CN102349030A - 使用包括图形用户接口的电器的远程显示和自动检测的能量使用监控 - Google Patents

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Abstract

公开了用于识别电气设备网络中的电气设备及其状态的设备和方法。能量监控设备被编程为通过电源的连续测量中的改变，来识别耦合到电源的电气设备以及该电气设备的状态。公开了用于确定电气设备的负载特征及其状态的算法。所存储的针对状态的负载特征表被用于识别设备和状态。能量监控信息被收集并在显示器、远程显示器上呈现给用户，或者通过网络被发送到远程设备，例如，个人计算机、个人数字助理、iPhone、蜂窝电话、语音邮件、电子邮件或文本消息。

Description

使用包括图形用户接口的电器的远程显示和自动检测的能量使用监控
相关申请的交叉引用
本申请基于35U.S.C.§119(e)要求于2009年1月26日提交的、题为“ENERGY USAGE MONITORING WITH REMOTE DISPLAY ANDAUTOMATIC DETECTION OF APPLIANCE INCLUDING GRAPHICALUSER INTERFACE”的第61/206,072号美国临时专利申请的权益；基于35U.S.C.§119(e)要求于2010年1月25日提交的、题为“AUTOMATICDETEC TION OF APPLIANCES”的第61/298,127号美国临时专利申请的权益；基于35U.S.C.§119(e)要求于2009年1月26日提交的、题为“POWERFACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS”的第61/206,051号美国临时专利申请的权益；基于35U.S.C.§119(e)要求于2010年1月25日提交的、题为“POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTIONMETHODS”的第61/298,112号美国临时专利申请的权益；并且要求由发明人Patrick A.Rada和John H.Magnasco于2010年1月26日提交的、题为“POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS”的代理人卷号为RADA-00101的美国非临时专利申请的权益，所有这些专利申请以引用的方式被完整地并入本文以用于所有目的。
技术领域
本发明涉及监控能量使用的领域。具体地说，本发明涉及通过电气设备网络中的单个点来例如在家或小型办公室中对该网络中的电气设备的详细能量使用进行监控。
背景技术
能量研究部门仅仅通过让消费者知道他们正在使用多少能量以及与其能量使用相关联的成本，显示出多达15％的能量使用减少。在混合汽车市场中显示出类似的结果。混合动力汽车驾驶员可以通过使用提供给驾驶员的与其使用有关的反馈，来增加其每英里汽油消耗量并且减少其能量使用。能量消费者也已经知道其能量使用对环境的影响，这通常被表示为“碳足迹”。因此，对于能量用户而言，能量使用的减少转化为经济和生态益处。但是，为了做出关于如何最佳地减少使用的选择，能量用户需要与设备和包括其能量使用的使用模式有关的相关能量使用信息。
用于减少家和办公室的能量使用的当前的解决方案包括监控单个电源点处的多个电气设备的总积聚功率消耗、监控在一个或多个墙壁插座电源点的功率消耗、通过设备的定时的程序化控制来控制各个设备的状态、以及通过观测到一个或多个电气设备开启但是未使用来手动地控制设备以及关闭设备。
累积功率监控
在现有技术中找到的最简单且最广泛的累积功率使用监控系统是经由位于消费者的电源点处、位于主配电网的分叉附近的功率表来监控消费者的总使用量的功率设施。功率表对所使用的总功率进行累积，该表实际上在诸如一月等的每一固定的时段读取一次，并且针对消费者在该记账时段内使用的功率来给消费者记账。设施具有被层叠的记账费率，其中，在达到某一使用阈值以后，针对每一千瓦时(KWH)以更高的费率收费。一些费率表基于最高要求时间的使用来针对每一KWH以更高的费率收费。设施账单通常将根据费率表来统计分析总功率使用，以向消费者显示以每个费率表对多少功率收费。通过该信息，消费者具有可用于做出节能决策的几个事实。
更新的累积监控系统可以包括电表下游的消费者功率表。消费者功率表通常被安装在电表下游的消费者的主断路器处或附近。消费者的功率表读取消费者正在以特定的增量使用的总功率量，并且在显示器上显示该值。表的信息可以被发送到个人计算机，在该个人计算机处，可以处理功率表的读数。这种设备的一个实施例是由英国伦敦的DIY KYOTO制造的“WATTSON”。也是由DIY KYOTO制造的相应的产品“HOLMES”处理从WATTSON接收的信息，以向消费者提供对与当天的时间有关的总功耗的更细微的观察。然而，这仍然仅向消费者提供了对所使用的总功率以及在记账时段内总功率使用在时间上是如何分布的观察。
监控每个电源插座处的功率使用
监控功率使用的另一种方法是监控配电系统中的每个电源插座处的使用。在一些示例性的产品中，电气设备插入电源插座监控器中，该电源插座监控器相应地插入墙壁的电源插座中。电源插座监控器可以包括用于显示所使用的总KWH、该使用的成本以及在插座处有效的当前的电压、安培数、瓦特、Hz和伏安的LCD显示器。示例性的产品是由P3国际组织制造的“Kill A WattTM”。该设备使用户能够经由LCD显示器来监控特定的墙壁插座处的功率使用，但是数据未被存储以用于恢复和分析。由Extech制造的“能量记录器和功率使用分析器”进一步包括用于数据记录的存储器，其中，使用数据可以被存储并且稍后通过能量记录器中的板上存储器被转移到个人计算机。如果能量用户具有一个以上的Extech记录器，则由每个记录器获取的功率使用信息未被累积。在数据可以被分析以前，功率使用数据的收集需要手动恢复每个墙壁插座功率监控器中的存储卡并且使用具有存储读取能力的计算设备从每个卡中恢复该信息。此外，使用数据仅与每个插座的设备数量一样细微。例如，如果在设备被插入到每个插座中的情况下，多插座电源板被插入到墙壁插座功率监控器中，则每个设备的功率使用未被测量。此外，由于每个电源插座监控器可能花费$50.00或者更多，并且针对每个要监控的电源插座需要一个这样的设备，因此测量功率的成本可能变得不切实际地高。监控装置的较大的初始硬件成本、手动恢复和读取每个插座监控器的存储卡的不便、以及基于减小的功率使用的不确定的节省(如果有的话)使得监控每个电源插座处的功率使用成为减小能量使用的不切实际的解决方案。
监控每个断路器处的使用
监控累积的功率使用的另一种方法是监控每个断路器处的使用，从而监控每个电路处的功率使用。具有相关联的
Figure BDA0000089916970000031
应用的这种系统名为WattBot，其在CHI 2009一学生设计比赛申请中由Dane Peterson、Jay Steele和Joe Wilkerson描述。在其文章，WattBot：A Residential ElectricityMonitoring and feedback System(民用电气监控和反馈系统)，除了WattBot测量由房屋的每个电路使用的功率而不是测量整个房屋的功率使用以外，作者描述了与上面所描述的DIY KYOTO的Wattson类似的系统。能量信息被显示在
Figure BDA0000089916970000041
上。WattBot需要硬件来感测并监控每个电路上使用的能量，并且除非电气设备专用于房屋的断路器上的单个电路，否则WattBot未给出单个电气设备的详细的使用信息。即使单个电路专用于单个设备，WattBot未通过电气设备的每个状态给出详细的能量使用。
手动监控和控制
电源的消费者可以始终定期地步行穿过其家中或办公室，对似乎已经开始但是未使用的设备进行记录，并且关闭这些设备以减小功率使用。虽然该方法可以在无需相关联的设备成本的情况下省钱，但是当实际上被认为适合于被关闭的设备或者不适当地视为停用的设备事实上正在消耗功率时，未获得用于分析这些设备的数据。重要的是，很多现代化的电气设备具有“待机”状态，这在未给正在通电的设备提供可视外观的情况下消耗功率。因此，手动地监控其设备的消费者将不知道与看似停用但是实际上正在待机模式下消耗能量的设备相关联的功率使用的成本或效果。
各个设备的程序化控制
减小能量消耗的另一种方法是程序化地控制一个或多个设备，以确保当预期不使用时这些设备被关闭。例如，用于程序化地控制电气设备的系统可以安排诸如休息室中的照明灯等的某一设备在下午11点至上午6点之间关闭，这是因为预期在这些时间期间将不使用休息室。这种系统需要用于每个插座或功率控制的诸如调光器或开关等的控制电路和中央控制器以管理电气设备网络的编程。例如，由SmarthomeTM销售的
Figure BDA0000089916970000042
Smartlabs设计产品可以包括
Figure BDA0000089916970000043
网络可控制设备例如，调光器、开关、恒温器控制和使用诸如或X10协议或其组合等的设备网络协议的耦合到中央控制器的电器插座。这种系统具有程序化地控制电气设备的操作的益处，但是其在没有向用户建议的任何确定的节省成本信息的情况下需要对硬件、安装和相关联的成本的实质承诺，以做出与如何减小其功率使用有关的决定。
用于减小家和办公室的能量使用的当前解决方案包括监控单个电源点处的电气设备网络的总累计功率使用、监控一个或多个墙壁插座的电源点处的功率使用、通过程序化控制来控制单个设备的状态、以及手动地观测一个或多个电气设备启用但是未使用以及关闭设备。监控电源点处的功率使用未提供与由电气设备消耗的功率有关的足够的信息，以确定与特定的设备相关联的功率利用。监控电源插座处的功率使用的解决方案未对功率使用信息进行累积以用于分析，也未仅通过手动的方式并且以较高的设备成本对该信息进行累积。即使使用信息的自动累积是可用的，当前的方式需要监控设备的大量投资。现有技术缺乏一种用于提供与家或办公室中的单个电气设备有关的详细的能量使用信息的低成本且高效的方式。现有技术还缺乏一种用于累积与单个设备有关的详细的能量使用信息以提供给能量用户从而使能量用户可以在其能量使用行为方面做出大量的改变以减小能量使用和能量使用的高效的方式。
发明内容
公开了一种能量监控设备，该能量监控设备在无需家中或办公室中的额外的硬件或用导线给任何电气设备的接通电源的情况下，从单个中央位置处提供了对家中或办公室中的每个电气设备的能量使用的低成本且实时的监控。在超密集的实现中，能量监控设备可以包括单个集成电路或芯片，其被编程以具有下面所描述的特征。能量监控设备被安装在设施能量计的下游、断路器面板的上游、安装在家中或办公室中的电气设备网络的上游，并且不需要到电气设备的任何额外的连接。在可替换的实施方式中，能量监控设备被安装在断路器面板中的开槽中，其中断路器面板具有与典型的断路器单元相同的规格。能量监控设备能够自动地检测负载何时开启或关闭，并且可以识别哪一个负载被打开或关闭。负载是通过对安装在设备的电气网络中的每个电气设备的每个状态的负载特征(load signature)进行检测来识别的。电气设备网络中的每个电气设备能够通过其负载特征和状态被识别。可以在获知阶段获得电气设备的状态和每个状态的负载特征。可以使用手动步骤来自动化或执行获知阶段。为了有助于手动的获知阶段，能量监控设备的用户能够使用与家中或小型办公室中的电气设备的位置和特性有关的信息来填充数据存储器。该专用信息能够被存储在专用数据库中，该专用数据库包括电气设备、家或小型办公室的房间以及电气设备的可能状态的列表。能够通过在诸如智能电话、蜂窝电话、个人数字助理或包括用户显示器和用户输入接口的其它便携式设备等便携式电子设备上运行的应用程序来促进填充专用信息的数据存储器的过程。能够经由能量监控设备上的通信连接器或者经由有线的或无线的网络连接来将专用数据库下载到能量监控设备。用户预先识别的设备和状态越多，手动获知阶段将越容易。在特定的能量监控设备被安装的情况下，专用数据库和专用信息是指由特定的能量监控设备产生的信息、与人、设备、结构或者这些中的任意一项的属性有关的信息。专用信息的实施例包括能量监控设备被安装于其中的家或办公室结构中的用户的姓名、安装在该结构中的具体设备、结构中的房间、当用户不希望共享使用信息时由该用户产生的用户信息、用户的用电账单等。“公用数据库”和“公用信息”是指被产生以供公共事业的信息、公众可获得的信息或者由公众产生的信息。公用信息的实施例包括为公共事业或公众取用所创建的设备的负载特征和状态、用户已经选择共享的、将是由公共事业部门或公共事业委员会公布的专用费率表的公用使用信息、停电通知和来自公共事业部门的其它广播信息。术语“公用数据库”和“专用数据库”都是指一般地包含在数据库中的数据、在本文中公开的数据库结构及其等价物，不限于任何特定的数据格式。本领域技术人员将容易明白的是，可以使用不限制于所描述的那些方法的方法来利用对数据和信息进行控制、存储和存取的各种方法。数据库和表格仅仅是可以在系统的实现中高效地使用的很多方法中的一种方法。
