CN102822639A - 器具的自动检测 - Google Patents

Abstract

公开了在电气设备的网络中用于识别电气设备和它的状态的设备和方法。一种能量监视设备被编程为从电源的连续测量中的改变，识别被耦合到该电源的电气设备以及该电气设备的状态。公开了一种用于确定用于电气设备的负载特征以及它的状态的算法。使用用于状态的负载特征的存储表格来识别设备和状态。收集能量监视信息并且在显示器、远程显示器上被呈现给用户或者在网络上被传输到远程设备如个人计算机、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

器具的自动检测

相关申请的交叉引用

本申请是2010年1月26日递交的、标题为“ENERGY USAGEMONITORING WITH REMOTE DISPLAY AND AUTOMATICDETECTION OF APPLIANCE INCLUDING GRAPHICAL USERINTERFACE”的共同未决的美国专利申请序列号12/694,171的部分延续案，其中该专利基于35U.S.C.§119(e)要求2009年1月26日递交的、标题为“ENERGY USAGE MONITORING WITH REMOTEDISPLAY AND AUTOMATIC DETECTION OF APPLIANCEINCLUDING GRAPHICAL USER INTERFACE”美国临时专利申请序列号61/206,072的优先权，基于35U.S.C.§119(e)要求2010年1月25日递交的、标题为“AUTOMATIC DETECTION OFAPPLIANCES”的美国临时专利申请序列号61/298,127的优先权，基于35U.S.C.§119(e)要求2011年1月24日由发明人Patrick A.Rada和John H.Magnasco递交的标题为“AUTOMATIC DETECTION OFAPPLIANCES”的美国临时专利申请序列号61/435,658的优先权，通过参考的方式将它们合并入本文。本申请还是2010年1月26日递交的、标题为“METHODS AND APPARATUS FOR POWER FACTORCORRECTION AND REDUCTION OF DISTORTION IN AND NOISEIN A POWER SUPPLY DELIVERY NETWORK”的共同未决的美国专利申请序列号12/694,153的部分延续案，其中该专利申请基于35U.S.C.§119(e)要求2009年1月26日递交的、标题为“POWERFACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS”的美国临时专利申请序列号61/206,051的优先权，基于35U.S.C.§119(e)要求2010年1月25日递交的、标题为“POWER FACTOR ANDHARMONIC CORRECTION METHODS”的美国临时专利申请序列号61/298,112的优先权，基于35U.S.C.§119(e)要求2011年1月19日由发明人Patrick A.Rada和John H.Magnasco递交的标题为“POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS”的美国临时专利申请序列号61/434,250的优先权，基于35U.S.C.§119(e)要求2011年1月25日由发明人Patrick A.Rada和John H.Magnasco递交的标题为“POWER FACTOR AND HARMONICCORRECTION METHODS”的美国临时专利申请序列号61/435,921的优先权，为了一切目的通过参考的方式将它们整体合并入本文。

为了一切目的通过参考的方式将代理人案号为RADA-00301美国专利申请号xx/xxx,xxx的、2011年1月25日由发明人Patrick A.Rada和John H.Magnasco递交的、标题为“METHODS ANDAPPARATUS FOR POWER FACTOR CORRECTION ANDREDUCTION OF DISTORTION IN AND NOISE IN A POWERSUPPLY DELIVERY NETWORK”的美国临时专利申请整体合并入本文。

技术领域

本发明涉及监视能量使用的领域。更具体而言，本发明涉及从电气设备网络如家庭或小型办公室中的单个点监视电气设备网络中的电气设备能量使用。

背景技术

能量部门的研究显示能量使用中多达15％的降低仅仅是通过使得消费者知道他们正在使用多少能量以及与他们的能量使用相关的成本。在混合汽车市场中显示了相似的结果。混合车辆驱动器可以通过利用提供给该驱动器的关于它们的使用的反馈来增加它们的汽油哩数并且降低它们的能量使用。能量消费者已经变得明白他们的能量使用的环境影响，通常被表示为“碳足迹”。因此，能量使用的降低转换成对于能量使用者的经济和生态利益。但是为了做出如何最好地降低使用的选择，能量使用者需要关于设备的相关能量使用信息和包括他的能量使用的使用形式。

用于降低家庭和办公室能量使用的当前技术方案包括：在单个电源点处监视多个电气设备的总的合计功率使用，在一个或多个墙壁插座电源点处监视功率使用，通过设备的定时的、编程的控制来控制单独的设备的状态，以及通过观察到一个或多个电气设备被开启但是未被使用来手动控制设备并且关闭该一个或多个设备。

合计功率监视

在现有技术中发现的最简单并且最广泛的合计功率使用监视系统是一种经由位于消费者的电源点处、位于主配电网的分支附近的功率表来监视消费者的总使用的电力公共设施。功率表累积总使用功率，实际上每个固定周期如一个月读取一次该功率表，并且对于在该计费周期中所使用的功率向消费者计费。公共设施具有分段的费率，在该分段的费率中在达到特定使用门限之后对于每千瓦时(KWH)收取更高费率。一些价格表基于峰值需求时间的使用对每KWH收取更高的费率。根据价格表向消费者显示在每个费率上收取多少费用，公共设施账单将经常削弱总功率使用。利用该信息，消费者可以获得用于进行功率节省判断的少量事实。

较新的合计监视系统可以包括公共设施表下游的消费者功率表。通常将消费者功率表安装在公共设施表的消费者干线断路器下游处或附近。消费者功率表按照指定的增量读取由消费者使用的功率的总数量并且在显示器上显示该值。可以向个人计算机传输该计量信息，其中可以在该计算机处处理该功率表读数。该设备的一个示例是在英国伦敦由DIY KYOTO制造的“WATTSON”。同样由DIYKYOTO制造的对应产品“HOLMES”处理从WATTSON接收的信息，以给予消费者关于当日时间他们的总功率消耗的细化图。但是，这仍然仅给予消费者总使用功率的图，以及总功率使用在基于计费周期的时间中是如何分配的。

在每个电源插座处监视功率使用

另一种用于监视功率使用的方法是监视在配电系统中的每个电源插座处的功率使用。在一些示例性产品中，电气设备用插头插入电源插座监视器中，电源插座监视器因而用插头插入墙壁电源插座中。电源插座监视器可以包括LCD显示器，其用于显示总使用KWH、该使用的成本以及插座上活动的当前电压、安培数、瓦特数、Hz和伏安。一个示例性的产品是由P3国际制造的“Kill A Watt^TM”。该设备允许用户经由LCD显示器监视在具体墙壁插座处的功率使用，但是数据未被存储以用于获取和分析。由Extech制造的“能量记录器和功率使用分析器(Energy Logger and Power Usage Analyzer)”进一步包括用于数据记录的存储器，其中，使用数据可以存储在该存储器中并且稍后被能量记录器中的板上存储器传递到个人计算机。如果能量使用者具有多个Extech记录器，则不合计由每个记录器获得的功率使用信息。功率使用数据的收集要求在可以分析该数据之前，在每个墙壁插座电源监视器中的存储卡的手动获取，以及利用具有存储卡读取能力的计算设备从每个卡的信息获取。此外，使用数据被细化成每个插座一个设备计数。例如，如果将多插座电源板插入到墙壁插座电源监视器，其中在该多插座电源板的每个插座中都被插入设备，则不测量每个设备的功率使用。此外，用于测量功率的成本可能变得高得不切实际，因为每个电源插座监视器可能花费50.00美元或更多，并且对于每个要监视的电压插座需要一个该设备。监视设备的巨大初始硬件成本、手动获取并且读取每个插座监视器存储卡的不便性以及基于降低的功率使用的不确定的节省(如果有)使得在每个电源插座处监视功率使用变得不实际的能量使用降低技术方案。

在每个断路器处监视使用

用于监视合计功率使用的另一个方法是在每个断路器处监视使用，从而监视每个电路的功率使用。在Dane Peterson、Jay Steele和Joe Wilkerson的CHI 2009-Student Design Competition词条中所描述的具有相关iPhone

应用的该系统被称为WattBot。在他们的文章WattBot：A Residential Electricity Monitoring and Feedback System中，作者描述了与上述DIY KYOTO的Wattson类似的系统，除了WattBot改为测量由房屋的每个电路使用的功率以代替测量用于整个房屋的功率使用。在iPhone

上先生能量信息。WattBot需要硬件来传感并且监视在每个电路上使用的能量，并且WattBot不给出用于单个电气设备的详细使用信息，除非该电气设备专用于房屋的断路器上的单个电路。即使单个电路专用于单个设备，WattBot也不给出该电气设备的每个状态的详细能量使用。

手动监视和控制

电气功率的消费者可以一直周期性地在他们家或办公室中走动，注意到看起来被开启但是未被使用的设备并且关闭这些设备以便降低功率使用。尽管该方法可以省钱而无需相关设备成本，但是没有获得用于被认为适合保持开启的设备或被不恰当地认为被关闭但事实上他们实际消耗功率的设备的分析的数据，其中该数据被认为适用于。重要的是，许多现代电子设备具有“备用”状态，该备用状态消耗功率而没有给出该设备被加电的可视外观。因此，消费者手动地监视他们的设备将不知道与看起来被关闭但实际上在备用模式中消耗功率的设备相关联的功率使用的成本和影响。

独立设备的编程控制

用于降低能量消耗的另一种方法是编程地控制一个或多个设备以确保当预计不使用时关闭该设备。例如，用于编程地控制电气设备的系统可以调度特定设备如小房间的顶灯在晚上11点与早上6点之间被关闭，因为预计在这些时间期间将不使用该小房间。该系统需要于用于插座或功率控制的控制电路例如调光器或开关以及用于管理电气设备网络编程的中央控制器。例如由Smarthome^TM销售的INSTEON

Smartlab设计产品可以包括耦合到中央控制器的、使用设备网络协议(如INSTEON

或X10协议或两者的组合)的INSTEON

网络可控制设备如调光器、开关、恒温器控制和器具插座。该系统具有可编程地控制电气设备的操作的益处，但是它需要实质承担硬件、安装和相关成本，而不向用户报告任何所识别的成本节约信息以做出关于降低他们的功率使用的决定。

用于降低家庭或办公室能量使用的当前技术方案包括：在单个电源点处监视电气设备网络的总的合计功率使用，在一个或多个墙壁插座电源点处监视功率使用，通过编程的控制来控制单独的设备的状态，以及手动观察一个或多个电气设备被开启但是未被使用并且关闭该设备。在电源点处监视功率使用未提供关于电气设备所消耗的功率的足够信息以便确定与具体设备相关联的功率使用。在电源插座处监视功率使用的技术方案要么未合计用于分析的功率使用信息，要么仅仅通过手动装置并且以高的设备成本合计该信息。即使使用信息的自动合计可用，当前装置需要在监视设备中的实质性的投资。现有技术缺乏用于提供关于家庭或公司中的单独的电气设备的详细能量使用信息的低成本的、有效率的装置。现有技术还缺乏用于合计关于单独设备的详细能量使用信息以便呈现给能量用户从而该能量用户能够做出他们的能量使用行为的有意义的改变以降低能量使用和能量成本的有效的装置。

发明内容

公开了一种能量监视设备，其从单个中央控制位置提供家庭或办公室中的每个电气设备的能量使用的低成本的、实时的监视，而无需附加硬件或者在该家庭或办公室中接线任何电气设备。该能量监视设备包括用于将出现在房产上的其他传感器系统接口到该能量监视设备的I/O模块。可替换地，可以通过家庭网络系统将出现在该房产上的其他传感器系统接口到该能量监视设备。其他传感器系统包括但不限于具有窗户传感器、门传感器、运动检测器、声音传感器和光传感器的家庭安全系统，家庭天气系统，流量表传感器(例如用于煤气、水、蒸汽、压缩气体和燃油)以及温度传感器(包括热水器中的水的温度、房产上的建筑物中该能量监视设备所位于的房间中的空气温度，蒸汽温度、冰箱温度、制冷器温度和烤箱温度)。能量监视设备可以检测并且识别房产上的电气设备，检测设备的状态(如开、关，最大功率的30％或者备用)并且测量由设备消耗的能量。将其他家庭系统和传感器接口到该能量监视设备可以创建用于降低能量使用并且改善用户管理他们的房产的能力的功率工具。下文的示例仅仅示出了少数经常发生的情况，其中在该情况中被接口到其他家庭系统和传感器的能量监视设备帮助用户降低能量并且管理他们的房产。

示例

在第一示例中，房产所有者在工作并且她的女儿刚刚从学校回家但是完全忘记了关上前门。外面是100℉，空调正在运行，并且冷空气从前门走出，浪费能量。该能量监视设备检测到空调正在运行。家庭安全系统门检测器检测到并且向能量监视系统报告前门半开。家庭安全系统运动检测器检测到并且向能量监视系统报告有人在房屋中。该能量监视系统生成并且向该房产所有者传输消息以打电话回家叫女儿关闭该前门。

在另一个示例中，家庭天气系统检测到并且向该能量监视系统报告当前正在下雨并且外面是42℉。该家庭安全系统检测到并且向该能量监视系统报告窗被打开。该能量监视系统检测到加热器正在运行。该煤气表向该能量监视系统报告煤气正在流经该煤气表，确认加热器打开。该能量监视系统生成并且向该房产传输窗户打开、加热器打开并且在下雨的消息。该房产所有者可以选择回家并且关上窗户以节省加热能量并且降低由于雨从窗户落入所导致的房产损坏。

在另一个示例中，该房产所有者在工作。该烤箱中温度传感器可以检测到并且向该能量监视设备报告烤箱温度是400℉并且因此被打开。将房产上的煤气表接口到该能量监视设备并且向该能量监视设备报告煤气消耗。如果该烤箱是用电的，则该能量监视设备通过它的负载特征和功率消耗来检测该烤箱被打开。该能量监视设备生成并且向该房产所有者传输该烤箱被打开的消息。该房产所有者可以呼叫邻居去关闭该烤箱。

在另一个示例中，该房产所有者订阅了公共设施需求响应计划。在温度超过100℉的热天，用于冷却单元的高峰电流需求超过了在具体时间处的功率网络容量。该公共设施向全部用户发送需求响应命令以避免全面断电。房产所有者的能量监视系统接收该命令并且将HVAC自动关闭3小时。能量监视设备然后向使用者发送消息以向房产所有者通知该需求/响应动作。当房产所有者的房产上的冷却单元已经打开足够长时间以冷却房产上的家时房产所有者可以重排他的回家时间表。

对于利用用户的按摩浴缸洗热水与消耗了多少能量以及成本是多少好奇的用户可以使用能量监视设备确定用于他的洗浴的总成本。将能量监视设备接口到煤气表和水表以测量煤气和水的使用和成本。能量监视设备可以检测按摩浴缸喷射泵电动机的启动。在他的洗浴之后，用户可以查看煤气、水和电的使用和与该洗浴相关的成本，包括为了洗浴加热水、循环水和供应水。可以查看该结果并且将其分解成每个使用和成本组分。

在另一个示例中，用户可以通过集合能量监视设备监视水使用来监视他的灌溉成本。能量监视设备可以检测自动灌溉循环已被开启。能量监视设备监视在灌溉循环期间使用的水。可以存储水使用和电力使用并且将其与以前的使用数据比较以确定灌溉的总成本。分析可以包括按分钟、小时、天、周、月、季、或年检测与过去的灌溉的变化。通过将当前使用与过去数据比较，用户可以确定与以前数据相比他是否在灌溉线路中具有渗漏。

在另一个示例中，一种太阳能面板系统具有两个面板串列，其中将该串并行地耦合在具有能量监视设备的房产上。风吹动十六个面板中的两个面板上的叶片和碎片，降低两个受阻碍面板的输出。两个受阻碍面板处于太阳能面板的不同的串列中。能量监视系统检测到太阳能面板系统产量表面上下降35％。与家庭天气系统接口的能量监视系统监视室外环境光并且确定室外太阳光未实质改变，可能由于云或雨。没有测量到降雨，但是已经测量到风速的增加。因此能量监视设备向房产所有者发送太阳能系统产量意外地下降35％并且应该检查太阳能面板系统的警告通知。房产所有者随后可以检查该面板，查看两个面板上的碎片，清理碎片，并且恢复他的太阳能能量产量而不用等待一个月以接收他的太阳能能量产量低于预期的账单。

在超紧凑型实现中，能量监视设备能够包括用下述特征编程的单个集成电路或芯片。将该能量监视设备安装在公共设施能量表的下游、断路器面板的上游、安装在家庭或办公室中的电气设备网络的上游并且没有到该电气设备的任何附加连接。在一个可替换的实施方式中，将该能量监视设备以与典型的断路器单元相同的形成因子，安装在断路器面板中的开槽中。当负载被打开或关闭时该能量监视设备能够自动地检测，并且能够识别哪个负载被打开或关闭。通过检测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来识别负载。能够通过电气设备的网络中的每个电气设备的负载特征和状态来识别它。在学习阶段期间能够获得电气设备的状态以及每个状态的负载特征。可以自动地或者利用手动的步骤执行该学习阶段。为了助于手动的学习阶段，能量监视设备的用户能够用关于家庭或小型公司中的电气设备的位置和特性的信息来丰富数据存储。该专用信息能够被存储在专用数据库中，其中该专用数据库包括电气设备的列表、房屋或小型公司的房屋以及电气设备的可能的状态。通过运行在便携式电子设备(如智能电话、蜂窝电话、个人数字助理或其他包括用户显示器和用户输入接口的便携式设备)上的应用能够助于用于丰富该专用信息的数据存储的过程。能够经由能量监视设备上的通信连接器或者经由有线或无线网络连接，向能量监视设备下载该专用数据库。用户预识别的设备和状态越多，则手动学习阶段将变得越容易。专用数据库和专用信息涉及由具体的能量监视设备生成的信息；与安装了能量监视设备的人员、设备、结构或它们中的任意一个的属性相关的信息。专用信息的示例包括安装了能量监视设备的家庭或办公室结构的名称，在该结构中安装的具体的设备，在该结构中的房间、当用户不打算共享使用信息时由用户生成的使用信息、用户的功率账单等等。“公共数据库”和“公共信息”涉及对于公众的使用而生成的、公众可访问的或者由公众生成的信息。公共信息的示例包括对于公共使用或公共访问创建的设备负载特征或状态，用户选择共享的原本专用的公共使用信息、由公共设施或公共设施委员会公布的价格表、停电的通知以及来自公共设施的具体广播信息。术语“公共数据库”和“专用数据库”都总体涉及在数据库中包括的数据以及这里所公开的数据库结构以及他们的等效物，不限于任意具体的数据格式。对于本领域熟练技术人员很明显可以应用用于处理、存储和访问数据和信息的各种方法，该方法不限于那些所述方法。数据库和表仅仅是在该系统的实现中可以有效地使用的多个方法之中的一个方法。

在手动学习阶段中，能量监视设备提示用户改变专用数据库中的其中一个设备的状态。用户然后改变该状态，并且要么向能量监视设备通知该状态已被改变要么允许能量监视设备检测该改变。计算并且向用户呈现该负载特征以便编辑和/或接受。可替换地，用户能够跳过设备的单个状态的负载特征的检测或者跳过设备的全部状态的负载特征检测。如果用户接受负载特征数据，则将负载特征和相关状态存储在负载特征表中。能够将负载特征表保持在能量监视设备内部的专用于维护目的的存储器中或者通用存储器中。在自动学习阶段中，能量监视设备监视电源的一个或多个电源参数的改变，以发信号表示家庭或办公室中的一个电气设备已改变状态。能量监视失败然后可以从改变的数据计算负载特征或者根据需要拿取附加样本并且计算负载特征。下一个步骤是通过将负载特征与来自负载特征的专用数据库和公共数据库的设备的列表比较将其识别到器具的特征。负载特征的公共数据库包括大量可能的器具的特征和用于该器具的状态的负载特征。负载特征的公共数据库不限于具体的家庭或小型公司的负载特征。在已识别负载特征之后，对应的器具和特征就被识别，将该结果呈现给用户以编辑或接受或者系统暂停或接受该数据。

通过识别每个电气设备的负载特征和状态，能量监视设备能够提供在家庭或小型公司中消耗能量的每个电气设备的详细能量使用。可以将每个电气设备的详细能量使用信息显示在能量监视设备、远程显示设备上如智能电话(即iPhone

Droid

Blackberry

)、平板PC、PDA或远程膝上电脑或本地个人计算机上。可以通过任意有线或无线设备总体显示详细能量使用信息。详细能量使用信息可以包括功率消耗、能量、电流、功率因子、THD、频谱容量和其他有益于用户的相关参数。可以通过当日时间、消逝时间、周、月、年和季度追踪能量使用信息以便比较。可以计算并且显示能量成本，以美元每小时来显示当前能量消耗率以及一个时期上的累积成本。能量监视设备可以给予由能量监视设备追踪的能量使用的历史，按周、月、季度、季节或年提供能量消耗的规划。详细能量使用信息还可以包括关于具有备用操作模式的电气设备的具体信息以及关于业余时间(如夜间或当用户离开度假时)上的能量消耗的信息。详细能量使用信息还可以包括对有很多建议如如何降低他们的每月电气账单。这可以包括增加设备以改善功率因子，替换旧的或效率低下的器具或者可替换地关于如何纠正能量使用的当日时间调度以便价格表的更有利的使用的建议，或者替换价格表的建议。详细能量使用信息还能够用于优化各种器具的设置如电冰箱的温度设置。建议信息还能够包括来自功率公共设施的通知如来自公共设施的紧急警告、提供或奖励、价格表改变的通知或者用户的账户欠付或过期的通知。能量监视设备还能够监视网络的质量并且通知用户关于弱的功率因子、弱的总谐波失真、性能低下或噪声电网以及改善或改正这些效率低下的方式。

