附权利要求及其等同形式所限定的本发明进行限制。
【权利要求】
1.一种能量接口系统，其包括: 控制模块； 多个从属模块，所述从属模块电气连接到所述控制模块上且包括开关装置； 多个断路器，所述多个断路器电气连接到所述多个从属模块上并被配置成用于提供所述开关装置与电气系统之间的电气接点；以及 控制总线，所述控制总线被配置用于将一个或多个控制信号从所述控制模块传输到所述多个从属模块中的至少一个中，其中所述控制信号使得所述多个从属模块中的至少一个的所述开关装置能够从连接到所述多个断路器中的至少一个上的能源向所述电气系统提供能量。
2.根据权利要求1所述的能量接口系统，其中所述控制模块进一步包括: 处理装置；以及 被配置用于存储可执行指令的计算机可读介质，所述可执行指令在被所述处理装置执行时，会使所述控制模块传输所述一个或多个控制信号从而能够切换所述装置。
3.根据权利要求1所述的能量接口系统，其中所述控制模块进一步包括: 被配置用于从连接到所述多个断路器中的至少一个上的所述能源向所述控制模块提供电力的电力供应器。
4.根据权利要求1所述的能量接口系统，其中所述控制模块进一步包括: 外部通信单元，所述外部通信单`元被配置用于从与所述外部通信单元通信的远程计算装置接收指令，其中所述指令使所述控制模块传输所述一个或多个控制信号。
5.根据权利要求4所述的能量接口系统，其中所述外部通信单元包括: 用于连接到互联网的网络通信端口。
6.根据权利要求4所述的能量接口系统，其中所述外部通信单元包括: 天线；以及 无线通信端口，其中所述天线与无线通信端口被配置用于无线接收所述指令。
7.根据权利要求1所述的能量接口系统，其中所述多个从属模块中的至少一个进一步包括: 第一电压传感器，所述第一电压传感器被配置用于测量已连接的断路器处的电压，其中所述多个从属模块中的所述至少一个被配置用于将所述第一电压传感器处的电压测量值传输到所述控制模块中。
8.根据权利要求7所述的能量接口系统，其中所述多个从属模块中的所述至少一个进一步包括: 第二电压传感器，所述第二电压传感器被配置用于测量所述至少一个从属模块的线路侧处的电压，其中所述多个从属模块中的所述至少一个被配置用于将所述第二电压传感器处的电压测量值传输到所述控制模块中。
9.根据权利要求1所述的能量接口系统，其中所述多个从属模块中的所述至少一个进一步包括: 计量电路，所述计量电路被配置用于测量所述多个从属模块中的所述至少一个的电压与电流，并用于基于所述多个从属模块中的所述至少一个的实测电压与电流，提供电力计量功能。
10.根据权利要求1所述的能量接口系统，其中至少一个替代能源电气连接到所述多个断路器中的至少一个上。
11.根据权利要求1所述的能量接口系统，其中所述能源包括公用能源。
12.根据权利要求10所述的能量接口系统，其中所述能源包括所述至少一个替代能源。
13.一种用于对供到至少一个电气组件上的能量进行控制的方法，所述方法包括: 通过通信总线将第一控制信号从控制模块传输到第一从属模块中，所述第一从属模块包括设置在第一能源与电力总线之间的第一开关装置，其中所述第一控制信号断开所述第一开关装置使所述第一能源中的所述能量停止为所述电力总线供应能量；以及 通过所述通信总线将第二控制信号从所述控制模块传输到第二从属模块中，所述第二从属模块包括设置在第二能源与所述电力总线之间的第二开关装置，其中所述第二控制信号闭合所述第二开关装置使所述第二能源中的所述能量为所述电力总线供应能量； 其中所述第一能源为公用能源，所述第二能源为替代能源。
14.根据权利要求13所述的用于对供到至少一个电气组件上的能量进行控制的方法进一步包括: 通过外部通信单元从远程计算装置接收至少一个指令，并且响应于接收到所述至少一个指令，传输所述第一控制信号与所述第二控制信号。
15.根据权利要求13所述的用于对供到至少一个电气组件上的能量进行控制的方法进一步包括: 从与所述第二从属模块有关的第`一电压传感器接收所述电力总线的电压测量值；以及 从与所述第二从属模块有关的第二电压传感器接收所述第二能源的电压测量值。
16.根据权利要求15所述的用于对供到至少一个电气组件上的能量进行控制的方法进一步包括: 通过所述通信总线将第三控制信号从所述控制模块传输到所述第二从属模块中，其中所述第三控制信号断开所述第二开关装置。
17.根据权利要求14所述的用于对供到至少一个电气组件上的能量进行控制的方法进一步包括: 利用外部通信单元将与所述第一从属模块有关的至少一个接收到的测量值传输到远程计算装置中。
18.根据权利要求14所述的用于对供到至少一个电气组件上的能量进行控制的方法进一步包括: 将用户配置文件存储到计算机可读介质中，其中传输所述第一控制信号以及传输所述第二控制信号是至少基于所存储的用户配置文件来进行的。
19.根据权利要求13所述的用于对供到至少一个电气组件上的能量进行控制的方法进一步包括: 维持日期与时间，其中传输所述第一控制信号以及传输所述第二控制信号是至少基于一天中的时间来进行的。
20.根据权利要求13所述的用于对供到至少一个电气组件上的能量进行控制的方法，其中传输所述第一控制信号以及传输所述第二控制信号是至少基于与所述公用能源有关的信息来进行的。
【文档编号】H02J3/14GK103503265SQ201280014550
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年1月30日 优先权日:2011年1月31日
【发明者】约翰·V·席格拉克 申请人:米尔班克制造有限公司