專利名稱：模塊化能量控制系統(tǒng)的制作方法
模塊化能量控制系統(tǒng) 本發(fā)明一般涉及能量管理領(lǐng)域，尤其涉及用于控制能量產(chǎn)生和消耗設(shè)備的
系統(tǒng)和方法。本申請的主題與共同所有的于2005年6月6日提交、題為 "Optimized Energy Management System"(最優(yōu)化能量管理系統(tǒng))的美國申請 No. 11/144,834有關(guān)，其內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
扭旦 冃豕
隨著全世界對能量需求的增大，來自環(huán)境考慮和能源價格波動的壓力已提 高了對節(jié)能和替代能源的需求?？删幊套詣诱{(diào)溫器已允許消費者對他們的供暖 和制冷系統(tǒng)編程從而減少他們不在家或入睡期間的消耗。自動定時器已使消費 者能在不需要時關(guān)燈。太陽能電池板、燃料電池、風(fēng)車、備用發(fā)電機和其他能 源已變得更加適用于居家和企業(yè)。然而，因為諸如回收成本的困難、替代能源 供應(yīng)(例如太陽、風(fēng))的不可預(yù)測性、以及在將這些能源和設(shè)備集成到常規(guī)電 力系統(tǒng)中的困難之類的因素，這些替代能源和技術(shù)的使用已受到限制。常規(guī)家 庭自動化系統(tǒng)通常不會成熟到考慮發(fā)電變數(shù)和需求預(yù)測表。
諸如那些在以上標(biāo)識的專利申請中所描述的系統(tǒng)和方法向諸如住宅家庭 用戶之類的能量消費者提供一種更好地平衡電能的產(chǎn)生、消耗和存儲的手段， 包括存儲例如由光伏(PV)板產(chǎn)生的電能的能力。通過監(jiān)控電源和規(guī)劃能量需 求，能量消費者能夠更有效地使用能源。
如上所述的協(xié)調(diào)能量平衡所需的設(shè)備可能是昂貴并龐大的。因此，提供用 于在諸如居家或辦公室之類的環(huán)境中測量和控制能量裝置的模塊化體系結(jié)構(gòu) 是合乎需要的。
發(fā)明概要
本發(fā)明一實施例包括與一個或多個負(fù)載管理器無線通信的能量管理器基 本單元。各個負(fù)載管理器測量被一個或多個耦合到那個負(fù)載管理器的設(shè)備所消耗的能量，無線地將能量測量讀數(shù)傳回基本單元，并且基于基本單元的無線控 制可關(guān)閉或減少對這一個或多個設(shè)備提供的能量。新的負(fù)載管理器可被模塊化 地添加到具有最低配置和可容易縮放成本的系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明另一實施例，能量管理器基本單元與一個或多個控制由PV板 產(chǎn)生的電力的光伏(PV)逆變器、或替換地與一個或多個耦合到這些PV逆變 器的無線適配器無線通信。各個適配器將關(guān)于太陽電池板上可用的太陽能的測 量值無線傳輸回基本單元，并且可無線接收來自基本單元的命令以配置各個逆 變器控制PV板的發(fā)電、并可任選地引導(dǎo)這些能量以存儲于一個或多個電池或 其他儲能設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明又一實施例，能量管理器基本單元與耦合到測量進(jìn)入屋內(nèi)的功 率的"智能"功率表的無線適配器無線通信，并可任選地將由智能功率表使用 的協(xié)議轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)內(nèi)部使用的協(xié)議。
以下更詳細(xì)地描述其他變體和實施例，且本發(fā)明并不旨在以任何方式受此 概要的限制。
附圖簡述


圖1示出其中可實踐本發(fā)明各種原理的能量管理系統(tǒng)。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明一種變體的包括無線基本單元、無線負(fù)載管理器、以 及用于PV逆變器的無線適配器的模塊化體系結(jié)構(gòu)。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明某些方面控制能量的產(chǎn)生和使用的過程。 圖4示出根據(jù)本發(fā)明各方面的用于無線適配器的一種可能配置。
發(fā)明詳述
圖1示出2005年6月6日提交的題為"Optimized Energy Management System Patent Application"(最優(yōu)化能量管理系統(tǒng)專利申請)的美國申請No. 11/144,834中所述類型的系統(tǒng)。如圖1所示，裝置101包括單元103，該單元 103包括控制器104和內(nèi)部存儲設(shè)備105。內(nèi)部存儲設(shè)備105可包括例如多個 用于存儲電能的鉛酸或鎳金屬氫化物存儲電池、飛輪、和/或諸如所謂"超級電 容器"之類的大型電容器?？扇芜x地包括外部存儲設(shè)備106以存儲附加的電能。存儲設(shè)備105和106可在電網(wǎng)中斷時期或電網(wǎng)價格超過某些臨界值期間對各種