公开了一种能量监视设备，其被耦合到电源如电网电源，该电源具有被耦合到能量监视设备的电源下游的电气设备，该电气设备具有多个状态。在一个方案中，该能量监视设备被编程为从在要监视的电气设备的上游点得到的电源的连续的采样，识别被耦合到电源的电气设备的出现以及该电气设备的状态，并且该能量监视设备还被编程为监视耦合到能量监视设备的附加输入。能够将附加输入耦合到流量表。该流量表能够向能量监视设备发送关于该流量表正在测量的商品的信息。在一些实施方式中，可以向该能量监视设备发送在一个时间周期上的流量消耗或者测量体积或者相关成本。该能量监视设备可以另外下载用于公共设施如水和天然气的价格表。该表可以测量水、蒸汽、煤气、汽油、燃油、空气或惰性气体的流量或体积。本领域的熟练技术人员将认识到流量表可以测量各种各样商品的流量和体积。在一些情况中，可以将这些数据与负载数据耦合或者关联，以改善特征检测算法。在一些实施方式中，可以将附加输入耦合到家庭安全系统。该家庭安全系统可以向能量监视系统传输用于任意一个家庭安全系统输入的状态信息。该输入包括窗户是打开还是关闭，门是打开还是关闭，运动检测器是否检测到运动、音频传感器是否检测到声音以及光传感器是否检测到光。该附加输入还可以被耦合到温度传感器。温度传感器可以向能量监视设备传输温度信息。温度传感器可以监视该能量监视设备所位于房产上的结构中的房间的温度，在热水加热器中的热水，该房产上的结构外部的空气温度，该房产上的结构内部的空气温度，离开加热通风和空调单元的空气，蒸汽温度、电冰箱温度、制冷器温度和烤箱温度。还可以将该附加输入耦合到家庭天气系统。可以向能量监视设备传输天气信息，包括降雨量、风速、太阳下的温度、阴影中的温度、大气压和湿度。可以将向能量监视设备传输的前述信息中的任意一个中继到房产所有者。编程能量监视设备包括选择并且互连的离散组件、微处理器、专用集成电路(ASIC)、编程的现场可编程门阵列(FPGA)和一个或多个配置并且互连的集成电路(包括模数混合模式)中的至少一个。能量监视设备能够像单个集成电路芯片集一样小，被编程为与iPhone或用于运行用户接口应用的类似地消费电子设备集成在一起。将电源参数定义为电源的一个或多个测量参数以及可以从该测量参数得到的计算参数的值。在一个优选实施方式中，电源参数包括相电压、相电流、中性电压、中性电流、视在功率、有功功率、无功功率、能量、用于所消耗能量的消逝时间、功率因子百分比、cos(phi)；电流、电压、有功功率、无功功率的总谐波失真；考虑到谐波的有线数量(例如高达第15个谐波)的总谐波失真的近似；电流、电压、有功功率、无功功率的频谱容量以及基本有功功率、频率、周期、过压/欠压；条件、建立完整功率的时间或过渡时间、瞬间涌入电流、下陷以及用于该事件的周期数、网络的质量以及其他非电气数据如时间、日期、温度和湿度。电压和电流值可以是作为一维表格来存储或者作为RMS值来计算的瞬间采样值的集合，其中通过求采样值的一维表格的平均或积分来计算该RMS值。还可以从“n”个点的固定运动窗得出该RMS值，并且因此在例如1秒钟的初始设置时间之后的每毫秒可以获得该RMS值。下文显示了对于单相2线配置所记录和/或计算的数据的一个示例性表格：

表I

将一个采样定义为(i)与时间间隔无关地测量或计算的一个或多个电源参数的一个或多个实例，(ii)在固定时间间隔中测量或计算的一个或多个电源参数的一个或多个实例，(iii)从测量或计算的一个或多个电源参数的一个或多个实例计算的RMS值。将检测连续采样的改变定义为(i)对照第二采样中的一个或多个参数，检测第一采样中的一个或多个电源参数的改变，其中该采样间隔不是固定的间隔，(ii)对照第二采样中的一个或多个参数，检测第一采样中的一个或多个电源参数的改变，其中该采样间隔是固定的间隔，(iii)对照全部后续采样，检测第一采样中的一个或多个电源参数的改变，直到对照第一采样检测到改变为止，(iv)对照第二采样，检测第一采样中的一个或多个电源参数的改变，然后在获得下一个采样之前将第一采样设置为等于第二采样，并且(v)将一个或多个电源参数的基本采样的RMS值与每个后续采样比较。电气设备状态可以包括开、关、备用、断电、通电、完全功率百分比或者指定的状态序列。通过监视电源参数并且检测一个或多个电源参数中的改变，实现电气设备的出现的识别。与电气设备相对应并且与电气设备的状态相对应的负载特征包括如表I中所示的一个或多个电源参数。可以将负载特征、用于电气设备的标识符和电气设备的状态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可以包括在存储器中查找负载特征。可以在负载特征的第一组群中查找负载特征，其中与多个电气设备相对应的该第一组群被预定最有可能产生匹配负载特征。可以由用户在一个组群中输入电气设备的列表来预定义该组群。也可以通过能量监视设备识别在当用户准备工作时的具体时间周期(例如早上6:30到早上7:30)中被打开或关闭的负载中的模式来确定组群。也可以创建第二组群。第二组群可以具有产生与要查找的负载特征的匹配的较低概率。组群中的每个负载特征和设备可以具有与其相关联的概率。如果在组群中查找负载特征但是未找到，则可以降低最靠近的不匹配特征的概率。如果概率下降到指定门限之下，则可以将电气设备和负载特征降低到较低的组群，如从第一组群降低到第二组群。

能量监视设备中的存储器能够包括多个预存储的特征。在一些实施方式中能量监视设备还可以包括经由网络耦合到远程设备的通信模块。能量监视设备能够对能量监视设备显示器模块和远程设备中的至少一个进行传输。通信模块能够传输并且接收能量监视信息。能量监视信息能够包括电气设备信息、功率使用信息、电气网络信息、用户建议和功率公共设施信息。电气设备信息的示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、用于该设备的该状态的该设备的负载特征数据以及与该设备相关联的功率利用信息。功率使用信息的示例能够包括但不限于合计功率消耗信息、能量、电流、功率因子和总谐波失真。电气网络信息能够包括弱功率因子、弱THD、噪声电网和电路性能。用户设备能够包括到用户的关于可用性的信息、公共设施账单的过期日期、如何降低账单的建议、由电气设备分类的使用信息、基于过期使用模式的预测使用信息、关于如何改善功率因子的建议、何时替换旧的或效率低下的器具以及计划内或计划外停电的检测和建议。

在另一个方案中，计算用于电气设备的负载特征和状态包括以下步骤：计算有功功率P作为第一电源参数中的有功功率与第二电源参数中的有功功率的差异；计算包括全部谐波和噪声的总有功功率PT；计算无功功率Q作为第一电源参数中的无功功率与第二电源参数中的无功功率的差异；计算包括全部谐波和噪声的总无功功率QT；计算RMS电压U；并且计算包括“n”个值的总有功功率频谱。在一些实施方式中，该方法还包括：计算总无功功率中的谐波和噪声QT_THD作为总无功功率QT与无功功率Q之间的差异；计算总有功功率中的谐波和噪声PT_THD作为总有功功率PT与有功功率P之间的差异，在该负载特征中用QT_THD代替QT；并且在该负载特征中用PT_THD代替PT。对于持续可变的负载，计算负载特征可以包括将该负载特征的数据元素与第二负载特征的数据元素进行相关，其中该第二负载特征表示能够产生持续可变的负载的电气设备的第二状态。在一些实施方式中，检测至少一个电源参数的变化可以包括检测有功功率、无功功率或视在功率的变化。一种用于确定由耦合到电源的电气设备使用的能量的方法还可以包括在检测到至少一个电源参数的变化之后，并且在计算用于该电气设备的负载特征之前，接收附加电源参数。

在一些实施方式中，采样多个电源参数包括测量相电压、相电流、中性电压、中性电流、视在功率、cos(phi)、频率、周期、有功功率、无功功率、频率、周期、过压/欠压条件、温度和湿度。电气设备的状态可以包括关、开、通电、断电、完全功率的百分比以及状态的指定序列。在一些实施方式中，用于电气设备的负载特征和状态能够包括相电压、相电流、中性电压、中性电流、视在功率、cos(phi)、有功功率、无功功率、视在功率、频率、周期、过压/欠压条件、功率因子的百分比、RMS电流、瞬间电流、RMS电压、瞬间电压、电流谐波THD百分比、电流谐波THD百分比、电压谐波THD百分比、网络质量百分比、时间、日期、温度和湿度。在一些实施方式中，负载特征能够包括测量有功功率、测量无功功率、计算视在功率、基于电压的额定电压的计算电流以及计算功率因子。在一些实施方式中，能量监视信息可以被传输到显示设备和远程设备中的一个或多个包括蜂窝电话如iPhone

能量监视信息能够包括电气设备信息、功率使用信息、电气网络信息、用户设备和功率公共设施信息。电气设备信息能够包括多个电气设备中的电气设备的标识符、电气设备的状态、该设备的负载特征数据、与该设备相关联的功率利用。功率使用信息可以包括合计功率消耗信息、能量、电流、功率因子和总谐波失真(THD)。电气网络信息能够包括弱功率因子、弱THD、噪声电网和电路性能。在一些实施方式中，用户建议能够包括向用户通知当前每日、每周或每月账单，如何降低账单，基于使用的模式关于未来功率使用的预测信息、由电气设备分类的信息、如何改善功率因子、何时替换旧的或效率低下的器具、当日的什么时间调度设备使用以降低账单、关于公共设施功率中断的检测和建议。在一些实施方式中，功率公共设施信息包括价格表改变通知、计划内停电、即将来临的功率切断、到期账单、关于如何降低功率账单成本的建议、奖励提供、功率账单和估计预测功率账单。

在另一个方案中，一种用于创建用于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包括：选择处于第一状态中的电气设备；测量第一多个电源参数；将所选电气设备的状态改变到第二状态；测量第二多个电源参数；计算负载特征；并且存储包括该负载特征、该第二状态以及用于所选设备的标识符的数据库记录，从而创建用于具有多个状态的多个电气设备的负载特征的数据库。第一状态能够是关并且第二状态能够是开。一种用于创建负载特征的数据库的方法还能够包括：在计算该负载特征之后在数据库中查找该负载特征，以确定最接近匹配的电气设备和状态；向用户给出最接近匹配的电气设备和状态以便该电气设备和状态的确认；并且如果用户改变该电气设备和状态则接受用户对还包括该负载特征的数据库记录中的至少一个电气设备和状态的改变。

附图说明

图1A根据一些实施方式示出了被耦合到电源的能量监视设备的内部组件的图。

图1B根据一些实施方式示出了被耦合到电源的能量监视设备的外部图。

图1C根据一些实施方式示出了被耦合到节能器具内部的电源的嵌入式能量监视设备的内部组件的图。

图1D根据一些实施方式示出了被耦合到电源和外部接口设备的能量监视设备的内部组件的图。

图1E根据一些实施方式示出了被耦合到电源并且被安装在断路器箱子内部的能量监视设备的内部组件的图。

图1F根据一些实施方式示出了被耦合到电源并且被安装在断路器箱子内部的能量监视设备的内部组件的图。

图2根据一些实施方式示出了包括恒温器模块的远程能量监视设备的内部组件的图。

图3A根据一些实施方式示出了能量监视设备和相关设备的通信网络的图。

图3B根据一些实施方式示出了能量监视设备和相关设备的通信网络的图。

图4根据一些实施方式示出了公共功率使用数据库的图。

图5根据一些实施方式示出了公共负载特征数据库的图。

图6示出了根据一些实施方式操作能量计的流程图。

图7根据一些实施方式示出了用于自动创建负载特征数据库的方法的流程图。

图8根据一些实施方式示出了用于手动创建负载特征数据库的方法的流程图。

图9A根据一些实施方式示出了用于从负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。

图9B根据一些实施方式示出了用于从负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。

图9C根据一些实施方式示出了用于从负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。

图9D根据一些实施方式示出了用于从负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。

图9E根据一些实施方式示出了用于从负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。

图9F根据一些实施方式示出了用于从负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。

图10A根据一些实施方式示出了用于从负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。

图10B根据一些实施方式示出了用于从负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。

图10C根据一些实施方式示出了用于从负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。

图10D根据一些实施方式示出了用于从负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。

图10E根据一些实施方式示出了用于从负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。

图10F根据一些实施方式示出了用于从负载特征识别设备和状态的方法的一部分的流程图。

图11根据一些实施方式示出了公共设施、房产与公共数据库之间的信息的流程图。

图12根据一些实施方式示出了被耦合到太阳能面板之间的时域反射(TDR)系统的太阳能面板系统，以及被耦合到太阳能面板的逆变器。

图13根据一些实施方式示出了反射信号的序列。

图14根据一些实施方式示出了与并行负载一起使用的TDR系统。

图15根据一些实施方式示出了使用自相关和伪噪声(PN)序列的TDR系统。

图16根据一些实施方式示出了基于正交的TDR系统。

具体实施方式

能量监视设备的一个优选实施方式包括耦合到电源系统的能量计，其中该能量计进行电源参数的连续采样。该电源参数进一步能够由具有存储器的控制器进行处理。该测量能够用于显示当前能量使用信息并且计算被耦合到电源190的电气设备的状态的负载特征，其中，该电气设备具有一个或多个状态。被监视电气设备将至少具有包括开状态的大量状态，其中在该开状态期间该电气设备将具有电气负载，并且该电气设备通常还将具有关状态，在该关状态中该电气设备将不作为负载或负载将被降低。其他中间状态是可行的，包括备用状态，在该备用状态中电气设备看起来是关闭的但是该电气设备消耗一些功率以维持它的备用状态。在备用中，电气设备典型地可以比从关状态通电起更快地实现开状态。

能量监视设备还可以包括控制器或处理器、存储器和通信模块。该控制器或处理器能够从能量计获得连续的电源测量并且向远程设备传输该电源测量以便处理。电源测量的处理可以包括典型地与日期/时间戳一起存储该测量，基于连续的电源测量中的改变计算用于被耦合到该电源的电气设备的状态的负载特征，显示包括已用千瓦时、基于时间的功率使用趋势和成本信息的功率使用信息。能量监视设备还可以包括例如耦合到通信模块的USB接口。该USB接口能够被耦合到个人计算机例如以便下载对该能量监视设备的软件升级或者其他数据交换。

能量监视设备

图1A示出了经由电源连接140耦合到电源190的能量监视设备100，其中电源连接140能够是由公共设施提供的电力网，其经过仪表到达电源线箱并且进入家庭或小型公司。电源能够包括各种已知的电源类型中的任意一个如110V单相、110V三相、440V三相、220V三相、380V三相等等。电源190还可以包括DC电压源如具有太阳能面板的自行供电结构、DC发电机或其他非电网电源。能量监视设备100包括能量计110、具有存储器125的控制器120、通信模块130、用于负载特征表150的存储器、具有电池备份的时钟/日历160、显示器模块170、具有相关I/O连接器195的I/O模块175、输入模块180、无线天线134和USB端口138。I/O模块175和相关连接器195允许能量监视设备监视其他非电气设备如煤气表、水表和家庭安全系统。嵌入式系统设计领域的熟练技术人员将认识到可以将控制器120、存储器125、负载特征表150、通信模块130和能量计110实现为一个芯片是的单个系统，芯片上的该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且被编程为执行这些功能。能量计110进行电源190的连续测量。该测量可以包括相电压、相电流、中性电压、中性电流、视在功率、cos(phi)、有功功率、无功功率、频率、周期、过压/欠压条件、网络质量百分比、时间、日期、温度和湿度中的一个或多个。控制器120还包括用指令编程的存储器125，该指令用于从连续电源测量计算负载特征。该控制器可以是能够包括以下之中至少一个的编程设备：选择并且连接的离散组件、微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和一个或多个配置并且互连的集成电路。时钟/日历模块160被耦合到控制器120，因而控制器120能够对能量计测量盖日期/时间戳。显示器模块170包括显示器和被耦合到控制器120的显示器接口，因而能够在显示器170上显示电源使用信息。输入模块180可以包括多个键区和键区接口，因而控制器120能够响应于用户的输入执行不同的功能。显示器模块170和输入模块180能够包括触摸屏模块176(未显示)。用于显示器的默认显示器模式能够包括电源正在被使用的显示、基于指定时间周期的电源使用的图形趋势线。嵌入式系统设计领域的熟练技术人员将认识到由能量监视设备测量、计算或者分析的数据中的任意一个能够被显示在显示器模块170上。控制器120还能够被耦合到通信模块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、Blue tooth

无线、USB IEEE802.3x、IEEE-1394、IEEE 802.15.4、1²C串行通信，Ida或其他通信协议来通信。通信还能够包括用于维持隐私的安全(加密)传输协议。如图1A中所示，在一些实施方式中在将通信模块130耦合到USB端口138和无线天线134。能够经由通信接口读或写存储器125和负载特征表150。例如，USB端口138可以用于更新存储器125中存储的软件。能够经由无线天线134向远程设备发送能量计信息和负载特征信息。控制器120还能够被编程为计算并且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获取负载特征。负载特征表150还能够包括用于存储下文进一步所述的专用数据、配置信息和其他用途的存储器。

图1B示出了根据一些实施方式被耦合到电源的能量监视设备。在图1B中，在显示器170上显示功率使用趋势线，其中基于每小时趋势线显示使用功率的总千瓦时(“1KWH”)和使用的当前千瓦时(“KWH”)。在一些实施方式中，能量监视设备能够显示功率消耗、能量、电流、功率因子、THD和按时间的频谱容量、当日时间、周、月和季度。能够经由通信模块130和例如无线天线134向远程设备传输能量监视信息。利用输入模块180，可以显示能量使用信息的可选择的视图(未显示)，如用于具体设备的能量使用、每个房间或每个楼层的能量使用、每个电路的能量使用、每种类型的器具的能量使用、将能量使用与打开的器具的日志混合和/或用颜色提供信息的混合显示、连接设备和它们的当前状态的列表、处于具体状态的设备的列表和它们的能量使用信息。键区还能够用于选择配置屏幕并且输入能量监视设备配置信息。

虽然在图1A和1B中被显示为包括无线天线134和USB端口138，但是本领域熟练技术人员将认识到能量监视设备与远程设备之间的特性可以通过任意合适的有线或无线通信协议如RS-232通信、RS-485通信，Ida、以太网、IEEE-1394(Firewire)、XI0或其他电力线载体、EEE 802.11无线、IEEE 802.15无线、Zigbee无线、Bluetooth

无线或其他通信协议。通信还能够包括用于维持隐私的安全(加密)传输协议。本领域熟练技术人员将认识到时钟/日历模块160、负载特征表150、显示器模块170和键区模块180可以位于任意合适的远程设备中。合适的远程设备包括但不限于图2中所示的远程设备、iPhone

200、个人计算机310、个人数字助理342、便携PC(未显示)、图3A中所示的移动计算机344或包括时间保持功能、存储器和包括显示器和输入设备的用户接口的其他设备。

图1C根据一些实施方式示出了被耦合到节能器具内部的电源的嵌入式能量监视设备105的内部组件。该内部组件可以与能量监视设备100的内部组件非常相似。控制器120被耦合到用指令编程的存储器125，其中该指令实现嵌入式能量监视设备功能。控制器120还被耦合到通信模块130。通信模块130能够被耦合到例如以太网端口132(未显示)。以太网端口132能够经由路由器被耦合到家庭网络以允许与能量监视设备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更新存储器125中编程的软件并且与节能器具交换信息。

图1D根据一些实施方式显示了被耦合到电源的能量监视设备的内部组件和外部接口设备的图。低成本高紧凑版本的能量监视设备100能够包括能量计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、具有相关I/O连接器195的I/O模块175、无线天线134、USB端口138和以太网端口132(未显示)。I/O模块175和相关连接器195允许能量监视设备监视其他非电气设备如煤气表、水表和家庭安全系统。该高紧凑版本的能量监视设备能够直接与远程设备如(所示)iPhone

