CN101573918A - 电功率使用控制器 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于集成系统的解决方案，其尝试利用家庭中的电器或者接电点与控制该系统的服务器之间的交互，来阻止和管理家庭电力系统的断电。服务器(105)连接至仪表(201)和多个代理(110)。在现有技术的家庭电力系统中，设备(105)提供新的功能，其可以涵括从单纯的警告服务到对家庭内电耗的适当控制和管理。服务器(105)可以位于通常由电力分配公司提供的主仪表/电闸与要管理的家用电器(或者更一般地，电子设备)之间的任何地方。然而，其优选位置是在房间本身内，靠近室内总电闸。多个客户端连接至服务器(105)，这些客户端与一个或多个开关或者插头相关联。

Description

电功率使用控制器
技术领域
本发明涉及信息技术领域。更具体地，本发明涉及电功率计量系统。
背景技术
在电力公司领域，借助于电表对各种可能形式的电能进行计量是公知的。商业上可获得的电表通常属于两个主要类别之一：机电电表，其通常使用转盘来产生计量，并且具有用于避免过载的磁热电闸；第二类别包括电子数字仪表，其基于电子组件而不需要任何机械旋转部分，并具有嵌入式电闸。
这两类仪表的共同问题是：当达到功率阈值时，启用仪表的安全机制，其操作相应的电闸，该电闸切断对连接到该仪表的整个系统的供电。
对此问题的已知解决方案是购买一个或多个不间断电源(UPS)系统，并且将“关键”电器(PC、电视机、DVD录制机、无绳电话、时钟等)连接至这类设备。然而，这属于受限使用，因为用于家用的商业UPS系统能够支持的电功率供应量非常有限(100到500W)。这种限制使其无法用于耗电的电器，也无法用于通常位于房间中不同位置的多个小电器。而且，基于备用系统的解决方案将无法解决总电闸(供应商公司拥有的电闸，与kWh仪表相关联)会关闭这一事实，并且用户将被迫物理上前往总电闸处(通常在建筑的地下室中，或者在路边的室外电箱中)将其打开。
对于更大的行业(办公室、医院等)，使用强大的交流发电机(5、50、500W)及其燃料驱动的引擎可以解决这种情况，但是该解决方案不适于单个房间。
以下系统也是本领域已知且商业可获得的，该系统在达到阈值或者可能马上要达到阈值时警示用户。
在任何情况下，缺少一种如下的集成系统，其尝试利用房间内的电器或接电点(electricity point)与电表之间的交互来阻止和管理这些意外事件。
本发明的目的是解决上述现有技术中的缺陷。
发明内容
按照本发明，提供一种用于控制在包括电表的系统中的电功率使用的方法，该电表连接至服务器元件，所述服务器元件监测该系统的总电功率使用，并且与多个客户端元件通信，每个客户端元件控制至少一个电功率消耗元件，所述方法包括步骤：每个客户端监测至少一个电功率消耗元件；响应于针对所述至少一个电功率消耗元件的启动命令，服务器接收相关联客户端的电功率请求；服务器评估满足该请求所需的电功率的量；如果可以在不超过系统的预定义最大允许负载的情况下满足该请求，则批准所请求的电功率；如果无法在不超过系统的最大允许负载的情况下满足该请求，则挂起该请求并调用恢复动作。
本发明的另一方面提出了一种用于执行上述方法的计算机程序。
本发明的又一方面提出了一种用于执行相同方法的服务。
本发明的另一方面提出了一种相应的系统。
以此方式，通过相关联的客户端，各种家庭内的负载与中央服务器进行交互，该中央服务器可以控制总体负载，并且避免超过预定功率阈值。
附图说明
结合附图来参考以下仅以非限制性指示的方式给出的详细描述，将最好地理解本发明本身以及其他特征和优点，其中：
图1是按照本发明实施方式的解决方案可适用的数据处理系统的示意性框图；
图2示出了按照本发明实施方式的解决方案的示例性应用；
图3a-图3b示出了按照本发明的两个实施方式的、在服务器与客户端之间的交互期间发生的控制流和功率流的表示的示例；以及
图4是描述与按照本发明实施方式的解决方案的实现有关的活动流的框图。
具体实施方式
