相關(guān)申請的交叉引用

本申請涉及下述相關(guān)申請。于2014年12月30日提交的(代理人案卷號(hào)ebl-001)標(biāo)題為“energymeteringsystemwithself-poweredsensors”的共同未決的美國申請第14/586,710號(hào)以及于2014年12月30日提交的(代理人案卷號(hào)ebl-002)的標(biāo)題為“visualizationofelectricalloads”的共同未決的美國申請第14/586,696號(hào)公開了在本文中公開的具有創(chuàng)造性的能量計(jì)量系統(tǒng)的另外的方面。申請ebl-001提供了關(guān)于傳感器系統(tǒng)的傳感器的供電的詳細(xì)信息。申請ebl-002提供了關(guān)于由計(jì)量系統(tǒng)獲得的傳感器數(shù)據(jù)的可視化的詳情。這些申請的公開內(nèi)容通過引用并入本文。

本發(fā)明涉及用于確定配電盤的電力負(fù)載的能量計(jì)量系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及能夠確定每個(gè)電路的電力負(fù)載的能量計(jì)量系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及用于操作能量計(jì)量系統(tǒng)的方法和裝置，并且特別地涉及一種用于對(duì)能夠確定每個(gè)電路的電力負(fù)載的能量計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)的方法以及一種數(shù)據(jù)聚合裝置。

背景技術(shù)：

在常規(guī)的能量分配網(wǎng)絡(luò)中，場所的能量消耗通常在中心供應(yīng)點(diǎn)處測量，中心供應(yīng)點(diǎn)例如在能量供應(yīng)商的供電線與給定場所(例如單個(gè)建筑物或者建筑物的特定部分如公寓等)的第一配電盤之間。以這種方式，可以測量在該特定場所處消耗的所有電能，而不管給定場所的電力分配系統(tǒng)如何。

常規(guī)的能量計(jì)量裝置本地地記錄電能的總體使用。這種能量計(jì)量系統(tǒng)需要由能量消費(fèi)者、能量供應(yīng)商或服務(wù)公司定期讀取。最近，幾個(gè)國家引進(jìn)了所謂的智能計(jì)量裝置。在智能計(jì)量系統(tǒng)中，智能計(jì)量裝置將在特定場所處消耗的能量的量傳送回公用事業(yè)提供商，例如能量供應(yīng)商或者服務(wù)公司。在某些情況下，僅根據(jù)請求來報(bào)告消耗的能量的量，例如以用于制定公用事業(yè)賬單。其他智能能量計(jì)量系統(tǒng)允許對(duì)能量消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行更有規(guī)律的反饋，例如每天或每小時(shí)。

定期向公用事業(yè)提供商報(bào)告能量消耗使得能夠?qū)嵤┬碌氖召M(fèi)策略。例如，如果能量消費(fèi)者在高需求時(shí)避免過度的能量消耗，并且相反地，將其能量消耗轉(zhuǎn)移到諸如夜間等的低需求時(shí)段，則能量供應(yīng)商可以通過更低的價(jià)格來回報(bào)能量消費(fèi)者。

雖然這樣的系統(tǒng)在宏觀層面上是有用的，但是在許多情況下，在單個(gè)點(diǎn)處測量相對(duì)大的場所的能量消耗的能量計(jì)量系統(tǒng)對(duì)于詳細(xì)分析單個(gè)用戶的能量消耗而言是不夠的。例如，用戶可以檢測到其在一天的特定時(shí)間處使用高于平均量的能量，但是可能無法檢測在房屋或公寓里的何處消耗了該能量。

為了克服這個(gè)問題，開發(fā)了允許測量特定裝置的電力負(fù)載的裝置。這樣的裝置可以被固定地安裝在能量分配網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)點(diǎn)處，或者可以被設(shè)置為中間裝置而被插入在壁式插座與被檢查的裝置之間。雖然這些裝置在識(shí)別導(dǎo)致特別高的電力負(fù)載的電氣裝置時(shí)是有用的，但是其安裝和使用相對(duì)復(fù)雜，導(dǎo)致安裝成本高或者使用被限制。

在這個(gè)背景下，本發(fā)明的挑戰(zhàn)在于描述一種能量計(jì)量系統(tǒng)及其操作的相關(guān)方法，該系統(tǒng)和方法允許能量消費(fèi)者或者公用事業(yè)提供商獲得對(duì)特定場所處的電能消耗的更詳細(xì)的評(píng)估。優(yōu)選地，該能量計(jì)量系統(tǒng)應(yīng)該易于部署和操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于確定配電盤的電力負(fù)載的能量計(jì)量系統(tǒng)。該能量計(jì)量系統(tǒng)包括布置在配電盤的斷路器附近的多個(gè)傳感器，用于感測斷路器的區(qū)域中的磁場并且用于提供相對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于將多個(gè)傳感器的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成由相對(duì)應(yīng)的斷路器保護(hù)的多個(gè)電路的電力負(fù)載信息。此外，該系統(tǒng)包括校準(zhǔn)單元，其電連接到多個(gè)電路中的一個(gè)電路并且與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)耦合，其中，校準(zhǔn)單元被配置成至少確定連接的電路的參考電壓和參考電流。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)被配置成在能量計(jì)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)模式下基于由校準(zhǔn)單元確定的參考電壓和參考電流來校準(zhǔn)傳感器數(shù)據(jù)與負(fù)載信息之間的關(guān)系。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于校準(zhǔn)能量計(jì)量系統(tǒng)的方法。該方法包括下述步驟：確定從配電盤分支出去的第一電路的參考電壓和參考電流；以及感測被配置成至少保護(hù)第一電路的第一斷路器的區(qū)域中的磁場并且提供相對(duì)應(yīng)的第一傳感器數(shù)據(jù)。該方法還包括：基于所測量的參考電壓和參考電流來確定第一電路的第一電力負(fù)載信息；以及確定表示所提供的第一傳感器數(shù)據(jù)與所確定的第一電力負(fù)載信息之間的關(guān)系的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在能量計(jì)量系統(tǒng)的正常工作模式下，基于所確定的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)將與第二斷路器的區(qū)域中的磁場對(duì)應(yīng)的第二傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成第二負(fù)載信息。根據(jù)第三方面，提供了一種用于能量計(jì)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)聚合裝置。該裝置包括至少一個(gè)總線連接器，用于將布置在配電盤的斷路器附近的多個(gè)傳感器連接到數(shù)據(jù)聚合裝置，多個(gè)傳感器用于感測斷路器的區(qū)域中的磁場。該裝置還包括：用于將數(shù)據(jù)聚合裝置連接到從配電盤分支出去的第一電路的至少一個(gè)插頭連接器；以及電連接到該插頭連接器的校準(zhǔn)單元。該校準(zhǔn)單元包括用于確定第一電路的參考電壓和參考電流的電路。該系統(tǒng)還包括至少一個(gè)接口，該至少一個(gè)接口用于提供由多個(gè)傳感器提供的傳感器數(shù)據(jù)以及由校準(zhǔn)單元確定的參考電流和參考電壓，以用于在能量計(jì)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)模式下校準(zhǔn)所提供的傳感器數(shù)據(jù)與第一電路的電力負(fù)載信息之間的關(guān)系，并且用于在能量計(jì)量系統(tǒng)的正常工作模式下將所提供的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成由對(duì)應(yīng)的斷路器保護(hù)的多個(gè)電路的電力負(fù)載信息。