200、膝上电脑(未显示)、PDA或远程显示设备(如图2中所示的远程显示设备200)通信。(所示)iPhone

200包括如图1A中所示的触摸屏176。控制器120还包括用指令编程的存储器125，该指令用于从连续电源测量计算负载特征。该控制器可以是编程设备，该编程设备能够包括选择并且互连的离散组件、微处理器、片上系统、专用集成电路(ASIC)、编程的现场可编程门阵列(FPGA)和一个或多个配置并且互连的集成电路中的至少一个。控制器120还能够被耦合到通信模块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、Bluetooth无线、USB IEEE 802.3x、IEEE-1394、12C串行通信，Ida或其他通信协议来通信。通信还能够包括用于维持隐私的安全(加密)传输协议。如图1A中所示，在一些实施方式中在将通信模块130耦合到USB端口138和无线天线134。能够经由通信接口读或写存储器125和负载特征表150。例如，USB端口138可以用于更新存储器125中存储的软件。能够经由无线天线134向远程设备发送能量计信息和负载特征信息。控制器120还能够被编程为计算并且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获取负载特征。负载特征表150还能够包括用于存储下文进一步所述的公用和专用数据、配置信息和其他用途的存储器。

图1E和1F根据一些实施方式示出了被耦合到电源190并且被安装在具有断路器开关193的断路器箱(图3A的元件364)内部的能量监视设备100的内部组件的图，其中可以监视全部电气设备的上游。在该超紧凑型实施方式中，将整个能量监视设备100安装在断路器外壳的形成因子的内部，以便除了无线天线134之外都安装或者包括在断路器箱或面板中，其中无线天线134装配在断路器箱的外部以助于图1F中所示的无线通信。例如在监视用110V中性相位和110V反向相位来提供的220V网络的情况中，220V断路器形成因子提供对于全部必要功率电源线的访问，以便监视网络同时实现与现有断路器面板兼容并且允许简易安装的紧凑型形成因子。内部组件与图1A基本上类似。如断路器设计领域中所知道的，将能量监视设备100经由电源连接140耦合到电源190。螺旋端子197被用于将断路器类型外壳192耦合到电源190，继而到电源连接140。螺旋端子通过断路器类型外壳192中的接入孔196接入。能量计110被耦合到电源连接140并且可通信地被耦合到具有存储器125的控制器120。控制器120可通信地被耦合到负载特征表150并且到通信模块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全部都能够被装配到单个印刷电路板105上。将通信模块130显示为被耦合到无线天线134。本领域熟练技术人员将认识到通信接口无须是无线的。任意合适的通信介质将起作用，包括USB、以太网、RS232串行通信、RS485串行通信或I²C串行通信。与在图1D中显示的紧凑型能量监视设备类似，根据图1E和1F的实施方式可以与远程设备如iPhone

(未显示)或其他智能电话、平板PC、膝上电脑(未显示)或如图2中所示的远程显示设备通信。可以增加LED 107以指示该能量监视设备正在正确地工作。图1G显示了具有图1E和1F中所示的断路器开关193’的220断路器

图2根据一些实施方式显示了包括恒温器的远程能量监视设备200的图。内部组件能够与能量监视设备100的内部组件非常类似。控制器120被耦合到用指令编程的存储器125，该指令实现远程能量监视显示设备功能。还能够利用对应的接线条接口124将控制器120耦合到恒温器123，以便与加热器、空调机或组合单元通信。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，以用于更新在存储器125上编程的软件。无线天线134能够从能量监视设备100接收能量监视信息并且处理和显示能量监视信息。控制器120还被耦合到显示器模块170和输入模块180。显示器模块170、具有相关I/O连接器195的I/O模块175、输入模块180和恒温器模块123经由控制器120的编程来协作，以操作连接的加热器、空调机或组合单元。I/O模块175和相关连接器195允许能量监视设备监视其他非电气设备如煤气表、水表和家庭安全系统。能够经由通信模块130接收能量监视信息并且将其显示在显示器模块170上。显示器模块170和输入模块180能够包括触摸屏176(未显示)。能够由用户经由输入模块180完成远程设备200的配置。可替换地，能够经由通信端口例如USB端口138执行配置。如下文所讨论的配置可以包括选择用于远程设备的默认显示模式。能够由恒温器配线经过接线条接口124或经由DC输入210和AC/DC适配器220向远程设备提供用于远程设备220的功率。

图3A示出了用于家庭或小型公司的典型安装配置。功率公共设施仪表350位于建筑物墙壁355外部并且在用于该建筑物的电源接线箱360处被耦合到电网。能够将能量监视设备100安装在电源接线箱360下游附近和断路器箱364上游。在如图1E和1F所述的一些实施方式中，能够将能量监视设备安装在断路器箱364内部、所有断路器上游。典型的安装还能够包括将通信模块130耦合到能量监视设备100上，在该情况中，802.3x以太网连接132，到因特网接口365或网络路由器320、D.L.或缆线调制解调器330并且随后到因特网接口365。功率公共设施370可以从能量监视设备100接收能量监视信息。在一些实施方式中，功率公共设施370可以从远程设备200、或作为远程设备的计算机310接收能量监视信息。此外，功率公共设施370能够向能量监视设备100传输消息。该消息可以由能量监视设备100处理或者被传递到经由通信模块130被可通信地耦合到能量监视设备100的远程设备200。还可以将该消息传输到可替换的或补充的远程设备，包括但不限于具有无线接口315的个人计算机或者移动远程设备如蜂窝电话340、个人数字助理342或移动膝上电脑344。能量监视设备100能够经由因特网接口356或经由网络路由器320、D.L.或线缆调制解调器330，基于因特网，到蜂窝塔335然后到远程移动设备，来与远程移动设备340、342和344通信。本领域熟练技术人员将认识到移动设备340、342和344、远程设备220和计算机310还能够向公共设施370、公共使用数据库400、公共负载特征数据库500和能量监视设备100发送查询消息。能量监视设备100类似地能够向功率公共设施370供应能量使用信息。还能够向公共使用数据库400供应能量监视信息。功率公共设施370能够向能量监视设备100供应信息，能量监视设备100因而能够从公共设施向任意上述远程设备转发该信息。能量监视设备100还能够接入公共使用数据库400和负载特征公共数据库500。节能器具如冰箱361和洗衣机/烘干机362可以包括在每个节能器具中的嵌入式能量监视设备105，该节能器具被耦合到路由器320或者被可通信地耦合到能量监视设备100。下文详细描述节能器具。可以将能量生成DC设备如太阳能面板363、发电机(未显示)或风力发电机(未显示)电气耦合到电源，其中，能量监视设备能够测量生成的功率并且将其反馈到公共设施电网。

图3B示出了用于家庭或小型公司的典型安装配置。功率公共设施仪表350、水表351和煤气表352位于建筑物墙壁355外部。在建筑物内部，包括窗户传感器371、门传感器372、运动检测器373和光传感器374的家庭安全系统364可以经由家庭网络路由器320或者在图1A、1D和2中所示的能量监视设备I/O连接器处与能量监视设备100接口。与对于家庭安全系统364所示的配置类似的，可以在I/O连接器195处或者通过家庭网络路由器320，将水表351和煤气表352接口到能量监视设备100。通过将以上设备接口到能量监视系统，从这些设备接收的信息可用于降低能量成本。能量监视设备100可以检测家庭空调机(未显示)正在运行。假设由家庭天气系统378测量的室外温度是100℉。家庭安全系统364已检测到窗户371被打开并且家庭安全系统364中的运动检测器373检测到有人在房屋中。这些设备全部被接口到能量监视设备100，能量监视设备100可以向房产所有者发送消息以打电话回家并且叫那里的人关闭窗户371，从而空调机不会由于制冷空气逃到室外而浪费能量。本领域熟练技术人员可以预见通过将家庭系统接口到能量监视设备而可能节省能源的大量该实际的情况。可以被接口到能量监视设备100的其他设备(未显示)包括但不限于用于传感热水器中的热水的温度、蒸汽温度的温度传感器、燃油流量计、压缩气体流量如用于处理的空气、天然气、惰性气体、电冰箱温度、制冷器温度和房产上的建筑物的房间的温度。具有可接口到能量监视设备的传感器的其他设备包括基于电池的电存储单元、用于压缩气体、蒸汽、空气的储蓄池和储水池。诸如煤气表和水表的传感器可以提供信息，如消耗的体积和一个时间周期的相关成本。

图4示出了一个简单的公共使用数据库。能量监视设备能够具有唯一的IP地址、公共设施仪表序列号码或其他唯一的标识符410，其中该标识符410识别能量计数据的来源同时仍然维持用户匿名。用户计费信息、物理住宅信息、速率数据或邮政编码420可以用于识别邻居和能量计信息所源于的房屋并且可以被连接到能量监视设备。用户可以配置他们的能量计以向公共使用数据库400公布数据，作为公司、住宅、工业用户或其他用户类型标识符430。用户可以选择公布安装该能量计的他们的建筑物的平方英尺数440。公共数据库还可以具有使用类型450、设备类型或其他细目分类，以助于查询。能量监视设备能够公布递增的或合计的能量使用信息460。由能量监视设备用户向公共使用数据库公布的能源监视信息的集合可以提供一群数据，其中可以查询并且比较该群数据以向单独的用户、市政和功率公共设施提供使用信息。

图5示出了简单的公共负载特征数据库500。公共负载特征数据库记录能够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状态540。对于电气设备的每个状态，能够提供能量计可访问的默认负载特征560，作为用于由能量计检测的电气设备和状态的默认负载特征。能够由电气设备的制造商与测试实验室独立地供应或者由能量监视设备用户向公共数据库公布该默认负载特征。另外或可替换地，也可以将适用于典型的房屋或小型公司的通用负载特征下载或预下载到能量监视设备中。能够经由图1A中所示的通信端口138执行下载和预下载。

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，能量计测量电源的第一采样。从能量计采样可以计算附加电源参数。能量计第一采样和计算的电源参数共同包括第一电源参数。在步骤610，测量并且计算第二电源参数的类似的集合。在步骤615做出关于一个或多个电源参数是否已改变的确定。如果在步骤615处没有电源参数改变，则在步骤625向能量监视设备中的显示器模块或者向建筑物中的远程设备或它们的组合传输当前能量使用信息。可选择地，在步骤625，可以向功率公共设施和/或公共数据库传输当前能量使用信息。然后在步骤630，将第一电源采样设置为第二电源采样，并且读取能量计测量的新的第二集合并且计算附加的参数，包括在步骤610的新的第二电源参数列表。如果在步骤615，一个或多个电源参数已改变，则在步骤620调用图7的负载特征逻辑。

图7根据一些实施方式示出了用于创建负载特征数据库的自动学习的方法的流程图。如在以下步骤740所述的，在该学习模式中用户可以与能量监视设备交互，以辅助学习。但是如果用户未参与自动学习过程，则自动学习过程简单地中止，此时允许用户输入并且自动地执行默认动作。首先，在步骤710计算新计算的负载特征。在步骤715，在存储器中查找计算的负载特征。如果找到该负载特征，则返回该负载特征和它的对应的状态。如果在步骤720未找到该负载特征则在步骤725返回最接近匹配负载特征和状态。在步骤730，在用户显示器上显示找到的负载特征和从步骤725返回的最接近匹配和相关状态。在步骤740允许用户做出改变。图8描述了在“学习模式”中用户的交互。如果在步骤735用户接受或者定时器到期，则在步骤745将负载特征和状态存储在专用数据库中的记录中。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，然后向能量监视设备上的显示器模块或建筑物中的远程设备或它们的组合传输能量使用信息。可选择地，在步骤625，可以向功率公共设施和/或公共数据库传输当前能量使用信息。

图8示出了用于负载特征和一个或多个电气设备的状态的手动学习的步骤的图。如在下文的专用数据库中所述的，用户可以在专用数据库中存储记录，该记录设备被安装在他的家庭或小型公司办公室中的一个或多个电气设备。对于每个电气设备，他进一步能够将用于每个电气设备的一个或多个状态的记录存储在专用数据库中。然后能够使用公知的通信方法将专用数据库下载到能量监视设备上。被下载到能量监视设备上的该专用数据库然后可以用于通过图8中所述的手动学习过程的步骤。在一个优选实施方式中，将到学习过程的用户接口实现为iPhone

或具有无线通信、显示屏幕和输入模块的其他便携式设备(如触摸屏)上的应用。在步骤810，如果能量监视设备尚未学习全部电气设备，则在用户的显示设备上显示下一个要学习的设备，否则该过程结束。在步骤820，如果对于显示设备要学习更多的状态，则在步骤825，向用户显示要学习的下一个状态，对电源进行采样，并且提示用户将电气设备的状态改变成该显示状态。例如如果该设备是具有60W的白炽灯泡的电灯，则提示用户将电灯转到打开状态。在步骤830该过程等待用户改变状态。可以通过用户确认他已经改变该状态，通过能量监视设备监视电源以看到视在功率增加大约60W或者其他方法如由用户进行的过程的手动停止或中止，终止该等待过程。在步骤835，对电源进行采样，并且对于用户计算并且显示新负载特征。在步骤840，用户可以具有多个选项，该多个选项可以包括选择并且编辑用于负载特征的模式845，选择用于存储负载特征的存储选项850，跳过该状态并且回看步骤820以检查用于该电气设备的更多状态，跳过该电气设备并且回看步骤810以检查更多电气设备或者退出该学习过程。拥有本文的公开的本领域的熟练技术人员应该认识到在本文公开的范围中可以增加或删除步骤或者改变步骤的次序。

图9A根据一些实施方式示出了用于从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，计算PRIG以确定需要计算的负载特征。如果在步骤910处P_TRIG已经改变则确定哪个配线(相位、计数器相位)经历该改变。如果在步骤910处在PRIG中没有改变，则该方法结束。在步骤920，检查伪触发器。如果存在伪触发器，则该方法结束。如果没有伪触发器，则在步骤925如以下负载算法所述，计算数据子集SB1a、1b、2a和2b。在步骤930，如下所述，调用负载特征搜索算法。

图9B根据一些实施方式示出了用于从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，在PRIG上搜索能量监视设备中的负载特征的专用数据库，以便粗略匹配如±25％。如果在步骤932中不再有匹配，则该方法退出到图9D以便进一步分析。在步骤933，对于步骤931的搜索的匹配，将正在被查找的负载特征的SB 1a中的每个数据元素与该匹配的每个数据元素比较。在步骤934，如果任意元素具有大于25％的误差，则在步骤938跳过该匹配，否则在步骤935将该数据标准化并且再次逐个元素地比较。在步骤936，如果相关性小于0.80，则跳过该匹配。如果在步骤937相关性大于0.95，则已找到对该负载特征的匹配并且该方法结束。否则在图9C执行第二级分析。

图9C根据一些实施方式示出了用于从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，将数据子集SB2a的每个元素与在该匹配中它的对应元素比较。如果任意元素具有大于25％的误差，则跳过该匹配，并且该方法返回图9B。否则，与步骤941类似地对数据进行标准化并且逐个元素进行比较。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处该相关性大于0.95则已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根据一些实施方式示出了用于从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没有产生匹配的负载特征，则在步骤951在PRIG上搜索公共数据库，利用±25％的粗略搜索。如果在步骤952不再存在匹配，则该方法退出到9F以便进一步的分析。在步骤953，对于步骤951的搜索的每一个匹配，将正在被查找的负载特征的SB 1a中的每个数据元素与该匹配的每个数据元素比较。在步骤954，如果任意元素具有大于25％的误差，则在步骤958跳过该匹配，否则在步骤955将该数据标准化并且再次逐个元素地比较。在步骤956，如果相关性小于0.80，则跳过该匹配。如果在步骤957相关性大于0.95，则已找到对该负载特征的匹配并且该方法结束。否则在图9E执行第二级分析。

图9E根据一些实施方式示出了用于从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961，将数据子集SB2a的每个元素与在该匹配中它的对应元素比较。如果任意元素具有大于25％的误差，则跳过该匹配，并且该方法返回图9D。否则，与步骤961类似地对数据进行标准化并且逐个元素进行比较。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处该相关性大于0.95则已找到负载特征并且该方法结束否则该方法返回到图9D。

图9F根据一些实施方式示出了用于从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971，采样电流和电压波形。重复图9B到图9E中的步骤。如果在步骤972识别了负载特征，则该方法结束。否则提示用户反馈以辅助识别负载和状态。如果用户识别了负载和状态，则该方法结束，否则执行附加分析，包括但不限于谐波分析、加长采样、频谱分析和重新运行图9B到图9E的分析。如果仍然不能识别负载特征，则合计该能量使用并且作为“未识别”能量使用来报告。

图10A根据一些实施方式示出了用于从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1005，计算PRIG以确定是否需要计算负载特征。如果在步骤1010处PRIG已改变，则确定哪个配线(相位、计数器相位)经历该改变。如果在步骤1010处在PRIG中没有改变，则该方法结束。在步骤1020，检查伪触发器。如果存在伪触发器，则该方法结束。如果没有伪触发器，则在步骤1025如以下负载算法所述，计算数据子集SB3a和3b。在步骤1030，如下所述，调用负载特征搜索算法。

图10B根据一些实施方式示出了用于从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1031，在PRIG上搜索能量监视设备中的负载特征的专用数据库，以便粗略匹配如±25％。如果在步骤1032中不再有匹配，则该方法退出到10D以便进一步分析。在步骤1033，对于步骤1031的搜索的匹配，将正在被查找的负载特征的SB 3a中的每个数据元素与该匹配的每个数据元素比较。在步骤1034，如果任意元素具有大于25％的误差，则在步骤1038跳过该匹配，否则在步骤1035将该数据标准化并且与SB3a逐个元素地比较。在步骤1036，如果相关性小于0.80，则跳过该匹配。如果在步骤1037相关性大于0.95，则已找到对该负载特征的匹配并且该方法结束。否则在图10C执行第二级分析。

图10C根据一些实施方式示出了用于从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1041，将数据子集SB3b的每个元素与在该匹配中它的对应元素比较。在步骤1042，如果任意元素具有大于25％的误差，则跳过该匹配，并且该方法返回图10B。否则，与步骤1041类似地对数据进行标准化并且逐个元素进行比较。如果在步骤1044处相关性小于0.80，则该方法返回到图10B。如果在步骤1045处该相关性大于0.95则已找到负载特征并且该方法结束否则该方法返回到图10B。

图10D根据一些实施方式示出了用于搜索公共数据库以发现到负载特征的匹配的方法的流程图。如果专用数据库的搜索没有产生匹配的负载特征，则在步骤1051在P_TRIG上搜索公共数据库，利用±25％的粗略搜索。如果在步骤1052不再存在匹配，则该方法退出到10F以便进一步的分析。在步骤1053，对于步骤1051的搜索的每一个匹配，将正在被查找的负载特征的SB 3a中的每个数据元素与该匹配的每个数据元素比较。在步骤1054，如果任意元素具有大于25％的误差，则在步骤1058跳过该匹配，否则在步骤1055将该数据标准化并且再次与SB 3a逐个元素地比较。在步骤1056，如果相关性小于0.80，则跳过该匹配。如果在步骤1057相关性大于0.95，则已找到对该负载特征的匹配并且该方法结束。否则在图10E执行第二级分析。

图10E根据一些实施方式示出了用于从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1061，将数据子集SB3b的每个元素与在该匹配中它的对应元素比较。如果任意元素具有大于25％的误差，则跳过该匹配，并且该方法返回图10D。否则，与步骤1061类似地对数据进行标准化并且逐个元素进行比较。如果在步骤1064处相关性小于0.80，则该方法返回到图10D。如果在步骤1065处该相关性大于0.95则已找到负载特征并且该方法结束否则该方法返回到图10D。

图10F根据一些实施方式示出了用于从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1071，采样电流和电压波形。重复图10B到图10E中的步骤。如果在步骤1072识别了负载特征，则该方法结束。否则提示用户反馈以辅助识别负载和状态。如果用户识别了负载和状态，则该方法结束，否则执行附加分析，包括但不限于谐波分析、加长采样、频谱分析和重新运行图10B到图10E的分析。如果仍然不能识别负载特征，则合计该能量使用并且作为“未识别”能量使用来报告。

图11根据一些实施方式示出了公共设施1124、房产1115、1115’和1115”与公共数据库1129之间的信息的流程图。能量监视数据的处理和存储的更多方案发生在房产所有者的房屋中。运行在房产所有者的个人计算机或其他本地计算设备上的应用可用于处理能量监视设备的原数据并且生成将要变得对于房产所有者所进行的远程接入可用并且可选择地对于公共数据库可用的信息。在一些实施方式中，向远程位置处的房产所有者并且可选择地向能量使用信息的公共数据库传输未处理的原数据。在这些实施方式中，将需要保护原数据，以使得该数据不被罪犯、法律实施者、法律顾问和其他人截取并且滥用。

许多公共设施现在使用“智能仪表”。由公共设施1124向消费者的智能仪表1117或标准仪表1118’、1118”传递的、包括DR信号1102和智能仪表使用数据1104的数据在能量监视设备的控制之外并且因此不受能量监视设备保护。基于用户的选择服务，向房产所有者转发被标记为房产所有者的推举选择的零售商或制造商升级/替换推荐1106，其中该选择服务基于向零售商/制造商提供的关于缺陷的通知或者降级的器具1108。提供处理基于用户的选择服务向零售商供应的人口统计和/或地理信息1112可以生成零售商/制造商定位市场营销计划1110。