在手动获知阶段中，能量监控设备促使用户改变专用数据库中的设备中的一个设备的状态。然后，用户改变状态，并且向能量监控设备通知该状态已经被改变，或者允许能量监控设备检测该改变。负载特征被计算并且呈现给用户以编辑和/或接受。可替换地，用户能够跳过对设备的单个状态的负载特征的检测，或者跳过对设备的所有状态的负载特征的检测。如果用户接受负载特征数据，则负载特征和相关联的状态被存储在负载特征表中。负载特征表能够在能量监控设备内被维持在专用于该目的的存储器或者通用存储器中。在自动化的获知过程中，能量监控设备针对一个或多个电源参数的改变对电源进行监控，以用信号通知家中或者办公室中的电气设备已经改变了状态。然后，能量监控设备通过改变的数据来计算负载特征，或者根据需要获得额外的采样，并且计算负载特征。下一步是通过将电器的特征与来自负载特征的专用数据库和公用数据库的设备列表进行比较，来识别电器的特征。负载特征的公用数据库包括大量可能的电器的特征以及该电器的状态的负载特征。负载特征的公用数据库不限于特定的家或小型办公室的负载特征。在已经识别了特征并且已经识别了相应的电器和状态以后，该结果被呈现给用户以进行编辑和接受，或者该系统暂停并且接受数据。
通过识别每个电气设备的负载特征和状态，能量监控设备能够提供在家中或小型办公室中消耗能量的每个电气设备的详细的能量使用。每个电气设备的详细的能量使用信息可以被显示在能量监控设备、诸如智能电话(即，
Figure BDA0000089916970000071
)、平板PC、PDA或远程膝上型计算机等的远程显示设备或者本地个人计算机上。通常可以通过任何有线或无线设备来显示详细的能量使用信息。详细的能量使用信息可以包括功耗、能量、电流、功率因数、THD、频谱内容和有益于用户的其它相关的参数。能够通过当日时间、经过的时间、周、月和季来跟踪能量使用信息以进行比较。可以计算并显示能量使用，从而以美元每小时来显示当前的消耗率以及在一段时间内的累积成本。能量监控设备可以根据由能量监控器跟踪的能量使用历史来提供每周、每月、每季度、每季或每年的能量消耗的预测。详细的能量使用信息还可以包括与具有待机操作模式的电气设备有关的具体信息以及与诸如夜晚或者当用户一直在度假中时的关闭时间的能量消耗有关的信息。详细的能量使用信息还可以包括向终端用户建议例如如何减少其每月的电费账单。这可以包括添加设备以改进功率因数、替换旧的或效率低的电器、或者可替换地建议如何校正当日的能量使用安排以更有利地使用费率表或者提出可替换的费率表。详细的能量使用信息还能够用于优化诸如电冰箱的温度设置等的各种电器的设置。建议信息还可以包括来自发电站的通知，例如，来自发电站的紧急警告、提议或激励、费率表改变的通知或者用户的账户到期或者过期的通知。能够监控设备还能够监控网络的质量并且通知弱功率因数、弱总谐波失真、表现较差或有噪的电网、以及改进或校正这些低效率的方式。
公开了一种能量监控设备，该能量监控设备被耦合到电源，例如，电网的电源，其具有耦合到能量监控设备下游的电源的电气设备，其中该电气设备具有多个状态。在一方面，能量监控设备被编程以通过在要监控的电气设备上游处获得的电源参数的连续采样的改变来识别耦合到电源的电气设备和该电气设备的状态。被编程的能量监控设备包括以下各项中的至少一项：选择的且互联的分立部件、微处理器、专用集成电路(ASIC)、被编程的现场可编程门阵列(FPGA)以及包括模数混合模式的一个或多个被配置且互联的集成电路。能量监控设备能够小至单个集成芯片集、被编程以与相互作用或者与运行用户接口应用程序的类似的消费者电气设备相互作用。电源参数被定义为电源的一个或多个测量参数和可以通过测量参数得到的计算参数的值。在优选的实施方式中，电源参数包括相电压、相电流、中性线电压、中性线电流、视在功率、有功功率、无功功率、能量、消耗能量所经过的时间、功率因数比例、
Figure BDA0000089916970000082
电流的总谐波失真、电压、有功功率、无功功率、考虑到有限数量的谐波(例如，多达第15阶谐波)的总谐波失真的近似、电流的频谱内容、电压、有功功率、无功功率和基波有功功率、频率、周期、过压/欠压状况、建立全功率的时间或设置时间、突入电流、电压骤降、和事件周期数量、网络的质量和诸如时间、日期、温度和湿度等的其它与电无关的数据。电压值和电流值可以是瞬时采样值的集合、被存储为一维表格或者被计算为通过对采样值的一维表格进行平均或积分所计算的RMS值。还可以通过具有“n”个点的固定移动窗来得到RMS值，并且因此RMS值例如可以在诸如1秒等初始设置时间之后每毫秒可用。下面示出了针对单相的2线配置的记录的和/或计算的数据的示例性表格：
Figure BDA0000089916970000083
Figure BDA0000089916970000091
表I
采样被定义为(i)在不考虑时间间隔的情况下测量或计算的一个或多个电源参数的一个或多个例子、(ii)在固定的时间间隔内测量或计算的一个或多个电源参数的一个或多个例子、或者(iii)通过测量或计算的一个或多个电源参数的一个或多个例子所计算的RMS值。检测连续采样的改变被定义为(i)检测第一采样中的一个或多个电源参数相对于第二采样中的一个或多个参数的改变，其中，该采样间隔不是固定的间隔，(ii)检测第一采样中的一个或多个电源参数相对于第二采样中的一个或多个参数的改变，其中，该采样间隔是固定的间隔，(iii)检测第一采样中的一个或多个参数相对于所有后续采样的改变，直到相对于第一采样检测到改变为止，(iv)检测第一采样中的一个或多个电源参数相对于第二采样的改变，并且接下来，在获得下一个采样之前将第一采样设置为等于第二采样；以及(v)将一个或多个电源参数的基本采样的RMS值与每个后续采样进行比较。电气设备的状态可以包括开启、关闭、待机、通电、掉电、全功率的比例或者指定的状态序列。通过监控电源参数并且检测一个或多个电源参数中的改变来完成对电气设备的存在的识别。与电气设备和电气设备的状态对应的负载特征包括如上面在表I中所示的电源参数中的一个或多个。负载特征、电气设备的标识符和电气设备的状态可以被存储在存储器中的专用数据库中。在一些实施方式中，识别电气设备和状态的步骤可以包括在存储器中查找负载特征。存储器可以包括多个预先存储的特征。在一些实施方式中，能量监控设备还可以包括经由网络被耦合到远程设备的通信模块。能量监控设备能够发送到能量监控设备显示模块和远程设备中的至少一个。通信模块能够发送并接收能量监控信息。能量监控信息可以包括电气设备信息、功率使用信息、电气网络信息、用户建议和发电站信息。电气设备信息的实施例可以包括多个设备中的电气设备的标识符、电气设备的状态、针对设备的状态的设备的负载特征数据和与设备相关联的功率利用信息。功率使用信息的实施例可以包括但不限于累积的功耗信息、能量、电流、功率因数和总谐波失真。电气网络信息可以包括弱功率因数、弱THD、有噪的电网和电路性能。用户建议可以包括与以下各项有关的信息：设施账单的有效用户或者过期日期、关于如何减少账单的建议、由电气设备分类的使用信息、基于过去的使用模式的预测的使用信息、关于如何改进功率因数的建议、何时替换旧的且效率低的电器以及对计划的或未计划的停电的检测和建议。
在另一方面，一种识别耦合到电源的电气设备和该电气设备的状态的方法包括：接收第一多个电源参数；接收第二多个电源参数；检测所述第一多个电源参数与所述第二多个电源参数之间的至少一个电源参数的改变；根据所述第一多个电源参数和所述第二多个电源参数来计算所述电气设备的负载特征；以及在存储器中查找所述电气设备的所述负载特征，其中，存储在所述存储器中的所述负载特征与电气设备标识符相关联，所述电气设备的所述状态与所述负载特征相关联，从而识别耦合到所述电源的电气设备和所述电气设备的所述状态。在一些实施方式中，检测至少一个电源参数的改变的步骤可以包括检测有功功率、无功功率或视在功率的改变。一种识别耦合到电源的电气设备和该电气设备的状态的方法还可以包括：在检测到所述至少一个电源参数的所述改变以后并且在计算所述电气设备的所述负载特征以前，接收额外的电源参数。
在一些实施方式中，采样多个电源参数的步骤包括测量以下各项中的一项：相电压、相电流、中性线电压、中性线电流、视在功率、周期、频率、有功能量、无功能量、频率、周期、过压/欠压状况、温度和湿度。电气设备的状态可以包括以下各项中的一项：关闭、开启、待机、通电、掉电、全功率的比例以及指定的状态序列。在一些实施方式中，电气设备的负载特征和状态可以包括：相电压、相电流、中性线电压、中性线电流、视在功率、
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有功能量、无功能量、视在功率、频率、周期、过压/欠压状况、功率因数的比例、RMS电流、瞬时电流、RMS电压、瞬时电压、电流谐波THD比例、电压谐波THD比例、网络质量的比例、时间、日期、温度和湿度。在一些实施方式中，负载特征可以包括测量的有功功率、测量的无功功率、计算的视在功率、基于电源的额定电压的计算的电流、和计算的功率因数。在一些实施方式中，能量监控信息可以被发送到一个或多个显示设备和远程设备，其包括诸如iPhone等的蜂窝电话。能量监控信息可以包括电气设备信息、功率使用信息、电气网络信息、用户建议和发电站信息。电气设备信息可以包括多个电气设备中的一个电气设备的标识符、电气设备的状态、该设备的负载特征数据、和与该设备相关联的功率使用。功率使用信息可以包括累积的功耗信息、能量、电流、功率因数和总谐波失真(THD)。电气网络信息可以包括弱功率因数、弱THD、有噪的电网、和电路性能。在一些实施方式中，用户建议可以包括向所述用户通知以下各项：当前日账单、周账单或月账单、如何减少所述账单、基于使用模式的与将来的功率使用有关的预测信息、由电气设备分类的账单信息、如何改善功率因数、何时替换旧的或功率低的电器、在当天的何时安排设备使用以减少账单以及对公用电源的中断的检测和建议。在一些实施方式中，发电站信息包括费率表改变通知、计划的停电、即将来临的功率切断、账单到期、关于如何减少用电账单成本的建议、激励提供、用电账单和估计的预测用电账单。
在又一个方面，一种为具有多个状态的多个电气设备创建负载特征的数据库的方法包括：选择第一状态下的电气设备；测量第一多个电源参数；将所选择的电气设备的所述状态改变为第二状态；测量第二多个电源参数；计算负载特征；以及存储包括所述负载特征、所述第二状态、和所选择的设备的标识符的数据库记录，从而为所述具有多个状态的多个电气设备创建所述负载特征的数据库。所述第一状态是关闭，而所述第二状态是开启。一种创建负载特征的数据库的方法还可以包括：在计算出所述负载特征以后，在数据库中查找所述负载特征以确定最匹配的电气设备和状态；向用户呈现所述最匹配的电气设备和所述状态以确认所述电气设备和所述状态；以及如果所述用户改变所述电气设备或所述状态，则接受对还包括所述负载特征的数据库记录中的所述电气设备和所述状态中的至少一个的用户改变。
附图说明
图1A示出了根据一些实施方式被耦合到电源的能量监控设备的内部部件的示意图。
图1B示出了根据一些实施方式被耦合到电源的能量监控设备的外视图的示意图。
图1C示出了根据一些实施方式被耦合到能量感知电器内的电源的嵌入的能量监控设备的内部部件的示意图。
图1D示出了根据一些实施方式被耦合到电源的能量监控设备的内部部件和外部接口设备的示意图。
图1E示出了根据一些实施方式被耦合到电源并且安装在断路器箱内部的能量监控设备的内部部件的示意图。
图1F示出了根据一些实施方式被耦合到电源并且安装在断路器箱内部的能量监控设备的内部部件的示意图。
图2示出了根据一些实施方式包括恒温器模块的远程能量监控设备的内部部件的示意图。
图3示出了根据一些实施方式的能量监控设备和相关的装配的通信网络的示意图。
图4示出了根据一些实施方式的公用功率使用数据库的示意图。
图5示出了根据一些实施方式的公用负载特征数据库的示意图。
图6示出了根据一些实施方式操作的能量计的流程图。
图7示出了根据一些实施方式自动地创建负载特征数据库的方法的流程图。
图8示出了根据一些实施方式手动地创建负载特征数据库的方法的流程图。
图9A示出了根据一些实施方式通过负载特征来识别设备和状态的方法的一部分的流程图。
图9B示出了根据一些实施方式通过负载特征来识别设备和状态的方法的一部分的流程图。
图9C示出了根据一些实施方式通过负载特征来识别设备和状态的方法的一部分的流程图。
图9D示出了根据一些实施方式通过负载特征来识别设备和状态的方法的一部分的流程图。
图9E示出了根据一些实施方式通过负载特征来识别设备和状态的方法的一部分的流程图。
图9F示出了根据一些实施方式通过负载特征来识别设备和状态的方法的一部分的流程图。
具体实施方式