所描述的系統(tǒng)、方法和裝置能夠更深入地分析特定場所處的電力負(fù)載。此外，所描述的系統(tǒng)即使對(duì)于消費(fèi)者也特別易于設(shè)置。

附圖說明

將參照附圖來描述本發(fā)明的各種實(shí)施方式。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記用于不同實(shí)施方式的相同元件。附圖包括：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的能量計(jì)量系統(tǒng)的示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的能量分配系統(tǒng)的示意性電路圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的能量計(jì)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)單元；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的能量計(jì)量系統(tǒng)的另一校準(zhǔn)單元；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的能量計(jì)量系統(tǒng)的狀態(tài)圖；

圖6示出了用于校準(zhǔn)模式下的能量計(jì)量系統(tǒng)的操作方法的流程圖；以及

圖7示出了能量計(jì)量系統(tǒng)在正常工作模式下的操作方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的能量計(jì)量系統(tǒng)100的示意圖。能量計(jì)量系統(tǒng)100包括三個(gè)子系統(tǒng)，即傳感器子系統(tǒng)110、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)140和數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)170。在其他實(shí)施方式中，這些子系統(tǒng)中的若干個(gè)子系統(tǒng)可以被省略、組合或者劃分成進(jìn)一步的子系統(tǒng)。例如，分析子系統(tǒng)170可能不存在于客戶場所處，而是可以由公用事業(yè)提供商實(shí)現(xiàn)為基于云的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

根據(jù)所描述的實(shí)施方式，傳感器子系統(tǒng)110被直接裝配在常規(guī)的配電盤112上或封閉的保險(xiǎn)絲盒中。在圖1所示的實(shí)施方式中，配電盤112包括兩行豎直布置的斷路器114。當(dāng)然，在其他實(shí)施方式中，斷路器114可以被水平布置或者按照不同數(shù)目的行和列來布置。每個(gè)斷路器114在配電盤112內(nèi)連接到供電線路，并且與諸如公寓或房屋等的特定場所的若干個(gè)電路中的一個(gè)電路連接。在所描述的實(shí)施方式中，斷路器組114包括主斷路器114a，主斷路器114a保護(hù)整個(gè)配電盤112，并且由此保護(hù)所有的次級(jí)斷路器114以及與次級(jí)斷路器114相連的相關(guān)電路。例如，第一次級(jí)斷路器114可以連接到向臥室的壁式插座提供電能的第一電路。第二次級(jí)斷路器114可以連接到向廚房的壁式插座提供電能的第二電路。第三次級(jí)斷路器114可以直接連接到特定的大功率電器，例如烤箱、加熱器或空調(diào)系統(tǒng)。

為了獲得每個(gè)單獨(dú)電路的負(fù)載信息，在所描述的實(shí)施方式中，傳感器120被裝配到包括主斷路器114a在內(nèi)的斷路器114中的每個(gè)斷路器上。每個(gè)傳感器120被配置成感測相應(yīng)斷路器114的區(qū)域中的磁場的強(qiáng)度，例如由斷路器114的保護(hù)線圈或者其他內(nèi)部部件發(fā)出的磁場的強(qiáng)度。特別地，可以采用被配置成用于確定磁場或磁通量在三個(gè)不同空間方向上的分量的單芯片同步三軸數(shù)字磁力計(jì)。在paulbertrand的申請us2013/0229173a1中已知這樣的傳感器，上述申請的內(nèi)容通過引用并入本文，因此這里不再詳細(xì)描述。

為了易于安裝，可以將若干個(gè)傳感器120進(jìn)行組合以形成傳感器條形式的傳感器裝置。優(yōu)選地，傳感器條中的各個(gè)傳感器120可以根據(jù)斷路器114的標(biāo)準(zhǔn)化間隔來進(jìn)行間隔。為了適應(yīng)斷路器114的間隔的變化，可以使用柔性條來連接各個(gè)傳感器120?？商娲兀梢允褂脝为?dú)的傳感器裝置。傳感器的行還可以包括虛擬傳感器，即具有與上述傳感器120兼容的電連接和物理尺寸的裝置。這樣的虛擬傳感器可以被設(shè)置在不存在斷路器114處，在傳感器120之間。此外，在配電盤112上安裝了雙重?cái)嗦菲骰虼?lián)的斷路器的情況下，傳感器裝置的單個(gè)殼體可以包括兩個(gè)或更多個(gè)傳感器120。

在所描述的實(shí)施方式中，每個(gè)傳感器裝置具有用于操作傳感器120的相關(guān)聯(lián)的微控制器。這可以包括參照外部時(shí)鐘信號(hào)執(zhí)行對(duì)每個(gè)測量的適當(dāng)定時(shí)。微控制器還可以執(zhí)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，例如將模擬測量結(jié)果數(shù)字化并且拒絕明顯不正確的測量。在采用具有一個(gè)以上的傳感器120的傳感器條或傳感器殼體的情況下，單個(gè)微控制器可以由多個(gè)傳感器120共享。

在所描述的實(shí)施方式中，每個(gè)傳感器120包括發(fā)光二極管(led)形式的狀態(tài)指示器。led可以由微控制器控制以指示傳感器120的操作狀態(tài)。根據(jù)要指示的狀態(tài)的數(shù)目，可以使用單色led或多色led。如下所述，還可以在能量計(jì)量系統(tǒng)100的初始配置期間使用led。此外，led可以用于更高級(jí)的應(yīng)用，如ebl-002中更詳細(xì)地描述的那樣。

在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器裝置借助于傳感器裝置的殼體背面上的粘合劑條或粘合劑層附接到各個(gè)斷路器114?？梢圆捎闷渌浇邮侄?，例如，可以采用被配置成夾在斷路器114的標(biāo)準(zhǔn)化殼體上的彈性夾子，或者被設(shè)置在包括傳感器電子裝置以及用于設(shè)置單個(gè)標(biāo)記或標(biāo)簽信息的區(qū)域的斷路器114上的框架。這種機(jī)械附接手段確保了傳感器120在在斷路器114的頂部上的特定位置(例如對(duì)應(yīng)于磁場的發(fā)射熱點(diǎn))處的一致設(shè)置。傳感器120在明確限定的位置處的準(zhǔn)確設(shè)置改進(jìn)了由不同傳感器120獲得的測量值的可比性。

單個(gè)傳感器120通過圖1中不可見的內(nèi)部總線系統(tǒng)連接?？偩€系統(tǒng)可以是并行總線系統(tǒng)，該并行總線系統(tǒng)具有連接到傳感器120的行中的每個(gè)傳感器的多個(gè)并行總線線路。可替代地，總線系統(tǒng)還可以被配置成菊花鏈，即將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器120轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)傳感器120。在所描述的實(shí)施方式中，總線系統(tǒng)結(jié)合了兩種架構(gòu)。特別地，總線的包括電源線、數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線的第一部分并聯(lián)連接到所有的傳感器120。其中，這允許對(duì)傳感器子系統(tǒng)110的所有傳感器120的操作進(jìn)行同步。總線的第二部分包括用于以菊花鏈配置來連接傳感器的行中的所有傳感器120的地址線，允許按順序?qū)鞲衅?20中的每個(gè)傳感器順序地尋址。

