背景技术：
1、分布式能源（distributed energy source，der）（例如屋顶太阳能电池板、电池和化石燃料发电机）正在改变电网，尤其是如何生成、传输和消耗电能。der可被安装为向例如街区、工厂、建筑物或房屋的特定区域中的负载设备提供电力。给定位置处的der和负载设备可以形成微电网。微电网可以连接到公用电网以从公用电网汲取电能或向公用电网供应电能。微电网也可以与公用电网断开并且独立于公用电网操作。尽管在能量管理领域取得了进展，但是本领域中仍然需要与负载管理和能量优化有关的改进的方法和系统。
技术实现思路
1、本发明总体上涉及用于管理微电网系统中的负载和电源的方法和系统。更具体地，本发明的实施例涉及一种能量管理系统，其可以用于优化电负载并且路由来自例如家庭能源电网的微电网中的电源的能量。本发明也可应用于家庭之外，并且可以在其中可以安装多个电源以向多个负载提供供电的其它住宅、商业或工业环境中采用。
2、本文描述的一些示例涉及一种能量管理系统，其可以包括一个或多个继电器板、微电网互连设备（mid）板、控制板、电池、中性点形成变压器（nft）以及一个或多个微控制器单元（mcu）。能量管理系统可以与微电网中的各种电源和负载通信并管理微电网中的各种电源和负载。电源可以包括连接到微电网的太阳能电池板、具有集成或单独的逆变器的电池以及备用发电机。微电网还可以连接到公用电网或与公用电网断开。能量管理系统可以针对特定微电网定制，以优化负载和电源，并且在不同场景中提供具有快速响应时间的高效备用能量。能量管理系统可以学习各个负载的负载简档，并且基于负载简档添加或卸除负载，以避免使连接到太阳能电池板和/或电池能量存储系统（bess）的电逆变器过载。在学习模式下，能量管理系统可以以预定时间间隔（例如每周、每两周、每月和季节性）学习微电网中的峰值和稳态负载，并且使用该信息来生成负载简档。机器学习模型也可用于生成负载简档，包括峰值负载、稳态负载等。在执行模式下，能量管理系统可以基于负载简档、负载优先级、电网状况和/或来自电网运营商的消息来添加或卸除某些负载。本文描述的能量管理系统降低了电逆变器变得过载的可能性，这又降低了电逆变器被关闭的可能性。通过该过程，可以优化微电网或其它微电网中的负载和供电。
3、一个或多个继电器板包括继电器开关，其可操作为将负载或源连接到微电网或将负载或源与微电网断开。在一些示例中，能量管理系统可以监测继电器温度以检测继电器劣化或故障。与继电器相关联的温度可以反映继电器的阻抗。温度或温度升高越高，继电器的阻抗可能越高，这可以指示继电器的触点正在劣化。如果继电器温度升高到预定阈值以上，则它可以指示继电器中的异常状况：劣化或即将发生的故障。能量管理系统可以确定继电器的温度满足或超过预定阈值，并且响应地生成警报消息并向与微电网相关联的用户或操作员传输警报消息以执行某些缓解措施。能量管理系统还可以生成断开或隔离继电器开关的控制消息。
4、在一些示例中，继电器板是可以容易地从能量管理系统添加或移除的模块板。继电器和感测板可以包括固定数量（例如4个）的继电器开关。如果继电器板上的一个继电器开关发生故障，可以改用备用继电器和电流感测通道，或者可以快速且容易地更换整个继电器板。这可以简化维护和升级过程。各个继电器通道可以包括电压、电流和温度监测。
5、在一些示例中，能量管理系统可以采用过零切换，这可以防止电弧放电。由于电弧放电可能引起继电器点蚀（例如损坏继电器触点），所以防止这样的电弧放电可以帮助延长继电器的寿命。过零切换可以涉及当电流或电压为零或大致为零时接通或断开继电器。然而，由于继电器不能瞬时断开和闭合，因此可能难以协调继电器的切换与过零。相反，它们可能花费少量时间来断开或闭合，并且该少量时间是可变的。随着继电器老化，其弹簧可能随着时间而变得松弛，这也可能导致继电器开关的闭合或断开时间变化（例如变得更慢）。在一些情况下，从传输断开或闭合继电器开关的信号的时间开始，可能花费0.25-2.560 hz的周期来断开或闭合继电器开关。同时，对于电感或电容负载，电流和电压是异相的。为了解决这些和其他挑战，在一些示例中，能量管理系统可以实现自动校准算法，其预先预测需要多远来传输协调继电器的断开/闭合与过零的断开/闭合信号。这可以帮助确保，随着继电器老化和它们的切换时间变化，它们仍然可以与过零充分同步地断开/闭合以避免电弧放电。