转发的需求响应(DR)信号1114是由选择服务响应于公共设施发起的DR信号102生成的并且被广播到由公共设施识别的实际断供方框中的具体的参与消费者1115、1115’和1115”的信号。存储关于已选择或者被要求参与需求响应计划的消费者的信息，不管该消费者具有智能仪表还是标准仪表。从安全性观点看来，转发DR信号1114与由公共设施生成的DR信号1102没有不同。

从由选择服务对于选择DR计划的用户所接收的确认转发需求响应(DR)确认1116。不存在对于加密或安全性的要求，除非还需要使用数据。

对等度量1118是个体的或组群的数据与另一个个体的或组群的数据的比较。必须将该数据/信息匿名化到其不能被与个体消费者相关联的等级。类似于用于显示家庭的各种属性如估价、平方英尺、卧室数量和建筑物日期的Zillow

列表，可以显示关于能量效率和使用的度量的分类可能是相似的。但是与Zillow

不同，将不列出消费者的地址。可以看到比较，如在其他4BR处的每月使用、在邮政编码62xxx中3BA家庭具有4的占用者或者用于每个气候带的每个占用者的每平方英尺使用。理想地在消费者房屋中完成用于度量的生成的全部数据处理，并且总选择服务基于因特网传输该度量。

器具具有可以最初被手动定基准并且随后被基于时间监视的具体的频谱或参数性能特性。例如，通常插入电冰箱，设置具体设置，然后维持长时间操作。公共数据库主控系统1120将信息本地地存储在消费者的连网计算机上，其中该连网计算机特征化电冰箱的性能并且可以基于周期比较随时间的性能特征化。该比较识别显著的改变并且经由降级/缺陷器具/设备通知1122来警告/建议消费者。公共数据库主控选择服务然后可以生成推荐1122如“你的电冰箱使用多20％的能量。你要改变设置？如果不，则考虑清洁线圈或呼叫服务”。如果用户选择零售商/制造商1126接口，则可以给予消费者来自零售商1126的推荐如“看起来你有10岁老的电冰箱。如果你用所列出的这EnergyStar

模型中的一个来替换，则你可以每月节省3.75美元到14.00美元之间。”由于所提供的该信息是专用于该消费者的，所以需要最低程度加密。

提供在公共数据库1120处的选择服务，转发产品/服务订单1128可以是安全的交易。产品/服务订单1128可以作为转发产品/服务订单1130被转发到零售商/制造商1126。安全交易是本领域已知的如VeriSign

将来自全部消费者的匿名化器具数据1132选择地从全部消费者1115、1115’和1115”经由家域网(HAN)传输到公共数据库1120。可以由消费者1115查询匿名化使用数据1128，以将他们自己的使用与在他们的区域中类似的那些特性比较。应该在房产所有者房屋处完成使用数据1132的匿名化。至少需要完全匿名化从公共数据库1120向它们的房产所有者和第三方传输的全部单独的使用数据。该匿名化器具数据1134然后被传输到并且被第三方如零售商/制造商1126利用，以定义目标市场营销集合或新产品消费者需求。匿名化可以包括去除、掩盖、擦除或加密该数据中用于具体识别家庭地址或其他个人识别信息的字段。

经由安全线路1136发送由公共数据库1120主控的、房产所有者可以选择的服务。服务包括更新负载特征、能量监视设备软件升级、用于能量使用分析的可下载应用、天气信息和用于房产所有者的电气设备使用信息的分析。

需求响应(DR)信号1138来自公共设施1124并且被广播到公共数据库1120并且被转发到用户作为转发需求响应信号1114。公共数据库系统1120能够对来自应用控制并且释放控制端的全部需求响应等级进行响应，最终设置回到非DR状态。发送DR信号1138作为来自公共设施或独立系统运营商1124的广播信号。

需求响应(DR)信号1140是发生回到公共设施1124的确认信号，指示DR信号已经被接收并且已经采样使用控制。DR信号不一定为特定的使用测量，但是为满足公共设施1124的DR规则的检验。

公共设施1124可以向公共数据库主机1120发送计费周期同步信号和价格表1142。价格表允许公共数据库主机1120基于向公共数据库1120发送的使用数据1132，计算由房产所有者使用的成本。计费周期同步信号1142将从能量使用信息1132计算的能量使用成本与公共设施1124计费周期同步。价格表和计费周期信息是公共知识并且无需安全地发送。

当已检测到并且确认单个器具或设备将要操作在降级或缺陷条件中时，向零售商1126发送降级/缺陷器具/设备通知1122。零售商或制造商1126和房产所有者可以选择用于基于来自房产所有者的降级或缺陷器具通知1108来通知零售商或制造商1126房产所有者的器具处于降级或缺陷条件的服务。当公共数据库1120从已选择接收关于升级或替换器具的通知1106的房产所有者接收到降级或缺陷器具通知1108时，由公共数据库1120将缺陷或降级的器具通知1122发送到已选择接收该通知1122和对房产所有者的零售商更新或替换推荐1106的零售商或制造商1126。整个通信环路，从房产所有者的能量监视设备向公共数据库1120发送降级或缺陷器具通知1108，公共数据库1120向选择零售商或制造商1126发送降级或缺陷器具通知1120以及被发送到房产所有者的更新或替换推荐1106都应该被匿名化并且受到保护，从而保护所有者的姓名、器具信息和联络信息。用户将必须提供基于策略或规则的选择来进行选择，并且所提供的信息将被限于可用的设备类型/模型号/序列号/数据加上性能数据但是没有使用信息的时间。可以在能量监视设备在房产所有者的计算设备处本地地执行或从存储在公共数据库1120处的能量使用信息1132计算该检测。

本地地完成数据收集并且可以本地地处理并且分析数据收集，但是可以可替换地批量化或流化地向具体服务器、云团或最终用户设备(如智能电话或平板电脑)发送数据收集，其中在该具体服务器、云团或最终用户设备处应用可以处理、后处理和/或分析数据并且给出信息。

用户选择与公共数据库1120共享人口统计/地理数据1112。该数据是消费者专用的但是在公共数据库1120外部被共享之前被匿名化。优选地在从消费者房产1115、1115’和1115”传输该数据之前匿名化该数据。可替换地，可以将该数据分解成部分并且可以对具有隐私属性的数据加密，而独立地传输其他不敏感数据。

应该通过用于保护本地存储在消费者自己的房产处的消费者数据的最安全的措施来保护器具/设备使用数据1132。优选该数据的本地处理最小化隐私关注并且仅传输匿名化和概括数据。当这个不可行或优选时，应该应用使用AES、RSA或PGP类型加密、软密钥以及有可能的其他措施的更高安全级别。

将经由网络浏览器、可下载到智能电话的应用或者个人计算机或者经由能量监视设备来提供用户接口面板，允许消费者做出与他们想要如何与制造商或零售商1126接口的二元选择和/或基于规则的设置。消费者可以选择选择性加入零售商/制造商1126并且选择他们希望与零售商如Home Depot

或Lowes

或制造商例如Whirlpool

GE

LG

Siemens^TM或Amana

共享的信息(只要有)。以奖励、折扣和/或返利以及用于能量节省的推荐的形式与零售商/制造商共享信息是有益的。

将经由网络浏览器、可下载到智能电话的应用或者个人计算机或者经由能量监视设备来提供用户接口面板，允许消费者做出与他们想要如何与公共设施1124接口的二元选择和/或基于规则的设置。消费者可以选择选择性加入公共设施1124服务并且选择他们希望与公共设施1124共享的信息(只要有)。以折扣的形式与公共设施1124共享信息是有益的，其中该折扣涉及需求响应(DR)计划或其他能量效率计划、其他奖励或返利以及用于能量节省的推荐。

将经由网络浏览器、可下载到智能电话的应用或者个人计算机或者经由能量监视设备来提供用户接口面板，允许消费者做出与他们想要如何与公共数据库1120接口以及他们将希望他们的能量监视系统如何关于公共数据库1120进行操作的二元选择和/或基于规则的设置。消费者可以选择选择性加入公共数据库1120并且选择他们希望与公共数据库1120服务共享的信息(只要有)。共享数据的益处包括附加特征或功能、折扣、奖励、返利和由公共数据库1120服务提供或通过公共数据库1120服务实现的能量节省的推荐。

公共设施1124的智能仪表1117与房产所有者的家域网络(HAN)之间的通信基于该智能仪表的向内无线系统，通常是ZigBee

网络接口。HAN和智能仪表将利用仪表定义的安全和专用协议基于无线协议通信。

图12示出了太阳能面板系统1200，太阳能面板系统1200包括逆变器1210、时域反射(TDR)系统1230、太阳能面板组合器1220和8个太阳能面板1251-1258，其中该8个太阳能面板1251-1258被配置为4个面板1251-1254，1255-1258的串列。经VDC总线1260例如24VDC将逆变器1210和组合器1220耦合在一起。将TD系统1230耦合到24VDC总线1260。TDR系统可以向组合器并且向太阳能面板发送脉冲1225。在时间t1到t8上该脉冲被反射回到TD系统1230，其中时间t1到t8根据哪个太阳能面板正在反射TDR脉冲1225而变化。

图13示出了图12的24VDC总线1260上的反射信号t0到t8的序列。反射信号t0是逆变器的反射。信号t1、t5、t2、t3、t7和t8的轮廓指示与这些信号相对应的面板具有相似的轮廓和幅度，指示正确地工作的太阳能面板。信号t6具有与预计的极性相反的极性并且指示可能的接地短路。信号t4临时地比正确工作的太阳能面板更宽并且具有更小的幅度。因此，与t4相对应的面板可能位于阴影中或者被面板表面上的碎片模糊。可以向用户的远程显示设备如智能电话发送合适的消息。

图14根据一些实施方式示出了在低阻抗AC功率网络中与并行负载一起使用的TDR系统。将TDR系统1430耦合到相电压120VAC 1405和中性1407之间。快速开口1440注入高阻抗，电流脉冲通过电阻器1445进入负载1450和1460的并行网络。该脉冲将向下传播到功率网络房产内部并且向上到电网中，在两个方向都有阻抗比率。该TDR系统测量反射信号IP1和IP2。可以向120VAC源1405增加滤波器1410以便降低电路上过多的噪声。

图15示出了使用自相关和伪噪声(PN)序列的TDR系统1500。TDR系统1500包括PN序列生成器1510、调制器1520、混合器1530、基于模拟振荡器的输入高频数据1590、TDR生成器输出1540、TDR测量1545、混合器1550、解调器1560、模数转换器1570和相关性处理和窗化模块1580。在优选实现中，在自相关空间中而不是在时间空间中生成、测量并且处理快速脉冲1505。PN序列1505的自相关接近例如具有Dirac delta函数的单脉冲。测量响应1545在混合器1550处被与高频数字/模拟振荡器1590混合，在解调器1560处被解调并且在ADC 1570处被从模拟转换到数字。在模块1580处可以处理、解相关该数字信号并且可以输出功率网络的脉冲响应。益处包括对于TDR的生成和测量的放松的要求以及复杂度和成本的降低。

PN序列1505的周期必须比测量时间更长，否则相关结果可能变成周期性的。应该特别注意TDR生成器1540和TDR测量接收器1545，以避免影响任意函数或分量的线性的反射。可以从商业可得的技术如集成RF传输器和接收器借用部分或全部TDR系统1500。通过我们的器具中的信号配线来发送RF能量，其中该信号配线与通过天线在自由空气中辐射的标准无线电相反。可以与下文图16的“TDR测量、控制和分析”和TDR生成器方块一起使用图15中的实现。可以将TDR系统1500实现为如用于WLAN设备的芯片上的系统。

可以将TDR系统1500实现在基带中并且因此在频率中移位(不混频)。这是更简单的但是可能与THD收集方法冲突，除非采取了如前文所教导的时分防范。并且它还更容易受到噪声或功率网络的其他电气或非电气参数的影响。

另一个实现是TDR使用PN序列和处于基带中或者被RF调制的相关方法生成并且测量电压脉冲。

图16示出了基于基带或RF中的正交的TDR系统1600。第一PN序列生成器1610生成到正交解调器1635的“I”输入的第一PN序列。第二PN序列生成器1620生成到正交解调器1635的“Q”输入的第二PN序列。将正交解调器的输出输入到混合器1630，并且与高频数字/模拟振荡器1690混频。将混合器1630的输出作为TDR生成器输出1640来传输。在与高频数字/模拟振荡器1690混频的混合器1650处接收TDR测量1645并且将TDR测量1645输出到正交解调器1660。分别向第一模数转换器1670和第二模数转换器1675输出正交解调器1660的I和Q输出。向相关、处理和窗化模块1680输出两个模数转换器的输出。

公共数据库

公共使用数据库

能量监视设备100能够生成关于被连接到电源的电气设备和消费者的能量使用的详细使用信息。可以由能够由可接入公共数据库服务如GoolgeMSN

或Yahoo

主控的公共数据库服务器容易地接收并且比较该详细信息。公共使用数据库包括数据库记录的存储，该数据库记录包括用于产生并且使用信息的能量监视设备的唯一性标识符、地理或地点信息如邻居、邮政编码或城市和州中的街道、结构的类型如家庭、小型办公室或工厂、能源使用设备所位于的结构的近似平方英尺以及用于设备的类别的标识符如电子、器具、照明等等或具体设备的标识符。可以使用查询工具来允许接入如图4中所述的数据库记录。至少，该查询工具允许能量监视设备查找用于电气设备的负载特征和相关状态。对于主控信息感兴趣的其他方可以包括主控他们的产品的负载特征数据库的制造商，主控负载特征的数据库的测试实验室以及节能狂热者。在公共使用数据库中存储的信息可以非常详细，以至于能量监视设备100的配置能够产生，并且足够有限，以至于用户将愿意共享，因为受到能量监视设备的消费者的配置的控制。详细信息可以包括制造商、模型和具体电子设备的购买日期，具体设备改变状态的时间和日期，安装设备的房间、典型地使用该设备的用户、在具体状态中的总能量使用和持续时间、所使用的成本以及所使用的价格表。详细信息还可以包括通用器具信息例如1/4HP电钻(无制造商)，12000BTU空调机或40W白炽灯泡。能够从用户上传并且能够从一个或多个类似设备的分析计算或估计通用设备信息。还可以存储消费者人口统计信息如消费者生活或工作的地方的邮政编码和街道、在房屋或公司中的人的数量、房屋或公司的平方英尺。公共使用数据库能够合计详细信息并且提供查询工具以向消费者通知其他能源使用者的使用模式。公共使用数据库还可以包括用于用户关于他们如何降低他们的能量消耗以使得类似地坐落的能量用户被通知用于降低能量使用的已知选项的建议的论坛。本领域的熟练技术人员将认识到，可以向详细使用信息增加各种各样的能量用户概况信息，以允许广大公众知道能量使用模式，从而允许频谱宽广的节能工具。由能量监视设备100提供的详细能量使用信息的可用性和它的相关专用数据库允许公共使用数据库的实现。

公共电气设备数据库

电气设备的公共数据库中的记录能够包括用于该电气设备的标识符、制造商、模型、端口号码、原产国家、软件版本、硬件版本、额定设备电压、最大额定安培和该设备的操作状态的列表。随着单独的用户利用他们的能量监视系统，用户能够输出他们的电子设备的专用数据库，以激增公共电气设备数据库。另外，通过数据库管理方法如手动地输入服务数据或经由上传从制造商接收服务数据，能够激增电气设备的公共数据库。

用户能够将他的能量监视设备连接到他的具有因特网连接的膝上电脑。膝上电脑上的应用允许用户输入关于他的房产上的电气设备的信息。将识别信息存储在能量监视设备专用表中。然后，用户可以使用他的膝上电脑上的接口来从公共电气设备数据库下载附加电气设备信息和用于他的电气设备的初始负载特征。在另一个实施方式中，可以使用能量监视设备上的键区和显示器接口，指导能量监视设备从公共电气设备数据库下载附加电气设备信息。能量监视设备还可以接入公共数据库，其中该公共数据库具有到制造商的网站的链路以接入必要的信息。可替换地，能量监视设备可以接入服务器上的应用，其中在该服务器中该应用被编程为查找必要的信息被存储在的位置，并且向能量监视设备转发该信息。用户还可以利用该必要的信息手动地编程能量监视设备以接入公共电气设备数据库。对于具有许多广泛变化的操作状态和负载特征的器具如洗衣机、洗碗机或加热、通风和空调设备，对于能量监视设备的初始设置，该过程可能特别有用。

如下所述，器具可以具有被嵌入到器具中的能量监视设备，被称为节能器具。节能器具可以从公共电气设备数据库请求用于该器具的具体状态的负载特征。可替换地，节能器具可以请求用于该器具的多个状态的负载特征。然后可以将从公共电气设备数据库下载的信息下载到能量监视设备的专用负载特征表中，以提供用于该能量监视设备的负载特征的初始设置。还可以由制造商利用负载特征的初始设置和以上对于公共电气设备数据库所列出的具体信息，预编程节能器具。

公共电气设备状态数据库

电气设备状态的公共数据库中的记录能够包括设备标识符、状态标识符、状态描述和用于该状态的负载特征。随着单独的用户利用他们的能量监视系统，用户能够输出他们的设备的专用数据库，以激增公共电气设备状态数据库。另外，通过数据库管理方法如独立的测试实验室向公共数据库提供识别状态负载特征或者制造商上传用于他们的电气设备的状态和/或负载特征，能够激增电气设备的公共数据库。

公共负载特征数据库

如上文对于公共电气设备数据库所述的，负载特征的公共数据库中的记录能够包括电气设备标识符信息。负载特征的公共数据库还能够包括通用设备和类型。对于每个设备类型的每个状态，能够存储如下文所述基于负载特征算法的负载特征。如图5中所述的，可以将与负载特征相关的附加信息与用于电气设备和状态的负载特征一起存储。

专用数据库

将能量监视设备耦合到能量使用将受到监视的一个或多个电气设备电源上游。将该电气设备和它们的相关状态存储在能量监视设备可接入的专用数据库中。该专用数据库至少还包括与被耦合到电源的电气设备和它们的状态相关联的负载特征。能量监视设备使用专用负载特征数据库来识别电气设备和它的状态，因而可以报告用于该设备的使用信息。例如，将与“电灯1”将状态改变为“开”相关联的负载特征存储到能量监视设备可接入的专用负载特征数据库中。当从连续的电源测量计算负载特征时，将该负载特征与专用负载特征数据库进行比较，以识别与该负载特征相关联的电气设备和状态。能够使用能量监视设备上的或者可替换的计算设备(如个人计算机)上的软件工具创建该专用数据库。如果在除了能量监视设备之外的设备上创建该专用数据库，则能够经由通信连接如能量监视设备上的以太网或USB端口向能量监视设备下载该专用负载特征数据库。

为了使得呈现给用户的能量监视信息更有意义或起作用，可以增加附加表格或信息列表。该表格或列表也助于构造用于连接的电气设备和它们的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，建筑物中的电气设备，建筑物中的能量使用，用户与房间的关联以及电气设备与房间的关联的列表。为了助于能量监视设备的建立，可以在任意方便的计算设备上创建这些数据项和关系并且经由能量监视设备上的USB端口或其他通信方法将这些数据项和关系下载到能量监视设备。下文描述了示例性的专用数据库。本领域的熟练技术人员将认识到可以增加或删除数据库字段。

房间表格

用于建筑物的房间的一种表格或列表允许按照房间并且按照与该房间相关联的属性来监视能量使用。房间的表格或列表可以包括用于该房间的标识符、该房间的文本描述、该房间的平方英尺以及该房间的类型(办公室、卧室、小房间、会议室、公共厕所、车库、厨房等等)。

能量使用表格

能量用户的一种表格或列表包括用于该用户的标识符、该用户的文本描述、人口统计信息如年龄组群、性别、职业、职位、该用户占用给定房间的时间百分比、雇员所工作的部门、使用被退款到他们的部门的账目以及其他用户相关的信息。设想用户信息通常被认为是私人的并且将完全不被披露或输出，或者将仅仅被概括性地披露或输出，或者将被密码保护或者不披露。

可接入的网络设备表格

能量监视设备能够与包括嵌入式能量监视器的节能器具通信，该节能器具具有连接的网络设备如路由器或集线器、服务器和网络客户端、远程位置如公共设施网站、主控公共数据库的网站、安装在该用户的建筑物中的设备的品牌的制造商的网站以及该用户自己的远程通信设备如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、移动电脑或其他远程通信设备。专用可接入网络设备数据库中的记录包括唯一性标识符如IP地址、网页URL或其他接入标识符、网络设备的文本描述以及用于到远程站点的接入或者由该远程站点接入的许可集合。本领域的熟练技术人员将认识到可以通过各种各样已知的技术实现由能量监视设备进行的到远程设备的接入的控制。类似地，可以通过各种各样已知技术实现由远程设备到能量监视设备的接入控制。

电气设备表格

一种电气设备的表格或列表可以包括设备标识符、文本描述、购买的日期、设备的总体分类(器具、电子、照明等等)、用于识别房产上该电气设备被耦合到的电气电路的具体电路号码(如断路器号码)以及设备的具体类型(炉子、微波炉、立体声系统、计算机、电冰箱、洗衣机等等)。专用数据库还可以包括电气设备的制造商和模型号，因而允许专用数据库接入电气设备的公共数据库以获取电气设备信息、状态和用于该电气设备的每个状态的默认负载特征信息。