在每行傳感器120的一端處，連接電纜122和124連接到該列的第一傳感器120。在所描繪的實(shí)施方式中，連接電纜122和124連接到接線盒126。如以上針對(duì)傳感器120所詳述的那樣，接線盒126優(yōu)選地借助于膠帶、粘合劑層或磁性固定裝置裝配到配電盤112，使得可以在不打開配電盤112的情況下裝配接線盒126，并且不需要專門的工具。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一行傳感器120中的最后一個(gè)傳感器120可以直接連接到另一行傳感器120中的第一傳感器120，使得所有傳感器120形成單鏈的傳感器120。

傳感器子系統(tǒng)110可以包括在圖1中不可見的其他部件。例如，傳感器子系統(tǒng)110可以包括如檢測配電盤附近的人的存在的運(yùn)動(dòng)檢測器，或者檢測用于封閉配電盤112的保險(xiǎn)絲盒的覆蓋門的打開狀態(tài)的前門傳感器。在配電盤112處執(zhí)行維護(hù)的情況下(這可能導(dǎo)致不正確的測量結(jié)果)，能量計(jì)量系統(tǒng)100可以使用這樣的附加傳感器數(shù)據(jù)來中斷負(fù)載測量?？商娲?，如下文進(jìn)一步描述的，來自這種傳感器的數(shù)據(jù)也可以用于觸發(fā)對(duì)能量計(jì)量系統(tǒng)100的重新校準(zhǔn)?？梢允褂弥匦滦?zhǔn)來使能量計(jì)量系統(tǒng)100適于改變的配置或其他外部影響，例如不同的背景磁場。此外，可以針對(duì)不同的操作環(huán)境(例如具有打開或封閉的保險(xiǎn)絲盒)來存儲(chǔ)不同組的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在這種情況下，可以使用來自門傳感器的數(shù)據(jù)來相應(yīng)地切換校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組以改進(jìn)測量結(jié)果。此外，能量計(jì)量系統(tǒng)100可以向用戶或管理員生成通知以突出顯示門已被打開或保持打開。

包括傳感器120、連接電纜122和124以及接線盒126的傳感器子系統(tǒng)110借助于饋電電纜130連接到數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)140。特別地，饋電電纜130在一端處插入接線盒126并且在另一端處插入本地?cái)?shù)據(jù)聚合裝置142。

在所描述的實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)聚合裝置142被集成在具有插頭連接器的ac適配器型殼體中，插頭連接器用于將數(shù)據(jù)聚合裝置142插入到常規(guī)的壁式插座144中。將數(shù)據(jù)聚合裝置142插入壁式插座144中使得數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)140和所連接的傳感器子系統(tǒng)110上電。此外，將數(shù)據(jù)聚合裝置142插入壁式插座144還使得數(shù)據(jù)聚合裝置142連接到從配電盤112分支出的電路。如下文描述的，這又繼而允許能量計(jì)量系統(tǒng)的自動(dòng)校準(zhǔn)。

盡管在圖1中未示出，但是數(shù)據(jù)聚合裝置可以包括用于將其他傳感器連接到能量計(jì)量系統(tǒng)100的另外的接口。例如，數(shù)據(jù)聚合裝置142可以包括用于從諸如燃?xì)獗?、水表或熱表等的其他公用事業(yè)或家用自動(dòng)化傳感器采集數(shù)據(jù)的插頭連接器或無線接口。該數(shù)據(jù)還可以與電力負(fù)載信息一起被記錄，以便于實(shí)現(xiàn)針對(duì)該場所組合的計(jì)量和計(jì)費(fèi)。

在圖1的實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)140被布置在配電盤112附近，例如在同一個(gè)房間內(nèi)，但是在配電盤112或周圍的保險(xiǎn)絲盒本身外側(cè)。相對(duì)照而言，數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)170被布置在不同的位置處。例如，配電盤112、傳感器子系統(tǒng)110和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)140可以被安裝在地下室、車庫或者建筑物中的難以到達(dá)的其他地方。相對(duì)照而言，數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)170可以被安裝在該建筑物內(nèi)的走廊、辦公室或客廳中。在其他實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)140和/或數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)170可以被集成在配電盤112中。

為了在數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)140和數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)170之間建立數(shù)據(jù)鏈路，數(shù)據(jù)聚合裝置142包括無線傳輸系統(tǒng)146，如根據(jù)ieee標(biāo)準(zhǔn)系列802.11的wi-fi鏈路。在圖1的實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)170包括具有相對(duì)應(yīng)的無線傳輸系統(tǒng)174的遠(yuǎn)程終端172?？商娲?，數(shù)據(jù)聚合裝置142和遠(yuǎn)程終端172也可以借助于直接電纜或者另一合適的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)來連接。特別是在數(shù)據(jù)聚合裝置142被集成到配電盤112中的情況下，可以使用電力線通信來避免來自保險(xiǎn)絲盒內(nèi)的無線數(shù)據(jù)通信的問題。此外，數(shù)據(jù)聚合裝置142、終端172和/或用于數(shù)據(jù)處理的其他部分可以連接到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(例如因特網(wǎng))以用于數(shù)據(jù)交換。

在所描述的實(shí)施方式中，使用背板176將遠(yuǎn)程終端172裝配到墻壁上，背板176還通過無線電力傳輸向終端172提供電能。可替代地，終端172可以包括內(nèi)置電源，或者可以借助于電纜連接到外部電源。借助于供電電纜180從連接到背板176的ac/dc適配器178來提供電能。ac/dc適配器178可以被插入到要安裝終端172的位置處的任何插座中。

在所描述的實(shí)施方式中，終端172執(zhí)行能量計(jì)量系統(tǒng)100的大部分?jǐn)?shù)據(jù)處理。特別地，終端172接收由傳感器120提供的關(guān)于各個(gè)斷路器114的區(qū)域中的磁場強(qiáng)度的傳感器數(shù)據(jù)以及由數(shù)據(jù)聚合裝置142確定的參考電流和參考電壓。稍后將更詳細(xì)地描述終端172對(duì)接收到的數(shù)據(jù)的處理。在可替代的實(shí)施方式中，部分或全部處理由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的其他部分執(zhí)行，例如由傳感器子系統(tǒng)11或者數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)140來執(zhí)行。此外，一些或全部處理也可以由外部實(shí)體通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行，例如由公用事業(yè)提供商提供的云服務(wù)來執(zhí)行。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，由終端172獲得的負(fù)載信息也被轉(zhuǎn)發(fā)給布置在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(特別是因特網(wǎng)(未示出))中的云服務(wù)。為此，終端可以借助于諸如調(diào)制解調(diào)器、路由器或無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接入裝置等的網(wǎng)絡(luò)部件來連接到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)?？商娲兀瑪?shù)據(jù)聚合裝置可以將負(fù)載信息直接轉(zhuǎn)發(fā)給云服務(wù)。在這種情況下，終端可以從云服務(wù)而不是從數(shù)據(jù)聚合裝置下載負(fù)載數(shù)據(jù)。可以由公用事業(yè)提供商提供的云服務(wù)包括用于存儲(chǔ)電力負(fù)載信息的數(shù)據(jù)庫。在所描述的實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)庫包括具有兼容的能量計(jì)量系統(tǒng)100的所有耗電設(shè)備的當(dāng)前負(fù)載信息和歷史負(fù)載信息。此外，數(shù)據(jù)庫194還可以存儲(chǔ)另外的負(fù)載信息，例如由常規(guī)智能計(jì)量裝置報(bào)告的負(fù)載信息。

