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CN102460187B - 功率监测系统 - Google Patents

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CN102460187B
CN102460187B CN201080025221.4A CN201080025221A CN102460187B CN 102460187 B CN102460187 B CN 102460187B CN 201080025221 A CN201080025221 A CN 201080025221A CN 102460187 B CN102460187 B CN 102460187B
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Abstract

一种用于监测对电气设备的供电的功率监测系统。监测器包括节能设备以减少不必要的功耗。一种实现响应于所监测的功耗的数据输出来控制电气设备的功耗的控制装置。

Description

功率监测系统
技术领域
本发明涉及对供给电气设备的电功率的监测的若干方面。具体而言，本发明涉及电源的监测，以减少不必要的功耗，从而节约能源。
背景技术
以下对现有提议或产品的引用和描述不旨在且不应被理解为对本领域公知常识的声明或承认。具体而言，以下对现有技术的讨论不涉及本领域技术人员所熟知的或公知的内容，而是可能有助于对本发明的创造性的理解，相关现有提议的标识只是其中的一部分。
在世界上许多地方，人们高度关注过度能源使用。有许多旨在在国际和国家层面节约能源的提案。
在可实现节约能源的发明领域，参照国际专利申请号WO 2005/111766和国际专利申请号WO 2008/064410。这些专利说明书的每一个都通过引用结合于此，并且在下文中都被称为国际申请。
这些国际申请公开了其中电气设备与单个干线供电(mains supply)电气插座连接、且监测流经至少一个电气设备的电流和跨所述至少一个电气设备的电压以确定该设备的功能状态的发明。根据设备的功能状态的本质和其他电气设备的本质，可以关闭对任何或所有其他电气设备的供电，使得在不必要给所有设备供电的情况下，不对所有电气设备供电。
本发明基于这样的概念，即：通过监测如同上述国际申请中那些节能设备的多个节能设备，以及在某些实施例中通过将多个此类节能设备联网，可提高此类节能设备的节能性能。
虽然诸如在国际申请中的那些节能设备可在个体层面自主地最大化节约能源，但是可以相信，增加的联网功能可提供前所未有的优点。
发明内容
因此，在第一方面，本发明提供一种用于监测多个电气设备的功耗的系统，该系统包括：
-用于与允许从单个干线供电电气插座向多个电气设备供电的类型的节能设备通信的装置，该节能设备包括：
多个受控制的电气插座和适合于连接至干线供电电气输出的单个电气输入；以及
适合于响应于感测到的至少一个电气设备的状态将来自干线供电电气插座的电能连接至各个受控制的电气插座的开关装置；
-用于监测受控制的电气插座的功耗的监测装置；
-用于输出与所监测的功耗相关的数据的输出装置。
优选地，本发明的系统包括用于实现响应于所监测的功耗的数据输出来控制电气设备的功耗的控制装置。更优选地，控制装置实现响应于所监测的功耗的数据输出来调整节能设备的设置。
在第二个方面中，本发明提供一种用于监测多个电气设备的功耗的方法，该方法包括以下步骤：
-与允许从单个干线供电电气插座向多个电气设备供电的类型的节能设备通信，该节能设备具有：
多个受控制的电气插座和适合于连接至干线供电电气输出的单个电气输入；以及
适合于响应于所感测到的至少一个电气设备的状态将来自干线供电电气插座的电能连接至各个受控制的电气插座的开关装置；
-监测受控制的电气插座的功耗；以及
-输出与所监测的功耗相关的数据。
优选地，本发明的方法还包括步骤：
-响应于所监测的功耗的数据输出来控制电气设备的功耗。更优选地，通过响应于所监测的功耗的数据输出调整节能设备的设置来实现控制步骤。
本发明的系统和方法可用在不同层次，例如，用以监测和可选地控制诸如一组音频/视频娱乐设备的一组电气设备的功耗。
在较高层次，例如，监测(和可选地控制)可对家里或办公室内的许多电气设备进行。
在更高层次，监测(和可选地控制)可在诸如电力设备或机构之类的集中的设施中进行，以便远程监测和选择性地控制单个插座的节能功能。其示例包括设置空闲功率阈值限制、“活动待机”超时周期、基于资费的每天使用率等等。
监测可具有许多优点，尤其是在检测异常使用、故障和盗窃方面。
作为异常使用的一个示例，本发明的系统和方法可在办公室环境中从受检测的通用电源插座(GPO)检测可能由于使用便携式加热器产生的过度功耗。因此，可对管理人员发出异常能源使用的警告。