Misc.表格、列表和关联

专用数据库能够包括电气设备的表格或列表，可以使用公知的关系数据库计算将状态、用户和房间关联在一起，以允许按照房间、按照用户、按照设备、按照日期/时间、按照设备、按照设备和状态以及专用和公共数据库允许的该其他相关细目分类来报告详细能源使用信息。例如用户可以按照房间获得能量使用信息并且他的13岁大的儿子的视频游戏控制台消耗的能量的实质数量。他可以进一步基于状态(开/关)和日期和时间查看用于该游戏控制台的能量使用信息，以便还监视游戏控制台的使用时间数量。用户能够查看由处于具体状态如备用的设备消耗的能量的数量。许多当代设备具有看起来与关闭状态非常类似但是消耗功率的备用状态。用户可以查询专用数据库以找出处于备用模式的设备并且将那些设备断电从而节省可识别的能量数量。

本领域的熟练技术人员将认识到使用具有到公共数据库的接入的常规计算设备来实现专用数据库和它的相关表格、列表和关联的激增是最方便的，然后将初始化的专用数据库下载到能量监视设备。

能量监视信息的隐私

如上所述，能量监视设备接收、收集并且交换大量信息以用于多种目的和观众。与任意信息系统一样，隐私和安全是关于本文所示的能量监视设备的重要问题。下文的说明性的非限制性示例描述了用于能量监视设备的一些隐私特征。

能量监视设备与用户之间的信息交换

使用能量监视设备上的接口，能量监视显示设备、计算机或具有用户接口、存储器和处理器的其他电子设备，用户可以增加如上所述的能量监视设备上的专用数据库。专用数据库可以包括房产的描述，包括房产所有者的姓名、联系人信息、用于转发信息的设备如该房产所有者的电子邮件地址或蜂窝电话号码、用于该房产所有者或其他用户的登录、该房产上的房间的表格、该房产上的能量使用的表格以及该房产上的电子设备的表格、它们的状态和负载特征。房产所有者可以创建表格之间的关系如穿件房间与该房产所有者的女儿“苏西”之间的关系。电子设备的表格还可以与房间相关，从而能量监视设备能够基于在苏西的房间中的设备的负载特征，确定在苏西的房间中的设备在任意给定时间是开还是关。以上信息是房产所有者专用的并且受到密码登录、安全登录、加密或本领域已知的其他措施的保护。

用户可以本地或远程接入能量监视设备以查看当前能量使用信息，检查房产上的电子设备的状态，配置能量监视设备，请求使用报告并且下载并存储能量监视信息以便分析或存档。对以上信息的接入也受到密码登录、安全登录、加密或本领域已知的其他措施的保护。

能量监视设备与公共数据库之间的信息交换

能量监视设备的一个目标在于共享使用信息，从而公众可以被告知在房产上具有类似电子设备的类似的房产的能量使用规范。如上所述，一些使用信息是专用的，比如该房产所有者的女儿是否在家。为了维持每个房屋的安全，可能将特定信息变成匿名的。当向公共数据库传输能量使用信息时，用于识别该房产的信息可以省略关于单独的能量用户的详细信息，截短该房产的邮政编码或者仅列出城市和州并且概况地说明房产描述如“住宅房产，1920平方英尺，3个卧室、2个浴室”。当向公共数据库传输能量使用数据时，可以省略用于将房产具体识别到能量监视设备IP地址或其他唯一性标识符的任意信息。

用户可以选择加入特定能量节省计划如接收关于节能器具的销售的通知，给予能量使用信息接收关于维修或替换老旧器具的推荐和建议。为了助于这些选择加入计划，用户必须至少向公共数据库服务提供足够的信息以从选择加入服务接收通知并且对于他所选择加入的服务付费。选择加入可以通过与公共服务器上的服务的注册或者由专用服务主控，包括服务的登录账户。此后，用户可以维护他的账户以通过登录他的账户来更新联系信息、选择退出服务或者选择加入新服务。可以通过如本领域已知的安全交易来进行商品和服务的支付。

能量监视设备可以周期性地要求软件更新。选择加入服务可以提供可用于免费或者使用上述用于具体商品和服务的付费的安全交易下载的软件。

公共数据库与制造商之间的信息交换

如上所述，可以由专用服务提供商或其他因特网主机如Google

或Yahoo

主控公共数据库和相关服务。通过建立与电子设备的制造商的商业关系，一些服务可以受益。用户可以选择加入服务以接收关于与他的当前老化的设备类似的器具的折扣的通知。用户将想要能够做出购买判断，其中该购买判断考虑到该器具的账户特征，包括该器具是否被Energy Star

评级，估计的成本节约可能是多少以及与该电子设备相关联的负载特征。制造商可以向用于公共数据库中的存储的服务进一步提供关于他们的器具的详细信息。由于制造商热衷于广泛散布该器具信息，所以在器具信息的传输中不暗含隐私问题。

制造商与用户之间的信息交换

除了经由公共数据库上的选择加入服务接收的制造商信息之外，制造商可以主控该信息并且用户可以选择加入制造商的服务。因此优选Amana

器具的用户可以选择加入除了由Amana

主控的范围之外如上所述的类似的服务，并且用户仅接收关于Amana

器具信息。该制造商的信息同样无需暗含隐私问题。如果用户选择直接从制造商购买器具或服务，则可以通过如本领域已知的安全购买交易来实现销售。

公共设施与用户之间的信息交换

公共设施与用户可以在公共设施与用户的能量监视设备之间交换信息。公共设施可以向能量监视设备电气地发送用户的周期性的能量账单，通知用户计划内的断供，通知用户停电之后的恢复、做出关于价格表改变的将降低用户的能量成本的推荐、做出关于能量使用调度的将降低用户的成本并且帮助公共设施在峰值能量使用周期上管理电网的推荐。用户还可以接收由公共设施提供的奖励计划的通知。由于最终与用户交换信息，可以通过登录，提供安全套接字、加密或本领域已知的其他安全措施来完成该信息交换。

在一些区域中公共设施已经开始安装“智能仪表”，该智能仪表向公共设施提供该公共设施需要的信息。在全部其他区域中，由用户收集的能量监视信息可以辅助该公共设施管理它的电网。该公共设施可以向用户提供奖励以向公共设施供应详细能量使用信息。被传递到该公共设施的能量使用信息必须要求房产的识别，但是不需要该房产上具体的电子设备、房间或能量用户的姓名。因此，可以使得能量监视信息通用，以至于其省略或者使得关于用户和房产的一些信息通用。使用信息到公共设施的传递可以经由如上所述并且如本领域已知的安全连接。

能量监视设备可以从公共设施接收需求响应信号并且向公共设施提供需求响应确认，需求响应确认可选择地包括能量使用信息。可以经由房产上的智能仪表向公共设施传输需求响应确认和可选择的能量使用信息。对于尚未使用智能仪表的房产，可以经由公共数据库向公共设施传输需求响应确认和可选择的能量使用信息。如上所述可以使得通过公共数据库路由的房产专用能量使用信息匿名。

用户还可以经由能量监视设备检查并且支付他的能量账单。通过如上所述并且本领域已知的安全交易实行该支付。

改善能量监视的粒度

当房产具有许多电气电路时，其中有数十个电气负载和状态要识别并且其中电路充满噪声并且具有差的功率因子，可能变得难以在电气负载之间进行区分。在下文的示例性实施方式中，可以使用多个能量监视设备来改善能量监视的粒度。

在一个实施方式中，可以将能量监视设备安装在用于房产的干线断路器与断路器面板之间，并且可以将附加能量监视设备安装在如图1E和1F所示的每一个断路器中。在住宅房产中，通常将灯安装在一个电路上，并且将墙壁插座安装在另一个电路上。大型器具典型地在它们自己的电路上，如车库中的洗衣机和烘干机。接地故障保护电路通常在另一个电路上。可以将限流分路安装在一个电路上，因而在电路上测量的最大瓦特数受到电流分路值乘以电压的限制。可以用最大瓦特数值来编程用于该电路的能量监视设备。电路上的能量监视设备中的模数转换器(ADC)测量用于该电路上的负载的多个电气参数。该ADC用于执行测量的比特具有固定的数量。通过限制最大电流和瓦特数以在电路上测量，ADC可以用更多比特致力于测量负载，从而增加测量的粒度。例如，12比特ADC可以区分4096个数据点。如果电路携带高达4000瓦特，则大约1比特每瓦特用于区分负载。如果同一电路的电流被限于1000瓦特，则4比特每瓦特可用于区分负载，从增加了粒度。

在另一个实施方式中，主要器具如电冰箱、洗衣机、烘干机、洗碗机或加热通风和空调单元中的每一个可以具有它们自己的优选地被嵌入在该器具中的能量监视设备。如下文在“节能器具”中所讨论的，当将能量监视设备嵌入在器具中时，该器具可以向能量监视设备通知该器具当前所处于的状态和将要改变到的状态，并且可以进一步确认状态改变已发生。例如，电冰箱可以向该电冰箱中的嵌入式能量监视设备通知该电冰箱将要打开制冰器或者将要开始制冷器中的除霜循环。该电冰箱中的嵌入式能量监视设备然后可以向主能量监视设备通知即将到来的状态改变，并且该电冰箱中的嵌入式能量监视设备将计算负载特征。该嵌入式能量监视设备计算用于电冰箱中的状态改变的负载特征并且向主能量监视设备通知该状态改变，从而该主能量监视设备将对由于电冰箱的新状态而导致的能量使用记账。因此，主能量监视设备不需要利用计算资源并且不需要使用动态范围来对由节能器具中的状态改变触发的负载特征记账。

非电气数据的监视

能量监视设备可以包括用于监视非电气数据的通用数字和模拟输入。在一些实施方式中，将该非电气数据耦合到房产上的水表和煤气表。除了该房产所有者可以经由能量监视设备上的应用、能量监视设备或能量监视显示设备或包括用户接口、处理器和存储器的具体电子设备接入的能量使用信息之外，能量监视设备能够收集水和煤气使用信息。还可以将能量监视设备耦合到电气设备如自能量生成以控制并且监视它们。自生成能量系统可以包括基于电池的和基于电容器的电气存储器、水电系统、储水池、压缩气体存储器如空气、蒸汽和其他气体，太阳能面板系统、地热系统、风力系统和共同发电系统如天然气和蒸汽轮机驱动共同发电系统。其他非电气信息可以包括由家庭天气传感器单元报告的温度和大气压，热水器中的水的温度、房产的第n层的平均温度、房产室外太阳直射和/或阴影温度、房产上的冷水的温度、蒸汽温度、热水或气体压力、水的流动、气体的流动、油的流动、蒸汽的流动、热水的流动、太阳能热水器的温度、用于电冰箱的压缩液体，在房产上传感器所位于的每个位置的人、动物、运动物体的出现检测、用于传感房间照明的光检测以及当日时间、在房产上合适的传感器所位于的位置中的声音等级以及房产上门和窗户的状态。前述检测的使用与详细能量监视结合可以给出用于他们的能量使用和房产状态的清楚的图画。作为一个示例，用户可以检测人在房产上的出现，窗户打开、空调打开、室外温度高于100℉的日子。通过打开的窗户出去的冷空气代表浪费的能量和金钱。用户可以向该房产上的人发送合适的消息以关闭窗户或者如果该窗户支持自动关闭则远程地关闭该窗户。本领域的熟练技术人员将认识到能源监视的大量该组合利用其他传感器检测并且降低能量浪费。能量监视设备可以接口到家庭安全系统。能量监视设备和家庭安全系统可以经由节能器具协议或其他合适的协议通信。

多个电气和非电气参数与能量消耗合并之间的相关

为了确定消耗的源头并且合并各种能量参数，该方法可以时间同步地将各种过程进行相关。例如，为了确定加热器加热100加仑的水的消耗，该系统可以优选地同时监视少数过程，以便得到正确的结果。在没有详细的监视和多个能量参数的同步控制的情况中，相关不可能或难以实现。这允许提供向最终用户提供总能量消耗，由于分析并且组合多个电气和非电气参数而改善器具检测，提供水、煤气和热水监视中的下一个等级以及它们如何与电流消耗相关联，并且合并使用多个能量源如煤气、水和电的器具。

公共设施接口

能量监视设备100在公共设施与能量用户之间提供方便的电子通信接口。作为功率公共设施的消费者账户记录的一部分，公共设施能够存储消费者的能量监视设备100的IP地址或者其他标识符如有电子邮件地址或用户的家庭网络的网络URL，以与用户的家庭或公司通信网络并且与消费者的移动设备(如蜂窝电话、个人数字助理、便携PC或其他移动计算设备)通信。如果用户相应地配置他的能量监视设备100，则公共设施能够接收消费者的能量使用信息，并且公共设施能够向消费者传输与他的账户相关的消息和与他的能量使用相关的信息。该信息可以包括新的价格表、与能量使用相关的奖励和提供的通知、消费者的账户状态的通知如账单何时应付或过期、对于消费者的关于降低能量使用的方式的建议如特定高使用设备(如HVAC单元、洗衣机和烘干机)的使用的定时的调度。公共设施还能够向用户通知他的能量使用与他的邻居的能量使用相比如何。本领域的熟练技术人员将认识到可以向能量用户传输或者由能量用户查询以上信息。通信和信息架构允许能量监视设备100与公共设施170之间的双向通信。

负载特征算法

如本文所要求的发明中所使用的负载特征是响应于被耦合到能量监视设备的电源下游的电气设备的状态改变而测量或者计算的多个电源参数。能量监视设备从电源测量电源参数并且从测量参数计算附加电源参数。电源参数如有功功率的改变可以指示被耦合到电源的电气设备的状态的改变。

在一个优选实施方式中，使用多级方法来检测用于电气设备的网络中的设备的状态的负载特征。对于该实施方式，使用四个数据子集：SB1a、SB1b、SB2a和SB2b。SB1a包括大多数时间被用于执行第一级负载检测的参数。SB1b包括第一级的有用但典型的不被用于检测负载特征的参数。SB2a包括主要用于执行第二级负载检测的参数。SB2b包括第二级的有用但典型的不被用于检测负载特征的参数。

在3线单相配置(同相、反相、中性)的一个优选的实现中，特征是以下参数的数据的四(4)个子集。

表格II：子集SB1a

表格III：SB1b

表格IV：子集SB2a

表格V：子集SB2b

表格III，SB1b参数主要是从表格II，SB 1a参数计算的。表格V，SB2b参数主要是从表格IV，SB2a参数计算的。负载特征的公共数据库包括已知的器具、电气负载和它们的相关状态。在一些实施方式中，用于公共数据的负载特征包括全部四个表格II到V。取决于具体的负载和状态，一些值可能是未定义的、零或无，如CFG，在安装之前典型地未知的负载的电气连接，并且从一个房产到另一个房产该值可以改变。专用负载特征数据库能够包括除了专用于由能量监视设备检测的实际负载的实际值之外利用相同的表格元素的负载特征。在用于确定电气设备和状态的一个优选方法中，测量并且计算全部四个数据子集，表格II到V。使用P_TRIG＝P_PH+P_CPH来追踪网络功率消耗的改变。该方法首先尝试识别利用专用数据库的负载特征。如果检测到改变，则首先确定该改变发生在哪一个或多个线路(同相、反相、中性)上。例如，在同相上被打开的负载将典型地显示同相和中性中的改变。在反相上被打开的负载将典型地显示反相和中性中的改变。在从同相到反相上被打开的负载将典型地显示同相和反向而没有中性中的改变。在进行任意计算之前，该方法验证P_TRIG不是伪触发器。例如该方法验证功率改变的长度。如果短于0.50秒，则由于噪声而认为是伪触发器。然后测量并且从测量值计算用于四个数据子集表格II到V的值。接下来，使用P_TRIG，使用例如25％的宽的容限，搜索用于负载特征的可能的候选者的专用数据库。对于每个可能的候选者在表格II数据上执行宽容限检查。如果至少一个表格II的数据元素在候选负载特征的25％容限之外，则跳过该候选者并且以类似的方式考虑下一个候选者。然后，对于每个候选者，对于表格II的每个参数，将候选者的对应的元素标准化到负载特征的对应的元素。如果候选者参数非常接近或者与负载参数相同，则该标准化提供接近值一的比率；否则远离值一，这显示了弱的相关性。此后，将全部标准化的参数放入临时表格中，并且对该表格求自相关，以求全部参数之间的相关性的平均数。对于每个候选者，将每个表格II数据元素与标准化候选者数据元素进行比较。如果临时表格的峰值相关性值大于0.95，则该方法有很高的概率认为找到了负载并且识别了与该负载相对应的电气设备和状态。如果该比较的峰值相关性值小于0.80，则使用第二级算法。除了使用表格IV数据元素代替表格II数据元素之外，第二级算法的第一环路使用与以上算法相同的步骤。注意到表格IV值可以包括每个数据元素的多个参数，并且不像表II中那样有单个数据值。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，对于表格IV中的每个数据元素，通过计算数据元素中的值的向量与候选负载特征数据元素中的对应的值的向量，比较两个向量，并且其次，比较用于计算峰值相关性值的单个值。如果峰值相关性值低于0.80，则评估下一个候选者。如果在专用数据库中没有找到对于其中一个可能的候选者的识别，则使用以上算法的两个等级中的每个等级对照负载特征的公共数据来分析要识别的负载特征。如果识别了负载特征，则能量监视设备将计算的负载特征和识别的电气设备和状态存储在专用数据库中。如果仍旧未识别负载特征，则使用第三级算法来识别负载特征。在第三级算法中，使用电压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不同，则该方法使用重新计算的负载特征对照专用数据库执行以上的两级分析。如果没有找到匹配，则该方法使用重新计算的负载特征对照公共数据库执行以上的两级分析。如果仍旧未识别重新计算的负载特征，则该方法可以向用户发信号要求关于负载和状态的反馈。也可以使用信号处理技术来执行附加分析，包括使用快速傅里叶变换(FFT)的谐波分析、数字滤波器、相关、比较、平均、频谱分析和这些的任意组合。可以使用表格III和表格V并且遵循如上所述的相同的量级分析，完成附加分析。如果重新计算的负载特征不同，则该方法使用重新计算的负载特征对照专用数据库执行以上的两级分析。如果没有找到匹配，则该方法使用重新计算的负载特征对照公共数据库执行以上的两级分析。此外，对于复杂并且持续时间长的负载特征例如用于驱动泵、风扇或压缩机的大型电动机的启动周期，可以加长采样时间。考虑到多个负载可以针对采样速率同时改变它们的状态，可以增加下一级。在该情况中，识别搜索将使用改变状态被改变的两个或更多个负载，并且针对专用和公共数据库使用该新的表格。

附加负载特征计算和识别方法包括以下：负载特征的简单的实现是测量并且计算有功功率和无功功率。可以从这些值得到更多值如功率因子百分比、cos(phi)和其他电源参数。假设已知V_额定并且在美国等于例如110VAC或者在大部分欧洲国家等于220VAC，从有功功率、无功功率、额定电压和功率因子可以进一步计算视在RMS电流、有功RMS电流和无功RMS电流。

用负载特征的第二实现是测量并且计算视在功率、有功功率、无功功率和基于时间周期的能量。同样可以从这些值得到更多值如功率因子百分比、cos(phi)和其他电源参数。假设已知V_额定，有可能进一步以更高的正确性计算RMS电流、有功RMS电流和无功RMS电流。

第三实现可以增加有功电流、视在电流和无功电流的RMS值的测量和计算。另外，该方法可以增加有功电压、视在电压和无功电压的RMS值的测量和计算。

用于负载特征的另一个实现是测量并且计算有功功率的波形。从该数据表格可以计算FFT、平均、滤波和相关，以计算并且识别负载特征。

用于负载特征的另一个实现是测量并且计算视在功率的波形。从该数据表格可以计算FFT、平均、滤波和相关，以计算并且识别负载特征。

另一个实现可以考虑到有限数量的谐波例如高达“第n”个谐波、没有任何谐波内容的基波有功功率的THD、频率、周期、过压或欠压条件、骤降和用于事件的周期的数量、网络的质量和其他非电气数据如时间、日期、温度和湿度，增加有功功率的THD或THD的近似值的测量和计算

另一个实施方式可以增加瞬间采样的集合的测量和计算，如瞬间电流和/或瞬间电压，涌入电流或过渡时间。涌入电流没有必要等于过渡时间。例如当电气电动机启动时，涌入电流可以是3秒钟15A峰值，直到电动机获得150rpm的速度为止。在该示例中，过渡时间可以是7.3秒，意味着电动机在7.3秒之后达到静止电流的90％。可以对特征增加过渡时间和涌入电流，如：

(1)过渡时间：t_s90％I_静止＜I_PEAK＜110％I_静止

(2)涌入电流：I_涌入最大t₁和I＜130％I_静止t₂

表格VI：子集Sb3a

除了子集Sb3a值之外，可以从用于同相和反相的以上Sb3a值测量或计算以下参数：视在功率、电流、功率因子、用于基波有功功率总谐波失真和噪声以及用于总无功功率的总谐波失真和噪声。另外，可以测量或计算每个相上的频率、峰值电流、峰值电压、电压骤降、过流和过压，涌入电流、用于全功率的过渡时间、无功相位的频谱内容和反相、电流的频谱内容。

