專利名稱：用于測量能量消耗裝置的能量數據的輔助計量硬件的制作方法
技術領域：
下列公開涉及能量管理，并且更特別涉及家用消費電器以及住宅中存在的其他能量消耗裝置和/或系統(tǒng)的能量管理。本公開對于一種裝置具有特別應用，該裝置控制消費電器以及其他能量消耗裝置和/或系統(tǒng)的操作，并且充當公用事業(yè)公司網絡和這些消費電器以及其他能量消耗裝置和/或系統(tǒng)之間的網關。要在下文論述的該控制器/網關裝置有時在本文中叫做住宅能量網關(HEG)。
背景技術：
當前公用事業(yè)公司通常對能量收取統(tǒng)一費率，但由于日益增加的燃料價格成本和在一天中的某些部分的高能量使用，公用事業(yè)公司必須購買更多的能量以在峰值需求期間供應客戶。因此，公用事業(yè)公司開始在峰值需求期間收取較高的費率。如果可以降低峰值需求，那么可以實現(xiàn)潛在的成本節(jié)省并且減小公用事業(yè)公司必須適應的峰值負荷。一個提出的第三方技術方案是提供其中控制器“接通和切斷”到電器或控制單元的實際能量供應的系統(tǒng)。然而，在僅僅接通/切斷之外沒有主動控制。認為從業(yè)中的其他方在峰值時間期間停止某些電器的一些操作。另外，一些電公用事業(yè)公司轉向高級計量基礎設施(AMI)系統(tǒng)，其需要與住宅或辦公建筑物中的電器、HVAC、熱水器等通信。所有電公用事業(yè)公司(在美國超過3，000個) 將不會使用相同的通信方法在該AMI系統(tǒng)中發(fā)信號。相似地，已知系統(tǒng)沒有使用多種通信方法和協(xié)議直接與電器通信，也沒有采用為通信裝置創(chuàng)建的模塊化和標準方法來聯(lián)接和傳送操作模式到電器的主控制器。住宅能量管理(HEM)系統(tǒng)正變成采用消費者友好方式減少住宅和建筑物中的能耗的關鍵。現(xiàn)有的HEM通常處于兩個一般類別中之一中·在第一個類別中，HEM采用具有集成顯示器的特殊自定義配置的計算機的形式， 其與住宅中的裝置通信并且存儲數據，并且還具有簡單算法來實現(xiàn)能量減少。該類型的裝置還可包括小鍵盤用于數據輸入或該顯示器可以是觸摸屏。在任一個設置中，該顯示器、計算機和小鍵盤(如果使用的話)形成為單個單元。該單個單元集成在單元式外殼中，或如果該顯示器不在相同外殼中，該顯示器和計算機當從工廠交付時另外連接/關聯(lián)，和/或同步或調諧以作為單個單元工作。·在第二個類別中，HEM采用住宅中低成本路由器/網關裝置的形式，其從該住宅內的裝置收集信息并且將它發(fā)送到遠程服務器，并且作為回報從該遠程服務器接收控制命令并且將它傳送到該住宅中的能量消耗裝置。在該類別中，再次如同在第一類別中，HEM可是自定義配置的裝置，其包括設計為單個單元的計算機和集成/關聯(lián)的顯示器(和小鍵盤，如果使用的話)。備選地，HEM可實現(xiàn)為例如膝上型或臺式等家用計算機，其操作軟件來定制該家用計算機的該用途。當前現(xiàn)有的類型中兩者都由于較高的消費者成本、低靈活性和增加的系統(tǒng)復雜性具有顯著的劣勢。第一類別向消費者要求巨大的先期成本，因為在HEM上提供集成顯示器的成本非常昂貴。另外，驅動該顯示器需要的電子設備是復雜和昂貴的。此外，從消費者觀點，除家用計算機、智能電話、電視和在例如恒溫器、電器顯示器等預先存在的家用裝置上的顯示器之外，迫使他們向他們的住宅再增加一個顯示器屏。第二類別的HEM牽涉提供服務器基礎設施和數據傳輸的可觀成本。另外，該類型的HEM必須與遠程服務器連續(xù)不斷地連接，否則住宅中裝置的能量數據記錄和節(jié)能命令將在服務中斷期間丟失。另外，該配置要求連接到互聯(lián)網來訪問和查看數據。因此該第二配置在互聯(lián)網普及率非常低的區(qū)域是非常有限的。為了在商業(yè)上實用，HEM應該對于通過節(jié)能的消費者產生少于一年的回報。當前的HEM系統(tǒng)產生至多大約3-5年的回報。因此，因為電子裝置的標準壽命是大約5年，消費者不可能從他們的投資得到回報；因為他們將在達到投資回報期之前必須獲得新的裝置。HEM的關鍵功能包括·創(chuàng)建住宅內的能量消耗裝置的網絡，·測量整個住宅/建筑物或個體裝置的消耗，·在數據庫中記錄并且存儲能耗信息，以及·實現(xiàn)與住宅中的所有能量消耗裝置的消費者界面來·查看個體裝置的消耗數據·設置能量消耗裝置在一天期間的不同時間或在不同能量定價水平操作的偏好·控制/程序化能量消耗裝置。為了 HEM實現(xiàn)它的計劃功能，所有能量消耗、能量產生和能量測量裝置必須通過網絡與該HEM通信。能量消耗裝置的網絡通常采用有高可靠度的具有非常低的功率和低能量的通信設計。支持能量消耗裝置的網絡需要的數據帶寬比對于消費電子產品的聯(lián)網需要的數據帶寬(其通常是高帶寬和高速)小得多。包括物理層、聯(lián)網層和應用層的聯(lián)網標準對最終用途優(yōu)化。消費者希望通過住宅中可用的多種消費電子裝置查看和控制通過HEM可獲得的能耗信息。為了實現(xiàn)此，要求能耗和控制信息必須能夠容易地從能量消耗裝置的網絡傳輸到消費電子裝置的網絡。另外，消費者更習慣于與消費電子裝置交互。因此在消費電子裝置上的消費者交互數據應該能夠流入能量消耗裝置的網絡并且實現(xiàn)能量消耗裝置的命令和控制。

發(fā)明內容
本文公開的裝置是住宅能量網關(HEG)，其實現(xiàn)上文描述的HEM的所有關鍵功能， 并且實現(xiàn)數據在具有不同物理、鏈路、網絡、傳輸和/或應用層的網絡之間的流動，提供最低成本的產品給消費者，且具有從住宅中已經可用的任何消費電子產品與HEM聯(lián)接和/或代替住宅能量管理網絡中的任何HEM的靈活性。
HEG是具有多種通信接口的單板計算機，其與足夠的存儲器和計算資源結合來實現(xiàn)住宅或建筑物的能量管理。該裝置在該裝置上或在系統(tǒng)中不具有專用顯示器。它傳送存儲在它的存儲器內的數據到其他顯示裝置，以實現(xiàn)到HEG的消費者界面。在一個實施例中，HEG硬件由具有下列規(guī)格的單板計算機構成-三星S3C2450 32bit RISC 微處理器 ARM926EJS，400MHz-DDR2 SDRAM(32MB)-用于嵌入式Linux&HEG軟件的NAND閃存(16MB)-用于數據庫存儲的NAND閃存(16MB) 該單板計算機具有與不同的物理、聯(lián)網和應用層的三個通信接口。HEG具有有下列規(guī)格的以太網和Wifi接口 -IEEE 802. 11 big Wi-Fi-Wλ、WPA2、WEP-40、WEP_I04、802. lx、PEAP, LEAP、TLS, TTLS, FAST-MAC地址過濾-IOllOOBase-T 以太網連接性該接口在該文件中稱為第一接口或第一網絡。