圖2示出了配電盤112(例如根據(jù)圖1的配電盤112)的區(qū)域中的能量分配系統(tǒng)200的示意性電路圖。

在圖2所示的實(shí)施方式中，供電網(wǎng)絡(luò)借助于兩個(gè)不同的相線l1和l2以及中性導(dǎo)體n來提供電能。盡管圖2示出了具有單獨(dú)的中性導(dǎo)體n的雙相供電網(wǎng)絡(luò)的電路圖，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置和方法也可以適用于其他供電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，包括具有中性?dǎo)體以及不具有中性導(dǎo)體的單相、雙相、三相或多相配電網(wǎng)絡(luò)。

在配電盤112處，分離的電路c1至c6從兩個(gè)相線l1和l2分支出去。在所呈現(xiàn)的示例中，三個(gè)電路從相線l1和l2中的每個(gè)相線分支出去。電路c1至c6中的每個(gè)電路由相應(yīng)的斷路器114保護(hù)。此外，在斷路器114中的每個(gè)斷路器附近，安裝有用于測量該斷路器114附近的磁通量的單獨(dú)的傳感器120。當(dāng)斷路器114的區(qū)域中的磁通量與流經(jīng)電路c1至c6的電流相關(guān)時(shí)，該裝置允許檢測電路c1至c6中的每個(gè)電路的負(fù)載狀態(tài)。

又如圖2所示，電路c1連接到壁式插座144。此外，借助于壁式插座144，數(shù)據(jù)聚合裝置142也連接到第一電路c1。如上面參照圖1詳細(xì)描述的那樣，數(shù)據(jù)聚合裝置142也與傳感器120中的每個(gè)傳感器連接。通過觀察電路c1的電氣特性以及由相對(duì)應(yīng)的斷路器114的傳感器120提供的傳感器數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)聚合裝置142或者連接到數(shù)據(jù)聚合裝置142的單獨(dú)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以建立電路c1的負(fù)載與在相對(duì)應(yīng)的傳感器120處觀察到的傳感器數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。在一種方式中，在校準(zhǔn)期間使用的傳感器120可以對(duì)應(yīng)于設(shè)置在保護(hù)電路c1本身的單獨(dú)斷路器上的傳感器。在另一種方式中，如下面詳細(xì)描述的那樣，在校準(zhǔn)期間可以考慮集成到常規(guī)智能計(jì)量裝置或主斷路器中的在或者附接在常規(guī)智能電表或主斷路器114a的表面上的傳感器。當(dāng)然，可以將兩種方式進(jìn)行組合，例如通過校準(zhǔn)附接到主斷路器114a的電路c1的電流以及傳感器120與附接到單獨(dú)的次級(jí)斷路器114的傳感器120的相關(guān)響應(yīng)之間的關(guān)系。

此外，由于傳感器120被布置成彼此靠近，所以也可以使用相對(duì)于電路c1建立的相關(guān)性來建立不直接連接到數(shù)據(jù)聚合裝置142的其他電路c2至c6的電力負(fù)載。例如，可以通過將電路c1的預(yù)定負(fù)載模式與由第一傳感器120提供的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來識(shí)別在所有傳感器120處存在的背景磁場。此外，可以基于各個(gè)傳感器120的傳感器數(shù)據(jù)的互相關(guān)性來建立相鄰電路之間的干擾。

為了支持更精確的測量，并且還要對(duì)由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)確定的負(fù)載信息進(jìn)行獨(dú)立的驗(yàn)證，能量分配系統(tǒng)200的總體功耗可以由總和測量裝置210測量。例如，另外的測量電路可以是直接布置在通向配電盤112的電源線中的主斷路器114a、剩余電流斷路器(rccb)，也稱為接地故障電路中斷器(gfci)、接地故障中斷器(gfi)或者電器泄漏電流中斷器(alci)或常規(guī)智能電表。總和測量裝置210被布置在特定場所的第一分支點(diǎn)之前，并且可以向數(shù)據(jù)聚合裝置142提供關(guān)于提供給配電盤112的能量的電流、電壓和/或功率的數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)可以由總和測量裝置210本身或者設(shè)置在總和測量裝置210的表面上的另外的傳感器120提供。這樣的數(shù)據(jù)可以被直接提供，即通過如圖2所示的電纜連接來提供，或者間接提供，即通過諸如本地樓宇自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來提供。由總和測量裝置210或另一測量裝置提供的總和測量值可以與基于每個(gè)傳感器120的傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算出的所有負(fù)載的總和進(jìn)行比較。該比較可以用于驗(yàn)證傳感器數(shù)據(jù)、用于識(shí)別未連接到任何斷路器114或者不具有傳感器120或者具有故障傳感器120的斷路器的電路、以及用于校準(zhǔn)目的，如下文更詳細(xì)描述的那樣。

為了對(duì)執(zhí)行能量計(jì)量系統(tǒng)100的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)單元暫時(shí)地或永久地連接到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。校準(zhǔn)單元可以被外部地連接，例如借助于諸如數(shù)據(jù)聚合裝置142等的插入裝置?？商娲?，校準(zhǔn)單元可以在配電盤112內(nèi)內(nèi)部地連接，例如，通過集成到總和測量裝置210中，或者通過將單獨(dú)的功能單元設(shè)置在布置在配電盤112內(nèi)的配電軌上。

圖3示出了根據(jù)圖1的實(shí)施方式的可以集成到配電盤112、數(shù)據(jù)聚合裝置142或者終端172中的第一校準(zhǔn)單元300。在參照圖3描述的實(shí)施方式中，校準(zhǔn)單元300被集成到中間裝置中，該中間裝置在輸入側(cè)具有插頭連接器310并且在輸出側(cè)具有插座320。借助于校準(zhǔn)單元300，外部負(fù)載330可以連接到從能量分配系統(tǒng)200分支出去的電路c1。在圖3所示的示意性電路圖中，電路c1由如上參照圖1和圖2詳述的斷路器114來保護(hù)。