通过由如以下表格VII：数据子集3b所示的对应的失真和噪声值THDN代替总有功功率和总无功功率可以获得用于一个状态的电气设备的负载特征。

表格VII：数据子集3

术语“以前负载特征”涉及在检测到多个电源参数的改变之前最后计算的负载特征。术语“当前负载特征”涉及在检测到多个电源参数的改变之后计算的负载特征。下文描述了如何计算由下标“P”所指示的相位所列出的参数。该计算等效应用于反相和DC功率源。

基波有功功率P_PH是当前负载特征与以前负载特征之间的基波有功功率的差。基波无功功率Q_P是当前负载特征与以前负载特征之间的基波无功功率的差。总有功功率PT_P是当前负载特征与以前负载特征之间的总有功功率的差。总无功功率QTPH是当前负载特征与以前负载特征之间的总无功功率的差。对于同相，总有功功率频谱AS是对于该表格的每个值，当前负载特征与以前负载特征之间的单位为dB的差。表格VIII中显示了对于以上参数可以计算的RMS值。除了计算同相和反相的总值之外，可以省略用于同相和反相的下标。同相和反相可以对于各自的值使用相同的算法。

数据元素	描述	计算
			S	视在功率	S＝sort(P2+Q2)
I	电流	I＝S/U
			PF	功率因子	PF＝S/P
THD_N	有功功率THD	THD_N＝(PT-P)/P
			THD_N	无功功率THD	THDN＝(QT-Q)/Q
PT	总消耗基波有功功率	PPH+PCPH
			QT	总消耗基波无功功率	QPH+QCPH
ST	总消耗基波视在功率	sqrt(PT2+QT2)
			IT	总消耗电流	IPH+ICPH

表格VIII：计算的RMS参数和总消耗功率

对于连续可变负载如调光器或风扇，可以对于处于第一状态如100％打开的负载计算负载特征，并且可以通过将第二负载特征的数据元素与第一负载特征的数据元素进行相关，计算用于该负载的第二状态的负载特征。在一些实施方式中，第二状态的负载特征的数据元素是将要被应用于第一状态的负载特征的每个对应的数据元素的标量值。

在另一个实施方式中，可以将负载特征翻倍，一个用于将要被开启的负载并且另一个用于将要被关闭的负载。如果改变是正的，则使用第一特征，否则使用第二特征。当负载的瞬时对采样速率看起来对于正或负的改变不同时，这可能是有用的。

在另一个实施方式中，可以增加更多的测量和计算，包括电压、电流、有功功率或无功功率波形的比特的有效数量，矩阵计算和/或模拟数字处理如FFT、自相关、互相关、数字滤波、窗化和度量/误差最小化。能够分析频谱内容，该频谱内容包括电流波形、电压波形、有功功率波形、无功功率波形的第n个谐波的谐波内容。还可以分析频谱内容以便测量频谱内容对参考频谱的相关，用于FFT中的每个点的频谱幅度、相位、实部和虚部值中的差，频谱和频谱的一个方案随时间的变化。负载特征还可以包括包括多个谐波的频谱的宽带方案。负载特征还能够包括一个或少数个谐波的选择性的细节如具体的谐波的低频相位噪声。例如，两个负载可以具有相同的功率消耗和类似的THD但是可能具有不同的频谱内容，其中该不同的频谱内容可用于在该两个负载之间进行区分。

在另一个实施方式中，负载特征包括有功功率、无功功率、视在功率、RMS电压、电流、功率因子和有功功率THD的计算。

以上负载特征算法能够在不同的设备和每个设备的不同的状态之间进行区分。要监视的动态范围可能非常大。例如系统可以在小的电气负载如五瓦特的夜视灯被打开与非常大的电气负载如洗衣机开始它的旋转周期一般洗涤大量负载或者尺寸适用于大型建筑物的HVAC在寒冷的冬季周末之后在周一开始它的取暖循环。大型设备通常还具有包括大量状态的复杂的操作特性。现代设备也经常受到用于设置它们的操作状态的嵌入式控制器的控制。因此，可能希望将能量监视设备嵌入到该器具中，并且希望将嵌入式能量监视设备接口到电气设备的控制器，因而当电气设备转换到新的状态时电气设备控制器可以通知嵌入式能量监视设备。在一些实施方式中，可以将嵌入式能量监视设备接口到电气设备的控制器，因而嵌入式能量监视设备可以确立电气设备的一个或多个控制命令。作为将能量监视设备完全嵌入到器具中的替换，将器具中具有可与上述能量监视设备兼容的通信协议的控制器接口到能量监视设备，并且该控制器能够从该器具向能量监视设备传输用于该器具的状态的出厂存储的负载特征。在一些实施方式中，如下所述接口到器具控制器的能量监视设备能够向该器具传输实际负载特征信息，以更新存储在该器具中的出厂存储的负载特征表格。

改变检测-触发方法

本节描述用于准确地检测功率网络中的改变的方法的集合。触发本身是一种科学，并且在多个方法中，取决于信号和环境，一个方法可以比另一个方法更加适合。我们以示波器作为示例：在触发中存在许多选项并且无论要计算的信号是AC、DC、HF、低频还是高频、是否有噪声、重复激发还是单次激发，无论信号大部分是数字的还是模拟的，无论其具有稀少的还是普遍的电子脉冲等等。

我们可以定义用于器具自动检测方法的触发器的多个类别：简单触发器、智能触发器、逻辑触发器、基于相关性的、基于数字滤波器的和基于频谱分析的。

检测功率网络中的改变始于与这些改变有良好相关性的代表性度量的选择。在多个优选参数中，一个优选参数是总视在功率S，单位为(VA)。要记住的一点是触发器开始新特征计算和识别过程。伪触发器可能导致找不到特征，当没有实际改变时这是良性的。但是遗漏触发器是严重的误差，其导致遗漏器具并且有可能功率网络状态的错误理解。

1)简单触发器：搜索到连续采样的改变S。如果该改变超过给定门限，则该方法生成触发器T，T＝(AS＞AS_THSD)。

2)具有求平均的简单触发器：搜索到连续采样的改变S。简单的求平均方法将每个采样均分给它的m个邻居。如果该改变超过给定门限，则该方法生成触发器T，T＝(ΔS_{AVR_M}＞ΔS_THSD)。

3)逻辑触发器：在改变必须具有彼此接近并且接近状态“0”的值之前，向改变增加逻辑条件，如p个连续的采样。在该转变之后，q个采样的值必须类似并且接近状态“1”。假设在t＝n处转变，触发器T＝[(ΔS_0-1＞ΔS_THSD)AND{S(0)≈S(t-1)≈S(t_n·2)≈…S(t_n-j)}AND{S(1)≈S(t_n+1)≈S(t_n+2)≈…S(t_n+k)}]。

4)具有延迟的逻辑触发器：类似于以上“逻辑触发器”，在转变周围增加f+g个采样的延迟，以考虑由于改变状态的器具建立时间。将延迟增加到逻辑条件如：在改变之前具有延迟f的p个连续的采样必须具有彼此接近并且接近状态“0”的值。在该转变之后具有延迟g的q个连续的采样必须类似并且接近状态“1”。假设在t＝n处转变，触发器T＝[(cS_0-1＞ΔS_THSD)AND{S(0)≈S(t_n-f-1)≈S(t_n-f-2)≈…S(t_n-f-j)}AND{S(1)≈S(t_n+g+1)≈S(t_n+g+2)≈…S(t_n+g+k)}]。

5)最大相关/匹配滤波器：定义具有m个采样的匹配滤波器参考信号。可以创建一个或多个参考时间响应如阶跃响应。该触发器在匹配滤波器与输入信号之间搜索最大相关性。当相关性变得大于corr_thrd时，生成触发器。可选择地，可以生成start_trig和end_trig触发器，以指示相关性何时开始超过corr_thrd并且在良好的相关性之后相关性因子何时下降到低于corr_end。必须通过确认的相关性触发器验证两个值，否则这两个值无效。对于最佳性能，必须标准化并且移位触发器信号，因而将触发器信号包括在-1到+1之间。在相关性响应中可能具有一些人工产物。

6)误差最小化：与以上相关性方法“最大相关/匹配滤波器”类似，但是更简单并且更有效。可以创建一个或多个参考时间响应如阶跃响应。当相关性误差下降到低于err_thrd时生成触发器。可选择地，可以生成start_trig和end_trig触发器，以指示误差何时开始低于err_start并且在良好的匹配之后误差何时上升到高于err_end。必须通过确认的误差触发器验证两个值，否则这两个值无效。对于最佳性能，必须将触发器信号标准化到0和+1之间。

7)数字滤波器：在该方法中，由数字滤波器滤波视在功率S，并且当在滤波之后的幅度改变超过给定门限值时生成触发器。可以使用带通滤波器来抑制高频(噪声)并且截断DC值。由于滤波信号是输入信号与滤波器响应的卷积，所以可以生成可选择的start_trig和end_trig触发器以指示改变幅度合适开始高于filt_start并且在转换之后滤波信号何时下降到低于filt_end。必须通过确认的滤波器触发器验证两个值，否则这两个值无效。

8)频谱分析：

i.参考模板：将S信号的n个采样馈入FFT。使用频谱参考门限模板来确定是否任意频谱内容超过该模板。如果是则生成触发器。在滑动模式中，在滑动k个采样的相同的信号上处理下一个FFT，k可以是1到m。在分组处理中，向FFT提供n个新采样的分组并且处理。可以增加窗化以降低特别是在分组方法中在分组中的人工产物。

ii.参考度量：在另一个频谱分析方法中，使用度量来确定改变的能量是否高于门限并且与噪声特征不同或者没有改变状态或其他。

iii.参考频谱特征：该方法类似于参考模板，但是改为测试对于任意频谱超过了模板多少，该方法搜索与参考频谱特征的最大相关性，不要与器具特征混合。

9)多触发器：不禁止实现多个上述触发器方法。在该情况中可能增加复杂度并且在冲突触发器结果的情况中必须完成附加分析。共同的性质包括全部触发器方法，因为这在伪触发器的情况中导致良性的误差。

10)多参数触发器：该方法可以使用如上触发器方法的集合，并且对于每个可重复的参数一个或多个触发器方法。例如，在一个实现中，该方法可以使用有功功率、无功功率和噪声等级来触发功率网络中的改变。可能再次增加复杂度并且在冲突触发器结果的情况中应该需要附加分析，触发使用了包括性原则并且任意生成的触发器是有效的。

适用性和考虑

i.在将触发器方法应用于ii之前必须对触发器信号滤波以降低噪声。

ii.在另一个方法中应用自适应噪声降低。

iii.拖延：观察窗或参考相关性独立的长度是重要的。太长则可能增加数十个采样的延迟并且拖延(遗漏)任意新的功率网络改变。太短则可能降低触发器辨别力并且在出现噪声的情况中可能生成太多伪触发器。

iv.最大延迟，采样速率、数字滤波器抽头数量、FFT中的延迟、滤波器和相关：这些参数是重要的并且可能相互依赖。应该对着设计规范评价优点和缺点。

v.处理功率、固定或浮点计算也是要考虑的重要的点，并且对照规范开展可以确定处理器、DSP、存储器和处理分支的类型。

检测时变负载

缓慢改变负载：老化器具

随着器具老化，用于一个或多个状态的负载特征改变。例如作为电动机年龄的轴承，用于洗碗机、电冰箱、洗衣机、烘干机或HVAC风扇中电动机的涌入电流可以与该器具全新时的负载特征相比将改变。全负载电流、涌入电流、有功功率和无功功率都可能随着器具老化而缓慢改变。能量监视设备在它的负载特征的专用数据库中追踪电子设备的最近检测负载特征。能量监视设备可以本地存储用于电子设备和状态的一个或多个老旧负载特征。该老旧或原始负载特征还可以被存储在负载特征的公共数据库上。运行在能量监视设备、能量监视显示设备或具有用户接口、存储器和处理器的另一个电子设备上的应用可以将用于电子设备和状态的最近负载特征与用于该电子设备和状态的老旧负载特征进行比较，以确定电子设备的老化。可以测量涌入电流、达到静止状态的时间、过流比和静止状态建立时间的具体子增量的功率比的改变，以确定电子设备的老化。可以使用具体缺陷与负载特征中的改变的相关性来识别器具中的老化组件。

涌入电流

当电动机启动时，与启动电动机相关联的涌入电流随时间而改变直到电动机达到稳定状态为止。为了检测涌入电流，可以按照固定的时间间隔进行连续的电流测量直到电动机达到稳定状态为止。负载特征可以包括用于如以上表格II，SB1a中所显示的静止状态时间的10％到90％期间的涌入电流的字段。可替换地或者另外地，在如以上表格III，SB1b中所显示的静止状态的建立时间的10％、30％、60％和90％之后可以测量多个功率比。

复合负载

一些器具如洗衣机、洗碗机、烘干机和加热通风和空调单元可以具有多个不同状态并且状态的组合包括复合负载。通过用户向能量监视设备提供关于电子设备的当前状态的反馈，通过使用人工智能的模式匹配，并且通过使用本文所述的节能器具协议的设备间通信，来辅助检测复合负载的特征。例如洗碗机可以具有预加热周期、漂洗周期以及用于易碎盘碟的清洗周期、升起盘碟和热干燥周期。在一些实施方式中，时间标记可以指示器具功能的开始如开始漂洗周期。可以由用户在能量监视设备的输入接口上，在能量监视显示设备上或在具有用户接口、处理器和存储器的电子设备上输入开始指示。此外，如果能量监视设备支持本文所述的节能器具协议，则该器具可以向能量监视设备通知器具功能的开始。在知道诸如预漂洗、清洗、漂洗和干燥的周期模式的初始设置之后，可以使用人工智能来预测如周期模式中所述的下一个器具功能。可以向用户显示器具功能以便确认进一步建立周期模式。能量监视设备可以例如显示消息“检测到洗碗机启动。使用什么程序？”用户可以确认洗碗机已启动，具有大型负载，在清洗结束时有加热干燥周期。周期模式中的每个器具功能具有被认为是器具功能的周期模式的子特征的负载特征，每个特征具有它自己的时间标记。同样如本文所述，具有包括多个负载特征的复合操作模式的器具还可以具有它自己的嵌入式能量监视设备，从而使得该器具成为节能器具。该节能器具知道它自己的状态，测量它自己的负载特征并且可以向能量监视设备传递负载特征、状态和使用信息。

具有多个操作等级的负载

用于特征化具有多个操作等级的负载的一个具体实现是当操作等级从操作功率范围的最小值改变到最大值时分析它的特征的参数之间的相关性。

用于发现具有多个操作等级的负载的一种方法是在从最小值到最大值的各种操作等级上在先定义它的多个子特征，并且在新测量的特征的额定功率等级上插入它的特征的参数，以尝试识别它。

在一个具体的实现中，可以更新负载特征以利用如下顺序1-7的增加来识别用于持续可变负载的特征：

1.检测功率网络中的改变

2.计算新特征并且识别新负载的连接

3.搜索专用数据库以便识别具有可能的候选者的特征

4.如果没有找到任意一个具有高的概率等级，则进行具有连续可变负载的第二关，其中对于该连续可变负载，最小到最大范围落入测量新特征之中

5.对于每个负载，在测量新特征的等级上插入特征

6.尝试识别特征，如果发现概率高，则停止过程并且将该新特征识别为来自数据库的一个特征。

7.如果没有识别具有高的概率等级，则搜索所述公共数据库。可以使用相同的方法来检测时变负载。

节能器具

如图1C中所示，可以修改上述能量监视设备100以便被嵌入到电气设备中，从而创建节能器具。嵌入式能量监视设备105特别适用于被嵌入在消耗大量能量和/或具有包括大量状态的复合操作模式的电气设备中，其中每个该状态具有它自己的负载特征，特别是在设备具有高的初始成本的情况中。在器具中容易吸收并且由通过嵌入式能量监视设备的有效使用所实现的能量节省支付增加嵌入式能量监视设备的附加增加成本。在用于设备的状态的负载特征中随时间的改变可用于检测器具中的一个或多个电气组件的过度磨损的情况中，嵌入式能量监视设备也是有益的。在该示例中节能器具能够向用户通知该器具中即将到来的维护问题或者何时该替换该器具。嵌入式能量监视设备能够包括具有用于该节能器具的每个操作状态的出厂默认负载特征和出厂测试结果负载特征的专用数据库、节能器具的操作状态的列表、制造商和模型信息、额定操作电压、最大操作电流和用于与能量监视设备100通信的节能器具协议。当能量监视设备100首次通电时，能够向任意连接的能量器具广播消息，询问任意该设备是否出现并且被连接到通信网络。嵌入式能量监视设备105监视其被嵌入的设备中的电源并且创建用于节能器具的每个操作状态的实际负载特征。嵌入式能量监视设备105还能够向能量监视设备100通知能量监视设备100不需要计算用于正在改变状态的电气设备的当前状态的负载特征，因为嵌入式能量监视设备105已经计算它了。对于每个状态，嵌入式能量监视设备105可以将计算负载特征与出厂默认负载特征或由测试实验室计算的负载特征比较，以确定设备的电气操作效率。可以将该信息从嵌入式能量监视设备105与用于用户的可选择的建议消息一起传输到能量监视设备。例如在电冰箱中随着压缩机老化，嵌入式能量监视设备105可以检测到负载特征随着压缩机开关的变化并且经由能量监视器100报告该变化。器具功能被与控制器实现在一起的节能器具可以就器具控制器接口到嵌入式能量监视设备105以向能量监视器通知该器具正在改变节能器具中的操作状态的状态。例如洗衣机的器具控制器可以向嵌入式能量监视控制器通知该机器正在转变到状态“大型洗衣负载的漂洗周期”。作为响应，嵌入式能量监视设备可以做出合适的负载特征计算。将嵌入式能量监视设备接口到器具控制器极大地降低了用于确定电气设备、状态和用于该状态的负载特征的计算和误差概率，因为由器具控制器将电气设备身份和状态给予嵌入式能量监视设备。节能器具架构还极大地增加了能量监视系统的准确性和自动化，因为用户不需要确认设备和状态，并且嵌入式能量监视设备105可以选择适用于已知的设备和状态和近似的负载的负载特征算法。使用下文所述的节能器具协议，嵌入式能量监视设备105然后可以向能量监视设备100通知该电气设备、该状态和由嵌入式能量监视设备计算的相关负载特征。本领域的熟练技术人员将认识到电气设备的制造商处于理解他们的电气设备组件将如何老化并且需要服务或替换的最佳位置。因此，嵌入式能量监视设备可以具有被添加到核心嵌入式能量监视设备功能中的基本惯用逻辑，以便给予制造商对他们自己的器具的专门知识给予用户节能窍门和关于部件的修理和替换的建议。嵌入式能量监视器还能够被嵌入到电源子系统中，例如可以在家庭娱乐系统。计算机或其他当代电子设备中被找到。

具有用于双向通信的装置的器具的制造商可以将用于电子设备的负载特征的集合存储在器具上的存储器中，以代替将能量监视设备嵌入到器具中。如下所述，能量监视设备可以使用如下所述的节能器具协议来从器具请求初始负载特征。制造商还可以存储其他信息，包括器具类型、功能、品牌、零件编号、原产地、软件版本、硬件版本和购买日期。

器具的远程控制

仅仅单向通信的器具设备可以辅助器具的负载和状态检测。可以命令支持如本文所述的节能器具协议的接收和处理的设备到能量监视设备已知的状态。然后能量监视设备可以检测用于该状态和到该设备的命令中所寻址的设备的负载。也可以由电气耦合到多个电子设备并且可通信地耦合到该能量监视设备的控制面板到设备的远程命令。用户可以通过手动输入用于电子设备的状态的命令或者通过使用可通信地耦合到控制面板的远程控制设备如红外遥控器或编程智能电话，控制耦合到控制面板的电子设备。可替换地，运行在能量监视设备上的应用、能量监视显示设备或可通信地耦合到能量监视设备的、具有用户接口、处理和存储器的具体电子设备可以向具有双向通信的电子设备发送命令以进入特定状态。能量监视设备然后计算用于命令设备和状态的负载特征并且将负载特征存储在专用数据库中。

器具替换顾问

能量监视设备读取并且存储关于房产上的每个电气设备的详细能量使用信息。可以由设备合计能量监视信息，以便向用户做出关于该设备的能量使用的设备专用推荐。设备专用推荐可以包括推荐具体的维修服务、推荐设备的替换和通过显示与新替换设备相关联的计划内能量节省来通知用户替换该设备的机会成本。如上所述，在专用数据库中，用户能够输入用于电气设备的牌子、模型、零件编号和购买年份。同样如上所述，在公共数据库中，能量监视设备能够在公共数据库中查找用于电气设备的负载特征，并且因此还能够访问该电气设备的牌子和模型信息以及该设备的相关特征。例如电冰箱的特征可以包括电冰箱的立方英尺容积、其是否包括其他特征如自动除霜周期、制冰机或饮水机，是并排模型还是上下模型，该设备是否被Energy Star