設(shè)備供電，且它們可被用來在確定為有利期間將電量售回電力行業(yè)(electrical utility)。設(shè)備105和106的存儲容量可被選擇以適合特定環(huán)境，諸如通常的 居家、企業(yè)、或其他電消費者的需求。
包括用于將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的逆變器、斷路器、換相換能器之類 的電量電子設(shè)備也可被包括在內(nèi)，但它們在圖1中未被單獨示出。
為了基于諸如電力的時價；電池上的存儲電荷；諸如太陽能之類的替代能 源的可用性；溫度；以及諸如在此所描述的其他變量之類的一個或多個動態(tài)變 量來控制電能在設(shè)備116到122的分配，控制器104可包括用計算機軟件編程 的計算機和存儲器用于控制裝置101的運行。
控制器104和內(nèi)存設(shè)備105可存放于諸如具有適當(dāng)電纜布線和支承結(jié)構(gòu)的 金屬支架之類的單元103內(nèi)。裝置101還包括用于控制單元103的運行的用戶 界面102。用戶界面可包括小鍵盤和陰極射線管(CRT)、發(fā)光二極管(LED) 或液晶顯示器(LCD)顯示板或真空熒光顯示器；計算機顯示器和鍵盤；或任 何其他類似的界面。用戶接口可被用來選擇各種運行模式；顯示關(guān)于裝置運行 的信息；以及用于對裝置編程。單元101的商業(yè)可用版本包括GRIDPOINT CO麗ECT^和GRIDPOINT PROTECT^產(chǎn)品，這兩種都可向華盛頓的GridPoint 股份有限公司購買。
可設(shè)置可任選控制中心108以便經(jīng)由諸如廣域網(wǎng)(WAN) 107 (例如因特 網(wǎng))之類的網(wǎng)絡(luò)向裝置101傳輸命令。向位于不同家庭或企業(yè)的多個單元101 傳輸命令的控制中心108可位于諸如中央控制機構(gòu)之類的遠(yuǎn)程位置。除了傳輸 命令，控制中心108可傳輸定價信息(例如電力的時價)，以使控制器104可 根據(jù)本發(fā)明的各種原理作有關(guān)電力控制和分配的決定。
裝置101經(jīng)由可包括斷路器、浪涌抑制器及其他電力設(shè)備的電源接口 (未 示出)耦合到公用電網(wǎng)115。可以諸如通常在家發(fā)現(xiàn)的110伏特或240伏特之 類的各種形式提供電力。備用發(fā)電機114也可被設(shè)置，并在需要時由裝置101 控制。為了對裝置提供電力，還可設(shè)置一個或多個替代能源109到113。這些 電源可包括可被安裝在家庭或企業(yè)的屋頂上的光伏(PV)電池109;基于水 的流動發(fā)電的微型水力發(fā)電機110;燃?xì)鉁u輪111;風(fēng)車或其他基于風(fēng)的設(shè)備
8112;以及燃料電池113。當(dāng)然可設(shè)置其他電源。
在正常運行期間，除電網(wǎng)115之外，來自一個或多個電源的電能可被用來
對存儲單元105和106充電禾B/或滿足需求。在從電網(wǎng)115斷電或限制用電期間， 這些附加的電源(以及存儲單元105和106)可被用來滿足能量需求。此外， 剩余電能可如在此更詳細(xì)解釋地基于供求計算的最優(yōu)化被售回電網(wǎng)。
圖1所示的粗線指示配電路徑。去往和來自各種設(shè)備的控制路徑未被單獨 示出，但隱含于圖1中。
一個或多個耗電設(shè)備116到122也可由裝置101控制，并從裝置101接收 電力。這些包括一個或多個傳感器116 (例如自動調(diào)溫器、占用傳感器、濕度 計等)；供暖/通風(fēng)/空調(diào)單元117;熱水加熱機118;遮光簾119;窗戶120 (例 如打開/關(guān)閉和/或色調(diào)控制)；以及一個或多個家用電器121 (例如洗衣機； 烘干機；洗碗機；冰箱等)。 一些家用電器可以是可直接從裝置101接收控制 信號的所謂的"智能"家用電器?？墒褂靡粋€或多個可控繼電器122控制其他 常規(guī)家用電器。在所有實施例中裝置101不必直接對設(shè)備116到112供電。例 如，裝置101在家庭或企業(yè)中可被結(jié)合到電能系統(tǒng)，且電力將經(jīng)由該路徑被提 供給設(shè)備。例如如果發(fā)生斷電，則可使用適當(dāng)?shù)臄嗔髌骱团月烽_關(guān)以使家庭布 線系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開連接并使裝置101連接到布線網(wǎng)絡(luò)。這些方案是常規(guī)的，且 要了解它們的運行不必再作贅述。