具体参考图1，其示出了一个分布式数据处理系统100。系统100具有客户端/服务器架构，其中服务器105(图中仅示出一个)管理多个客户端110。多个客户端110连接至服务器105(例如，客户端110可以耦合至家用电器或者电子电器，例如，洗衣机、DVD录制机、计算机)。为此目的，服务器105和客户端110通过网络进行通信，该网络允许传送打开与给定客户端相关联的电器/电闸的旨意；通常，网络115是借助于能够携带电子控制信号的介质来实现的，例如借助于传送波，这是通过常规电力线(例如，220/110伏和50/60赫兹)来传播低压控制信号的常见手段。这允许每个客户端110访问服务器105，即使远程访问也可以。除了电力线上的传送波之外，可以使用备选的方式在服务器与客户端之间交换控制信号，例如，适于家庭范围的任何射频信号(也即，WiFi)或者蓝牙信号。
特别地，服务器105包括由多个单元组成的计算机，这些单元并联至系统总线120。具体地，一个或多个微处理器(μP)125控制服务器105的操作；RAM 130被微处理器125直接用作工作存储器，而ROM 135存储用于服务器105引导程序的基本代码。多个外围单元集中在本地总线140周围(借助于相应的接口)。具体地，大容量存储器包括一个或多个硬盘145。而且，服务器105包括输入单元160(例如，键盘)和输出单元165(例如，监视器)。适配器170用来将服务器105连接至网络115。桥单元175将系统总线120与本地总线140对接。每个微处理器125和桥单元175可以作为主代理来操作，其请求访问系统总线120以传输信息。仲裁器180管理对系统总线120的互斥访问的授权。
现在参考图2，服务器105连接至仪表201和多个代理110。在现有技术的家电系统中，该设备105提供新的功能，其可以涵括从单纯的警告服务到对家庭内电耗的适当控制和管理。在本说明书的剩余部分，服务器105将称作“功率使能器设备”(PED)。PED可以位于主仪表/电闸(通常由电力分配公司提供)与要管理的家用电器(或者更一般而言，电子设备)之间的任何地方。然而，其优选位置是在房间本身内，靠近室内总电闸(通常用来对例如10和16A负载之间的电力网分区)的其余部分。多个客户端连接至PED 105，这些客户端与一个或多个开关或者插头相关联。这些客户端的逻辑的数量可以在很大程度上变化，并且这种客户端所提供的服务严格依赖于这种逻辑。
在任何情况下，按照本发明的优选实施方式，PED的作用是：无论何时当新电器打开时，给出许可(consensus)。可以取决于假设的家庭的不同室内电闸内部的逻辑数量，可以预见PED的不同工作方式：
(A)只能传送其ID的开关；
(B)能够传送其ID和接收许可信号的开关；
(C)还能够记住最后所需负载的开关。
A.用于每个室内开关和电器(壁式插座)的静态负载方法，其中每个开关只能发送其ID
在这种情况下(总体上由图3a的300表示)，位于房间内的每个室内开关(用于打开电灯或者启用壁式插座)能够在其每次被打开(或者按下)时通过线路来传送唯一的信号ID(例如，基本CW频率之外的唯一偏差，或者唯一的电阻)。
PED从被打开的开关接收所有这些信号ID，并且具有静态表，对于每个开关ID，该表列出了相关联的已知负载。由于PED还包括电功率表，其能够瞬时地感知使用中的当前总计负载，因此如果向特定开关所连接的线路供给功率，则PED能够预见是否将超过总功率阈值，并且在这这种情况下，PED将不会激活将PED连接至该特定开关的特定配线。在这种情况下，每个开关(对于该开关，已知有可能连接可感知的负载)必须具有将其连接至PED的直接配线；这种配线通常不通电(其仅允许ID信号交换)并且仅在从PED给出许可时利用220/110伏的电压通电。
如果开关从中间联结点通电，并且没有与主PED的直接配线，则可以在该中间联结点中添加从PED。
在这种情况下，PED必须知道开关将吸收多少电功率，并且该信息可以在PED配置中静态定义，尽管可选地，该信息可以利用可选的基于时间的重置策略在给出许可时自我更新(使用统计数据)。