為了建立電路c1的電力負(fù)載與布置在相對(duì)應(yīng)的斷路器114附近的傳感器120提供的傳感器數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，校準(zhǔn)單元300包括電壓測量電路340和電流測量電路350。代替圖3所示的內(nèi)部電流測量電路，可以使用外部電流互感器(ct)來測量外部負(fù)載330的電流。用于測量諸如加熱器、空調(diào)系統(tǒng)或洗衣機(jī)等的家用負(fù)載的電壓和電流的各種電路配置是本領(lǐng)域已知的。因此，省略對(duì)電路340和350的詳細(xì)描述。

需要注意的事實(shí)是，除了由電路340測量的電壓以及由電路350測量的電流之外，電路c1的負(fù)載可以取決于另外的電氣參數(shù)。特別地，感性或容性負(fù)載(例如電動(dòng)機(jī))可以具有相對(duì)于電路c1的交流電源電壓異相的輸入電流。在這種特殊情況下，除了電壓和電流之外，輸入電流和輸入電壓之間的相位角應(yīng)該由校準(zhǔn)單元300來建立。相位角可以由用于測量相位角的單獨(dú)的電路(在圖3中未示出)來建立?？商娲?，可以通過下述方法來確定相位角：使用與交流電源電壓的頻率相比較高的采樣頻率對(duì)電壓和電流進(jìn)行采樣——即過采樣，并且在隨后的處理階段中對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)。

在圖3所示的實(shí)施方式中，校準(zhǔn)單元300還包括由內(nèi)部總線系統(tǒng)連接的微控制器360、接口370和存儲(chǔ)器380。為了校準(zhǔn)傳感器120，微控制器360執(zhí)行校準(zhǔn)算法。校準(zhǔn)算法將基于由電路350和340提供的參考電流和參考電壓計(jì)算出的負(fù)載330的功耗與由磁傳感器120提供的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。以這種方式，可以將關(guān)于斷路器114的區(qū)域中的磁場的原始傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有意義的負(fù)載數(shù)據(jù)，例如流經(jīng)斷路器114的電流或功率。在其他實(shí)施方式中，校準(zhǔn)算法可以由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的其他部分來執(zhí)行，例如由終端172或者經(jīng)由因特網(wǎng)連接到能量計(jì)量系統(tǒng)100的云服務(wù)來執(zhí)行。

優(yōu)選地，可以與變化的外部負(fù)載330進(jìn)行比較。例如，校準(zhǔn)可以在延長的時(shí)間段內(nèi)重復(fù)執(zhí)行，或者可以指示用戶在校準(zhǔn)階段期間故意改變負(fù)載330，例如，通過接通和斷開負(fù)載330或者將負(fù)載330切換到不同的工作模式。

一旦校準(zhǔn)單元300建立了由傳感器120經(jīng)由接口370使用由電壓測量電路340提供的參考電壓以及由電流測量電路350提供的參考電流提供的傳感器數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，代表該相關(guān)性的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)就被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器380或另一合適的存儲(chǔ)器中，例如相應(yīng)的傳感器120、數(shù)據(jù)聚合單元142、終端172或者云服務(wù)的數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)器中。在所描述的實(shí)施方式中，存儲(chǔ)器380可以是即使在校準(zhǔn)單元300或數(shù)據(jù)聚合裝置142與電路c1斷開的情況下仍會(huì)存儲(chǔ)所建立的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的閃存或類似的非易失性存儲(chǔ)裝置。

圖4示出了可替代的校準(zhǔn)單元400，該校準(zhǔn)單元400可以被集成在配電盤112、數(shù)據(jù)聚合裝置142或終端172中。校準(zhǔn)單元400的輸入側(cè)上的部件對(duì)應(yīng)于參照圖3描述的校準(zhǔn)單元300。為了簡明起見，省略對(duì)這些元件的描述重復(fù)。

與圖3的校準(zhǔn)單元300相對(duì)照而言，圖4的校準(zhǔn)單元400包括內(nèi)部負(fù)載模擬電路(simulationcircuit)410，內(nèi)部負(fù)載模擬電路410可以由微控制器420控制以產(chǎn)生某種預(yù)定負(fù)載模式。在本實(shí)施方式中，借助于插頭連接器310處的電壓測量電路340來建立參考電壓v就足夠了。基于對(duì)關(guān)于負(fù)載模擬電路410和所選擇的負(fù)載模式的認(rèn)知，電路c1上的相對(duì)應(yīng)的參考電流和電力負(fù)載可以由內(nèi)部微控制器420或外部數(shù)據(jù)處理裝置建立。

在圖4所示的實(shí)施方式中，負(fù)載模擬電路410包括相對(duì)大的電容元件430，電容元件430可以通過第一開關(guān)440充電并且可以通過第二開關(guān)450放電。通過使用微控制器420來控制第一開關(guān)440和第二開關(guān)450，可以模擬用于電路c1的預(yù)定負(fù)載模式。當(dāng)然，也可以使用其他電路在校準(zhǔn)單元400的輸入側(cè)產(chǎn)生一個(gè)或若干個(gè)預(yù)定負(fù)載模式。

圖5示出了具有內(nèi)置校準(zhǔn)單元(例如校準(zhǔn)單元300或400)的數(shù)據(jù)聚合裝置142的狀態(tài)圖。在另一實(shí)施方式中，校準(zhǔn)單元可以被集成到能量計(jì)量系統(tǒng)100的其他部分中，例如，集成到終端172中。

在上電狀態(tài)510中，數(shù)據(jù)聚合裝置142被插入到壁式插座144中?？商娲兀瑪?shù)據(jù)聚合裝置142可以被安裝在配電盤112內(nèi)，例如設(shè)置在配電軌上或者通過電線連接到各電路中的一個(gè)電路。因此，數(shù)據(jù)聚合裝置被提供具有可以由校準(zhǔn)單元的初級(jí)電壓檢測電路(未示出)檢測的操作電壓。在檢測到所提供的電壓時(shí)，數(shù)據(jù)處理裝置，例如數(shù)據(jù)聚合裝置142的微控制器360或420，進(jìn)入初始化狀態(tài)520。

在初始化狀態(tài)520中，數(shù)據(jù)處理裝置可以建立與能量計(jì)量系統(tǒng)100的其他部件(例如傳感器子系統(tǒng)110的各個(gè)傳感器120或傳感器條、數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)170的終端172和/或外部云服務(wù))的通信信道。在所描述的實(shí)施方式中，每個(gè)傳感器120包括集成的控制器。這些控制器可以借助于被配置成菊花鏈的地址線被尋址。因此，本地?cái)?shù)據(jù)聚合裝置142的數(shù)據(jù)處理裝置可以通過對(duì)傳感器120的行中的每個(gè)微控制器進(jìn)行迭代尋址來建立傳感器120的存在、數(shù)目和相對(duì)位置。

此外，可以通過常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)方法來接觸終端172。例如，無線傳輸系統(tǒng)146和172可以在上電時(shí)使用預(yù)定網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符或密鑰。這樣的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符可以由制造商存儲(chǔ)在相應(yīng)的裝置中，或者在配置模式下可以由用戶配置。在數(shù)據(jù)聚合裝置142和終端172采用電力線通信的情況下，通過電力線發(fā)送的唯一簽名可以用于配對(duì)。一旦建立了配對(duì)，相關(guān)聯(lián)的通信參數(shù)，例如所使用的通信信道、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符和/或加密密鑰，可以被存儲(chǔ)在各個(gè)裝置的非易失性存儲(chǔ)器中。