如先前所提及的專利申請中所描述地，控制器104可包括計算機軟件，該 計算機軟件測量來自各種電源(例如光伏109等)的電力的可用性、存儲單元 105和106中的可用存儲容量、以及系統(tǒng)中的當(dāng)前和預(yù)測的電力需求，并有效 分派資源。例如，在有足夠太陽能可用時，控制器104分派來自太陽電池板的 電能以在系統(tǒng)中供給需求；使用這些電力對存儲單元105和106充電；以及如 果有多余容量，則可任選地將多余容量售回電網(wǎng)。
根據(jù)本發(fā)明各實施例，電量使用可被最優(yōu)化以便以最有效的方式傳遞電 力，其中效率根據(jù)所使用能量的量、成本或兩者的平衡來定義。在常規(guī)能量管 理系統(tǒng)中，重點在于節(jié)能一例如，在房間沒人時關(guān)燈，或者在晚上關(guān)閉自動調(diào) 溫器。通過將供電側(cè)選項與節(jié)能選擇相結(jié)合，可使用各種算法來增強節(jié)能和節(jié) 約成本。例如，小企業(yè)可在計費期間在每千瓦時基礎(chǔ)上付費并加上峰值千瓦時數(shù)的 附加費用。所謂的"按需求計算的電費"因短期提供大量電力的高成本被設(shè)計 成不鼓勵峰值消費。根據(jù)本發(fā)明各實施例，可監(jiān)控瞬時電能使用，并且如果需 求超過閾值，則來自電池的電力可被用來降低對電網(wǎng)的需求，或者可臨時關(guān)斷 非關(guān)鍵性能量使用，諸如能被容易地拔掉插頭/或斷開連接延長時段而產(chǎn)生很小 影響或沒有影響的大型商用冷藏庫。這通過數(shù)個特征變得可能。例如，傳感器
(116)允許監(jiān)控各個負(fù)載。直接控制(117、 118、 119、 120)允許某些家用 電器的斷路，而可控繼電器(122)允許在沒有內(nèi)置控制邏輯的情況下控制家 用電器。家用電器是否可被斷路或可被斷路到什么程度用能源配置元件(313) 定義，如以下參考圖3所述。后面所述的用于解決可延期負(fù)載的方法使電氣服 務(wù)(在此示例中為制冷)能被最優(yōu)地重排在稍后時間以降低成本。
作為另一示例，假設(shè)屋內(nèi)的居民正在烹飪、洗澡、看電視以及啟動洗衣機。 他們支付在早晨和晚上達(dá)到高峰的分時電價，所以來自電網(wǎng)的電力是每千瓦時 (KWh) 14美分。考慮到高價，根據(jù)各發(fā)明原理，系統(tǒng)可控制洗衣設(shè)備，以 使它們不被啟動直到一天中能量成本更便宜的稍后時間才被啟動。在一變體 中，系統(tǒng)可基于日期(例如6月21日)和天氣預(yù)報(例如晴天)確定來自太 陽電池板的可能產(chǎn)量將為高，并預(yù)測電池可在一天中家人不在家且能量使用為 最小時的稍后時段可被重新充電，從而決定將電能從電池售回電網(wǎng)(在時價為 高時)。電池可替換地在一天中電價較低時從電網(wǎng)重新充電。
本發(fā)明某些變體在預(yù)測電力需求和來自諸如PV板之類的其產(chǎn)量依賴于天 氣的電源供應(yīng)時考慮天氣。
作為又一示例，假設(shè)發(fā)生斷電，從家庭除去電力。為了對諸如冷藏庫、冰 箱、所選電燈等的預(yù)選"關(guān)鍵"設(shè)備提供電力，常規(guī)備用系統(tǒng)立刻提供備用電 池或啟動備用發(fā)電機。根據(jù)本發(fā)明某些原理，被編程以最優(yōu)化供電和斷電的控 制器可在停電的開始一或二小時延期開啟冷藏庫或電冰箱，因為這些設(shè)備可從 電網(wǎng)斷開連接一小時或兩小時而產(chǎn)生不嚴(yán)重或已知結(jié)果，從而保存電力。然而， 如果斷電持續(xù)，則備用電源可被選擇性地施加到那些設(shè)備，同時禁止其他設(shè)備。 以下更詳細(xì)地解釋其他示例和原理。
暫時轉(zhuǎn)到圖3，示出用于根據(jù)本發(fā)明某些實施例控制能量產(chǎn)生和使用的過