一個實施例的HEG還具有兩個下列規(guī)格的Zigbee接口 -符合IEEE 802. 15. 4 的 2. 4GHz 無線接口-智能能量概況，住宅自動化概況-傳送功率20dBm，接收靈敏度0 -IOOdBm-AES 1 位加密-使用1 位OseasHash函數的安裝碼-使用Certicom證書的ECC密鑰交換-SEP 1.0安全性要求-CBKE ZigBee鏈路密鑰安全性-ZigBee Pro 特征集提供兩個Zigbee通信接口使得HEG可以與兩個單獨的能量網絡對話。使用一個Zigbee接口，(稱為第二接口或第二網絡)HEG與智能儀表網絡通信。該接口讀取智能儀表、能量計量裝置，并且將數據記錄在HEG的數據庫中。HEG使用另一個Zigbee通信接口(稱為第三接口或第三網絡)與住宅內的裝置通信。使用該接口，HEG讀取個體能量消耗裝置的消耗并且將它記錄在數據庫中。例如價格信號、需求響應信號和文本消息等公用事業(yè)通信通過第二接口接收，記錄在數據庫中，并且通過第三接口傳送給住宅中的裝置。能量消耗裝置的命令和控制信息與它們對公用事業(yè)信號的響應通過第三通信接口接收，記錄在數據庫中，并且經由第二接口傳送給公用事業(yè)公司，該通信通過公用事業(yè)智能儀表路由。HEG還可以程序化來基于消費者偏好改變能量消耗裝置對公用事業(yè)通信的響應。 消費者可(如果期望的話)將操作的時間表、模式程序化并且創(chuàng)建對公用事業(yè)消息的唯一裝置響應。該程序化通過第一接口傳送。存儲的事件、能量數據、公用事業(yè)消息和消費者設置偏好也通過第一通信接口訪問，第一通信接口以較高的帶寬操作并且使用消費電子設備友好的通信協(xié)議。例如，在一些
5實施例中該通信可以通過Wifi或以太網。用戶界面是存在于住宅中的消費電子產品或家用計算機中的一個的應用。這些家用裝置通過預先限定的通信協(xié)議與HEG通信。用戶界面可向HEG請求像歷史電力消耗信息的特定數據，并且HEG可以推送像價格變化或公用事業(yè)消息的信息給在局域網(LAN)中的裝置，其中所有通信交換基于該通信協(xié)議通過命令發(fā)生。另外，可以通過HEG控制或聯(lián)接能量消耗裝置，用戶界面通過第一接口使用該通信協(xié)議與HEG通信，并且HEG使用不同的物理通信層用低帶寬協(xié)議與能量消耗裝置通信。術語通信協(xié)議指語言、傳輸和會話三個方面。術語語言限定為用于傳送數據或命令的語言，例如XML、JS0N-RPC、XML-RPC、S0AP、位流或行終止字符串等。術語傳輸限定為用于輸送數據或命令的例如UDP、TCP、HTTP等協(xié)議。會話限定為這樣的術語，例如裝置經由基于套接字(socket)的連接推送數據，或裝置響應于被輪詢而發(fā)送數據。正推送的數據的示例是TCP套接字流，并且輪詢的示例是能得到休息的創(chuàng)建、讀取、更新和刪除方法。HEG對于公用事業(yè)公司在向住宅內的裝置登記和與其通信中起關鍵作用。必須通過智能儀表與智能輸電網一起工作的典型裝置必須向智能儀表登記。這意味對于安裝在消費者的住宅中的每個能量消耗裝置，該消費者必須聯(lián)系公用事業(yè)并且向它們提供安裝碼來登記該裝置，其需要公用事業(yè)公司和消費者兩者的時間和資源。一旦HEG登記到智能儀表， HEG然后充當公用事業(yè)公司的單點網關。這樣，住宅中的所有其他裝置向HEG登記并且與 HEG通信。HEG然后總結裝置動作、響應和狀態(tài)并且傳送單個消息給公用事業(yè)公司。這節(jié)省公用事業(yè)公司的儀表系統(tǒng)的資源和基礎設施，因為只有一個裝置從住宅通信，而不是接收消息的10至15個裝置(這否則將需要大量帶寬)。利用住宅中趨同于公共標準的通信協(xié)議，HEG還可以用于將住宅內的其他裝置聯(lián)網并且存儲數據。例如，它可以監(jiān)測居住在住宅中的消費者的健康。可以將浴室稱重秤實現(xiàn)為具有通信接口，并且每次人踏上秤時，人的重量可以從HEG自動讀出并且?guī)в袝r間戳地存儲在數據庫中。裝置可以相似地讀取其他健康參數，像血壓、葡萄糖、溫度等。采用相同的方式，住宅中的能量和水消耗是住宅中日常生活的指示。它可以指示住宅中的活動、住宅中的人數、住宅中人的健康、住宅中的安全和侵入。HEG還可以通過開放標準與住宅自動化和住宅安全系統(tǒng)一起操作。這將協(xié)調試圖控制照明、池泵和其他裝置的裝置。它們還可以采用新的方式共享信息。電器可以充當另外的居住或侵入者探測系統(tǒng)。例如，如果住宅安全處于離開模式，并且冰箱門打開，這可以傳給安全系統(tǒng)，就像運動傳感器。根據另一個方面，能量消耗裝置包括至少一個能量消耗部件，用于從輸送電力給該裝置的電力供應導體收集數據的傳感器，該傳感器配置成收集涉及該至少一個部件的電使用和/或經由該電力供應導體提供給該裝置的電力的性質的數據，以及用于傳送該數據 (例如給遠程能量管理系統(tǒng)裝置)的通信接口。該傳感器可以收集涉及有效功耗、無效功耗、線路頻率、線路電壓、功率因數、超前/滯后電壓-電流比較和表觀功率中的至少一個的數據。該傳感器可以包括電流互感器、RogOWSki線圈、分流電阻器或霍爾效應傳感器中的至少一個。該通信接口可以包括用于向用戶顯示該收集的數據的顯示器和用于控制該能量消耗裝置的操作的至少一個方面的控制板。該傳感器可以包括在該控制板上。該能量消耗裝置可以是洗滌器、干燥機、冰箱、烹飪產品、洗碗機、除濕器和HVAC設備中的至少一個。
根據再另一個方面，用于監(jiān)測在居住能量管理系統(tǒng)中的能量消耗裝置的使用的輔助儀表裝置包括用于從直接輸送電力給該能量消耗裝置的電力供應導體收集數據的傳感器，和用于傳送該數據給遠程能量管理系統(tǒng)裝置的通信接口。該傳感器配置成收集涉及該裝置的電使用和/或經由該電力供應導體提供給該裝置的電力的性質的數據。傳感器可以收集涉及有效功耗、無效功耗、線路頻率、線路電壓、功率因數、超前/ 滯后電壓-電流比較和表觀功率中的至少一個的數據。至少一個傳感器和通信接口可以包含在公共外殼中。輔助儀表裝置可以進一步包括用于與能量消耗裝置通信的第二通信接口。傳感器和通信接口可以包含在模塊化外殼中，其具有至少兩個設計成插入墻壁插座以用于接收電力的插腳，并且具有用于收容電力供應導體(用于傳送電力給能量消耗裝置) 的插孔，由此該公共外殼可以插入墻壁插孔，并且能量消耗裝置可以插入該外殼的插孔。傳感器可以包括電流互感器、RogOWSki線圈、分流電阻器和/或霍爾效應傳感器中的至少一個。輔助儀表可以包括用于向用戶顯示該收集的數據的顯示器。傳感器可以集成進入能量消耗裝置的電力供應線。根據再另一個方面，居住能量管理系統(tǒng)包括能量消耗裝置、連接到該能量消耗裝置用于對其輸送電力的電力供應導體、輔助儀表裝置和配置成控制該能量消耗裝置的操作的至少一個方面的能量管理控制器。該至少一個輔助儀表裝置包括用于傳送收集的數據給該能量管理控制器以供該能量管理控制器在控制該能量消耗裝置中使用的通信接口。根據再另一個方面，居住能量管理系統(tǒng)的能量管理控制器包括處理器和用于與輔助儀表裝置通信的通信接口。根據另一個方面，管理居住能量消耗裝置的方法包括使用傳感器來從輸送電力給該能量消耗裝置的電力供應導體收集數據，傳送該收集的數據給遠離該傳感器的能量管理控制器，并且響應于該收集的數據控制該能量消耗裝置的操作的至少一個方面，其中該傳感器配置成收集涉及該裝置的電使用和/或經由該電力供應導體提供給該裝置的電力的性質的數據。