监控可向用户发出警告例如由冰箱或制冰机的故障引起的功耗的中断，或由平常不用的设备的使用引起的意想不到的功率使用。本发明的系统和方法可通过例如电子邮件、短信服务(SMS)等向用户发出这种类型的故障检测的警告。
监测也可向用户发出电气设备被盗窃的警告，或设备从电气插座未经许可的去除的警告。
优选地，在本发明的系统或方法中使用不止一个节能设备。节能设备可以是一种类型或两种或更多不同的类型。优选地，当在本发明的系统或方法中使用两个或更多个节能设备时，这些节能设备是联网的。
在该实施例中，可以不同方式实现联网。例如，一个节能设备可作为主设备，而另一节能设备或另外多个节能设备作为从设备，在主设备和各个从设备之间进行联网通信，其中主设备管理从设备互相之间的任何影响。
作为另一示例，可能存在从一个相似从设备到另一从设备的直接通信——作为一对一对话，或通过各个从设备通过监测主—从通信信息监测其他设备的状态。这可用于不同情况：例如，作出集体决策以切断过载电路上的负载，或在网络上的设备的总功率或能耗超过用户设置的限制的情况下切断负载；当使用一个房间内的电视或立体音响时关闭另一房间内的电视；当使用一个房间内的灯或加热器等时，关闭另一房间的灯或加热器。
作为另一示例，在网络中可存在不同类型的节能设备，诸如在单个网络中能源中心和墙式插座/GPO并存。特别地，利用用户接口，能源中心可作为墙式插座/GPO的通信控制中心，以及其本身作为节能设备。
在一个优选的实施例中，节能设备可以是并入的国际申请的任一个中所公开那些设备中的任何设备。
因此，节能设备可包括适合于检测主电气设备功能状态的状态传感器，该传感器适合于通过感测流经主设备的电流值和跨主设备的电压以计算主设备的功耗来区分主设备的至少两种功能状态。
在另一实施例中，节能设备可同时包括：状态或功率传感器，其适合于通过测量流经主电气设备的电流和跨主电气设备的电压并产生功率使用信号来检测功率使用；以及计算机处理器，其适合于处理功率使用信号以确定主电气设备的至少两个功能状态，开关装置由计算机处理器控制并且适合于将来自供电电气插座的电能连接至各个受控制的电气插座，其中受控制的电气插座被控制以连接至由所确定的功能状态决定的电源。
状态或功率传感器可测量真实RMS功率。此处使用的术语“真实RMS功率”指的是在预定一段时间上的功率的平均测量值，而不考虑波形。状态或功率传感器可以按照将瞬时电压和电流信号相乘以得到真实RMS功率信号的模拟电子电路的形式实现，或通过使用微控制器将电压和电流信号数字化然后将该取样值相乘、相加和平均来计算真实RMS功率值。
状态或功率传感器可测量无功功率(由电感或电容负载所产生，其中电流流经但并不做任何“真实”的功)。
此处使用的术语“主设备”可以是需要电源的单个电气设备或多个电气设备。术语“主设备”旨在包括诸如计算机、音频设备和视频设备等设备的组合，这些设备中的每一个都连接至电源装置。
尽管节能设备优选为在并入的国际申请中公开的那些设备中的一个，但是节能设备可选自任何合适的此类设备。例如，节能设备可响应感测到的电流变化切换电源。
感测到的电气设备的状态可以是“开”，在下文中降低的功率状态称为“待机”和/或“关”。
节能设备可以具有任何期望的形式，但优选为配电板、通用电源插座(GPO)、墙式插座或能源中心。作为优选，本发明的系统或方法与“插入式”电气设备结合使用，但本发明的系统或方法也可与永久连线至干线电源的电气设备一起使用。对于后者，节能设备可以被包含到干线布线基础设施中或引入作为干线供电设备的组成部分。
用于与节能设备通信的装置优选为经由诸如低干扰电压设备(LIPD)、Zigbee或蓝牙、RS-485或控制器局域网(CAN)总线技术之类的有线链路或无线链路通信的微型计算机。
数据输出装置可以采取任何期望的形式，诸如被转换为用于声音信号装置的可听信号的信号，或输出到液晶显示器(LCD)或发光二极管(LED)的光。
目前，用于实现对功耗的控制的控制装置可采用用户接口设备的形式以允许用户定制设置，以便针对他们特殊的安装、配置和/或使用需求来优化节能。
控制装置可包括，例如，经由联网连接操作的集中式设施，诸如设备前置面板或手持设备之类，在各种情况下允许用户控制和优化节能。
在多种应用中，可提供集中式实时监测和可选的控制，用于节能性能的有效优化。节能设备可被认为是联网的以允许集中式或分布式的用户接口设施被用于控制和监测节能设备，从而允许在家里或办公室环境中对节能能力进行成本高效地优化。
可使用有线或无线联网技术或基于电力线载波的通信技术实现节能设备的联网。有线技术的非限制性示例包括RS-232、RS-485和CAN总线技术。无线技术的非限制示例包括低干扰电压设备(LIPD)、Zigbee、Z-wave(Z-波)、Insteon、蓝牙和WiFi。基于电力线载波的联网技术的非限制性示例包括X-10、Insteon和Lonworks。
在第三方面，本发明为用于监测多个电气设备的功耗的监测设备提供用户接口，该用户接口包括：