能量监控设备的优选的实施方式包括耦合到电源系统的能量计，其中，能量计获得电源参数的连续采样。还能够通过具有存储器的控制器来对电源参数进行进一步的处理。测量能够用于显示当前的能量使用信息并且计算耦合到电源190的电气设备的状态的负载特征，其中，电气设备具有一个或多个状态。至少，监控的电气设备将具有大量状态，其包括开启状态，在该开启状态下，电气设备将具有电气负载，并且最通常还将具有关闭状态，在该关闭状态下，电气设备将不会用作负载或者负载将被减少。其它中间状态是可能的，其包括：待机状态，在该待机状态下，电气设备可以在视觉上表现为关闭，但是电气设备正在消耗一定量的功率以维持其待机状态。在待机时，与设备从断开状态开始被通电相比，电气设备通常可以更快速地达到开启状态。
能量监控设备还可以包括控制器或处理器、存储器和通信模块。控制器或微处理器能够通过能量计来获得连续的电源测量，并且将电源测量发送到远程设备以进行处理。对电源测量的处理可以包括存储通常具有日期/时间戳的测量、根据连续电源测量的改变来计算耦合到电源的电气设备的状态的负载特征、显示包括使用的千瓦时、随着时间的推移的功率使用趋势的功率使用信息和成本信息。能量监控设备能够进一步包括例如耦合到通信模块的USB接口。USB接口能够耦合到个人计算机，例如，以用于将软件升级下载到能量监控设备或者用于其它数据交换。
能量监控设备
图1示出了能量监控设备100，该能量监控设备100经由电源连接140(其能够通过设施供应电网功率)耦合到电源190、经过计量表耦合到配电箱并且耦合到家或小型办公室中。电源可以包括各种已知的电源类型中的任意一种，例如，110V的单相、110V的三相、440V的三相、220V的三相、380V的三相等。电源190还可以包括DC电压源，例如，具有太阳电池板的自供电结构、DC发电机或其它非电网电源。能量监控设备100包括能量计110、具有存储器125的控制器120、通信模块130、负载特征表150的存储器、具有电池备用的时钟/日历160、显示器模块170、输入模块180、无线天线134和USB端口138。嵌入式系统设计领域的技术人员将认识到，控制器120、存储器125、负载特征表150、通信模块130和能量计110可以实现为单个片上系统，该片上系统具有用于这些功能的专用模块和资源，或者具有存储器并编程以执行这些功能。能量计110对电源190进行连续测量。这些测量可以包括以下各项中的一个或多个：相电压、相电流、中性线电压、中性线电流、视在功率、
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有功能量、无功能量、频率、周期、过压/欠压状况、网络质量的百分比、时间、日期、温度和湿度。控制器120还包括存储器125，其中，使用指令来对该存储器125进行编程以通过连续电源测量来计算负载特征。控制器可以是可编程设备，该可编程设备可以包括以下各项中的至少一项：选择的且互联的分立部件、微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)以及一个或多个配置的且互联的集成电路。时钟/日历模块160被耦合到控制器120，以使控制器能够对能量计测量标出日期/时间。包括显示器和显示器接口的显示器模块170被耦合到控制器120，以使电源使用信息能够被显示到显示器170上。输入模块180可以包括多个键区和键区接口，以使控制器120能够响应于用户的输入来执行不同的功能。显示器模块170和输入模块180可以包括触摸屏模块175(未示出)。用于该显示器的默认显示器模块可以包括正在使用的功率的显示或者随着指定的时间段的推移的功率使用的图形趋势线。嵌入式系统设计领域的技术人员将认识到，通过能量监控设备测量、计算或分析的数据中的任意数据能够显示在显示器模块170上。控制器120还被耦合到通信模块130。通信模块130能够使用一个或多个协议来进行通信，这些协议包括RS-232串行通信、RS-485串行通信、IEEE 802.11无线、IEEE 802.15无线、Zigbee无线、蓝牙无线、USB、IEEE 802.3x、IEEE-1394、IEEE 802.15.4、I2C串行通信、IrDA或其它通信协议。这些通信还可以包括维持隐私的安全(加密)传输协议。如图1A所示，在一些实施方式中，通信模块130被耦合到USB端口138和无线天线134。能够经由通信接口来对存储器125和负载特征表150二者进行读取或写入。例如，USB端口138可以用于对存储在存储器125中的软件进行升级。能够经由无线天线134来将能量计信息和负载特征信息发送到远程设备。还能够对控制器120进行编程以计算并在负载特征表存储器150中存储负载特征。控制器120还能够从负载特征表150中恢复负载特征。负载特征表存储器150能够进一步包括用于存储在下面进一步描述的专用数据库、配置信息和其它使用的存储器。
图1B示出了根据一些实施方式被耦合到电源的能量监控设备。在图1B中，在显示器170上显示了功率使用趋势线，其中使用了功率的总千瓦时(“KWH”)和当前使用的千瓦时(“KWH”)，其随着每小时趋势线被显示。在一些实施方式中，能量监控设备能够显示功耗、能量、电流、功率因数、THD和随时间、当天的时间、周、月和季度的频谱内容。能够经由通信模块130和例如无线天线134将能量监控信息发送到远程设备。通过使用输入模块180，可以显示能量使用信息(未示出)的可替换的视图，例如，特定设备的能量使用、每个房间或每层的能量使用、每个电路的能量使用、每个类型的电器的能量使用、在例如能量使用与开启的电器的标识混合和/或颜色正在提供信息的情况下的混合显示器、连接的设备及其当前状态列表、特定状态下的设备及其能量使用信息列表。键区还能够用于选择配置屏幕并且输入能量监控设备的配置信息。
虽然已经显示出包括无线接口134和USB端口138的图1A和图1B，但是本领域技术人员将认识到，可以通过任何适当的有线或无线通信协议来进行能量监控设备与远程设备之间的通信，所述协议例如是RS232串行通信、RS-485串行通信、IrDA、以太网、IEEE-1394(火线)、X10或其它功率线载体、IEEE 802.11无线、IEEE 802.15无线、Zigbee无线、蓝牙无线或其它通信协议。这些通信还可以包括用于维持隐私的安全(加密)传输协议。本领域技术人员还将认识到，时钟/日历模块160、负载特征表150、显示器模块170和键区模块180可以位于任何适当的远程设备中。适当的远程设备包括但不限于图2中公开的远程设备、
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200、个人计算机310、个人数字助理342、口袋式PC(未示出)、如图3所示的移动计算机344、或者包括测时功能、存储器和包括显示器和输入设备的用户接口的其它设备。
图1C示出了根据一些实施方式被耦合到能量感知电器内部的电源的嵌入式能量监控设备105的内部部件的示意图。内部部件能够与能量监控设备100的内部部件非常相似。控制器120被耦合到存储器125，其中，使用执行嵌入式能量监控设备功能的指令来对存储器125进行编程。控制器120还被耦合到通信模块130。通信模块130被耦合到例如以太网端口132(未示出)。能够经由路由器将以太网端口132耦合到家庭网络，以实现与能量监控器设备100的通信。USB或以太网端口能够被耦合到个人计算机，以用于对在存储器125中编程的软件进行升级以及与能量感知电器交换信息的目的。
图1D示出了根据一些实施方式被耦合到电源的能量监控设备的内部部件和外部接口设备的示意图。能量监控设备100的低成本且高密集形式可以包括能量计110、具有存储器125的控制器120、通信模块130、用于负载特征表150的存储器、无线天线134、USB端口138和以太网端口132(未示出)。能量监控设备的高密集形式能够与诸如iPhone 200(示出)等的远程设备、膝上型计算机(未示出)、PDA或者诸如图2中所示的远程显示器设备200等的其它远程显示器设备直接进行通信。iPhone 200(示出)包括上面在图1A中所描述的触摸屏175。控制器120还包括使用用于通过连续的电源测量来计算负载特征的指令进行编程的存储器125。控制器可以是可编程设备，该可编程设备可以包括以下各项中的至少一项：选择的且互联的分立部件、微处理器、片上系统、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)以及一个或多个配置的且互联的集成电路。控制器120还被耦合到通信模块130。通信模块130能够使用一个或多个协议来进行通信，这些协议包括RS-232串行通信、RS-485串行通信、IEEE802.11无线、IEEE 802.15无线、Zigbee无线、蓝牙无线、USB、IEEE 802.3x、IEEE-1394、12C串行通信、IrDA或其它通信协议。这些通信还可以包括用于维持隐私的安全(加密的)传输协议。如图1A所示，在一些实施方式中，通信模块130被耦合到USB端口138和无线天线134。能够经由通信接口来对存储器125和负载特征表150二者进行读取或写入。例如，USB端口138可以用于对存储在存储器125中的软件进行升级。能够经由无线天线134来将能量计信息和负载特征信息发送到远程设备。还能够对控制器120进行编程以计算并在负载特征表存储器150中存储负载特征。控制器120还能够从负载特征表150中恢复负载特征。负载特征表存储器150能够进一步包括用于存储在下面进一步描述的公用数据库和专用数据库、配置信息和其它使用的存储器。
图1E和图1F示出了根据一些实施方式的要监控的所有电气设备上游的被耦合到电源190且被安装在断路器箱(图3，元件364)内部的能量监控设备100的内部部件的示意图。在该超密集实施方式中，除了被安装在断路器箱外部以有助于图1F中所示的无线通信的无线天线134以外，整个能量监控设备100被安装在断路器外壳的规格内部，以安装或包含在断路器箱或面板中。例如，在监控使用110V相线、中性线和110V反相供应的220V网络的情况下，220V断路器规格提供了对所有必要的输电线的接入，以用于监控网络同时实现与现有的断路器面板兼容的密集规格并且允许容易安装。内部部件与图1A基本上相似。经由在断路器设计领域中公知的电源连接140将能量监控设备100耦合到电源190。螺栓型端子197被用于将断路器型的外壳195耦合到电源190，从而耦合到电源连接140。螺栓型端子是通过断路器型外壳195中的接入孔196来接入的。能量计110被耦合到电源连接140并且被通信地耦合到具有存储器125的控制器120。控制器120被通信地耦合到负载特征表150并且被通信地耦合到通信模块130。能量计110、具有存储器125的控制器120、负载特征表150和通信模块130都能够被安装在单个印刷电路板105上。通信模块130被示为耦合到无线天线134。本领域技术人员将认识到，通信接口无需是无线的。任何适当的通信介质将起作用，所述通信介质包括USB、以太网、RS232串行通信、RS485串行通信或I2C串行通信。与图1D中所示的密集能量监控设备类似，根据图1E和图1F的实施方式可以与诸如iPhone(未示出)或者其它智能电话、平板PC、膝上型计算机(未示出)或者诸如上面在图2中所示的远程显示器设备等的远程设备进行通信。可以添加LED 107以指示能量监控设备正在适当地起作用。
图2示出了根据一些实施方式包括恒温器的远程能量监控显示器设备200的示意图。内部部件能够与能量监控设备100的内部部件非常相似。控制器120被耦合到存储器125，其中，使用执行远程能量监控显示器设备功能的指令来对存储器125进行编程。能够使用相应的端子板接口124将控制器120耦合到恒温器123，以与加热器、空调器或组合单元进行通信。控制器120还被耦合到通信模块130。通信模块130被耦合到例如USB端口138和无线天线134。USB端口138能够被耦合到个人计算机，以用于对被编程到存储器125上的软件进行升级。无线天线134能够从能量监控设备100接收能量监控信息，并且处理和显示能量使用信息。控制器120能够耦合到显示器模块170和输入模块180。显示器模块170、输入模块180和恒温器模块123通过对控制器120进行编程来协作，以操作连接的加热器、空调器或组合单元。能量监控信息能够经由通信模块130被接收并且被显示在显示器模块170上。显示器模块170和输入模块180可以包括触摸屏175(未示出)。能够由用户通过输入模块180来完成远程设备200的配置。可替换地，能够通过诸如USB端口138等的通信端口来执行配置。如下所讨论的配置可以包括为远程设备选择默认显示模式。能够通过穿过端子板接口124的恒温器布线或者经由DC输入210和AC/DC适配器220，来将远程设备200的功率供应给远程设备。