10程。時鐘301起過程的控制回路的作用。在步驟302，能量使用由電路或服務(wù) 站點監(jiān)控，且在步驟303，能量產(chǎn)生由電源監(jiān)控。在步驟312，關(guān)于諸如電網(wǎng) 時價；燃料價格；有效計費周期的當(dāng)前電力使用總計；電網(wǎng)電壓；當(dāng)前/預(yù)測天 氣；需求側(cè)管理(DSM)請求(例如在已建立需求響應(yīng)程序下的來自公用電網(wǎng) 的對在特定時間贊成消費者降低需求、或提供來自用戶控制電源的電能的請 求)之類的變量的外部信息，以及從中央控制中心108接收的命令被監(jiān)控。當(dāng) 前能源配置被確定(步驟313)，包括諸如哪些電源是可用的且有多少能量存 儲于存儲設(shè)備中之類的這些事。獲得技術(shù)配置的最終用途(步驟314)，包括 在從諸如電燈之類的小耗電源到大型的HVAC設(shè)備范圍內(nèi)的家庭或企業(yè)消耗 能量的技術(shù)的詳細(xì)目錄。該詳細(xì)目錄可包括這些家用電器的數(shù)量、有家用電器 位于其上的電路、可如何控制它們并可控制到什么程度、典型的日常使用模式、 以及在安排家用電器的使用時是否有彈性。例如，可能將洗碗機啟動的時間從 其被加載的時間往后延一小時，如果價格在那時較低的話?？?14可在配置步 驟期間通過用戶界面設(shè)置。來自這些框的信息被輸入到基線需求預(yù)測步驟304 和基線產(chǎn)量預(yù)測步驟305。
需求預(yù)測步驟304可以許多不同方式執(zhí)行。在一實施例中，基于歷史數(shù)據(jù)
(例如基于針對設(shè)備位于其中的特定設(shè)施的一天中某時間和一年中某時間的 能量需求)來預(yù)測能量需求。在另一實施例中，能量需求可考慮諸如溫度和日 照之類的周圍環(huán)境條件。在又一實施例中，幾個預(yù)編程的能量需求模型中的一 個可由系統(tǒng)用戶選擇。在這些實施例中的一個或多個中，能量需求可在預(yù)測時 段(例如24小時)的特定時間點(例如以五分鐘為增量)預(yù)測。
基線產(chǎn)量預(yù)測步驟305還可以各種方式執(zhí)行。如果太陽能電池是可用的， 則產(chǎn)量預(yù)測可以是基于與一年中某時間相結(jié)合、與歷史數(shù)據(jù)相結(jié)合的天氣預(yù)測
(例如晴、局部晴、局部多云、多云、陣雨等)。如果燃料電池是可用的，則 可獲得關(guān)于燃料電池的產(chǎn)品可用性的數(shù)據(jù)等。對于不依賴于天氣的電源，產(chǎn)量
(以及根據(jù)S/kWh測得的效率)可最初從工程數(shù)據(jù)中估算出。工程估算數(shù)據(jù)可 隨后被反映特定單元而非一般模型的特性的實際工作數(shù)據(jù)替代。
對于太陽能，產(chǎn)量可使用電池板的設(shè)計效率數(shù)據(jù)特性因變于太陽輻射量來 估算。當(dāng)然，這也可隨實際位置和諸如自上次下雨之后已在單元上堆積的灰塵量之類的因素而改變。這些因素可通過兩種方法解決。設(shè)施具體因素(朝向、 遮蔽程度)可通過采集不同季節(jié)的實際性能數(shù)據(jù)來納入。短期因素可通過每15 分鐘重新估算模型參數(shù)的方法、而非簡單地執(zhí)行同一模型來納入。下一 15分
鐘的最佳產(chǎn)量預(yù)測值通常是前15分鐘。在一變體中，設(shè)置接口以接收來自測
量太陽光強度的日射表的測量值，從而估計應(yīng)有多少太陽能產(chǎn)量。
基線需求預(yù)測304和基線產(chǎn)量預(yù)測305通過能量使用的供求提供潛在電力 供應(yīng)的詳細(xì)畫面。實質(zhì)上這些構(gòu)造可解決的最優(yōu)化問題。本發(fā)明各實施例可確 定如何通過關(guān)閉不需要的服務(wù)和/或延遲其他的服務(wù)來修改需求，如何使用各種 能源來滿足需求，以及如何分配電力到電網(wǎng)以實現(xiàn)服務(wù)的最低可能成本(如果 家庭或企業(yè)能夠在一時段產(chǎn)生比其消費掉的電力更多的電力，則其可以為負(fù))。
給定輸入需求和供給計劃，此最優(yōu)化可分兩個基本步驟一計算和執(zhí)行完 成。此最優(yōu)策略的計算可分三個部分進(jìn)行。首先，最低成本調(diào)度模型步驟308 確定使用可用能源滿足未更改需求的最低成本方法。此計算在預(yù)測期間提供預(yù) 期電力值的估計。此估算值然后被用來確定電能的哪種用途應(yīng)被延期并延期到 何時。該可延期服務(wù)調(diào)度元件309可包括關(guān)于哪些設(shè)備可被延期以及它們所引 起的時間和延遲的信息。計算中的最后一步是確定電能何時應(yīng)被購買或出售 (套利)。
一旦最終用途技術(shù)、能源、以及存儲的用途已在308、 309和310中被確 定，命令就被發(fā)往設(shè)備，從而影響它們在318中的運行。 一些設(shè)備可在系統(tǒng)的 直接控制下(例如電池)，但其他設(shè)備可藉由通信接口控制。與家用電器通信 的手段在配置說明書317中指定，在該配置說明書317中系統(tǒng)的安裝者指定與 設(shè)備通信的物理手段、通信協(xié)議、尋址協(xié)議、以及消息的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。