-用于接收来自监测设备的与所监测的功率输出相关的数据输出的装置；
-用于响应于所接收的数据发送信号的信令装置；以及
-用于与监测设备通信以实现至少一个电气设备的功耗的变化的控制装置。
附图简述
现将结合附图参照某些非限制性实施例来描述本发明，其中：
图1是为了说明的目的示出节能设备的联网的各个实施例的一般表示的框图；
图2以框图的形式示出了显示联网的配电板的本发明的系统的实施例；
图3示出了作为通用墙式插座或GPO的本发明的系统的实施例；
图4示出了与图3中类似但是增强形式的联网通用墙式插座或GPO的实施例；
图5是联网的能源中心的框图说明；
图6是示出了说明客户服务中心和数据库的实施例的框图；
图7是示出了用于本发明的系统的实施例的干线电力线载波网络的框图；
图8是示出了与图7中类似的实施例的框图，但示出的是无线射频网络；
图9是示出说明用于本发明的系统的实施例的有线网络的实施例的框图；
图10是示出包括无线本地或手持式监测和控制装置的本发明的用户接口的实施例的框图；
图11是示出说明无线按钮或钥匙扣监测和控制装置的用户接口的实施例的框图；以及
图12是示出作为用户接口的有线本地监测和控制装置的框图。
具体实施例
首先参照图1，应当理解，这是联网的节能设备的一般表示并且仅是说明性的。不旨在限制连续供电或带开关的主插座的数量或配置，或其他功能模块的通信接口的数量或配置。
图1示出具有一个或多个连续供电的干线插座14和两个或更多个带开关的干线插座16的由12一般表示的节能设备。如需要，电气设备(未示出)将被插入干线插座14和带开关干线插座16。
节能设备12具有用于连接至干线电源(未示出)的干线电源插头18。
例如，响应于连接至连续供电的干线插座14或带开关的干线插座16的电气设备的功率状态(诸如开、待机或关闭)，通过开关装置48控制对连接至带开关的干线插座16的电气设备(未示出)的供电。
从图1可看出，通过干线电源插头18输入的干线电源经过可包含EMC滤波和断路器的干线滤波器和保护设备20，以在存在连接的干线供电设备故障或不当额定功率的设备连接时防御过电流。
干线电源也服从于可包括适当额定功率的金属氧化物变阻器的干线瞬态保护设备22，以保护设备电子器件和所连接的干线供电设备不受来自干线电源的过电压瞬态。
节能设备12也包括干线安全隔离阻障24，干线安全隔离阻障24包括如下所讨论的多个元件。
干线变压器26操作以产生用于对设备电子器件供电的隔离低电压电源。通过低压供电保护和EMC滤波器28保护干线变压器26，该低压供电保护和EMC滤波器28可在单元电子器件严重故障的情况下防止过热和着火的风险，并可以滤除电噪声信号以增强EMC发射和抗干扰能力。
桥式整流器和滤波器30利用通过干线变压器26的低电压AC电源产生平滑的低电压DC电源。DC电压稳压器32利用平滑的低电压DC电源产生用于向单元电子器件供电的DC供电干线34。
36处的干线隔离被置于干线电源和电力线载波接口38之间以防止单元电子器件暴露于干线电压。电力线载波接口38处理经由干线电源连接与其他设备的双向电力线载波通信。
干线电压监视器40经由安全隔离网络提供干线电压的高精度测量和零电压检测，以允许计算所连接的设备的功耗以及允许实现干线过压和欠压保护切换。
电流互感器42允许独立测量总电流和带开关插座电流，以允许计算所连接的电气设备的功耗，以及允许实现干线过流保护切换。
干线继电器44提供用于过电流、过压和欠压保护以及节能控制的干线插座组的独立近零电压开关。
通过模块46过滤和保护干线电压和电流测量信号。继电器驱动器48开关干线继电器44且包括感应瞬态缓冲器以保护避免由继电器线圈在放电时产生的感应瞬态。
在这个实施例中，微型计算机50是为节能算法的实现和为通信提供处理和模拟/数字(A/D)转换功能、用户接口和相关处理功能的集成片上系统微型计算机。微型计算机50包括用于储存用户可保存的节能配置参数以及用于时间标记事件日志保存的闪存和/或EEPROM非易失性存储器52，所述时间标记事件日志可被上传并被用于节能优化过程。微型计算机50同样包括具有用于计时的备用电池(未示出)的实时时钟54，以允许事件日志消息的时间标记。这与晶体频率基准(Xtal)56相配合以为微型计算机50和实时时钟54的操作提供精确的定时源。
图1示出了多种类型接口，如需要可使用它们中的一些或全部。
射频通信接口58能够通过无线网络连接59处理节能设备12和其他设备之间的双向无线RF通信。如图1所示，为了这个目的，可使用标准通信方法和协议，诸如运行专有协议、Zigbee、Z-wave，Insteon、蓝牙和WiFi的低干扰电压设备。
串行通信接口60能够通过有线网络连接62处理节能设备12和其他设备之间的双向有线连接的通信。为了这个目的，可使用诸如RS485或基于CAN总线的网络之类的标准通信方法和协议。