评级以及该设备的计划能量效率速率。使用用于设备的该识别信息，能量监视设备能够查询电气设备的公共数据库，以确定是否存在具有类似的特征并且使用更少能量的较新的模型。能量监视设备然后可以基于新设备，准备用于比较计划能量成本的报告，并且对用户做出推荐。由本文所示的任意通信装置向用户传输该报告。如上所述，可由公共设施、电气设备制造商、电气设备销售商或网络主控服务中的一个或多个维护公共数据库。对用户的推荐可以包括到器具销售商或制造商的嵌入式链路。公共设施能够直接地或经由房产上的能量监视设备发送奖励提供，以便房产所有者替换器具。

节能器具协议

节能器具增强能量监视功能，因为其(1)能够利用嵌入式能量监视设备来监视它自己的电气条件，并且(2)能量监视设备100不需要确定智能设备的身份或者其所操作的状态，因为这两个信息是节能器具已知的并且仅需被发送到嵌入式能量监视设备105，然后被中继到能量监视设备100。如上所述，嵌入式能量监视设备105可以可替换地将负载特征与状态和设备标识符一起发送到能量监视设备100，从而消除让用户确认设备标识和状态的步骤。节能器具的制造商还能够将操作状态的控制接口到嵌入式能量监视设备105，从能够经由能量监视设备100进行节能器具的控制。例如，节能家用烤箱的控制被接口到嵌入式能量监视设备105，该节能家用烤箱可以通知用户该烤箱已被打开了两小时或更久。可以从节能器具或者嵌入式能量监视设备105生成消息并且经由文本消息被路由到能量监视设备100然后到用户的蜂窝电话。用户能够向能量监视设备100回发文本消息“烤箱关闭”，能量监视设备100可以向嵌入式能量监视设备105并且向节能器具转发关闭烤箱的命令。

节能器具协议命令能够源于能量监视设备100、嵌入式能量监视设备105，只要节能器具制造商支持它。如下所述，该命令能够具有以下通用格式。本领域的熟练技术人员将认识到可以用各种方式实现本文公开的功能。

开始

来自设备

到设备

命令

参数

停止

表格1

开始、停止——开始和停止字段可以包括可以与命令分组中的其他数据区分的任意符号或比特形式。

来自设备、到设备——这些可以是唯一性标识符如IP地址或源和目的地设备的其他唯一性识别。每个节能器具、节能器具中的嵌入式能量监视设备105和能量监视设备100能够具有唯一性地址以支持命令。可以使用通用标识符如“全部”来寻址到全部连接设备的全局命令。

命令——下文是可用于实现上述功能的小的命令集合。本领域的熟练技术人员将认识到在不脱离本文所公开的功能的前提下，可以增加并且可以删除一些命令。

参数——参数能够是命令专用的，包括如下所述多个参数。一些命令能够无需任何参数实现他们的功能。

在以下命令列表中，EMD涉及能量监视设备100，EEMD.x涉及嵌入式能量监视设备105并且SA涉及耦合到它的EEMD.x 105的节能器具。可以由EMD向EEMD.x或SA或者由EEMD.x向它的关联SA发送大部分命令。嵌入式系统设计领域的熟练技术人员将认识到具有存储的负载特征表的器具控制器能够使用多个以下命令来直接接口到能量监视设备而无需该器具具有嵌入式能量监视设备。命令：

返回设备描述——该命令从目的地设备返回描述信息。描述信息可以包括文本描述、IP地址、其他唯一性标识符、制造商、模型、额定电压、最大安培数或者其他设备信息。

返回状态列表——该命令返回用于SA的状态的列表，用于将负载特征与设备和状态关联。返回状态的列表允许EMD和/或EEMD.x知道状态的列表，而不通过监视、向用户提供和由用户进行的确认来发现它们。

返回负载特征——该命令返回用于设备和用于该设备的状态的负载特征。参数包括负载特征请求的状态，获得该负载特征的源。源可以是用于每个状态的出厂、通用、默认负载特征、基于测试实验室结果的负载特征或者由节能器具中的嵌入式能量监视设备获得的实际负载特征。

返回SA命令列表——该命令返回当SA被接口到嵌入有EEMD.x的电气设备的控制器时，由SA向EEMD.x披露的命令、描述和参数的列表。

返回软件版本——该命令返回目的地设备的当前软件版本等级。该命令可用于查询设备的软件版本等级，以便确定软件更新是否是恰当的并且以从本部等级确定由安装软件支持的功能。

执行节能器具命令——该非常强大的命令允许能量监视设备如下所述在停电之后执行受控恢复，基于当日时间、当前或预测负载来管理用于降低能量成本和消耗的能量使用并且实现不注意到未关闭的设备的远程控制。

返回当前状态——可以与执行节能器具命令结合使用该命令，以辅助实现上述功能。

设置软件版本——该命令将软件的更新下载到目的地设备中。

设备询问——该命令允许能量监视设备100或嵌入式能量监视设备105询问是否存在其他能量监视设备被嵌入到或连接到该网络并且以获得每个设备的地址。通过一个或多个以上命令，无论是否是嵌入式的能量监视设备都能够确定连接的能量监视设备的能力。

本领域的熟练技术人员将认识到在本文公开的教导中可以容易地扩大该最小命令集合。

在停电之后的受控恢复

在停电之后，希望使得电气设备受控恢复到它们的以前状态或其他确定状态。没有受控恢复，则具有除了“关闭”之外的其他以前状态的全部设备可能在停电之后恢复电力之后立即开始汲取功率，除非它们的内部控制电子(如果有)被编程为不是这样。如上所述，特别是关于具有复合操作状态和具有高能量使用的电气设备，希望以这样一种方式控制停电之后的恢复，其中该方式不汲取太多电流并且将电气设备安全地带回到安全操作状态。例如，如果在停电期间，在车库中的电锯处于“打开”，则可以防止它在恢复电力之后重新启动并且可以需要由用户的手动操作来重新启动它。可以给予电冰箱优先权以便保存食物防止腐败。如果在热天长时间停电，则可以重新清洗洗衣周期中的一方而不是重新开始当停电是正在进行的清洗周期，从而避免可能的霉菌问题。能量监视设备能够保持设备处于关闭状态，并且通过保持全部节能器具处于关闭状态直到由能量监视设备100命令每个节能器具重新启动为止来控制重新启动。可以由能量监视设备100，由用户创建的步骤顺序、根据制造商的推荐或者他们的组合来预先确定该顺序。将它们的控制器和控制命令接口到嵌入式能量监视设备的节能器具可以实现该恢复逻辑。

人工智能——使用模式、优化、预测

如上所述，能量监视设备对它监视的能量使用盖上日期/时间戳，并且进一步将该使用与一个或多个设备相关联，其中每个该设备具有一个状态。如上所述，能量监视设备100已接入价格表，其中该价格表形成用于报告由能量监视设备监视的能量使用的成本的基准。因此，能量监视设备或具有数据记录能力的远程设备如个人计算机310能够分析能量使用中的模式，以确定通过改变能量使用模式是否可以具有成本节省。例如，可以分析数据以确定用户通常在峰值使用时间清洗并且干燥他们的衣服，因而触发更高的价格表。可以向用户建议具有更低的价格表的不同的时间连同遵循该建议的成本节省估计。使用模式还可以用于基于过去的使用，基于一个或多个价格表，预测未来能量成本。预测可以按照小时、天、周、月、季度、年或季节。

按周期操作的复合但重复的电气设备如洗衣机、洗碗机和加热器能够产生负载特征的重复的序列。可以将负载特征序列命名并且存储在能量监视设备、远程显示设备或数据记录设备的本地存储器中。例如“洗衣机，大型负载，满载周期”可以是涉及这样一种负载特征序列的名称，其中该负载特征序列包括打开注水阀、开始注水等级开关并且关闭注水阀的特征。

使用模式

可以使用被称为周期模式的能量使用模式，基于过去能量使用数据，概率性地预测在房产上可能将要使用一个电子设备的时间。运行在能量监视设备上，在能量监视显示设备上或者在具有存储器和处理器的另一个电子设备上的应用可以分析过去能量使用数据，以利用在递增时间周期期间将利用一个设备的相关概率，创建每个递增时间周期的使用类别。一个时间周期可以是15分钟的时期，一小时、一天、一周、一个月、一个季、一个季度或一年。可以使用使用类别，通过给予负载特征检测算法在特定时间间隔上极有可能被打开的电子设备的列表，辅助负载特征检测算法。第一类电子设备可以是在该房产上在具体时间周期在该类别中极大程度上有可能被打开的负载的小型子集。第二类电子设备可以是第一类的超集，但是在具体时间周期在该类别中有更低可能被打开。第三类可以包括电子设备的专用数据库中的电子设备的剩余部分的大部分。第四类可以包括整个专用数据库。第五类可以包括公共数据库的一部分并且第六类可以包括电子设备的整个公共数据库。

作为一个示例，过去电子设备能量使用数据的分析可以显示每个周一到周五在早上7:00到早上7:30之间使用插入型电动剃须刀的概率为0.75。这样，可以将电动剃须刀分类到第一类中。当周一到周五在早上7:00到早上7:30之间检测到电源参数改变时，计算新负载特征，并且负载特征检测算法可以首先尝试将最新计算的负载特征与电动剃须刀的状态的负载特征相匹配，因为其已经确定在早上7:00到早上7:30之间的时间增量期间将使用电动剃须刀的概率很高。如果最新计算的负载特征不是电动剃须刀，然后可以检查第一类中的其他设备的负载特征。如果在第一类中没有找到该最新计算的负载特征，则该负载特征检测算法可以检查电子设备的第二类。该负载特征检测算法继续直到找到该设备或者搜索了全部类别并且未找到该设备为止。本领域的熟练技术人员将认识到可以在负载特征中的任意数据元素上分类并且索引类别中的电气设备以加速搜索过程。例如，可以由平均功率消耗、有功功率、无功功率或负载特征的其他数据元素来分类或索引负载特征处于第一类中的电子设备。可以通过历史数据的分析来创建类别。可替换地或另外地，用户可以创建用于设备或时间周期或其他测量周期的具体类别。例如用户可以创建用于“冬天，周一到周五在早上6:30到早上8点之间”的类别。在该时间期间，用户很快起床准备好工作，收音机闹钟被打开、剃须刀或电吹风被打开，加热器被打开并且给房屋取暖。当用户知道特定设备将被激活时，类别定义可以助于监视具体时间。

在创建了用于具体时间周期的类别期间，可以使用类别和它们中的设备作为人工智能模式。可以使用与设备和类别匹配因而确认分类的其他事件来增加分配给该分类中的电子设备的权重。如果电子设备最初被分类到第一类中，但是在监视周期之后该设备未被打开，则可以降低在第一类中用于该电子设备的权重。可以对于类别建立门限权重，从而如果电子设备的权重下降到该门限之下，则将该设备自动地分类到它的数据库类型中的下一个较低的类别中。例如，如果将电动剃须刀分类到用于从周一到周五在早上7:00到早上7:30的时间周期的第一类中，并且在特定日子的该周期期间该设备未被打开，则可以将电动剃须刀的权重减一。如果权重达到零，则将该电动剃须刀下降到公共数据库中用于从周一到周五在早上7:00到早上7:30之间的第二类中。

器具设置优化

可以使用使用模式信息与负载特征信息结合来优化器具设置如电冰箱。用户选择要优化的器具，并且输入调整参数，它的单位，最小值和最大值，参数增量，测试持续时间以及测试周期和周期增量。例如“电冰箱，温度F°，25°，35°，1°，三小时，30分钟”。在测试周期之后，能量计测量在每个增量设置上消耗的能量以便显示给用户，以及用于每个设置值的预测成本以用于预测时间周期如一个月或一年的预测。用户然后可以根据基于能量节省的最佳值，设置用于他的电冰箱的温度。在将电冰箱设置到新的更能量有效的设置之后，用户将独立地验证该新温度也在指定时间周期内保持食物新鲜。

预测

如上所述，可以使用被称为周期模式的能量使用模式，基于过去能量使用数据，概率性地预测在房产上可能将要使用一个电子设备的时间。运行在能量监视设备上，在能量监视显示设备上或者在具有存储器和处理器的另一个电子设备上的应用可以分析过去能量使用数据，以利用在递增时间周期期间将利用一个设备的相关概率，创建每个递增时间周期的使用类别。一个时间周期可以是15分钟的时期，一小时、一天、一周、一个月、一个季、一个季度或一年。还可以使用周期模式来生成未来能量使用的预测。预测可以具有图形、饼图的形式。预测可用于每周、每月、每季度和每年预测模式的周末对周末比较。

运行在能量监视设备上，在能量监视显示设备上或者在具有存储器和处理器的另一个电子设备上的应用可以获取过去天气模式信息并且将过去天气信息与过去能量使用信息相关联。该应用可以进一步获取用于一个时间周期的预测天气数据并且将过去天气信息与该预测天气信息相关联，以从过去能量使用信息预测能量使用模式。给定一个预测天气模式，该应用可以进一步鉴于过去能量使用和预测天气模式，建议将最小化后能量使用的加热通风和空调计划。

AC应用和自供电

还可以在离电网自供电AC应用中使用上述能量监视设备和特征。离电网自供电AC电源可以包括由煤气发电机、煤气便携式发电机、电池或涡轮发电机、使用电气逆变器来将DC变换成AC的太阳能面板、风力、地热和生物电子发电的发电。主题的房产可以是房屋、小屋、农舍、粮囤、水箱、消防控制、消防车库、国家公园，游乐园、商业建筑物、游车或其他结构。

DC应用和自供电

可以在直流(DC)电气环境如混合动力车或用户具有自供电系统如发电机、太阳能面板或风力涡轮发电机的情况中使用以上设备。能量监视设备能够监视由DC自供电系统生成的功率。能量监视设备能够结合自供电发电，建议用户何时重新调度他的能量使用，以便优化自供电功率到电网的传递，从而基于当日时间价格表最大化他的能量节省。对于DC应用，可以省略在逻辑上不适用于DC设备的负载特征计算的特定测量，如cos(phi)、相电压、相电流、相功率、无功功率、视在功率、功率因子和这些参数的相关性或快速傅里叶变换分析。虽然总谐波失真(THD)和频率典型地不适用于DC信号，但是信号可能包括将以频率或THD的形式来分析的噪声分量。能量监视设备能够根据对于DC应用修改的上述算法测量并且计算DC负载特征。

太阳能发电系统应用

许多家庭和公司现在安装太阳能发电系统以降低它们的能量成本并且产生清洁能量。太阳能发电系统包括太阳能面板的阵列。该阵列可以是单个太阳能面板、串联太阳能面板的串或者并行耦合到太阳能面板串列的集合。能量监视设备可以监视单独的太阳能面板、太阳能面板的串列或者并行耦合到太阳能面板串列的集合。在一个实施方式中，每个太阳能面板包括能够向能量监视设备传输传感器信息的DC电流和电压传感器。在一些实施方式中，由射频识别(RFID)标签传输传感器信息。可以将该信息盖上时间戳并且与其他能量监视信息一起记录，以确定阵列中的具体太阳能面板的性能特性。例如如果太阳能面板阵列中的一个太阳能面板比该阵列中的其他太阳能面板产生更少的能量，则该太阳能面板可能具有缺陷，可能需要清洁或者可能在上面具有堆积物如树叶、尘灰或雪。可以通过能量监视系统向用户发送合适的消息，用于警告具体面板比全部面板的平均数少传递例如20％的能量，并且用户应该核实面板面朝太阳的方向，清洁该面板并且检查该面板是否经常被阴影或碎片阻挡。如果来自太阳能系统的总输出随着时间而减小，则需要清洁整个太阳能面板阵列，并且可以向用户发送合适的消息。合适的消息可以是例如“警告：与一个月前相比，系统通常每天少产生15％的能量，并且没有具体的面板实质性地偏离系统平均”。清洁全部面板。如果问题持续，则呼叫太阳能系统安装员来检查该系统。可以进一步合计并且对照从太阳能系统返回的总电流和电压来比较来自阵列中的每个太阳能面板的信息，以确定太阳能系统作为一个整体的效率。能量监视系统可以通知用户太阳能系统控制器或逆变器可能有误。

如果房产除了太阳能电力之外还利用电网电力，则能量监视设备可以进一步向太阳能系统控制员提供电网系统的过零同步信号和行频。能量监视设备可以进一步比较太阳能系统输出上的过零和频率，以确定太阳能系统控制器或逆变器正确地工作并且向用户发送合适的消息。该消息可以是例如“警告：太阳能系统控制器和/或逆变器在错误的频率或相位上发电。呼叫你的太阳能系统安装员来检查控制器和逆变器。”也可以将合计的太阳能系统输出盖上时间戳并且与过去能量使用比较，以便产生每个测量合计周期的预测成本节省。合计周期可以是每分钟、每十分钟、每小时、每周、每月、每年或者任意其他时间增量。用户可以使用能量监视设备上的用户接口或者经由可通信地耦合到能量监视设备的计算机来设置合计报告时间周期。

在另一个实施方式中，能量监视设备可以进一步控制太阳能发电系统输出电流的注入，以执行能量监视设备的电源系统下游中的功率因子修正。该能量监视设备可以进一步与太阳能系统控制器双向通信以管理太阳能系统控制器上而不是能量监视设备上的电流的功率因子修正注入。在2009年1月26日基于35U.S.C.§119(e)递交的标题为“POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTIONMETHODS”的共同未决的美国临时专利申请序列号61/206,501，在2010年1月25日基于35U.S.C.§119(e)递交的标题为“POWERFACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHOD S”的共同未决的美国临时专利申请序列号61/298,112，在2010年1月26日递交的标题为“POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTIONMETHODS”的共同未决的美国临时专利申请序列号12/694,153和2011年1月25日递交的代理人案号为RADA-00301并且标题为“POWER FACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHODS”的美国临时专利申请中描述了功率因子修正方法，为了一切目的通过参考的方式将它们整体合并入本文。

在另一个实施方式中，使用一种形式的反射法来确定太阳能系统阵列中的太阳能面板有缺陷。反射法方法包括时域反射法(TDR)、时域传输法(TDT)和扩频时域反射法(SSTDR)。能量监视设备可以通过与太阳能发电系统控制器通信，寻址具体的面板串。能量监视设备然后可以在太阳能面板系统中生成指向寻址的太阳能面板串的能量脉冲。能量监视设备然后测量来自该太阳能面板串的反射信号。能量监视设备然后生成用于特征化来自该太阳能面板串的反射信号的参数集合，并且使用该参数集合来特征化面板的集合。如果经由太阳能面板控制器不能寻址单独的面板，则能量监视设备可以接收用于该串中的每个太阳能面板的多个反射脉冲信号。能量监视设备然后建立用于该多个反射信号中的每一个的参数的特征化集合。由串中的具体面板在反射脉冲的接收时刻中的相对位置来特征化该面板。第一接收反射是该串中的第一面板，并且最后一个接收反射是该串中最后一个面板。对于太阳能面板阵列中的每个面板串重复该过程。可以比较来自全部太阳能面板的特征化参数的集合，以确定串中确切是哪个面板可能有缺陷或表现不佳。参数可以包括幅度、峰值、峰至峰值、RMS值、平均值、相位、持续时间、传播时间、过量延迟扩展、延迟扩展标准差、具有+/-3个标准差的延迟扩展、反射波的极性、频谱内容、多普勒偏移(如果适用)和每个反射波形的形状。可以将用于太阳能面板的参数的集合与输入脉冲比较并且与任意和全部其他太阳能面板比较。

图形用户接口

当前要求的发明的能量监视设备系统和方法对于家庭或小型公司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。出于各种各样的目的，可以在多个等级合计能量监视信息。运行在具有图形显示能力的远程设备如智能电话(iPhone

Droid

Blackberry

等等)、蜂窝电话、个人数字助理或便携式计算机上的、具有图形用户接口的一个或多个应用能够使用该详细的能量使用信息提供查询、显示和优化工具。提供使用便携式设备上的应用，房产所有者可以访问由能量监视设备生成的数据，以实时地检查房产的能量使用的状态，远程地控制该房产中的电气设备并且查询由能量监视设备收集的任意数据。该应用可以进一步允许房产所有者远程地设置并且检查用于能量监视设备的安全特征。

能量监视设备与远程用户设备之间的通信

在一个优选实施方式中，能量监视设备经由到4G全IP(因特网协议)网络的小区传输塔的因特网向房产所有者发送警告和消息。如本领域已知的，可以由其他网络类型如3G、WiMax、WiFi、TCP/IP和其他网络协议转发消息。可以直接向该房产中的远程显示设备或者向用户便携式电子设备发送由能量监视设备获取的数据。在一个优选实施方式中，向服务器发送能量监视数据以便存储。该服务器可以是用户的房产上的专用数据库、在公共设施处的安全数据库或者由主控服务主控的公共数据库。用户能够运行在他的远程设备如智能电话上的应用，其中该远程设备需要来自用户的专用数据库的他自己的数据。用户还可以查询主控公共数据库，以将他自己的能量使用与数据被存储在公共数据库上的类似的用户的能量使用进行比较。