6、在一些示例中，能量管理系统可以包括电流传感器，其联接到继电器开关，以测量对应连接的负载电路或电源中的电流。在一些情况下，电流传感器（例如霍尔效应电流传感器）在更高温度下可更准确。如果电流开关的环境温度低于25°c，尤其是在寒冷地区，则电流传感器可能不能准确地运行。在25°c或以上，环境温度越高，准确度水平可以越高，直到达到上限，在该上限处电流传感器被损坏。一些示例利用这些原理来优化电流传感器的放置。例如，电流传感器可以放置得更靠近继电器，并且被继电器开关处生成的热量加热，尤其是在寒冷地区，但是不会太靠近而损坏电流传感器。可以基于气候数据和联接的继电器开关的热趋势来确定电流传感器与联接的继电器开关之间的最佳距离。
7、能量管理系统自动检测内部备用电池的健康状态的劣化。能量管理系统中的该内部电池可操作为向控制板供电并且向附加特征供电。可以周期性地（例如每季度地）测试电池以确定其是否需要更换或已经劣化。该测试可以涉及缓慢地耗尽电池以验证其容量。例如，耗尽过程可以与先前的记录进行比较。测试所需的电子器件或软件可以集成到能量管理系统的控制板中。
8、能量管理系统可以被配置在封闭的面板中。在一些示例中，能量管理系统的外壳可以用作能量管理系统中的一个或多个继电器板和mid板的热沉。例如，继电器板可以通过热焊盘安装到外壳。一个或多个继电器板和mid板可能比控制板上的集成电路热得多。为了保护控制板并提高其寿命，控制板可以与继电器板和mid板分离，使得控制板可以与能量管理系统的其它部分热绝缘。例如，控制板可以竖直地安装到继电器板和mid板一定距离处。
9、根据本发明的一个实施例，能量管理系统可以包括被配置为与微电网中的一个或多个电源或负载设备对应地连接的一个或多个继电器开关、被配置为与公用电网连接或断开的微电网互连设备、以及一个或多个微控制器单元。一个或多个微控制器单元可以包括通信接口、非瞬态计算机可读介质以及通信地联接到通信接口和非瞬态计算机可读介质的一个或多个处理器。一个或多个处理器可以被配置为执行存储在非瞬态计算机可读介质中的处理器可执行指令，以使用与公用电网、一个或多个电源以及一个或多个负载设备相关联的多个传感器来监测微电网；基于来自多个传感器的测量来确定与微电网中的一个或多个负载设备对应的一个或多个负载简档；基于用户输入或一个或多个电源的可用性来确定微电网中的一个或多个负载设备的优先级顺序；以及基于公用电网状况、一个或多个负载简档以及一个或多个负载设备的优先级顺序来动态地将一个或多个负载设备与一个或多个电源连接和断开。
10、根据本发明的一个实施例，能量管理系统可以执行对分别连接的负载所运行的供电电压的相的自动识别。能量管理系统可以监测负载处的负载电流的变化，并且将负载电流变化与在供电电压的各个相上感测的变化相关联。在某一有限时段内观察到的变化相关性可以指示各个受控负载所连接的相。相识别可以促进负载卸除以达到相平衡。类似地，虽然更昂贵的解决方案将依赖于测量各个负载的电压以确定它在哪个相上，然而，电压感测解决方案不太有利，因为其需要在各个负载输入上的额外电压感测。
11、本发明的另一实施例包括一种由连接到微电网的能量管理系统执行的方法。能量管理系统可以包括与微电网中的一个或多个电源或负载设备对应地连接的一个或多个继电器开关、被配置为将微电网与公用电网连接或断开的微电网互连设备、以及一个或多个微控制器单元。方法可以包括使用与公用电网、一个或多个电源以及一个或多个负载设备相关联的多个传感器来监测微电网。方法可以包括基于来自多个传感器的测量确定与微电网中的一个或多个负载设备对应的一个或多个负载简档。方法可以包括基于用户输入或一个或多个电源的可用性来确定微电网中的一个或多个负载设备的优先级顺序。方法可以包括基于公用电网状况、天气、环境状况、一天中的时间、日期、一周中的天、月、年、来自一个或多个电源的可用电力、一个或多个负载简档以及一个或多个负载设备的优先级顺序，动态地将一个或多个电源与一个或多个负载设备连接和断开。
12、本发明的又一实施例包括一种非瞬态计算机可读介质。非瞬态计算机可读介质可以包括处理器可执行指令，其被配置为使得一个或多个处理器使用与公用电网、微电网中的一个或多个电源以及微电网中的一个或多个负载设备相关联的多个传感器来监测微电网，基于来自多个传感器的测量来确定与微电网中的一个或多个负载设备对应的一个或多个负载简档，基于用户输入或一个或多个电源的可用性来确定微电网中的一个或多个负载设备的优先级顺序，以及基于公用电网状况、天气、环境状况、一天中的时间、日期、一周中的天、月或年、来自一个或多个电源的可用电力、一个或多个学习的负载简档以及一个或多个负载设备的优先级顺序来动态地将一个或多个电源和一个或多个负载设备连接和断开。