在此实施例中，用户接口70包括LCD或LED指示器64、声音信号装置66以及按钮和键盘68。LCD(液晶显示器)和/或LED指示器输出来自所监测的功耗的数据并为用户提供状态的指示。状态可包括电源施加、电源开关和故障状态。指示器64也可以主控用于报告的用户接口菜单和控件，以允许最优化节能能力。
声音信号装置66用于提供可听输出以指示故障或状态变化条件，诸如连接的干线供电装置的紧急断电。
如其他地方讨论的一样，键盘68可包括按扭、可具有用于用户控制以允许最优化节能性能的LCD触摸屏覆盖选项。
在此实施例中，传感器接口72和73提供用于外部传感器模块(未示出)的有线连接的接口，该外部传感器模块包括在视听应用中用于IR远程控制活动感测的远程控制IR传感器。用于用户控制或无源红外(PIR)探测器的按扭盘或键盘，用于用户存在感测的接近传感器或压力垫。本发明的目的是，当可根据用户活动和/或用户不在而降低功率的情况下，能使得诸如在视听设备中将电气设备功率自动降低或增加。
USB(通用串行总线)连接器74可连接至个人计算机的USB端口，以感测个人计算机(PC)应用中的活动，以使得可响应于降低的PC活动使合适的电气设备断电。
在以下的相关描述中，相同的部件将使用和图1中相同的标记。为了表示变化，使用相同的数字标记且后面跟有字母“a”、“b”等。
现参照图2，该图示出了本发明的监测系统的实施例。在图2中，监测系统10通过节能设备(在本实施例中为配电板12a)监测诸如视听设备和/或计算机及其外围设备之类的电气设备的功耗。在此实施例中，配电板12a通过电力线载波38、无线网络59或有线通信网络62与其他节能设备12b、12c等联网。配电板12a包括一个或多个连续供电的干线插座14以及带开关的干线插座16a和16b。应当理解，在本实施例中可以有两个以上带开关的干线插座16。
连续供电的干线插座14仅在过电流、过压或欠压的情况下被关闭。如果配电板12a被用于PC应用，则主设备(在这种情况下，是个人计算机)将被连接至连续供电的干线插座14，或如果不止一个插座14则连接至它们中的一个。带开关的干线插座16a将被连接至在“一级”节能条件时(例如，当主设备处于空闲状态时)将被断开的电气设备。示例为灯。带开关的干线插座16b是“二级”插座。连接至带开关的干线插座16b的电气设备在二级节能条件时(例如，当主设备处于断电状态时)将被关闭。此类电气设备可包括，例如，打印机和调制解调器。
配电板12a经由干线电源插头18连接至干线电源插座，以使得该连接能够为配电板12a和所连接的设备提供干线电源，以及为干线电力线载波系统38提供电源。
网络接口38(干线电力线载波通信网络)、59(无线)或62(有线)为经由干线电力线载波通信网络的通信提供设施。典型地，仅一个通信网络38、59或62将被使用，但是可包括第二种类型的网络作为备用或作为插入选项。
各个插座14、16a和16b的功耗的监测在节能引擎/微型计算机50中进行。
与所监测的功耗有关的数据按照多种选择输出。这些选择中的一个是用户接口70，其可通过声音信号装置或LED向用户提供状态指示。可任选地，用户接口70可包括通过按扭或键盘方式的用户输入以控制功耗。
作为替代，手持控制和监测设备80可利用无线射频连接与配电板12a连接，该无线射频连接通常是用于支持无线射频网络互连性的同一连接。与所监测的功耗相关的数据可通过声音信号装置和LED输出到手持设备(用户接口)80。可利用键盘将用户控制输入手持设备80。手持设备80可采取例如，手持终端、钥匙扣、蜂窝电话、个人数据助理(PDA)或通用远程控制的形式。
作为另一替代，可提供通过有线连接与配电板12a连接的本地控制和感测设备90。如同手持设备80，本地设备90可包括诸如LED和/或LCD以及声音信号装置之类的用于输出与所监测的功耗相关的数据的用户接口设施。也可包括诸如按扭之类的控制设施。
本地设备90也可包括感测设施。在许多应用中，用户的存在与否是节能引擎50用以确定是否应当开启或关闭连接至配电板12a的电气设备的准则。除使用由功耗波动或红外线远程控制信号活动确定的用户活动，也可采用附加的感测装置来确定在节能设备、配电板12a附近的用户的存在。此类感测装置可包括无源红外传感器、电容式或电感式接近传感器、压力垫或开关、声学或超声波传感器、声纳、射频ID标签或任何其他可被用于感测用户存在的布置。此类传感器可被包括在本地设备90中。
现在参照图3，该图示出了具有联网的通用墙式插头或GPO作为节能设备的本发明的系统的实施例。监测系统10a包括作为低成本单元的通用墙式插头12b，在视听、PC、电器和其他应用中，该通用墙式插头12b为多个干线供电设备提供经由外部多插座适配器的连接。(可通过内置通用插座的格式提供相同的性能。)墙式插头12b包括连续供电的插座14和节能插座16，应当理解，可以有多个插座14和/或插座16。如同其他实施例，通用墙式插头10a通过干线电源插座18连接至干线电源，该连接为墙式插头12b和连接至插座14和16的设备提供干线电源，并提供到干线电力线载波系统38的连接。