图3示出了家或小型办公室的典型的安装配置。功率电表(power utilitymeter)350位于建筑物墙壁355的外部并且被耦合到建筑物的配电接线箱360处的电网。能量监控设备100能够被安装在配电接线箱360仅下游和断路器箱364的上游附近。在一些实施方式中，例如，如图1E和图1F所示，能量监控设备能够被安装在所有断路器上游的断路器箱364的内部。典型的安装还可以包括将能量监控设备100上的通信模块130在该情况下802.3x以太网连接132耦合到互联网接口365或网络路由器320、DSL或电缆调制解调器330，并且然后耦合到互联网接口365。发电站370可以从能量监控设备100接收能量监控信息。在一些实施方式中，发电站370能够从远程设备200或用作远程设备的计算机310接收能量监控信息。此外，发电站370能够向能量监控设备100发送消息。这些消息可以由能量监控设备100处理或者被传送到远程设备200上，该远程设备200经由通信模块130被通信地耦合到能量监控设备100。消息还可以发送到可替换的或补充的远程设备，其包括但不限于：具有无线接口315的个人计算机310或者诸如蜂窝电话340等的移动远程设备、个人数字助理342或者移动膝上型计算机344。能量监控设备100能够经由互联网接口365或者经由网络路由器320、DSL或电缆调制解调器330来与远程移动设备340、342和344进行通信，通过互联网发送到蜂窝塔335、然后发送到远程移动设备。本领域技术人员将认识到，移动设备340、342和344、远程设备200和计算机310还能够将查询消息发送到发电站370、公共使用数据库400、公用负载特征数据库500和能量监控设备100。能量监控设备100类似地能够将能量使用信息提供给发电站370。还能够将能量监控信息提供给公用使用数据数据库400。发电站370能够将信息提供给能量监控设备100，该能量监控设备100相应地能够将来自发电站的信息转发给上面的远程设备中的任意一个。能量监控设备100还能够存取公用使用数据库400和公用负载特征数据库500。诸如电冰箱361和/或洗衣机/烘干机362等能量感知电器可以在每个能量感知电器中包括嵌入式能量监控设备105，该嵌入式能量监控设备105被耦合到路由器320或者另外被通信地耦合到能量监控设备100。下面详细讨论能量感知电器。诸如太阳电池板363、发电机(未示出)或风力发电机(未示出)等发电DC设备可以被电耦合到电源，其中，能量监控设备能够对生成的且反馈回电网的功率进行测量。
图4示出了示例性的公用使用数据库。每个能量监控设备能够具有独特的IP地址、公用电表序列号或者其它独特的标识符410，该独特的标识符410对能量计数据的源进行识别同时仍然维持用户的匿名。用户记账信息、实际住所信息、费率日期、邮编420可以用于对能量计信息所源自的邻近地区和房屋进行识别，并且可以链接到能量监控设备。用户可以配置其能量计以向公用使用数据库400公布数据，例如办公室、住所、工业用户或者其它用户类型的标识符430。用户可以选择对能量计被安装于的建筑物的建筑面积440进行公布。公用数据库还可以具有使用类型450、设备类型或者促进查询的其它统计分析。能量监控设备能够公布增加的或累积的能量使用信息460。通过能量监控设备的用户向公用使用数据库公布的一系列能量监控信息提供大量数据，所述数据被查询并比较以向各个用户、市政当局和发电站提供使用信息。
图5示出了示例性的公用负载特征数据库500。公用负载特征数据库记录可以包括电气设备的制造商510、模型520、描述530以及一个或多个相关联的状态540。对于电气设备的每个状态而言，默认负载特征560能够被提供、可由能量计作为电气设备的默认负载特征和由能量计检测的状态被存取。默认负载特征能够由电气设备的制造商、独立的测试实验室提供，或者由能量监控设备的用户向公用数据库发布。此外或者可替换地，适合于典型的家或小型办公室的普通负载特征也可以被加载或预先加载到能量监控设备中。如图1A所示，能够经由通信端口138来执行加载和预先加载。
图6示出了根据一些实施方式操作的能量计的流程图。在步骤605处，能量计测量电源的第一采样。能够通过能量计采样来计算额外的电源参数。同时，能量计的第一采样和所计算的电源参数包括第一电源参数。在步骤610处，类似的第二电源参数集合被测量和计算。在步骤615处，对一个或多个电源参数是否已经改变来做出决定。如果在步骤615处没有电源参数改变，则在步骤625处，将当前的能量使用信息发送到能量监控设备中的显示器模块，或者发送到建筑物中的远程设备，或者发送到这二者的组合。可选择地，在步骤625处，当前的能量使用信息能够被发送到发电站和/或公用数据库。然后，在步骤630处，第一电源采样被设置为第二电源采样，并且新的第二能量计测量集合被读取并且额外的参数被计算，其包括在步骤610处的新的第二电源参数。如果在步骤615处一个或多个电源参数已经改变，则在步骤620处调用图7的负载特征逻辑。
图7示出了根据一些实施方式用于创建负载特征数据库的自动获知方法的流程图。如下面在步骤740处所描述的，用户可以在该获知模式下与能量监控设备相互作用，以辅助获知。然而，如果用户未参与自动获知过程，则自动获知过程简单地暂停，其中，用户输入被允许并且自动地执行默认操作。首先，在步骤710处，计算新计算的负载特征。在步骤715处，在存储器中查找所计算的负载特征。如果找到负载特征，则负载特征及其相应的状态被返回。如果在步骤720处负载特征未被找到，则在步骤725处返回最匹配的负载特征和状态。在步骤730处，在用户显示器上显示找到的负载特征或者从步骤725返回的最近的匹配和相关联的状态。在步骤740处，允许用户进行改变。图8描述了用户在“获知模式”下的相互作用。如果在步骤735处用户接受或者定时器过期，则在步骤745处将负载特征和状态存储在专用数据库的记录中。然后，该方法结束并且返回到图6的步骤625。如上所述，在图6的步骤625处，能量使用信息然后被发送到能量监控设备上的显示器模块或者建筑物内的远程设备或者其组合。可选择地，在步骤625处，当前的能量使用信息可以被发送到发电站和/或公用数据库。
图8示出了手动获知一个或多个电气设备的负载特征和状态的步骤的示意图。如下面在专用数据库中所描述的，用户能够在专用数据库中存储记录，该专用数据库对在用户的家或小型办公室中安装的一个或多个电气设备进行识别。对于每个电气设备而言，用户能够进一步在专用数据库中存储每个电气设备的一个或多个状态的记录。然后，能够使用公知的通信方法来将专用数据库下载到能量监控设备。然后，下载到能量监控设备的专用数据库能够用于通过如图8所描述的手动获知过程来逐步安排(step)用户。在优选的实施方式中，获知过程的用户接口被实现为或者具有无线通信、诸如触摸屏等的显示屏幕和输入模块的其它便携式设备上的应用程序。如果在步骤810处能量监控设备还未获知所有电气设备，则要获知的下一个设备被显示在用户的显示器设备上，否则该过程结束。如果在步骤820处针对显示的设备存在更多个要获知的状态，则在步骤825处，要获知的下一个状态被显示给用户，电源被采样，并且促使用户将电气设备的状态变为显示状态。例如，如果设备是具有60W白炽灯泡的灯，则促使用户将灯变成开启状态。在步骤830处，该过程等待用户改变该状态。可以通过用户确认他已经改变状态、通过能量监控设备对电源进行监控以查看视在功率是否已经增加约60W或者诸如通过用户来手动终止过程或暂停等其它方式，来终止等待过程。在步骤835处，电源被采样并且新的负载特征被计算并显示给用户。在步骤840处，用户具有多个选项，这些选项可以包括用于负载特征的选择和编辑模式845、选择存储选项850以存储负载特征、跳过该状态并且返回步骤820以检查该电气设备的更多的状态、跳过电气设备并且返回步骤810以检查更多的电气设备或者退出获知过程。拥有该公开的本领域技术人员将认识到，在本公开的范围内，可以对这些步骤进行添加、删除或改变顺序。
图9A示出了根据一些实施方式通过负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。在步骤905处，计算PTRIG以判断是否需要计算负载特征。如果在步骤910处PTRIG已经改变，则确定哪一个电线(相线，反相线)经历改变。如果在步骤910处在PTRIG中不存在改变，则该方法结束。在步骤920处，核查错误触发。如果存在错误触发，则该方法结束。如果不存在错误触发，则在步骤925处，如下面所描述的在负载算法中计算数据子集SB1a、1b、2a和2b。在步骤930处，如下面所描述的调用负载特征搜索算法。
图9B示出了根据一些实施方式通过负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。在步骤931处，在PTRIG上，针对例如±25％的粗略匹配来对能量监控设备中的负载特征的专用数据库进行搜索。如果在步骤932处不再存在匹配，则该方法退出图9D以进行进一步的分析。在步骤933处，针对步骤931的搜索的匹配，将正在查找负载特征的SB1a中的每个数据元素与匹配的每个数据元素进行比较。如果在步骤934处任何元素具有大于25％的误差，则在步骤938处跳过匹配，否则在步骤935处对数据进行归一化并且再次逐个元素地进行比较。如果在步骤936处相关性小于0.80，则跳过匹配。如果在步骤937处相关性大于0.95，则已经发现与负载特征匹配并且该方法结束。否则，在图9C处执行第二级分析。
图9C示出了根据一些实施方式通过负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。在步骤941处，将数据子集SB2a的每个元素与匹配中的相应元素进行比较。如果任何元素具有大于25％的误差，则跳过该匹配并且该方法返回到图9B。否则，与步骤941类似地，对数据进行归一化并且逐个元素地进行比较。如果在步骤944处相关性小于0.80，则该方法返回到图9B。如果在步骤945处相关性大于0.95，则已经找到负载特征并且该方法结束，否则该方法返回到图9B。
图9D示出了根据一些实施方式通过负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。如果专用数据库的搜索未产生匹配负载特征，则在步骤951处在PTRIG上使用±25％的粗略搜索来对公用数据库进行搜索。如果在步骤952处不再存在匹配，则该方法退出到图9F以进行进一步的分析。在步骤953处，针对步骤951的搜索的每个匹配，将正在查找的负载特征的SB1a中的每个数据元素与匹配的每个数据元素进行比较。如果在步骤954处任何元素具有大于25％的误差，则在步骤958处跳过匹配，否则在步骤955处对数据进行归一化并且再次逐个元素地进行比较。如果在步骤956处相关性小于0.80，则跳过匹配。如果在步骤957处相关性大于0.95，则已经找到与负载特征的匹配并且该方法结束。否则，在图9E处执行第二级分析。
图9E示出了根据一些实施方式通过负载特征来识别设备和状态的方法的一部分的流程图。在步骤961处，将数据子集SB2a的每个元素与匹配中的相应的元素进行比较。如果任何元素具有大于25％的误差，则跳过匹配并且该方法返回到图9D。否则，与步骤961类似地，对数据进行归一化，并且逐个元素地进行比较。如果在步骤964处相关性小于0.80，则该方法返回到图9D。如果在步骤965处相关性大于0.95，则已经发现负载特征并且该方法结束，否则该方法返回到图9D。
图9F示出了根据一些实施方式通过负载特征来识别设备和状态的方法的一部分的流程图。在步骤971处，对电流波形和电压波形进行采样。重复图9B至图9E中的步骤。如果在步骤972处识别到负载特征，则该方法结束。否则，促使用户进行反馈以帮助识别负载和状态。如果用户识别负载和状态，则方法结束，否则执行额外的分析，其包括但不限于谐波分析、延长采样、频谱分析和再运行图9B至图9E的分析。如果仍然不能识别负载特征，则对能量使用进行累积，并且将其作为“未识别的能量使用”进行报告。
公用数据库
公用使用数据库
能量监控设备100能够生成与被连接到消费者的电源的电气设备和消费者的能量使用有关的详细使用信息。可以通过公用数据库服务器容易地接收并收集这些详细的信息，所述公用数据库服务器能够由诸如
Figure BDA0000089916970000241
Figure BDA0000089916970000242
或
Figure BDA0000089916970000243