通信手 段可包括無線手段(例如不同代的正EE 802.11網(wǎng)絡(luò)、或者IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò))、 電力線上的射頻傳輸(諸如XIO)、或以太網(wǎng)。通信協(xié)議可包括因特網(wǎng)協(xié)議或 對諸如LonWorks之類的低成本、低帶寬控制設(shè)計的方法。尋址協(xié)議可包括任 何用于區(qū)別連接到同一網(wǎng)絡(luò)的多個家用電器的方法。IP地址是作為由X10使 用的命名方案(房屋代碼單元代碼)的示例，但是許多家庭自動化控制器實 現(xiàn)專用方案。消息結(jié)構(gòu)可對家用電器設(shè)計是特定的。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明各實施例的采用模塊化體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。根據(jù)圖2的體系結(jié)構(gòu)，圖1的系統(tǒng)的各部分已經(jīng)以無線方式模塊化、分配、以及增強。
特別地，能量管理器基本單元201經(jīng)由無線收發(fā)器213與一個或多個負(fù)載管理 器單元202和203無線通信。(有線連接在一些變體中也是可能的)。在一變 體中，能量管理器基本單元201對應(yīng)于圖1的控制器104 —如上所述地接收測 量值并發(fā)出命令的系統(tǒng)的"大腦"。該基本單元可設(shè)置成與存儲單元105和106 分開，意味著它可位于不顯眼位置(例如家庭辦公室)。在一變體中，能量管 理器基本單元可包括配備有一個或多個無線接口的個人計算機，如以下將更詳
細(xì)描述地。各個負(fù)載管理器(或更一般地能量控制單元)包括允許單元將測量 值傳輸回能量管理器基本單元201并從基本單元201接收指令的無線收發(fā)器 214和216。各個負(fù)載管理器可作為獨立單元或與一個或多個家用電器集成地 提供。
諸如膝上型計算機210之類的計算機可被用來配置基本單元，諸如經(jīng)由諸 如USB或無線裝置之類的電纜提供配置數(shù)據(jù)和調(diào)度信息。在一實施例中，為 監(jiān)控和/或控制基本單元201，在基本單元201內(nèi)的計算機上運行的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 應(yīng)用程序與在膝上型計算機210上運行的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器通信，從而避免對膝上型 210上特定軟件的需要。
在一變體中，膝上型計算機210代替圖1的專用用戶界面102，從而可能
導(dǎo)致更低的成本。替換地，用戶界面可被包括為基本單元的一部分被包括在內(nèi)， 例如與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通信的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、或定制設(shè)計的軟件用戶界面?；締卧?br> 201可形成便宜的"啟動器套件(starter kit)"的一部分，該"啟動器套件" 包括可被容易配置并置于住處的負(fù)載管理器202。因為基本單元201與負(fù)載管 理器202和203無線通信，所以它們可被放置在家庭或企業(yè)中的任何不同位置 而無需使用布線。
在一實施例中，各個負(fù)載管理器包括或耦合到一個或多個測量流到一個或 多個諸如烘干機之類的負(fù)載220的電流的電流換能器215。電流換能器測量流 經(jīng)電路的電力(例如電壓、安培數(shù)和功率因數(shù))并將測量值提供給將其無線傳 輸給基本單元201的負(fù)載管理器202。在此情況下的術(shù)語"電流換能器"應(yīng)被 解釋成包括諸如電路內(nèi)分流器(in-circuit shunt)之類的直接測量設(shè)備?；締?元201使用測量作為其能量管理過程的一部分，從而基于如上所述的各種因素預(yù)測并平衡能量的使用。
負(fù)載管理器202還可包括或耦合到一個或多個繼電器219，繼電器219可 由負(fù)載管理器202命令關(guān)閉或減少對負(fù)載221供應(yīng)的電力。例如，如果基本單 元201確定在高能量成本階段期間關(guān)閉對熱水器供應(yīng)的電力會更有效，則基本 單元201可將命令無線傳輸?shù)截?fù)載管理器202，該命令命令繼電器219關(guān)斷電 能一段時間。繼電器還可與電流換能器一起耦合到如222所示的負(fù)載。在一變 體中，負(fù)載管理器202傳輸換能器指數(shù)以及相關(guān)聯(lián)的測量值，以使基本單元201 可將換能器與具體設(shè)備(例如熱水加熱器)相關(guān)聯(lián)。在一些實施例中，繼電器 219和/或電流換能器可被包括在直接耦合到負(fù)載管理器202的所謂的"智能家 用電器"中。在各個實施例中，電流換能器可與繼電器結(jié)合或作為其一部分來 形成單個單元。