房产所有者可以利用房产所有者的远程监视设备的地址或标识符来配置能量监视设备。在一个优选实施方式中，房产所有者的远程显示设备是4G智能电话并且能够接收SMS文本消息。能量监视设备生成警告或消息，将该消息寻址到房产所有者的智能电话并且向房产所有者的智能电话发送文本消息。用户可以进行响应，以通过SMS文本消息向他的智能电话发消息。在一个优选实施方式中，向用户的智能电话发送的消息包括有限的回答选择列表，用户可以从该列表进行选择。例如如果用户在出门去工作之前不注意地忘记关闭烤箱并且当不期望烤箱工作时如在从周一到周五的工作时间期间该烤箱仍在运行，则能量监视设备可以向用户的智能电话发送消息“警告：烤箱仍然打开。关闭它？是/否”。用户发送具有响应“是”的消息并且如果该烤箱支持能量监视设备的远程控制则能量监视设备可以关闭该烤箱。

房产所有者可以查询从能量监视设备流出的并且存储在有很多专用数据库或公共数据库中的数据，其中该公共数据库主控该房产所有者的存储数据与其他房产所有者的存储数据。运行在用户的智能电话上的应用可以访问存储信息并且将他自己的能量使用信息与他的区域中的可比较的能量使用者进行比较。

能量监视设备包括通用输入输出(I/O)模块，其接口到该房产上的其他传感器系统如家庭安全系统、温度、光、声音、运动、公共设施流和其他传感器。用户能够在他的iPhone

上接收关于在该房产上发生了什么的警告。例如，能量监视设备检测到视频游戏已经通电。家庭安全系统检测到房产所有者的女儿的房间中具有与这样一种时间相对应的当日时间戳的运动，其中在该时间时房产所有者希望他的女儿在做她的家庭作业。能量监视系统可以向房产所有者iPhone

发送父母警告，用于通知他他的女儿在玩视频游戏并且不做她的家庭作业。其他家庭安全系统如宠物门上的传感器或宠物上的在家庭安全系统范围之中的GPS标签可以经由能量监视设备向房产所有者触发类似的家庭警报。接口到家中的其他传感器的能量监视设备可以向房产所有者的远程能量监视显示设备如智能电话或iPhone

转发各种各样的警报。

通过使用房产所有者的能量监视远程显示设备上的应用，房产所有者可以编程与事件相关的规则，并且该应用向能量监视器查询那些事件，并且向房产所有者发送与该规则相关的警告。如果满足了与事件相关的规则的元素，则向房产所有者的电话发送警告消息。示例

用户用他的iPhone

编程规则和警告。该规则声明如果当前时间在下午3:00与下午5:00之间，并且如果房产所有者的女儿的房间中的运动检测器被激活，并且如果视频游戏打开或者电视打开，则向房产所有者的iPhone

发送父母警告消息。

作为另一个示例，如果当前时间为周一到周五在上午9:00与下午5:00之间，并且炉子中的温度传感器指示炉子高于200℉并且煤气在煤气表中流动，并且在厨房中没有检测到运动，则向房产所有者发送炉子被始料未及地打开的安全警告。

在先效应

当用户变得得知他们使用多少能量时、当他们正在使用能量时，他们要为此负多少钱以及使用能量的目的时，能量使用被降低(在先效应)。当前所要求发明的能量监视设备能够对能量使用信息盖上时间戳，因而能够合计能量使用信息以用于图形用户接口设备(GUI)上的显示。根据GUI应用中的数据放大的等级，可以按照年、季度、月、天、周、小时、分和秒向能量用户提供用于家庭或小公司的累积能量使用。还能够合计能量使用以用于电气设备的显示，按照任意一个以上时间周期分解。通过进一步缩放具体设备的使用信息，还能够按照设备的各种状态分解能量使用信息。

许多现代设备特别是由控制器供电的设备具有的一个状态是备用状态。备用状态的目的在于与从断电状态使设备通电相比在更快的时间中使设备进入通电条件。处于备用状态的设备因此消耗功率。通常，处于备用状态中的设备看起来处于断电状态。因此，视觉检测设备以关闭它们来节省能量的用户将注意不到处于备用状态的设备。当前所要求发明的能量监视设备能够通过上述时间分解，追踪在该状态等级上的能量使用。因此，用户能够通过设备确定他们的能量使用，因为设备在备用状态中消耗功率。

利用上述专用数据库中的附加表格或列表，能量用户能够按照附加并且因此按照用户以及按照时间、按照设备并且按照设备的状态，确定能量的使用。根据一些实施方式的GUI显示用户的家庭或小公司的地图，其中对于每个房间显示用于选定时间周期的能量使用。可替换地或另外地，根据一些实施方式的基于GUI的应用基于被分配给家庭或小公司中的房间的用户，显示用于选定时间周期的能量使用。基于GUI的分析应用能够比较不同时间周期之间的能量使用。能够例如比较在冬天用于加热的能量使用和在夏天用于冷却的能量使用。能够按照KWH、按照美元、按照BTU或受转换模块和价格表支持其他单位显示能量使用。

改善电网质量

在负载特征的计算期间，作为根据一些实施方式的能量监视设备的正常计算的一部分，电气网络的质量，包括功率因子百分比、噪声和一个或多个计算参数的频谱内容中的失真。可以结合如在2009年1月26日基于35U.S.C.§119(e)递交的标题为“POWERFACTOR AND HARMONIC CORRECTION METHOD S”的美国临时专利申请序列号61/206,501和在2010年1月25日基于35U.S.C.§119(e)递交的标题为“POWER FACTOR AND HARMONICCORRECTION METHODS”的美国临时专利申请序列号61/298,112中公开功率因子修正系统和方法来使用该能量监视信息，通过参考的方式将这两个申请并入本文。

器具维修顾问

随着器具老化，用于一个或多个状态的负载特征改变。例如作为电动机年龄的轴承，用于洗碗机、电冰箱、洗衣机、烘干机或HVAC风扇中电动机的涌入电流可以与该器具全新时的负载特征相比将改变。全负载电流、涌入电流、有功功率和无功功率都可能随着器具老化而缓慢改变。能量监视设备在它的负载特征的专用数据库中追踪电子设备的最近检测负载特征。能量监视设备可以本地存储用于电子设备和状态的一个或多个老旧负载特征的副本。该老旧或原始负载特征还可以被存储在负载特征的公共数据库上。运行在能量监视设备、能量监视显示设备或具有用户接口、存储器和处理器的另一个电子设备上的应用可以将用于电子设备和状态的最近负载特征与用于该电子设备和状态的老旧负载特征进行比较，以确定电子设备的老化。可以测量涌入电流、达到静止状态的时间、过流比和静止状态建立时间的具体子增量的功率比的改变，以确定电子设备的老化。可以使用具体缺陷与负载特征中的改变的相关性来识别器具中的老化组件。

周期模式发现

能量用户通常以模式化的方式使用他们的能量消耗设备。能量监视设备能够使用负载特征信息结合时间戳、过去能量使用信息来辅助学习设备和它们的状态。例如从周一到周五，能量用户可能在窄的时间窗中全部利用电热水器、剃须刀、一个或多个白炽灯泡以及咖啡机。具有该模式使用的负载特征的相关性能够增加成功地识别负载的概率。能够使用该相关性来代替或者可替换地增补第二级负载特征计算，以便获得负载识别中更大的可靠性。

在操作中，能量监视设备包括耦合到家庭或公司的电源的能量计、控制器、存储器和可选择的显示器模块和输入模块。除了用于显示能量监视信息的显示器和输入模块之外，可以改为或另外使用远程显示设备。能量监视设备位于功率公共设施仪表和干线箱的下游以及家庭或公司中的断路器的上游以及要监视的电气设备的上游。耦合到电源的每个电气设备具有一个或多个与该电气设备相关的状态。电气设备状态的简单示例包括开、关、备用和半功率。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。可以从附加的能量计读取来计算和/或采样附加的电源参数。用于电气设备以及它的相关状态的负载特征是用于特征化处于一个状态中的电气设备的参数的集合。取决于具体的配置和安装在能量监视设备中的设备，在负载特征的专用和/或公共数据库中查找负载特征。在学习阶段期间，如果找到负载特征，在显示设备上将其呈现给用户。否则，将最接近匹配负载特征和状态呈现给用户。用户然后可以编辑或接受设备和状态的识别，并且将负载特征、电气设备识别和状态存储在专用负载特征数据库中。可以通过预下载关于设备、状态和电气设备的网络中要监视的房间的特定信息来改善学习阶段。例如用户可以编程能量监视设备以关联建筑物中房间与要监视的电气设备，在该结构的每个房间中的已知电气设备、该电气设备可以使用的状态的列表以及该建筑物中的能量用户。能量监视设备可以进一步被编程为将房间与被安装在那些房间中的电气设备相关联并且将电气设备与状态进行相关。在一些实施方式中，能量监视设备可以接收唯一性标识符以将与要监视的电气设备进行相关，以便在公共数据库中查找该电气设备的负载特征。负载特征的公共数据库能够包括负载特征的只读数据库，因而用户不能够上传或更改公共负载特征数据库。可替换地或者作为公共负载特征数据库的替代，一种开放式公共数据库可以位于任何地方，包括公知的网站主机如Google

或Yahoo

或者感兴趣的团体如公共设施公司或州公共设施委员会。

随着新的负载特征被计算，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任何一个负载特征相关，则将它们与公共负载特征数据库进行比较。可以设置最小相关值如80％，以建立用于确定最新计算的负载特征是否表示随时间改变的现有负载特征和状态或者该负载特征是否实际上表示新的设备和/或状态的过滤器。在一些实施方式中，可以基于时间缩窄接受容限，以反映允许相似的负载之间的更好的区分所需要的实际值中更高的自信。

从连续的能量计读取、计算的电源参数以及电气设备和它们的状态收集能量监视信息。该能量监视信息可以被本地存储直到存储器的极限为止或者被传输到远程显示设备或个人计算机以便数据记录和分析。可以由安装在能量监视设备中的时钟/日历或者由安装在远程显示设备或用于解释能量信息的个人计算机中的时钟/日历功能对能量监视信息盖日期/时间戳。由于电气设备以及他们的状态和使用可以被识别并且被盖日期/时间戳，所以可以基于一个设备接一个设备、一个时刻接一个时刻，获取并且显示能量信息。还可以合计能量信息以显示基于时间的使用趋势。

能量监视设备或远程设备或个人计算机可以存储与用户的选择可用的价格相对应或者由它们的电力公共设施定义的一个或多个公共设施价格表。能量监视信息的分析然后可以基于成本向用户生成关于哪个价格表更受欢迎的推荐。在能量监视设备经由因特网被耦合到公共设施的实施方式中，能量监视设备可以随着新价格表变得可用而下载新价格表，接收奖励计划的通知、关于计划内停电的通知以及其他能量使用计划以降低能量使用成本。

在一些实施方式中，用户可以从移动设备如蜂窝电话、个人数字助理或膝上电脑上的能量监视设备接收事件的通知。可以经由因特网、SMS消息、语音邮件、电子邮件或其他通信媒体发送消息。事件的示例包括停电通知、当前能量使用以触发下一个更高价格表费率的通知或者不常用的使用形式与过去趋势信息不一致的通知。

已经根据包括细节的具体实施方式描述了本发明，以助于理解本发明的操作和构造的原理。对于具体实施方式的该参考和它们的细节不适用于限制本文所附的权利要求的范围。本领域的熟练技术人员将容易明白，在不脱离如权利要求所定义的本发明的精神和范围的前提下，可以在所选实施方式中做出其他各种修改以便说明。例如，已经针对与家庭或小公司的使用描述了当前要求的发明。本领域的熟练技术人员将容易认识到，当前要求的发明还能够适用于具有多个居住单元和单个集中式电源的多个住宅如公寓建筑物或联式房屋。当前要求的发明中所公开的方法和系统能够应用于一系列电气配置，包括但不限于，具有同相、反相和中性的单相三线，具有同相、反相和非中性的单相三线，具有三个相和中性的4线，具有相位1、相位2和中性的双相3线、离电网AC、离电网DC以及发电源如太阳能面板、发电机和在耦合到作为主电源的电网电源的电气设备的网络中看起来为负的联合发电机。

Claims (37)

1.一种用于监视由电气设备消耗的能量的能量监视设备，包括：

a.耦合到电源的控制器；

b.用于测量在要监视的所述电气设备的上游点处取得的第一多个电源参数和第二后续多个电源参数的装置；

c.耦合到所述能量监视设备的输入输出模块；以及

d.用指令编程的存储器，以根据所述第一多个电源参数和所述第二多个电源参数之间检测的改变，识别耦合到所述电源的所述电气设备的出现以及所述电气设备的状态，并且所述能量监视设备还被编程为监视耦合到所述能量监视设备的输入输出模块。

2.如权利要求1所述的能量监视设备，其中，所述电气设备的状态是开、关、备用、通电、断电、完全功率百分比和指定的状态序列中的一个。

3.如权利要求1所述的能量监视设备，还包括显示设备、用户输入设备和用户接口软件。

4.如权利要求3所述的能量监视设备，其中，将所述显示设备和所述用户输入设备和所述用户接口软件实现在消费电子设备上。

5.如权利要求4所述的能量监视设备，其中，所述消费电子设备是来自包括iPhone

蜂窝电话、智能电话、个人数字助理、便携式计算机、台式计算机的组群中的一个。

6.如权利要求1所述的能量监视设备，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中的改变计算用于所述电气设备的负载特征。

7.如权利要求6所述的能量监视设备，其中，与所述电气设备和所述状态相对应的所述负载特征包括：相电压、相电流、中性电压、中性电流、视在功率、cos(phi)、有功功率、无功功率、频率、周期、过压/欠压条件、功率因子的百分比、RMS电流、瞬间电流、RMS电压、瞬间电压、电流谐波THD百分比、电压谐波THD百分比、电流波形的频谱容量、电压波形的频谱容量、有功功率波形的频谱容量、无功功率波形的频谱容量、网络质量百分比、时间、日期、温度和湿度中的一个或多个。

8.如权利要求6所述的能量监视设备，其中，计算的负载特征与所述电气设备和它的状态相关并且被存储在存储器中。

9.如权利要求1所述的能量监视设备，其中，将附加输入耦合到流量计，其中，所述流量计提供关于正在被计量的商品的使用信息。

10.如权利要求9所述的能量监视设备，其中，正在被所述流量计计量的商品是来自包括水、蒸汽、天然气、燃油、空气和惰性气体的组群中的一个。

11.如权利要求1所述的能量监视设备，其中，将附加输入耦合到家庭安全系统，并且所述家庭安全系统向所述能量监视设备传输状态信息。

12.如权利要求11所述的能量监视设备，其中，家庭安全系统状态信息包括门的状态、窗户的状态、对于运动检测器的响应、对于音频传感器的响应和对于光传感器的响应中的一个。

13.如权利要求12所述的能量监视设备，其中，家庭安全系统状态信息还包括家庭中与将要被传输到所述能量监视设备的所述状态信息相对应的房间的标识符。

14.如权利要求1所述的能量监视设备，其中，将附加输入耦合到温度传感器，并且所述温度传感器向所述能量监视设备传输温度信息。

15.如权利要求14所述的能量监视设备，其中，所述温度传感器测量来自包括：房产上所述能量监视设备所位于的房间、热水器中的水、离开加热通风和空调单元的空气、蒸汽管道中的蒸汽、所述能量监视设备所位于的结构外部的空气温度、所述能量监视设备所位于的结构内部的空气温度、冰箱内部、制冷器内部、压缩气体存储器的温度、压缩气体传输线路的温度和烤箱内部的组群中的一个的温度。

16.如权利要求1所述的能量监视设备，其中，将附加输入耦合到天气传感器系统，并且所述天气传感器系统向所述能量监视设备传输天气信息。

17.如权利要求16所述的能量监视设备，其中，天气信息包括降雨量、风速、太阳直射温度、阴影温度、大气压和湿度中的一个。

18.如权利要求3所述的能量监视设备，其中，所述能量监视设备在显示设备上显示电能使用信息、被计量商品的计量信息、家庭安全信息、温度信息、天气信息和这些的任意组合中的一个。

19.如权利要求18所述的能量监视设备，其中，所述电能使用信息包括合计功率消耗信息、能量、电流、功率因子和总谐波失真(THD)中的一个。

20.一种用于确定由被耦合到电源的电气设备使用的能量的方法，包括：

接收第一多个电源参数；

接收第二多个电源参数；

在所述第一多个电源参数和所述第二多个电源参数之间，检测至少一个电源参数中的改变；

基于所述第一多个电源参数和所述第二多个电源参数，计算用于所述电气设备的负载特征，包括有功功率(P)、总有功功率(PT)、无功功率(Q)、总无功功率(QT)、RMS电压(U)和包括“n”个值的总有功功率频谱(APS)；

在存储器中查找所述电气设备的所述负载特征，所述存储器包括与多个电气设备相对应、被预定为最有可能产生匹配负载特征的负载特征的第一组群，其中，存储在所述存储器中的负载特征与电气设备标识符和与所述负载特征相关联的所述电气设备的状态相关联；

将由所述电气设备使用的能量计算为所述第一多个电源参数和所述第二多个电源参数之间的差；以及

将所使用的能量与所述电气设备相关联。

21.如权利要求20所述的方法，其中，通过用户存储定义所述能量监视设备中的组群的电气设备列表来确定所述第一组群。

22.如权利要求21所述的方法，还包括将所述第一组群中的每个负载特征将要匹配于正在被查找的负载特征的概率与所述第一组群中的每个负载特征相关联。

23.如权利要求22所述的方法，还包括降低与最接近匹配于被查找的负载特征的不匹配负载特征相关联的概率。

24.如权利要求23所述的方法，其中，如果所述概率下降到指定门限之下，则将负载特征和电气设备重新分类到第二组群中。

25.如权利要求20所述的方法，还包括在比较要查找的负载特征与在所述第一组群中的负载特征以确定它们是否匹配之前，将要查找的负载特征与所述第一组群中的负载特征进行相关。

26.如权利要求20所述的方法，还包括在与多个设备相对应的负载特征的第二组群中查找所述负载特征，其中该第二组群被确定为比所述第一组群产生匹配负载特征的概率更低。

27.如权利要求22所述的方法，其中，确定至少一个电源参数中的改变包括检测所述有功功率、所述无功功率、所述视在功率和所述RMS电流中的一个中的改变。

28.如权利要求20所述的方法，还包括在检测到至少一个电源参数中的改变之后并且在计算用于所述电气设备和所述状态的所述负载特征之后，接收附加电源参数。

29.如权利要求20所述的方法，其中，测量多个电源参数包括测量相电压、相电流、中性电压、中性电流、视在功率、cos(phi)、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/欠压条件、温度和湿度中的一个。

30.如权利要求20所述的方法，其中，所述电气设备的状态是开、关、备用、通电、断电、完全功率百分比或者指定的状态序列中的一个。

31.如权利要求20所述的方法，其中，负载特征包括：相电压、相电流、中性电压、中性电流、视在功率、cos(phi)、有功功率、有功能量、无功功率、无功能量、频率、周期、过压/欠压条件、功率因子的百分比、RMS电流、瞬间电流、RMS电压、瞬间电压、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、电流波形的频谱容量、电压波形的频谱容量、有功功率波形的频谱容量、无功功率波形的频谱容量、网络质量百分比、时间、日期、温度和湿度中的一个。

32.如权利要求20所述的方法，其中，计算用于所述电气设备的负载特征和所述状态包括步骤：

将所述有功功率P计算为所述第一电源参数中的有功功率和所述第二电源参数中的有功功率的差；

计算所述总有功功率PT，包括所述总有功功率中的全部谐波和噪声；

将所述无功功率Q计算为所述第一电源参数中的无功功率和所述第二电源参数中的无功功率的差；

计算所述总无功功率QT，包括所述总无功功率中的全部谐波和噪声；

计算所述RMS电源U；以及

计算包括“n”个值的所述总有功功率频谱。

33.如权利要求32所述的方法，还包括：

将所述总无功功率中的谐波和噪声QT_THD计算为所述总无功功率QT与所述无功功率Q的差；

将所述总有功功率中的谐波和噪声PT_THD计算为所述总有功功率PT与所述有功功率P的差；

在所述负载特征中用QT_THD代替QT；以及

在所述负载特征中用PT_THD代替PT。

34.如权利要求20所述的方法，还包括将所述负载特征的数据元素与第二负载特征的数据元素进行相关，其中第二负载特征表示能够产生持续可变的负载的电气设备的第二状态。

35.如权利要求20所述的方法，还包括向显示设备和远程设备中的一个传输能量使用信息。

36.如权利要求35所述的方法，其中，能量监视信息包括电气设备信息、功率使用信息、电气网络信息、用户设备和功率公共设施信息中的一个。

37.如权利要求35所述的方法，其中，通过在消费电子设备上运行的应用向用户呈现能量监视信息，所述消费电子设备来自包括蜂窝电话、智能电话、个人数字助理、便携式计算机和台式计算机的组群。

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