圖1圖示在其中實現(xiàn)本申請的概念的系統(tǒng)。圖2是本申請的住宅能量網關(HEG)的框圖。圖3是HEG的硬件框圖。圖4A-4P圖示物理HEG裝置的視圖。圖5是用于連接HEG的流程圖。圖6是在建立HEG中的步驟的圖形圖示。圖7是將HEG連接到WiFi接入點的步驟的圖形圖示。圖8是將HEG連接到互聯(lián)網的步驟的圖形圖示。圖9是連接HEG和智能儀表的步驟的圖形圖示。圖10是進行與電器的連接的步驟的圖形圖示。圖11圖示遠程代理數據訪問。圖12是更新時間表的示例消息有效負荷。圖13是包括用于測量關聯(lián)裝置的電カ性質的示范性輔助儀表的住宅能量管理系統(tǒng)的框圖。圖14是包括集成進入能量消耗裝置的另一個示范性輔助儀表的住宅能量管理系統(tǒng)的另一個框圖。圖15是圖示示范性輔助儀表裝置的細節(jié)的框圖。圖16是圖示對能量消耗裝置進行診斷的方法的流程圖。
具體實施例方式圖1是根據本申請的能量管理系統(tǒng)100的示范性實現(xiàn)。住宅的信息流的主來源示為智能電表102，其充當認證中心、協(xié)調器和/或能量服務入口(ESP)，并且其配置成與住宅能量網關(HEG) 104通信。眾所周知智能儀表102的這些功能可分入不同的裝置。例如，如果住宅不具有智能儀表102(因此電表僅起儀表的作用來提供消耗信息)，其他部件可以用于提供另外的能力。例如，沒有智能儀表102的住宅可以具有用簡單無線電和CT配置代替的智能儀表102 的計量功能性。同樣，存在可以安置在該儀表外面以通過讀取該儀表的脈沖計數或轉盤傳送它的消耗的裝置。在該實施例中，智能儀表102示出具有IEEE 802. 15. 4(ZigBee)無線電，但該儀表也可以通過例如IEEE1901(Home Plug Green Phy或Home Plug A V)等許多其他標準通信。圖1是附連到調制解調器/路由器108(將計算機附連到互聯(lián)網110的常見方式) 的計算機106(例如臺式、膝上型的其他計算裝置等)。在圖1中，計算機通過有線IEEE 802.3(以太網)連接111連接到路由器。然而，要意識到該連接可以通過其他已知連接建立，例如IEEE802. Il(Wifi)連接、電力線通信或電力線載波(PLC)連接等。在一個實施例中，PLC連接使用例如由Netgear或其他制造商為該目的售出的適配器建立。盡管在系統(tǒng) 100中示出調制解調器/路由器設置，它不是必不可少的，并且在沒有它們的情況下系統(tǒng)將為它的監(jiān)測和顯示能耗信息的主要目的來工作。在該情況下，計算機106將經由有線或無線連接直接連接到HEG 104。支持web的智能電話112配置成連接到HEG104以用于顯示數據并且配置附件(例如家用電器1 Ha-114k)，但不同的是僅無線連接是可用的。附件IHa-114k落入傳感器和裝置兩個類別(其中，取決于如何使用它們，一些附件兩個類別都落入。傳感器的示例包括太陽能儀表lHa、燃氣表114b、溫度傳感器lHc、運動傳感器114d和報告它們的功耗的電器(例如洗碗機114e、冰箱114f、爐子114g、洗滌器 /干燥機114h等)。裝置包括恒溫器114i、警報器114j和簡單開關114k連同電器(例如， 洗碗機IHe等)(當進行它們的正常功能時)。前述只是本申請的概念將對其適用的附件的一些示例。HEG102構建有計算能力和多個通信技術。與在住宅能量系統(tǒng)中使用的現(xiàn)有控制器(例如HEM等)相反，專用HEG102明顯更小、更便宜并且消耗更少電力。HEG102還具有通過多個通信網絡操作的能力，其允許HEG102采集并且操縱一個通信網絡(例如，其監(jiān)測/ 控制家用電器)的數據并且供應該操縱的數據給另一個通信網絡(例如，給消費電子網絡， 例如給家用計算機、智能電話、支持web的TV等)(即使這些網絡并不是通常兼容的)。作為另一個示例，HEG102通過一個類型的通信網絡連接到系統(tǒng)負荷(例如，家用電器等)，通過不同的通信網絡連接到公用事業(yè)公司，并且通過第三不同的通信網絡連接到顯示器。在一個特別實施例中，到顯示器的連接經由WiFi通信網絡，到公用事業(yè)公司的連接(通過儀表)經由ZigBee通信網絡，并且到家用裝置/電器網絡的連接通過第三網絡。 備選地，在其中裝置和公用事業(yè)公司的規(guī)則是不同的情況的住宅中，數據可以不同地結構化。例如，整個住宅消耗通過互聯(lián)網(如在Allent0wn，PA試驗項目中的)或經由第二網絡上的ZigBee儀表可以是可獲得的。此外，除顯示器外，包括池控制器、應急發(fā)電機和蓄電池的幾個住宅自動化裝置設計成使用互聯(lián)網協(xié)議(IP)通過以太網來訪問。轉到圖2，描繪了圖示HEG102的一個實施例的框圖200。在框圖200外面的圖的左手邊上的是遠程配置和數據采集框202 (其不是HEG框圖200的部分)。該外部數據和遠程配置請求經由WiFi無線電框204接收進入框200，WiFi無線電框204進而訪問能量和事件數據庫206?？?02的該外部數據和遠程配置請求還可以經由以太網端口 208進入框圖200以便訪問能量和事件數據庫206。在再另外的實施例中，電力線通信(PLC)適配器 210(虛線)可與該以太網端口 208 —起使用或作為其的備選來使用，以便將外部數據和遠程配置請求202輸入能量和事件數據庫206。在圖2的右手邊上的是第一數據接口框212(例如802. 15. 4Zigbee無線電等)和第二數據接口框214 (例如802. 15. 4Zigbee無線電等)。該第一數據接口框214配置成發(fā)送數據和配置消息給公用事業(yè)儀表Zigbee網絡216并且從公用事業(yè)儀表Zigbee網絡216 接收數據和配置消息，并且第二數據接口框214配置成發(fā)送數據和配置消息給內部HAN(例如，來自系統(tǒng)中的電器的數據)218并且從內部HAN接收數據和配置消息。來自這些來源的數據和消息還經由內部HAN智能能量框220連接到能量和事件數據庫206。數據庫功能將稍后更詳細地論及。在再另外的實施例中，電力線接口 222、224(虛線)可與這些接口 212、 218 一起被包括或作為其的備選而被包括在內。