如图2实施例的情况，用户接口70可包括诸如声音信号装置和LED之类的监测设备以将状态指示给用户。
本地控制和感测设备90通过有线连接与墙式插头12b连接，并提供诸如LED、LCD和声音信号装置之类的用于监测的设备和用于例如使用按钮进行控制的设备。如图2实施例中本地设备90的情况，图3实施例的本地设备90也可包括用于感测用户存在的感测设备。
在图3的实施例中，诸如电冰箱或其他白色家电的电器可连接至墙式插头12b。本地设备90的传感设施可采取连接至电器外壳或主体的触摸传感器、接近传感器、电容式传感器等等形式。可通过感测设备检测用户触摸或邻近该电器，并用信号通知节能引擎50用户想要使用该电器，使得向该电器供电。
虽然在图3中未示出，但是也可提供另一形式的感测设备，包括使用与墙式插头相关联的短距离电池供电的无线RF发射机。在此实施例中，当用户通过无线发射机的按扭或触摸传感器操作该无线发射机时，无线RF信号可由墙式插头12b发送和接收，使得插头12b向电器供应干线功率。本领域的技术人员应当理解，可实现信令用户的输出功率请求的其他装置，包括有线按钮或触摸传感器、红外线连接控制、感应耦合控制、可听音控制和超声波控制。
图4的实施例和图3相类似，但是提出了一个增强版本。在图4中，通用墙式插头或GPO 12b与类似的或不同的节能电器12c、12d等联网。在此实施例中，监测系统10b具有类似于由图2中的配电板12a所提供的网络互联和用户接口设施。
图5示出了联网的能源中心10c。其旨在以对用户可见的美学风格单元的形式使用，典型地以视听系统装置或适合PC应用的变型形式。
联网的能源中心10c所提供的设施与图2中的系统所提供的那些设施相类似，除了各个电源插座16a、16b、16c(等等)是单独可开关的并且针对一个或多个连接的电气设备的功耗而被单独监测。这允许节能引擎50为每一个连接的电气设备单独地实施节能策略，而不是一致地开关多个连接设备。因此，可以优化每个独立设备的能耗，使总体能量节省最大化同时最大程度方便用户。
在图5的实施例中，本地控制和感测设备90可由外部传感器90a和内部传感器90c代替。对每个连接的电气设备独立地感测功耗可与视听系统中的红外远程控制信号的感测一起使用，以提供自我学习能力。通过解码红外远程控制信号和将特定的信号代码与各个干线插座的功耗的变化相关联，节能引擎50可学习将每个连接的电气设备的红外通电/断电代码与该设备所连接的相关插座16a、16b、16c相关联。根据对每个连接的电气设备的功率状态的认识，节能引擎50可确定用户何时已从红外远程控制发送断电命令给电气设备和何时可以关闭到该电气设备的干线电源。相应地，节能引擎50可确定用户何时想要重新激活电气设备，并且可相应地打开电源。
节能引擎50对用于控制连接至各个独立电源插座16a、16b、16c…的电气设备的开/关的红外远程控制代码的学习可便于使用可编程红外远程控制，相比于单独控制每个电气设备所需的击键次数，该可编程红外远程控制允许通过减少的击键次数来控制电气设备的多个项目。设备组可在不同使用场景(例如，看电视、听音乐、玩电子游戏或看DVD)方便地通电或断电。
在图5的实施例中的能源中心12c可配备有适当的远程控制接收机以允许无线射频远程控制，诸如蓝牙、Zigbee、Z-Wave或类似设备。
能源中心实施例12c将诸如LED、LCD和按钮之类的用户接口设施以及诸如红外远程控制传感器和红外传感器之类的感测设备集成到外壳中。可通过到外部感测设备的互连设施感测用户存在，该外部感测设备诸如接近传感器或压力垫。
图6的实施例示出了作为客户服务中心的系统10d。客户服务中心10d包括一个或多个客户服务工作站76和数据库服务器78。这些部件采用标准计算机组网方法互联，允许访问互联网网关82，允许经由互联网84与节能设备12(图中仅示出了其中的一个)和外部系统86通信，该外部系统86诸如电力供应实体的功率管理系统。
数据库服务器78储存与其通信的节能设备12的配置数据和历史功率使用记录等。例如，客户服务中心10d可包括主存自动化软件的计算机设施(未单独示出)，该自动化软件用于实现诸如从节能设备12的周期数据和状态采集、故障状况或错误功耗事件的检测以及生成对用户、供电公司服务人员或紧急服务的警告之类的功能。
客户服务工作站76可运行允许客户服务运营商与用户通信以及与用户的节能设备12通信的特定用途的软件。
因此，客户服务中心10d可提供允许从集中位置监测节能设备12的设施，诸如供电公司的服务中心。可任选地，客户服务中心10d也可提供用于节能设备12的控制的设施，和/或可为用户提供增值设施，典型地作为回报用于支付或其他考虑。
在图7中，每个节能设备12通过干线电力线载波通信57连接至本地控制终端或PC以及智能电表106和互联网网关82，以及可选择地连接至其他节能设备(点对点)，以允许以下描述的网络实现设施的实现。