在根據(jù)圖2的模塊化體系結(jié)構(gòu)中，隨著更多的家用電器被購買或被包括在 系統(tǒng)中，用戶可購買附加的負(fù)載管理器203來添加到系統(tǒng)中，從而使用戶能以 合理的成本逐步添加功能。如上所述，"啟動器套件"可以合理成本包括單個 基本單元201單個負(fù)載管理器202與多個繼電器和電流換能器。另外的附加套 件可包括附加的負(fù)載管理器和如下所述的模塊。通過用此方式分配體系結(jié)構(gòu)， 更多的消費者可能能夠負(fù)擔(dān)具有各種發(fā)明原理的系統(tǒng)。
還在圖2中示出的是PV逆變器204和備用電源模塊205，其分別具有相 關(guān)聯(lián)的無線適配器224和223，無線適配器224和223可包括或耦合到相應(yīng)的 無線收發(fā)器206和207。根據(jù)本發(fā)明一實施例，PV逆變器204耦合到一個或多 個太陽能電池板224，并將直流電力轉(zhuǎn)換成交流電流，該交流電流可分配到負(fù) 載225和/或用來經(jīng)由充電電路(未具體示出)對包含于備用電源模塊205中的 電池充電。
PV逆變器204將交流電力輸出到布滿屋內(nèi)的高壓總線217。另外，PV逆 變器204可測量由太陽能電池板224輸出的電力(例如電壓)并在諸如RS-485 的接口上使用諸如MODBUSTM之類的協(xié)議提供諸如輸出的測量值。這些測量值 可被提供給無線適配器224，其(在一變體中)將測量值轉(zhuǎn)換成由基本單元201 使用的不同協(xié)議并經(jīng)由無線收發(fā)器207傳輸?shù)交締卧?01。
根據(jù)一實施例，無線適配器207還接收來自基本單元201的命令(例如閉合逆變器或改變其工作參數(shù))，并將這些指令(例如可應(yīng)用到各個PV逆變器 供應(yīng)商中的任何一個的一般指令)轉(zhuǎn)換成PV逆變器供應(yīng)商專用的形式。結(jié)果，
可提供無線適配器224的不同模型，各個模型對應(yīng)于不同的PV逆變器制造商。
替換地，單個無線適配器可被提供，且無線適配器內(nèi)的軟件可被配置、選擇、
或修改成符合特定PV逆變器模型或供應(yīng)商。再次，因為無線接口，無需在基 本單元201和PV逆變器204之間連接布線。附加地，高壓總線217不需要被 連接到基本單元201，使得其能被(例如)至于書架上。
備用電源模塊205可包括如上參考圖1所述類型的一個或多個存儲設(shè)備、 逆變器和充電電路(例如，圖1的元件105和106)。與PV逆變器204 —樣， 無線適配器223在基本單元201和備用電源模塊205之間提供無線通信，且還 可轉(zhuǎn)換協(xié)議。例如，基本單元201可將普通消息傳輸?shù)絺溆秒娫茨K以從電力 總線217對電池充電，且無線適配器223可將普通消息轉(zhuǎn)換成供應(yīng)商專用命令， 該命令在供應(yīng)商專用界面上提供或使用MODBUSTM協(xié)議提供到備用電源模 塊205。在一實施例中，單個無線適配器223可被用來控制備用電源模塊205 和PV逆變器204，從而降低對多個無線適配器的需要。
本領(lǐng)域己知的無線溫度控制器208可被用來將溫度測量值傳輸?shù)交締?元201并接收調(diào)整溫度或例如臨時關(guān)閉空調(diào)的命令。來自風(fēng)車的測量值和戶外 溫度傳感器也可被無線傳輸?shù)交締卧?01、并用于控制屋內(nèi)的能量使用。
包括無線收發(fā)器212的所謂的"智能民用表(utility meter) " 211 (例如 AMI電表)可通過收發(fā)器213傳輸由基本單元201接收的功率讀數(shù)。例如，由 房屋所使用的平均和/或瞬時電力可被基本單元201監(jiān)控、并如上所述地被用來 延遲能量使用。智能民用表在本領(lǐng)域是已知的，且可被公用事業(yè)公司用來無線 讀取由消費者房屋所驅(qū)動的儀表。根據(jù)本發(fā)明一實施例，這些讀數(shù)也被基本單 元201接收，并用來在私人住宅或公司內(nèi)更有效地分派能量使用。根據(jù)本發(fā)明 又一實施例，實時電價由智能電表211傳達(dá)到反映電力當(dāng)前價格的基本單元 201，該當(dāng)前電力價格可隨一個或多個變量(一天中某時間、需求等)的因素 而變化。
圖4示出圖2所示類型的無線適配器的可能配置。該無線適配器可包括射 頻收發(fā)器401、CPU402、存儲器404、以及一個或多個取決于接口類型((USB、