圖3示出HEG102的更詳細的硬件框圖300。特別感興趣的是在圖的底部的輸入 /輸出(I/O)框302。該I/O框302由芯片LED304、306和308構成，芯片LED304、306和 308用于表示HEG102的三個個體網絡的網絡狀態(tài)。這些LED表示每個網絡的從關閉(無網絡)、閃光(網絡可用)到連續(xù)點亮(聯(lián)接網絡)的狀態(tài)。可選地可提供另外的LED(沒有示出)來識別功率可用性。同樣如果另外的網絡納入HEG102，可向該另外的通信網絡添加另外的LED。這些簡單的狀態(tài)燈允許用戶確定HEG正在工作。通過該設計，如果有難題，用戶可與顯示器裝置連接用于更詳細地調查問題并且糾正該難題。還描繪的是復位按壓按鈕 312，其(如將在下文示出的)可由用戶在HEG單元自身上從外部接觸。圖4A-4P圖示HEG102的各種視圖。在HEG102上不要求顯示器或輸入鍵允許 HEG102采用非常緊湊的設計配置。在一個實施例中，這產生具有53(W)X72(H)X55(D) mm(2. 09 (W) X 2. 83(H) X 2. 16(D)英寸)的尺寸的HEG。除去插頭的插腳，具有37mm(l. 45英寸)的深度⑶。HEG的體積是160cm3并且HEG的重量是100g。因此它足夠小能夠插入標準墻壁插座，并且不需要柜臺、桌面上的空間并且不需要用螺絲或粘合劑附著到墻壁或其他表面。因為它不具有單獨的顯示器或鍵盤，沒有電線使得增加雜亂度或纏在物品上。使電力供應嵌入和/或集成在HEG中有助于使它保持小。它還允許接入電力線以用于PLC通信。小電力供應也可以精確地調諧以適合HEG的需要，代替從標準插頭變壓器選擇，并且避免消費者插入錯誤的墻壁適配器的風險。該設計還包括外殼中另外的阻燃材料，并且將插座插腳牢固地附連到外殼。圖4C示出復位按鈕400(對應于圖3的框312)和以太網輸入402(例如，圖3的 208)。現(xiàn)在轉到HEG的建立，消費者將需要配置HEG102來監(jiān)測能耗。在開始使HEG投入運行之前，消費者將需要將特定的客戶應用軟件(CAQ加載到他的計算機或智能電話上。 典型地該軟件將通過互聯(lián)網下載或從電話提供商購買。該軟件可以是將在任何PC上運行的通用Java應用程序，或它可根據裝置的物理限制和操作系統(tǒng)具體地調整，其在蜂窩電話業(yè)務中是常見的。備選地還可以使用Web CAS。圖5是流程圖500，其對一個實施例圖示實現(xiàn)這樣的配置所采用的步驟。圖5的展開論述在本公開的稍后章節(jié)中闡述。在開始502后，用戶通過提供電力給HEG(例如，將它插入住宅插座)并且經由CAS訪問HEG而連接到HEG504。CAS允許用戶提供名稱給HEG，因此可在網絡中識別它(參見圖6)。一旦連接，如果存在住宅無線網絡(例如WiFi等)506， 用戶可可選地將HEG連接到該網絡508(參見圖7)。接著，如果用戶具有住宅互聯(lián)網連接 510，HEG可以連接到該網絡512 (參見圖8)。一旦完成這些步驟，用戶將HEG連接到能量供應商(例如，公用事業(yè)公司)網絡514(參見圖9)。最后，用戶將電器(和其他系統(tǒng))連接到HEG516(參見圖10)。1.連接到裝置(圖6)現(xiàn)在轉到圖6，如上文提到的，HEG102的特別有益的方面是通過不具有專用、集成的用戶界面顯示器而獲得的價值和靈活性。不具有這樣的顯示器需要在HEG進入住宅能量網絡(或HAN)的配置中的初始步驟以便將HEG連接到網絡。這些步驟包括a.將HEG連接到它的電源(例如，常見住宅電力插座)。這將向LED (304-308)供電使它們點亮。b.將以太網電纜從計算機連接到裝置到以太網輸入008)，或嘗試點對點無線連接(例如，無線輸入204)。C.在智能電話、計算機或能夠運行軟件的其他裝置上安裝軟件。d.使用采用零配置聯(lián)網的軟件(例如來自蘋果公司的Apple Corps Bonjour)來檢測HEG。一旦檢測到HEG，用戶提供名稱和密碼給HEG來防止其他人修改他們的個人設置。2.連接到住宅網絡(圖7)如上文提到的，圖5的步驟508是可選的。然而，對于具有WiFi網絡并且其中HEG 經由以太網連接來附連的住宅，步驟508是可用的。在該情況下，將斷開以太網電纜并且 HEG移到偏僻的住宅電插座。通過該動作，消費者將仍然能夠通過他們的住宅網絡訪問HEG 但HEG將不需要主要電插座。如果HEG代替HEM或其他類型的控制器(其具有內建或另外連接的顯示器并且因此安裝在墻上用于查看顯示器)，在無線環(huán)境中的HEG將當然不安裝在墻上，并且再次可以位于偏僻的電插座。如果消費者不具有住宅無線網絡，他們可繼續(xù)使 HEG連接到路由器來共享他們的互聯(lián)網連接或保持仍然直接連接到他們的計算機(如果他們不具有互聯(lián)網連接)。如果通過WiFi連接的話，HEG上的WiFi LED將照亮。3.連接到住宅互聯(lián)網(圖8)該步驟也是可選地，并且對于裝置工作不是必需的。對于HEG不要求特殊配置。 取決于在消費者的互聯(lián)網連接上實現(xiàn)的安全性，可要求對他們的路由器和/或防火墻的一
10些修改。在一些實例中，因為HEG的數據存儲是本地的，HEG的使用可相比住宅能量控制的 “云計算”模型是有利的。4.連接到能量供應商網絡(圖9)現(xiàn)在描述用于在典型的智能儀表環(huán)境中連接和用于在互聯(lián)網環(huán)境中連接的連接步驟。a.以下描述對于典型的智能儀表應用采取的步驟。i.對于有線或無線的智能儀表，HEG將通過第二網絡連接到智能儀表?？蛻舨檎以谒麄兊腃AS中顯示的他們的安裝碼。備選地，安裝碼可以寫在HEG上或用它的文件來提供?？蛻羧缓笕〉迷摪惭b碼并且取決于它們的公用事業(yè)將安裝碼輸入瀏覽器窗口或他們呼叫他們的公用事業(yè)的客戶服務中心。ii.同樣他們將添加關于HEG所在的住宅的識別信息。取決于公用事業(yè)網絡的高級度，他們可能需要輸入他們的地址、帳號(從他們的賬單)，或他們可能需要呼叫并且獲得特殊代碼來識別他們。iii. 一旦這個完成，通過IP網絡從CAS(例如，添加到住宅屋主的計算裝置的軟件的)發(fā)送命令到HEG以使HEG在公用事業(yè)網絡上開始加入過程(joining process) 0iv. 一旦已經協(xié)商適當的安全性，HEG將通過第一 IP網絡發(fā)送確認回到CAS來指示已經建立連接。v. HEG還將打開公用事業(yè)網絡LED來通知客戶它已經連接。這允許客戶只通過朝 HEG看一眼就確定網絡的狀態(tài)，而不連接I/O裝置。vi. HEM將確定公用事業(yè)網絡上的裝置中的哪個是住宅計費儀表。多個裝置可能說它們是儀表。1.如果在公用事業(yè)網絡上只存在一個儀表，這是最簡單的，但可存在多個(即，可存在輔助儀表)。