除了物理連接之外，在能量計(jì)量系統(tǒng)100的第一初始化期間，可以使用適當(dāng)?shù)挠脩艚涌谔崾居脩糨斎腙P(guān)于配電盤112或者能量分配系統(tǒng)200的附加數(shù)據(jù)，該用戶接口例如由數(shù)據(jù)提供聚合裝置142、終端172或者智能電話應(yīng)用提供，如共同未決申請ebl-002中詳細(xì)描述的那樣。

例如，在系統(tǒng)第一次上電時(shí)，數(shù)據(jù)聚合裝置142可以依次點(diǎn)亮每個(gè)被識(shí)別的傳感器120的led。對(duì)于所指示的每個(gè)傳感器120，提示用戶提供關(guān)于相對(duì)應(yīng)的電路的信息，例如由相對(duì)應(yīng)的斷路器114保護(hù)的區(qū)域或電消費(fèi)者的名稱。然后將該信息連同相對(duì)應(yīng)的傳感器120的地址一起存儲(chǔ)在能量計(jì)量系統(tǒng)100的非易失性存儲(chǔ)器中，以供后來參考。例如，該信息可以用于在終端172或智能電話應(yīng)用的屏幕上將能量計(jì)量系統(tǒng)100在工作模式下測量的能量消耗連同相關(guān)區(qū)域或電消費(fèi)者的名稱一起顯示。相對(duì)照而言，可以提示用戶使用由能量計(jì)量系統(tǒng)100確定的傳感器120的地址來標(biāo)記與傳感器120或斷路器114相關(guān)聯(lián)的標(biāo)簽。一旦捕獲了給定傳感器120的信息，數(shù)據(jù)聚合裝置就激活下一個(gè)傳感器120的led，直到捕獲了關(guān)于所有傳感器的信息為止。

雖然以上針對(duì)初始化狀態(tài)520描述了關(guān)于系統(tǒng)100的建立連接和捕獲附加數(shù)據(jù)，但是在其他實(shí)施方式中，上述步驟中的一個(gè)或更多個(gè)步驟也可以作為下面描述的校準(zhǔn)模式540的一部分來執(zhí)行。

在初始化狀態(tài)520中，數(shù)據(jù)處理裝置可以可選地檢查能量計(jì)量系統(tǒng)100的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)是否已經(jīng)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，例如存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器380中。如果校準(zhǔn)數(shù)據(jù)(即來自能量計(jì)量系統(tǒng)100的先前校準(zhǔn)的數(shù)據(jù))已經(jīng)被存儲(chǔ)，則能量計(jì)量系統(tǒng)100可以直接進(jìn)行到正常工作模式530，在正常工作模式530中，基于先前存儲(chǔ)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)將傳感器120的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電路特定的負(fù)載信息。

如果在初始化狀態(tài)520中，能量計(jì)量系統(tǒng)100檢測到在存儲(chǔ)器中沒有存儲(chǔ)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)或者存儲(chǔ)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)不充分，或者如果數(shù)據(jù)聚合裝置142被配置成在每次上電時(shí)重新校準(zhǔn)，則能量計(jì)量系統(tǒng)100會(huì)進(jìn)入校準(zhǔn)模式540。能量計(jì)量系統(tǒng)100保持在校準(zhǔn)模式540下，直到由校準(zhǔn)單元采集了足夠的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)為止。在另一實(shí)施方式中，能量計(jì)量系統(tǒng)100還可以以有規(guī)律的間隔重新進(jìn)入校準(zhǔn)模式540或者執(zhí)行正在進(jìn)行的校準(zhǔn)處理。

一旦建立了傳感器子系統(tǒng)110的至少一個(gè)傳感器120的傳感器數(shù)據(jù)與校準(zhǔn)單元的參考電流和參考電壓之間的相關(guān)性，就可以在可選步驟550中存儲(chǔ)該校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并且能量計(jì)量系統(tǒng)100進(jìn)入正常工作模式530。優(yōu)選地，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在還執(zhí)行將磁傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電流數(shù)據(jù)或其他負(fù)載信息同一的實(shí)體中。例如，在本地裝置中，各個(gè)傳感器120、數(shù)據(jù)聚合裝置142或終端172可以存儲(chǔ)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。如果將數(shù)據(jù)反饋到各個(gè)傳感器120，則在初始校準(zhǔn)之后，傳感器120的微處理器可以將所測量的磁場數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成負(fù)載信息，從而減輕對(duì)復(fù)雜的后期處理的需要。在基于云的解決方案中，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以被存儲(chǔ)在云存儲(chǔ)裝置中，從而實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的、基于大數(shù)據(jù)的分析方法。在有規(guī)律的或正在進(jìn)行的校準(zhǔn)處理的情況下，可以在需要時(shí)更新校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在可能的情況下保持歷史校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

圖6更詳細(xì)地示出了在校準(zhǔn)模式540中執(zhí)行的步驟。

在第一步驟610中，確定連接到校準(zhǔn)單元的電路的參考電壓v。例如，電壓測量電路340可以測量相線與插入連接到從配電盤112分支出的電路c1的壁式插座144的插頭連接器310的中性導(dǎo)體之間的線路電壓。在可替代的實(shí)施方式中，參考電壓v可以由諸如常規(guī)智能電表或總和測量裝置210等的外部實(shí)體提供。

在隨后的步驟620中，確定通過電路c1的測試負(fù)載的參考電流i。例如，外部負(fù)載330的輸入電流可以借助于如上面參照圖3說明的電流測量電路350來測量?？商娲兀瑓⒖茧娏鱥可以基于對(duì)上文參照圖4描述的負(fù)載模擬電路410實(shí)現(xiàn)的負(fù)載模式的認(rèn)知來計(jì)算。另外，參考電流i可以由外部實(shí)體提供，例如由在從配電盤112分支出去的電路周圍裝配的電流互感器(ct)、常規(guī)智能電表或者另一總和測量裝置210來提供。

在可選步驟630中，可以確定所建立的參考電壓v與參考電流i之間的相位角相位角可以基于對(duì)具體負(fù)載的認(rèn)知來測量、計(jì)算或近似。

在步驟640中，可以基于在先前步驟中建立的參數(shù)來計(jì)算負(fù)載的當(dāng)前功耗p。特別是在非歐姆消費(fèi)者的情況下，功率p可以基于在步驟310至330中提供的輸入?yún)?shù)被表示為向量值?？商娲鼗蛘叱酥猓€可以計(jì)算電路的功率因數(shù)。

并行地，在步驟650中，采集附接到保護(hù)連接到測試負(fù)載的電路c1的斷路器114的至少一個(gè)傳感器120的傳感器數(shù)據(jù)b。根據(jù)所描述的實(shí)施方式，所獲得的傳感器數(shù)據(jù)可以包括斷路器114附近的磁場的所有三個(gè)空間維度的磁通分量。因此，關(guān)于磁場強(qiáng)度的傳感器數(shù)據(jù)b也可以被表示為向量。傳感器120可以直接附接到保護(hù)單獨(dú)的分支電路c1的斷路器114?？商娲?，傳感器120還可以被設(shè)置在主斷路器114a或者剩余電流斷路器或者全部或一組電路上。在至少一些實(shí)施方式中，步驟650包括：獲得連接到數(shù)據(jù)聚合裝置142的所有傳感器120的傳感器數(shù)據(jù)b。