15RS-485、 RS-232等)的輸入/輸出電路403。在一實施例中，CPU 402和存儲器404包括從收發(fā)器401接收輸入、按需轉(zhuǎn)換它們(例如協(xié)議轉(zhuǎn)換)以及通過I/0電路403將命令傳輸給一個或多個輸出的計算機指令?；蛘?，協(xié)議轉(zhuǎn)換可代替地在基本單元201內(nèi)執(zhí)行。無線網(wǎng)絡(luò)可以是諸如網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等的任何類型的網(wǎng)絡(luò)，且可使用藍(lán)牙可兼容部件、Zigbee、 Z波或其他的來構(gòu)造。
上述任何步驟或模塊可設(shè)置于軟件中，并在一個或多個計算機可讀介質(zhì)上存儲成計算機可執(zhí)行指令。各個單元(例如基本單元、負(fù)載管理器以及無線適配器)可包括被編程以執(zhí)行在此所述的任何方法步驟或功能的處理器和存儲器。所附權(quán)利要求書中所使用的數(shù)字僅為清楚起見而提供，且不應(yīng)被理解為限制權(quán)利要求書中所列出的步驟或元件的次序。
在此使用的術(shù)語"無線"可包括諸如局域網(wǎng)之類的在電力線或其他非專用線上的射頻傳輸，但排除在專用線或電纜上的兩個設(shè)備之間的通信。在電力線傳輸中，術(shù)語"無線收發(fā)器"指的是有必要在電力線上傳輸命令的調(diào)制電路和濾波器。
權(quán)利要求
1.一種包括處理器、存儲器、以及無線收發(fā)器的基本單元，所述處理器和存儲器被編程為從無線收發(fā)器接收來自無線能量控制單元的指示由耦合到所述無線能量控制單元的一個或多個負(fù)載所使用的電力的測量值；基于一個或多個動態(tài)變量作出控制決定；以及通過所述無線收發(fā)器傳送一個或多個去除或降低對耦合到所述無線能量控制單元的所述一個或多個負(fù)載供應(yīng)的電能的命令。
2. 如權(quán)利要求1所述的基本單元，其特征在于，所述控制決定基于電的 動態(tài)價格。
3. 如權(quán)利要求1所述的基本單元，其特征在于，所述控制決定是基于一 個或多個存儲設(shè)備上的存儲電荷。
4. 如權(quán)利要求1所述的基本單元，其特征在于，所述控制決定基于替換 性非電網(wǎng)電源的可用性。
5. 如權(quán)利要求4所述的基本單元，其特征在于，所述控制決定基于可從 一個或多個太陽電池板獲得的太陽能的可用性。
6. 如權(quán)利要求1所述的基本單元，其特征在于，所述控制決定基于從所 述無線能量控制單元接收到的所述測量值。
7. 如權(quán)利要求1所述的基本單元，其特征在于，所述處理器和存儲器被 編程為從多個各自耦合到不同負(fù)載的能量控制單元接收測量值并無線傳輸所 述一個或多個指令給所述多個能量控制單元。
8. 如權(quán)利要求1所述的基本單元，其特征在于，所述處理器和存儲器被 編程為將命令無線傳輸?shù)焦夥?PV)逆變器，所述PV逆變器將由太陽能電池 板產(chǎn)生的直流電流轉(zhuǎn)換成可用于向耦合到所述無線能量控制單元的所述一個 或多個負(fù)載提供電流的交流電流。 .
9. 如權(quán)利要求8所述的基本單元，其特征在于，所述處理器和存儲器被 編程為將所述命令無線傳輸給無線適配器，所述無線適配器接收所述命令，將 它們轉(zhuǎn)換成不同協(xié)議，并基于所述不同協(xié)議控制所述PV逆變器。
10. 如權(quán)利要求1所述的基本單元，其特征在于，所述處理器和存儲器被 編程為從無線自動調(diào)溫器無線接收溫度測量值，并將命令傳輸給所述無線自動 調(diào)溫器，從而改變溫度設(shè)置。
11. 如權(quán)利要求1所述的基本單元，其特征在于，所述處理器和存儲器被 編程為從測量由位于建筑物內(nèi)的設(shè)備所使用的功率的無線功率表無線地接收 數(shù)據(jù)。
12. 如權(quán)利要求11所述的基本單元，其特征在于，所述處理器和存儲器 被編程為從所述無線功率表無線接收成本可變的電。
13. 如權(quán)利要求1所述的基本單元，其特征在于，所述處理器和存儲器被 編程為基于所述控制決定將多余電力售回公用事業(yè)公司的電網(wǎng)。
14. 如權(quán)利要求1所述的基本單元，其特征在于，所述處理器和存儲器被 編程為向外部耦合計算機提供用戶界面，其中所述用戶界面允許用戶在作出所 述控制決定時配置由所述基本單元使用的設(shè)置。
15. 如權(quán)利要求1所述的基本單元，其特征在于，所述處理器和控制器被 編程為將所述一個或多個負(fù)載的電力消耗延至稍后時間。
16. 如權(quán)利要求1所述的基本單元，其特征在于，所述測量值包括含有電 壓、安培數(shù)和功率因素的功率測量值。