2.典型地如果存在單個裝置，其是儀表和公用事業(yè)服務接口(USI)、能量信息(價格負荷控制命令等)的來源。該單個裝置是計費儀表，但在一些地方存在充當該公用事業(yè)服務接口(USI)的單獨裝置。3.如果存在都是儀表并且都不是USI的兩個裝置，HEG必須挖得更深。例如，插入式混合動力電動車輛(PHEV)充電器可以在公用事業(yè)網絡上作為儀表并且作為負荷控制裝置，因此它可以在輸電網緊急情況期間關閉。然后HEG將指派不是負荷控制裝置的一個儀表作為公用事業(yè)儀表。注意一些儀表具有安裝在它們的內部的斷開開關，即使在該情況下，公用事業(yè)典型地不向HAN提供該開關的控制，而僅在它的載荷回程網絡(baclchaul network)上提供。vii.保留由HEG找到的不是實用功能(收益)儀表的任何裝置用于配置為住宅網絡的一部分。b.對于基于互聯(lián)網的能量供應商信息。i.在該情況下典型地將不需要安裝碼，因為不使用公用事業(yè)網絡?？蛻魧⑼ㄟ^輸入關于HEG所在的住宅的識別信息進入CAS窗口而開始。取決于公用事業(yè)網絡的高級度， 他們可能需要輸入他們的地址、帳號(從他們的賬單)，或他們可能需要呼叫并且獲得特殊代碼來識別他們。他們還可能必須輸入指示在哪里獲得定價信息的特定URI。
ii. 一旦這個完成，將通過IP網絡從CAS發(fā)送XML消息命令到HEG以使HEG通過互聯(lián)網聯(lián)系公用事業(yè)信息頁面。iii. 一旦已經協(xié)商適當的安全性，HEG將通過第一 IP網絡發(fā)送確認回到CAS來指
示已經建立連接。5.將電器連接到網絡(圖10)典型的電器將安裝在整體由住宅屋主來維護的第二網絡。ZigBee網絡在范例中用于該目的，但其對于本發(fā)明不是關鍵的。如果例如PHEV有資格得到不同的費率或客戶獲得信用允許公用事業(yè)控制他們的HVAC，例如恒溫器或PHEV充電器等一些裝置可采用與HEG 相同的方式直接連到公用事業(yè)網絡。在該情況下消費者可以直接跳到步驟vi。i.客戶將裝置的安裝碼輸入至CAS窗口中；該CAS然后將通過第一 IP網絡傳輸該消息到HEG。ii. HEG將創(chuàng)建第三網絡并且尋找嘗試加入的裝置。第三(3rd)網絡LED將閃光。iii.然后將請求客戶按按鈕或在裝置上采取相似動作來告訴它加入該網絡。采取的精確動作取決于裝置指令。iv. HEG將通過第三網絡與裝置交換安全信息并且將它與通過第一網絡接收的信息比較。如果信息指示要信任該裝置，允許它到網絡上。在該情況下，第三(3rd)網絡LED 將點亮。v. HEM將檢測在網絡上存在裝置并且將得到關于該裝置的基本信息。該裝置將提供一些配置數據，例如它是洗滌器、熱水器，或它是負荷控制裝置或儀表。vi. HEM將提出它找到的裝置的列表。為了容易識別裝置，如果消費者各個地添加所有裝置并且填寫關于找到的每個裝置的識別信息，這是最容易的。消費者還可以在這時添加用戶友好名稱給他的裝置以使它在將來更容易識別。1.對于具有裝置類型的電器的裝置，消費者可能必須添加像冰箱或干燥機的名稱。2.如果存在多個恒溫器，消費者可將一個標記為樓上并且一個為樓下，使得他們可以獨立地控制它們。3. 一些裝置將只作為儀表來添加。例如一個這樣的裝置可是太陽能或風力發(fā)電面板上的儀表?？蛻魧⒕哂袕牧斜磉x擇裝置的身份的機會?；谠撨x擇，HEG將識別裝置為負荷或來源。這在稍后創(chuàng)建報告時是重要的，因為負荷是收益儀表的子集，但來源是收益儀表的添加物。4.蓄電池將需要如此識別使得HEM可以讀取指示功率流的方向的字段。盡管當前標準具有該字段是可選的，假定存儲裝置將支持它。vii.上文的步驟可以完成與消費者期望的一樣的次數，以將他們期望的裝置中的全部添加到網絡。除上文提到的裝置之外，可以添加整群住宅自動化裝置，包括但不限于運動傳感器、門傳感器、照明控制、開關、智能插頭、浴室秤?？梢酝ㄟ^打開/關閉、調高或調低而工作的，或提供關于一些事物的數量的信息的任何事物可以容易地集成進入HEG的數據結構。6.連接到外部服務器只因為消費者不必使用云計算裝置，但不意味它不能被完成。例如，Google公司具有Google Power Meter(GPM)服務。在消費者CAS上，他們可以選擇連接到GPM，并且數據可以送至云服務器。消費者或云服務器可選擇僅接受數據的一部分。例如，消費者可選擇將公用事業(yè)功率表通向云服務器，因此他可以從工作地點訪問它，或者云服務器可將消費者限于兩個裝置，其中在點與點之間具有15分鐘增量。7.連接 Zigbee 裝置許多商業(yè)裝置可獲得以用于測量和控制插塞負荷和更大負荷，以及用于控制燈、安全性和舒適度的ZigBee住宅自動化。一個這樣的示例是具有能量表的 ZBLC30-Dual (30/15A)繼電器。該ZigBee 110/220V雙繼電器(30/15A)將它自己描述為具有能量表的控制器，其遠程控制高電流重負荷，例如熱水器、池泵、池加熱器、電動車輛充電器、空氣調節(jié)器等。使用無線ZigBee協(xié)議允許開關不斷地測量輸送到負荷的功率并且基于高準確度工業(yè)標準來報告例如有效和表觀功率等各種參數。這使大型電器的智能管理成為可能。提供有常開(NO)和常閉(NC)接觸以用于包括故障安全配置的最大靈活性。8.連接外部裝置存在許多對于消費者可用的裝置，其具有以太網或WiFi能力。例如來自Pentair Water Pool和Spa的Pentair池控制器，或來自Smart Home的警報系統(tǒng)控制器就是兩個示例。通過使用專用應用程序“APP”，這些和其他這樣的裝置可以與消費者的能量管理系統(tǒng)通信使得他們可以在一個地方對所有系統(tǒng)做出調節(jié)并且設置他們自己的優(yōu)先級。這些 app由管理HEG軟件的相同更新程序加載?，F(xiàn)在轉到HEG的操作，下文陳述的是可以通過使用HEG獲得的各種數據流的示例。1.功耗數據從儀表到數據庫a. HEG建立定時器。b.在第2網絡上周期性地對儀表查驗消耗。c.將消耗數據存儲在數據庫中。2.對使用的電器的價格信號a. HEG通過第2網絡從公用事業(yè)接收價格時間表或價格變化。b. HEG將價格數據存儲在存儲器中的表格中供將來在計算成本報告中使用。c.HEG檢查通過第1接口從消費者接收的安排優(yōu)先級。d. HEG通過第3網絡發(fā)送甩負荷命令給電器或系統(tǒng)(例如，池泵斷開箱)。3.公用事業(yè)直接負荷控制命令到池泵上的負荷控制箱。a. HEG通過第2網絡從公用事業(yè)接收價格時間表或價格變化。b.HEG檢查通過第1接口從消費者接收的安排優(yōu)先級。c. HEG通過第3網絡發(fā)送甩負荷命令給池泵斷開箱。4.功耗從智能電器到數據庫a. HEG建立定時器。b.在第2網絡上周期性地對儀表查驗消耗。c.將消耗數據存儲在數據庫中。5.日常功耗成本圖表到手持裝置。(圖11)a.手持裝置通過第1接口(WiFi)聯(lián)系HEG，發(fā)送數據的腳本化請求。