等的广泛接入的公用数据库服务来控制(host)。公用使用数据库包括数据库记录的存储，其包括：产生使用信息的能量监控设备的独特标识符、诸如邻居、邮编或城市或州中的街道等地理或位置信息、诸如家、小型办公室或工业等的结构的类型、能量使用设备所处的结构的近似建筑面积、以及诸如电气设备、电器、灯等设备的类别的标识符或者特定的设备的标识符。如在图4中所述，查询工具可以用于存取数据库记录。至少，查询工具使能量监控设备能够查找电气设备的负载特征和相关联的状态。关注控制信息的其它各方可以包括控制其产品的负载特征数据库的制造商、控制负载特征的数据库的测试实验室和节能狂热者。存储在公用使用数据库中的信息可以与能量监控设备100能够产生的配置一样详细，并且可以与用户原意共享一样受限，其受到能量监控设备的消费者的配置的控制。详细的信息可以包括制造商、模型和特定电气设备的购买日期、特定设备改变状态的时间和日期、设备所安装的房间、经常使用设备的用户、特定状态的总能量使用和持续时间、使用的成本和使用的费率表。详细的信息还可以包括普通电器信息，例如1/4HP电钻(无制造商)、12,000BTU的空调器或者40W的白炽灯泡。普通的设备信息能够通过用户被更新，或者通过对一个或多个类似设备的分析被计算或估计。消费者人口统计信息还可以被存储为例如消费者居住或工作的邮编和街道、家或办公室中的人的数量、家或办公室的建筑面积。公用使用数据库能够积聚详细的信息并提供查询工具来向消费者通知其它能量用户的使用模式。能量使用数据库还可以包括用户提出的关于他们如何减少其能量消耗的建议的论坛，以便能够向相似情况的能量用户通知减少能量使用的已知选项。本领域技术人员将认识到，可以将多种能量用户配置信息添加到详细的使用信息，以使广大的公众知道能量使用模式，从而实现一系列的节能工具。由能量监控设备100提供的详细的能量使用信息的可用性及其相关联的专用数据库实现了公用使用数据库。
公用电气设备数据库
电气设备的公用数据库中的记录可以包括电气设备的标识符、制造商、模型、额定的设备电压、最大额定电流强度和电气设备的一系列操作状态。当各个用户使用其能量监控系统时，用户能够输出电气设备的专用数据库，以填充公用的电气设备数据库。此外，能够通过诸如手动地输入设备数据或者通过上载来从制造商接收设备数据等的数据库管理方法，来对电气设备的公用数据库进行填充。
公用的电气设备状态数据库
电气设备状态的公用数据库中的记录可以包括设备标识符、状态标识符、状态描述和状态的负载特征。当各个用户使用其能量监控系统时，用户能够输出设备状态的专用数据库以填充公用的电气设备状态数据库。此外，能够通过诸如独立的测试实验室向公用数据库提供设备状态负载特征或者制造商上载状态和/或其电气设备的负载特征等数据库管理方法，来对电气设备状态的公用数据库进行填充。
公用负载特征数据库
负载特征的公用数据库中的记录可以包括电气设备标识符信息，如上面针对公用电气设备数据库所描述的。负载特征的公用数据库还可以包括普通设备和类型。对于每个设备类型的每个状态，如下面在负载特征算法的情况下所描述的负载特征能够被存储。与负载特征有关的额外的信息能够与电气设备和状态的负载特征一起被存储，如图5中所描述的。
专用数据库
能量监控设备被耦合到一个或多个电气设备上游的电源，其中所述一个或多个电气设备的能量使用将被监控。电气设备及其相关联的状态被存储在能量监控设备可接入的专用数据库中。至少，专用数据库还包括与被耦合到电源的电气设备及其状态相关联的负载特征。能量监控设备使用专用负载特征数据库来识别电气设备及其状态，以便可以报告该设备的使用信息。例如，与将状态改变为“开启”的“灯1”相关联的负载特征被存储在能量监控设备可接入的专用负载特征数据库中。当通过连续电源测量来计算负载特征时，将负载特征与专用负载特征数据库进行比较，以识别与负载特征相关联的电气设备和状态。能够使用软件工具在能量监控设备或诸如个人计算机等可替换的计算设备上创建专用数据库。如果在设备上而不是能量监控设备上创建专用数据库，则能够经由诸如以太网或能量监控设备上的USB端口等通信连接来将专用负载特征数据库下载到能量监控设备。
为了使呈现给用户的能量监控信息更加有意义或者能付诸实施，可以填充额外的信息表格或列表。这些表格或列表也可以促进建立连接的电气设备及其状态的负载特征数据库。例如，专用数据库可以包括建筑物中的房间列表、建筑物中的电气设备、建筑物中的能量用户、用户与房间的关联、以及电气设备与房间的关联。为了促进能量监控设备的装配，可以在任何方便的计算设备上创建这些数据项和关系，并且可以经由能量监控设备上的USB端口或者其它通信方法来将这些数据项和关系下载到能量监控设备。下面描述示例性的专用数据库。本领域技术人员将认识到，可以添加或删除数据库字段。
房间表格
建筑物的房间表格或列表实现了通过房间或者与房间相关联的属性来对能量使用进行监控。房间表格或列表可以包括房间的标识符、房间的文字描述、房间的建筑面积和房间的类型(办公室、卧室、书房、会议室、实用壁橱、车库、厨房等)。
能量用户表格
能量用户表格或列表可以包括用户的标识符、用户的文字描述、诸如年龄组、性别、职业、职位、用户占用给定房间的时间的百分比、员工工作的部门、其使用将被提供回其部门的说明等人口统计信息和其它与用户有关的信息。设想用户信息通常被认为是个人的，并且将根本不会被公开或报告，或者将仅被一般地公开或报告，或者将被密码保护或者以其它方式不被公开。
接入网设备表格
能量监控设备能够与包括嵌入式能量监控器的能量感知电器进行通信，该嵌入式能量监控器具有连接的网络装配，例如，路由器或集线器、服务器和网络客户端、诸如公用设施网站、控制公用数据库的网站、安装在用户的建筑物中的装配的品牌的制造商的网站等远程位置、以及诸如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、移动计算机的用户自己的远程通信设备或其它远程通信设备。专用接入网设备数据库中的记录包括独特的标识符，例如，IP地址、网页URL或者其它接入标识符、网络设备的文本描述和接入远程站或者由远程站接入的一组准许。本领域技术人员将认识到，通过能量监控设备对远程设备的接入的控制可以通过多种已知技术来完成。类似地，通过远程设备对能量监控设备的接入控制可以通过多种已知技术来完成。
电气设备表格
电气设备表格或列表可以包括设备标识符、文字描述、购买的日期、设备(电器、电气设备、灯等)的一般类别和设备的具体种型(电炉、微波炉、立体声系统、计算机、电冰箱、洗衣机等)。专用数据库还可以包括电气设备的制造商和型号，从而使专用数据库能够接入电气设备的公用数据库，以恢复电气设备信息、状态以及电气设备的每一个状态的默认负载特征信息。
混合的表格、列表和关联
专用数据库可以包括电气设备的表格或列表，并且可以使用公知的关系数据库技术来使状态、用户和房间关联在一起，以通过房间、用户、设备、日期/时间、设备、设备和状态以及由专用数据库和公用数据库实现的这种其它相关统计分析来报告详细的能量使用信息。例如，用户可以通过房间获得能量使用信息，并且观测到大量能量是由其13岁的儿子的视频游戏机消耗的。用户可以进一步基于状态(启用/关闭)以及日期和时间来查看游戏机的能量使用信息，以同样地监控游戏机使用的时间总量。用户能够查看设备在诸如待机等的特定状态下所消耗的能量总量。很多现代设备具有待机状态，其在视觉上看起来与关闭状态非常类似，但是消耗功率。用户可以查询专用数据库以找到处于待机模式下的设备，并且功率关闭这些设备从而节省可以识别的量的能量。
本领域技术人员将认识到，使用接入公用数据库的传统计算设备然后将初始化的专用数据库下载到能量监控设备，来最方便地完成对专用数据库及其相关联的表格、列表和关联的填充。
公用发电站接口
能量监控设备100在公用设施与能量用户之间提供方便的电子通信接口。作为发电站的消费者账户记录的一部分，公用设施能够存储消费者的能量监控设备100的IP地址或者诸如用户的家庭网络的电子邮箱地址或网页URL等其它标识符，以与用户的家庭或办公室通信网络进行通信，并且与消费者的诸如蜂窝电话、个人数字助理、口袋式PC或者其它移动计算设备等移动设备进行通信。如果用户因此对其能量监控设备100进行配置，则公用设施能够接收消费者的能量使用信息，并且公用设施能够向与其账户有关的消费者发送消息并且发送与其能量使用有关的信息。这些信息可以包括新的费率表、与能量使用有关的激励和供应的通知、诸如账单何时到期或过期等的消费者的账户状态的通知、向消费者提供的关于减少诸如HVAC单元、洗衣机和烘干机等某些常用的设备的使用的定时安排等能量使用的方式的建议。发电站还能够向用户通知如何将其能量使用与其附近的其他用户的能量使用进行比较。本领域技术人员将认识到，可以将上面的信息发送到能量用户，或者由能量用户查询。通信和信息基础设施实现了能量监控设备100与公用发电站170之间的双向通信。
负载特征算法
在要求保护的本发明中使用的负载特征是响应于耦合到能量监控设备下游的电源的电气设备的状态的改变而被测量和计算的电源的多个参数。能量监控设备通过电源来测量电源参数，并且通过所测量的参数来计算额外的电源参数。诸如有功功率等的电源参数的改变可以指示耦合到电源的电气设备中的状态的改变。
在优选的实施方式中，多级方法被用于检测电气设备网络中的设备的状态的负载特征。对于该实施方式，使用了四个数据子集：SB1a、SB1b、SB2a和SB2b。SB1a包括最常用于实施第一级负载检测的参数。SB1b包括第一级的但是通常未用于检测负载特征的有用参数。SB2a包括最常用于实施第二级负载检测的参数。SB2b包括第二级的但是通常未用于检测负载特征的有用参数。
在3线单相配置(相线、反相线、中性线)的优选实现中，特征是以下参数的四个数据子集。
Figure BDA0000089916970000291
表II：子集SB1a
  数据元素  描述
  L_ST  负载添加或移除(1或0)
  LT_LS  上一次负载添加或移除YYYYMMDD、HHMMSS
  SPG  设备网络中的自发电(0、1或2)。0表示没有，1表示1次，2表示几次
  LT_CH  上一次充电，YYYYMMDD、HHMMSS
  PFUPH  相线的基波有功功率(谐波被移除)
  PFUCPH  反相线的基波有功功率
  QFPH  相线的基波无功功率
  QFCPH  反相线的基波无功功率
  SFPH  相线的基波视在功率
  SPH  相线的视在功率
  SFCPH  反相线的基波视在功率
  SCPH  反相线的视在功率
  IPH  相线的电流
  ICPH  反相线的电流
  PFPH  相线的功率因数
  PFCPH  反相线的功率因数
  P  相线和反相线上的总消耗有功功率
  Q  相线和反相线上的总消耗无功功率
  S  相线和反相线上的总消耗视在功率
  I  相线和反相线上的总消耗电流
  IN  中性线的电流
  10％的功率比  10％的建立时间之后的功率比
  30％的功率比  30％的建立时间之后的功率比
  60％的功率比  60％的建立时间之后的功率比
  90％的功率比  90％的建立时间之后的功率比
  IOCR  突入的过流比
  P_B  基线的指示物(旧的特征、磨损和损耗)
  CT_S  循环时间特征Y/N，值0或1。
  P_CS  循环特征的指示物(如果有的话，否则无)
  MarkerType  标记类型(时间、频率等)
  MarkerTable  标记表(给每个子特征提供有效性启动条件)
表III：子集SB1b
  数据元素   描述
 PSPH  m个点，相线的有功功率频谱(实部、虚部)
 PSCPH  m个点，反相线的有功功率频谱(实部、虚部)
 PSPH_Subset  s个点，相线的有功功率频谱的子集(实部、虚部)
 PSCPH_Subset  s个点，反相线的有功功率频谱的子集(实部、虚部)
 QSPH  m个点，相线的无功功率频谱(实部、虚部)
 QSCPH  m个点，反相线的无功功率频谱(实部、虚部)
 QSPH_Subset  s个点，相线的无功功率频谱的子集(实部、虚部)
 QSCPH_Subset  s个点，反相线的无功功率频谱的子集(实部、虚部)
 IWPH  2n个点，相线的电流波形(实部、虚部)
 IWCPH  2n个点，反相线的电流波形(实部、虚部)
 ISPH_Subset  u个点，相线的电流频谱的子集(实数，虚数)
 ISCPH_Subset  u个点，反相线的电流频谱的子集(实数，虚数)
表IV：子集SB2a
  数据元素   描述
  Avr_PSPH   r个点，相线的有功功率频谱的t次平均(实数，虚数)
  Avr_PSCPH   r个点，反相线的有功功率频谱的t次平均(实数，虚数)
  Avr_QSPH   r个点，相线的无功功率频谱的t次平均(实数，虚数)
  Avr_QSCPH   r个点，反相线的无功功率频谱的t次平均(实数，虚数)
  T_LT   上一次充电的温度
  T_PR   此刻的温度
  ISPH   2n个点，相线的电流频谱(实数，虚数)
  ISCPH   2n个点，反相线的电流频谱(实数，虚数)
  ISN   2n个点，中性线的电流频谱(实数，虚数)
  USPH   2n个点，相线的电压频谱(实数，虚数)
  USCPH   2n个点，反相线的电压频谱(实数，虚数)
  IWN   2n个点，中性线的电流波形(实数，虚数)
  UWPH   2n个点，相线的电压波形(实数，虚数)
  UWCPH   2n个点，反相线的电压波形(实数，虚数)
表V：子集SB2b