在隨后的步驟660中，可以建立功率p與傳感器數(shù)據(jù)b之間的相關(guān)性。

在設(shè)置在主斷路器114a上的傳感器120用于校準(zhǔn)的情況下，由測試負(fù)載產(chǎn)生的負(fù)載模式將總是導(dǎo)致被設(shè)置在主斷路器114a上的傳感器120的相對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)。在這種情況下，通過建立負(fù)載模式與和主斷路器114a相關(guān)聯(lián)的傳感器數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，可以校準(zhǔn)能量計(jì)量系統(tǒng)。然后可以通過將主斷路器114a的已知負(fù)載與各個(gè)次級(jí)斷路器114的相對(duì)負(fù)載進(jìn)行比較來校準(zhǔn)與各個(gè)分支電路c1至c6相關(guān)聯(lián)的傳感器120。例如，如果通過主斷路器114a的電流上升了已知量，例如1a，則校準(zhǔn)算法可以建立傳感器120中的哪一個(gè)也同時(shí)檢測到電流升高。假設(shè)增加的電流是由單個(gè)電路(例如c1)引起的，則可以通過注意觀察到的磁場數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于c1的1a的電流變化來校準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的傳感器120。

在沒有主斷路器的情況下，傳感器不被設(shè)置在主斷路器上，或者能量分配系統(tǒng)200的拓?fù)涫俏粗?，步驟660可以包括關(guān)于校準(zhǔn)單元300或400連接到哪個(gè)電路和/或多相供電網(wǎng)絡(luò)的哪個(gè)相位的初步分析。為此，可以將在步驟610至640中生成或確定的負(fù)載模式的簽名與在步驟650中獲得的每個(gè)傳感器的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。通常，任何一個(gè)傳感器的傳感器數(shù)據(jù)b與負(fù)載模式之間的最高相關(guān)性會(huì)指示附接到保護(hù)連接到校準(zhǔn)單元300或400的電路的斷路器114的特定傳感器120。

以類似的方式，例如，通過建立由不同傳感器120提供的傳感器數(shù)據(jù)b之間的互相關(guān)性，也可以確定傳感器的層級(jí)，例如主電源傳感器和用于各個(gè)電路c1至c6的次級(jí)傳感器120。此外，可以確定傳感器120中的哪些傳感器正在保護(hù)屬于多相供電網(wǎng)絡(luò)的同一相位和屬于不同相位的電路。類似地，通過建立對(duì)多相供電網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)相位的負(fù)載峰值的定時(shí)，可以建立所有相位的數(shù)目以及所有相位之間的相對(duì)相位角。換言之，能量計(jì)量系統(tǒng)100正在自學(xué)所監(jiān)測的能量分配系統(tǒng)200的配置。傳感器120到多相能量分配系統(tǒng)200中的各個(gè)相位的分配可以被持久地存儲(chǔ)在配置表中，該配置表例如在存儲(chǔ)器380中或者在用于存儲(chǔ)和處理隨后獲得負(fù)載的信息的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。

為了建立對(duì)傳感器120的實(shí)際校準(zhǔn)，一旦識(shí)別到相關(guān)傳感器120，就可以對(duì)相對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)b進(jìn)行更具體的分析。在所描述的實(shí)施方式中，計(jì)算出的功率p以及傳感器數(shù)據(jù)b二者都被表示為向量。因此，在概念上，可以借助于功率向量p與傳感器數(shù)據(jù)b的逆向量b^-1之間的向量積來建立矩陣c。更具體地，可以采用由paulbertrand在us2013/0229173a1中公開的對(duì)校準(zhǔn)矩陣進(jìn)行自學(xué)習(xí)的過程。所述矩陣c可以被用作校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以用于建立在傳感器120處測得的磁場與相對(duì)應(yīng)的電路c1的負(fù)載之間的相關(guān)性。類似于在校準(zhǔn)模式下確定的其他信息，矩陣c可以被持久地存儲(chǔ)在校準(zhǔn)表或者其他合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，該校準(zhǔn)表或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)例如在存儲(chǔ)器380中或者在用于存儲(chǔ)和處理隨后獲得的負(fù)載信息的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。

為了建立更精確的相關(guān)性，并且還為了識(shí)別例如存在于斷路器114附近的永久磁場的系統(tǒng)偏移，上述步驟可以被重復(fù)多次。此外，可以考慮用另外的傳感器120的傳感器數(shù)據(jù)，特別是布置在傳感器120緊前面和/或緊后面的用于保護(hù)具有測試負(fù)載的傳感器120來抵消來自相鄰電路的任何干擾。特別是在這些情況下，可以采用更復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)分析方法，以建立由至少一個(gè)傳感器120提供的傳感器數(shù)據(jù)b與由校準(zhǔn)單元提供的參考測量值之間的相關(guān)性。此外，一個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)傳感器120的傳感器數(shù)據(jù)b可以與由智能計(jì)量裝置或者用于測量供電網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或所有相位的總功耗的另一總和測量裝置210提供的總和數(shù)據(jù)相關(guān)。

如果不能建立用于主斷路器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，則可以如上所述地參照主斷路器114a來校準(zhǔn)單個(gè)電路例如c1。在這種情況下，針對(duì)電路c1獲得的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)也可以用于其他電路c2至c6，特別是在斷路器114和傳感器120具有可比較的電和磁特性。

圖7示出了能量計(jì)量系統(tǒng)100在正常工作模式530下的流程圖。在操作中，可以基于所提供的傳感器數(shù)據(jù)b單獨(dú)建立關(guān)于特定電路的電力負(fù)載的信息。

為此，在步驟710中，由布置在特定電路的斷路器114附近的傳感器120測量磁場。基于該測量，由傳感器120提供相對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)b以用于進(jìn)一步處理。

在隨后的步驟720中，在給定示例中再次為三維向量值的傳感器數(shù)據(jù)b可以與在該示例中為矩陣的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)c相乘，以建立表示相應(yīng)電路的電負(fù)載的瞬時(shí)電流i或功率p。在獲得電流的情況下，該電流可以與在之后的處理狀態(tài)下測量的或已知的線路電壓相乘以獲得相應(yīng)的功率p。