b. HEG檢查數據庫并且匯集請求的數據。HEG可以將成本數據保留在單個表格中， 或者它可以從單獨的表格拉出消耗和價格數據并且組合成成本數據。c. HEG使用例如XML等開放腳本命令來格式化報告的數據。d.HEG通過第1接口發(fā)送請求的信息給手持裝置。6.功耗數據從HEG到外部服務器。a.消費者建立用于通過第1接口傳送數據到外部服務器的條件。i.消費者從列表選擇服務器或在URL中打字ii.消費者選擇數據要多頻繁地傳遞iii.消費者選擇要傳遞哪個數據b. HEG建立定時器來滿足消費者請求。c. HEG匯集由消費者請求的數據的子集并且格式化以用于在互聯(lián)網上傳送。d. HEG將數據貼到消費者已經選擇的web服務器。7.消息從公用事業(yè)到計算機顯示器。a. HEG通過第2接口從公用事業(yè)接收文本消息。b. HEG檢查通過第1接口接收的關于公用事業(yè)消息應該去哪里(計算機屏幕、恒溫器屏幕、TV機、手持裝置、專用能量顯示器)的來自消費者的指令。c. HEG對接口適當地格式化消息并且將消息推送到適當的顯示器裝置。一旦消費者使HEG連接到儀表和裝置并且收集數據，他們可以開始利用它的能力。使用沒有專用或集成顯示器的HEG的該系統(tǒng)的特別益處是使用高質量顯示器查看數據并且與電器交互而不必單獨地為它支付的能力。許多消費者已經具有他們用于娛樂系統(tǒng)的具有17”、35”甚至52”對角線的大顯示器。這些裝置中的許多已經提供有ffebCAS。在TV 屏幕上訪問住宅的電力消耗將向消費者提供他們的消費習慣的顯示，這比公用事業(yè)已經在試驗中使用的小型單色住宅內顯示器更易讀。除了當你打開爐灶或干燥機時能夠察看能耗中的變化之外，本設計向消費者提供能量費用花在哪里的增加的認識。因為消費者顯示器 (例如，TV、計算機、智能電話)適應于圖形顯示，它們很好地適合顯示該類型的信息。該改進的界面還允許消費者精細調諧他們對不同電器的響應，其中具有比通過典型的電器控制屏可能的還要多的細節(jié)。該定制可以與能量價格、天氣信息、一天中的時間、 占用率或其他外部參數協(xié)同完成，或只按照用戶限定的規(guī)則而不需任何外面的參數來完成。第一示例因為高能量成本延遲洗碗機周期。然而熱水器也不加熱。HEG向消費者提供在啟動洗碗機之前等待直到熱水器趕上的選項。另一個洗碗機選項消費者可以確定在任何時間不允許(或一直要求)對洗碗機的加熱干燥、額外預清洗或額外加熱(盡管這些在洗碗機的控制件被選擇)。該特征對于他們的孩子幫助用餐清理的人們可是有價值的。第二示例消費者采用延遲啟動模式啟動他們的干燥機，但在延遲時間完成之前能量價格上漲。將詢問消費者他們是否仍然希望干燥機在安排的時間啟動。另外的干燥機示例是限制最大熱量而不管選擇的能量水平。以干燥時間為代價的節(jié)能的該平衡可以在任何時間做出，或可以完成來防止孩子或配偶因在過高的溫度干燥而損壞衣服。
使用天氣的示例是當外部溫度高于80度時禁止干燥機操作以避免與空氣調節(jié)裝置競爭，或如果太陽正在照射則禁止使用干燥機并且代替地晾干衣物。第三示例消費者可以自動決定他將想要他的熱水器采用各種模式中的哪個操作。取決于熱水器，可以從其中選擇的模式包括電阻加熱器Cal棒、電熱泵、燃氣、太陽能和關閉。他可以使用電價、天氣、燃氣價格和住宅占用率來從中選擇。洗衣機示例。消費者可以使用該特征來控制可以選擇的溫度，或在某些電力成本的情況下禁止使用洗滌器。當程序化裝置時改進的用戶界面也是優(yōu)勢?？删幊毯銣仄鞒３ｋy以通過它們有限的用戶界面程序化。例如，你必須按菜單按鈕兩次，然后左按鈕，然后下按鈕來設置小時，然后左按鈕，直到加載了每天具有46個事件的7天的全部時間表。HEG上與計算機或智能電話的用戶界面可以圖形地顯示它。因為消費者熟悉界面，命令更具直觀性。他們可以拖放時間變化，并且復制粘貼一天的時間表到不同天。一旦他們對該時間表感到滿意，他們可以保存整個時間表并且然后通過高數據率以太網/WiFi連接將它發(fā)送給HEG。HEG將在內部保存時間表。客戶可以建立許多時間表。冬天(取暖)、夏天(制冷)、夏天假期(住宅是空的，只稍稍制冷，在晚上流通室外空氣)；夏天小孩在家(在白天制冷)等。在客戶選擇一個加載后，HEG將該時間表載入恒溫器。其后客戶可以改變時間表并且回到原始時間表而不需要重新輸入信息?，F(xiàn)在轉到圖12，示出的是可以用于發(fā)送時間表給恒溫器的消息有效負荷的數據部分的示例?？梢曰谠O立的確切通信協(xié)議添加適當的首部和校驗和字段。字節(jié)行是字段的大小。數據類型和字段名稱描述每個字段中的數據類型。時間表由一系列轉變時間、高設定點和低設定點構成。每個設定點被安排執(zhí)行直到下一個轉變?？勺冏侄慰梢园鄠€轉變直到給定天的最后(第η)轉變。在午夜，時間表將繼續(xù)之前天的最后轉變直到新的一天的第一個轉變。星期幾字段識別正安排的天。其中天0是星期天， 天1是星期一，天2是星期二等。備選地位圖字段可以用于將相同時間表同時設置進入多天。可變字段可以包含重復轉變。恒溫器程序化的示例不限于恒溫器，而可以與正常按時間表運行的任何事物一起被包含在內。不同的示例可以是池泵和spa控制器，其中高設定點是spa溫度并且低設定點是池溫。另一個應用是設置池泵運行時間，其中高和低設定點可以設置在0和100來控制關閉和打開。變速控制器可以使用1-99來指示全速運行的百分比。該打開關閉安排也可以與熱水器控制器一起使用，因此當住宅屋主安排在工作時它將不維持水溫。HEG依賴許多不同的軟件設置。在HEG它自己上面存在軟件。在用于配置HEG并且從它收集數據的臺式或膝上型計算機上存在第二件軟件。在智能電話上存在第三件軟件。電話和計算機可由操作系統(tǒng)進一步限定，或可利用像Java的允許程序在多個操作系統(tǒng)上運行的平臺。這些中的每個可以互相獨立地升級。臺式(或膝上型)和智能電話App也具有對HEG的服務。它們可以每天查驗服務器(例如，如果來自General Electric，則是 GE服務器)檢查最新的軟件版本。當新的軟件變成可用時，糾正難題或添加特征，它們可以下載最新的HEG軟件并且將它向下推送到HEG。這樣，軟件設置可以互相獨立地升級。