干线电力线载波通信是可应用于家里、办公室、商用、工业和其他环境的标准技术。如图7所示，可应用的电力线载波联网技术包括(但不限于)X-10、Insteon、Echelon等等。
如图7所示，每个配备有集成的干线电力线载波接口能力57的若干节能设备12经由干线电力线载波双向通信网络38互连，其中双向干线电力线载波链路提供节能设备12和其他设备之间的通信设施。如其他地方所描述的节能设备12可以是相同的或不同的。
以下所提及的其他设备可连接至网络。干线电力线载波接口57可允许一系列辅助设备经由电力线载波网络38与节能设备12通信。这可通过与网关的直接有线连接或通过无线连接来实现，例如，通过USB或RS-232，或经由诸如以太网、Wifi或蓝牙之类的辅助网络。或者，辅助设备可包含其自身的集成的干线电力线载波接口并直接连接至主电源和电力线载波网络38。
所连接的设备之一可以是能提供用户接口设施的本地控制和监测设备90。如图7中所示，这些设备可包括LCD显示器、触摸屏和键盘。代替有线连接至网络的本地控制和监测设备，该监测设备可以是自包含的，诸如手机、个人数字助理(PDA)或通用远程控制，优选包括用于实现节能设备监测和控制功能的定制软件。
可包括在该网络中的另一设备是第三方系统102。这可通过家庭自动化、楼宇管理、视听控制或其它系统来代表，其能允许第三方系统102监测并可选地控制节能设备12。
经由干线电力线载波网络38与节能设备12连接的另一方法是通过因特网网关82，从而提供经由该互联网84所提供的任一手段的接入。以此方式，用户可从远程位置远程地监测并可选地控制节能设备12，包括使用诸如PC、PDA、蜂窝电话之类的设备或提供合适的用户接口设施的任何其它设备103。
互联网网关82和互联网84也可用于从远程客户服务中心104访问网络38和节能设备12。客户服务中心和数据库104可例如由供电公司或由独立的能源管理服务供应商操作。
可连接至网络38的另一设备是智能电表106。这可在网络38所在的房屋内支持本地电力线载波通信，并例如通过广域电力线通信、无线网络、电缆网络等等向广域通信链路提供通信网关，从而典型地向由供电公司在其客户服务中心处操作的客户服务中心和数据库108提供连接。
图8中的实施例示出无线网络110，该网络的其它形式类似于图7中的网络38。代替干线电力线载波接口57，图8实施例具有射频接口58。无线射频联网通信是可应用于家里、办公室、商用、工业和其他环境的标准技术。在该实施例中，无线射频网络110可将节能设备12彼此连接、与本地控制和监测设备90连接、与第三方系统102连接、通过互联网网关82连接至互联网84、以及经由互联网84连接至用户的PC、PDA或蜂窝电话103或客户服务中心和数据库104。
RF网络110的示例在图8中被示为LIPD、Zigbee、Z-Wave、Insteon、蓝牙以及Wifi，但这不旨在表示限制。
图9是图7和8中的网络的有线版本。每个节能设备12与有线通信接口60通信。
在图9中，本地通信互连由有线网络112提供。有线联网通信是可应用于家里、办公室、商用、工业和其他环境的标准技术。如图9中所示，可应用的有线联网技术包括RS-485和CAN总线，但不限于这些技术。
现在将结合图10说明和描述本发明的用户接口的实施例。在本实施例中，用户接口80a是手持控制和监测设备的形式。
在本实施例中，节能设备12通过通信接口58连接至监测设备80a，该通信接口58又与微控制器88通信。
应理解，用户接口80a可替代地由本地设备90a代替，该本地设备90a可以是硬接线的。
用户接口80a为用户提供监测和控制节能设备12的设施。在本实施例中，用户接口80a还包括控制特征。因此，用户能设置操作参数和设定以符合它们特定的电气设备配置、使用习惯和环境，以最优化节能能力和可用性。
用户接口80a可采用任何合适的配置。例如，它可以是电池供电和手持形式，或者它可以是安装在墙上的单元。
用户接口80a可包括以下中的一些或全部：LED指示器64、主存图形用户接口91的LCD、LCD触摸屏覆盖92、用于控制和菜单导航的按钮68、用于数据输入的键盘94以及用于用户警告功能、电键声等等的声音信号装置66。
在本实施例中，用户接口80a由电池96支持。整体操作由微控制器88控制，如上所述，该微控制器88连接至通信接口58以经由联网或点对点通信与节能设备12通信，如图10中所示。
图11示出用户接口80b，该用户接口80b在某些方面是图10中的设备80a的简化版本。这期望是低成本单元，以提供用于用户经由声音信号装置66和LED 64监测功耗的设施。在本实施例中，用户还可通过按钮68控制节能设备12。按钮68监测用户键入，并在由电池96供电下，经由红外或无线射频通信将这些用户键入中继至节能设备12。