虽然壁式插座可以具有类似的RF标识，但是由于不同的电器可以连接至相同的插座，因此应当事先完成配置。
这种情况的限制是静态负载预配置，并且需要直接的PED开关线路，或者需要中间PED。优点是开关中所需的逻辑有限。
参考图3a，动作1表示例如通过按压发送器开关而来自最终用户的电力负载激活的请求。在动作2中，发送器/开关向中央PED服务器发送控制命令，其通过该命令传送其唯一的ID。动作3表示PED根据上面的负载来检查最后已知功耗。继而(动作4)，PED将来自负载的所需功率与可用功率(可用功率＝最大允许功率-当前使用功率-备用缓冲区)进行比较，并最终向将PED连接至发送器-开关及其所控制的负载的线路供给功率。最后(动作5和6)，从PED激活线路，并且功率流向开关和负载。
B.用于每个室内开关和电器(壁式插座)的静态负载方法，其中每个开关能够发送其ID以及接收许可信号。
在该情况B中(在图3b中由305表示)，每个开关不仅能够通过线路向PED发送ID信号，而且还能够通过线路接收许可信号。
一旦接收到这种许可信号(例如，CW信号)，其继而将激活对相关联电器的供电，按照“中继器”模式操作。这种解决方案的优点在于：不需要从PED到开关的直接配线，因为许可信号是通过与适当开关的联结点来路由的(例如，“<switchID><ack>”或“<switchID><noack>”)。
而且，在这种情况下，到开关的所有联结点线路总是通电的(如同当今的布局)，并且当从PED得到许可时，由按照中继器模式工作的开关来为电器供电。开关实际上充当实际的功率开关，就像目前的情形一样，区别在于仅当其从PED接收到许可时才打开电源。
参考图3b，动作1表示按下发送器开关的最终用户的电力负载激活请求。继而(动作2)，发送器开关向中央PED服务器发送控制命令，其通过该命令传送其唯一ID。开关保持监听ack/nack。PED根据上述负载查询(动作3)最后已知功耗，继而(动作4)其将来自该负载的所需功率与可用功率(可用功率＝最大允许功率-当前使用功率-备用缓冲区)进行比较，并最终向开关发送许可(ack)信号。最后(动作5)，开关从PED接收许可控制信号，继而按照中继器模式工作的开关激活对该负载的功率连接(动作6)。
C.实现动态行为的室内开关和PED
在此第三示例情况中，每个室内开关除了能够发送其ID(发送器)和从PED接收许可信号(CW接收器)之外，还能够记住来自所服务电器的最后所需负载。
在这种情况下，无法从PED事先知道来自每个开关/负载的所需功率的量，但是开关能够记住最后使用的负载。在这种情况下，PED仅必须对进行了请求的、且其请求的负载量可用的给定开关ID进行回复，因为这不会超过总计可用负载。
因此，例如从开关向PED传送<ID>和<所需功率>，并且无需对静态表进行查询(图3a和图3b的动作3)。而且，在其服务于移动的电器时，其可以通过所控制的壁式插座对开关本身具有某些人工控制(500W，1kW，2kW，等等)。
然而，这种“负载-存储器”功能未必在每个开关内部可用，且也可以位于PED本身中(利用基于时间的自动重置或者人工重置的可选功能，记录与每个开关ID相关联的最后功率使用)。如果没有给予许可，则在请求开关处闪烁警示(嘟嘟声)。
现在转到图4，利用方法400来表示可以在用于管理多个家用电器内的功率负载(或者过载)的上述系统中实现的示例性过程的逻辑流程。
方法开始于开始块410，并且进行到块403，在此由PED监测总计系统功率使用。PED 105从客户端100之一处接收来自开关(控制其电力负载)的通信(步骤405)。系统例如借助于PED的查询表或者直接与客户端110通信来估计预期的新请求负载(步骤407)。如果向当前负载添加该预期的新请求负载不会超过仪表/开关201的预定最大允许功率(步骤409)，则给予客户端110认可，并且准予供电(步骤411)，否则实现备选的恢复方案(步骤413)；在这种情况下，挂起请求；但是与现有技术的系统不同，系统的其他部分并不停机。可能的恢复方案的范围非常宽泛，并且可以是向客户端(最终是向用户)简单地传送：新请求不可接收(例如，借助于警报)，或者取决于客户端110中包含的逻辑进行更复杂的功率负载管理。