表III的SB1b参数主要是通过表II的SB1a参数来计算的。表V的SB2b参数主要是通过表IV的SB2a参数来计算的。负载特征的公用数据库包括已知的电器、电气负载及其相关联的状态。在一些实施方式中，公用数据库的负载特征包括所有四个表II至表V。根据特定的负载和状态，一些值能够是不明确的、0或无，例如，CFG，通常在安装之前未知的负载的电连接性，并且可以随着特性而改变。专用负载特征数据库可以包括使用相同的表格元素的负载特征，只是实际值特定于由能量监控设备检测的实际负载。在确定电气设备和状态的优选的方法中，测量或计算所有四个数据子集的表II至表V。PTRIG＝PPH+PCPH被用于跟踪网络功耗的改变。该方法首先试图使用专用数据库来识别负载特征。如果检测到改变，则首先确定发生改变的是哪条线(相线、反相线、中性线)。例如，在相线上接通的负载通常将显示出相线和中性线的改变。在反相线上接通的负载通常将显示出反相线和中性线的改变，并且在相线到反相线上接通的负载通常将显示出相线和反相线的改变但不是中性线的改变。在进行任何计算以前，该方法验证PTRIG不是错误触发。例如，该方法验证功率改变的长度。如果该长度比0.50秒短，则假设错误触发是由于噪声引起的。然后，计算四个数据子集表II至表V。接下来，PTRIG用于使用诸如25％的较宽的容差来针对负载特征的可能候选搜索专用数据库。对于每个可能的候选，对表II的数据进行较宽的容差核查。如果至少一个表II的数据元素超出候选负载特征的25％的容差，则跳过该候选并且以类似的方式考虑下一个候选。然后，对于每个候选，针对表II的每个参数，针对负载参数的相应元素归一化候选的相应元素。如果候选参数非常接近于或等于负载参数，则归一化提供了接近于值1的比值；否则如果候选参数远离值1，则这显示出较差的相关性。此后，所有的归一化参数被输入到临时表格中，并且该表格被自相关以对所有参数之间的相关性进行平均。对于每个候选，每个表II的数据元素与归一化的候选数据元素进行比较。如果临时表格的最大相关性值大于0.95，则该方法很可能假设负载被找到并且与负载对应的电气设备和状态被识别。如果比较的最大相关性值小于0.80，则使用第二级算法。除了使用表IV的数据元素而不是表II的数据元素以外，第二级算法的第一循环使用与如上所述的相同步骤。应当注意的是，表IV的值可以包括针对每个数据元素的多个参数，而不是表II中的单个数据值。对于具有多个值(值的向量)的数据元素，在两个阶段中分析负载特征。首先，对于表IV中的每个数据元素，通过计算两个向量之间的最大相关值并且其次对用于计算最大相关值的单个值进行比较，来将数据元素中的值的向量与候选负载特征数据元素中的相应的值向量进行比较。如果最大相关值小于0.80，则评估下一个候选。如果针对专用数据库中的可能的候选没有找到识别，则针对负载特征的专用数据库使用上面的算法的两级中的每一级，来对将被识别的负载特征进行分析。如果负载特征被识别，则其在专用数据库中存储负载计算的负载特征和识别的电气设备和状态。如果负载特征仍然未被识别，则第三级算法被用于识别负载特征。在第三级算法中，使用电压波形采样和电流波形采样来重新计算负载特征参数。如果重新计算的负载特征是不同的，则其针对专用数据库使用重新计算的负载特征来执行上面的两级分析。如果未发现匹配，则其针对公用数据库使用重新计算的负载特征来执行上面的两级分析。如果重新计算的负载特征仍然未被识别，则该方法可以向用户发信号以寻找与负载和状态有关的反馈。还可以使用信号处理技术来执行额外的分析，这些信号处理技术包括使用快速傅里叶变换(FFT)的谐波分析、数字滤波、相关、比较、平均、频谱分析及其任意组合。此外，对于复杂的或较长的持续时间的负载特征而言，可以对采样时间进行延长，例如，所述复杂的或较长的持续时间的负载特征是例如驱动泵的较大的发动机、风扇或压缩机的发动循环。考虑到几个负载可以同时改变其状态对采样率的关系，可以添加下一级。在该情况下，识别搜索将使用改变其状态的两个或更多个负载的组合并且使用该新的表格对专用或公用数据库的关系。
额外的负载特征计算和识别方法包括以下内容。负载特征的简单实现是测量并计算有功功率和无功功率。通过这些值，可以得到更多的结果，例如，功率因数百分比、
Figure BDA0000089916970000331
和其它电源参数。假设线电压VNOMINAL是已知的并且等于例如美国的110VAC或大多数欧洲国家的220VAC，则视在RMS电流、有功RMS电流和无功RMS电流可以进一步通过有功功率、无功功率、额定电压和功率因数来计算。
负载特征的第二实现是测量并计算在一段时间期间的视在功率、有功功率、无功功率和能量。此外，通过这些值，可以得到更多的电源参数，例如，功率因数比例、
Figure BDA0000089916970000332
和其它参数。假设VNOMINAL的线电压是已知的，则视在RMS电流、有功RMS电流和无功RMS电流可以以可能更高的精度来进一步进行计算。
第三实现可以添加有功功率、视在功率和无功功率的RMS值的测量和计算。此外，其可以添加有功电压、视在电压和无功电压的RMS值的测量和计算。
负载特征的另一种实现是测量并计算有功功率的波形。通过该数据表格，可以计算FFT、平均、滤波和相关，以计算并识别负载特征。
负载特征的另一种实现是测量并计算视在功率的波形。通过该数据表格，可以计算FFT、平均、滤波和相关，以计算并识别负载特征。
另一种实现可以添加以下各项的测量和计算：考虑到有限数量的谐波(例如，高达第n次谐波)的有功功率的THD或THD的近似、不具有任何谐波分量的基波有功功率的THD、频率、周期、过压或欠压状态、电压骤降、和事件的周期的数量、网络的质量和诸如时间、日、温度和湿度等的其它非电气数据。
又一种实施方式可以添加以下各项的测量和计算：诸如瞬时电流和/或瞬时电压等的一系列瞬时采样、突入电流或建立时间。突入电流不必等于建立时间。例如，当电动机启动时，突入电流在3秒期间可以是15A的峰值，直到电动机获得150rpm的速度为止。在该实施例中，建立时间可以是7.3秒，这意味着电动机在7.3秒以后达到静态电流的90％。建立时间和突入电流可以被添加到诸如以下各项的特征：
(1)建立时间：ts90％IQUIESCENT＜1PEAK＜110％IQUIESCENT
(2)突入电流：IINRUSH_MAXt1和I＜130％IQUIESCENTt2
在其它实施方式中，可以添加更多的测量和计算，其包括：电压波形、电流波形、有功功率波形或无功功率波形的比特的有效数量、矩阵计算和/或诸如FFT等的模拟数字处理、自相关、互相关、数字滤波、加窗、和度量/误差最小化。能够分析频谱内容，其包括例如：电流波形的高达第n次谐波的谐波分量、电压波形、有功功率波形、无功功率波形。还可以针对以下各项来分析频谱内容：测量的频谱内容对参考频谱的相关、频谱幅度的差别、相位、FFT中的每一个点的实部值和虚部值、频谱和频率随时间方面的变化。负载特征还可以包括包含很多谐波的频谱的宽带方面。负载特征还可以包括一个或几个谐波的选择性细节，例如特定谐波的低频相位噪声。例如，两个负载可以具有相似的功耗和相似的THD，但是可以具有能够用于区分两个负载的不同的频谱内容。
在另一个实施方式中，负载特征包括以下各项的计算：有功功率、无功功率、视在功率、RMS电压、电流、功率因数和有功功率THD。
上面的负载特征算法能够区分不同的设备和每个设备的不同状态。要监控的动态范围可能非常大。例如，系统可以区分较小的电气负载(例如，一直打开的5瓦特的夜间照明灯)和非常大的电气负载(例如，针对洗衣店的较大负载启动其旋转循环的洗衣机，或者被安排大小以针对较大的建筑物在一个寒冷的冬天的周末以后的周一时发动其加温循环的HVAC单元)。较大的设备还频繁地具有复杂的操作特性，其包括大量状态。现代化的设备还频繁地由设置其操作状态的嵌入式控制器来控制。因此，可能期望将能量监控设备嵌入到这些电器中并且将嵌入式能量监控设备连接到电气设备的控制器，以使电气设备控制器可以向嵌入式能量监控设备通知其何时转换到新的状态。在一些实施方式中，嵌入式能量监控设备可以被连接到电气设备的控制器，以使嵌入式能量监控设备可以发布电气设备的一个或多个控制命令。作为在电器中充分地嵌入能量监控设备的替换，具有与本文中所描述的能量监控设备兼容的通信协议的电器中的控制器将连接到能量监控设备，并且能够将来自电器的工厂存储的负载特征发送到针对电器的状态的能量监控设备。在一些实施方式中，连接到下面所描述的电器控制器的能量监控设备能够向电器发送实际的负载特征信息，以对存储在电器中的工厂存储的负载特征表进行更新。
能量感知电器
如上面的图1C所示，可以对上面所描述的能量监控设备100进行调整以嵌入到电气设备中，从而创建能量感知电器。嵌入式能量监控设备105特别适合于嵌入到电气设备中，这些的电气设备消耗了大量能量和/或具有复杂的操作模式，其包括大量的状态，每种状态具有其自己的负载特征，特别是在设备具有较高的最初成本的情况下。添加嵌入式能量监控设备的额外的增量成本被容易地合并到电器成本中，并且由通过高效地使用嵌入式能量监控设备而实现的节能来支付。在针对设备的状态的负载特征中随着时间的改变可以用于检测电器中的一个或多个电气部件的过度磨损的情况下，嵌入式能量监控设备更加有益。在这些例子中，能量感知电器能够向用户通知电器中的即将来临的维护问题，或者何时需要替换电器。嵌入式能量监控设备可以包括具有以下各项的专用数据库：针对能量感知电器的每个操作状态的工厂默认负载特征和工厂测试结果负载特征、能量感知电器工作的状态列表、制造商和模型信息、额定工作电压、最大工作电流和用于与能量监控设备100进行通信的能量感知电器协议。当能量监控设备100首先被通电时，它能够向任何连接的能量电器广播消息，从而询问是否存在任何此类设备并且任何此类设备是否连接到通信网络。嵌入式能量监控设备105监控其被嵌入到其中的设备的电源并且为能量感知电器的每个工作状态创建实际的负载特征。嵌入式能量监控设备105还能够向能量监控设备100通知能量监控设备100不需要计算改变状态的电气设备的当前状态的负载特征，这是因为嵌入式能量监控设备105已经计算出该负载特征。对于每个状态而言，嵌入式能量监控器105可以将所计算的负载特征与工厂默认或由测试实验室计算出的负载特征进行比较，以确定设备的电气工作效率。这些信息可以与用户的可选的建议消息一起从嵌入式能量监控设备105发送到能量监控设备100。例如，在电冰箱中，随着压缩机的老化，嵌入式能量监控器105可以在压缩机打开或关闭时检测负载特征的改变，并且经由能量监控器100来对其进行报告。使用控制器来实现其电器的功能的能量感知电器可以将电器控制器连接到嵌入式能量监控设备105，以在能量感知电器的工作状态下向能量监控器通知电器正在改变状态。例如，洗衣机的电器控制器可以向嵌入式能量监控控制器通知机器正在转换到状态“较大的洗衣店负载的漂清周期”。作为响应，嵌入式能量监控设备可以进行适当的负载特征计算。将嵌入式能量监控设备连接到电器控制器大大地减小了用于确定电气设备、状态和状态的负载特征的计算和误差概率，这是因为电器控制器将电气设备的身份和状态提供给嵌入式能量监控设备。能量感知电器结构还大大地提高了能量监控器系统的精度和自动控制，这是因为用户不需要确认设备和状态，并且嵌入式能量监控设备105可以选择适合于已知的设备和状态的负载特征算法和近似的负载。通过使用下面所描述的能量感知电器协议，嵌入式能量监控设备105然后可以向能量监控设备100通知电气设备、状态和由嵌入式能量监控设备所计算的相关联的负载特征。本领域技术人员将认识到，电气设备的制造商处于理解其电气设备部件将如何老化并且需要服务或替换的最佳位置。因此，嵌入式能量监控设备可以具有被添加到核心的嵌入式能量监控设备功能的实质的定制逻辑，以便根据制造商对自己的电器的具体了解来向用户提供关于维修和替换零件的节能秘诀和建议。嵌入式能量监控器还能够被嵌入到例如可能在家庭娱乐系统、计算机或其它现代电气设备中找到的电源子系统中。
能量感知电器协议
能量感知电器提高了能量监控功能，这是因为其(1)能够使用嵌入式能量监控设备功能来监控其自己的电气状态，以及(2)能量监控设备100不需要确定智能设备的身份或者其所处的状态，这是因为两条信息对于能量感知电器都是已知的并且只需要发送到嵌入式能量监控设备105然后被中继到能量监控设备100。如上所讨论的，嵌入式能量监控设备105可以可替换地向能量监控设备100发送负载特征以及状态和设备标识符，从而消除使用户确认设备识别和状态的步骤。能量感知电器的制造商还能够将对操作状态的控制连接到嵌入式能量监控设备105，以使经由能量监控设备100对能量感知电器的控制是可能的。例如，其控制被连接到嵌入式能量监控设备105的能量感知电器烤箱可以向用户通知该烤箱已经被关闭持续两个或更多个小时。可以通过能量感知电器或者嵌入式能量监控设备105来产生消息，并且将该消息路由到能量监控设备100然后经由文本消息被路由到用户的蜂窝电话。用户能够使文本消息返回到能量监控设备100“烤箱关闭”，能量监控设备100可以将命令转发到嵌入式能量监控设备105，并且转发到能量感知电器，从而关闭烤箱。
能量感知电器协议命令能够源自能量监控设备100、嵌入式能量监控设备105，并且达到能量感知电器的制造商通过能量感知电器支持它的程度。如下所述，命令能够具有下面的一般格式。本领域技术人员将认识到，可以使用各种方式来实现所公开的功能。
  开始   来自设备   去往设备   命令   参数   停止