需要注意的事實(shí)是，在正常工作模式530中，不存在向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提供參考電流的需要。然而，在校準(zhǔn)單元永久地附接到能量計(jì)量系統(tǒng)100的情況下，連續(xù)提供參考電壓和/或參考電流可以有助于提高所確定的負(fù)載信息的準(zhǔn)確性并且支持有規(guī)律的或正在進(jìn)行的校準(zhǔn)處理。特別地，借助于電壓，所測量的電流可以被轉(zhuǎn)換成給定電路的測量功率。此外，借助于通過電壓測量電路340的恒定或重復(fù)的電壓測量，由公用事業(yè)提供商提供的電源電壓的變化可以被檢測，并用于校正基于傳感器數(shù)據(jù)b計(jì)算的負(fù)載信息。即使在校準(zhǔn)單元不永久地連接到能量分配系統(tǒng)200的情況下，也可以使用其他可用數(shù)據(jù)，例如智能電表或另一總和測量裝置210的輸出數(shù)據(jù)，來驗(yàn)證由能量計(jì)量系統(tǒng)100計(jì)算的負(fù)載信息。

如以上詳細(xì)描述的那樣，即使對(duì)于消費(fèi)者，所描述的能量計(jì)量系統(tǒng)100的各種部件也特別易于安裝。特別地，不需要為了執(zhí)行安裝而打開配電盤112或者斷開能量分配系統(tǒng)200的任何電線。這消除了電擊的危險(xiǎn)以及對(duì)專業(yè)或認(rèn)證技術(shù)人員的要求。

例如，如上面參照圖1詳細(xì)描述的那樣，用于監(jiān)測從相應(yīng)的斷路器114分支出去的電路的各個(gè)傳感器120可以借助于雙面膠帶或者魔術(shù)貼(velcro)緊固件簡單地附接到斷路器114的前部。此外，如果校準(zhǔn)單元300或400被集成在數(shù)據(jù)聚合裝置142或者插入連接到配電盤112的電路中的一個(gè)電路的壁式插座144的終端172中，則不需要建立能量計(jì)量系統(tǒng)100與電能分配系統(tǒng)200之間的另外連接。

換言之，能量計(jì)量系統(tǒng)100表示所謂的即插即用解決方案，該解決方案不需要拆卸配電盤112，并且可以由包括個(gè)人消費(fèi)者在內(nèi)的幾乎任何人安裝。安裝所需要做的一切就是：將傳感器120附接到斷路器114；相對(duì)簡單地將傳感器120連接到接線盒126和數(shù)據(jù)聚合裝置142；以及將數(shù)據(jù)聚合裝置142和終端172插入相應(yīng)的壁式插座144。當(dāng)然，終端172和數(shù)據(jù)聚合裝置142也可以被集成到單個(gè)裝置中，從而使設(shè)置能量計(jì)量系統(tǒng)100所需的工作量進(jìn)一步最小化。

如以上針對(duì)所描述的各種實(shí)施方式詳細(xì)描述的，數(shù)據(jù)處理(即校準(zhǔn))以及傳感器數(shù)據(jù)到電力負(fù)載信息的轉(zhuǎn)換可以由數(shù)據(jù)聚合裝置142或終端172執(zhí)行。此外，數(shù)據(jù)處理也可以由所提供的外部服務(wù)例如公用事業(yè)計(jì)量公司例如通過云服務(wù)來執(zhí)行。在本實(shí)施方式中，聚合裝置142或終端172可以被配置成將由傳感器120獲得的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給廣域網(wǎng)特別是因特網(wǎng)。

在傳感器數(shù)據(jù)通過諸如因特網(wǎng)等的公共網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)那闆r下，數(shù)據(jù)加密可以由數(shù)據(jù)聚合裝置142或終端172或者用于將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)提供商的任何其他裝置來施加。當(dāng)然，為了增加安全性，數(shù)據(jù)加密也可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)聚合裝置142與終端172之間的通信，特別是在數(shù)據(jù)聚合裝置142與終端172之間是無線連接的情況下。

上述能量計(jì)量系統(tǒng)100允許實(shí)現(xiàn)許多新穎的應(yīng)用，例如對(duì)特定場所、子單元、用戶、電路或電子裝置的功耗的細(xì)粒度分析。

例如，可以分析建筑物或公寓的不同房間中的能量消耗。此外，可以通過注意到異常時(shí)間或異常位置處的高功耗來自動(dòng)檢測可疑活動(dòng)。另一個(gè)應(yīng)用是基于電力消耗來間接檢測建筑物的特定部分中存在或不存在人。

此外，基于特定場所的負(fù)載信息與其他場所的負(fù)載信息或平均值的比較，可以為消費(fèi)者提供建議，以減少消費(fèi)者自己的能量消耗，從而有助于減少溫室氣體的產(chǎn)生。類似地，用戶還可以例如借助于終端172或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來提供關(guān)于個(gè)人預(yù)算的信息。在這種情況下，能量計(jì)量系統(tǒng)100可以在超過預(yù)設(shè)功率預(yù)算之前吸引用戶對(duì)高能量消耗的注意，從而使消費(fèi)者能夠降低其能量使用以保持在商定的預(yù)算范圍內(nèi)。此外，供應(yīng)商可以基于特定消費(fèi)者的歷史記錄和潛在的進(jìn)一步信息(例如天氣或溫度數(shù)據(jù))來預(yù)測該消費(fèi)者的電力需求。

此外，可以用高分辨率例如每分鐘、每秒甚至更頻繁例如以100hz或更高的頻率按照時(shí)間來監(jiān)測能量的使用。通過按照時(shí)間來監(jiān)測電路特定的負(fù)載信息，可以通過注意相關(guān)聯(lián)的電力負(fù)載突然或緩慢地下降或上升來檢測異常事件，例如故障或電器磨損?？梢砸陨踔粮叩牟蓸宇l率，例如幾khz，來執(zhí)行對(duì)各個(gè)電氣裝置的接通特性的諧波分析，從而即使在連接到同一電路時(shí)也能識(shí)別各個(gè)裝置。這樣的分析可以基于對(duì)所獲得的電流的傅里葉變換。

雖然已經(jīng)針對(duì)各種當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方式描述了能量計(jì)量系統(tǒng)100，但是注意到這樣的事實(shí)：在不脫離本文中公開的發(fā)明構(gòu)思的情況下，可以以多種方式改變所描述的系統(tǒng)。特別地，與即插即用設(shè)備相對(duì)照而言，該系統(tǒng)還可以利用固定安裝的電流互感器來建立參考電流。此外，校準(zhǔn)單元可以被集成到其他裝置中，例如智能電表或總和測量裝置210中，或者被設(shè)置為永久連接到電能分配系統(tǒng)200的單獨(dú)裝置。

附圖標(biāo)記列表

100能量計(jì)量系統(tǒng)

110傳感器子系統(tǒng)

112配電盤

114斷路器

114a主斷路器

120傳感器

122連接電纜

124連接電纜

126接線盒

130饋電電纜

140數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

142數(shù)據(jù)聚合裝置

144壁式插座

146無線傳輸系統(tǒng)

170數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

172遠(yuǎn)程終端

174無線傳輸系統(tǒng)

176背板

178ad/dc適配器

180供電電纜

200能量分配系統(tǒng)

210總和測量裝置

300校準(zhǔn)單元

310插頭連接器

320插座

330外部負(fù)載

340電壓測量電路

350電流測量電路

360微控制器

370接口

380存儲(chǔ)器

400校準(zhǔn)單元

410負(fù)載模擬電路

420微控制器

430容性元件

440第一開關(guān)

450第二開關(guān)