一旦HEG知道哪些電器在網絡上，它還可以檢查服務器以對這些裝置進行更新， 并且如果需要的話則下載該軟件。另外，本系統(tǒng)允許預備(即，使系統(tǒng)準備接受新服務)憑此可以下載專用軟件。當客戶購買新的洗滌器并且輸入它的信號時，軟件可以聯(lián)系GE服務器，并且提供應用程序來下載。該應用程序允許消費者設置電器的更詳細的控制。將知道例如該特別洗滌電器有五個洗滌溫度。然后將提供客戶定制他們的洗滌經驗的機會。例如客戶可以設置當電價處于或低于閾值價格(例如，< $. 15kffhr)時洗滌器絕不允許清除周期并且僅允許熱洗滌。備選地客戶可決定因為他們靠燃氣熱水器，當電價變化時HEG不應該控制水溫。洗滌器可以具有的另一個功能是延遲啟動特征。如果洗滌器處于延遲啟動，客戶可以(通過HEG)告訴洗滌器現(xiàn)在啟動，或將它的啟動延遲得甚至更久?？梢韵螺d的軟件的另一個特定示例是監(jiān)測軟件。該軟件可以加載為登記電器的一部分，或者消費者可以在決定安排服務呼叫之前下載并且作為解決難題的一部分來運行。 在預防性基礎上或響應于服務難題，可以使用特定軟件，其檢查電器中的難題。相當簡單的實現(xiàn)將是使軟件對服務檢查錯誤代碼并且呈現(xiàn)它們。具有電子控制的最主要電器具有嵌入的故障代碼。故障代碼可包括像洗衣機上的“過多填充時間”、洗碗機上的“洗滌劑槽清空” 等情況。更精細的電器可以提供有功率監(jiān)測特征，其將使電器檢查不同部件并且確定抽取功率特性是否正確。這樣的功率監(jiān)測可以由具有用于從輸送電力給電器的電力供應導體收集數據的傳感器的輔助儀表裝置進行。該傳感器可以配置成收集涉及電器部件的電使用和 /或經由電力供應導體提供給裝置的電力的性質的數據。參照圖13，住宅能量管理系統(tǒng)700包括采用電器702的形式的能量消耗裝置、輔助儀表裝置704和HEG706。電力經由電力供應導體710 (其從例如居住配電盤(用于硬連線電器)或電插座等電源712輸送電力)供應給該電器702。部件中的每個可以配置成如之前描述地與HEG706通信。如將意識到的，該電力供應導體710直接供應電力給該電器702 并且是線路末端(即，終端)導體，使得由該電力供應導體710輸送的電力僅由電器702使用(在典型的安裝中)。在圖13中，該輔助儀表裝置704是可以添加到住宅能量管理網絡的模塊。在這點上，該輔助儀表704可以是插入墻壁插座并且包括用于收容來自電器(或其他裝置)的插頭的插座的插頭模塊(例如，wall-wort)。備選地，該輔助儀表可以作為裝置的電力供應線的一部分，或作為獨立單元而被包括。進一步參照圖14，該輔助儀表704還可以集成進入電器702的控制面板716，或提供在充當該控制面板的從設備的子面板上?，F(xiàn)在轉到圖15，將描述示范性輔助儀表704的細節(jié)。輔助儀表704包括至少一個傳感器724，其用于收集關于輸送給電器/能量消耗部件的電力供應的數據，其包括有效功耗、無效功耗、線路頻率、線路電壓、功率因數、超前/滯后電壓-電流比較和表觀功率。 該傳感器7 可以是例如電流互感器、Rogowski線圈、分流電阻器或霍爾效應傳感器中的至少一個。由該傳感器724收集的數據由處理器7 讀取，處理器7 配置成然后在裝置 704的顯示器734上顯示信息和/或經由通信接口 738將該數據傳送到另一個裝置(典型地HEG)以供該裝置關于控制住宅能量管理系統(tǒng)內的電器來使用。如將意識到的，輔助儀表 704還可包括另外的硬件，例如存儲器、用于與另外的裝置或電器自身通信的另外的通信接口(例如，wi-fi、藍牙、以太網等)、控制器等。
因為輔助儀表704可以收集涉及電器的操作的實時數據，它唯一地放置成對它所附連的電器或其他裝置進行診斷。例如冰箱“知道”它具有600W除霜加熱器。在除霜期間， 輔助儀表只測量該除霜電路的功耗并且讀出0瓦特。這將是可能該除霜加熱器故障開路的指示。輔助儀表可以相似地配置成測量各種能量消耗部件的操作和/或冰箱的功能(例如， 燈、制冰器、碎冰機等)來檢測關于單元的其他可能問題。如將意識到的，不是測量冰箱內的每個電路，而是另一個方法將是安裝僅測量電器的整個電路的輔助儀表。620W的讀數可以解釋為正常的，800W的讀數可以指示除霜加熱器打開并且壓縮機在運行，這是不應該在正常操作下發(fā)生的狀況。800W的讀數還將指示安裝了錯誤的加熱器(例如，來自不同型號)。盡管可以監(jiān)測冰箱內的每個電路的輔助儀表可以區(qū)別這兩個可能性，因為最終結果是服務技術人員必須探查該機器，它可是適當的成本折衷。電器還可以依賴網絡以便于功耗測量。例如電器(或電器通信模塊)，可以在啟動周期之前向儀表(或HEG)請求整個住宅功耗。在馬達啟動后再次請求，并且然后當它的加熱器打開時再次請求。如果它接收2.03kW、2.67kW、6.72kW，它可以假定一切都是好的。房屋中同時轉變的其他裝置將影響該測量，例如5. lkff,5. 7kW、6. 7kW可以意味加熱器僅抽取 lkW，或它抽取正確的4kW，但3kW空氣調節(jié)器同時關閉。對于檢查這個，多個周期上的重復測量將是必需的。通過從輔助儀表發(fā)送數據到HEG，HEG可以進行這樣的計算。在HEG中進行計算將提供另外益處，即如果它在跟蹤例如恒溫器(其控制HVAC打開/關閉)、干燥機、爐灶和電熱水器，它將能夠更容易地解析多個裝置開始打開和關閉時的情況。轉到圖16，圖示流程圖，其圖示使用輔助儀表704(或其他傳感器)進行診斷的示范性方法。該方法以過程步驟802開始，其中激活裝置抽取電負荷的功能。激活裝置的功能可以包括接通裝置、改變速度、改變強度、改變亮度和改變占空因數等。該步驟可以由與裝置關聯(lián)的控制器執(zhí)行，或可以是提示用戶激活特征(例如，打開冰箱門)的結果。在過程步驟804中，用輔助儀表裝置測量電負荷。在過程步驟806中，測量的電負荷然后與對應于裝置的該功能正常操作的預定值比較以確定裝置是否正常操作。如果測量負荷和預定值之間的差別大于規(guī)定量，在過程步驟808中生成識別裝置和/或功能等的報告。否則，方法結束。如將意識到的，過程可重復直到測試了所有功能。對于主要電器，可以在存儲器中存儲對于電器的每個部件或每個部件的狀態(tài)的預定值。對于復雜裝置，例如逆變器等，預定值可以基于RPM、相位角、驅動電壓、頻率和逆變器設計者眾所周知的其他參數連續(xù)計算。這樣的方法對于具有從工廠運出的固定數目的配置的裝置工作良好。對于可以控制許多不同HVAC單元的恒溫器或可以控制許多不同泵的池控制器，最有效的技術方案可以是將功率消耗裝置的型號載入HEG。HEG然后可以使用它的 Wifi或以太網接口通過互聯(lián)網從遠程服務器下載預期的瓦特數。對于例如風扇、泵和壓縮機等一些裝置，預期值甚至更難以獲得。除別的之外，這些裝置受它們的周圍環(huán)境影響。風扇和泵受系統(tǒng)中的壓頭損失(head loss)或壓力下降影響。抽運到8’立管的洗滌器比抽運進入4’立管的洗滌器抽取更多電流。直接附于外壁的干衣機具有非常低的損耗并且推動許多空氣，產生高功率抽取，而具有延長管道的干衣機具有更多損耗并且更低的空氣流量，從而導致更低電流抽取。在某種程度上，功率中的該變化還取決于馬達的設計。對于壓縮機，功率抽取取決于蒸發(fā)器和冷凝器的溫度。對于池泵，除銘牌之外，管道大小是重要的。