表1
开始、停止-开始字段和停止字段可以包括可以与命令分组中的其它数据区分开的任何字符或比特格式。
来自设备、去往设备-这些可以是独特的标识符，例如IP地址或者源设备和目的设备的其它独特的识别。每个能量感知电器、能量感知电器中的嵌入式能量监控设备105和能量监控设备100能够具有独特的地址来支持命令。诸如“ALL”等的普通标识符可以用于将全局命令发送到所有连接的设备。
命令-下面是可以用于实现上面所描述的功能的较小的命令集。本领域技术人员将认识到，在不偏离本文所公开的功能的情况下，可以添加很多命令并且删除一些命令。
参数-参数能够是特定于命令的，其包括下面所描述的多个参数。一些命令能够在没有任何参数的情况下实现其功能。
在下面的命令列表中，EMD是指能量监控设备100，EEMD.x是指嵌入式能量监控设备105，并且SA是指耦合到其EEMD.x 105的能量感知电器。大多数命令可以由EMD发送到EMD.x或SA，或者通过EMD.x发送到其相关联的SA。嵌入式系统设计领域中的技术人员将认识到，具有存储的负载特征表的电器控制器能够使用下面的命令中的很多命令，以在无需使电器具有嵌入式能量监控设备的情况下直接连接到能量监控设备。命令：
返回设备描述-该命令返回来自目的设备的描述信息。描述信息可以包括文字描述、IP地址、其它独特的标识符、制造商、模型、额定电压、最大安培数或其它设备信息。
返回状态列表-该命令返回SA的状态列表，以将负载特征与设备和状态相关联。返回状态列表允许EMD和/或EEMD.x通过监控、向用户的呈现、和通过用户的确认来知道状态列表而不是发现它们。
返回负载特征-该命令返回针对该设备的状态的设备的负载特征。参数包括其负载特征被请求的状态和用于获得负载特征的源。源可以是工厂、每个状态的普通默认的负载特征、基于测试实验室结果的负载特征或者通过能量感知电器中的嵌入式能量监控设备获得的实际负载特征。
返回SA命令列表-该命令当SA被连接到嵌入有EEMD.x的电气设备的控制器时返回一系列命令、描述和由SA暴露于EEMD.x的参数。
返回软件修正-该命令返回目的设备的当前软件修订版本。该命令可以用于询问设备的软件修订版本，以判断软件升级是否是适当的，并且通过其修订版本来确定由安装的软件支持的功能。
执行能量感知电器命令-该非常有效的命令使能量监控设备能够在下面所描述的停电以后执行受控的恢复，基于一天中的时间、电流或预期的负载来管理能量使用以减小能量成本和消耗，并且实现对不经意地被关闭的设备的远程控制。
返回当前状态-该命令可以与执行能量感知电器命令结合使用，以帮助实现上面所描述的功能。
设置软件修订-该命令将软件升级下载到目的设备。
查询设备-该命令允许能量监控设备100或嵌入式能量监控设备105查询是否存在被嵌入到或者以其它方式被连接到网络的其它能量监控设备，并且获得这些设备的地址。通过上面的命令中的一个或多个命令，被嵌入的或者采用其它方式的能量监控设备能够确定连接的能量监控设备的能力。
本领域技术人员将认识到，该最小的命令集可以被容易地扩展到本文公开的教导中。
在停电后的可控恢复
在停电以后，期望将电气设备可控地恢复到其先前的状态或其它确定的状态。在没有可控恢复的情况下，除非以其它方式来对其内部控制电气设备(如果存在的话)进行编程，否则一旦在停电以后对功率进行恢复，具有除了“关闭”以外的先前状态的所有设备就可以开始汲取功率。如上面所讨论的，特别是对于具有复杂的工作状态的电气设备和具有较高的能量使用的那些电气设备而言，期望在停电以后以不会汲取过多电流并且通过联机将电气设备安全地带回安全工作状态的方式来控制恢复。例如，如果在停电期间在车库中动力锯是“开启的”，则可以在恢复功率以后防止它重启并且用户可能需要手动操作以对其进行重启。可以给电冰箱提供优先权，以保存食物免受损坏。如果在热天电源停止运转较长的时间，则当电源停止运转时，洗衣店循环中的衣服可以被重新清洗而不是在进行中重新占用洗衣循环，从而避免可能的发霉问题。能量监控设备能够使设备保持在关闭状态，并且通过使所有能量感知电器保持在关闭状态直到通过能量监控设备100经由能量感知电器中的嵌入式能量监控设备105命令每个电器重新启动为止来控制重新启动。该顺序可以由能量监控设备100、用户根据制造商的建议创建的步骤顺序或者其组合来预先确定。将其控制器和控制命令连接到嵌入式能量监控设备的能量感知电器可以执行该恢复逻辑。
人工智能-使用方式、优化
如上所述，能量监控设备给其监控的能量使用标出日期/时间，并且进一步将该使用与一个或多个设备相关联，每个设备具有一个状态。如上所述，能量监控设备100能够访问费率表，该费率表形成了用于报告能量监控设备所监控的能量使用的成本的基础。因此，能量监控设备或诸如个人计算机310等的具有数据记录能力的远程设备能够分析能量使用的方式以判断是否可以通过改变能量使用方式来节省成本。例如，可以对数据进行分析以判断能量用户是否通常在高峰使用时间清洗和烘干其衣服，从而触发较高的费率。可以向用户建议具有较低的费率的不同的时间以及对符合建议的节省费用的估计。使用方式也可以用于基于过去的使用、基于一个或多个费率安排来预测将来的能量成本。预测可以是针对一个小时、一天、一周、一月、一个季度、一年或者一个季节。
诸如周期地工作的洗衣机、洗碗机和加热器等的复杂的但是重复的电气设备能够产生重复的负载特征序列。负载特征序列能够被命名并且被存储在能量监控设备、远程显示器设备或数据记录设备的本地存储器中。例如，“洗碗机、较大的负载、填充循环”可以是用于指代包括用于打开注水阀、驱动注入水平开关并且关闭注水阀的特征的负载特征序列的名字。
电器设置优化
使用模式信息可以与负载特征信息一起用于例如针对电冰箱优化电器设置。用户选择电器以进行优化，并且输入调节参数、其单位、最小值和最大值、参数增量、测试持续时间和测试周期以及周期增量。例如，“电冰箱、温度Fo、25°、35°、1°、3小时、30分钟”。在测试时段期间，能量计测量在显示给用户的每个增量设置时所消耗的能量以及在诸如一月或一年等的预测时段期间针对每个设置值的预测成本。
DC应用和自供电
上面的设备可以在直流(DC)电气环境中使用，例如，在混合汽车中，或者在用户具有诸如发电机、太阳电池板或风力涡轮发电机等的自供电电气系统的情况下。能量监控设备能够监控由自供电系统产生的功率。能量监控设备能够向用户建议何时重新安排其能量使用以及自供电产生，以使到达电网的自发功率的传输最大化，从而使基于一天的时间的费率表的节能最大化。对于DC应用而言，可以省略不会在逻辑上应用于DC设备的负载特征计算的某些测量，例如，
Figure BDA0000089916970000411
相电压和相电流。能量监控设备能够根据上面所描述的针对DC应用修改的算法来测量并计算DC负载特征。
图形用户接口
目前要求保护的本发明的能量监控设备系统和方法针对家中或小型办公室中的设备网络中的每个设备的每个状态产生非常详细的能量使用信息。能够以多个水平积聚能量监控信息以用于多个目的。具有在具有图形显示能力的远程显示器设备(例如，智能电话(iPhone、Droid、黑莓等)、蜂窝电话、个人数字助理或者便携式计算机)上运行的图形用户接口的一个或多个应用能够使用详细的能量监控信息来提供查询工具、显示工具和优化工具。
先前的效果
当用户知道他们正在使用多少能量时、他们何时正在使用能量、他们为能量支付多少以及使用能量的目的时，能量使用被减少(先前的效果)。当前要求保护的发明的能量监控设备能够对能量使用信息标记时间，以便使能量使用信息能够被积聚，以显示在图像用户接口设备(GUI)上。能够每年、每季度、每月、每天、每周、每天、每小时、每分钟或每秒根据在GUI应用中放大的数据水平来将针对家或小型办公室的累积的能量使用呈现给能量用户。在上面的时间段中的任何一个时间段期间统计分析的能量使用还能够被积聚以由电气设备进行显示。能量使用信息还能够通过进一步放大特定设备的使用信息，来通过设备的多个状态进行统计分析。
很多现代的设备特别是由控制器供电的设备所具有的一个状态是待机状态。待机状态的目的是与使设备从停电状态达到通电状态相比使设备更快速地达到通电状态。因此，待机状态下的设备消耗功率。待机状态下的设备通常在视觉上表现为关闭状态。因此，视觉检查设备以将其进行关闭从而节能的用户将在待机状态下忽略设备。当前要求保护的发明的能量监控设备能够通过上面所描述的时间统计分析来跟踪状态水平处的能量使用。因此，用户能够针对在待机状态下消耗功率的设备确定设备的能量使用。
通过使用上面所描述的专用数据库中的额外的表格或列表，能量用户还能够按房间、因此按用户以及按时间、按设备和按设备的状态来确定能量使用。根据一些实施方式的GUI使用在所选的时间段期间针对每个房间显示的能量使用来显示用户的家或小型办公室的图。可替换地或此外，根据一些实施方式的基于GUI的应用基于被分配给家或小型办公室中的房间的用户来显示所选择的时间段期间的能量使用。基于GUI的分析应用能够在不同的时间段期间对能量使用进行比较。例如，能够对用于在冬天进行加热的能量使用和在夏天进行冷却的能量使用进行比较。能够按由转化模块和费率表支持的KWH、美元、BTU的单位或其它单位来显示能量使用。
改进电网质量
在负载特征的计算期间，作为根据一些实施方式的能量监控设备的正常操作的一部分，电气网络的质量包括一个或多个计算的参数的频谱内容的功率因数百分比、噪声和失真。该能量监控信息可以与功率因数校正系统和方法结合使用，如在基于35U.S.C.§119(e)于2009年1月26日提交的题为“POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS”的第61/206,501号美国临时专利申请和基于35U.S.C.§119(e)于2010年1月25日提交的题为“POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTIONMETHODS”的第61/298,112号美国临时专利申请中所公开的，这两个临时专利申请通过引用的方式被并入本文。
电器修理顾问
随着电器的老化，一个或多个状态的负载特征可能改变。例如，随着泵的轴承的老化，与当电器是新的时的负载特征相比，洗碗机、电冰箱、洗衣机、烘干机或HVAC风扇中的电动机的突入电流将改变。具体的缺陷与负载特征的改变的相关性能够被用于识别电器中的老化部件。
循环方式发现
能量用户通常以典型的方式来使用其能耗设备。能量监控设备能够使用负载特征信息连同标记时间的以前的能量使用信息来帮助获知设备及其状态。例如，在周一至周五，能量用户可能在较窄的时间窗内使用电热水器、剃须刀、一个或多个白炽灯泡和咖啡壶。负载特征与这些典型使用的相关性能够增加成功地识别负载的概率。这种相关性能够被用于作为第二级负载特征计算的替代或者可选择的添加，以便获得更可靠的负载识别。
在操作中，能量监控设备包括耦合到家或办公室的电源的能量计、控制器、存储器以及光学显示器模块和输入模块。可以使用远程显示器设备而不是用于显示能量监控信息的显示器模块和输入模块，或者除了使用用于显示能量监控信息的显示器模块和输入模块，还可以使用远程显示器设备。能量监控设备处于功率电表和配电箱的下游，并且位于家中或办公室中的断路器的上游，以及要监控的电气设备的上游。耦合到电源的每个电气设备具有与电气设备相关联的一个或多个状态。电气设备状态的简单实施例包括启动、关闭、待机和半功率。当电气设备改变状态时，由能量计连续读取的电源测量的比较将指示电气设备的状态的改变。可以通过额外的能量计读数来计算和/或采样额外的电源参数。电气设备的负载特征及其相关联的状态是表征在一个状态下的电气设备的一系列参数。根据能量监控设备中安装的特定配置和装配，在负载特征的专用数据库和/或公用数据库中查找负载特征。在获知阶段期间，如果负载特征被找到，则在显示器设备上将其呈现给用户。否则，将最接近的匹配的负载特征和状态呈现给用户。然后，用户编辑并接受设备和状态的识别，并且负载特征、电气设备识别和状态被存储在专用负载特征数据库中。可以通过预先加载与要监控的电气设备的网络中的设备、状态、房间有关的某些信息来改进获知阶段。例如，用户可以对能量监控设备进行编程，以将建筑物中的房间与要监控的电气设备、该结构的每一个房间中的已知的电气设备、电气设备可以使用的状态列表和建筑物中的能量用户相关联。能量监控设备还可以被编程以将这些房间与安装在这些房间中的电气设备相关联，并且将电气设备与状态相关联。在一些实施方式中，能量监控设备可以接收独特的标识符，以与要监控的电气设备相关联，从而在公用数据库中查找电气设备的负载特征。负载特征的公用数据库可以包括负载特征的只读数据库，以便使用户不能上载或者以其它方式改变公用负载特征数据库。可替换地或者作为公用负载特征数据库的补充，公开的公用数据库可以位于任何位置处，其包括诸如
Figure BDA0000089916970000441
或
Figure BDA0000089916970000442
等公知的网站主机或者诸如公共事业公司或各州公共事业委员会等有关方。