取决于每个客户端的复杂程度，PED服务器与多个客户端110之间的控制消息交换可以是多种不同的类型。如果客户端110仅能发送其唯一的身份，则PED将需要直接控制必须向该客户端开关授予的电功率，因为客户端不能接收许可信号；这暗示着，在电力线路中将需要从PED到客户端的星形配线(如针对上文的情况A描述的)。另一方面，如果客户端还能够接收许可控制信号(例如，实现了CW接收器)，则PED与客户端交换的消息集可以更为复杂，并且PED可以避免直接控制供给客户端的电功率供应，由此，一旦PED发出了许可信号，其可以委派客户端进行电力负载的激活(参见上文的情况B)。在又一扩展中，客户端110还能够传送控制负载的附加属性，从而使其能够例如按照当前负载设置或者控制负载的最后/历史功率需求，来报告预期的负载需求；该信息允许PED以更为动态的方式操作，而不需要针对不同控制客户端负载的人工功率使用设置(参见上文描述的情况C)。此外，可以实现更为复杂的恢复动作，例如，可以按照预定义的优先级列表，断开当前连接的电器或者设备之一，从而允许满足新请求。
本质上，为了满足局部和特定需求，本领域的技术人员可以对上述解决方案进行多种修改和替换。例如，可以仅在需要时执行监测步骤403，也即，仅在PED接收到步骤405的请求时执行。特别地，尽管已经参考本发明的优选实施方式以特定的具体程度描述了本发明，但是应当理解，对于形式和细节的各种省略、替代和改变以及其他实施方式都是可能的；而且，明确的意图是：结合本发明的任何已公开实施方式而描述的特定元件和/或方法步骤，可以并入任何其他实施方式，来作为设计选择的总体内容。
特别地，如果系统具有不同的结构或者包括等效的服务器和/或客户端，可以应用类似的考虑。在任何情况下，提出的解决方案适用于如下情况，其中客户端110能够向控制PED报告附加信息，该信息可以在进行决策时加以考虑；这可以包括负载优先级(用于可能的不同活跃负载的预占)，负载设置的内省等。还可以将该解决方案扩展到不同的环境，例如，实现对整个建筑的控制，或者在客户端和PED之间使用不同的通信手段。
如果程序(可以用来实现本发明的每个实施方式)以不同的方式构造，或者如果提供了附加的模块或者功能，可以应用类似的考虑；同样，存储器结构可以是其他类型，或者可以由等效实体进行替换(不一定包含物理存储介质)。而且，所提出的解决方案适于利用等效的方法来实现(通过使用类似的步骤、删除某些不必要的步骤、或者添加其他步骤，即使按照不同的顺序)。在任何情况下，程序可以采用适于由任何数据处理设备使用或者与之结合使用的任何形式，诸如外部或者驻留软件、固件或微代码(在目标代码中或者源代码中)。而且，可以在任何计算机可用介质上提供程序；该介质可以是适于包含、存储、通信、传播或传送程序的任何元件。例如，介质可以是以下类型：电、磁、光、电磁、红外或者半导体；这种介质的示例是固定盘(其中程序可以预先加载)、可移动盘、带、卡、线、光纤、无线连接、网络、广播波等。
在任何情况下，按照本发明的解决方案适于利用硬件结构(例如，集成在半导体材料的芯片中)或者软件和硬件的结合来实现。
虽然在上文描述中参考了所提出的解决方案在服务器上的物理实现，但是这并非意在作为限制。实际上，在本发明的不同实施方式中，可以借助于由相应的供应商提供的服务来部署相同的解决方案。
备选地，所提出的方法可以在具有不同架构或者包括等效单元(诸如，高速缓冲存储器，其临时存储程序或其部分，以减少执行期间对大容量存储器的访问)的计算机上实现；更一般地，可以利用任何代码执行实体(诸如，PDA、移动电话等)来替代计算机。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于控制可连接至电表的系统中的电功率使用的方法，所述系统包括服务器元件，所述服务器元件监测所述系统的总计电功率使用并与多个客户端元件通信，每个客户端元件服务至少一个电功率消耗元件，所述方法包括步骤：
每个客户端服务所述至少一个电功率消耗元件；