在泵安裝之后，HEG和/或輔助儀表可以測量許多泵打開/關閉周期并且確定基準功率抽取。當過濾器收集碎屑時，流速將減小并且功耗將采用可預測的方式改變。當功耗改變足夠時，可以給予消費者指示來反洗它們的過濾器或更換過濾器元件。隨時間過去，HEG可以監(jiān)測電器的健康，通過察看性能來被動地監(jiān)測電器的健康或通過從電器獲得健康、維護和診斷信息來主動地監(jiān)測電器的健康。被動操作的示例是監(jiān)測干燥機。HEG可以注意到干燥機說它處于高熱量中，但從不超過3kW。如果這在單個時刻發(fā)生，這可以是裝載或空氣流動狀況，但如果它重復發(fā)生，它可是故障開路的加熱器。在更主動的角色中，HEG可以查驗洗碗機，并且向它請求它的錯誤代碼中的全部。HEG然后可以自動地或當客戶請求時發(fā)送該信息給洗碗機制造商，或當他們需要服務時使它在顯示器上對客戶可用，由此幫助制造商解決單元的故障。備選地，如果客戶關于可以在電器上運行診斷的特定電器具有難題，客戶可以下載更詳細的分析軟件，并且將結果發(fā)送回到制造商使得技術人員可以帶來正確的部件。除了對服務監(jiān)測，監(jiān)測軟件還可以保持消費者最新地了解他們的住宅的狀態(tài)。例如烤箱自清潔上剩余的時間、洗碗機上周期的結束或當前熱水槽溫度可以由電器通過低帶寬第三網絡傳送到HEG。該信息然后可以經由第一接口發(fā)送到支持WiFi的智能電話或支持 Web的電視或可能地藍牙裝置而發(fā)送給消費者。它還可以通過電子郵件、SMS文本消息或相似的方法發(fā)送給在住宅外面的他。在預備期間的另一個選項是下載軟件集，其定制顯示器使得它基本上復制電器的特征，但對具有差的視覺靈敏度的人們使用大字體和改進的顏色。具有視力障礙的人們可以使用在黃色背景上具有黑色數字的17”屏幕來對冰箱設置溫度或對烤箱安排自清潔?？陕?lián)合公用事業(yè)公司提供其他專用軟件。客戶可具有來自他們的公用事業(yè)公司的特殊代碼，公用事業(yè)公司下載跟蹤空氣調節(jié)器恒溫器設定點并且傳遞該信息回到公用事業(yè)公司服務器的軟件集?？蛻羧缓笠驗榫S持某個目標溫度，并且通過在輸電網緊急情況期間不超馳設定點變化而獲得獎勵。另一個專業(yè)軟件集用于商業(yè)上可獲得的裝置。如果客戶從第三方購買裝置，他們可以登錄并且下載軟件，其將該軟件融入他們的網絡。它可是照明控制、較早提到的池控制器或第三方恒溫器。如在前面的論述的提到的，本申請的HEG在住宅能量管理網絡中特別有用并且可在這樣的網絡中從現(xiàn)有控制器(例如HEM等)接收通信和/或代替該控制器(HEM)。例如在以下被認為是本公開的一部分的展示A(美國序列號12/559,703)描述具有可由上文描述的HEG代替的控制器的住宅能量管理系統(tǒng)。前面的論述已經描述HEG的軟件建立的各種方面和與之相關的各種操作，如例如連同與圖5-12關聯(lián)的文本陳述的。被認為是本公開的一部分的展示B繼續(xù)并且在該論述上擴展。標號列表
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權利要求
1.一種能量消耗裝置，包括至少一個能量消耗部件(lHa-114k)；用于從輸送電力給所述裝置的電力供應導體(710)收集數據的傳感器(7M)，所述傳感器(724)配置成收集涉及所述至少一個部件的電使用和/或經由所述電力供應導體提供給所述裝置的電力的性質的數據；以及用于傳送所述數據的通信接口(738)。
2.如權利要求1所述的能量消耗裝置，其中所述傳感器收集涉及有效功耗、無效功耗、 線路頻率、線路電壓、功率因數、超前/滯后電壓-電流比較和表觀功率中的至少一個的數據。
3.如權利要求1-2中任一項所述的能量消耗裝置，其中所述傳感器和通信接口包括在輔助儀表模塊(704)中。
4.如權利要求1-3中任一項所述的能量消耗裝置，其中所述傳感器包括電流互感器、 Rogowski線圈、分流電阻器或霍爾效應傳感器中的至少一個。
5.如權利要求1-4中任一項所述的能量消耗裝置，其中所述通信接口進一步包括用于向用戶顯示所收集的數據的顯示器(734)。
6.如權利要求1-5中任一項所述的能量消耗裝置，其中所述能量消耗裝置是洗滌器、 干燥機、冰箱、冷藏機、烹飪產品、爐灶、熱水器、洗碗機、除濕器和HVAC設備中的至少一個。
7.一種用于監(jiān)測居住能量管理系統(tǒng)中的能量消耗裝置的使用的輔助儀表裝置，包括 用于從直接輸送電力給所述能量消耗裝置的專用電力供應導體收集數據的傳感器；以及用于傳送所述數據給遠程能量管理系統(tǒng)裝置的通信接口；其中所述傳感器配置成收集涉及所述裝置的電使用和/或經由所述電力供應導體提供給所述裝置的電力的性質的數據。
8.一種居住能量管理系統(tǒng)(700)，包括 能量消耗裝置(702)；連接到所述能量消耗裝置用于對其輸送電力的電力供應導體(710)； 如權利要求1-7中任一項中所述的輔助儀表裝置(704)；配置成控制所述能量消耗裝置的操作的至少一個方面的能量管理控制器(516 ；706)； 其中所述至少一個輔助儀表裝置(704)包括通信接口(738)以用于傳送所收集的數據給所述能量管理控制器以供所述能量管理控制器在控制所述能量消耗裝置中使用。
9.一種居住能量管理系統(tǒng)的能量管理控制器，包括 處理器；以及如權利要求8中所述用于與輔助儀表裝置通信的通信接口。
10.一種管理居住能量消耗裝置的方法，包括使用傳感器從輸送電力給所述能量消耗裝置的電力供應導體收集數據； 傳送所收集的數據給遠離所述傳感器的能量管理控制器；以及響應于所收集的數據來控制所述能量消耗裝置的操作的至少一個方面； 其中所述傳感器配置成收集涉及所述裝置的電使用和/或經由所述電力供應導體提供給所述裝置的電力的性質的數據。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測量能量消耗裝置的能量數據的輔助計量硬件。用于在住宅能量管理(HEM)網絡(700)中使用的輔助儀表裝置(704)。該輔助儀表裝置測量涉及HEM網絡內的電器(702)(或其他裝置)的使用的電力特性并且提供這樣的數據給住宅能量控制器(706)或其類似物。該輔助儀表裝置可以包括一個或多個傳感器(724)，例如電流互感器、Rogowski線圈、分流電阻器或霍爾效應傳感器等以用于收集涉及有效功耗、無效功耗、線路頻率、線路電壓、功率因數、超前/滯后電壓-電流比較和表觀功率等中的至少一個的數據。
文檔編號H04L12/66GK102435870SQ20111025774
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權日2010年8月10日
發(fā)明者H·科布雷, J·德雷克, J·貝索爾, M·F·芬奇, R·巴爾特曼, T·沃興頓 申請人:通用電氣公司