17. —種包括處理器、存儲器、以及無線收發(fā)器的無線負(fù)載管理器，所述 處理器和存儲器被編程為通過所述無線收發(fā)器將來自耦合到所述無線負(fù)載管理器的一個或多個負(fù) 載的測量值傳送到無線基本單元，所述測量值指示由所述一個或多個負(fù)載當(dāng)前 所消耗的電量；通過所述無線收發(fā)器從所述無線基本單元接收一個或多個指示應(yīng)當(dāng)從耦 合到所述無線負(fù)載管理器的一個或多個負(fù)載去除或降低電力的命令；以及 響應(yīng)所述一個或多個命令，去除或降低到所述一個或多個負(fù)載的電力。
18. 如權(quán)利要求17所述的無線負(fù)載管理器，其特征在于，所述測量值包 括電壓、安培數(shù)和功率因數(shù)。
19. 如權(quán)利要求17所述的無線負(fù)載管理器，其特征在于，進(jìn)一步包括一 個或多個測量由耦合到所述無線負(fù)載管理器的所述一個或多個負(fù)載所使用的電力的電流換能器。
20. 如權(quán)利要求17所述的無線負(fù)載管理器，其特征在于，進(jìn)一步包括用于從所述一個或多個負(fù)載去除電力的一個或多個中繼器。
21. 如權(quán)利要求17所述的無線負(fù)載管理器，其特征在于，傳送到所述基 本單元的測量值包括使所述換能器與具體負(fù)載相關(guān)聯(lián)的換能器指數(shù)。
22. —種套件,包括以下組合包括第一處理器、第一存儲器、以及第一無線收發(fā)器的無線基本單元，所 述第一處理器和第一存儲器被編程為從所述第一無線收發(fā)器接收指示由一個或多個負(fù)載所使用的電力；基于一個或多個動態(tài)變量作出控制決定；以及通過 所述第一無線收發(fā)器傳送一個或多個從所述一個或多個負(fù)載去除或降低電力 的命令；以及包括第二處理器、第二存儲器、以及第二無線收發(fā)器的無線負(fù)載管理器， 所述第二處理器和第二存儲器被編程為通過所述第二無線收發(fā)器將來自耦合 到所述無線負(fù)載管理器的一個或多個負(fù)載的指示由所述一個或多個負(fù)載當(dāng)前 所消耗的電量的測量值發(fā)送到所述無線基本單元；通過所述第二無線收發(fā)器從 所述無線基本單元接收指示去除或降低耦合到所述無線負(fù)載管理器的一個或 多個負(fù)載的電力的一個或多個命令；以及響應(yīng)所述一個或多個命令，去除或降 低到所述一個或多個負(fù)載的電力。
23. 如權(quán)利要求22所述的套件，其特征在于，所述控制決定基于電的動 態(tài)價格。
24. 如權(quán)利要求22所述的套件，其特征在于，所述控制決定基于一個或 多個存儲設(shè)備上的存儲電荷。
25. 如權(quán)利要求22所述的套件，其特征在于，所述控制決定基于替換非 電網(wǎng)電源的可用性。
26. —種無線設(shè)備，包括處理器、存儲器、以及無線收發(fā)器，所述處理器和存儲器被編程為 從所述無線收發(fā)器接收一個或多個從無線基本單元接收到的指示與逆變 器相關(guān)聯(lián)的至少一種逆變器設(shè)置的命令，所述逆變器將由太陽能電池板產(chǎn)生的 直流電流轉(zhuǎn)換成由受所述無線基本單元控制的負(fù)載所使用的交流電流；以及使所述逆變器上的設(shè)置根據(jù)接收到的一個或多個命令而改變。
27. 如權(quán)利要求26所述的無線設(shè)備，其特征在于，所述處理器和存儲器 被編程為將來自專用于所述基本單元的第一協(xié)議的一個或多個命令轉(zhuǎn)換成專 用于所述逆變器的第二協(xié)議。
28. 如權(quán)利要求26所述的無線設(shè)備，其特征在于，所述處理器和存儲器 被編程為接收指示從一個或多個太陽能電池板獲得的電的測量值，并且將所述 測量值通過所述無線收發(fā)器無線地傳送給所述基本單元。
全文摘要
無線基本單元與一個或多個無線負(fù)載管理器單元通信，以接收連接到該無線負(fù)載管理器的一個或多個負(fù)載的功率測量值。響應(yīng)諸如電的變動價格之類的動態(tài)變量，該無線基本單元將命令傳輸給無線負(fù)載管理器以關(guān)斷或降低一個或多個負(fù)載所消耗的電。在一變體中，無線適配器還接收來自該無線基本單元的命令，并將該命令轉(zhuǎn)換成用來控制諸如光伏(PV)逆變器之類的其他設(shè)備的供應(yīng)商專用形式。
文檔編號H02J13/00GK101553968SQ200780023312
公開日2009年10月7日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月18日
發(fā)明者B·高登, P·L·科希爾, R·K·劉易斯 申請人:柵點股份有限公司