现参照图12，本地控制和感测设备90b类似于图10中的手持设备80a，不同之处在于，由于电源和数据都是硬接线，所以设备90b省去了电池98、键盘94和触摸屏92。另一方面，它包括用于红外和/或无线射频远程控制感测和用户存在感测的传感器98。
提供无源红外传感器(PIR)100以感测用户在设备90b附近的存在。
本领域技术人员将理解，各实施例中的本发明的系统提供一系列优点，这些优点与独立节能设备的节能能力相比改善了节能能力。
例如，经由设备前面板、手持设备等等的本地监测允许用户监测来自各个插座的功率和能量使用，用于管理家庭或办公室环境内的能耗。例如，来自家庭中的特定插座的异常能耗可指示参数设定或配置不正确的节能设备、或存在有故障或错误使用的电器。一旦检测到，该异常能耗可由用户以适当的方式进行控制。
经由设备前面板、手持设备等等的本地控制可允许用户例如通过设定空闲功率阈值电平、“活动待机”超时周期等等来控制和最优化各个插座的节能功能。这可允许用户使节能最大化，同时保持针对特定设备配置和使用情形的最大用户便利性。
联网设备监测可允许用户从联网的控制面板或手持设备方便地监测来自各个插座的功率和能量使用，以优化节能设备性能和管理家庭内的能耗。
联网的设备控制可允许用户从联网的控制面板或手持设备例如通过设定空闲功率阈值电平、“活动待机”超时周期等等来控制和最优化各个插座的节能功能。
来自集中式设施(例如电力公司或为监测目的特别设立的机构)的联网设备监测能允许客户服务人员或自动化系统监测来自各个插座的功率和能量使用，以管理家庭内的能耗。
来自集中式设施(例如电力公司或为监测目的特别设立的机构)的联网设备控制能允许客户服务人员或自动化系统例如通过设定空闲功率阈值电平、“活动待机”超时周期、基于资费的每天使用率来控制和最优化各个插座的节能功能。
联网设备监测可允许异常使用，诸如由于使用便携式加热器引起的来自家庭、办公室或其它环境中的特定GPO的过量功耗。这可允许警告管理人员有关该异常能量使用。
联网设备监测可允许经由例如EMAIL、SMS等等警告用户有关故障状况，例如电冰箱的功耗的停止或未使用电器的意外功率使用。
联网设备监测可允许检测设备的意外拔出，这可能在盗窃、未经授权的访问或使用等等期间发生。
联网的设备监测和控制可允许用户利用使用锁定功能(例如通过时刻/星期几、使用占空比、时间窗口内的使用分配限制等等)对节能设备编程。这可用于防止诸如电视机、PC的计算机游戏等等之类的设备的过量能量使用，并增强对这些设备的使用的家长控制。
概言之，本发明的系统可允许一系列设施(从本地有线连接、本地无线连接、本地联网或远程联网控制设施)实现：
a.对来自各个插座的功率和能量使用的用户监测，以用于管理家庭或办公室环境内的能耗。例如，来自家庭中的特定插座的异常能耗可指示参数设定或配置不正确的节能设备、或存在有故障或错误使用的电器。
b.通过允许调整宽范围的节能设备操作参数对特定装置、干线供电设备类型和使用情形的节能的最优化，上述操作参数包括但不限于模式区分的功率阈值、电压和电流取样速率、功率波动滤波器时间常数、数据平均周期、决策超时、过压和欠压行程阈值、过电流行程阈值以及由节能设备的节能算法所使用的任何其它参数。
c.例如通过设定空闲功率阈值电平、“活动待机”超时周期等等使各个插座的节能功能最优化的用户控制。这可允许用户使节能最大化，同时保持针对特定设备配置和使用情形的最大用户便利性。
d.客户服务人员或自动化系统能够监测来自各个插座的功率和能量使用，以用于管理家庭内的能耗。
e.客户服务人员或自动化系统能够例如通过设定空闲功率阈值电平、“活动待机”超时周期、基于资费的每天使用率等等来控制和最优化各个插座的节能功能。
f.对诸如由于使用便携式加热器引起的来自家庭、办公室或其它环境中的特定GPO的过量功耗之类的异常使用的检测和补救。允许警告管理人员有关该异常能量使用。
g.检测和报告故障状况，例如电冰箱的功耗的停止或未使用电器的意外功率使用，并例如经由EMAIL、SMS等等警告用户。
h.检测设备的意外拔出，这可能在盗窃、未经授权的访问或使用等等期间发生。
i.利用使用锁定功能对节能设备编程，例如通过时刻/星期几、使用占空比、时间窗口内的使用分配限制等等。这可用于防止诸如电视机、PC计算机游戏等等之类的设备的过量能量使用，并增强对这些设备的使用的家长控制。
j.选择性的切断某些负载，例如在故障或极端天气情况引起的供电限制的情况下。
虽然在本文中以被认为是最实用和优选的实施例的内容示出和描述了本发明，但应认识到可在本发明的范围内作出变更，本发明的范围不受限于本文中所描述的细节，而是与所公开内容的完整范围一致，以包括任何和所有的等价设备和装置。

Claims (12)

1.一种用于监测至少一个电气设备的功耗的系统，所述系统包括：
-集中式节能设备，所述集中式节能设备位于所述电气设备的远端，所述集中式节能设备具有：