当新的负载特征被计算时，将它们与负载特征的现有专用数据库进行比较。如果新的负载特征不与专用负载特征数据库中的一个负载特征相关，则将其与公用负载特征数据库进行比较。可以设置诸如80％等的最小相关值来建立滤波器，从而判断新计算的负载特征是否表示随时间改变的现有的负载特征和状态，或者该负载特征实际上是否表示新的设备和/或状态。在一些实施方式中，可以随时间使接受容差变窄，以反映获得的实际值中的更高的置信度，从而实现对类似的负载的更好的区分。
通过连续的能量计读数、计算的电源参数和电气设备及其状态来收集能量监控信息。可以将能量监控信息本地存储到本地存储器的极限，或者发送到远程显示器设备或个人计算机，以进行数据记录和分析。可以通过安装在能量监控设备中的时钟/日历或者通过安装在接收能量信息的远程显示器设备或个人计算机中的时钟/日历，来对能量监控信息标记日期/时间。因为可以对电气设备及其状态和使用进行识别并且对其标记时间/日期，因此可以逐个设备或者每时每刻获得并显示能量信息。还可以积聚能量信息以显示随着时间的使用趋势。
能量监控设备或者远程设备或个人计算机可以存储一个或多个设施费率表，其对应于可用于由用户进行选择或者由其电力公司定义的费率表。然后，对能量监控信息的分析可以向用户产生与根据价格哪一个费率安排是更有利的有关的推荐。在能量监控系统经由互联网被耦合到公共设施的实施方式中，能量监控设备可以在新的费率表变为可用时下载新的费率表、接收激励机制的通知、与计划的停电有关的信息、和降低能量使用成本的其它能量使用计划。
在一些实施方式中，用户可以通过诸如蜂窝电话、个人数字助理或膝上型计算机等移动设备从能量监控设备接收事件通知。可以经由互联网、SMS消息、语音邮件、电子邮件或其它通信介质来发送该消息。事件的实施例包括停电通知、关于当前的能量使用已经触发了下一个更高的费率的通知、或者关于不常见的使用方式与过去的趋势信息不一致的通知。
已经根据包括有助于理解本发明的构造和操作原理的细节的特定实施方式对本发明进行了描述。在本文中对特定实施方式及其细节的引用并不旨在限制此处所附权利要求的范围。对于本领域技术人员明显的是，可以在不偏离由权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，在为说明而选择的实施方式中进行其它各种修改。例如，已经对当前要求保护的发明进行了描述以供家或小型办公室使用。本领域技术人员将容易认识到，当前要求保护的发明还能够适合于多个住所，例如，具有多个住所单元以及单个中心电源的公寓楼或复式住宅。在当前要求保护的发明中公开的方法和系统能够应用于各种电气配置，其包括但不限于：具有相线、反相线和中性线的单相3线、具有相线、反相线但不具有中性线的单相3线、具有三个相线和中性线的4线、具有相线1、相线2和中性线的双相3线、电网外AC、电网外DC和发电源，例如，太阳电池板、发电机和在耦合到作为主电源的电网电源的电气设备网络中表现为负的协作发电机。

Claims (38)

1.一种能量监控设备，该能量监控设备被编程为通过在要被监控的电气设备的上游的点处获得的电源的连续采样的改变，来识别耦合到所述电源的所述电气设备的存在以及所述电气设备的状态。
2.根据权利要求1所述的能量监控设备，其中，所编程的设备包括以下各项中的至少一项：选择的且互联的分立部件、微处理器、专用集成电路(ASIC)、复合型集成电路、片上系统、现场可编程门阵列(FPGA)、以及一个或多个配置的且互联的集成电路。
3.根据权利要求1所述的能量监控设备，其中，所述电气设备的所述状态是以下各项中的一项：开启、关闭、待机、通电、掉电、全功率的百分比以及指定的状态序列。
4.根据权利要求1所述的能量监控设备，还包括显示设备、用户输入设备和用户接口软件。
5.根据权利要求4所述的能量监控设备，其中，所述显示设备和所述用户输入设备以及所述用户接口软件被实现在消费者电子设备上。
6.根据权利要求5所述的能量监控设备，其中，所述消费者电子设备是由以下各项构成的组中的一项：iPhone、蜂窝电话、智能电话、个人数字助理、便携式计算机和台式计算机。
7.根据权利要求1所述的能量监控设备，其中，识别所述电气设备和所述状态包括：根据所述电源的连续采样的改变，来计算所述电气设备的负载特征。
8.根据权利要求7所述的能量监控设备，其中，与所述电气设备和所述状态对应的所述负载特征包括以下各项中的一个或多个：相电压、相电流、中性线电压、中性线电流、视在功率、
Figure FDA0000089916960000011
有功能量、无功能量、频率、周期、过压/欠压状况、功率因数的百分比、RMS电流、瞬时电流、RMS电压、瞬时电压、电流谐波THD百分比、电压谐波THD百分比、电流波形的频谱内容、电压波形的频谱内容、有功功率波形的频谱内容、无功功率波形的频谱内容、网络质量的百分比、时间、日期、温度和湿度。
9.根据权利要求7所述的能量监控设备，其中，所计算的负载特征与所述电气设备及其状态相关联，并且被存储在存储器中。
10.根据权利要求7所述的能量监控设备，其中，识别所述电气设备和所述状态包括：在存储器中查询所述负载特征。
11.根据权利要求10所述的能量监控设备，其中，所述存储器包括多个预存储的负载特征。
12.根据权利要求1所述的能量监控设备，还包括经由网络被通信地耦合到远程设备的通信模块。
13.根据权利要求12所述的能量监控设备，其中，能量监控信息被发送到所述能量监控设备的显示模块和远程设备中的至少一个。
14.根据权利要求13所述的能量监控设备，其中，所述能量监控信息包括以下各项中的一项：电气设备信息、功率使用信息、电气网络信息、用户建议和发电站信息。
15.根据权利要求14所述的能量监控设备，其中，电气设备信息包括以下各项中的一项：所述多个电气设备中的一电气设备的标识符、所述电气设备的状态、所述设备的负载特征数据、以及与所述设备相关联的功率利用。
16.根据权利要求14所述的能量监控设备，其中，所述功率使用信息包括以下各项中的至少一项：累积的功率消耗信息、能量、电流、功率因数、和总谐波失真(THD)。
17.根据权利要求14所述的能量监控设备，其中，所述电气网络信息包括以下各项中的一项：弱功率因数、弱THD、有噪电网和电路性能。
18.根据权利要求14所述的能量监控设备，其中，所述用户建议包括向用户通知的以下各项中的一项：当前的日账单、周账单或月账单、如何减少所述账单、按电气设备分类的账单信息、如何改善功率因数、消耗了多少待机功率、何时替换旧的或低效的电器、在一天的何时安排设备使用来降低账单、对公用电力的中断的检测和建议、以及基于过去的使用模式的关于将来的能量使用的预测。
19.根据权利要求1所述的能量监控设备，还包括恒温器模块。
20.根据权利要求19所述的能量监控设备，其中，所述恒温器模块被耦合到由以下各项构成的组中的一个：加热器、空调器和HVAC系统。
21.一种识别耦合到电源的电气设备以及所述电气设备的状态的方法，该方法包括：
接收第一多个电源参数；
接收第二多个电源参数；
在所述第一多个电源参数与所述第二多个电源参数之间检测至少一个电源参数的改变；
根据所述第一多个电源参数和所述第二多个电源参数来计算所述电气设备的负载特征；以及
在存储器中查询所述电气设备的所述负载特征，其中，存储在所述存储器中的负载特征与电气设备标识符相关联，所述电气设备的状态与所述负载特征相关联，
从而识别耦合到电源的电气设备和所述电气设备的状态。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，检测至少一个电源参数的改变包括检测以下各项中的一项的改变：有功功率、无功功率、视在功率和RMS电流。
23.根据权利要求21所述的方法，还包括：在检测到所述至少一个电源参数的改变之后并且在计算所述电气设备和所述状态的所述负载特征之前，接收额外的电源参数。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，测量多个电源参数包括测量以下各项中的一项：相电压、相电流、中性线电压、中性线电流、视在功率、
Figure FDA0000089916960000031
周期、频率、有功功率、有功能量、无功能量、无功功率、频率、周期、过压/欠压状况、温度和湿度。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，电气设备的所述状态是以下各项中的一项：开启、关闭、待机、通电、掉电、全功率的百分比以及指定的状态序列。
26.根据权利要求21所述的方法，其中，所述负载特征包括以下各项中的一项：相电压、相电流、中性线电压、中性线电流、视在功率、
Figure FDA0000089916960000041
有功功率、有功能量、无功功率、无功能量、频率、周期、过压/欠压状况、功率因数的百分比、RMS电流、瞬时电流、RMS电压、瞬时电压、电流谐波THD百分比、电压谐波THD百分比、无功功率谐波THD百分比、有功功率谐波THD百分比、电流波形的频谱内容、电压波形的频谱内容、有功功率波形的频谱内容、无功功率波形的频谱内容、网络质量的百分比、时间、日期、温度和湿度。
27.根据权利要求21所述的方法，其中，计算所述电气设备和所述状态的所述负载特征包括以下步骤：
计算作为所述第一电源参数中的所述有功功率与所述第二电源参数中的所述有功功率之间的差别的有功功率P；
计算作为所述第一电源参数中的所述无功功率与所述第二电源参数中的所述无功功率之间的差别的无功功率Q；
根据公式S＝sqrt(P2+Q2)来计算视在功率S，其中，“sqrt”意味着“平方根”；
根据公式I＝S/V来计算电流I，其中，V是所述电源的额定电压；
根据公式THD_P＝(P-P_FUND)/P_FUND来计算有功功率谐波THD、THD_P，其中，P是所述电源的有功功率，而P_FUND是基波有功功率(所有的谐波频率被移除)；
根据公式THD_Q＝(Q-Q_FUND)/Q_FUND来计算无功功率谐波THD、THD_Q，其中，P是所述电源的有功功率，而P_FUND是基波有功功率(所有的谐波频率被移除)；以及
根据公式PF＝S/P来计算功率因数PF。
28.根据权利要求21所述的方法，还包括向显示设备和远程设备中的一个发送能量监控信息。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，能量监控信息包括以下各项中的一项：电气设备信息、功率使用信息、电气网络信息、用户建议和发电站信息。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，电气设备信息包括以下各项中的一项：所述多个电气设备中的一电气设备的标识符、所述电气设备的状态、所述设备的负载特征数据、以及与所述设备相关联的功率利用。
31.根据权利要求29所述的方法，其中，所述功率使用信息包括以下各项中的至少一项：累积的功率消耗信息、能量、电流、功率因数和总谐波失真(THD)。
32.根据权利要求29所述的方法，其中，所述电气网络信息包括以下各项中的一项：弱功率因数、弱THD、有噪电网和电路性能。
33.根据权利要求29所述的方法，其中，用户建议包括向用户通知的以下各项中的一项：当前的日账单、周账单或月账单、如何减少所述账单、按电气设备分类的账单信息、如何改善功率因数、消耗了多少待机功率、何时替换旧的或低效的电器、基于过去的功率使用对将来的用电账单的预测、在一天的何时安排设备使用来降低账单、以及对公用电力的中断的检测和建议。
34.根据权利要求29所述的方法，其中，所述发电站信息包括以下各项中的一项：费率表改变、计划的停电、即将来临的功率切断、账单到期、关于如何减少用电账单成本的建议、激励提供、用电账单、和估计的预测用电账单。
35.根据权利要求28所述的方法，其中，通过在消费者电气设备上运行的应用来将能量监控信息呈现给用户，所述消费者电气设备来自由以下各项构成的组中的一项：iPhone、蜂窝电话、智能电话、个人数字助理、便携式计算机和台式计算机。
36.一种创建具有多个状态的多个电气设备的负载特征的数据库的方法，该方法包括：
选择在第一状态下的电气设备；
测量第一多个电源参数；
将所选择的电气设备的状态改变为第二状态；
测量第二多个电源参数；
计算负载特征；以及
存储包括所述负载特征、所述第二状态和所选择的设备的标识符的数据库记录，
从而创建所述具有多个状态的多个电气设备的负载特征的数据库。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述第一状态是关闭，而所述第二状态是开启。
38.根据权利要求36所述的方法，还包括以下步骤：
在计算出所述负载特征以后，在数据库中查询所述负载特征以确定最接近的匹配的电气设备和状态；
向用户呈现所述最接近的匹配的电气设备和状态供确认所述电气设备和状态；以及
如果用户改变所述电气设备或状态，则接受用户对还包括所述负载特征的数据库记录中的所述电气设备和状态中的至少一个的改变。
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