响应于针对所述至少一个电功率消耗元件的启动命令，所述服务器接收相关联客户端发送的用于电功率请求的电信号；
所述服务器计算和维护每个客户端的历史功率使用数据；
所述服务器评估满足所述电功率请求所需的电功率量；
如果服务器可以在不超过所述系统的预定义最大允许负载的情况下满足所述电功率请求，则所述服务器批准请求的电功率；
如果服务器在不超过所述系统的预定义最大允许负载的情况下无法满足所述电功率请求，则所述服务器挂起所述请求，并调用恢复动作。
2.如权利要求1的方法，其中所述评估步骤包括：
所述服务器借助于检查包含每个客户端的历史功率使用数据的查询表，来确定满足所述请求所需的电功率量。
3.如任一前述权利要求的方法，其中所述评估步骤包括：
所述客户端将有关满足所述请求所需的电功率量的信息发送给所述服务器。
4.如任一前述权利要求的方法，其中所述恢复动作包括对所述请求的拒绝。
5.如任一前述权利要求的方法，其中恢复动作包括：
向用户发出警示信号；
响应于针对由所述多个客户端控制的所述电功率消耗元件中任意元件的、修改了总计系统使用的修改，重新评估所述请求；
如果可以在不超过所述最大允许负载的情况下满足所述请求，则批准请求的电功率。
6.如任一前述权利要求的方法，其中所述客户端包括功率开关，当所述请求得以满足时，所述功率开关由所述服务器激活。
7.如任一前述权利要求的方法，其中所述客户端借助于传送波来与所述服务器通信。
8.如任一前述权利要求的方法，其中每个客户端具有唯一标识符，当向所述服务器发送电功率请求时，将所述唯一标识符传送至所述服务器。
9.一种计算机程序，当所述计算机程序在数据处理系统上执行时，其用于执行如任一前述权利要求的方法。
10.一种服务，用于执行如权利要求1-8中任一权利要求的方法。
11.一种系统，包括用于执行如权利要求1-8中任一权利要求的方法步骤的装置。

Claims (11)

1.一种用于控制可连接至电表的系统中的电功率使用的方法，所述系统包括服务器元件，所述服务器元件监测所述系统的总计电功率使用并与多个客户端元件通信，每个客户端元件控制至少一个电功率消耗元件，所述方法包括步骤：
每个客户端监测所述至少一个电功率消耗元件；
响应于针对所述至少一个电功率消耗元件的启动命令，所述服务器接收相关联客户端的电功率请求；
所述服务器评估满足所述请求所需的电功率量；
如果可以在不超过所述系统的预定义最大允许负载的情况下满足所述请求，则所述服务器批准所述请求的电功率；
如果在不超过所述系统的预定义最大允许负载的情况下无法满足所述请求，则所述服务器挂起所述请求，并调用恢复动作。
2.如权利要求1的方法，其中所述评估步骤包括：
所述服务器借助于检查包含每个客户端的历史功率使用数据的查询表，来确定满足所述请求所需的电功率量。
3.如任一前述权利要求的方法，其中所述评估步骤包括：
所述客户端将有关满足所述请求所需的电功率量的信息发送给所述服务器。
4.如任一前述权利要求的方法，其中所述恢复动作包括对所述请求的拒绝。
5.如任一前述权利要求的方法，其中恢复动作包括：
向用户发出警示信号；
响应于由所述多个客户端控制的所述电功率消耗元件中任意元件的、修改了总计系统使用的修改，重新评估所述请求；
如果可以在不超过所述最大允许负载的情况下满足所述请求，则批准所述请求的电功率。
6.如任一前述权利要求的方法，其中所述客户端包括功率开关，当所述请求得以满足时，所述功率开关由所述服务器激活。
7.如任一前述权利要求的方法，其中所述客户端借助于传送波来与所述服务器通信。
8.如任一前述权利要求的方法，其中每个客户端具有唯一标识符，当向所述服务器发送电功率请求时，将所述唯一标识符传送至所述服务器。
9.一种计算机程序，当所述计算机程序在数据处理系统上执行时，其用于执行如任一前述权利要求的方法。
10.一种服务，用于执行如权利要求1-8中任一权利要求的方法。
11.一种系统，包括用于执行如权利要求1-8中任一权利要求的方法步骤的装置。
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