至少一个受控制的电气插座和适合于连接至干线供电电气输出的单个电气输入；以及
适合于响应于所感测到的所述至少一个电气设备的状态来控制所述单个电气输入至所述受控制的电气插座的开关装置；
-用于与集中式节能设备通信的装置；
-用于监测连接至所述受控制的电气插座的所述电气设备的功耗的监测装置；以及
-用于输出描述所监测的功耗的数据的输出装置，
其中所述集中式节能设备还包括用于与其他集中式节能设备联网的网络接口，并且其中一个集中式节能设备可作为主设备，而另一集中式节能设备或另外多个集中式节能设备作为从设备，在主设备和各个从设备之间进行联网通信，
并且其中存在从一个从设备到另一个从设备的直接通信。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括用于实现响应于所监测的功耗的数据输出来控制所述电气设备的功耗的控制装置。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制装置能够响应于描述所监测的功耗的数据输出来调整所述节能设备的设置。
4.一种节能设备，包括：
至少一个受控制的电气插座和适合于连接至干线供电电气输出的单个电气输入；以及
开关，所述开关适合于控制所述单个电气输入至所述受控制的电气插座的电气连接；
功率传感器，所述功率传感器适合于感测连接至所述受控制的电气插座的电气设备的功耗；以及
控制器，所述控制器适合于基于所感测的功耗确定所述电气设备的操作状态，并基于所确定的操作状态控制所述开关的操作；所述控制器进一步适合于监测所述功率传感器并产生描述所感测到的功耗的数据；
发射机，所述发射机适合于发送描述所感测到的功耗的数据；以及
网络接口，用于与其他节能设备联网，并且其中一个节能设备可作为主设备，而另一节能设备或另外多个节能设备作为从设备，在主设备和各个从设备之间进行联网通信，其中存在从一个从设备到另一个从设备的直接通信，
并且其中对所述开关的电气连接和操作的所述监测和所述控制允许利用使用锁定功能对所述节能设备编程。
5.如权利要求4所述的节能设备，其特征在于，所述发射机是收发机，所述收发机进一步适合于接收描述其它电气设备的功耗的数据和/或命令数据，所述控制器进一步适合于分析所述描述其它电气设备的功耗的数据和/或命令数据以确定按照何种方式来操作所述开关。
6.如权利要求4所述的节能设备，其特征在于，包括多个受控制的电气插座，其中所述功率传感器适合于感测多个电气设备的总功耗，所述多个电气设备中的每个电气设备连接至所述多个受控制的电气插座中的一个，且所述控制器适合于根据所感测到的总功耗确定所述电气设备中的至少一个的操作状态，并基于所确定的操作状态操作所述开关。
7.如权利要求4所述的节能设备，其特征在于，包括多个受控制的电气插座，其中所述功率传感器适合于感测多个电气设备中的每个电气设备的个体功耗，所述多个电气设备中的每个电气设备连接至所述多个受控制的电气插座中的一个，且所述控制器适合于根据所感测到的个体功耗确定所述电气设备中的至少一个的操作状态，并基于所确定的操作状态操作所述开关。
8.一种节能设备，包括：
电气输入，所述电气输入适合于连接至电源；
电气输出，所述电气输出适合于连接至电气设备；
开关，所述开关适合于控制所述电气输出至所述电气输入的连接；
传感器，所述传感器适合于无线地感测用户操作的远程控制设备的活动，所述远程控制设备适合于控制所述电气设备的功能；
处理器，所述处理器适合于控制何时经由所述电气输出将功率提供给所述电气设备，所述传感器耦合至所述处理器；
网络接口，所述网络接口用于与其他节能设备联网，并且其中一个节能设备可作为主设备，而另一节能设备或另外多个节能设备作为从设备，在主设备和各个从设备之间进行联网通信；
其中所述处理器操作以基于所述传感器未检测到所述远程控制设备有任何输出来终止对所述电气输出的供电，从而至少在无用户在场使用所述电气设备的时候防止所述电气设备消耗功率，
并且其中所述处理器适于接收命令以控制活动待机周期的设置。
9.如权利要求8所述的节能设备，其特征在于，所述远程控制设备利用IR辐射将控制信号发送至所述电气设备，且所述传感器适合于检测IR辐射。
10.如权利要求8所述的节能设备，其特征在于，所述远程控制设备利用RF辐射将控制信号发送至所述电气设备，且所述传感器适合于检测RF辐射。
11.如权利要求8所述的节能设备，其特征在于，还包括由所述处理器操作的警告装置，所述警告装置适合于警告对所述电气输出的供电即将终止，其中用户在观测到所述警告时可操作所述远程控制设备以提供信号，所述信号由所述传感器感测，使得所述处理器不终止对所述电气输出的供电。
12.如权利要求8所述的节能设备，其特征在于，当所述传感器未检测到所述远程控制设备有输出超过预定的超时时长时，所述处理器终止对所述电气输出的供电。
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